CN113692670A - 制造电极组件的方法、通过该方法制造的电极、和二次电池 - Google Patents

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柳美淨
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Abstract

本发明涉及一种制造电极组件的方法、通过该方法制造的电极、和二次电池。根据本发明的制造电极组件的方法包括：堆叠工序，交替地堆叠隔膜片和每个都包括电极和隔膜的多个单元电池，其中隔膜片折叠成Z字形，从而将单元电池定位在折叠的隔膜片之间，由此形成Z字形堆叠的电极组件；和层压工序，通过一对加热按压件(heating press)加热和按压电极组件的两个表面，从而将多个单元电池和所述隔膜片彼此结合，其中，在层压工序中，一对加热按压件的每一个都形成为弧形(Round)形状，从而在按压电极组件时将电极组件形成为弧形形状。

Description

制造电极组件的方法、通过该方法制造的电极、和二次电池
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年2月1日提交的韩国专利申请第10-2019-0013849号的优先权的权益，通过引用将上述专利申请整体结合在此。
技术领域
本发明涉及一种制造电极组件的方法、通过该方法制造的电极、和二次电池。
背景技术
与一次电池不同，二次电池是可再充电的，而且紧凑尺寸和高容量的可能性也较高。因而，近来正在对二次电池进行诸多研究。随着技术发展和对移动装置需求的增加，对作为能源的二次电池的需求正迅速增加。
根据电池壳体的形状，可再充电电池分为硬币型电池、圆柱型电池、棱柱型电池和袋型电池。在这样的二次电池中，安装在电池壳体中的电极组件是具有其中电极和隔膜进行堆叠的结构的可充电和放电的电力产生装置。
电极组件可大致分为果冻卷型(Jelly-roll)电极组件、堆叠型电极组件、和堆叠/折叠型电极组件，在果冻卷型电极组件中，隔膜插置在正极与负极之间，正极和负极的每一个都设置为涂覆有活性材料的片的形式，然后正极、隔膜和负极进行卷绕，在堆叠型电极组件中，多个正极和负极在它们之间具有隔膜的情况下顺序地堆叠，在堆叠/折叠型电极组件中，堆叠型单元电池与具有较长长度的隔离膜一起卷绕。
当以根据相关技术的堆叠方法来制造电极组件时，存在难以制造弧形形状的电极组件的问题。就是说，由于根据相关技术的电极组件在每个电极与隔膜之间进行粘附，所以由于粘附力，当按压电极组件时难以制造弧形形状的电极组件。
-现有技术文献：(专利文件)韩国专利公开第10-2014-0015647号
发明内容
技术问题
本发明的一个方面是提供一种能够制造弧形形状的电极组件的制造电极组件的方法、通过该方法制造的电极、和二次电池。
技术方案
根据本发明一实施方式的制造电极组件的方法包括：堆叠工序，交替地堆叠隔膜片和每个都包括电极和隔膜的多个单元电池，其中所述隔膜片折叠成Z字形，从而将所述单元电池定位在折叠的隔膜片之间，由此形成Z字形堆叠的电极组件；和层压工序，通过一对加热按压件(heating press)加热和按压所述电极组件的两个表面，从而将所述多个单元电池和所述隔膜片彼此结合，其中，在所述层压工序中，所述一对加热按压件的每一个都形成为弧形(Round)形状，从而在按压所述电极组件时将所述电极组件形成为弧形形状。
此外，可通过根据本发明一实施方式的制造电极组件的方法制造根据本发明一实施方式的电极组件。
此外，根据本发明一实施方式的二次电池可包括根据本发明一实施方式的制造电极组件的方法制造的电极组件。
有益效果
根据本发明，可交替堆叠隔膜片和多个单元电池。在此，隔膜片可折叠成Z字形，并且可通过具有弧形按压表面的一对加热按压件来执行按压和加热，从而将单元电池和隔膜片彼此结合，由此制造具有弧形形状的电极组件。
此外，由于在堆叠工序中单元电池不结合至隔膜片的情况下，单元电池和隔膜片通过层压工序以弧形状态彼此结合，所以可容易制造具有弧形形状的电极组件，而且电极组件的弧形形状还可持续保持。
