CN104604015B - 包括隔膜切割工序的电极组件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电极组件的制造方法，上述电极组件的制造方法包括以相比电极板多少留有富余的方式切割设于电极组件的隔膜的工序，本发明的电极组件的制造方法包括：第一工序，制造具有使相同数量的电极材料和隔膜材料交替地层叠而成的结构的一种基本单位片或者制造具有使相同数量的电极材料和隔膜材料交替地层叠而成的结构的两种以上的基本单位片；以及第二‑A工序，以基本单位片的隔膜材料从电极材料的边缘突出特定间隔(D)的方式切割未被电极材料覆盖的隔膜材料的区域即边界区域(margin area)的一部分，一种基本单位片具有使第一电极材料、第一隔膜材料、第二电极材料及第二隔膜材料依次层叠而成的四层结构或使四层结构反复层叠而成的结构，若将两种以上的基本单位片按指定顺序分别各层叠一个，则形成四层结构或使四层结构反复层叠而成的结构。

Description

包括隔膜切割工序的电极组件的制造方法
技术领域
本发明涉及包括隔膜切割工序的电极组件的制造方法，更为详细地涉及包括以相比电极板多少留有富余的方式切割设于电极组件的隔膜的工序的电极组件的制造方法。
背景技术
通常，随着对移动设备的技术研发和需求的增加，二次电池的需求也急剧增加，其中能源密度和工作电压较高并且保存和寿命特性优秀的锂(离子/聚合物)二次电池不仅作为各种移动设备的能源还作为各种电子产品的能源而广泛使用。
参照韩国公开专利第2008-0052869号，公开了通常的二次电池的结构，更为详细地公开了左右对称且大致呈矩形形状的袋型二次电池的结构。
通常，在设置二次电池的设备的空间利用方面，这种矩形形状的二次电池比较有利。但是，存在矩形形状的二次电池反而限制设备的空间利用的情况，因而为了根据设备来实现最佳形状的二次电池，也切割设于二次电池的矩形形状的电极组件的角部分，或者在中央部分形成贯通部，或者以圆形或斜线的方式对顶点进行倒角(chamfering)，而加工电极组件，以使二次电池具有适合设置于设备的形状。
另一方面，电极组件可以根据其制造方式大体分为卷型、堆叠/折叠型以及堆叠型，但是卷型电极组件无法形成上述的贯通部以及无法进行倒角本身。
并且，在本申请人的韩国专利申请公开第2001-0082059号以及第2001-0082060号公开的堆叠/折叠型电极组件的情况下，是使正极(cathode)/隔膜/负极(anode)结构的全电池(full cell)位于隔膜片上并对其进行折叠而形成的结构，因此位于全电池的边缘部位的隔膜片非常厚，很难以一次对其进行切割。
最后，堆叠型电极组件具有将正极、隔膜、负极、隔膜以该顺序连续地层叠的结构，难以将各层准确地整齐排列，在电极和隔膜未能整齐排列的状态下在切割隔膜的过程中电极受损的情况较多。为了防止这种问题，可以另行准备隔膜来切割其角、顶点或在中央部形成贯通部，但将切割加工完成后的隔膜和电极一一交替地层叠的作业非常繁琐，生产率急剧下降。而且，隔膜是软质的，容易因热而变形，因而存在如下问题：在将切割加工完成后的隔膜层叠于电极的步骤中，隔膜比所需的尺寸大或小的情况非常多，难以准确地制造具有所需规格的电极组件，合格电极组件的产量严重下降。
发明内容
要解决的技术问题
本发明为了解决如上所述的现有的问题而提出，其目的在于提供为了制造与常规的矩形形状不同的其他形状的电极组件而包括能够最有效地切割隔膜的工序的电极组件的制造方法。
本发明的另一目的在于，提供能够防止在切割隔膜的工序中隔膜受损的电极组件的制造方法。
本发明的又一目的在于，在制造与常规的矩形形状不同的其他形状的电极组件时提高生产率和产量。
用于解决技术问题的手段
为了实现如上所述的目的，本发明的优选实施例的电极组件的制造方法包括：第一工序，制造具有使相同数量的电极材料和隔膜材料交替地层叠而成的结构的一种基本单位片或者制造具有使相同数量的电极材料和隔膜材料交替地层叠而成的结构的两种以上的基本单位片；以及第二-A工序，以基本单位片的隔膜材料从电极材料的边缘突出特定间隔D的方式切割未被电极材料覆盖的隔膜材料的区域即边界区域(margin area)的一部分，一种基本单位片具有使第一电极材料、第一隔膜材料、第二电极材料及第二隔膜材料依次层叠而成的四层结构或使四层结构反复层叠而成的结构，若将两种以上的基本单位片按指定顺序分别各层叠一个，则形成四层结构或使四层结构反复层叠而成的结构。
为了实现如上所述的目的，本发明的另一优选实施例的电极组件的制造方法包括：第一工序，制造具有使相同数量的电极材料和隔膜材料交替地层叠而成的结构的一种基本单位片或者制造具有使相同数量的电极材料和隔膜材料交替地层叠而成的结构的两种以上的基本单位片；第二-B工序，反复层叠以一定间隔切割一种基本单位片而形成的单位结构体或者按指定顺序层叠以一定间隔分别切割两种以上的基本单位片而形成的两种以上的单位结构体来形成电极组件；以及第三工序，以设于电极组件的隔膜材料从电极材料的边缘突出特定间隔D的方式切割未被电极材料覆盖的隔膜材料的区域即边界区域的一部分，一种基本单位片具有使第一电极材料、第一隔膜材料、第二电极材料及第二隔膜材料依次层叠而成的四层结构或使四层结构反复层叠而成的结构，若将两种以上的基本单位片按指定顺序分别各层叠一个，则形成四层结构或使四层结构反复层叠而成的结构。
发明效果
根据本发明，可以提供为了制造与常规的矩形形状不同的其他形状的电极组件而包括能够最有效地切割隔膜的工序的电极组件的制造方法。
并且，能够防止在切割隔膜的工序中隔膜受损。
并且，能够在制造与常规的矩形形状不同的其他形状的电极组件时提高生产率和产量。
附图说明
