CN112616322A - 用于防止二次电池的隔板弯曲的隔板密封设备和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于将中间插入有电极板的上隔板和下隔板结合的隔板密封设备，并且所述隔板密封设备包括：第一密封单元，所述第一密封单元被配置为密封第一区域，所述第一区域被指定为在上隔板和下隔板彼此面对的部分之中、沿着电极板的宽度方向的外边缘；和第二密封单元，所述第二密封单元被配置为密封第二区域，所述第二区域被指定为在上隔板和下隔板彼此面对的部分之中、沿着电极板的长度方向的外边缘。

Description

用于防止二次电池的隔板弯曲的隔板密封设备和方法
技术领域
本公开内容涉及一种用于二次电池的隔板的密封设备和方法，更具体地，涉及一种安装在单电池半成品或半电池半成品的生产线上以密封隔板以便防止隔板弯曲的密封设备及其方法。
本申请要求于2019年7月22日在韩国提交的韩国专利申请第10-2019-0088483号的优先权，通过引用将上述专利申请的公开内容结合在此。
背景技术
近来，对作为环保能源的二次电池的需求迅速增加。在二次电池中，具有高能量密度、高工作电位、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池已被商业化并广泛使用。
锂二次电池包括电极组件和外壳(即电池壳体)，在所述电极组件中，分别涂覆有正极活性材料和负极活性材料的正极板和负极板之间插置有隔板，所述电极组件与电解质一起被密封地容纳在所述外壳中。
锂二次电池的具有正极/隔板/负极结构的电极组件可以简要地划分为包卷型(卷绕型)、堆叠型、和作为卷绕型和堆叠型的混合的堆叠/折叠型。
通过以下方式来制备包卷型电极组件：用电极活性材料或类似物涂覆用作集电器的金属箔，干燥并压制所述金属箔，然后将所述金属箔切割成具有所需宽度和长度的带状，使用隔板将负极和正极分离，然后将其卷绕成螺旋形。包卷型电极组件适用于圆柱形电池。
堆叠型或堆叠/折叠型电极组件具有其中正极单元和负极单元在其间插入有隔板的情况下顺序地堆叠的结构，并且可以容易地获得矩形形状。
堆叠型或堆叠/折叠型锂二次电池可通过以下方式获得：重复地堆叠具有如图1所示的正极板104/上隔板101/负极板103/下隔板102的结构的单电池(mono cell)110，或者使用连续的隔离膜将单电池110折叠，或者将正极板添加到具有上隔板101/负极板103/下隔板102的结构的半电池(half cell)120的上部或下部。
同时，在堆叠型或堆叠/折叠型锂二次电池中，有时发现其中二次电池表现出高于自放电率的电压降行为的低电压缺陷电池。在这种情况下，如果在组装过程中隔板的边缘被折叠或撕裂，则正极和负极可能会彼此直接面对，这是造成电短路的主要原因。由于这个原因，如图2所示，作为现有技术，已经提出了一种通过在电池半成品的宽度方向上将上隔板101和下隔板102的边缘S结合来防止隔板折叠现象的方法。
然而，仅仅通过只在宽度方向上密封电池半成品的边缘不能从根本上阻止上隔板101和下隔板102之间的电极的外部暴露。因此，正在讨论一种通过在电池半成品的长度方向上额外地将上隔板101和下隔板102的边缘结合以从根本上阻止电极暴露来进一步改善低电压缺陷率的方法。
发明内容
技术问题
设计本公开内容以解决现有技术的问题，因此，本公开内容旨在提供一种密封设备和方法，所述密封设备和方法可以容易地应用于现有的电池半成品生产线并且可以通过沿着宽度方向和长度方向将上隔板和下隔板的所有边缘线结合而从根本上防止电极从电池半成品中暴露出来。
技术方案
在本公开内容的一个方面中，提供一种用于将中间插入有电极板的上隔板和下隔板结合的隔板密封设备，所述隔板密封设备包括：