附图说明
图1是图解根据本发明一实施方式的制造电极组件的方法中的堆叠工序的正视图。
图2是图解其中通过根据本发明一实施方式的制造电极组件的方法中的堆叠工序执行堆叠的电极组件的正视图。
图3是图解在根据本发明一实施方式的制造电极组件的方法中的层压工序中，电极组件被按压之前的状态的侧视图。
图4是图解在根据本发明一实施方式的制造电极组件的方法中的层压工序中，电极组件被按压的状态的侧视图。
图5是通过根据本发明一实施方式的制造电极组件的方法制造的电极组件的透视图。
图6是图解在根据本发明一实施方式的制造电极组件的方法中的形状保持工序中，电极组件和形状保持壳体彼此结合之前的状态的透视图。
图7是图解在根据本发明一实施方式的制造电极组件的方法中的形状保持工序中，电极组件和形状保持壳体彼此结合的状态的透视图。
图8是图解根据本发明另一实施方式的制造电极组件的方法中的单元电池形成工序的侧视图。
图9是图解根据本发明另一实施方式的制造电极组件的方法中的堆叠工序的正视图。
图10是其中通过根据本发明另一实施方式的制造电极组件的方法中的堆叠工序执行堆叠的电极组件的正视图。
图11是图解根据本发明另一实施方式的制造电极组件的方法中的层压工序的侧视图。
图12是通过根据本发明另一实施方式的制造电极组件的方法制造的电极组件的透视图。
具体实施方式
通过下面结合附图的详细描述，本发明的目的、具体优点和新颖特征将变得更加明显。应当注意，尽可能用相同的标号来给本申请的附图中的部件添加参考标号，即使这些部件在其他附图中示出。此外，本发明可以以不同的形式实施，不应被解释为限于在此阐述的实施方式。在本发明的以下描述中，将省略可能会不必要地模糊本发明的主旨的相关技术的详细描述。
图1是图解根据本发明一实施方式的制造电极组件的方法中的堆叠工序的正视图，图2是图解其中通过根据本发明一实施方式的制造电极组件的方法中的堆叠工序执行堆叠的电极组件的正视图。
图3是图解在根据本发明一实施方式的制造电极组件的方法中的层压工序中，电极组件被按压之前的状态的侧视图，图4是图解在根据本发明一实施方式的制造电极组件的方法中的层压工序中，电极组件被按压的状态的侧视图。
参照图1至图4，根据本发明一实施方式的制造电极组件的方法包括：堆叠工序，将隔膜片120折叠成Z字形，从而将单元电池110定位在折叠的隔膜片120之间，由此形成电极组件100；和层压工序，通过一对加热按压件(heating press)在施加热量的同时按压电极组件100，从而将单元电池110和折叠的隔膜片120彼此结合，由此形成弧形形状的电极组件100。
图5是通过根据本发明一实施方式的制造电极组件的方法制造的电极组件的透视图。
下文中，将参照图1至图5更详细地描述根据本发明一实施方式的制造电极组件100的方法。
参照图1，在堆叠工序中，交替地堆叠(Stack)隔膜片(Sheet)120和多个单元电池(Unit cell)110。在此，隔膜片120可折叠(Folding)成Z字(Zig Zag)形，从而将单元电池110定位在折叠的隔膜片120之间，由此形成Z字形堆叠的电极组件100。
此外，在堆叠工序中，可沿电极组件100的四个方向之中的左右方向X交替地折叠隔膜片120，并且每当折叠隔膜片120时，可将单元电池110交替地堆叠到左侧和右侧。
此外，在堆叠工序中，隔膜片120和单元电池110可进行堆叠而不彼此结合。
参照图2，在堆叠工序中，在将隔膜片120折叠成Z字形之后，单元电池110和隔膜片120的Z字形折叠部分可进一步被整体包围。在此，隔膜片120可包括折叠成Z字形的折叠部分121以及整体包围其中堆叠有单元电池110和隔膜片120的折叠部分的堆叠体的卷绕部分122。
此外，参照图1和图3，在堆叠工序中，例如，电极组件100可形成为具有10mm至120mm的长度L。在此，在堆叠工序中，例如，电极组件100可形成为具有大约30mm至78mm的长度L，但通过根据本发明的制造电极组件的方法制造的电极组件100的长度L不限于上述范围。在此，电极组件100的长度L例如可以是在电极组件100形成为弧形(Round)形状之前的状态下电极组件100沿前后方向Y的总长度。
