CN116829890A - 电极制造设备及电极制造方法 - Google Patents

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CN116829890A CN202280008943.1A CN202280008943A CN116829890A CN 116829890 A CN116829890 A CN 116829890A CN 202280008943 A CN202280008943 A CN 202280008943A CN 116829890 A CN116829890 A CN 116829890A
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Abstract

本申请涉及一种电极制造设备和一种电极制造方法，所述电极制造设备和电极制造方法基于通过监测干燥的电极获得的信息来调节干燥部件中的湿度。

Description

电极制造设备及电极制造方法
技术领域
本申请要求2021年11月18日向韩国知识产权局提交的第10-2021-0159461号韩国专利申请的优先权，通过引用将所述韩国专利申请的全文并入于此。
本申请涉及一种电极制造设备和一种电极制造方法。
背景技术
最近，由于化石燃料的枯竭，能源价格上涨，人们对环境污染的关注也在增加。因此，对环境友好型替代能源的需求日益增加。因此，对核能、太阳能、风能、潮汐能等各种发电技术的研究正在不断进行。此外，为了更有效地利用产生的能量，对电力存储设备的关注也很高。
特别是，随着技术的发展和对移动设备的需求增加，对电池作为能源的需求迅速增加。为了满足这些需求，正在对电池进行许多研究。
有代表性的是，关于电池的形状，对棱形或袋型二次电池的需求很高，棱形或袋型二次电池可以具有小的厚度并可以应用于手机等产品。在材料方面，对具有高能量密度、高放电电压和高输出稳定等优点的诸如锂离子电池或锂离子聚合物电池之类的锂二次电池需求量很大。
通常，二次电池的结构包括通过堆叠正极、负极和位于正极和负极之间的隔膜制成的电极组件。分别通过将含有活性材料的电极浆料施加在集流体上来制造正极和负极。
在不适合通过从所施加的浆料中除去溶剂来调节湿度的情况下，在干燥电极的表面形成裂纹。
因此，需要调整干燥浆料的条件，以防止在电极中形成裂纹。
发明内容
(技术问题)
本申请旨在提供一种电极制造设备和一种电极制造方法。
(技术方案)
本申请的实施方式提供了一种电极制造设备，包括：供应部件，配置成供应通过将电极浆料施加到基板上制成的电极前体；干燥部件，配置成干燥电极浆料以制造电极，并且所述干燥部件包括供气部件、空气引入部件、流动路径、传感器、排气部件和加湿部件，所述供气部件配置成将高温蒸汽供应到所述电极前体上，所述空气引入部件配置成引入所供应的高温蒸汽，所述流动路径从所述空气引入部件连接到所述供气部件，所述传感器配置成测量所引入的高温蒸汽的湿度，所述排气部件配置成打开或关闭以向外部排放从所述空气引入部件沿所述流动路径向所述供气部件循环的高温蒸汽的一部分，以及所述加湿部件配置成对从所述空气引入部件沿所述流动路径向所述供气部件循环的高温蒸汽进行加湿。
本申请的另一个实施方式提供了一种电极制造方法，包括：将通过将电极浆料施加到基板上制造的电极前体供应到干燥部件中；干燥电极浆料以制造电极，同时供应高温蒸汽以调节干燥部件中的湿度；将所制造的电极从干燥部件排出；监测排出的电极；以及采集通过电极的监测得到的监测信息和干燥部件中的湿度信息并控制干燥部件中的湿度。
(有益效果)
根据本申请的实施方式的电极制造设备和电极制造方法可以根据通过监测干燥的电极获得的信息控制干燥部件中的最佳湿度。
根据本申请的另一实施方式的电极制造设备和电极制造方法可以根据干燥目标电极前体的变化、外部湿度的变化、外部温度的变化等，得出并保持干燥目标电极前体的最佳湿度。
根据本申请的另一个实施方式的电极制造设备和电极制造方法，在控制多个干燥线时，可以得出并保持单个干燥线情况的最佳湿度。
附图说明
图1是示出相关技术中电极制造设备的视图。
