CN115769038A - 用于卷对卷状态的电极的真空干燥设备以及真空干燥方法 - Google Patents

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Abstract

根据本技术的用于对卷对卷状态的电极进行真空干燥的设备包括：配置为将真空室抽气至低真空水平的低真空抽气装置；中高真空抽气装置，其通过与低真空管路分离的中高真空管路连接至真空室并且配置为将真空室抽气至中真空水平或高真空水平；以及控制单元，其连接至低真空抽气装置和中高真空抽气装置并且配置为逐步调节真空室中的真空水平以干燥电极。

Description

用于卷对卷状态的电极的真空干燥设备以及真空干燥方法
技术领域
本发明涉及一种用于对卷对卷状态的电极进行真空干燥的真空干燥设备以及真空干燥方法。
更具体地，本发明涉及一种通过根据设定的工序条件执行抽气至各种真空压力而能够改善电极的润湿性能以及干燥具有高湿气含量的电极的真空干燥设备以及真空干燥方法。
本申请要求基于2021年3月3日提交的韩国专利申请第10-2021-0027817号的优先权的权益，该韩国专利申请中公开的全部内容并入本文作为本申请的一部分。
背景技术
随着技术的发展和对移动装置的需求的增加，对二次电池的需求迅速增加。在二次电池之中，锂二次电池因具有高能量密度和高工作电压以及优异的保存和生命周期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。
锂二次电池通过以下工序制造：电极工序，在作为集流体片的正极导体箔和负极导体箔上分别涂覆正极活性材料和负极活性材料；包括切口、层压和封装的组装工序，切口用于在未被施加电极活性材料的未涂覆区域中形成电极接片，层压是将电极和隔膜层压以生产电极组件，封装是堆叠或折叠电极组件、将电极组件封装在袋或罐中、以及注入电解质等；以及激活工序，对组装的电池进行充电或放电以赋予电池特性。
此外，在电极制造工序或组装工序等中，电极在介于解绕器(unwinder)和重绕器(rewinder)之间的所谓的卷对卷(roll-to-roll)状态下被传送和加工。因为由活性材料、导电材料、粘合剂等构成的糊状混合物被施加至用作基材的金属箔，所以这种卷型电极片具有高吸湿性。因此，在电极制造工序过程中需要去除湿气。
然而，当在电极卷状态下干燥电极时，在卷的内部与外部之间产生温度差，因而难以均匀地干燥电极。因此，已提出在卷对卷状态下对电极进行真空干燥的方法。
另外，近来，出现了由于电极的湿气根据活性材料的成分、构成活性材料的颗粒尺寸等较高地形成而难以表现出期望的电池特性的电极。例如，为了增加电池容量并降低制造成本而提出的涂覆有高镍正极材料的正极、或具有较小颗粒尺寸结构的活性材料的电极因易受外部环境影响并且在大气中具有较高的湿气吸收率而偏离期望的湿气规格(spec)。
然而，常规的电极真空干燥设备通过将真空室抽气至1托或更高的低真空水平来干燥电极，因而在从电极去除湿气方面具有限制。特别是，在如上所述的具有高湿气含量的电极的情况下，使用这种在低真空水平下执行真空干燥的真空干燥设备很难充分地去除湿气。
此外，即使在一定程度上去除了湿气，常规的低真空干燥设备也不足以改善电极的润湿性能。电极的润湿性能是指，当电极组件被封装在容器中并且在容器中注入电解质时，电解质能够容易渗透到电极的活性材料中而浸渍的性能。由于这种电极的润湿性能因电解质更容易浸渍到电极内部的气泡中而进一步改善，因此需要适当地形成气泡以使电解质浸渍到电极中。然而，常规的低真空干燥设备在改善电极的润湿性能，特别是，具有高湿气含量的电极的润湿性能方面具有限制。
为了从电极除去湿气并且改善电极的性能，可设想通过使用中真空装置或高真空装置对真空室抽气来干燥电极。然而，由于真空设备或管路的结构，不容易通过单个管路将真空室从低真空水平抽气到中高真空水平，并且其控制也将非常复杂。此外，当真空室被直接抽气至高真空水平时，可能发生电极因真空而被损坏的所谓真空损坏(damage)。
另外，当电极在真空室中被连续地真空干燥时，从电极产生的异物可悬浮在真空室中或者留在真空室中。当在真空室中继续真空干燥时，异物可附着到随后被引入真空室中的电极卷的电极，因而电极会在真空室中被污染。
基于此，期望开发一种能够在对电极不造成真空损坏的情况下从电极去除湿气并且改善电极的润湿性能的真空干燥技术。
此外，期望开发一种能够通过从真空室有效地去除异物来防止电极污染的真空干燥技术。
[相关技术文献]
[专利文献]
日本专利第5984643号(2016.9.6)
发明内容
技术问题
本发明致力于解决上述问题，本发明旨在提供一种用于对卷对卷状态的电极进行真空干燥的设备，即使电极具有高湿气含量，该设备也能够在防止真空损坏的同时有效地从电极去除湿气并且改善电极的润湿性能。
此外，本发明旨在提供一种用于对卷对卷状态的电极进行真空干燥的设备，该设备能够防止真空室中的异物污染。
此外，本发明旨在提供一种对卷对卷状态的电极进行真空干燥的方法，该方法能够有效地从电极去除湿气并且改善电极的润湿性能。
技术方案
为了解决上述问题，本发明的用于对卷对卷状态的电极进行真空干燥的设备包括：真空室，电极以卷对卷状态设置在所述真空室中以被干燥；低真空抽气装置，所述低真空抽气装置通过低真空管路连接至所述真空室并且配置为将所述真空室抽气至低真空水平；中高真空抽气装置，所述中高真空抽气装置通过与所述低真空管路分离的中高真空管路连接至所述真空室并且配置为将所述真空室抽气至中真空水平或高真空水平；以及控制单元，所述控制单元连接至所述低真空抽气装置和所述中高真空抽气装置并且配置为逐步调节所述真空室中的真空水平以干燥所述电极。
