CN102814267B - 涂覆方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涂覆方法，用于通过从涂覆模（11）将涂覆液（2）排出到正被传送的基底（1）的表面上来形成涂覆膜，其特征在于包括以下步骤：检测在循环回路（19，20）中涂覆液（2）的压力（P1）和流量（F1），所述循环回路供涂覆液在涂覆模（11）和用于涂覆液的箱（24）之间循环；基于所检测出的压力（P1）和流量（F1）来推定涂覆液的粘度（V1）；基于所推定出的粘度（V1）和涂覆模（11）的涂覆宽度（CL）之间的相关关系来确定将涂覆宽度（CL）调节为目标值所需的、涂覆模的排出口和基底（1）之间的涂覆间隙（G）的初始值（GL1）；和将涂覆间隙（G）调节为初始值（GL1）并开始向涂覆模供给涂覆液。

Description

涂覆方法

参考引用

2011年6月8日提交的日本专利申请No.2011-128050的包括说明书、附图和摘要在内的公开内容以其整体引用于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种用于将涂覆液涂覆到正被传送的基底的表面上的涂覆方法。

背景技术

近年来，配备有电机作为驱动源的电力驱动车辆（例如，混合动力车辆和电动汽车）不断普及。电力驱动车辆配备有可再充电的二次电池。在二次电池中使用包括带状金属箔（基底）和涂覆膜的电极，涂覆膜是通过涂覆包含活性物质、导电辅材、粘合剂等的涂覆液并干燥所述涂覆液而形成在基底的表面上的。在二次电池中，正极板上的涂覆膜所包含的正极活性物质和负极板上的涂覆膜所包含的负极活性物质在充电或放电过程中吸藏或释放离子。为了适当地吸藏和释放离子，必须在相应的正极板和负极板的表面上形成具有适当涂覆宽度（在基底的宽度方向上的长度）的涂覆膜。

已知一种涂覆装置，其中涂覆液从位于支承辊的对向位置的涂覆模被排出到正由支承辊传送的基底的表面上以形成涂层。由涂覆模形成的涂覆膜的涂覆宽度取决于涂覆模的排出口与基底之间的间隙（涂覆间隙）。这样，例如，日本专利申请No.2007-258078公报（JP2007-258078A）公开了一种涂覆方法，该涂覆方法包括测量由涂覆模涂覆的涂覆液的涂覆宽度，并基于所测得的涂覆宽度和目标值之间的比较结果通过反馈控制来调节涂覆间隙。根据该涂覆方法，基于所测得的涂覆宽度以反馈的方式控制涂覆间隙，以将涂覆宽度调节为目标值。

但是，JP2007-258078A中公开的方法存在以下问题。一般说来，从涂覆模排出的涂覆液是用泵等从供给箱吸取并通过供给回路供给到涂覆模的。当涂覆间隙改变时，流过供给回路的涂覆液的压力或流量相应地改变。当供给到涂覆模的涂覆液的压力或流量改变时，涂覆宽度由于压力或流量的变化而再次改变。这样，即使如JP2007-258078A中所述的那样在基于所测得的涂覆宽度调节涂覆间隙时，涂覆液的压力或流量由于涂覆间隙的变化而改变，从而导致涂覆宽度偏离目标值。在这种情况下，可通过以反馈的方式反复地控制涂覆间隙来修正涂覆宽度的偏差而将涂覆宽度调节为目标值。但是，将涂覆宽度稳定在目标值要花费约3至5分钟那么长的时间。

这种类型的涂覆（生产）线通常一天连续24小时工作，且一年中只有几次生产线停止且然后再重新启动的情况。这样，即使花费一点时间再次启动涂覆线也没什么问题。但是，当涂覆线每晚都停止并且每天早晨都重新启动时，或者当涂覆线从星期一到星期五连续24小时工作并且在星期六和星期日停止时，例如，强烈希望在涂覆开始时使涂覆条件（涂覆宽度和涂覆液的压力或流量）快速地稳定。这是因为在生产线启动时在涂覆条件稳定之前涂覆线是试运行。在试运行期间生产出的废品增加，并且生产成本上升，除非涂覆条件快速地稳定。利用在JP2007-258078A中公开的方法，在通过反馈控制稳定涂覆宽度之前要花费约3到5分钟的时间且100m或更多的已涂覆基底要被废弃掉。每周都这样会导致生产成本增加。

