CN102824978A - 涂覆辊和涂覆辊的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涂覆辊（1）和涂覆辊（1）的制造方法，所述涂覆辊将涂覆液涂覆到基底的表面上，其中所述涂覆辊（1）包括辊体（2），所述辊体包括大径部（21）和从所述大径部（21）的两端同轴延伸的小径部（22），所述制造方法包括：将树脂层（31）覆盖在至少每个所述小径部（22）的外周上；通过加工所述树脂层（31）的外周而在每个所述小径部（22）的外周上形成遮掩部（12）；和在所述大径部（21）的外周上形成涂覆沟槽部（11）。

Description

涂覆辊和涂覆辊的制造方法

技术领域

本发明涉及一种将涂覆液涂覆到基底的表面上的涂覆辊的制造方法，还涉及一种涂覆辊。

背景技术

锂离子二次电池的各个电极（正极和负极）都是通过在作为集电体（例如，铝箔或铜箔）的基底的表面上形成薄膜来制备的。薄膜是通过将包括活性物质和粘合剂树脂的浆料涂覆到基底的表面上并通过使浆料干燥而形成的。浆料的增大的干燥速度在降低用于执行这种涂覆操作的设备的成本方面是有效的。但是，用于使浆料干燥的热空气的流入可能导致迁移，其中在所涂覆的浆料内粘合剂树脂从活性物质游离出并在所涂覆浆料的深度方向上产生偏析。这样，通常采用一种两个步骤的涂覆工艺，其包括首先将粘合剂树脂涂覆到基底的表面上，然后覆盖上一层无粘合剂的成分。粘合剂树脂对于活性物质间的粘合和活性物质与基底间的粘合是必要的。但是，当过量地使用时，粘合剂树脂可能妨碍锂离子的移动，从而损害电池特性。因此，鉴于电池特性，高精度地控制通过将粘合剂树脂溶液涂覆到基底上所形成的薄膜的厚度是重要的。

但是，涂覆液通常在基底的局部区域被涂覆到基底上，因此，有必要与不涂覆的区域对应地将涂覆辊遮掩起来。日本专利申请No.5-15824（JP5-15824A）公报记载了一种利用被遮掩的涂覆辊局部地涂覆涂覆液的方法和设备。根据JP 5-15824A，构成辊涂覆机的上涂覆辊具有绕其卷绕的预定宽度的遮掩膜。辊涂覆机的下供给辊旋转以使基底板片从上下辊之间的空间通过，同时涂覆液被供给到该空间。这样，除了与上涂覆辊的覆盖有遮掩膜的部分对应的区域以外，基底板片的表面被局部地涂覆以涂覆液。这种技术的有利之处在于，仅通过在辊的外周上卷绕容易得到的遮掩膜便完成了期望的涂层涂覆，并且通过改变遮掩膜的形状容易使涂覆辊适配于待涂覆产品的规格。

但是，JP 5-15824A中描述的涂覆技术具有以下问题。首先，当被卷绕在涂覆辊上时，具有给定厚度的遮掩膜在遮掩膜的一端和涂覆辊的外周之间形成台阶。遮掩膜的厚度必须减小以便减小台阶高度。但是，由于遮掩膜与旋转的涂覆辊的外周成摩擦接触，所以如果遮掩膜制得太薄，则遮掩膜易于发生故障，例如破裂或起皱。也就是说，遮掩膜需要具有给定的厚度（至少10至20μm）。另一方面，如图7所示，会发生这样的现象，其中涂覆液P被表面张力吸到具有给定厚度的遮掩膜F的边缘F1。因此，在遮掩膜F的边缘F1附近，一些涂覆液被表面张力吸取而添加到由涂覆沟槽101保持的涂覆液上，使得涂覆辊100在遮掩膜F的边缘附近比在其中央部保持更大量的涂覆液P。这导致通过将涂覆液P涂覆到基底K上而形成的涂覆膜W在其边缘WE附近具有比在其中央部WC的厚度H2更大的厚度H1，如图8所示。根据发明人进行的实验的结果，在使用具有10至20μm范围内的厚度的遮掩膜F的情况下，如图9所示，增大的边缘厚度（H1-H2）、也就是边缘WE附近的边缘厚度相对于在中央部WC的厚度的增大量在200至300nm的范围内。增大的边缘厚度占涂覆膜厚度的5%至8%，从而对电池性能具有重大影响。因此，需要一种适于尽可能减小涂覆膜的增大的边缘厚度的涂覆辊和涂覆辊的制造方法。

