CN104051794B - 电极板卷取装置和使用其的电极板卷取方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种电极板卷取装置和一种使用该电极板卷取装置的电极板卷取方法，电极板卷取装置包括可以在保持张力的同时为电极板提供具有预定长度的缓冲区的缓冲单元。电极板卷取装置包括缓冲单元，缓冲单元包括第一缓冲器和第二缓冲器，第一缓冲器包括用来引导电极板的传递的多个第一辊，第二缓冲器包括用来引导电极板的传递的多个第二辊并且被设置成与第一缓冲器相邻，其中，第一缓冲器执行线性运动并且第二缓冲器执行转动运动，以控制第一辊和第二辊之间的距离。

Description

电极板卷取装置和使用其的电极板卷取方法
本申请要求于2013年3月13日提交的第10-2013-0026753号韩国专利申请的优先权和权益，该韩国专利申请的全部内容通过引用被包含于此。
技术领域
本发明的各方面涉及一种电极板卷取装置和一种使用该电极板卷取装置的电极板卷取方法。
背景技术
近来，已经积极地开发和生产具有紧凑的尺寸和轻的重量的电气/电子设备，例如蜂窝电话、笔记本计算机和便携式摄像机。这样的电气/电子设备配备有电池组，从而即使没有单独提供电气电源，用户也可以在各种地方使用电气/电子设备。这些传统的电池组包括能够输出具有预定电平的工作电压的至少一个裸电池，以使便携式电气/电子设备工作预定的时间段。
作为可再充电电池的二次电池由于它们的经济优势而目前被应用于这些电池组中。这样的二次电池包括Ni-Cd电池、Ni-MH电池和Li二次电池（例如，Li电池或Li离子电池）。
除此之外，锂二次电池具有大约3.6V的工作电压，其是用作便携式电子设备的电源的Ni-Cd电池或Ni-MH电池的工作电压的三倍高。此外，锂二次电池具有每单位重量的高能量密度的性质。这样，锂二次电池广泛地用在高级电子技术领域。
锂二次电池使用锂基氧化物作为正极活性材料并且使用碳作为负极活性材料。通常，根据所使用的电解质的类型将锂二次电池分为液体电解质电池和聚合物电解质电池。液体电解质电池被称为锂离子电池，聚合物电解质电池被称为锂聚合物电池。此外，锂二次电池可以被制造成不同的形状，例如圆柱型锂二次电池、棱柱形锂二次电池或者袋型锂二次电池。
通常，锂二次电池包括电极组件、用于在其内容置电极组件的壳体以及容纳在该壳体内以使锂离子能够移动的电解质。
通过堆叠正极板、负极板和分隔件然后卷绕成凝胶卷（jelly-roll）的形式来制造电极组件，其中，所述分隔件置于正极板和负极板之间，以在允许锂离子移动的同时防止短路。
发明内容
本发明的各方面提供了一种电极板卷取装置和一种使用该电极板卷取装置的电极板卷取方法，电极板卷取装置包括可以在保持张力的同时为电极板提供具有预定长度的缓冲区的缓冲单元。
根据本发明的一方面，提供了一种包括缓冲单元的电极板卷取装置，缓冲单元包括：第一缓冲器，包括用来引导电极板的传递的多个第一辊；第二缓冲器，包括用来引导电极板的传递的多个第二辊并且被设置成与第一缓冲器相邻，其中，第一缓冲器执行线性运动并且第二缓冲器执行转动运动，以控制第一辊和第二辊之间的距离。
缓冲单元还可以包括底板，第一缓冲器和第二缓冲器设置在底板的一个表面上并且彼此分隔开。第一缓冲器和第二缓冲器可以同时运转。第一辊和第二辊可以形成为彼此面对。每个电极板可以包括电极集流体、涂覆在电极集流体两个表面上的活性材料层和没有用活性材料层涂覆的未涂覆部分，每个电极板由电极卷提供。电极板卷取装置还可以包括用来将电极接线片附着到未涂覆部分的附着部分。在电极板被传递所沿的方向上看，附着部分可以设置在缓冲单元的前面。
根据本发明的另一方面，提供了一种通过连续地卷取电极板和分隔件形成电极组件的卷取方法，所述卷取方法包括下述步骤：提供电极板和分隔件；将电极接线片附着到所提供的电极板；在附着电极接线片时为电极板提供缓冲；卷取电极板和分隔件，其中，通过缓冲单元执行提供缓冲的步骤，所述缓冲单元包括第一缓冲器和第二缓冲器，第一缓冲器包括用来引导电极板的传递的多个第一辊，第二缓冲器包括用来引导电极板的传递的多个第二辊并且被设置成与第一缓冲器相邻，其中，第一缓冲器执行线性运动并且第二缓冲器执行转动运动，以为电极板提供缓冲。
