ES3041683T3 - Lamination device comprising pressure roll capable of adjusting pressing force and electrode assembly manufactured by using same - Google Patents

Lamination device comprising pressure roll capable of adjusting pressing force and electrode assembly manufactured by using same

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ES3041683T3
ES3041683T3 ES22749986T ES22749986T ES3041683T3 ES 3041683 T3 ES3041683 T3 ES 3041683T3 ES 22749986 T ES22749986 T ES 22749986T ES 22749986 T ES22749986 T ES 22749986T ES 3041683 T3 ES3041683 T3 ES 3041683T3
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Dong Ha Kim
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Abstract

La presente invención se refiere a un aparato de laminación para la fabricación de un conjunto de electrodos y, más específicamente, a un aparato de laminación que comprende: un rodillo de presión para prensar los electrodos que constituyen el conjunto de electrodos; un eje de rotación para hacer girar el rodillo de presión; un cilindro de presión para ajustar la fuerza de prensado aplicada al rodillo de presión; y un sensor de medición de espesor para medir el espesor de los electrodos y, de este modo, incluso si existe una desviación de espesor de una capa de mezcla de electrodos, se puede asegurar la adhesión entre los electrodos que constituyen el conjunto de electrodos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de laminación que comprende rodillo de prensado capaz de ajustar la fuerza de prensado y conjunto de electrodo fabricado mediante la utilización del mismo
Campo técnico
La presente solicitud reivindica el beneficio de prioridad de la solicitud de patente coreana n.° 2021-0016895, presentada el 5 de febrero de 2021.
La presente invención se refiere a un aparato de laminación que incluye un rodillo de prensado configurado de manera que la fuerza de prensado del mismo es ajustable. Más particularmente, la presente invención se refiere a un aparato de laminación que incluye un rodillo de prensado configurado de manera que la fuerza de prensado del mismo es ajustable con el fin de evitar una fuerza no uniforme de adhesión entre los electrodos que constituyen una bicelda debido a una desviación en el grosor de los electrodos.
Antecedentes de la técnica
Con la aceleración del incremento de capacidad y la mejora de la densidad energética de las baterías secundarias de litio, se ha utilizado la batería secundaria de litio como una fuente de energía para dispositivos de tamaño medio y grande, tales como un vehículo o un sistema de almacenamiento energético, así como para dispositivos pequeños, tales como dispositivos electrónicos portátiles.
La batería secundaria de litio puede fabricarse utilizando un método de recepción de un conjunto de electrodo, configurado para presentar una estructura en la que se apilan secuencialmente un electrodo positivo, un separador y un electrodo negativo, en una caja de batería, sellando herméticamente la caja de la batería.
El conjunto de electrodo incluye un sola celda configurada para presentar una estructura en la que están apilados un primer electrodo y un separados, una monocelda configurada para presentar una estructura en la que están apilados un primer electrodo, un separados, un segundo electrodo y un separador, y una bicelda configurada para presentar una estructura en la que están apilados un primer electrodo, un separador, un segundo electrodo, un separador y un tercer electrodo.
Cada uno de los electrodos que constituyen el conjunto de electrodo está fabricado mediante la aplicación de una mezcla de electrodo en una superficie o en superficies opuestas de un colector delgado de corriente realizado en cobre, aluminio o níquel, y el secado y prensado del mismo.
Los electrodos fabricados de esta manera pasan por el procedimiento de apilado y laminación de los electrodos en el estado en que se interpone un separador entre ellos de manera que los electrodos estén acoplados entre sí. Sin embargo, en el caso de que ocurra una desviación de grosor entre las capas de mezcla de electrodo aplicada en los electrodos, los electrodos podrían no acoplarse no uniformemente entre sí.
En relación con ello, la FIG. 1 es una vista que muestra un procedimiento de laminado de bicelda utilizando un aparato de laminación convencional.
En referencia a la FIG. 1, un conjunto de electrodo es una bicelda configurada de manera que están secuencialmente apilados un primer electrodo 110, un separador 140, un segundo electrodo 120, un separador 140 y un tercer electrodo 130. Los grosores de las capas 122 de mezcla de electrodo aplicadas a superficies opuestas de un colector de corriente 121 de electrodo del segundo electrodo 120 no son uniformes. El grosor en la cara izquierda de cada una de las capas de la mezcla de electrodo es pequeño, y el grosor en la cara derecha de cada una de las capas de mezcla de electrodo es grande.
Un par de rodillos de prensado 150 se dispone sobre el primer electrodo 110 y bajo el tercer electrodo 130 para prensar el conjunto de electrodo. En este momento, los rodillos de prensado 150 aplican una presión uniforme en la totalidad de las superficies del primer electrodo 110 y el tercer electrodo 130 que tocan los rodillos de prensado. Como resultado, resulta difícil que las caras izquierdas de las capas 122 de mezcla de electrodo del segundo electrodo se pongan en contacto estrecho con la cara izquierda del primer electrodo 110 y la cara izquierda del tercer electrodo 130.
Si no se consigue la adhesión en la interfaz entre los electrodos, tal como se ha descrito anteriormente, puede provocarse una degradación no uniforme de los electrodos, dificultando el movimiento de los iones de litio, de manera que se incremente la resistencia y, por lo tanto, podría disminuir el rendimiento de la batería secundaria de litio. Además, en un procedimiento de producción para fabricar un conjunto de electrodo de tipo apilado y plegado, las biceldas deben disponerse sobre una película de separación de tipo lámina larga una a una, y puede disponerse un electrodo separado de una bicelda junto con otra bicelda.
