CN115176353A - 具有优异的电极浆料涂布均匀性的电极制造系统和使用该系统的电极制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电极制造系统和使用该系统的电极制造方法。根据本发明,随着经过电极浆料第一次涂布和干燥工艺的电极集流体通过热管导辊,可以均匀地第二次涂布电极浆料。
Description
技术领域
本申请要求2020年10月23日提交的韩国专利申请第10-2020-0138481号和2020年10月29日提交的韩国专利申请第10-2020-0142411号的优先权,并且引用这些韩国专利申请的内容于本文中作为本说明书的一部分。
本发明涉及具有优异的电极浆料涂布均匀性的电极制造系统和使用该系统的电极制造方法。
背景技术
随着技术发展和移动装置需求的增加,对二次电池的需求也在迅速增加。其中,锂二次电池因高能量密度和高工作电压以及优异的存储和寿命特性而被广泛用作各种电子产品以及各种移动装置的能源。
随着二次电池的应用领域的扩大,对更高容量二次电池的需求正在迅速增加。作为增加二次电池的容量的方法,正在研究增加电极混合物层的装载量的技术。在将电极浆料涂布在集流体上之后,通过干燥和辊压工艺制备用于二次电池的电极。然而,为了增加电极混合物层的装载量,需要在集流体上涂布大量的电极浆料。为了增加电极浆料的涂布量,需要更高水平的涂布均匀性。
图1示出制造电极的传统工艺。图1图示通过电极浆料槽模具将电极浆料排放到位于涂布辊上的电极集流体的工艺。在图1中,电极浆料槽模具20将电极浆料排放到集流体层10上,集流体层10经过沿一个方向(R)旋转的涂布辊30。电极集流体10在通过沿一个方向(R)旋转的涂布辊30的同时沿加工方向(MD)传递。电极浆料槽模具20将电极浆料通过电极浆料排放单元21排放到电极集流体10上并将电极浆料干燥以形成电极混合物层11,其中具有特定宽度D的电极浆料被涂布在电极集流体10上。
为了保持电极混合物层11的厚度恒定,电极浆料排放单元21与涂布辊10之间的间隔应控制为恒定。过去,对于电极浆料涂布系统,考虑到外部空气的温度,尝试改变涂布辊30的位置或外径。然而,这些尝试只考虑到在电极集流体10的一个表面上涂布电极浆料的工艺。
因此,需要一种在电极集流体的两个表面上有效地涂布电极浆料的技术。
发明内容
技术问题
本发明解决了上述问题中的至少一些问题。例如,本发明的一个方面提供一种能够在将电极浆料涂布在电极集流体的两个表面上时实现涂布均匀性的电极制造系统和使用该系统的电极制造方法。
技术方案
本发明提供一种电极制造方法。在一个示例中,根据本发明的电极制造系统包括:第一涂布单元,用于将电极浆料排放到第一表面,所述第一表面是在电极集流体通过第一涂布辊时所述电极集流体与所述第一涂布辊接触的表面的相反表面;初级干燥炉,用于干燥所述第一表面涂布有所述电极浆料的所述电极集流体;n个热管导辊,通过加热所述电极集流体来减小通过所述初级干燥炉的所述电极集流体的宽度方向上的温度偏差;第二涂布单元,用于将电极浆料排放到第二表面,所述第二表面是在所述电极集流体通过所述第二涂布辊时所述电极集流体与所述第二涂布辊接触的表面的相反表面;和次级干燥炉,用于干燥所述第二表面涂布有所述电极浆料的所述电极集流体,其中n为1和20之间的整数。
在具体示例中,所述热管导辊在所述电极集流体的移动路径上位于所述初级干燥炉的出口与所述第二涂布单元的入口之间。
在更具体示例中,2至4个热管导辊在所述电极集流体的移动路径上位于所述初级干燥炉的出口与所述第二涂布单元的入口之间。
在又一个示例中,在所述第二涂布单元中,电极浆料排放部与所述第二涂布辊的表面之间的分离距离满足以下条件1:
[条件1]
|Gapside-Gapcenter|<5μm
这里,Gapside表示在所述第二涂布辊的横向(TD)上的侧部,所述电极浆料排放部与所述第二涂布辊的表面之间的分离距离,
Gapcenter表示在所述第二涂布辊的横向(TD)上的中心部,所述电极浆料排放部与所述第二涂布辊的表面之间的分离距离。
在具体示例中,所述第二涂布辊包括使恒温介质通过的流动路径。
在一个示例中,根据本发明的电极制造系统进一步包括:开卷单元,形成在所述第一涂布单元的前端并且将所述电极集流体供应至所述第一涂布单元;和复卷单元,形成在所述次级干燥炉的后端并且卷绕涂布有电极浆料并干燥的电极基板。