发明内容

本发明提供一种能通过将涂覆宽度快速地稳定在目标值来减少试运行阶段的废品的涂覆方法。

本发明的一方面涉及一种涂覆方法。在该涂覆方法中，通过从涂覆模将涂覆液排出到正被传送的基底的表面上来形成涂覆膜。所述涂覆方法包括以下步骤：检测在循环回路中所述涂覆液的压力和流量，所述循环回路供所述涂覆液在所述涂覆模和用于所述涂覆液的供给箱之间循环；基于所检测出的压力和流量来推定所述涂覆液的粘度；基于所推定出的粘度和所述涂覆模的涂覆宽度之间的相关关系来确定将所述涂覆模的涂覆宽度调节为目标值所需的、所述涂覆模的排出口和所述基底之间的涂覆间隙的初始值；和将所述涂覆间隙调节为所述初始值并开始向所述涂覆模供给所述涂覆液。

根据上述涂覆方法，可预先减小在开始向涂覆模供给涂覆液之后涂覆间隙应当改变的程度，并且能将涂覆宽度快速地稳定在目标值。

申请人在实验中发现，涂覆宽度近似为涂覆间隙（μm）和涂覆液的粘度（mPas）之间的函数。另一方面，已知涂覆液的粘度根据涂覆液的生产批量（productionlot）和在涂覆液被混搅（knead）后所经过的时间而随时间变化，但是难以从理论上计算涂覆液的粘度。特别地，获得箱内的全部涂覆液的平均粘度更加困难，因为贮存在箱内的涂覆液的粘度在上层和下层之间大不相同。申请人在测量经特定的循环回路循环的涂覆液的压力和流量的实验中还发现，能基于压力和流量非常精确地推定涂覆液的粘度。此时，申请人在实验中发现，当一定量的涂覆液经循环回路循环时能推定箱内的涂覆液的平均粘度。这样，通过包括以下步骤的方法能将涂覆宽度快速地稳定在目标值并且能大大减少废品的量：在开始涂覆前使涂覆液经循环回路循环，推定涂覆液的粘度，基于所推定出的粘度值来确定涂覆间隙的初始值，和在涂覆线重新启动时涂覆间隙被调节为初始值的情况下启动涂覆线。

所述涂覆方法还可包括以下步骤：测量已由所述涂覆模形成的所述涂覆膜的涂覆宽度并以反馈的方式控制所述涂覆间隙，和在调节所述涂覆间隙时通过前馈控制来改变所述涂覆液的流量。

根据所述涂覆方法，能将涂覆宽度快速地稳定在目标值，因为由于涂覆间隙的变化所导致的涂覆液的流量变化能被快速地补偿。

所述涂覆方法还可包括以下步骤：基于所述推定出的粘度和所述涂覆间隙相对于所述初始值的变化来确定所述流量的改变程度。

根据所述涂覆方法，由于能容易和快速地确定为了补偿流量变化而使流量应当改变的程度，所以能将涂覆宽度快速地稳定在目标值。特别地，当粘度大于预定值时该方法是有效果的，因为压力受到粘度的显著影响。

在所述涂覆方法中，当所述涂覆宽度小于基准值达预定值或更多时，可减小所述涂覆间隙。在所述涂覆方法中，当所述涂覆宽度大于基准值达预定值或更多时，可增大所述涂覆间隙。

附图说明

下面将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点和技术及工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：

图1是示出根据该实施例的涂覆控制系统的总体构型的剖视图；

图2是示出在循环回路状态下流量、压力和粘度之间的关系的曲线图；

图3是示出涂覆宽度、粘度和间隙宽度之间的关系的曲线图；

图4是控制框图；

图5是示出涂覆宽度控制的作用的图示；

图6是示出粘度V、间隙宽度G和流量F之间的关系的曲线图；

图7是涂覆宽度CL的说明图；以及

图8A和8B是示出涂覆宽度CL和间隙宽度G之间的关系的图示。

具体实施方式

下面参照附图详细说明具体实施根据本发明的涂覆控制系统的一实施例。该实施例的涂覆控制系统控制涂覆模11，涂覆模11用于在制造用于电动车辆的锂离子二次电池的过程中将涂覆液2涂覆到用于电极的基底1的表面上。首先参照图1描述根据该实施例的涂覆系统的总体构型。图1是示出根据该实施例的涂覆系统的总体构型的概念图。