Dicho problema puede ocurrir debido a la adhesión reducida entre el primer electrodo y el segundo electrodo, y entre el tercer electrodo y el segundo electrodo en el caso de que el grosor del segundo electrodo dispuesto en la parte intermedia, entre los electrodos que constituyen la bicelda, es no uniforme.
Por lo tanto, existe una necesidad de tecnología capaz de garantizar la fuerza de acoplamiento entre todos los electrodos que constituyen una bicelda en el caso de que el grosor de una capa de mezcla de electrodo del segundo electrodo dispuesta en la parte intermedia, entre los electrodos, sea no uniforme.
El documento n.° KR 10 2020 0066901 A da a conocer un aparato de fabricación de conjunto de electrodo que comprende una unidad de medición del grosor que mide un grosor de uno o más de un electrodo y una película de separación, y una unidad de laminación que prensa el electrodo y la película de separación, que se laminan a la vez que se pasan a través de la unidad de medición del grosor, a la vez que pasa el electrodo y la película de separación entre un par de unidades de rodillo de prensado dispuestas verticalmente para unir el electrodo y la película de separación.
El documento n.° JP 2014-191880 A da a conocer un método de fabricación que incluye una etapa de laminación en la que se forma una capa de composición de electrodo sobre un sustrato base cuyo coeficiente de fricción con polvos se mantiene dentro de un intervalo predeterminado, mediante el moldeo por compresión de los polvos sobre el material base, a la vez que se utiliza un dispositivo de laminación capaz de mantener una velocidad de rotación de un rodillo de prensado entre un par de rodillos de prensado los ejes de rotación de los cuales son paralelos y están dispuestos en orientación sustancialmente horizontal, diferente de la velocidad de rotación del otro rodillo de prensado; una etapa de medición para medir un peso unitario de los polvos con respecto al material base en la etapa de laminación, y una etapa de modificación en que se modifica la proporción de velocidad de la velocidad de rotación del rodillo de prensado con respecto a la velocidad de rotación del otro rodillo de prensado basándose en el resultado de la medición en la etapa de medición.
El documento n.° US 9.246.186 B2 da a conocer un método de fabricación de una estructura unitaria para conseguir un conjunto de electrodo formado mediante un método de apilamiento, y se da a conocer una celda electroquímica que incluye la misma.
El método de fabricación del ensamblaje de electrodo se caracteriza por fabricar la estructura unitaria mediante la realización de un primer procedimiento de laminación y la formación de una bicelda que presenta una estructura de primer electrodo/separador/segundo electrodo/separador/primer electrodo, y llevar a cabo un segundo procedimiento de laminación del primer separador/segundo electrodo/segundo separador uno a uno sobre uno de los primeros electrodos de entre los dos primeros electrodos.
El documento n.° KR 10-2028611 B1 da a conocer un aparato de laminación que comprende una entrada por la que se introduce un conjunto de electrodo con una estructura de red; una primera unidad de calefactado que calienta el conjunto de electrodo; una unidad de descarga que descarga el conjunto de electrodo unido térmicamente; una unidad de prensado que presenta un rodillo de prensado, y una segunda unidad de calefactado que calienta secundariamente y prensa por laminación el conjunto de electrodo calentado primariamente.
Exposición
Problema técnico
La presente invención se ha llevado a cabo en vista de los problemas anteriormente expuestos, y es un objetivo de la presente invención proporcionar un aparato de laminación que incluye un rodillo de prensado configurado de manera que la fuerza de prensado del mismo es ajustable con el fin de evitar la reducción de la fuerza de adhesión entre electrodos debida a la desviación de grosor entre capas de mezcla de electrodo que constituyen una bicelda y el conjunto de electrodo fabricado utilizando la misma.
Solución técnica
Un aparato de laminación según la presente invención para conseguir el objetivo anteriormente indicado, que es un aparato de laminación para la fabricación de un conjunto de electrodo, incluye un rodillo de prensado configurado para prensar electrodos que constituyen el conjunto de electrodo, un eje rotatorio configurado para ajustar la fuerza de prensado que se aplica en el rodillo de prensado, y un sensor de medición del grosor configurado para medir el grosor de la capa de mezcla de electrodo, en donde el cilindro de prensado comprende un primer cilindro de prensado y un segundo cilindro de prensado acoplados con extremos opuestos del eje rotatorio, respectivamente, y el aparato de laminación está configurado de manera que una fuerza de prensado aplicada mediante el primer cilindro de prensado y una fuerza de prensado aplicada por el segundo cilindro de prensado son diferentes entre sí.
En el aparato de laminación según la presente invención, el sensor de medición de grosor puede incluir un primer sensor de medición del grosor y un segundo sensor de medición del grosor dispuestos en extremos opuestos del electrodo, respectivamente.
El aparato de laminación según la presente invención puede incluir, además, un controlador configurado para controlar la fuerza de prensado aplicada por el cilindro de prensado en el caso de que ocurra una diferencia entre el grosor del electrodo medido por el primer sensor de medición del grosor y el grosor del electrodo medido por el segundo sensor de medición de grosor.
En el aparato de laminación según la presente invención, el rodillo de prensado puede configurarse para prensar más fuertemente el electrodo en la posición en la que el grosor del electrodo es menor cuando se produce una diferencia entre el grosor del electrodo medido por el primer sensor de medición de grosor y el grosor del electrodo medido por el segundo sensor de medición de grosor.
