CN108025327B - 涂覆设备和涂覆方法 - Google Patents

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Abstract

一种涂覆设备，具有：模头，所述模头具有被供给涂覆浆的供给口、存储涂覆浆的多支管、以及分配涂覆浆的狭缝；供给管，所述供给管与所述模头的供给口连接；以及盖板，所述盖板被设置在所述供给口或所述供给管中，并且降低所述涂覆浆在所述供给口或所述供给管中的与所述涂覆浆流入所述模头的方向正交的横截面的中心处的流速。

Description

涂覆设备和涂覆方法
技术领域
本发明涉及一种涂覆设备和一种用于在集电体上形成涂覆活性材料层的涂覆方法。
背景技术
层压型电池已知是二次电池的示例。层压型电池具有以下构造：正极片和负极片交替地且重复地彼此堆叠，隔膜被***正极片与负极片之间。正极片和负极片中的每一个被配置为被均匀地涂覆在集电体上的活性材料层。在专利文献1中公开了用于制造电极片的涂覆设备的示例。
接下来描述相关涂覆设备和涂覆方法的示例。
图8和图9是示出了相关涂覆设备的配置的示例的图。图8是相关涂覆设备的侧视图，图9是该设备的主体的顶视图。此外，在图8中，出于解释的目的，一部分以透视图示出。
如图8所示，涂覆设备包括：滚筒210，所述滚筒210与集电体200的卷绕速度同步，并且当已经被设置在卷出部分(未在该图中示出)中的集电体200正向卷绕部分(未在该图中示出)卷绕时，集电体200经由滚筒210传输。模头230，所述模头230将包含活性材料的涂覆浆220分配在集电体200之上。模头230具有存储所供给的涂覆浆220的分支管231、以及向集电体200分配被存储在分支管231中的涂覆浆220的狭缝232。通过闸阀250和供给管240从泵(未在该图中示出)向模头230供给涂覆浆220。
在从泵(未示出)供给的涂覆浆220的压力下，被存储在分支管231中的涂覆浆220通过狭缝232被挤出至集电体200。通过与滚筒210的旋转一起向卷绕部分(未示出)卷绕集电体200，在集电体200上均匀地形成通过涂覆浆220实现的涂覆活性材料层222。
如图9所示，通过供给管240流入分支管231的涂覆浆220通过狭缝232被分配至集电体200上，并且涂覆活性材料层222形成在集电体200上。在以下解释中，从狭缝232分配涂覆浆220的方向被称为涂覆方向。此外，与涂覆方向垂直的方向被称为集电体200、分支管231、狭缝232和涂覆活性材料层222的宽度方向。在图9中，用箭头指示涂覆方向和宽度方向。
当在涂覆负电极的过程中将水浆用作涂覆浆时，会出现以下问题：沿集电体的宽度方向存在每单位面积的活性材料的涂覆重量增大的局部位置。
图10是示出了相关涂覆方法中的每单位面积的活性材料的涂覆重量的图。在沿集电体的宽度方向的19个测量点处测量了每单位面积的活性材料的涂覆重量，并且将平均值取为100％。图10中所示的图的水平轴示出了涂覆活性材料层的测量点的位置。该图的垂直轴以百分比示出了每个测量点处平均值与测量值之间的偏移。
参考图10，清楚地存在每单位面积的活性材料的涂覆重量明显大于平均值的位置，并且还存在每单位面积的活性材料的涂覆重量明显小于平均值的位置。每单位面积的活性材料的涂覆重量的最大值与最小值之间的差是每单位面积的活性材料的涂覆重量的平均值的大约3％。变化(标准偏差)为0.70％。
在专利文献2中公开了使涂覆活性材料层的厚度均匀的方法的示例。
