CN113767506A - 顺序压力化成夹具和使用其的化成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种化成夹具，其特征在于包括：挤压板，该挤压板具有第一通孔并且挤压电池单体，第一螺杆穿过该第一通孔；挤压支撑板，当挤压板挤压电池单体的上部或下部时，该挤压支撑板支撑电池单体，并且该挤压支撑板具有第二通孔和第三通孔，第一螺杆穿过该第二通孔，第二螺杆穿过该第三通孔；第一螺杆，该第一螺杆穿过挤压板和挤压支撑板，并且借助于旋转而使挤压板在间隙调节方向上移动；和第二螺杆，该第二螺杆穿过挤压支撑板，并且借助于旋转而使挤压支撑板在间隙调节方向上移动，其中，第二通孔的直径大于第一通孔的直径。

Description

顺序压力化成夹具和使用其的化成方法

技术领域

本申请要求基于2019年10月30日提交的韩国专利申请No.10-2019-0136343的优先权权益，并且该韩国专利申请的全部内容通过引用被并入本文中。

本发明涉及一种锂二次电池的化成夹具和一种使用该化成夹具的化成方法，并且更特别地，涉及一种能够顺序地挤压锂二次电池的平面的化成夹具和一种使用该化成夹具从而赋予锂二次电池的电解质溶液方向性的化成方法。

背景技术

作为构成电池的单元单体的袋型锂二次电池(下文中被称为电池单体)是柔性的，具有相对自由的形状，重量轻，并且安全性优异，因此对于作为用于便携式电子装置(诸如移动电话、便携式摄像机和笔记本计算机)的电源的电池的需求正在增加。

在电池单体中，多个正电极(铝箔)和负电极(铜箔)在分隔件被插置在其间的情况下被堆叠，并且正电极接线片被焊接到正电极并且负电极接线片被焊接到负电极，然后用铝袋将其密封。

这种电池单体的制造过程被大体划分成三个过程：电极、组装和化成。在电极过程中，通过以适当的比率混合材料来制造正电极和负电极。然后，用铝包覆正电极，并且用铜箔包覆负电极，然后将其通过辊压被压缩到一定厚度以由此变得平坦，并且然后根据电极尺寸进行切割，这是切缝过程。

另外，组装过程包括：堆叠&折叠过程或者卷绕过程，在该堆叠&折叠过程中，正电极材料、分隔件和负电极材料通过进行切口以从电极去除不必要的部分而被交替地堆叠并且然后根据电池容量被折叠多次，该卷绕过程将电极和分隔件重叠和卷绕；以及用铝膜封装材料进行封装并且然后在真空状态中注入电解质并密封的过程。

最后，化成过程是通过重复组装好的电池单体的充电/放电来激活电池单体并且执行脱气过程的过程，在该脱气过程中，在激活时，排出在电池单体中产生的气体。

在这样的化成过程期间，由于在电极和电解质溶液之间的化学反应或副反应而产生了大量气体，并且使用化成夹具来对电池单体加压以去除气体。

图1示出传统的化成夹具。参考图1，化成夹具10包括多个挤压板11，并且挤压板通过挤压螺杆13而连接。然后，在将电池单体1插入在挤压板之间之后，通过操作螺杆使挤压板在一个方向上(箭头)移动，由此挤压电池单体。然而，由于挤压板具有平板形式，因此在加压期间，压力在没有区域划分的情况下在电池单体的平面上传递。

另一个方面，为了有效地去除在电池单体内部的气体，有效的是在加压期间赋予推出的电解质溶液方向性。这是因为，当在加压期间电解质溶液被推出时，内部气体倾向于像电解质溶液一样被推出。因此，需要开发一种用于能够在加压期间赋予电解质溶液方向性的挤压板的技术。

发明内容

技术问题

本发明的目的是提供一种化成夹具，该化成夹具通过使用包括板形挤压板的化成夹具顺序地挤压电池单体来赋予在电池单体内部的电解质溶液方向性。

本发明的另一个目的是提供一种使用赋予电解质溶液方向性的化成夹具来挤压电池单体的化成方法。

技术方案

用于解决以上问题的本发明的化成夹具是如下化成夹具，该化成夹具包括框架和多个挤压板，该框架容纳多个电池单体，所述多个挤压板用于通过在水平方向上移动来挤压电池单体，并且该化成夹具包括：挤压板，该挤压板被构造成具有第一通孔，并且挤压电池单体，第一螺杆穿过该第一通孔；挤压支撑板，该挤压支撑板被构造成当挤压板挤压电池单体的上部或下部时支撑电池单体，并且包括第二通孔和第三通孔，第一螺杆穿过该第二通孔，第二螺杆穿过该第三通孔；第一螺杆，该第一螺杆被构造成穿过挤压板和挤压支撑板，并且通过旋转而使挤压板在间隙调节方向上移动；和第二螺杆，该第二螺杆被构造成穿过挤压支撑板，并且通过旋转而使挤压支撑板在间隙调节方向上移动，其中，第二通孔的直径大于第一通孔的直径。