En el aparato de laminación según la presente invención, el conjunto de electrodo puede ser una bicelda que presenta una estructura en la que están apilados un primer electrodo, un separador, un segundo electrodo, un separador y un tercer electrodo.
El aparato de laminación según la presente invención puede incluir, además, una primera unidad de suministro de electrodo, una segunda unidad de suministro de electrodo y una tercera unidad de suministro de electrodo, en donde el sensor de medición del grosor puede medir el grosor de un segundo electrodo suministrado por la segunda unidad de suministro de electrodo.
En el aparato de laminación según la presente invención, cada uno de los electrodos puede ser un electrodo de doble cara que presenta mezclas de electrodos recubiertos sobre caras opuestas de un colector de corriente de electro, y el aparato de laminación puede disponerse en cada una de la superficie superior y la superficie inferior del electrodo.
En el aparato de laminación según la presente invención, el sensor de medición del grosor puede incluir una parte de radiación configurada para radiar rayos beta transmitidos a través del electrodo y una parte receptor configurada para detectar los rayos beta radiados por la parte de radiación, y la parte de radiación puede estar configurada para estar dispuesta en cualquiera de la superficie superior y la superficie inferior del electrodo, mientras que la parte receptora puede estar dispuesta en la otra de las dos.
En el aparato de laminación según la presente invención, las fuerzas de prensado aplicadas en un primer extremo y en un segundo extremo de un rodillo de prensado superior configurado para estar dispuesto en la superficie superior del electrodo pueden estar configuradas para fijarse de manera independiente a las fuerzas de prensado aplicadas en el primer extremo y en el segundo extremo de un rodillo de prensado inferior configurado para estar dispuesto en la superficie inferior del electrodo.
En el aparato de laminación según la presente invención, el rodillo de prensado puede estar configurado para ser capaz de ser calefactado.
En la presente memoria se describe adicionalmente un conjunto de electrodo fabricado utilizando el aparato de laminación. Específicamente, el conjunto de electrodo puede ser una bicelda que presenta una estructura en la que están apilados secuencialmente un primer electrodo, un separador, un segundo electrodo, un separador y un tercer electrodo, y el primer electrodo y el segundo electrodo pueden estar acoplados entre sí, y el segundo electrodo y el tercer electrodo pueden estar acoplados entre sí, en toda la periferia externa de los mismos.
Además, la presente invención puede proporcionar diversas combinaciones de los medios de resolución anteriormente indicados.
Efectos ventajosos
Tal como resulta evidente a partir de la descripción anterior, en la presente invención, resulta posible ajustar la fuerza de prensado de un rodillo de prensado configurado para prensar una bicelda, y por lo tanto, resulta posible conseguir la fuerza de adhesión entre electrodos mediante el incremento de la fuerza de prensado del rodillo de prensado en una parte de una capa de mezcla de electrodo en la que el grosor de la misma es reducido.
Además, resulta posible medir el grosor de una capa de mezcla de electrodo de un segundo electrodo de la bicelda, que está localizada en una parte intermedia de la misma, utilizando un sensor de medición de grosor, en donde es posible formar una superficie adhesiva en toda la interfaz entre el primer electrodo y un separador y la interfaz entre el separador y el segundo electrodo.
Además, resulta posible ajustar individualmente las fuerzas de prensado aplicadas a un rodillo de prensado dispuesto sobre el primer electrodo de la bicelda y un rodillo de prensado dispuesto bajo el tercer electrodo mediante un primer cilindro de prensado y un segundo cilindro de prensado acoplado con extremos opuestos de ejes rotatorios de los rodillos de prensado, en donde resulta posible conseguir la fuerza de adhesión entre el primer electrodo y el segundo electrodo, y entre el tercer electrodo y el segundo electrodo, aunque hay una desviación de grosor entre las capas de mezcla de electrodo formadas en caras opuestas del segundo electrodo.
Además, el rodillo de prensado está configurado de manera que la temperatura del rodillo de prensado puede incrementarse, en donde resulta posible incrementar adicionalmente la fuerza de adhesión entre los electrodos. Debido a que se consigue la fuerza de adhesión entre los electrodos, tal como se ha indicado anteriormente, resulta posible proporcionar una celda de batería que presenta baja resistencia. Además, se evita la degradación no uniforme del conjunto de electrodo, de manera que resulta posible proporcionar una celda de batería que presenta una vida útil incrementada.
Además, las biceldas pueden disponerse sobre una lámina de separación una a una al fabricar un conjunto de electrodo de tipo apilado y plegado, de manera que resulta posible reducir la colocación incorrecta de la bicelda, y por lo tanto, resulta posible conseguir productividad del conjunto de electrodo.
Descripción de los dibujos
La FIG. 1 es una vista que muestra un procedimiento de laminación de bicelda utilizando un aparato de laminación convencional.
La FIG. 2 es una vista frontal que muestra el estado en el que se lamina una bicelda utilizando un aparato de laminación según la presente invención.
La FIG. 3 es una vista lateral que muestra el estado en el que se lamina una bicelda utilizando un aparato de laminación según una realización.
La FIG. 4 es una vista en perspectiva que muestra el estado en que se añade un controlador al aparato de laminación de la FIG. 3.
La FIG. 5 es una vista lateral que muestra el estado en el que se lamina una bicelda utilizando un aparato de laminación según otra realización.
La FIG. 6 es una vista en perspectiva que muestra el estado en que se añade un controlador al aparato de laminación de la FIG. 5.
La FIG. 7 es una vista en sección vertical y una vista en planta de una bicelda fabricada de acuerdo con el Ejemplo experimental.