参照图1和图5，每个单元电池110都可包括电极113和隔膜114。在此，可在电极113的端部形成电极接片118。
电极113可包括正极111和负极112。在此，单元电池110例如可设置为单电池(Monocell)，在单电池中，隔着隔膜114，正极111设置在一侧，负极112设置在另一侧。
正极111可包括正极集流体(未示出)和施加至正极集流体的正极活性材料(未示出)，并且负极112可包括负极集流体(未示出)和施加至负极集流体的负极活性材料(未示出)。
例如，正极集流体可设置为由铝(Al)材料制成的箔。
正极活性材料可包括锂锰氧化物、锂钴氧化物、锂镍氧化物、磷酸铁锂、或包含这些材料和它们的混合物中的至少一种的化合物。
又例如，正极活性材料可包括Hi Ni基正极材料。在此，Hi Ni基正极材料可包括LiNiMnCoO基材料、LiNiCoAl基材料和LiMiMnCoAl基材料中的一种或多种。
例如，负极集流体可设置为由铜(Cu)或镍(Ni)材料制成的箔。
例如，负极活性材料可由包括合成石墨的材料制成。
又例如，负极活性材料可包括锂金属、锂合金、碳、石油焦、活性炭、石墨、硅化合物、锡化合物、钛化合物、或它们的合金。
隔膜114可由绝缘材料制成，以将正极111和负极112彼此电绝缘。
在此，隔膜114例如可以是由微孔聚乙烯、聚丙烯、或它们的组合生产的多层膜；或固体聚合物电解质或凝胶型聚合物电解质(诸如聚偏二氟乙烯、聚环氧乙烷、聚丙烯腈、或聚偏二氟乙烯六氟丙烯共聚物)的聚合物膜。
例如，隔膜片120可由与隔膜114相同的材料制成。
可在正极111的端部进一步形成正极接片116，并且可在负极112的端部进一步形成负极接片117。
参照图3至图5，在层压工序中，可通过一对加热按压件(heating press)20加热和按压电极组件100的两个表面，使得多个单元电池110和隔膜片120彼此结合。
此外，在层压工序中，一对加热按压件20的每一个可具有弧形(Round)形状。因而，当按压电极组件100时，电极组件100可形成为弧形形状。
此外，在层压工序中，电极组件100可被按压，以在电极组件100的四个方向之中的前后方向Y上具有曲率。
在此，在层压工序中，可通过一对加热按压件20按压电极组件100，使得电极组件100具有例如60mm至450mm的曲率半径R1。特别是，在层压工序中，可通过一对加热按压件20按压电极组件100，使得电极组件100具有例如90mm至200mm的曲率半径R1。因而，由于电极组件100形成为具有90mm或更大的曲率半径R1，所以电极组件100可容易应用于具有弧形(Round)形状的装置(Device)。此外，由于电极组件100形成为具有200mm或更小的曲率半径R1，所以可防止或显著减少电极组件100被弯曲损坏或由于外力而破裂(Crack)的现象。
一对加热按压件20可包括按压电极组件100的上部的上按压件21和按压电极组件100的下部的下按压件22。
例如，上按压件21可具有凸形的按压表面21a，并且下按压件22可具有凹形的按压表面22a。就是说，当单元电池110和隔膜片120的堆叠体设置在上按压件21的凸弧状的按压表面21a与下按压件22的凹弧状的按压表面22a之间，然后被加热和按压时，单元电池110和隔膜片120可弯曲，从而彼此结合，由此形成具有弧形形状的电极组件100。
在此，上按压件21和下按压件22的面对的按压表面21a和22a的每一个可具有例如60mm至450mm的曲率半径R1。
特别是，上按压件21和下按压件22的面对的按压表面21a和22a的每一个可具有例如90mm至200mm的曲率半径R1。在此，曲率半径R1可以是沿着按压表面21a、22a的每一个的曲线延伸而形成的假想圆的半径。
