CN115088094A - 电极轧制装置和电极轧制方法 - Google Patents

电极轧制装置和电极轧制方法 Download PDF

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Abstract

根据本公开的一个实施例的电极轧制装置是用于轧制具有涂覆部分和未涂覆部分的电极基板的装置，该电极轧制装置包括：线圈部，具有产生均匀磁场的有效区域；以及用于轧制电极基板的电极轧制部，其中，涂覆部分和未涂覆部分分别包括多个图案部分，未涂覆部分包括：位于电极基板的两个端部中的至少一个端部上的第一未涂覆图案部分；以及位于彼此相邻的涂覆图案部分之间的第二未涂覆图案部分，其中，线圈部包括：用于加热第一未涂覆图案部分的第一线圈部；以及用于加热第二未涂覆图案部分的第二线圈部，并且其中，第二线圈部的加热温度低于第一线圈部的加热温度。

Description

电极轧制装置和电极轧制方法
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年12月04日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2020-0168505的权益，其公开的内容通过引用全部并入本说明书中。
本公开涉及一种电极轧制装置和电极轧制方法，更具体地，涉及一种改善了电极缺陷的电极轧制装置和电极轧制方法。
背景技术
二次电池可以通过将由阴极板、阳极板和隔膜组成的电极组件插设在外壳中，然后密封外壳来形成。阴极板或阳极板(以下称为“电极板”)可以通过将活性材料浆料涂覆到阴极集流体或阳极集流体上至预定厚度，在阴极集流体和阳极集流体之间插入隔膜来构造，并将板以圆柱卷绕形(jelly-roll shape)多次卷绕或以多层层压来形成电极组件。
电极板可以由涂覆有活性材料浆料的活性材料涂覆部分和未涂覆有活性材料浆料的未涂覆部分形成。活性材料涂覆部分可以包括增加与电极集流体的粘合性并且增加活性材料的体积密度的轧制工艺。轧制的电极板可以在干燥之后通过具有一定宽度的切割机并切割为预定尺寸来使用。
轧制工艺具有的问题是，由于在轧制电极板时涂覆部分与未涂覆部分之间的厚度差而产生压缩偏差。由于这种偏差，会产生电极集流体的不平衡的塑性变形，从而引起残余应力。具体地，拉伸残余应力会引起部件的疲劳耐久性降低和断裂强度降低。
图1是示出使用常规轧制装置的轧制工艺的示意图。图2是示出轧制之后的电极板的俯视图。
参照图1，可以进行通过轧辊10来轧制在电极集流体20上形成的涂覆部分30和未涂覆部分40的轧制工艺。此时，压力集中在涂覆部分30上，并且如图2所示，涂覆部分30P的拉伸程度与未涂覆部分40的拉伸程度之间产生差异，并且在未涂覆部分40中会产生褶皱。由于在轧制工艺中产生的未涂覆部分40的褶皱，在随后工艺中会产生例如电极断开的工艺缺陷。特别地，在涂覆部分30P与未涂覆部分40之间的边界表面处残留有高拉伸残余应力，由于电极的收缩和膨胀，它们会持续地受到弱应力，并且会变得容易断裂。
特别地，随着电极尺寸变大，出现膨胀的可能性高，并且工艺缺陷会增加。
发明内容
技术问题
本公开的一个目的是提供一种改善了电极缺陷的电极轧制装置和电极轧制方法。
然而，本公开的实施例要解决的技术问题不限于上述问题，并且可以在本公开包括的技术构思的范围内进行各种扩展。
技术方案
根据本公开的一个方面，提供一种电极轧制装置，该电极轧制装置用于轧制具有涂覆部分和未涂覆部分的电极基板，该电极轧制装置包括：线圈部，具有产生均匀磁场的有效区域；以及用于轧制电极基板的电极轧制部，其中，涂覆部分和未涂覆部分分别包括多个图案部分，未涂覆部分包括：位于电极基板的两个端部中的至少一个端部的第一未涂覆图案部分；以及位于彼此相邻的涂覆图案部分之间的第二未涂覆图案部分，其中，线圈部包括：用于加热第一未涂覆图案部分的第一线圈部；以及用于加热第二未涂覆图案部分的第二线圈部，其中，第二线圈部的加热温度低于第一线圈部的加热温度。
第二未涂覆图案部分可以是直接被轧辊施加力的部分。