Mejor modo
A continuación, las realizaciones preferentes de la presente invención se describirán en detalle en referencia a los dibujos adjuntos de manera que las realizaciones preferentes de la presente invención pueden implementarse fácilmente por el experto habitual en la materia a la que se refiere la presente invención. En la descripción del principio de funcionamiento de las realizaciones preferentes de la presente invención en detalle, sin embargo, se omitirá una descripción detallada de las funciones y configuraciones conocidas incorporadas en la presente memoria en el caso de que las mismas dificulten la comprensión de la materia objeto de la presente invención.
Además, se utilizarán números de referencia iguales en todos los dibujos para referirse a partes que realizan funciones u operaciones iguales. En el caso en el que una parte se afirma que está conectada a otra parte a lo largo de toda la especificación, no solo puede una parte estar directamente conectada a la otra parte, sino también, la parte puede estar indirectamente conectada a la otra parte mediante una parte adicional. Además, que un determinado elemento esté incluido no significa que estén excluidos otros elementos, aunque significa que dichos elementos pueden incluirse adicionalmente, a menos que se indique lo contrario.
Adicionalmente, una descripción destinada a realizar elementos mediante limitación o adición puede aplicarse a todas las invenciones, a menos que ello esté particularmente limitado, y no limita una invención específica.
Además, en la descripción de la invención y en las reivindicaciones de la presente solicitud, las formas singulares pretenden incluir las formas plurales, a menos que se indique lo contrario.
Además, en la descripción de la invención y en las reivindicaciones de la presente solicitud, “o” incluye “y”, a menos que se indique lo contrario. Por lo tanto, “ incluyendo A o B” significa tres casos, es decir, el caso que incluye A, el caso que incluye B y el caso que incluye A y B.
A continuación en el presente documento, se describirán realizaciones de la presente invención en detalle, en referencia a los dibujos adjuntos.
La FIG. 2 es una vista frontal que muestra el estado en que se lamina una bicelda utilizando un aparato de laminación según la presente invención.
En referencia a la FIG. 2, los rodillos de prensado 251 están dispuestos sobre y bajo un conjunto de electrodo. El conjunto de electrodo es una bicelda configurada de manera que están secuencialmente apilados un primer electrodo 210, un separador 240, un segundo electrodo 220, un separador 240 y un tercer electrodo 230. El primer electrodo 210 y el tercer electrodo 230 son electrodos que presentan la misma polaridad, y el segundo electrodo 220 es un electrodo que presenta una polaridad diferente de la polaridad de primer electrodo 210 y del tercer electrodo 230.
Cada uno del primer electrodo 210, el segundo electrodo 220 y el tercer electrodo 230 es un electrodo de doble cara que presenta capas de mezcla de electrodo aplicadas en superficies opuestas de un colector de corriente de electrodo. El grosor de cada una de las capas 222 de mezcla de electrodo aplicadas en la superficie superior y la superficie inferior del colector de corriente 221 de electrodo del segundo electrodo es no uniforme. El grosor de la cara izquierda de cada una de las capas de mezcla de electrodo es relativamente reducido, y el grosor de cara derecha de cada una de las capas de mezcla de electrodo es relativamente grande.
En este caso, en el caso de que el conjunto de electrodo se prense en el estado en que los ejes rotatorios 252 de los rodillos de prensado 251 se dispongan en paralelo entre sí, tal como se muestra en la FIG. 1, resulta difícil eliminar el hueco entre el primer electrodo 210 y el segundo electrodo 220 y un hueco entre el tercer electrodo 230 y el segundo electrodo 220 en la cara izquierda, en donde el grosor de cada una de las capas 222 de mezcla de electrodo es relativamente reducido. Como resultado, las partes no adheridas pueden ocurrir en las partes izquierdas del primer electrodo 210 y el segundo electrodo 220, y las partes izquierdas del tercer electrodo 230 y el segundo electrodo 220. Por lo tanto, en la presente invención, un primer cilindro de prensado 253 y un segundo cilindro de prensado 263 configurados para estar controlados independientemente se acoplan a extremos opuestos de cada uno de los ejes rotatorios 252, que están configurados para hacer girar los rodillos de prensado 251.
Específicamente, la fuerza de prensado aplicada por el primer cilindro de prensado 253 y la fuerza de prensado aplicada por el segundo cilindro de prensado 263 son diferentes entre sí. El primer cilindro de prensado 253 está localizado de manera que sea contiguo a la parte en que el grosor de cada una de las capas de mezcla de electrodo es relativamente reducida, y el segundo cilindro de prensado 263 está localizado de manera que sea contiguo a la parte en que el grosor de cada una de las capas de mezcla de electrodo es relativamente grande.
En el caso de que la fuerza de prensado aplicada por el primer cilindro de prensado 253 sea mayor que la fuerza de prensado aplicada por el segundo cilindro de prensado 263, el primer electrodo 210 y el tercer electrodo 230 pueden prensarse profundamente en dirección hacia el segundo electrodo 220. En consecuencia, resulta posible adherir por completo los electrodos entre sí en la parte izquierda, en donde el grosor de cada una de las capas 222 de mezcla de electrodo es relativamente reducida, así como la parte derecha, en donde el grosor de cada una de las capas 222 de mezcla de electrodo es relativamente grande.
La FIG. 3 es una vista lateral que muestra el estado en que se lamina una bicelda utilizando un aparato de laminación según una realización, y la FIG. 4 es una vista en perspectiva que muestra el estado en que se añade un controlador al aparato de laminación de la FIG. 3.
