CN115104197A - 电极轧制装置及电极轧制方法 - Google Patents

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Abstract

根据本公开的一个实施方案的电极轧制装置是用于轧制具有涂覆部和未涂覆部的电极基板的装置，该装置包括：线圈部，具有在其中产生均匀磁场的有效区域；以及电极轧制部，用于轧制电极基板，其中，线圈部包括设置在基于电极基板的行进方向的两侧中的至少一侧上的线圈单元，线圈单元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，并且线圈单元感应加热位于涂覆部与未涂覆部之间的边界线的两侧上的未涂覆部的整个区域和涂覆部的部分区域。

Description

电极轧制装置及电极轧制方法
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年12月4日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2020-0168504号的权益，该专利申请的公开内容通过引用全部并入本文中。
本公开涉及一种电极轧制装置及电极轧制方法，更具体地，涉及一种改善了电极缺陷的电极轧制装置及电极轧制方法。
背景技术
二次电池可以通过将由阴极板、阳极板和隔板组成的电极组件插入到外壳中，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来构造，并且通过将隔板插设在阴极集流体和阳极集流体之间，并将所述板以果冻卷的形状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和未涂覆活性材料浆料的未涂覆部形成。活性材料涂覆部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序。轧制的电极板可以通过在干燥之后穿过具有一定宽度的切割机并切割为预定尺寸来使用。
轧制工序具有的问题是，在轧制电极板时由于涂覆部与未涂覆部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。特别地，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序的示意图。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30和未涂覆部40的轧制工序。此时，压力集中在涂覆部30上，并且如图2中所示，涂覆部30P的拉伸程度与未涂覆部40的拉伸程度之间产生差异，并且在未涂覆部40中会产生褶皱。由于在轧制工序中产生的未涂覆部40的褶皱，在后续工艺中会产生诸如电极断开的工艺缺陷。特别地，在涂覆部30P与未涂覆部40之间的边界表面处残留有高的拉伸残余应力，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。
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，本公开的实施方案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，提供一种用于轧制具有涂覆部和未涂覆部的电极基板的电极轧制装置，该装置包括：线圈部，具有产生均匀磁场的有效区域；以及电极轧制部，用于轧制电极基板，其中，线圈部包括设置在基于电极基板的行进方向的两侧中的至少一侧上的线圈单元，其中，线圈单元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，其中，线圈单元感应加热位于以涂覆部与未涂覆部之间的边界线为中心的两侧上的未涂覆部的整个区域和涂覆部的部分区域。
由线圈部产生磁场的有效区域可以包括：未涂覆部；涂覆部的与未涂覆部相邻的部分区域；以及从未涂覆部的与涂覆部隔开的一侧偏离的空气区域。
在与有效区域对应的第一线圈单元和第二线圈单元中的每一个中可以形成磁芯。
磁芯可以对应于未涂覆部和涂覆部的与未涂覆部相邻的部分区域。
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。
电流可以进入第一线圈单元，电流可以流出到第二线圈单元中，并且第一线圈单元的电流流动的旋转方向和第二线圈单元的电流流动的旋转方向可以彼此相同。
根据本公开的另一方面，提供一种使用轧辊轧制电极基板的电极轧制方法，所述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，所述方法包括以下步骤：感应加热电极基板；以及轧制电极基板，其中，感应加热电极基板的步骤包括：感应加热位于以涂覆部与未涂覆部之间的边界线为中心的两侧上的未涂覆部的整个区域和涂覆部的部分区域，并且其中，线圈部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。
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。
感应加热电极基板的步骤可以在第一线圈单元与第二线圈单元之间在垂直方向上形成磁场。
形成垂直方向上的磁场的有效区域可以包括：未涂覆部；涂覆部的与未涂覆部相邻的部分区域；以及从未涂覆部的与涂覆部隔开的一侧偏离的空气区域。
有益效果
根据本公开的实施方案，电极的两个表面被感应加热，并且未涂覆部和其它部分在有效区域内以均匀磁场被加热，从而能够使电极轧制工序中的涂覆部和未涂覆部之间的拉伸比的偏差最小化。
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序的示意图；
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实施方案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实施方案的线圈部的图；
图8是示出图7的线圈部的透视图；
图9是示出根据实施方案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方案，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方案。
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，为了描述方便而任意地示出了各个元件的尺寸和厚度，并且本公开不必局限于附图中所示的内容。在附图中，为了清楚起见夸大了层、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夸大。
另外，应当理解的是，当诸如层、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，并且不一定是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”某个部件时，除非另外说明，否则是指该部分还可以包括其它部件，而不排除其它部件。
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，而当被称为“横截面”时，是指从垂直切开的横截面一侧观察目标部分时。
图3是示出根据本公开的实施方案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方案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层300上以形成涂覆部400和未涂覆部500；感应加热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400和未涂覆部500的电极基板250；以及轧制电极基板250。
参照图3和图4，根据本实施方案的电极轧制装置100包括：第一辊101，将电极板250展开，该电极板250具有在电极集流体层300上形成有涂覆材料的涂覆部400和对应于平面部分的未涂覆部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基板250的涂覆部400和未涂覆部500。未涂覆部500可以指除了在电极集流体层300上形成的涂覆部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，并且根据顺时针旋转使电极基板250沿图4的箭头D1的方向移动。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基于电极基板250分别位于两侧，并且已经通过两个轧辊109之间的电极基板250被压制。之后，已经通过两个轧辊109之间的电极基板250被重新卷绕在第二辊102上。
根据本公开的实施方案的电极轧制方法包括如下步骤：在具有涂覆部400和未涂覆部500的电极基板250被展开之后并且在通过轧辊109轧制之前感应加热该电极基板250。感应加热电极基板250的步骤可以通过根据本实施方案的电极轧制装置100中的位于第一辊101与轧辊109之间的线圈部600来进行。根据本实施方案，线圈部600可以向未涂覆部500施加热量以减小与涂覆部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，使得可以在轧制工序之后对电极基板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，根据本公开的实施方案的电极轧制装置100是用于轧制具有涂覆部400和未涂覆部500的电极基板250的装置，该装置包括：线圈部600，具有在其中产生均匀磁场的有效区域；以及图4的电极轧制部700，用于轧制电极基板250。此时，线圈部600包括设置在基于电极基板250的行进方向(MD方向；轧辊卷绕的方向)的两侧中的至少一侧上的线圈单元，并且该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。
根据本实施方案的由线圈部600产生磁场的有效区域包括：未涂覆部500；涂覆部400的与未涂覆部500相邻的部分区域；以及从未涂覆部500的与涂覆部400隔开的一侧偏离的空气区域550。涂覆部400的与未涂覆部500相邻的部分区域、未涂覆部500和从未涂覆部500的与涂覆部400隔开的一侧偏离的空气区域550可以沿着与轧辊被卷绕的方向垂直的方向(TD方向)顺序地布置。
根据本实施方案的线圈单元可以感应加热位于以涂覆部400与未涂覆部500之间的边界线为中心的两侧上的未涂覆部500的整个区域和涂覆部400的部分区域。在对应于有效区域的第一线圈单元600a和第二线圈单元600b中的每一个中可以形成磁芯620。磁芯620可以对应于未涂覆部500和涂覆部400的与未涂覆部500相邻的部分区域。
根据本实施方案的磁芯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，这引起均匀度差异，但是通过调节磁芯620的电阻、导磁率和频域带，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。
根据本实施方案的线圈部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实施方案的线圈部的图。图8是示出图7的线圈部的透视图。
参照图7和图8，电流可以进入第一线圈单元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。电流流动可以利用弗莱明左手定则来确定磁场的方向，如果第一线圈单元600a和第二线圈单元600b的电流流动的方向彼此不同，则磁场被抵消，并且感应加热的效率会降低。
如图6中所示，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，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当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。也可以进行空气冷却，但是为了高输出和稳定性，可以使用溶剂如水冷却。
图9是示出根据本实施方案的电极轧制装置中的线圈有效区域的图。
参照图9，根据本实施方案的有效区域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；未涂覆部区域L2；涂覆部的与未涂覆部区域L2相邻的部分区域L3；以及从未涂覆部区域L2的与涂覆区域L3隔开的一侧偏离的空气区域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方向之间的比率调节最佳感应加热条件。
根据本实施方案，W/L0的比率可以在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的比率可以大于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的比率可以大于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方案，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
500：未涂覆部
550：空气区域
600：线圈部
620：磁芯
EP：有效区域

