CN108370058A - 用于密封二次电池的袋壳体的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开内容涉及一种用于密封袋型二次电池的袋壳体的方法，包括以下步骤：接收步骤，其中在上袋与下袋之间形成的内部空间中接收电极组件；和密封步骤，其中向外周密封部分施加第一压力，上袋和下袋在外周密封部分处沿纵向方向被密封，然后解除压力，其中通过沿向上方向对上袋施加外力和沿向下方向对下袋施加外力来实施密封步骤，或者通过从袋壳体的内部沿朝向外部的方向对密封部分施加与第一压力垂直作用的第二压力来实施密封步骤。

Description

用于密封二次电池的袋壳体的方法
技术领域
本公开内容涉及一种用于密封袋型二次电池的袋壳体的方法。更特定地，本公开内容涉及一种用于密封二次电池的袋壳体的方法，所述方法在袋型二次电池的制造过程中，通过改进对袋壳体进行的密封工艺而能够提高袋型二次电池的密封部分的耐久性。
本申请要求享有在2016年9月28日在韩国提交的韩国专利申请第10-2016-0125013号的优先权，通过引用将上述专利申请的公开内容并入于此。
背景技术
容易应用于不同的产品组并且具有诸如高能量密度之类的电学特性的二次电池已被普遍应用于由电驱动源驱动的电动汽车(EV)或混合动力汽车(HV)以及便携式设备。
这种二次电池不仅具有显著减少化石燃料的使用的主要优点，而且不会因使用能量而产生副产物，因而作为能够提供环保特性和提高能量效率的新型能源已受到广泛关注。
图1是示意性地图解常规的袋型二次电池的结构的分解透视图。参照图1，常规的袋型二次电池包括作为基本结构的电极组件10和袋壳体20。
在此，电极组件10包括正极板、负极板和隔膜，隔膜插置在正极板与负极板之间以使正极板与负极板可彼此电绝缘。此外，电极组件10设置有从正极板延伸的正极极耳和从负极板延伸的负极极耳。
正极极耳和负极极耳可经由电阻焊接、超声波焊接、激光焊接或类似者分别连接至正极引线11和负极引线12。这些电极引线暴露在袋壳体外部以作为二次电池的电极而实现二次电池与外部适用仪器电连接的功能。
电极组件10与电解质一起被引入袋壳体20。
袋壳体20可被分为上袋21和下袋22，也可以根据接收电极组件10的部分的位置而被称为单帽或双帽。
这种袋壳体20可包括插入其中的铝箔以便保护引入袋壳体内的电解质和电极组件10，从而补充电池单元的电化学特性并改善热辐射性能。在此，铝箔可具有形成在其外部上的绝缘层，所述绝缘层可涂覆有诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PolyEthyleneTerephthalate,PET)树脂或尼龙(nylon)树脂之类的绝缘材料以确保电池单元与外部之间的绝缘。
袋壳体20可在密封工艺过程中通过热熔合或类似手段在其外周部分处粘接或粘附。为了实现这点，上袋21的底表面和下袋22的顶表面可具有包括浇铸聚丙烯(CastedPolyPropylene,CPP)或聚丙烯(PolyPropylene,PP)的粘合剂层以实现彼此粘合的目的。这种粘合剂层实现袋壳体20的粘合的功能并用作绝缘层，能够防止铝层与引入袋壳体20内的电解质之间的电接触。
图2是图解图1的部分A和部分B的放大截面图。参照图2，上袋21具有预定的层状结构，依次包括绝缘层25、铝层24和粘合剂层23，下袋22包括粘合剂层23、铝层24和绝缘层25。
为了实现袋壳体20的密封，可向上袋21的底部粘合剂层和下袋22的顶部粘合剂层23施加热和压力。
图3至图5是图解当根据现有技术将袋壳体进行密封时，朝向电池内部的方向推动的密封部分的示意图。
参照图3至图5，在密封部分处的粘合剂层因在密封期间产生的热而熔化并流动而形成临时附着区域C，在附着区域C处基于密封部分的平行粘接端而朝向电池内部的方向推动密封部分。这种临时附着区域具有局部球形(ball)，且球形的临时附着区域的绝缘和高温耐久性特性较弱。目前，没有单独的系统来控制这种临时附着区域的形状。
发明内容
技术问题
本公开内容被设计而用以解决现有技术的问题，因此本公开内容致力于提供一种用于密封袋壳体的方法，所述方法能够在密封袋型二次电池时提高密封部分的耐久性。