En referencia a las FIGS. 3 y 4, el aparato de laminación según la presente invención, que está configurado para fabricar una bicelda, incluye un rodillo de prensado 351 configurado para prensar electrodos que constituyen un conjunto de electrodo, un eje rotatorio 352 configurado para hacer girar el rodillo de prensado 351, un primer cilindro de prensado 353 y un segundo cilindro de prensado 363 configurados para ajustar la fuerza de prensado aplicada en el rodillo de prensado 351, y un primer sensor 381 de medición de grosor y un segundo sensor 382 de medición de grosor configurados para medir el grosor de uno de los electrodos.
El aparato de laminación incluye una primera unidad de suministro de electrodo configurada para suministrar un primer electrodo 310, una segunda unidad de suministrado de electrodo configurada para suministrar un segundo electrodo 320, y una tercera unidad de suministro de electrodo configurada para suministrar un tercer electrodo 330, y los sensores de medición de grosor miden el grosor del segundo electrodo 320 suministrado a partir de la segunda unidad de suministro de electrodo.
El conjunto de electrodo es una bicelda configurada de manera que el primer electrodo 310, un separador 340, el segundo electrodo 320, un separador 340 y el tercer electrodo 330, están apilados secuencialmente. El primer electrodo 310 está configurado de manera que las capas 312 de mezcla de electrodo se forman sobre superficies opuestas de un colector 311 de corriente de electrodo, el segundo electrodo 320 está configurado de manera que las capas 322 de mezcla de electrodo se forman sobre superficies opuestas de un colector 321 de corriente de electrodo, y el tercer electrodo 330 está configurado de manera que las capas 332 de mezcla de electrodo se forman sobre superficies opuestas de un colector 331 de corriente de electrodo.
El primer electrodo 310 y el tercer electrodo 330 son electrodos que presentan la misma polaridad, y el segundo electrodo 320 es un electrodo que presenta una polaridad diferente de la polaridad del primer electrodo 310 y del tercer electrodo 330. Es decir, en el caso de que el primer electrodo y el tercer electrodo sean electrodos positivos, el segundo electrodo es un electrodo negativo. En el caso de que el primer electrodo y el tercer electrodo sean electrodos negativos, el segundo electrodo es un electrodo positivo.
El separador 340 está unido a una superficie exterior de la capa 312 de mezcla de electrodo del primer electrodo 310 que está delante del segundo electrodo 320, y el primer electrodo 310 y el separador 340 se recortan en un electrodo unitario mediante una cortadora 390 en una etapa anterior a la laminación.
Ningún separador 340 está unido a una superficie exterior de la capa 322 de mezcla de electrodo del segundo electrodo 320, y el segundo electrodo 320 se recorta en un electrodo unitario mediante una cortadora 390 en la etapa anterior a la laminación.
Entre los cilindros de prensado se incluyen un primer cilindro de prensado 353 y un segundo cilindro de prensado 363 acoplado a extremos opuestos del eje rotatorio 352, respectivamente, y los cilindros de prensado pueden estar individualmente controlados de manera que las fuerzas de prensado aplicadas en el rodillo de prensado sean diferentes entre sí.
El grosor de la capa de mezcla 322 de electrodo del segundo electrodo 320 puede no ser uniforme. El primer sensor de medición 381 de grosor y el segundo sensor de medición 382 de grosor, que están configurados para medir el grosor de la capa de mezcla de electrodo, están dispuestos en extremos opuestos del segundo electrodo 320, respectivamente. Específicamente, el primer sensor de medición 381 de grosor y el segundo sensor de medición 382 de grosor están dispuestos respectivamente en extremos opuestos del segundo electrodo en dirección del eje y, que es perpendicular a la dirección x de movimiento del electrodo.
Con el fin de conseguir la fuerza de adhesión entre los electrodos que constituyen la bicelda, el tamaño del hueco entre el primer electrodo y el segundo electrodo, y el tamaño del hueco entre el tercer electrodo y el segundo electrodo pueden identificarse en el caso de que se identifique la desviación de grosor del segundo electrodo. En consecuencia, es importante comprobar la desviación de grosor del segundo electrodo.
Cada uno del primer sensor 381 de medición de grosor y el segundo sensor 382 de medición de grosor pueden estar constituidos por una pareja de un sensor superior localizado sobre el segundo electrodo y un sensor inferior localizado bajo el segundo electrodo. Unos rayos beta emitidos desde el sensor inferior son transmitidos a través del segundo electrodo y alcanzan el sensor superior. En el caso de que la cantidad de carga de la capa de mezcla de electrodo del segundo electrodo sea más elevada, la cantidad residual de rayos beta que alcanza el sensor superior es más pequeña. En consecuencia, resulta posible medir el grosor de la capa de mezcla de electrodo del segundo electrodo a partir del principio de que la cantidad de carga de la capa de mezcla de electrodo se calcula basándose en la cantidad residual de rayos beta medida por el sensor superior.
En el caso de que ocurra una diferencia entre el grosor de la capa de mezcla de electrodo medida por el primer sensor 381 de medición de grosor y el grosor de la capa de mezcla de electrodo medida por el segundo sensor 382 de medición de grosor, ocurre una diferencia entre la fuerza de prensado aplicada por el primer cilindro de prensado 353 y la fuerza de prensado aplicada por el segundo cilindro de prensado 363. El cilindro de prensado localizado en la cara en la que el grosor de la capa de mezcla de electrodo es más pequeño aplica una fuerza de prensado más fuerte en el rodillo de prensado. Como resultado, las partes del primer electrodo y del tercer electrodo contiguo a la parte de grosor pequeño de la capa de mezcla de electrodo del segundo electrodo pueden ser prensados más profundamente en dirección hacia el segundo electrodo y, por lo tanto, la fuerza de adhesión entre el primer electrodo y el segundo electrodo, y la fuerza de adhesión entre el tercer electrodo y el segundo electrodo puede incrementarse.
