本發(fā)明涉及一種連續(xù)快速冷卻凝固裝置，更具體地，涉及一種能夠連續(xù)執(zhí)行合金的快速冷卻凝固的裝置。

背景技術(shù)：

近年來，鋰二次電池應(yīng)用于諸如混合動力電動車輛hev、插電式混合動力電動車輛phev和電動車輛ev的交通運輸應(yīng)用領(lǐng)域以及諸如智能電網(wǎng)應(yīng)用電力儲存的高電力消耗領(lǐng)域。

根據(jù)這種趨勢，為了提高二次電池的能量密度而推進(jìn)改變電極材料、提高涂層技術(shù)、提高封裝技術(shù)并提高負(fù)極中的鋰吸收率。然而，除了改變電極材料以外的其它手段已經(jīng)通過本領(lǐng)域中優(yōu)化的內(nèi)部空間和設(shè)計而被開發(fā)，并且目前已知的是這些手段到達(dá)了極限。

近年來，為了提高鋰二次電池的能量密度，正在研究使用硅系列合金和錫系列合金作為負(fù)極活性材料。當(dāng)硅系列被用作負(fù)極材料時，可以期望獲得石墨的理論容量(372ah/kg)的10倍的理論容量(4010ah/kg)，使其在能量密度方面非常優(yōu)異。

然而，當(dāng)石墨的理論體積變化率為12％時，硅的理論體積變化率為300％至400％，這是石墨的理論體積變化率的20倍或更多。因此，在硅系列合金被用作負(fù)極活性材料的情況下，由于在反復(fù)充電和放電的同時鋰離子進(jìn)入和離開負(fù)極材料的過程中的體積變化而產(chǎn)生的合金的膨脹，顆粒逐漸移出，使得產(chǎn)生循環(huán)特性下降的缺點。當(dāng)活性材料的體積變化顯著時，出現(xiàn)活性材料顆粒的裂紋以及在活性材料和集流體之間的接觸松動，使得還產(chǎn)生充電和放電循環(huán)的壽命縮短的問題。

特別是，當(dāng)活性材料顆粒中出現(xiàn)裂紋時，由于活性材料顆粒的表面積增加，活性材料顆粒和非水電解質(zhì)之間的反應(yīng)增加，因此由非水電解質(zhì)的分解產(chǎn)物構(gòu)成的膜容易形成在活性材料的表面上。當(dāng)這樣的膜形成時，活性材料和非水電解質(zhì)之間的界面阻力增大，使充電和放電循環(huán)的壽命縮短。為了解決這種問題，用作負(fù)極活性材料的材料組成應(yīng)該被均勻地形成。

可使用熔融紡絲(meltspinning)方法來制造硅系列的負(fù)極活性材料，圖1中示出了應(yīng)用熔融紡絲方法的制造裝置的概念視圖。應(yīng)用熔融紡絲方法的制造裝置包括用于熔化并容納原材料合金的爐子(crucible)501以及接觸從爐子501排出的熔融合金502的旋轉(zhuǎn)輥子503。從爐子501排出的熔融合金502在與旋轉(zhuǎn)輥子503接觸時被冷卻，所得產(chǎn)品以帶狀形式形成。

然而，在這種制造裝置的情況下，當(dāng)熔融原材料被完全耗盡時，為了再次補充原材料，需要進(jìn)行更換的額外工作(諸如，打開密封裝置)，使得工作連續(xù)性下降。此外，由于再次供應(yīng)的原材料應(yīng)被熔化，因此整個過程被延遲。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

本發(fā)明提供一種連續(xù)快速冷卻凝固裝置，該連續(xù)快速冷卻凝固裝置能夠連續(xù)供應(yīng)熔融金屬，以使打開以補充將要被熔化的原材料金屬的裝置被最小化，并將工作連續(xù)性保持到最大可能程度。

此外，本發(fā)明提供一種連續(xù)快速冷卻凝固裝置，該連續(xù)快速冷卻凝固裝置具有易于執(zhí)行熔融金屬的連續(xù)供應(yīng)的結(jié)構(gòu)。

此外，本發(fā)明提供一種連續(xù)快速冷卻凝固裝置，該連續(xù)快速冷卻凝固裝置能夠在用于使熔融金屬供應(yīng)到冷卻輥子并冷卻的冷卻室中執(zhí)行真空處理。

此外，本發(fā)明提供一種連續(xù)快速冷卻凝固裝置，該連續(xù)快速冷卻凝固裝置包括控制裝置，該控制裝置用于無論爐子中容納的熔融金屬的耗盡程度如何，均以恒定壓力向冷卻輥子供應(yīng)熔融金屬。

