CN110495034A - 用于制造二次电池的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于制造二次电池的系统，所述系统包括：正极电池生产线，在所述正极电池生产线中连续制造正极单电池，在所述正极单电池上，在正极的一端上加工接片并且在正极的一个表面上组合隔板；负极电池生产线，在所述负极电池生产线中连续制造负极单电池，在所述负极单电池上，在负极的一端上加工接片并且在负极的一个表面上组合隔板；和堆叠部，所述堆叠部交替接收来自正极电池生产线和负极电池生产线的正极单电池和负极单电池，以将正极单电池和负极单电池堆叠至预定层，从而形成堆叠电池。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年12月26日提交的韩国专利申请第10-2017-0179347号的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及一种用于制造二次电池的系统和方法，更具体地，涉及一种在从电极基材(正极基材和负极基材)的加工到封装的连续工艺中制造二次电池的用于制造二次电池的系统和方法。
背景技术
在包括个人便携式终端和电动车辆领域的各种领域中，对作为能源的二次电池的需求正在迅速增加。
与一次电池不同，可再充电的二次电池不仅被开发用于数字设备，而且用于车辆，诸如电动车辆。
根据正极和负极的材料和外部形状对二次电池进行各种分类。其中，由于使用锂化合物材料的锂二次电池具有大容量和低自放电率，因此代替现有技术中的镍镉二次电池，锂二次电池被广泛用作各种电气装置的电源。
此外，锂二次电池可以制造成各种形状。代表性地，锂二次电池可以分为圆柱型二次电池、棱柱型二次电池和袋型二次电池。这里，用于电能充电和放电的电极组件置于壳体中。电极组件具有其中负极、隔板和正极堆叠并且与电解质一起置于壳体(袋型或圆柱型壳体等)中的结构。
正极、负极和隔板中的每一个由考虑到电池寿命、充电/放电容量、温度特性、安全性等而选择的材料制成。重复进行锂离子从正极的锂金属氧化物嵌入负极和从负极脱嵌的过程，以对锂二次电池进行充电/放电。
通常，将多个单元电池组装以构成一个电极组件，每个单元电池具有正极/隔板/负极的三层结构、或者正极/隔板/负极/隔板/正极或负极/隔板/正极/隔板/负极的五层结构。
电极组件可以被制造成代表性地分类为卷绕型(果冻卷型)、堆叠型(堆栈型)、堆叠及折叠型。将含有电极活性材料的电极浆料涂覆到由金属箔制成的集电体的表面上，并干燥和压制，然后，将集电体切割成具有所需的宽度和长度，以制造正极和负极。然后，在正极和负极之间堆叠隔板，并将堆层螺旋卷绕成卷绕型电极组件。卷绕型电极组件具有圆柱形状，因此安装在圆柱型二次电池上。此外，堆叠型电极组件具有负极、隔板和正极被切割成适当的尺寸然后连续堆叠的结构。通常，堆叠型电极组件安装在袋型二次电池上。
堆叠及折叠型电极组件具有卷绕型电极组件的结构和堆叠型电极组件的结构彼此混合的结构。也就是说，每个单元电池b被提供为全电池或者双电池，所述全电池具有预定单元尺寸以及正极/隔板/负极的结构，所述双电池具有预定单元尺寸以及负(正)极/隔板/正(负)极/隔板/负(正)极的结构。如图1所示，将单元电池b放置在折叠隔板上，然后连续折叠。
制造堆叠及折叠型电极组件的工艺在质量和生产率方面具有以下缺点。首先，在制造作为全电池或双电池提供的单元电池b时或当单元电池b安放在折叠隔板a上时发生缺陷的情况下，通过折叠该折叠隔板a制造的整个电极组件中可发生缺陷从而增加了浪费损失。而且，可能难以掌握设置在中心的单元电池b的位置以及折叠隔板折叠时单元电池b是否折叠。因此，可能存在缺陷。另外，当单元电池b安放在折叠隔板a上时，完成的电极隔板可能会因初始微小误差而扭曲。另外，由于单元电池b在以半成品状态传送后位于隔板a上，因此在传送过程中可能延迟该过程。在提供单元电池作为双电池的情况中，在库存管理方面可能存在缺点，因为需要匹配双电池。
