用于二次电池的切口设备和方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年5月23日提交的韩国专利申请第10-2018-0058577号的优先权，通过引用将该韩国专利申请的全部内容并入本文。

本发明涉及一种用于二次电池的切口设备和方法，更具体地，涉及一种结合有干燥装置的用于二次电池的切口设备以及用于二次电池的切口方法，所述干燥装置根据生产工艺连续加热切口电极(不移至另一位置)来快速干燥残留在电极表面上的水分。

背景技术：

与不可充电的原电池不同，二次电池是指可充电和可放电的电池。这样的二次电池不仅广泛用于诸如移动电话、笔记本和便携式摄像机之类的便携式装置，还广泛用于诸如电动汽车之类的运输工具。结果，二次电池的应用范围逐渐扩大。

通常，二次电池具有包括电极组件、电解质和壳体的结构，所述电极组件具有电极(正极和负极)和隔膜交替堆叠的结构，所述电解质允许离子移动到电极，所述壳体容纳电极组件和电解质。电极组件被制造为使得正极、负极和隔膜交替地堆叠以形成多层。

另外，二次电池的制造工艺大致分为：电极板工艺，制造正极板和负极板；组装工艺，在使用正极板和负极板制造电极组件之后，将电极组件与电解质一起插入壳体；和化成工艺，激活电极组件的离子运动。电极板工艺、组装工艺以及化成工艺中的每个工艺可分为多个详细工艺。

这里，电极板工艺包括：混合工艺，将导电材料和粘合剂混合到活性材料中；涂覆工艺，将混合的活性材料施加到集流体上；按压工艺，将活性材料按压到集流体的表面上；和电极剪切工艺，将活性材料附着到集流体的表面的电极切成适当的尺寸，以形成电极接片。在此，可以顺序执行或同时执行用于将电极(在集流体的表面上施加有活性材料)切成适当的尺寸的分切工艺和用于剪切电极以形成电极接片的切口工艺。

尽管切口工艺属于电极板工艺或组装工艺，切口工艺可包括将电极剪切成预定图案的加工工艺，但是还需要单独的干燥工艺。因为在加工工艺之后执行将电极连续地结合到隔膜的层压工艺，因此必须进行干燥工艺以干燥残留在电极表面上以干扰结合的水分。

然而，根据现有技术的干燥工艺的执行方式是，手动移动并存储切口电极，然后将切口电极以一定数量为单位放入真空干燥装置(真空干燥器(vd))，并且在施加负压的状态下吹入热空气以干燥水分。

然而，该干燥方法的问题是，电极的移动和存储花费大量时间。随着产品产量的增加，该问题已经成为整个生产工艺时间延迟的主要原因。

技术实现要素：

技术问题

因此，为了解决单独执行切口工艺的加工工艺和干燥工艺而增加工艺时间的传统问题，本发明的主要目的是提供一种减少工艺时间，并且通过红外辐射代替热空气执行干燥，以提高干燥效率并降低缺陷发生率的用于二次电池的切口设备和方法。

技术方案

为了实现上述目的，本发明包括：切口单元，剪切连续供应的电极；干燥单元，在从所述切口单元排出的电极通过所述干燥单元的同时干燥电极；和收集单元，收集从所述干燥单元排出的电极，其中所述干燥单元包括：加热体，设置有作为电极通过的通道的干燥空间；和灯部件，安装在所述加热体上，以在电极移动通过所述干燥空间时将红外线照射到电极的表面上。

根据本发明的每个灯部件可包括：壳体，所述壳体面对所述电极的一侧是开口的，并且所述壳体固定并安装在所述干燥单元上；加热灯，安装在所述壳体上以根据施加的电力产生红外线；和反射板，安装在所述壳体上，以将所述加热灯照射的红外线反射到所述壳体的开口侧。

此外，根据工艺或设备的设计，所述加热灯可以具有笔直形状并且平行于壳体的纵向方向安装，或者可具有灯泡形状。此外，反射板可以具有凹形形状，以将加热灯反射的红外线反射到开口侧。

根据本发明，电极可具有活性材料被施加到由金属材料制成的集流体的表面的结构，并且加热灯照射的红外线可具有活性材料对红外线的吸收率高于集流体对红外线的吸收率的波长。也就是说，照射的红外线可被集流体反射并被活性材料吸收。