技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供一種連續(xù)快速冷卻凝固裝置，其包括：冷卻輥子，被構(gòu)造為對供應(yīng)到所述冷卻輥子的外周表面的熔融金屬進(jìn)行冷卻；爐子，被構(gòu)造為向所述冷卻輥子供應(yīng)熔融金屬；兩個或更多個熔融金屬供應(yīng)部，被構(gòu)造為熔化原材料金屬并向所述爐子連續(xù)地供應(yīng)熔融金屬。

優(yōu)選地，所述熔融金屬供應(yīng)部可以是熔化容納在其中的原材料金屬的熔煉爐。

優(yōu)選地，所述熔融金屬供應(yīng)部可包括：輔助爐室，被構(gòu)造為包括內(nèi)部加熱器；門，被構(gòu)造為打開和關(guān)閉所述輔助爐室；輔助爐，被構(gòu)造為熔化所述輔助爐室中的原材料金屬，并被構(gòu)造為在所述門打開時朝向所述爐子運輸以向所述爐子供應(yīng)熔融金屬。

優(yōu)選地，所述連續(xù)快速冷卻凝固裝置可還包括連續(xù)供應(yīng)控制器，所述連續(xù)供應(yīng)控制器被配置為控制所述門的打開和關(guān)閉以及所述輔助爐的運輸，使得從多個熔融金屬供應(yīng)部連續(xù)地供應(yīng)熔融金屬。

優(yōu)選地，所述連續(xù)快速冷卻凝固裝置可還包括：第一室，被構(gòu)造為形成用于使從所述爐子供應(yīng)的熔融金屬通過所述冷卻輥子冷卻的密封空間；第二室，被構(gòu)造為由與所述第一室分開的空間形成，并形成用于使熔融金屬通過所述熔融金屬供應(yīng)部供應(yīng)到所述爐子的密封空間。

優(yōu)選地，所述連續(xù)快速冷卻凝固裝置可還包括壓力控制器，所述壓力控制器被配置為控制所述第二室的壓力。

優(yōu)選地，所述壓力控制器可將惰性氣體提供至所述第二室中以控制所述第二室中的壓力。

優(yōu)選地，所述連續(xù)快速冷卻凝固裝置可還包括控制器，所述控制器被配置為控制所述壓力控制器，以使所述第二室的壓力與供應(yīng)到所述爐子的熔融金屬的耗盡狀態(tài)成比例地增加。

優(yōu)選地，所述連續(xù)快速冷卻凝固裝置可還包括真空度控制器，所述真空度控制器被配置為控制所述第一室的真空度。

優(yōu)選地，所述連續(xù)快速冷卻凝固裝置可還包括控制器，所述控制器被配置為控制所述真空度控制器，以使所述第一室的真空度與供應(yīng)到所述爐子的熔融金屬的耗盡狀態(tài)成比例地增加。

優(yōu)選地，所述第一室的真空度可被控制在0.1托至10托的范圍中。

優(yōu)選地，所述連續(xù)快速冷卻凝固裝置可還包括：壓力控制器，被配置為控制所述第二室的壓力；控制器，被配置為控制所述真空度控制器和所述壓力控制器，以使所述第一室的真空度和所述第二室的壓力與供應(yīng)到所述爐子的熔融金屬的耗盡狀態(tài)成比例地增加。

有益效果

根據(jù)本發(fā)明，可以使用多個輔助爐或熔煉爐連續(xù)地供應(yīng)熔融金屬，以使打開以補充將要被熔化的原材料金屬的裝置被最小化，并將工作連續(xù)性保持到最大可能程度。

此外，根據(jù)本發(fā)明，用于向爐子供應(yīng)熔融金屬的供應(yīng)室與用于使熔融金屬供應(yīng)至冷卻輥子并被冷卻的冷卻室被分別分隔成獨立的密封空間，使得可以執(zhí)行真空處理。

此外，根據(jù)本發(fā)明，供應(yīng)室的壓力和冷卻室的真空度可被單獨控制或同時控制，使得無論爐子中容納的熔融金屬的耗盡程度如何，均可以以恒定壓力向冷卻輥子提供熔融金屬。

附圖說明

圖1是示出現(xiàn)有技術(shù)中的應(yīng)用熔融紡絲方法的制造裝置的示意圖。

圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的快速冷卻凝固裝置的代表性平面圖。

圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的快速冷卻凝固裝置的代表性縱剖視圖。

圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的與快速冷卻凝固裝置中的熔融金屬供應(yīng)部的控制相關(guān)的部件的框圖。

圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的與快速冷卻凝固裝置中的第一室的真空度和第二室的壓力控制相關(guān)的部件的框圖。

最佳實施方式

根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)快速冷卻凝固裝置包括：冷卻輥子，被構(gòu)造為對供應(yīng)至冷卻輥子的外周表面的熔融金屬進(jìn)行冷卻；爐子，被構(gòu)造為向冷卻輥子供應(yīng)熔融金屬；兩個或更多個熔融金屬供應(yīng)部，被構(gòu)造為熔化原材料金屬并向爐子連續(xù)地供應(yīng)熔融金屬。

