ES3040936T3 - Electrode rolling device and method for performing multi-stage induction heating - Google Patents

Electrode rolling device and method for performing multi-stage induction heating

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ES3040936T3
ES3040936T3 ES21843541T ES21843541T ES3040936T3 ES 3040936 T3 ES3040936 T3 ES 3040936T3 ES 21843541 T ES21843541 T ES 21843541T ES 21843541 T ES21843541 T ES 21843541T ES 3040936 T3 ES3040936 T3 ES 3040936T3
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induction
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Hwan Han Kim
Young Woong Son
Jeong Soo Seol
Jun Young Oh
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LG Energy Solution Ltd
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LG Energy Solution Ltd
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Abstract

La presente invención se refiere a un dispositivo y método para el laminado de electrodos para realizar calentamiento por inducción multietapa, y puede prevenir la aparición de hinchazón en una región no recubierta en una etapa de laminado de un sustrato de electrodo y mejorar la eficiencia de la fabricación. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de laminado de electrodos y método para realizar calentamiento por inducción de múltiples fases
Sector de la técnica
Esta solicitud reivindica el beneficio de la prioridad basándose en las solicitudes de patente coreana n.° 10-2020 0085861 y 10-2020-0085864, presentadas el 13 de julio de 2020.
La presente tecnología se refiere a un aparato de laminado de electrodos y a un método para realizar un calentamiento por inducción de múltiples fases.
Antecedentes de la invención
Con el aumento en el desarrollo tecnológico y la demanda de dispositivos móviles, la demanda de baterías secundarias está aumentando también rápidamente. De entre ellas, las baterías secundarias de litio se usan ampliamente como fuente de energía para diversos productos electrónicos, así como para diversos dispositivos móviles debido a su alta densidad de energía y alta tensión de funcionamiento y excelentes características de almacenamiento y vida útil.
A medida que se expande el campo de aplicación de las baterías secundarias, la demanda de baterías secundarias de mayor capacidad está aumentando rápidamente. Como método para aumentar la capacidad de la batería secundaria, se está investigando la tecnología para aumentar la cantidad de carga de la capa de mezcla de electrodos. Sin embargo, cuando se aumenta la cantidad de carga de la capa de mezcla de electrodos, se provoca el aumento de volumen del electrodo. Para reducir el volumen del electrodo, se requiere el proceso de laminar el electrodo con una presión más alta. En el proceso de laminar el electrodo a alta presión, se pueden generar curvaturas en la porción lateral, particularmente la región de la parte no recubierta, del sustrato de electrodo, y la tasa de defectos de proceso puede aumentar, lo que son problemas.
Por lo tanto, existe la necesidad de una tecnología para aumentar la cantidad de carga de la capa de mezcla de electrodos, minimizando el aumento de volumen del electrodo y reduciendo el fallo del proceso.
Bibliografía de la técnica anterior
Documento de patente
Publicación de patente estadounidense n.° 2011-0289790
Documento US 2020/156128 A1
Documento US 2014/202735 A1
Explicación de la invención
Problema técnico
La presente tecnología se desarrolló para resolver los problemas anteriores, y un objeto de la presente tecnología es proporcionar un aparato de laminado de electrodos y un método para realizar un calentamiento por inducción de múltiples fases.
Solución técnica
La presente invención proporciona un aparato para laminar un sustrato de electrodo como se define en la reivindicación independiente 1, el aparato incluye una capa colectora de corriente y una capa de mezcla de electrodos formada en una superficie o dos superficies de la capa colectora de corriente.
En un ejemplo, las unidades de primer y segundo calentamiento por inducción calientan por inducción una región que incluye una línea límite de una parte recubierta y una parte no recubierta de un sustrato de electrodo, respectivamente.
En la presente invención, la unidad de primer calentamiento por inducción calienta por inducción una región parcial de la parte recubierta y una región completa de la parte no recubierta que están ubicadas en dos lados basándose en la línea límite de la parte recubierta y la parte no recubierta del sustrato de electrodo. Además, la unidad de segundo calentamiento por inducción calienta por inducción una región parcial de la parte recubierta que está ubicada en un lado en función de la línea límite de la parte recubierta y la parte no recubierta del sustrato de electrodo.
Según otro ejemplo, la unidad de primer calentamiento por inducción calienta por inducción una región parcial de la parte recubierta y una región completa de la parte no recubierta que están ubicadas en dos lados basándose en la línea límite de la parte recubierta y la parte no recubierta del sustrato de electrodo. Además, la unidad de segundo calentamiento por inducción calienta por inducción la parte recubierta y la parte no recubierta, basándose en la línea límite de la parte recubierta y la parte no recubierta del sustrato de electrodo.
En un ejemplo específico, una relación (MD: TD) de una longitud en una dirección de máquina (MD) con una longitud en una dirección transversal (TD) de una placa de calentamiento de la unidad de primer calentamiento por inducción está en un intervalo de 10: 90 a 30: 70. Además, una relación (MD: TD) de una longitud en una dirección de máquina (MD) con una longitud en una dirección transversal (TD) de una placa de calentamiento de la unidad de segundo calentamiento por inducción está en un intervalo de 60: 40 a 85: 15.
En un ejemplo más específico, el área de la placa de calentamiento de la unidad de primer calentamiento por inducción está en el intervalo de 1300 a 2000 mm2. Además, el área de la placa de calentamiento de la unidad de segundo calentamiento por inducción está en el intervalo de 800 a 1400 mm2.
En un ejemplo específico, la presión de estricción, mediante la cual la unidad de laminado de electrodos lamina el sustrato de electrodo, está en el intervalo de 1,8 a 6 toneladas/cm.
En un ejemplo específico, las placas de calentamiento de la unidad de primer calentamiento por inducción se colocan en una porción superior, una porción inferior, o porciones superior e inferior de dos superficies laterales del sustrato de electrodo, respectivamente. La unidad de laminado de electrodos se coloca en una región que cubre la parte recubierta del sustrato de electrodo. Además, las placas de calentamiento de la unidad de segundo calentamiento por inducción se colocan en una porción superior, una porción inferior, o porciones superior e inferior de dos superficies laterales del sustrato de electrodo, respectivamente. Las posiciones de las placas de calentamiento de las unidades de primer y segundo calentamiento por inducción y la unidad de laminado de electrodos se basan en la trayectoria de movimiento del sustrato de electrodo.
