CN112490479A - 二次电池的电池单元堆制造系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种二次电池的电池单元堆制造系统及方法，能够向左右往复移动的堆叠台上供应分离膜，并在堆叠台的两侧交替传递电极板(正极板及负极板)，在将分离膜折叠成Z字形的同时按既定顺序层叠正极板和负极板而制造电池单元堆，本发明的二次电池的电池单元堆制造系统包括：堆叠台，其安装得借助于线性运动装置而左右水平往复移动；分离膜供应部，其向所述堆叠台供应分离膜；正极供应部，其配置于所述堆叠台的一侧；负极供应部，其配置于所述堆叠台的另一侧，向所述堆叠台上的分离膜供应、层叠负极板；及分离膜引导单元，其在所述堆叠台的上侧，引导并支撑通过所述分离膜供应部供应的分离膜。

Description

二次电池的电池单元堆制造系统及方法

技术领域

本发明涉及制造二次电池的电池单元堆(cell stack)的装置，更详细而言，涉及一种能够在向左右往复移动的堆叠台上供应分离膜的同时，在堆叠台的两侧交替传递电极板(正极板及负极板)，将分离膜折叠成Z字形并将正极板和负极板按既定顺序层叠而制造电池单元堆(cell stack)的二次电池的电池单元堆制造系统及方法。

背景技术

一般而言，化学电池作为由正极板与负极板的一对电极和电解质构成的电池，可存储的能量的量因构成所述电极与电解质的物质而异。这种化学电池分为充电反应非常慢而只用作一次放电用途的一次电池、能通过反复充放电而再使用的二次电池，最近，由于能充放电的优点，二次电池的使用处于增加趋势当中。

即，所述二次电池因其优点而应用于所有产业的多样技术领域，作为一个示例，不仅广泛用作诸如无线移动设备的尖端电子设备的能量源，而且作为混合动力电动汽车等的能量源也倍受瞩目，其中，所述混合动力电动汽车是作为用于解决使用化石燃料的原有汽油及柴油内燃机的大气污染等的方案而被提出的。

这种二次电池由正极板、分离膜、负极板依次层叠并以浸于电解质溶液的形态构成，制造这种二次电池的内部电池单元堆的方式大致分为两种。

就小型二次电池而言，大量使用将负极板及正极板配置于分离膜上后将其卷绕(winding)而制作成卷芯(jelly-roll)形态的方式，当是具有更大电容量的中大型二次电池时，大量使用将负极板、正极板及分离膜按适当顺序层叠(stacking)而制作的方式。

以层叠式制作二次电池内部电池单元堆的方式有多种，其中在Z-堆叠(Z-stacking)方式中，分离膜构成Z字形折叠形态，在其之间，负极板及正极板以交替插入的形态层叠。

以这种Z-堆叠形态构成的二次电池内部电池单元堆在诸如授权专利第10-0313119号、授权专利第10-1140447号等的多种先行技术中公开。

为了实际体现Z-堆叠形态，在诸如韩国授权专利第10-0309604号的先行技术中，公开了在展开状态的分离膜的一侧面配置多个负极板、在另一侧面配置多个负极板后折叠的方式。这种方式是在制作卷芯形态的二次电池内部电池单元堆时也广泛使用的方式。但是，当使用这种方式时，在对齐(alignment)负极板及正极板方面存在困难。

因此，最近在制作Z-折叠层叠形态的二次电池的电池单元堆方面，使用如下方式：在左右隔开的料盒分别堆放负极板及正极板，在料盒之间，以左右水平往复移动的方式安装供负极板与正极板层叠的堆叠台，电极拾放装置交替拾起及移送所述料盒上的负极板及正极板，在以Z字形态供应于堆叠台上的分离膜上交替层叠。

可是，这种以往的Z-堆叠方式由于只有堆叠台左右直线往复运动并层叠，因而电极板(正极板及负极板)的堆叠作业时间耗时长，因而发生生产率低下的问题。

另外，在授权专利第10-1956758号中公开了一种二次电池的电池单元堆制造装置，可以使交替放置负极板与正极板的斜置工作台，以相对于地面水平的轴为中心，向两个方向旋转既定角度地往复旋转运动，将负极板和正极板交替层叠于斜置工作台上连续供应的分离膜而制造电池单元堆(cell stack)。

