CN103250294A - 电池单元的制造装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于制造电池单元的装置，所述装置是用于制造包括两个或者更多个单元电池的电池单元的装置，并且包括：单元电池堆叠部分，单元电池被从上方引入并且相继地堆叠在单元电池堆叠部分中；缠绕部分，用于利用隔离膜缠绕从堆叠部分接收的单元电池堆叠体的外表面；和加热单元，用于使缠绕单元电池堆叠体的外表面的隔离膜热收缩。

Description

电池单元的制造装置
技术领域
本发明涉及一种电池单元制造装置，并且更加具体地涉及一种被构造成制造包括单元电池的电池单元的电池单元制造装置，该电池单元制造装置包括：单元电池堆叠单元，从上方将单元电池引入其中并且将单元电池在其中顺序地堆叠；缠绕单元，其利用隔离膜缠绕从单元电池堆叠单元排出的单元电池堆叠体的外侧；和加热单元，其使缠绕单元电池堆叠体的外侧的隔离膜热收缩。
背景技术
近来，能够充电和放电的二次电池已经被广泛地用作无线移动装置的能源。而且，作为已经被研制以解决问题诸如由使用化石燃料的现有汽油和柴油车辆引起的空气污染问题的电动车辆（EV）、混合电动车辆（HEV）和插电式混合电动车辆（插电式HEV）的电源，二次电池已经吸引了相当大的关注。
基于二次电池的外部和内部结构，二次电池可以一般地被分类成圆柱形电池、棱柱形电池和袋形电池。特别地，能够被以高集成度堆叠并且具有小的宽度与长度比率的棱柱形电池和袋形电池已经吸引了相当大的关注。
基于电极组件的结构，具有构成二次电池的阴极/隔板/阳极结构的电极组件可以一般地被分类成果冻卷（缠绕）类型电极组件或者堆叠类型电极组件。通过利用电极活性材料涂覆将被用作集电器的金属箔、干燥并且挤压已被涂覆的金属箔、将已被干燥和挤压的金属箔切割成具有预定宽度和长度的带的形式、使用隔板将阳极和阴极相互隔离并且螺旋地缠绕阳极/隔板/阴极结构而制造果冻卷类型电极组件。果冻卷类型电极组件适合于圆柱形电池；然而，果冻卷类型电极组件不适合于棱柱形电池或者袋形电池，因为应力局部地集中在电池上，结果电极活性材料脱离，或者电池可能由于在电池的充电和放电期间引起的电池的反复性的收缩和膨胀而变形。
另一方面，堆叠类型电极组件被构造成具有其中多个单元阴极和多个单元阳极被顺序地堆叠的结构。堆叠类型电极组件具有如下优点，即，堆叠类型电极组件能够被构造成具有棱柱形结构；然而，堆叠类型电极组件具有如下缺点，即，用于制造堆叠类型电极组件的过程是复杂的，并且当外部冲击被施加到堆叠类型电极组件时，堆叠类型电极组件的电极受到推动，结果在堆叠类型电极组件中可能发生短路。
为了解决上述问题，已经研制了一种作为果冻卷类型电极组件和堆叠类型电极组件的组合的、改进的电极组件，即被构造成具有如下结构的堆叠/折叠类型电极组件，在所述结构中，使用长的连续的隔板薄片折叠具有预定单位尺寸的阴极/隔板/阳极结构的全电池（full cell）或者具有预定单位尺寸的阴极（阳极）/隔板/阳极（阴极）/隔板/阴极（阳极）结构的二分电池（bicell）。在已经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.2001-82058、No.2001-82059和No.2001-82060中公开了这种堆叠/折叠类型电极组件的实例。
然而，在堆叠/折叠类型电极组件中，单元电池被布置于长的连续的隔板薄片上，并且在单元电池和隔板薄片被保持在其相对端处时，单元电池和隔板薄片被折叠。因此，本质上要求为了执行这种制造过程而有必要的空间和系统，并且因此制造方法是非常复杂的，并且设备投资费用是高的。
