KR20220070253A - 비동기식 가열 및 캘린더링 장치, 광폭의 초박형 리튬 금속박, 그 제조 방법 및 적용 - Google Patents
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Abstract
비동기식 가열 및 캘린더링 장치, 광폭의 초박형 리튬 금속박, 그 제조 방법 및 적용이 제공되고, 여기서 비동기식 가열 및 캘린더링 장치는: 풀링 기재(P)를 권출하기 위한 풀링 기재 권출 유닛(E); 리튬 스트립(S)을 권출하기 위한 리튬 스트립 권출 유닛(D); 제 1 캘린더링 롤러(B), 제 2 캘린더링 롤러(A) 및 히팅 박스(C)를 포함하는 비동기식 가열 및 캘린더링 유닛(H)으로서, 히팅 박스(C)는 제 1 캘린더링 롤러(B)를 가열하기 위해 사용되고, 상기 제 1 캘린더링 롤러(B)는 풀링 기재(P)를 가열하고, 또한 풀링 기재(P)와 리튬 스트립(S)이 복합 스트립(Z)으로 결합되도록 제 1 캘린더링 롤러(B)와 상기 제 2 캘린더링 롤러(A)는 평행축을 갖고 서로 대향하여 배열된 비동기식 가열 및 캘린더링 유닛(H); 및 복합 스트립(Z)을 권취하기 위한 권취 유닛(G)을 포함한다. 상기 장치에 히팅 박스(C) 및 비동기식 제 1 캘린더링 롤러(B) 및 제 2 캘린더링 롤러(A)를 제공함으로써, 두께가 균일한 광폭의 초박형 리튬 금속박이 제조될 수 있고, 이 리튬박을 전지에 적용하면 비교적 높은 초기 효율을 갖는다. 리튬박의 폭은 1∼600mm이고; 리튬박의 두께는 1∼20㎛이고; 전지의 초기 효율은 98%에 이른다.
Description
본 출원은 "비동기식 가열 및 캘린더링 장치, 광폭의 초박형 리튬 금속박, 그 제조 방법 및 적용"이라는 발명의 명칭으로 2019년 9월 25일에 중국 특허청에 출원된 중국 특허출원 CN201910911287.6의 우선권의 이익을 주장하고, 그 전체가 본원에 참조로서 포함된다.
본 출원은 초박형 리튬박의 기술 분야에 속하고, 특히 비동기식 가열 및 캘린더링 장치, 광폭의 초박형 리튬 금속박, 및 그 제조 방법 및 적용에 관한 것이다.
리튬 이온 전지는 높은 에너지 밀도, 긴 수명, 및 친환경 무공해를 포함한 그 장점으로 인해 가전제품 및 전기 자동차에 널리 사용된다. 그러나, 리튬 전지의 1차 충방전 공정 동안, 고체 전해질막(SEI막)의 형성으로 인해 리튬의 일부가 소모되어, 캐소드 재료에서 리튬이 손실되게 되고, 또한 이러한 제 1 용량의 비가역적 손실은 직접적으로 전지 용량의 손실로 이어진다. 현재, 리튬 이온 전지의 전극판에 대한 리튬 보충 공정은 리튬 이온 전지의 용량을 향상시키는 핵심 기술이고, 그것의 핵심은 캘린더링 및 결합에 있다. 캘린더링은 0.25∼2mm 두께의 리튬 스트립을 압연하여 0.002∼0.006mm 두께의 리튬막을 형성하고, 이것을 풀링 필름(pulling film)에 부착시키는 공정이다.
기존의 리튬 보충 공정에서는, 리튬 스트립을 캘린더링하는 공정에서 리튬 스트립 재료의 두께가 크게 변동하는 경우(≥±10㎛), 특히 리튬 스트립의 폭이 큰 경우(150mm 이상), 리튬 스트립의 공급 공정 동안 폭방향의 장력이 불균일하여, 일반적으로 양측에 대해서는 크고 중간에 대해서는 작아서, 폭방향에서의 리튬 스트립의 변형이 불일치한다(두께가 불균일하고, 중간이 두껍고 양측이 얇음). 따라서, 캘린더링 롤러가 고속으로 작동하면, 리튬 스트립 재료의 두께 변동, 폭방향에서의 리튬 스트립의 장력 불일치, 및 폭방향에서의 리튬 스트립의 불균일한 변형에 의해, 리튬 스트립의 중간 부분이 압연 및 공급 위치에 축적되게 되고, 또한 리튬 축적이 야기되기 쉽고; 리튬이 더욱더 축적되기 때문에, 제거가 곤란하여, 리튬 스트립 재료의 정상적인 공급에 심각한 영향을 미치고, 캘린더링된 리튬 스트립의 두께 일관성이 감소함으로써, 연속 생산이 불가능하게 되어 결국에 재료가 낭비되게 되고, 또한 생산 능력이 감소하게 된다. 또한, 종래의 캘린더링은 롤러 프레스에 대한 요구사항이 높으며, 또한 종래의 단순 압연으로는 리튬 스트립을 2∼6㎛의 두께로 압연하는 것을 실현할 수 없다. 달성될 수 있다고 하더라도, 다른 보조 재료가 필요하지만, 보조 재료는 고가이고; 이것은 리튬 스트립의 비용을 더욱 증가시키고, 또한 단일 성분 리튬 금속 스트립이 완전히 얻어질 수 없음으로써, 리튬 금속 스트립의 성능에 심각한 영향을 미친다.
