CN102728515B - 用于二次电池的电极板的涂覆装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于二次电池的电极板的涂覆装置，该涂覆装置能够通过在实时基础上控制浆料涂覆条件而均匀地保持在活性材料层的宽度方向或涂覆方向上的涂覆厚度或涂覆品质。该涂覆装置包括：罐，存储浆料；泵，连接到罐并供应浆料；供应控制阀，控制从泵供应的浆料的供应；背压控制阀，连接在罐和供应控制阀之间并控制回流到罐的浆料的量；模具涂覆器，将从供应控制阀提供的浆料喷射到电极集流器的表面；干燥炉，干燥在电极集流器的表面上涂覆的浆料以形成活性材料层；密度计，测量活性材料层的负载水平；以及控制器，根据从密度计传输的负载水平数据来控制泵、供应控制阀、背压控制阀和模具涂覆器中的至少一个的操作。

Description

用于二次电池的电极板的涂覆装置

技术领域

本发明的方面涉及用于二次电池的电极板的涂覆装置。

背景技术

二次电池通过将包括正电极板、负电极板和隔板的电极组件插入壳中并用盖组件密封来制造。正电极板通常通过使用模具涂覆器(die coater)将用于正活性材料的浆料涂覆在由金属箔(例如铝)形成的电极集流器上、然后通过干燥而形成。负电极板通常通过使用模具涂覆器将用于负活性材料的浆料涂覆在由金属箔(例如铜)形成的电极集流器上、然后通过干燥而形成。

在正电极板或负电极板中，如果浆料涂覆速度增大，则每单位面积的浆料质量(mass)的分布(即，浆料的负载水平(loading level))会增加，从而降低涂覆品质。此外，正电极板或负电极板的涂覆品质在浆料被干燥之前不能被鉴别。因此，如果浆料被不均匀地涂覆或涂覆至超过预定涂覆厚度的一涂覆厚度，则该浆料应当被丢弃。

发明内容

本发明的方面提供一种用于二次电池的电极板的涂覆装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于二次电池的电极板的涂覆装置，该涂覆装置包括：罐，存储浆料；泵，连接到罐并供应浆料；供应控制阀，控制从泵供应的浆料的供应；背压控制阀(back pressure control valve)，连接在罐和供应控制阀之间并控制回流到罐的浆料的量；模具涂覆器，将从供应控制阀提供的浆料喷射到电极集流器(electrode current collector)的表面；干燥炉，干燥涂覆在电极集流器的表面上的浆料以形成活性材料层；密度计，测量活性材料层的负载水平；以及控制器，根据从密度计传输的负载水平数据来控制泵、供应控制阀、背压控制阀和模具涂覆器中的至少一个的操作。

密度计可以获得涂覆电极集流器的表面上的活性材料层的宽度方向或涂覆方向上的负载水平，并可以将获得的负载水平传输到控制器，该电极集流器被干燥炉干燥并从干燥炉传送。

控制器可以根据从密度计传输的负载水平数据来控制泵每分钟的转数、供应控制阀的打开或关闭、或者背压控制阀的开口率。此外，通过根据从密度计传输的负载水平数据来控制模具涂覆器的间隙，控制器可以控制从模具涂覆器排出的浆料的量。此外，模具涂覆器可以被控制使得该间隙在活性材料层的宽度方向上变化。

此外，控制器可以根据从密度计传输的负载水平数据来控制泵每分钟的转数、供应控制阀的打开或关闭、背压控制阀的开口率以及模具涂覆器的间隙。

根据本发明的另一方面，提供一种用于二次电池的电极板的涂覆装置，该涂覆装置包括：罐，存储浆料；泵，连接到罐并供应浆料；供应控制阀，控制从泵供应的浆料的供应；背压控制阀，连接在罐和供应控制阀之间并控制回流到罐的浆料的量；模具涂覆器，将从供应控制阀供应的浆料喷射到电极集流器的表面；干燥炉，干燥在电极集流器的表面上涂覆的浆料以形成活性材料层；密度计，测量活性材料层的负载水平；以及控制器，根据从密度计传输的负载水平数据来控制浆料的涂覆厚度。