第二线圈部可以在具有移动性的同时感应加热第二未涂覆图案部分。
第一线圈部包括在电极基板的行进方向上的两侧中的至少一侧上设置的线圈单元，该线圈单元布置在电极基板的上部和下部中的至少一个上，并且在有效区域中，电极基板可以被感应加热。
线圈单元可以包括分别设置在电极基板的上部和下部的第一线圈单元和第二线圈单元。
线圈单元可以感应加热未涂覆部分的整个区域和涂覆部分的位于以涂覆部分与未涂覆部分之间的边界线为中心的两侧上的部分区域。
由第一线圈部产生磁场的有效区域可以包括：未涂覆部分；涂覆部分的与未涂覆部分相邻的部分区域；以及与涂覆部分隔开的远离未涂覆部分的一侧的空气区域。
可以分别在与有效区域对应的第一线圈单元和第二线圈单元中形成磁芯。
线圈部还可以包括将第一线圈单元和第二线圈单元电连接的连接单元，并且该连接单元在垂直于电极基板的表面的方向上延伸。
根据本公开的另一方面，提供一种电极轧制方法，该电极轧制方法使用轧辊轧制电极基板，电极基板包括电极集流体层和形成在电极集流体层的一个表面或两个表面上的涂覆部分，该电极轧制方法包括以下步骤：感应加热电极基板；以及
轧制电极基板，其中，涂覆部分和未涂覆部分分别包括多个图案部分，未涂覆部分包括位于电极基板的两个端部中的至少一个端部的第一未涂覆图案部分和位于彼此相邻的涂覆图案部分之间的第二未涂覆图案部分，其中，感应加热电极基板的步骤包括感应加热第一未涂覆图案部分和感应加热第二未涂覆图案部分，并且其中，第二未涂覆图案部分的加热温度低于第一未涂覆图案部分的加热温度。
感应加热电极基板的步骤可以在轧制电极基板的步骤之前和/或之后进行。
第二未涂覆图案部分可以是直接被轧辊施加力的部分。
第二未涂覆图案部分可以被具有移动性的线圈部感应加热。
有益效果
根据本公开的实施例，通过将固定感应加热线圈和移动感应加热线圈组合，可以调节由轧辊施加力的平面部分和位于边缘处的平面部分的拉伸比。
本公开的效果不限于上述效果，并且本领域技术人员将从所附权利要求书的描述中清楚地理解上面未描述的另外的其它效果。
附图说明
图1是示出使用常规轧制装置的轧制工艺的示意图。
图2是示出轧制之后的电极板的俯视图。
图3是示出根据本公开的一个实施例的电极轧制装置的透视图。
图4是示意性地示出从侧面观察图3的轧制装置的状态的图。
图5是示意性地示出图4的电极轧制装置中包括的加热部的图。
图6是从正面观察图5的电极轧制装置的局部图。
图7是示出根据本公开的一个实施例的线圈部的图。
图8是示出图7的线圈部的透视图。
图9是示出根据实施例的电极轧制装置中的线圈有效区域的图。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细描述本公开的各种实施例，使得本领域技术人员可以容易地实施它们。本公开可以以各种不同的方式进行修改，并且不限于本文中阐述的实施例。
为了清楚起见，本文中将省略与描述无关的部件的描述，并且在整个说明书中相同的附图标记表示相同的元件。
另外，在附图中，任意地示出各个元件的尺寸和厚度为了描述方便，并且本公开不必局限于附图中所示的那些。在附图中，为了清楚起见放大了层、区域等的厚度。在附图中，为了描述方便，一些层和区域的厚度被放大。
另外，应当理解的是，当例如层、膜、区域或板的元件被称为在另一元件“上”或“上方”时，它可以直接在另一元件上或者也可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在”另一元件“上”时，这表示不存在其它中间元件。此外，词语“上”或“上方”是指设置在参考部分上方或下方，并且不一定指朝向重力的相反方向设置在参考部分“上”或“上方”。
另外，在整个说明书中，当一部分被称为“包括”特定组件时，除非另外说明，否则是指该部分还可以包括其它组件，而不排除其它组件。
另外，在整个说明书中，当被称为“平面”时，是指当从上侧观察目标部分时，并且当被称为“横截面”时，是指从垂直切开的横截面的一侧观察目标部分时。
图3是示出根据本公开的一个实施例的电极轧制装置的透视图。图4是示意性地示出从侧面观察图3的轧制装置的状态的图。