Además, la presente invención proporciona un método para laminar un sustrato de electrodo como se define en la reivindicación independiente 5, el método incluye una capa colectora de corriente y una capa de mezcla de electrodos formada en una superficie o dos superficies de la capa colectora de corriente.
En un ejemplo, el sustrato de electrodo incluye una región recubierta de aislamiento a lo largo de una línea límite entre una parte recubierta y una parte no recubierta, y una región, donde el sustrato de electrodo se calienta por inducción, incluye la región recubierta de aislamiento durante el primer calentamiento por inducción y el segundo calentamiento por inducción.
En la presente invención, durante el primer calentamiento por inducción, una región parcial de la parte recubierta y una región completa de la parte no recubierta, que están ubicadas en dos lados basándose en la línea límite de la parte recubierta y la parte no recubierta del sustrato de electrodo, se calientan por inducción, y durante el segundo calentamiento por inducción, una región parcial de la parte recubierta, que se ubica en un lado basándose en la línea límite de la parte recubierta y la parte no recubierta del sustrato de electrodo, se calienta por inducción.
Según otro ejemplo, durante el primer calentamiento por inducción, una región parcial de la parte recubierta y una región completa de la parte no recubierta, que están ubicadas en dos lados basándose en la línea límite de la parte recubierta y la parte no recubierta del sustrato de electrodo, se calientan por inducción, y durante el segundo calentamiento por inducción, la parte recubierta y la parte no recubierta se calientan por inducción en función de la línea límite de la parte recubierta y la parte no recubierta del sustrato de electrodo.
En un ejemplo específico, el sustrato de electrodo incluye una región recubierta de aislamiento a lo largo de una línea límite entre una parte recubierta y una parte no recubierta.
En un ejemplo, el sustrato de electrodo se calienta a una temperatura de 80 °C o menos durante el primer calentamiento por inducción, y el sustrato de electrodo se calienta a una temperatura de 60 °C o más durante el segundo calentamiento por inducción.
En un ejemplo específico, durante el laminado, el sustrato de electrodo se lamina por una presión de estricción en un intervalo de 1,8 a 6 toneladas/cm.
En un ejemplo específico, durante el laminado, el sustrato de electrodo se transfiere en una dirección de máquina (MD), y la velocidad de transferencia está en un intervalo de 10 a 110 m/min.
En un ejemplo específico, el laminado se realiza para un sustrato de electrodo que ha pasado por un proceso de secado separado. Esto significa que después de aplicar el proceso de secado al sustrato de electrodo, el método de laminado de electrodos descrito anteriormente se aplica al sustrato de electrodo seco.
Efectos ventajosos
De acuerdo con el aparato y método de laminación de electrodos de la presente tecnología, es posible evitar la generación de curvaturas en la parte no recubierta en el proceso de laminado de un sustrato de electrodo y aumentar la eficiencia del proceso de fabricación.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 ilustra un proceso de laminado de un electrodo de acuerdo con una realización de la presente invención. Las figuras 2 y 3 son diagramas esquemáticos que ilustran un proceso de primer calentamiento por inducción y un proceso de segundo calentamiento por inducción, respectivamente, de acuerdo con una realización de la presente invención.
La figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso de laminado de electrodos de acuerdo con una realización de la presente invención.
Las figuras 5 y 6 son gráficos que muestran resultados de evaluación de propiedades físicas para muestras de sustrato de electrodo de acuerdo con ejemplos y un ejemplo comparativo, respectivamente.
Las figuras 7 y 8 muestran los resultados de evaluar las tasas de defectos de posición para muestras de sustrato de electrodo de acuerdo con el ejemplo comparativo y el ejemplo 1.
Realización preferente de la invención
En lo sucesivo en el presente documento, la presente invención se describirá en detalle con referencia a los dibujos. Los términos y palabras usados en la presente memoria descriptiva y en las reivindicaciones no deben interpretarse como limitados a términos ordinarios o de diccionario y el inventor puede definir adecuadamente el concepto de los términos para describir su invención de la mejor manera. Los términos y palabras deben interpretarse como significado y concepto de manera coherente con la idea técnica de la presente invención.
La presente divulgación proporciona un aparato para laminar un electrodo. En un ejemplo, un aparato para laminar un sustrato de electrodo que incluye una capa colectora de corriente y una capa de mezcla de electrodos formada en una superficie o dos superficies de la capa colectora de corriente de acuerdo con la presente tecnología incluye: una unidad de primer calentamiento por inducción configurada para calentar por inducción un sustrato de electrodo; una unidad de laminado de electrodos configurada para laminar el sustrato de electrodo de primer calentamiento por inducción; y una unidad de segundo calentamiento por inducción configurada para calentar por inducción el sustrato de electrodo laminado.
Como una forma de implementar un electrodo de alta densidad, la presión de estricción aplicada al sustrato de electrodo aumenta. En este proceso, se pueden generar curvaturas en la porción lateral, particularmente la región de la parte no recubierta, del sustrato de electrodo, y la tasa de defectos de proceso puede aumentar, lo que son problemas. Al realizar el proceso de calentamiento por inducción de cada sustrato de electrodo antes y después del proceso de laminado del sustrato de electrodo, se confirmó que la generación de curvatura descrita anteriormente podría disminuir significativamente incluso si el sustrato de electrodo se laminara con una presión de estricción alta. Además, si las curvaturas del sustrato de electrodo disminuyen, la tasa de defectos de proceso puede reducirse y la cantidad de devanado puede aumentarse en el momento de laminar el sustrato de electrodo. Por lo tanto, aplicando el aparato de laminado de electrodos de acuerdo con la presente tecnología a la fabricación del electrodo, la eficiencia del proceso se puede aumentar significativamente.