但是，所述授权专利第10-1956758号的二次电池的电池单元堆制造装置存在的缺陷是，单件工时(tack time)越快，则斜置工作台的旋转速度越快，因而由于离心力而难以精密层叠，发生不良的可能性升高。

现有技术文献

专利文献

授权专利第10-1140447号(2012年04月19日授权)

授权专利第10-0309604号(2001年09月10日授权)

授权专利第10-1956758号(2019年03月05日授权)

发明内容

本发明旨在解决上述问题，本发明目的是提供一种二次电池的电池单元堆制造系统及方法，在使堆叠台左右往复移动并在供应到堆叠台上的分离膜上交替供应、装载电极板(正极板及负极板)时，即使加快电极板的供应速度，也能够精密层叠，能够缩短堆叠台的左右行程距离，提高电极板的层叠速度。

旨在达成上述目的的本发明的二次电池的电池单元堆制造系统，作为制造按既定顺序层叠负极板、分离膜和正极板的电池单元堆(cell stack)的二次电池的电池单元堆制造系统，可以包括：堆叠台，其安装得借助于线性运动装置而左右水平往复移动；分离膜供应部，其向所述堆叠台供应分离膜；正极供应部，其配置于所述堆叠台的一侧，向所述堆叠台上的分离膜供应、层叠正极板；负极供应部，其配置于所述堆叠台的另一侧，向所述堆叠台上的分离膜供应、层叠负极板；及分离膜引导单元，其在所述堆叠台的上侧，引导并支撑通过所述分离膜供应部供应的分离膜，安装得向与所述堆叠台的移动方向相反侧移动。

所述分离膜引导单元可以以枢轴为中心，在按既定角度左右往复旋转运动的同时向堆叠台的相反侧移动，其中，所述枢轴安装于从所述堆叠台的左右移动距离的中心位置向上侧隔开既定距离的位置。

所述分离膜引导单元可以包括相互连接地安装的一对导辊，所述分离膜可以在穿过所述一对导辊之间的同时被引导。

利用了具有上述构成的本发明的二次电池的电池单元堆制造系统的二次电池的电池单元堆制造方法可以包括：

(S1)从分离膜供应部向堆叠台供应分离膜的步骤；

(S2)在使堆叠台左右水平往复移动的同时，向堆叠台上的分离膜交替供应、层叠正极板和负极板的步骤；

在所述(S2)步骤中，当堆叠台左右水平往复移动时，分离膜引导单元向与堆叠台移动方向的相反方向往复移动并引导分离膜。

所述分离膜引导单元可以以枢轴为中心，在按既定角度左右往复旋转运动的同时向堆叠台的相反侧移动，其中，所述枢轴安装于从所述堆叠台的左右移动距离的中心位置向上侧隔开既定距离的位置。

根据本发明，在正极板与负极板的层叠过程中，堆叠台左右水平移动并交替接受传递的正极板和负极板，在折叠成Z字形态的分离膜上层叠，因而具有即使加快电极板的供应速度，也能够实现精密层叠的效果。

另外，在堆叠台左右水平往复移动并层叠正极板和负极板时，引导并支撑分离膜的分离膜引导单元以向与堆叠台移动方向的相反方向移动的方式，按既定角度进行往复旋转运动(摇摆运动)，因而与原有分离膜引导单元被固定的情形相比，可以缩短堆叠台的左右行程距离，因而具有可以缩短层叠时间的效果。