作为示例，所述低真空水平可以是从1托至600托的范围内的真空水平，所述中真空水平可以是从10-2托至小于1托的范围内的真空水平，并且所述高真空水平可以是从10-8托至小于10-2托的范围内的真空水平。
作为优选示例，所述低真空管路和所述中高真空管路可连接至所述真空室的底部。
具体地，当从顶部观察所述真空室时，所述低真空管路和所述中高真空管路中至少一者可上下对称、左右对称或者上下左右对称地邻近所述真空室的角部设置。
作为一个示例，在所述真空室中可安装有用于测量所述低真空水平的低真空计和用于测量所述中真空水平或所述高真空水平的中高真空计。
作为具体示例，所述低真空抽气装置包括：通过所述低真空管路连接至所述真空室的低真空抽气泵；和配置为打开和关闭所述低真空管路的低真空开关阀。
作为更具体示例，所述低真空抽气泵可以是旋转泵或可进一步包括与所述旋转泵连接的罗茨泵。
作为具体示例，所述低真空开关阀可包括：安装在所述低真空抽气泵一侧上的所述低真空管路中的通/断阀；和多级开关阀，所述多级开关阀安装在所述真空室一侧上的所述低真空管路中并且配置为调节打开程度。
作为更具体示例，所述多级开关阀可以是伺服阀、SMC两级阀和节流阀中的一种。
具体地，所述中高真空抽气装置可包括：通过所述中高真空管路连接至所述真空室的中高真空抽气泵；和配置为打开和关闭所述中高真空管路的中高真空开关阀。
作为具体示例，所述中高真空抽气泵可包括干泵和涡轮分子泵(TMP)，所述涡轮分子泵通过所述中高真空管路连接至所述干泵并且安装在邻近所述真空室的所述中高真空管路中。
作为更具体示例，所述中高真空开关阀可包括：安装在所述干泵一侧上的所述中高真空管路中的通/断阀；和自适应压力控制(APC)阀，所述自适应压力控制阀安装在所述TMP与所述真空室之间的所述中高真空管路中并且配置为调节打开程度。
作为示例，所述干泵一侧上的所述中高真空管路可包括旁路管路，在所述干泵一侧上的所述旁路管路和所述中高真空管中可分别安装有第一通/断阀和第二通/断阀，并且所述第一通/断阀和所述第二通/断阀可顺序地打开。
作为示例，所述控制单元可根据设定的工序条件控制所述低真空抽气装置和所述中高真空抽气装置将所述真空室抽气至低真空水平、中真空水平或高真空水平，并且当将所述真空室抽气至所述中真空水平或所述高真空水平时，所述控制单元可控制所述低真空抽气装置和所述中高真空抽气装置将所述真空室从所述低真空水平开始逐步抽气至所述中真空水平或所述高真空水平。
作为另一示例，当预定数量的电极卷以卷对卷状态在所述真空室中被干燥，然后被从所述真空室移除时，所述控制单元可逐步控制真空水平而将所述真空室抽气至预定的中真空水平或高真空水平，以去除所述真空室中的异物。
作为本发明的另一方面，对卷对卷状态的电极进行真空干燥的方法包括以下步骤：根据设定的工序条件将真空室抽气至低真空水平，以便对以卷对卷状态设置在所述真空室中的电极进行真空干燥；以及在所述低真空水平下对所述真空室中的所述电极进行干燥，并且进一步包括以下步骤：在所述真空室中以卷对卷状态干燥预定数量的电极卷之后，在从所述真空室移除了电极的状态下，将所述真空室设定为预定的中真空水平或高真空水平去除所述真空室中的异物。
具体地，所述预定的中真空水平或高真空水平可以是通过将所述真空室抽气至低真空水平，然后从所述低真空水平开始逐步抽气直至达到所述预定的中真空水平或高真空水平而得到的。
根据本发明又一实施方式的对卷对卷状态的电极进行真空干燥的方法包括以下步骤：根据设定的工序条件从低真空水平开始对真空室逐步抽气直至达到中真空水平或高真空水平，以便对以卷对卷状态设置在所述真空室中的电极进行真空干燥；以及在所述中真空水平或所述高真空水平下对所述真空室中的所述电极进行干燥。
作为一个示例，所述方法可进一步包括以下步骤：在所述真空室中以卷对卷状态干燥预定数量的电极卷之后，在从所述真空室移除了电极的状态下，将所述真空室设定为预定的中真空水平或高真空水平去除所述真空室中的异物。
有益效果
根据本发明，可在防止对具有高湿气含量的电极真空损坏的同时，通过施加各种真空压力有效地去除湿气。
此外，可进一步改善电极的润湿性能。
根据本发明，可在防止真空室中的异物污染的同时连续对电极进行真空干燥。
附图说明
图1是示出根据本发明一实施方式的真空干燥设备的示意图。
图2包括透视图和平面图，其示出了图1的真空干燥设备的真空管路的连接结构。
图3是示出为了在电极切口之后执行真空干燥而应用了本发明的真空干燥设备的真空加热装置的示例的示意图。
图4是示出根据本发明一实施方式的真空干燥方法的流程图。
图5是示出当通过抽气装置执行真空抽运时，多个电池单元的真空水平随时间变化的真空水平概述图。
图6是示出根据本发明另一实施方式的真空干燥方法的流程图。
具体实施方式
下文中，将参照附图并且根据几个实施方式详细描述本发明的详细构造。为帮助理解本发明，说明性地示出以下实施方式，附图未按比例绘制以帮助理解本发明，并且一些部件的尺寸可被夸大。
本发明可被不同地修改并具有若干形式，具体实施方式将在附图中示出并在下面进行详细描述。然而，这并不旨在将本发明限制于具体的实施方式，而是应当理解，本发明涵盖本发明的精神和范围中包括的任何修改、等同以及替换。
本发明的用于对卷对卷状态的电极进行真空干燥的设备包括：真空室，电极以卷对卷状态设置在真空室中以被干燥；低真空抽气装置，低真空抽气装置通过低真空管路连接至真空室并且配置为将真空室抽气至低真空水平；中高真空抽气装置，中高真空抽气装置通过与低真空管路分离的中高真空管路连接至真空室并且配置为将真空室抽气至中真空水平或高真空水平；以及控制单元，控制单元连接至低真空抽气装置和中高真空抽气装置并且配置为逐步调节真空室中的真空水平以干燥电极。
