CN104285115A - 用于制造二次电池的烘干炉的自动充气流量控制器 - Google Patents

用于制造二次电池的烘干炉的自动充气流量控制器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于制造二次电池的电极烘干炉的进气流量控制设备，所述二次电池以包括溶剂的电极浆料对集电器涂覆并且烘干所述溶剂。根据本发明的用于所述电极烘干炉的所述进气流量控制设备包括：至少一个电极烘干炉，所述至少一个电极烘干炉具有供应外部空气的进气管和排出混合有干燥空气和溶剂的气体的排气管；传感器，所述传感器测量所述排气管中的排气的溶剂浓度；和控制器，所述控制器基于从所述传感器接收的关于排气中的溶剂浓度的信息来调节空气供应量和/或气体排出量。

Description

用于制造二次电池的烘干炉的自动充气流量控制器
技术领域
本发明涉及一种用于制造二次电池的电极烘干炉的进气流量控制设备，并且更具体地，涉及一种如下用于制造二次电池的电极烘干炉的进气流量控制设备，该电极烘干炉被构造成以包括溶剂的电极浆料对集电器涂覆并且烘干该溶剂，该电极烘干炉的进气流量控制设备包括：至少一个电极烘干炉，该至少一个电极烘干炉具有用于供应外部空气的进气管和用于排出含空气和溶剂的混合气体的排气管；传感器，该传感器被安装在排气管中，以测量排气中的溶剂浓度；和控制器，该控制器用于基于从传感器接收的关于排气中的溶剂浓度的信息来调节空气供应量和/或气体排出量。
背景技术
可将电子工业近年来的一个重要发展趋势总结为装置的移动化以及从模拟装置到数字装置的转变。上述趋势的代表性实例可包括无线电话(也称为移动电话)和膝上型计算机的快速普及、以及从模拟相机到数码相机的转变。
除了上述趋势之外，已经积极进行用作装置电源的二次电池的研究和开发。在这些二次电池中，高度重视锂二次电池，锂二次电池通过使用锂过渡金属氧化物或锂化合物氧化物作为阴极活性材料而具有高输出和容量与重量比。锂二次电池被构造成具有下列结构，其中在密封状态下，将阴极/分隔物/阳极结构的电极组件与电解质一起接纳在电池壳体中。
同时，锂二次电池包括阴极、阳极以及介于阴极和阳极之间的电解质材料。基于被用作阴极活性材料和阳极活性材料的材料，锂二次电池可被分为锂离子电池(LIB)或聚合物锂离子电池(PLIB)。通常，通过下列方式来形成锂二次电池的电极板：以阴极或阳极活性材料对由铝片、铜片、网、薄膜或箔制成的集电器涂覆；和然后烘干涂在集电器上的阴极或阳极活性材料。
传统的烘干系统采用一种使用热空气的对流式烘干方法。
图1是示出传统烘干系统的大致结构的典型视图。
参考图1，用于二次电池的电极烘干设备10包括：进气管71和排气管72，所述进气管71和排气管72从多个烘干炉61、62和63延伸；多个进气气门42、43和44，所述多个进气气门42、43和44被安装在进气管71中；多个排气气门51、52和53，所述多个排气气门51、52和53被安装在排气管72中；和多个空气浓度传感器81、82和83，所述多个空气浓度传感器81、82和83被安装在排气管72中。
具体而言，在具有上述构造的传统烘干系统中，在具有电极浆料的电极通过其中电极烘干炉61、62和63彼此连接的烘干区段的同时，烘干电极浆料的溶剂。电极烘干炉61、62和63中的每一个都具有3-6m的长度。因此，具有电极浆料的电极通过具有约30-60米长度的、电极烘干炉61、62和63彼此连接的烘干区段。使用可独立地控制喷嘴中的温度和流出速度的电极烘干炉61、62和63，以在烘干电极浆料时，基于烘干程度提供最佳烘干条件。
随着进气流量21、22和23增大，排气的气体浓度降低，结果是电极烘干炉的安全性提高。然而，必需将外部室温空气加热至高的炉温度，结果是能量费用增加。此外，必需提高用于从排气收集溶剂气体的设施的容量，结果是设施投资费用也增加。
另外，在烘干的第一半部分中，电极浆料的溶剂的蒸发量大。另一方面，在烘干的第二半部分中，残余溶剂的量小，因此，电极浆料的溶剂的蒸发量降低。
结果，相应烘干炉61、62和63中的电极浆料的溶剂的蒸发量彼此不同。出于该原因，必需基于相应烘干炉61、62和63中的电极浆料的溶剂的蒸发量，来调节进气流量21、22和23。
