CN102641822B - 用于涂覆活性材料的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于涂覆活性材料的装置和方法。所述活性材料涂覆装置包括：罐，储存活性材料的浆料；泵，连接到所述罐，并提供所述浆料；狭缝涂布器，被构造为在电极集流体的一个表面上涂覆从所述泵供给的浆料；厚度测量单元，测量沿横向方向和涂覆方向涂覆的浆料的厚度；干燥炉，在测量厚度之后干燥涂覆的表面。

Description

用于涂覆活性材料的装置和方法
本申请要求于2011年2月18日在韩国知识产权局提交的第10-2011-0014659号韩国专利申请的权益，该申请的公开内容通过引用包含于此。
技术领域
本发明的多个方面涉及一种用于涂覆活性材料的装置和方法。
背景技术
通过将包括正极板、负极板和分隔件的电极组件插入到壳体中并使用盖组件密封壳体来制造二次电池。通常使用预定的狭缝涂布器(slotdie)在由铝制得的电极集流体上涂覆通过混合制备的用于正极活性材料的浆料以具有预定的图案和预定的厚度并干燥得到的结构来形成正极板。使用密度计控制干燥的电极板的涂覆质量。
如果在制造工艺中提高涂覆速度，则每单位面积的负载水平的分散沿电极集流体的横向方向增加，从而使涂覆质量劣化。在制造工艺中，仅能够在干燥步骤之后确定涂覆质量。因此，在电极板未被活性材料均匀地涂覆或者未被涂覆成预定厚度的情况下，应当将电极板废弃。这里，废弃的电极板的长度会大于干燥炉的长度，从而导致电极板的大量损失。
发明内容
本发明的多个方面提供了一种用于涂覆活性材料的装置和方法，所述装置和方法能够在干燥所述活性材料之前自动地调节涂覆的浆料的厚度。
本发明的多个方面还提供了一种通过测量沿涂覆方向和横向方向涂覆的浆料的厚度来涂覆活性材料的装置和方法，所述装置和方法能够在干燥所述活性材料之前控制涂覆质量。
根据本发明的一方面，一种用于涂覆活性材料的活性材料装置包括：罐，储存活性材料的浆料；泵，连接到所述罐，并提供所述浆料；狭缝涂布器，被构造为在电极集流体的一个表面上涂覆从所述泵供给的浆料；厚度测量单元，测量沿横向方向和涂覆方向涂覆的浆料的厚度；干燥炉，在测量厚度之后干燥涂覆的表面。
所述厚度测量单元可以包括：第一连接控制单元，测量沿所述电极集流体的横向方向涂覆的浆料的厚度，并基于所测量的涂覆的浆料的厚度来控制所述狭缝涂布器的间隙控制器的间隙尺寸；第二连接控制单元，测量沿所述电极集流体的涂覆方向涂覆的浆料的厚度，并基于所测量的涂覆的浆料的厚度来控制所述泵。
所述第一连接控制单元可以包括：分散设置单元，设置分散区域，以测量沿相对于所述电极集流体的所述涂覆方向的所述横向方向涂覆的浆料的厚度；分散测量单元，测量各个分散区域的分散厚度；狭缝涂布器控制单元，将测量的各个分散区域的分散厚度与所有分散区域的平均分散厚度进行比较，以确定待调节的狭缝涂布器的间隙控制器的间隙尺寸。
所述分散设置单元可以被构造为使得所述分散区域定位成与调节间隙尺寸的间隙控制器所处的区域对应。
所述第二连接控制单元可以包括：涂覆方向厚度测量单元，测量沿所述电极集流体的涂覆方向涂覆的浆料的厚度；泵控制单元，将所测量的浆料厚度与预设的厚度进行比较，并控制所述泵，直到所测量的浆料厚度和预设的厚度变得彼此相等。
所述泵控制单元可以通过所述泵的转速来控制所述浆料的流率。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于涂覆活性材料的方法，所述方法包括：将来自储存罐的浆料供给到泵；准备将提供的浆料注入到狭缝涂布器中；将从所述狭缝涂布器排出的浆料涂覆到电极集流体的一个表面；测量沿横向方向和涂覆方向涂覆的浆料的厚度；将涂覆为所测量的厚度的表面进行干燥。
涂覆浆料的步骤可以包括：沿横向方向设置分散区域；测量所设置的各个分散区域的分散厚度；通过确定所测量的各个分散区域的分散厚度的平均分散厚度是否等于各个分散区域的分散厚度，控制狭缝涂布器的间隙控制器的间隙尺寸。