参照图3，根据本公开的一个实施例的电极轧制方法包括以下步骤：将活性材料涂覆到电极集流体300上以形成涂覆部分400和未涂覆部分500；感应加热电极基板250，该电极基板250包括形成在电极集流体层300的一个表面或两个表面上的涂覆部分400和未涂覆部分500；以及轧制电极基板250。
参照图3和图4，根据本实施例的电极轧制装置100包括：第一辊101，将电极板250展开，该电极板250具有在电极集流体300上形成有涂覆材料的涂覆部分300和对应于平面部分的未涂覆部分500；第二辊102，卷绕电极基板250；以及轧辊109，位于第一辊101与第二辊102之间并且沿着电极基板250的移动方向轧制电极板250的涂覆部分400和未涂覆部分500。未涂覆部分500可以指除了在电极集流体300上形成了涂覆部分400之外的区域。
第一辊101将待轧制的电极基板250提供至轧制装置100，并且沿着顺时针方向使电极基板250在图4的箭头D1的方向上移动。由第一辊101展开的电极基板250在沿着箭头的方向移动的同时通过轧辊109之间。轧辊109分别位于电极基板250的两侧，并且电极基板250从两个轧辊109之间通过而被压制。此后，通过了两个轧辊109之间的电极基板250被再次卷绕在第二辊102上。
根据本公开的实施例的电极轧制方法包括如下步骤：在具有涂覆部分400和未涂覆部分500的电极基板250被展开之前感应加热该电极基板250，然后通过轧辊109轧制。感应加热电极基板250的步骤可以通过本实施例的电极轧制装置100中的位于第一辊101与轧辊109之间的线圈部600来进行。根据本实施例，线圈部600可以对未涂覆单元500施加热量以减小与涂覆部分400的拉伸比的差异。线圈部600位于轧辊109与第二辊102之间，而不是位于第一辊101与轧辊109之间，使得可以在轧制工艺之后对电极基板250进行感应加热。
图5是示意性地示出图4的电极轧制装置中包括的加热部的图。图6是从正面观察图5的电极轧制装置的局部图。
参照图5和图6，根据本公开的一个实施例的电极轧制装置100是用于轧制具有涂覆部分400和未涂覆部分500的电极基板250的装置，该装置包括：第一线圈部600，具有产生均匀磁场有效区域，在该有效区域中；第二线圈部800，位于电极基板250的两个端部的第一线圈部600之间；以及图4的电极轧制部700，用于轧制电极基板250。根据本实施例的线圈部包括：固定感应加热线圈形式的第一线圈部600和移动感应加热线圈形式的第二线圈单元800。换言之，第二线圈部800可以具有移动性。
涂覆部分400和未涂覆部分500分别包括多个图案部分，并且未涂覆部分500包括：位于电极基板250的两个端部中的至少一个端部的第一未涂覆图案部分510；以及位于彼此相邻的涂覆图案部分400之间的第二未涂覆图案部分520。上述第一线圈部600包括：用于加热第一未涂覆图案部分510的第一线圈部600；以及用于加热第二未涂覆图案部520的第二线圈部800。此时，第二线圈部800的加热温度低于第一线圈部600的加热温度。
根据本实施例的第二未涂覆图案部分520可以是被图3和图4的轧辊109直接施加力的部分。以这种方式，与位于电极基板250的边缘处的第一未涂覆图案部分510相比，轧辊109直接施加力的第二未涂覆图案部分520可以被良好地拉伸。随着电极的面积增大，第二未涂覆图案部分520增加，因而被局部加热的部分增加，涂层的数目和线圈的长度增加，感应加热功率和控制器增加，这导致在生产线上占用更多空间。此外，电极图案部分的均匀加热变得困难。根据本实施例，第二未涂覆图案部分520的加热温度可以设置为低于第一未涂覆图案部分510的加热温度，从而匹配第一未涂覆图案部分510与第二未涂覆图案部分520的拉伸比。通过这种方式，可以改善例如由于涂覆部分400和未涂覆部分500的拉伸故障引起的膨胀和折叠导致的问题。
