CN102986080B - 用于折叠电极组件的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造堆叠/折叠型电极组件的折叠装置，所述堆叠/折叠型电极组件具有单元电池，所述单元电池在隔离膜被设置在各个单元电池之间的状态下依次被堆叠，所述折叠装置包括：卷材供应单元，用于供应卷材，所述卷材具有以预定的间隔被布置在隔离膜顶部处的板状单元电池；缠绕夹具，用以在保持所述卷材的单元电池的第一个单元电池的同时使所述单元电池旋转，使得所述单元电池在所述隔离膜被设置在各个单元电池之间的状态下依次被堆叠；以及Y轴方向旋转轴补偿单元，用以补偿所述缠绕夹具的旋转轴在垂直于所述卷材的前进方向的方向（Y轴方向）上的位置，其中所述Y轴方向旋转轴补偿单元在缠绕期间周期性地改变所述旋转轴在垂直于所述卷材的所述前进方向（X轴）的所述方向（Y轴）的所述位置，以最小化所述卷材的垂直振幅。

Description

用于折叠电极组件的装置
技术领域
本发明涉及一种用于折叠电极组件的装置，并且更具体地涉及一种制造堆叠/折叠型电极组件的折叠装置，该堆叠/折叠型电极组件具有单元电池，其在隔离膜被设置在各个单元电池之间的状态中依次被堆叠，该折叠装置包括：卷材供应单元，该卷材供应单元供应卷材，该卷材具有以预定间隔设置在隔离膜顶部处的板状单元电池；缠绕夹具，用以在保持卷材的单元电池中的第一个单元电池的同时旋转该单元电池，使得单元电池在隔离膜被设置在各个单元电池之间的状态下依次被堆叠；以及Y轴方向旋转轴补偿单元，用以补偿缠绕夹具的旋转轴在垂直于卷材的前进方向的方向（Y轴方向）的位置，其中Y轴方向旋转轴补偿单元在缠绕期间周期性地改变旋转轴在垂直于卷材的前进方向（X轴）的方向（Y轴）的位置，以最小化卷材的垂直振幅。
背景技术
随着移动装置的逐渐发展，以及对这些移动装置的需求增加，作为用于移动装置的能源的对二次电池的需求也急剧增加。在这些二次电池中，锂二次电池具有高能量密度和高放电电压，已经对其进行许多研究，并且其现在被商品化并且被广泛地使用。
基于其外观，锂二次电池可被分类为圆柱形电池、棱柱形电池或袋状电池。基于电极的种类，锂二次电池可被分类为锂离子电池、锂离子聚合物电池或锂聚合物电池。
移动装置小型化的近代趋势已增加了对具有小厚度的棱柱形电池或袋状电池的需求。具体地，当前非常关注这种袋状电池，因为易于改变袋状电池的形状、袋状电池的制造成本低并且袋状电池重量轻。
一般而言，袋状电池为这样一种电池，其具有在密封状态下被设置在袋状电池外壳中的电极组件和电解质，该袋状电池外壳由包括树脂层和金属层的层压片形成。安装在电池外壳中的电极组件以果冻卷（缠绕）型结构、堆叠型结构或组合（堆叠/折叠）型结构被构造。袋状电池通过下列方式制造，即在层压片处形成电极组件将被安装在其中的接收部分，并且在电极组件被安装在接收部分中的状态下，以密封方式热焊接该层压片或与该层压片分离或从该层压片延伸的另一片材。
同时，堆叠/折叠型电极组件通过依次执行的开槽工艺、层压工艺、折叠工艺、封装工艺和脱气工艺来制造。
在用以在隔离膜被设置在单元电池之间的状态下缠绕板状单元电池，使得单元电池依次被堆叠的折叠工艺中，如果缠绕夹具的速度被提高以提高工艺效率，则缠绕板状单元电池的该缠绕夹具在垂直于X轴方向的方向、即Y轴方向上摆动或剧烈震动，所述X轴方向为卷材的前进方向，结果是电极活性材料可能从单元电池分离或可能产生灰尘。
为了解决上述问题，存在对一种具有用以制造堆叠/折叠型电极组件的特定结构的折叠装置的高度必要性。
发明内容
技术问题
因此，因此已做出本发明，以解决上述问题和仍未解决的其它技术问题。
特别地，本发明的目标在于提供一种折叠装置，其中包括用于补偿缠绕夹具的旋转轴在Y轴方向上的位置的Y轴方向旋转轴补偿单元，以在折叠工艺期间防止电极活性材料与单元电池分离或产生灰尘，以改进工艺效率，从而制造具有更高质量的电极组件。
技术解决方案
根据本发明的一方面，能够通过提供以下折叠装置来实现上述和其它目标，该折叠装置用于制造堆叠/折叠型电极组件，该堆叠/折叠型电极组件具有单元电池，所述单元电池在隔离膜被设置在各个单元电池之间的状态下依次被堆叠，所述折叠装置包括：卷材供应单元，所述卷材供应单元用于供应卷材，所述卷材具有以预定地间隔被布置在隔离膜顶部处的板状单元电池；缠绕夹具，所述缠绕夹具在维持卷材的单元电池中的第一个单元电池的同时使该单元电池旋转，使得所述单元电池在隔离膜被设置在各个单元电池之间的状态下依次被堆叠；以及Y轴方向旋转轴补偿单元，所述Y轴方向旋转轴补偿单元用于补偿缠绕夹具的旋转轴在垂直于卷材的前进方向的方向（Y轴方向）上的位置，其中，在缠绕期间，所述Y轴方向旋转轴补偿单元周期性地改变所述旋转轴在垂直于卷材的前进方向（X轴）的方向（Y轴）上的位置，以最小化卷材的垂直振幅。