이러한 관점에서, 본 출원의 목적은 비동기식 가열 및 캘린더링 장치, 광폭의 초박형 리튬 금속박, 및 그 제조 방법 및 적용을 제공하는 것이고; 또한 상기 장치를 사용함으로써, 균일한 두께를 갖는 광폭의 초박형 리튬 스트립이 제조될 수 있다.
본 출원은 광폭의 초박형 리튬 금속박을 짧은 공정으로 제조하기 위한 비동기식 가열 및 캘린더링 장치를 제공하고, 이 장치는:
풀링 기재를 권출하기 위한 풀링 기재 권출 유닛;
리튬 스트립을 권출하기 위한 리튬 스트립 권출 유닛;
리튬 스트립 예비성형 유닛;
제 1 캘린더링 롤러, 제 2 캘린더링 롤러, 및 히팅 박스를 포함하는 비동기식 가열 및 캘린더링 유닛으로서, 상기 히팅 박스는 제 1 캘린더링 롤러를 가열하기 위해 사용되고, 제 1 캘린더링 롤러는 풀링 기재를 가열하고, 또한 풀링 기재와 리튬 스트립이 복합 스트립으로 결합되도록 제 1 캘린더링 롤러와 제 2 캘린더링 롤러는 평행축을 갖고 서로 대향하여 배열된 비동기식 가열 및 캘린더링 유닛; 및
복합 스트립을 권취하기 위한 권취 유닛을 포함한다.
바람직하게는, 제 2 캘린더링 롤러의 표면은 세라믹층 또는 폴리머층으로 코팅되고; 여기서 상기 세라믹층은 알루미나, 지르코니아, 산화크롬, 및 복합 세라믹 코팅으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하고; 폴리머층은 폴리실록산, 장쇄 알칸, 및 파라핀으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함한다.
바람직하게는, 리튬 스트립 권출 유닛은: 차례로 배열된 리튬 스트립 권출 롤러, 제 1 보조 가이드 롤러, 제 1 장력 검출 롤러, 및 속도 측정 롤러를 포함하고;
풀링 기재 권출 유닛은: 차례로 배열된 기재 권출 롤러, 제 2 보조 가이드 롤러, 제 1 편차 보정 센서, 제 3 보조 가이드 롤러, 및 제 4 보조 가이드 롤러를 포함하고;
리튬 스트립 예비성형 유닛은: 차례로 배열된 제 2 편차 보정 센서 및 대향하여 배치된 성형 롤러를 포함하고; 또한
권취 유닛은: 차례로 배열된 제 2 장력 검출 롤러, 제 3 편차 보정 센서 및 복합 스트립 권취 롤러를 포함한다.
바람직하게는, 풀링 기재는 스테인리스강박, 구리박, 강박 및 철박으로 이루어진 군에서 선택된다.
본 출원은 상기 기술적 해결책에 따른 비동기식 가열 및 캘린더링 장치를 사용하여 광폭의 초박형 리튬박을 제조하는 방법을 제공하고, 이 방법은:
먼저 리튬 스트립을 권출하고 예비성형하는 단계, 그 다음 제 1 캘린더링 롤러와 제 2 캘린더링 롤러 사이의 갭에서 권출된 풀링 기재와 함께 리튬 스트립을 비동기식으로 가열 및 캘린더링하는 단계, 마지막으로 권취하여 복합 스트립을 얻는 단계를 포함하고;
상기 비동기식 가열 및 캘린더링의 처리 온도는 50∼250℃이고; 제 2 캘린더링 롤러와 제 1 캘린더링 롤러의 회전 속도 비율은 1:1.1∼8이다.