图2是示出根据本申请的实施方式的电极制造设备的视图。
图3是示出相关技术中具有两条干燥线的电极制造设备的视图。
图4是示出根据本申请的另一实施方式的具有两条干燥线的电极制造设备的视图。
图5是示出当本申请的实施方式的监测部件检测到来自电极的裂纹时所执行的一系列处理的视图。
[附图标记说明]
1：电极前体
2：电极
10：供应部件
20：干燥部件
21：供气部件
22：空气引入部件
23：流动路径
24，24'，24”：传感器
25：排气部件
26，26'，26”：加湿部件
30：排出部件
40：监测部件
41：相机
50：控制部件
61：送风风机
62：循环风机
63：单独循环排出空气
64：整个循环排出空气
65：整个循环供应空气
66：单独混合供应空气
70：第一干燥部件
75：第二干燥部件
100：电极制造设备
具体实施方式
下面，将参考附图详细描述本发明。然而，附图旨在说明性地描述本发明，并且本发明的范围不受附图的限制。
图2是示出根据本申请的实施方式的电极制造设备的视图。电极制造设备100包括供应部件10、干燥部件20、排出部件30、监测部件40和控制部件50。包括上述元件的电极制造设备100可以采集由监测部件40获得的监测信息和由传感器测量的湿度信息，并控制是否打开或关闭排气部件和由加湿部件进行的加湿程度。
图1是示出相关技术中的电极制造设备的视图。该电极制造设备可接收来自供应部件10的通过将电极浆料施加到基板上制成的电极前体1，并通过循环高温蒸汽对电极前体1进行干燥。然而，在从所施加的电极浆料中除去溶剂的过程中，由于电极溶剂和活性材料的热特性、烘箱规格所施加的热量、根据涂覆速度的干燥时间以及烘箱中湿度的影响，在干燥的电极的表面中会形成裂纹。
为此，电极制造设备可以选择被确定为理论上或经验上适当的湿度，并且电极制造设备可以在感应湿度的同时在干燥炉中保持湿度。然而，由于在干燥目标电极前体的变化、外界湿度的变化、外界温度的变化等情况下，可能会改变预定的湿度，因此，适合于前一工序的湿度可能不适合当前工序。
此外，难以计算和调整湿度以适应经常变化的条件，计算和应用湿度的效率较低。
根据本申请的实施方式的电极制造设备和电极制造方法可以根据通过监测干燥的电极获得的信息，通过系统控制干燥部件中的最佳湿度。
根据本申请的另一实施方式的电极制造设备和电极制造方法可以根据干燥目标电极前体的变化、外部湿度的变化、外部温度的变化等，得出并保持干燥目标电极前体的最佳湿度。
供应部件10供应通过将电极浆料施加到基板上制成的电极前体1。供应电极前体1的方式不特别限制，只要供应部件10可以供应电极前体1即可。电极前体1可在电极前体1从缠绕该电极前体1的辊上解绕时供应。替代性地，基板从缠绕该基板的辊上展开，并且涂覆部件(未示出)将电极浆料施加到基板的至少一个表面上，使得涂覆后的电极前体1可由输送辊连续供应。
在这种情况下，基板没有特别的限制，只要可以对基板涂覆电极浆料即可。基板可以是集流体，具体地说，是金属箔。基板可以是由铜、铝或上述的组合制成的箔。
将由涂布机施加的电极浆料可包括电极活性材料、粘合剂和溶剂。
电极活性材料没有特别的限制，只要电极活性材料是用于电池的正极或负极的材料即可。电极活性材料可从本技术领域使用的电极活性材料中选择。
粘合剂没有特别限制，只要粘合剂能使电极活性材料凝固即可。粘合剂可从本技术领域使用的粘合剂中选择。
溶剂没有特别的限制，只要溶剂可以给电极浆料提供流动性即可。溶剂可以是水、N-甲基吡咯烷酮等。
干燥部件20配置成对电极浆料进行干燥以制造电极2。干燥部件20可包括热源并通过施加热量来对电极浆料进行干燥。热源可以包括热鼓风机或近红外加热器，诸如使用长丝加热丝的近红外加热器、使用碳加热丝的MIR加热器等。在这种情况下，干燥温度可根据电极浆料进行调节，并且在约50℃到300℃范围内选择。干燥温度的选择可根据干燥部件20中的位置进行划分和控制。干燥温度的选择可分为预热段、定速段、变速段(lapse ratesection)和后冷却段，预热段是将电极前体供应到干燥部件20的初始段，在固定速率段中进行大量蒸发，变速段设置成实施最终的干燥，后冷却段设置在将电极前体排出到干燥部件20的外部之前。具体而言，根据在干燥部件20中的位置，将干燥温度控制在预热段约100℃到250℃，在定速段约100℃到200℃，在变速段约100℃到250℃，以及在冷却段约50℃到100℃。