在具体示例中,所述系统进一步包括输送线,用于从所述开卷单元供应所述电极集流体的时间点开始连续传递所述电极集流体直到所述电极集流体被卷绕在所述复卷单元中。
在一个示例中,所述系统进一步包括反转辊,位于所述初级干燥炉与所述第二涂布单元之间并且反转所述电极集流体的所述第一表面和所述第二表面的位置。
在又一个示例中,所述系统进一步包括温度传感器,用于检测通过所述热管导辊的所述电极集流体的表面温度。
此外,本发明提供一种使用上述系统的电极制造方法。在一个示例中,根据本发明的电极制造方法包括:在电极集流体由第一涂布辊支撑的状态下,在所述电极集流体的第一表面上第一次涂布电极浆料;随着所述第一表面涂布有所述电极浆料的所述电极集流体通过干燥炉,对所述电极集流体进行初级干燥;随着初级干燥完成的电极集流体通过n个热管导辊,减小所述电极集流体的温度偏差;在所述电极集流体由第二涂布辊支撑的状态下,在所述电极集流体的第二表面上第二次涂布电极浆料;和随着所述第二表面涂布有所述电极浆料的所述电极集流体通过干燥炉,对所述电极集流体进行次级干燥,其中n为1和20之间的整数。
在一个示例中,在所述方法中,在所述温度偏差减小后,所述电极集流体的温度满足以下条件2:
[条件2]
|Tside-Tcenter|<2(℃)
这里,Tside表示所述电极集流体的宽度方向上的对应于10%和90%的点处的温度的平均值,Tcenter表示所述电极集流体的宽度方向上的中心点处的温度。
在一个示例中,在根据本发明的电极制造方法中,所述第一次涂布至所述次级干燥是连续进行的。
在又一个示例中,所述方法进一步包括:将初级干燥完成的电极集流体的所述第一表面和所述第二表面反转。
在一个示例中,在所述电极浆料的第二次涂布期间,所述第二涂布辊的横向(TD)上的中心部和侧部之间的温度偏差等于或小于2℃。这可通过在所述第二涂布辊中包括使恒温介质通过的流动路径来执行。
在一个具体示例中,要制造的电极是用于袋型二次电池的电极。
有益效果
根据本发明的电极制造系统和方法,即使在将电极浆料第一次涂布在电极集流体的一个表面上之后的干燥工艺期间发生温度变化,在第二次涂布电极浆料时,通过控制电极集流体与电极浆料槽模具的排放口之间的间隔,可均匀地涂布电极浆料。
附图说明
图1图示以常规方式通过电极浆料槽模具将电极浆料排放到位于涂布辊上的电极集流体上的工艺。
图2是图示根据本发明的实施例的电极制造系统的示意图。
图3示出使用热成像相机拍摄通过热管导辊的电极集流体的表面温度而获得的结果。
图4是根据本发明的另一实施例的电极制造系统的示意图。
图5示出在电极集流体通过3个热管导辊时拍摄表面温度变化而获得的结果。
图6是示出根据本发明的一个实施例的电极制造系统中的热管导辊的形成位置的示意图。
图7是拍摄第二涂布辊的表面温度获得的结果。
图8示出电极浆料槽模具的排放单元与由于未完全冷却的电极集流体而使表面不均匀加热的第二涂布辊之间的分离距离。
图9是示出根据本发明的一个实施例的第二涂布辊的示意图。
图10是示出根据本发明的一个实施例的第二涂布辊的截面结构的示意图。
图11是示出基于第二涂布辊的侧部与中心部之间的变形量的差异,测量从第二电极浆料槽模具排放的电极浆料的装载量而获得的结果的图。
具体实施方式
在下文中,将参照附图详细描述本发明。本说明书和权利要求中使用的术语和词语不应被解释为限于普通或字典术语,并且发明人可以适当地定义术语的概念以便最好地描述发明。术语和词语应被解释为与本发明的技术思想一致的含义和概念。
本发明提供一种电极制造系统。在一个示例中,根据本发明的电极制造系统包括:第一涂布单元,用于将电极浆料排放到第一表面,第一表面是在电极集流体通过第一涂布辊时电极集流体与第一涂布辊接触的表面的相反表面;初级干燥炉,用于干燥第一表面涂布有电极浆料的电极集流体;n个热管导辊,通过加热电极集流体以减小通过了初级干燥炉的电极集流体的宽度方向上的温度偏差;第二涂布单元,用于将电极浆料排放到第二表面,第二表面是在电极集流体通过第二涂布辊时电极集流体与第二涂布辊接触的表面的相反表面;次级干燥炉,用于干燥第二表面涂布有电极浆料的电极集流体,其中n为1与20之间的整数。
热管导辊的数量在1至15、1至10、1至5、2至4或2至3的范围内。可以均匀地调节通过初级干燥炉的电极集流体的宽度方向的温度,并在第二次涂布电极浆料时控制电极集流体与电极浆料槽模具的排放口之间的间隔。