在专利文献2中所公开的方法中，在与模头的分支管相对应的承腔中设置了流量调整板。该流量调整板被设置有具有不同孔径面积的多个通孔。通孔的孔径面积在承腔的涂覆材料供给口附近最小，并且通孔的孔径面积随着距涂覆材料供给口的距离增大而逐渐增大。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开No.2012-61444
专利文献2：日本专利申请公开No.2000-708017
发明内容
发明要解决的技术问题
在专利文献2中所公开的方法中，流量调整板必须被生产为适配模头的承腔的形状，并且流量调整板必须被无间隙地***承腔中。
实现本发明以解决上述技术中固有的问题，并且本发明的目的是提供更容易实现对涂覆活性材料层的厚度的均匀性的提高的涂覆设备以及涂覆方法。
用于解决问题的手段
本发明的用于实现上述目的的涂覆设备具有包括以下各项的配置：
模头，所述模头具有被供给涂覆浆的供给口、存储涂覆浆的分支管、以及分配涂覆浆的狭缝；
供给管，所述供给管与所述模头的供给口连接；以及
盖板，所述盖板被设置在所述供给口或所述供给管中，并且降低所述涂覆浆在所述供给口或所述供给管中的与所述涂覆浆流入所述模头的方向正交的横截面的中心处的流速。
此外，本发明的涂覆方法是使用涂覆设备的涂覆方法，所述涂覆设备至少具有以下装置：模头，所述模头具有被供给涂覆浆的供给口、存储涂覆浆的分支管、以及分配存储在所述分支管中的涂覆浆的狭缝；以及供给管，所述供给管的一端连接到所述供给口，另一端连接到在供给和切断涂覆浆之间进行切换的闸阀；所述方法包括以下步骤：降低涂覆浆在与涂覆浆进入所述供给管的方向正交的横截面的至少中心部分处的流速；以及向所述供给口供给涂覆浆。
本发明的效果
根据本发明，可以容易地提高涂覆活性材料层的厚度均匀性。
附图说明
图1是示出了供给管中的涂覆浆的流速的差异的图像。
图2示出了本示例性实施例的涂覆设备的配置的主体。
图3是示出了图2中所示的盖板的配置的示例的顶视图。
图4是当从上方看图2中所示的模头时的透视图。
图5A是示出了图2中所示的盖板的修改1的配置的顶视图。
图5B是图5A中所示的修改1的盖板的侧视图。
图6是示出了当使用修改1的盖板时每单位面积的活性材料的涂覆重量的测量结果的图。
图7A是示出了图2中所示的盖板的修改2的配置的顶视图。
图7B是示出了图2中所示的盖板的修改3的配置的顶视图。
图7C是示出了图2中所示的盖板的修改4的配置的顶视图。
图8示出了相关涂覆设备的配置的示例。
图9示出了当从上方看时图8中所示的模头。
图10是示出了通过相关涂覆方法所实现的关于每单位面积的活性材料的涂覆重量的测量结果的图。
本发明的示例性实施例
当NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)浆被用作涂覆浆来克服上述问题时，实质上停止出现如图10中所示的每单位面积的活性材料的涂覆重量的局部增大。发明人将注意力集中在供给管中的浆的流速。如果假设浆是层流，则浆在圆管内的流动是Hagen-Poiseuille流。
图1是示出了供给管中的浆的流速的差异的图像。图1是平行于浆的流动方向切割供给管102的横截面视图。图1中所示的箭头的长度表示浆101的流速的大小。如图1中所示，浆101的流速在供给管102的中心附近较大，并且随着靠近壁表面而降低。
由于水的表面张力是NMP的表面张力的大约1.8倍，与NMP浆相比水浆倾向于在流速上产生更大的差异。
发明人认为，当在供给管中的流速差异保持不变的同时向模头供给水浆时会在分支管中出现紊流，并且因此导致每单位面积的涂覆活性材料层的活性材料的涂覆重量的局部增大。发明人通过推断出现这一问题的原因来得到所述涂覆设备和涂覆方法的概念。
