TW202319615A - 用於用粉末狀電極前驅體材料製造電極膜的砑光機，對應的方法以及對應的電極膜 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於用粉末狀電極前驅體材料製造電極膜的砑光機，具有至少一個第一擠壓輥以及反向於第一擠壓輥旋轉的第二擠壓輥，在此等擠壓輥之間形成一輥隙，其中，該砑光機適於在該粉末狀電極前驅體材料穿過該輥隙的過程中對其施加剪力，並且在此情形下形成電極膜，其特徵在於，該第一或第二擠壓輥中之至少一者具有至少一個預緊裝置，其用於抵抗在輥隙中因壓實操作而產生之非軸向的、特別是徑向及/或切向的作用於相應擠壓輥的力向量而將擠壓輥預緊，該預緊裝置用於調節預緊方向以及/或者預緊力的大小。本發明還有關於一種用粉末狀電極前驅體材料製造具有均勻厚度的電極膜的方法，以及一種對應的電極膜。

Description

用於用粉末狀電極前驅體材料製造電極膜的砑光機，對應的方法以及對應的電極膜
本發明係有關於一種用於用粉末狀電極前驅體材料製造電極膜的砑光機，具有至少一個第一擠壓輥以及反向於第一擠壓輥旋轉的第二擠壓輥，在此等擠壓輥之間形成一輥隙，其中，該砑光機適於在該粉末狀電極前驅體材料穿過該輥隙的過程中對其施加剪力，並且在此情形下形成電極膜。
電極可應用在蓄電單體中，蓄電單體被廣泛地用於為電子設備、機電設備、電化學設備以及其他有用的設備供電。此類單體包括諸如一次化學電池及二次化學電池的電池、燃料電池、以及含超級電容器在內的不同類型的電容器。電極亦可應用在水處理裝置中。特別是電動交通取得了明顯增長。其中，電驅動車輛中之能量載體，即電池，佔據成本之一大部分。這與電池之生產直接相關。有鑒於此，需要實現高效且低成本的生產，並且同時提昇能量密度。決定性因素在於用於製造電池單體（如鋰離子電池單體）的製程鏈內的砑光製程。
對於儲能器之儲存電勢而言，核心組件為電極。電極之電化學能力，例如電池電極之電容以及效率，由各種因素決定。其中包括：活性材料、黏合劑以及添加劑之分佈，包含於其中之材料的物理特性，如活性材料之粒度以及表面積，活性材料之表面特性，以及電極膜之物理特性，如密度、孔隙度、內聚性以及在傳導元件上之附著力。就乾式處理系統以及乾式處理法而言，傳統的方案為採用具有高剪切力及/或高壓力的處理步驟，用以將電極膜材料打碎及混合。此類系統及方法有助於實現較之於濕式製造之電極膜的結構優勢。然而，為了製造乾式自承式電極膜以及乾式電極，需要高處理壓力以及較大之設備尺寸（空間需求進而亦較大），故仍有改進空間。
公開案US 2020 / 0 227 722 A1揭示過一種用於製造針對儲能裝置的乾式電極的多輥砑光機。此系統包括針對乾式電極材料的第一供給系統、數個相繼佈置之砑光輥以及控制系統。此等砑光輥係以在其之間形成各一間隙的方式佈置。第一輥隙適於自該針對乾式電極材料的第一供給系統接收乾式電極材料，並且自此乾式電極材料形成乾式電極膜。
先前技術中習知之多輥砑光機的缺點在於，砑光輥可能因在輥隙中起作用之力而側移，並且出現待製造之電極膜之厚度的不精確性或發生設備中之振動。選擇的輥寬愈大且選擇的輥直徑愈小，問題便愈發嚴重。然而，在對鋰離子電池單體的需求攀升的過程中，為了提昇設備產率以及為了改進電極品質，需要使用具有較大寬度以及部分較小之直徑的輥子。因此，存在對克服上述問題的解決方案的需求。
有鑒於此，本發明之目的在於，如此改進砑光機，使其實現更高的製程穩定性並且適於製造更加均勻的電極膜。據此，本發明之砑光機實現有所簡化且成本效益更高的製造電極的方法。
本發明用以達成上述目的之解決方案為具有獨立項之相應特徵的一種裝置、一種方法或一種電極膜。
據此提出，該第一或第二擠壓輥中之至少一者具有至少一個預緊裝置，其用於抵抗在輥隙中因壓實操作而產生之非軸向的、特別是徑向及/或切向的作用於相應擠壓輥的力向量將擠壓輥預緊，該預緊裝置用於調節預緊方向以及/或者預緊力的大小。
本發明之砑光機的主要優點在於，透過砑光機構成之電極幅面毋需自承，因為該電極幅面若非在所有製程步驟期間、便是至少在若干製程步驟期間能夠定位在砑光輥上並由此砑光輥承載。該電極幅面例如可以在處於多輥砑光系統內之所有製程步驟（含將電極幅面層合至金屬箔上用以構成電極的層合步驟在內）期間被至少一個砑光輥承載。
