CN106415914B - 二次电池层叠装置和二次电池层叠方法 - Google Patents

二次电池层叠装置和二次电池层叠方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种二次电池层叠装置，根据本发明的、用于结合电极组件和分离隔膜的该二次电池层叠装置包括：转移部，转移部用于在电极组件被设置于分离隔膜上的状态下转移电极组件；和结合部，结合部被设置在转移部的转移路径上，以通过与电极组件的整个表面接触并且向该整个表面加热而结合分离隔膜上的电极组件。相应地，压力被均匀地施加到电极组件，从而使得能够将电极组件牢固地结合到分离隔膜，由此提供可以生产具有优良耐久性的二次电池的二次电池层叠装置。

Description

二次电池层叠装置和二次电池层叠方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年10月02日提交的韩国专利申请No.10-2014-0133023和2015年9月15日提交的韩国专利申请No.10-2015-0130400的优先权权益，且上述申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种二次电池层叠装置和方法，并且更具体地，本发明涉及一种用于将电极组件牢固地结合到分隔物的二次电池层叠装置和方法。
背景技术
近年来，可充电/可放电二次电池正被广泛地用于无线移动设备的能源或者辅助供电装置。而且，作为用于解决由使用化石燃料的现有汽油和柴油车辆引起的限制诸如空气污染此类问题的电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)和插电式混合动力车辆(PHEV)的能源，二次电池已经吸引了相当的关注。
这种二次电池是以如下形式制造：其中，电极组件与电解质一起被设置在电池壳体中。电极组件可以被分类成堆叠型电极组件、折叠型电极组件以及堆叠和折叠型电极组件。在堆叠型或者堆叠和折叠型电极组件的情形中，单元组件具有这样的结构：正极和负极被连续堆叠，正极和负极之间设置有分隔物。为了制造单元组件，有必要采用用于将电极结合到分隔物的层叠过程。
通常，层叠过程包括加热单元组件、以将电极结合到分隔物的过程。使用辐射和对流的间接加热方法主要被用作用于加热单元组件的方法。因为制造二次电池的过程被有机地连接，以实现大规模生产，所以前述方法用于在转移单元组件的同时层叠单元组件。
然而，当与通过直接接触传递热量的直接加热方法相比较时，在使用辐射和对流的间接加热方法中，将单元组件的温度升高至目标温度占用较长时间。
为了解决这个限制，已经研制了一种使用接触型加热的二次电池层叠装置。
图1是示出根据现有技术的二次电池层叠装置的实例的概略视图，图2是示出根据现有技术的二次电池层叠装置施加到电极组件的压力的视图。
然而，如图1和2中所示，在根据现有技术的二次电池层叠装置200的情形中，即使电极组件10在分隔物宽度方向上厚度改变，仍然使用具有平坦接触表面的结合部220，而不考虑电极组件10的厚度变化。因此，总体结合力可能存在缺陷。
即，当使用根据现有技术的具有带有平坦结构的结合部220的二次电池层叠装置200时，虽然电极组件10的电极11被结合到分隔物20，但是因为电极极耳12和分隔物20之间并不结合，所以可能通常无法实现均匀结合，从而使得结合力劣化。
发明内容
技术问题
为了解决前文所述限制，本发明的一个目的在于提供一种二次电池层叠装置，其中均匀的压力被施加到电极组件，以将电极组件牢固地结合到分隔物，由此制造具有优良耐久性的二次电池。
技术方案
利用一种用于将电极组件结合到分隔物的二次电池层叠装置实现了本发明的目的，该二次电池层叠装置包括：转移部，转移部在电极组件被设置于分隔物上的状态下转移电极组件；和结合部，结合部被设置在转移部的转移路径上，以接触电极组件的整个表面，并且向电极组件施加热量，由此将电极组件结合到分隔物。
而且，电极组件可以包括电极和从电极的端部突出的电极极耳，所述结合部可以具有阶梯部，以接触电极极耳和电极。
而且，电极组件可以被设置多个，并且该多个电极组件可以被设置成在分隔物上彼此间隔，分隔物可以具有从电极组件的端部向外延伸的宽度，并且结合部可以具有阶梯部，以接触所有的电极组件和分隔物。
而且，结合部的、面对电极组件的表面可以被划分成具有彼此不同的阶梯表面的三个区域。
