CN114175333B - 使用固定夹具制造袋形电池单元的方法及使用该方法制造的袋形电池单元 - Google Patents

使用固定夹具制造袋形电池单元的方法及使用该方法制造的袋形电池单元 Download PDF

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Abstract

公开了一种制造袋形电池单元的方法，该方法包括以下步骤：(a)在层压片中形成电极组件容纳部，以制造初步电池壳体；(b)将电极组件容纳在电极组件容纳部中，并且将除供排放气体的初始电池壳体的第一侧外周之外的初始电池壳体的其他外周密封；(c)在电极组件容纳部的第一侧外周的相对两端的角部的每一个处设置固定夹具；(d)执行激活工序和脱气工序；(e)重新密封(re‑sealing)电极组件容纳部的第一侧外周；以及(f)去除初始电池壳体的端部，其中在角部与固定夹具的内表面紧密接触的状态下执行步骤(d)至步骤(f)，该方法是能够防止初始电池壳体因在制造袋形电池单元的工序中连续施加至初始电池壳体的力而变形的技术。

Description

使用固定夹具制造袋形电池单元的方法及使用该方法制造的 袋形电池单元
技术领域
本申请要求于2019年12月9日提交的韩国专利申请第2019-0162510号的优先权的权益，通过引用将上述专利申请的整个公开内容结合在此。
本发明涉及一种使用固定夹具制造袋形电池单元的方法及使用该方法制造的袋形电池单元，更具体地，涉及这样一种使用固定夹具制造袋形电池单元的方法及使用该方法制造的袋形电池单元，即，该方法能够在使袋形电池单元中的在制造袋形电池单元的工序中可能会最大变形的部分与固定夹具紧密接触从而被该固定夹具固定的状态下，制造袋形电池单元，从而可显著降低电池单元缺陷率。
背景技术
基于壳体的形状，锂二次电池分为圆柱形电池、棱柱形电池或袋形电池。圆柱形电池和棱柱形电池的每一个是具有安装在金属罐中的电极组件的电池，袋形电池是具有安装在通常由铝层压板制成的袋形壳体中的电极组件的电池。在这些电池之中，能够以高集成度堆叠、具有较高的每单位重量的能量密度、廉价并且能够容易变形的袋形电池近年来已受到相当大的关注。
层压片包括：配置为确保层压片绝缘并保护层压片的表面的外部涂层；配置为阻挡气体和湿气并允许电池壳体容易成形的金属层；以及用于粘附的内部树脂层。
通常，为了制造袋形电池，执行形成电极组件容纳部的工序、脱气工序和密封电池壳体的外周的工序。当执行上述工序时，层压片的金属层可能会被损坏。特别是，应力集中在容纳电极组件的电极组件容纳部的角部上。结果，在电极组件容纳部的角部形成裂纹(crack)的可能性较高。
如上所述在层压片形成裂纹的情况下，电解液会泄漏到电池之外，或者外部湿气会进入到电池中。电解液的泄漏会由于高压接地故障电流而引起着火，从而会降低电池的安全性。
与此相关，专利文献1公开了在制造袋形二次电池的工序中使用的密封块上形成有防褶皱部。在专利文献1中，形成有防褶皱部的密封块用于在电极组件容纳部的外周角部形成密封部。通过设置该密封部可防止在电极组件容纳部的角部形成褶皱。
专利文献2公开了一种袋形电池壳体，该袋形电池壳体如此配置，即在配置为容纳电极组件的凹部的外周密封部之中，在供注入电解液并且排放气体的外周形成非密封部，其中供排放气体的外周的除中央部分之外的端部被预先密封。
在专利文献1和专利文献2中，密封部被预先形成为用于在电池壳体的制造初期防止在外周的角部或端部形成褶皱的结构。然而，在后续的脱气和重新密封工序中，难以防止角部由于反复集中于其上的应力而变形。
因此，高度需要一种能够防止电极组件容纳部的角部因在执行制造袋形电池单元的工序期间连续施加至角部的力而变形或破裂的技术。
(现有技术文献)