因此，如下电池单元制造装置是高度必要的：所述电池单元制造装置能够在最小化制造成本的同时改进制造可加工性，并且与相同标准的另一种电池相比能够改进电池的容量和质量。
发明内容
技术问题
因此，本发明已经被实现用于解决以上问题以及尚待解决的其它技术问题。
具体地，本发明的一个目的在于提供如下具有新颖的结构的电池单元制造装置，与相同标准的另一种电池相比较，所述电池单元制造装置能够改进制造可加工性，同时最小化制造成本并且改进电池的容量和质量。
技术方案
根据本发明的一个方面，能够通过提供如下电池单元制造装置来实现以上和其它目的，该电池单元制造装置被构造成制造包括两个或者更多个单元电池的电池单元，该电池单元制造装置包括：单元电池堆叠单元，从上方将单元电池引入其中并且将单元电池在其中顺序地堆叠；缠绕单元，其利用隔离膜缠绕从单元电池堆叠单元排出的单元电池堆叠体的外侧；和加热单元，其使缠绕单元电池堆叠体的外侧的隔离膜热收缩。
即，单元电池被容易地堆叠以构成单元电池堆叠体，并且单元电池堆叠体被排出、被隔离膜缠绕并且热收缩。因此，与相同标准的另一种电池相比较，能够大大地改进电池单元制造可加工性并且改进电池的容量和质量。
每一个单元电池可以被构造成具有如下结构，在隔板被设置在电极板之间的状态下，两个或者更多个电极板被堆叠在所述结构中。例如，每一个单元电池可以被构造成具有其中最外电极板构成相反电极的全电池结构。全电池结构的代表性实例可以包括阴极/隔板/阳极的结构和阴极/隔板/阳极/隔板/阴极/隔板/阳极的结构。
根据情况，被构造成具有其中最外电极板构成相同电极的结构的二分电池可以被用作每一个单元电池。二分电池的结构的代表性实例可以包括阴极/隔板/阳极/隔板/阴极结构（C型二分电池）和阳极/隔板/阴极/隔板/阳极结构（A型二分电池）。
在其中全电池被用作单元电池的情形中，全电池被单元电池堆叠单元堆叠，从而使得在隔离膜被设置在各个全电池之间的状态下，相应的全电池的相反电极面对彼此。另一方面，在其中二分电池被用作单元电池的情形中，C型二分电池和A型二分电池被单元电池堆叠单元交替地堆叠，从而使得在隔离膜被设置在各个二分电池之间的状态下，相应的二分电池的相反电极面对彼此。
在优选实例中，单元电池堆叠单元可以被构造成具有包括其上端敞开并且其直径沿着向下方向减小的料斗型上部和具有对应于单元电池堆叠体的内部尺寸的下部的结构。因此，在单元电池堆叠单元的上部处收集的多个单元电池可以通过重力移动到单元电池堆叠单元的下部并且可以在单元电池堆叠单元的下部处均匀地并且竖直地堆叠。
在上述结构中，单元电池堆叠单元的下部可以设置有通过其顺序地排出单元电池堆叠体的下排出端口。可以利用隔离膜容易地缠绕通过下排出端口排出的单元电池堆叠体。
具体地，单元电池堆叠单元的下部可以被构造成具有如下结构，所述结构具有大于每一个单元电池的电极板并且小于每一个单元电池的隔板的内径。因此，当单元电池堆叠体沿着单元电池堆叠单元的下部向下移动时，由于每一个单元电池的隔板的弹性和在隔板与单元电池堆叠单元的下部的内壁接触的状态下相对于单元电池堆叠单元的下部的内壁的摩擦作用力，单元电池堆叠体以对应于重力的作用力向下移动。因此，单元电池堆叠体能够在不被物理推动的情况下顺序地堆叠。
而且，单元电池堆叠单元的下部可以设置有台阶状突起以支撑每一个单元电池的隔板。因此，如果在单元电池堆叠体被顺序地堆叠时，单元电池堆叠体超过台阶状突起的高度，则通过下排出端口排出单元电池堆叠体。