而且，利用一种二次电池层叠方法实现了本发明的另一个目的，该二次电池层叠方法包括：在分隔物上设置电极组件；在电极组件被设置的状态下，连续转移分隔物；并且接触位于分隔物的转移路径上的电极组件的整个表面，并且向电极组件施加热量，以将电极组件结合到分隔物。
而且，电极组件可以包括电极和从电极的端部突出的电极极耳，并且将电极组件结合到分隔物可以包括同时接触电极和电极极耳，以施加热量。
有利的效果
根据本发明，可以提供这样的二次电池层叠装置：其中，电极组件被均匀地施加，因此能够提供更加牢固的结合。
而且，与施加到电极组件的挤压力相同的作用力可以被施加到分隔物，以在本质上改进分隔物的耐久性。
附图简要说明
图1是示出根据相关技术的二次电池层叠装置的实例的概略视图。
图2是示出根据现有技术的图1的二次电池层叠装置施加到电极组件的压力的视图。
图3是根据本发明的实施例的二次电池层叠装置的概略视图。
图4是示出图3的二次电池层叠装置的部分A的视图。
图5是沿着图4的二次电池层叠装置中的线V-V’截取的横截面视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述根据本发明实施例的二次电池层叠装置。
图3是根据本发明实施例的二次电池层叠装置的概略视图，图4是示出图3所示二次电池层叠装置中的A部的视图，图5是沿着图4的二次电池层叠装置中的V-V’线截取的截面图。
参考图3到图5，根据本发明实施例的二次电池层叠装置100可以是在制造二次电池的过程中用于将电极组件10结合到分隔物20的装置。二次电池层叠装置100包括转移部110和结合部120。
转移部110被构造成：在电极组件10被设置于转移部110的顶表面上的状态下，转移部110连续地转移分隔物20。在这个实施例中，相关技术领域中广泛用于在线工艺的转移辊或者传送带可以被用作转移部110，因此将省略其详细说明。
由转移部110转移的电极组件10具有这样的堆叠结构：其中，分隔物(未示出)被设置在构成电极11的正极和负极之间。而且，电极极耳12被设置在电极11的端部上。
例如，通过将正极混合物与诸如NMP这样的溶剂混合形成的浆液可以被施加到正极集电器，然后被干燥以及轧制，以制造正极。
除了正极活性材料，正极混合物可以选择性地包含导电材料、结合剂、填料等。
正极活性材料可以是能够引起电化学反应的材料。正极活性材料包括两种或更多种过渡金属作为锂过渡金属氧化物，例如包括：分层化合物，诸如由一种或者更多种过渡金属取代的锂钴氧化物(LiCoO2)或者锂镍氧化物(LiNiO2)；由一种或者更多种过渡金属取代的锂锰氧化物；由化学式LiNi1-yMyO2表示的锂镍氧化物(这里，M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B、Cr、Zn或者Ga，并且包括这些元素中的一种或者更多种元素，0.01≤y≤0.7)；由Li1+ zNibMncCo1-(b+c+d)MdO(2-e)Ae表示的锂镍钴锰复合氧化物，诸如Li1+zNi1/3Co1/3Mn1/3O2或者Li1+ zNi0.4Mn0.4Co0.2O2(这里，-0.5≤z≤0.5，0.1≤b≤0.8，0.1≤c≤0.8，0≤d≤0.2，0≤e≤0.2，b+c+d<1，M＝Al、Mg、Cr、Ti、Si或者Y，并且A＝F、P或者Cl)；和由化学式Li1+xM1-yM’yPO4-zXz表示的橄榄石锂金属磷酸盐(这里，M＝过渡金属，优选为Fe、Mn、Co或者Ni，M’＝Al、Mg或者Ti，X＝F、S或者N，-0.55≤x≤+0.5，0≤y≤0.5，并且0≤z≤0.1)，但是不限于此。
导电材料的添加量通常为包含正极活性材料的正极混合物的总重量的0.01wt％到30wt％。导电材料可以不受特别限制，只要是具有适当的导电性并且不会引起电池中的不利化学变化的任何导电材料均可。例如，导电材料的实例可以包括：石墨，诸如天然石墨或者人造石墨；碳黑，诸如碳黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑和热炭黑；导电纤维，诸如碳纤维和金属纤维；金属粉末，诸如氟化碳粉末、铝粉末和镍粉末；导电晶须，诸如氧化锌和钛酸钾；导电金属氧化物，诸如氧化钛；和聚苯醚衍生物。