用于对卷对卷状态的电极进行真空干燥的常规的真空干燥设备在1托或更高的低真空水平下加热并干燥电极，因而在从近来受到关注的诸如涂覆有高镍正极材料的电极或涂覆有具有小颗粒尺寸结构的活性材料的电极之类的高湿气电极去除湿气方面具有限制。此外，在如上所述的低真空水平下的真空干燥在改善润湿性能的气泡形成能力方面具有限制。
为了解决该常规的问题，本发明通过包括配置为将真空室抽气至低真空水平的低真空抽气装置、以及通过与低真空抽气装置分离的管路连接至真空室的中高真空抽气装置，旨在从高湿气电极去除湿气并且改善润湿性能。此外，通过设置连接至低真空抽气装置和中高真空抽气装置并且配置为逐步调节真空室中的真空水平以干燥电极的控制单元，可将真空室迅速抽气至中真空度或高真空度，因而可防止对真空室中的电极的真空损坏。
另外，本文描述的真空度也称为真空压力(力)，并且将以托(Torr)为单位表示。在电极的真空干燥期间使用的真空水平的大小可不同于通常的真空抽运领域中分类的真空水平的大小。在一个实施方式中，低真空水平是从1托至600托的范围内的真空水平，即，1托或更高的真空水平。低真空水平不是应用于高镍正极或具有小颗粒尺寸结构的电极，而是应用于常规的锂二次电池的电极的真空压力。即使在低真空水平下对上述高湿气电极以外的常规电极进行真空干燥，也可从电极充分地去除湿气。然而，例如，其中正极的镍含量增加的电极或具有其中电极中包含的活性材料的颗粒尺寸细微的小颗粒尺寸结构的电极易受外部环境的影响，因而该电极具有比常规电极更高的湿气含量。为了干燥这种具有较高湿气含量的电极并且改善润湿性能，优选地将真空室抽气至更高的真空水平。为此，在本发明中，施加小于1托的中真空水平，如果需要，还施加小于10-2托的高真空水平。应用于本发明的中真空水平的优选范围可以是从10-2托至小于1托，并且高真空水平的范围例如可以是10-8托至小于10-2托。如果需要，可施加小于10-8托的超高真空水平，但是这会增加电极制造成本。因此，理想的是考虑到可用的真空设备和制造成本来选择真空水平。此外，如后面将要描述的，根据本发明的实施方式，可将真空室抽气至中真空水平或高真空水平，以便除了执行真空干燥外还清洁真空室。因而，可在上述范围的真空水平内为了效率而适当选择用于清洁的中真空水平或高真空水平的范围。然而，用于电极的真空干燥的中真空水平或高真空水平的大小不必与用于真空室清洁的中真空水平或高真空水平的大小一致，可在能够最好地实现真空干燥和清洁的各个目的的范围内确定真空水平。
优选实施方式的详细说明
下文中，将参照附图以及本公开内容的具体实施方式更详细地描述本发明。
图1是示出根据本发明一实施方式的真空干燥设备100的示意图，图2包括透视图和平面图，其示出了图1的真空干燥设备100的真空管路的连接结构。
本发明的真空干燥设备100包括用于对卷对卷状态的电极进行干燥的真空室10。在图1和图2中，为了便于描述，仅示出了真空干燥设备100而没有示出电极。然而，电极可以以卷对卷状态设置在真空室10中。
为了对以卷对卷状态设置在真空室10中的电极进行真空干燥，本发明的真空干燥设备100包括通过低真空管路21连接至真空室10的低真空抽气装置20。
此外，根据本发明，真空干燥设备100包括中高真空抽气装置30，中高真空抽气装置30通过与低真空管路21分离的中高真空管路31连接至真空室10。
根据本发明，两种类型的抽气装置(低真空抽气装置和中高真空抽气装置)通过单独的真空管路连接至真空室10。考虑到设备的简化，期望的是能够使用单个抽气泵执行从低真空到高真空的抽气。然而，例如，用于执行抽气至高真空水平的涡轮分子泵(TMP：Turbomolecular Pump)由于泵装置的结构而具有适于高速旋转的结构，因而当泵以低速旋转以实现低真空水平时，存在损坏旋转轴或泵部件的风险。因此，技术上难以设计出执行从低真空水平甚至到中真空水平的抽气，更不用说到高真空水平的抽气的真空泵。此外，当低真空抽气装置20和中高真空抽气装置30连接至单个管路时，难以调节真空水平，并且真空控制也非常复杂。此外，当真空水平的调节失败时，真空室10中的电极会由于抽气至中真空水平或高真空水平而发生真空损坏(damage)。
因此，根据本发明，低真空抽气装置20和中高真空抽气装置30通过单独的专用管路连接至真空室10。然而，在中高真空抽气装置30的情况下，可采用能够在本发明中定义的中真空水平至高真空水平的范围内执行抽气的装置。将理解的是，中高真空抽气装置30分为通过单独的管路分别连接至真空室的中真空抽气装置和高真空抽气装置。然而，在这种情况下，真空干燥设备100的构造太复杂，导致制造成本增加和真空控制流程的复杂性增加。此外，当通过中高抽气装置30使真空水平从中真空水平逐步增加到高真空水平时，可更有效地防止对电极的真空损坏。
参照图2，根据本发明一实施方式，低真空管路21和中高真空管路31分别从真空室10的底部连接。当从真空室10的侧面连接真空管路时，真空室10中的气流集中在两侧，这使得内部气流不稳定，因而会在制造的电池中产生外观缺陷。此外，当真空管路连接至真空室10的顶部时，真空管不可避免地延长以延伸至真空室10的顶部，在这种情况下，应在延长的管路上安装诸如调节器之类的额外设备来执行压力调节。因此，为了稳定真空室10中的气流并且防止管线损失，从真空室10的底部连接真空管路，如图2(a)的透视图所示。