在一个具体示例中,热管导辊在电极集流体的移动路径上位于初级干燥炉的出口和第二涂布单元的入口之间。在本发明中,通过了初级干燥炉的电极集流体在到达第二涂布单元之前通过热管导辊。例如,热管导辊可以形成在初级干燥炉的出口、上述中点和/或到达第二涂布单元之前的点,等等。
在一个具体示例中,2至4个热管导辊在电极集流体的移动路径上位于初级干燥炉的出口和第二涂布单元的入口之间。在本发明中,可以形成一个或多个热管导辊。在形成1个热管导辊的情况下,能够将电极集流体的宽度方向的温度偏差控制为等于或小于2℃。另外,在形成两个或更多个热管导辊的情况下,能够将电极集流体的宽度方向的温度偏差控制为等于或小于1℃。然而,通过实验发现,当使用5个或更多个热管导辊时,效率随之降低。
在一个示例中,在第二涂布单元中,电极浆料排放部与第二涂布辊的表面之间的分离距离满足以下条件1:
[条件1]
|Gapside-Gapcenter|<5μm
这里,Gapside表示在第二涂布辊的横向(TD)上的侧部,电极浆料排放部与第二涂布辊的表面之间的分离距离,
Gapcenter表示在第二涂布辊的横向(TD)上的中心部,电极浆料排放部与第二涂布辊的表面之间的分离距离。
在本发明中,辊的“中心部”是指辊的宽度方向或横向(TD)上的中心点。此外,辊的“侧部”是指辊的宽度方向或横向(TD)上的对应于10%和90%的点。例如,辊的“侧部”的分离距离或温度是指在辊的宽度方向或横向(TD)上,在对应于长度的10%和90%的点处测量的数值的平均值。
当制造电极时,应用在电极集流体的两个表面的每一个表面上形成电极混合物层的工艺。经过第一次涂布工艺和初级干燥工艺的电极基板经历第二次涂布工艺。当在初级干燥工艺之后对尚未完全冷却的电极集流体应用第二次涂布工艺时,热量被传递到涂布辊。涂布辊被传递的热量加热,在各区域显示出不同的体积膨胀。
在本发明中,通过在执行第二次涂布工艺之前预先控制电极集流体的宽度方向上的温度,能够将第二涂布单元中的电极浆料排放部与第二涂布辊的表面之间的分离距离保持恒定。上述条件1的值可以小于5μm,具体而言,在0.01至5μm、0.1至5μm、1至5μm、1.5至4.5μm、2至4μm、或1至3μm的范围内。在本发明中,当条件1满足0μm时,意味着第二涂布辊的各区域的直径相同,考虑到测量限度,0.01μm的值是确实无疑的。
在一个示例中,第二涂布辊包括使恒温介质通过的流动路径。在本发明中,通过在第二涂布辊中形成使恒温介质通过的流动路径,可以在将第二涂布辊的温度控制在特定范围内的同时实现各区域的均匀温度。本发明不同于通过加热或冷却涂布辊的特定区域来引起该区域变形的技术。
在本发明中,“恒温介质”是指被控制以使温度保持在特定范围内的介质,可以是气体或液体介质。具体地,恒温介质为恒温状态的水或油,或温度控制在特定范围内的空气或惰性气体。例如,恒温介质可以是恒温水。
通过了上述初级干燥炉的电极集流体尚未完全冷却。例如,电极集流体的温度可以为300℃或更高。如果电极集流体在与第二涂布辊接触的状态下通过第二涂布辊,则第二涂布辊的表面温度也被加热到相似的温度范围。被加热到高温的第二涂布辊显示出各区域的不均匀温度分布,并且在中心部和侧部显示出不同的体积膨胀率。根据本发明,通过在第二涂布辊中形成使恒温介质通过的流动路径,能够消除辊自身的温度不均匀,并维持使各区域的体积膨胀率的差异较小的温度。
例如,假设涂布辊由铝或铝合金制成,并且外径厚度为1T,则辊的温度在26至27℃的范围内的情况下的中心部与侧部之间的变形量差异比辊的温度在32至33℃的范围内的情况下的变形量差异大。因此,本发明不仅简单地降低涂布辊的温度,还控制涂布辊的温度以减小涂布辊的各区域的变形量差异。
在一个实施例中,第二涂布辊包括:辊旋转面;向辊旋转面提供驱动力的旋转轴;温度控制器,包括加热流入的冷却水的加热器;和恒温水流动路径,在支撑电极集流体的状态下从温度控制器提供的恒温水通过恒温水流动路径。例如,恒温水流动路径均等地分布在辊旋转面的内表面。由此,在本发明中,能够将第二涂布辊的外径温度控制为保持恒定。
在具体示例中,恒温水流动路径具有水套形状,其中第二涂布辊的内表面被均等地加热。水套形状的恒温水流动路径可以紧密地附接至第二涂布辊的内表面。可以通过恒温水将第二涂布辊的表面温度控制在31至33℃的范围内。