图1为能够实现本发明的第一实施例的电极组件的制造方法的设备的示意图。
图2为图1所示的4层片的俯视图。
图3至图6为依次示出第一实施例的电极组件的制造方法的第2-A工序的示意图。
图7为本发明的单位结构体的俯视图。
图8为示出用模具切割器来切割位于单位结构体的中央部边缘位置上的边界区域的状态的俯视图。
图9至图11为多种形状的电池单元的俯视图。
图12为能够实现本发明的第二实施例的电极组件的制造方法的设备的示意图。
图13为示出第二实施例的电极组件的制造方法的第三工序的示意图。
图14为示出单位结构体的第一结构的侧视图。
图15为示出单位结构体的第二结构的侧视图。
图16为示出通过图14所示的单位结构体的层叠而形成的电极组件的侧视图。
图17为示出单位结构体的第三结构的侧视图。
图18为示出单位结构体的第四结构的侧视图。
图19为示出通过图17的单位结构体与图18的单位结构体的层叠而形成的电极组件的侧视图。
图20为示出使具有不同大小的单位结构体层叠而形成的电极组件的立体图。
图21为示出图20的电极组件的侧视图。
图22为示出使具有不同几何形状的单位结构体层叠而形成的电极组件的立体图。
图23为示出包括单位结构体和第一辅助单位体的电极组件的第一结构的侧视图。
图24为示出包括单位结构体和第一辅助单位体的电极组件的第二结构的侧视图。
图25为示出包括单位结构体和第二辅助单位体的电极组件的第三结构的侧视图。
图26为示出包括单位结构体和第二辅助单位体的电极组件的第四结构的侧视图。
图27为示出包括单位结构体和第一辅助单位体的电极组件的第五结构的侧视图。
图28为示出包括单位结构体和第一辅助单位体的电极组件的第六结构的侧视图。
图29为示出包括单位结构体和第二辅助单位体的电极组件的第七结构的侧视图。
图30为示出包括单位结构体和第二辅助单位体的电极组件的第八结构的侧视图。
图31为示出包括单位结构体和第一辅助单位体的电极组件的第九结构的侧视图。
图32为示出包括单位结构体、第一辅助单位体及第二辅助单位体的电极组件的第十结构的侧视图。
图33为示出包括单位结构体和第二辅助单位体的电极组件的第十一结构的侧视图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的结构及作用具体地进行说明。在参照附图进行说明时，与附图标记无关地对相同的结构要素标注相同的参照标记，并省略对此的重复说明。第一、第二等术语能够用于说明多种结构要素，但上述结构要素不应因上述术语而受到限定。上述术语仅用于对一个结构要素与其他结构要素进行区分。
实施例1
本发明的第一实施例的电极组件的制造方法包括：第一工序，将第一电极材料10、第二电极材料30、隔膜材料20、40按第一电极材料10/隔膜材料20/第二电极材料30/隔膜材料40的顺序层压来形成四层片；以及第二-A工序，以通过该第一工序形成的四层片的隔膜材料20、40从第一电极材料和第二电极材料的边缘位置12、32突出特定间隔D的方式利用模具切割器60来切割未被第一电极材料10和第二电极材料30覆盖的隔膜材料20、40的区域即边界区域(M，margin area)的一部分。
[第一工序]
参照图1，对第一工序进行说明。
首先，准备第一电极材料10、隔膜材料20、第二电极材料30、隔膜材料40。在此，隔膜材料20、40具有在横向和纵向方向上均大于第一电极材料10和第二电极材料30的大小(参照图2)。为了工序的自动化，第一电极材料10、隔膜材料20、第二电极材料30、隔膜材料40能够以卷绕于辊的状态卷出来向层压机L1、L2供给。而且，第一电极材料10利用切割器C1切割成预定大小，第二电极材料30利用切割器C2切割成预定大小。
更加详细地说明的话，隔膜材料20、40以从辊卷出的状态直接向层压机L1、L2供给，第一电极材料10向隔膜材料20的上部供给，第二电极材料30向隔膜材料40的上部供给。但是，并非必须使隔膜材料20、40以从辊卷出的状态直接向层压机L1、L2供给，也可以与第一电极材料10或第二电极材料30同样地假设为通过另外的切割器来切割而向层压机L1、L2供给的情况。
第一电极材料10/隔膜材料20/第二电极材料30/隔膜材料40借助层压机L1、L2层压而形成四层片，具体地，层压机L1、L2对第一电极材料10/隔膜材料20/第二电极材料30/隔膜材料40施加压力或施加热和压力来制造四层片。
在此，隔膜材料20、40可以利用具有粘结力的涂敷物质来涂敷表面。
此时，在设于四层片的两个隔膜材料20、40中，介于第一电极材料10和第二电极材料30之间的隔膜材料20在两面涂敷涂敷物质，另一个隔膜材料40仅在与第二电极材料30接触的面涂敷涂敷物质。
<将四层片的概念扩展为基本单位片>
上述说明的四层片可以扩展为基本单位片的概念。即，由第一电极材料10/隔膜材料20/第二电极材料30/隔膜材料40形成的四层片的概念可以替换为使相同数量的电极材料和隔膜材料交替地层叠而成的基本单位片的概念。具体地，四层片仅意味着四层的情况，但基本单位片不仅是四层的片的情况，还是能够适用于多层片的概念。
但是，四层片或基本单位片均是为了将其按一定间隔切割来制造单位结构体的结构。能够通过上述基本单位片来制造将要后述的第一单位结构体或第二单位结构体及第三单位结构体。
因此，首先对单位结构体进行说明。
<单位结构体的结构>
单位结构体是将电极和隔膜交替地层叠而形成的。此时，电极和隔膜层叠相同数量。如图14所示，单位结构体110a可以层叠两个电极111、113和两个隔膜112、114来形成。此时，正极和负极显然通过隔膜而相向。若单位结构体如此形成，则电极(在图14和图15中参照附图标记111的电极)位于单位结构体的一侧末端，隔膜(在图14和图15中参照附图标记114的隔膜)位于单位结构体的另一侧末端。