藉由本發明之砑光機製造之儲能裝置可以具有任意適合的配置，例如呈平面狀、螺旋捲繞、紐扣狀、鋸齒狀或建構為軟包。該儲能器可為系統之組件，例如為發電系統之組件、不間斷電源系統（UPS）之組件、光電伏打發電系統之組件、用於應用在工業機械及/或運輸業中之能量回收系統之組件。該儲能裝置可用於運行各種電子設備以及/或者機動車輛，含混合式電動車輛（HEV）、插電式混合式電動車輛（PHEV）以及/或者電動車輛（EV）在內。
可採用以下方案：兩個擠壓輥分別透過其端側輥頸支承在一機器框架中，其中，該預緊裝置係對應該第一或第二擠壓輥之至少一個支承件，其中，該輥頸係可藉由該預緊裝置沿任意徑向方向並且以可調節之數量級相對該至少一個支承件偏移。該等擠壓輥可分別具有一中心砑光區段，其直徑比輥頸更大。該輥隙可形成於該等砑光區段之間，故輥隙長度可等於砑光區段之長度。可採用以下方案：以在輥隙長度範圍內均勻的方式將該粉末狀電極前驅體材料送入該輥隙，從而產生具有儘可能均勻之厚度分佈的電極膜。
特別是可採用以下方案：該預緊裝置可具有雙偏心裝置，其中，該雙偏心裝置具有一內部偏心套筒以及一外部偏心套筒，其係可相互獨立地扭轉。其中，該內部偏心套筒可至少局部地容置在該外部偏心套筒中。其中，該內部偏心套筒之外表面可與該外部偏心套筒之內表面相對。在該內部偏心套筒與該外部偏心套筒之間可設有間隙。該內部偏心套筒可局部地自該外部偏心套筒伸出。該外部偏心套筒可具有一背離該內部偏心套筒延伸的區段。該內部偏心套筒之外徑可小於該外部偏心套筒之內徑。該內部偏心套筒還可具有用於容置輥頸的內部孔。該內部偏心套筒之內孔以及該外部偏心套筒之內孔可相對相應的外徑偏心佈置。該內部套筒之偏心度與該外部偏心套筒之偏心度可如此相互匹配，使得在起始位置中，容置於該內部偏心套筒中之輥頸係居中地容置或定位在該雙偏心裝置中。該砑光機可具有用於將該內部偏心套筒軸向扭轉的裝置。該砑光機還可具有用於將該外部偏心套筒軸向扭轉的裝置。如此便能使內部偏心套筒與外部偏心套筒相互獨立地扭轉。可採用以下方案：可透過該內部偏心套筒與該外部偏心套筒之相對彼此的相對扭轉調節偏移之數量級。此外可採用以下方案：該偏移之方向係可藉由兩個偏心套筒之相對該軸頸的共同扭轉調節。該雙偏心裝置可在與附屬之輥子支承件的共同作用下引起輥子之彎曲。該輥子支承件可以進一步朝向輥子中心、與該雙偏心裝置間隔一定距離的方式佈置在該輥子上。
該第一或第二擠壓輥可以可旋轉地支承在該內部偏心套筒中。其中，相應的輥頸可至少局部地伸入該預緊裝置或該內部偏心套筒。
此外可採用以下方案：該外部偏心套筒係以可相對設於該機器框架中之孔旋轉的方式支承，該預緊裝置係容置在該孔中。該孔可直接置入該機器框架中。作為替代方案，該孔可為插入該機器框架中之圓柱套筒。其中，在該孔與該外部偏心套筒之間可形成或設有第一徑向軸承。
此外可採用以下方案：該內部偏心套筒係以可相對該外部偏心套筒旋轉的方式支承。其中，在該外部偏心套筒與該內部偏心套筒之間可形成或設有第二徑向軸承。
此外，在該內部偏心套筒與該輥頸之間可形成或設有第三徑向軸承。其中，該第一及/或第二及/或第三徑向軸承可建構為圓柱滾子軸承或者建構為滾針軸承。
為了在輥隙中產生足夠的壓緊力，以及為了提供用於產生預緊力的對配軸承，可以與該第一擠壓輥鄰接的方式設有第一支撐輥並且以與該第二擠壓輥鄰接的方式設有第二支撐輥，其分別以與此等擠壓輥反向的方式旋轉。其中特別是可採用以下方案：該等支撐輥之直徑大於該第一及第二擠壓輥。舉例而言，該等輥子可具有約150-250 mm、較佳200 mm的直徑，以及，該等支撐輥可具有600-800 mm、較佳700 mm的直徑。可採用以下方案：在該雙偏心裝置之起始位置中，該等擠壓輥之軸線與該等支撐輥之軸線係在一平面中相互對準。
可採用以下方案：該第一擠壓輥與該第一支撐輥在彼此上滾動，以及，在該第二擠壓輥與該第二支撐輥之間建構有一供該電極膜穿過的輥隙，其中，該第二擠壓輥適於圍繞第二擠壓輥之頂側或底側導引該電極膜。其中，在該第一支撐輥與該第一擠壓輥之間可設有直接接觸，使得第一擠壓輥能夠支撐在第一支撐輥上。透過該設有的輥隙，該第二擠壓輥與該第二支撐輥可相互間隔一定距離。然而，該第二擠壓輥可透過該穿過輥隙的電極膜間接地支撐在該第二支撐輥上。
在該介於第一與第二擠壓輥之間之輥隙的上方，可設有一用於將粉末狀電極前驅體材料連續輸送入該輥隙的裝置。該裝置可具有將該粉末狀電極前驅體材料容置的料斗，該料斗可在整個輥隙寬度之範圍內延伸。該料斗可在其底側上具有一用於將粉末針對性地輸送入輥隙中的輸送間隙。
可採用以下方案：該第一或第二擠壓輥中之至少一者在其相對之輥頸上分別具有一預緊裝置。但亦可採用以下方案：該第一擠壓輥以及該第二擠壓輥皆在其相對之輥頸上分別具有一預緊裝置。如此便可將兩個擠壓輥相互獨立地抑或抵向彼此預緊。
