CN116635683A - 能够防止未涂覆部分中的热褶皱的电极片干燥设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种能够防止未涂覆部分中的热褶皱的电极片干燥设备，更具体地，涉及一种用于干燥电极片的电极片干燥设备，电极片包括一对涂覆部分和位于一对涂覆部分之间的未涂覆部分，一对涂覆部分各自在金属箔的一个表面被施加有电极活性材料，未涂覆部分未被施加有电极活性材料，电极片干燥设备包括：配置为在其中干燥电极片的腔室，腔室具有矩形结构；设置在腔室中的上部的加热装置，加热装置配置为将腔室中的温度调节至干燥电极片所需的温度；和配置为引导腔室中的电极片的移动并且保持电极片的张力的至少一个引导辊，其中电极片的一部分在与引导辊分隔开预定距离的状态下移动。
Description
技术领域
本申请要求于2021年11月10日递交的韩国专利申请第2021-0153675号的优先权的权益，通过引用将该韩国专利申请的公开内容整体并入本文。
本发明涉及一种能够防止未涂覆部分中的热褶皱的电极片干燥设备，更具体地，涉及这样一种能够防止未涂覆部分中的热褶皱的电极片干燥设备，该电极片干燥设备配置为使得引导辊与未涂覆部分彼此分隔开预定距离，以防止当干燥电极片时在未涂覆部分中发生热褶皱现象，并且设置有配置为选择性地冷却未涂覆部分的装置。
背景技术
随着诸如智能电话、膝上型计算机和数码相机之类的移动装置的技术发展及其需求的增加，已经积极地进行了对能够充电和放电的二次电池的研究。此外，作为替代引起大气污染的化石燃料的能源的二次电池已经应用于电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(P-HEV)和能量存储系统(ESS)。
目前广泛使用的二次电池有锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池和镍锌电池。
通常，这种二次电池配置为使得电极组件和电解质溶液被容纳在电池壳体中。
在此，电极组件通常可以是果冻卷型电极组件、堆叠型电极组件、堆叠折叠型电极组件、或层压堆叠型电极组件，果冻卷型电极组件配置为具有其中长片型正极和长片型负极在之间插置有隔膜的状态下进行卷绕的结构，堆叠型电极组件配置为具有其中矩形正极和矩形负极在之间插置有隔膜的状态下进行堆叠的结构，堆叠折叠型电极组件配置为具有其中单元电池使用长隔离膜进行卷绕的结构，层压堆叠型电极组件配置为具有其中电池单元在之间插置有隔膜的状态下进行堆叠后彼此附接的结构。
此外，除了通常使用的液体电解质以外，电解质还可由固体电解质或通过向固体电解质添加添加剂而获得的凝胶型准固体电解质代替，凝胶型准固体电解质具有液体与固体之间的中间相。
电极组件被容纳在电池壳体中，二次电池可根据电池壳体的种类分为具有安装在圆柱形金属罐中的电极组件的圆柱形电池、具有安装在棱柱形金属罐中的电极组件的棱柱形电池、或具有安装在由铝层压片制成的袋形壳体中的电极组件的袋形电池。
另外，制造二次电池的电极的方法包括以下工序：将通过在溶剂中分散活性材料、导电剂和粘合剂而制造的浆料施加到电极集流体，并且干燥浆料。
此时，可使用将片型电极在卷绕在辊上的状态下引入干燥设备中并干燥电极的方法来干燥电极。然而，在这种情况下，由于在交叠状态下执行干燥工序，所以在电极的内部和外部之间存在干燥差异。
图1是示意性地示出常规电极片干燥设备的结构的正视图，图2是示出使用常规电极片干燥设备将电极片引入腔室中之前(a)和之后(b)的未涂覆部分的状态的视图。
如图1中所示，常规电极片干燥设备包括内部为空的腔室11、加热装置12和引导辊13，电极片20在经过常规电极片干燥设备的同时被干燥。
