CN110603680B - 电极组件及其制造方法、制造二次电池的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造电极组件的方法，该方法包括以下步骤：将彼此隔开的多个第一电极逐个地插入两个隔膜之间；在设置了第一电极的多个位置中的与每两个第一电极相对应的位置处，将第二电极布置在位于第一电极的相对两侧上的隔膜中的每一个的外表面上，从而以交替的和连续的方式形成双电池和半电池，在每个双电池中具有按顺序堆叠的第二电极/隔膜/第一电极/隔膜/第二电极，并且在每个半电池中具有按顺序堆叠的隔膜/第一电极/隔膜；将双电池和半电池切割成单元电芯，每个单元电芯具有彼此连接的一个双电池和一个半电池；折叠每个单元电芯以堆叠双电池和半电池；以及通过堆叠多个折叠后的单元电芯以制造电极组件。

Description

电极组件及其制造方法、制造二次电池的方法
技术领域
本申请要求2018年2月1日提交的韩国专利申请No.10-2018-0012994的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本发明涉及一种电极组件及其制造方法，更具体地，涉及一种能够改善二次电池的对准、实现高容量电池并且在出现缺陷时降低损耗率的电极组件及其制造方法。
背景技术
与一次电池不同，二次电池是可再充电的，并且紧凑尺寸和高容量的可能性很高。因此，近来正在对可再充电电池进行许多研究。随着技术的发展和对移动设备的需求的增加，对作为能源的可再充电电池的需求正在迅速增加。
这样的二次电池被配置为使得电极组件内置于电池壳体(例如，袋、罐等)中。由于其中堆叠正极/隔膜/负极的结构，内置在电池壳体中的电极组件可以重复充电和放电。
图1a是示出通过根据现有技术的电极组件之间的堆叠和折叠工艺制造电极组件的过程的侧视图。
参照图1a，堆叠和折叠型电极组件具有这样的结构，即将多个单元电芯4放置在片式隔膜5上，并且片式隔膜5沿一个方向L折叠，在单元电芯4中正极1、隔膜3和负极2顺序地堆叠。
与其它结构相比，根据现有技术的具有上述结构的堆叠和折叠型电极组件具有稳定性相对提高的优点，但是也存在缺点。
首先，在根据现有技术的堆叠和折叠型电极组件11中，正极1、隔膜3和负极2被堆叠，然后被切割成基本单元以形成单独的单元电芯。接着，将单元电芯4附接到片式隔膜5上以执行折叠工艺。因此，制造电极组件的过程可能很复杂。
此外，在制造单元电芯4的过程中，在正极1、负极2和隔膜3中的每一个中产生的公差可能累积。然后，当在下一工艺中折叠单元电芯4时，可能再次累积折叠和堆叠时单元电芯之间的公差而显著地引起正极1与负极2不对准的突出问题。
随着堆叠单元电芯4的数量增加(即，折叠次数增加)，这种突出区域A可能增大。也就是说，在该工艺中，当构成单元电芯4的堆叠电极的数量增加时，折叠次数可以减少。然而，当构成单元电芯4的堆叠电极的数量增加时，在折叠时难以对准电极。
此外，图1b是示出通过层压和堆叠工艺制造的电极组件的堆叠形状的侧视图。如图1b所示，在层压和堆叠工艺中，通过层压正极1、隔膜3、负极2和隔膜3而制造的各单元电芯通过隔膜3的外部尺寸对齐。在这种情况下，也可能出现突出问题。也就是说，在制造单元电芯时，可能累积多个电极1和2以及多个隔膜3的各个公差，并且也可能累积单元电芯之间的公差而引起正极1位于负极2之外的突出问题。图1b示出了突出区域A，该突出区域A是正极1位于负极2之外的区域。
此外，为了解决上述问题，申请人已于2016年10月10日提交了名称为“电极组件及其制造方法”的专利申请(韩国专利申请No.10-2016-0128583)，其中负极以预定间隔设置在两个隔膜之间，并且正极设置在每隔一个负极的两个表面上，从而以Z字形堆叠。然而，Z字形堆叠结构虽然在减少突出问题方面是有效的，但是存在的问题在于，如果在一个电极处出现位置缺陷，则整个电池也会有缺陷。