涂覆浆料的步骤可以包括：测量沿涂覆方向涂覆的浆料的厚度；通过将平均厚度与预设的厚度数据进行比较来控制泵，从而控制所述泵的转速。
如上所述，在根据本发明实施例的用于涂覆活性材料的装置和方法中，可以在干燥活性材料之前自动地调节涂覆的浆料的厚度。
另外，在根据本发明实施例的用于涂覆活性材料的装置和方法中，通过测量沿涂覆方向和横向方向涂覆的浆料的厚度，可以在干燥活性材料之前控制涂覆质量。
本发明的附加方面和/或优点将部分地在下面的说明书中进行说明，并且部分地根据说明书将是明显的，或者可以由本发明的实施而明了。
附图说明
通过结合附图对实施例的以下描述，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得明显和更易于理解，附图中：
图1是根据本发明实施例的用于涂覆活性材料的装置的示意图；
图2是在图1中示出的厚度测量单元的示意图；
图3是示出使用图1中示出的装置来涂覆活性材料的方法的流程图；
图4是示出在图3中示出的测量厚度的步骤的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图更充分地描述本发明的实施例，以使本领域技术人员能够容易地实施本发明的实施例。
首先，将描述根据本发明实施例的用于涂覆活性材料的装置和使用该装置的涂覆方法。
图1是根据本发明实施例的用于涂覆活性材料的装置的示意图，图2是在图1中示出的厚度测量单元的示意图，图3是示出使用图1中示出的装置来涂覆活性材料的方法的流程图，图4是示出在图3中示出的测量厚度的步骤的流程图。
参照图1和图2，根据本发明实施例的活性材料涂覆装置包括浆料罐10、泵20、电极集流体14、狭缝涂布器30、厚度测量单元40和干燥炉50。
活性材料涂覆装置在将浆料12涂覆在电极集流体14上之后并在干燥电极集流体14之前测量涂覆的浆料的厚度。这里，沿横向方向和涂覆方向测量涂覆的浆料的厚度，由此控制涂覆质量。
浆料罐10储存浆料12。通过混合正极活性材料和导电剂或者负极活性材料和导电剂来制备浆料12。这里，使用硫属元素化合物作为正极活性材料。硫属元素化合物可以包括复合金属氧化物，例如LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiNi1-xCoxO2(0＜x＜1)或LiMnO2。使用碳(C)材料作为负极活性材料。然而，本发明不限于此。例如，负极活性材料可以包括Si、Sn、氧化锡、复合锡合金、过渡金属氧化物、锂金属氮化物、锂金属氧化物等。
泵20连接到浆料罐10，并将浆料12供给到狭缝涂布器30。根据泵20的转速来调节供给的浆料12的量。这里，泵20的转速由厚度测量单元40来控制，下面将对此加以描述。
电极集流体14在恒定的拉力下由导辊16供给。电极集流体14通常由金属片(例如，通常已知的金属箔)形成。用于正极板的电极集流体14可以由铝或镍制成。另外，用于负极板的电极集流体14可以由铜、镍或不锈钢制成。在优选的实施例中，使用铝箔作为正极集流体，使用铜箔作为负极集流体。
狭缝涂布器30具有裂缝形状的出口，通过裂缝形状的出口排出浆料12。狭缝涂布器30包括多个间隙控制器，以使浆料12均匀地排出。这里，间隙控制器的数量不受限制。间隙控制器由厚度测量单元40控制，下面将对此加以描述。
厚度测量单元40包括第一连接控制单元41和第二连接控制单元45。
在涂覆之后，厚度测量单元40立即测量沿横向方向和涂覆方向涂覆的浆料12的厚度。厚度测量单元40将测量的数据与预设的数据进行比较，以控制狭缝涂布器30和泵20。在本发明中，涂覆方向是指沿电极集流体14的长度方向涂覆浆料12的方向，横向方向是指与涂覆方向垂直的方向，即，沿电极集流体14的宽度方向涂覆浆料12的方向。
第一连接控制单元41包括分散设置单元42、分散测量单元43和狭缝涂布器控制单元44。
第一连接控制单元41测量沿电极集流体14的横向方向涂覆的浆料的厚度，并基于测量的浆料12的厚度控制狭缝涂布器30的间隙。