第一密封单元，所述第一密封单元被配置为密封第一区域，所述第一区域被指定为在上隔板和下隔板彼此面对的部分之中、沿着电极板的宽度方向的外边缘；和第二密封单元，所述第二密封单元被配置为密封第二区域，所述第二区域被指定为在上隔板和下隔板彼此面对的部分之中、沿着电极板的长度方向的外边缘。
隔板密封设备可进一步包括传送单元，所述传送单元被配置为沿一个方向连续地供应电极板、上隔板和下隔板，并且第一密封单元和第二密封单元以预设速度与传送单元同步地操作以垂直地移动，并被配置为按压和热熔合第一区域和第二区域。
第二密封单元可被配置为与第一密封单元组装在一起，并且根据电极板的宽度与第一密封单元重新组装在一起。
所述第一密封单元可包括：第一上部加热块，所述第一上部加热块被配置为向所述上隔板的第一区域施加压力和热量；和第一下部加热块，所述第一下部加热块被设置为与第一上部加热块垂直对称，并被配置为向所述下隔板的第一区域施加压力和热量。
所述第一上部加热块可以成对设置，一对第一上部加热块可以以预定间隔彼此间隔开以在一个方向上并排延伸，所述第一下部加热块可以成对设置，并且一对第一下部加热块可被设置为与一对第一上部加热块垂直对称。
所述第二密封单元可包括：多个第二上部加热块，所述多个第二上部加热块分别被配置为在与第一上部加热块相交的方向上延伸并且在沿着一对第一上部加热块的延伸方向以预定间隔彼此间隔开的位置处耦接至所述一对第一上部加热块，以向所述上隔板的第二区域施加热量和压力；和多个第二下部加热块，所述多个第二下部加热块被设置为与第二上部加热块以一对一的关系对称并耦接至一对第一下部加热块，以向所述下隔板的第二区域施加热量和压力。
所述一对第一上部加热块可具有沿着延伸方向以预定间隔形成的多个凹槽，每个第二上部加热块可具有在其至少一个端部中形成的具有台阶的连接部分，并且所述连接部分可以选择性地装配到多个凹槽之一中。
所述连接部分可通过螺栓在一对第一上部加热块的凹槽中固定和释放。
在本公开内容的另一方面，还提供一种隔板密封方法，所述方法使用上述隔板密封设备来密封上隔板和下隔板，所述隔板密封方法包括：
密封第一区域和第二区域两者，使得电极板不暴露于外部。
所述隔板密封方法可用于密封其中下隔板、负极板、上隔板和正极板依次堆叠的单电池半成品，或用于密封其中下隔板、负极和上隔板依次堆叠的半电池半成品。
有益效果
根据本公开内容的实施方式，可以通过防止电极暴露到电池半成品外部来显著降低低电压缺陷率。
根据本公开内容的另一个实施方式，可以通过与现有半成品生产线的速度同步来连续批量地生产电池半成品。
附图说明
图1是电池半成品的截面图，示意性地示出了传统单电池半成品和半电池半成品的堆叠结构。
图2是示出传统电池半成品的平面图。
图3和图4是用于图解通过使用根据本公开内容的实施方式的隔板密封设备来密封电池半成品的隔板的工序的图。
图5是示出图4的电池半成品在最终切割后的平面图。
图6是示意性地示出根据本公开内容的实施方式的第一密封单元和第二密封单元的图。
图7是示出组装在一起的图6的第一上部加热块和第二上部加热块的平面图。
图8是示意性地示出图7的第一上部加热块和第二上部加热块的连接部分的截面图。
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，应当理解说明书和随附权利要求书中使用的术语不应被解释为受限于通用含义和词典含义，而是应当在允许发明人为了最佳解释而适当地定义术语的原则的基础上，基于对应本公开内容的技术方面的含义和概念进行解释。因此，本说明书中描述的实施方式和附图中示出的配置仅仅是本公开内容的优选实施方式，而并不代表本公开内容的所有技术特征。此外，为了帮助理解本公开内容，附图未按比例绘制，而是一些部件的尺寸可能被放大。
根据本公开内容的隔板密封设备包括第一密封单元10、第二密封单元20和传送单元30，并且如图3和图4中所示，在最终切割连续供应的半成品(参见图1)之前，可以执行将电池单元中的上隔板101和下隔板102结合的工序。