单位结构体的基本特征在于，能够仅通过单位结构体的层叠来形成电极组件。在这种情况下，其基本特征在于，能够反复层叠一种单位结构体或按指定顺序层叠两种以上的单位结构体来形成电极组件。为了实现这种特征，单位结构体可以具有如下结构。
首先，单位结构体可以依次层叠第一电极、第一隔膜、第二电极以及第二隔膜来形成。更为具体地，单位结构体110a、110b可以如图14所示从上侧向下侧依次层叠第一电极111、第一隔膜112、第二电极113以及第二隔膜114来形成或如图15所示从下侧向上侧依次层叠第一电极111、第一隔膜112、第二电极113以及第二隔膜114来形成。以下，将具有如上所述的结构的单位结构体称为第一单位结构体。此时，第一电极111和第二电极113是互相相反的电极。例如，若第一电极111为正极，则第二电极113为负极。
若如上所述地依次层叠第一电极、第一隔膜、第二电极以及第二隔膜来形成单位结构体，则如图16所示，通过电极组件的制造步骤，仅通过反复层叠一种单位结构体110a，也能够形成电极组件100a。在此，单位结构体除了具有如上所述的四层结构之外，还可以具有八层结构或十二层结构。即，单位结构体可以具有使四层结构反复层叠而成的结构。例如，单位结构体也可以依次层叠第一电极、第一隔膜、第二电极、第二隔膜、第一电极、第一隔膜、第二电极以及第二隔膜来形成。
第二，单位结构体可以依次层叠第一电极、第一隔膜、第二电极、第二隔膜、第一电极以及第一隔膜来形成或依次层叠第二电极、第二隔膜、第一电极、第一隔膜、第二电极以及第二隔膜来形成。以下，将具有前者的结构的单位结构体称作第二单位结构体，将具有后者的结构的单位结构体称作第三单位结构体。
更为具体地，如图17所示，第二单位结构体110c可以从上侧向下侧依次层叠第一电极111、第一隔膜112、第二电极113、第二隔膜114、第一电极111以及第一隔膜112来形成。并且，如图18所示，第三单位结构体110d可以从上侧向下侧依次层叠第二电极113、第二隔膜114、第一电极111、第一隔膜112、第二电极113以及第二隔膜114来形成。也可以与此相反地从下侧向上侧依次层叠来形成。
若将第二单位结构体110c和第三单位结构体110d仅各层叠一个，则形成使四层结构反复层叠而成的结构。因此，若将第二单位结构体110c和第三单位结构体110d每隔一个继续交替地层叠，则如图19所示，仅通过第二单位结构体及第三单位结构体的层叠，也可以形成电极组件100b。
如此，一种单位结构体具有依次配置第一电极、第一隔膜、第二电极以及第二隔膜而成的四层结构或使四层结构反复配置而成的结构。并且，若按指定顺序分别各配置一个两种以上的单位结构体，则形成四层结构或使四层结构反复配置而成的结构。例如，上述的第一单位结构体具有四层结构，如将上述的第二单位结构体和第三单位结构体分别各层叠一个而共层叠两个，则形成使四层结构反复层叠而成的十二层结构。
因此，若反复层叠一种单位结构体或按指定顺序层叠两种以上的单位结构体，则可以仅通过层叠就能够形成电极组件。
<单位结构体的制造>
对制造单位结构体的工序进行观察。如上所说明的那样，单位结构体可以以一定间隔切割基本单位片来形成。
但是，基本单位片如上所说明的那样优选地使被层叠的电极材料和隔膜材料在层压机中互相粘结。这是因为，当切割以如上所述的粘结方式粘结的基本单位片时，可以制造使电极和隔膜结合成一体的单位结构体。
层压机为了粘结而向材料施加压力或施加压力和热。若是从通过这种粘结方式制造的基本单位片得到的接合成一体的单位结构体的情况，则在制造电极组件时，能够更加容易地层叠单位结构体。并且，在进行如上所述的粘结的情况下，还可以更好地整齐排列单位结构体。
另一方面，如在上述的单位结构体的制造方法中可知的那样，在单位结构体中，电极可以粘结于相邻的隔膜。或者可以视为隔膜粘结于电极。此时，优选地，电极在朝向相邻的隔膜的面整体与隔膜粘结。这是因为，如此一来电极可以稳定地固定于隔膜。通常，电极比隔膜小。
为此，可以将粘结剂涂敷于隔膜。但是，若如此想使用粘结剂，则需要在粘结面上以网眼(mesh)形态或点(dot)形态涂敷粘结剂。这是因为，若粘结剂紧密地涂敷于粘结面整体，则如锂离子那样的反应离子无法通过隔膜。因此，若使用粘结剂，则即使能够将电极整体(即，在粘结面整体)粘结于隔膜，也难以紧密地粘结于隔膜。
或者，可以通过具有涂敷层的隔膜来将电极整体粘结于隔膜，上述涂敷层具有粘结力。更详细地进行说明。隔膜可以包括：如聚烯烃系列的隔膜基材那样的多孔性的隔膜基材；以及多孔性的涂敷层，涂敷于隔膜基材的一面或两面的整体。此时，涂敷层可以由使无机物粒子和无机物粒子互相连接及固定的粘结剂聚合物的混合物形成。
在此，无机物粒子可以提高隔膜的热稳定性。即，无机物粒子可以防止隔膜在高温下收缩。而且，粘结剂聚合物通过固定无机物粒子，也能够提高机械稳定性。并且，粘结剂聚合物可以将电极粘结于隔膜。由于粘结剂聚合物分布于涂敷层整体，因而与上述的粘结剂不同，可以紧密地粘结于粘结面的整体。因此，若利用如上所述的隔膜，则能够将电极更加稳定地固定于隔膜。为了加强这种粘结，可以利用上述的层压机。
但是，无机物粒子可以形成填充结构(densely packed structure)而在整个涂敷层形成无机物粒子之间的间隙体积(interstitial volumes)。此时，能够通过由无机物粒子所限定的间隙体积而在涂敷层形成气孔结构。由于这种气孔结构，即使在隔膜形成有涂敷层，锂离子也能够良好地通过隔膜。作为参考，由无机物粒子限定的间隙体积可能根据位置而被粘结剂聚合物堵塞。