在这种情况下，可以向干燥部件20提供高温蒸汽以调节干燥装置中的湿度。电极制造设备可以通过向干燥部件20中提供高温蒸汽，将干燥部件20中的气氛控制到预定的温度和湿度，并在干燥部件20中供应电极前体，通过利用热源干燥电极前体，并将电极(即干燥后的电极前体)排出至干燥部件20的外部。
高温蒸汽的温度没有特别的限制，只要高温蒸汽的温度可以保持目标绝对湿度而不产生凝结水即可。
高温蒸汽的绝对湿度可以控制适合电极浆料的适当绝对湿度。具体来说，高温蒸汽的绝对湿度可以是20g/m3或更高，并且，更具体地说，可以是20g/m3或更高且60g/m3或更低。由于绝对湿度过高时，冷凝水可能形成在干燥部件20上，因此考虑到这种情况，可以对绝对湿度进行控制。
高温蒸汽的绝对湿度可根据干燥的目标电极浆料为每一段选择和控制。具体来说，该区段可分为20g/m3或更高且30g/m3或更低的低湿度段、30g/m3或更高且40g/m3或更低的中湿度段、40g/m3或更高且50g/m3或更低的高湿度段、以及50g/m3或更高且60g/m3或更低的超高湿度段，并且湿度可控制到相应范围内的绝对湿度。干燥部件20包括供气部件21、空气引入部件22、流动路径23、传感器24、排气部件25和加湿部件26。
由干燥部件20干燥的区域，是从供应部件10提供电极前体1的空间，调整用于干燥电极前体1的条件，并保持调整后的条件。由干燥部件20干燥的区域可以是干燥炉，在电极前体1通过卷对卷工艺连续或间歇地供应到干燥部件20并且完全干燥的电极2被排出的情况下，该干燥炉中只有最小的供料和出料开口，即供料和出料开口暴露在外部。
除了供料和出料开口之外，干燥部件20还可以包括用于供应和引入空气的开口。该开口并不是直接暴露在外面的开口。可以设置开口来引入用在待干燥区域中的高温蒸汽，将引入的空气调整到可重复使用的状态，并供应和循环空气。
供气部件21将高温蒸汽供应到电极前体1上。供气部件21可指将高温蒸汽供应到电极前体1上的区域。具体地说，供气部件21可以是指这样的孔，通过该孔将高温蒸汽供应到电极前体1上。在这种情况下，由供气部件21产生的供气可以由空气的循环自然产生。然而，特别地，可以通过使用风扇强行产生空气流来实现空气的供应。
空气引入部件22引入供应的高温蒸汽。空气引入部件22可指引入供应到电极前体1上的高温蒸汽的区域。具体地说，空气引入部件22可以是指这样的孔，通过该孔引入供应到电极前体1上的高温蒸汽。在这种情况下，空气引入部件22所产生的引入空气可以是由空气的循环自然产生的。然而，特别地，可以通过使用风扇强行产生空气流来实现空气的引入。
流动路径23从空气引入部件22连接到供气部件21，并限定了引入空气引入部件22中的高温蒸汽循环通过的路径以被供回到供气部件21。流动路径23的形状没有特别的限制，只要引入空气引入部件22中的高温蒸汽可以被供应回到供气部件21即可。特别地，流动路径23的横截面可以是圆形。
传感器24测量引入的高温蒸汽的湿度。具体来说，传感器24测量引入的高温蒸汽的绝对湿度。绝对湿度是表示高温蒸汽中所含水汽量的测量，并且指单位体积内所含水汽的质量。绝对湿度不受温度的影响。
传感器24不限于特定的测量装置，只要传感器24可以测量所引入的高温蒸汽的湿度即可。传感器24的一端至少暴露于空气引入部件22的流动路径的内部，以便传感器24可以测量引入的高温蒸汽的湿度。如上所述所测量的有关所引入的高温蒸汽的湿度的信息，以预定的间隔或实时传输到下面将要描述的控制部件50。