缓冲单元还可以包括底板，第一缓冲器与第二缓冲器可以设置成在底板的一个表面上并且彼此分隔开。第一缓冲器和第二缓冲器可以同时运转。第一辊和第二辊可以形成为彼此面对。在提供电极板的步骤中，可以由电极卷提供均包括电极集流体、涂覆在电极集流体的两个表面上的活性材料层和没有用活性材料层涂覆的未涂覆部分的电极板。在附着电极接线片的步骤中，可以将电极接线片附着到未涂覆部分。在将电极接线片附着到电极板的同时提供缓冲的步骤中，第一缓冲器可以向下执行线性运动并且第二缓冲器可以向上执行转动运动的操作，以运转为使第一辊和第二辊之间的距离缩短。
如上所述，在根据本发明实施例的电极板卷取装置和使用该电极板卷取装置的电极板卷取方法中，可以在保持张力的同时为电极板提供具有预定长度的缓冲区。
此外，在根据本发明实施例的电极板卷取装置中，第一缓冲器和第二缓冲器一体地形成为单个单元，从而实现了卷取装置的小型化。
本发明的附加的方面和/或优点部分地将在下面的描述中进行阐述，部分地通过描述将是显而易见的或者可通过本发明的实践而了解。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，本发明的目的、特征和优点将更加清楚，在附图中：
图1是示出了根据本发明实施例的卷取装置的示意图；
图2是图1中示出的卷取装置的第一电极板的平面图；
图3是图1中示出的卷取装置的缓冲单元的透视图；
图4A和图4B是示出了图3中示出的缓冲单元的操作的示图；以及
图5是示出了根据本发明实施例的卷取方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图来详细地描述本发明的示例性实施例，使得它们能够被本领域技术人员容易地制造和使用。
在附图中，为了清晰起见，夸大了层和区域的厚度。同样的标号始终表示同样的元件。如在此所使用的，术语“和/或”包括一个或更多相关所列项的任意组合和全部组合。另外，在此使用的术语只是为了描述特定的实施例的目的，并不意图限制本发明。如在此所使用的，除非上下文另外明确地指明，否则单数形式也意图包括复数形式。还将理解，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他的特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
图1是示出了根据本发明实施例的卷取装置的示意图，图2是图1中示出的卷取装置的第一电极板的平面图，而图3是图1中示出的卷取装置的缓冲单元的透视图。
参照图1，针对电极组件100使用根据本发明实施例的卷取装置。
通过将第一电极接线片210所附于的第一电极板110、第二电极接线片210'所附于的第二电极板110'以及置于第一电极板110和第二电极板110'之间的分隔件120和120'按卷构造进行卷取来形成电极组件100。
也就是说，电极组件100具有均由条带形成的第一电极板110、第二电极板110'、分隔件120和分隔件120'，按照分隔件120'、第二电极板110'、分隔件120和第一电极板110的顺序进行堆叠并卷绕成凝胶卷型。在这里，芯棒150被插入到电极组件100的卷绕中心轴中，以执行对电极组件100的卷绕。此外，尽管未示出，但是切割单元（未示出）和固定带卷取单元（未示出）被安装在卷绕的电极组件100的一个卷绕端。
切割单元将第一电极板110、第二电极板110'以及分隔件120和120'切割成预定的长度。也就是说，切割单元将第一电极板110、第二电极板110'以及分隔件120和120'切割成适于形成电极组件100的长度。
固定带卷取单元将卷式卷绕的电极组件100固定到电极组件100，从而通过使固定带（未示出）附于电极组件100的最外表面来防止电极组件100展开。