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供一种用于制造具有堆叠型结构的二次电池的系统及用于制造二次电池的方法，并且本发明能够通过在用于二次电池的生产系统中从加工到封装电极基材的连续工艺而解决上述问题。
技术方案
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于制造二次电池的系统，该系统包括：正极电池生产线，在所述正极电池生产线中连续制造正极单电池，在所述正极单电池上，在正极的一端上加工接片并且在所述正极的一个表面上组合隔板；负极电池生产线，在所述负极电池生产线中连续制造负极单电池，在所述负极单电池上，在负极的一端上加工接片并且在所述负极的一个表面上组合隔板；和堆叠部，所述堆叠部从所述正极电池生产线和所述负极电池生产线交替地接收所述正极单电池和所述负极单电池，以将所述正极单电池和所述负极单电池堆叠至预定层，从而形成堆叠电池。
此外，该系统还可以包括：焊接部，在该焊接部中执行初级焊接，使得从所述堆叠部传送的所述堆叠电池的负极接片彼此连接以形成一个接片，并且从所述堆叠部传送的所述堆叠电池的正极接片彼此连接以形成一个接片；和封装部，在该封装部中将从所述焊接部传送的所述堆叠电池放入袋中，并且将所述袋部分地密封，其中所述正极电池生产线和所述负极电池生产线彼此并行地连接，并且所述堆叠部、所述焊接部和所述封装部相继地彼此串联连接以执行连续处理。
堆叠部可以设置在所述正极电池生产线和所述负极电池生产线的终端部分之间的中心处，以交替地朝向所述正极电池生产线的终端部分和所述负极电池生产线的终端部分旋转，从而交替地接收所述正极单电池和所述负极单电池。例如，由于系统包括能够在两个方向上旋转的转台，所以正极单电池和负极单电池可以相继地堆叠在转台的旋转位置上。
堆叠电池可以具有隔板、正极、隔板和负极连续堆叠的结构，其中隔板可以设置在最下端，并且正极可以设置在最上端。
堆叠部可以包括对准器，该对准器能够在负极单电池和正极单电池交替堆叠时确定堆叠位置并调整堆叠位置。
对准器可以光学地识别堆叠的每个负极单电池和正极单电池的形状，以计算相对于执行堆叠的正确位置的误差。
此外，在焊接部中执行次级焊接，使得彼此连接以形成一个接片的负极接片和彼此连接以形成一个接片的正极接片分别另外连接到负极引线和正极引线。焊接部可以设置为传送器，所述传送器将堆叠电池从堆叠部移动到封装部。
分别放入正极电池生产线和负极电池生产线中的正极基材和负极基材可以置于真空干燥状态。
在正极电池生产线和负极电池生产线中可以执行：用于模制所述正极基材和所述负极基材的端部以形成接片的开槽处理；用于将所述正极基材和所述负极基材切割成预定尺寸以形成正极和负极的切割处理；以及在每个切割的正极和负极的一个表面上组合隔板的组合处理。
该系统可以进一步包括与封装部串联连接的注入液体密封部，其中在注入液体密封部中，可以将电解质注入到袋中，并且可以密封袋的剩余部分。
根据本发明的用于制造二次电池的方法包括以下步骤：交替地提供正极单电池和负极单电池，在所述正极单电池上，在正极的一端上加工接片并且在所述正极的一个表面上组合隔板，在所述负极单电池上，在负极的一端上加工接片并且在所述负极的一个表面上组合隔板；交替地堆叠所述正极单电池和所述负极单电池至预定层，以形成堆叠电池；将所述堆叠电池的负极接片彼此连接以形成一个接片，将所述堆叠电池的正极接片彼此连接以形成一个接片，并将每个接片焊接至引线；以及将所述堆叠电池放入袋中，以部分地密封所述袋，其中所述步骤相继地连接，以执行连续处理。
有益效果