本發明還有關於一種用粉末狀電極前驅體材料製造具有均勻厚度的電極膜的方法，具有以下步驟：
將粉末狀電極前驅體材料輸送入由兩個擠壓輥形成之輥隙；
使得該粉末狀電極前驅體材料穿過該輥隙，其中，在穿過輥隙的過程中對該粉末狀電極前驅體材料施加剪力，從而形成電極膜；
對該二擠壓輥中之至少一者施加預緊力，從而抵抗因該粉末狀電極前驅體材料穿過輥隙而產生於相應擠壓輥上之力向量。
可採用以下方案：該施加預緊力包括使得相應擠壓輥之至少一個輥頸徑向偏移。
還可採用以下方案：該至少一個輥頸之徑向偏移包括設於該輥頸上之雙偏心裝置之相對及/或相同形式的扭轉。其中，該相對及/或相同形式的扭轉特別是可涉及該雙偏心裝置之內部及外部偏心套筒。
可採用以下方案：該徑向偏移包括該等擠壓輥中之至少一者之兩個相對的輥頸的偏移，其中，使得兩個輥頸皆沿同一方向徑向偏移。其中，同一方向可表示：兩個輥頸皆向下偏移，或在輥子軸線之俯視圖中水平地朝向輥子軸線之一側偏移。
此外可採用以下方案：該徑向偏移包括該二擠壓輥之各二相對之輥頸的偏移，其中，該等相對之輥頸皆沿同一方向偏移，以及，使得該第一及第二擠壓輥之輥頸沿同一方向或沿正對之方向偏移。舉例而言，相鄰之輥頸可皆向下或向上偏移，相向偏移，或背離彼此偏移。
該方法還可包括：藉由分別徑向作用於擠壓輥的線力，將該二擠壓輥分別支撐在擠壓輥之背離輥隙的一側上。該線力例如可分別透過與該二擠壓輥鄰接佈置之支撐輥傳遞。
本發明還有關於一種電極膜，其具有均勻之厚度，使得電極膜之在其寬度範圍內的厚度變化不超出10 µm，可透過使粉末狀電極前驅體材料穿過形成於第一與第二擠壓輥之間之輥隙並且在此過程中對該粉末狀電極前驅體材料施加剪力從而形成一電極膜而獲得，其中，對該等擠壓輥中之至少一者施加預緊力，從而抵抗因該粉末狀電極前驅體材料穿過該輥隙而產生於相應擠壓輥上之力向量。
該電極膜可為陽極膜、陰極膜、分隔膜、集電極膜、中間層膜、膠膜、底漆膜中之一或數個，或者為由前述膜中之數個構成之層合物。
圖1示出例示性雙偏心裝置99，其用於使輥頸205以與相應擠壓輥201、202之中軸線正交的方式以任意角度以及以可調節之數量級偏移。雙偏心裝置99具有外部偏心套筒101，其內部孔係相對外徑偏心。雙偏心裝置99還具有內部偏心套筒102，其內部孔係在起始位置中與該外部偏心套筒之外徑同心。雙偏心裝置99係如此配置，使得此雙偏心裝置透過該具有預緊裝置100之輥頸205的偏移將撓曲施加至擠壓輥201、202，使得擠壓輥之撓曲能夠被在輥隙中透過電極粉末產生之力向量F抵消。該內部及外部偏心套筒102、103係可相對彼此或沿相同方向扭轉，使得該內部偏心套筒之內部孔之偏心度係可調，其中，偏移之方向及度數係可變。偏心套筒102、102中之每一者皆具有一厚區段以及一與該厚區段相對之薄區段。在上述起始位置中，外部偏心套筒101之厚區段係與內部偏心套筒102之薄區段靠近，以及，外部偏心套筒101之薄區段係與內部偏心套筒102之厚區段靠近。相應地，在兩個偏心套筒101、102相對彼此發生180°相對扭轉的情況下，能夠實現最大可能的偏心偏移。
圖2示出了分別具有預緊裝置100之擠壓輥201之兩個相對之輥頸205上之可能的撓曲，其可透過偏心套筒101、102相對其起始位置的旋轉實現。這包含偏心套筒101、102之導致輥頸205豎直向下偏移的旋轉，偏心套筒101、102之導致輥頸205水平向左偏移的旋轉，偏心套筒101、102之導致輥頸205豎直向上偏移的旋轉，偏心套筒101、102之導致輥頸205水平向右偏移的旋轉。其中，分別示出內部偏心套筒以及外部偏心套筒之相應的扭轉方向。舉例而言，為了使輥頸205豎直向上偏移，首先如圖所示那般使得外部偏心套筒101與內部偏心套筒102一起逆時針扭轉約120°，且隨後使得內部偏心套筒102相對外部偏心套筒101順時針向回轉約90°。如透過示出的方向箭頭展示的那般，以相應的方式設置更多的偏移位置。
圖3為砑光機10之側視圖，該砑光機示出在根據一實施方式之整合式輥壓系統中，輥子201、202之相對支撐輥301、302的佈局。砑光機10用於製造在兩側皆塗佈有電極膜613的分隔膜303。佈局2具有兩個在端側定位在彼此上之砑光機配置，其具有相反的主輸送方向Y1、Y2。該等砑光機配置分別具有六個輥子301、201、202、302、401，其中，輸入側末端輥子301皆建構為直接在第一擠壓輥201上滾動之支撐輥301，以及，該等輸出側末端輥子形成一共同的末端輥隙13。沿豎向自上而下地將分隔膜303輸送至末端輥隙13，藉由在該二砑光機配置中製造之電極膜613對分隔膜進行兩側塗佈，使得經塗佈之分隔膜303沿豎向向下離開末端輥隙13，且隨後可對該分隔膜進行定尺剪切以及/或者捲繞或進一步處理。