바람직하게는, 리튬 스트립의 권출 속도는 0.1∼3m/min이고; 풀링 기재의 권출 속도는 0.1∼20m/min이다.
바람직하게는, 리튬 스트립의 권출 장력은 5∼100N이고; 풀링 기재와 리튬 스트립의 권출의 편차 보정 정확도는 모두 ±0.2mm이다.
본 출원은 상기 기술적 해결책에 따른 방법으로 제조된 광폭의 초박형 리튬박을 제공하고;
상기 리튬박의 폭은 1∼600mm이고, 리튬박의 두께는 1∼20㎛이다.
본 출원은 상기 기술적 해결책에 따른 광폭의 초박형 리튬박을 포함하는 전지를 제공한다.
본 출원은 광폭의 초박형 리튬 금속박을 짧은 공정으로 제조하기 위한 비동기식 가열 및 캘린더링 장치를 제공하고, 이 장치는 풀링 기재를 권출하기 위한 풀링 기재 권출 유닛; 리튬 스트립을 권출하기 위한 리튬 스트립 권출 유닛; 제 1 캘린더링 롤러, 제 2 캘린더링 롤러 및 히팅 박스를 포함하는 비동기식 가열 및 캘린더링 유닛으로서, 상기 히팅 박스는 제 1 캘린더링 롤러를 가열하기 위해 사용되고, 제 1 캘린더링 롤러는 풀링 기재를 가열하고, 또한 풀링 기재와 리튬 스트립이 복합 스트립으로 결합되도록 제 1 캘린더링 롤러와 제 2 캘린더링 롤러는 평행축을 갖고 서로 대향하여 배열된 비동기식 가열 및 캘린더링 유닛; 및 복합 스트립을 권취하기 위한 권취 유닛을 포함한다. 이 장치에 있어서, 우선 기재가 풀링 기재 권출 유닛에 의해 권출되고, 리튬 스트립이 리튬 스트립 권출 유닛에 의해 권출되어 예비성형된 다음, 이들은 제 1 캘린더링 롤러와 제 2 캘린더링 롤러 사이의 갭으로 동시에 이송되고 결합되어, 복합 스트립 권취 유닛에 의해 최종적으로 권취되는 복합 스트립이 얻어진다. 균일한 두께를 갖는 광폭의 초박형 리튬 금속박은 이 장치에 히팅 박스, 및 비동기식 1차 캘린더링 롤러와 2차 캘린더링 롤러를 제공함으로써 제조될 수 있고, 리튬박은 전지에 적용한 경우 높은 초기 효율을 갖는다. 실험 결과로부터: 리튬박의 폭은 1∼600mm이고; 리튬박의 두께는 1∼20㎛이고; 전지의 초기 효율은 98% 정도로 높고; 리튬 스트립의 횡방향으로는 150포인트가 테스트 포인트로 사용되고, 유효 두께의 상대 오차는 0∼3%이고; 종방향으로는 30포인트가 테스트 포인트로 사용되고, 유효 두께의 상대 오차는 0∼2%이다.
도 1은 본 출원에 따른 짧은 공정으로 광폭의 초박형 리튬 금속박을 제조하기 위한 비동기식 가열 및 캘린더링 장치의 개략 구조도이다.
본 출원은 광폭의 초박형 리튬 금속박을 짧은 공정으로 제조하기 위한 비동기식 가열 및 캘린더링 장치를 제공하고, 상기 장치는:
풀링 기재를 권출하기 위한 풀링 기재 권출 유닛;
리튬 스트립을 권출하기 위한 리튬 스트립 권출 유닛;
리튬 스트립 예비성형 유닛;
제 1 캘린더링 롤러, 제 2 캘린더링 롤러 및 히팅 박스를 포함하는 비동기식 가열 및 캘린더링 유닛으로서; 히팅 박스는 제 1 캘린더링 롤러를 가열하기 위해 사용되고; 제 1 캘린더링 롤러는 풀링 기재를 가열하고, 또한 풀링 기재와 리튬 스트립이 복합 스트립으로 결합되도록 제 1 캘린더링 롤러와 제 2 캘린더링 롤러는 평행축을 갖고 서로 대향하여 배열된 비동기식 가열 및 캘린더링 유닛; 및
복합 스트립을 권취하기 위한 권취 유닛을 포함한다.
도 1을 참조하면, 도 1은 본 출원에 따른 짧은 공정으로 광폭의 초박형 리튬 금속박을 제조하기 위한 비동기식 가열 및 캘린더링 장치의 개략 구조도이고, 여기서 D는 리튬 스트립 권출 유닛, E는 풀링 기재 권출 유닛, F는 리튬 스트립 예비성형 유닛, H는 비동기식 가열 및 캘린더링 유닛, G는 권취 유닛이다.