由于根据本发明的折叠装置包括用以补偿缠绕夹具的旋转轴在垂直于卷材的前进方向的方向（Y轴方向）上的位置的Y轴方向旋转轴补偿单元，所以可以周期性改变旋转轴在垂直于卷材的前进方向（X轴）的方向（Y轴）上的位置，因此在缠绕期间最小化卷材的垂直振幅。
优选，所述单元电池为二分电池或全电池。
在以本专利申请的申请人的名义提交的韩国专利申请公开No.2001-0082058、No.2001-0082059和No.2001-0082060中公开了二分电池或全电池的构造和制造使用该构造的电极组件的方法。
作为单元电池的全电池是一种具有阴极/隔板/阳极单元德结构的电池。也就是说，全电池是一种具有位于其相反侧的阴极和阳极的电池。除了阴极/隔板/阳极的单元结构之外，全电池还可以具有阴极/隔板/阳极/隔板/阴极/隔板/阳极的单元结构。为了构造使用多个全电池的二次电池，全电池必须在隔离膜被设置在各个全电池之间使得该全电池的阴极和阳极彼此面对的状态下被堆叠。
此外，作为单元电池的二分电池是一种具有位于其相反侧的相同电极的电池。例如，二分电池可以具有阴极/隔板/阳极/隔板/阴极的单元结构，或者阳极/隔板/阴极/隔板/阳极的单元结构。在本说明中，将具有阴极/隔板/阳极/隔板/阴极地结构的电池称为“C型二分电池”，并且将具有阳极/隔板/阴极/隔板/阳极的结构的电池称为“A型二分电池”。也就是说，具有位于其相反侧处的阴极的电池被称为C型二分电池，而具有位于其相反侧处的阳极的电池称为A型二分电池。
只要二分电池在其相反侧处具有相同电极，就不特别限制构成二分电池的阴极、阳极和隔板的数目。为了构造使用多个二分电池的二次电池，二分电池必须隔离膜被设置在各个二分电池之间使得C型二分电池和A型二分电池彼此面对的状态下被堆叠。
全电池和二分电池是通过在隔板被设置在阴极和阳极之间的状态下联接阴极和阳极而制造的。该联接方法的优选示例为热焊接法。
例如，在全电池和二分电池中，阴极是通过向阴极集流器的相反的主表面施加阴极活性材料、导电剂和粘合剂的混合物，并且进行干燥和挤压来制备的。视需要，可向混合物添加填充物。
通常，阴极集流器具有3到500μm的厚度。阴极集流器不受特别限制，只要阴极集流器展示高导电性，同时阴极集流器在应用该阴极集流器的电池中不诱发任何化学变化即可。例如，阴极集流器可以由不锈钢、铝、镍、钛或塑料碳制成。替代地，阴极集流器可以由铝或不锈钢制成，其表面经碳、镍、钛或银处理。阴极集流器可以具有形成在其表面处的微小不均匀图案，从而提高阴极活性材料的粘合强度。阴极集流器可以以各种形式被构造，所述形式诸如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫体和无纺织物体。
阴极活性材料可以是但不限于层状化合物，诸如锂氧化钴（LiCoO2）或锂氧化镍（LiNiO2），或由一种或更多过渡金属元素取代的化合物；由化学式Li1+xMn2-xO4（其中，x=0到0.33）表示的锂锰氧化物或诸如LiMnO3、LiMn2O3或LiMnO2的锂锰氧化物；锂铜氧化物（Li2CuO2）；钒氧化物，诸如LiV3O8、LiFe3O4、V2O5或Cu2V2O7；由化学式LiNi1-xMxO2（其中，M=Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，并而x=0.01到0.3）表示的Ni基锂镍氧化物；由化学式LiMn2-xMxO2（其中，M=Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，而x=0.01到0.1）或化学式Li2Mn3MO8（其中，M=Fe、Co、Ni、Cu或Zn）表示的锂锰复合氧化物；化学式部分地由碱土金属离子取代的具有Li的LiMn2O4；二硫化物；或Fe2(MoO4)3。
通常添加导电剂，使得导电剂具有基于包括阴极活性材料的化合物的总重量的1%至50%的重量。导电剂不特别地受到限制，只要导电剂展示高导电性，同时导电剂不在应用该导电剂的电池中引起任何化学变化即可。例如，石墨诸如天然石墨或人造石墨；碳黑，诸如碳黑、乙炔黑、科琴黑、槽黑、炉黑、灯黑或夏黑；导电纤维，诸如碳纤维或金属纤维；金属粉末，诸如氟化碳粉末、铝粉或镍粉；导电晶须，诸如氧化锌或钛酸钾；导电金属氧化物，诸如氧化钛；或聚苯衍生物可被用作导电剂。
