用于金属箔的疲劳测试设备和使用所述疲劳测试设备的方法与流程

1.该申请要求基于在2020年6月23日提交的韩国专利申请10-2020-0076337号的优先权权益，并且该韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文。
2.本发明涉及一种金属箔疲劳测试设备和一种使用所述疲劳测试设备的金属箔疲劳测试方法。


背景技术：

3.随着用于移动装置的技术发展和对移动装置的需求增加，对作为能源的二次电池的需求已经快速增加。在这种二次电池中，表现出高能量密度和工作电位、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池已经被商业化并且被广泛使用。
4.近年来，对环境问题越来越感兴趣，结果，近来，能够替代诸如汽油车辆和柴油车辆等化石燃料车辆的电动车辆(ev)和混合动力电动车辆(hev)被广泛研究。虽然镍金属氢化物(ni-mh)二次电池被主要用作用于这种电动车辆(ev)和混合动力电动车辆(hev)的电源，但是已经积极地进行了关于使用具有高能量密度、高放电电压和输出稳定性的锂二次电池的研究，并且一些锂二次电池已经被商业化。
5.锂二次电池具有正电极/分隔件/负电极的电极组件与电解质一起被嵌入在密封容器中的结构。为了制造正电极或者负电极，包括电极活性材料的电极混合物在一个方向上被涂覆在由长金属箔制成的电极集电器上。
6.此时，在诸如辊压工艺、分切工艺、开槽工艺、层压工艺和折叠工艺的用于制造电极的大多数工艺中，使用辊对辊(roll-to-roll)工艺。“辊对辊工艺”意指如下系统：随着由宽度和传输长度大于其厚度的材料制成的幅材经过多个辊而相继地执行各种工艺。在所述辊对辊工艺中，若干个可弯曲的金属箔等可以在多个辊之间移动，在此期间可以执行涂覆、印刷等。所述辊对辊工艺在效率、存储空间和高速作业的便利性等方面具有优势。
7.图1是示出在辊对辊工艺中使用的金属箔移动装置的形式的示意图。
8.参考图1，所述金属箔移动装置包括解缠辊、引导辊和缠绕辊。在金属箔已经被缠绕在所述解缠辊上的状态下，所述金属箔的一端被朝向所述引导辊转移。在由所述引导辊支撑的状态下，所述金属箔通过每个辊的旋转而被转移，并且在转移过程期间经过必要的处理后被缠绕在所述缠绕辊上。
9.类似地，当诸如金属箔这样的基材在所述辊上被重复地转移时，由于所述辊之间施加的拉伸和由所述辊缠绕时施加的应力，增加了所述金属箔的疲劳程度。如果发生这种现象，则可能在所述金属箔中发生裂纹或者断开现象，这造成产品的缺陷。
10.因此，需要在所述辊对辊工艺期间适当地设定金属箔的移动条件，并且需要开发一种用于设定这种移动条件的准确评价方法。


技术实现要素：

11.技术问题
12.本发明的目的在于提供：一种金属箔疲劳测试设备，所述金属箔疲劳测试设备能够根据金属箔的移动来测量所述金属箔的疲劳程度，并且预测所述金属箔的寿命；和一种使用所述设备的金属箔疲劳测试方法，所述金属箔可以在辊对辊工艺中用作基材。
13.技术方案
14.根据本发明所述的用于测试金属箔的疲劳的设备包括：金属箔移动单元，所述金属箔移动单元包括：解缠辊，金属箔被从所述解缠辊解缠；多个引导辊，所述多个引导辊被构造成支撑并且转移从所述解缠辊供应的金属箔；和再缠辊，从引导辊转移的金属箔被缠绕在所述再缠辊上；和拉伸强度测量单元，所述拉伸强度测量单元被构造成测量所述金属箔的拉伸强度。
15.在本发明的实施例中，所述金属箔疲劳测试设备进一步包括：控制器单元，所述控制器单元被构造成设定和改变所述金属箔的移动条件；和存储单元，所述存储单元被构造成存储拉伸强度的测量结果。