圖4示出在無偏移、因而一或數個設於擠壓輥201、202上之預緊裝置100處於其起始位置中的情況下，擠壓輥201、202之定向。此定向包括擠壓輥201，其係在第二擠壓輥202旁定位並且平行於此第二擠壓輥。
圖5A-5D示出在擠壓輥之偏移之定向抵抗在輥隙210中起作用之力向量F的情況下，內部以及外部偏心套筒102、202對擠壓輥201、202的共同作用。圖5A示出擠壓輥201與第二擠壓輥202之定向，其中，第一擠壓輥201之偏心套筒102、102係如此定向，從而產生輥頸205之水平向左的偏移以及水平向右之輥子撓曲，以及，第二擠壓輥202之偏心套筒102、102係如此定向，從而產生輥頸205之水平向右的偏移以及水平向左之輥子撓曲。圖5B示出擠壓輥201與第二擠壓輥202之定向，其中，第一擠壓輥201之偏心套筒102、102係如此定向，從而產生輥頸205之水平向右的偏移以及水平向左之輥子撓曲，以及，第二擠壓輥202之偏心套筒102、102係如此定向，從而產生輥頸205之水平向左的偏移以及水平向右之輥子撓曲。圖5C示出擠壓輥201與第二擠壓輥202之定向，其中，第一擠壓輥201之偏心套筒102、102係如此定向，從而產生輥頸205之豎直向上的偏移以及豎直向下之輥子撓曲，以及，第二擠壓輥202之偏心套筒102、102係如此定向，從而產生輥頸205之豎直向下的偏移以及豎直向上之輥子撓曲。圖5D示出擠壓輥201與第二擠壓輥202之定向，其中，第一擠壓輥201之偏心套筒102、102係如此定向，從而產生輥頸205之豎直向下的偏移以及豎直向上之輥子撓曲，以及，第二擠壓輥202之偏心套筒102、102係如此定向，從而產生輥頸205之豎直向上的偏移以及豎直向下之輥子撓曲。
圖6A-6B示出包含支撐輥301、302之擠壓輥201、202之定向以及該等輥子之用於產生電極膜613的應用。其中包括並排佈置之輥子之佈局，自左向右包含第一支撐輥301、第一擠壓輥201、第二擠壓輥202以及第二支撐輥302，其皆相互對準。將粉末狀電極前驅體材料905自上而下地置入介於該二擠壓輥201、202之間之輥隙210中，並在此輥隙中將該粉末狀電極前驅體材料成型成電極膜613，該電極膜在擠壓輥201、202之底側處離開輥隙210。
圖7A-7B示出不容許的厚度公差，其係在擠壓輥201、202未透過本發明之預緊裝置100預緊的情況下因該等擠壓輥之撓曲而產生。透過因輸送電極粉末905穿過輥隙210而在輥隙210中產生之壓緊力，擠壓輥201、202經歷向上撓曲，或此等擠壓輥回避該等壓緊力。這導致產生具有不容許之厚度公差的電極膜613，其中，該膜之厚度特別是可朝向中心增大。如圖7B所示，擠壓輥201、202之回避特性亦可不對稱，使得擠壓輥201、202中之僅一者發生偏移，或者使得此等擠壓輥發生不同程度的偏移。在所示示例中，僅第二擠壓輥202向上回避，而第一擠壓輥201不經歷撓曲。原因在於，在第一擠壓輥201與第一支撐輥301之間因直接接觸而存在較大的摩擦，而第二擠壓輥202與電極膜613之摩擦則較小。
圖8A-8B示出具有均勻之層厚的電極膜613，其透過根據一實施方式之正確定向的擠壓輥201、202產生。透過經正確調節之預緊裝置100，該二擠壓輥201、202係正確定向，故無淨偏移或存在於輥隙中之製程力及預緊力補償，如此便能產生具有均勻之厚度分佈的膜613。圖8B闡釋電極膜613之進一步運輸，該電極膜被沿主輸送方向圍繞輥子曲折導引。
在工作期間使得擠壓輥201、202發生偏移，從而調節膜613，該膜係在乾燥之粉末混合物905穿過輥隙210時形成。在一些實施方式中，輥頸205之偏移為約5 μm、約10 μm、約15 μm、約20 μm、約25 μm、約30 μm、約35 μm、約40 μm、約45 μm、約50 μm、約55 μm、約60 μm、約65 μm、約70 μm、約75 μm、約80 μm、約85 μm、約90 μm、約95 μm或約100 μm， 皆相對直徑為約200 mm的輥子而言。作為替代方案，可將撓曲程度表述為基於壓緊輥之總尺寸選擇的比率。在一實施方式中，相對輥子偏移除以輥子直徑之值而言，撓曲比率為2.5 x 10 -5至約0.0005，約5 x 10 -5至約0.0005，或約7.5 x 10 -5至約0.0005。儘管上述值係基於直徑為200 mm的擠壓輥給出，但輥子之直徑並不受此限制。