粘合剂是协助活性材料和导电剂之间的结合以及与集流器结合的成分。通常以基于包括阴极活性材料的化合物德总重量的1%至50%的重量的量添加粘合剂。作为粘合剂的示例，可能使用聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素（CMC）、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物（EPDM）、磺化EPDM、丁苯橡胶、氟橡胶和各种共聚物。
填料是用于抑制阴极膨胀的任选成分。填料不存在特别的限制，只要填料不在应用该填料的电池中导致化学变化并且由纤维材料制成即可。作为填料的示例，可使用烯烃聚合物，诸如聚乙烯和聚丙烯；以及纤维材料，诸如玻璃纤维和碳纤维。
另一方面，阳极通过向阳极集流器涂覆阳极活性材料并且进行干燥和挤压来制备。根据需要，可以将上述导电剂、粘合剂和填料选择性地添加至阳极活性材料。
通常，阳极集流器具有3到500μm的厚度。阳极集流器不特别地受到限制，只要阳极集流器展示高导电性，同时阳极集流器不在应用该阳极集流器的电池中引起任何化学变化即可。例如，阳极集流器可以由铜、不锈钢、铝、镍、钛或碳塑料碳制成。替代地，阳极集流器可以由铜或不锈钢制成，其表面经碳、镍、钛、银或铝镉合金处理。以与在阴极集流器中相同的方式，阳极集流器也可能具有在其表面形成的微小不均匀图案，从而增加阳极活性材料的粘合强度。阳极集流器可以以各种形式被构造，所述形式诸如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫体和无纺织物体。
作为阳极活性材料，例如，可以使用碳，诸如非石墨化碳或石墨基碳；金属复合氧化物，诸如LixFe2O3(0≤x≤1)、LixWO2(0≤x≤1)，SnxMe1-xMe’yOz（Me：Mn、Fe、Pb、Ge；Me’：Al、B、P、Si、元素周期表的1、2和3族元素、卤素；0≤x≤1；1≤y≤3；1≤z≤8）；金属锂；锂合金；硅基合金；锡基合金；金属氧化物，诸如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4或Bi2O5；导电聚合物，诸如聚乙炔；或Li-Co-Ni基材料。
隔板被设置在阴极和阳极之间。作为隔板，例如，可以使用展现高离子渗透性和高机械强度的绝缘薄膜。隔板通常具有0.01μm至10μm的孔径和5μm至300μm的厚度。作为用于隔板的材料，例如，使用由烯烃聚合物制成的片或无纺织物，所述烯烃聚合物诸如展现耐化学性和疏水性的聚丙烯、玻璃纤维或聚乙烯。在诸如聚合物的固体电解质被用作电解质的情况下，该固体电解质可以用作隔板。本发明中使用的隔离膜可由与隔板相同的材料或不同于隔板的材料形成。
当使用具有上述构造的全电池或二分电池作为单元电池来构造堆叠/折叠电极组件时，单元电池可被设置在隔离膜上使得隔离膜具有如下间隔区域，该间隔区域具有与单元电池中的每一个单元电池的尺寸的对应的长度，这是因为在邻近单元电池中的第一个单元电池的隔离膜的区域处未布置有单元电池，并且在折叠期间，间隔区域包裹单元电池中的第一个单元电池的前表面和后表面，以维持各个单元电池之间的电隔离。
首先，单元电池被布置在长片型连续隔离膜上。当隔离膜被沿隔离膜的纵向方向依次被折叠以堆叠单元电池时，制造了具有单元电池之间的电绝缘通过隔离膜而实现的结构的电极组件。
在优选示例中，在使用二分电池制造电极组件的情况下，二分电池可以被设置在隔离膜上使得不同类型的二分电池在二分电池中的每一个二分电池的下端处彼此邻近，从而制造具有阴极/阳极/阴极/阳极的结构的电极组件。隔离膜具有如下间隔区域，所述间隔区域具有与单元电池中的每一个单元电池的尺寸对应的长度，使得在邻近单元电池中的第一个单元电池的隔离膜的区域处未布置有单元电池，并且在折叠期间，该间隔区域包裹单元电池中的第一个单元电池的前表面，以维持各个单元电池之间的电隔离。在本说明书中，在折叠之前当将单元电池放置在隔离膜上时，接触所述隔离膜的单元电池的主表面被定义为后表面，并且单元电池的另一主表面被定义为前表面。