En un ejemplo concreto, el aparato de laminación puede incluir un controlador 370 configurado para controlar las fuerzas de prensado del primer cilindro de prensado 353 y del segundo cilindro de prensado 363 basándose en los grosores de la capa de mezcla de electrodo medida por el primer sensor 381 de medición de grosor y el segundo sensor 382 de medición de grosor. En consecuencia, resulta posible calcular valores medidos mediante el primer sensor de medición de grosor y el segundo sensor de medición de grosor en tiempo real, de manera que resulta posible ajustar las fuerzas de prensado de los cilindros de prensado sin intervención de un operario.
Por ejemplo, el primer sensor 381 de medición de grosor y el segundo sensor 382 de medición de grosor pueden estar dispuestos sobre un electrodo que entra en la cortadora 390, tal como se muestra en la FIG. 3, o pueden estar dispuestos entre la cortadora 390, que recorta una lámina de electrodo en un electrodo unitario, y el rodillo de prensado, tal como se muestra en la FIG. 4.
En otro ejemplo concreto, el primer sensor 381 de medición de grosor y el segundo sensor 382 de medición de grosor pueden estar dispuestos en una superficie superior y una superficie inferior del segundo electrodo 320. En consecuencia, resulta posible medir los grosores de extremos opuestos de la capa de mezcla 322 de electrodo aplicada en la superficie superior del segundo electrodo 320 en la dirección del eje y, y medir los grosores de extremos opuestos de la capa de mezcla 322 de electrodo aplicada en la superficie inferior del segundo electrodo 320 en la dirección del eje y.
Es decir, resulta posible medir la desviación de grosor entre las capas de mezcla de electrodo aplicadas en la superficie superior y la superficie inferior del segundo electrodo 320, de manera que resulta posible medir con exactitud el hueco entre el primer electrodo 310 y el segundo electrodo 320, y el hueco entre el tercer electrodo 330 y el segundo electrodo 320. Las fuerzas de prensado del primer cilindro de prensado 353 y el segundo cilindro de prensado 363 del aparato de laminación dispuesto en la superficie superior del segundo electrodo 320 pueden controlarse de manera independiente de las fuerzas de prensado del primer cilindro de prensado 353 y el segundo cilindro de prensado 363 del aparato de laminación dispuesto en la superficie inferior del segundo electrodo 320.
En consecuencia, las fuerzas de prensado aplicadas en un primer extremo y en un segundo extremo del rodillo de prensado superior dispuesto en la superficie superior del segundo electrodo 320 pueden configurarse de manera independiente de las fuerzas de prensado aplicadas en un primer extremo y en un segundo extremo del rodillo de prensado inferior dispuesto en la superficie inferior del segundo electrodo 320.
En la FIG. 4, el primer electrodo 310, el segundo electrodo 320 y el tercer electrodo 330 están apilados entre los rodillos de prensado 351 en el estado en que los separadores (no mostrados) están interpuestos entre los electrodos respectivos.
En el caso de la FIG. 4, el grosor del electrodo contiguo al primer cilindro de prensado 353 es relativamente pequeño, de manera que la fuerza de prensado del primer cilindro de prensado 353 es mayor que la fuerza de prensado del segundo cilindro de prensado 363. En consecuencia, el primer cilindro de prensado 353 y el segundo cilindro de prensado 363 prensan los rodillos de prensado 351 de manera que entran en contacto estrecho con los electrodos más externos de la bicelda, y el rodillo de prensado 351 contiguo al eje rotatorio 352 conectado al primer cilindro de prensado 353 es fuertemente prensado a la vez que es movido, de manera que entra en contacto más estrecho con la bicelda en una dirección paralela al eje z.
En consecuencia, no ocurre una no adhesión entre el primer electrodo, el segundo electrodo y el tercer electrodo en el estado en que los separadores están interpuestos entre ellos.
En un ejemplo concreto, los rodillos de prensado 351 pueden estar configurados para poder ser calefactados, y por lo tanto, los rodillos de prensado pueden prensar la bicelda en un estado calentado. En consecuencia, resulta posible incrementar adicionalmente la fuerza de adhesión entre los electrodos.
La FIG. 5 es una vista lateral que muestra el estado en que se lamina una bicelda utilizando un aparato de laminación según otra realización, y la FIG. 6 es una vista en perspectiva que muestra el estado en que se añade un controlador al aparato de laminación de la FIG. 5.
En referencia a las FIGS. 5 y 6, una construcción que incluye un primer electrodo 310, un segundo electrodo 320, un tercer electrodo 330 y un separador 340, que constituye una bicelda, un rodillo de prensado 351, un eje rotatorio 352, un primer cilindro de prensado 353 y un segundo cilindro de prensado 363, es idéntica a la construcción mostrada en las FIGS. 3 y 4, y por lo tanto, una descripción proporcionada en referencia a las FIGS. 3 y 4 se aplica igualmente a la misma.
Los sensores de medición de grosor mostrados en las FIGS. 5 y 6 pueden incluir un primer sensor 383 de medición de grosor y un segundo sensor 384 de medición de grosor dispuestos, respectivamente, en extremos opuestos del segundo electrodo 320 en paralelo en la dirección del eje y, de manera que resulta posible medir los grosores de una capa de mezcla 322 de electrodo en posiciones correspondientes a los extremos opuestos del segundo electrodo.