常规电极片干燥设备具有可均匀地干燥电极片20的优点。然而，由于整个电极片20被加热，因此在未涂覆部分中，即，在没有被施加活性材料并且暴露出电极集流体的部分中产生热褶皱，如图2的(b)中所示。
产生这种热褶皱的原因在于，当电极片进入保持在相对较高温度的腔室时，由金属箔(foil)制成的电极集流体的刚性(Rigidity)降低。特别是，不具有活性材料的未涂覆部分的温度变得高于被施加有活性材料的区域的温度。结果，在未涂覆部分中集中地产生褶皱。
另外，专利文献1公开了一种电极干燥设备，其包括空调装置和冷空气排放喷嘴，空调装置配置为对排出电极片的腔室的出口附近外部的空气进行冷却，冷气排放喷嘴配置为对未涂覆部分排放冷却空气，由此抑制这种热褶皱的发生。
专利文献1的设备具有向在高温腔室中已经产生热褶皱的未涂覆部分供应冷气，因此与在腔室外部进行自然冷却时相比，可更迅速地冷却未涂覆部分的优点，但存在无法从根本上抑制发生热褶皱的问题。
(现有技术文献)
(专利文献1)韩国注册专利公开第1810146号
发明内容
技术问题
鉴于上述问题做出本发明，本发明的目的是提供一种能够在干燥电极片时防止在未涂覆部分中发生热褶皱现象的电极片干燥设备。
技术方案
为了实现上述目的，根据本发明的电极片干燥设备是用于干燥电极片S的电极片干燥设备，所述电极片包括一对涂覆部分Sc和位于所述一对涂覆部分Sc之间的未涂覆部分Sb，所述一对涂覆部分各自在金属箔(foil)的一个表面被施加有电极活性材料，所述未涂覆部分未被施加有电极活性材料，所述电极片干燥设备包括：配置为在其中干燥所述电极片S的腔室100，所述腔室具有矩形结构；设置在所述腔室100中的上部的加热装置200，所述加热装置配置为将所述腔室100中的温度调节至干燥所述电极片S所需的温度；和配置为引导所述腔室100中的所述电极片S的移动并且保持所述电极片S的张力的至少一个引导辊300，其中所述电极片S的一部分在与所述引导辊300分隔开预定距离的状态下移动。
此外，在根据本发明的电极片干燥设备中，所述引导辊300可以是圆柱形的，并且沿着所述引导辊的外周表面可设置有具有预定深度和宽度的第一凹形凹部310。
此外，在根据本发明的电极片干燥设备中，所述第一凹形凹部310可位于所述引导辊300在其长度方向上的中央。
此外，在根据本发明的电极片干燥设备中，所述未涂覆部分Sn以与所述第一凹形凹部310分隔开的状态位于所述第一凹形凹部上方。
此外，在根据本发明的电极片干燥设备中，所述未涂覆部分Sn、以及所述涂覆部分Sc与所述未涂覆部分Sn之间的界面可位于所述第一凹形凹部310上方。
此外，在根据本发明的电极片干燥设备中，在所述第一凹形凹部310中可进一步设置有具有预定深度和宽度的第二凹形凹部320。
此外，在根据本发明的电极片干燥设备中，在所述第二凹形凹部320处可设置有在与所述引导辊300的中心轴垂直的方向上设置的冷却管330。
此外，在根据本发明的电极片干燥设备中，所述未涂覆部分Sn以与所述冷却管330分隔开的状态设置。
此外，在根据本发明的电极片干燥设备中，所述冷却管330的两端可位于所述腔室100外部。
此外，在根据本发明的电极片干燥设备中，所述加热装置200可以是红外灯、加热线圈和风扇式加热器中的任一种。
有益效果
根据本发明的能够防止未涂覆部分中的热褶皱的电极片干燥设备具有其中在引导辊中形成凹形凹部，从而电极片的未涂覆部分与引导辊分隔开预定距离，因此可减少未涂覆部分中的热褶皱的发生的优点。
此外，根据本发明的能够防止未涂覆部分中的热褶皱的电极片干燥设备具有其中在未涂覆部分下方设置冷却装置，从而将在干燥工序期间涂覆部分中的热褶皱的发生最小化的优点。
