CN109328412A - 用于制造二次电池的方法和使用该方法的二次电池 - Google Patents

用于制造二次电池的方法和使用该方法的二次电池 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于制造二次电池的方法和使用该方法的二次电池，其可改善电极板的切割表面的质量并提高二次电池的可靠性。例如，公开了一种用于制造二次电池的方法，该方法包括：通过在集电板的两个表面上涂覆活性物质来形成活性物质层的活性物质层形成步骤；通过将激光束照射到所述集电板的所述两个表面上来去除所述活性物质层的一部分的活性物质层去除步骤；和通过将激光束照射到已经在所述活性物质层去除步骤中去除了活性物质层的所述集电板上来切割所述集电板的切割步骤。

Description

用于制造二次电池的方法和使用该方法的二次电池
技术领域
本发明涉及用于制造二次电池的方法和使用该方法的二次电池。
背景技术
通常，与不能充电的一次电池不同，二次电池可被再充电。由一个单电池单元组成的低容量二次电池用作诸如蜂窝电话或便携式摄像机的各种便携式小型电子设备的电源。其中数十个电池单元以电池组连接的高容量二次电池用作马达驱动器的电源，马达驱动器诸如为电动自行车、电动踏板车、混合动力车辆或电动车辆中的马达驱动器。
在二次电池的各种部件中，电极板应该被精确地切割以适合于待制造的二次电池的尺寸，以便增加电池容量同时降低容量离散度，从而提高二次电池的质量。为了精确地切割电极板，通常使用模具进行切割或切断。
然而，由于模具的寿命有限，使用模具的切割可能需要频繁的维护和修理工作，并且根据产品规格的变化而不得不更换模具。另外，从质量的观点来看，切割刃在重复使用模具的情况下会变钝，从而降低切割质量，相应地，在电极板上可能会出现锋利且尖锐的毛刺。另外，由于电极板是在电极板上涂覆有活性物质的状态下进行切割的，因此活性物质可能以颗粒的形式散布，从而由于污染而造成二次电池的缺陷。
发明内容
技术问题
本发明提供一种用于制造二次电池的方法和使用该方法的二次电池，其可改善电极板的切割表面的质量并提高二次电池的可靠性。
技术方案
在本发明的示例性实施例中，提供一种用于制造二次电池的方法，该方法包括：通过在集电板的两个表面上涂覆活性物质来形成活性物质层的活性物质层形成步骤；通过将激光束照射到所述集电板的所述两个表面上来去除所述活性物质层的一部分的活性物质层去除步骤；和通过将激光束照射到已经在所述活性物质层去除步骤中去除了活性物质层的所述集电板上来切割所述集电板的切割步骤。
在所述活性物质层形成步骤中照射的激光束可具有5纳秒至100纳秒的脉冲宽度和10KW至50KW的峰值功率，并且可以是具有20W至200W的输出容量的红外脉冲激光。
在所述切割步骤中照射的激光束可以是具有300W至1KW的输出容量的红外激光。
可通过由在所述切割步骤中照射的激光束熔化所述集电板并冷却而在所述集电板的切割表面上形成具有圆形或椭圆形横截面的熔珠部(bead part)。
所述熔珠部可具有在1μm至100μm范围内的宽度。
可通过在所述活性物质层去除步骤中照射的激光束在所述切割表面和所述活性物质层之间形成已经去除了活性物质的未涂覆部分，并且所述未涂覆部分可具有0.1mm至3mm的宽度。
在本发明的另一示例性实施例中，提供一种二次电池，该二次电池包括电极组件和接纳所述电极组件的壳体，其中所述电极组件包括电极板，并且所述电极板包括集电板、通过在所述集电板上涂覆活性物质形成的活性物质层以及形成在所述集电板的长度方向上的相对端处的未涂覆部分，所述活性物质已经通过激光束从所述未涂覆部分去除。
具有圆形或椭圆形横截面的熔珠部可通过由激光束熔化所述集电板并冷却而被形成在位于所述集电板的长度方向上的相对端上的切割表面上。
所述熔珠部可具有在1μm至100μm范围内的宽度。
所述未涂覆部分可具有0.1mm至3mm的宽度。