El primer sensor 383 de medición de grosor y el segundo sensor 384 de medición de grosor incluyen partes de radiación 383a y 384a configuradas para radiar rayos beta capaces de ser transmitidos a través del segundo electrodo 320 y partes receptoras 383b y 384b configuradas para detectar los rayos beta radiados por las partes de radiación 383a y 384a, respectivamente. Las partes de radiación 383a y 384a están dispuestas en una superficie superior del segundo electrodo 320, y las partes receptoras 383b y 384b están dispuestas en una superficie inferior del segundo electrodo.
Alternativamente, las partes de radiación y las partes receptoras pueden estar dispuestas en posiciones opuestas a las posiciones mostradas en las figuras.
En el caso de que el grosor del segundo electrodo sea mayor, la cantidad residual de rayos beta que alcanza las partes receptores es más pequeña. En consecuencia, resulta posible medir el grosor total de las capas de mezcla de electrodo aplicadas en la superficie superior y la superficie inferior del segundo electrodo 320 utilizando el primer sensor 383 de medición de grosor y el segundo sensor 384 de medición de grosor.
Alternativamente, pueden estar dispuestos sensores láser sobre y bajo el segundo electrodo, y puede medirse el tiempo de reflexión de un láser radiado, de manera que puede medirse el grosor del segundo electrodo.
En el caso de que la bicelda configurada de manera que el primer electrodo, el separador, el segundo electrodo, el separador y el tercer electrodo estén apilados secuencialmente, se fabrica utilizando el aparato de laminación según la presente invención, tal como se ha descrito anteriormente, puede conseguirse la adhesión entre el primer electrodo y el segundo electrodo, y entre el segundo electrodo y el tercer electrodo, en la totalidad de las superficies exteriores de los mismos.
A continuación en el presente documento, se describirá la presente invención en referencia a un ejemplo experimental. Este ejemplo experimental se proporciona únicamente para una comprensión más fácil de la presente invención y no debe interpretarse como limitativa del alcance de la presente invención.
<Ejemplo experimentad
Se fabricó una bicelda con el fin de comprobar la influencia de la fuerza de prensado aplicada al laminar la bicelda con la fuerza de adhesión entre electrodos y separadores.
La FIG. 7 es una vista en sección vertical y una vista en planta de una bicelda fabricada de acuerdo con el Ejemplo experimental.
En referencia a la FIG. 7, la bicelda está configurada de manera que un primer electrodo 310, un separador superior 441, un segundo electrodo 320, un separador inferior 442, y un tercer electrodo 330 están apilados secuencialmente, en donde el primer electrodo 310 y el tercer electrodo 330 son electrodos positivos, y el segundo electrodo 320 es un electrodo negativo.
En la bicelda fabricada de esta manera, se llevó a cabo un primer ensayo de configurar la fuerza de prensado de un rodillo de prensado para la laminación a 190 kgf y la realización de la laminación a 90 °C, y un segundo ensayo de configuración de la fuerza de prensado del rodillo de prensado a 170 kgf y la realización de la laminación a 90 °C.
Tal como se muestra en la vista en planta de la bicelda, la bicelda se dividió en tres zonas en vista en planta.
Específicamente, la bicelda se dividió en una parte de pestaña llamada Pestaña, que era una parte contigua a las pestañas de electrodo, una parte inferior llamada Inferior, opuesta a la parte de pestaña, y una parte intermedia M, que estaba localizada entre la parte de pestaña y la parte inferior. En cada zona, se midieron las fuerzas de adhesión entre (A) el segundo electrodo 320 y el separador superior 441, (B) el segundo electrodo 320 y el separador inferior 442, (C) el primer electrodo 310 y el separador superior 441, y (D) el tercer electrodo 330 y el separador inferior 442.
Con el fin de medir la fuerza de adhesión en (A), se fijó el segundo electrodo 320 a una placa horizontal; se fijó el primer electrodo 310 y el separador superior 441 a un dispositivo de sujeción de tipo pinza, y se tiró verticalmente del primer electrodo y del separador superior de manera que se despegasen del segundo electrodo, de manera que se obtuviese una medición de la fuerza adhesiva.
Con el fin de medir la fuerza de adhesión en (B), se fijó el segundo electrodo 320 a la placa horizontal; se fijó el tercer electrodo 330 y el separador inferior 442 al dispositivo de sujeción de tipo pinza, y se tiró del tercer electrodo y del separador inferior verticalmente de manera que se despegasen del segundo electrodo, de manera que se obtuviese una medición de la fuerza adhesiva.
Con el fin de medir la fuerza de adhesión en (C), se fijó el primer electrodo 310 en la placa horizontal; se fijó el separador superior 441 en el dispositivo de sujeción de tipo pinza, y se tiró del primer electrodo verticalmente de manera que se despegase del separador superior, de manera que se obtuviese una medición de la fuerza adhesiva.
Con el fin de medir la fuerza de adhesión en (B), se fijó el tercer electrodo 330 a la placa horizontal; se fijó el separador inferior 442 al dispositivo de sujeción de tipo pinza, y se tiró del tercer electrodo verticalmente de manera que se despegase del separador inferior, de manera que se obtuviese una medición de la fuerza adhesiva.