在另一优选示例中，在使用全电池制造电极组件的情况下，全电池可被设置在隔离膜上，使得在全电池中的每一个全电池的下端处不同的电极表面面对相同表面（前表面），从而制造具有阴极/阳极/阴极/阳极的结构的电极组件。隔离膜可以具有如下间隔区域，所述间隔区域具有与单元电池中的每一个单元电池的尺寸对应的长度，使得在邻近单元电池中的第一个单元电池的隔离膜的区域处未布置有单元电池，并且在折叠期间，间隔区域包裹单元电池中的第一个单元电池的前表面，以维持各个单元电池之间的电隔离。
在优选示例中，当将单元电池诸如全电池或二分电池放置在隔离膜上时，可将单元电池附接至隔离膜以易于折叠。可通过热焊接来实现该附接。
在根据本发明的折叠装置中，缠绕夹具的结构不特别地受到限制，只要该缠绕夹具被构造成固定地保持卷材的第一个单元电池即可。例如，缠绕夹具可被构造成在单元电池中的一个单元电池的上端以及与单元电池中的一个单元电池对应的隔离膜的下端处固定地保持该卷材。
在优选示例中，当卷材的向上或向下位置改变时，旋转轴的Y轴位置可在弥补该变化的方向上改变，从而消除卷材在缠绕期间的垂直振幅。该卷材可以在Y轴方向上周期性地震动或摆动。因此，可基于该卷材的改变周期性改变旋转轴的Y轴位置。
根据情况，折叠装置还可以包括X轴方向旋转轴补偿单元，用以补偿缠绕夹具的旋转轴在卷材的前进方向上（X轴方向）的位置。
作为该结构的示例，X轴方向旋转轴补偿单元可以可周期性地改变旋转轴的位置，以补偿在板状单元电池的缠绕期间导致的卷材的X轴速度Vx的改变，从而均匀地保持卷材的张力。
具体地，Vx是在卷材供应单元处的速度。卷材供应单元处的X轴速度必须是均匀的，以均匀地维持卷材供应单元和缠绕夹具之间的张力。
例如，用以补偿卷材的X轴速度Vx的改变的理论计算补偿量可以显然地表现为具有180度的周期的函数。然而，实际上，不能微分的点，即具有不同斜率的点在180度附近出现。位移的微分值是速度，因此，出现了速度急剧改变的点。结果，如图7中所示，加速度急剧改变，导致加加速度增大。
这是由于缠绕夹具或单元电池不在圆柱形状而是在板形状中执行旋转运动而发生的。也就是说，在缠绕期间产生的卷材的X轴速度Vx可以理论上与sinθ成比例。然而，实际上，最大值不在θ=90度时出现，而是当θ=约80度时出现。这是因为最大值在与执行旋转运动的圆相切的部分处获得。
因此，在基于理论计算补偿值在X轴方向上补偿缠绕夹具的情况下，如果以超过预定的速度执行该进程，则向装置施加过量的载荷，结果是必需改变旋转轴补偿单元的设计，使得旋转轴补偿单元具有更高的扭矩。
另一方面，在其中理论计算补偿量被改变成具有类似的位移值的周期函数的情况下，不出现不能微分的点。另外，即使增加旋转速度，也不向装置施加过量载荷，并且可以改进工艺效率而不改变设计。参考图8，可能在补偿量曲线图的每一位置处进行微分，并且速度和加速度曲线图都是连续的。此外，加加速度不偏离预定的范围。
可同步地执行缠绕夹具的旋转轴的X轴方向位置的补偿和Y轴方向位置的补偿。
在该情况下，可在椭圆形状中执行缠绕夹具的旋转轴的位置补偿，其中在缠绕期间，X轴方向是长轴，而Y轴方向是短轴。
只要Y轴方向旋转轴补偿单元和X轴方向旋转轴补偿单元能够补偿垂直变化量，就可使用Y轴方向旋转轴补偿单元和X轴方向旋转轴补偿单元。优选地，Y轴方向旋转轴补偿单元和X轴方向旋转轴补偿单元被构造成具有互相连接的可变旋转结构。
可变旋转结构的优选示例可以包括旋转偏心辊和可变曲柄，以将偏心辊的旋转运动转化成直线运动。
根据本发明的另一方面，提供一种二次电池，该二次电池包括使用具有上述构造的折叠装置来制造的堆叠-折叠型电极组件。
二次电池的代表性示例可以是使用锂离子作为介质的锂二次电池。
含锂盐的非水电解质由非水电解质和锂组成。作为非水电解质，可使用非水电解溶液、固体电解质或无机固体电解质。
作为无水电解溶液的示例，可以提及非质子有机溶剂，诸如N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、丁烯碳酸盐、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、伽马-丁酸内酯、1,2-二甲氧基乙烷、四羟基Franc、2-甲基四氢呋喃、二甲亚砜、1,3-二二氧戊环、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二氧戊环、乙腈、硝基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊环衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、碳酸丙二酯衍生物、四氢呋喃衍生物、醚、甲基丙酸和乙基丙酸。