附图说明

图1是显示本发明一个实施例的二次电池的电池单元堆制造系统的构成的主视图。

图2是显示图1所示二次电池的电池单元堆制造系统的主要构成的主视图。

图3是显示图1所示二次电池的电池单元堆制造系统的主要构成的侧视图。

图4是显示本发明一个实施例的二次电池的电池单元堆制造系统的运转例的图。

附图标记

1：正极板 2：负极板

3：分离膜 10：本体

110：第一料盒 120：第一拾起单元

130：第一对齐工作台 140：第一视频检查单元

150：第一加载拾起单元 210：第二料盒

220：第二拾起单元 230：第二对齐工作台

240：第二视频检查单元 250：第二加载拾起单元

300：堆叠台 310：导轨

320：夹持器 400：分离膜供应部

410：分离膜开卷器 420：分离膜导辊

500：分离膜引导单元 510：摇摆构件

520：枢轴 530：导辊

具体实施方式

本说明书中记载的实施例和附图中图示的构成，只不过是公开的发明的一个优选例，在本申请的申请时间点，可以存在能够替代本说明书的实施例和附图的多样的变形例。

下面参照附图，根据后述实施例，具体说明本发明的二次电池的电池单元堆制造系统及方法。

图1至图4是显示本发明一个实施例的二次电池的电池单元堆制造系统的图。

首先如果参照图1，本发明的电池单元堆制造系统包括：堆叠台300，其安装得借助于线性运动装置而左右水平往复移动；分离膜供应部400，其向所述堆叠台300供应分离膜3；正极供应部，其配置于所述堆叠台300的一侧，向所述堆叠台300上的分离膜3供应、层叠正极板1；负极供应部，其配置于所述堆叠台300的另一侧，向所述堆叠台300上的分离膜3供应、层叠负极板2；及分离膜引导单元500，其在所述堆叠台300的上侧，引导并支撑通过所述分离膜供应部400供应的分离膜3，向与所述堆叠台300的移动方向相反侧移动。

所述分离膜供应部400包括：分离膜开卷器410，其将由长膜构成的分离膜3卷绕成卷形态；多个分离膜导辊420，其在保持从所述分离膜开卷器410松开的分离膜3的张力的同时进行引导。

所述正极供应部及负极供应部在所述堆叠台300的两侧几乎对称地构成，分别连续供应正极板1及负极板2。

所述正极供应部包括：第一料盒110，其装载多个正极板1；第一拾起单元120，其安装于第一料盒110的上侧，在第一料盒110中拾起并移送正极板1；第一对齐工作台130，其调整借助于第一拾起单元120而移送的正极板1的位置；第一视频检查单元140，其拍摄放在第一对齐工作台130的正极板1而检测位置；第一加载拾起单元150，其拾起所述第一对齐工作台130上的正极板1，移送、层叠于所述堆叠台300。

另外，负极供应部由与所述正极供应部的构成对称的构成实现。即，负极供应部包括：第二料盒210，其装载多个负极板2；第二拾起单元220，其安装于第二料盒210的上侧，在第二料盒210中拾起并移送负极板2；第二对齐工作台230，其调整借助于第一拾起单元120而移送的负极板2的位置；第二视频检查单元240，其拍摄放在第二对齐工作台230的负极板2而检测位置；第二加载拾起单元250，其拾起所述第二对齐工作台230上的负极板2，移送、层叠于所述堆叠台300。

第一料盒110及第二料盒210分别配置于电池单元堆制造系统本体10的两侧部，分别装载截断加工成既定四边形大小的多个正极板1及负极板2。在第一料盒110及第二料盒210中，可以以能够上下移动的方式安装有将装载的正极板1及负极板2向上侧移送既定距离的升降装置。

第一对齐工作台130及第二对齐工作台230执行根据由第一视频检查单元140及第二视频检查单元240分别拍摄的影像来对齐正极板1及负极板2位置的功能。即，在将正极板1及负极板2移送、层叠于堆叠台300之前，准确地对齐正极板1及负极板2的位置，从而使得正极板1及负极板2可以准确地安放、层叠于堆叠台300。为了使得第一对齐工作台130及第二对齐工作台230能够分别调整正极板1及负极板2的位置，第一对齐工作台130及第二对齐工作台230安装于能够沿X-Y方向进行线性运动及以Z轴为中心进行旋转运动的公知的X-Y-θ驱动平台上。

第一视频检查单元140及第二视频检查单元240可以包括拍摄放在第一对齐工作台130及第二对齐工作台230上的正极板1及负极板2的摄像机和照明装置，通过正极板1及负极板2的角部分的位置，可以检测正极板1及负极板2的对齐状态。

