CN215430810U - 리튬 배터리 전극 롤러 프레스

캘린더링은 전극의 품질이 결정되거나 손실되는 단계입니다. 너무 약하게 압착하면 코팅층이 다공성 상태로 남아 입자 간 접촉이 불량해집니다. 너무 강하게 압착하면 방금 코팅을 마친 용량이 파괴됩니다. 특허는 그 메커니즘을 명확히 설명합니다. 과도한 압축 밀도는 활물질 입자를 너무 밀접하게 접촉시켜,분극이 증가하고 작동 전압이 떨어지며, 셀은 코팅 중량이 약속한 것보다 낮은 용량을 제공하게 됩니다.

이 두 가지 실패 모드 사이에는 좁은 범위가 존재하며, 하나의 고정된 닙을 통해 하나의 고정된 압력을 가하는 프레스는 이 범위를 안정적으로 유지할 수 없습니다. 2021년 9월 1일에 출원된 CN215430810U는 압축을 독립적으로 제어되는 두 단계로 나누고, 최종 닙 이전에 열을 추가하며, 특이하게도 작동 중에 스스로 세척하는 기능을 갖추고 있습니다.

특허 정보

이 특허가 해결하는 생산 문제

명세서는 당시 사용되던 롤러 프레스의 세 가지 뚜렷한 결함을 식별합니다.

과도한 압축은 용량을 파괴합니다. 압축 밀도가 너무 높으면 활물질 입자가 과도하게 서로 밀착됩니다. 분극이 증가하고 부하 시 작동 전압이 떨어지며, 사용 가능한 용량이 코팅 중량으로 기대되는 수준 이하로 감소합니다. 이 결함은 프레스에서는 보이지 않으며 용량 등급 분류 단계에서만 나타나는데, 이때는 이미 롤 전체가 가공된 상태입니다.

장력 변화는 두께 변화를 유발합니다. 특허에 따르면 전극의 장력 성능과 열간 압연 효과는 "두 가지 중요한 영향 요인 중 하나"입니다. 웹 장력이 다르면 전극 재료의 가소성이 변하며, 그 변화는 닙(nip)을 통과하는 두께에 직접적으로 전달됩니다. 단일 고정 압력 프레스에는 이를 보상할 메커니즘이 없습니다.

청소하려면 기계를 멈춰야 합니다. 생산 중에 롤 표면에 금속 파편과 코팅 먼지가 쌓입니다. 기존 프레스에서 유일한 해결책은 라인을 중단하는 것입니다. 생산 현장에서 그 중단은 청소 자체보다 더 큰 실제 비용을 발생시킵니다.

핵심 접근 방식: 캘린더링이 수행해야 하는 두 가지 작업을 분리

단일 닙은 느슨한 코팅을 밀도 높은 층으로 압축하는 것과 정확한 최종 두께를 유지하는 것, 이 두 가지 양립할 수 없는 작업을 동시에 수행해야 합니다. 이 두 작업은 서로 다른 압력을 요구합니다.

CN215430810U는 이 두 작업을 분리합니다. 웹은 먼저 경압 단계를 통과한 다음 중압 단계를 통과하며, 각 단계는 자체 리프팅 실린더를 사용합니다. 첫 번째 단계에서 압축이 이루어지고, 두 번째 단계에서 최종 치수가 설정됩니다. 두 실린더가 독립적이므로 작업자는 하나의 타협된 값이 아닌 두 개의 개별 간격을 설정합니다. 특허는 "경압 리프팅 실린더와 중압 리프팅 실린더가 배치되어 있어 서로 다른 압출 두께를 실현할 수 있다"고 명시합니다."경압 리프팅 실린더와 중압 리프팅 실린더가 배치되어 있어 서로 다른 압출 두께를 실현할 수 있다."

같은 이유로 단계 사이에 열이 추가됩니다. 전극을 가열하면 재료의 가소성이 높아져 더 낮은 기계적 압력으로 목표 밀도에 도달할 수 있으며, 이는 위에서 설명한 과압축 손상을 방지하는 바로 그 메커니즘입니다. 프레스는 힘이 아닌 온도를 통해 밀도에 도달합니다.

구조적 사양

웹 순서에 따른 롤러 트레인

독립형 리프팅 메커니즘

경압 하부 롤러는 경압 리프팅 프레임에 용접되어 있으며, 경압 리프팅 실린더의 연장 로드에 의해 구동됩니다. 중압 하부 롤러는 자체적인 중압 리프팅 프레임과 중압 리프팅 실린더를 갖추고 있습니다. 두 개의 별도 액추에이터를 통해 두 개의 간격이 독립적으로 설정 및 유지됩니다. 어느 한 단계도 다른 단계를 제약하지 않습니다.

가이드 롤러 이동

중간 구조의 좌우 가이드 홈은 각 가압 롤러의 양쪽에 장착된 풀리와 맞물립니다. 홈은 수직 이동을 단일 축으로 제한하고 풀리는 슬라이딩 마찰을 줄여주므로, 명령된 간격 변경이 끼임이나 오버슈트 없이 매번 동일한 실제 간격 변경을 생성합니다.

인라인 가열 롤러

금속 가열 롤러 내부의 가열 캐비티에는 외부 공급 장치에 연결된 가열 파이프가 내장되어 있습니다. 열은 별도의 오븐 단계가 아닌 롤러 트레인 내에서 웹 자체에 직접 가해집니다.

연속적인 자성 이물질 포집

중압 상부 가압 롤러 위전자석이 횡방향 프레임에 장착되어 있습니다. 이 장치는 생산 중에 잔류 금속 파편과 먼지를 지속적으로 흡착합니다.

이 배치는 의도적인 것입니다. 중압 상부 롤러는 전극이 통과하는 마지막 닙에 위치하므로, 그 지점 이전에 제거되지 않은 철 입자는 완성된 전극에 압착됩니다. 이는 단순한 외관상의 흠집이 아니라 조립된 셀 내부에서 잠재적인 단락(short circuit) 원인이 됩니다.

구동

이 모터 프레임은 4개의 모터를 탑재하고 있습니다, 롤러 트레인을 구동합니다.

주요 이점

단일 압력 롤러 프레스와의 비교

이 사양은 당시 사용되던 롤러 프레스의 세 가지 결함을 식별합니다: 생산 중 밀도 조절 불가, 롤에 금속 파편 축적, 장력으로 인한 변화가 최종 두께에 영향을 미침. 이 특허는 단일 기계 내에서 이 모든 문제를 해결합니다.

오늘날 이 기술이 사용되는 곳

이 특허는 TOB의 생산용 롤러 프레스의 기계적 구조를 다룹니다. 이 특허가 보호하는 2단계 원리(먼저 압축하고, 두 번째로 치수를 결정하며, 그 사이에 열을 가함)는 당사의 캘린더링 장비가 전체 생산 롤에 걸쳐 전극 두께를 유지하는 방식입니다.

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관련 장비 문의: 견적 요청

특허 도면

자주 묻는 질문

전체 명세서 및 도면:Google Patents의 CN215430810U