在一个示例中,根据本发明的电极制造系统进一步包括:开卷单元,形成在第一涂布单元的前端并且将电极集流体供应到第一涂布单元;和复卷单元,形成在次级干燥炉的后端并且卷绕涂布有电极浆料并干燥的电极基板。金属箔形式的电极集流体以卷绕在开卷单元中的状态被供应。供应的电极集流体依次通过在电极集流体的第一表面上排放电极浆料的第一涂布单元、初级干燥炉、在电极集流体的第二表面上排放电极浆料的第二涂布单元、和次级干燥炉,然后卷绕在复卷单元上。在将电极浆料涂布在电极集流体的两个表面上并干燥后,电极集流体通过分切单元和冲孔单元等。
在一个具体示例中,根据本发明的电极制造系统进一步包括输送线,用于从开卷单元供应电极集流体的时间点开始连续传递电极集流体直到电极集流体被卷绕在复卷单元中。根据本发明的电极制造系统,通过连续工艺制造电极,能够提高工艺效率和产品均匀性。输送线连续供应和传递电极集流体,电极集流体依次通过第一涂布单元、初级干燥炉、第二涂布单元和次级干燥炉。
在一个示例中,该系统进一步包括位于初级干燥炉和第二涂布单元之间的反转辊,该反转辊将电极集流体的第一表面和第二表面的位置反转。例如,通过第一涂布单元和初级干燥炉的电极集流体在经过反转辊将上下表面的位置反转的工艺后到达第二涂布单元。在这种情况下,电极集流体沿加工方向(MD)移动,上下位置在横向(TD)上反转。在另一示例中,在根据本发明的电极制造系统中,第一涂布单元和初级干燥炉位于下端,第二涂布单元位于上端。如此,通过次级干燥炉的电极集流体的移动方向从第一方向变为第二方向,从而通过第二涂布单元。
在一个实施例中,根据本发明的电极制造系统包括温度传感器,用于检测第二涂布辊的各区域的表面温度。温度传感器可以测量第二涂布辊的平均温度。然而,也可以在横向(TD)上将第二涂布辊沿划分为多个区域并且按划分的区域测量温度。通过在横向(TD)上将第二涂布辊划分为3至10个区域并测量各区域的温度,可以在各区域中预测和计算与第二涂布单元的浆料排放单元分离的距离。
此外,本发明提供了一种使用上述系统的电极制造方法。在一个示例中,根据本发明的电极制造方法包括:在电极集流体被第一涂布辊支撑的状态下,在电极集流体的第一表面上第一次涂布电极浆料;随着第一表面涂布有电极浆料的电极集流体通过干燥炉,对电极集流体进行初级干燥;随着初级干燥完成的电极集流体通过n个热管导辊,减小电极集流体的温度偏差;在电极集流体被第二涂布辊支撑的状态下,在电极集流体的第二表面上第二次涂布电极浆料;随着第二表面涂布有电极浆料的电极集流体通过干燥炉,对电极集流体进行次级干燥,其中n为1和20之间的整数。
在一个实施例中,该方法中,在温度偏差减小后,电极集流体的温度满足以下条件2:
[条件2]
|Tside-Tcenter|<2(℃)
在此,Tside表示电极集流体的宽度方向上的对应于10%和90%的点处的温度的平均值,Tcenter表示电极集流体的宽度方向上的中心点处的温度。
具体而言,在条件2中,电极集流体的中心部温度与侧部温度之间的偏差可以小于2℃,具体而言,可以在0.01至2℃、0.1至2℃、0.2至2℃、1.2至2℃、0.2至0.9℃或0.3至0.7℃的范围内。本发明使电极集流体的宽度方向上的各区域的温度偏差最小化,具体地控制温度偏差在特定范围内。由此,在第二次涂布工艺中控制向电极集流体排放的电极浆料的排放量。
在一个示例中,在根据本发明的电极制造方法中,连续进行第一次涂布和次级干燥。这可以通过连续传递电极集流体的输送线来进行,并且可以提高工艺效率和产品均匀性。
在又一示例中,该方法可进一步包括将初级干燥完成的电极集流体的第一表面和第二表面反转。反转操作可以通过反转辊等进行,并且在对第一表面涂布有电极浆料的电极集流体进行初级干燥后,将电极浆料涂布在电极集流体的第二表面。
特别地,在第二涂布辊中,在第二涂布辊的横向(TD)上的中心部和侧部之间的温度偏差等于或小于2℃。具体而言,在第二涂布辊中,中心部和侧部之间的温度偏差可以小于2℃,或者在0.01至2℃,或0.5至1.5℃的范围内。本发明基于第二涂布辊的表面温度将各区域的温度偏差最小化,并将温度偏差具体控制在特定范围内。由此,控制排放到通过第二涂布辊的电极集流体的电极浆料的排放量。
在一个实施例中,第二涂布辊使恒温介质循环通过形成在辊中的流动路径。恒温介质为恒温状态的水或油,或温度控制在特定范围内的空气或惰性气体。例如,恒温介质可以是恒温水。
在一个具体示例中,第二涂布辊的横向(TD)上的中心部和侧部的温度可以分别在30至33℃的范围内。具体而言,第二涂布辊的中心部和侧部的温度可以分别在31至33℃的范围内。在本发明中,发现可以将两个点的变形量调节为相同或相同水平。