在此，填充结构可以说明为如在玻璃瓶装有石子那样的结构。因此，若无机物粒子形成填充结构，则并不是在涂敷层局部形成无机物粒子之间的间隙体积，而是在涂敷层整体形成无机物粒子之间的间隙体积。由此，若无机物粒子的大小增加，则基于间隙体积的气孔的大小也一同增加。由于这种填充结构，锂离子能够在隔膜的整面顺畅地通过隔膜。
另一方面，在电极组件中，单位结构体也能够使单位结构体彼此互相粘结。例如，在图14中，若在第二隔膜114的下表面涂敷粘结剂或涂敷上述的涂敷层，则其他单位结构体可以粘结于第二隔膜114的下表面。
此时，单位结构体中的电极与隔膜之间的粘结力可以大于电极组件中的单位结构体之间的粘结力。当然，单位结构体之间的粘结力也可以不存在。若如此，则在分离电极组件时，由于粘结力的差异，以单位结构体为单位分离的可能性较高。作为参考，粘结力也能够以剥离力表示。例如，电极和隔膜之间的粘结力也能够以使电极和隔膜相互分离时所需的力来表示。如此，在电极组件内，单位结构体可以不与相邻的单位结构体结合或以其他结合力与相邻的单位结构体结合，上述其他结合力不同于在单位结构体内电极与隔膜互相结合的结合力。
作为参考，在隔膜包括上述的涂敷层的情况下，对隔膜的超声波熔合并不优选。隔膜通常比电极大。由此，可能试图通过超声波熔合而使第一隔膜112的末端和第二隔膜114的末端相互结合。但是，超声波熔合需要用焊头直接对对象进行加压。但是，若用焊头直接对隔膜的末端进行加压，则由于具有粘结力的涂敷层，可能使焊头粘结于隔膜。由此，可能导致设备的故障。
<基本单位片>
为了在以一定间隔切割基本单位片时形成如上所述的单位结构体，基本单位片可以具有与单位结构体相同的层叠形态。即，虽然基本单位片是长片形态，但电极材料和隔膜材料的层叠形态可以具有与单位结构体相同的形态。
在如此时，基本单位片可以是具有使相同数量的电极材料和隔膜材料交替地层叠而成的结构的一种基本单位片形态或者是具有使相同数量的电极材料和隔膜材料交替地层叠而成的结构的两种以上的基本单位片形态。
此时，上述一种基本单位片具有使第一电极材料、第一隔膜材料、第二电极材料及第二隔膜材料依次层叠而成的四层结构或使上述四层结构反复层叠而成的结构，若将上述两种以上的基本单位片按指定顺序分别各层叠一个，则形成上述四层结构或使上述四层结构反复层叠而成的结构。
另一方面，第一工序可以视为制造这种基本单位片的工序。
[第二-A工序及电极组件制造工序]
参照图1至图6，对第二-A工序进行说明。
首先，对在第二-A工序中使用的术语进行定义。边界区域M是指在隔膜材料20、40的整个区域中未被第一电极材料10和第二电极材料30覆盖的区域，是指图2中用阴影所示的区域。而且，第一电极材料10和第二电极材料30的边缘是指外角12，这是理所当然的，并且以也包含图2所示的形成于第一电极材料10的中央部的贯通部的角12的含义来使用。并且，事先表明，这种术语的定义在之后对第二实施例进行说明时也同样地适用。
在以这种术语的定义为前提时，可以将第二-A工序简单地说明为从第一电极材料10和第二电极材料30的边缘12仅留有特定间隔D并用模具切割器60切割隔膜材料20、40的边界区域M的一部分的工序。
在第二-A工序中，模具切割器60切割边界区域M的工序的原理如下。
首先，如图3所示，使四层片结构的隔膜材料20、40位于模具切割器60的互相隔开的上部模具62和下部模具64之间。之后，移动上部模具62和下部模具64中的某一个来仅使隔膜材料20、40夹持在上部模具62和下部模具64之间，例如，如图4所示，可以移动上部模具62来夹持隔膜材料20、40。
之后，如图5所示，利用切割块66来切割由上部模具62和下部模具64以固定的方式夹持的隔膜材料20、40的边界区域M的一部分，其结果是，如图6所示，可以制造使隔膜材料20、40从第一电极材料10和第二电极材料30的边缘12、32仅突出特定间隔D的状态的单位结构体。
图7示出根据图3至图6所示的模具切割器60的切割方式来制造的单位结构体100，模具切割器60能够形成为如图7所示对贯通部的边缘12及单位结构体100的外角边缘12均进行切割的结构，上述贯通部形成于单位结构体100的中央部，在这种情况下，借助模具切割器60，不仅能够切割边界区域M，还能够同时执行以一定间隔切割四层片来形成单位结构体100的工序。图1示出具有如上所述的模具切割器60的设备的一例示。
当然，模具切割器60并非必须同时执行“边界区域M的切割作业”和“以一定间隔切割四层片的作业”。可以依次进行借助模具切割器来切割边界区域M的一部分的作业和以一定间隔切割四层片的作业。
模具切割器60也能够以仅执行切割边界区域M的一部分的作业并使另外的切割器以一定间隔切割四层片的方式构成设备。
在这种情况下，参照图2及图8，电极材料在内部形成贯通部，利用模具切割器切割的边界区域的一部分可以是在通过贯通部露出的隔膜材料20的部分中除了从贯通部的内侧角隔开特定间隔D的部分之外的隔膜材料部分。
由此，第二-A工序可以为如下工序：利用模具切割器来切割在通过贯通部露出的边界区域M中除了从贯通部的内侧边缘12向内侧突出特定间隔D的边界区域M之外的贯通部内部的边界区域M。
这种概念除了适用于在电极材料的内部形成贯通部的情况之外，还可以适用于电极材料具有圆形形态的角等特殊形态的情况。图9至图11示出电极材料具有特殊形态的例示。
例如，电极材料在角部分包括从直线形态的边缘未以直线状延伸的不规则边缘的情况下，第二-A工序可以意味着，以与不规则边缘对应的方式利用模具切割器来切割位于不规则边缘的外侧的边界区域中除了从不规则边缘向外侧突出特定间隔D的边界区域之外的边界区域。
不规则边缘可以是锥形形状的边缘，也可以是圆形形状的角。而且，以与不规则边缘相对应的方式利用模具切割器来进行切割意味着从形成有该不规则边缘的部分中切割不必要的隔膜材料，并不意味着沿着电极材料的整个周围来切割不必要的部分的隔膜材料。