台阶状突起的结构不受特别限制，只要台阶状突起能够容易地支撑单元电池堆叠体即可。例如，台阶状突起可以形成在单元电池堆叠单元的上部和下部之间的界面处、下部的特定区域处或者下部的下排出端口处。
同时，单元电池堆叠单元的下部可以设置有用于排气的通孔。因此，在单元电池堆叠单元的下部和与单元电池堆叠单元的下部的内壁接触的相应单元电池的隔板之间收集的空气通过通孔排气，并且因此单元电池堆叠体能够容易地向下移动到下排出端口。
在具体实例中，缠绕单元可以包括：用于利用隔离膜缠绕单元电池堆叠体的顶部或者底部的夹具；用于在通过夹具利用隔离膜缠绕单元电池堆叠体的顶部或者底部的状态下利用隔离膜连续地缠绕单元电池堆叠体的底部或者顶部的缠绕板；和用于在利用隔离膜缠绕单元电池堆叠体的顶部和底部的状态下热焊接隔离膜的交迭部分的密封块。
夹具可以包括被构造成接触单元电池堆叠体的顶部或者底部的主夹具和被构造成接触单元电池堆叠体的左侧或者右侧的侧夹具。因此，形成夹具以在支撑单元电池堆叠体的同时利用隔离膜缠绕单元电池堆叠体是可能的。
缠绕板可以从单元电池堆叠体的与侧夹具相反的一侧朝向侧夹具移动以利用隔离膜缠绕单元电池堆叠体。因此，制造过程被大大地简化。
而且，密封块可以朝向侧夹具移动以热焊接隔离膜的交迭部分。可以利用热来切割经热焊接的隔离膜。根据情况，可以包括用于切割经热焊接的隔离膜的另外的刀具。
可以在单元电池的电极板和单元电池堆叠体之间设置隔离膜以在其间维持绝缘。例如，隔离膜可以由聚丙烯、聚丙烯共聚物或者聚丙烯混合物形成。而且，隔离膜可以被构造成具有多孔结构。
同时，加热单元可以是能够使缠绕单元电池堆叠体的隔离膜热收缩的高温腔室。通过高温腔室热收缩的隔离膜可以被固定到单元电池堆叠体并且可以保护单元电池堆叠体免于外部冲击。
优选地，隔离膜可以在150℃到180℃的温度范围中热收缩。
在实例中，单元电池堆叠体可以被传送带从缠绕单元转移到加热单元。因此，能够容易地实现自动化装配流水线。
根据本发明的另一个方面，提供一种使用带有上述结构的电池单元制造装置制造的电池单元。
电池单元可以是二次电池或者电化学电容器。优选地，电池单元是锂二次电池。
附图说明
与附图相结合根据以下详细说明，将更加清楚地理解本发明的以上和其它目的、特征和其它优点，其中：
图1是示出优选地被用作电极组件的单元电池的示例性全电池的典型视图；
图2是示出根据本发明实施例的单元电池堆叠单元的典型视图；
图3是示出除图2的单元电池堆叠单元外的电池单元制造装置的典型视图；并且
图4是示出使用图2的缠绕单元缠绕单元电池堆叠体的过程的典型视图。
具体实施方式
现在，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。然而，应该指出，本发明的范围不受所示意的实施例限制。
图1是示出能够优选地被用作电极组件的单元电池的示例性全电池的典型视图。
参考图1，作为单元电池10的全电池是被构造成具有阴极15/隔板13/阳极11的单元结构的电池。阴极15和阳极11被设置在电池的相反的两侧处。全电池可以是具有阴极/隔板/阳极结构作为基本结构的电池，或者是具有阴极/隔板/阳极/隔板/阴极/隔板/阳极结构的电池。在图1中示出具有阴极/隔板/阳极结构的全电池。为了使用这种全电池构造包括二次电池的电化学电池，有必要堆叠多个全电池从而使得在隔离膜被设置在全电池之间时阴极和阳极面对彼此。
图2是示出根据本发明实施例的单元电池堆叠单元的典型视图。
与图1一起地参考图2，单元电池堆叠单元100被构造成具有其中单元电池被从上方引入并且被顺序地堆叠的结构。单元电池堆叠单元100包括其上端敞开并且其直径沿着向下方向减小的料斗型上部110，和具有对应于单元电池堆叠体10的内部尺寸的下部120。