Específicamente, el aparato de laminado de electrodos de la presente tecnología incluye unidades de primer y segundo calentamiento por inducción formadas en el extremo delantero y el extremo trasero de la unidad de laminado de electrodos, respectivamente. La unidad de primer calentamiento por inducción resuelve la tensión aplicada al sustrato de electrodo realizando calentamiento por inducción antes de laminar el sustrato de electrodo. La unidad de segundo calentamiento por inducción resuelve la tensión que permanece a pesar del primer calentamiento por inducción y resuelve la tensión aplicada al sustrato de electrodo durante el proceso de laminado. Además, existe el efecto de uniformar el estiramiento de la lámina metálica que forma una capa colectora de corriente aplicando una unidad de segundo calentamiento por inducción.
En la tecnología actual, el sustrato de electrodo se calienta por inducción sobre la base de la línea límite de la parte recubierta y la parte no recubierta del sustrato de electrodo a través de las unidades de primer y segundo calentamiento por inducción. Específicamente, las unidades de primer y segundo calentamiento por inducción calientan por inducción una región que incluye una línea límite de una parte recubierta y una parte no recubierta de un sustrato de electrodo, respectivamente. La parte recubierta significa una región, donde se aplica la capa de mezcla de electrodo, en la capa colectora de corriente, y la parte no recubierta significa una región, donde no se aplica la capa de mezcla de electrodo, en la capa colectora de corriente. Por lo tanto, las estructuras de laminación y los espesores de la parte recubierta y la parte no recubierta son diferentes, y la tensión aplicada al sustrato de electrodo se concentra en la línea límite de la parte recubierta y la parte no recubierta. En un ejemplo, la unidad de primer calentamiento por inducción calienta por inducción una región parcial de la parte recubierta y una región completa de la parte no recubierta que están ubicadas en dos lados basándose en la línea límite de la parte recubierta y la parte no recubierta del sustrato de electrodo. Además, la unidad de segundo calentamiento por inducción calienta por inducción una región parcial de la parte recubierta que está ubicada en un lado en función de la línea límite de la parte recubierta y la parte no recubierta del sustrato de electrodo.
Según otro ejemplo, la unidad de primer calentamiento por inducción calienta por inducción una región parcial de la parte recubierta y una región completa de la parte no recubierta que están ubicadas en dos lados basándose en la línea límite de la parte recubierta y la parte no recubierta del sustrato de electrodo. Además, la unidad de segundo calentamiento por inducción calienta por inducción la parte recubierta y la parte no recubierta, basándose en la línea límite de la parte recubierta y la parte no recubierta del sustrato de electrodo. En este caso, la unidad de segundo calentamiento por inducción puede realizar calentamiento por inducción, centrándose en la línea límite de la parte recubierta y la parte no recubierta del sustrato de electrodo. En el presente documento, es posible calentar simultáneamente regiones parciales de la parte recubierta y la parte no recubierta.
Según otro ejemplo, una relación (MD: TD) de una longitud en una dirección de máquina (MD) con una longitud en una dirección transversal (TD) de una placa de calentamiento de la unidad de primer calentamiento por inducción está en un intervalo de 10: 90 a 30: 70. Específicamente, en la placa de calentamiento de la unidad de primer calentamiento por inducción, la relación (MD: TD) de la longitud en la dirección de máquina (MD) con la longitud en la dirección transversal (TD) está en el intervalo de 15: 85 a 30: 70, el intervalo de 20: 80 a 30: 70, el intervalo o 10: 90 a 25: 75, el intervalo de 10: 90 a 20: 80, el intervalo de 15: 85 a 25: 75 o 20: 80. Además, una relación (MD: TD) de una longitud en una dirección de máquina (MD) con una longitud en una dirección transversal (TD) de una placa de calentamiento de la unidad de segundo calentamiento por inducción está en un intervalo de 60: 40 a 85: 15. Específicamente, en la placa de calentamiento de la unidad de segundo calentamiento por inducción, la relación (MD: TD) de la longitud en la dirección de máquina (MD) con la longitud en la dirección transversal (TD) está en el intervalo de 65: 35 a 85: 15, el intervalo de 60: 40 a 80: 20, el intervalo de 70: 30 a 80: 20 o 75: 25. Específicamente, en el primer calentamiento por inducción que se realiza antes de laminar el sustrato de electrodo, una gran región del sustrato de electrodo se calienta por inducción durante un tiempo relativamente corto. En el segundo calentamiento por inducción que se realiza después de laminar el sustrato de electrodo, el calentamiento por inducción se concentra en una región específica del sustrato de electrodo durante un tiempo relativamente largo.
En un ejemplo específico, el área de la placa de calentamiento de la unidad de primer calentamiento por inducción está en el intervalo de 1300 a 2000 mm2. Por ejemplo, la placa de calentamiento de la unidad de primer calentamiento por inducción tiene una estructura donde el ancho en la dirección de máquina (MD) es de 20 mm, y el ancho en la dirección transversal (TD) es de 80 mm. Además, el área de la placa de calentamiento de la unidad de segundo calentamiento por inducción está en el intervalo de 800 a 1400 mm2. Por ejemplo, la placa de calentamiento de la unidad de segundo calentamiento por inducción tiene una estructura donde el ancho en la dirección de máquina (MD) es de 60 mm, y el ancho en la dirección transversal (TD) es de 20 mm.
Según otro ejemplo, la presión de estricción, mediante la cual la unidad de laminado de electrodos lamina el sustrato de electrodo, está en el intervalo de 1,8 a 6 toneladas/cm. Específicamente, en la unidad de laminado de electrodos, la presión de estricción aplicada al sustrato de electrodo está en el intervalo de 2 a 6 toneladas/cm, el intervalo de 2,5 a 6 toneladas/cm, el intervalo de 2,8 a 6 toneladas/cm, o el intervalo de 2,8 a 4 toneladas/cm. Como una forma de implementar un electrodo de alta densidad, la presión de estricción aplicada al sustrato de electrodo aumenta. En la tecnología actual, es posible reducir significativamente el nivel de generación de curvatura incluso si el sustrato de electrodo se lamina con una presión de estricción de un nivel relativamente alto.