有益效果
如上所述，在根据本发明的实施例的用于制造二次电池的方法中，在使用激光束从待切割的部分去除活性物质之后切割集电板，从而通过防止由于活性物质引起的污染以及由于毛刺引起的电短路而提高切割表面的质量。相应地，可改善根据本发明的二次电池。
另外，在根据本发明的实施例的用于制造二次电池的方法中，具有均匀的厚度和/或直径的类似于圆形、椭圆形或焊珠的熔珠部被形成在电极板的切割表面上，以防止熔珠部刺入用于将电极板彼此隔开的隔板中，从而抑制电短路的发生。相应地，可以改善根据本发明的二次电池。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例的用于制造二次电池的方法的流程图。
图2a至图2g是用于解释根据本发明的实施例的用于制造二次电池的方法的剖视图和平面图。
图3是根据本发明的实施例的二次电池的分解立体图。
图4是电极组件的分解立体图。
具体实施方式
在下文中，将详细描述本发明的优选实施例。
本发明的各个实施例可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为局限于在此阐述的示例实施例。相反，本公开的这些示例实施例被提供，以使本公开将是彻底的和完整的，并且将把本公开的发明构思传达给本领域技术人员。
在附图中，为了简洁和清楚起见，夸大了各个部件的尺寸或厚度。相同的附图标记始终指代相同的元件。如在此所使用的，术语“和/或”包括一个或更多个所列相关项目中的任何和所有组合。将理解，尽管在此可使用第一、第二等的术语来描述各个构件、元件、区域、层和/或区段，但是这些构件、元件、区域、层和/或区段不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个构件、元件、区域、层和/或区段与另一个区分开。因此，例如，下面讨论的第一构件、第一元件、第一区域、第一层和/或第一区段可被称为第二构件、第二元件、第二区域、第二层和/或第二区段，而不脱离本公开的教导。
图1是示出根据本发明的实施例的用于制造二次电池的方法的流程图。图2a至图2g是用于解释根据本发明的实施例的用于制造二次电池的方法的剖视图和平面图。
参见图1，根据本发明实施方案的用于制造二次电池的方法包括活性物质层形成步骤(S1)、活性物质层去除步骤(S2)和切割步骤(S3)。图1所示的根据本发明的实施例的用于制造二次电池的方法特别涉及构成二次电池的电极板。这里，电极板可以是例如正电极板，但是以下描述的所有特征也可应用于负电极板。
在活性物质层形成步骤(S1)中，活性物质被涂覆在集电板111的两个表面上。如图2a所示，在活性物质层形成步骤(S1)中，活性物质被涂覆在从退绕辊10展开的集电板111的两个表面上，以形成活性物质层112。活性物质通过狭缝式模具排出并均匀地涂覆在集电板111的两个表面上。例如，集电板111可由铝或铝合金制成的金属箔或网形成，并且活性物质可包括过渡金属氧化物。
另外，如图2b所示，在活性物质层形成步骤(S1)中，活性物质层112被连续地形成在集电板111的整个表面上。如上所述，如果活性物质层112被连续地形成在集电板111上，那么与活性物质层112被间歇地形成在集电板111上的情况相比，可提高涂覆生产率并且可增加电池容量。只要需要便可切割集电板111供用户使用，这将在后面详细描述。
在活性物质层去除步骤(S2)中，通过将激光束照射到集电板111上来去除活性物质层112的一部分。如图2c所示，第一激光部30被定位在集电板111的顶表面和底表面上。这里，第一激光部30可与狭缝式模具20(活性物质通过该狭缝式模具20排出)安装在相同的线上，或者安装在单独的线上，但是第一激光部30的位置不受本发明的限制。第一激光部30可包括例如用于使激光束振荡的激光振荡器、用于扩展激光束尺寸的扩束器以及用于扫描激光束并将激光束聚焦在集电板上的扫描器聚焦透镜单元，但是第一激光部30的构造不受本发明的限制。另外，激光束可基于脉冲波。可使用二氧化碳、YAG、氦、氖等的通用红外(IR)激光振荡器作为第一激光部30。然而，本发明不将所使用的激光振荡器的种类限制于在此所列出的那些。