可以通过从电极基材的加工到封装的连续处理来实现具有上述布置的本发明，以解决现有技术的上述问题。也就是说，可以减少浪费损失，并且可以在堆叠电极期间掌握堆叠状态。另外，可以去除传送半成品状态的步骤，并且可以更容易地进行库存管理。
附图说明
图1是示出根据现有技术以堆叠及折叠方式制造电极组件的状态的视图。
图2是示出根据本发明的制造系统的整个布置的过程图。
图3是示出在正极电池生产线和负极电池生产线中处理的正极单电池或负极单电池的视图。
图4是示出堆叠电池的透视图，其中在堆叠部中交替地堆叠正极单电池和负极单电池。
图5A是示出在焊接部上进行初级焊接的状态的侧视图。
图5B是示出在焊接部上进行次级焊接的状态的侧视图。
图6是示出在封装部中将堆叠电池插入袋中并且将袋的两侧密封的状态的透视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实施例，使得本发明所属领域的普通技术人员可以容易地实施本发明的技术构思。然而，本发明可以以不同的形式实施，并且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。
为了清楚地说明本发明，省略了与描述无关的部分，并且在整个说明书中相同或相似的部件由相同的附图标记表示。
此外，本说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应被限制性地解释为普通含义或基于词典的含义，而应基于发明人可以恰当地定义术语的概念的原理而解释为符合本发明范围的含义和概念，以最佳方式描述和解释发明。
本发明涉及一种用于制造其中置入了电极组件的二次电池的系统。在下文中，将参考附图更详细地描述本发明的实施例。
实施例1
图2是示出根据本发明的制造系统的整体布置的过程图。参考图2，在根据本发明的制造系统中，正极电池生产线20和负极电池生产线30彼此平行设置，然后，堆叠部40、焊接部50、封装部60和注入液体密封部70串联设置，从而进行连续处理。
在正极电池生产线20和负极电池生产线30中，在各自的入口侧连续地放入用于在每个集电体的一个表面上涂覆电极浆料(正极浆料和负极浆料)的电极基材(正极基材和负极基材)以开始处理。在每个生产线的终端部分制造正极单电池和负极单电池，然后排出正极单电池和负极单电池，在正极单电池和负极单电池上加工接片1a和2a，并且在每个电池的一个表面上组合每个隔板3。在此，将分别放入正极电池生产线和负极电池生产线的正极基材和负极基材置于真空干燥状态。
也就是说，如图3所示，在正极电池生产线和负极电池生产线中，执行用于模制正极基材和负极基材的端部(未在集电体上涂覆电极浆料的部分)以形成接片1a和2a的开槽处理，然后执行将每个正极基材和负极基材切割成预定尺寸的切割处理和在每个切割的正极1和负极2的一个表面上组合隔板3的组合处理。也就是说，正极单电池可以表示一个正极1和一个隔板3的组合，负极单电池可以表示一个负极2和一个隔板3的组合。
分别在正极电池生产线20和负极电池生产线30中制造的正极单电池和负极单电池在彼此不同的时间交替地排出。因此，正极单电池和负极单电池可以交替地传送到设置在正极电池生产线和负极电池生产线的终端部分处的堆叠部40，然后堆叠至预定层以制造如图4所示的堆叠电池10。这里，根据本发明，堆叠电池10具有连续堆叠隔板3、正极1、隔板3和负极2的结构。隔板3设置在最下端，正极1设置在最上端。
堆叠部40可包括诸如可在两个方向上旋转的转台这样的装置。转台配置成可通过电能、液压、气动压力等在两个方向上旋转。转台可以设置在正极电池生产线20和负极电池生产线30的终端部分之间的中心处以交替旋转，从而交替地接收正极单电池和负极单电池。因此，正极单电池和负极单电池可以连续堆叠在转台上。
此外，堆叠部40可以包括校正对准器，当负极单电池和正极单电池交替堆叠在转台上时，该校正对准器能够确定堆叠位置并调整堆叠位置。