涂覆模11是从在其顶面中形成的喷注槽将涂覆液2排出而在所述顶面和基底1的涂覆表面1a之间形成一间隙并利用该间隙将涂覆液2涂覆到基底1的涂覆表面1a上的装置。基底1与位于涂覆模11的顶面上方的支承辊13的外周保持紧密接触，其中在所述顶面与支承辊13之间具有间隙宽度G。支承辊13通过电机14顺时针转动，且基底1通过另一驱动装置沿箭头A所示的方向传送。作为该实施例中的基底1，使用金属箔，例如铝箔或铜箔。作为涂覆液2，使用包含活性物质、导电辅材、粘合剂等的糊浆状涂覆材料。图7是示出已涂覆到基底1上的涂覆液2的一部分的透视图。涂覆宽度CL是已涂覆到基底1上的涂覆液2的宽度。尽管涂覆宽度CL最终被管控为干燥形式的涂覆材料的宽度，但在涂覆之后和干燥之前的状态下涂覆液2的宽度被管控为涂覆宽度CL。从动辊17设置在支承辊13的上游以支承基底1。从动辊15设置在支承辊13的下游以支承基底1。涂覆宽度测量摄相机（照相机）16实时地测量涂覆液2的宽度并将测量数据发送给中央控制单元。

涂覆模11被支承为朝向和远离支承辊13的中心轴线而移动。能以微米级精确地移动涂覆模11的涂覆模移动电机12装设在涂覆模11上。涂覆液2经其被供给的供给回路18的一端与涂覆模11连接。供给回路压力传感器25安装在供给回路18的中间部分。供给回路18的另一端与切换阀26的第二端口连接，切换阀26为三通阀。切换阀26的第一端口由共通回路20连接到由伺服电机驱动的莫诺泵23的排出口。莫诺泵23能输送精确量的涂覆液2。莫诺泵23的输入口与贮存涂覆液2的箱24连接。流量传感器21安装在共通回路20上。切换阀26的第三端口通过循环回路19与箱24直接连接。循环回路压力传感器22安装在循环回路19的中间部分。通过对活性物质、导电辅材、粘合剂、溶剂等的混合物进行混搅而制备出的糊浆形式的涂覆液2贮存在箱24内。箱24所能容纳的涂覆液2的量足以用于数个批次（batch）。一个批次是足以涂覆数千米基底1的涂覆液2的量。涂覆液2的粘度V可根据所述材料或混搅之后所经过的时间而改变约50%。

接下来说明具有上述构型的涂覆系统的作用。作为示例，描述在星期五晚上停止涂覆线并清洁涂覆模11的情形。假定此时箱24内仍存在与一个批次相对应的涂覆液2的量。当涂覆线在星期一早晨重新启动时涂覆液2的粘度可能已增大了约50%。当涂覆线在该状态下重新启动时，在通过反馈控制稳定涂覆宽度CL之前要花费3到5分钟，并且可能废弃掉一百米以上的已涂覆基底。每个星期一早晨都将基底废弃掉导致生产成本上升。相比之下，在该实施例的涂覆系统中，首先使切换阀26的第一端口（共通回路20）与第三端口（循环回路19）彼此连通，然后致动莫诺泵23，使得涂覆液2能从箱24被吸出并且经共通回路20、切换阀26和循环回路19循环而回到箱24内。该状态被称作“循环回路状态”。流量传感器21测量循环回路状态下的流量F，而循环回路压力传感器22测量循环回路状态下的压力P。

图2是示出循环回路状态下流量、压力和粘度之间的关系的曲线图。曲线图的横轴表示涂覆液2的流量（单位：g/min），竖轴表示涂覆液2的粘度（单位：Pas）。曲线P0是由循环回路压力传感器22测得的压力为P0的情况下的压力曲线，曲线P1是压力为P1的情况下的压力曲线，曲线P2是压力为P2的情况下的压力曲线。在实验中获得数据。首先，从循环回路压力传感器22读取循环回路状态下的压力P，并选择用于与压力值最接近的压力的压力曲线P。例如，当压力值为P1时选择压力曲线P1。当所测得的压力值位于P1和P2之间的某处时，通过近似法获得中间值。然后，从流量传感器21读取流量F。例如，假定流量读数为F1（例如，400g/min）。如图2所示，从压力曲线P1获得与流量F1对应的粘度V1（例如，400mPas）。这样，能推定出已贮存三天的涂覆液2的当前粘度V1（400mPas）。