排气部件25被打开或关闭，以向外部排出一部分高温蒸汽，该高温蒸汽沿着流动路径23从空气引入部件22向供气部件21循环。是否打开或关闭排气部件25由下面描述的控制部件50决定。打开排气部件25以排出烘箱内的异物和蒸发溶剂，使得沿流动路径23向供气部件21循环的一部分高温蒸汽排出到外部。在这种情况下，用于维持烘箱湿度的蒸汽也被排出。因此，通过调节要排出的蒸气量来调节蒸气的损失。通过调节湿度消除由监测部件监测到的裂缝。尽管需要保持当前湿度，但由于由加湿部件26所做的加湿影响烘箱内蒸气的整体湿度而发生时间延迟，导致湿度持续增加而不保持的情况下，可以通过排气部件25增加排气量来稳定湿度。当湿度增大并超过适当的湿度条件时，会阻碍浆料的干燥，无法达到完美的干燥条件。因此，通过增加排气量来保持消除裂纹的湿度条件。
加湿部件26对从空气引入部件22沿着流动路径23向供气部件21循环的高温蒸汽加湿。加湿部件26并不特别限于加湿装置和安装位置，只要加湿部件26可以根据需要加湿从空气引入部件22沿流动路径23向供气部件21循环的高温蒸汽。能够供应湿气的加湿部件26的端部暴露在流动路径23的内部，以便加湿部件26可以加湿从空气引入部件22沿流动路径23向供气部件21循环的高温蒸汽。是否通过加湿部件26进行加湿以及加湿程度由下文所述的控制部件控制。
干燥部件20的干燥温度和时间没有特别限制，并且可以根据作为干燥目标的电极浆料的特性进行调整。
排出部件30可以指将制造的电极排出的区域。制造的电极可由缠绕并存储所制造的电极2的回收辊轴施加的张力移动。
监测部件40监测由排出部件排出的电极2。监测部件40位于排出部件30和回收辊(未示出)之间，并监测由排出部件排出的电极2。监测部件40可包括视觉感测部件，该视觉感测部件包括配置为检测排出的电极2中的裂纹的相机41。具体地说，监测部件40可以将相机41指向上面提供有干燥的电极前体1的电极的表面。监测部件40可包括视觉感测部件，该视觉感测部件包括分析部件(未示出)，该分析部件配置成分析由相机41所收集的屏幕。如上所述进行分析的监测部件的监测信息，以预定的间隔或实时地传输到下面将要描述的控制部件50。
控制部件50收集由监测部件40获得的监测信息和由传感器测得的湿度信息，并且控制供应到干燥部件20中的高温蒸汽的湿度。具体来说，控制部件50控制是否开启或关闭排气部件25以及加湿部件26的加湿程度。
控制部件50可通过加湿部件26增加加湿程度，以增加高温蒸汽的湿度。在这种情况下，湿度可以取决于加湿部件26的加湿量和由电极设计确定的电极中的溶剂量而变化。因此，在调节循环高温蒸气量的同时，使用具有足够容量的加湿部件26是很重要的。
控制部件50可关闭排气部件25并减少要向外部排出的蒸气量，以增加高温蒸气的湿度。
控制部件50可通过加湿部件26来减少加湿程度或停止加湿，以降低高温蒸汽的湿度。
此外，为了降低高温蒸汽的湿度，控制部件50可以向外部排放部分高温蒸汽，该部分高温蒸汽沿着流动路径23从空气引入部件22向供气部件21循环。
图5是示出了当本申请的实施方式的监测部件40检测到完全干燥的电极2中的裂纹时所执行的一系列工艺的视图。
当监测部件40检测到排出的电极中的裂纹时，控制部件50增加在裂纹形成在排出的电极中时由传感器24测量的湿度，直到电极中未检测到裂纹为止。当监测部件40检测到排出的电极无裂纹时，控制部件50确定当排出的电极未检测到裂纹时由传感器24测量的湿度，控制部件50进行控制，以保持干燥部件20中高温蒸汽的确定湿度。
当监测部件40检测到排出的电极中的裂纹时，控制部件50增加当裂纹形成在排出的电极中时由传感器24测量的湿度，直到电极中未检测到裂纹为止。即使增加加湿部件26的加湿以增加高温蒸汽的湿度，也需要预定的时间来通过加湿来稳定干燥炉中整体高温蒸汽的湿度。
加湿部件26从控制部件50接收到增加加湿程度的指令，增加加湿，并增加的加湿程度被反映出来，使得之前的湿度与要增加的湿度之间的间隔可以是5％或更大以及10％或更小。需要预定的时间直到干燥部件20中的气氛通过增加的湿度稳定，并且在增加的湿度的气氛中干燥的电极前体被排出。在这种情况下，预定的时间可以是5分钟左右的经验值并且取决于干燥炉的大小而增加或减少。当干燥后的电极在变化条件下仍检测到裂纹时，控制部件指示加湿部件26再次增加加湿程度。这一过程反复进行，直到在改变的条件下干燥和排出的电极中没有检测到裂纹。