附图说明
图1是示意性地示出常规电极片干燥设备的结构的正视图。
图2是示出使用常规电极片干燥设备将电极片引入腔室中之前(a)和之后(b)的未涂覆部分的状态的视图。
图3是示意性地示出根据本发明实施方式的电极片干燥设备的结构的透视图。
图4是示意性地示出根据本发明实施方式的电极片干燥设备的结构的正视图。
图5是沿图3的线B-B'截取的剖面图，示出了引导辊的结构。
图6是示出引导辊的变形例的视图。
图7是沿图3的线A-A'截取的剖面图。
具体实施方式
在本申请中，应当理解，术语“包括”、“具有”、“包含”等指定存在所述的特征、数字、步骤、操作、元件、部件或其组合，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、元件、部件或其组合。
此外，整个附图中将使用相同的参考标记来表示执行相似功能或操作的部件。在本申请中一个部件被称为连接至另一部件的情况下，不仅该一个部件可直接连接至该另一部件，而且该一个部件可经由另外的部件间接连接至该另一部件。此外，除非另外提及，否则包括某一元件并不是指排除其他元件，而是指可进一步包括这些元件。
下文中，将参照附图描述根据本发明的电极片干燥设备。
图3是示意性地示出根据本发明实施方式的电极片干燥设备的结构的透视图，图4是示意性地示出根据本发明实施方式的电极片干燥设备的结构的正视图，图5是沿图3的线B-B'截取的剖面图，示出了引导辊的结构。
在参照图3至图5描述根据本发明的电极片干燥设备1000时，电极片干燥设备1000是用于连续地干燥长片型电极、即电极片S的设备，其包括腔室100、加热装置200、引导辊300和冷却装置400。
首先，要被干燥的电极片S由在金属箔(foil)的一个表面被施加有电极活性材料的涂覆部分Sc和未被施加有电极活性材料的未涂覆部分Sn构成。
在此，可设置彼此分隔开预定距离的一对涂覆部分Sc。此时，未涂覆部分Sn位于一对涂覆部分Sc之间。尽管在附图中示出涂覆部分Sc仅形成在金属箔(foil)的一个表面上，但很显然可在金属箔的相对两个表面中的每一个表面设置涂覆部分Sc。
另外，电极活性材料分为正极活性材料或负极活性材料，并且将导电剂和粘合剂添加到电极活性材料以制造浆料，将浆料施加到金属箔的表面。
正极活性材料例如可由以下材料构成：层状化合物，诸如锂钴氧化物(LiCoO2)或锂镍氧化物(LiNiO2)，或被一种或多种过渡金属取代的化合物；由化学式Li1+xMn2-xO4(其中x＝0至0.33)表示的锂锰氧化物，或诸如LiMnO3、LiMn2O3或LiMnO2之类的锂锰氧化物；锂铜氧化物(Li2CuO2)；钒氧化物，诸如LiV3O8、LiFe3O4、V2O5或Cu2V2O7；由化学式LiNi1-xMxO2(其中M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，并且x＝0.01至0.3)表示的Ni位锂镍氧化物；由化学式LiMn2-xMxO2(其中M＝Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，并且x＝0.01至0.1)或化学式Li2Mn3MO8(其中M＝Fe、Co、Ni、Cu或Zn)表示的锂锰复合氧化物；其中化学式中的一部分Li被碱土金属离子取代的LiMn2O4；二硫化物化合物；或Fe2(MoO4)3。然而，本发明不限于此。
导电剂通常被添加为使得基于包括正极活性材料的混合物的总重量，导电剂占1重量％至30重量％。