리튬 스트립 권출 유닛(D)에 있어서, 1은 리튬 스트립 권출 롤러, 2는 제 1 보조 가이드 롤러, 3은 장력 검출 롤러 1, 4는 속도 측정 롤러이고;
풀링 기재 권출 유닛(E)에 있어서, 8은 풀링 기재 권출 롤러, 9는 제 2 보조 가이드 롤러, 10은 제 1 편차 보정 센서, 11은 제 3 보조 가이드 롤러, 12는 제 4 보조 가이드 롤러이고;
리튬 스트립 예비성형 유닛(F)에 있어서, 5는 제 2 편차 보정 센서, 6은 성형 롤러 1, 7은 성형 롤러 2이고;
비동기식 가열 및 캘린더링 유닛(H)에 있어서, A는 제 2 캘린더링 롤러, B는제 1 캘린더링 롤러, 및 C는 히팅 박스이고;
권취 유닛(G)에 있어서, 13은 제 2 장력 검출 롤러, 14는 제 3 편차 보정 센서, 15는 복합 스트립 권취 롤러이고;
P는 풀링 기재, S는 리튬 스트립, Z는 복합 스트립(즉, 풀링 기재와 리튬 스트립이 결합됨)이다.
리튬 스트립이 캘린더링 롤러의 표면에 부착되어 캘린더링 롤러의 표면 오염, 리튬 스트립 재료의 낭비, 및 복합 스트립의 두께 균일성에 대한 후속 영향을 야기하지 않도록 하기 위해, 본 출원에서는 비동기식 가열 및 캘린더링 유닛(즉, 제 2 캘린더링 롤러)에서의 리튬 스트립 측에 가까운 캘린더링 롤러의 표면은 코팅, 바람직하게는 세라믹층 또는 폴리머층으로의 코팅으로 처리된다. 세라믹층은 알루미나, 지르코니아, 산화크롬 및 복합 세라믹 코팅으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하고; 폴리머층은 폴리실록산, 장쇄 알칸 및 파라핀으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함한다.
본 출원에 있어서, 풀링 기재는 바람직하게는 스테인리스강박, 동박, 강박 및 철박으로 이루어진 군에서 선택된다.
본 출원에 있어서, 리튬 스트립 권출 유닛은 차례로 배열된 리튬 스트립 권출 롤러, 제 1 보조 가이드 롤러, 제 1 장력 검출 롤러 및 속도 측정 롤러를 포함하고;
풀링 기재 권출 유닛은 차례로 배열된 기재 권출 롤러, 제 2 보조 가이드 롤러, 제 1 편차 보정 센서, 제 3 보조 가이드 롤러 및 제 4 보조 가이드 롤러를 포함하고;
리튬 스트립 예비성형 유닛은 차례로 배열된 제 2 편차 보정 센서 및 대향하여 배치된 성형 롤러를 포함하고;
권취 유닛은 차례로 배열된 제 2 장력 검출 롤러, 제 3 편차 보정 센서 및 복합 스트립 권취 롤러를 포함한다.
본 출원에 있어서, 제 1 캘린더링 롤러와 제 2 캘린더링 롤러 사이의 속도차에 대하여, 그 각각의 속도는 양자가 비동기식이도록 비동기식 가열 및 캘린더링에서 각각 설정됨으로써, 캘린더링을 수행할 때 리튬 스트립은 제 1 캘린더링 롤러와 제 2 캘린더링 롤러로부터의 반경방향 힘에 영향을 받을 뿐만 아니라, 제 1 캘린더링 롤러와 제 2 캘린더링 롤러로부터의 접선력에 영향을 받음으로써, 초박형 리튬 스트립을 얻는 것이 더욱 용이해진다.
히팅 박스는 풀링 기재와 리튬 스트립을 캘린더링하고 결합시키기 위한 열을 제공하도록 제 1 캘린더링 롤러를 가열할 수 있어서, 캘린더링 동안 고체 리튬 금속 스트립이 반고체 상태를 유지함으로써, 초박형 리튬 스트립을 얻는 것이 더욱 용이해진다.