在根据本发明的实施例的化成夹具中，挤压板和挤压支撑板被平行地安装成多个。

在本发明的实施例中，挤压板被划分成上挤压区域和下挤压区域，并且上挤压区域和下挤压区域中的每一个具有至少一对第一通孔。

在本发明的实施例中，第二通孔的直径是第一通孔的直径的1.2到2倍。

在本发明的实施例中，挤压支撑板的截面面积大于挤压板的截面面积。这里，第三通孔中的每一个第三通孔可以位于由连接第二通孔的线形成的虚拟闭合部的区域的外部。

在本发明的实施例中，挤压板和挤压支撑板中的每一个具有被附接到其至少一个表面的压力垫。

在本发明的实施例中，挤压板和挤压支撑板分别地移动。

根据本发明的化成方法是一种使用所述化成夹具来顺序地挤压电池单体的顶表面和底表面的方法，并且包括：第一步骤：将电池单体容纳在挤压板和挤压支撑板之间，并且使挤压板和挤压支撑板在作为间隙调节方向的第一方向上移动，由此使挤压板、电池单体和挤压支撑板彼此紧密接触；第二步骤：在第一步骤之后，通过挤压板的上挤压区域或下挤压区域在作为与间隙调节方向相反的方向的第二方向上挤压电池单体；和第三步骤：挤压电池单体的在第二步骤中未被加压的部分。

在本发明的实施例中，在第二步骤中，挤压板的下挤压区域在第二方向上挤压电池单体，并且通过操作贯穿下挤压区域的第一通孔的第一螺杆来挤压其对应的电池单体的下表面。

在本发明的实施例中，在第二步骤中，当挤压板的下挤压区域挤压电池单体的下部时，电池单体由挤压支撑板支撑。

在本发明的实施例中，第二步骤包括：2-A步骤：通过挤压板的左下部分或右下部分在第二方向上挤压电池单体；和2-B步骤：通过挤压板的右下部分或左下部分在第二方向上挤压电池单体，并且其中，2-A步骤和2-B步骤被顺序地执行。

在本发明的实施例中，电池单体被充电/放电，并且在充电/放电的同时或在充电/放电之后被加压。

有利效果

在本发明的化成夹具和化成方法中，电池单体被顺序地加压以赋予电解质溶液方向性，使得在电池单体内部的气体能够被容易地排出。

附图说明

图1是示出传统化成夹具的视图；

图2是示出根据本发明的实施例的挤压板和挤压支撑板的视图；

图3到图5是示出根据本发明的实施例的化成夹具的视图；

图6是示出根据本发明的实施例的化成方法的视图；并且

图7是示出根据本发明的另一个实施例的化成方法的视图。

具体实施方式

在本申请中，应当理解，诸如“包括”或“具有”的术语旨在指示存在说明书中所描述的特征、数目、步骤、操作、部件、零件或其组合，并且它们并不预先排除存在或添加一个或多个其它的特征或数目、步骤、操作、部件、零件或其组合的可能性。

图2是示出根据本发明的实施例的挤压板和挤压支撑板的视图。

参考图2，根据本发明的实施例的挤压板110包括第一通孔112，第一螺杆(未示出)穿过该第一通孔112。挤压板110具有与待挤压的电池单体对应的面积和形状，并且被连接到稍后描述的第一螺杆，使得通过第一螺杆的旋转使该挤压板110在水平方向上移动，并且该挤压板110与电池单体紧密接触，由此挤压电池单体。

第一通孔相对于电池单体接触的部分位于外周表面上。这是因为，穿过第一通孔的第一螺杆不应与电池单体接触。

在一个具体示例中，挤压板110可以被划分成挤压电池单体的上侧平面的上挤压区域111以及挤压电池单体的下侧平面的下挤压区域113。上挤压区域111和下挤压区域113中的每一个包括一对或多对第一通孔112。当第一通孔的数目为至少一对或多于一个时，挤压板可以均匀地挤压电池单体。

将稍后描述的第一螺杆被分别地插入四个通孔112中，并且第一螺杆被构造成能够独立地旋转。因此，通过插入下挤压区域113中的第一螺杆的旋转仅使下挤压区域移动，并且此时，上挤压区域111不移动。