本公开内容的其他目的和优点可根据以下详细描述来理解，且由本公开内容的示例性实施方式将变得更加完全显而易见。此外，将容易理解的是，本公开内容的目的和优点可通过所附权利要求及其组合中示出的手段来实现。
技术方案
在本公开内容的一个方面中，提供一种用于密封袋型二次电池的袋壳体的方法，包括以下步骤：接收步骤，其中在上袋与下袋之间形成的内部空间中接收电极组件；和密封步骤，其中向外周密封部分施加第一压力，上袋和下袋在所述外周密封部分处沿纵向方向被密封，然后解除压力，其中通过沿向上方向对上袋施加外力和沿向下方向对下袋施加外力来实施密封步骤，或者通过从袋壳体的内部沿朝向外部的方向对密封部分施加与第一压力垂直作用的第二压力来实施密封步骤。
在此，可实施密封步骤以使得通过基于上袋和下袋的外周密封部分的平行粘接端而被朝向内部空间的方向推动的密封部分形成的临时附着区域可不具有局部球形。
此外，可通过加热块(heating block)来实施密封步骤，加热块经由热源的传递而对上袋和下袋的外周密封部分进行热熔合。
此外，可通过利用真空吸附垫沿向上方向对上袋施加外力和沿向下方向对下袋施加外力来实施密封步骤。
此外，密封步骤中的第二压力可以是气动压力。
此外，沿向上方向施加至上袋的外力的程度可以是上袋的重量的2-5倍，沿向下方向施加至下袋的外力的程度可以是下袋的重量的2-5倍。
此外，在密封步骤中，外力施加时间可以是第一压力施加时间的1.5-2倍。
此外，在密封步骤中，第二压力可以是0.1-0.15MPa。
此外，在密封步骤中，第二压力施加时间可以是第一压力施加时间的1.5-2倍。
同时，上袋和下袋可独立地包括金属层、形成在金属层的一个表面上的绝缘层和形成在金属层的另一个表面上的粘合剂层。
在此，所述金属层可以是铝层。
此外，所述绝缘层可包括聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、尼龙树脂或它们的组合。
此外，所述粘合剂层可包括浇铸聚丙烯、聚丙烯或它们的组合。
有益效果
根据本公开内容，可以在袋型二次电池中的袋壳体的密封过程中将热量均匀地传递给对应于临时附着区域的整个部分，并且可以控制临时附着区域，以使其可不具有局部球形。
因此，可以改善临时附着区域的绝缘特性和高温耐久性。
结果，根据本公开内容，可以稳定地确保二次电池的袋壳体的绝缘特性，并且可以有效地防止由内部短路引起的着火、爆炸或火灾事故。
附图说明
附图图解说明了本公开内容的优选实施方式，并且与前述公开内容一起用于提供对本公开内容的技术内容的进一步理解，因此，本公开内容不被解释为受限于附图。
图1是示意性地图解传统的袋型二次电池的结构的分解透视图。
图2是图1的部分A和部分B的放大截面图。
图3至图5是图解当根据现有技术将袋壳体进行密封时，朝向电池内部的方向推动的密封部分的临时附着区域的示意图。
图6是图解根据本公开内容实施方式的用于密封袋壳体的方法的示意图。
图7示出了通过根据本公开内容实施方式的用于密封袋壳体的方法形成的密封部分。
图8和图9示出了通过根据本公开内容的实施例的用于密封袋壳体的方法形成的密封部分。
图10和图11示出了通过根据本公开内容的比较例的用于密封袋壳体的方法形成的密封部分。
图12和图13示出了通过根据本公开内容的实施例的用于密封袋壳体的方法形成的密封部分。
图14和图15示出了通过根据本公开内容的比较例的用于密封袋壳体的方法形成的密封部分。
图16示出了通过根据本公开内容的实施例的用于密封袋壳体的方法形成的密封部分。
[附图标记说明]
20：袋壳体
21：上袋
22：下袋
30：施压夹具
100：袋壳体
110：上袋
120：下袋
具体实施方式
下文中，将参照附图详细地描述本公开内容的优选实施方式。在描述之前，应当理解，在说明书和所附权利要求书中使用的术语不应被解释为限于一般的和字典的含义，而是应在允许发明人适当定义术语以获得最佳解释的原则的基础上，基于与本公开内容的技术方面对应的含义和概念进行解释。
因此，在此提出的描述只是仅出于说明目的的优选的实例，而不是意图限制本公开内容的范围，因此应当理解，在不脱离本公开内容的范围的情况下，可对其做出其他等同替换和修改。