图2(b)的平面图是从顶部观察真空室10的平面图。在该实施方式中，当从顶部观察真空室10时，低真空管路21和中高真空管路31中至少一者通过上下对称、左右对称或者上下左右对称成对地形成而邻近真空室10的角部设置。为了均匀地保持真空室10中的真空水平，低真空管路21和中高真空管路31中一者或二者对称地安装在真空室10中。优选地，如图2(b)中所示，当邻近真空室10的角部安装管路，使得在真空室10中上下对称以及左右对称成对地设置管路时，真空室10中的真空水平可变得更加均匀。在示出的实施方式中，中高真空管路31安装在低真空管路21的外侧。然而，中高真空管路31可安装在低真空管路21的内侧。
在图1和图2中，用于测量低真空水平的低真空计A和用于测量中真空水平或高真空水平的中高真空计B安装在真空室10中。当作为真空计安装仅用于测量低真空水平的低真空计A和用于测量中高真空水平的中高真空计B时，可分别通过低真空计A和中高真空计B测量通过低真空抽气装置20和中高真空抽气装置30实现的真空水平，并且可更方便地执行真空水平的控制。此外，由于真空计可根据类型适当地测量特定真空水平，因此可根据真空室中的相应真空水平来选择最适合的真空计。
作为低真空计A，例如，可采用将薄膜的压力变化运动转换为与压力成比例的电信号的电容真空(CA，Capacitance manometer)计。CA计可测量从1托至1000托的范围内的广泛区域，并且通过真空计中的物理变化而不是腔室中的气体特性的变化产生信号。因而，CA计可独立于测量室中的气体成分来测量值，并且优点在于具有相对较高的精度。
中高真空计B的示例可包括将气体电离并放大和测量离子电流的电离真空计。在电离真空计之中，BA电离真空计(Bayard-Alpert ion gage)是优选的，其适于通过减少从电离真空计产生的X射线来测量更低真空水平。
为了便于描述，在图1和图2中示出了低真空计A和中高真空计B被放置在真空室的中央。然而，为了不干扰安装在真空室10中的各种设备(解绕器、重绕器、加热设备、真空部件等)，将理解到这些真空计可通过诸如未在此示出的支架或螺栓-螺母对之类的结合构件安装在真空室10中。
通过低真空管路21连接至本发明的真空干燥设备100的真空室10的低真空抽气装置20包括：通过低真空管路21连接至真空室10的低真空抽气泵；和配置为打开和关闭低真空管路21的低真空开关阀。
作为低真空抽气泵22的示例，可使用通过叶片的旋转而进行抽吸、压缩和排出气体的旋转泵。作为另一示例，可使用与旋转泵串联连接的罗茨泵(rootes pump)作为辅助泵。罗茨泵是利用在相反方向上旋转的两个转子将进入进气口的气体排出的泵。将罗茨泵与旋转泵连接可提高排出速度并且防止由于旋转泵中的润滑油的回流而引起的污染。上述旋转泵或罗茨泵用于760托至1托范围的粗真空(rough vacuum)区域。旋转泵和罗茨泵是真空技术领域中常用的泵，因而将省略其详细描述。
如图1中所示，根据本发明实施方式的低真空开关阀包括：安装在低真空抽气泵22一侧上的低真空管路21中的通/断阀23；和多级开关阀24，多级开关阀24安装在真空室10一侧上的低真空管路21中并且配置为调节打开程度。为了将真空室10抽气至低真空水平，打开通/断阀23并且打开安装在真空室一侧上的低真空管路21中的多级开关阀24，在这种情况下，可执行抽气至预定的低真空水平。在本实施方式中，为了实现期望的低真空水平，在真空室一侧上的低真空管路21中安装多级开关阀24，以通过调节打开程度来改变和调节真空室10中的真空水平。例如，作为多级开关阀24，可使用伺服阀、SMC两级阀、节流阀中的一种。伺服阀是能够利用伺服马达控制阀的打开位置以调节真空压力的阀。SMC两级阀是使用大(large)小(small)两个阀的两级阀，SMC两级阀可打开和关闭小阀以在小范围内调节真空压力并且可打开和关闭大阀以在大范围内调节真空压力。节流阀是通过调节节流阀体中的阀体的打开角度而改变压力的阀。
如上所述，在本实施方式中，通过在真空室10一侧上的低真空管路21中安装多级开关阀24，真空室10可被逐步抽气直至达到期望的低真空水平。此外，例如，通过调节伺服阀的打开程度，可保持特定的低真空水平，或者可将相应的真空水平变为另外的真空水平。
在将真空室10抽气至预定的低真空水平以干燥电极之后，为了将真空室10恢复至大气压，在低真空管路21中安装有通气管25和通气阀26。通气阀26可在通/断阀23打开时关闭，并且可在通/断阀23关闭时打开以恢复真空室10中的压力。
本发明的真空干燥设备100包括中高真空抽气装置30，中高真空抽气装置30通过与低真空管路21分离的中高真空管路31连接至真空室10。具体地，中高真空抽气装置30包括：通过中高真空管路31连接至真空室10的中高真空抽气泵；和配置为打开和关闭中高真空管路的中高真空开关阀。
在图1的实施方式中，干泵32和TMP 37构成中高真空抽气泵，TMP 37通过中高真空管路31连接至干泵32并且安装在邻近真空室10的中高真空管路31中。
干泵32是不使用油来使泵中的转子旋转的泵。在本实施方式中，为了防止在真空室10被突然抽气至高真空水平时发生真空损坏并且防止对TMP部件的损坏，作为中高真空抽气泵的一部分而设置干泵32。
TMP 37是涡轮分子泵，是通过高速旋转的旋转轴和沿旋转轴的相反方向倾斜的固定轴的交替布置而能够实现10-3托的真空水平(中真空水平)和10-10托的真空水平(超高真空水平)的泵。