16.在本发明的一个实施例中，所述金属箔疲劳测试设备进一步包括断开检测单元，所述断开检测单元被构造成检测所述金属箔是否已经断开。
17.在本发明的一个实施例中，所述断开检测单元可以位于所述金属箔的移动路径上。
18.此外，本发明提供一种使用金属箔疲劳测试设备的金属箔疲劳测试方法。所述金属箔疲劳测试方法包括如下步骤：将金属箔安装在所述金属箔疲劳测试设备的金属箔移动单元上；使得所述金属箔沿着正向方向和反向方向在解缠辊和再缠辊之间重复地移动；以及测量被重复地移动的所述金属箔的拉伸强度。
19.在本发明的一个实施例中，所述金属箔可以由铝或铜制成。
20.在本发明的一个实施例中，所述金属箔疲劳测试方法可以进一步包括设定所述金属箔的移动条件的步骤。
21.这里，所述金属箔的移动条件可以包括金属箔的缠绕方向、金属箔的缠绕次数、施加到金属箔的拉伸力和金属箔的移动速度中的一项或者多项。
22.在本发明的一个实施例中，可以在重复地移动金属箔的步骤之前执行设定金属箔的移动条件的步骤。
23.在本发明的另一个实施例中，可以在重复地移动金属箔的步骤期间执行设定金属箔的移动条件的步骤。
24.在本发明的另一个实施例中，所述金属箔疲劳测试方法可以进一步包括如下步骤：测量所述金属箔在移动之前的拉伸强度，并且根据所述金属箔在移动之前和之后的移动条件来计算拉伸强度的变化。
25.在本发明的另一个实施例中，所述金属箔疲劳测试方法可以进一步包括存储所述金属箔的移动条件和根据所述移动条件的金属箔的拉伸强度的步骤。
26.在本发明的另一个实施例中，所述金属箔疲劳测试方法可以进一步包括检测所述金属箔中是否已经发生断开的步骤。
27.这里，可以在移动步骤期间或者之后执行检测是否已经发生断开的步骤。
28.有利效果
29.根据本发明所述的金属箔疲劳测试设备和金属箔疲劳测试方法，可以通过在辊对
辊工艺中适当地设定所述金属箔的移动条件并且据此模拟所述金属箔的移动来预测金属的疲劳程度和寿命。
30.此外，通过将根据所述金属箔的移动条件的金属箔的疲劳程度存储在数据库中，可以在实际的辊对辊工艺中适当地设定这些条件，并且可以减少辊对辊工艺中的金属箔的缺陷。
附图说明
31.图1是示出在辊对辊工艺中使用的金属箔移动装置的形式的示意图。
32.图2是示出根据本发明所述的金属箔疲劳测试设备的每个部件的框图。
33.图3是示出根据本发明所述的金属箔疲劳测试设备中的金属箔移动单元的构造的示意图。
34.图4是示出根据本发明的一个实施例所述的金属箔疲劳测试方法的流程图。
35.图5是示出根据本发明的另一个实施例所述的金属箔疲劳测试方法的流程图。
36.图6是示出根据本发明的又一个实施例所述的金属箔疲劳测试方法的流程图。
具体实施方式
37.在下文中，将参考附图详细描述本发明。在本说明书和权利要求中使用的术语和词语不应该被理解为限于普通或者词典术语，并且本发明人可以适当地定义术语的概念从而最好地描述其发明。术语和词语应该被理解为与本发明的技术思想一致的含义和概念。
38.在该申请中，应当理解，诸如“包括”或“具有”的术语旨在指示存在说明书中所描述的特征、数目、步骤、操作、部件、零件或其组合，并且这些术语并不预先排除存在或添加一个或多个其它的特征或数目、步骤、操作、部件、零件或其组合的可能性。而且，当诸如层、膜、区域、板等的部分被称为在另一个部分“上”时，这不仅包括该部分“直接地”在另一个部分“上”的情况，还包括另外的另一个部分介于其间的情况。在另一个方面，当诸如层、膜、区域、板等的一部分被称为“在”另一个部分“下”时，这不仅包括该部分“直接地”在另一个部分“下”的情况，还包括另外的另一个部分介于其间的情况。另外，在本技术中“置放在
