CN114303284B - 电解质注入装置和使用该电解质注入装置的电解质注入方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种电解质注入装置，包括：基部，初始电池单元设置在基部的上表面上；附接至基部的可移动按压夹具；以及配置为向初始电池单元中注入电解质的电解质注入管，其中可移动按压夹具包括配置为沿与初始电池单元的电极组件容纳部的上表面和下表面垂直的方向按压初始电池单元的部分，因而即使当电解质注入速度较高时，也可防止隔膜折叠或剥离的现象。

Description

电解质注入装置和使用该电解质注入装置的电解质注入方法

技术领域

本申请要求于2019年11月25日提交的韩国专利申请第2019-0152102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。

本发明涉及电解质注入装置和使用该电解质注入装置的电解质注入方法，更具体地，涉及包括这样一种结构的电解质注入装置和使用该电解质注入装置的电解质注入方法，即，该结构能够按压并固定初始电池单元，以便防止在制造电池单元的注入电解质的工序中电极组件的隔膜发生折叠。

背景技术

可重复使用并且具有高能量密度的锂二次电池作为具有环境友好特性的新能源已经引起关注，因为锂二次电池能够显著减少化石燃料的使用并且不会由于能量的使用而产生副产物。

基于壳材的种类和形状，锂二次电池可分为由层压片制成的袋形电池单元、由金属罐制成的圆柱形电池单元、或棱柱形电池单元。电极组件基于其形状分为果冻卷型电极组件、堆叠型电极组件、或者堆叠/折叠型或层压/堆叠型电极组件。

通过将电极组件和电解液容纳在由层压片制成的袋形电池壳体中，然后通过热压方法将电池壳体的外周密封来制造袋形锂二次电池。

与此相关，图1示出了向常规的袋形电池单元中注入电解质的工序的一部分，图2是示出图1中省略电解质注入管的状态的平面图。

参照图1和图2，电解质注入装置包括基部110、夹具120和电解质注入管130，夹具120具有其中夹具120被固定至基部110并且处于不能移动的状态的结构。

在基部110上固定地设置有以容纳初始电池单元101的空间为基准彼此面对的两对夹具120，夹具120之间的x方向距离d2大于初始电池单元101的厚度d1。因此，可容易在夹具之间插入并移除初始电池单元101。

如上所述，夹具不是与初始电池单元紧密接触，而是与之分隔开设置，因而夹具用作初始电池单元的支架。

通常，电解质注入工序中的重要考虑因素是电解质的量和电解质的注入速度。为了提高生产率，随着电解质的注入速度提高，电解质施加到电极组件的力也增加。因而，电极与隔膜之间的界面剥离或隔膜折叠到电极中的现象正在增加。

此外，如图1和图2中所示，当电解质注入装置的夹具设置为与袋形电池单元分隔开时，发生上述问题的可能性进一步增加。

因此，对于防止在向袋形电池单元中注入电解质的工序中隔膜折叠或电极与隔膜之间的界面剥离的现象的技术存在较高需求。

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包括具有用于固定和按压电池单元的部分的可移动按压夹具的电解质注入装置和使用该电解质注入装置，以便防止在电解质注入工序期间电极与隔膜之间的界面剥离或隔膜折叠。

技术方案

为了实现上述目的，根据本发明的电解质注入装置包括：基部，初始电池单元设置在所述基部的上表面上；附接至所述基部的可移动按压夹具；以及配置为向所述初始电池单元中注入电解质的电解质注入管，其中所述可移动按压夹具包括配置为沿与所述初始电池单元的电极组件容纳部的上表面和下表面垂直的方向按压所述初始电池单元的部分。

所述可移动按压夹具可配置为具有按压在注入电解质的方向上的电极组件的外周的结构。

所述可移动按压夹具可包括：配置为按压所述初始电池单元的按压部、以及配置为支撑所述按压部的支撑部。

在具体示例中，在所述可移动按压夹具按压所述初始电池单元的状态下，所述按压部可与所述初始电池单元紧密接触地按压所述初始电池单元，并且所述支撑部可与所述初始电池单元分隔开。