(专利文献1)韩国专利申请公开第2019-0042801号(2019.04.25)
(专利文献2)韩国专利申请公开第2019-0042800号(2019.04.25)
发明内容
技术问题
鉴于上述问题而做出了本发明，本发明的目的是提供一种使用固定夹具制造袋形电池单元的方法及使用该方法制造的袋形电池单元，该固定夹具能够在制造袋形电池单元的工序中防止电极组件容纳部的角部变形并且保持角部的初始形状。
技术方案
为了实现上述目的，根据本发明的制造袋形电池单元的方法包括以下步骤：(a)在层压片中形成电极组件容纳部，以制造初步电池壳体；(b)将电极组件容纳在所述电极组件容纳部中，并且将除供排放气体的所述初始电池壳体的第一侧外周之外的所述初始电池壳体的其他外周密封；(c)在所述电极组件容纳部的所述第一侧外周的相对两端的角部的每一个处设置固定夹具；(d)执行激活工序和脱气工序；(e)重新密封(re-sealing)所述电极组件容纳部的所述第一侧外周；以及(f)去除所述初始电池壳体的端部，其中在所述角部与所述固定夹具的内表面紧密接触的状态下执行步骤(d)至步骤(f)。
所述角部可以是所述电极组件容纳部的底表面与所述电极组件容纳部的两个相邻的侧表面彼此相接的部分，并且所述固定夹具可具有配置为包裹所述角部的结构。
所述固定夹具可延伸到步骤(e)的重新密封预布置部，从而包裹所述重新密封预布置部。
在一具体示例中，粘合材料可被添加到所述固定夹具的所述内表面，使得所述角部附接至所述固定夹具的所述内表面。
此外，可通过将粘合剂涂覆至所述固定夹具、将粘合膜附接至所述固定夹具、或将粘合材料喷射到所述固定夹具上来将所述粘合材料添加到所述固定夹具。
在另一具体示例中，所述固定夹具可包括配置为吸附所述角部的吸附部。
具体地，所述吸附部可由吸盘构成。
或者，所述吸附部可由抽吸装置构成。
此外，可进一步在所述电极组件容纳部的与所述第一侧外周相对的第三侧外周的相对两端的角部的每一个处设置固定夹具。
或者，所述固定夹具可沿着包括所述第一侧外周的所述相对两端的角部在内的所述电极组件容纳部的所述第一侧外周设置。
所述方法可在执行步骤(d)的所述激活工序之前包括：临时密封所述初始电池壳体的所述第一侧外周的工序。
本发明提供了一种使用所述制造袋形电池单元的方法制造的袋形电池单元、以及包括所述袋形电池单元的电池模块。
附图说明
图1是示出根据本发明的制造袋形电池单元的工序的示图。
图2是被添加了根据第一实施方式的固定夹具的初始电池壳体的透视图。
图3是被添加了根据第二实施方式的固定夹具的初始电池壳体的透视图。
图4是被添加了根据第三实施方式和第四实施方式的每一个的固定夹具的初始电池壳体的透视图。
图5是图4的(b)的平面图。
图6是图4的局部剖面图。
图7是根据第五实施方式和第六实施方式的每一个的固定夹具的透视图。
图8是被添加了根据第七实施方式的固定夹具的初始电池壳体的透视图。
具体实施方式
现在，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能够容易实施本发明的优选实施方式。然而，在详细描述本发明的优选实施方式的工作原理中，当本文中并入的已知功能和构造的详细描述可能会使本发明的主旨模糊不清时，则将省去该详细描述。
此外，整个附图中将使用相同的参考标记来表示执行相似功能或操作的部件。在整个申请中一个部件被称为连接至另一个部件的情况下，该一个部件不仅可直接连接至该另一个部件，而且该一个部件还可经由另外的部件间接连接至该另一个部件。此外，包括某一元件并不意指排除其他元件，而是指可进一步包括其他元件，除非另有说明。
除非特别限制，否则通过限制或添加来具体化元件的描述可应用于所有发明，并且不限制具体发明。
下文中，将参照附图详细描述本发明的实施方式。
图1是示出根据本发明的制造袋形电池单元的工序的示图。