此外，可省略公知特征和技术的细节以避免不必要地模糊本公开内容。提供以下实施方式以使本领域技术人员更完全地理解本公开内容，因此，为了意义明确的描述的目的，附图中的一些组成元件的特征、尺寸等可被放大。
图6是图解根据本公开内容实施方式的用于密封袋壳体的方法的示意图。
根据本公开内容实施方式的用于密封袋壳体的方法包括以下步骤：(S10)接收步骤，其中在上袋与下袋之间形成的内部空间中接收电极组件；和(S20)密封步骤，其中向外周密封部分施加第一压力，上袋和下袋在外周密封部分处沿纵向方向被密封，然后解除压力。
在接收步骤(S10)中，在袋壳体100的内部空间中接收电极组件之后，可进一步实施注入电解质的步骤和将袋壳体100的密封部分对齐以密封袋壳体100的步骤。
参照图6，通过沿向上方向D对上袋110施加外力和沿向下方向D’对下袋120施加外力来实施密封步骤S20，或者通过从袋壳体100的内部沿朝向外部的方向E对密封部分施加与第一压力垂直作用的第二压力来实施密封步骤S20。
当沿向上方向D对上袋110施加外力和沿向下方向D’对下袋120施加外力时，或者当从袋壳体100的内部沿朝向外部的方向E对密封部分施加与第一压力垂直作用的第二压力时，袋壳体100与用于密封步骤的施压夹具30最大程度地紧密接触。因此，热传递也均匀地发生在基于外周密封部分的平行粘接端而被朝向内部空间方向推动的密封部分的临时附着区域中。因此，可以控制临时附着区域，以使其可不具有局部球形。
以这种方式，可以改善临时附着区域的绝缘特性和高温耐久性。最终，可以稳定地确保二次电池的袋壳体的绝缘特性，并且可以有效地防止由内部短路引起的着火、爆炸和火灾事故。
同时，沿向上方向对上袋施加的外力的程度和沿向下方向对下袋施加的外力的程度可分别随上袋和下袋的大小和重量而变化。优选地，以对应于上袋和下袋每一者的重量的2-5倍的程度施加外力。例如，在用于车辆的袋型二次电池的情形中，上袋或下袋具有约10gf的重量。在这种情况下，施加至上袋和下袋每一者的外力的程度优选为约20-50gf。当所施加的外力程度小于重量的2倍时，临时附着区域可具有局部球形。当所施加的外力程度大于重量的5倍时，上袋和下袋的密封可能会受到不利影响，且在密封时熔化的粘合剂层可能会变形。
此外，在密封步骤中，外力施加时间可以是第一压力施加时间的1.5-2倍。
换句话说，当施加作用在上袋和下袋上的第一压力时，同时开始施加外力，因而即使在解除第一压力(解压)之后，可仍然施加外力。此外，总外力施加时间可以是第一压力施加时间的1.5-2倍。
这考虑了冷却袋的粘合剂层所需的时间，以使粘合剂层在密封过程中熔化后保持形状。当时间小于上述限定范围时，粘合剂层不能被充分冷却，使得临时附着区域可能不被适当地控制。当时间超过上述限定范围时，在冷却已经完成之后施加不必要的外力，这不是成本有效的。
同时，第二压力可以是0.1-0.15MPa。在此，当第二压力小于0.1MPa时，不能对临时附着区域施加足够的力，从而使得难以控制临时附着区域的形状。当第二压力超过0.15MPa时，在密封过程中熔化的袋的粘合剂层可能会不期望地变形。
此外，在密封步骤中，第二压力施加时间可以是第一压力施加时间的1.5-2倍。
换句话说，当施加作用在上袋和下袋上的第一压力时，同时开始施加第二压力，因而即使在解除第一压力(解压)之后，可仍然施加第二压力。此外，总的第二压力施加时间可以是第一压力施加时间的1.5-2倍。
这考虑了冷却袋的粘合剂层所需的时间，以使粘合剂层在密封过程中熔化后保持形状。当时间小于上述限定范围时，粘合剂层不能被充分冷却，使得临时附着区域可能不被适当地控制。当时间超过上述限定范围时，在冷却已经完成之后施加不必要的第二压力，这不是成本有效的。
同时，可通过加热块来实施密封步骤，加热块经由热源的传递对上袋和下袋的外周密封部分进行热熔合。
在此，上袋110和下袋120的每一者包括多层结构，所述多层结构具有包括绝缘层的金属层、粘合剂层或类似层。根据本公开内容，通过对上袋110和下袋120的外周粘合剂层施加来自加热块的热和压力来实施密封步骤S20。
同时，在密封步骤S20中，作用在上袋和下袋每一者上的外力可通过真空吸附垫施加，施加至密封部分的第二压力可通过气动压力施加。