彼此面对的灯部件可连续地设置或间隔地设置，并且彼此面对的灯部件之间的空间可彼此连接以形成干燥空间。

干燥空间在干燥单元内可具有在水平方向形成的水平部分和在垂直方向形成的垂直部分。用于切换电极的传送方向的传送辊可设置在水平部分和垂直部分之间的切换部分。

此外，可在加热体中内置有具有垂直表面和水平顶表面的辅助框架，所述垂直表面的两个侧表面垂直地竖立，并且所述灯部件的一部分可安装在所述辅助框架的所述垂直表面和所述水平表面上，其中所述干燥空间的所述垂直部分可形成在电极通过所述辅助框架的所述垂直表面的位置处，并且所述水平部分可形成在电极通过所述辅助框架的所述水平表面的位置处。

此外，所述收集单元可包括收集辊，所述电极卷绕在所述收集辊上，并且用于将在所述加热体中蒸发的水分排出到外部的排气装置可安装在所述加热体中。

本发明额外地提供了一种用于二次电池的电极切口方法。根据本发明的方法包括：切口步骤，将连续供应的电极剪切成预定的电极图案；干燥步骤，将红外线照射到切口电极的表面上以干燥电极；和收集步骤，收集所干燥的电极，其中，在所述干燥步骤中，电极在通过照射有红外线的干燥空间的同时被干燥，并且所述干燥空间具有在平行于地面的水平方向上形成的部分和在垂直于地面的垂直方向上形成的部分。

在所述干燥空间中，传送辊可设置在水平方向上形成的部分与垂直方向上形成的部分之间，并且可通过所述传送辊改变电极的传送方向。

有益效果

根据本发明的用于二次电池的电极切口设备可包括切口单元、干燥单元和收集单元。干燥单元可被配置为使得切口电极被连续干燥以快速干燥残留在电极上的水分，由此减少整个工艺时间并提高生产率。也就是说，与手动地移动并存储切口电极以干燥以一定数量为单位的切口电极的常规方法相比，可提高生产率。

根据本发明的干燥单元可以包括多个加热灯。因此，加热灯可通过照射红外线来干燥电极的表面，因此，干燥速率可以是优异的，可比常规的热空气干燥更均匀地干燥电极的表面，并且可减少干燥时间。特别地，本发明的加热灯所照射的红外线可具有活性材料对红外线的吸收率高于集流体对红外线的吸收率的波长(也就是说，所照射的具有特定波长的红外线被金属材料的集流体反射并被活性材料吸收)，以仅在电极的活性材料中产生热量。也就是说，执行干燥的方式可以是仅在活性材料中激活分子运动，以防止集流体热变形，并且可抑制干燥腔室内的温度升高以提高外围装置的耐用性。

此外，因为通过将加热灯安装在设置有反射板的壳体上来制造灯部件，所以加热灯的红外线可聚集到一点而不会散射红外线，并且如果需要的话(在多个加热灯具有不同的破损寿命或产品寿命，或者需要具有更高输出的加热灯的情况下)，可容易地更换加热灯。此外，每个加热灯可具有棒形，因此，与每个灯具有灯泡形状的灯的数量相比，可减少要安装的加热灯的数量，并且可干燥更宽的区域。

另外，根据本发明，干燥电极的干燥空间在干燥单元中可具有在水平方向形成的水平部分和在垂直方向形成的垂直部分，并且用于切换电极的传送方向的传送辊可设置在水平部分和垂直部分的切换点处，以增加加热体内的干燥空间的长度，由此改善干燥性能。

附图说明

图1是根据本发明的实施方式的用于二次电池的电极切口设备的正视图。

图2是根据本发明的实施方式的设置在用于二次电池的电极切口设备中的干燥单元的透视图。

图3是表示图2的干燥单元的一部分被打开的状态的透视图。

图4是图2的干燥单元的截面图。

图5是设置在干燥单元中的灯部件的透视图。

图6是表示根据本发明的实施方式的用于二次电池的电极切口方法的流程图。

图7a是表示当使用具有灯泡形状的加热灯和当使用具有棒形(笔直形状)的加热灯时根据加热时间的温度变化的比较图。

图7b是表示当使用具有灯泡形状的加热灯和当使用具有棒形(笔直形状)的加热灯时干燥电极的表面的每单位面积的水分含量的比较图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实施方式，以使本发明的技术构思可由本发明所属领域的技术人员容易地实施。然而，本发明可以以不同的形式实施，并且不应该被解释为限于这里阐述的实施方式。