기재 권출 유닛은 캘린더링된 초박형 리튬 스트립과 이송된 기재의 부착을 제공하고; 리튬 스트립 권출 메커니즘은 캘린더링할 리튬 스트립을 제공 및 이송하고;
예비성형 유닛은 리튬 스트립이 비동기식 가열 및 캘린더링 유닛에 들어가기 전에 양측으로부터 리튬 스트립을 평평하게 함으로써, 리튬 스트립의 두께 일관성을 개선하고 캘린더링 효과에 대한 리튬 스트립의 두께 변동의 악영향을 감소시키고;
리튬 스트립 예비성형 메커니즘은 비동기식 가열 및 캘린더링 유닛의 상류에 배치되고, 양측으로부터 리튬 스트립을 평평하게 하기 위해 사용되고; 예비성형 유닛을 통과한 후, 리튬 스트립은 비동기식 가열 및 캘린더링 유닛에서 제 1 캘린더링 롤러와 제 2 캘린더링 롤러 사이의 갭을 통과한다.
특히, 상기 비동기식 가열 및 캘린더링 장치를 사용하는 구체적인 프로세스는:
풀링 기재(P)를 기재 권출 롤러(8), 제 2 보조 가이드 롤러(9), 제 1 편차 보정 센서(10), 제 3 보조 가이드 롤러(11), 보조 가이드 롤러 4(12), 및 제 2 캘린더링 롤러(A)와 제 1 캘린더링 롤러(B) 사이의 갭에 통과시키고, 최종적으로 권취 롤러(15)에 풀링 기재(P)의 헤드 끝단을 고정하여 풀링 기재(P)를 긴장 상태로 하고; 그 다음 리튬 스트립(S)을 리튬 스트립 권출 롤러(1), 보조 가이드 롤러 1(2), 장력 검출 롤러 1(3), 속도 측정 롤러(4), 및 리튬 스트립 예비성형 기구(F)에 있어서의 편차 보정 센서 2(5), 성형 롤러 1(6)과 성형 롤러 2(7) 사이의 갭에 통과시키고, 최종적으로 캘린더링 롤러(A)와 가열 캘린더링 롤러(B) 사이의 갭에 통과시키고; 이어서, 리튬 스트립(S)을 풀링 기재(P) 상에 접착시키고 리튬 스트립을 긴장 상태로 유지함으로써 프리스레딩(pre-threading)을 행하는 단계;
2단계: 롤러 사이의 갭 조정
제 2 캘린더링 롤러(A)와 제 1 캘린더링 롤러(B) 사이의 상대 거리, 즉 얻어질 것으로 예상되는 초박형 리튬 스트립의 두께를 조정하는 단계;
3단계: 가열
히팅 박스의 온도를 조정함으로써 상기 제 2 캘린더링 롤러(A)와 풀링 기재(P)를 가열하는 단계;
4단계: 속도 조정
제 2 캘린더링 롤러(A)와 제 1 캘린더링 롤러(B)의 상대 속도를 조정하고, 열과 협력하도록 캘린더링된 리튬 스트립에 접선력을 가하여 초박형 리튬 금속을 얻는 단계를 포함한다.
본 출원은 상기 기술적 해결책에 따른 비동기식 가열 및 캘린더링 장치를 사용하여 광폭의 초박형 리튬박을 제조하는 방법을 제공하고, 상기 방법은 하기 단계:
우선 리튬 스트립을 권출하고 예비성형하는 단계, 그 다음 제 1 캘린더링 롤러와 제 2 캘린더링 롤러 사이의 갭에서 리튬 스트립을 권출된 풀링 기재와 함께 비동기식으로 가열 및 캘린더링하는 단계, 최종적으로 권취하여 복합 스트립을 얻는 단계를 포함하고;
상기 비동기식 가열 및 캘린더링의 처리 온도는 50∼250℃이고; 제 2 캘린더링 롤러와 제 1 캘린더링 롤러의 회전 속도 비율은 1:1.1∼8이다.
본 출원에 있어서, 히팅 박스를 사용하여 제 1 캘린더링 롤러를 가열한 다음, 제 1 캘린더링 롤러와 제 2 캘린더링 롤러 사이의 비동기성(즉, 속도가 다름)이 결합하여, 성능이 우수한, 즉 초기 효율이 높은 전지를 제조하는 데 사용될 수 있는 초박형 리튬 스트립이 얻어진다.
본 출원에 있어서, 상기 비동기식 가열 및 캘린더링의 처리 온도는 50∼250℃이고; 특정 실시형태에 있어서, 비동기식 가열 및 캘린더링의 처리 온도는 80℃ 또는 120℃이다.
비동기식 가열 및 캘린더링의 처리 압력은 바람직하게는 3∼6T이고; 특정 실시형태에 있어서, 비동기식 가열 및 캘린더링의 처리 압력은 4T 또는 5T이다.