……
上”可以包括置放在底部以及顶部处的情况。
39.在下文中，将参考附图详细描述本发明。
40.图2是示出根据本发明所述的金属箔疲劳测试设备的每个部件的框图。
41.参考图2，根据本发明所述的金属箔疲劳测试设备100包括金属箔移动单元110和拉伸强度测量单元120。
42.如上所述，在辊对辊工艺中，当诸如金属箔这样的基材被重复地在辊上转移时，由于在所述辊之间受到的应力和当所述金属箔被缠绕和解缠时受到的应力，增加了所述金属箔的疲劳程度。如果发生这种现象，则所述金属箔中可能发生裂纹或者断开现象，这造成产品缺陷。
43.这样，为了预测金属箔的疲劳程度和寿命，本发明的发明人已经设计了一种金属箔疲劳测试设备，所述金属箔疲劳测试设备用于通过如下方式容易地识别由于所述金属箔的重复移动而造成的金属箔的疲劳程度和寿命：在模拟辊对辊装置的金属箔移动单元上重复地移动所述金属箔的同时施加特定应力，然后测量所述金属箔的拉伸强度。
44.图3是示出根据本发明所述的金属箔疲劳测试设备中的金属箔移动单元110的构造的示意图。
45.参考图3，在所述金属箔疲劳测试设备中，所述金属箔移动单元110被实现为准确地模拟在实际的辊对辊工艺中移动的辊的移动。具体地，所述金属箔移动单元110包括：解缠辊111，金属箔114在所述解缠辊上解缠；多个引导辊112，所述多个引导辊用于支撑和转移从所述解缠辊111供应的金属箔114；和再缠辊113，从所述引导辊112转移的金属箔被缠绕在所述再缠辊上。这模拟了实际的辊对辊工艺中的设备的构造。所述金属箔114被重复地在正向方向和反向方向上转移，并且被重复地在所述解缠辊111和再缠辊113上缠绕和解缠。所述正向方向意指从所述解缠辊111移动到所述再缠辊113的方向(a方向)，所述反向方向意指从所述再缠辊113移动到所述解缠辊111的方向(b方向)。至少一个引导辊112位于所述解缠辊111和再缠辊113之间，由此防止所述金属箔在重力方向上弯曲，并且转移所述金属箔。
46.根据本发明所述的金属箔疲劳测试设备，通过适当地设定在所述金属箔移动单元上移动的金属箔的移动条件，能够识别容易增加所述金属箔的疲劳程度的条件，或者能够识别在所述金属箔的移动期间、所述金属箔发生断裂的条件，由此能够根据所述移动来预测所述金属箔的疲劳程度和寿命。
47.所述拉伸强度测量单元120测量在所述金属箔移动单元110中重复移动的金属箔的拉伸强度。所述拉伸强度测量单元120可以与所述金属箔移动单元110分开地设置。在此情形中，由此可以取出已经在所述金属箔移动单元110中停止移动的金属箔，并将其转移到所述拉伸强度测量单元120，并且可以测量拉伸强度。
48.为此，所述金属箔疲劳测试设备100可以进一步包括控制器单元130，所述控制器单元130用于设定和改变所述金属箔的移动条件。所述控制器单元130可以输入移动疲劳测试的条件，并且接收测试结果的输入。
49.具体地，所述控制器单元130可以包括输入工具(未示出)，用于输入成为疲劳测试对象的金属箔的信息，并且所述控制器单元可以由此接收成为疲劳测试对象的金属箔的信息的输入。例如，关于所述金属箔的信息可以包括诸如所述金属箔的类型、拉伸强度和硬度这样的信息。特别地，所述金属箔的拉伸强度是在所述金属箔的反复移动之前的金属箔移动装置的拉伸强度。这可以与所述金属箔在进行重复移动之后、所述金属箔的拉伸强度相比较，然后这可以被用作用于确定在所述金属箔移动之后、所述金属箔的疲劳程度的增加的标准。