除了輥子偏移之數值以及方向以外，透過僅旋轉與每個單獨的輥子連接的偏心套筒，能夠單獨控制擠壓輥201、202。藉此，使用者能夠進一步控制介於輥子之間之距離，進而能夠控制在輥子之間穿過之薄膜的厚度。旋轉方向不受限制，並且，偏心套筒101、102中之每一個皆可單獨旋轉任意程度。此外，與特定之擠壓輥連接的每個單獨的偏心軸承皆可調節，藉此能夠額外地控制每個輥子之撓曲。
在一些實施方式中，擠壓輥201、202具有凸度，其用於進一步提昇將輥子施加至電極膜613上時的準確度及精度。在使輥子偏移或對其進行其他操縱的情況下，該凸度確保接觸面以及膜輪廓及膜厚度保持扁平及準確。該凸度之高度不受限制，並係根據特定薄膜之要求以及為每個輥子選擇的撓曲而選取。在一些實施方式中，壓緊輥之凸度為約3 µm、約4 µm、約5 µm、約6 µm、約7 µm、約8 µm、約9 µm、約10 µm，或為上述值之任意範圍，如約3 µm至約10 µm、約4 µm至約9 µm、或約4 µm至8 µm。
透過擠壓輥201、202形成的膜613不受限制，並且可為金屬、聚合物、紙張、陶瓷，或者為由上述中之一或數個構成之混合物或層合物。在特定的實施方式中，用乾燥的粉末形成該膜，該膜隨後形成鋰離子電池之一部分。在用乾燥粉末形成膜的情況下，將該膜成型成用於構造電池單體的陰極或陽極。
除了透過調節介於擠壓輥201、202之間之輥隙210來控制膜厚度以外，亦可使用擠壓輥201、202以及預緊裝置100來調節施加至膜上的壓力。在不設外部結構或裝置的情況下，由第一擠壓輥201或第二擠壓輥202施加，並且僅歸因於由偏心軸承進行之調節的力的大小至多為約75 kN，至多為約50 kN，至多為約25 kN，為約1 kN至約75 kN，為約1 kN至約50 kN，為約10 kN至約50 kN，為約10 kN至約40 kN，為約10 kN至約30 kN，或為前述範圍中之一或數個之任意組合。如此便能相互獨立地調節第一擠壓輥201以及第二擠壓輥202，並且將巨大的壓力施加至粉末或膜。假定前述壓力僅歸因於由雙偏心裝置99進行之調節，以及，第一輥隙210及第二輥隙210能夠分別將額外的力施加至裝置中之其他結構之基礎。
作為替代方案，依據由擠壓輥201、202形成之膜613之均勻度，量測雙偏心裝置99以及附屬之擠壓輥201、202之精度。在一些實施方式中，由擠壓輥201、202形成之陰極膜或陽極膜之測得的厚度變化不超過約10 μm，不超過約8 μm，不超過約6 μm，不超過約 4 μm，不超過約3 μm，不超過約2 μm，不超過約1 μm，約為1-10 μm，約為1-8 μm，約為1-6 μm，約為1-4 μm，約為1-3 μm或約為1-2 μm。上述值係在為待製造之電池單體之形狀因素所需之薄膜寬度範圍內測得。
就對擠壓輥之凸度、施加至擠壓輥之力、依據薄膜均勻度測得之偏心軸承以及附屬擠壓輥之精度進行描述的前述段落中的每一個而言，此等值皆係相對為待藉由該裝置製造之電池單體（例如鋰離子電池）之形狀因素所需之寬度量測。形狀因素之示例不受限制，並且包括圓柱形電池單體10440或1044（10 mm直徑以及44 mm長度），14500或1450（14 mm直徑以及50 mm長度），16340或1634或CR123A（16 mm直徑以及34 mm長度），18650或1865（直徑18 mm，長度65 mm），21700或2170（直徑21 mm，長度70 mm），26650或2665（直徑26 mm，長度65 mm），32650或3265（直徑32 mm，長度65 mm）以及4680（直徑46 mm，長度80 mm）。亦可採用稜鏡電池（Prismenzelle）以及軟包電池，其中，對於關注的尺寸而言不存在限制。
揭示之裝置還可包括一或數個位置感測器，其係與偏心軸承99，與擠壓輥201、202，或與兩者連接。該等位置感測器測定偏心軸承之旋轉量或擠壓輥之旋轉量，並且提供與擠壓輥或偏心軸承之旋轉量對應的數位或類比訊號。此類位置感測器不受限制，並且包括電位感測器、電容式位置感測器或光學位置感測器。該等光學位置感測器可藉由任意的光工作，包含紫外光（UV）、可見光或紅外光。在特定實施方式中，該針對光學位置感測器選擇的光為具有前述帶寬的雷射。