根据本发明的实施例的挤压支撑板是被添加以当挤压板挤压电池单体的下部或上部中的一个时起到支撑电池单体的功能的板。在本发明的化成夹具中，为了在加压期间赋予电解质方向性，挤压板从电池单体的底部到顶部、从电池单体的顶部到底部或从电池单体的左侧到右侧顺序地对电池单体加压。在这种情况下，为了有效地执行顺序加压，要求与挤压板分别地支撑电池单体的挤压支撑板。

参考图2，根据本发明的实施例的挤压支撑板120包括多个第二通孔122和多个第三通孔121，第一螺杆穿过所述多个第二通孔122，第二螺杆穿过所述多个第三通孔121。第二通孔122和第三通孔121被形成在接触电池单体的预定部分的外周表面上，从而防止螺杆接触电池单体。

在一个具体示例中，在一个挤压支撑板中，可以分别地形成两对第二通孔和第三通孔。其中，一对第三通孔可以被形成在上部中，并且每一个第三通孔被形成在左上部分的两个角部相交的顶点部分和右上部分的两个角部相交的顶点部分处。类似地，在下部中，一个第三通孔还被形成在左下侧的两个角部和右下侧的两个角部彼此相交的顶点部分处。

在一个具体示例中，挤压支撑板的截面面积大于挤压板的截面面积。这里，截面面积是指在加压期间面向电池单体的部分的面积。当挤压板从电池单体的上端或下端到下部区域或上部区域地顺序地挤压电池单体时，为了使挤压支撑板稳定地支撑电池单体，有效的是挤压支撑板的面积大于挤压板的面积。

优选的是，挤压板和挤压支撑板均具有被附接到至少一个表面的压力垫。当挤压板对电池单体加压时，压力垫用于通过与电池单体紧密接触来吸收由压力引起的冲击而防止对电极组件的损坏。因此，为了减小冲击，压力垫优选地由具有弹性的材料制成，并且具体地，优选地包括橡胶或聚氨酯类聚合物树脂。

挤压板110和挤压支撑板120被并排地布置。这里，为了使第一螺杆一起穿过挤压板110和挤压支撑板120，第一通孔112和第二通孔122被定位成一排且重叠。

本发明的特征在于，在第一螺杆所穿过的第一通孔和第二通孔的直径中，第二通孔的直径大于第一通孔的直径。这是为了确保当第一螺杆旋转时，仅挤压板110移动，并且挤压支撑板不受第一螺杆的旋转的影响。

图3示出根据本发明的实施例的化成夹具。参考图3，本发明的化成夹具100包括：挤压板110；挤压支撑板120；第一螺杆130，该第一螺杆130被构造成穿过挤压板和挤压支撑板，并且通过旋转而使挤压板在间隙调节方向上移动；和第二螺杆140，该第二螺杆140被构造成穿过挤压支撑板，并且通过旋转而使挤压支撑板在间隙调节方向上移动。

在一个具体示例中，化成夹具可以包括限定化成夹具的外观的框架(未示出)。框架容纳多个挤压板、挤压支撑板和电池单体。另外，框架支撑挤压板、挤压支撑板和电池单体。框架可以具有内壁150，该内壁150在间隙调节方向上的端部处以用于支撑。另外，挤压板和挤压支撑板以平行于框架内侧的方式被设置为多个。

参考图3，第一螺杆130一起穿过在挤压板110中形成的第一通孔112和在挤压支撑板120中形成的第二通孔122。并且，由于在挤压支撑板120中形成的第二通孔122的直径大于第一通孔112的直径，因此挤压支撑板120具有不受第一螺杆130的旋转影响的结构。即，当挤压板110通过第一螺杆130的操作而在间隙调节方向上或在挤压方向上移动时，挤压支撑板120具有其操作能够在不受影响的情况下由挤压板110单独地控制的结构。

第二通孔的直径不受限制，只要它不受第一螺杆的操作的影响即可，并且具体地，第二通孔的直径可以是第一通孔的直径的1.2倍至两倍。

参考图3，四个第二螺杆140可以穿过在挤压支撑板120中形成的四个第三通孔121。然而，为了方便起见，在绘图中省略了螺杆穿过在左上部分和左下部分中的通孔的状态。挤压支撑板被构造成通过第二螺杆140的旋转而在间隙调节方向上移动。