图7示出了通过根据本公开内容实施方式的用于密封袋的方法形成的密封部分。参照图7，可以看出，在二次电池的内部空间中形成的临时附着区域不具有局部球形。
同时，上袋和下袋可包括插入其中的金属层以便保护引入袋壳体内的电解质和电极组件，从而补充电池单元的电化学特性并改善热消散性能或类似方面。上袋和下袋的每一者可包括金属层、形成在金属层的一个表面上的绝缘层和形成在金属层的另一个表面上的粘合剂层。
在此，金属层可以是由铝制成的箔。
此外，涂覆有诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PolyEthylene Terephthalate,PET)树脂或尼龙(nylon)树脂之类的绝缘材料的绝缘层可形成在金属层的一个表面上，以确保电池单元与外部之间的绝缘。
此外，诸如浇铸聚丙烯(Casted PolyPropylene,CPP)或聚丙烯(PolyPropylene,PP)之类的粘合剂层可形成在金属层的另一个表面上，以使上袋和下袋彼此贴合。这种粘合剂层不仅实现上袋与下袋之间的粘合，而且还用作为绝缘层，防止金属层与注入袋壳体内的电解质之间的电接触。
下文将更全面地描述实施例，以便使本公开内容能被容易理解。然而，以下实施例可以以多种不同的形式实施，而不应解释为受限于在此阐述的示例性实施方式。而是，提供这些示例性实施方式以使本公开内容全面和完整，并将本公开内容的范围完全传达给本领域技术人员。
1.上袋和下袋的密封测试
对包括由铝制成的金属箔层、形成在金属箔层的一个表面上的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层和形成在金属箔层的另一个表面上的聚丙烯粘合剂层且重量为10gf的上袋和下袋进行密封测试。在此，当上袋和下袋被密封后，允许粘合剂层彼此接触。
2.根据外力作用的物理特性评估
通过对上袋和下袋每一者施加不同程度的外力来进行测试。下表1示出了测试条件、临时附着区域的形状和高温密封强度。在此，高温密封强度是通过在腔室中在80℃高温下测定密封强度而确定的(以50mm/min的速率测定)。此外，将外力施加时间控制为第一压力施加时间的1.5倍来进行测试。当外力施加时间超过第一压力施加时间的2倍时，不能充分地控制粘合剂层且密封强度下降。
[表1]
在实施例1中，将对应于2倍袋重量的外力分别沿向上方向和向下方向施加至上袋和下袋的每一者。在实施例2中，施加对应于5倍袋重量的外力。在实施例的情形中，可以看出，临时附着区域的形状不是球形，而且具有足够的密封强度。
同时，在未施加外力的比较例1的情形中，临时附着区域的形状为局部球形，且高温密封强度下降至各实施例的高温密封强度的大约一半。
此外，在外力施加过度的比较例2的情形中，金属层与粘合剂层之间的界面被损坏，且临时附着区域的形状发生变形。特别地，可以看出，比较例2显示出2.9kgf/15mm的高温密封强度，这显著低于各实施例的高温密封强度。
图8至图11示出了根据实施例1和2以及比较例1和2的各个密封部分的形状。可以看出，附图支持上表1的结果。
3.根据第二压力(气动压力)的作用的密封部分的物理特性评估
当上袋和下袋在第一压力下向彼此加压的同时，将作为与第一压力垂直作用的第二压力的气动压力沿着朝向袋壳体的外部的方向施加至密封部分以进行测试。下表2示出了根据各个实施例和比较例的测试条件、临时附着区域的形状和高温密封强度。在此，高温密封强度是通过在腔室中在80℃高温下测定密封强度而确定的(以50mm/min的速率测定)，第二压力(气动压力)施加时间被控制为第一压力施加时间的1.5倍。当气动压力施加时间大于第一压力施加时间的2倍时，不能充分地控制临时附着区域且密封强度下降。
[表2]
在实施例3的情形中，虽然在临时附着区域中形成了微小的球形，但与比较例相比，该球形是微不足道的。在实施例4的情形中，未产生球形，且提供了足够的密封强度。
同时，在未施加作为第二压力的气动压力的比较例3的情形中，可以看出，临时附着区域的形状为局部球形，且高温密封强度为4.9kgf/15mm，这显著低于各实施例的高温密封强度。