在其他實施方式中，或與設有的位置感測器相結合，亦可設置一或數個層厚感測器。該等薄膜厚度感測器不受限制，並且包括諸如雷射感測器的光學感測器。該等薄膜厚度感測器透過量測薄膜之至少一點上之薄膜厚度來測定由壓緊輥形成之薄膜的厚度。在一些實施方式中，存在一或數個薄膜厚度感測器，其係配置成在薄膜寬度範圍內在數個點上量測厚度。該等厚度感測器提供與薄膜厚度對應的數位或類比訊號。
本公開案之擠壓輥201、202以及附屬組件的應用不受限制，但特定應用係合乎期望。在一些實施方式中，構造生產線，其包含本公開案之擠壓輥以及其他各種為相關領域通常知識者所知的組件。使用該等擠壓輥來精確控制在整個生產線中製造之薄膜的厚度。由本公開案之擠壓輥以及附屬組件形成，或使用該等擠壓輥以及附屬組件的膜的示例包括一或數個陽極膜、陰極膜、分隔膜、集電極膜、中間層膜、膠膜、底漆膜，或包括上述膜中之兩個或兩個以上的層合物。
揭示之擠壓輥201、202以及附屬組件適於用粉末形成薄膜，但亦有其他應用。舉例而言，該等擠壓輥以及附屬組件能夠用液體或非牛頓液體（如漿料）形成膜。
圖9A及9B示出本公開案之一尤佳實施方式。根據圖9A及9B，砑光機10包括第一擠壓輥201以及第二擠壓輥202，其係緊貼粉末料斗904佈置，以便接收粉末狀電極材料905。此外，在第一擠壓輥201之一側上以及第二擠壓輥202之一側上設有第一支撐輥301以及第二支撐輥302。在使用中，透過第一擠壓輥201以及第二擠壓輥202將通常為針對乾式電極之粉末的電極材料905壓實，從而形成乾式電極膜613。在穿過並且因由第一擠壓輥201及第二擠壓輥202施加之壓力而變形後，乾式電極膜613圍繞第一砑光輥302以及第二砑光輥401盤繞。在乾式電極膜613之運動期間，此電極膜被壓實，並且將相同且反向的力施加至第一壓緊輥201以及第二壓緊輥202。然而，第一擠壓輥201與第二擠壓輥202係因摩擦差異而承受不同的力。因此，在所示示例中，第一擠壓輥201經歷撓曲，並且需要透過預緊裝置100（未示出）進行相應的預緊。第二擠壓輥202係被乾式電極613包圍，並且如圖所示不具有撓曲。因此，毋需以就第一擠壓輥201而言所需之程度對第二擠壓輥202進行調整。
因此，在在此描述並且在圖9B中示出之示例中，如此透過一或數個預緊裝置100調節第一擠壓輥201以及第二擠壓輥202，使得施加至第一擠壓輥201之調節力大於施加至第二擠壓輥202之調節力。相應地，在乾式電極膜613穿過期間，在第一擠壓輥201與第二擠壓輥202之間確保均勻且經精確控制的間隙。
圖10為擠壓輥201以及安裝於擠壓輥201之輥頸205上之預緊裝置100的剖視圖。輥子201係藉由輥子軸承700支承在機器框架500中。在輥子201、202之端側，該機器框架還具有孔520，該孔包含容置於其中之圓柱套筒，擠壓輥201、202之輥頸205係容置在該圓柱套筒中並且支承在預緊裝置100中。預緊裝置100包括雙偏心裝置99，其大體由內部偏心套筒102與外部偏心套筒101構成。其中，內部偏心套筒102係插入外部偏心套筒101中，使得此等偏心套筒局部交疊。外部偏心套筒101係透過第一徑向軸承110以可相對該圓柱套筒軸向旋轉的方式支承。內部偏心套筒102係透過第二可軸向旋轉之徑向軸承120相對外部偏心套筒101支承。輥頸205又以可透過第三徑向軸承130相對內部偏心套筒102軸向旋轉的方式支承。在所示定向中，雙偏心裝置99處於其起始位置中，在該起始位置中，該外部偏心套筒之厚區段係與內部偏心套筒102之薄區段靠近，以及，外部偏心套筒101之薄區段係與內部偏心套筒102之厚區段靠近，因此，輥頸係定心並且無偏移。偏心套筒101以及102係可相互獨立地藉由單獨的旋轉裝置調節。為了在輥子中心產生定義之輥子彎曲，將包含容置於其中之輥頸205在內的雙偏心裝置99相對輥子支承件700偏移，使得介於雙偏心裝置99與輥子支承件700之間之距離用作桿臂。
本發明披露於上述說明、圖式及申請專利範圍中之特徵，既可單獨地，亦可任意組合地用來實現本發明。
10:砑光機 99:雙偏心裝置 100:預緊裝置 101:外部偏心套筒 102:內部偏心套筒 110:第一徑向軸承 120:第二徑向軸承 130:第三徑向軸承 201:第一擠壓輥 202:第二擠壓輥 205:輥頸 206:砑光區段 210:輥隙 301:第一支撐輥 302:第二支撐輥 303:分隔膜 401:砑光輥 500:機器框架 520:孔 613:電極膜 700:輥子支承件 904:粉末料斗 905:粉末狀電極前驅體材料 D1:輥子直徑 D2:支撐輥直徑 F:力向量 X:偏移方向