在图1的实施方式中，作为中高真空开关阀，设置了安装在干泵32一侧上的中高真空管路31中的通/断阀33、和安装在TMP 37与真空室10之间的中高真空管路31中以调节打开程度的自适应压力控制(APC，Adaptive Pressure Control valve)阀34。APC阀34是能够通过在1至1000点的范围内控制阀的打开位置和角度来进行精细的真空控制的阀，因此是适合于对中真空水平和高真空水平进行真空控制的阀。
因此，根据本实施方式的中高真空抽气装置30通过在真空室一侧上的中高真空管路31中安装APC阀34，可将真空室10逐步抽气直至达到期望的真空水平，并且例如，通过调节APC阀34的打开程度，可保持特定的中真空水平或高真空水平，或者可将相应的真空水平变为另外的真空水平。
在将真空室10抽气至预定的中真空水平或高真空水平以干燥电极之后，为了使中高真空抽气装置30增加真空室10中的压力，在中高真空管路中安装有通气管35和通气阀36。通气阀36可在通/断阀33打开时关闭，并且可在通/断阀33关闭时打开以恢复真空室10中的压力。
在图1的实施方式中，为了防止对电极的真空损坏并且防止TMP部件损坏，干泵32一侧上的中高真空管路31包括旁路管路31-1。就是说，通过将中高真空管路分支为两个管路，即，干泵一侧上的中高真空管路31和旁路管路31-1，防止低真空压力一次性全部施加至TMP 37。此外，通过在干泵一侧上的旁路管路31-1和中高真空管路31中分别安装第一通/断阀33S和第二通/断阀33F并且顺序地打开第一通/断阀33S和第二通/断阀33F，对TMP 37的影响被最小化。在此，第一通/断阀33S对应于慢启动阀，第二通/断阀33F对应于快启动阀。
如上所述，根据本发明，设置了通过单独的真空管连接至真空室10的低真空抽气装置20和中高真空抽气装置30，并且这些抽气装置连接至控制单元40。通过控制低真空抽气装置和中高真空抽气装置以使得逐步调节真空室10中的真空水平来干燥电极，控制单元40根据设定的工序条件进行控制以将真空室10抽气至低真空水平、中真空水平或高真空水平，而不会对电极施加真空损坏。特别是，在将真空室10抽气至中真空水平或高真空水平时，本发明的控制单元40控制低真空抽气装置和中高真空抽气装置将真空室10从低真空水平逐步抽气至中真空水平或高真空水平，而不是立即抽气至中真空水平或高真空水平。
此外，根据本发明，由于除低真空抽气装置20之外还设置中高真空抽气装置30，因此可使用中高真空抽气装置30去除真空室10中的异物。在重复将电极卷引入真空室10中并且将电极以卷对卷状态真空干燥的工序时，在真空室10中产生源自电极的异物。用于对电极进行真空干燥的常规的低真空水平对去除异物具有限制。当预定数量的电极卷以卷对卷状态在真空室10中被干燥，然后从真空室10移除电极时，本发明的控制单元40可逐步控制真空水平而将真空室10抽气至预定的中真空水平或高真空水平，以去除真空室10中的异物。
图3是示出为了在电极切口之后执行真空干燥而应用了本发明的真空干燥设备100的真空加热装置的示例的示意图。即使高镍正极材料的电极或具有小颗粒尺寸电极结构的电极在所谓的电极工序中被真空干燥并去除湿气，因为电极仍然含有超过设定规格的湿气，所以在作为组装工序的切口工序之后仍需要再次去除湿气。图3示出了在切口工序之后通过将电极引入真空室10中进行真空干燥的示例。在图3中，未示出图1和图2的真空干燥设备100(仅示出了真空管路21和31)，示出了在切口工序之后对电极进行真空干燥的具体工序。
在切口工序之后，电极1卷绕在芯部上，并且其中电极卷绕在芯部上的电极卷1a被安装在真空室10外部的装载器(Loader)2a中。通过未示出的机器人将电极卷1a安装在真空室中的解绕器2b中。随后，电极卷1b从解绕器2b展开，并且电极1连接到安装在真空室10中的重绕器2c。当这种电极以卷对卷状态设置在解绕器2b与重绕器2c之间时，对真空室10抽气以干燥电极。当解绕器2b和重绕器2c被驱动时，电极1以卷对卷状态在真空室10中行进，并且在通过安装在真空室10中的歪斜调节单元3和张力调节单元4调节张力并防止歪斜的同时，卷对卷状态的电极1行进至重绕器2c。在通过图1和图2中所示的真空干燥设备100在卷对卷状态下对真空室10抽气的同时，电极在预定的真空水平下通过加热单元5进行加热和干燥，或者通过由氮气喷射单元6喷射并由高速风扇7循环的热空气进行真空干燥。干燥的电极1通过重绕器2c卷绕。然后，停止真空室的抽气，并且通过机器人等将卷绕的电极卷1c移动到真空室10外部的卸载器2d。因而，完成真空干燥。对于在上述工序中在切口工序之后在真空室10中以卷对卷状态被传送的电极1来说，本发明的控制单元40在使用通过单独的管路连接至真空室10的低真空抽气装置20和中高真空抽气装置30逐步调节真空室10中的真空水平，即，调节至低真空水平、中真空水平或高真空水平的同时使电极被加热并干燥，从而从电极去除湿气并且改善润湿性能。本发明的控制单元40不仅可连接至抽气装置，而且还可连接至图3的解绕器2b和重绕器2c、加热单元5、张力调节单元4、歪斜调节单元3等，以有机地控制抽气和加热干燥。
下面将参照图4至图6详细描述本发明的真空干燥设备100的操作和真空干燥方法。
图4是示出根据本发明一实施方式的真空干燥方法的流程图。
根据本发明一实施方式的卷对卷状态的电极的真空干燥方法包括以下步骤：根据设定的工序条件将真空室抽气至低真空水平，以便对以卷对卷状态设置在真空室中的电极进行真空干燥(图4的步骤(a))；以及在低真空水平下对真空室中的电极进行干燥(图4的步骤(b))，并且进一步包括以下步骤：在真空室中以卷对卷状态干燥预定数量的电极卷之后，在从真空室移除了电极的状态下，将真空室设定为预定的中真空水平或高真空水平去除真空室中的异物(图4的步骤(d))。