作为有机固体电解质的示例，可以提及聚乙烯衍生物、聚氧化乙烷衍生物、聚环氧丙烷衍生物、磷酸酯聚合物、聚搅拌（agitation）赖氨酸、聚醚砜、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯以及含离子离解组的聚合物。
作为无机固体电解质的示例，可提及锂的氮化物、卤化物和硫酸盐，诸如Li3N、LiI、Li5NI2、Li3N-LiI-LiOH、LiSiO4、LiSiO4-LiI-LiOH、Li2SiS3、Li4SiO4、Li4SiO4-LiI-LiOH和Li3PO4-Li2S-SiS2。
锂盐是在上述非水电解质中容易溶解的材料，并且例如可包括LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、氯硼烷锂、低级脂族羧酸锂、锂四苯硼酸盐和酰亚胺。
另外，为了改进充电和放电特性以及阻燃性，例如，可将吡啶、亚磷酸三乙酯、三乙醇胺、环醚、乙二胺、n-乙二醇二甲醚、六磷酸三胺、硝基苯衍生物、硫、醌、N-代噁唑烷酮、N,N-取代咪唑烷、乙二醇二烯基醚、铵盐、吡咯、2-甲氧基乙醇、三氯化等等添加至非水电解质。根据情况，为了赋予不可燃性，非水电解质还可以包括含卤溶剂，诸如四氯化碳和乙烯三氟化物。此外，为了提高高温贮存性，非水电解质可能另外包括二氧化碳气体。
同时，基于电极组件的形状以及电池外壳的结构和形状，锂二次电池可被分类为柱形电池、棱柱形电池或袋状电池。其中，本发明可备正确地应用到在折叠期间具有问题的袋状电池。
如上所述，袋状电池是一种具有安装在袋状电池外壳中的电极组件的电池，其由包括金属层和树脂层的层压片形成。通常，广泛地使用由铝层压片形成的外壳。
使用电极组件来制造二次电池的方法在本发明涉及的领域是众所周知的，并且因此将省略其详细说明。
附图说明
根据结合附图所作出的以下详细说明，将更清楚地理解本发明的上述及其它目的、特征和其它优点，其中：
图1是示出根据本发明的实施例的折叠装置的透视图；
图2和3是示出通过缠绕全电池而制造的堆叠/折叠型电极组件的例示性结构以及缠绕全电池以制造堆叠/折叠型电极组件的工艺的典型视图；
图4是示出缠绕二分电池以制造堆叠/折叠型电极组件的工艺的典型视图；
图5是示出由缠绕夹具的旋转运动而导致的卷材的长度变化的计算的典型视图；
图6是示出基于旋转角度θ的在旋转运动期间的卷材的长度变化量、卷材的线性变化量和卷材的补偿量的曲线图；
图7是示出基于旋转角度θ的补偿量、速度、加速度和加加速度（jerk）的曲线图；
图8是示出在使用周期函数来执行补偿情况下的基于旋转角度θ的补偿量、速度、加速度和加加速度的曲线图；
图9是示出根据本发明的实施例的折叠装置的示意性典型视图；
图10是示出根据本发明的另一实施例的折叠装置的示意性典型视图；以及
图11是示出在使用根据本发明的折叠装置的情况下的上部和下部补偿位移的曲线图。
具体实施方式
现在，将参考附图详细描述本发明的例示性实施例。然而，应注意，本发明的范围不受所示意的实施例限制。
图1示出根据本发明的实施例的折叠装置的透视图。
参考该图，折叠装置900包括：卷材供应单元100，用以供应卷材110，该卷材110具有以预定间隔被布置在隔离膜116顶部处的板状单元电池112；缠绕夹具200，用以在保持卷材110的单元电池112中的第一个单元电池的同时旋转该单元电池112，使得单元电池112在隔离膜116被设置在各个单元电池112之间的状态下依次被堆叠；Y轴方向旋转轴补偿单元300，用以补偿缠绕夹具200的旋转轴在垂直于卷材的前进方向的方向（Y轴方向）上的位置；以及，X轴方向旋转轴补偿单元400，用以补偿缠绕夹具200的旋转轴在卷材的前进方向（X轴方向）上的位置。
此外，Y轴方向旋转轴补偿单元300在缠绕期间周期性地改变旋转轴在垂直于卷材的前进方向（X轴）的方向（Y轴）上的位置，以最小化卷材100的垂直振幅。
缠绕夹具200被构造为用以以固定方式保持单元电池112中的一个的上端以及与单元电池112中的一个单元电池对应的隔离膜114的下端。当隔离膜114的向上和向下位置变化时，旋转轴的Y轴位置在方向上改变以弥补该变化。
X轴方向旋转轴补偿单元400周期性地改变旋转轴的位置，以补偿在缠绕板状单元电池112期间导致的卷材110的X轴速度Vx的变化，因此均匀地维持卷材110的张力。
因此，缠绕夹具200的旋转轴的X轴方向位置的补偿和Y轴方向位置的补偿被同步地执行。在缠绕期间，缠绕夹具200的旋转轴的位置中的补偿被在椭圆形状中执行，在该椭圆形状中X轴方向是长轴，而Y轴方向是短轴。