在一个具体示例中,要制造的电极是用于袋型二次电池的电极。此外,电极浆料是含有电极活性材料的浆料状态的组合物的总称。正极或负极是指用于二次电池的电极,具体而言是指用于锂二次电池的电极。
在一个示例中,电极是指锂二次电池的正极和/或负极。
正极具有在正极集流体上堆叠两层结构的正极活性材料层的结构。在一个示例中,正极活性材料层包括正极活性材料、导电材料和粘合剂聚合物,如果需要,可进一步包括本领域常用的正极添加剂。
正极活性材料可以是含锂氧化物,并且可以相同或不同。含锂过渡金属氧化物可用作含锂氧化物。
例如,含锂过渡金属氧化物可以是选自由LixCoO2(0.5<x<1.3)、LixNiO2(0.5<x<1.3)、LixMnO2(0.5<x<1.3)、LixMn2O4(0.5<x<1.3)、Lix(NiaCobMnc)O2(0.5<x<1.3,0<a<1,0<b<1,0<c<1,a+b+c=1)、LixNi1-yCoyO2(0.5<x<1.3,0<y<1)、LixCo1-yMnyO2(0.5<x<1.3,0<y<1)、LixNi1-yMnyO2(0.5<x<1.3,0≤y<1)、Lix(NiaCobMnc)O4(0.5<x<1.3,0<a<2,0<b<2,0<c<2,a+b+c=2)、LixMn2-zNizO4(0.5<x<1.3,0<z<2)、LixMn2-zCozO4(0.5<x<1.3,0<z<2)、LixCoPO4(0.5<x<1.3)和LixFePO4(0.5<x<1.3)组成的组中的任一种或两种或更多种的混合物,并且含锂过渡金属氧化物可涂布有金属或金属氧化物,例如铝(Al)。此外,除了含锂过渡金属氧化物以外,还可以使用选自硫化物、硒化物和卤化物组成的组中的至少一种。
正极活性材料层中可包含94.0至98.5重量%范围内的正极活性材料。当正极活性材料的含量满足上述范围时,就制造高容量电池和提供足够的正极导电性或电极材料之间的粘附性而言是有利的。
用于正极的集流体是具有高导电性的金属,并且可以使用容易附接正极活性材料浆料并且在电化学装置的电压范围内不反应的任何金属。具体而言,用于正极的集流体的非限制性实例包括铝、镍或通过其组合制造的箔。
正极活性材料层进一步包括导电材料。基于包括正极活性材料的混合物的总重量,通常以1至30重量%的量添加导电材料。对这种导电材料没有特别限制,只要其具有导电性而不引起二次电池的化学变化即可。例如,从石墨,诸如天然石墨或人造石墨;炭黑,诸如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽黑、炉黑、灯黑或热炭黑;导电纤维,诸如碳纤维或金属纤维;金属粉,诸如氟化碳、铝或镍粉;导电晶须,诸如氧化锌或钛酸钾;导电金属氧化物,诸如氧化钛;和聚亚苯基衍生物组成的组中选择的一种或多种可用作导电材料。
负极具有在负极集流体上堆叠有两层结构的负极活性材料层的结构。在一个示例中,负极活性材料层包括负极活性材料、导电材料和粘合剂聚合物,并且如果需要,可以进一步包括本领域中常用的负极添加剂。
负极活性材料可包括碳材料、锂金属、硅或锡。当将碳材料用作负极活性材料时,可以使用低晶碳和高晶碳两者。低晶碳的典型示例包括软碳和硬碳。高晶碳的典型示例包括选自由天然石墨、凝析石墨、热解碳、中间相沥青基碳纤维、中间相炭微球、中间相沥青和高温煅烧碳(诸如石油或煤焦油沥青衍生焦炭)组成的组中的一种或多种。
用于负极的集流体的非限制性实例包括铜、金、镍或由铜合金或其组合制造的箔。另外,可以通过堆叠由以上材料制成的基板来使用集流体。
另外,负极可包括本领域中常用的导电材料和粘合剂。
[优选实施例的详细说明]
在下文中,将通过附图等更详细地描述本发明。由于本发明构思允许各种变化和很多实施方式,因此将在附图中示出并在正文中详细描述特定实施方式。然而,这并非意在将本发明限制为所公开的具体形式,应当理解为包括本发明的精神和范围内的所有变化、等同物和替代物。
(第一实施例)
图2是说明根据本发明的实施例的电极制造系统的示意图。参考图2,从开卷机151供应电极集流体110。供应的电极集流体110通过第一涂布辊131。当电极集流体110通过第一涂布辊131时,电极浆料从电极浆料槽模具121排放,从而在电极集流体110的第一表面上形成第一电极混合物层111。在电极集流体110通过初级干燥炉141后,电极集流体110的第一表面和第二表面由反转辊(未示出)反转。电极集流体110通过第二涂布辊100,此时,从第二电极浆料槽模具122排放电极浆料,由此形成第二电极混合物层112。之后,电极集流体110通过次级干燥炉142,然后卷绕在复卷机152上。