出于该目的，为了调节流量而设置的进气气门42、43和44被安装在分支进气管中，该分支进气管从主进气管71分支出且被连接至相应的烘干炉61、62和63，并且排气气门51、52和53被安装在分支排气管中，该分支排气管从相应的烘干炉61、62和63连接至主排气管72，以便控制进气气门42、43和44或者排气气门51、52和53的开度，以调节到相应的烘干炉61、62和63的进气流量21、22和23。
基于电极浆料的成分、生产速度等，频繁地改变来自相应的烘干炉61、62和63的排气的气体浓度。然而，控制进气气门42、43和44的开度非常麻烦，因此，不可能频繁地控制进气气门42、43和44的开度。
因此，通常调节进气流量21、22和23，使得气体浓度保持低于基准值，并且控制主进气气门41以设置进气流量，以便气体浓度的最大值近似满足基准值。
因此，在传统的烘干系统中，必需使相应的烘干炉满足排气中的气体浓度的基准值。结果，进气流量升高为超过必需流量，因此，由于进气的温度升高而导致能量损耗。此外，必需提高排气处理设施的容量。
另外，生产速度受具有最高排气气体浓度的烘干炉限制，结果是总体生产速度降低。
由于传统的用于二次电池的电极烘干设备具有下列问题，即，由于进气的温度升高，产生能量损耗，所以必需提高排气处理设施的容量，并且生产速度受具有最高排气气体浓度的烘干炉限制，结果是总体生产速度降低，所以高度需要一种用于制造二次电池的电极烘干炉的进气流量控制设备，该进气流量控制设备能够最优化地并最小地维持所有电极烘干炉的进气流量，从而最小化电极烘干炉的能量消耗，并且最大化电极生产。
发明内容
技术问题
因此，做出本发明以解决上述问题以及还未解决的其它技术问题。
也就是说，本发明的目的是提供一种用于制造二次电池的电极烘干炉的进气流量控制设备，该进气流量控制设备被构造成基于安装在相应的电极烘干炉的排气管中的气体浓度传感器而测量的数据，来自动调节电极烘干炉的进气管和排气管，以便向相应的电极烘干炉供应进气流量，使得来自相应的电极烘干炉的排气的浓度满足基准值，由此最优化和最小化地维持所有电极烘干炉的进气流量，并且因此降低电极烘干炉的能量消耗并改善电极生产。
本发明的另一目的是提供一种通过使用具有上述构造的用于二次电池的电极烘干设备制造的用于二次电池的电极。
技术解决方案
根据本发明的一方面，通过提供这样一种用于制造二次电池的电极烘干炉的进气流量控制设备来实现上述和其它目的，该电极烘干炉被构造成以包括溶剂的电极浆料对集电器涂覆并且烘干溶剂，电极烘干炉的进气流量控制设备包括：至少一个电极烘干炉，该至少一个电极烘干炉具有用于供应外部空气的进气管和用于排出含空气和溶剂的混合气体的排气管；传感器，该传感器被安装在排气管中，用于测量排气中的溶剂浓度；和控制器，该控制器用于基于从传感器接收的关于排气中的溶剂浓度的信息，来调节空气供应量和/或气体排出量。
也就是说，根据本发明的用于制造二次电池的电极烘干炉的进气流量控制设备被构造成具有下列结构，其中测量排气中的溶剂的浓度，基于关于排气中的溶剂的测量浓度的信息来自动控制进气管和/或排气管，由此供应进气流量，以便排气的浓度满足基准值。
例如，可使用有机溶剂作为溶剂。优选地，使用N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)作为有机溶剂，NMP是可燃有机溶剂。
在使用NMP作为溶剂的情况下，可通过进气管将外部空气引入电极烘干炉中，以便维持来自电极烘干炉的排气中的NMP气体的浓度是爆炸下限(LEL)的约25％或更小，由此防止电极烘干炉爆炸。
在具体实例中，该至少一个电极烘干炉可包括被沿着通过以电极浆料对集电器涂覆而形成的电极的移动方向连续地布置的两个或更多个电极烘干炉。
特别地，电极烘干炉中的每一个都可具有3-6m的长度，并且电极烘干炉可被布置成限定具有30-60m总长度的烘干区段。
在另一具体实例中，电极烘干炉的进气流量控制设备可进一步包括被安装在进气管中的用于调节空气供应量的进气气门、和被安装在排气管中的用于调节气体排出量的排气气门。
不特别限制进气气门和排气气门，只要进气气门和排气气门能够分别打开和关闭进气管和排气管，或者能够调节进入电极烘干炉的进气流量或者调节流出电极烘干炉的排气流量。例如，进气气门和排气气门每个可以是管式阀。管式阀可被构造成具有能够控制管的开度的各种形式。