控制器可以根据从密度计传输的负载水平数据来控制泵每分钟的转数、供应控制阀的打开或关闭、背压控制阀的开口率以及模具涂覆器的间隙，从而调整浆料的涂覆厚度。

如上所述，在根据本发明实施例的涂覆装置中，通过在实时基础上控制浆料涂覆条件，浆料的涂覆厚度或涂覆品质可以在活性材料层的宽度方向或涂覆方向上被均匀地保持。

本发明的其它方面和/或优点将在以下的描述中部分阐述，部分将通过该描述而显然或者可以通过本发明的实践而习知。

附图说明

通过结合附图的以下详细描述，本发明的目的、特征和优点将变得更加明显，在附图中：

图1是根据本发明一实施例的用于二次电池的电极板的涂覆装置的示意图；和

图2是示出由图1中示出的涂覆装置的密度计测量的活性材料层的负载水平的分布的照片。

具体实施方式

在下文，将更详细的描述用于二次电池的电极板的涂覆装置。

首先，将描述根据本发明一实施例的用于二次电池的电极板的涂覆装置。

图1是根据本发明一实施例的用于二次电池的电极板的涂覆装置的示意图，图2是示出由图1中示出的涂覆装置的密度计测量的活性材料层的负载水平的分布的照片。

参照图1，根据本发明一实施例的用于二次电池的电极板的涂覆装置100包括罐110、泵120、过滤器130、供应控制阀140、背压控制阀145、模具涂覆器150、干燥炉160、密度计170和控制器180。

通过使密度计170在实时基础上在宽度方向和涂覆方向上测量活性材料层的密度并将测得的负载水平数据传输到控制器180，并且通过使控制器180根据传输的负载水平数据在实时基础上控制泵120、供应控制阀140、返回压力控制器145和模具涂覆器150，电极板涂覆装置100能够将活性材料层的涂覆厚度和涂覆品质保持在恒定的水平。这里，活性材料层通过将浆料涂覆在电极集流器的表面上并干燥而形成。这里，活性材料层的密度指的是每单位面积的负载水平(L/L)，其由活性材料层的每单位面积的体积以及每单位体积的预测重量来确定，该活性材料层的每单位面积的体积通过测量活性材料层的厚度而获得。

在以下的描述中，术语“入口”和“出口”分别用于表示在构成电极板涂覆装置100的相应组件中沿着浆料的流动的入口和出口。例如，泵120的入口是泵120的连接到罐110并且浆料被引入到其的部分，泵120的出口是泵120的连接到过滤器130并且浆料被从其排出的部分。入口和出口在附图中没有被特别地定义。

在以下的描述中，还将理解，当一元件被称为“连接到”另一元件时，这些元件可以彼此直接连接或者可以通过分离的连接管而彼此连接。例如，当泵和罐彼此连接时，其表示泵和罐的端口可以彼此直接连接，或者泵和罐可以通过位于相应端口之间的分离的连接管而彼此连接。同时，分离的连接管没有在附图中特别地示出，而是由没有定义附图标记的连接线来表示。

罐110具有用于接收浆料的内部空间，并存储浆料。罐110的出口通过分离的供应管(未示出)连接到泵120。罐110可以是用于二次电池的涂覆装置的一般罐。浆料可以是用于正电极活性材料或负电极活性材料的浆料。

泵120的入口通过连接管连接到罐110，泵120的出口通过连接管连接到过滤器130或供应控制阀140。此外，泵120连接到控制器180。泵120将存储在罐110中的浆料供应到过滤器130。泵120每分钟的转数由控制器180的控制信号来控制，从而调整浆料的供应量。泵120可以是用于供应浆料的一般泵。

过滤器130的入口连接到泵120，过滤器130的出口连接到供应控制阀140。过滤器130可以是过滤并去除包含在从泵120供应的浆料中的污染物的一般过滤器。

供应控制阀140的入口连接到过滤器130，供应控制阀140的出口连接到模具涂覆器150。此外，供应控制阀140连接到控制器180并被控制器180控制。供应控制阀140可以包括可打开控制的控制阀。供应控制阀140控制从泵120供应的浆料的供应。更具体地，供应控制阀140被控制器180打开或关闭，并控制将要被供应到模具涂覆器150的浆料的供应量和供应时间。

