连续快速冷却凝固装置的制作方法

本发明涉及一种连续快速冷却凝固装置，更具体地，涉及一种能够连续执行合金的快速冷却凝固的装置。

背景技术：

近年来，锂二次电池应用于诸如混合动力电动车辆hev、插电式混合动力电动车辆phev和电动车辆ev的交通运输应用领域以及诸如智能电网应用电力储存的高电力消耗领域。

根据这种趋势，为了提高二次电池的能量密度而推进改变电极材料、提高涂层技术、提高封装技术并提高负极中的锂吸收率。然而，除了改变电极材料以外的其它手段已经通过本领域中优化的内部空间和设计而被开发，并且目前已知的是这些手段到达了极限。

近年来，为了提高锂二次电池的能量密度，正在研究使用硅系列合金和锡系列合金作为负极活性材料。当硅系列被用作负极材料时，可以期望获得石墨的理论容量(372ah/kg)的10倍的理论容量(4010ah/kg)，使其在能量密度方面非常优异。

然而，当石墨的理论体积变化率为12％时，硅的理论体积变化率为300％至400％，这是石墨的理论体积变化率的20倍或更多。因此，在硅系列合金被用作负极活性材料的情况下，由于在反复充电和放电的同时锂离子进入和离开负极材料的过程中的体积变化而产生的合金的膨胀，颗粒逐渐移出，使得产生循环特性下降的缺点。当活性材料的体积变化显著时，出现活性材料颗粒的裂纹以及在活性材料和集流体之间的接触松动，使得还产生充电和放电循环的寿命缩短的问题。

特别是，当活性材料颗粒中出现裂纹时，由于活性材料颗粒的表面积增加，活性材料颗粒和非水电解质之间的反应增加，因此由非水电解质的分解产物构成的膜容易形成在活性材料的表面上。当这样的膜形成时，活性材料和非水电解质之间的界面阻力增大，使充电和放电循环的寿命缩短。为了解决这种问题，用作负极活性材料的材料组成应该被均匀地形成。

可使用熔融纺丝(meltspinning)方法来制造硅系列的负极活性材料，图1中示出了应用熔融纺丝方法的制造装置的概念视图。应用熔融纺丝方法的制造装置包括用于熔化并容纳原材料合金的炉子(crucible)501以及接触从炉子501排出的熔融合金502的旋转辊子503。从炉子501排出的熔融合金502在与旋转辊子503接触时被冷却，所得产品以带状形式形成。

然而，在这种制造装置的情况下，当熔融原材料被完全耗尽时，为了再次补充原材料，需要进行更换的额外工作(诸如，打开密封装置)，使得工作连续性下降。此外，由于再次供应的原材料应被熔化，因此整个过程被延迟。

技术实现要素：

技术问题

本发明提供一种连续快速冷却凝固装置，该连续快速冷却凝固装置能够连续供应熔融金属，以使打开以补充将要被熔化的原材料金属的装置被最小化，并将工作连续性保持到最大可能程度。

此外，本发明提供一种连续快速冷却凝固装置，该连续快速冷却凝固装置具有易于执行熔融金属的连续供应的结构。

此外，本发明提供一种连续快速冷却凝固装置，该连续快速冷却凝固装置能够在用于使熔融金属供应到冷却辊子并冷却的冷却室中执行真空处理。

此外，本发明提供一种连续快速冷却凝固装置，该连续快速冷却凝固装置包括控制装置，该控制装置用于无论炉子中容纳的熔融金属的耗尽程度如何，均以恒定压力向冷却辊子供应熔融金属。

技术方案

根据本发明的实施例，提供一种连续快速冷却凝固装置，其包括：冷却辊子，被构造为对供应到所述冷却辊子的外周表面的熔融金属进行冷却；炉子，被构造为向所述冷却辊子供应熔融金属；两个或更多个熔融金属供应部，被构造为熔化原材料金属并向所述炉子连续地供应熔融金属。

优选地，所述熔融金属供应部可以是熔化容纳在其中的原材料金属的熔炼炉。

优选地，所述熔融金属供应部可包括：辅助炉室，被构造为包括内部加热器；门，被构造为打开和关闭所述辅助炉室；辅助炉，被构造为熔化所述辅助炉室中的原材料金属，并被构造为在所述门打开时朝向所述炉子运输以向所述炉子供应熔融金属。

优选地，所述连续快速冷却凝固装置可还包括连续供应控制器，所述连续供应控制器被配置为控制所述门的打开和关闭以及所述辅助炉的运输，使得从多个熔融金属供应部连续地供应熔融金属。

优选地，所述连续快速冷却凝固装置可还包括：第一室，被构造为形成用于使从所述炉子供应的熔融金属通过所述冷却辊子冷却的密封空间；第二室，被构造为由与所述第一室分开的空间形成，并形成用于使熔融金属通过所述熔融金属供应部供应到所述炉子的密封空间。