參照以下附圖對本發明之進一步的細節進行闡述。其中： ［圖1］為用於使軸頸徑向偏移的雙偏心裝置的示意圖； ［圖2］為因輥子之輥頸之徑向偏移而造成之可能的輥子撓曲的示意圖； ［圖3］為兩個在端側相對彼此佈置的本發明之砑光機的裝入情況的側視圖； ［圖4］為不具有偏移或偏移被阻止的輥定向的透視圖； ［圖5A］闡釋了雙偏心裝置與由此引起之砑光輥之在輥隙中的水平向內偏移的共同作用； ［圖5B］闡釋了雙偏心裝置與由此引起之砑光輥之在輥隙中的水平向外偏移的共同作用； ［圖5C］闡釋了雙偏心裝置與由此引起之砑光輥之在輥隙中的逆向豎直偏移的共同作用； ［圖5D］闡釋了雙偏心裝置與由此引起之砑光輥之在輥隙中的逆向豎直偏移的共同作用； ［圖6A］為砑光輥以及與其鄰接之支撐輥的透視圖； ［圖6B］為砑光輥、與其鄰接之支撐輥、以及輸送入輥隙之粉末狀電極前驅體材料或形成於輥隙後之電極膜的透視圖； ［圖7A］為砑光輥以及與其鄰接之支撐輥的透視圖，其中，兩個砑光輥皆具有因壓實操作而誘發之回避撓曲，使得電極膜具有不均勻的厚度分佈； ［圖7B］為砑光輥以及與其鄰接之支撐輥的透視圖，其中，該等砑光輥中之一者具有因壓實操作而誘發之回避撓曲，使得電極膜具有不均勻的厚度分佈； ［圖8A］為砑光輥以及與其鄰接之支撐輥的透視圖，其中，正確的砑光輥定向使得電極膜具有均勻的厚度分佈； ［圖8B］為砑光輥以及與其鄰接之支撐輥的透視圖，其中，正確的砑光輥定向使得電極膜具有均勻的厚度分佈，其中，圍繞該等支撐輥中之一者導引電極膜； ［圖9A］為本發明之砑光機中之電極膜產生操作之例示性側視圖； ［圖9B］為本發明之砑光機中之電極膜產生操作之例示性俯視圖； ［圖10］為支承在本發明之預緊裝置中之輥頸的透視圖。
99:雙偏心裝置
100:預緊裝置
101:外部偏心套筒
110:第一徑向軸承
120:第二徑向軸承
130:第三徑向軸承
201:第一擠壓輥
205:輥頸
500:機器框架
520:孔
700:輥子支承件

Claims (24)

  1. 一種用於用粉末狀電極前驅體材料（905）製造電極膜（613）的砑光機（10）， 具有至少一個第一擠壓輥（201）以及反向於該第一擠壓輥旋轉的一第二擠壓輥（202），在該等擠壓輥之間形成一輥隙（210），其中，該砑光機（210）適於在該粉末狀電極前驅體材料（605）穿過該輥隙（210）的過程中對其施加剪力，並且在此情形下形成一電極膜（613）， 其特徵在於，該第一或第二擠壓輥（201，202）中之至少一者具有至少一個預緊裝置（100），其用於抵抗在該輥隙（210）中因壓實操作而產生之非軸向的、特別是徑向及/或切向的作用於相應擠壓輥的力向量（F）將該擠壓輥（201，202）預緊，該預緊裝置用於調節預緊方向（100）以及/或者預緊力的大小。
  2. 如請求項1之砑光機（10），其中，該兩個擠壓輥（201，202）分別透過其端側輥頸（205）支承在一機器框架（500）中，其中，該預緊裝置（100）係對應該第一或第二擠壓輥（201，202）之至少一個支承件（700），其中，該輥頸（205）係可藉由該預緊裝置（100）沿任意徑向方向並且以可調節之數量級相對該至少一個支承件（700）偏移的。
  3. 如請求項1或2之砑光機（10），其中，該預緊裝置（100）具有一雙偏心裝置（99），其中，該雙偏心裝置（99）具有一內部偏心套筒（102）以及一外部偏心套筒（101），其係可相互獨立地扭轉的。
  4. 如請求項3之砑光機（10），其中，該第一或第二擠壓輥（201，202）係可旋轉地支承在該內部偏心套筒（102）中。
  5. 如請求項3或4中任一項之砑光機（10），其中，該外部偏心套筒（101）係以可相對設於該機器框架（500）中之孔（520）旋轉的方式支承，該預緊裝置（100）係容置在該孔中。
  6. 如請求項5之砑光機（10），其中，在該孔（520）與該外部偏心套筒（101）之間建構有或設有一第一徑向軸承（110）。
  7. 如請求項3至6中任一項之砑光機（10），其中，在該外部偏心套筒（101）與該內部偏心套筒（102）之間建構有或設有一第二徑向軸承（120）。
  8. 如請求項3至7中任一項之砑光機（10），其中，在與該內部偏心套筒（102）與該輥頸（205）之間建構有或設有一第三徑向軸承（130）。
  9. 如請求項6至8中任一項之砑光機（10），其中，該第一及/或第二及/或第三徑向軸承（110，120，130）係建構為圓柱滾子軸承或者建構為滾針軸承。