根据JP 5-15824A中公开的涂覆技术，遮掩膜仅被卷绕在涂覆辊上，因而遮掩膜相对于涂覆辊的位置是不稳定的。这导致另一个问题，即，通过将涂覆液涂覆到基底上而形成的涂覆膜的边缘位置会发生变化。

发明内容

本发明提供了一种涂覆辊和涂覆辊的制造方法，其适于在不将遮掩膜卷绕在其上的情况下将涂覆液涂覆到基底上，以使得能减小涂覆膜的增大的边缘厚度并且稳定涂覆膜的边缘位置。

本发明的第一方面涉及一种涂覆辊的制造方法，该涂覆辊将涂覆液涂覆到基底的表面上，其中所述涂覆辊包括辊体，所述辊体包括大径部和从所述大径部的两端同轴延伸的小径部。所述制造方法包括：将树脂层覆盖在至少每个所述小径部的外周上；通过加工所述树脂层的外周而在每个所述小径部的外周上形成遮掩部；和在所述大径部的外周上形成涂覆沟槽部。

所述遮掩部的外径可等于所述涂覆沟槽部的最大直径。所述树脂层可覆盖在所述大径部的外周和每个所述小径部的外周上而使得所述树脂层呈圆柱形。

所述涂覆沟槽部的截面形状可包括峰部和谷部，并且所述涂覆沟槽部的最大直径可等同于所述涂覆沟槽部在所述峰部的直径。在所述涂覆沟槽部中，最大直径与最小直径之差的一半可小于相邻的最大直径部分之间的距离。

所述树脂层可覆盖在所述大径部的外周和每个所述小径部的外周上而使得所述树脂层呈圆柱形。所述树脂层可包括覆盖在所述大径部上的第一树脂层部段和覆盖在每个所述小径部上的第二树脂层部段，并且可通过同时切削所述第一树脂层部段和所述第二树脂层部段来形成所述遮掩部。

本发明的第二方面涉及一种涂覆辊，所述涂覆辊将涂覆液涂覆到基底的表面上。所述涂覆辊包括：辊体，所述辊体包括大径部和从所述大径部的两端同轴延伸的小径部；遮掩部，所述遮掩部形成在树脂层的外周上，所述树脂层覆盖在每个所述小径部的外周上；和涂覆沟槽部，所述涂覆沟槽部形成在所述大径部的外周上。

所述遮掩部的外径可等于所述涂覆沟槽部的最大直径。

上述构型消除了在涂覆液被涂覆到基底上时将遮掩膜卷绕在辊上的需要。此外，可减小涂覆膜的增大的边缘厚度。也就是说，可防止通过将涂覆液涂覆到基底上而形成的涂覆膜在其边缘附近比在其中央部具有更大的厚度，以使得涂覆膜在其中央部和边缘部之间的厚度差（增大的边缘厚度）减小。此外，涂覆膜的边缘位置变得稳定。

附图说明

下面将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点和技术及工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：