参照图1、图4和图5，在如上所述配置的根据本发明一实施方式的制造电极组件的方法中，隔膜片120和单元电池110在堆叠工序中以Z字形堆叠而不彼此结合。因而，当在随后的层压工序中将隔膜片120和单元电池110按压和加热以彼此结合时，可容易以弧形形状结合。就是说，当隔膜片120和单元电池110彼此结合，然后通过层压工序弯曲(Bending)以形成具有弧形形状的电极组件100时，隔膜片120与单元电池110之间的结合力可充当想要使电极组件100再次返回至平坦形状的恢复力。然而，当隔膜片120和单元电池110在堆叠工序中不结合，而是在层压工序中弯曲和结合以形成弧形的电极组件100时，隔膜片120和单元电池110可在弯曲状态下彼此结合。因而，隔膜片120与单元电池110之间的结合力可产生保持弯曲状态的弯曲保持力。就是说，当隔膜片120和单元电池110在层压工序中以弧形状态彼此结合时，电极组件100可通过隔膜片120与单元电池110之间的结合力保持在弯曲和弧形状态(这意味着完成了层压工序的电极组件100不再展开成平坦的并且容易保持弧形形状)。
图6是图解在根据本发明一实施方式的制造电极组件的方法中的形状保持工序中，电极组件和形状保持壳体彼此结合之前的状态的透视图，图7是图解在根据本发明一实施方式的制造电极组件的方法中的形状保持工序中，电极组件和形状保持壳体彼此结合的状态的透视图。
根据本发明一实施方式的制造电极组件的方法可进一步包括通过使用形状保持壳体130包围电极组件100以保持电极组件100的弧形形状的形状保持工序。
在形状保持工序中，可通过形状保持壳体130包围电极组件100，使得通过层压工序形成的电极组件100保持为弧形形状。
在此，形状保持壳体130的内部可具有与电极组件100的弧形形状对应的形状。
因而，通过抑制电极组件100从弧形形状返回至平坦形状，可容易保持电极组件100的弧形形状。
在此，当通过根据本发明一实施方式的制造电极组件的方法制造电极组件时，例如，参照图5，可形成包括单元电池110和隔膜片120的电极组件100。又例如，参照图7，可形成包括单元电池110、隔膜片120和形状保持壳体130的电极组件100’。
下文中，将描述根据本发明另一实施方式的制造电极组件的方法。
图8是图解根据本发明另一实施方式的制造电极组件的方法中的单元电池形成工序的侧视图，图9是图解根据本发明另一实施方式的制造电极组件的方法中的堆叠工序的正视图，图10是其中通过根据本发明另一实施方式的制造电极组件的方法中的堆叠工序执行堆叠的电极组件的正视图。
此外，图11是图解根据本发明另一实施方式的制造电极组件的方法中的层压工序的侧视图，图12是通过根据本发明另一实施方式的制造电极组件的方法制造的电极组件的透视图。
参照图8至图11，根据本发明另一实施方式的制造电极组件的方法包括：形成弧形形状的单元电池210的单元电池形成工序；堆叠工序，将隔膜片220折叠成Z字形，从而将单元电池210定位在折叠的隔膜片220之间，由此形成电极组件200；和层压工序，通过一对加热按压件(heating press)在施加热量的同时按压电极组件200，从而将单元电池210和折叠的隔膜片220彼此结合，由此形成弧形形状的电极组件200。
当根据本发明另一实施方式的制造电极组件的方法与根据本发明的前述实施方式的制造电极组件的方法相比较时，可进一步执行形成弧形形状的单元电池210的单元电池形成工序。
因而，将简要描述与根据前述实施方式的内容重复的本实施方式的内容，将主要描述它们之间的不同。
参照图8，在根据本发明另一实施方式的电极组件的制造方法中，在单元电池形成工序中，可堆叠电极213和隔膜214，然后加热和按压(Heat press)电极213和隔膜214，使得单元电池210形成为弧形形状。
更详细地说，在单元电池形成工序中，可通过一对加热按压件10加热(Heating)和按压电极213和隔膜214的两个表面以彼此结合。在此，由上按压件11和下按压件12构成的一对加热按压件10的每个按压表面都可形成为弧形形状，以加热和按压电极213和隔膜214，由此形成具有弧形形状的单元电池210。因而，可更容易形成弧形形状的电极组件200。