  10. 如請求項1至9中任一項之砑光機（10），其中，以與該第一擠壓輥（201）鄰接的方式設有一第一支撐輥（301）並且以與該第二擠壓輥（202）鄰接的方式設有一第二支撐輥（302），其分別以與該等擠壓輥反向的方式旋轉。
  11. 如請求項10之砑光機（10），其中，該等支撐輥（301，302）之直徑（D2）大於該第一及第二擠壓輥（201，202）。
  12. 如請求項10或11中任一項之砑光機（10），其中，該等擠壓輥（201，202）之軸線與該等支撐輥（301，302）之軸線係在一平面中相互對準。
  13. 如請求項10至12中任一項之砑光機（10），其中，該第一擠壓輥（201）與該第一支撐輥（301）在彼此上滾動，以及，在該第二擠壓輥（202）與該第二支撐輥（302）之間建構有一供該電極膜（613）穿過的輥隙（210），其中，該第二擠壓輥（202）適於圍繞第二擠壓輥（202）之頂側或底側導引該電極膜（613）。
  14. 如請求項1至13中任一項之砑光機（10），其中，在介於該第一及第二擠壓輥（201，202）之間之該輥隙（210）的上方，設有一用於將粉末狀電極前驅體材料（905）連續輸送入該輥隙（210）的裝置（904）。
  15. 如請求項1至14中任一項之砑光機（10），其中，該第一或第二擠壓輥（201，202）中之至少一者在其相對之輥頸（205）上分別具有一預緊裝置（100）。
  16. 如請求項1至15中任一項之砑光機（10），其中，該第一及第二擠壓輥（201，202）皆在其相對之輥頸（205）上分別具有一預緊裝置（100）。
  17. 一種用粉末狀電極前驅體材料（905）製造一具有一均勻厚度的電極膜（613）的方法，具有以下步驟： 將粉末狀電極前驅體材料（905）輸送入由兩個擠壓輥（201，202）形成之一輥隙（210）； 使得該粉末狀電極前驅體材料（905）穿過該輥隙（210），其中，在穿過該輥隙（210）的過程中對該粉末狀電極前驅體材料（905）施加剪力，從而形成一電極膜（613）； 對該兩個擠壓輥（201，202）中之至少一者施加一預緊力，從而抵抗因該粉末狀電極前驅體材料（905）穿過該輥隙（210）而產生於相應擠壓輥上之力向量（F）。
  18. 如請求項17之方法，其中，該施加該預緊力包括使得相應擠壓輥（201，202）之至少一個輥頸（205）徑向偏移。
  19. 如請求項18之方法，其中，該至少一個輥頸（205）之徑向偏移包括設於該輥頸（205）上之一雙偏心裝置（99）之相對及/或相同形式的扭轉。
  20. 如請求項18或19中任一項之方法，其中，該徑向偏移包括該等擠壓輥（201，202）中之至少一者之兩個相對的輥頸（205）的偏移，其中，使得兩個輥頸（205）皆沿同一方向徑向偏移。
  21. 如請求項18至20中任一項之方法，其中，該徑向偏移包括該兩個擠壓輥（201，202）之各二相對之輥頸（205）的偏移，其中，使得該等相對之輥頸（205）皆沿同一方向偏移，以及，使得該第一及第二擠壓輥（201，202）之輥頸（205）沿同一方向或沿正對之方向偏移。
  22. 如請求項17至21中任一項之方法，還包括： 藉由分別徑向作用於該等擠壓輥（201，202）的線力，將該兩個擠壓輥（201，202）分別支撐在該擠壓輥（201，202）之背離該輥隙（210）的一側上。
  23. 一種電極膜（613），其具有一均勻之厚度，使得該電極膜（613）之在其寬度範圍內的厚度變化不超出10 µm，可透過使粉末狀電極前驅體材料（905）穿過形成於一第一及一第二擠壓輥（201，202）之間之一輥隙（210）並且在此過程中對該粉末狀電極前驅體材料（905）施加剪力從而形成一電極膜（613）而獲得，其中，對該等擠壓輥（201，202）中之至少一者施加一預緊力，從而抵抗因該粉末狀電極前驅體材料（905）穿過該輥隙（210）而產生於相應擠壓輥（201，202）上之力向量（F）。
  24. 如請求項23之電極膜（613），該電極膜可為陽極膜、陰極膜、分隔膜、集電極膜、中間層膜、膠膜、底漆膜中之一或數個，或者為由前述膜中之數個構成之層合物。
TW111132559A 2021-11-04 2022-08-29 用於用粉末狀電極前驅體材料製造電極膜的砑光機，對應的方法以及對應的電極膜 TWI857340B (zh)

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