导电剂没有特别限制，只要导电剂表现出高导电性而不会在被施加导电剂的电池中引起任何化学变化即可。例如，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、槽法炭黑、炉黑、灯黑或热黑；导电纤维，诸如碳纤维或金属纤维；金属粉末，诸如氟化碳粉末、铝粉末或镍粉末；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；或者导电材料，诸如聚亚苯基衍生物可用作导电剂。
粘合剂是有助于活性材料与导电剂之间的粘结以及与集流体的粘结的成分。基于包括正极活性材料的混合物的总重量，粘合剂通常以1重量％至30重量％的量添加。作为粘合剂的示例，可使用聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、磺化EPDM、苯乙烯丁二烯橡胶、氟橡胶和各种共聚物。
此外，作为负极活性材料，例如，可使用碳，诸如非石墨化碳或石墨基碳；金属复合氧化物，诸如LixFe2O3(0≤x≤1)、LixWO2(0≤x≤1)、SnxMe1-xMe'yOz(Me：Mn、Fe、Pb、Ge；Me'：Al、B、P、Si、元素周期表第1、2和3族元素、卤素；0<x≤1；1≤y≤3；1≤z≤8)；锂金属；锂合金；硅基合金；锡基合金；金属氧化物，诸如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4或Bi2O5；导电聚合物，诸如聚乙炔；Li-Co-Ni基材料；或Si基材料，诸如Si、SiO、SiO2；它们的混合物。然而，本发明不限于此。
此外，在负极活性材料中可进一步任选地包括上述的导电剂和粘结剂。
腔室100可具有矩形结构，腔室100配置为容纳由被施加有电极活性材料的涂覆部分Sc和未被施加有电极活性材料的未涂覆部分Sn构成的电极片S，以干燥涂覆部分Sc。
具体地，腔室的内部是空的，腔室的前表面和后表面中的每一个表面的一部分是开放的，使得电极片S可被连续地供应和排出，并且腔室的其他表面，即，下表面、上表面和一对侧表面是封闭的。
因此，可将腔室中的温度保持在预定温度范围内并且防止外部异物引入腔室中。
加热装置200配置为将腔室100中的温度保持在预定温度范围内。具体地，加热装置将腔室100中的温度保持在预定温度范围内，使得可干燥电极片S的涂覆部分Sc。尽管在附图中示出了加热装置设置在腔室100中的上部，但是显然的是可进一步在腔室的侧面设置加热装置。
作为执行上述功能的加热装置200，可使用诸如热、热空气或光源之类的能够对腔室100的内部或电极片S进行加热并且保持均匀温度的各种已知的热源。例如，可单独使用红外灯、加热线圈和风扇式加热器或者可组合使用它们中的两种或更多种。
接着，引导辊300设置在腔室100中，包括腔室100的入口和出口附近，以便引导电极片S的移动并且以均匀的张力保持在腔室100中干燥的电极片S而不会下垂。
如前所述，引导辊300在不区分电极片S的涂覆部分Sc和未涂覆部分Sn的情况下以具有均匀张力的方式支撑整个电极片S。结果，电极片S的未被施加有活性材料的未涂覆部分Sn在被加热到预定温度的腔室100中相对较大程度地被拉伸，从而在未涂覆部分中形成褶皱。
然而，本发明的位于腔室100中的引导辊300是圆柱形的，并且沿着引导辊的外周表面设置有具有预定深度和宽度的第一凹形凹部310，从而可将未涂覆部分Sn中的褶皱的形成最小化。
具体地，腔室100中的温度保持在约100至200℃的范围内，使得可干燥涂覆部分Sc，并且引导辊300在其中保持高热量，因为引导辊由诸如金属或陶瓷之类的耐热材料制成。当未被施加有活性材料的未涂覆部分Sn与引导辊300紧密接触时，未涂覆部分比涂覆部分Sc更容易被拉伸，从而在未涂覆部分中产生褶皱。