图1是示出按照本发明一个实施例的涂覆辊的透视图；

图2A是示出辊体（其下半部被示出为剖视图）的正视图，图2B是其侧视图；

图3A是示出具有树脂层的辊体（其下半部被示出为剖视图）的正视图，该树脂层覆盖在辊体的大径部的外周和每个小径部的外周上而使得树脂层呈圆柱形，图3B是其侧视图；

图4A是示出通过加工树脂层的外周而在每个小径部的外周上形成有遮掩部的辊体（其下半部被示出为剖视图）的正视图，图4B是其侧视图；

图5A是示出在大径部的外周上形成有涂覆沟槽部的辊体（其下半部被示出为剖视图）的正视图，图5B是其侧视图；

图6是示出涂覆沟槽部和遮掩部的放大剖视图；

图7是示出其中涂覆液被表面张力吸到卷绕在传统涂覆辊上的遮掩膜的边缘的现象的图示；

图8是示出利用传统涂覆辊形成的涂覆膜的增大的边缘厚度的图示；以及

图9是示出增大的边缘厚度和遮掩部的外径与涂覆沟槽部的最大直径之差之间的相关关系的图示。

具体实施方式

将参照附图详细说明按照本发明一个实施例的涂覆辊和涂覆辊的制造方法。现在，对树脂层叠步骤、遮掩形成步骤和涂覆沟槽形成步骤以所述的顺序进行描述。在对各步骤的说明中，也按照需要对涂覆辊的结构进行描述。

首先描述树脂层叠步骤。图1是示出按照本实施例的涂覆辊1的透视图。图2A是示出辊体2（其下半部被示出为剖视图）的正视图，而图2B是其侧视图。图3A是示出具有树脂层31的辊体2（其下半部被示出为剖视图）的正视图，树脂层31覆盖在辊体的大径部21的外周和每个小径部22的外周上而使得树脂层呈圆柱形，而图3B是其侧视图。如图1所示，本实施例的涂覆辊1是具有预定长度的棒状辊。涂覆辊1包括涂覆沟槽部11、遮掩部12和支承部13。涂覆沟槽部11在涂覆辊1的纵向中央形成。涂覆沟槽部11具有被限定成与要通过将涂覆液涂覆到基底的表面上而形成的涂覆膜的宽度对应的纵向长度。涂覆沟槽部11具有例如在200至400mm范围内的长度。涂覆沟槽部11包括形成在涂覆辊1上的螺旋形的涂覆沟槽。基底K是用于锂离子二次电池的电极的集电体。在该实施例中，正极的集电体采用铝箔，而负极的集电体采用铜箔。主要由苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）构成的粘合剂水溶液被用作涂覆液P。通过加工将在下文中描述的覆盖在辊体2上的树脂层31的外周而在涂覆沟槽部11的两侧形成遮掩部12。遮掩部12具有被限定成与基底的未覆盖有通过将涂覆液涂覆到其上而形成在基底上的涂覆膜的区域的尺寸对应的纵向长度。遮掩部12具有例如在50至100mm范围内的长度。考虑到耐久性、防水性等，树脂层31例如采用氟基树脂。支承部13紧邻遮掩部12形成在涂覆辊1的两个纵向端。支承部13通常具有装配在其上的防水轴承。

如图2A和图2B所示，辊体2包括设置在其纵向中央部的大径部21和从大径部21的两端同轴延伸的小径部22。每个支承部13位于相应的一个小径部22的远侧。大径部21限定在其外周上形成有涂覆沟槽部11的部分。每个小径部22限定在其上覆盖有限定遮掩部12的树脂层的部分。大径部21与每个小径部22的外径之差主要考虑被注射成形的遮掩树脂的流动性以及涂覆辊使用过程中的树脂耐久性、辊体2的柔性等而被限定。大径部21与每个小径部22的外径之差在大径部21的外径的0.1至1%的范围内。考虑到刚性、耐蚀性等，辊体2由不锈钢形成。希望对至少每个小径部22都进行利用玻璃球的喷丸处理，因为可预期经玻璃球喷丸的短径部能提供锚固限定遮掩部12的层叠树脂层31的效果。

如图3A和图3B所示，通过将树脂层31覆盖在辊体2的大径部21的外周和每个小径部22的外周上而使得树脂层31呈圆柱形来制造第一中间产品3。也就是，第一中间产品3呈圆柱形。通常通过嵌件成形工艺来覆盖树脂层31，其中树脂被注射到嵌入有辊体2的模具中。与辊体2的大径部21与每个小径部22的外径之差相对应地，树脂层31的厚度也产生差异。具有不同厚度的树脂层31以不同的速度冷却，使得注射成形层产生冷却期间的收缩量（收缩应变）的差异。结果，在第一中间产品3中，收缩应变可能在覆盖在大径部21上的树脂层部段32与覆盖在每个小径部22上的树脂层部段33之间的边界附近的树脂层31的外周上引起凹凸不均匀。