为了清楚地说明本发明，省略了与说明无关的部分，并且在整个说明书中，相同或相似的部件由相同的附图标记表示。

另外，在说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应被限制性地解释为普通含义或基于词典的含义，而应基于发明人可适当地定义术语的概念的原则而被解释为符合本发明范围的含义和概念，以最佳方式描述和解释发明人的发明。

本发明涉及用于二次电池的电极切口设备和方法，并且可具有减少工艺时间并且通过红外辐射代替热空气执行干燥以提高干燥效率并减少缺陷发生率的效果。

在下文中，将参考附图描述根据本发明的实施方式。

实施方式1

根据本发明的实施方式1，提供了一种用于二次电池的电极切口设备，包括切口单元300、干燥单元100和收集单元200。

参见图1，设置在切口设备中的切口单元300被配置为剪切电极以形成接片，在电极中以一定间隔形成涂覆部分和区别于涂覆部分的非涂覆部分，所述涂覆部分在设置为金属箔的集流体的表面上涂覆有电极活性材料，所述非涂覆部分未涂覆有电极活性材料。也就是说，根据本发明，在将电极活性材料连续地施加于具有恒定宽度的集流体的一个表面或两个表面的状态下将电极提供给切口单元300，并且连续地提供电极，然后电极在被切口后连续地排出。

根据本发明的切口单元300被配置为使得卷绕成辊形的电极1通过多个辊传送。加工装置设置在传送路径上，使得该加工装置连续地将电极剪切成预定图案。用于监控剪切是否正常执行的视觉装置和传感器可额外地设置在切口单元300中。

在切口单元300中加工并排出的电极1被传送到干燥单元100。电极1连续通过干燥单元100以进行干燥。也就是说，干燥单元100设置在切口单元300与收集单元200之间，使得电极1在连续移动的同时被干燥。

如图2所示，干燥单元包括加热体110和灯部件120，加热体110具有引入电极1的入口和排出电极1的出口，并且该加热体110设置有作为电极1通过的通道的干燥空间116，灯部件120安装在加热体110上，以在电极1移动通过干燥空间116的同时向电极1的表面上照射红外线。电极1的表面所含的水分被灯部件120照射的红外线干燥，并且从干燥单元110排出的电极1被收集单元200卷绕并收集。

如图3和图4所示，辅助框架113内置在加热体110中，辅助框架113具有垂直表面和水平顶表面，所述垂直表面的两个侧表面垂直竖立。此外，灯部件120安装在辅助框架110的垂直表面和水平表面上，并且灯部件120分别安装在加热体110的内壁表面上，该内壁表面面对安装在辅助框架113上的灯。

因此，灯部件120连续地设置，使得安装在辅助框架113上的灯部件120和安装在加热体110的内壁表面上的灯部件120彼此配对。另外，在彼此面对的一对灯120之间形成有作为电极1所通过的干燥空间的干燥空间116。干燥空间116的一侧连接到加热体110的入口111，另一侧连接到加热体110的出口112。因此，电极1被引入到切口单元300中以通过干燥单元100，然后排出到收集单元200。

干燥空间116可分为在水平方向形成的水平部分114和在垂直方向形成的垂直部分115，从而增加了照射红外线的路径以提高电极的干燥速率。另外，在水平部分114与垂直部分115的切换点处设置有用于切换电极1的传送方向的传送辊。

因此，如附图所示，干燥空间116的垂直部分115形成在电极1通过辅助框架113的垂直表面的位置，水平部分114形成在电极1通过辅助框架113的水平表面的位置。作为参考，尽管在附图中两个垂直部分115连接到一个水平部分114，但是水平部分114和垂直部分115可根据灯部件120的尺寸和布置结构而以各种形状设置。