背压控制阀145的入口连接到供应控制阀140，背压控制阀145的出口连接到罐110。也就是说，背压控制阀145位于供应控制阀140和罐110之间。此外，背压控制阀145连接到控制器180并被控制器180控制。

背压控制阀145可以包括能够精细调整并控制其开口率的比例控制阀。因此，背压控制阀145能使其开口率量化和数字表示，根据浆料特性设置背压条件并根据所设置的背压条件来控制控制器180。此外，背压控制阀145使能够实时控制，从而使自动涂覆过程可行。

背压控制阀145控制回流到罐110的浆料的量。更具体地，当供应控制阀140关闭时，背压控制阀145允许从泵120供应的浆料回流到罐110。此外，当供应控制阀140打开并且浆料从泵120供应到模具涂覆器150时，背压控制阀145控制回流到罐110的浆料的量以及在供应控制阀140前侧和后侧的浆料压力。具体地，背压控制阀145控制在供应控制阀140前侧和后侧的浆料压力以使其被恒定地保持。背压控制阀145恒定地保持在供应控制阀140前侧和后侧的浆料压力，从而保持供应到模具涂覆器150的浆料的量恒定。因此，供应控制阀140防止当背压没有在供应控制阀140的后侧形成时浆料的脉动流动或者在浆料中的漩涡的发生。

如上所述，背压控制阀145包括电子比例控制阀，其开口率被控制器180精细地调整。为此目的，测量浆料的压力的压力传感器(未示出)可以安装在位于供应控制阀140前侧和后侧的连接管中。压力传感器测量浆料的压力并将测得的压力传输到控制器180。控制器180基于前压力传感器的压力数据和后压力传感器的压力数据来控制背压控制阀145。例如，当在供应控制阀140后侧的浆料的压力相对低时，背压控制阀145的开口率减小以减少回流到罐110的浆料的量，从而增大在供应控制阀140后侧的浆料的压力。因此，背压控制阀145能够在实时基础上将在供应控制阀140前侧和后侧的浆料的压力保持恒定，从而恒定地保持供应到模具涂覆器150的浆料的量并将活性材料层的负载水平保持在恒定的水平。具体地，背压控制阀145允许活性材料层的负载水平在活性材料的涂覆方向上被保持在恒定水平。

模具涂覆器150的入口连接到供应控制阀140。此外，模具涂覆器150被支撑辊155支撑并设置成与所传送的电极集流器(a)的表面间隔开。模具涂覆器150通过狭缝状的喷嘴将浆料喷射在电极集流器(a)的表面上以在电极集流器(a)的表面上形成活性材料层。

此外，模具涂覆器150被构造，使得喷嘴的顶部或底部通过间隙调整设备可移动，从而调整喷嘴的顶部和底部之间的间隙，也就是喷嘴的高度。间隙调整设备可以包括液压缸、控制阀或滚珠丝杠(ball screw)、以及诸如伺服电机的传送设备。模具涂覆器150被控制，使得间隙调整设备连接到控制器180。因此，模具涂覆器150构造为通过在实时基础上调整喷嘴的间隙来调整浆料的喷射量。由于模具涂覆器150具有一般浆料涂覆装置的结构，所以将省略其详细描述。为了调整喷射量，在根据本发明的模具涂覆器150中，根据密度计170的负载水平数据，由控制器180控制间隙调整，不同于常规模具涂覆器(其中间隙调整重复进行多次)。

模具涂覆器150可以包括在喷嘴的宽度方向上形成的多个间隙调整设备。在此情形下，模具涂覆器150独立地控制多个间隙调整设备以在喷嘴的宽度方向上(也就是，在电极集流器(a)的宽度方向上)调整浆料的喷射量。因此，当在电极集流器(a)的宽度方向上活性材料层的负载水平存在差异时，模具涂覆器150的间隙通过多个间隙调整设备来调整。