接下来，对遮掩形成步骤进行描述。图4A是示出通过加工树脂层31的外周而在每个小径部22的外周上形成有遮掩部12的辊体（其下半部被示出为剖视图）的正视图，图4B是其侧视图。如图4A和图4B所示，通过在每个小径部22的外周上形成遮掩部12而制造第二中间产品4。遮掩部是通过加工在树脂层叠步骤中覆盖的树脂层31的外周而形成的。在该加工过程中，通过从树脂层31的外周除去由收缩应变引起的凹凸不均匀而形成均匀的遮掩表面。加工树脂层31的外周的方法可例示为使用车床的切削加工。一般说来，使用车床的切削加工可在数μm的公差内调节棒状部件的外径。但是，应当注意，与金属相比，树脂根据温度变化而呈现大得多的膨胀或收缩。这要求必须基于使用辊的温度条件来设定加工树脂层的尺寸公差。因此，考虑到切削加工期间的温度上升，所述尺寸公差可被设定成使得通过加工树脂层31在涂覆辊1的工作温度下，遮掩部具有与大径部相同的外径，以使得遮掩部12的外径等于或稍大于大径部21的外径。

大径部21和遮掩部12的外径之差通过同时加工覆盖在大径部21上的树脂层部段32和覆盖在每个小径部22上的树脂层部段33来减小，由此使大径部21的外周面与遮掩部12的外周面齐平。之所以进行该加工是因为如果在大径部21和遮掩部12之间的边界处存在台阶，则表面张力会将一些涂覆液P吸到该台阶，从而引起涂覆膜的边缘厚度的增大。遮掩部12的表面被调节为具有用于密封涂覆液P所需的粗糙度。例如，在涂覆液P具有低粘度的情况下，遮掩部12的表面粗糙度需要被调节得尽可能低。

接下来，对涂覆沟槽形成步骤进行描述。图5A是示出在大径部21的外周上形成有涂覆沟槽部11的辊体2（其下半部被示出为剖视图）的正视图，图5B是其侧视图。图6是示出涂覆沟槽部11和遮掩部12的放大剖视图。如图5A和图5B所示，通过在大径部21的外周上形成涂覆沟槽部11而制造涂覆辊1。形成涂覆沟槽部11的方法的示例包括使用车床的切削加工和使用滚压模的滚压加工（rolling process）。在用于形成涂覆沟槽部11的加工过程中，可优选地在遮掩部12上附装管状盖，以便不损伤遮掩部12。如图6所示，涂覆沟槽部11以这样的方式形成，使得在涂覆辊的工作温度下涂覆沟槽部11的最大直径ΦA等于遮掩部12的外径ΦB（涂覆沟槽部11的最大半径等于遮掩部12的半径）。涂覆沟槽部11具有朝其外周开口的截面形状。虽然涂覆沟槽部11的截面形状例如由图6所示的正弦曲线（波形线）限定，但是其截面也可由Z字形（锯齿形）线或截顶的Z字形线限定。也就是，涂覆沟槽部11的截面形状包括峰部和谷部，并且在涂覆沟槽部11的峰部确定的直径（在涂覆沟槽部11的峰部确定的半径的两倍）等同于涂覆沟槽部11的最大直径。在涂覆液具有高粘度、例如为粘合剂水溶液的情况下，涂覆膜易于在表面上起皱。因此，涂覆沟槽部11被构造成使得沟槽深度N小于沟槽节距M。这里，沟槽节距M对应于相邻的最大直径部分之间的距离（相邻的峰部之间的距离）。沟槽深度N对应于涂覆沟槽部11的最大直径与最小直径（在谷部确定的直径）之差的一半。