可以使用市售设备作为对准器。对准器被配置为光学地识别堆叠的每个负极单电池和正极单电池的形状，计算与执行堆叠的正确位置的误差，以及向/从转台的旋转控制装置发送和接收数据，从而实时校正旋转位置。
或者，可以制造对准器以不仅通过负极单电池和正极单电池的光学感测，还通过其他已知的测量方法掌握堆叠状态。
在堆叠部40中制造的堆叠电池10被传送到焊接部50。在该实施例中，焊接部50被设置为传送器，该传送器将堆叠电池10从堆叠部移动到封装部60。在焊接部50上连续进行初级焊接和次级焊接。
如图5A所示，执行初级焊接，使得从堆叠部40传送的堆叠电池10的负极接片可以被收集并彼此接合以形成一个接片11，并且从堆叠部40传送的堆叠电池10的正极接片可以被收集并彼此接合以形成一个接片11。如图5B所示，执行次级焊接，使得形成为一个接片11的负极接片和形成为一个接片11的正极接片分别连接到引线12(负极引线和正极引线)。
作为参考，初级焊接优选地通过具有较小热变形的超声焊接来执行，并且次级焊接优选地通过能够实现相对较高焊接强度的激光焊接来执行。
此外，经过焊接部50的堆叠电池10为接合有引线12的电极组件，所述堆叠电池10被传送到封装部60，然后在封装部60中被置于袋13中。如图6所示，袋13具有其中容器形状的下端和盖形状的上端连接到一个侧边的结构，并且袋13还具有矩形形状。在封装部60中，当在袋13的上端敞开的状态下置入堆叠电池10时，在上端覆盖下端的状态下密封两侧。因此，除了一个侧边(相对于上端和下端彼此连接的侧边)之外的其余三个侧边被密封，并且开口13a仅形成在一个侧边。作为参考，封装部60还可以包括像堆叠部40那样的可旋转转台。当转台旋转时，连续执行堆叠电池10的插入、上端的覆盖和袋13的密封。
在这种状态下，其中置入堆叠电池10的袋13被传送到注入液体密封部70。在注入液体密封部70中，通过袋13的开口13a注入电解质。注入完成时，开口13a被密封。当袋13完全密封时，袋13被传送到执行充电/放电的激活处理。
在根据本发明的具有上述组成部分的制造系统中，正极电池生产线20和负极电池生产线30彼此并行连接，然后，堆叠部40、焊接部50和封装部60相继串联连接以进行连续处理。因此，执行从电极基材的加工到封装的连续处理，以提高二次电池的制造过程中的产量和质量，并且还提高生产率。
也就是说，可以减少浪费损失，并且可以在堆叠电极期间掌握堆叠状态。另外，可以去除传送半成品状态的步骤，并且可以更容易地进行库存管理。
实施例2
在本发明中，另外提供了一种用于制造二次电池的方法，上述制造系统应用于该方法。根据该实施例的制造方法包括交替地提供正极单电池和负极单电池的步骤，在所述正极单电池上，在正极1的一端上加工接片1a并且在正极1的一个表面上组合隔板3，在所述负极单电池上，在负极2的一端上加工接片2a并且在负极2的一个表面上组合隔板。通过正极电池生产线20和负极电池生产线30执行该步骤。
此外，执行通过堆叠部40将正极单电池和负极单电池交替堆叠至预定层以形成堆叠电池10的步骤、和通过焊接部50将负极接片彼此连接以形成一个接片11及将正极接片彼此连接以形成一个接片11并且将每个接片11焊接到引线12的步骤。
最后，在封装部60中执行将堆叠电池10放入袋13中以部分地密封袋13的步骤。
这里，连续执行这些步骤，因为这些步骤相继地彼此连接。
虽然已经参考具体实施例描述了本发明的实施例，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离以下权利要求所定义的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改。
Claims (12)
1.一种用于制造二次电池的系统，所述系统包括：
正极电池生产线，在所述正极电池生产线中连续制造正极单电池，在所述正极单电池上，在正极的一端上加工接片并且在所述正极的一个表面上组合隔板；