在此，电池半成品是指最终切割之前的电池半成品。最终切割之前的电池半成品可包括：呈连续膜形式的下隔板102；具有一定宽度的彼此间隔开地设置在下隔板102上的负极板103；和以连续膜形式设置在负极板103上的上隔板101，或者可包括具有预定宽度的彼此间隔开地设置在上隔板101上的正极板104。
在最终切割之前，可以通过传送单元30沿一个方向连续供应电池半成品，即单电池半成品或半电池半成品，并且可以通过第一密封单元10和第二密封单元20来密封预定的隔板部分D1、D2。第一密封单元10和第二密封单元20可以以预设速度与传送单元30同步地操作。
例如，如果一些切割之前的电池半成品到达用于隔板密封工序的位置，则传送单元30停止工作一段时间。此时，第一密封单元10和第二密封单元20可以操作(垂直地移动)以将需要密封的隔板部分D1、D2按压并热熔合一段时间。然后，释放第一密封单元10和第二密封单元20的电池按压操作，并且再次操作传送单元30以移动切割之前的电池半成品。之后，使用切割器(未示出)切割隔板，以完成最终的单电池半成品或最终的半电池半成品。
在下文中，将参照图6至图8更详细地描述第一密封单元10和第二密封单元20的配置。
第一密封单元10和第二密封单元20是用于通过施加热量和压力使电池半成品的两个隔板(即上隔板101和下隔板102)彼此结合的装置。在此，第一密封单元10可被配置为向第一区域D1施加热量和压力，第二密封单元20可被配置为向第二区域D2施加热量和压力。可使用例如其中具有加热丝的加热块来实现第一密封单元10和第二密封单元20。
在此，第一区域D1(参见图5)是指在上隔板101和下隔板102彼此面对的部分之中、沿着电极板的宽度方向的外边缘，即电极板的两个短边的外部区域，第二区域D2是指在上隔板101和下隔板102彼此面对的部分之中、沿着电极板的长度方向的外边缘，即电极板的两个长边的外部区域。
如图6所示，根据实施方式的第一密封单元10可包括第一上部加热块11、12以及第一下部加热块13、14。
两个第一上部加热块11、12成对设置，并且一对第一上部加热块11、12被设置为以电池半成品的长度(Y轴方向)彼此间隔开，并沿一个方向(X轴方向)并排延伸。在该实施方式中，第一上部加热块11、12的延伸长度大致对应于切割之前的三个单元电池半成品的宽度。在此，延伸长度可被配置为比该实施方式更长或更短。
第一下部加热块13、14被设置为与第一上部加热块11、12垂直对称。即，两个第一下部加热块13、14也成对设置，并且一对第一下部加热块13、14可被设置为与一对第一上部加热块11、12对称。
如上所述，包括一对第一上部加热块11、12和一对第一下部加热块13、14的第一密封单元10可以与多个电池半成品的两个隔板的第一区域D1的上部和下部接触并且被操作为对其施加热量和压力。
即，多个电池半成品的上隔板101的第一区域D1可被第一上部加热块11、12一起向下按压，同时下隔板102的第一区域D1也可被第一下部加热块13、14一起向上按压。此时，上隔板101的第一区域D1和下隔板102的第一区域D1可以彼此接触并通过加热彼此熔合。
此外，第二密封单元20是用于将彼此面对的上隔板101和下隔板102的无法被第一密封单元10密封的第二区域D2密封的装置，并且包括多个第二上部加热块21和多个第二下部加热块23。
第二上部加热块21分别在与一对第一上部加热块11、12相交的方向(Y轴方向)上延伸，并且可以在沿着一对第一上部加热块11、12的延伸方向以预定间隔间隔开的位置处耦接至一对第一上部加热块11、12。
第二下部加热块23被设置为与第二上部加热块21垂直对称。换句话说，第二下部加热块23与第二上部加热块21以一对一的关系垂直对称，并且被设置为分别耦接至一对第一下部加热块13、14。