第一螺杆沿着多个挤压板和多个挤压支撑板的布置方向被插入第一通孔和第二通孔中，并且第二螺杆沿着多个挤压板和多个挤压支撑板的布置方向被插入第三通孔中。第一螺杆和第二螺杆具有沿着挤压板和挤压支撑板的布置方向延伸的柱形体，并且被设计成通过旋转而使挤压板和挤压支撑板水平地移动。

第一螺杆和第二螺杆能够被单独地操作。因此，通过第一螺杆的操作而在水平方向上移动的挤压板和通过第二螺杆的操作而在水平方向上移动的挤压支撑板能够被分别地移动。

另外，穿过挤压板的多个第一螺杆被分布在上挤压区域和下挤压区域中，由此贯穿挤压板。贯穿上挤压区域的第一螺杆和贯穿下挤压区域的第一螺杆也被单独地操作，使得下挤压区域和上挤压区域能够被单独地挤压。

此外，如果至少一对或多对第一螺杆被分别地设计成穿过上挤压区域和下挤压区域，则挤压板能够被划分成左下挤压区域、右下挤压区域、左上挤压区域和右上挤压区域，并且通过顺序地操作穿过这些区域的螺杆，可以顺序地挤压电池单体的左下、右下、左上和右上。

在下文中，将描述使用本发明的化成夹具来顺序地挤压电池单体的方法。

参考图4到图6，首先，多个电池单体1被分别地安装在一个挤压板110和一个挤压支撑板120之间。此后，通过第一螺杆130和第二螺杆140的旋转，通过分别使挤压板110和挤压支撑板120在作为间隙调节方向的第一方向上移动，如图5中所示，执行使电池单体1与挤压板110和挤压支撑板120紧密接触的第一步骤。

在本发明的实施例中，在执行第一步骤之后，可以通过在仍然保持贯穿挤压板110的上挤压区域的第一螺杆的同时仅旋转贯穿下挤压区域的第一螺杆来执行挤压与挤压板的下挤压区域对应的电池单体的下部的第二步骤。在这种情况下，挤压板的下挤压区域挤压电池单体的方向是与间隙调节方向相反的第二方向。即，在挤压板、电池单体和挤压支撑板紧密接触的状态中，仅挤压板的下挤压区域在第二方向上移动以挤压电池单体。

另一个方面，由于电池单体具有板形结构，因此当挤压板的下挤压区域在第二方向上向电池单体施加力时，电池单体的未被加压的部分朝向与第二方向相反的第一方向倾斜，因此，挤压板的挤压力可能未被有效地传递到电池单体的下部。这样，根据本发明的化成夹具，通过包括与挤压板匹配的挤压支撑板，当挤压电池单体的下部时，电池单体的上部由挤压支撑板支撑，使得电池单体不倾斜，并且电池单体的下部能够被有效地挤压。

当通过第二步骤仅挤压电池单体的下部时，在下部处在电极组件和电池壳体之间的多余空间减少。结果，电极组件和多余空间中的电解质溶液被推出到多余空间相对宽的上部区域。此时，当电解质溶液被推出时，电极组件和多余空间中的内部气体与电解质溶液一起被推出，使得在电池单体内部的气体能够被有效地去除。

在以上实施例中，挤压板从电池单体的下部到电池单体的上部顺序地挤压。然而，与此不同，挤压板可以从电池单体的上部朝向电池单体的下部顺序地挤压。另外，挤压板可以从电池单体的左部朝向电池单体的右部或从右部到左部顺序地挤压。

然而，通常，当电池单体被安装在化成设备上时，电池单体经常在电池单体的气袋单元面向上的情况下被存储在化成设备中。这样，优选地从电池单体的下部到电池单体的上部顺序地加压。

在本发明的另一个实施例中，第二步骤可以包括：2-A步骤，通过挤压板的左下部分或右下部分在第二方向上挤压电池单体；和2-B步骤，通过挤压板的右下部分或左下部分在第二方向上挤压电池单体。这里，2-A步骤和2-B步骤可以顺序地执行。

如上所述，本发明的挤压板能够被划分成左下挤压区域、右下挤压区域、左上挤压区域和右上挤压区域，并且通过顺序地操作穿过这些区域的螺杆，可以顺序地挤压电池单体的左下、右下、左上和右上部。参考图7，通过顺序地挤压挤压板的右下区域(1-a)和左下区域(1-b)，电解质溶液能够带有方向性地在从右到左(箭头)的方向上移动。另外，通过从下端到上端顺序地挤压挤压板，电解质溶液可以带有方向性地在从下端到上端的方向上移动。