50.此外，所述控制器单元130可以设定所述金属箔的移动条件，并且将所述移动条件输入所述金属箔移动单元。在这里，所述金属箔的移动条件可以包括金属箔的缠绕方向、金属箔的缠绕次数、施加到金属箔的拉伸力以及金属箔的移动速度中的一项或者多项。此外，所述控制器单元可以通过调节构成所述金属箔移动单元110的每个辊的位置来调节应力被施加到所述金属箔的方向。所述控制器单元130可以根据预设移动条件来控制所述金属箔移动单元110进行操作。
51.此外，所述控制器单元130可以包括被构造成接收移动疲劳测试的结果的输入的接收工具(未示出)。当完成疲劳测试时，所述控制器单元130可以接收疲劳测试的结果的输入，并且将信息传输到所述存储单元。
52.所述存储单元140从所述控制器单元130接收测试结果、具体是拉伸强度的测量结果，并且存储该结果。所述存储单元140可以存储拉伸强度的测量结果，并且使用该结果信息生成数据库。具体地，可以根据金属箔的材料、厚度和硬度来对金属箔的类型进行分类，并且能够通过表格或者线图来显示对于每个移动条件的拉伸强度的测量结果。当各种移动条件被组合时，这种测量数据可以被用作预测所述金属箔的疲劳程度和寿命的依据。
53.在这里，用户可以直接操作所述控制器单元130和存储单元140，但是所述控制器单元130和存储单元140还可以由自动化系统操作。例如，当移动条件被输入到所述控制器单元130时，所述金属箔移动单元110以预定移动条件操作，当完成时，所述金属箔被转移到所述拉伸强度测量单元120，以由此测量拉伸强度。结果可以再次由所述控制器单元130接收并且被存储在所述存储单元140中。当该过程完成时，所述控制器单元130可以自动改变移动条件，以重复相同的过程。
54.同时，当所述金属箔重复在所述金属箔移动单元110上移动时，如果施加到所述金属箔的应力严重，则这可能造成所述金属箔断开。可以通过所述金属箔上产生的裂纹等来检查这种断开现象。本发明可以提供断开检测单元150来用于检测所述金属箔是否已经断开，以由此识别在何种条件下所述金属箔已经发生断开。
55.参考图3，所述断开检测单元150可以位于所述金属箔114的移动路径上。换言之，所述断开检测单元150可以位于在所述移动路径上重复移动的金属箔114的上部或者下部处，并且能够实时地检测所述金属箔114的断开。此外，至少一个断开检测单元150可以位于所述金属箔的移动路径上。参考图3，所述断开检测单元150位于所述引导辊112之间的移动路径上，但是所述断开检测单元150还可以位于所述解缠辊111和引导辊112之间或者所述引导辊112和再缠辊113之间的移动路径上。
56.同时，在所述断开检测单元150中，可以使用已知的方法来执行断开检测。例如，可以使用照相机、超声波或者涡流检测方案来执行断开检测。
57.在使用成像照相机的情形中，能够直接拍摄并且检测在所述辊之间移动的金属箔中产生的裂纹。在使用超声波检测方法的情形中，超声波振荡到所述金属箔，并且感测通过回波现象返回的波，由此通过信号处理来检测是否已经发生断开。所述涡流检测方案是当允许流动有交流电的线圈接近所述金属箔时、通过在所述金属箔中产生的涡流来检测断开的方案。这种检测方法对于本领域技术人员而言是已知的，因此这里将省略其详细描述。
58.此外，本发明提供一种用于使用上述金属箔疲劳测试设备来测试金属箔的疲劳的方法。
59.图4是示出根据本发明所述的一个实施例的金属箔疲劳测试方法的流程图。