在活性物质层去除步骤(S2)中，从第一激光部30产生的激光束照射到形成有活性物质层112的集电板111上，以去除活性物质层112的一部分。于是，形成在集电板111的顶表面和底表面上的活性物质层112的一些部分被去除。当然，在活性物质层去除步骤(S2)中，仅形成在集电板111的顶表面上的活性物质层112或仅形成在集电板111的底表面上的活性物质层112可被去除。然而，为了改善切割表面的质量，优选地去除形成在集电板111的顶表面上的活性物质层112和形成在集电板111的底表面上的活性物质层112二者。如图2d所示，在活性物质层去除步骤(S2)中，沿着与集电板111的缠绕方向垂直的方向去除活性物质层112的一部分。激光束可具有在大约5纳秒至大约100纳秒范围内的脉冲宽度、在大约10KW至大约50KW范围内的峰值功率以及在大约20W至大约200W范围内的输出容量。这里，如果激光束的输出容量小于约20W，则不能完全地去除活性物质层112。如果激光束的输出容量大于约200W，则可能去除集电板111的一部分以及活性物质层112。另外，第一激光部30可以是波长在大约1030nm至大约1080nm范围内的红外脉冲激光。如上所述，已经去除了活性物质层112的集电板111可通过卷绕辊50转移到后续工序。
在切割步骤(S3)中，通过将激光束照射到在活性物质层去除步骤(S2)中已经去除了活性物质层的集电板111来切割集电板111。如图2e所示，第二激光部40被定位在集电板111上。第二激光部40可基于连续波。为此，可使用二极管或半导体泵单模连续波激光振荡器。另外，可使用二氧化碳、YAG、氦、氖等的通用红外(IR)激光振荡器作为第二激光部40。然而，本发明不将所使用的激光振荡器的种类限制于在此所列出的那些。另外，第二激光部40与第一激光部30定位在相同的线上。因此，如果已经通过第一激光部30去除了活性物质层的集电板111通过卷绕辊50被转移到第二激光部40的位置，如图2e和图2f所示，则第二激光部40照射激光束以切割集电板111。相应地，完成电极板110(正电极板)的制造。
通常，在活性物质涂覆在电极板上的状态下，只要需要便使用模具切割电极板。这里，切割区域中的活性物质以颗粒的形式散布，可能由于污染而导致缺陷。另外，在使用模具的情况下可能在切割表面上产生毛刺，从而导致电极板之间的电短路。然而，在本发明中，首先去除切割区域中的活性物质，然后使用激光束切割电极板，从而防止由于活性物质引起的污染以及由于毛刺引起的电短路，因而改善切割表面的质量。
激光束可具有300W至1KW的输出容量。这里，如果激光束的输出容量小于300W，则不能适当地切割集电板111。另外，即使激光束的输出容量大于1KW，也不会进一步改善切割质量。另外，从第二激光部40照射的激光束可以是波长在大约1030nm至大约1080nm范围内的红外脉冲激光。
另外，如图2f所示，集电板111的由第二激光部40产生的激光束切割出的切割表面111a与活性物质层112相距大约0.1mm至大约3mm。也就是说，已经通过第一激光部30去除了活性物质的未涂覆部分114形成在切割表面111a和活性物质层112之间而具有大约0.1mm至大约3mm范围内的宽度W1。这里，如果未涂覆部分114的宽度W1小于0.1mm，那么在通过切割集电板111形成切割表面111a时，集电板111的形成有活性物质层112的部分可能被激光束熔化。另外，如果未涂覆部分114的宽度W1大于3mm，则表明活性物质已被过度去除，二次电池的每单位面积的容量会降低。