结合剂可以有助于正极活性材料和导电材料之间的结合，还可以有助于正极活性材料结合到集电器。结合剂的添加量通常是包含正极活性材料的正极混合物的总重量的1wt％到30wt％。结合剂的实例可以包括聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙纤维素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、三元乙丙橡胶(EPDM)、磺化EPDM、苯乙烯-聚丁橡胶、氟橡胶和各种共聚物。
填料可以选自用于抑制电极膨胀的成分。填料可以不受特别限制，只要是不会引起电池中的不利化学变化并且是纤维性材料的任何成分均可。例如，填料的实例可以包括：烯烃基共聚物，诸如聚乙烯和聚丙烯；或者纤维性材料，诸如玻璃纤维和碳纤维。
正极集电器具有3μm到500μm的厚度。正极集电器可以不受特别限制，只要是具有适当的导电性而且不会引起电池中的不利化学变化的任何正极集电器均可。例如，正极集电器的实例可以包括不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳以及利用碳、镍、钛、银等表面处理的铝或者不锈钢。集电器可以具有非平坦表面，以改进与活性材料的结合强度，并且以诸如膜、片、箔片、网、多孔体、泡沫体和无纺织物的各种形式来加以制造。
例如，包含负极活性材料的负极混合物被施加到负极集电器，然后被干燥，以制造负极。根据情况可以包含上述成分，诸如导电材料、结合剂和填料。
负极活性材料可以例如包括：碳和石墨材料，诸如天然石墨、人造石墨、膨胀石墨、非可石墨化炭、碳黑、碳纳米管、富勒烯和活性碳；金属，诸如铝(Al)、硅(Si)、锡(Sn)、银(Ag)、铋(Bi)、镁(Mg)、锌(Zn)、铟(In)、镓(Ga)、铅(Pb)、钯(Pd)、铂(Pt)和钛(Ti)和包括前述元素的化合物；金属的复合物、金属化合物、碳和石墨材料；以及含锂氮化物。在这些材料中，碳基活性材料、硅基活性材料、锡基活性材料或者硅碳基活性材料可以更加优选地被用作负极活性材料，并且还可以单独或者以其任何组合的形式使用。
通常，负极集电器具有3μm到500μm的厚度。负极集电器可以不受特别地限制，只要是具有适当的导电性而且不会引起电池中的不利化学变化的任何负极集电器均可。例如，负极集电器可以包括铜、不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳、铜或者具有利用碳、镍、钛或者银和铝镉合金处理的表面的不锈钢。而且，类似于正极集电器，负极集电器可以具有非平坦表面，以改进与活性材料的结合强度，并且以诸如膜、片、箔片、网、多孔体、泡沫体或者无纺织物的各种形式加以制造。
而且优选的是，构成电极组件10的分隔物(未示出)、即设置在正极和负极之间的分隔物(未示出)的形成材料与电极组件的、作为被结合对象的分隔物20的形成材料相同。而且，可以使用具有高离子渗透性和机械强度的绝缘薄膜。通常，分隔物可以具有0.01μm到10μm的孔隙直径和5μm到300μm的厚度。例如，由诸如聚丙烯、玻璃纤维或者聚乙烯这样的具有化学抗性和疏水性的烯烃聚合物形成的片件或者无纺织物可以用作分隔物。
电极组件10和分隔物20的上述材料和结构可以仅是示例。因此，在二次电池技术领域中广泛已知的结构和材料可以用作电极组件和分隔物。
而且如上所述，具有薄膜形状的电极极耳12在分隔物20的宽度方向上从包括正极和负极的电极11的端部向外突出。
结合部120被设置在转移部110的转移路径上。结合部120挤压电极组件10，并且向电极组件10施加热量，从而使得彼此堆叠的电极组件10和分隔物20彼此结合。
结合部120的尺寸可以对应于由转移部110转移的分隔物20的宽度。而且，与转移部110相对的结合部120的表面可以被定义为结合表面121。结合表面121可以沿其纵向方向被划分成三个区域。
即，结合表面121包括沿着纵向方向被连续划分的第一区域122、第二区域123和第三区域124。
第一区域122可以是当执行结合过程时接触电极极耳12的区域，第二区域123可以是与正极或者负极中的、暴露于外侧的最上侧电极11的表面相接触的区域。第三区域124可以是与设置在未设置电极11的区域上的分隔物直接接触的区域。
因为电极组件10的最上端以及与结合表面121相接触的分隔物20的高度彼此不同，所以构成结合表面121的第一区域122、第二区域123和第三区域124相对于与之相邻的区域可以呈阶梯状，同时接触高度彼此不同的表面。