En un ejemplo, las placas de calentamiento de la unidad de primer calentamiento por inducción se colocan en una porción superior, una porción inferior, o porciones superior e inferior de dos superficies laterales del sustrato de electrodo, respectivamente, basándose en una trayectoria de movimiento del sustrato de electrodo, la unidad de laminado de electrodos se coloca en una región que cubre la parte recubierta del sustrato de electrodo, basándose en la trayectoria de movimiento del sustrato de electrodo, y las placas de calentamiento de la unidad de segundo calentamiento por inducción se colocan en una porción superior, una porción inferior, o porciones superior e inferior de dos superficies laterales del sustrato de electrodo, respectivamente, basándose en la trayectoria de movimiento del sustrato de electrodo.
En el presente, la trayectoria de movimiento del sustrato de electrodo significa designar la posición de la placa de calentamiento y la unidad de laminado para calentar o laminar el sustrato de electrodo basándose en el sustrato de electrodo que se mueve a lo largo de la línea transportadora.
En la tecnología actual, las unidades de primer y segundo calentamiento por inducción calientan por inducción dos superficies laterales del sustrato de electrodo, y específicamente calientan por inducción el sustrato de electrodo, centrándose en la línea límite de la parte recubierta y la parte no recubierta del sustrato de electrodo. Además, la unidad de laminado de electrodos lamina la superficie frontal del sustrato de electrodo y, específicamente, lamina la parte recubierta del sustrato de electrodo. En algunos casos, en la tecnología actual, las unidades de primer y segundo calentamiento por inducción calientan por inducción dos superficies laterales del sustrato de electrodo, respectivamente. Específicamente, las unidades de primer y segundo calentamiento por inducción calientan por inducción el sustrato de electrodo, centrándose en la línea límite de la parte recubierta y la parte no recubierta del sustrato de electrodo, y calentar por inducción un intervalo que incluye una región específica de la parte recubierta y la parte no recubierta, respectivamente.
Además, la presente tecnología proporciona un método para laminar un electrodo usando el aparato de laminado de electrodos descrito anteriormente. En un ejemplo, un método para laminar un sustrato de electrodo que incluye una capa colectora de corriente y una capa de mezcla de electrodos formada en una superficie o dos superficies de la capa colectora de corriente de acuerdo con la presente tecnología incluye: primer calentamiento por inducción de un sustrato de electrodo; laminar el sustrato de electrodo de primer calentamiento por inducción mediante una cierta presión de estricción o más; y segundo calentamiento por inducción del sustrato de electrodo laminado. De acuerdo con el método de laminado de electrodos de la presente tecnología, realizando etapas de primer y segundo calentamiento por inducción antes y después de laminar un sustrato de electrodo, respectivamente, es posible reducir significativamente la generación de curvatura incluso si el sustrato de electrodo se lamina con una presión de estricción alta, la tasa de defectos de proceso puede disminuir y la cantidad de devanado puede aumentarse en el momento de laminar el sustrato de electrodo.
En un ejemplo, el sustrato de electrodo incluye una región recubierta de aislamiento a lo largo de una línea límite entre una parte recubierta y una parte no recubierta, y una región, donde el sustrato de electrodo se calienta por inducción, incluye la región recubierta de aislamiento durante el primer calentamiento por inducción y el segundo calentamiento por inducción.
Según otro ejemplo, durante el primer calentamiento por inducción, una región parcial de la parte recubierta y una región completa de la parte no recubierta, que están ubicadas en dos lados basándose en la línea límite de la parte recubierta y la parte no recubierta del sustrato de electrodo, se calientan por inducción, y durante el segundo calentamiento por inducción, una región parcial de la parte recubierta, que se ubica en un lado basándose en la línea límite de la parte recubierta y la parte no recubierta del sustrato de electrodo, se calienta por inducción. Específicamente, de acuerdo con el método de laminación de electrodos de la presente divulgación, en la etapa de primer calentamiento por inducción, se resuelve la tensión aplicada al sustrato de electrodo, y en la etapa de segundo calentamiento por inducción, se resuelven la tensión restante y la tensión aplicada al sustrato de electrodo. Además, la etapa de segundo calentamiento por inducción muestra el efecto de uniformar el estiramiento de la lámina metálica. Normalmente, se genera una curvatura de electrodo debido a la diferencia de estiramiento entre la parte recubierta y la parte no recubierta del electrodo. En la tecnología actual, aplicando el calentamiento por inducción de 2 fases, se induce el estiramiento adicional de la parte no recubierta, a través del cual se reduce la diferencia de estiramiento entre la parte recubierta y la parte no recubierta, y se mejora la curvatura del electrodo.
Según otro ejemplo, durante el primer calentamiento por inducción, una región parcial de la parte recubierta y una región completa de la parte no recubierta, que están ubicadas en dos lados basándose en la línea límite de la parte recubierta y la parte no recubierta del sustrato de electrodo, se calientan por inducción, y durante el segundo calentamiento por inducción, la parte recubierta y la parte no recubierta se calientan por inducción en función de la línea límite de la parte recubierta y la parte no recubierta del sustrato de electrodo. En este caso, en la etapa de segundo calentamiento por inducción, el sustrato de electrodo se calienta, centrándose en la línea límite de la parte recubierta y la parte no recubierta, y una región que incluye una región específica de la parte recubierta y la parte no recubierta, respectivamente, se calienta por inducción.
En un ejemplo, el sustrato de electrodo incluye una región recubierta de aislamiento a lo largo de una línea límite entre una parte recubierta y una parte no recubierta. En la tecnología actual, cuando el sustrato de electrodo incluye la región recubierta de aislamiento descrita anteriormente, la línea límite de la parte recubierta y la parte no recubierta del sustrato de electrodo puede significar la región recubierta de aislamiento. La región recubierta de aislamiento es, por ejemplo, una región donde una capa de recubrimiento aislante, que contiene elementos inorgánicos a lo largo de la línea donde la parte recubierta y la parte no recubierta entran en contacto, se forma.