为了使第二未涂覆图案部分520的加热温度低于第一未涂覆图案部分510的加热温度，第二线圈部800的加热温度可以设置为低于第一线圈部600的加热温度。对于实现这样的温度设置，根据磁芯的形状和类型来调节第一线圈部600和第二线圈部800，并且在这样的工艺条件下，电极轧制工艺可以应用于大面积电极。第二线圈部800是移动感应加热线圈，其通过传感器单元650识别未涂覆部分图案的位置和形状，然后第二线圈部800可以移动以感应加热第二未涂覆图案部分520。第二线圈部800可以通过传送构件680上、下、左、右移动，因此，即使未涂覆部分图案改变，也可以对正确位置进行局部加热。
第一线圈部600包括在电极基板250的行进方向(MD方向；轧辊卷绕的方向)的两侧的至少一侧上设置的线圈单元，并且该线圈单元可以设置在电极基板250的上部和下部中的至少一个上。在本实施例中，将描述的是，线圈单元包括分别设置在电极基板250的上部和下部的第一线圈单元600a和第二线圈单元600b。第一线圈单元600a和第二线圈单元600b可以分别被具有绝缘性和/或耐热性的覆盖构件610覆盖。
根据本实施例的由线圈部600产生磁场的有效区域包括：未涂覆部分500；涂覆部分400的与未涂覆部分500相邻的部分区域；以及与涂覆部分400的远离未涂覆部分500的一侧的空气区域550。涂覆部分400的与未涂覆部分500相邻的部分区域、未涂覆部分500以及与涂覆部分400隔开的远离未涂覆部分500的一侧的空气区域550可以沿着垂直于轧辊被卷绕的方向(TD方向)的方向顺序地布置。
根据本实施例的线圈单元可以感应加热未涂覆部分500的整个区域和涂覆部分400的位于以涂覆部分400与未涂覆部分500之间的边界线为中心的两侧上的部分区域。磁芯620可以分别形成在对应于有效区域的第一线圈单元600a和第二线圈单元600b中。磁芯620可以对应于未涂覆部分500和涂覆部分400的与未涂覆部分500相邻的部分区域。
根据本实施例的磁芯620可以用于使来自线圈的磁场集中。线圈的表面上的磁场扩散，这会导致均匀度差异，但是通过调节磁芯620的电阻、导磁率和频率范围或者通过调节磁芯620的面积和位置，可以控制待加热的区域并且均匀加热。此外，可以通过不同磁芯620的组合来调节期望的磁场深度。
根据本实施例的线圈部600还可以包括：将第一线圈单元600a和第二线圈单元600b电连接的连接单元600c。连接单元600c可以在垂直于电极基板250的表面的方向上延伸。
图7是示出根据本公开的一个实施例的线圈部的图。图8是示出图7的线圈部的透视图。
参照图7和图8，电流可以流入第一线圈单元600a，并且电流可以流出到第二线圈单元600b中。此时，第一线圈单元600a的电流流动的旋转方向和第二线圈单元600b的电流流动的旋转方向可以彼此相同。根据弗莱明左手定则(Fleming's Left-Hand Rule)，电流流动可以确定磁场的方向，如果第一线圈单元600a和第二线圈单元600b的电流流动的方向不同，则磁场被抵消，并且感应加热的效率会降低。
如图6所示，第一线圈单元600a和第二线圈单元600b可以分别由具有绝缘性和/或耐热性的覆盖构件610覆盖，并且在覆盖构件610中可以形成围绕线圈单元通过的冷却路径。当电流流动通过线圈并且产生相反方向的感应电流时，由于抵消而产生热量，因此需要冷却。也可以采用空气冷却，但是为了高输出和稳定性，可以使用溶剂如水冷却。
图9是示出根据本实施例的电极轧制装置中的线圈有效区域的图。
参照图9，根据本实施例的有效区域EP是形成垂直方向上的磁场的区域，并且可以包括：未涂覆区域L2；未涂覆部分区域L2；涂覆部分的与未涂覆部分区域L2相邻的部分区域L3；以及与涂覆部分区域L3隔开的远离未涂覆部分区域L2的一侧的空气区域L1。此外，有效区域EP在MD方向上的长度可以为W，然后可以根据TD方向与MD方向之间的比例调节最佳感应加热条件。
根据本实施例，W/L0的比例可以在0.1至0.9的范围内，优选地在0.4至0.8的范围内。此时，在TD方向上空气区域L1的长度与有效区域EP的长度L0的比例可以大于0且为0.9以下，优选地大于0且为0.6以下。在TD方向上未涂覆部分区域L2的长度与有效区域EP的长度L0的比例可以在0.1至1.0的范围内，优选地在0.4至0.8的范围内。在TD方向上涂覆区域L3的长度与有效区域EP的长度L0的比例可以大于0且为0.6以下，优选地为0.1至0.5。
