[发明专利]片材涂覆和压延系统及方法

说明书

用于涂覆基底(诸如可用作电池电极的基底)的双侧涂覆系统和方法。在某些实施例中，系统包括联机压延器站，其定位在基底的重绕器与干燥器之间；即，定位在干燥器的下游(在基底(或片材)行进的方向上)和重绕器的上游。在某些实施例中，压延器操作紧接着定位在干燥器的下游；没有诸如真空干燥器之类的处理基底的中间设备定位在干燥器与压延器之间。此类系统和方法的优点包括：与单侧涂覆操作相比，两倍的生产能力；与串联涂覆线相比，较小的设备占地面积；与串联涂覆线相比，较低的资金成本和操作成本；以及关于基底中褶皱的较少问题。

技术领域

本文中公开的实施例涉及用于涂覆基底的系统和方法，诸如涂覆操作，例如用于制造电池中的那些，其中基底以一系列离散的斑块(间歇涂覆)和/或以路线涂覆。

背景技术

在各种应用中，期望将涂层沉积到材料片的至少一部分上。例如，电池的电极可通过向基底(诸如片或片材(web))施加层或涂层且然后将基底切为合适大小的部分来产生。特别重要的是该层以均匀的厚度施加。对于某些应用，在其中随后将切割板的区域中层或涂层将不施加到片。

因此，使用可向片施加均匀层或涂层的系统，带有根据需要来允许和禁止施加该层的能力。例如，在锂离子电池等的制造中，可采用向传导基底(例如，铜箔)施加阳极浆料的涂覆过程，以及向传导基底(例如，铝箔)施加阴极浆料的另一涂覆过程(诸如用槽模涂覆器)。在这两种涂覆过程中，有两种不同的涂覆方法：不连续的(也称为跳过或修补)涂覆和连续的涂覆。在实施任一方法的过程中，涂覆材料可呈平行于所述连续移动基底的行进方向延伸的一条或多条路线的形式施加到连续地移动的基底。

在常规的锂离子电池电极制造中，集电器基底(例如，铜箔)可一次在一侧上涂覆有活性材料(例如，锂基底料，诸如氧化锂)的浆料。最常见的涂覆线布局是标准的单边线。该布局典型地具有退绕器、涂覆站、干燥器和重绕器。图1示出该单侧布局的简化示意图。如在图1中可看到的，将集电器基底200从卷300上退绕，且其前进至涂覆站，在该涂覆站，使用涂覆头400(诸如作为槽模涂覆器的一部分的涂覆头)涂覆基底的第一侧，同时支承在背辊500上。基底200前进入干燥器600，在干燥器中干燥涂层，且然后将单侧涂覆的基底缠绕在重绕卷700上。在相同的过程(未示出)之后，然后将集电器基底200的单侧涂覆的卷涂覆在第二相反侧上。因为集电器基底的涂覆卷多次移动，该过程效率极低且劳动强度大。每当材料卷退绕和重绕，产生加工废料，增加成本。

对该过程的备选方案涉及串联式涂覆器，其中涂覆机典型地具有退绕器300、第一涂覆站400、第一干燥器600、第二涂覆站400'、二次干燥器600'和重绕器700。图2示意性地示出该类型的布局。如在图2中可看到的，用于向基底200的第一侧施加涂层的使用的系统和执行的工艺与图1的单侧涂覆系统和工艺相同。然而，代替重绕单侧涂覆的基底200，其引导到第二涂覆站，随后是第二干燥站，其后将它缠绕在重绕卷700上。虽然串联涂覆器解决多个退绕和重绕步骤的问题，涂覆线的工厂占地面积在尺寸上加倍。另外，即使在串联式涂覆器系统中，集电器基底经受两个单独的干燥步骤；用于干燥第一侧上涂层的一个步骤，以及用于干燥第二侧上的涂层的第二步骤。因此，第一侧上的涂层干燥两次。

现有技术的另外的问题在于，因为每侧顺序地涂覆和干燥，涂层在干燥期间具有卷曲的倾向(由于涂层收缩和在干燥的涂层中产生内应力)。如图3中示出的，该应力引起基底200卷起。一旦其干燥，卷曲的涂层通过下一涂层站，卷曲就防止涂覆的箔平放在背辊上。背辊槽模涂覆的关键参数中的一个是槽模与基底之间的间隙必须一致且平行。槽涂覆工艺还需要在涂覆头的整个宽度上一致的压降，以便形成均匀的涂层厚度。可由不均匀涂层间隙所引起的压降上的任何差异引起湿涂覆层上的不均匀性。这在图4中示出，其示出由第一遍涂层引起的卷曲防止箔平放在背辊500上。槽模与基底之间的此类不平行的间隙引起湿涂覆层不均匀。此类不均匀性是不一致的涂层间隙和离开槽模的涂层流体中所得到的压差的直接结果。理想的电池性能大体要求在金属箔基底上的涂层均匀。不均匀的涂层导致锂离子浓度上的差异，这可在电池中产生热点，可导致电池寿命和/或性能下降。