En un ejemplo, el sustrato de electrodo se calienta a una temperatura de 80 °C o menos durante el primer calentamiento por inducción, y el sustrato de electrodo se calienta a una temperatura de 60 °C o más durante el segundo calentamiento por inducción. Específicamente, durante la etapa de primer calentamiento por inducción, el sustrato de electrodo se calienta a una temperatura en un intervalo de 45 a 80 °C o de 45 a 60 °C. Además, durante la etapa de segundo calentamiento por inducción, el sustrato de electrodo se calienta a una temperatura en un intervalo de 60 a 140 °C o de 80 a 105 °C. En la etapa de primer calentamiento por inducción, el sustrato de electrodo se calienta a una temperatura relativamente baja. Esto es para resolver la tensión de la parte no recubierta antes del laminado. Además, en la etapa de segundo calentamiento por inducción, el sustrato de electrodo se calienta a una temperatura relativamente alta. Esto es para resolver la tensión concentrada durante el proceso de laminado y uniformar el nivel estirado de la parte no recubierta. Para fines de referencia, la temperatura del sustrato de electrodo calentado en la presente tecnología se evaluó basándose en la temperatura de la capa de mezcla de electrodos.
Según otro ejemplo, durante la etapa de laminado del electrodo, la presión de estricción, mediante la cual la unidad de laminado de electrodos lamina el sustrato de electrodo, está en el intervalo de 1,8 a 6 toneladas/cm. Específicamente, en la etapa de laminado del electrodo, la presión de estricción aplicada al sustrato de electrodo está en el intervalo de 2 a 6 toneladas/cm, el intervalo de 2,5 a 6 toneladas/cm, el intervalo de 2,8 a 6 toneladas/cm, o el intervalo de 2,8 a 4 toneladas/cm. Como una forma de implementar un electrodo de alta densidad, la presión de estricción aplicada al sustrato de electrodo aumenta. En la tecnología actual, es posible reducir significativamente el nivel de generación de curvatura incluso si el sustrato de electrodo se lamina con una presión de estricción de un nivel relativamente alto.
En un ejemplo, durante el laminado, el sustrato de electrodo se transfiere en una dirección de máquina (MD), y la velocidad de transferencia está en un intervalo de 10 a 110 m/min. Por ejemplo, es posible realizar las etapas de primer y segundo calentamiento por inducción en un estado en el que se interrumpe la transferencia del sustrato de electrodo, pero es ventajoso para la eficiencia del proceso realizar las etapas de primer y segundo calentamiento por inducción durante la transferencia del sustrato de electrodo. Específicamente, la velocidad de transferencia del sustrato de electrodo está en el intervalo de 10 a 100 m/min, el intervalo de 10 a 90 m/min, el intervalo de 10 a 80 m/min, el intervalo de 50 a 110 m/min, o el intervalo de 70 a 90 m/min. La tasa de transferencia del sustrato de electrodo está en el intervalo que no degrada la eficiencia del proceso mientras se mantiene la uniformidad del producto de acuerdo con el laminado.
En un ejemplo concreto, el aparato o método de laminado de electrodos descrito anteriormente es aplicable a un sustrato de electrodo que ha pasado por un proceso de secado separado. Después de descargar la suspensión de electrodos en una superficie o ambas superficies del colector de corriente de electrodo, el sustrato de electrodo pasa por el proceso de secado. Al aplicar el aparato o método de laminado de electrodos descrito anteriormente al electrodo que ha pasado por el proceso de secado, es posible resolver la tensión aplicada al sustrato de electrodo y reducir la generación de curvatura en la región de la parte no recubierta.
En un ejemplo, el electrodo significa un electrodo positivo y/o un electrodo negativo de una batería secundaria de litio.
El electrodo positivo tiene una estructura en la que una capa de material activo del electrodo positivo de una estructura de dos capas se apila sobre un colector de corriente de electrodo positivo. En un ejemplo, la capa de material activo del electrodo positivo incluye un material activo del electrodo positivo, un material conductor, y un polímero aglutinante, y si es necesario, puede incluir además un aditivo de electrodo positivo comúnmente usado en la técnica.
El material activo de electrodo positivo puede ser un óxido que contiene litio y puede ser el mismo o diferente. Se puede usar un óxido de metal de transición que contiene litio como el óxido que contiene litio.
Por ejemplo, el óxido de metal de transición que contiene litio puede ser uno cualquiera o una mezcla de dos o más seleccionados del grupo que consiste en Li<x>CoO<2>(0,5<x<1,3), Li<x>NiO<2>(0,5<x<1,3), Li<x>MnO<2>(0,5<x<1,3), Li<x>Mn<2>O<4>(0,5<x<1,3), Li<x>(Ni<a>Co<b>Mn<c>)O<2>(0,5<x<1,3, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), Li<x>Ni<1-y>Co<y>O<2>(0,5<x<1,3, 0<y<1), Li<x>Co<1-y>Mn<y>O<2>(0,5<x<1,3, 0<y<1), Li<x>Ni<1-y>Mn<y>O<2>(0,5<x<1,3, O<y<1), Li<x>(Ni<a>Co<b>Mn<c>)O<4>(0,5<x<1,3, 0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), Li<x>Mn<2-z>Ni<z>O<4>(0,5<x<1,3, 0<z<2), Li<x>Mn<2-z>Co<z>O<4>(0,5<x<1,3, 0<z<2), Li<x>CoPO<4>(0,5<x<1,3) y Li<x>FePO<4>(0,5<x<1,3), y el óxido de metal de transición que contiene litio puede estar recubierto de un metal u óxido metálico como el aluminio (Al). Además, adicionalmente al óxido de metal de transición que contiene litio, al menos uno seleccionado del grupo que consiste en sulfuro, seleniuro y haluro.