图2和3示出通过缠绕全电池而制造的堆叠/折叠型电极组件的例示性结构以及缠绕全电池以制造堆叠/折叠型电极组件的工艺的典型视图。
参考这些图，作为单元电池的全电池10、11、12、13和14被重叠，并且隔离膜20被设置在重叠的全电池之间，所述全电池10、11、12、13和14中的每一个全电池均具有依次被设置的阴极/隔板/阳极。隔离膜20具有用以包裹全电池中的每一个全电池的单位长度。隔离膜20以每一单元长度向内折叠，以从中间全电池10到最外全电池14连续包裹各个全电池，使得隔离膜20被设置在重叠的全电池之间。隔离膜20的末端被热焊接，或者胶带25被附接至隔离膜20的末端。此外，阴极和阳极被构造成使得阴极活性材料和阳极活性材料被施加至电极片的每个主表面。然而，为了方便，在图2和3中未示出阴极活性材料和阳极活性材料。
具有上述构造的堆叠/折叠型电极组件是通过下列方式制造的：将全电池10、11、12、13和14布置在长隔离膜20上，并且从隔离膜20的一端21依次缠绕全电池10、11、12、13和14。
在作为单元电池的全电池10、11、12、13和14的布置中，第一全电池10和第二全电池11以对应于至少一个全电池的距离彼此间隔开。因此，在缠绕期间，第一全电池10的外表面被隔离膜20完全包裹，并且然后第一全电池10的下端电极（阳极）接触第二全电池11的上端电极（阴极）。
在通过缠绕执行依次堆叠期间，在第二全电池11后，用以包裹全电池12、13和14的隔离膜20的长度被增加。由于该原因，全电池被设置成使得其间的距离在缠绕方向上顺次增加。
此外，全电池10、11、12、13和14被构造成使得在缠绕期间，阴极和阳极在堆叠的全电池之间的界面处彼此面对。因此，第一全电池10和第二全电池11是均具有作为上端电极的阴极的全电池，第三全电池12是具有作为上端电极的阳极的全电池，第四全电池13是具有作为上端电极的阴极的全电池，并且第五全电池14为具有作为上端电极的阳极的全电池。也就是说，除了第一全电池10以外，全电池11和13以及全电池12和14被交替布置，所述全电池11和13中的每一个具有作为上端电极的阴极，所述全电池12和14中的每一个均具有作为上端电极的阳极。同时，虽然未示出，但是在使用二分电池作为单元电池的情况下，二分电池被设置成使得该二分电池以每两个二分电池交替地布置。
图4是示出缠绕二分电池以制造堆叠/折叠型电极组件的工艺的典型视图。
参考图4，作为单元电池的二分电池30、31、32、33和34被设置在隔离膜40上，并且从第一二分电池30依次缠绕二分电池31、32、33和34，以制造堆叠/折叠型电极组件，所述二分电池30、31、32、33和34中的每一个二分电池均具有依次设置的阴极/隔板/阳极/隔板/阴极或阳极/隔板/阴极/隔板/阳极。
在作为单元电池的二分电池30、31、32、33和34的布置中，第一二分电池30和第二二分电池31以对应于至少一个二分电池的距离彼此间隔开。因此，在缠绕期间，第一二分电池30的外部表面被隔离膜40完全包裹，并且然后第一二分电池30的下端电极（阳极）接触第二二分电池31的上端电极（阴极）。
在通过缠绕来执行依次堆叠期间，用以在第二二分电池31之后包裹二分电池32、33和34的隔离膜40的长度被增加。由于该原因，二分电池被设置成使得其间的距离在缠绕方向上依次增加。
此外，二分电池30、31、32、33和34被构造成使得在缠绕期间，阴极和阳极在堆叠的二分电池之间的界面处彼此面对。在优选示例中，第一二分电池30具有作为外部电极的阳极，第二二分电池31和第三二分电池32具有作为外部电极的阴极，并且第四二分电池33和第五二分电池34具有作为外部电极的阳极。也就是说，除了第一二分电池30以外，二分电池31和32以及二分电池33和34以每两个二分电池交替地布置，所述二分电池31和32具有作为外部电极的阴极，所述二分电池33和34具有作为外部电极的阳极。
图5是示出由于缠绕夹具的旋转运动而导致的卷材的长度变化的典型视图。
参考图5，缠绕夹具的回转半径为a，从为供应单元的辊到缠绕夹具的旋转中心的直线距离为b，并且基于缠绕夹具的角度从辊到卷材的长度为c。基于缠绕夹具关于X轴的角度θ的变化，可通过下列等式表示c。
c=(a2+b2–2abcosθ)1/2
当θ=0时，可从c减去c0，以计算卷材的长度变化量。
图6是示出基于旋转角度θ的旋转运动期间卷材的长度变化量、卷材的线性变化量以及卷材的补偿量的曲线图。