然而，在本发明中，引导辊300在其长度方向上的中央设置有第一凹形凹部310，从而涂覆部分Sc在与引导辊紧密接触的状态下传送，而其中可能容易形成褶皱的未涂覆部分Sn与引导辊分隔开。结果，可减少引导辊300的高热传递到未涂覆部分Sn，因此可减少未涂覆部分Sn中的褶皱的产生。
在此，最优选的是未涂覆部分Sn的整个区域位于第一凹形凹部310上方，使得未涂覆部分不与引导辊300紧密接触，但涂覆部分Sc与未涂覆部分Sn之间的界面可位于未涂覆部分Sn上方。
此外，第一凹形凹部310的深度没有特别限制，但优选的是第一凹形凹部的深度被设定为使得未涂覆部分Sn不接触第一凹形凹部的程度。
图6示出了引导辊的变形例。如图6中所示，在引导辊300的变形例中，在第一凹形凹部310中可进一步设置有具有预定深度和宽度的第二凹形凹部320。此时，在第二凹形凹部320处设置有在与引导辊300的中心轴垂直的方向上设置的冷却管330。
尽管未涂覆部分Sn位于引导辊300的第一凹形凹部310的竖直上方，从而未涂覆部分不直接接触引导辊，但是由于腔室100中的温度相对较高，因此存在在未涂覆部分中形成褶皱的可能性。
然而，在变形例中，低温冷却剂沿着第二凹形凹部320中的冷却管330循环，从而可抑制未涂覆部分Sn的温度升高。
在此，冷却管330和未涂覆部分Sn彼此稍微分隔开，冷却管330沿着引导辊300的第二凹形凹部320延伸，并且冷却管的两端连接到位于腔室100外部的冷却剂循环和供应装置(未示出)。
图7是沿着图3的线A-A'截取的剖面图。将参照图3、图4和图7进行描述。
此外，根据本发明的电极片干燥设备1000进一步包括冷却装置400，冷却装置400配置为可靠地降低未涂覆部分Sn的温度，以将未涂覆部分的拉伸最小化。
具体地，冷却装置400可设置在电极片干燥设备1000的底部附近，以面对电极片S的未形成有涂覆部分Sc的后表面，并且冷却装置朝向未涂覆部分Sn供应冷空气。
作为冷却装置400，可使用各种已知的冷却装置，可使用空气冷却装置或将冷却后的空气喷射到所希望的位置的喷嘴来制造冷却装置，从而具有希望的结构。
此外，冷却装置400可配置为从腔室100的入口附近到腔室100的出口附近，即，从电极片S进入腔室100的时间点到电极片从腔室100排出的时间点，连续地向未涂覆部分供应冷空气，以冷却未涂覆部分。
此外，当冷却装置400是配置为喷射冷空气的喷嘴时，可设置配置为调节喷嘴的高度的高度调节装置，并且可进一步设置配置为调节要喷射的空气的温度和量的单独的冷却空气调节装置。
此外，也可通过配置为测量未涂覆部分Sn的温度的温度计，诸如非接触型红外线温度计，在连续地测量未涂覆部分Sn的温度的同时控制冷却装置400。
如上所述，当未涂覆部分Sn的温度降低至预定的温度范围时，可减少在未涂覆部分中局部产生的拉伸并且抑制在未涂覆部分中形成褶皱。
另外，如上所述，包含在活性材料中的粘合剂是有助于活性材料与导电剂之间的粘结以及与金属箔的粘结的组分。
然而，当在干燥工序期间加热金属箔，从而金属箔的温度升高时，可能发生其中分布在与金属箔的接触表面上的粘合剂迁移到涂覆部分Sc的最上层(外表面)的内部的现象，即，迁移(Migration)现象。
当发生这种迁移现象时，留在金属箔的表面上的粘合剂的量减少，从而可能由于活性材料与金属箔之间的界面粘合力的降低而发生缺陷(电极脱层现象等)。在本发明中，通过使用冷却装置400向未涂覆部分Sn供应冷空气，从而与不具有冷却装置400的常规设备相比，除了降低未涂覆部分Sn的温度以外还可降低整个金属箔的温度，因此还具有可抑制迁移现象的优点。