如上面详细所述，按照本实施例的涂覆辊1的制造方法包括：树脂层叠步骤，其中在大径部21的外周和从大径部21的两端同轴延伸的每个小径部22的外周之中，将树脂层31覆盖在至少每个小径部22的外周上；和遮掩形成步骤，其中通过加工树脂层31的外周而在每个小径部22的外周上形成遮掩部12。与JP 5-15824A中公开的技术不同，该方法不需要卷绕在涂覆辊上的遮掩膜。因此，该方法不大可能引起涂覆液被表面张力吸到具有预定厚度的遮掩膜的边缘的现象。这样，可防止涂覆膜P在其边缘附近具有比在其中央部的厚度更大的厚度。

具体地，本实施例实现了遮掩部12的外径与涂覆沟槽部11的最大直径之差在0至5μm的范围内，而增大的边缘厚度为10nm或更小。已确认的是，占涂覆膜厚度的1%或更小的该增大的边缘厚度对电池性能具有很小的影响。附及地，涂覆膜的厚度通过椭偏光度法（spectroscopicellipsometry）来测量。此外，遮掩部12和涂覆沟槽部11之间的位置关系未改变，因为遮掩部12在辊体2的每个小径部22的外周上形成，而涂覆沟槽部11在辊体2的大径部21的外周上形成。因此，被涂覆到基底K上的涂覆液P形成具有稳定的边缘位置的涂覆膜。这样便提供了一种涂覆辊1的制造方法，其适于在不将遮掩膜卷绕在其上的情况下将涂覆液P涂覆到基底K上，以使得能减小涂覆膜的增大的边缘厚度并且稳定涂覆膜的边缘位置。

按照本实施例，在涂覆辊的工作温度下，遮掩部12的外径等于涂覆沟槽部11的最大直径。因此，涂覆辊1的使用不需要在涂覆沟槽部11和遮掩部12之间的边界处形成台阶。因此，遮掩部12不会遇到涂覆液P被表面张力吸到其边缘的现象。结果，可防止涂覆到基底K上的涂覆液P形成在其边缘附近具有比在其中央部的厚度大的厚度的涂覆膜。

按照本实施例，在树脂层叠步骤中，树脂层31覆盖在大径部21的外周和每个小径部22的外周上而使得树脂层呈圆柱形。在遮掩形成步骤中，通过同时切削覆盖在大径部21上的树脂层部段32和覆盖在每个小径部22上的树脂层部段33而形成遮掩部。因此，在大径部21的外周和每个小径部22的外周上形成树脂层31期间在树脂层31中产生的收缩应变能通过一个切削步骤被除去。大径部21的外周面与遮掩部12的外周面齐平。这尽量减小了在涂覆沟槽部11和遮掩部12之间形成台阶或间隙的可能性。

按照本实施例，将涂覆液P涂覆到基底K的表面上的涂覆辊1包括：包括大径部21和从大径部21的两端同轴延伸的小径部21的辊体2；在覆盖在至少每个小径部22的外周上的树脂层31的外周上形成的遮掩部12；和在大径部21的外周上形成的涂覆沟槽部11。因此，涂覆辊能在不将遮掩膜卷绕在其上的情况下将涂覆液P涂覆到基底K上，以使得能减小涂覆膜的增大的边缘厚度，同时稳定涂覆膜的边缘位置。

具体地，按照本实施例，辊体2设有大径部21和小径部22，并且通过加工覆盖在每个小径部22的外周上的树脂层3的外周而形成遮掩部12。因此，本实施例不必如在JP 5-15824A中所公开的那样将遮掩膜卷绕在涂覆辊上。这降低了涂覆液被表面张力吸到具有预定厚度的遮掩膜的边缘的现象的发生率。因此，可防止涂覆膜在其边缘附近具有比在其中央部的厚度大的厚度。此外，遮掩部12形成在辊体2的每个小径部22的外周上，而涂覆沟槽部11形成在辊体2的大径部21的外周上。因此，遮掩部12和涂覆沟槽部11之间的位置关系不会改变。这确保了通过将涂覆液P涂覆到基底K上而形成的涂覆膜的边缘位置能够稳定。