参照图9，在堆叠工序中，交替地堆叠(Stack)隔膜片220和多个单元电池210。在此，隔膜片220可折叠成Z字形，从而将单元电池210定位在折叠的隔膜片220之间，由此形成Z字形堆叠的电极组件200。
在此，在堆叠工序中，隔膜片220可与单元电池210紧密接触从而对应于单元电池210的弧形形状，然后被折叠成Z字形。
此外，在堆叠工序中，可沿电极组件200的四个方向之中的左右方向X交替地折叠隔膜片220，并且每当折叠隔膜片220时，可将单元电池210交替地堆叠到左侧和右侧。
此外，在堆叠工序中，隔膜片220和单元电池210可进行堆叠而不彼此结合。
参照图10，在堆叠工序中，在将隔膜片220折叠成Z字形之后，单元电池210和隔膜片220的Z字形折叠部分可进一步被整体包围。在此，隔膜片220可包括折叠成Z字形的折叠部分221以及整体包围其中堆叠有单元电池210和隔膜片220的折叠部分的堆叠体的卷绕部分222。
参照图9和图12，每个单元电池210都可包括电极213和隔膜214。在此，可在电极213的端部形成电极接片218。
在此，电极213可包括正极211和负极212。在此，可在正极211的端部进一步形成正极接片216，并且可在负极212的端部进一步形成负极接片217。
在此，单元电池210可设置为单电池(Mono cell)，在单电池中，隔着隔膜214，正极211设置在一侧，负极212设置在另一侧。
参照图11至图12，在层压工序中，可通过一对加热按压件(heating press)20加热和按压电极组件200的两个表面，使得多个单元电池210和隔膜片220彼此结合。
此外，在层压工序中，一对加热按压件20的每一个可具有弧形(Round)形状。因而，当按压电极组件200时，电极组件200可形成为弧形形状。
此外，在层压工序中，电极组件200可被按压，以在电极组件200的四个方向之中的前后方向Y上具有曲率。
在层压工序中，电极组件200可被一对加热按压件20按压，使得电极组件200具有例如60mm至450mm的曲率半径。
特别是，在层压工序中，电极组件200可被一对加热按压件20按压，使得电极组件200具有例如90mm至200mm的曲率半径。
参照图8至图12，在如上所述配置的根据本发明另一实施方式的制造电极组件的方法中，在堆叠单元电池210和隔膜片220的堆叠工序之前，可首先执行堆叠电极213和隔膜214，然后加热和按压(Heat press)电极213和隔膜214，使得每个单元电池210都具有弧形形状的单元电池形成工序。之后，在堆叠工序中堆叠单元电池210和隔膜片220之后，可在层压工序中使单元电池210和隔膜片220成为弧形，以制造电极组件200。
因而，在单元电池形成工序中形成每个单元电池210内的电极213与隔膜214之间的结合层之后，可在层压工序中再次形成弧形结合层，以更大地提高弧形保持力。
就是说，当与其中单元电池210和隔膜片220以弧形形状彼此结合从而在单元电池210与隔膜片220之间形成弧形结合层的情况相比较时，单元电池210内的电极213和隔膜214可以以弧形形状彼此结合从而形成弧形结合层，然后单元电池210和隔膜片220可以以弧形形状彼此结合从而形成弧形结合层，由此形成双重弧形结合层，从而更大地提高了电极组件200的弧形保持力。
参照图5、图7和图12，可通过根据本发明前述实施方式的制造电极组件的方法或者根据本发明另一实施方式的制造电极组件的方法制造根据本发明实施方式的电极组件100、100’和200。
参照图5、图7和图12，根据本发明实施方式的二次电池可包括通过根据本发明前述实施方式的制造电极组件的方法或根据本发明另一实施方式的制造电极组件的方法制造的电极组件100、100’和200。在此，二次电池(未示出)可包括电极组件100、100’和200、以及分别容纳电极组件100、100’和200的电池壳体(未示出)。在此，每个二次电池的具体结构在本领域中是已知的，将省略详细描述。