接下来描述本发明的涂覆设备和涂覆方法的示例性实施例。
首先描述本示例性实施例的涂覆设备的配置。
图2示出了本示例性实施例的涂覆设备的配置的主体。
该涂覆设备具有；模头10，所述模头10将从外部供给的涂覆浆50分配在集电体(未示出)上；以及盖板20，所述盖板20降低涂覆浆50在涂覆浆50的供给口13中到模头10的流速的差异。
模头10，所述模头10具有涂覆浆50的供给口13、存储涂覆浆50的分支管12、以及分配涂覆浆50的狭缝11。在模头10中形成用于从供给口13向分支管12供给涂覆浆50的孔径14。向模头10供给的涂覆浆50穿过供给口13并被存储在内部分支管12中，该存储的涂覆浆50然后通过狭缝11被分配给集电体(未示出)。
在图2中，被设置在供给管30中的盖板20被示出为接合到模头10，但盖板20可以被布置在模头10的涂覆浆50的供给口13与闸阀40之间的供给管30中。闸阀40在供给和切断涂覆浆50之间切换。通过将盖板20放置在模头附近，通过盖板20穿过的涂覆浆50以稳定的状态被供给至模头10，并且实现了良好的涂覆状况，尽管由用于供给涂覆浆50的泵(未示出)的震动或者由闸阀40的打开和关闭而导致了流速的变化。
此外，供给管30还包括接合部(未示出)，并且盖板20优选包含在该接合部分中，以使得不管盖板20的形状如何，它们可以根据涂覆浆50互换。接合部例如是连接两个供给管的接头。如果接合部属于通过夹具固定两个法兰接头的类型，则工人在松开夹具并交换两个法兰接头之间的盖板20之后，仅需要使夹具咬合并固定这两个法兰接头。在这种情况下，使得交换盖板20所需要的工作较为容易。
如上所述通过紧接在模头10之前设置盖板20，当涂覆浆50流入分支管12时，可以实现稳定的涂覆而不会在分支管12内部出现任何紊流。具体而言，在来自供给口13的涂覆浆50通过孔径14流入分支管12的构造的情况下获得优异的稳定化涂覆的效果，该孔径14至少被布置在分支管12的宽度方向的中心附近。
下面接下来给出有关盖板20被设置在连接到模头10的供给口13的供给管30中(如图2所示)的情况的解释，而盖板20也可以被设置在分支管12与供给管30之间的孔径14内部。此外，在本示例性实施例中，供给管30是圆管。
接下来描述图2中示出的盖板20的配置。
图3是示出了盖板的配置的示例的顶视图。这里，为了简化解释，如图3中所示地定义X轴和Y轴。
如图3中所示，盖板具有沿着图2中所示的供给管30的壁的框形边缘部分23、以及沿着向供给管30的横截面的中心的方向延伸的凸形抑制板22a和22b。由于在本示例性实施例中供给管30是圆管，所以边缘部分23是环形的。边缘部分23和抑制板22a和22b一体形成。
抑制板22a和22b被布置为相对于中心轴27线性对称，该中心轴27经过盖板的中心。在供给管30的横截面中，开口21形成在除边缘部分23和抑制板22a和22b之外的区域中。开口21的形状也相对于中心轴27线性对称。
开口21具有以下配置：沿着供给管30和边缘部分23的壁的长度(例如，图3中所示的具有两个方向的箭头T1和T2)在大小上从供给管30的横截面的***向中心连续减小。箭头T1指示靠近边缘部分23的一侧的长度的示例，箭头T2指示靠近盖板的中心的一侧的长度的示例。
聚焦于开口21的面积，开口21成形为使得两个扇形开口通过平行于中心轴27的窄开口部分连接。
在图3中所示的配置中，开口21在到模头10的供给管30的横截面中的中心附近的面积较小，而开口21在***附近的面积较大。结果，涂覆浆在中心附近的流速被降低，涂覆浆在中心附近的流速等于***的涂覆浆的流速。