分散设置单元42设置分散区域，以测量沿相对于电极集流体14的涂覆方向的横向方向涂覆的浆料厚度。分散区域被定位成与狭缝涂布器30的间隙控制器所处的区域对应。
分散测量单元43测量各个分散区域的分散厚度，并基于各个分散区域的分散厚度来计算所有分散区域的平均分散厚度。
狭缝涂布器控制单元44将各个分散区域的分散厚度与所有分散区域的平均分散厚度进行比较，以确定待调节的间隙尺寸。调节后的间隙尺寸根据横向厚度(即，分散厚度)改变狭缝涂布器30的唇缘部分的间隙。与具有较小的间隙尺寸的区域相比，狭缝涂布器30在具有大间隙尺寸的区域中排出较多量的浆料12，从而增加涂覆的浆料的厚度。因此，为每个分散区域确定调节后的间隙尺寸，由此自动地控制厚度。这里，调节后的间隙尺寸可根据包含在浆料12中的活性材料的特性而改变。
第二连接控制单元45包括涂覆方向厚度测量单元46和泵控制单元47。
涂覆方向厚度测量单元46测量沿电极集流体14的涂覆方向涂覆的浆料的厚度。这里，可以将涂覆的浆料的厚度被测量的区域设置为与分散区域对应。
泵控制单元47将测量的厚度与预设的厚度进行比较，从而通过泵20的转速来控制浆料12的流率(flowrate)，进而控制浆料12的排出量。如果测量的厚度比预设的厚度小，则提高泵20的转速。如果提高泵20的转速，则浆料12的排出量增加。泵控制单元47将测量的厚度与预设的厚度重复地进行比较，直到测量的厚度和预设的厚度变为彼此相等。如果测量的厚度大于预设的厚度，则减小泵20的转速，由此减少浆料12的排出量。
干燥炉50干燥涂覆有浆料12的电极集流体14，由此完成电极板。干燥炉50容纳由传送装置传送的电极集流体14，并具有足够的长度，从而使浆料12在穿过干燥炉50的同时被完全干燥。
现在将描述根据本发明实施例的用于涂覆活性材料的方法。
参照图3和图4，根据本发明实施例的活性材料涂覆方法包括以下步骤：供给浆料(S100)、准备涂覆活性材料(S200)、涂覆(S300)、测量涂覆的浆料的厚度(S400)和干燥(S500)。
在活性材料涂覆方法中，在涂覆浆料12之后，立即沿电极集流体14的涂覆方向和横向方向测量涂覆的浆料的厚度。重复涂覆厚度的测量步骤(S400)，直到测量的厚度变为等于预设的厚度以实现沿横向方向的均匀涂覆。
在浆料的供给步骤(S100)中，将储存在罐10中的浆料12提供到泵20。
在准备步骤(S200)中，将从泵20供给的浆料12注入到狭缝涂布器30中。
在涂覆步骤(S300)中，将从狭缝涂布器30排出的浆料12涂覆在电极集流体14的一个表面上。这里，可以通过狭缝涂布器30将浆料12均匀地涂覆成均匀的厚度。
涂覆厚度测量步骤(S400)包括设置分散区域(S410)、测量分散厚度(S430)、控制狭缝涂布器(S440)、测量沿涂覆方向涂覆的浆料的厚度(S420)和控制泵(S460)。
在测量步骤(S400)中，沿横向方向和涂覆方向测量涂覆厚度，基于测量的数据来控制泵20和狭缝涂布器30。
在设置步骤(S410)中，相对于涂覆方向来设置横向分散区域。即，沿与涂料的涂覆方向垂直的横向方向设置分散区域。将设置的分散区域设为与间隙控制器所处的区域对应。
在分散测量步骤(S430)中，测量各个分散区域的分散厚度。基于各个分散区域的分散厚度计算所有分散区域的平均分散厚度，从而获得与分散区域有关的数据。
在狭缝涂布器控制步骤(S440)中，将平均分散厚度与测量的每个分散区域的分散厚度进行比较，以确定平均分散厚度是否等于测量的每个分散区域的分散厚度。如果所测量的分散区域的分散厚度小于平均分散厚度，则控制狭缝涂布器以增大其间隙尺寸，由此增加排出的浆料的量。如果所测量的分散区域的分散厚度大于平均分散厚度，则控制狭缝涂布器以减小其间隙尺寸，由此减少排出的浆料的量。重复比较平均分散数据和测量的分散，直到每个分散区域的分散厚度和平均分散厚度变得彼此相等。在本发明中，可以通过从测量的分散区域的涂覆厚度中减去横向平均分散厚度来对二者进行比较，从而获得各个分散区域的分散性。