优选地，所述连续快速冷却凝固装置可还包括压力控制器，所述压力控制器被配置为控制所述第二室的压力。

优选地，所述压力控制器可将惰性气体提供至所述第二室中以控制所述第二室中的压力。

优选地，所述连续快速冷却凝固装置可还包括控制器，所述控制器被配置为控制所述压力控制器，以使所述第二室的压力与供应到所述炉子的熔融金属的耗尽状态成比例地增加。

优选地，所述连续快速冷却凝固装置可还包括真空度控制器，所述真空度控制器被配置为控制所述第一室的真空度。

优选地，所述连续快速冷却凝固装置可还包括控制器，所述控制器被配置为控制所述真空度控制器，以使所述第一室的真空度与供应到所述炉子的熔融金属的耗尽状态成比例地增加。

优选地，所述第一室的真空度可被控制在0.1托至10托的范围中。

优选地，所述连续快速冷却凝固装置可还包括：压力控制器，被配置为控制所述第二室的压力；控制器，被配置为控制所述真空度控制器和所述压力控制器，以使所述第一室的真空度和所述第二室的压力与供应到所述炉子的熔融金属的耗尽状态成比例地增加。

有益效果

根据本发明，可以使用多个辅助炉或熔炼炉连续地供应熔融金属，以使打开以补充将要被熔化的原材料金属的装置被最小化，并将工作连续性保持到最大可能程度。

此外，根据本发明，用于向炉子供应熔融金属的供应室与用于使熔融金属供应至冷却辊子并被冷却的冷却室被分别分隔成独立的密封空间，使得可以执行真空处理。

此外，根据本发明，供应室的压力和冷却室的真空度可被单独控制或同时控制，使得无论炉子中容纳的熔融金属的耗尽程度如何，均可以以恒定压力向冷却辊子提供熔融金属。

附图说明

图1是示出现有技术中的应用熔融纺丝方法的制造装置的示意图。

图2是示出根据本发明的实施例的快速冷却凝固装置的代表性平面图。

图3是示出根据本发明的实施例的快速冷却凝固装置的代表性纵剖视图。

图4是示出根据本发明的实施例的与快速冷却凝固装置中的熔融金属供应部的控制相关的部件的框图。

图5是示出根据本发明的实施例的与快速冷却凝固装置中的第一室的真空度和第二室的压力控制相关的部件的框图。

最佳实施方式

根据本发明的连续快速冷却凝固装置包括：冷却辊子，被构造为对供应至冷却辊子的外周表面的熔融金属进行冷却；炉子，被构造为向冷却辊子供应熔融金属；两个或更多个熔融金属供应部，被构造为熔化原材料金属并向炉子连续地供应熔融金属。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的实施例。当没有明确限定或提及时，本说明书中用于指示方向的术语是基于附图中示出的状态的。此外，在各个实施例中，相同的标号用于指示相同的部件。同时，附图中示出的每个部件的厚度和尺寸可被放大以便于描述，并且这并不意味着每个实施例均应以其实际的尺寸或结构比例来构造。

参照图2和图3描述了根据实施例的连续快速冷却凝固装置。图2是示出根据本发明的实施例的快速冷却凝固装置的代表性平面图，图3是示出根据实施例的快速冷却凝固装置的代表性纵剖视图。

冷却辊子10冷却熔融金属，即，从炉子30供应的液体金属。具体地，冷却辊子10接收来自马达20的旋转力，使得冷却辊子10围绕特定的旋转轴线旋转。冷却辊子10使用其外周表面冷却供应的熔融金属，随后使熔融金属沿着特定方向d2分散，冷却辊子10的外周表面的温度相对低于熔融金属的温度。

由冷却辊子10进行冷却并沿着特定方向d2飞行的冷却材料(诸如带状形式的合金)被收起并被储存在储存器50中。

炉子30位于冷却辊子10上并向冷却辊子10的外周表面供应容纳在炉子中的熔融金属。具体地，从熔融金属供应部40向炉子30供应熔融金属。容纳在炉子30中的熔融金属通过邻近于炉子或包含在炉子中的加热器35加热，以使熔融金属被控制在适合的温度。

包括两个或更多个熔融金属供应部40。每个熔融金属供应部40熔化原材料金属并向炉子连续地供应熔融金属。在这种情况下，在任意一个熔融金属供应部40向炉子30供应熔融金属时，其余的熔融金属供应部40被加热以熔化下一次将被供应的金属或待命保持温度。另外，每个熔融金属供应部40根据炉子30中容纳的熔融金属的流出速度来控制连续供应到熔融金属供应部40的熔融金属的量。也就是说，期望熔融金属供应部40补充从炉子30流出的熔融金属的量，以使炉子30中保持特定水平(level)的金属。

在这种情况下，多种装置可用于感测炉子30中容纳的熔融金属的水平。例如，可以通过使用包含在炉子30中的多个双金属器件等来局部地测量温度从而感测熔融金属的水平。此外，可以通过安装成像装置(未示出)以获得炉子30内部的图片并进行图像处理来感测炉子30中容纳的熔融金属的水平。

具体地，熔融金属供应部40包括辅助炉室43、辅助炉41和门45。辅助炉41容纳原材料金属和/或熔融金属以制备将要供应到炉子30的熔融金属。辅助炉室43提供包括用于加热辅助炉41从而产生熔融金属或保持温度的加热器的密封空间，门45打开和关闭辅助炉室43以提供使辅助炉41从门45出去的路径。