在图2中,通过初级干燥炉141的电极集流体110在未完全冷却的状态下通过第二涂布辊100。此时,第二涂布辊100的表面被未完全冷却的电极集流体110不均匀加热。第二涂布辊100的受热不均匀的各区域引起不同的体积膨胀,并且与电极浆料槽模具122的排放单元分离的距离根据温度变得不均匀。
在本发明中,通过初级干燥炉141的电极集流体110通过热管导辊。热管导辊101内具有加热线圈或恒温水流动路径。由此,热管导辊101控制电极集流体110具有宽度方向上的恒定温度。
图3示出使用热成像相机拍摄通过热管导辊101的电极集流体110的表面温度而获得的结果。参考图3,在通过初级干燥炉141时已被加热的电极集流体100的温度在宽度方向(横向(TD))上不均匀。可以看出,随着电极集流体110通过热管导辊101,温度不均匀问题得到明显解决。
这样,根据本发明,通过将热管导辊101设置在初级干燥炉141的出口侧,可以有效地解决电极集流体101的宽度方向上的温度不均匀性。
(第二实施例)
图4为图示根据本发明的另一实施例的电极制造系统的示意图。参考图4,从开卷机151供应的电极集流体110通过包括第一涂布辊131和电极浆料槽模具121的第一涂布单元、初级干燥炉141、包括第二电极浆料槽模具122的第二涂布单元、和次级干燥炉142,然后卷绕在复卷机152上。三个热管导辊101、102和103在电极集流体110的移动路径上位于初级干燥炉141和第二涂布单元之间。热管导辊101、102、103分别位于初级干燥炉141的出口、中点和到达第二涂布单元之前的点。
此外,图5是示出使用热成像相机拍摄电极集流体110在通过三个热管导辊101、102、103时的表面温度而获得的结果的示意图。通过初级干燥炉141并被加热的电极集流体110的温度在宽度方向(横向(TD))上不均匀,并且随着电极集流体110依次通过三个热管导辊101、102、103,温度不均匀性迅速减小。
(第三实施例)
在本发明中,测量了根据热管导辊的位置在电极集流体的宽度方向上的温度偏差。具体而言,在电极制造系统中,在一个位置处安装一个热管导辊,并且图6的(1)至(5)所示的点表示各个位置。热管导辊的表面温度控制在30℃。结果如表1所示。在表1中,侧部温度是在电极集流体的宽度方向上对应于10%和90%的点处测量的温度的平均值,中心部温度是基于宽度方向上的长度的电极集流体的中心部的温度。在示例1至3中,在电极集流体到达第二涂布单元之前的点(位置(5))处测量电极集流体的温度。
[表1]
参考表1,在使用一个热管导辊时,可以将电极集流体的侧部和中心部的温度偏差控制在等于或小于2℃。温度偏差可能会根据热管导辊的施用位置而变化,但可以看出,随着热管导辊更靠近初级干燥炉的出口,降低温度偏差的效果更大。
作为参考,在比较例中,在未应用热管导辊的情况下,到达第二涂布单元(位置(5))之前的电极集流体的侧部和中心部之间的温度偏差为2.8℃。
(第四实施例)
在本发明中,测量了根据热管导辊的位置在电极集流体的宽度方向上的温度偏差。具体而言,在电极制造系统中,安装了2至5个热管导辊,并且图6的(1)至(5)所示的点表示各个位置。热管导辊的表面温度控制在30℃。结果如表2所示。在表2中,侧部温度是在电极集流体的宽度方向上对应于10%和90%的点处测量的温度的平均值,中心部温度是基于宽度方向上的长度的电极集流体的中心部的温度。在电极集流体到达第二涂布单元之前的点(位置(5))处测量电极集流体的温度。
[表2]
参考表2,随着热管导辊的数量增加,电极集流体的宽度方向上的温度偏差显着减小。具体而言,在使用两个或更多个热管导辊的情况下,电极集流体的宽度方向上的温度偏差控制在等于或小于1℃。然而,当使用5个或更多个热管导辊时,效率随之降低。
(第五实施例)
图3中示出了使用热成像相机拍摄第二涂布辊100的表面温度而获得的结果。参考图7,第二涂布辊100的表面被尚未完全冷却的电极集流体110不均匀地加热,具体地,被一个表面施加有电极浆料的电极集流体不均匀地加热。具体而言,第二涂布辊100的中心部的温度为约299.24℃,两个侧部的温度为约299.15℃。同样地,被加热到高温的第二涂布辊100的体积迅速膨胀,与电极浆料槽模具的排放单元分离的距离可能根据温度变得不均匀。