可以首先利用模具切割器60来执行切割以上说明的边界区域M的一部分的作业，之后执行通过另外的工序而以一定间隔切割四层片来形成单位结构体100的工序。
在这种情况下，以一定间隔切割四层片的切割器位于在第二-A工序中使用的模具切割器60的输出端侧，在此，输出端侧可以以图1为基准相当于模具切割器60的右侧。
单位结构体100作为形成以第一电极/隔膜/第二电极/隔膜的顺序层叠的电极组件的最基础的单位，尤其，意味着该基础单位通过切割器或模具切割器60而从四层片分离后的状态。
若将四层片取代为之前说明的基本单位片的概念而进行考虑，则单位结构体作为层叠电极材料与隔膜材料来形成电极组件的最基础的单位，尤其意味着该基础单位通过切割器或模具切割器60而从基本单位片分离后的状态。
如上所说明的那样，可以在通过使模具切割器60切割边界区域M的一部分来形成单位结构体100或通过另外的切割器形成单位结构体100之后，层叠多个该单位结构体100来制造电极组件。并且，还可以仅用一个单位结构体100来制造电极组件。
另一方面，在以安装于包括通常的移动设备在内的电子设备的电池单元为例时，优选地，隔膜材料20、40从第一电极材料和第二电极材料的边缘12、32突出的间隔D为0.5mm～1.0mm，若以隔膜材料20、40的厚度为基准，则优选地，上述间隔D为隔膜材料20、40的18倍～38倍。而且，上述间隔D相当于假设隔膜材料20、40的厚度为第一电极材料10和第二电极材料30的厚度的20％～30％的情况来进行实验的结果。
该数值作为假设为切割设于四层片的两个隔膜材料20、40的情况的值，若间隔D大于上述数值，则存在与电池单元的电容量相比电池单元的大小变大的问题，若间隔D小于上述数值，则存在将隔膜介于之间而互相相向的正极和负极可能互相短路的危险。因此，上述数值范围为间隔D的最佳范围。
至此，以在中央形成有贯通部的单位结构体100及电极组件为例，对第一实施例的电极组件的制造方法进行了说明，但如图9至图11所示，在制造设于具有使矩形的角部分被切割的形状的单元电池以及具有以圆形或斜线方式切割矩形的顶点部分的形状的单元电池的单位结构体及电极组件时，当然也可以使用第一实施例的电极组件的制造方法。
实施例2
以下，对本发明的第二实施例的电极组件的制造方法进行说明。在对第二实施例进行说明时，尽可能省略与第一实施例重复的部分，对存在差异点的部分重点进行说明。
参照图12，本发明的第二实施例的电极组件的制造方法包括：第一工序，将第一电极材料10、第二电极材料30、隔膜材料20、40以第一电极材料10/隔膜材料20/第二电极材料30/隔膜材料40的顺序层叠而形成四层片；第二-B工序，层叠多个以一定间隔切割通过该第一工序形成的四层片而形成的单位结构体100，来形成电极组件；及第三工序，以使设于通过该第二-B工序形成的电极组件的隔膜材料20、40从第一电极材料和第二电极材料的边缘12、32突出特定间隔D的方式利用模具切割器60切割边界区域M的一部分。
[第一工序]
第二实施例的第一工序与已进行说明的第一实施例的第一工序相同，因而省略其详细说明。
与实施例1同样地，在实施例2中，四层片的概念也能够扩展为基本单位片的概念。
[第二-B工序]
第二实施例与第一实施例的差异在于，在进行第一工序之后，层叠多个以一定间隔切割四层片或基本单位片而形成的单位结构体100来形成电极组件，之后，利用模具切割器60执行边界区域M的切割作业。换言之，第一实施例为在通过单位结构体100的层叠来制造电极组件之前的步骤中切割边界区域M的一部分并对其进行层叠来制造电极组件的方法，相比之下，第二实施例为在层叠单位结构体100来制造电极组件后切割边界区域M的一部分的方法。
在第二实施例的情况下，在通过第一工序来形成四层片或基本单位片之后形成单位结构体100，并对其进行层叠来形成电极组件，因此在层压机的输出端侧配置切割器C3，该切割器C3切割四层片或基本单位片。
另一方面，在切割作为四层片的扩展概念的基本单位片来形成电极组件的情况下，第二-B工序可以是如下工序：反复层叠以一定间隔切割一种基本单位片而形成的单位结构体，或者按指定顺序、例如交替地层叠以一定间隔分别切割两种以上的基本单位片而形成的单位结构体，从而制造电极组件的工序。
[第三工序]
在通过第二-B工序形成电极组件之后，执行第三工序，对此参照图13进行说明。
使电极组件的隔膜位于模具切割器60的上部模具62和下部模具64之间，移动上部模具62或下部模具64，仅使隔膜夹持于上部模具62和下部模具64之间，则形成如图13所示的状态。之后，若利用切割块66来切割在由上部模具62和下部模具64以固定的方式夹持的隔膜中的边界区域M的一部分，则可以制造形成使隔膜从第一电极和第二电极的边缘12仅突出特定间隔D的状态的单位结构体。
另一方面，可以通过图13确认，在第二实施例的情况下，由上部模具62和下部模具64夹持的隔膜中，与位于电极组件的中心部位的隔膜相比，位于电极组件的上端和下端的隔膜被拉伸得更多。因此，若使隔膜从第一电极和第二电极的边缘12、32突出的间隔D与第一实施例相同，则位于电极组件的上端和下端的隔膜有可能被过度拉伸而破损。
为了防止如上所述在利用模具切割器60切割边界区域M的一部分的过程中有可能产生的隔膜的破损，优选地，在第二实施例中上述间隔D的大小大于第一实施例中的间隔D的大小。
更为具体地，在以安装于包括普通移动设备在内的电子设备的电池单元所使用的电极组件为例时，优选地，上述间隔D为1.0mm～2.0mm，若以隔膜材料20、40为基准，则优选地，上述间隔D为隔膜材料20、40的38倍～75倍。但是，在过多的单位结构体100层叠于电极组件的情况下，上述间隔D的数值的临界意义有可能下降，因而在第二-B工序中，限定为十个以下的单位结构体100层叠于电极组件。