可以通过单独的运输装置(未示出)来将辅助炉41从辅助炉室43运输到达炉子30的顶部，随后辅助炉向炉子30供应容纳在辅助炉中的熔融金属。

同时，这样的熔融金属供应部40可在没有单独的室等的情况下仅仅使用两个或更多个熔炼炉(未示出)来连续地供应熔融金属。

参照图3，根据本发明的快速冷却凝固装置可包括第一室c1和第二室c2，第一室c1形成用于使从炉子30供应的熔融金属通过冷却辊子10冷却的空间，第二室c2形成用于通过熔融金属供应部40将熔融金属供应到炉子30的空间。

此时，优选的是，第一室c1和第二室c2分别形成为密封的独立空间。例如，第一室c1和第二室c2可由室分隔件cp分开。利用这种构造，可以在第一室c1中执行真空处理。

也就是说，第一室c1可通过控制真空度而高效地执行冷却过程，第二室c2可根据炉子30中容纳的熔融金属的耗尽程度(exhaustedlevel)通过形成惰性气氛并控制压力而以恒定压力向冷却辊子10供应容纳在炉子30中的熔融金属。

下面将提供相关的具体部件及其描述。

将参照图3至图5描述根据实施例的连续供应控制器和用于压力和真空度的控制器。图4是示出根据实施例的与快速冷却凝固装置的熔融金属供应部的控制相关的构造的框图，图5是示出根据实施例的与快速冷却凝固装置中第一室的真空度和第二室的压力控制相关的部件的框图。

参照图3和图4，根据本实施例的快速冷却凝固装置可还包括连续供应控制器60。

连续供应控制器60是控制图3中示出的部件以使熔融金属从多个熔融金属供应部40连续供应到炉子30的部件。具体地，在辅助炉形式的情况下，连续供应控制器60连续地打开和关闭熔融金属供应部40a和40b的门，并随后控制炉运输装置47，以运输辅助炉使得辅助炉朝向炉子运输。当辅助炉朝向炉子运输时，连续供应控制器60控制熔融金属供应装置49以使熔融金属从辅助炉供应至炉子。

参照图5，根据本发明的快速冷却凝固装置可包括真空度控制器71和压力控制器73。

压力控制器73可控制第二室c2中的压力，从而控制施加到容纳在炉子中的熔融金属的压力。此时，压力控制器73可通过向第二室c2供应惰性气体来控制压力。

真空度控制器71可控制第一室c1的真空度。此时，优选的是，第一室c1的真空度被控制在0.1托至10托的范围中。这存在以下问题，在10托或更大的低真空度下快速冷却凝固速度降低而使得冷却效率低并且产量降低。另外，存在的问题在于，难以形成0.1托或更小的高真空度的环境，并且由于冷却辊子10的旋转而产生涡旋(whirl)，从而出现喷嘴被快速冷却且关闭的现象。

同时，控制器65控制压力控制器73和真空度控制器71以控制第二室c2的压力和第一室c1的真空度，使得通过炉子供应到冷却辊子的熔融金属的最终供应压力可被控制。

具体地，控制器65可控制压力控制器73以使第二室c2的压力与炉子中容纳的熔融金属的耗尽状态成比例地增加。如上所述，炉子中容纳的熔融金属可被控制为保持特定水平。然而，在第一辅助炉和第二辅助炉之间执行替换以供应熔融金属的过程中，炉子中容纳的熔融金属的水平可能会降低。

此时，随着炉子中容纳的熔融金属被耗尽，第二室c2中的压力逐渐降低，对应地，从炉子供应到冷却辊子的熔融金属的压力也降低。这里，可以通过使第二室c2的内部压力与炉子中容纳的熔融金属的耗尽状态成比例地增加，而使得施加的用于向冷却辊子供应炉子中容纳的熔融金属的压力增加。

此外，控制器65还可使第一室的真空度与供应到炉子的熔融金属的耗尽状态成比例地增加。可以控制真空度控制器71以与根据炉子中容纳的熔融金属的状态而增加第二室c2中的压力类似的方式，使第一室c1的真空度与炉子中容纳的熔融金属的耗尽状态成比例地增加。随着第一室c1的真空度的增加，第二室c2相对于第一室c1的压力逐渐增加。使用这种方法，可以获得与逐渐增加第二室c2的压力类似的效果。

另外，控制器65可同时控制第一室c1的真空度和第二室c2的压力。例如，还可以使第一室c1的真空度和第二室c2的压力同时与炉子中容纳的熔融金属的耗尽状态成比例地逐渐增加。在如上所述的技术中，即使在炉子中容纳的熔融金属被耗尽的情况下，仍可以通过将第二室c2的压力保持在适合水平而将从炉子供应到冷却辊子的熔融金属保持在恒定压力。

虽然已经描述了本发明的优选实施例，但本发明的技术构思并不限于优选实施例，并且在不脱离权利要求中限定的本发明的技术构思的情况下，优选实施例可以被多样化地体现。