发明内容
技术问题
因此，为了解决上述问题，本发明的主要目的是提供一种电极组件及其制造方法。
技术方案
为了实现上述目的，本发明提供了一种电极组件的制造方法，该方法包括以下步骤：将彼此隔开的多个第一电极逐个地插入两个隔膜之间；在设置了第一电极的多个位置中的跳过一个位置的位置处，将第二电极堆叠在第一电极的两侧中的每一侧上的隔膜的外表面中的每一个上，以交替地连续形成双电池和半电池，在双电池中，第二电极/隔膜/第一电极/隔膜/第二电极顺序地堆叠，并且在半电池中，隔膜/第一电极/隔膜顺序地堆叠；将堆叠件切割成一个双电池和一个半电池彼此连接的单元电芯；折叠单元电芯以堆叠双电池和半电池；以及堆叠多个折叠后的单元电芯以制造电极组件。
该方法还可以包括以下步骤：在折叠所述单元电芯之前当切割成所述单元电芯时，执行第一密封，使得所堆叠的隔膜在所述单元电芯的边缘部分处彼此粘附，并且所述第一电极位于所述隔膜之间。
该方法还可以包括以下步骤：在折叠单元电芯之后，执行第二密封，以在所述双电池的边缘部分和所述半电池的边缘部分彼此接触的部分进行粘附。
执行第二密封的位置与执行第一密封的位置可以部分地交叠。
第一密封和第二密封可以通过施加热量和压力来执行使得隔膜彼此粘附。
当堆叠单元电芯时，按照使得折叠部分沿相同方向布置来堆叠单元电芯，所述折叠部分是通过将所述双电池连接到所述半电池而折叠的部分。
当堆叠单元电芯时，如果设置在第n层(其中，n是1或更大的自然数)的单元电芯中的折叠部分被设置成面向一侧，则设置在第(n+1)层的单元电芯的折叠部分可以被设置成面向作为一侧的相反侧的另一侧，所述折叠部分是通过将双电池连接到半电池而折叠的部分。
第一电极可以具有大于或等于第二电极的面积，并且第一电极可以为负极，第二电极可以为正极。
因此，本发明还可以提供一种二次电池的制造方法，其包括如上所述的电极组件的制造方法。即，一种二次电池的制造方法，其包括制造电极组件的步骤和将电极组件内置于壳体中的步骤，其中，根据本发明提供的电极组件的制造方法可以应用于所述电极组件的制造方法。
此外，本发明可以附加地提供通过连续堆叠负极、隔膜和正极而制造的电极组件。根据本发明的电极组件具有其中交替地重复堆叠有双电池和半电池的结构，在双电池中顺序地堆叠正极/隔膜/负极/隔膜/正极，在半电池中顺序地堆叠隔膜/负极/隔膜，并且堆叠多个单元电芯，每个单元电芯具有设置有双电池的一侧和设置有半电池的另一侧，并且每个单元电芯折叠使得双电池和半电池堆叠。
半电池的隔膜和双电池的隔膜可以在任一位置处彼此粘附，以防止在每个单元电芯中折叠的半电池和双电池移动。在彼此相邻的单元电芯中，彼此相邻布置的隔膜在至少一个或更多个位置处彼此粘附。
有益效果
根据本发明的具有上述构造的电极组件可以降低出现根据现有技术的突出的可能性，因为在半电池和双电池彼此连接的状态下设置了单元电芯。此外，由于单元电芯逐个折叠，因此可以解决当出现缺陷时必须丢弃整个电极组件的问题(更具体地，韩国专利申请No.10-2016-0128583中公开的结构的问题)。
此外，在本发明中，可以执行单元电芯的第一密封和/或第二密封，以更有效地防止电极移动，从而应对突出问题。
附图说明
图1a是示出通过堆叠和折叠工艺制造电极组件的过程的侧视图。
图1b是示出通过层压和堆叠工艺制造电极组件的过程的侧视图。
图2a是示出根据本发明实施方式的负极以预定间隔设置在两个隔膜之间的状态的侧视图。
图2b是示出在图2a的状态下正极附接到以预定间隔逐个隔开的负极的两个表面中的每一个的状态的侧视图。
图2c是示出在图2b的状态下附接正极的状态的侧视图。
图3是示出其中一个双电池和一个半电池彼此连接的单元电芯以及在单元电芯的两端中的每一端上执行第一密封的状态的侧视图。
图4是示出单元电芯被折叠的状态的侧视图。
图5a是示出多个单元电芯以布置在相同方向上的状态堆叠的状态的视图。