[模具切割的效果]
在上述的实施例中，尤其为了以从第一电极材料10和第二电极材料30的边缘12仅留有特定间隔D的方式切割隔膜材料20、40，执行了对于激光切割、超声波切割、利用普通的切割器的切割的适当性的实验。
实验结果是，由于激光切割在隔膜材料20、40产生大量的热变形、毛刺(Burr)及粉尘等，因而被判明为存在问题。超声波切割不仅产生激光切割中的上述问题，还产生了用于适用于多种形状的电极组件的通用性大大降低的附加问题。而且，在利用普通的切割器进行切割的情况下，被判明为，避免了热变形、披锋、粉尘的产生，但在用于适用于多种形状的电极组件的通用性方面最差。
结果是，确认了，在利用模具切割器60的情况下，避免了热变形、披锋、粉尘的产生，也可以确保能够适用于多种形状的电极组件的通用性，在生产率方面也被判明为与利用切割器进行的切割相比没有大的差异。并且，确认了存在如下效果：在利用上部模具62和下部模具64夹持隔膜材料20、40时施加适当的压力，由此能够使配置于各个不同的层的隔膜材料20、40的边缘12粘接，能够显著降低正极和负极互相短路的可能性。从这些方面考虑，可以将借助模具切割器进行的切割视为与激光切割、超声波切割、利用普通的切割器的切割相比更为优选的切割方式。
并且，根据通过上述实施例观察的本发明的电极组件的制造方法，由于在电极组件的状态下或在单位结构体100的状态下切割边界区域M的一部分，因而不产生隔膜以大于或小于所需尺寸的方式被切割的情况，能够准确地制造具有所需规格的电极组件，因此具有能够大大提高合格电极组件的产量的效果。
[单位结构体的变形]
至此，仅对具有相同大小的单位结构体进行了说明。但单位结构体也可以具有互不相同的大小。若层叠具有互不相同的大小的单位结构体，则能够将电极组件制造成多种形状。在此，单位结构体的大小以隔膜的大小为基准来进行说明。这是因为，通常隔膜的大小大于电极的大小。
参照图20和图21来更详细说明的话，单位结构体可以包括多个子单位体1101a、1102a、1103a。可以通过如上所述的子单位体的层叠来形成电极组件100c。此时，子单位体可以分为大小互不相同的至少两个组。而且，子单位体可以使大小相同的子单位体之间层叠来形成多个层。图20和图21示出分为三个组的子单位体1101a、1102a、1103a使大小相同的子单位体之间层叠来形成三个层的例子。作为参考，属于一个组的子单位体形成两个以上的层也无妨。
但是，优选地，在如此形成多个层的情况下，单位结构体(子单位体)具有四层结构或使四层结构反复层叠而成的结构、即上述的第一单位结构体的结构。(在本说明书中，若子单位体的层叠结构相同，则即使大小互不相同，也视为属于一种单位结构体。)
对此进行详细说明的话，优选地，在一个层中，正极和负极层叠相同数量。而且，优选地，在层和层之间，互相相反的电极通过隔膜而相向。但是，例如在上述的第二单位结构体及第三单位结构体的情况下，为了形成如上所述的一个层而需要两种单位结构体。
但是，如图21所示，在第一单位结构体的情况下，为了形成如上所述的一个层而只需要一种单位结构体(子单位体)。因此，若单位结构体(子单位体)具有上述的四层结构或使四层结构反复层叠而成的结构，则即使形成多个层，也可以减少单位结构体(子单位体)的种类。
并且，例如，在第二单位结构体及第三单位结构体的情况下，为了形成如上所述的一个层而需要各层叠至少一个两种的单位结构体，因而一个层具有至少十二层的结构。但是，如第一单位结构体的情况那样，为了形成如上所述的一个层而仅需要层叠一种单位结构体(子单位体)，因而一个层具有至少四层的结构。因而，若单位结构体(子单位体)具有上述的四层结构或使四层结构反复层叠而成的结构，则在形成多个层时，可以非常容易地调节各层的厚度。
另一方面，单位结构体(子单位体)不仅能够具有互不相同的大小，还可以具有互不相同的几何形状。例如，如图22所示，子单位体不仅可以在大小方面存在差异，还可以在角形状方面存在差异，可以在有无穿孔方面存在差异。更为具体地，如图22所示，分为三个组的子单位体也能够以具有相同几何形状的子单位体之间层叠的方式形成三个层。为此，单位结构体可以包括分为至少两个组(各组具有互不相同的几何形状)的子单位体。此时，也同样地最为优选地，单位结构体(子单位体)具有上述的四层结构或使四层结构反复层叠而成的结构、即第一单位结构体的结构。(在本说明书中，若子单位体的层叠结构相同，则即使几何形状互不相同，也视为属于一种单位结构体。)
[辅助单位体的层叠]
电极组件还可以包括第一辅助单位体和第二辅助单位体中的至少某一个。
首先，观察第一辅助单位体。电极位于单位结构体的一侧末端，隔膜位于单位结构体的另一侧末端。因此，若依次层叠单位结构体，则电极(在图23中参照附图标记116的电极，以下称为“末端电极”)位于电极组件的最上方或最下方。第一辅助单位体追加层叠于这种末端电极。(作为参考，电极组件可以视为构成为包括至辅助单位体。)
更为具体地，若末端电极116为正极，则如图23所示，第一辅助单位体130a能够以从末端电极116依次、即从末端电极116向外侧依次层叠隔膜114、负极113、隔膜112以及正极111的方式形成。并且，若末端电极116为负极，则如图24所示，第一辅助单位体130b能够以从末端电极116依次、即能够以从末端电极116向外侧依次层叠隔膜114及正极113的方式形成。