Claims (10)

1.一种电极轧制装置，用于轧制具有涂覆部和未涂覆部的电极基板，所述装置包括：
线圈部，具有产生均匀磁场的有效区域；以及
电极轧制部，用于轧制所述电极基板，
其中，所述线圈部包括设置在基于所述电极基板的行进方向的两侧中的至少一侧上的线圈单元，
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，并且
其中，所述线圈单元感应加热位于以所述涂覆部与所述未涂覆部之间的边界线为中心的两侧上的所述未涂覆部的整个区域和所述涂覆部的部分区域。
2.根据权利要求1所述的电极轧制装置，其中，
由所述线圈部产生磁场的所述有效区域包括：所述未涂覆部；所述涂覆部的与所述未涂覆部相邻的部分区域；以及从所述未涂覆部的与所述涂覆部隔开的一侧偏离的空气区域。
3.根据权利要求2所述的电极轧制装置，其中，
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的每一个中形成磁芯。
4.根据权利要求3所述的电极轧制装置，其中，
所述磁芯对应于所述未涂覆部和所述涂覆部的与所述未涂覆部相邻的部分区域。
5.根据权利要求1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。
6.根据权利要求1所述的电极轧制装置，其中，
电流进入所述第一线圈单元，并且电流流出到所述第二线圈单元中，并且
所述第一线圈单元的电流流动的旋转方向和所述第二线圈单元的电流流动的旋转方向彼此相同。
7.一种电极轧制方法，用于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，所述方法包括以下步骤：
感应加热所述电极基板；以及
轧制所述电极基板，
其中，感应加热所述电极基板的步骤包括：感应加热位于以所述涂覆部与未涂覆部之间的边界线为中心的两侧上的所述未涂覆部的整个区域和所述涂覆部的部分区域，并且
其中，线圈部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。
8.根据权利要求7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。
9.根据权利要求7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所述第一线圈单元与所述第二线圈单元之间在垂直方向上形成磁场。
10.根据权利要求7所述的电极轧制方法，其中，
形成垂直方向上的磁场的有效区域包括：所述未涂覆部；所述涂覆部的与所述未涂覆部相邻的部分区域；以及从所述未涂覆部的与所述涂覆部隔开的一侧偏离的空气区域。
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