图4是当从上方看图2中所示的模头时的透视图。
图4针对图2中所示的开口14被布置为相对于分支管12的宽度方向靠近中心的情况。如图4中所示，盖板20被布置在供给管30内部，以使得图3中所示的中心轴27平行于狭缝11和分支管12的宽度方向。
关于以下解释中相对于模头12布置盖板20的方法，如图4中所示的布置被称为“水平放置”，其中图4中所示的盖板20旋转90度的布置被称为“垂直放置”。换言之，在垂直放置的情况下，盖板20的中心轴27垂直于图4中所示的宽度方向。
接下来描述图3中所示的盖板的修改的示例。
修改1
图5A和5B是盖板的修改1的顶视图和侧视图。为了便于解释，如图中所示地定义X轴、Y轴和Z轴。
在修改1的盖板中，与图3中所示的盖板20相比，抑制板22a和22b具有从图2中所示的供给管30的横截面向模头10侧倾斜的倾斜部分26a和26b。
如图5B中所示，倾斜部分26a和26b沿Z轴的方向(沿涂覆浆50的流入方向)倾斜。图5B中指示的角度θ1为20°，角度θ2为160°。角度θ1和θ2仅仅是示例。
在修改1的配置中，尽管抑制板22a和22b降低了涂覆浆50在供给管30的横截面的中心附近的流速，但是倾斜部分26a和26b具有减缓流速降低的效果。结果，可以预期到以下效果：涂覆浆50在供给管30的横截面中的流速的差异将从中心到***逐渐地降低。
接下来描述对通过本示例性实施例所实现的涂覆活性材料层的估计的结果。
接下来描述比较图10中所示的测量结果和下一情况(1)和(2)的结果。由于估计涂覆活性材料层的方法与参考图10所描述的方法相同，所以省略了具体的解释。情况(1)是使用图3中所描述的盖板的情况，情况(2)是水平放置修改1的盖板的情况。
(1)当使用图3中所示的盖板时：
当以水平和垂直放置设置图3中所示的盖板时，变化为0.43-0.59％，每单位面积的活性材料的涂覆重量的最大值和最小值之间的差为1.6-1.9％。在图10中所示的测量结果中，变化为0.70％，每单位面积的活性材料的涂覆重量的最大值和最小值之间的差为3％或更大。因此可以看出，对于图3中所示的盖板，变化低于图10中所示的测量结果，并且每单位面积的活性材料的涂覆重量的最大值和最小值之间的差也较低。
(2)当修改1的盖板被设置为水平放置时：
图6是示出了当以水平放置来设置修改1的盖板时的测量结果的图。正方形空心点和连接这些点的实线是当以水平放置来设置修改1的盖板时的测量点。为了比较，图6示出图10中所示的图与示出修改1的测量结果的图相叠置。黑色正方形点和连接这些点的虚线对应于图10中所示的图。
聚焦于变化，相比于图10中所示的图中的0.70％，在修改1中变化降低至0.12％。聚焦于每单位面积的活性材料的涂覆重量的最大值和最小值之间的差，相比于图10中所示的图中的3％或更高，在修改1中该差降低至0.5％。
在图5A和5B中所示的盖板的水平放置的情况下，图5A中所示的中心轴27平行于模头10的宽度方向，结果图5A中所示的两个扇形开口被布置为平行于模头10的宽度方向、在窄收缩开口的相对侧上。因此认为，具有比在供给管中的中心附近低的流速的在***附近的涂覆浆趋于沿分支管12和狭缝11中的每一个的宽度方向均匀地分散。这个效果对于图3中的盖板也是类似的。
还认为，倾斜部分26a和26b导致减轻了抑制板22a和22b为了降低涂覆浆50在供给管30的横截面的中心附近的流速所施加的力的动作。
接下来描述盖板20的修改。图7A-7C是示出了盖板的修改2-4的配置的顶视图。为了便于解释，与图3中类似地定义X轴和Y轴。