如图3的截面图和图5的透视图所示，根据本发明的灯部件120具有加热灯122和反射板123安装在壳体121上的结构。

壳体121具有以下结构：壳体的一侧是开口的，使得加热灯122的光朝向电极1照射，并且壳体的相反侧安装在加热体110的内壁表面和辅助框架113的水平表面和垂直表面之一。用于向加热灯122供电的缆线可额外安装在壳体121中，并且用于防止过热的安全装置可选择性地安装在壳体121中。

安装在壳体121中的加热灯122是用于根据电力的施加而照射红外线的灯。尽管在本发明的实施方式中，加热灯122具有笔直的形状(例如，具有预定直径的圆棒形，如棒型荧光灯)并且平行于壳体121的纵向方向安装，但是可根据工艺设计安装具有灯泡形状的加热灯122。根据本发明的加热灯122照射的红外线是具有特定范围内的波长(更具体地，0.75μm至7μm的范围内)的红外线。因此，残留在电极1的表面上的水分吸收加热灯122照射的红外线，并且吸收的红外线激活水分的电子以将水分从液态蒸发成气态。也就是说，根据本发明的加热灯照射具有特定范围内的波长的红外线，在该特定波长范围内，与被集流体吸收相比红外线更容易被集流体反射，并且红外线容易被活性材料吸收，从而仅在电极的活性材料中产生热量。也就是说，可以以仅在活性材料中激活分子运动的方式执行干燥，以防止集流体热变形，并且可抑制干燥腔室内的温度升高以提高外围装置的耐久性。在此，干燥所需的最佳波长范围可根据活性材料和集流体的材料、表面光泽等而变化。可以在干燥工艺中通过重复实验确定最佳波长范围。然而，当红外线的波长为7μm或更大时，活性材料的吸收率可能降低，从而使干燥效率恶化。当红外线的波长为0.75μm或更小时，集流体的反射率可能降低，因此，集流体也可能被加热。因此，在本实施方式中，优选红外线的波长在0.75μm至7μm的范围内。

此外，相对于加热灯122在壳体121中的安装点，将加热灯122照射的红外线朝向壳体121的开口侧反射的反射板123安装在开口侧的相反侧。反射板123由具有高红外反射率的材料制成，并形成为具有预定曲率的凹形，使得考虑到反射特性，使红外线聚集在电极的表面上。

因为使用了具有笔直形状(棒形)的加热灯122，并且红外线被反射板123聚集，所以与使用具有灯泡形状的加热灯的结构相比，根据本发明的灯部件120可更快地加热电极的表面。

图7a是表示当使用具有灯泡形状的加热灯和当使用具有棒形(笔直形状)的加热灯时根据加热时间的温度变化的比较图。在此，横轴表示移动速度(加热时间)，纵轴表示电极的表面温度(℃)。图7b是表示当使用具有灯泡形状的加热灯和当使用具有棒形(笔直形状)的加热灯时干燥电极的表面的每单位面积的水分(ppm)的比较图。如图7a所示，因为红外线聚集在电极1的表面上而没有被散射，所以根据本发明的加热灯122可更快地加热电极的表面。也就是说，可以确认，与具有灯泡形状的加热灯相比，根据本发明的具有棒形的加热灯122的加热效率提高了约两倍。而且，如图7b所示，即使干燥具有不同规格的电极，根据本发明的加热灯122也可提供与使用具有灯泡形状的加热灯相似的干燥速率(相似的最终水分含量)。也就是说，因为具有笔直形状的加热灯122比具有灯泡形状的加热灯更快地加热电极，所以可在实现相同水平的干燥性能的同时进一步提高电极1的传送速度以提高干燥速率。

作为参考，尽管在附图中示出的加热体110具有矩形盒形状，但是加热体110可根据设计要求具有圆顶形状，并且透明窗可附接到加热体110，使得工人在视觉上从外部确认工艺。此外，可安装能够打开的门或盖以促进灯部件120的更换、设备检查、维修等。

可根据电极1的水分吸收来调节灯部件120之间的间隔和灯部件120的布置结构，并且根据工艺的必要性可将加热灯122替换为照射最佳红外线的加热灯122。例如，灯部件120之间的间隔可规则地形成或不规则地形成，使得特定部分被更集中地干燥。