参照图1，为了制造根据本发明的袋形电池单元，首先，在将层压片放置在模具(未示出)上的状态下使用冲头10按压层压片，以形成电极组件容纳部110。将电极组件105容纳在电极组件容纳部110中，并且将除供排放气体的初始电池壳体的第一侧外周101之外的初始电池壳体100的第二侧外周102、第三侧外周103和第四侧外周104密封。
在电极组件容纳部110的第一侧外周111的相对两端的角部112处设置固定夹具120，临时密封初始电池壳体100的第一侧外周101，并且执行激活工序和脱气工序。
之后，重新密封电极组件容纳部110的第一侧外周111，并且去除第一侧外周111外侧的端部，以制造袋形电池单元。
在如上所述完成袋形电池单元之后，从电极组件容纳部的第一侧外周111的相对两端的角部去除固定夹具120。
每个角部是电极组件容纳部的底表面与电极组件容纳部的两个相邻的侧表面彼此相接的部分。本申请中提及的角部是指与上述部分相同的部分。
每个固定夹具具有配置为包裹角部之中的相对应的角部的结构。被设置了固定夹具的角部的外表面可保持与固定夹具的内表面紧密接触。
图2是被添加了根据第一实施方式的固定夹具的初始电池壳体的透视图。
参照图2，固定夹具120设置在电极组件容纳部110的第一侧外周111的相对两端的角部112处。
每个固定夹具120的内表面形成为具有与角部112之中的相对应的角部的尺寸和形状分别对应的尺寸和形状。固定夹具120的内表面与角部112的外表面完全彼此紧密接触。
因此，即使在制造袋形电池单元的工序中初始电池壳体被施加外力达到使初始电池壳体收缩或扭曲的程度的情况下，角部仍在与固定夹具的内表面紧密接触的情况下保持附接至固定夹具的内表面。因此，可防止角部起褶皱或破裂。
图3是被添加了根据第二实施方式的固定夹具的初始电池壳体的透视图。
参照图3，初始电池壳体200包括第一壳体200a和第二壳体200b，第一壳体200a和第二壳体200b的外周通过热熔合被密封，第一壳体200a和第二壳体200b的每一个都形成有电极组件容纳部210。
此外，在制造袋形电池单元的工序中包括的脱气工序中，可使用将初始电池壳体减压至真空状态的方法。此时，初始电池壳体在收缩期间会变形。在电极组件容纳部的位于排放气体的方向上的第一侧外周211处会最大发生这种变形。然而，其他外周也变形，但程度不同。
具体地，由于第三侧外周是在电极组件的长轴方向上的外周，所以第三侧外周203会比第二侧外周202和第四侧外周204变形更大。
因此，图3示出了进一步在与电极组件容纳部的第一侧外周211相对的电极组件容纳部的第三侧外周203的相对两端的角部212处设置固定夹具，即，固定夹具220附接至电极组件容纳部的底表面的所有角部的状态。在如上所述固定夹具220附接至所有角部212的情况下，除了防止第一侧外周的变形以外，还可防止第二侧外周至第四侧外周的变形。
图3中示出的固定夹具220与图2的固定夹具120的不同之处在于，固定夹具中的被添加至电极组件容纳部的底表面的部分的平面形状不是四边形形状，而是“┓”形状。
此外，固定夹具220进一步包括延伸部222，延伸部222不仅配置为包裹角部212，而且还延伸到重新密封预布置部214，从而固定夹具形成为具有与角部212和从角部延伸的重新密封预布置部214的尺寸和形状分别对应的尺寸和形状。因此，在使用固定夹具220的情况下，可额外防止电极组件容纳部的侧壁215与重新密封预布置部214之间的连接部分的变形。
图4是被添加了根据第三实施方式和第四实施方式的每一个的固定夹具的初始电池壳体的透视图。
参照图4，图4的(a)中所示的固定夹具320配置为，与图3的固定夹具220相比，固定夹具的位于作为电极组件容纳部的长轴方向的x轴方向上的部分比固定夹具的位于作为电极组件容纳部的短轴方向的y轴方向上的部分长。