在单元电池堆叠单元100的下部120处，形成通过其顺序地排出单元电池堆叠体10的下排出端口122。
而且，单元电池堆叠单元100的下部120具有大于每一个单元电池的电极板11、15并且小于每一个单元电池的隔板13的内径。结果，在隔板13与单元电池堆叠单元100的下部的内壁接触的状态下，由于每一个单元电池的隔板13的弹性和相对于单元电池堆叠单元100的下部的内壁的摩擦作用力，单元电池堆叠体10在对应于重力的作用力下向下移动。因此，单元电池堆叠体能够在不被物理推动的情况下顺序地堆叠。
而且，在单元电池堆叠单元100的下部120的特定区域处并且在下排出端口122处形成用于支撑每一个单元电池的隔板13的台阶状突起124。因此，如果在单元电池堆叠体10被顺序地堆叠时，单元电池堆叠体10超过台阶状突起的高度，则通过下排出端口122排出单元电池堆叠体10。
同时，用于排气的通孔126形成在单元电池堆叠单元100的下部120处，以释放在与下部的内壁接触的每一个单元电池的隔板13和单元电池堆叠单元100的下部120之间的加压空气，从而能够容易地通过下排出端口122排出单元电池堆叠体10。
图3是典型地示出除图2的单元电池堆叠单元之外的电池单元制造装置的视图，并且图4是典型地示出使用图2的缠绕单元来缠绕单元电池堆叠体的过程的视图。
与图2一起地参考这些图，电池单元制造装置500包括单元电池堆叠单元100、缠绕单元200和加热单元300。
缠绕单元200是被构造成利用隔离膜210缠绕从单元电池堆叠单元100排出的单元电池堆叠体10的外侧的装置。缠绕单元200包括：用于利用隔离膜210缠绕单元电池堆叠体10的顶部的夹具220；用于利用隔离膜210缠绕单元电池堆叠体10的底部的缠绕板230；和用于在利用隔离膜210缠绕单元电池堆叠体10的顶部和底部的状态下将隔离膜210的交迭部分215热焊接的密封块240。
具体地，夹具220包括被构造成接触单元电池堆叠体的顶部的主夹具221和被构造成接触单元电池堆叠体的左侧的侧夹具222。因此，对于夹具220而言，能够在支撑单元电池堆叠体10的同时利用隔离膜210缠绕单元电池堆叠体10。
而且，在通过夹具220利用隔离膜210缠绕单元电池堆叠体10的顶部和左侧的状态下，缠绕板230从单元电池堆叠体10的、与侧夹具222相反的一侧朝向侧夹具222移动，以利用隔离膜210缠绕单元电池堆叠体10。
随后，密封块240朝向侧夹具222移动以热焊接隔离膜的交迭部分（见点圆）。利用热来切割经热焊接的隔离膜210。
隔离膜210由聚丙烯、聚丙烯共聚物或者聚丙烯混合物形成，从而使得隔离膜210被设置在单元电池的电极板和单元电池堆叠体之间以在其间维持绝缘。
同时，单元电池堆叠体10被传送带400从缠绕单元200转移到加热单元300。加热单元300是高温腔室，所述高温腔室在170℃的温度下使缠绕单元电池堆叠体10的隔离膜210热收缩，以确保经热收缩的隔离膜210到单元电池堆叠体10的固定状态并且保护单元电池堆叠体10免于外部冲击。
虽然已经为了阐释目的公开了本发明的示例性实施例，但是本领域技术人员应理解，在不偏离如在所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替代都是可能的。
工业实用性
如根据以上说明显而易见的，根据本发明的电池单元制造装置能够容易地堆叠单元电池以构成单元电池堆叠体、排出单元电池堆叠体、利用隔离膜缠绕单元电池堆叠体并且使隔离膜热收缩，由此，与具有相同标准的另一种电池相比较，改进了电池单元制造可加工性并且改进电池的容量和质量。