在第二步骤中，仅挤压电池单体的下部的状态可以被维持一定时间。该时间可以是几秒到几十分钟，并且这可以由本领域技术人员考虑加压期间的压力、电池单体的尺寸以及构成电池单体的电极和电解质溶液的类型来选择。

在第二步骤之后，执行挤压在第一步骤中未被挤压的上部的第三步骤。在第三步骤中，以与在第二步骤中相同的方式操作贯穿在挤压板的上挤压区域中形成的第一通孔的第一螺杆，使得挤压板的上挤压区域在第二方向上细微地移动，由此对电池单体的上部加压。

尽管下文已经参考本发明的优选实施例进行了描述，但是能够理解，本领域技术人员能够在不脱离如所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围的情况下对本发明做出各种修改和改变。

因此，本发明的技术范围不应限于在说明书的详细描述中描述的内容，而应由权利要求限定。

Claims (13)

1.一种化成夹具，所述化成夹具包括框架和多个挤压板，所述框架容纳多个电池单体，所述多个挤压板用于通过在水平方向上移动来挤压电池单体，所述化成夹具包括：

所述挤压板，所述挤压板被构造成具有第一通孔，并且挤压所述电池单体，第一螺杆穿过所述第一通孔；

挤压支撑板，所述挤压支撑板被构造成当所述挤压板挤压所述电池单体的上部或下部时支撑所述电池单体，并且包括第二通孔和第三通孔，所述第一螺杆穿过所述第二通孔，第二螺杆穿过所述第三通孔；

所述第一螺杆，所述第一螺杆被构造成穿过所述挤压板和所述挤压支撑板，并且通过旋转而使所述挤压板在间隙调节方向上移动；和

所述第二螺杆，所述第二螺杆被构造成穿过所述挤压支撑板，并且通过旋转而使所述挤压支撑板在间隙调节方向上移动，

其中，所述第二通孔的直径大于所述第一通孔的直径。

2.根据权利要求1所述的化成夹具，其中，所述挤压板和所述挤压支撑板被平行地安装成多个。

3.根据权利要求1所述的化成夹具，其中，所述挤压板被划分成上挤压区域和下挤压区域，并且

其中，所述上挤压区域和所述下挤压区域中的每一个具有至少一对第一通孔。

4.根据权利要求1所述的化成夹具，其中，所述第二通孔的直径是所述第一通孔的直径的1.2倍到2倍。

5.根据权利要求1所述的化成夹具，其中，所述挤压支撑板的截面面积大于所述挤压板的截面面积。

6.根据权利要求5所述的化成夹具，其中，在所述挤压支撑板中，所述第三通孔中的每一个第三通孔位于由连接所述第二通孔的线形成的虚拟闭合部的区域的外部。

7.根据权利要求1所述的化成夹具，其中，所述挤压板和所述挤压支撑板中的每一个具有被附接到其至少一个表面的压力垫。

8.根据权利要求1所述的化成夹具，其中，所述挤压板和所述挤压支撑板分别地移动。

9.一种使用根据权利要求1所述的化成夹具来顺序地挤压电池单体的顶表面和底表面的化成方法，所述化成方法包括：

第一步骤：将所述电池单体容纳在所述挤压板和所述挤压支撑板之间，并且使所述挤压板和所述挤压支撑板在作为间隙调节方向的第一方向上移动，由此使所述挤压板、所述电池单体和所述挤压支撑板彼此紧密接触；

第二步骤：在所述第一步骤之后，通过所述挤压板的上挤压区域或下挤压区域在作为与所述间隙调节方向相反的方向的第二方向上挤压所述电池单体；和

第三步骤：挤压所述电池单体的在所述第二步骤中未被加压的部分。

10.根据权利要求9所述的化成方法，其中，在所述第二步骤中，所述挤压板的下挤压区域在所述第二方向上挤压所述电池单体，并且通过操作贯穿所述下挤压区域的第一通孔的第一螺杆来挤压其对应的电池单体的下表面。

11.根据权利要求10所述的化成方法，其中，在所述第二步骤中，当所述挤压板的所述下挤压区域挤压所述电池单体的下部时，所述电池单体由所述挤压支撑板支撑。

12.根据权利要求9所述的化成方法，其中，所述第二步骤包括：

2-A步骤：通过所述挤压板的左下部分或右下部分在所述第二方向上挤压所述电池单体；和

2-B步骤：通过所述挤压板的右下部分或左下部分在所述第二方向上挤压所述电池单体，并且其中，所述2-A步骤和所述2-B步骤被顺序地执行。

13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述电池单体被充电/放电，并且在充电/放电的同时或在充电/放电之后被加压。

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