进气流量控制设备可控制被引入电极烘干炉内的空气量。特别地，进气流量控制设备可被构造成具有用于控制空气供应量的结构，以便从两个或更多个电极烘干炉排出的排气中的溶剂浓度相同。
控制器可控制空气供应量和/或气体排出量，以便维持从电极烘干炉排出的排气中的溶剂的浓度是爆炸下限(LEL)的25％或更小。也就是说，控制器可被构造成具有下列结构，该结构能够维持排气中的溶剂的浓度是LEL的25％或更小，以防止含高浓度溶剂的排气导致的电极烘干炉爆炸并且确保电极烘干炉的安全性。
因此，控制器可控制进气气门和排气气门，以调节空气供应量，以便防止电极烘干炉爆炸并且最优化地控制进气流量。
电极烘干炉的进气流量控制设备可进一步包括被安装在进气气门和排气气门处的气门控制单元，用于根据来自控制器的控制信号，来控制进气气门和排气气门的开度。因此，能够通过经由相应的气门控制单元进行控制进气气门和排气气门的开度，来调节进入电极烘干炉的进气流量或调节流出电极烘干炉的排气流量。
例如，气门控制单元中的每一个都可以是伺服马达。伺服马达的结构在本发明所属领域中众所周知，因此将省略其详细说明。
根据本发明的另一方面，提供一种通过使用具有上述构造的电极烘干炉的进气流量控制设备制造的二次电池的电极。
根据本发明的另一方面，提供一种包括上述二次电池的电极的锂二次电池。锂二次电池可以是具有高能量密度、放电电压和输出稳定性的锂离子电池或聚合物锂离子电池。
锂离子二次电池可以是被构造成具有下列结构的二次电池，其中在电极组件被电解质浸没的密封状态下，在电池壳体中安装阴极/分隔物/阳极结构的电极组件。电极组件可以是：被构造成具有下列结构的果冻卷(卷绕)式电极组件，其中在分隔物被设置在阴极和阳极之间的状态下，卷绕长片式阴极和长片式阳极；被构造成具有下列结构的堆叠式电极组件，其中在分隔物被分别设置在阴极和阳极之间的状态下，依次堆叠具有预定尺寸的多个阴极和阳极；或者，被构造成具有下列结构的堆叠/折叠式电极组件，其中在分隔物被分别设置在阴极和阳极之间的状态下，依次堆叠具有预定尺寸的多个阴极和阳极，以组成二分电池或全电池，并且然后通过使用分隔薄膜来折叠多个双电池或全电池。
根据本发明的另一方面，提供一种包括作为单元电池的两个或更多个锂二次电池的电池组。
例如，电池组可被用作从下列装置中选择的装置的电源，即，包括移动电话、膝上型计算机、智能电话、智能平板电脑、笔记本计算机、轻型电动车辆(LEV)、电动车辆、混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆和蓄电装置。然而，本发明不限于此。
附图说明
通过结合附图来阅读下文详细说明，将更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和其它优点，其中：
图1是示出用于二次电池的传统电极烘干设备的典型视图；并且
图2是示出根据本发明实施例的用于二次电池的电极烘干炉的进气流量控制设备的典型视图。
具体实施方式
现在，将参考附图详细地描述本发明的优选实施例。然而，应注意，本发明的范围不受例示实施例的限制。
图2是示出根据本发明实施例的用于二次电池的电极烘干炉的进气流量控制设备的典型视图。
在图2中，为了便于说明，示出用于二次电池的电极烘干炉的进气流量控制设备包括一个电极烘干炉。然而，用于二次电池的电极烘干炉的进气流量控制设备可被构造成具有下列结构，其中在电极通过两个或更多个电极烘干炉的同时，连续地烘干电极。
参考图2，用于制造二次电池的电极烘干设备100包括电极烘干炉101，该电极烘干炉101具有：进气管141，该进气管141用于沿着通过以电极浆料对集电器涂覆而形成的电极的移动方向供应外部空气；和排气管142，该排气管142用于在烘干电极浆料的溶剂后，排出含空气和溶剂的混合气体。在具有电极浆料的电极通过由电极烘干炉101限定的烘干区段的同时，烘干电极浆料的溶剂。
另外，电极烘干设备100进一步包括：进气气门121，该进气气门121被安装在进气管141中，用于调节空气供应量；和排气气门122，该排气气门122被安装在排气管142中，用于调节气体排出量。此外，电极烘干设备100进一步包括：传感器170，该传感器170被安装在排气管142中，用于测量排气中的溶剂的浓度；和控制器130，该控制器130用于基于从传感器170接收的关于排气中的溶剂浓度的信息，来控制进气气门121和排气气门122至少其中之一，从而调节空气供应量151和152和/或气体排出量161和162。