第一拾起单元120及第二拾起单元220分别在第一料盒110和第一对齐工作台130的上侧、第二料盒210和第二对齐工作台230的上侧水平往复移动并上下移动，同时真空吸附正极板1和负极板2并移送。另外，第一加载拾起单元150及第二加载拾起单元250构成得分别在第一对齐工作台130和堆叠台300的上侧、第二对齐工作台230和堆叠台300的上侧水平往复移动并上下移动，同时真空吸附正极板1和负极板2并移动。所述第一拾起单元120及第二拾起单元220，以及第一加载拾起单元150及第二加载拾起单元250，可以使用在普通的电池单元堆制造系统中执行拾放(pick and place)功能的公知的拾起装置。

所述堆叠台300安装于在本体10中水平地安装的导轨310上，构成得借助于线性运动装置而以既定速度左右水平往复移动并执行层叠动作。虽然图中未示出，但所述线性运动装置可以使用包括伺服电动机和滚珠螺杆的线性运动装置、包括线性电动机系统和多个带轮、皮带、伺服电动机的线性运动装置等公知的线性运动装置。

在所述堆叠台300的上部面，安装有可以暂时固定及解除从上侧供应的分离膜3和正极板1及负极板2的两侧端部的多个夹紧单元(图上未示出)。所述夹紧单元可以包括：多个夹持器320，其在堆叠台300的上端部边缘构成得能够相对于堆叠台300而沿侧方向张开、合拢，能够按压固定分离膜3和正极板1及负极板2的两侧端部；空压缸(图上未示出)，其使所述夹持器320水平往复移动。

如果参照图2至图4，所述分离膜引导单元500安装于堆叠台300的上侧，将从分离膜供应部400供应的分离膜3引导到堆叠台300上。分离膜引导单元500包括：摇摆构件510，其安装得以枢轴520为中心，按既定角度左右往复旋转运动，其中，所述枢轴520安装于从所述堆叠台300的左右移动距离的中心位置向上侧隔开既定距离的位置；一对导辊530，其相互连接地并排安装于所述摇摆构件510；所述分离膜3在穿过所述一对导辊530之间的同时被引导。

用于使所述摇摆构件510以枢轴520为中心进行摇摆运动的旋转驱动装置，可以使用公知的旋转驱动装置。例如，如图3所示，可以包括向两方向反复旋转的电动机541、将所述电动机541的动力传递给枢轴520的带轮542、543及皮带544。

下面对利用以这种构成实现的本发明的二次电池的电池单元堆制造系统来制造电池单元堆的方法进行详细说明。

第一拾起单元120在第一料盒110的上侧真空吸附正极板1并拾起后，水平地移动到第一对齐工作台130侧，将正极板1安放于第一对齐工作台130上后，重新移动到第一料盒110的上侧。

如果正极板1安放于第一对齐工作台130上，则第一视频检查单元140的视频摄像机拍摄正极板1，取得正极板1的影像。此时，电池单元堆制造装置的控制器在由第一视频检查单元140取得的正极板1的影像中，判读正极板1的角部分的位置，检测正极板1放置的对齐位置，当需要对齐时，驱动X-Y-θ驱动平台，使第一对齐工作台130向X-Y方向移动或旋转，从而调整正极板1的位置。

接着，第一加载拾起单元150从第一对齐工作台130上下降，真空吸附位置对齐了的正极板1后，水平移动到堆叠台300侧。

利用与此相同的过程，负极供应部的第二料盒210、第二拾起单元220、第二对齐工作台230、第二视频检查单元240、第二加载拾起单元250将负极板2供应到堆叠台300侧。

如前所述，在堆叠台300的两侧，向堆叠台300侧依次移送、供应正极板1及负极板2时，在所述堆叠台300的上侧，借助于分离膜供应部400而供应的分离膜3穿过分离膜引导单元500的导辊530，供应到堆叠台300上部面。