另外，如图2g所示，在切割表面111a上形成熔珠部113。熔珠部113可以是在集电板111通过激光束熔化时由于集电板111的熔化而形成的一种浮渣。如上所述，由于熔珠部113由通过激光束熔化并冷却的集电板111形成，所以由于表面张力，其可具有大致圆形的横截面。也就是说，熔珠部113可具有与集电板111的长度方向垂直的大致圆形和/或椭圆形的横截面。
熔珠部113可被形成为具有在大约1μm至大约100μm的范围内的宽度W2，优选地在大约30μm至大约40μm的范围内。这里，由于制造工艺的特性，很难使熔珠部113的宽度W2小于大约1μm。然而，通过调节激光束的输出容量，可将熔珠部113的宽度W2控制成小于大约100μm。
如上所述，在根据本发明的实施例的用于制造二次电池的方法中，由于在使用激光束从待切割的部分去除活性物质之后切割集电板111，因此可防止由于活性物质引起的污染以及由于毛刺引起的电短路，从而提高切割表面111a的质量。因此，可改善根据本发明的二次电池。
另外，在根据本发明的实施例的用于制造二次电池的方法中，由于在切割表面111a上形成有具有均匀的厚度和/或直径的类似于圆形、椭圆形或焊珠的熔珠部113，所以可防止熔珠部113刺入用于将电极板彼此隔开的隔板中，从而抑制电短路的发生。另外，由于熔珠部113被形成为具有大致圆化的表面，所以即使在熔珠部113和隔板之间具有直接接触，也能防止隔板被熔珠部113撕裂或损坏。
以下将描述使用以上述方法制造的电极板110的二次电池。前述电极板110将被定义为第一电极板(即，正电极板)。另外，由于极性与第一电极板110相反的第二电极板(即，负电极板)通过与上述相同的方法制造，因此将不给出其描述。
图3是根据本发明的实施例的二次电池的分解立体图。图4是电极组件的分解立体图。
参见图3和图4，根据本发明的实施例的二次电池300可包括电极组件100和袋200。
电极组件100包括第一电极板110、第二电极板120和介于第一电极板110和第二电极板120之间的隔板130。电极组件100被配置成使得第一电极板110、第二电极板120和隔板130的堆叠结构以果冻卷结构卷绕。这里，第一电极板110可用作正电极，第二电极板120可用作负电极。
第一电极板110包括由例如铝或铝合金制成的金属箔或网形成的第一集电板111、通过在第一集电板111上涂覆诸如过渡金属氧化物的第一活性物质形成的第一活性物质层112以及未涂覆第一活性物质的第一未涂覆部分114。另外，第一电极板110包括形成在第一集电板111的长度方向上的相对端处的切割表面111a以及形成在切割表面111a上的熔珠部113。
切割表面111a是为形成第一电极板110而由激光束切割的表面。如上所述，由于熔珠部113通过激光束熔化第一集电板111然后冷却而形成，所以由于表面张力，熔珠部113的横截面形状可以是大致圆形的。也就是说，熔珠部113可具有与第一集电板111的长度方向垂直的大致圆形和/或椭圆形的横截面。此外，熔珠部113可具有比第一集电板111更大的厚度。另外，熔珠部113可被形成为具有在大约1μm至大约100μm范围内的宽度W2，优选地在大约30μm至大约40μm的范围内。这里，由于制造工艺的特性，很难使熔珠部113的宽度W2小于大约1μm。然而，通过调节激光束的输出容量，可将熔珠部113的宽度W2控制成小于大约100μm。
第一未涂覆部分114被形成在第一集电板111的长度方向上的相对侧。也就是说，第一未涂覆部分114位于切割表面111a和第一活性物质层112之间。第一未涂覆部分114的宽度W1在大约0.1mm至大约3mm的范围内。这里，如果第一未涂覆部分114的宽度W1小于0.1mm，那么在通过切割第一集电板111形成切割表面111a时，第一集电板111的形成有活性物质层112的部分可能被激光束熔化。另外，如果第一未涂覆部分114的宽度W1大于3mm，则表明活性物质已被过度去除，二次电池的每单位面积的容量会降低。