60.参考图4，根据本发明的实施例所述的金属箔疲劳测试方法包括如下步骤：将金属箔安装在所述金属箔疲劳测试设备的金属箔移动单元上(s10)；使得所述金属箔沿着正向方向和反向方向在解缠辊和再缠辊之间重复地移动(s20)；以及测量重复移动后的所述金属箔的拉伸强度(s30)。
61.在安装所述金属箔的步骤(s10)中，所述金属箔被置放在移动路径上，并且所述金属箔的两侧被分别缠绕在所述解缠辊和再缠辊上。此时，能够根据所述金属箔的移动条件来适当地设定缠绕次数。
62.在重复地移动所述金属箔的步骤(s20)中，所述金属箔在预定的移动条件下沿着
正向方向和反向方向重复地移动。如上所述，所述正向方向意指从所述解缠辊移动到再缠辊的方向(a方向)，所述反向方向意指从所述再缠辊移动到解缠辊的方向(b方向)。
63.在拉伸强度测量步骤(s30)中，针对重复移动测量步骤的预定点来测量拉伸强度。可以根据通常已知的方法来测量所述金属箔的拉伸强度。例如，将拉伸力施加到所述金属箔中的所要测量的部分的两侧，并且可以测量当发生断裂时施加到所述金属箔的力。此时，通过将此时测量出的最大拉伸载荷除以所述金属箔的截面面积而获得的值可以被定义为拉伸强度。这样，测量拉伸强度的方法对本领域普通技术人员而言是已知的，因此这里将省略其详细描述。
64.当完成拉伸强度测量步骤(s30)时，通过返回到安装所述金属箔的步骤(s10)，可以将新的金属箔安装在金属箔安装部上，由此在新的移动条件下执行测试。
65.在本发明的一个实施例中，对所述金属箔的材料没有任何具体限制，但是，可以使用在锂二次电池中主要用作电极集电器的铝或者铜。
66.此外，根据本发明所述的金属箔疲劳测试方法包括设定金属箔的移动条件的步骤(s15)。根据本发明所述的金属箔疲劳测试方法，通过在实际的辊对辊工艺中、金属箔可能面临的各种环境和条件下模拟金属箔的移动，从而能够容易地识别由于所述金属箔的重复移动所造成的所述金属箔的疲劳程度和寿命。
67.例如，所述金属箔的移动条件可以包括金属箔的缠绕方向、金属箔的缠绕次数、施加到金属箔的拉伸力以及金属箔的移动速度中的一项或者多项。
68.在这里，所述金属箔的缠绕方向意指金属箔被移动的方向，并且金属箔可以在正向方向或反向方向上被缠绕。缠绕次数意指所述金属箔在正向方向和反向方向上的移动的次数。此时，所述金属箔可以被设定为通过一次移动来被完全地缠绕在所述解缠辊或者再缠辊上。此外，例如，能够在所述金属箔已经被部分地缠绕在所述解缠辊或者再缠辊上的状态下、沿着相反方向再次移动所述金属箔。
69.接下来，施加到所述金属箔的拉伸力意指在所述解缠辊和引导辊之间、在所述引导辊之间或者在所述引导辊和再缠辊之间的部分中施加到所述金属箔的拉伸力。即，当施加到所述金属箔的拉伸力较大时，这意指所述金属箔已经被紧紧地拉动。例如，可以通过调节所述辊的转矩来设定施加到所述金属箔的拉伸力。
70.金属箔的移动速度是所述金属箔在所述辊之间移动的速度。能够例如通过调节所述辊的角速度来改变金属箔的移动速度。
71.另外，可以在适当地调节所述引导辊的数目和位置或者所述金属箔所面临的大气环境的同时设定所述金属箔的移动条件。
72.可以在重复地移动所述金属箔的步骤(s20)之前执行设定所述金属箔的移动条件的步骤(s15)。在此情形中，能够对每个金属箔设定一个移动条件，并且当在一个移动条件下完成测量时，安装新的金属箔，并且可以设定与之前不同的移动条件。
73.此外，可以在重复移动所述金属箔的步骤(s20)的期间执行设定所述金属箔的移动条件的步骤(s15)。在此情形中，在所述金属箔的移动期间，改变已经设定的移动条件。这允许预测在所述金属箔的移动期间可能发生的变化所产生的影响。