尽管上面已经示出和描述了本公开的优选实施例，但是本公开的范围不限于此，并且本领域技术人员可以使用在所附权利要求书中限定的本发明的基本原理来设计许多其它改变和修改，它们也落入本发明的构思和范围内。
[附图标记说明]
100：电极轧制装置
250：电极基板
400：涂覆部分
500、510、520：未涂覆部分
550：空气区域
600：第一线圈部
620：磁芯
650：传感器单元
680：传送构件
800：第二线圈部
EP：有效区域

Claims (13)

1.一种电极轧制装置，所述电极轧制装置用于轧制具有涂覆部分和未涂覆部分的电极基板，所述电极轧制装置包括：
线圈部，具有产生均匀磁场的有效区域；以及
电极轧制装置，用于轧制所述电极基板，
其中，所述涂覆部分和所述未涂覆部分分别包括多个图案部分，所述未涂覆部分包括：位于所述电极基板的两个端部中的至少一个端部上的第一未涂覆图案部分；以及位于彼此相邻的涂覆图案部分之间的第二未涂覆图案部分，
其中，所述线圈部包括：用于加热所述第一未涂覆图案部分的第一线圈部；以及用于加热所述第二未涂覆图案部分的第二线圈部，
其中，所述第二线圈部的加热温度低于所述第一线圈部的加热温度。
2.根据权利要求1所述的电极轧制装置，其中，所述第二未涂覆图案部分是直接被轧辊施加力的部分。
3.根据权利要求2所述的电极轧制装置，其中，所述第二线圈部在具有移动性的同时感应加热所述第二未涂覆图案部分。
4.根据权利要求1所述的电极轧制装置，其中，所述第一线圈部包括在所述电极基板的行进方向上的两侧的至少一侧上设置的线圈单元，
所述线圈单元布置在所述电极基板的上部和下部中的至少一个上，并且
在所述有效区域中，所述电极基板被感应加热。
5.根据权利要求4所述的电极轧制装置，其中，所述线圈单元包括分别设置在所述电极基板的上部和下部的第一线圈单元和第二线圈单元。
6.根据权利要求5所述的电极轧制装置，其中，所述线圈单元感应加热所述未涂覆部分的整个区域和所述涂覆部分的位于以所述涂覆部分与所述未涂覆部分之间的边界线为中心的两侧上的部分区域。
7.根据权利要求6所述的电极轧制装置，其中，由所述第一线圈部产生磁场的所述有效区域包括：所述未涂覆部分；所述涂覆部分的与所述未涂覆部分相邻的部分区域；以及与所述涂覆部分隔开的远离所述未涂覆部分的一侧的空气区域。
8.根据权利要求7所述的电极轧制装置，其中，分别在与所述有效区域对应的所述第一线圈单元和所述第二线圈单元中形成磁芯。
9.根据权利要求3所述的电极轧制装置，其中，所述线圈部还包括将所述第一线圈单元和所述第二线圈单元电连接的连接单元，并且所述连接单元在垂直于所述电极基板的表面的方向上延伸。
10.一种电极轧制方法，所述电极轧制方法使用轧辊轧制电极基板，所述电极基板包括电极集流体层和形成在所述电极集流体层的一个表面或两个表面上的涂覆部分，所述电极轧制方法包括以下步骤：
感应加热所述电极基板；以及
轧制所述电极基板，
其中，所述涂覆部分和所述未涂覆部分分别包括多个图案部分，所述未涂覆部分包括位于所述电极基板的两个端部中的至少一个端部上的第一未涂覆图案部分和位于彼此相邻的涂覆图案部分之间的第二未涂覆图案部分，
其中，感应加热所述电极基板的步骤包括感应加热所述第一未涂覆图案部分和感应加热所述第二未涂覆图案部分，并且
其中，所述第二未涂覆图案部分的加热温度低于所述第一未涂覆图案部分的加热温度。
11.根据权利要求10所述的电极轧制方法，其中，感应加热所述电极基板的步骤在轧制所述电极基板的步骤之前和/或之后进行。
12.根据权利要求10所述的电极轧制方法，其中，所述第二未涂覆图案部分是直接被轧辊施加力的部分。
13.根据权利要求10所述的电极轧制方法，其中，所述第二未涂覆图案部分被具有移动性的线圈部感应加热。
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