如图4所示，所述堆叠台300借助于线性运动装置而以既定速度向左右侧方向水平往复运动，与此同时接受传递的正极板1及负极板2，交替层叠于分离膜3上。此时，在堆叠台300左右水平往复运动期间，所述分离膜引导单元500在所述堆叠台300的上侧，以枢轴520为中心，按既定角度左右往复旋转运动，并向堆叠台300的相反侧移动，引导分离膜3。

借助于堆叠台300的左右移动，分离膜3折叠成Z字形态，在其上交替供应、层叠正极板1和负极板2，因而制成Z-堆叠(Z-stacking)方式的电池单元堆。在堆叠台300上，分离膜3和正极板1、负极板2的层叠全部完成后，分离膜切割装置在分离膜引导单元500下侧截断分离膜3，卸载机器人把持在堆叠台300中完成层叠的电池单元堆，移送到既定工序位置，作好继续进行下个电池单元堆制造作业的准备。

如上所述，本发明的电池单元堆制造系统的堆叠台300在正极板1和负极板2的层叠过程中左右水平移动，与此同时，交替接受传递的正极供应部供应的正极板1和负极供应部供应的负极板2，层叠于分离膜3上，引导并支撑分离膜3的分离膜引导单元500以向与堆叠台300移动方向的相反方向移动的方式周期性地往复旋转运动，因而与原有分离膜引导单元500被固定的情形相比，可以缩短堆叠台300的左右行程距离，因而具有可以缩短层叠时间的优点。

另一方面，在前述实施例中，分离膜引导单元500构成得以枢轴520为中心进行摇摆运动，但也可以不同于此，分离膜引导单元500也可以在向与堆叠台300移动方向的相反方向水平往复移动既定距离的同时，引导并支撑分离膜3。

以上参照实施例，详细说明了本发明，但只要是本发明所属技术领域的普通技术人员便会理解，在不超出上述说明的技术思想的范围内，可以进行多种置换、附加及变形，这些变形的实施形态也应理解为属于根据以下所附的权利要求书确定的本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种二次电池的电池单元堆制造系统，作为制造按既定顺序层叠负极板、分离膜和正极板的电池单元堆(cell stack)的二次电池的电池单元堆制造系统，包括：

堆叠台，其安装得借助于线性运动装置而左右水平往复移动；

分离膜供应部，其向所述堆叠台供应分离膜；

正极供应部，其配置于所述堆叠台的一侧，向所述堆叠台上的分离膜供应、层叠正极板；

负极供应部，其配置于所述堆叠台的另一侧，向所述堆叠台上的分离膜供应、层叠负极板；及

分离膜引导单元，其在所述堆叠台的上侧，引导并支撑通过所述分离膜供应部供应的分离膜，安装得向与所述堆叠台的移动方向相反侧移动。

2.根据权利要求1所述的二次电池的电池单元堆制造系统，其中，

所述分离膜引导单元以枢轴为中心，在按既定角度左右往复旋转运动的同时向堆叠台的相反侧移动，其中，所述枢轴安装于从所述堆叠台的左右移动距离的中心位置向上侧隔开既定距离的位置。

3.根据权利要求1所述的二次电池的电池单元堆制造系统，其中，

所述分离膜引导单元包括相互连接地安装的一对导辊，所述分离膜在穿过所述一对导辊之间的同时被引导。

4.一种二次电池的电池单元堆制造方法，作为利用了权利要求1至3中任意一项的二次电池的电池单元堆制造系统的二次电池的电池单元堆制造方法，包括：

(S1)从分离膜供应部向堆叠台供应分离膜的步骤；

(S2)在使堆叠台左右水平往复移动的同时，向堆叠台上的分离膜交替供应、层叠正极板和负极板的步骤；

在所述(S2)步骤中，当堆叠台左右水平往复移动时，分离膜引导单元向与堆叠台移动方向的相反方向往复移动并引导分离膜。

5.根据权利要求4所述的二次电池的电池单元堆制造方法，其中，

所述分离膜引导单元以枢轴为中心，在按既定角度左右往复旋转运动的同时向堆叠台的相反侧移动，其中，所述枢轴安装于从所述堆叠台的左右移动距离的中心位置向上侧隔开既定距离的位置。

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