En cada uno del primer ensayo y el segundo ensayo, como experimento de medición de la fuerza adhesiva, se midieron las fuerzas adhesivas en (A) a (D) dos veces para cada uno de la parte de pestaña, la parte inferior y la parte intermedia, y se muestran los resultados y valores medios en la tabla siguiente. La unidad de fuerza adhesiva mostrada en la tabla siguiente es gf/20 mm.
Se utilizó una máquina de ensayos universal (UTM, por sus siglas en inglés) fabricada por Amtek como dispositivo de medición de la fuerza adhesiva.
En referencia a la tabla, posteriormente, puede observarse que la fuerza adhesiva medida en el caso de que la fuerza de prensado sea elevada es más alta que la fuerza adhesiva medida en el caso de que la fuerza de prensado sea reducida.
Por lo tanto, en el caso de que la fuerza de prensado del rodillo de prensado se incremente en el momento de la laminación, puede esperarse que la fuerza de adhesión entre el electrodo y el separador pueda incrementarse. Aunque se forma un hueco entre el separador y el electrodo, por lo tanto, resulta posible conseguir la fuerza de adhesión entre el separador y el electrodo mediante el incremento de la fuerza de prensado del rodillo de prensado.
Descripción de números de referencia
110, 210, 310: primeros electrodos
120, 220, 320: segundos electrodos
121, 221, 311, 321, 331: colectores de corriente de electrodo
122, 222, 312, 322, 332: capas de mezcla de electrodo
130, 230, 330: terceros electrodos
140, 240, 340, 441, 442: separadores
150, 251, 351: rodillos de prensado
252, 352: ejes rotatorios
253, 353: primeros cilindros de prensado
263, 363: segundos cilindros de prensado
370. controlador
381, 383: primeros sensores de medición de grosor
382, 384: segundos sensores de medición de grosor
383a, 384a: partes de radiación
383b, 384b: partes receptoras
390: cortadora
441: separador superior
442: separador inferior

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Aparato de laminación para la fabricación de un conjunto de electrodo, en el que el aparato de laminación comprende:
    un rodillo de prensado configurado para prensar electrodos que constituyen el conjunto de electrodo, un eje rotatorio configurado para hacer girar el rodillo de prensado,
    un cilindro de prensado configurado para ajustar la fuerza de prensado aplicada en el rodillo de prensado, y
    un sensor de medición de grosor configurado para medir el grosor de una capa de mezcla de electrodo, en el que el cilindro de prensado comprende un primer cilindro de prensado y un segundo cilindro de prensado acoplados a extremos opuestos del eje rotatorio, respectivamente, y
    en el que el aparato de laminación está configurado de manera que una fuerza de prensado aplicada por el primer cilindro de prensado y una fuerza de prensado aplicada por el segundo cilindro de prensado son diferentes entre sí.
  2. 2. Aparato de laminación según la reivindicación 1, en el que el sensor de medición de grosor comprende un primer sensor de medición de grosor y un segundo sensor de medición de grosor dispuestos en extremos opuestos del electrodo, respectivamente.
  3. 3. Aparato de laminación según la reivindicación 2, que comprende, además, un controlador configurado para controlar la fuerza de prensado aplicada por el cilindro de prensado en el caso de que exista una diferencia entre el grosor del electrodo medido por el primer sensor de medición de grosor y el grosor del electrodo medido por el segundo sensor de medición de grosor.
  4. 4. Aparato de laminación según la reivindicación 2, en el que el rodillo de prensado está configurado para prensar más fuertemente el electrodo en una posición en la que el grosor del electrodo es menor cuando se da una diferencia entre el grosor del electrodo medido por el primer sensor de medición de grosor y el grosor del electrodo medido por el segundo sensor de medición de grosor.
  5. 5. Aparato de laminación según la reivindicación 1, en el que el conjunto de electrodo es una bicelda que presenta una estructura en la que están apilados un primer electrodo, un separador, un segundo electrodo, un separador y un tercer electrodo.
  6. 6. Aparato de laminación según la reivindicación 1, que comprende, además:
    una primera unidad de suministro de electrodo,
    una segunda unidad de suministro de electrodo, y
    una tercera unidad de suministro de electrodo,
    en el que el sensor de medición de grosor mide el grosor de un segundo electrodo suministrado por la segunda unidad de suministro de electrodo.
  7. 7. Aparato de laminación según la reivindicación 1, en el que:
    cada uno de los electrodos es un electrodo de doble cara que presenta un recubrimiento de mezclas de electrodo en superficies opuestas de un colector de corriente de electrodo, y
    el aparato de laminación está dispuesto en cada uno de la superficie superior y la superficie inferior del electrodo.
  8. 8. Aparato de laminación según la reivindicación 7, en el que el sensor de medición de grosor comprende: una parte de radiación configurada para radiar rayos beta transmitidos a través del electrodo, y una parte receptora configurada para detectar los rayos beta radiados por la parte de radiación, y la parte de radiación está configurada para ser dispuesta en cualquiera de la superficie superior y la superficie inferior del electrodo, mientras que la parte receptora está dispuesta en la otra de las dos.
  9. 9. Aparato de laminación según la reivindicación 7, en el que las fuerzas de prensado aplicadas en un primer extremo y en un segundo extremo de un rodillo de prensado superior configurado para ser dispuesto en la superficie superior del electrodo se configuran para fijarse de manera independiente de las fuerzas de prensado aplicadas en el primer extremo y en el segundo extremo de un rodillo de prensado inferior configurado para ser dispuesto en la superficie inferior del electrodo.
  10. 10. Aparato de laminación según la reivindicación 1, en el que el rodillo de prensado está configurado para poder ser calefactado.
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