更具体而言，因为作为被结合对象的分隔物20和电极组件10的高度按照分隔物20、电极极耳12和电极11的次序逐渐增加，所以结合表面121的第三区域124的突出高度最高，第二区域123的突出高度最低，从而通过其相对于与之相邻的区域的突出高度，使得第一区域123和第二区域124中的每个都呈阶梯状。
在下文中，将描述根据本发明实施例的使用二次电池层叠装置100的层叠方法。
根据本发明实施例的使用二次电池层叠装置的二次电池层叠方法包括设置过程、转移过程和结合过程。
在设置过程中，分隔物20被设置在转移部110上，并且多个电极组件10被布置在分隔物20上。该多个电极组件10被布置成沿着转移方向彼此间隔开。可以考虑转移速度、电极组件尺寸、最终二次电池的结构(果冻卷型、堆叠和折叠型等)来确定电极组件10之间的间隔距离。
在转移过程中，通过使用转移部110连续地转移分隔物20和设置在分隔物20上的电极组件。从转移部接收转移力的分隔物20被连续地转移，以经过结合部120的下部。
在结合过程中，电极组件10和分隔物20彼此结合。作为结合部120的下端表面的结合表面121在与电极组件10和分隔物20接触的状态下挤压电极组件10和分隔物20。同时，结合表面121可以施加热量，以将电极组件10结合到分隔物20。
这里，结合表面121的第一区域122被紧密地附接到电极极耳12，第二区域123被紧密地附接到电极11的最上端表面，并且其上未设置电极11的第三区域123被紧密地附接到暴露于外侧的分隔物20。因此，结合表面121的所有的区域可以参与结合过程，以向电极组件10和分隔物20提供均匀的结合力。
因此，具有阶梯部、从而以彼此不同的高度突出的第一区域122和第二区域123可以同时挤压高度彼此不同的电极极耳12和电极11。因此，电极组件10可以在其整个表面之上接收均匀的挤压力，因此，电极组件10可以被更加牢固地结合到分隔物20。另外，暴露于外侧的分隔物20的第三区域124可以被单独地挤压，以在本质上改进分隔物20的耐久性。
然而，本发明可以以不同的形式体现，并且不应该理解为限制于本文所述的实施例。对于本领域普通技术人员而言，可以理解的是，可以对本文所述装置作出不改变本装置精神的各种修正、变型或更改。因此，所有的修正、变型或更改都应被视为是属于本装置的范围内。

Claims (4)

1.一种用于将电极组件结合到分隔物的二次电池层叠装置，包括：
转移部，所述转移部在所述电极组件被设置于所述分隔物上的状态下转移所述电极组件，所述电极组件包括电极和从所述电极的端部突出的电极极耳，其中，所述电极极耳和所述电极的高度彼此不同；和
结合部，所述结合部被设置在所述转移部的转移路径上，以接触所述电极组件的整个表面，并且向所述电极组件施加热量，由此将所述电极组件结合到所述分隔物，
其中，所述结合部包括第一区域、第二区域和第三区域，所述第一区域接触所述电极极耳的整个上表面；所述第二区域接触所述电极的整个上表面，并且与所述第一区域构成阶梯部；所述第三区域和所述第一区域、所述第二区域构成阶梯部，
其中，所述第一区域和第二区域被构造成其形状对应于所述电极组件的上表面的形状，所述第三区域被构造为接触所述分隔物，并且所述第三区域与所述第一区域由所述第二区域隔开。
2.根据权利要求1所述的二次电池层叠装置，其中，所述电极组件被设置为多个，并且多个所述电极组件被设置成在所述分隔物上彼此间隔，
所述分隔物具有从所述电极组件的端部向外延伸的宽度。
3.一种二次电池层叠方法，包括：
在分隔物上设置电极组件，所述电极组件包括电极和从所述电极的端部突出的电极极耳，其中，所述电极极耳和所述电极的高度彼此不同；
在所述电极组件已被设置的状态下，连续地转移所述分隔物；并且
接触位于所述分隔物的转移路径上的所述电极组件的整个表面，并且向所述电极组件施加热量，以将所述电极组件结合到所述分隔物，
其中，所述结合部包括第一区域、第二区域和第三区域，所述第一区域接触所述电极极耳的整个上表面；所述第二区域接触所述电极的整个上表面，并且与所述第一区域构成阶梯部；所述第三区域和所述第一区域、所述第二区域构成阶梯部，
其中，所述第一区域和第二区域被构造成其形状对应于所述电极组件的上表面的形状，所述第三区域被构造为接触所述分隔物，并且所述第三区域与所述第一区域由所述第二区域隔开。
4.根据权利要求3所述的二次电池层叠方法，其中，
将所述电极组件结合到所述分隔物包括：同时接触所述电极和所述电极极耳，以施加热量。
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