在涂覆方向的涂覆厚度测量步骤(S420)中，沿涂覆方向测量涂覆的浆料的厚度。这里，可以将涂覆的浆料的厚度被测量的区域设置为与分散区域相同。
在泵控制步骤(S460)中，将测量的厚度的平均值与预设的厚度数据进行比较，以控制泵的转速(S470)。如果平均厚度小于预设的厚度数据，则提高泵的转速，从而增加排出的浆料的量。如果平均厚度大于预设的厚度数据，则减小泵的转速，以减少排出的浆料的量。重复控制泵(S460)，直到平均厚度变得等于预设的厚度数据。
在干燥步骤(S500)中，干燥其上涂覆有浆料12的电极集流体14。这里，在厚度测量步骤(S400)中执行对浆料涂覆的表面的涂覆质量的评估。
虽然已经示出并描述了本发明的一些实施例，但本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以在该实施例中做出改变，本发明的范围限定在权利要求书及其等同物内。

Claims (7)

1.一种用于涂覆活性材料的装置，所述装置包括：
罐，储存活性材料的浆料；
泵，连接到所述罐，并提供所述浆料；
狭缝涂布器，被构造为在电极集流体的一个表面上涂覆从所述泵供给的浆料；
厚度测量单元，测量沿横向方向和涂覆方向涂覆的浆料的厚度；
干燥炉，在测量厚度之后干燥涂覆的表面，
其中，所述厚度测量单元包括：
第一连接控制单元，测量沿所述电极集流体的横向方向涂覆的浆料的厚度，并基于所测量的涂覆的浆料的厚度来控制所述狭缝涂布器的间隙控制器的间隙尺寸；
其中，所述第一连接控制单元包括：
分散设置单元，设置分散区域，以测量沿相对于所述电极集流体的所述涂覆方向的所述横向方向涂覆的浆料的厚度；
分散测量单元，测量各个分散区域的分散厚度；
狭缝涂布器控制单元，将测量的每个分散区域的分散厚度与所有分散区域的平均分散厚度进行比较，以确定待调节的狭缝涂布器的间隙控制器的间隙尺寸。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述厚度测量单元还包括：
第二连接控制单元，测量沿所述电极集流体的涂覆方向涂覆的浆料的厚度，并基于所测量的涂覆的浆料的厚度来控制所述泵。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述分散设置单元被构造为使得所述分散区域定位成与调节间隙尺寸的间隙控制器所处的区域对应。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第二连接控制单元包括：
涂覆方向厚度测量单元，测量沿所述电极集流体的涂覆方向涂覆的浆料的厚度；
泵控制单元，将所测量的浆料厚度与预设的厚度进行比较，并控制所述泵，直到所测量的浆料厚度和预设的厚度变得彼此相等。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述泵控制单元通过所述泵的转速来控制浆料的流率。
6.一种用于涂覆活性材料的方法，所述方法包括：
将来自储存罐的浆料供给到泵；
准备将提供的浆料注入到狭缝涂布器中；
将从所述狭缝涂布器排出的浆料涂覆到电极集流体的一个表面；
测量沿横向方向和涂覆方向涂覆的浆料的厚度；
将涂覆为所测量的厚度的表面进行干燥，
其中，涂覆浆料的步骤包括：
沿横向方向设置分散区域；
测量所设置的各个分散区域的分散厚度；
通过确定所测量的各个分散区域的分散厚度的平均分散厚度是否等于各个分散区域的分散厚度，控制狭缝涂布器的间隙控制器的间隙尺寸。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，涂覆浆料的步骤包括：
测量沿涂覆方向涂覆的浆料的厚度；
通过将平均厚度与预设的厚度数据进行比较来控制泵，从而控制所述泵的转速。
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