如图23和图24所示，电极组件100d、100e可以通过第一辅助单位体130a、130b而使正极位于末端电极侧的最外侧。此时，优选地，位于最外侧的正极、即第一辅助单位体的正极在集电体的两面中仅在朝向单位结构体的一面(以图23为基准朝向下方的一面)涂敷活性物质层。若如此涂敷活性物质层，则不会使活性物质层位于末端电极侧的最外侧，因而可以防止活性物质层被浪费。作为参考，正极(例如)为放出锂离子的结构，因而若使正极位于最外侧，则有利于电池容量。
接下来，观察第二辅助单位体。第二辅助单位体基本上执行与第一辅助单位体相同的作用。进行更详细的说明。电极位于单位结构体的一侧末端，隔膜位于单位结构体的另一侧末端。因此，若依次层叠单位结构体，则隔膜(在图25中参照附图标记117的隔膜，以下称为“末端隔膜”)位于电极组件的最上方或最下方。第二辅助单位体追加层叠于这种末端隔膜。
更为具体地，若在单位结构体中与末端隔膜117相接的电极113为正极，则如图25所示，第二辅助单位体140a能够以从末端隔膜117依次层叠负极111、隔膜112及正极113的方式形成。并且，若在单位结构体中与末端隔膜117相接的电极113为负极，则如图26所示，第二辅助单位体140b可以由正极111形成。
如图25和图26所示，电极组件100f、100g可以通过第二辅助单位体140a、140b而使正极位于末端隔膜侧的最外侧。此时，优选地，位于最外侧的正极、即第二辅助单位体的正极也与第一辅助单位体的正极同样地，在集电体的两面中仅在朝向单位结构体的一面(以图25为基准朝向上方的一面)涂敷活性物质层。
但是，第一辅助单位体和第二辅助单位体可以具有与上述的结构不同的结构。首先，观察第一辅助单位体。如图27所示，若末端电极116为正极，则第一辅助单位体130c可以从末端电极116依次层叠隔膜114及负极113来形成。并且，如图28所示，若末端电极116为负极，则第一辅助单位体130d可以从末端电极116依次层叠隔膜114、正极113、隔膜112及负极111来形成。
如图27和图28所示，电极组件100h、100i可以通过第一辅助单位体130c、130d而使负极位于末端电极侧的最外侧。
接下来，观察第二辅助单位体。如图29所示，若在单位结构体中与末端隔膜117相接的电极113为正极，则第二辅助单位体140c可以由负极111形成。并且，如图30所示，若在单位结构体中与末端隔膜117相接的电极113为负极，则第二辅助单位体140d可以从末端隔膜117依次层叠正极111、隔膜112及负极113来形成。如图29和图30所示，电极组件100j、100k可以通过第二辅助单位体140c、140d而使负极位于末端隔膜侧的最外侧。
作为参考，负极由于电位差而可能与电池壳体(例如，袋型壳体)的铝层发生反应。因此，优选地，负极通过隔膜而与电池壳体绝缘。为此，如图27至图30所示，第一辅助单位体及第二辅助单位体还可以在负极的外侧也包括隔膜。例如，与图27的第一辅助单位体130c相比，图31的第一辅助单位体130e还可以在最外侧也包括隔膜112。作为参考，若辅助单位体包括隔膜，则在将辅助单位体整齐排列于单位结构体时变得更加容易。
另一方面，也能够如图32所示地形成电极组件100m。单位结构体110b可以从下侧向上侧依次层叠第一电极111、第一隔膜112、第二电极113及第二隔膜114来形成。此时，第一电极111可以是正极，第二电极113可以是负极。
而且，第一辅助单位体130f可以从末端电极116依次层叠隔膜114、负极113、隔膜112及正极111来形成。此时，第一辅助单位体130f的正极111可以在集电体的两面中仅在朝向单位结构体110b的一面形成活性物质层。
并且，第二辅助单位体140e可以从末端隔膜117依次层叠正极111(第一正极)、隔膜112、负极113、隔膜114及正极118(第二正极)来形成。此时，第二辅助单位体140e的正极中位于最外侧的正极118(第二正极)可以在集电体的两面中仅在朝向单位结构体110b的一面形成活性物质层。
最后，也能够如图33所示地形成电极组件110n。单位结构体110e可以从上侧向下侧层叠第一电极111、第一隔膜112、第二电极113及第二隔膜114来形成。此时，第一电极111可以是负极，第二电极113可以是正极。而且，第二辅助单位体140f可以从末端电极117依次层叠负极111、隔膜112、正极113、隔膜114及负极119来形成。
本发明并不限定于上述的特定优选实施例，在不脱离本发明要求保护的范围内的本发明的主旨的情况下，只要是本发明所属技术领域的普通技术人员就能够实施各种变形，这是理所当然的，这种变形的实施属于本发明的要求保护的范围的记载范围内。
附图标记说明
10：第一电极材料
20、40：隔膜材料
30：第二电极材料
60：模具切割器
100：单位结构体
100a～100n：电极组件
110a～110e：单位结构体
111：第一电极
112：第一隔膜
113：第二电极
114：第二隔膜
116：末端电极
117：末端隔膜
130a～130f：第一辅助单位体
140a～140f：第二辅助单位体
C1、C2、C3：切割器
M：边界区域

Claims (23)

1.一种电极组件的制造方法，其特征在于，
包括：
第一工序，制造具有使相同数量的电极材料和隔膜材料交替地层叠而成的结构的一种基本单位片或者制造具有使相同数量的电极材料和隔膜材料交替地层叠而成的结构的两种以上的基本单位片；以及
第二-A工序，以所述基本单位片的隔膜材料从所述电极材料的边缘突出特定间隔(D)的方式切割未被所述电极材料覆盖的隔膜材料的区域即边界区域的一部分，
所述一种基本单位片具有使第一电极材料、第一隔膜材料、第二电极材料及第二隔膜材料依次层叠而成的四层结构或使所述四层结构反复层叠而成的结构，