제 1 캘린더링 롤러와 제 2 캘린더링 롤러의 회전 속도 비율은 1:1.1∼8이다. 제 1 캘린더링 롤러의 속도는 바람직하게는 1∼5m/min이고, 제 2 캘린더링 롤러의 속도는 바람직하게는 1∼10m/min이다. 특정 실시형태에 있어서, 제 1 캘린더링 롤러의 속도는 3m/min이고; 제 2 캘린더링 롤러의 속도는 1.5m/min 또는 2m/min이다.
본 출원에 있어서, 리튬 스트립의 권출 속도는 0.1∼3m/min이고; 풀링 기재의 권출 속도는 0.1∼20m/min이다. 권출 동안의 리튬 스트립의 장력은 5∼100N이고; 권출 동안의 풀링 기재 및 리튬 스트립의 편차 보정 정확도는 바람직하게는 모두 ±0.2mm이다.
본 출원은 상기 기술적 해결책에 따른 방법에 의해 제조된 광폭의 초박형 리튬박을 제공하고;
리튬박의 폭은 1∼600mm이고; 리튬박의 두께는 1∼20㎛이다.
리튬박의 폭은 80∼100mm인 것이 바람직하다.
본 출원은 상기 기술적 해결책에 따른 광폭의 초박형 리튬박을 포함하는 전지를 제공한다.
본 출원에 있어서, 상기 SiOC 전극판은 상기 초박형 리튬박으로 전리튬화되고, NCA와 조립되어 전지를 형성한다.
상기 기술적 해결책에 따른 광폭의 초박형 리튬박으로 이루어진 전지는 초기 쿨롱 효율, 즉 초기 효율이 비교적 높다.
본 출원을 더욱 설명하기 위해, 본 출원에 따른 비동기식 가열 및 캘린더링 장치, 광폭의 초박형 리튬 금속박, 및 그 제조 방법 및 적용을 하기 실시예를 참조하여 이하에 상세히 설명하지만, 그들은 본 출원의 보호 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예
1
풀링 기재(P)를 기재 권출 롤러(8), 제 2 보조 가이드 롤러(9), 제 1 편차 보정 센서(10), 제 3 보조 가이드 롤러(11), 보조 가이드 롤러 4(12), 및 제 2 캘린더링 롤러(A)와 제 1 캘린더링 롤러(B) 사이의 갭에 통과시키고, 최종적으로 권취 롤러(15)에 풀링 기재(P)의 헤드 끝단을 고정하여 풀링 기재(P)를 긴장 상태로 하고; 그 다음 리튬 스트립(S)을 리튬 스트립 권출 롤러(1), 보조 가이드 롤러 1(2), 장력 검출 롤러 1(3), 속도 측정 롤러(4) 및 리튬 스트립 예비성형 메커니즘(F)에 있어서의 편차 보정 센서 2(5), 성형 롤러 1(6)과 성형 롤러 2(7) 사이의 갭에 통과시키고, 최종적으로 캘린더링 롤러(A)와 가열 캘린더링 롤러(B) 사이의 갭에 통과시키고; 이어서, 리튬 스트립(S)을 풀링 기재(P) 상에 접착시키고 리튬 스트립을 긴장 상태로 유지함으로써 프리스레딩이 행해지고;
여기서, 상기 풀링 기재(P)는 10㎛ 동박이고, 스트립의 프리스레딩이 완료된 후, 캘린더링 롤러(A)와 캘린더링 롤러(B) 사이의 상대 거리를 11㎛로 조정하고, 히팅 박스의 온도를 120℃로 조정하고, 캘린더링 롤러(B)를 가열하고; 캘린더링 롤러(A)의 속도를 1.5m/min으로, 캘린더링 롤러(B)의 속도를 3m/min으로, 캘린더링 롤러 사이의 압력을 5T로 조정하고, 최종적으로 권취 유닛(G)의 연속 권취를 통해 두께가 20㎛이고 폭이 80mm인 복합 스트립(Z)이 얻어지며, 여기서 리튬 스트립의 유효 두께는 10㎛이다.
본 출원에 있어서, SiOC 전극판은 실시예 1에서 제조된 초박형 리튬박으로 전리튬화되고, NCA와 조립되어 전지를 형성한다. 테스트 결과, 초기 쿨롱 효율은 98%이다. 비-전리튬화 SiOC-NCA 전지의 초기 효율은 단지 76%이다.
중간 부분에서의 50cm 리튬 스트립을 무작위로 선택하고, 횡방향으로 약 1cm마다 포인트를 취해 두께를 측정하고, 특히 리튬 스트립의 양측과 중앙부의 두께를 총 150포인트 측정하고; 종방향으로 1cm마다 포인트를 취해 두께를 측정하고, 특히 리튬 스트립의 양측과 중앙부의 두께를 총 24포인트 측정한다.