图3是示出涂覆宽度CL、粘度V和间隙宽度G之间的关系的曲线图。曲线图的横轴表示涂覆宽度CL（单位：μm），纵轴表示间隙宽度G（单位：μm）。这里的涂覆宽度CL是相对于总体需求宽度的差值。在该实施例中，间隙宽度G具有在100和200μm之间的最大值，且可通过涂覆模移动电机12以微米级来调节。曲线V0是所推定出的粘度为V0的情况下的粘度曲线，曲线V1是所推定出的粘度为V1的情况下的粘度曲线，曲线V2是所推定出的粘度为V2的情况下的粘度曲线。首先，从图2中选择用于与所推定出的粘度最接近的粘度的粘度曲线。然后，确定需求涂覆宽度CL。例如，假定需求涂覆宽度CL为CL1（例如，需求宽度为100mm，相对于需求宽度的差值为100μm）。需求涂覆宽度CL是另外单独给定的值。如图3所示，如果涂覆宽度为CL1（100μm），则从粘度曲线V1（400mPas）获得GL1（例如，80μm）作为间隙宽度G。

然后，涂覆模移动电机12被驱动以将与支承辊13的外周保持紧密接触的基底1的外表面与涂覆模11的顶面之间的间隙宽度G调节为GL1（80μm）。然后，切换阀26被切换为使其第一端口（共通回路20）与第二端口（供给回路18）连通。电机14被驱动以使支承辊13转动以便开始进给基底1。结果，涂覆液2经供给回路18和涂覆模11被涂覆在基底1的表面上。涂覆宽度测量摄相机16连续地测量涂覆宽度CL。

如上所述，根据该实施例的涂覆方法是一种用于通过从涂覆模11将涂覆液2排出到正被传送的基底1的表面上来形成涂覆膜的涂覆方法。所述涂覆方法包括以下步骤：分别检测在循环回路19和20中涂覆液2的压力P1和流量F1，所述循环回路供涂覆液2在涂覆模11和用于涂覆液2的箱24之间循环；基于所检测出的压力P1和流量F1来推定涂覆液2的粘度V1；基于所推定出的粘度V1和涂覆模11的涂覆宽度CL之间的相关关系来确定将涂覆宽度CL调节为目标值所需的、涂覆模11的排出口和基底1之间的涂覆间隙G的初始值GL1；和将涂覆间隙G调节为初始值GL1并开始向涂覆模11供给涂覆液2。因此，可预先减小在开始向涂覆模11供给涂覆液2之后涂覆间隙G应当改变的程度，并且能将涂覆宽度CL快速地稳定在目标值。

申请人在实验中发现，涂覆宽度CL近似为涂覆间隙G和涂覆液2的粘度V（mPas）之间的函数。申请人在测量经特定的循环回路19和20循环的涂覆液2的压力P1和流量F1的实验中还发现，能基于压力P1和流量F1非常精确地推定涂覆液2的粘度V1。这样，通过包括以下步骤的方法能将涂覆宽度CL快速地稳定在目标值并且能大大减少废品的量：在开始涂覆前使涂覆液2经循环回路19和20循环，推定涂覆液2的粘度V1，基于所推定出的粘度V的值V1来确定涂覆间隙G的初始值GL1，和在涂覆线重新启动时涂覆间隙G被调节为初始值GL1的情况下启动涂覆线。

接下来描述工作过程中对涂覆宽度CL的管理控制。图4示出控制框图。通过粘度V和涂覆宽度CL来确定间隙宽度G。通过流量F和压力P能确定粘度V。基于间隙宽度G和粘度V以前馈的方式（增益ΔF）控制流量F。当涂覆液2的涂覆宽度CL小于基准值达预定值或更多时，涂覆模移动电机12被驱动以减小间隙宽度G，如图8A所示。然后，涂覆宽度CL增大并接近基准值。相反，当涂覆宽度CL大于基准值达预定值或更多时，涂覆模移动电机12被驱动以增大间隙宽度G，如图8B所示。然后，涂覆宽度CL减小并接近基准值。另一方面，由于在间隙宽度G改变时所涂覆的涂覆液2的量改变，所以由供给回路压力传感器25测得的压力P和由流量传感器21测得的流量F相应地改变。此时，在该实施例中，例如，当间隙宽度G增大为间隙宽度GL2时，不等待涂覆宽度CL的反馈控制而在间隙宽度G改变为间隙宽度GL2的同时，给莫诺泵23的指令值改变，以将流量F改变为流量F2，流量F2是适合于间隙宽度GL2的值。换句话说，执行了前馈控制。