图5b是示出设置在第n层(其中n是奇数)的单元电芯的折叠部分和设置在第(n+1)层的单元电芯的折叠部分以相反侧设置的状态的视图。
图6a是示出单元电芯折叠前后的状态并且示出执行初次密封和二次密封的点的平面图。
图6b是示出其上执行了二次密封的单元电芯被堆叠的状态的视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施方式，使得本发明所属领域的普通技术人员可以容易地实现本发明的技术思想。然而，本发明可以以不同形式实施，并且不应当被解释为限于这里阐述的实施方式。
为了清楚地示出本发明，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当被限制性地解释为普通含义或基于字典的含义，而应当基于以下的原理被解释为符合本发明的范围的含义和概念：发明人可以适当地定义术语的概念从而以最佳方式描述和解释其发明。
本发明涉及一种解决了突出问题并且降低了由于缺陷引起的损耗率电极组件的制造方法和通过该制造方法制造的电极，并且附加地提供了包括该制造方法的二次电池的制造方法。在下文中，将参照附图更详细地描述根据本发明的实施方式。
实施方式1
图2a是示出根据本发明实施方式的负极20以预定间隔设置在两个隔膜30之间的状态的侧视图，图2b是示出在图2a的状态下正极10附接到以预定间隔逐个隔开的负极20的两个表面中的每一个的状态的侧视图，并且图2c是示出在图2b的状态下附接正极10的状态的侧视图。
参照附图，根据本发明的制造方法从在两个隔膜30之间逐个插入彼此隔开的多个第一电极的步骤开始。
虽然在本发明中第一电极是正极10，但是优选地第一电极是负极20。此外，彼此相邻的负极20之间的距离可以根据每个负极20的厚度、每个隔膜30的厚度、折叠所需的条件等来确定。
此外，如图2b所示，在设置了第一电极的多个位置中的跳过一个位置的位置处，将作为正极10的第二电极堆叠在第一电极的两侧中的每一侧上的隔膜30的外表面中的每一个上。
因此，如图2c所示，正极/隔膜/负极/隔膜/正极顺序堆叠的双电池101以及隔膜/负极/隔膜顺序堆叠的半电池102交替布置为连续的。
此外，堆叠件被切割成一个双电池101和一个半电池102彼此连接的单元电芯100。这里，由于切割后的单元电芯100处于隔膜30在其两端彼此展开的状态，因此如图3所示，在隔膜30的边缘部分处在隔膜30之间执行第一密封(初级密封)以密封边缘部分。
由于在单元电芯100相对于虚拟中心线(其将穿过负极的中心)垂直对称的状态下执行第一密封，因此在后面执行的二次电池的生产过程中出现的高温高压条件下，可以抑制单元电芯100的弯曲和/或变形。
在执行第一密封之后，如图4所示，折叠单元电芯100，使得半电池102和双电池101堆叠。
可以堆叠多个折叠后的单元电芯100以构成电极组件。如图5a和5b所示，可以制造电极组件，使得堆叠件由单独的折叠隔膜40支撑。另选地，每个单元电芯100的顶表面和底表面可以彼此粘附，从而在没有单独的折叠隔膜40的情况下堆叠。
此外，如图5a所示，可以堆叠单元电芯100，使得(通过将双电池101连接到半电池102而折叠的部分的)折叠部分沿相同方向布置。另选地，如图5b所示，设置在第n层(其中n是1或更大的自然数)的单元电芯的折叠部分和设置在第(n+1)层的单元电芯的折叠部分被堆叠成面向彼此相反的方向。这可以是取决于产品规格的选择，但后者可能是更有用的结构，用于对准两侧从而匹配两侧的高度。
此外，根据本发明，如上所述，可以进行第一密封以防止隔膜30和电极(负极和正极)移动。此外，可以附加地进行第二密封(二次密封)以固定单元电芯100的固定状态。也就是说，如图6a所示，可以在折叠之前在单元电芯100的每个边缘部分(当从上侧和下侧观察时具有矩形形状)处的隔膜300之间执行第一初次密封，然后，可以在折叠之后执行二次密封。如图所示，由于在双电池101的边缘部分和半电池102的边缘部分彼此接触的位置执行了二次密封，所以执行二次密封的位置可以至少部分地与执行初次密封的位置交叠。