실시예
2
풀링 기재(P)를 기재 권출 롤러(8), 제 2 보조 가이드 롤러(9), 제 1 편차 보정 센서(10), 제 3 보조 가이드 롤러(11), 보조 가이드 롤러 4(12), 및 제 2 캘린더링 롤러(A)와 제 1 캘린더링 롤러(B) 사이의 갭에 통과시키고, 최종적으로 권취 롤러(15)에 풀링 기재(P)의 헤드 끝단을 고정하여 풀링 기재(P)를 긴장 상태로 하고; 그 다음 리튬 스트립(S)을 리튬 스트립 권출 롤러(1), 보조 가이드 롤러 1(2), 장력 검출 롤러 1(3), 속도 측정 롤러(4), 및 리튬 스트립 예비성형 메커니즘(F)에 있어서의 편차 보정 센서 2(5), 성형 롤러 1(6)과 성형 롤러 2(7) 사이의 갭에 통과시키고, 최종적으로 캘린더링 롤러(A)와 가열 캘린더링 롤러(B) 사이의 갭에 통과시키고; 이어서, 리튬 스트립(S)을 풀링 기재(P) 상에 접착시키고 리튬 스트립을 긴장 상태로 유지함으로써 프리스레딩이 행해지고;
여기서, 풀링 기재(P)는 10㎛ 스테인리스강박이고, 스트립의 프리스레딩이 완료된 후, 캘린더링 롤러(A)와 캘린더링 롤러(B) 사이의 상대 거리를 22㎛로 조정하고, 히팅 박스의 온도를 80℃로 조정하고, 캘린더링 롤러(B)를 가열하고; 캘린더링 롤러(A)의 속도를 2m/min으로, 캘린더링 롤러(B)의 속도를 3m/min으로, 캘린더링 롤러 사이의 압력을 4T로 조정하고, 최종적으로 권취 유닛(G)의 연속 권취를 통해 두께가 30㎛이고 폭이 100mm인 복합 스트립(Z)이 얻어지며, 여기서 리튬 스트립의 유효 두께는 20㎛이다.
본 출원에 있어서, SiOC 전극판은 실시예 2에서 제조된 초박형 리튬박으로 전리튬화되고, NCA와 조립되어 전지를 형성한다. 테스트 결과, 초기 쿨롱 효율은 98%이다.
중간 부분에서의 50cm 리튬 스트립을 무작위로 선택하고, 횡방향으로 약 1cm마다 포인트를 취해 두께를 측정하고, 특히 리튬 스트립의 양측과 중앙부의 두께를 총 150포인트 측정하고; 종방향으로 1cm마다 포인트를 취해 두께를 측정하고, 특히 리튬 스트립의 양측과 중앙부의 두께를 총 30포인트 측정한다.
상기 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 출원은 광폭의 초박형 리튬 금속박을 짧은 공정으로 제조하기 위한 비동기식 가열 및 캘린더링 장치를 제공하고, 이 장치는 풀링 기재를 권출하기 위한 풀링 기재 권출 유닛; 리튬 스트립을 권출하기 위한 리튬 스트립 권출 유닛; 제 1 캘린더링 롤러, 제 2 캘린더링 롤러 및 히팅 박스를 포함하는 비동기식 가열 및 캘린더링 유닛으로서, 히팅 박스는 제 1 캘린더링 롤러를 가열하기 위해 사용되고; 제 1 캘린더링 롤러는 풀링 기재를 가열하고, 또한 풀링 기재와 리튬 스트립이 복합 스트립으로 결합되도록 제 1 캘린더링 롤러와 제 2 캘린더링 롤러는 평행축을 갖고 서로 대향하여 배열된 비동기식 가열 및 캘린더링 유닛; 및 복합 스트립을 권취하기 위한 권취 유닛을 포함한다. 이 장치에 히팅 박스, 및 비동기식 1차 캘린더링 롤러와 2차 캘린더링 롤러를 제공함으로써 균일한 두께의 광폭의 초박형 리튬 금속박이 제조될 수 있으며, 또한 리튬박은 전지에 적용한 경우 높은 초기 효율을 갖는다. 실험 결과로부터: 리튬박의 폭은 1∼600mm이고; 리튬박의 두께는 1∼20㎛이고; 전지의 초기 효율은 98% 정도로 높고; 리튬 스트립의 횡방향으로는 150포인트를 테스트 포인트로 사용하고, 유효 두께의 상대 오차는 0∼3%이고; 종방향으로는 30포인트를 시험 포인트로 사용하고, 유효 두께의 상대오차는 0∼2%이다.