修改2
图7A中所示的盖板具有以下配置：相比于图3中所示的盖板，在抑制板22a和22b中的每一个中形成多个开口51。在图7A中所示的配置中，在抑制板22a和抑制板22b中的每一个中形成五个开口51。聚焦于抑制板22a侧，五个开口51沿着盖板的***被布置在抑制板22a的与边缘23连接的连接部处。形成在抑制板22a中的五个开口51以及形成在抑制板22b中的五个开口51被布置为相对于中心轴27线性对称。
在修改2的配置中，多个开口51被设置在抑制板22a和22b的与边缘部分23连接的连接部分处。结果，可以减缓涂覆浆50在图2中所示的供给管30的横截面的***处的流速的降低。
在本修改中，限制板22a和22b还可以具有如图5A和图5B中所示的倾斜部分26a和26b。
修改3
图7B中所示的盖板具有以下配置：相比于图7A中所示的盖板，开口52a和52b的开口面积分别大于在抑制板22a和22b中形成的开口51的开口面积。开口52a和52b被布置为相对于中心轴27线性对称。
在修改3的配置中，沿着从边缘部分23向中心的方向延伸的开口52a和52b被设置在抑制板22a和22b中。结果，可以预期到结果不仅仅包括减缓涂覆浆50在图2中所示的供给管30的横截面中的***处的流速的降低，还降低了涂覆浆50在从供给管30的横截面中的中心到***的流速差异。
同样在该修改中，限制板22a和22b还可以具有如图5A和图5B中所示的倾斜部分26a和26b。
在修改2和修改3的盖板的情况下认为，即使当盖板被设置为垂直放置时，所获得的效果也可以接近以水平放置来设置盖板的情况的效果。
修改4
图7C中所示的盖板包括：沿着图2中所示的供给管30的壁的框形边缘部分23，降低涂覆浆50在供给管30的横截面的中心中的流速的抑制板55，以及沿着边缘部分23形成在抑制板55的***处的开口53a-53d。开口53a和开口53c被布置为相对于经过盖板的中心并且与X轴平行的轴线性对称。此外，开口53b和开口53d被布置为相对于经过盖板的中心并且与Y轴平行的轴线性对称。
在修改4的配置中，开口53a和开口53c被布置为相对于经过盖板的中心的轴线性对称，开口53b和开口53d被布置为相对于与前述轴正交的另一轴线性对称。因此，获得以下效果：无论盖板被设置为垂直或水平放置，涂覆浆在供给管的横截面中的流速相等。尽管在其中存在四个开口53a-53d的图7C中示出了一种情况，但是开口的数量不限于四个。
在本示例性实施例的涂覆设备中，被设置在至模头的涂覆浆的供给口或供给管中的盖板具有以下构造：通过该构造，降低供给口或供给管的横截面中的中心处的流速的力大于降低***处的流速的力。结果，涂覆浆的流速在供给口或供给管的横截面的中心处被降低，并且相对于狭缝的宽度方向通过分支管从狭缝均匀地分配涂覆浆。结果，被施加到集电体的涂覆活性材料层的厚度相对于集电体的宽度方向是均匀的，并且每单位面积的涂覆活性材料层的活性材料的涂覆重量的均匀度被提高。
此外，在专利文献1中所公开的方法中，模头必须被拆卸下来然后安装流量调整板，但在本示例性实施例中，本示例性实施例的盖板仅需要被安装在用于向模头供给涂覆浆的供给口或供给管中。结果，可以通过比专利文献1中所公开的方法更加方便的方法来提高涂覆层厚度的均匀性。
尽管参考本发明的示例性实施例具体示出和描述了本发明，但是本发明不限于这些示例性实施例。本领域普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行形式和细节上的各种变化。