另外，第一未涂覆部分114还被形成在与第一集电板111的长度方向垂直的一侧，并且第一电极接线片115附接到第一未涂覆部分114。第一电极接线片115可使用粘合构件115a附接到第一未涂覆部分114。另外，附接有第一电极接线片115的第一未涂覆部分114可通过去除形成在第一集电板111上的第一活性物质层112的一部分而被形成。当然，第一未涂覆部分114还可通过在形成第一电极板110时不在与第一集电板111的长度方向垂直的一侧涂覆活性物质而被形成。在这种情况下，第一未涂覆部分本身可用作第一电极接线片。
第二电极板120包括由例如铜、铜合金、镍或镍合金制成的金属箔或网形成的第二集电板121、通过在第二集电板121上涂覆诸如石墨或碳的第二活性物质形成的第二活性物质层122以及未涂覆第二活性物质的第二未涂覆部分124。另外，第二电极板120包括形成在第二集电板121的长度方向上的相对端处的切割表面121a以及形成在切割表面121a上的熔珠部123。
切割表面121a是为形成第二电极板120而由激光束切割的表面。如上所述，由于熔珠部123通过激光束熔化第二集电板121然后冷却而形成，所以由于表面张力，熔珠部123的横截面形状可以是大致圆形的。也就是说，熔珠部123可具有与第二集电板121的长度方向垂直的大致圆形和/或椭圆形的横截面。此外，熔珠部123可具有比第二集电板121更大的厚度。另外，熔珠部123可被形成为具有在大约1μm至大约100μm范围内的宽度W2，优选地在大约30μm至大约40μm的范围内。这里，由于制造工艺的特性，很难使熔珠部123的宽度W2小于大约1μm。然而，通过调节激光束的输出容量，可将熔珠部123的宽度W2控制成小于大约100μm。
第二未涂覆部分124被形成在第二集电板121的长度方向上的相对侧。也就是说，第二未涂覆部分124位于切割表面121a和第二活性物质层122之间。第二未涂覆部分124的宽度W1在大约0.1mm至大约3mm的范围内。这里，如果第二未涂覆部分124的宽度W1小于0.1mm，那么在通过切割第二集电板121形成切割表面121a时，第二集电板121的形成有活性物质层122的部分可能被激光束熔化。另外，如果第二未涂覆部分124的宽度W1大于3mm，则表明活性物质已被过度去除，二次电池的每单位面积的容量会降低。
另外，第二未涂覆部分124还被形成在与第二集电板121的长度方向垂直的一侧，并且第二电极接线片125附接到第二未涂覆部分124。第二电极接线片125可使用粘合构件125a附接到第二未涂覆部分124。另外，附接有第二电极接线片125的第二未涂覆部分124可通过去除形成在第二集电板121上的第二活性物质层122的一部分而被形成。当然，第二未涂覆部分124还可通过在形成第二电极板120时不在与第二集电板121的长度方向垂直的一侧涂覆活性物质而被形成。在这种情况下，第二未涂覆部分本身可用作第二电极接线片。
隔板130位于第一电极板110和第二电极板120之间，以防止电短路并允许锂离子移动。隔板130可由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或PE和PP的共聚物制成。
电极组件100与电解质一起被容纳在壳体200中。电解质可包括诸如EC(碳酸乙烯酯)、PC(碳酸丙烯酯)、DEC(碳酸二乙酯)、EMC(碳酸甲乙酯)或DMC(碳酸二甲酯)的有机溶剂和诸如六氟磷酸锂(LiPF6)或四氟硼酸锂(LiBF4)的锂盐。另外，电解质可以是液相、固相或凝胶相。