被安装在排气管142中用于测量排气中的溶剂浓度的传感器170基于电极烘干炉101中的溶剂的蒸发量来测量气体浓度，并且传感器170将测量到的结果以电信号传输至控制器130。控制器130将控制信号传输至分别被安装在进气气门121和排气气门122处的伺服马达111和112，以便基于来自传感器170的电信号来调节空气的供应量151和152和/或气体的排出量161和162，使得维持排气中的溶剂的浓度为爆炸下限(LEL)的25％或更小。
虽然已经为了例示目的公开了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员应明白，在不脱离附加权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，可存在各种变型、添加和替换。
工业实用性
通过上述说明应明白，根据本发明的用于制造二次电池的电极烘干炉的进气流量控制设备被构造成向所有的电极烘干炉供应进气流量，以便排气浓度满足基准值。因此，根据本发明的用于制造二次电池的电极烘干炉的进气流量控制设备具有下列效果，即最优化地并最小化地维持所有电极烘干炉的进气流量，由此降低电极烘干炉的能量消耗并且改善电极生产。

Claims (14)

1.一种用于制造二次电池的电极烘干炉的进气流量控制设备，所述电极烘干炉被构造成以包括溶剂的电极浆料对集电器进行涂覆并且烘干所述溶剂，所述电极烘干炉的进气流量控制设备包括：
至少一个电极烘干炉，所述至少一个电极烘干炉具有用于供应外部空气的进气管和用于排出含空气和所述溶剂的混合气体的排气管；
传感器，所述传感器被安装在所述排气管中，用于测量排气中的溶剂浓度；和
控制器，所述控制器用于基于从所述传感器接收到的关于排气中的溶剂浓度的信息来调节空气供应量和/或气体排出量。
2.根据权利要求1所述的电极烘干炉的进气流量控制设备，其中，所述溶剂是有机溶剂。
3.根据权利要求2所述的电极烘干炉的进气流量控制设备，其中，所述有机溶剂是N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。
4.根据权利要求1所述的电极烘干炉的进气流量控制设备，其中，所述至少一个电极烘干炉包括沿着电极的移动方向连续地布置的两个或更多个电极烘干炉，所述电极通过以所述电极浆料对所述集电器进行涂覆而形成。
5.根据权利要求4所述的电极烘干炉的进气流量控制设备，其中，所述电极烘干炉中的每一个都具有3m至6m的长度，并且所述电极烘干炉被布置成限定具有30m至60m的总长度的烘干区段。
6.根据权利要求1所述的电极烘干炉的进气流量控制设备，进一步包括：
进气气门，所述进气气门被安装在所述进气管中，用于调节空气供应量；和
排气气门，所述排气气门被安装在所述排气管中，用于调节气体排出量。
7.根据权利要求6所述的电极烘干炉的进气流量控制设备，其中，所述进气气门和所述排气气门中的每一个均包括管式阀。
8.根据权利要求6所述的电极烘干炉的进气流量控制设备，其中，所述进气气门和所述排气气门由所述控制器控制，以调节空气供应量。
9.根据权利要求8所述的电极烘干炉的进气流量控制设备，进一步包括安装在所述进气气门和所述排气气门处的气门控制单元，用于根据来自所述控制器的控制信号来控制所述进气气门和所述排气气门的开度。
10.根据权利要求9所述的电极烘干炉的进气流量控制设备，其中，所述气门控制单元中的每一个是伺服马达。
11.根据权利要求1所述的电极烘干炉的进气流量控制设备，其中：
所述至少一个电极烘干炉包括两个或更多个电极烘干炉，并且
所述控制器控制空气供应量，使得来自所述电极烘干炉的排气中的溶剂浓度是相同的。
12.根据权利要求1所述的电极烘干炉的进气流量控制设备，其中，所述控制器控制空气供应量和/或气体排出量，以便将所述排气中的溶剂浓度维持在爆炸下限(LEL)的25％或更小。
13.一种用于二次电池的电极，所述电极通过使用根据权利要求1-12中任一项所述的电极烘干炉的进气流量控制设备来制造。
14.一种锂二次电池，包括根据权利要求13所述的用于二次电池的电极。
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