此外，在第二压力施加过度的比较例4的情形中，粘合剂层被损坏。此外，可以看出，比较例4显示出4.3kgf/15mm的高温密封强度，这显著低于各实施例的高温密封强度。
图12至图15示出了根据实施例3和4以及比较例3和4的各个密封部分的形状。可以看出，附图支持上表2的结果。
4.根据外力与第二压力(气动压力)的结合的作用的密封部分的物理特性评估
通过施加根据实施例1的外力结合根据实施例3的第二压力来进行测试。下表3示出了根据实施例5的测试条件、临时附着区域的形状和高温密封强度。
[表3]
分项 实施例5
外力的程度 20gf
第二压力的程度 0.1MPa
临时附着区域的形状 未产生球形
高温密封强度 8.5kgf/15mm
在实施例5的情形中，可以看出，未产生球形的临时附着区域，且提供了足够的密封强度。图16示出了根据实施例5的密封部分。
在每个实施方式中描述的特征可以在单个实施方式中结合起来实现。另一方面，在单个实施方式中描述的各种特征可以单独或以适当的子组合(subcombination)在不同的实施方式中实现。
在说明书或附图中，诸如“顶部”、“底部”、“内部”和“外部”之类的术语用于相对地区分一个元件和另一个元件且具有用来提高描述效率的工具性概念。因此，这些术语不应被解释为用于在绝对基础上区分任何物理位置或顺序的概念。
已参照具体实施方式和附图详细地描述了本公开内容，但应当理解，本公开内容的范围并不限于此。还应理解的是，根据此详细描述，在本公开内容范围内的各种改变和修改对于本领域技术人员来说将变得显而易见。

Claims (13)

1.一种用于密封袋型二次电池的袋壳体的方法，所述方法包括以下步骤：
接收步骤，其中在上袋与下袋之间形成的内部空间中接收电极组件；和
密封步骤，其中向外周密封部分施加第一压力，所述上袋和所述下袋在所述外周密封部分处沿纵向方向被密封，然后解除压力，
其中通过沿向上方向对所述上袋施加外力和沿向下方向对所述下袋施加外力来实施所述密封步骤，或者通过从所述袋壳体的内部沿朝向外部的方向对所述密封部分施加与所述第一压力垂直作用的第二压力来实施所述密封步骤。
2.根据权利要求1所述的用于密封袋壳体的方法，其中实施所述密封步骤，使得通过基于所述上袋和所述下袋的所述外周密封部分的平行粘接端而被朝向所述内部空间的方向推动的所述密封部分形成的临时附着区域的形状不具有局部球形。
3.根据权利要求1所述的用于密封袋壳体的方法，其中通过加热块来实施所述密封步骤，所述加热块经由热源的传递对所述上袋和所述下袋的所述外周密封部分进行热熔合。
4.根据权利要求1所述的用于密封袋壳体的方法，其中通过利用真空吸附垫沿所述向上方向对所述上袋施加外力和沿所述向下方向对所述下袋施加外力来实施所述密封步骤。
5.根据权利要求1所述的用于密封袋壳体的方法，其中所述密封步骤中的所述第二压力是气动压力。
6.根据权利要求1所述的用于密封袋壳体的方法，其中沿所述向上方向施加至所述上袋的外力的程度是所述上袋的重量的2-5倍，且沿所述向下方向施加至所述下袋的外力的程度是所述下袋的重量的2-5倍。
7.根据权利要求1所述的用于密封袋壳体的方法，其中在所述密封步骤中，所述外力施加时间是所述第一压力施加时间的1.5-2倍。
8.根据权利要求1所述的用于密封袋壳体的方法，其中在所述密封步骤中，所述第二压力是0.1-0.15MPa。
9.根据权利要求1所述的用于密封袋壳体的方法，其中在所述密封步骤中，所述第二压力施加时间是所述第一压力施加时间的1.5-2倍。
10.根据权利要求1所述的用于密封袋壳体的方法，其中所述上袋和所述下袋独立地包括金属层、形成在所述金属层的一个表面上的绝缘层和形成在所述金属层的另一个表面上的粘合剂层。
11.根据权利要求10所述的用于密封袋壳体的方法，其中所述金属层是铝层。
12.根据权利要求10所述的用于密封袋壳体的方法，其中所述绝缘层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、尼龙树脂或它们的组合。
13.根据权利要求10所述的用于密封袋壳体的方法，其中所述粘合剂层包括浇铸聚丙烯、聚丙烯或它们的组合。
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