El material activo de electrodo positivo puede incluirse en un intervalo de 94,0 a 98,5 % en peso en la capa de material activo del electrodo positivo. Cuando el contenido del material activo del electrodo positivo satisface el intervalo anterior, es ventajoso en términos de fabricación de una batería de alta capacidad y de proporcionar suficiente conductividad del electrodo positivo o adherencia entre los materiales del electrodo.
El colector de corriente usado para el electrodo positivo es un metal que tiene alta conductividad, y puede usarse cualquier metal al que se pueda unir fácilmente la suspensión de material activo del electrodo positivo y que no sea reactivo en el intervalo de tensión del dispositivo electroquímico. Específicamente, los ejemplos no limitantes del colector de corriente para el electrodo positivo incluyen aluminio, níquel o una lámina fabricada mediante una combinación de los mismos.
La capa de material activo del electrodo positivo incluye además un material conductor. El material conductor suele añadirse en una cantidad del 1 al 30 % en peso con respecto al peso total de la mezcla que incluye el material activo del electrodo positivo. Dicho material conductor no está particularmente limitado siempre que tenga conductividad sin causar un cambio químico en la batería secundaria. Por ejemplo, uno o más seleccionados del grupo que consiste en grafito tal como grafito natural o grafito artificial; negro de humo, tal como negro de carbón, negro de acetileno, negro ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara o negro térmico; fibra conductora tal como fibra de carbono o fibra metálica; polvo metálico tal como fluoruro de carbono, aluminio o polvo de níquel; hilo conductor tal como óxido de zinc o titanato de potasio; óxido de metal conductor tal como óxido de titanio; y derivado del polifenileno puede usarse como el material conductor.
El electrodo negativo tiene una estructura en la que una capa de material activo del electrodo negativo de una estructura de dos capas se apila sobre un colector de corriente de electrodo negativo. En un ejemplo, la capa de material activo del electrodo negativo incluye un material activo del electrodo negativo, un material conductor, y un polímero aglutinante, y si es necesario, puede incluir además un aditivo de electrodo negativo comúnmente usado en la técnica.
El material activo del electrodo negativo puede incluir un material de carbono, litio metálico, silicio o estaño. Cuando se usa un material de carbono como material activo del electrodo negativo, se pueden usar carbono poco cristalino y carbono altamente cristalino. Son típicos ejemplos representativos de carbono poco cristalino que incluyen carbono blando y carbono duro. Los ejemplos representativos de carbono altamente cristalino incluyen uno o más seleccionados del grupo que consiste en grafito natural, grafito Kish, carbón pirolítico, fibra de carbono a base de brea de mesofase, microesferas de mesocarbono, breas de mesofase y carbono cocido a alta temperatura, tales como coques derivados de brea de alquitrán de hulla o petróleo.
Los ejemplos no limitantes del colector de corriente utilizado para el electrodo negativo incluyen cobre, oro, níquel o una lámina fabricada con una aleación de cobre o una combinación de los mismos. También, el colector de corriente puede usarse apilando sustratos hechos de los materiales anteriores.
También, el electrodo negativo puede incluir un material conductor y un aglutinante comúnmente utilizado en la técnica.
En lo sucesivo en el presente documento, la presente invención se describirá con más detalle a través de dibujos y ejemplos. Dado que el concepto inventivo permite varios cambios y numerosas realizaciones, se ilustrarán realizaciones particulares en los dibujos y se describirán en detalle en el texto. Sin embargo, esto no pretende limitar la presente invención a la forma específica divulgada, y debe entenderse que incluye todos los cambios, equivalentes y sustitutos incluidos en el alcance de la presente invención.
La figura 1 ilustra un proceso de laminado de un electrodo de acuerdo con una realización de la presente invención. Haciendo referencia a la figura 1, el proceso de laminar un sustrato de electrodo 10 que incluye una capa colectora de corriente 11 y una capa de mezcla de electrodos 12 formada en la capa colectora de corriente 11 incluye el primer calentamiento por inducción del sustrato de electrodo 10 usando una unidad de primer calentamiento por inducción 100 y luego laminar el sustrato de electrodo 10 a través de un rodillo 200. El sustrato de electrodo laminado 10 pasa de nuevo por calentamiento por inducción a través de una unidad de segundo calentamiento por inducción 300.
Específicamente, el aparato de laminado de electrodos de la presente tecnología forma unidades de primer y segundo calentamiento por inducción 100 y 300 en el extremo frontal y el extremo trasero de la unidad de laminado de electrodos usando el rodillo 200, respectivamente. La unidad de primer calentamiento por inducción 100 calienta por inducción el sustrato de electrodo 10 antes de pasar por el proceso de laminado, a través del cual se resuelve la tensión aplicada al sustrato de electrodo 10. La unidad de segundo calentamiento por inducción 300 puede resolver la tensión, que permanece incluso después del primer calentamiento por inducción 100 y la tensión aplicada durante el proceso de laminado, y puede uniformar el estiramiento de la lámina metálica para formar la capa colectora de corriente 11.
Las figuras 2 y 3 son diagramas esquemáticos que ilustran un proceso de primer calentamiento por inducción y un proceso de segundo calentamiento por inducción, respectivamente, de acuerdo con una realización de la presente invención.
En primer lugar, haciendo referencia a la figura 2, la unidad de primer calentamiento por inducción 100 calienta por inducción el sustrato de electrodo 10, centrándose en la línea límite de la parte recubierta y la parte no recubierta. La unidad de primer calentamiento por inducción 100 calienta el sustrato de electrodo 10 a través de placas de primer calentamiento por inducción 110 y 120 que se colocan en ambos extremos del sustrato de electrodo 10, respectivamente. La unidad de primer calentamiento por inducción 100 calienta por inducción una región parcial de la parte recubierta 12 y toda la región de la parte no recubierta 11 que se colocan en dos lados de la capa de recubrimiento de aislamiento 13 que corresponde a la línea límite de la parte recubierta 12 y la parte no recubierta 11 del sustrato de electrodo. Por ejemplo, las placas de primer calentamiento por inducción 110 y 120 tienen un ancho en la dirección de máquina (MD) de 80 mm y un ancho en la dirección transversal (TD) de 20 mm, respectivamente.