图8示意性地示出电极浆料槽模具的排放单元与由于未完全冷却的电极集流体(省略)而使表面不均匀加热的第二涂布辊之间的分离距离。参考图8,第二涂布辊100包括围绕辊旋转轴旋转的辊表面。第二涂布辊根据表面温度的变化表现出各区域的不同膨胀率。这样,如图8所示,第二涂布辊100的中心部的直径变得大于第二涂布辊100的侧部的直径。第二涂布辊100的不均匀膨胀导致了第二涂布辊100和电极浆料槽模具122的排放单元之间的不均匀分离距离。
在这点上,根据本发明,通过在第二涂布辊100中形成使恒温介质通过的流动路径,能够使第二涂布辊100在整个区域内保持均匀的温度。由此,可以将第二涂布辊100与电极浆料槽模具122的排放单元之间的分离距离保持恒定。
(第六实施例)
图9是示出根据本发明的一个实施例的第二涂布辊的示意图。参考图9,第二涂布辊200固定到驱动电机210上并旋转,并且具有其中形成恒温水的流动路径的结构。通过包括加热器221的温度控制器220将恒温水的温度保持恒定在约32℃。在温度控制器220中加热的恒温水通过恒温水流入路径201流入第二涂布辊220。流入的恒温水在第二涂布辊200的内部循环,然后通过恒温水流出路径202排放。此外,温度控制器220加热通过冷却水流入路径231流入的冷却水,并且使用过的冷却水通过冷却水流出路径232排放。
(第七实施例)
图10是示出根据本发明的一个实施例的第二涂布辊的截面结构的示意图。第二涂布辊300包括围绕辊旋转轴320旋转的辊表面310,并且具有紧密地附接到辊表面310的内表面的水套301。恒温水流过水套301的内部并使辊表面310保持在恒定温度。
(第八实施例)
计算第二涂布辊的各区域根据温度的体积膨胀水平。具体而言,在第二涂布辊的内部形成恒温水套,测量根据恒温水的温度的第二涂布辊的表面温度。此外,测量根据温度的第二涂布辊的各点的体积膨胀引起的位移量。结果如表2所示。在横向(TD)上具有1200mm长度的辊用作第二涂布辊,并且第二涂布辊的中心部表示第二涂布辊的横向(TD)上的中点。此外,第二涂布辊的侧部表示第二涂布辊的横向(TD)上距中点480mm的两点的平均值。
[表3]
参考表3,当第二涂布辊的侧部和中心部的温度分别为26℃时,两点的变形量之差为2μm。此外,当第二涂布辊的侧部和中心部的温度分别为34℃时,两点的变形量之差为2μm。
在这点上,如果将第二涂布辊的侧部和中心部的温度控制在30至33℃的范围内,特别是31至33℃的范围内,则两点的变形量之差控制为等于或小于1μm。特别是,当第二涂布辊的侧部的温度为32℃且第二涂布辊的中心部的温度为33℃时,两点的变形量相同。
由此可知,通过将第二涂布辊的温度保持在室温或将第二涂布辊的温度控制为高温,各点的变形量也没有变小。
此外,在本发明中,基于上述第二涂布辊的侧部和中心部之间的变形量的差异,测量从电极浆料槽模具排放的电极浆料的装载量。具体而言,在横向(TD)上测量装载到第二涂布辊上的电极集流体上的电极浆料的量。测量结果示于图11。
参考图11,电极浆料的装载量在基于第二涂布辊的横向(TD)的中心(位置0mm)的两侧的宽度方向上变化。具体而言,当第二涂布辊的侧部与中心部之间的变形量之差为0或2μm时,第二涂布辊的侧部与中心部之间的装载量之差超过5mg/25cm2。在这点上,当第二涂布辊的侧部与中心部之间的变形量之差为4μm时,侧部与中心部之间的装载量之差为约7mg/25cm2。此外,当第二涂布辊的侧部与中心部之间的变形量之差为8、12或16μm时,侧部与中心部之间的装载量之差为约15mg/25cm2或更高。
在本发明中,将第二涂布辊的侧部和中心部的温度控制在31至33℃的范围内,两点之间的温度差等于或小于2℃。由此,能够将宽度方向的电极浆料的装载量差异控制为等于或小于5mg/25cm2。
以上,已经通过附图和示例对本发明进行了更详细的描述。因此,说明书中所描述的实施方式以及附图中所描述的配置仅为本发明的最优选实施方式,并不代表本发明的全部技术思想。应当理解,在提交本申请时可以有各种等效和变化来代替它们。
[附图标记说明]
10、110:电极集流体
11:电极混合物层
20:电极浆料槽模具
21:电极浆料排放单元
30:涂布辊
100、200、300:第二涂布辊
101、102、103:热管导辊
111:第一电极混合物层
112:第二电极混合物层