所述可移动按压夹具可由多个单元可移动按压夹具组成，并且所述多个单元可移动按压夹具可设置为与相邻的单元可移动按压夹具分隔开，使得电解质移动到所述初始电池单元中。

所述按压部可配置为使得面对所述初始电池单元的表面是与所述初始电池单元的外表面平行的面。

或者，所述按压部可配置为使得面对所述初始电池单元的表面是相对于所述初始电池单元的外表面倾斜的面。

所述电解质注入管可朝向电极组件的外周中的未设置所述可移动按压夹具的部分喷射电解质。

本发明提供了一种使用所述电解质注入装置制造电池单元的方法，特别是，该方法包括以下步骤：沿第一方向移动可移动按压夹具，从而增加所述可移动按压夹具之间的距离，以便确保设置初始电池单元的位置；将所述初始电池单元定位在基部上；通过沿第二方向移动所述可移动按压夹具，从而使所述可移动按压夹具之间的距离变窄；以及向所述初始电池单元中注入电解质。

所述可移动按压夹具可包括在之间夹有所述初始电池单元的情况下彼此面对的三对或更多对单元可移动按压夹具。

此外，在注入电解质的步骤之后，可再次沿所述第一方向移动所述可移动按压夹具，以将所述初始电池单元从所述基部分离。

在注入电解质的步骤中，所述电解质注入管可朝向所述可移动按压夹具未按压电池单元的部分喷射电解质。

本发明还提供了一种通过使用所述电解质注入方法制造的袋形电池单元、以及包括所述电池单元作为单位电池单元的电池组。

附图说明

图1是示出向常规的袋形电池单元中注入电解质的工序的一部分的透视图。

图2是示出图1中省略电解质注入管的状态的平面图。

图3是示出使用根据本发明的电解质注入装置向初始电池单元中注入电解质的工序的一部分的正视图。

图4是示出图3中省略电解质注入管的状态的平面图。

图5是可移动按压夹具的透视图。

图6是示出图5的可移动按压夹具与初始电池单元的外表面紧密接触的状态的侧视图。

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，否则在本申请中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3是示出使用根据本发明的电解质注入装置向初始电池单元中注入电解质的工序的一部分的正视图。

图4是示出图3中省略电解质注入管的状态的平面图。

参照图3和图4，电解质注入装置包括：基部210，初始电池单元201设置在基部的上表面上；附接至基部的可移动按压夹具220；以及配置为向初始电池单元中注入电解质的电解质注入管230，其中在基部210的上表面形成有凹槽211，从而沿x轴方向移动可移动按压夹具220。

初始电池单元是指在组装的电池单元之前的阶段中的电池单元。在本发明中，在固定至电解质注入装置的同时被注入电解质的电池单元称为初始电池单元。

初始电池单元是在电池壳体被完全密封之前被注入电解质的类型。例如，其可以是袋形电池单元。

设置在以初始电池单元201为基准彼此面对的两侧的两个可移动按压夹具220的每一个成对布置。可移动按压夹具可沿第一方向移动，或者可沿第二方向移动，第一方向是彼此之间的距离增加的方向，第二方向是彼此之间的距离变近的方向。

因此，当将初始电池单元放置在基部上，然后沿第二方向移动可移动按压夹具以固定并按压初始电池单元时，电极组件的隔膜可被可移动按压夹具保持在其初始位置。因而，可防止隔膜因注入到初始电池单元中的电解质的压力而折叠或剥离。

可移动按压夹具包括配置为沿与初始电池单元的电极组件容纳部203的上表面204和初始电池单元的电极组件容纳部的下表面205垂直的方向按压初始电池单元的部分，从而仅可移动按压夹具的一部分按压初始电池单元。

具体地，可移动按压夹具220包括：配置为按压初始电池单元201的按压部221、以及配置为在支撑按压部221的同时通过凹槽211移动可移动按压夹具的支撑部222。

如上所述，按压部221与初始电池单元201的外表面紧密接触地按压初始电池单元，从而防止隔膜从电极分离或被折叠，而支撑部不接触初始电池单元。

在可移动按压夹具按压电极组件容纳部的整个上表面和下表面的情况下，电解质难以渗透到电极组件中，注入的电解质的量会降低，这不是优选的。因此，根据本发明的可移动按压夹具配置为具有这样的结构，即，可移动按压夹具按压在注入电解质的方向上的电极组件的外周，而不按压电极组件的其余部分，从而可防止隔膜因电解质的注入而被折叠并且同时可防止电极组件的电解质浸渍特性劣化。