具體實施方式

在下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的實施例。當(dāng)沒有明確限定或提及時，本說明書中用于指示方向的術(shù)語是基于附圖中示出的狀態(tài)的。此外，在各個實施例中，相同的標(biāo)號用于指示相同的部件。同時，附圖中示出的每個部件的厚度和尺寸可被放大以便于描述，并且這并不意味著每個實施例均應(yīng)以其實際的尺寸或結(jié)構(gòu)比例來構(gòu)造。

參照圖2和圖3描述了根據(jù)實施例的連續(xù)快速冷卻凝固裝置。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的快速冷卻凝固裝置的代表性平面圖，圖3是示出根據(jù)實施例的快速冷卻凝固裝置的代表性縱剖視圖。

冷卻輥子10冷卻熔融金屬，即，從爐子30供應(yīng)的液體金屬。具體地，冷卻輥子10接收來自馬達(dá)20的旋轉(zhuǎn)力，使得冷卻輥子10圍繞特定的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。冷卻輥子10使用其外周表面冷卻供應(yīng)的熔融金屬，隨后使熔融金屬沿著特定方向d2分散，冷卻輥子10的外周表面的溫度相對低于熔融金屬的溫度。

由冷卻輥子10進(jìn)行冷卻并沿著特定方向d2飛行的冷卻材料(諸如帶狀形式的合金)被收起并被儲存在儲存器50中。

爐子30位于冷卻輥子10上并向冷卻輥子10的外周表面供應(yīng)容納在爐子中的熔融金屬。具體地，從熔融金屬供應(yīng)部40向爐子30供應(yīng)熔融金屬。容納在爐子30中的熔融金屬通過鄰近于爐子或包含在爐子中的加熱器35加熱，以使熔融金屬被控制在適合的溫度。

包括兩個或更多個熔融金屬供應(yīng)部40。每個熔融金屬供應(yīng)部40熔化原材料金屬并向爐子連續(xù)地供應(yīng)熔融金屬。在這種情況下，在任意一個熔融金屬供應(yīng)部40向爐子30供應(yīng)熔融金屬時，其余的熔融金屬供應(yīng)部40被加熱以熔化下一次將被供應(yīng)的金屬或待命保持溫度。另外，每個熔融金屬供應(yīng)部40根據(jù)爐子30中容納的熔融金屬的流出速度來控制連續(xù)供應(yīng)到熔融金屬供應(yīng)部40的熔融金屬的量。也就是說，期望熔融金屬供應(yīng)部40補充從爐子30流出的熔融金屬的量，以使?fàn)t子30中保持特定水平(level)的金屬。

在這種情況下，多種裝置可用于感測爐子30中容納的熔融金屬的水平。例如，可以通過使用包含在爐子30中的多個雙金屬器件等來局部地測量溫度從而感測熔融金屬的水平。此外，可以通過安裝成像裝置(未示出)以獲得爐子30內(nèi)部的圖片并進(jìn)行圖像處理來感測爐子30中容納的熔融金屬的水平。

具體地，熔融金屬供應(yīng)部40包括輔助爐室43、輔助爐41和門45。輔助爐41容納原材料金屬和/或熔融金屬以制備將要供應(yīng)到爐子30的熔融金屬。輔助爐室43提供包括用于加熱輔助爐41從而產(chǎn)生熔融金屬或保持溫度的加熱器的密封空間，門45打開和關(guān)閉輔助爐室43以提供使輔助爐41從門45出去的路徑。

可以通過單獨的運輸裝置(未示出)來將輔助爐41從輔助爐室43運輸?shù)竭_(dá)爐子30的頂部，隨后輔助爐向爐子30供應(yīng)容納在輔助爐中的熔融金屬。

同時，這樣的熔融金屬供應(yīng)部40可在沒有單獨的室等的情況下僅僅使用兩個或更多個熔煉爐(未示出)來連續(xù)地供應(yīng)熔融金屬。

參照圖3，根據(jù)本發(fā)明的快速冷卻凝固裝置可包括第一室c1和第二室c2，第一室c1形成用于使從爐子30供應(yīng)的熔融金屬通過冷卻輥子10冷卻的空間，第二室c2形成用于通過熔融金屬供應(yīng)部40將熔融金屬供應(yīng)到爐子30的空間。

此時，優(yōu)選的是，第一室c1和第二室c2分別形成為密封的獨立空間。例如，第一室c1和第二室c2可由室分隔件cp分開。利用這種構(gòu)造，可以在第一室c1中執(zhí)行真空處理。