상기는 본 출원의 바람직한 실시형태일 뿐이다. 본 출원의 원리를 벗어나지 않고 수개의 개선 및 수정이 이루어질 수 있고, 이들은 본 출원의 보호 범위 내에 속하는 것으로 간주되어야 한다는 것을 당업자는 유념해야 한다.
Claims (9)
- 광폭의 초박형 리튬 금속박을 짧은 공정으로 제조하기 위한 비동기식 가열 및 캘린더링 장치로서,
풀링 기재를 권출하기 위한 풀링 기재 권출 유닛;
리튬 스트립을 권출하기 위한 리튬 스트립 권출 유닛;
리튬 스트립 예비성형 유닛;
제 1 캘린더링 롤러, 제 2 캘린더링 롤러 및 히팅 박스를 포함하는 비동기식 가열 및 캘린더링 유닛으로서, 상기 히팅 박스는 제 1 캘린더링 롤러를 가열하기 위해 사용되고; 상기 제 1 캘린더링 롤러는 상기 풀링 기재를 가열하고, 또한 상기 풀링 기재와 상기 리튬 스트립이 복합 스트립으로 결합되도록 상기 제 1 캘린더링 롤러와 상기 제 2 캘린더링 롤러는 평행축을 갖고 서로 대향하여 배열된 비동기식 가열 및 캘린더링 유닛; 및
상기 복합 스트립을 권취하기 위한 권취 유닛을 포함하는 비동기식 가열 및 캘린더링 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 캘린더링 롤러의 표면은 세라믹층 또는 폴리머층으로 코팅되고; 상기 세라믹층은 알루미나, 지르코니아, 산화크롬 및 복합 세라믹 코팅으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하고; 상기 폴리머층은 폴리실록산, 장쇄 알칸 및 파라핀으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 비동기식 가열 및 캘린더링 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 리튬 스트립 권출 유닛은: 차례로 배열된 리튬 스트립 권출 롤러, 제 1 보조 가이드 롤러, 제 1 장력 검출 롤러 및 속도 측정 롤러를 포함하고;
상기 풀링 기재 권출 유닛은: 차례로 배열된 기재 권출 롤러, 제 2 보조 가이드 롤러, 제 1 편차 보정 센서, 제 3 보조 가이드 롤러 및 제 4 보조 가이드 롤러를 포함하고;
상기 리튬 스트립 예비성형 유닛은: 차례로 배열된 제 2 편차 보정 센서 및 서로 대향하여 배치된 성형 롤러를 포함하고; 또한
상기 권취 유닛은: 차례로 배열된 제 2 장력 검출 롤러, 제 3 편차 보정 센서 및 복합 스트립 권취 롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 비동기식 가열 및 캘린더링 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 풀링 기재는 스테인레스강박, 동박, 강박 및 철박으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 비동기식 가열 및 캘린더링 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 비동기식 가열 및 캘린더링 장치를 사용하여 광폭의 초박형 리튬박을 제조하는 방법으로서:
우선 리튬 스트립을 권출하고 예비성형하는 단계, 그 다음 제 1 캘린더링 롤러와 제 2 캘린더링 롤러 사이의 갭에서 상기 리튬 스트립을 권출된 풀링 기재와 함께 비동기식으로 가열 및 캘린더링하는 단계, 및 최종적으로 권취하여 복합 스트립을 얻는 단계를 포함하고;
상기 비동기식 가열 및 캘린더링의 처리 온도는 50∼250℃이고; 상기 제 2 캘린더링 롤러와 상기 제 1 캘린더링 롤러의 회전 속도 비율은 1:1.1∼8인 광폭의 초박형 리튬박의 제조 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 리튬 스트립의 권출 속도는 0.1∼3m/min이고; 상기 풀링 기재의 권출 속도는 0.1∼20m/min인 것을 특징으로 하는 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 리튬 스트립의 권출 장력은 5∼100N이고; 상기 풀링 기재와 상기 리튬 스트립의 권출의 편차 보정 정확도는 모두 ±0.2mm인 것을 특징으로 하는 방법. - 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 방법으로 제조된 광폭의 초박형 리튬박으로서,
상기 리튬박의 폭은 1∼600mm이고, 상기 리튬박의 두께는 1∼20㎛인 것을 특징으로 하는 광폭의 초박형 리튬박. - 제 8 항에 기재된 광폭의 초박형 리튬박을 포함하는 전지.
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