在步骤(a)中，当电极卷1b和1c如图3中所示设置在真空室10中的解绕器2b与重绕器2c之间以形成卷对卷状态时，可通过图1的真空干燥设备100的低真空抽气装置20将真空室10抽气至预定的低真空水平。在这种情况下，要被真空干燥的目标电极1是湿气含量不高的常规型号的电极，并且用于对这种常规电极进行真空干燥的工序条件(recipe)被预先设定并输入到控制单元40。根据预先设定的工序条件，例如，在图1的真空干燥设备100的低真空抽气装置20的低真空抽气泵22(旋转泵或者旋转泵和罗茨泵)启动时，打开安装在低真空管路21中的通/断阀23。在这种情况下，关闭通气管25的通气阀26。在打开通/断阀23之后，打开安装在真空室一侧上的低真空管路21中的多级开关阀24。此外，例如，通过调节作为伺服阀的多级开关阀24的打开程度，可调节真空度并稳定地保持真空度。
在步骤(b)中，当在真空室10中对应于所述工序条件的低真空水平稳定并保持时，控制单元40可操作图3的加热单元5等，以干燥卷对卷状态的电极。根据设定的工序条件，通过在将真空水平保持预定时间的同时将电极加热预定时间来干燥电极。在真空干燥期间，电极1在以预定速率从解绕器2b移动到重绕器2c的同时被加热并干燥。
在步骤(c)中，通过重绕器2c卷绕被干燥的电极，然后将卷绕的电极卷1c排出至真空室10的外部。在将电极排出至真空室的外部之前，关闭低真空抽气装置20的低真空开关阀(通/断阀和伺服阀)，并且打开通气阀26，从而使真空室10中的内部压力成为大气压。排出至真空室的外部的电极卷1d被安装在卸载器2d上。随后，通过重复步骤(a)至(c)，在真空室10中以卷对卷状态对电极进行真空干燥。
在步骤(d)中，根据本发明一实施方式的真空干燥方法进一步包括用于去除真空室10中的异物的清洁工序。当通过重复步骤(a)和(b)或步骤(a)至(c)在真空室10中以卷对卷状态真空干燥预定数量的电极卷时，源自电极或从外部引入的异物会积聚在真空室中。当在存在这种异物的情况下在真空室10中真空干燥随后的电极卷时，电极会被异物污染，并且电极特性或润湿性能会劣化。因此，本发明的真空干燥方法进一步包括以下步骤：在真空室10中真空干燥预定数量(例如，50个)的电极卷之后，在从真空室移除了电极的状态下，将真空室10设定为预定的中真空水平或高真空水平去除真空室10中的异物。
在这种情况下，预定的中真空水平或高真空水平是通过将真空室10抽气至低真空水平，然后从低真空水平开始逐步抽气直至达到预定的中真空水平或高真空水平而得到的。如上所述，当将真空室10立即抽气至中真空水平或高真空水平时，可能损坏中高真空抽气装置30的TMP 37的旋转轴或部件。因此，在将真空室10的内部设定为预定的中高真空水平之前，需要首先使真空室10的内部成为低真空水平环境。具体地，当真空室10中没有电极并且真空室10恢复至大气压时，通过在图1的低真空抽气泵22(例如，旋转泵)启动的同时打开通/断阀23和伺服阀24来将真空室10抽气至低真空水平。在通过调节伺服阀的打开程度使低真空水平稳定的状态下，中高真空抽气装置30启动。总的来说，中高真空抽气装置30的中高真空抽气泵启动，因而旁路管路31-1的第一通/断阀33S首先打开，然后APC阀34打开。通过在打开第一通/断阀33S之后顺序打开第二通/断阀33F，可防止TMP 37被施加负荷。通过打开APC阀34，TMP 37将真空室抽气直至达到中真空水平或高真空水平。在APC阀34打开之后，低真空抽气装置20的低真空开关阀23和24关闭。中高真空抽气装置30的TMP 37可从由低真空抽气装置20形成的低真空环境开始逐步对真空室抽气，因而可防止内部部件损坏。当通过调节APC阀34的打开程度使真空室10中的中真空水平或高真空水平稳定时，通过对真空室抽气来去除真空室中的异物。
图5是示出当通过抽气装置执行真空抽运时，多个电池单元的真空水平随时间变化的真空水平概述图。提出图5是为了显示可核查当用抽气装置抽气时真空水平的趋势，而不是电极的真空水平的变化。如图5中所示，当抽气装置对真空室进行抽气时，能够看出在使用真空泵进行真空抽运(抽气)期间真空水平随时间迅速升高，并且在真空水平稳定一定时间之后真空水平保持在恒定值。随后，能够看出，当关闭真空阀并且打开通气阀时，真空水平降低并且恢复至大气压。在本发明的真空干燥方法中，通过调节低真空开关阀的多级开关阀以使真空水平迅速稳定，可将真空水平保持在恒定值。类似地，在中高真空开关阀的情况下，可通过调节APC阀的打开程度来稳定并保持中真空水平或高真空水平。
此外，可通过使用图1和图2中示出的低真空计(A)测量低真空水平并且使用中高真空计(B)测量中高真空水平来检查在真空室中是否达到目标真空水平(低真空水平和中高真空水平)。
图6是示出根据本发明另一实施方式的真空干燥方法的流程图。
本实施方式的真空干燥方法包括以下步骤：根据设定的工序条件从低真空水平开始对真空室逐步抽气直至达到中真空水平或高真空水平，以便对以卷对卷状态设置在真空室中的电极进行真空干燥；以及在中真空水平或高真空水平下对真空室中的电极进行干燥。
本实施方式适用于具有高湿气含量或需要改善润湿性能的电极，并且涉及将真空室逐步抽气至中真空水平或高真空水平以进行干燥的方法。