74.在更具体的示例中，所述金属箔疲劳测试方法可以进一步包括如下步骤：测量移动之前的金属箔的拉伸强度，并且根据所述金属箔在移动之前和之后的移动条件来计算拉
伸强度的变化。
75.此外，所述金属箔疲劳测试方法可以进一步包括如下步骤：存储所述金属箔的移动条件和根据所述移动条件的金属箔的拉伸强度。
76.图5是示出根据本发明的另一个实施例所述的金属箔疲劳测试方法的流程图。
77.参考图5，所述金属箔疲劳测试方法可以包括如下步骤：将金属箔安装在所述金属箔疲劳测试设备的金属箔移动单元上(s10)；设定所述金属箔的移动条件(s15)；使得所述金属箔沿着正向方向和反向方向在解缠辊和再缠辊之间重复地移动(s20)；测量被重复移动的金属箔的拉伸强度(s30)；根据所述金属箔在移动之前和之后的移动条件来计算拉伸强度的变化(s40)；以及存储所述金属箔的移动条件和根据移动条件的金属箔的拉伸强度(s50)。
78.在此情形中，当所述存储步骤(s50)终止时，可以通过返回到第一步骤而在新的移动条件下对新的金属箔执行测试。
79.同时，可以在将所述金属箔安装在所述移动单元上之前执行测量移动之前的金属箔的拉伸强度的步骤。这里，测量出的拉伸强度数据可以被预先存储在存储单元中。
80.根据本发明所述的金属箔疲劳测试方法，能够通过测量所述金属箔在移动之前和之后的拉伸强度的变化来测量金属的疲劳程度，并且预测金属箔的寿命。
81.此外，当通过利用所存储的金属箔的移动条件和根据该移动条件的拉伸强度的信息来形成数据库以组合各种移动条件时，这可以被用作用于预测金属箔的疲劳程度和寿命的依据。
82.此外，所述金属箔疲劳测试方法可以进一步包括检测所述金属箔是否已经断开的步骤。
83.图6是示出根据本发明的又一个实施例所述的金属箔疲劳测试方法的流程图。
84.参考图6，所述金属箔疲劳测试方法可以包括如下步骤：将金属箔安装在所述金属箔疲劳测试设备的金属箔移动单元上(s10)；设定所述金属箔的移动条件(s15)；使得所述金属箔沿着正向方向和反向方向在解缠辊和再缠辊之间重复地移动(s20)；检测所述金属箔中是否已经发生断开(s25)；测量被重复地移动的金属箔的拉伸强度(s30)；根据所述金属箔在移动之前和之后的移动条件来计算拉伸强度的变化(s40)；以及存储所述金属箔的移动条件和根据所述移动条件的金属箔的拉伸强度(s50)。
85.根据本发明所述的金属箔疲劳测试方法，能够通过与拉伸强度的测量分开地检测是否在所述金属箔中发生断开现象(诸如裂纹)，以识别在何种条件下所述金属箔断开。如上所述，可以使用照相机、超声波或者涡流检测方案来执行所述断开检测。
86.可以在移动步骤期间执行检测是否已经发生断开的步骤(s25)。即，通过在所述金属箔的移动期间以实时功能来识别在具体移动条件下的哪个时间点发生断开。
87.此外，可以在移动步骤之后执行检测是否已经发生断开的步骤(s25)。在此情形中，优选在测量拉伸强度之前检查是否已经发生断开。
88.以上描述仅仅说明本发明的技术思想，并且本发明所属领域的技术人员可以在不偏离本发明的基本特征的情况下做出各种修改和变更。因此，在本发明中公开的绘图不旨在限制本发明的技术思想而是描述本发明，并且本发明的技术思想的范围不受这些绘图限制。本发明的保护范围应该由所附权利要求来解释，并且在与此等价的范围内的所有的技
术思想均应该被理解为被包括在本发明的范围中。
89.在另一方面，在该说明书中，使用了指示方向的术语，诸如上、下、左、右、前和后，但是显然，这些术语仅仅是为了描述方便，并且可以取决于物体的位置或者观察者的位置而改变。