Claims (18)

1.一种电池单元制造装置，所述电池单元制造装置被构造成制造包括两个或者更多个单元电池的电池单元，所述电池单元制造装置包括：
单元电池堆叠单元，单元电池被从上方引入所述单元电池堆叠单元中，并且所述单元电池顺序地堆叠在所述单元电池堆叠单元中；
缠绕单元，所述缠绕单元利用隔离膜缠绕从所述单元电池堆叠单元排出的单元电池堆叠体的外侧；和
加热单元，所述加热单元使缠绕所述单元电池堆叠体的外侧的所述隔离膜热收缩。
2.根据权利要求1所述的电池单元制造装置，其中，每一个所述单元电池均被构造成具有如下结构，即：两个或者更多个电极板在隔板被设置在所述电极板之间的状态下被堆叠。
3.根据权利要求1所述的电池单元制造装置，其中，所述单元电池堆叠单元包括：料斗型上部，所述料斗型上部的上端敞开并且所述料斗型上部的直径沿着向下方向减小；和下部，所述下部具有与所述单元电池堆叠体对应的内部尺寸。
4.根据权利要求3所述的电池单元制造装置，其中，所述单元电池堆叠单元的所述下部设置有下排出端口，通过所述下排出端口顺序地排出所述单元电池堆叠体。
5.根据权利要求3所述的电池单元制造装置，其中，所述单元电池堆叠单元的所述下部的内径大于每一个所述单元电池的电极板并且小于每一个所述单元电池的隔板。
6.根据权利要求3所述的电池单元制造装置，其中，所述单元电池堆叠单元的所述下部设置有台阶状突起以支撑每一个所述单元电池的隔板。
7.根据权利要求6所述的电池单元制造装置，其中，所述台阶状突起形成在所述单元电池堆叠单元的所述上部和下部之间的界面处、所述下部的特定区域处或者所述下部的下排出端口处。
8.根据权利要求3所述的电池单元制造装置，其中，所述单元电池堆叠单元的所述下部设置有用于排气的通孔。
9.根据权利要求1所述的电池单元制造装置，其中，所述缠绕单元包括：
夹具，所述夹具利用所述隔离膜缠绕所述单元电池堆叠体的顶部或者底部；
缠绕板，在通过所述夹具利用所述隔离膜缠绕所述单元电池堆叠体的顶部或者底部的状态下，所述缠绕板利用所述隔离膜连续地缠绕所述单元电池堆叠体的底部或者顶部；和
密封块，在利用所述隔离膜缠绕所述单元电池堆叠体的顶部和底部的状态下，所述密封块热焊接所述隔离膜的交迭部分。
10.根据权利要求9所述的电池单元制造装置，其中，所述夹具包括被构造成接触所述单元电池堆叠体的顶部或者底部的主夹具和被构造成接触所述单元电池堆叠体的左侧或者右侧的侧夹具。
11.根据权利要求10所述的电池单元制造装置，其中，所述缠绕板从所述单元电池堆叠体的与所述侧夹具相反的一侧朝向所述侧夹具移动，以利用所述隔离膜缠绕所述单元电池堆叠体。
12.根据权利要求10所述的电池单元制造装置，其中，所述密封块朝向所述侧夹具移动以热焊接所述隔离膜的所述交迭部分。
13.根据权利要求1所述的电池单元制造装置，其中，所述隔离膜由聚丙烯、聚丙烯共聚物或者聚丙烯混合物形成。
14.根据权利要求1所述的电池单元制造装置，其中，所述加热单元是高温腔室。
15.根据权利要求1所述的电池单元制造装置，其中，所述隔离膜在150℃到180℃的温度范围下热收缩。
16.根据权利要求1所述的电池单元制造装置，其中，所述单元电池堆叠体被传送带从所述缠绕单元转移到所述加热单元。
17.一种使用根据权利要求1到16中任一项所述的电池单元制造装置制造的电池单元。
18.根据权利要求17所述的电池单元，其中，所述电池单元是锂二次电池。
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