干燥炉160干燥涂覆在电极集流器(a)的表面上的浆料以形成活性材料层。干燥炉160可以是用于活性材料涂覆装置的一般干燥炉。干燥炉160位于模具涂覆器150的后面。被浆料涂覆的电极板被从干燥炉160的一侧引入，干燥后的电极板被从干燥炉160的另一侧排出。干燥炉160形成得足够长以在被浆料涂覆的电极板经过时完全干燥涂覆在电极集流器上的浆料。

密度计170由用于通过以非接触方式测量在电极集流器的表面上涂覆的活性材料层的厚度而获得活性材料层的密度的测量设备形成。参照图2，密度计170构造为在扫描活性材料层的同时测量活性材料层的厚度并构造为用不同的颜色显示所测量的厚度。如图2所示，活性材料层的相对厚的部分可以显示为黄色，活性材料层的相对薄的部分可以显示为蓝色。密度计170可以是由高性能传感器和扫描仪(例如，Honeywell的MXProLine)构成的测量系统。此外，密度计170安装在干燥炉160的后面。密度计170连接到控制器180以将负载水平数据传输到控制器180。

密度计170不断地获得被干燥炉160干燥并从干燥炉160传送的电极板的活性材料层的负载水平。如上所述，密度计170通过测量活性材料层的厚度来获得活性材料层的负载水平。密度计170测量在整个活性材料层上的活性材料的负载水平。优选地是，密度计170根据关于活性材料层的宽度方向或涂覆方向的预定间隔或周期来测量负载水平。此外，如图2所示，密度计170测量在整个活性材料层上的将被显示在分离的显示器件上的负载水平。

密度计170将测得的负载水平数据传输到控制器180。优选地是，密度计170将宽度方向或涂覆方向上的负载水平数据传输到控制器180。

控制器180连接到泵120、供应控制阀140、背压控制阀145、模具涂覆器150和密度计170，以使能够在其间数据通讯。因此，控制器180根据从密度计170传输的负载水平数据来控制泵120、供应控制阀140、背压控制阀145和模具涂覆器150中至少一个的操作。更具体地，控制器180从密度计170接收活性材料层的负载水平数据。此外，控制器180根据从密度计170传输的负载水平数据来控制泵120、供应控制阀140、背压控制阀145、模具涂覆器150的操作，从而调整负载水平。更具体地，控制器180控制泵120每分钟的转数以调整从泵120供应的浆料的量。此外，控制器180通过打开或关闭供应控制阀140来控制供应到模具涂覆器150的浆料的量。因此，控制器180控制涂覆在电极集流器上的活性材料层的厚度。此外，控制器180基于从压力传感器传输的压力数据来控制背压控制阀145的开口率，其中该压力传感器安装在供应控制阀140的前侧和后侧，从而控制在供应控制阀140前侧和后侧的浆料压力。也就是说，当在供应控制阀140后侧的浆料压力相对低时，控制器180减小背压控制阀145的开口率，从而增大在供应控制阀140后侧的浆料压力。当在供应控制阀140后侧的浆料压力相对高时，控制器180增大背压控制阀145的开口率，从而降低在供应控制阀140后侧的浆料压力。因此，控制器180使在供应控制阀140前侧和后侧的浆料压力保持恒定，从而控制在涂覆方向上的负载水平。此外，控制器180通过调整模具涂覆器150的间隙来控制从模具涂覆器150排出的浆料的量。

此外，控制器180控制泵120、供应控制阀140、背压控制阀145、模具涂覆器150和密度计170，从而使自动的涂覆过程可行。

根据本发明实施例的电极板涂覆装置如下操作。

首先，泵120在控制器180的控制下操作，并将存储在罐110中的浆料通过过滤器130供应到供应控制阀140。供应控制阀140打开，浆料被供应到模具涂覆器150。这里，控制器180控制背压控制阀145打开，以允许一些浆料回流到罐110。控制器180从安装在供应控制阀140前侧和后侧的压力传感器接收浆料压力数据，并控制背压控制阀145。模具涂覆器150将供应的浆料喷射在被支撑辊155支撑和传送的电极集流器的表面上，以将浆料涂覆在电极集流器上。干燥炉160干燥被浆料涂覆的电极集流器以形成活性材料层。密度计170在活性材料层的宽度方向和涂覆方向上在整个活性材料层上测量活性材料层的负载水平，并将测得的负载水平传输到控制器180。控制器180基于从密度计170传输的负载水平数据来控制泵120、供应控制阀140、返回压力控制阀145和模具涂覆器150。