前馈控制的作用在图5中示出。在相关技术中，流量F以反馈的方式被控制且由此在收敛到流量F2之前显示出大的波动Fa。但是，在该实施例中，通过前馈控制将流量F直接调节为流量F2且由此在收敛到流量F2之前只具有小的波动Fb。由于流量以小的波动收敛到流量F2，所以在反馈控制的情况下，压力P也能以比波动Pa更小的波动Pb收敛。该实施例的涂覆方法包括以下步骤：利用涂覆宽度测量摄相机16测量已由涂覆模11形成的涂覆膜的涂覆宽度CL并以反馈的方式控制涂覆间隙G；和在调节涂覆间隙G时通过前馈控制来改变涂覆液2的流量F。这样，涂覆宽度CL能快速地稳定在目标值，因为由于涂覆间隙G的变化所导致的涂覆液2的流量F的变化能被快速地补偿。

以下控制优选地被加入到图4和5所示的控制中。压力P不仅受间隙宽度G的影响，而且还显著地受到涂覆液2的粘度V的影响。这样，当在循环回路19中所推定出的粘度V1大于预定值时，优选地根据以下程序来进行补偿。图6是示出粘度V、间隙宽度G和流量F之间的关系的曲线图。横轴表示间隙宽度G（单位：μm），纵轴表示流量F（单位：g/min）。曲线V0是粘度为V0的情况下的粘度曲线，曲线V1是粘度为V1的情况下的粘度曲线，曲线V2是粘度为V2的情况下的粘度曲线。粘度曲线V2、V1和V0呈粘度上升的顺序。当所推定出的粘度V为粘度V1时，在间隙宽度G从GL1变为GL1’时优选地使用图6所示的增益ΔF（在所推定出的粘度为粘度V1的情况下流量的变化）作为如图4和5所示地执行的对流量F的前馈控制中的增益ΔF。该方法包括以下步骤：基于所推定出的粘度V1和涂覆间隙G相对于初始值GL1的变化来确定流量F应当改变的程度。这样，由于能容易和快速地确定为了补偿流量变化而使流量应当改变的程度，所以能将涂覆宽度CL快速地稳定在目标值。

应该认识到，上述实施例及其变型仅为了例述性的目的而示出，且并非意图限制本发明，可作出各种改变或变型而不背离本发明的要旨。例如，虽然在该实施例中循环回路19设有循环回路压力传感器22且供给回路18设有供给回路压力传感器25，但是当共通回路20设有循环回路压力传感器22时可省略供给回路压力传感器25。虽然在该实施例中在循环回路状态下流量、压力和粘度之间的关系以曲线图的形式存储，但是也可存储近似的表达式以使得能通过计算获得粘度。类似地，涂覆宽度、粘度和间隙宽度之间的关系也能以近似表达式的形式存储以便能通过计算获得间隙宽度。虽然在该实施例中对粘度进行了一次推定，但是在间隙宽度可被直接确定为循环回路状态下流量、压力和涂覆宽度的函数时能获得相同的结果。这是因为即使在使用这种计算公式时也认为粘度是基于流量和压力被推定的。虽然在该实施例中用涂覆宽度测量摄相机16测量涂覆宽度，但是也可使用不同类型的光学传感器或膜厚传感器。

Claims (4)

1.一种用于通过从涂覆模（11）将涂覆液（2）排出到正被传送的基底（1）的表面上来形成涂覆膜的涂覆方法，所述涂覆方法包括以下步骤：

检测在循环回路（19，20）中所述涂覆液的压力和流量，所述循环回路供所述涂覆液在所述涂覆模和用于所述涂覆液的供给箱（24）之间循环，

基于所检测出的压力和流量来推定所述涂覆液的粘度，

基于所推定出的粘度和所述涂覆模的涂覆宽度之间的相关关系来确定将所述涂覆模的涂覆宽度调节为目标值所需的、所述涂覆模的排出口和所述基底之间的涂覆间隙（G）的初始值，

将所述涂覆间隙调节为所述初始值并开始向所述涂覆模供给所述涂覆液，以及

测量已由所述涂覆模形成的所述涂覆膜的涂覆宽度并以反馈的方式控制所述涂覆间隙，和在调节所述涂覆间隙时通过前馈控制来改变所述涂覆液的流量。

2.根据权利要求1所述的涂覆方法，

其中，当所述涂覆宽度小于基准值达预定值或更多时，减小所述涂覆间隙。

3.根据权利要求1所述的涂覆方法，

其中，当所述涂覆宽度大于基准值达预定值或更多时，增大所述涂覆间隙。

4.根据权利要求1所述的涂覆方法，

还包括以下步骤：基于所述推定出的粘度和所述涂覆间隙相对于所述初始值的变化来确定所述流量的改变程度。