Haciendo referencia a la figura 3, la unidad de segundo calentamiento por inducción 300 calienta por inducción una región parcial de la parte recubierta 12 que se coloca en un lado de la capa de recubrimiento de aislamiento 13 que corresponde a la línea límite de la parte recubierta 12 y la parte no recubierta 11 del sustrato de electrodo 10. La unidad de segundo calentamiento por inducción 300 calienta el sustrato de electrodo 10 a través de placas de segundo calentamiento por inducción 310 y 320 que se colocan en ambos extremos del sustrato de electrodo 10, respectivamente. Por ejemplo, las placas de segundo calentamiento por inducción 310 y 320 tienen un ancho en la dirección de máquina (MD) de 20 mm y un ancho en la dirección transversal (TD) de 60 mm, respectivamente.
La figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso de laminado de electrodos de acuerdo con una realización de la presente invención. Haciendo referencia a la figura 4, el método de laminado de electrodos de acuerdo con la presente tecnología incluye: primer calentamiento por inducción de un sustrato de electrodo (S100); laminar el sustrato de electrodo de primer calentamiento por inducción mediante una cierta presión de estricción o más (S200); y segundo calentamiento por inducción del sustrato de electrodo laminado (S300). Por ejemplo, en la etapa de primer calentamiento por inducción (S100), el sustrato de electrodo se calienta por inducción a una temperatura baja en el intervalo de 48 a 55 °C. El sustrato de electrodo calentado pasa por una etapa de laminado del sustrato de electrodo con una presión de estricción de 2,8 a 3 toneladas/cm y luego pasa por la etapa de segundo calentamiento por inducción (S300). En la etapa de segundo calentamiento por inducción (S300), el sustrato de electrodo se calienta por inducción a una temperatura en el intervalo de 80 a 100 °C y, más específicamente, a una temperatura en el intervalo de 85 a 95 °C.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
En lo sucesivo en el presente documento, la presente invención se describirá con más detalle a través de ejemplos.
Ejemplo comparativo y Ejemplos 1 a 3
97 partes en peso de NCM (LiNi<0>,<8>Co<0>,<1>Mn<0>,<1>O<2>) como material activo del electrodo positivo, 0,1 partes en peso de negro de carbón (FX35, Denka, diámetro promedio (D50) de 15 a 40 nm) como material conductor, y 2 partes en peso de elementos aglutinantes se añadieron a NMP (N-metil-2-pirrolidona) como disolvente para preparar una suspensión de electrodo. La suspensión de electrodo preparada se revistió sobre la lámina de aluminio con una cantidad de carga de 500 mg/25 cm2, para fabricar de ese modo un sustrato de electrodo.
El sustrato de electrodo fabricado se laminó. Específicamente, el sustrato de electrodo se laminó usando un rodillo con una presión de estricción de 3,0 toneladas/cm, y cada sustrato de electrodo se calentó por inducción antes y después del laminado con las condiciones de la Tabla 1.
T l 11
En el ejemplo comparativo, solo se realizó el primer calentamiento por inducción, y en los ejemplos 1 a 3, se realizaron procesos de primer y segundo calentamiento por inducción, respectivamente. En los ejemplos 1 a 3, la temperatura del sustrato de electrodo en el segundo calentamiento por inducción fue de 85 °C, 90 °C y 95 °C, respectivamente.
Ejemplo experimental 1
Se compararon los niveles de generación de curvatura para las muestras de sustrato de electrodo fabricadas. La figura 5 muestra los resultados de la evaluación de los niveles de generación de curvatura para 10 respectivas muestras de sustrato de electrodos de acuerdo con un ejemplo comparativo y ejemplos. Haciendo referencia a la figura 5, el nivel de generación de curvatura del sustrato de electrodo de acuerdo con el ejemplo comparativo fue de aproximadamente 43 mm. Por otro lado, el nivel de generación de curvatura del sustrato de electrodo de acuerdo con los ejemplos 1 a 3 fue de 31 a 32 mm, que fue menor que el del ejemplo comparativo en un 25 a 28 %.
Ejemplo experimental 2
Se compararon las resistencias de lengüeta de electrodo para las muestras de sustrato de electrodo fabricadas. Específicamente, después de formar una lengüeta de electrodo de tipo muesca en la región de la parte no recubierta del sustrato de electrodo, se midió la resistencia a la tracción de la lengüeta de electrodo formada.
La figura 6 muestra los resultados de la evaluación de resistencias de lengüeta para 10 respectivas muestras de sustrato de electrodos de acuerdo con un ejemplo comparativo y ejemplos. Haciendo referencia a la figura 6, la resistencia de lengüeta del sustrato de electrodo de acuerdo con el ejemplo comparativo es de aproximadamente 10,1 kgf. Por otro lado, la resistencia de lengüeta del sustrato de electrodo de acuerdo con los ejemplos 1 a 3 es de 13,1 a 14,1 kgf, que es un valor mayor que el del ejemplo comparativo en un 31 a 41 %.
Ejemplo experimental 3
La tasa de defectos de posición se evaluó para la muestra de sustrato de electrodo preparada. Específicamente, el electrodo se fabricó después de realizar el proceso de punzonado del sustrato de electrodo de acuerdo con el ejemplo comparativo y el ejemplo 1. La tasa de defectos del eje x, la tasa de defectos del eje y, tasa de defectos TW, tasa de falta de medición/reconocimiento a través de inspección visual y el nivel de incompatibilidad para la posición de la parte de lengüeta de electrodo para cada electrodo fabricado se evaluaron, y se compararon sus sumas.
Las figuras 7 y 8 muestran los resultados de evaluar las tasas de defectos de posición para muestras de sustrato de electrodo de acuerdo con el ejemplo comparativo y el ejemplo 1. La figura 7 muestra el resultado de evaluar la tasa de defectos para cada artículo, y la figura 8 muestra las sumas de resultados de evaluación por artículos. La tasa de defectos de posición del sustrato de electrodo de acuerdo con el ejemplo comparativo fue de aproximadamente 4,43 %, pero la tasa de defectos de posición del sustrato de electrodo de acuerdo con el ejemplo 1 fue del 3,07 %, que fue significativamente menor que la del ejemplo comparativo.