按照本实施例，在涂覆辊的工作温度下，遮掩部12的外径等于涂覆沟槽部11的最大直径。因此，涂覆辊1的使用不需要在涂覆沟槽部11和遮掩部12之间的边界处形成台阶。因此，遮掩部12不会遇到涂覆液被表面张力吸到其边缘的现象。结果，可防止涂覆到基底K上的涂覆液P形成在其边缘附近具有比在其中央部的厚度大的厚度的涂覆膜。

按照本发明的涂覆辊和涂覆辊的制造方法不限于上述实施例，而是能以如下的各种变型被应用。本实施例的涂覆沟槽部11设在涂覆辊的一个纵向中央部，但是不总是被限制在一个位置。在基底K的宽度范围内形成多块涂覆膜的情况下，可在多个位置设置多个涂覆沟槽部11。虽然按照本实施例树脂层31覆盖在大径部21和小径部22上，但是树脂层也可覆盖在大径部21、小径部22和支承部13上。在这种情况下，当每个小径部22和每个支承部13具有不同的外径时，该方式可消除在每个小径部22和每个支承部13之间产生的收缩应变。按照本实施例，在涂覆辊的工作温度下，遮掩部12的外径被设定为等于涂覆沟槽部11的最大直径。但是，如果增大的边缘厚度在容许范围内，则遮掩部12可具有比涂覆沟槽部11的外径大的外径。由于遮掩部12由树脂材料形成，所以遮掩部12易于沉降或磨损。但是，外径增大的遮掩部12的耐久性提高。

Claims (8)

1.一种涂覆辊（1）的制造方法，所述涂覆辊将涂覆液涂覆到基底的表面上，其中所述涂覆辊（1）包括辊体（2），所述辊体包括大径部（21）和从所述大径部（21）的两端同轴延伸的小径部（22），所述制造方法的特征在于包括：

将树脂层（31）覆盖在至少每个所述小径部（22）的外周上；

通过加工所述树脂层（31）的外周而在每个所述小径部（22）的外周上形成遮掩部（12）；和

在所述大径部（21）的外周上形成涂覆沟槽部（11）。

2.根据权利要求1所述的涂覆辊的制造方法，其中，所述遮掩部（12）的外径等于所述涂覆沟槽部（11）的最大直径。

3.根据权利要求2所述的涂覆辊的制造方法，其中：

所述涂覆沟槽部（11）的截面形状包括峰部和谷部；并且

所述涂覆沟槽部（11）的最大直径等同于所述涂覆沟槽部（11）在所述峰部的直径。

4.根据权利要求2或3所述的涂覆辊的制造方法，其中，在所述涂覆沟槽部（11）中，最大直径与最小直径之差的一半小于相邻的最大直径部分之间的距离。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的涂覆辊的制造方法，其中，所述树脂层（31）覆盖在所述大径部（21）的外周和每个所述小径部（22）的外周上而使得所述树脂层（31）呈圆柱形。

6.根据权利要求5所述的涂覆辊的制造方法，其中：

所述树脂层（31）包括覆盖在所述大径部（21）上的第一树脂层部段（32）和覆盖在每个所述小径部（22）上的第二树脂层部段（33）；并且

通过同时切削所述第一树脂层部段（32）和所述第二树脂层部段（33）来形成所述遮掩部（12）。

7.一种涂覆辊（1），所述涂覆辊将涂覆液涂覆到基底的表面上，所述涂覆辊的特征在于包括：

辊体，所述辊体包括大径部（21）和从所述大径部（21）的两端同轴延伸的小径部（22）；

遮掩部（12），所述遮掩部形成在树脂层（31）的外周上，所述树脂层覆盖在每个所述小径部（22）的外周上；和

涂覆沟槽部（11），所述涂覆沟槽部形成在所述大径部（21）的外周上。

8.根据权利要求7所述的涂覆辊，其中，所述遮掩部（12）的外径等于所述涂覆沟槽部（11）的最大直径。

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