考虑到电极组件容纳部的长轴方向的外周比电极组件容纳部的短轴方向的外周变形更大，附接至初始电池壳体的更大变形的部分的固定夹具的长度增加，从而可提高防止初始电池壳体的变形的效果。
图4的(b)中所示的固定夹具420配置为，固定夹具中的包裹电极组件容纳部的底表面的部分的平面形状是三角形。考虑到电极组件容纳部的角部的变形通常发生在电极组件容纳部的侧壁处，即使在使用像固定夹具420这样的结构的情况下，也可实现期望的效果。
图4中所示的固定夹具320和420的每一个不包括延伸到电极组件容纳部的外周密封部的延伸部。然而，与所示出的不同，当然也可包括延伸部。
图5是图4的(b)的平面图，图6是图4的局部剖面图。
参照图5和图6，初始电池壳体400配置为，沿由箭头表示的方向排放气体，并且固定夹具420设置在电极组件容纳部的位于排放气体的方向上的第一侧外周411的相对两端的角部处。
由于粘合材料421被添加到固定夹具420的内表面，因此在角部平坦的状态下，角部可在与固定夹具的内表面紧密接触的情况下稳定地固定至固定夹具420的内表面。
给固定夹具的内表面添加粘合材料的方法没有特别限制。例如，可将粘合剂涂覆至固定夹具的内表面，可将粘合膜附接至固定夹具的内表面，或者可将粘合材料喷射到固定夹具上。
图7是根据第五实施方式和第六实施方式的每一个的固定夹具的透视图。
参照图7，图7的(a)示出了内表面附接有吸盘521的固定夹具520，图7的(b)示出了其中形成有抽吸孔621的固定夹具620，图7的(c)示出了当从外部观察时固定夹具620的状态。
在固定夹具520附接至角部的外表面的情况下，固定夹具可吸附角部的外表面而无需单独的粘合材料，从而角部可保持附接至固定夹具的内部。
抽吸装置622被添加至固定夹具620的外部。当在固定夹具620附接至角部的外表面的状态下操作抽吸装置622时，通过抽吸孔621抽吸空气，从而角部的外表面可保持附接至固定夹具的内表面。当在完成袋形电池单元之后停止抽吸装置622的操作时，吸附角部的力被释放，从而可从角部去除固定夹具。
图8是被添加了根据第七实施方式的固定夹具的初始电池壳体的透视图。
参照图8，固定夹具720形成为沿着包括电极组件容纳部的第一侧外周711的相对两端的角部在内的电极组件容纳部710的第一侧外周711延伸。
因此，可提高防止在制造袋形电池单元的工序中极大变形的第一侧外周变形的效果。
图8中所示的固定夹具720包括延伸部722，延伸部722延伸到重新密封预布置部，从而包裹第一侧外周711、以及第一侧外周711的相对两端的角部。然而，固定夹具当然可不包括延伸部。
根据本发明的制造袋形电池单元的方法包括在步骤(f)之后将固定夹具从电池壳体去除的工序。在粘合材料附接至固定夹具的内表面的情况下，优选将粘合材料与固定夹具一起从电池壳体的外表面去除。
另外，在吸盘附接至固定夹具的内表面的情况下或者在抽吸装置添加至固定夹具的外部的情况下，可去除固定夹具，而在袋形电池单元的外表面上不会留下粘合材料。
如上所述，在根据本发明的制造袋形电池单元的方法和使用该方法制造的袋形电池单元中，可防止在制造工序中在电极组件容纳部的角部处形成裂纹，从而可降低电池单元缺陷率并且同时防止由于电解液的注入而引起着火的可能性。
本发明所属领域的技术人员将理解到，基于上面的描述，在本发明的范畴内各种应用和修改是可能的。
(参考标号说明)
10：冲头
100、200、400：初始电池壳体
101：初始电池壳体的第一侧外周
102、202：第二侧外周
103、203：第三侧外周
104、204：第四侧外周
105：电极组件
110、210、710：电极组件容纳部
111、211、411、711：电极组件容纳部的第一侧外周
112、212：角部
120、220、320、420、520、620、720：固定夹具