这里，由于根据本发明的隔膜30由包含在对其加热时会产生粘合力的聚合物材料的材料制成，因此，可以通过施加热量和压力来执行第一密封和第二密封。
如图6b所示，由于对其执行第二密封的所制造的单元电芯100的两端固定不动，因此单元电芯100可以更稳定地堆叠。
作为参考，根据如上所述的本发明，第一电极是负极20，第二电极是正极10，并且第一电极可以具有大于或等于第二电极的面积。
内置电极组件的二次电池的制造方法包括“制造电极组件的步骤”和“将电极组件置于袋(壳体)中的步骤”。因此，由于本发明提供一种电极组件的制造方法作为二次电池的制造方法中的“制造电极组件的步骤”，所以可以附加提供二次电池的制造方法。二次电池的制造方法与上述电极组件的制造方法相同，因此，将省略其附加说明。
实施方式2
本发明附加地提供一种通过连续堆叠负极20、隔膜30和正极10而制造的电极组件。
如图5a、图5b和图6b所示，通过堆叠多个单元电芯100来制造根据本发明的电极组件。每个单元电芯100具有在双电池101和半电池102彼此连接的状态下被折叠的结构。
也就是说，如图3所示，根据本发明的单元电芯100具有一个双电池101和一个半电池102彼此连接的结构。双电池可以具有正极10附加堆叠在半电池102的两个表面中的每一个上的结构。因此，双电池101可以具有正极/隔膜/负极/隔膜/正极顺序堆叠的结构，并且半电池102具有隔膜/负极/隔膜顺序堆叠的结构。而且，如图4所示，对单元电芯100进行折叠，从而堆叠半电池102和双电池101。此外，可以执行初次密封和二次密封以防止电极和折叠状态移动。作为参考，尽管在图6a中示出了仅在隔膜30的边缘的一部分上执行初次密封和二次密封的状态，但是可以沿隔膜30的周界完全执行初次密封和二次密封。另选地，可以使用粘合剂进行密封以及如上所述通过施加热量和压力进行密封。
根据本发明的具有上述构造的电极组件可以在半电池102和双电池101彼此连接的状态下构成单元电芯100，以降低发生根据现有技术的突出的可能性。而且，由于单元电芯逐个地折叠，所以可以解决当出现缺陷时必须丢弃整个电极组件的问题。
此外，在本发明中，可以执行单元电芯100的第一密封和/或第二密封以更有效地防止电极移动，从而应对突出问题。
虽然已经参考特定实施方式描述了本发明的实施方式，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的前提下，可以进行各种更改和变型。

Claims (11)

1.一种制造电极组件的方法，该方法包括以下步骤：
将彼此隔开的多个第一电极逐个地插入两个隔膜之间；
在设置了所述第一电极的多个位置中的跳过一个位置的位置处，将第二电极堆叠在所述第一电极的两侧中的每一侧上的所述隔膜的外表面中的每一个上，以交替地连续形成双电池和半电池，在所述双电池中，顺序地堆叠所述第二电极/所述隔膜/所述第一电极/所述隔膜/所述第二电极，并且在所述半电池中，顺序地堆叠所述隔膜/所述第一电极/所述隔膜；
将堆叠之后形成的堆叠件切割成一个双电池和一个半电池彼此连接的单元电芯；
折叠所述单元电芯以使所述双电池和所述半电池堆叠；
堆叠多个折叠后的单元电芯以制造所述电极组件；
当在折叠所述单元电芯之前被切割成所述单元电芯时，在所述单元电芯相对于虚拟中心线垂直对称的状态下执行第一密封，使得所堆叠的隔膜在所述单元电芯的边缘部分处彼此粘附，并且所述第一电极位于所述隔膜之间；以及