参照图2，第一电极板110可以作为正极板，并且可以包括涂覆在第一电极集流体的两个表面上的第一活性材料层110a，第一电极集流体由诸如铝箔的具有优异的导电性的金属薄板制成。硫属元素化物的化合物可以用作第一活性材料层110a。例如，诸如LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiNi1-xCoxO2(0<x<1)或LiMn2O2的复合金属氧化物可以用作第一活性材料。然而，本发明并不将第一活性材料局限于在此列出的化合物。
此外，随后将要描述的第一电极接线片210附于第一电极板110，第一电极板110包括没有用第一活性材料层110a涂覆的未涂覆部分110b。这里，优选地将绝缘带210a附于第一电极接线片210的边缘。绝缘带210a被形成为防止在二次电池的工作期间由于分隔件120和120'的收缩使第一电极板110和第二电极板110'彼此接触而导致的短路。优选地，绝缘带210a由具有优异的耐热特性的聚酯形成或者由诸如聚酰亚胺的聚合物树脂形成。
此外，第二电极板110’可以作为负极板，并且可以包括涂覆在第二电极集流体的两个表面上的第二活性材料层，第二电极集流体由诸如铜（Cu）箔或镍（Ni）箔的具有优异的导电性能的金属薄板制成。碳基材料、Si、Sn、锡氧化物、复合锡合金、过渡金属氧化物、锂金属氮化物或锂金属氧化物可以用作第二活性材料层的第二活性材料。然而，本发明并不限于这些活性材料。另外，随后将要描述的第二电极接线片210'附于第二电极板110'，并且包括未被第二活性材料层涂覆的未涂覆部分。
分隔件120和120'防止在第一电极板110和第二电极板110'之间发生短路，同时允许锂二次电池的电荷（例如，锂离子）自由地移动。分隔件120和120'包括从由聚乙烯、聚丙烯和聚乙烯与聚丙烯的共聚物组成的组中选择的材料。然而，本发明并不局限于这些材料。根据本发明的实施例，分隔件120和120'的宽度比第一电极板110和第二电极板110'的宽度大，以更有效地防止在第一电极板110和第二电极板110'之间发生短路。
卷取装置包括：相应的供应卷115、115'、125和125'，供应用于形成电极组件100的第一电极板110、第二电极板110'、分隔件120和分隔件120'；传递辊，用来引导从相应的供应卷115、115'、125和125'展开的第一电极板110、第二电极板110'、、分隔件120和分隔件120'的传递。
相应的供应卷115、115'、125和125'可以包括第一电极板110围绕其卷取的第一电极板供应卷115、第二电极板110'围绕其卷取的第二电极板供应卷115'以及分隔件120和120’围绕其卷取的分隔件供应卷125和125'。
此外，卷取装置还可以包括：附着部分200和200'，用来分别将第一电极接线片210和第二电极接线片210'附着到第一电极板110和第二电极板110'；缓冲单元300和300'，用来为第一电极板110和第二电极板110'提供缓冲和张力，从而当第一电极接线片210和第二电极接线片210'附于第一电极板110和第二电极板110'时，缓和在第一电极板110和第二电极板110'上发生的阻塞。
在下文中，将参照图1和图3仅描述附着部分200和缓冲单元300。
附着部分200被安装成在第一电极板110被展开时使第一电极接线片210附着到第一电极板110上，以与第一电极板供应卷115隔开预定的距离。
附着部分200包括第一电极接线片210、用来将第一电极接线片210焊接到第一电极板110的焊接部211、第一电极接线片210以规则的间隔所附于的卷式第一电极接线片供应卷215以及用来引导从第一电极接线片供应卷215展开的第一电极接线片210的传递的传递辊。
这里，为了利用焊接部211精确地将第一电极接线片210附着到第一电极板110的未涂覆部分110b，优选地，在第一电极接线片210和第一电极板110停止运动的状态下在焊接部211上执行焊接。为此，第一电极板供应卷115和第一电极接线片供应卷215可以在焊接期间停止运转。另外，第一电极接线片供应卷215可以停止运转，并且第一电极板供应卷115可以通过独立的缓冲装置（未示出）控制展开的第一电极板110的缓冲量。