200a：第一壳体
200b：第二壳体
214：重新密封预布置部
215：电极组件容纳部的侧壁
222、722：延伸部
421：粘合材料
521：吸盘
621：抽吸孔
622：抽吸装置。
工业实用性
通过上面的描述显见的是，在本发明中，在电极组件容纳部的角部与固定夹具的内表面紧密接触的状态下制造袋形电池单元。因此，在注入电解液的工序、排放气体的工序、重新密封初始电池壳体的外周的工序、以及去除初始电池壳体的外周的端部的工序中，可保持与固定夹具紧密接触的角部的形状。
此外，可给固定夹具的内表面添加粘合材料，从而角部的外表面可保持与固定夹具的内表面紧密接触。
此外，可给固定夹具的内表面添加吸盘或者可给固定夹具添加抽吸装置，以便吸附角部。因此，即使在初始电池壳体由于真空减压而收缩的情况下，也可保持角部与固定夹具的内表面紧密接触的状态。
如上所述，由于角部的形状被固定夹具支撑，使得在初始电池壳体中形成了电极组件容纳部时的初始电池壳体的形状被保持，所以可防止在制造袋形电池单元的工序中初始电池壳体起褶皱或破裂。
因此，可降低袋形电池单元缺陷率，并且可降低由于因电解液泄露导致的接地故障电流而引起的着火的危险。

Claims (10)

1.一种制造袋形电池单元的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)在层压片中形成电极组件容纳部，以制造初始电池壳体；
(b)将电极组件容纳在所述电极组件容纳部中，并且将除供排放气体的所述初始电池壳体的第一侧外周之外的所述初始电池壳体的其他外周密封；
(c)在所述电极组件容纳部的第一侧外周的相对两端的角部的每一个处设置固定夹具；
(d)执行激活工序和脱气工序；
(e)重新密封所述电极组件容纳部的所述第一侧外周；以及
(f)去除所述初始电池壳体的端部，
其中在所述角部与所述固定夹具的内表面紧密接触的状态下执行步骤(d)至步骤(f)，
其中所述角部是所述电极组件容纳部的底表面与所述电极组件容纳部的两个相邻的侧表面彼此相接的部分，并且
所述固定夹具具有配置为包裹所述角部的结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述固定夹具延伸到步骤(e)的重新密封预布置部，从而包裹所述重新密封预布置部。
3.根据权利要求1所述的方法，其中粘合材料被添加到所述固定夹具的所述内表面，使得所述角部附接至所述固定夹具的所述内表面。
4.根据权利要求3所述的方法，其中通过将粘合剂涂覆至所述固定夹具、将粘合膜附接至所述固定夹具、或者将粘合材料喷射到所述固定夹具上来将所述粘合材料添加到所述固定夹具。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述固定夹具包括配置为吸附所述角部的吸附部。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述吸附部由吸盘构成。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述吸附部由抽吸装置构成。
8.根据权利要求1所述的方法，其中进一步在所述电极组件容纳部的与所述第一侧外周相对的第三侧外周的相对两端的角部的每一个处设置固定夹具。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述固定夹具沿着包括所述第一侧外周的所述相对两端的角部在内的所述电极组件容纳部的所述第一侧外周设置。
10.根据权利要求1所述的方法，在执行步骤(d)的所述激活工序之前包括：临时密封所述初始电池壳体的所述第一侧外周的工序。
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