第二上部加热块21和第二下部加热块23是与电池半成品的第二区域D2相对应的加热块，并且像第一密封单元10一样按压电池半成品，以对两个隔板的第二区域D2施加热量和压力。
更具体地，多个电池半成品的上隔板101的第二区域D2可被第二上部加热块21一起向下按压，同时下隔板102的第二区域D2可被第二下部加热块23一起向上按压。此时，上隔板101的第二区域D2和下隔板102的第二区域D2可以彼此接触并通过加热彼此熔合。
根据具有以上配置和操作的隔板密封设备，在最终切割之后，由于上隔板101和下隔板102的第一区域D1和第二区域D2(即彼此面对的上隔板101和下隔板102在电极板的宽度方向和长度方向上的外部区域)完全结合，因此可以制备从根本上防止电极板(负极板)暴露于外部的电池半成品。如果使用电池半成品110来组装堆叠型或堆叠/折叠型锂二次电池，则与现有技术相比，可以显著降低锂二次电池的低电压缺陷率。
此外，通过与传送单元30的速度同步，在沿着生产线方向连续地移动切割之前的电池半成品的同时密封多个电池半成品的隔板，可以连续地批量生产最终的电池半成品110。
同时，根据本公开内容的实施方式的第一密封单元10和第二密封单元20可被设置为彼此组装和拆卸。在下文中，将描述第一密封单元10和第二密封单元20的组装和拆卸配置。
第一上部加热块11、12和第二上部加热块21的组装和拆卸配置与第一下部加热块13、14和第二下部加热块23的组装和拆卸配置相同。因此，将不再详细描述第一下部加热块13、14和第二下部加热块23的组装和拆卸配置。
如图7和图8中所示，一对第一上部加热块11、12具有沿着延伸方向以规则间隔形成的多个凹槽H。可通过选择多个凹槽H之一并将第二上部加热块21的端部装配到对应的凹槽H中而将第二上部加热块21耦接至一对第一上部加热块11、12。
更具体地，第二上部加热块21可具有在其两端形成的具有台阶的连接部分21a，连接部分21a可以以装配的方式放置在第一上部加热块11、12的凹槽H中，并且可以通过螺栓B固定至凹槽H和从凹槽H中释放。尽管未在图中示出，但是可以在连接部分21a和第一上部加热块11、12的凹槽H中设置形成有螺纹的孔，以便可以垂直地紧固螺栓B。
根据上述配置，可以调节第二上部加热块21之间的间隔，或者可以进一步增加或减少第二上部加热块21的数量，使得可以通过使用一个隔板密封设备来密封具有不同宽度的各种电池半成品的隔板。
此外，如果隔板密封设备中的一些加热块损坏，则可以通过仅更换相应的加热块来正常使用隔板密封设备。因此，在隔板密封设备的管理和维护方面可以是有效的。
随后，如下将简要概述使用上述隔板密封设备来密封电池半成品的隔板的方法。
再次参照图3和图4，可以通过传送单元30沿着生产线方向(X轴方向)连续地供应切割之前的电池半成品。切割之前的电池半成品可以是其中下隔板102、负极板103、上隔板101和正极板104依次堆叠的单电池半成品，或者是其中下隔板102、负极和上隔板101依次堆叠的半电池半成品。
第一密封单元10和第二密封单元20可以如上所述设置在电池半成品生产线的一侧，并且可以与传送单元30同步地操作。如图4中所示，如果三个电池半成品藉由传送单元30到达密封工序区域，则第一密封单元10和第二密封单元20在垂直方向上整体地操作，以在预设时间内按压和热熔合每个电池半成品的第一区域D1和第二区域D2。如果经过了预设时间，则第一密封单元10和第二密封单元20返回到原始位置，并且接下来的三个处于未密封状态的电池半成品藉由传送单元30放置在密封工序区域中。在上述密封工序之后，可以在沿生产线移动电池半成品的同时，使用切割器(未示出)将电池半成品逐个切割(cutting)以制备成最终的单元电池半成品形式。