本申请基于并要求2015年9月18日提交的日本专利申请No.2015-185492的优先权，其全部公开通过引用并入本文。
附图标记的解释
10 模头
11 狭缝
12 分支管
13 供给口
20 盖板
30 供给管
50 涂覆浆

Claims (12)

1.一种涂覆设备，包括：
模头，所述模头包括被供给涂覆浆的供给口、存储所述涂覆浆的分支管、以及分配所述涂覆浆的狭缝；
供给管，所述供给管与所述模头的供给口连接；以及
盖板，所述盖板被设置在所述供给口或所述供给管中，并使所述涂覆浆的在所述供给口或所述供给管中的与所述涂覆浆流入所述模头的方向正交的横截面的中心处的流速降低得比在所述横截面的***处的流速降低得多。
2.根据权利要求1所述的涂覆设备，其中：
所述供给管的一端与所述供给口连接，并且另一端与用于在供给和切断所述涂覆浆之间进行切换的闸阀连接；以及
所述盖板被布置在所述供给管中或所述分支管与所述供给管之间的孔径内部。
3.根据权利要求1或2所述的涂覆设备，其中所述盖板包括：
沿所述供给口或所述供给管的横截面的壁设置的框形边缘部分；以及
两个凸形抑制板，所述两个凸形抑制板从所述框形边缘部分向所述供给口或所述供给管的横截面的中心延伸；
其中：
所述两个抑制板被布置成相对于在所述供给口或所述供给管的横截面上经过所述横截面的中心的中心轴线性对称；以及
第一开口形成在所述供给口或所述供给管的横截面中的除所述框形边缘部分和所述两个抑制板之外的区域中。
4.根据权利要求3所述的涂覆设备，其中所述第一开口具有如下配置：在所述供给口或所述供给管的横截面中所述两个凸形抑制板的距离从***向所述供给口或所述供给管的横截面的中心连续减小。
5.根据权利要求3所述的涂覆设备，其中被布置成相对于所述中心轴线性对称的第二开口形成在所述两个抑制板中的每一个抑制板中。
6.根据权利要求5所述的涂覆设备，其中多个所述第二开口形成在所述两个抑制板中的每一个抑制板中。
7.根据权利要求3所述的涂覆设备，其中所述两个抑制板中的每一个抑制板具有从所述供给口或所述供给管的横截面向所述模头倾斜的部分。
8.根据权利要求3所述的涂覆设备，其中所述盖板被布置在所述供给口或所述供给管中，使得在所述盖板上经过所述盖板的中心的中心轴与所述狭缝的宽度方向平行。
9.根据权利要求1或2所述的涂覆设备，其中所述盖板包括：
沿所述供给口或所述供给管的横截面的壁的框形边缘部分；
抑制板，所述抑制板降低所述涂覆浆在所述供给口或所述供给管的横截面的中心处的流速；以及
沿所述边缘部分形成在所述抑制板的***中的多个开口。
10.根据权利要求1所述的涂覆设备，其中所述供给口沿所述分支管的宽度方向布置在中心部分中，并且形成在所述供给口或所述供给管的横截面中的开口与所述供给口连通。
11.一种使用涂覆设备的涂覆方法，所述涂覆设备至少包括：
模头，所述模头包括被供给涂覆浆的供给口、存储所述涂覆浆的分支管、以及分配所述涂覆浆的狭缝；以及
供给管，所述供给管的一端与所述供给口连接；
所述方法包括以下步骤：
使所述涂覆浆的在与所述涂覆浆进入所述供给管的方向正交的横截面的中心处的流速降低得比在所述横截面的***处的流速降低得多；以及
向所述供给口供给所述涂覆浆。
12.根据权利要求11所述的涂覆方法，其中
所述涂覆浆的在与所述涂覆浆进入所述供给管的方向正交的横截面的中心处比在所述横截面的***处高的流速被降低，
所述涂覆浆在所述供给管的壁表面附近的流速被保持，并且
所述涂覆浆被供给至所述供给口。
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