参考图6，其中示出了在如下情况下的卷材的长度增加量（线性变化量）：其中当卷材的长度根据旋转角度均匀增大时的图为直线。在该情况下，Vx是一致的。然而，由于缠绕夹具和被缠绕的单元电池被形成为板状，虽然最终变化量等于如通过上述等式计算的数值，但是卷材的长度变化量在旋转期间偏离线性变化量。
为了消除该偏离，从卷材的长度变化量减去线性变化量，以计算补偿量。
图7示出基于旋转角度θ的计算的补偿量、速度、加速度和加加速度。
参考图7，该补偿量图类似于连续函数。然而，在180度附近出现不能微分的点。位移的微分值是速度。因此，入在图6的速度图中，出现角点。结果，加速度急剧变化，从而导致过度加加速度。
因此，使用该补偿方法难以增加旋转速度以提高工艺效率。
图8是示出在使用周期函数（7.25正弦函数）来执行补偿的情况下的基于旋转角度θ的补偿量、速度、加速度和加加速度的曲线图。
参考图8，该补偿值曲线图类似于周期函数曲线图，即正弦函数图。因此当适当地选择7.25正弦函数用于补偿时，能够看出微分在补偿值曲线图的每个位置处都是可能的，并且速度和加速度图都连续，如图8中所示。此外，加加速度不偏离预定范围，并且因此不必要补偿由于过度加加速度而产生的扭矩。
图9是示出根据本发明的实施例的折叠装置的示意性典型视图。
参考图9，折叠装置500包括旋转轴补偿单元和缠绕单元。该旋转轴补偿单元被构造成具有互相连接的可变旋转结构。该旋转轴补偿单元包括旋转偏心辊510和可变曲柄520，用以将偏心辊510的旋转运动转化成直线运动。
在与偏心辊510的偏心轴接合的可变曲柄520的部分处形成有凹槽，该凹槽以偏心轴的旋转直径在水平方向上延伸。虽然未示出，但是可变曲柄520被构造成使得可变曲柄520在水平方向上的运动被约束。
因此，通过偏心辊510传递的旋转运动不在水平方向上移动可变曲柄520，而是通过凹槽被转化成垂直的直线运动。
旋转轴补偿单元的可变曲柄520被可操作地连接到安装有缠绕夹具540的缠绕单元530，以在垂直方向上补偿缠绕夹具540的旋转轴。
在该情况下，在使用缠绕夹具540缠绕卷材期间，减少了卷材的垂直摆动，所述卷材具有布置在隔离膜560上的单元电池550。结果，可能防止由于垂直变化而导致的电极材料的分散。
图10示出根据本发明的另一实施例的折叠装置的示意性典型视图。
参考图10，折叠装置600包括Y轴补偿单元、X轴补偿单元和缠绕单元。Y轴补偿单元和缠绕单元与图9中所示的相同，并且因此将省略其详细说明。X轴补偿单元被构造成具有互相连接的可变旋转结构。X轴补偿单元包括旋转偏心辊680和可变曲柄670，用以将偏心辊680的旋转运动转化成直线运动。
X轴补偿单元可被设置成与Y轴补偿单元相对，或者可被设置成垂直于Y轴补偿单元。在与偏心辊680的偏心轴接合的可变曲柄670的一部分中形成有凹槽，该凹槽以偏心轴的旋转直径在垂直于卷材进给方向的方向上延伸。因此，可变曲柄670不在垂直于卷材进给方向的方向上移动，而是通过凹槽仅在卷材进给方向上执行直线运动。该直线运动是由偏心辊680的偏心轴的旋转而执行。因此，该直线运动被以周期函数的形式执行。
Y轴补偿单元和X轴补偿单元的可变曲柄620和670被可操作地连接到安装有缠绕夹具640的缠绕单元630，用以在垂直方向和水平方向上补偿缠绕夹具640的旋转轴。
在该情况下，在使用缠绕夹具640缠绕卷材期间，均匀地维持了卷材的进给速度，所述卷材具有布置在隔离膜660上的单元电池650。另外，减小了卷材的垂直摆动。
图11是典型地示出在使用根据本发明的折叠装置的情况下的垂直补偿位移的曲线图。
参考图11，缠绕夹具的心轴（mandrel）以顺时针方向旋转，以制造电极组件。卷材从图的右侧被供应。心轴被构造成具有扁平结构，其包括向卷材施加旋转力的末端和与该尖端相对的开口端。
在垂直补偿未被施加的情况下，心轴执行绕其旋转轴的圆周运动，该圆周运动具有与心轴的长度对应的直径。在该情况下，卷材以与心轴形成的圆的半径对应的长度垂直向下改变。
另一方面，在垂直补偿被施加的情况下，心轴的末端以与旋转轴的垂直补偿量（中心位置）对应的长度垂直向上移动，结果是以与垂直补偿量对应的长度减少卷材的变化量。
在图11中，心轴具有70mm的宽度，并且在补偿前，卷材的垂直补偿量为35mm。在施加15mm的垂直补偿量的情况下，卷材的垂直补偿量为20mm。
下文中，将基于示例更详细地描述本发明；然而，仅为了例证本发明而给出下列示例，因此，本发明的范围不限于试验。
<示例1>