如上所述，可以通过实施本公开内容的隔板密封设备和隔板密封方法来解决隔板折叠问题，并且可以在同一生产线上批量生产具有不同宽度的各种单电池半成品或半电池半成品。
已经详细描述了本公开内容。然而，应当理解，详细描述和具体实施例在表明本公开内容的优选实施方式的同时，仅以说明的方式给出，因为根据该详细描述，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而言将变得显而易见。
同时，即使在说明书中使用了诸如“上”、“下”、“左”和“右”之类的表示方向的术语，但对于本领域技术人员来说显而易见，它们只是为了便于描述，并且可以根据观察者或对象的位置而不同地表达。

Claims (10)

1.一种隔板密封设备，所述隔板密封设备用于将中间插入有电极板的上隔板和下隔板结合，所述隔板密封设备包括：
第一密封单元，所述第一密封单元被配置为密封第一区域，所述第一区域被指定为在所述上隔板和所述下隔板彼此面对的部分之中、沿着所述电极板的宽度方向的外边缘；和
第二密封单元，所述第二密封单元被配置为密封第二区域，所述第二区域被指定为在所述上隔板和所述下隔板彼此面对的部分之中、沿着所述电极板的长度方向的外边缘。
2.根据权利要求1所述的隔板密封设备，进一步包括：
传送单元，所述传送单元被配置为沿一个方向连续地供应所述电极板、所述上隔板和所述下隔板，
其中所述第一密封单元和所述第二密封单元以预设速度与所述传送单元同步地操作以垂直地移动，并且被配置为按压和热熔合所述第一区域和所述第二区域。
3.根据权利要求1所述的隔板密封设备，
其中所述第二密封单元被配置为与所述第一密封单元组装在一起，并且根据所述电极板的宽度与第一密封单元重新组装在一起。
4.根据权利要求1所述的隔板密封设备，
其中所述第一密封单元包括：
第一上部加热块，所述第一上部加热块被配置为向所述上隔板的所述第一区域施加压力和热量；和
第一下部加热块，所述第一下部加热块被设置为与所述第一上部加热块垂直对称，并且被配置为向所述下隔板的所述第一区域施加压力和热量。
5.根据权利要求4所述的隔板密封设备，
其中所述第一上部加热块成对设置，
一对第一上部加热块以预定间隔彼此间隔开以在一个方向上并排延伸，
所述第一下部加热块成对设置，并且
一对第一下部加热块被设置为与所述一对第一上部加热块垂直对称。
6.根据权利要求5所述的隔板密封设备，
其中所述第二密封单元包括：
多个第二上部加热块，所述多个第二上部加热块分别被配置为在与所述第一上部加热块相交的方向上延伸并且在沿着所述一对第一上部加热块的延伸方向以预定间隔彼此间隔开的位置处耦接至所述一对第一上部加热块，以向所述上隔板的所述第二区域施加热量和压力；和
多个第二下部加热块，所述多个第二下部加热块被设置为与所述第二上部加热块以一对一的关系对称并耦接至所述一对第一下部加热块，以向所述下隔板的所述第二区域施加热量和压力。
7.根据权利要求6所述的隔板密封设备，
其中所述一对第一上部加热块具有沿着延伸方向以预定间隔形成的多个凹槽，
每个所述第二上部加热块具有在其至少一个端部中形成的具有台阶的连接部分，并且
所述连接部分选择性地装配到所述多个凹槽之一中。
8.根据权利要求7所述的隔板密封设备，
其中所述连接部分通过螺栓在所述一对第一上部加热块的所述凹槽中固定和释放。
9.一种隔板密封方法，所述隔板密封方法使用根据权利要求1所述的隔板密封设备来密封上隔板和下隔板，所述隔板密封方法包括：
密封第一区域和第二区域两者，使得电极板不暴露于外部。
10.根据权利要求9所述的隔板密封方法，
其中所述隔板密封方法用于密封其中下隔板、负极板、上隔板和正极板依次堆叠的单电池半成品，或者用于密封其中下隔板、负极和上隔板依次堆叠的半电池半成品。
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