在折叠所述单元电芯之后，执行第二密封，以在所述双电池的边缘部分和所述半电池的边缘部分彼此接触的部分进行粘附。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，执行所述第二密封的位置与执行所述第一密封的位置部分地交叠。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一密封和所述第二密封通过施加热量和压力来执行使得所述隔膜彼此粘附。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，当堆叠所述单元电芯时，按照使得折叠部分沿相同方向布置的方式来堆叠所述单元电芯，所述折叠部分是通过将所述双电池连接到所述半电池而折叠的部分。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，当堆叠所述单元电芯时，如果设置在第n层的单元电芯中的折叠部分被设置成面向一侧，则设置在第n+1层的单元电芯中的折叠部分被设置成面向作为所述一侧的相反侧的另一侧，其中，n是1或更大的自然数，所述折叠部分是通过将所述双电池连接到所述半电池而折叠的部分。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所述第一电极的面积大于或等于所述第二电极的面积，并且
所述第一电极为负极，所述第二电极为正极。
7.一种制造二次电池的方法，所述制造二次电池的方法包括制造电极组件的步骤和将所述电极组件内置于壳体中的步骤，其中，所述制造电极组件的步骤包括以下步骤：
将彼此隔开的多个第一电极逐个地插入两个隔膜之间；
在设置了所述第一电极的多个位置中的跳过一个位置的位置处，将第二电极堆叠在所述第一电极的两侧中的每一侧上的所述隔膜的外表面中的每一个上，以交替地连续形成双电池和半电池，在所述双电池中，所述第二电极/所述隔膜/所述第一电极/所述隔膜/所述第二电极顺序地堆叠，并且在所述半电池中，所述隔膜/所述第一电极/所述隔膜顺序地堆叠；
将堆叠之后形成的堆叠件切割成一个双电池和一个半电池彼此连接的单元电芯；
折叠所述单元电芯以使所述双电池和所述半电池堆叠；
堆叠多个折叠后的单元电芯以制造所述电极组件；
当在折叠所述单元电芯之前被切割成所述单元电芯时，在所述单元电芯相对于虚拟中心线垂直对称的状态下执行第一密封，使得所堆叠的隔膜在所述单元电芯的边缘部分处彼此粘附，并且所述第一电极位于所述隔膜之间；以及
在折叠所述单元电芯之后，执行第二密封，以在所述双电池的边缘部分和所述半电池的边缘部分彼此接触的部分进行粘附。
8.一种电极组件，所述电极组件通过连续堆叠第一电极、隔膜和第二电极来制造，
其中，所述电极组件具有交替地重复堆叠双电池和半电池的结构，在所述双电池中顺序地堆叠所述第二电极/所述隔膜/所述第一电极/所述隔膜/所述第二电极，在所述半电池中顺序地堆叠所述隔膜/所述第一电极/所述隔膜，并且
堆叠多个单元电芯，每个单元电芯具有设置有所述双电池的一侧和设置有所述半电池的另一侧，并且每个单元电芯被折叠以使所述双电池和所述半电池堆叠，其中，当在折叠所述单元电芯之前被切割成所述单元电芯时，在所述单元电芯相对于虚拟中心线垂直对称的状态下密封所述单元电芯，使得所堆叠的隔膜在所述单元电芯的边缘部分处彼此粘附，并且所述第一电极位于所述隔膜之间，
其中，在所述单元电芯被折叠之后，所述双电池的边缘部分和所述半电池的边缘部分彼此接触的部分被密封。
9.根据权利要求8所述的电极组件，其中，所述半电池的所述隔膜和所述双电池的所述隔膜在任一位置处彼此粘附，以防止在每个单元电芯中折叠的所述半电池和所述双电池移动。
10.根据权利要求8或9所述的电极组件，其中，在彼此相邻的所述单元电芯中，彼此相邻布置的所述隔膜在至少一个或更多个位置处彼此粘附。
11.根据权利要求8所述的电极组件，其中，所述第一电极的面积大于或等于所述第二电极的面积，并且
所述第一电极为负极，所述第二电极为正极。
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