En lo anterior, la presente invención se ha descrito con más detalle a través de los dibujos y ejemplos. Por consiguiente, las realizaciones descritas en la memoria descriptiva y las configuraciones descritas en los dibujos son únicamente las realizaciones más preferidas de la presente invención, y no representan todas las ideas técnicas de la presente invención.
Descripción de los números de referencia
10: sustrato de electrodo
11: capa colectora de corriente
12: capa de mezcla de electrodos
13: capa de recubrimiento de aislamiento
100: unidad de primer calentamiento por inducción
110, 120: placa de primer calentamiento por inducción
200: rodillo
300: unidad de segundo calentamiento por inducción
310, 320: placa de segundo calentamiento por inducción

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un aparato para laminar un sustrato de electrodo (10) que incluye una capa colectora de corriente y una capa de mezcla de electrodos formada en una superficie o dos superficies de la capa colectora de corriente, comprendiendo el aparato:
una unidad de primer calentamiento por inducción (100) configurada para calentar por inducción el sustrato de electrodo (10);
una unidad de laminado de electrodos (200) configurada para laminar el sustrato de electrodo de primer calentamiento por inducción (10); y
caracterizado por que
una unidad de segundo calentamiento por inducción (300) configurada para calentar por inducción el sustrato de electrodo laminado,
la unidad de primer calentamiento por inducción (100) está configurada para calentar por inducción una región parcial de una parte recubierta (12) del sustrato de electrodo (10) y una región completa de una parte no recubierta (11) del sustrato de electrodo (10) que están ubicadas en dos lados basándose en una línea límite de la parte recubierta (12) y la parte no recubierta (11) del sustrato de electrodo (10), y
la unidad de segundo calentamiento por inducción (300) está configurada para calentar por inducción la región parcial de la parte recubierta (12) que está ubicada en un lado en función de la línea límite de la parte recubierta (12) y la parte no recubierta (11) del sustrato de electrodo (10).
2. El aparato de la reivindicación 1, en donde las unidades de primer y segundo calentamiento por inducción (100, 300) están configuradas para calentar por inducción una región que incluye la línea límite de la parte recubierta y la parte no recubierta del sustrato de electrodo, respectivamente.
3. El aparato de la reivindicación 1, en donde una relación (MD: TD) de una longitud en una dirección de máquina (MD) con una longitud en una dirección transversal (TD) de una placa de calentamiento de la unidad de primer calentamiento por inducción (100) está en un intervalo de 10: 90 a 30: 70, y
en donde una relación (MD: TD) de una longitud en una dirección de máquina (MD) con una longitud en una dirección transversal (TD) de una placa de calentamiento de la unidad de segundo calentamiento por inducción (300) está en un intervalo de 60: 40 a 85: 15.
4. El aparato de la reivindicación 1, en donde las placas de calentamiento de la unidad de primer calentamiento por inducción (100) se colocan en una porción superior, una porción inferior, o porciones superior e inferior de dos superficies laterales del sustrato de electrodo, respectivamente, basándose en una trayectoria de movimiento del sustrato de electrodo (10),
en donde la unidad de laminado de electrodos (200) se coloca en una región que cubre una parte recubierta del sustrato de electrodo (10), basándose en la trayectoria de movimiento del sustrato de electrodo (10), y en donde las placas de calentamiento de la unidad de segundo calentamiento por inducción (300) se colocan en una porción superior, una porción inferior, o porciones superior e inferior de dos superficies laterales del sustrato de electrodo (10), respectivamente, basándose en una trayectoria de movimiento del sustrato de electrodo (10).
5. Un método para laminar un sustrato de electrodo que incluye una capa colectora de corriente y una capa de mezcla de electrodos formada en una superficie o dos superficies de la capa colectora de corriente, comprendiendo el método:
primer calentamiento por inducción del sustrato de electrodo (10);
laminar el sustrato de electrodo de primer calentamiento por inducción mediante una cierta presión de estricción o más; y
caracterizado por que
segundo calentamiento por inducción del sustrato de electrodo laminado (10),
durante el primer calentamiento por inducción, una región parcial de una parte recubierta (12) del sustrato de electrodo (10) y una región completa de una parte no recubierta (11) del sustrato de electrodo (10), que están ubicadas en dos lados basándose en una línea límite de la parte recubierta (12) y la parte no recubierta (11) del sustrato de electrodo (10), se calientan por inducción, y
durante el segundo calentamiento por inducción, la región parcial de la parte recubierta (12), que se ubica en un lado basándose en la línea límite de la parte recubierta (12) y la parte no recubierta (11) del sustrato de electrodo (10), se calienta por inducción.
6. El método de la reivindicación 5, en donde el sustrato de electrodo (10) incluye una región recubierta de aislamiento (13) a lo largo de la línea límite entre la parte recubierta (12) y la parte no recubierta (11), y
en donde una región donde el sustrato de electrodo (10) se calienta por inducción incluye la región recubierta de aislamiento (13) durante el primer calentamiento por inducción y el segundo calentamiento por inducción.
7. El método de la reivindicación 5, en donde el sustrato de electrodo (10) se calienta a una temperatura de 80 °C o menos durante el primer calentamiento por inducción, y
en donde el sustrato de electrodo (10) se calienta a una temperatura de 60 °C o más durante el segundo calentamiento por inducción.
8. El método de la reivindicación 5, en donde durante el laminado, el sustrato de electrodo (10) se lamina por la presión de estricción en un intervalo de 1,8 a 6 toneladas/cm.
9. El método de la reivindicación 5, en donde durante el laminado, el sustrato de electrodo (10) se transfiere en una dirección de máquina (MD), y la velocidad de transferencia está en un intervalo de 10 a 110 m/min.
10. El método de la reivindicación 5, en donde el laminado se realiza para un sustrato de electrodo (10) que ha pasado por un proceso de secado separado.
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