另外，尽管未在附图中示出，但是电极片干燥设备1000可进一步包括配置为调节腔室100中的湿度的湿度调节单元、配置为测量腔室100中的温度的温度传感器、以及配置为控制加热装置200的控制器。
下文中，将描述使用根据本发明的电极片干燥设备1000干燥电极片S的方法。
根据本发明的干燥方法包括：步骤a)，将电极片S引入腔室100中并且加热和干燥电极片S；以及步骤b)，冷却电极片S的未涂覆部分Sn的步骤。
在此，步骤b)是在电极片的干燥开始之后一直到电极片S的干燥完成为止向电极片S下方的未涂覆部分Sn连续地供应冷空气，以将未涂覆部分Sn的温度保持在预定温度或更低温度的步骤。
此外，步骤a)和步骤b)可同时执行。在此，同时执行是指几乎从电极片S进入腔室100的时刻起开始向未涂覆部分Sn供应冷空气。
可制造包括通过该干燥方法制造的电极的电池单元，并且可使用该电池单元制造电池模块或电池组。
电池模块或电池组可用作各种装置的电源。
尽管已经详细描述了本发明的具体细节，但是本领域技术人员将理解，其详细描述仅公开了本发明的优选实施方式，因而不限制本发明的范围。因此，本领域技术人员将理解，在不背离本发明的范畴和技术构思的情况下，可做出各种改变和修改，并且显见的是，这些改变和修改落入所附权利要求的范围内。
(参考标号说明)
1000：电极片干燥设备
100：腔室
200：加热装置
300：引导辊
310：第一凹形凹部
320：第二凹形凹部
330：冷却管
400：冷却装置
S：电极片
Sc：涂覆部分
Sn：未涂覆部分。
Claims (10)
1.一种用于干燥电极片的电极片干燥设备，所述电极片包括一对涂覆部分和位于所述一对涂覆部分之间的未涂覆部分，所述一对涂覆部分各自在金属箔的一个表面被施加有电极活性材料，所述未涂覆部分未被施加有电极活性材料，所述电极片干燥设备包括：
配置为在其中干燥所述电极片的腔室，所述腔室具有矩形结构；
设置在所述腔室中的上部的加热装置，所述加热装置配置为将所述腔室中的温度调节至干燥所述电极片所需的温度；和
配置为引导所述腔室中的所述电极片的移动并且保持所述电极片的张力的至少一个引导辊，其中
所述电极片的一部分在与所述引导辊分隔开预定距离的状态下移动。
2.根据权利要求1所述的电极片干燥设备，其中
所述引导辊是圆柱形的，并且
沿着所述引导辊的外周表面设置有具有预定深度和宽度的第一凹形凹部。
3.根据权利要求2所述的电极片干燥设备，其中所述第一凹形凹部位于所述引导辊在其长度方向上的中央。
4.根据权利要求3所述的电极片干燥设备，其中所述未涂覆部分以与所述第一凹形凹部分隔开的状态位于所述第一凹形凹部上方。
5.根据权利要求3所述的电极片干燥设备，其中所述未涂覆部分、以及所述涂覆部分与所述未涂覆部分之间的界面位于所述第一凹形凹部上方。
6.根据权利要求2所述的电极片干燥设备，其中在所述第一凹形凹部中进一步设置有具有预定深度和宽度的第二凹形凹部。
7.根据权利要求6所述的电极片干燥设备，其中在所述第二凹形凹部处设置有在与所述引导辊的中心轴垂直的方向上设置的冷却管。
8.根据权利要求7所述的电极片干燥设备，其中所述未涂覆部分以与所述冷却管分隔开的状态设置。
9.根据权利要求7所述的电极片干燥设备，其中所述冷却管的两端位于所述腔室外部。
10.根据权利要求1所述的电极片干燥设备，其中所述加热装置是红外灯、加热线圈和风扇式加热器中的任一种。
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2022
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