若将所述两种以上的基本单位片按指定顺序分别各层叠一个，则形成所述四层结构或使所述四层结构反复层叠而成的结构，
其中在所述第二-A工序中，仅使隔膜材料夹持在模具切割器的上部模具和下部模具之间，以通过使用所述模具切割器的切割块来切割被所述上部模具和所述下部模具固定和夹持的所述隔膜材料的边界区域(M)的一部分。
2.根据权利要求1所述的电极组件的制造方法，其特征在于，
所述电极材料在内部形成有贯通部，
所述第二-A工序中，利用模具切割器来切割通过所述贯通部露出的边界区域中除了从所述贯通部的内侧边缘向内侧突出特定间隔(D)的边界区域之外的边界区域。
3.根据权利要求1所述的电极组件的制造方法，其特征在于，
所述电极材料包括从直线形态的边缘未以直线状延伸的不规则边缘，
所述第二-A工序中，以与所述不规则边缘对应的方式利用模具切割器来切割位于所述不规则边缘的外侧的边界区域中除了从所述不规则边缘向外侧突出特定间隔(D)的边界区域之外的边界区域。
4.根据权利要求1所述的电极组件的制造方法，其特征在于，
在所述第一工序和第二-A工序之后，还包括以一定间隔切割所述基本单位片而形成单位结构体的工序。
5.根据权利要求1所述的电极组件的制造方法，其特征在于，
在所述第二-A工序中，所述模具切割器与所述边界区域的切割一同以一定间隔切割所述基本单位片而形成单位结构体。
6.根据权利要求4或5所述的电极组件的制造方法，其特征在于，
还包括反复层叠以一定间隔切割所述一种基本单位片而形成的所述单位结构体或者按指定顺序层叠以一定间隔分别切割所述两种以上的基本单位片而形成的两种以上的单位结构体来形成电极组件的工序。
7.根据权利要求4所述的电极组件的制造方法，其特征在于，
所述单位结构体的工序由位于执行所述第二-A工序的模具切割器的输出端侧的切割器执行。
8.一种电极组件的制造方法，其特征在于，
包括：
第一工序，制造具有使相同数量的电极材料和隔膜材料交替地层叠而成的结构的一种基本单位片或者制造具有使相同数量的电极材料和隔膜材料交替地层叠而成的结构的两种以上的基本单位片；
第二-B工序，反复层叠以一定间隔切割所述一种基本单位片而形成的单位结构体或者按指定顺序层叠以一定间隔分别切割所述两种以上的基本单位片而形成的两种以上的单位结构体来形成电极组件；以及
第三工序，以设于所述电极组件的隔膜材料从所述电极材料的边缘突出特定间隔(D)的方式切割未被所述电极材料覆盖的隔膜材料的区域即边界区域的一部分，
所述一种基本单位片具有使第一电极材料、第一隔膜材料、第二电极材料及第二隔膜材料依次层叠而成的四层结构或使所述四层结构反复层叠而成的结构，
若将所述两种以上的基本单位片按指定顺序分别各层叠一个，则形成所述四层结构或使所述四层结构反复层叠而成的结构，
其中在所述第三工序中，仅使隔膜材料夹持在磨具切割器的上部模具和下部模具之间，以通过使用所述模具切割器的切割块来切割被所述上部模具和所述下部模具固定和夹持的所述隔膜材料的边界区域(M)的一部分。
9.根据权利要求8所述的电极组件的制造方法，其特征在于，
由位于执行所述第一工序的层压机的输出端侧的切割器来以一定间隔切割所述基本单位片。
10.根据权利要求8所述的电极组件的制造方法，其特征在于，
在所述第二-B工序中，所述电极组件具有10个以下的单位结构体。
11.根据权利要求1所述的电极组件的制造方法，其特征在于，
所述间隔(D)为0.5mm～1.0mm。
12.根据权利要求8所述的电极组件的制造方法，其特征在于，
所述间隔(D)为1.0mm～2.0mm。
13.根据权利要求1所述的电极组件的制造方法，其特征在于，
所述间隔(D)为所述隔膜材料的厚度的18倍～38倍。
14.根据权利要求8所述的电极组件的制造方法，其特征在于，
所述间隔(D)为所述隔膜材料的厚度的38倍～75倍。
15.根据权利要求1或8所述的电极组件的制造方法，其特征在于，
所述隔膜材料的厚度为所述电极材料的厚度的20％～30％。
16.根据权利要求1或8所述的电极组件的制造方法，其特征在于，
设于所述基本单位片的隔膜材料中介于两个所述电极材料之间的隔膜材料在两面涂敷具有粘结力的涂敷物质，除此之外的隔膜材料仅在与所述电极材料接触的面涂敷具有粘结力的涂敷物质。
17.根据权利要求4或8所述的电极组件的制造方法，其特征在于，
在所述单位结构体中，电极与相邻的隔膜粘结。
18.根据权利要求17所述的电极组件的制造方法，其特征在于，
所述电极在朝向所述相邻的隔膜的面整体与所述相邻的隔膜粘结。
19.根据权利要求17所述的电极组件的制造方法，其特征在于，
所述电极通过层压而在朝向所述相邻的隔膜的面整体与所述相邻的隔膜粘结。
20.根据权利要求6所述的电极组件的制造方法，其特征在于，
在所述单位结构体内电极与相邻的隔膜之间的粘结力大于在所述电极组件内所述单位结构体相互之间的粘结力。
21.根据权利要求8所述的电极组件的制造方法，其特征在于，
在所述单位结构体内电极与相邻的隔膜之间的粘结力大于在所述电极组件内所述单位结构体相互之间的粘结力。
22.根据权利要求17所述的电极组件的制造方法，其特征在于，
所述隔膜包括：
多孔性的隔膜基材；以及
多孔性的涂敷层，涂敷于所述隔膜基材的一面或两面的整体，
所述涂敷层由无机物粒子和粘结剂聚合物的混合物形成，所述粘结剂聚合物使无机物粒子相互连接及固定，
所述电极通过所述涂敷层而与所述相邻的隔膜粘结。
23.根据权利要求22所述的电极组件的制造方法，其特征在于，
所述无机物粒子形成填充结构而在整个所述涂敷层形成无机物粒子之间的间隙体积，通过由所述无机物粒子所限定的间隙体积而在所述涂敷层形成气孔结构。
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