虽然已经参照本发明的示例性实施方式具体示出并描述了本发明，但是应当理解，本发明的范围不限于根据本发明的制造电极组件的方法、通过该方法制造的电极、和二次电池。本领域普通技术人员将理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可对形式和细节做出各种改变。
此外，本发明的保护范围将由所附权利要求书来阐明。

Claims (14)

1.一种制造电极组件的方法，所述方法包括：
堆叠工序，交替地堆叠隔膜片和每个都包括电极和隔膜的多个单元电池，其中所述隔膜片折叠成Z字形，从而将所述单元电池定位在折叠的隔膜片之间，由此形成Z字形堆叠的电极组件；和
层压工序，通过一对加热按压件(heating press)加热和按压所述电极组件的两个表面，从而将所述多个单元电池和所述隔膜片彼此结合，
其中，在所述层压工序中，所述一对加热按压件的每一个都形成为弧形(Round)形状，从而在按压所述电极组件时将所述电极组件形成为弧形形状。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述堆叠工序中，沿所述电极组件的四个方向之中的左右方向交替地折叠所述隔膜片，并且
每当折叠所述隔膜片时，将所述单元电池交替地堆叠到左侧和右侧。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述层压工序中，所述电极组件被按压，以在所述电极组件的所述四个方向之中的前后方向上具有曲率。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述堆叠工序中，所述电极组件形成为使得所述电极组件具有30mm至78mm的长度，并且
在所述层压工序中，通过所述一对加热按压件按压所述电极组件，使得所述电极组件具有90mm至200mm的曲率半径。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述一对加热按压件包括按压所述电极组件的上部的上按压件和按压所述电极组件的下部的下按压件，并且
所述上按压件和所述下按压件的面对的按压表面的每一个都具有90mm至200mm的曲率半径。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括通过使用形状保持壳体包围所述电极组件，使得通过所述层压工序形成的所述电极组件保持弧形形状的形状保持工序。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述形状保持壳体的内部具有与所述电极组件的弧形形状对应的形状。
8.根据权利要求1所述的方法，在所述堆叠工序之前进一步包括堆叠所述电极和所述隔膜，然后加热和按压(Heat press)所述电极和所述隔膜，使得每个单元电池都形成为弧形形状的单元电池形成工序。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述单元电池形成工序中，所述单元电池形成为使得每个单元电池都具有与要通过所述层压工序形成的所述电极组件的曲率半径对应的曲率半径。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，在所述堆叠工序中，所述隔膜片与所述单元电池紧密接触从而对应于每个单元电池的弧形形状，然后被折叠成Z字形。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中每个单元电池设置为单电池，在所述单电池中，隔着隔膜，正极设置在一侧，负极设置在另一侧。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，在所述堆叠工序中，所述隔膜片和所述单元电池进行堆叠而不彼此结合。
13.一种通过根据权利要求1至10中任一项所述的方法制造的电极组件。
14.一种二次电池，所述二次电池包括通过根据权利要求1至10中任一项所述的方法制造的电极组件。
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