121:第一电极浆料槽模具
122:第二电极浆料槽模具
131:第一涂布辊
141:初级干燥炉
142:次级干燥炉
151:开卷机
152:复卷机
201:恒温水流入路径
202:恒温水流出路径
210:驱动电机
220:温度控制器
221:加热器
231:冷却水流入路径
232:冷却水流出路径
301:水套
310:辊表面
320:辊旋转轴
(1)、(2)、(3)、(4)、(5):热管导辊的位置
Claims (15)
1.一种电极制造系统,包括:
第一涂布单元,用于将电极浆料排放到第一表面,所述第一表面是在电极集流体通过第一涂布辊时所述电极集流体与所述第一涂布辊接触的表面的相反表面;
初级干燥炉,用于干燥所述第一表面涂布有所述电极浆料的所述电极集流体;
n个热管导辊,通过加热所述电极集流体来减小通过所述初级干燥炉的所述电极集流体的宽度方向上的温度偏差,其中n为1和20之间的整数;
第二涂布单元,用于将电极浆料排放到第二表面,所述第二表面是在所述电极集流体通过第二涂布辊时所述电极集流体与所述第二涂布辊接触的表面的相反表面;和
次级干燥炉,用于干燥所述第二表面涂布有所述电极浆料的所述电极集流体。
2.根据权利要求1所述的系统,其中所述热管导辊在所述电极集流体的移动路径上位于所述初级干燥炉的出口与所述第二涂布单元的入口之间。
3.根据权利要求1所述的系统,其中2至4个热管导辊在所述电极集流体的移动路径上位于所述初级干燥炉的出口与所述第二涂布单元的入口之间。
4.根据权利要求1所述的系统,其中在所述第二涂布单元中,电极浆料排放部与所述第二涂布辊的表面之间的分离距离满足以下条件1:
[条件1]
|Gapside-Gapcenter|<5μm
其中Gapside表示在所述第二涂布辊的横向(TD)上的侧部,所述电极浆料排放部与所述第二涂布辊的表面之间的分离距离,
其中Gapcenter表示在所述第二涂布辊的横向(TD)上的中心部,所述电极浆料排放部与所述第二涂布辊的表面之间的分离距离。
5.根据权利要求4所述的系统,其中所述第二涂布辊包括使恒温介质通过的流动路径。
6.根据权利要求1所述的系统,进一步包括:
开卷单元,形成在所述第一涂布单元的前端并且将所述电极集流体供应至所述第一涂布单元;和
复卷单元,形成在所述次级干燥炉的后端并且卷绕涂布有所述电极浆料并干燥的电极基板。
7.根据权利要求6所述的系统,进一步包括输送线,用于从所述开卷单元供应所述电极集流体的时间点开始连续传递所述电极集流体直到所述电极集流体被卷绕在所述复卷单元中。
8.根据权利要求1所述的系统,进一步包括反转辊,位于所述初级干燥炉与所述第二涂布单元之间并且将所述电极集流体的所述第一表面和所述第二表面的位置反转。
9.根据权利要求1所述的系统,进一步包括温度传感器,用于检测通过所述热管导辊的所述电极集流体的表面温度。
10.一种电极制造方法,包括:
在电极集流体由第一涂布辊支撑的状态下,在所述电极集流体的第一表面上第一次涂布电极浆料;
随着所述第一表面涂布有所述电极浆料的所述电极集流体通过干燥炉,对所述电极集流体进行初级干燥;
随着初级干燥完成的所述电极集流体通过n个热管导辊,减小所述电极集流体的温度偏差,其中n为1和20之间的整数;
在所述电极集流体由第二涂布辊支撑的状态下,在所述电极集流体的第二表面上第二次涂布电极浆料;和
随着所述第二表面涂布有所述电极浆料的所述电极集流体通过干燥炉,对所述电极集流体进行次级干燥。
11.根据权利要求10所述的方法,其中在所述温度偏差减小后,所述电极集流体的温度满足以下条件2:
[条件2]
|Tside-Tcenter|<2(℃)
其中Tside表示所述电极集流体的宽度方向上的对应于10%和90%的点处的温度的平均值,
其中Tcenter表示所述电极集流体的宽度方向上的中心点处的温度。
12.根据权利要求10所述的方法,其中所述第一次涂布至所述次级干燥是连续进行的。
13.根据权利要求10所述的方法,进一步包括将初级干燥完成的所述电极集流体的所述第一表面和所述第二表面反转。
14.根据权利要求10所述的方法,其中在所述电极浆料的第二次涂布期间,所述第二涂布辊的横向(TD)上的中心部和侧部之间的温度偏差等于或小于2℃。
15.根据权利要求10所述的方法,其中要制造的电极是用于袋型二次电池的电极。
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