缓冲单元300沿着第一电极板110的行进方向邻近于附着部分200设置。因此，在电极板110被传递所沿的方向上看，附着部分200设置在缓冲单元300的前面。
缓冲单元300包括底板305、第一缓冲器310和第二缓冲器320。
底板305被固定安装在第一电极板110的传递区域，并且被形成为具有形状为大体平板的一个表面。
第一缓冲器310结合到底板305的所述一个表面上的大致上部。
第一缓冲器310包括轨道311、缓冲板312和多个第一辊313。
轨道311被固定结合到底板305的所述一个表面上。
形状为大体平板的缓冲板312结合到轨道311并且能够上下地执行线性运动。
第一辊313被固定到其转动轴的一侧处的缓冲板312，并且包括多个可转动的辊。
第二缓冲器320被结合到底板305的所述一个表面的大致下部上。也就是说，第二缓冲器320被设置成与第一缓冲器310分隔开。
第二缓冲器320包括缓冲轴321、缓冲杆322和多个第二辊323。
缓冲轴321被结合到底板305的处于转动轴的一侧的一个表面上，并且能够使用汽缸或者驱动电动机来转动。
缓冲杆322被结合到缓冲轴321的转动轴的另一侧，并且能够根据缓冲轴321的转动上下地执行转动运动。缓冲杆322形成为大体的“U”形形状。
第二辊323包括多个固定于形成在缓冲杆322的侧表面上的孔中的可转动的辊，并且形成为分别面对第一辊313。
也就是说，第一电极板110被传递到第一辊313、第二辊323，然后回到第一辊313，按此重复地进行。
也就是说，第一缓冲器310允许缓冲板312在轨道311上执行线性运动，并且第二缓冲器320允许缓冲杆322根据缓冲轴321的转动执行转动运动。第一缓冲器310和第二缓冲器320执行线性运动和转动运动来控制第一辊313和第二辊323之间的距离。因此，可以维持第一电极板110的张力。另外，可以提供具有预定长度的缓冲区。这里，第一缓冲器310和第二缓冲器320优选地同时地运转以快速地控制第一辊313和第二辊323之间的距离。可选地，第一缓冲器310和第二缓冲器320可以单独地运转，从而灵活地控制第一辊313和第二辊323之间的距离。
现在将参照图1到图5描述根据本发明实施例的卷取方法。
图4A和图4B是示出了图3中示出的缓冲单元的操作的示图，图5是示出了根据本发明实施例的卷取方法的流程图。
参照图5，根据本发明实施例的卷取方法包括提供电极板（S10）、附着电极接线片（S20）、提供缓冲（S30）以及卷取（S40）。
在提供电极板（S10）的步骤中，通过传递辊将从相应的供应卷115、115'、125和125'展开的第一电极板110、第二电极板110'、分隔件120和分隔件120'提供到芯棒150。
在附着电极接线片（S20）的步骤中，使从第一电极接线片供应卷215展开的第一电极接线片210附着到第一电极板110并且使从第二电极接线片供应卷215'展开的第二电极接线片210'附着到第二电极板110'。如上所述，优选地使第一电极接线片210和第二电极接线片210'附着到第一电极板110和第二电极板110'的未涂覆部分。另外，在附着电极接线片（S20）的步骤中，在第一电极接线片供应卷215、第二电极接线片供应卷215'、第一电极板供应卷115和第二电极板供应卷115'停止转动的状态下执行焊接，从而实现更准确的焊接。
然而，在附着电极接线片（S20）的步骤中，在第一电极板110和第二电极板110'停止运动的状态下，执行对第一电极接线片210和第二电极接线片210'的焊接。这里，因为芯棒150连续地卷取第一电极板110、第二电极板110'、分隔件120和120'，所以需要为已经附着了第一电极接线片210的第一电极板110和已经附着了第二电极接线片210'的第二电极板110'提供具有预定长度的缓冲区。