在步骤(a)中，当电极卷如图3中所示设置在真空室10中的解绕器2b与重绕器2c之间以形成卷对卷状态时，可通过图1的真空干燥设备100的低真空抽气装置20将真空室10抽气至预定的低真空水平。在这种情况下，要被真空干燥的目标电极是湿气含量高的型号的电极，并且用于对这种湿气含量高的电极进行真空干燥的工序条件(recipe)被预先设定并输入到控制单元40。根据预先设定的工序条件，例如，在图1的真空干燥设备的低真空抽气装置20的低真空抽气泵22启动时，打开安装在低真空管路21中的通/断阀23。在这种情况下，关闭通气管的通气阀。在打开通/断阀之后，打开安装在真空室一侧上的低真空管路中的多级开关阀。此外，例如，通过调节作为伺服阀的多级开关阀的打开程度，可调节真空度并且稳定地保持真空度。
在步骤(a-1)中，在本实施方式中，通过在真空室10保持在低真空水平的同时启动图1的中高真空抽气装置30，逐步对真空室10抽气直至达到作为工序条件而输入的中真空水平或高真空水平。就是说，在低真空水平稳定的状态下，旁路管路31-1的第一通/断阀33S首先打开，然后APC阀34打开。通过在打开第一通/断阀33S之后顺序打开第二通/断阀33F，可防止TMP 37被施加负荷。通过打开APC阀，TMP将真空室抽气直至达到中真空水平或高真空水平。在APC阀34打开之后，低真空抽气装置的低真空开关阀23和24关闭。中高真空抽气装置30的TMP 37可从由低真空抽气装置形成的低真空环境开始逐步对真空室抽气，因而可防止内部部件损坏。当通过调节APC阀34的打开程度使真空室10中的中真空水平或高真空水平稳定时，控制单元40操作加热单元5等来对电极进行真空干燥。
在步骤(b)’中，在对应于工序条件的中真空水平或高真空水平下，控制单元40操作图3的加热单元5等，以干燥卷对卷状态的电极。根据设定的工序条件，通过在将真空水平保持预定时间的同时将电极加热预定时间来干燥电极。在真空干燥期间，电极在以预定速率从解绕器2b移动到重绕器2c的同时被加热并干燥。
在步骤(c)中，通过重绕器2c卷绕被干燥的电极并且将其排出至真空室10的外部。在将电极排出至真空室10的外部之前，关闭中高真空抽气装置30的中高真空开关阀(通/断阀和伺服阀)，并且打开通气阀36(一次通气)。此外，在这种状态下，打开低真空抽气装置的通气阀26，使真空室10迅速恢复至大气压(二次通气)。随后，通过重复步骤(a)至(c)，在真空室10中以卷对卷状态对电极进行真空干燥。
在步骤(d)中，根据本发明一实施方式的真空干燥方法可进一步包括用于去除真空室10中的异物的清洁工序。当通过重复步骤(a)和(b)’或步骤(a)至(c)在真空室中以卷对卷状态真空干燥预定数量的电极卷时，源自电极或从外部引入的异物会积聚在真空室中。本发明的真空干燥方法进一步包括以下步骤：在真空室10中真空干燥预定数量(例如，50个)的电极卷之后，在从真空室移除了电极的状态下，将真空室10设定为预定的中真空水平或高真空水平去除真空室10中的异物。
用于去除真空室中的异物的预定的中真空水平或高真空水平不必与用于干燥具有高湿气含量的电极的中真空水平或高真空水平一致。由于电极干燥和异物去除的目的不同，因此可在适合于每个目的的最佳范围内选择中真空水平或高真空水平。由于本发明的真空干燥设备100采用能够调节打开程度的APC阀34，因此可通过调节打开程度实现期望的中真空水平或高真空水平。从低真空水平开始逐步执行抽气直至达到用于去除异物的预定的中真空水平或高真空水平的过程与图4的实施方式相同，因而将省去对其的额外描述。
基于以上描述，本发明的真空干燥设备通过设置低真空抽气装置和中高真空抽气装置而用于从几十几百托至10-8托的范围内的各种真空水平。因此，真空干燥设备可用于干燥具有低湿气含量的型号的电极以及具有高湿气含量的高镍电极。
此外，如上所述通过施加各种真空压力(真空水平)，不仅可改善电极湿气去除能力，而且还可改善润湿性能。
此外，即使在低真空或中真空的每个真空模式下，也可通过采用伺服阀或APC阀来逐步精细地调节真空水平，因而可非常便利地稳定或调节真空水平。
此外，由于设置了低真空抽气装置和中高真空抽气装置，因此可有利地在没有真空损坏的情况下通过中高真空抽气装置去除真空室中的异物。
另外，除了上述优点以外，本发明的真空干燥方法还可有效地将真空室中的电极在卷对卷状态下进行真空干燥。
至此，已参照附图、实施方式等详细地描述了本发明。然而，在本文中描述的附图或实施方式中描述的构造仅是本发明的示例，并不代表本发明的所有技术精神，应当理解的是，各种等同和修改可替代在提交本申请时的构造。
(参考标记说明)
1：电极
1a、1b、1c、1d：电极卷
2a：装载器(Loader)
2b：解绕器
2c：重绕器
2d：卸载器(Unloader)
3：歪斜调节单元
4：张力调节单元
5：加热单元
6：氮气喷射单元
7：风扇(fan)
10：真空室
A：低真空计
B：中高真空计
20：低真空抽气装置
21：低真空管路
22：低真空抽气泵
23：通/断阀
24：多级开关阀
25：通气管
26：通气阀
30：中高真空抽气装置
31：中高真空管路
31-1：旁路管路
32：干泵
33S：第一通/断阀
33F：第二通/断阀
34：APC阀
35：通气管
36：通气阀
37：TMP
40：控制单元
100：真空干燥设备。

Claims (20)

1.一种用于对卷对卷状态的电极进行真空干燥的设备，所述设备包括：
真空室，电极以卷对卷状态设置在所述真空室中以被干燥；
低真空抽气装置，所述低真空抽气装置通过低真空管路连接至所述真空室并且配置为将所述真空室抽气至低真空水平；
中高真空抽气装置，所述中高真空抽气装置通过与所述低真空管路分离的中高真空管路连接至所述真空室并且配置为将所述真空室抽气至中真空水平或高真空水平；以及
控制单元，所述控制单元连接至所述低真空抽气装置和所述中高真空抽气装置并且配置为逐步调节所述真空室中的真空水平以干燥所述电极。