制造折叠装置，该折叠装置具有X轴补偿单元和Y轴补偿单元，所述X轴补偿单元和Y轴补偿单元被安装在具有心轴的缠绕夹具处，所述心轴的宽度为65.2mm。
<比较例1>
除了未安装Y轴补偿单元以外，根据与示例1的相同的方法制造折叠装置。
<试验示例1>
使用根据示例1和比较例1的折叠装置执行34ppm的高速折叠。测量距离心轴的宽度的末端150mm的卷材位移。在下表1中示出测量结果。
<表1>
上死点 下死点 摆动
实例1 261mm 228mm 32mm
比较例1 263mm 217mm 46mm
能够从表1看出，使用根据实施Y轴补偿的示例1的折叠装置的卷材摆动小于使用根据比较例1的折叠装置的卷材摆动。这是因为通过垂直补偿减少了卷材的摆动。作为结果，即使在高速折叠时，也可以抑制活性材料摆动而导致的质量恶化。
工业实用性
通过上述说明应明白，根据本发明的折叠装置被构造成包括Y轴方向旋转轴补偿单元，用于补偿缠绕夹具的旋转轴在Y轴方向上的位置。因此，即使在增加缠绕速度以提高工艺效率时，也可以防止电极活性材料与单元电池分离或者产生灰尘，因此极大地高进电极组件的质量。
虽然已为了例证性目的公开了本发明的例示性实施例，但是本领域技术人员应明白，在不偏离所附权利要求公开的本发明的范围和精神的情况下，各种变型、补充和代替是可能的。

Claims (10)

1.一种制造堆叠/折叠型电极组件的折叠装置，所述堆叠/折叠型电极组件具有在隔离膜被设置在各个单元电池之间的状态下依次堆叠的单元电池，所述折叠装置包括：
卷材供应单元，所述卷材供应单元用于供应卷材，所述卷材具有以预定的间隔布置在隔离膜的顶部处的板状单元电池；
缠绕夹具，所述缠绕夹具用于在保持所述卷材的所述单元电池中的第一个单元电池的同时使所述单元电池旋转，使得所述单元电池在所述隔离膜被设置在所述各个单元电池之间的状态下被依次堆叠；
Y轴方向旋转轴补偿单元，所述Y轴方向旋转轴补偿单元用于补偿所述缠绕夹具的旋转轴在与所述卷材的前进方向垂直的方向上的位置，与所述卷材的前进方向垂直的方向为Y轴方向；以及
X轴方向旋转轴补偿单元，所述X轴方向旋转轴补偿单元用以补偿所述缠绕夹具的旋转轴在所述卷材的所述前进方向上的位置，所述卷材的所述前进方向为X轴方向，其中
在缠绕期间，所述Y轴方向旋转轴补偿单元周期性地改变所述旋转轴在与所述卷材的所述前进方向垂直的方向上的位置，以最小化所述卷材的垂直振幅，
所述缠绕夹具的旋转轴在X轴方向位置中的所述补偿和在Y轴方向位置中的所述补偿被同步地执行，并且
在缠绕期间，所述缠绕夹具的旋转轴的位置补偿被以椭圆形状执行，在所述椭圆形状中，X轴方向是长轴，而Y轴方向是短轴。
2.根据权利要求1所述的折叠装置，其中，所述单元电池是二分电池或全电池。
3.根据权利要求1所述的折叠装置，其中，所述单元电池被设置在所述隔离膜上，使得所述隔离膜具有长度与所述单元电池中的每一个单元电池的尺寸对应的间隔区域，这是因为在所述隔离膜的与所述单元电池中的第一个单元电池邻近的区域未布置单元电池；并且在折叠期间，所述间隔区域包裹所述单元电池中的第一个单元电池的前表面和后表面，以维持所述各个单元电池之间的电隔离。
4.根据权利要求2所述的折叠装置，其中，在所述单元电池是二分电池的情况下，所述二分电池被设置在所述隔离膜上使得在所述二分电池中的每一个二分电池的下端处不同类型的二分电池彼此相邻。
5.根据权利要求2所述的折叠装置，其中，在所述单元电池是全电池的情况下，所述全电池被设置在所述隔离膜上使得在所述全电池中的每一个全电池的下端处不同的电极表面面对相同的表面。
6.根据权利要求1所述的折叠装置，其中，所述缠绕夹具被构造为在所述单元电池中的一个单元电池的上端和与所述单元电池中的所述一个单元电池对应的所述隔离膜的下端处固定地保持所述卷材。
7.根据权利要求1所述的折叠装置，其中，当所述卷材的向上或向下位置变化时，所述旋转轴的Y轴方向位置在抵消所述卷材的向上或向下位置的变化的方向上改变。
8.根据权利要求1所述的折叠装置，其中，所述X轴方向旋转轴补偿单元周期性地改变所述旋转轴的位置，以补偿在所述板状单元电池的缠绕期间导致的所述卷材的X轴速度(Vx)变化，从而均匀地维持所述卷材的张力。
9.根据权利要求1所述的折叠装置，其中，所述Y轴方向旋转轴补偿单元被构造成具有旋转偏心辊和可变曲柄。
10.根据权利要求1所述的折叠装置，其中，所述Y轴方向旋转轴补偿单元和所述X轴方向旋转轴补偿单元被构造成具有旋转偏心辊和可变曲柄。
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