壳体200被形成为袋型。壳体200包括第一袋210和与第一袋210组合的第二袋220，电极组件100被接纳在第一袋210中。壳体200通过弯折一体形成的六面体袋膜的中部而由第一袋210和第二袋220限定。另外，第一袋210包括通过挤压形成在其中的接纳槽211和用于将第一袋210与第二袋220密封的密封部212，电极组件100将被接纳在接纳槽211中。密封部212可沿着一侧(在该侧上第一袋210和第二袋220一体地彼此接触)以及其余三个侧形成。壳体200包括两个长侧和垂直于两个长侧并彼此面对的两个短侧，第一袋210和第二袋220在该两个长侧上彼此接触。这里，电极组件100的第一电极接线片115和第二电极接线片125通过两个短侧中的一个短侧引出，该一个短侧面对连接到第一袋210和第二袋220的另一个短侧。这里，分别形成在第一电极接线片115和第二电极接线片125中的第一绝缘构件115b和第二绝缘构件125b被密封到密封部212。也就是说，第一绝缘构件115b和第二绝缘构件125b被形成在第一电极接线片115和第二电极接线片125与密封部212的接触部分，以防止第一电极接线片115和第二电极接线片125与壳体200电短路。
虽然本发明已经被描述为通过上述制造方法形成的电极板110和120被应用于袋型二次电池，但是电极板110和120还可应用于棱柱形二次电池、圆柱形二次电池和/或具有彼此连接的多个棱柱形二次电池的中型/大型二次电池模块。也就是说，电极板110和120可应用于各种类型的二次电池，并且本发明不限制于在此公开的二次电池的类型。
虽然已经描述了前述实施方案以实施本发明的用于制造二次电池的方法和使用该方法的二次电池，但是这些实施例是出于说明性目的而被阐述，并不用于限制本发明。本领域技术人员将容易理解，在不脱离所附权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，可进行许多更改和变型，并且这些更改和变型被包含在本发明的范围和精神内。

Claims (10)

1.一种用于制造二次电池的方法，该方法包括：
通过在集电板的两个表面上涂覆活性物质来形成活性物质层的活性物质层形成步骤；
通过将激光束照射到所述集电板的所述两个表面上来去除所述活性物质层的一部分的活性物质层去除步骤；和
通过将激光束照射到已经在所述活性物质层去除步骤中去除了活性物质层的所述集电板上来切割所述集电板的切割步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述活性物质层形成步骤中照射的激光束具有5纳秒至100纳秒的脉冲宽度和10KW至50KW的峰值功率，并且是具有20W至200W的输出容量的红外脉冲激光。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在所述切割步骤中照射的激光束是具有300W至1KW的输出容量的红外激光。
4.根据权利要求1所述的方法，其中通过由在所述切割步骤中照射的激光束熔化所述集电板并冷却而在所述集电板的切割表面上形成具有圆形或椭圆形横截面的熔珠部。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述熔珠部具有在1μm至100μm范围内的宽度。
6.根据权利要求4所述的方法，其中通过由在所述活性物质层去除步骤中照射的激光束在所述切割表面和所述活性物质层之间形成所述集电板的已经去除了活性物质层的未涂覆部分，并且所述未涂覆部分具有0.1mm至3mm的宽度。
7.一种二次电池，包括电极组件和接纳所述电极组件的壳体，其中所述电极组件包括电极板，并且所述电极板包括集电板、通过在所述集电板上涂覆活性物质形成的活性物质层以及形成在所述集电板的长度方向上的相对端处的未涂覆部分，所述活性物质层已经通过激光束从所述未涂覆部分去除。
8.根据权利要求7所述的二次电池，其中具有圆形或椭圆形横截面的熔珠部通过由激光束熔化所述集电板并冷却而被形成在位于所述集电板的长度方向上的相对端上的切割表面上。
9.根据权利要求8所述的二次电池，其中所述熔珠部具有在1μm至100μm范围内的宽度。
10.根据权利要求7所述的二次电池，其中所述未涂覆部分具有0.1mm至3mm的宽度。
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