也就是說，第一室c1可通過控制真空度而高效地執(zhí)行冷卻過程，第二室c2可根據(jù)爐子30中容納的熔融金屬的耗盡程度(exhaustedlevel)通過形成惰性氣氛并控制壓力而以恒定壓力向冷卻輥子10供應(yīng)容納在爐子30中的熔融金屬。

下面將提供相關(guān)的具體部件及其描述。

將參照圖3至圖5描述根據(jù)實施例的連續(xù)供應(yīng)控制器和用于壓力和真空度的控制器。圖4是示出根據(jù)實施例的與快速冷卻凝固裝置的熔融金屬供應(yīng)部的控制相關(guān)的構(gòu)造的框圖，圖5是示出根據(jù)實施例的與快速冷卻凝固裝置中第一室的真空度和第二室的壓力控制相關(guān)的部件的框圖。

參照圖3和圖4，根據(jù)本實施例的快速冷卻凝固裝置可還包括連續(xù)供應(yīng)控制器60。

連續(xù)供應(yīng)控制器60是控制圖3中示出的部件以使熔融金屬從多個熔融金屬供應(yīng)部40連續(xù)供應(yīng)到爐子30的部件。具體地，在輔助爐形式的情況下，連續(xù)供應(yīng)控制器60連續(xù)地打開和關(guān)閉熔融金屬供應(yīng)部40a和40b的門，并隨后控制爐運輸裝置47，以運輸輔助爐使得輔助爐朝向爐子運輸。當(dāng)輔助爐朝向爐子運輸時，連續(xù)供應(yīng)控制器60控制熔融金屬供應(yīng)裝置49以使熔融金屬從輔助爐供應(yīng)至爐子。

參照圖5，根據(jù)本發(fā)明的快速冷卻凝固裝置可包括真空度控制器71和壓力控制器73。

壓力控制器73可控制第二室c2中的壓力，從而控制施加到容納在爐子中的熔融金屬的壓力。此時，壓力控制器73可通過向第二室c2供應(yīng)惰性氣體來控制壓力。

真空度控制器71可控制第一室c1的真空度。此時，優(yōu)選的是，第一室c1的真空度被控制在0.1托至10托的范圍中。這存在以下問題，在10托或更大的低真空度下快速冷卻凝固速度降低而使得冷卻效率低并且產(chǎn)量降低。另外，存在的問題在于，難以形成0.1托或更小的高真空度的環(huán)境，并且由于冷卻輥子10的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生渦旋(whirl)，從而出現(xiàn)噴嘴被快速冷卻且關(guān)閉的現(xiàn)象。

同時，控制器65控制壓力控制器73和真空度控制器71以控制第二室c2的壓力和第一室c1的真空度，使得通過爐子供應(yīng)到冷卻輥子的熔融金屬的最終供應(yīng)壓力可被控制。

具體地，控制器65可控制壓力控制器73以使第二室c2的壓力與爐子中容納的熔融金屬的耗盡狀態(tài)成比例地增加。如上所述，爐子中容納的熔融金屬可被控制為保持特定水平。然而，在第一輔助爐和第二輔助爐之間執(zhí)行替換以供應(yīng)熔融金屬的過程中，爐子中容納的熔融金屬的水平可能會降低。

此時，隨著爐子中容納的熔融金屬被耗盡，第二室c2中的壓力逐漸降低，對應(yīng)地，從爐子供應(yīng)到冷卻輥子的熔融金屬的壓力也降低。這里，可以通過使第二室c2的內(nèi)部壓力與爐子中容納的熔融金屬的耗盡狀態(tài)成比例地增加，而使得施加的用于向冷卻輥子供應(yīng)爐子中容納的熔融金屬的壓力增加。

此外，控制器65還可使第一室的真空度與供應(yīng)到爐子的熔融金屬的耗盡狀態(tài)成比例地增加?？梢钥刂普婵斩瓤刂破?1以與根據(jù)爐子中容納的熔融金屬的狀態(tài)而增加第二室c2中的壓力類似的方式，使第一室c1的真空度與爐子中容納的熔融金屬的耗盡狀態(tài)成比例地增加。隨著第一室c1的真空度的增加，第二室c2相對于第一室c1的壓力逐漸增加。使用這種方法，可以獲得與逐漸增加第二室c2的壓力類似的效果。

另外，控制器65可同時控制第一室c1的真空度和第二室c2的壓力。例如，還可以使第一室c1的真空度和第二室c2的壓力同時與爐子中容納的熔融金屬的耗盡狀態(tài)成比例地逐漸增加。在如上所述的技術(shù)中，即使在爐子中容納的熔融金屬被耗盡的情況下，仍可以通過將第二室c2的壓力保持在適合水平而將從爐子供應(yīng)到冷卻輥子的熔融金屬保持在恒定壓力。

雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思并不限于優(yōu)選實施例，并且在不脫離權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思的情況下，優(yōu)選實施例可以被多樣化地體現(xiàn)。