尽管在附图中将加热灯120逐一安装到壳体121，但是如果需要，可安装两个或更多个加热灯120。在这种情况下，反射板123的形状也可改变。可通过焊接等永久地耦接壳体123，但是可以通过螺栓耦接或专用支架(未示出)可拆卸地安装壳体121。在此，专用支架可使壳体沿上/下方向和左/右方向滑动，并且可调整壳体的角度(在允许范围内)，并且可安装具有不同尺寸和形状的多种常规壳体121。

此外，用于将在加热体110中蒸发的水分排出到外部的排气装置130安装在加热体110中。排气装置130可包括吸收在加热体110中蒸发的气态水分的装置，并且可以一起使用用于适当地保持加热体110内的温度和湿度的空调(未示出)。当加热体110内的温度异常升高时，空调可以将热量排出到外部，以防止损坏包括灯部件120的电子装置。在此，空调可被配置为与冷却装置互锁，所述冷却装置可与各个灯部件120一起安装。

此外，尽管在附图中，在电极1通过垂直部分115和水平部分114时由传送辊来切换传送方向，但是可使用提供相同功能的替代装置来代替传送辊，并且可将传送辊连接至额外的旋转装置以在电极1通过时维持适当的张力和速度。

通过上述干燥单元200的电极1卷绕在收集单元200中。如图4所示，收集单元200进一步包括：收集辊210，电极1卷绕在收集辊210上；和多个小辊，在将电极1卷绕在收集辊210上之前确定电极1的卷绕位置，以维持适当的张力。

在下文中，将根据实施方式2描述使用根据本发明的实施方式1的用于二次电池的电极切口设备的切口方法。

实施方式2

如图6所示，根据本发明的实施方式的用于二次电池的电极切口方法包括：切口步骤(s10)，通过切口单元300将电极1剪切成预定的电极图案；干燥步骤(s20)，通过使用干燥单元200直接加热在切口步骤中加工的电极1的表面以干燥残留在电极1上的水分；收集步骤(s30)，将在干燥步骤中干燥的电极1收集到收集单元200中。

在切口步骤(s10)中，当通过多个辊供应卷绕成辊形的未加工电极1时，加工装置将电极剪切成预定的电极图案，并且通过视觉装置和传感器检测剪切是否有误。

在干燥步骤(s20)中，在执行了切口步骤(s10)的电极1通过干燥单元100的加热体110的同时，灯部件120照射红外线到电极1上，并且吸收的红外线激活水分分子以蒸发水分，由此使电极1干燥。这里，电极1通过在垂直于地面的垂直方向上形成的垂直部分和在平行于地面的水平方向上形成的水平部分114，使得延长了照射红外线的路径。

在收集步骤(s30)中，通过加热体的出口排出的电极被卷绕并收集到收集单元200。

在根据本发明的用于二次电池的电极切口设备中，干燥单元可被配置为使得切口电极1被连续干燥以快速干燥残留在电极1上的水分，由此减少整个工艺时间并提高生产率。也就是说，与移动和存储切口电极1以使切口电极1以一定数量为单位进行干燥的常规方法相比，可提高生产率。

干燥单元100可包括多个加热灯122。因此，加热灯122可通过照射红外线来干燥电极1的表面，因此，干燥速率可以是极好的，可以比常规的热空气干燥更均匀地干燥电极表面，并且可减少干燥时间。

另外，因为以将加热灯122安装在设置有反射板123的壳体121中的方式来制造灯部件120，所以红外线可以聚集到电极1的表面的一点上，而没有被散射，并且当灯损坏，或者灯的寿命结束，或者如果需要具有更高输出的加热灯时，可容易地更换加热灯122。

此外，根据本发明，干燥电极1的干燥空间116在干燥单元100中可具有在水平方向上形成的水平部分114和垂直于水平部分114在垂直方向上形成的垂直部分115，并且用于切换电极1的传送方向的传送辊可设置在水平部分114和垂直部分115的切换点处。因此，可以在加热体110中增加干燥空间的长度，以改善干燥性能。

尽管已经参考特定实施方式描述了本发明的实施方式，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离随附权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改。