尽管以上已经具体描述了本发明的示范性实施例，但是应当理解，可呈现于本领域技术人员的这里描述的基本发明构思的许多变化和修改仍将落入由权利要求书所定义的本发明的示范性实施例的精神和范围内。

本申请要求于2011年4月14日提交的韩国专利申请No.11-2011-0034574的优先权和权益，在此通过参考结合其全部内容。

Claims (9)

1.一种用于二次电池的电极板的涂覆装置，包括：

罐，存储浆料；

泵，连接到所述罐并供应所述浆料；

供应控制阀，控制从所述泵供应的所述浆料的供应；

背压控制阀，连接在所述罐和所述供应控制阀之间，控制回流到所述罐的浆料的量，以及保持在所述供应控制阀的前侧和后侧的浆料压力；

模具涂覆器，将从所述供应控制阀供应的所述浆料喷射到电极集流器的表面；

干燥炉，干燥涂覆在所述电极集流器的所述表面上的所述浆料以形成活性材料层；

密度计，测量所述活性材料层的负载水平；以及

控制器，根据从所述密度计传输的所述负载水平数据来控制所述泵、所述供应控制阀、所述背压控制阀和所述模具涂覆器中的至少一个的操作，

其中所述密度计计算在所述电极集流器的表面上涂覆的所述活性材料层的宽度方向和涂覆方向上的负载水平，并将计算的负载水平传输到所述控制器，其中所述电极集流器被所述干燥炉干燥且从所述干燥炉传送。

2.如权利要求1所述的涂覆装置，其中所述控制器根据从所述密度计传输的所述负载水平数据来控制所述泵每分钟的转数。

3.如权利要求1所述的涂覆装置，其中所述控制器根据从所述密度计传输的所述负载水平数据来控制所述供应控制阀的打开或关闭。

4.如权利要求1所述的涂覆装置，其中所述控制器根据从所述密度计传输的所述负载水平数据来控制所述背压控制阀的开口率。

5.如权利要求1所述的涂覆装置，其中通过根据从所述密度计传输的所述负载水平数据来控制所述模具涂覆器的间隙，所述控制器控制从所述模具涂覆器排出的浆料的量。

6.如权利要求5所述的涂覆装置，其中所述模具涂覆器被控制使得所述间隙在所述活性材料层的宽度方向上变化。

7.如权利要求1所述的涂覆装置，其中所述控制器根据从所述密度计传输的所述负载水平数据来控制所述泵每分钟的转数、所述供应控制阀的打开或关闭、所述背压控制阀的开口率以及所述模具涂覆器的间隙。

8.一种用于二次电池的电极板的涂覆装置，包括：

罐，存储浆料；

泵，连接到所述罐并供应所述浆料；

供应控制阀，控制从所述泵供应的所述浆料的供应；

背压控制阀，连接在所述罐和所述供应控制阀之间，控制回流到所述罐的浆料的量，以及保持在所述供应控制阀的前侧和后侧的浆料压力；

模具涂覆器，将从所述供应控制阀供应的所述浆料喷射到电极集流器的表面；

干燥炉，干燥涂覆在所述电极集流器的表面上的所述浆料以形成活性材料层；

密度计，测量所述活性材料层的负载水平；以及

控制器，根据从所述密度计传输的所述负载水平数据来控制所述浆料的涂覆厚度，

其中所述密度计计算在所述电极集流器的表面上涂覆的所述活性材料层的宽度方向和涂覆方向上的负载水平，并将计算的负载水平传输到所述控制器，其中所述电极集流器被所述干燥炉干燥且从所述干燥炉传送。

9.如权利要求8所述的涂覆装置，其中所述控制器根据从所述密度计传输的所述负载水平数据来控制所述泵每分钟的转数、所述供应控制阀的打开或关闭、所述背压控制阀的开口率以及所述模具涂覆器的间隙，从而调整所述浆料的涂覆厚度。