在提供缓冲（S30）的步骤中，如上所述，为第一电极板110和第二电极板110'提供具有预定长度的缓冲区。
详细地讲，参照图4A和图4B，当第一电极板110和第二电极板110'从第一电极板供应卷115和第二电极板供应卷115'连续地展开时，使第一缓冲器310的第一辊313和第二缓冲器320的第二辊323维持在最大的距离D1，并且在第一缓冲器310和第二缓冲器320之间保持最大量的第一电极板110和第二电极板110'。此后，为了在将第一电极接线片210和第二电极接线片210'焊接到第一电极板110和第二电极板110'的同时将第一电极板110和第二电极板110'连续地提供到芯棒150，第一缓冲器310向下执行线性运动，并且第二缓冲器320向上执行转动运动，从而将第一辊313和第二辊323之间的距离D1控制为D2。因此，将保持在第一缓冲器310和第二缓冲器320之间的第一电极板110和第二电极板110'提供到芯棒150。
在卷取（S40）的步骤中，如上所述，对连续地从芯棒150提供的第一电极板110、第二电极板110'、分隔件120和120'进行卷取，从而形成电极组件100。
虽然在上文已经详细地描述了本发明的示例性实施例，但是应当理解的是，对于本领域技术人员而言可能看似清楚的在此描述的基本发明构思的许多变化和修改仍将落在如权利要求所限定的本发明的示例性实施例的精神和范围内。

Claims (12)

1.一种电极板卷取装置，包括：缓冲单元，包括第一缓冲器和第二缓冲器，第一缓冲器包括用来引导电极板的传递的多个第一辊，第二缓冲器包括用来引导电极板的传递的多个第二辊并且被设置成与第一缓冲器相邻，
其中，第一缓冲器执行线性运动并且第二缓冲器执行转动运动，以控制第一辊和第二辊之间的距离，
其中，缓冲单元还包括底板，第一缓冲器和第二缓冲器设置在底板的一个表面上并且彼此分隔开。
2.根据权利要求1所述的电极板卷取装置，其中，第一缓冲器和第二缓冲器同时运转。
3.根据权利要求1所述的电极板卷取装置，其中，第一辊和第二辊形成为彼此面对。
4.根据权利要求1所述的电极板卷取装置，其中，每个电极板包括电极集流体、涂覆在电极集流体的两个表面上的活性材料层和没有用活性材料层涂覆的未涂覆部分，并且每个电极板由电极卷提供。
5.根据权利要求4所述的电极板卷取装置，所述电极板卷取装置还包括用来将电极接线片附着到未涂覆部分的附着部分。
6.根据权利要求5所述的电极板卷取装置，其中，在电极板被传递所沿的方向上看，附着部分设置在缓冲单元的前面。
7.一种电极板卷取方法，用来通过同时地卷取电极板和分隔件形成电极组件，所述电极板卷取方法包括下述步骤：
提供电极板和分隔件；
将电极接线片附着到所提供的电极板；
在附着电极接线片时为电极板提供缓冲；
卷取电极板和分隔件，
其中，通过缓冲单元执行提供缓冲的步骤，缓冲单元包括：第一缓冲器，包括用来引导电极板的传递的多个第一辊；第二缓冲器，包括用来引导电极板的传递的多个第二辊，并且被设置成与第一缓冲器相邻，其中，第一缓冲器执行线性运动并且第二缓冲器执行转动运动，以为电极板提供缓冲，
其中，缓冲单元还包括底板，第一缓冲器与第二缓冲器设置成在底板的一个表面上并且彼此分隔开。
8.根据权利要求7所述的卷取方法，其中，第一缓冲器和第二缓冲器同时运转。
9.根据权利要求7所述的卷取方法，其中，第一辊和第二辊形成为彼此面对。
10.根据权利要求7所述的卷取方法，其中，在提供电极板的步骤中，由电极卷提供均包括电极集流体、涂覆在电极集流体的两个表面上的活性材料层和没有用活性材料层涂覆的未涂覆部分的电极板。
11.根据权利要求10所述的卷取方法，其中，在附着电极接线片的步骤中，将电极接线片附着到未涂覆部分。
12.根据权利要求8所述的卷取方法，其中，在附着电极接线片时为电极板提供缓冲的步骤中，第一缓冲器向下执行线性运动并且第二缓冲器向上执行转动运动，以运转为使第一辊和第二辊之间的距离缩短。
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