当改变条件下干燥并排出的电极中未检测到裂纹时，控制部件50指示加湿部件26最终增加湿度，并且增加的目标湿度或增加的湿度稳定。控制部件将由传感器24测量的引入的高温蒸汽的湿度确定为排出的电极中未检测到裂纹的湿度。控制保持干燥部件20中高温蒸汽的确定湿度，直到在随后的处理过程中在电极中不再形成裂纹为止。
图3是示出相关技术中具有两条干燥线的电极制造设备的视图。从两条干燥线排出至整个循环排出空气64的空气可混合，混合完全排出的空气可循环，并且整个循环空气的一部分可由排出部件30排出至外部。没有被排出部件30排出到外部的整个循环空气与从外部引入的空气由送风风机61混合，成为整个循环供应空气65。此外，单个循环排出空气63可从单个干燥线排出。在这种情况下，单个循环排出空气63与整个循环供应空气65由循环风机62混合成为单个混合供应空气66，使得高温蒸汽在单个干燥线中循环。
然而，在相关技术中，在单个干燥线中发生的裂纹不能单独控制。
图4是示出具有根据本申请的另一实施方式的两条干燥线的电极制造设备的视图。单独干燥线中分别设有加湿部件26′和26″和传感器24′和24″，并且从单独干燥线中收集信息的控制部件50分别对单独干燥线中高温蒸汽的湿度进行控制。
本领域技术人员可以理解，在不改变本发明的技术精髓或基本特征的情况下，本发明可以以其他特定形式实施。因此，应该理解，上述实施方式在所有方面都是说明性的，并且不限制本发明。本发明的范围由权利要求而不是详细的描述表示，并且应该理解的是权利要求的含义和范围以及由其等效概念派生的各种实施方式落入本发明的范围内。

Claims (6)

1.一种电极制造设备，包括：
供应部件，配置成供应通过将电极浆料施加到基板上制成的电极前体；
干燥部件，配置成干燥所述电极浆料以制造电极，并且所述干燥部件包括供气部件、空气引入部件、流动路径、传感器、排气部件和加湿部件，所述供气部件配置成将高温蒸汽供应到所述电极前体上，所述空气引入部件配置成引入所供应的高温蒸汽，所述流动路径从所述空气引入部件连接到所述供气部件，所述传感器配置成测量所引入的高温蒸汽的湿度，所述排气部件配置成打开或关闭以向外部排放从所述空气引入部件沿所述流动路径向所述供气部件循环的高温蒸汽的一部分，以及所述加湿部件配置成对从所述空气引入部件沿所述流动路径向所述供气部件循环的高温蒸汽进行加湿；
排出部件，配置成将制造的电极排出；
监测部件，配置成监测由所述排出部件排出的电极；以及
控制部件，配置成采集由所述监测部件获取的监测信息和由所述传感器测量的湿度信息并控制是否打开或关闭所述排气部件以及所述加湿部件的加湿程度。
2.根据权利要求1所述的电极制造设备，其中所述监测部件包括视觉感测部件，所述视觉感测部件包括配置成检测排出的电极中的裂纹的相机。
3.根据权利要求2所述的电极制造设备，其中当所述监测部件检测到排出的电极中的裂纹时，所述控制部件增加当排出的电极形成裂纹时由所述传感器测量的湿度，直到电极中未检测到裂纹为止，以及
其中当所述监测部件检测到排出的电极无裂纹时，控制部件确定当检测到排出的电极无裂纹时由所述传感器测量的湿度，并进行控制以保持所述干燥部件中的高温蒸汽的所确定的湿度。
4.一种电极制造方法，包括：
将通过将电极浆料施加到基板上制造的电极前体供应到干燥部件中；
干燥所述电极浆料以制造电极，同时供应高温蒸汽以调节所述干燥部件中的湿度；
将所制造的电极从所述干燥部件排出；
监测排出的电极；以及
采集通过电极的监测得到的监测信息和所述干燥部件中的湿度信息并控制所述干燥部件中的湿度。
5.根据权利要求4所述的电极制造方法，其中电极的监测包括通过使用配置为捕获排出的电极的表面的图像的相机来检测排出的电极中的裂纹。
6.根据权利要求4所述的电极制造方法，其中所述干燥部件中的湿度控制包括：
当在对电极的监测中检测到排出的电极中存在裂纹时，增加在裂纹形成在排出的电极中时所述干燥部件中的湿度，直到所述电极中未检测到裂纹为止；以及
确定排出的所述电极中未检测到裂纹时的湿度，并进行控制以保持当在对所述电极的监测中未检测到排出的所述电极中存在裂纹时所述干燥部件中的湿度。
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