2.根据权利要求1所述的设备，其中：
所述低真空水平是从1托至600托的范围内的真空水平，
所述中真空水平是从10-2托至小于1托的范围内的真空水平，并且
所述高真空水平是从10-8托至小于10-2托的范围内的真空水平。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述低真空管路和所述中高真空管路连接至所述真空室的底部。
4.根据权利要求3所述的设备，其中当从顶部观察所述真空室时，所述低真空管路和所述中高真空管路中至少一者上下对称、左右对称或者上下左右对称地邻近所述真空室的角部设置。
5.根据权利要求1所述的设备，其中在所述真空室中安装有用于测量所述低真空水平的低真空计和用于测量所述中真空水平或所述高真空水平的中高真空计。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述低真空抽气装置包括：通过所述低真空管路连接至所述真空室的低真空抽气泵；和配置为打开和关闭所述低真空管路的低真空开关阀。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述低真空抽气泵是旋转泵或进一步包括与所述旋转泵连接的罗茨泵。
8.根据权利要求6所述的设备，其中所述低真空开关阀包括：安装在所述低真空抽气泵一侧上的所述低真空管路中的通/断阀；和多级开关阀，所述多级开关阀安装在所述真空室一侧上的所述低真空管路中并且配置为调节打开程度。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述多级开关阀是伺服阀、SMC两级阀和节流阀中的一种。
10.根据权利要求5所述的设备，其中所述中高真空抽气装置包括：通过所述中高真空管路连接至所述真空室的中高真空抽气泵；和配置为打开和关闭所述中高真空管路的中高真空开关阀。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述中高真空抽气泵包括干泵和涡轮分子泵(TMP)，所述涡轮分子泵通过所述中高真空管路连接至所述干泵并且安装在邻近所述真空室的所述中高真空管路中。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述中高真空开关阀包括：安装在所述干泵一侧上的所述中高真空管路中的通/断阀；和自适应压力控制(APC)阀，所述自适应压力控制阀安装在所述TMP与所述真空室之间的所述中高真空管路中并且配置为调节打开程度。
13.根据权利要求12所述的设备，其中：
所述干泵一侧上的所述中高真空管路包括旁路管路，
在所述干泵一侧上的所述旁路管路和所述中高真空管中分别安装有第一通/断阀和第二通/断阀，并且
所述第一通/断阀和所述第二通/断阀顺序地打开。
14.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制单元根据设定的工序条件控制所述低真空抽气装置和所述中高真空抽气装置将所述真空室抽气至低真空水平、中真空水平或高真空水平，并且当将所述真空室抽气至所述中真空水平或所述高真空水平时，所述控制单元控制所述低真空抽气装置和所述中高真空抽气装置将所述真空室从所述低真空水平开始逐步抽气至所述中真空水平或所述高真空水平。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，当预定数量的电极卷以卷对卷状态在所述真空室中被干燥，然后被从所述真空室移除时，所述控制单元逐步控制真空水平而将所述真空室抽气至预定的中真空水平或高真空水平，以去除所述真空室中的异物。
16.一种对卷对卷状态的电极进行真空干燥的方法，所述方法包括以下步骤：
根据设定的工序条件将真空室抽气至低真空水平，以便对以卷对卷状态设置在所述真空室中的电极进行真空干燥；以及
在所述低真空水平下对所述真空室中的所述电极进行干燥，
其中所述方法进一步包括以下步骤：在所述真空室中以卷对卷状态干燥预定数量的电极卷之后，在从所述真空室移除了电极的状态下，将所述真空室设定为预定的中真空水平或高真空水平去除所述真空室中的异物。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述预定的中真空水平或高真空水平是通过将所述真空室抽气至低真空水平，然后从所述低真空水平开始逐步抽气直至达到所述预定的中真空水平或高真空水平而得到的。
18.一种对卷对卷状态的电极进行真空干燥的方法，所述方法包括以下步骤：
根据设定的工序条件从低真空水平开始对真空室逐步抽气直至达到中真空水平或高真空水平，以便对以卷对卷状态设置在所述真空室中的电极进行真空干燥；以及
在所述中真空水平或所述高真空水平下对所述真空室中的所述电极进行干燥。
19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括以下步骤：在所述真空室中以卷对卷状态干燥预定数量的电极卷之后，在从所述真空室移除了电极的状态下，将所述真空室设定为预定的中真空水平或高真空水平去除所述真空室中的异物。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述预定的中真空水平或高真空水平是通过将所述真空室抽气至低真空水平，然后从所述低真空水平开始逐步抽气直至达到所述预定的中真空水平或高真空水平而得到的。
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