负极电池生产线，在所述负极电池生产线中连续制造负极单电池，在所述负极单电池上，在负极的一端上加工接片并且在所述负极的一个表面上组合隔板；和
堆叠部，所述堆叠部从所述正极电池生产线和所述负极电池生产线交替地接收所述正极单电池和所述负极单电池，以将所述正极单电池和所述负极单电池堆叠至预定层，从而形成堆叠电池。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括：
焊接部，在所述焊接部中执行初级焊接，使得从所述堆叠部传送的所述堆叠电池的负极接片彼此连接以形成一个接片，并且从所述堆叠部传送的所述堆叠电池的正极接片彼此连接以形成一个接片；和
封装部，在所述封装部中将从所述焊接部传送的所述堆叠电池放入袋中，并且将所述袋部分地密封，
其中所述正极电池生产线和所述负极电池生产线彼此并行地连接，并且所述堆叠部、所述焊接部和所述封装部相继地彼此串联连接以执行连续处理。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述堆叠部设置在所述正极电池生产线和所述负极电池生产线的终端部分之间的中心处，以交替地朝向所述正极电池生产线的终端部分和所述负极电池生产线的终端部分旋转，从而交替地接收所述正极单电池和所述负极单电池。
4.根据权利要求2所述的系统，其中所述堆叠电池具有隔板、正极、隔板和负极连续堆叠的结构，其中所述隔板设置在最下端，并且所述正极设置在最上端。
5.根据权利要求3所述的系统，其中所述堆叠部包括对准器，所述对准器能够在所述负极单电池和所述正极单电池交替堆叠时确定堆叠位置并调整所述堆叠位置。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述对准器光学地识别堆叠的所述负极单电池和所述正极单电池中的每一个的形状，以计算相对于执行堆叠的正确位置的误差。
7.根据权利要求2所述的系统，其中在所述焊接部中执行次级焊接，使得彼此连接以形成一个接片的所述负极接片以及彼此连接以形成一个接片的所述正极接片分别另外连接到负极引线和正极引线。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述焊接部被设置为传送器，所述传送器将所述堆叠电池从所述堆叠部移动到所述封装部。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其中将分别放入所述正极电池生产线和所述负极电池生产线中的正极基材和负极基材置于真空干燥状态。
10.根据权利要求9所述的系统，其中在所述正极电池生产线和所述负极电池生产线中执行：用于模制所述正极基材和所述负极基材的端部以形成接片的开槽处理；用于将所述正极基材和所述负极基材切割成预定尺寸以形成正极和负极的切割处理；以及在每个切割的正极和负极的一个表面上组合隔板的组合处理。
11.根据权利要求2至8中任一项所述的系统，还包括与所述封装部串联连接的注入液体密封部，
其中在所述注入液体密封部中，将电解质注入所述袋中，并密封所述袋的剩余部分。
12.一种用于制造二次电池的方法，所述方法包括以下步骤：
交替地提供正极单电池和负极单电池，在所述正极单电池上，在正极的一端上加工接片并且在所述正极的一个表面上组合隔板，在所述负极单电池上，在负极的一端上加工接片并且在所述负极的一个表面上组合隔板；
交替地堆叠所述正极单电池和所述负极单电池至预定层，以形成堆叠电池；
将所述堆叠电池的负极接片彼此连接以形成一个接片，将所述堆叠电池的正极接片彼此连接以形成一个接片，并将每个接片焊接至引线；以及
将所述堆叠电池放入袋中，以部分地密封所述袋，
其中所述步骤相继地连接，以执行连续处理。
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