此外，需要供电解质能够流入电极组件中的通道。因此，可移动按压夹具由多个单元可移动按压夹具组成，并且多个单元可移动按压夹具可设置为与相邻的单元可移动按压夹具分隔开，使得电解质能够移动到初始电池单元中。

与此相关，图3示出了三对单元可移动按压夹具220A彼此分隔开的状态。然而，考虑到电池单元的总长度，单元可移动按压夹具的对数也可应用三对或更多对。

另外，图4示出了在可移动按压夹具按压的状态下初始电池单元的厚度d1与按压部之间的距离d3相同的状态。然而，根据按压力的大小，在可移动按压夹具按压的状态下按压部之间的距离d3可短于初始电池单元在x方向上的厚度d1。

此外，在电解质注入装置对初始电池单元加压的状态下初始电池单元的厚度中，被按压部按压的部分的厚度可比未被按压部按压的部分的厚度相对更薄。

电解质以高速被强力注入到初始电池单元中。因此，为了防止电解质由于按压部而迸出初始电池单元，电解质注入管230朝向电极组件的外周中的未设置可移动按压夹具220的部分喷射电解质。

图5是可移动按压夹具的透视图，图6是示出图5的可移动按压夹具与初始电池单元的外表面紧密接触的状态的侧视图。

参照图5和图6，在可移动按压夹具(a)和可移动按压夹具(b)中，支撑部222和支撑部322的每一个结合至与初始电池单元紧密接触的按压部221和按压部321的每一个相比从初始电池单元后退的位置。

因此，在可移动按压夹具按压初始电池单元的状态下，按压部与初始电池单元紧密接触地按压初始电池单元，并且支撑部与初始电池单元分隔开。因此，仅有初始电池单元的电极组件的与按压部紧密接触的部分被按压。

在可移动按压夹具(a)中，按压部221具有面对初始电池单元的表面224，表面224是与初始电池单元的外表面平行的面。

在可移动按压夹具(b)中，按压部321具有面对初始电池单元的表面324，表面324是相对于初始电池单元的外表面倾斜的面。

在诸如按压部321这样包括倾斜表面的情况下，从电极组件的外周延伸的隔膜可被更稳定地固定，而电极组件的外表面上的按压力较弱地施加，从而可提高电解质浸渍特性。

根据本发明的特定电解质注入方法包括以下步骤：沿第一方向移动可移动按压夹具，从而增加可移动按压夹具之间的距离，以便确保设置初始电池单元的位置；将初始电池单元放置在基部上；通过沿第二方向移动可移动按压夹具，从而使可移动按压夹具之间的距离变窄；以及向初始电池单元中注入电解质。

在注入电解质的步骤中，朝向可移动按压夹具未按压电池单元的部分喷射电解质，从而防止电解质因可移动按压夹具而迸出初始电池单元。

在注入电解质之后，再次沿第一方向移动可移动按压夹具，以将初始电池单元从基部分离。

被分离的初始电池单元经历将被分离的初始电池单元中的在注入电解质的方向上的外周临时密封、以及激活工序。之后，被分离的初始电池单元可经历排气工序和再密封工序，从而制造袋形电池单元。

如上所述，当使用根据本发明的电解质注入装置和电解质注入方法时，因为按压部强力地按压初始电池单元的电极组件，所以电极和隔膜的结合状态被稳定地固定。

因而，可防止隔膜因以较强压力喷射的电解质而从电极剥离或折叠到电极组件中，从而可提高电池单元的生产率。

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)

101、201：初始电池单元

110、210：基部

120：夹具

130、230：电解质注入管

203：电极组件容纳部

204：电极组件容纳部的上表面

205：电极组件容纳部的下表面

211：凹槽

220：可移动按压夹具

220A：成对的单元可移动按压夹具

221、321：按压部

222、322：支撑部

224、324：面对初始电池单元的表面

d1：初始电池单元的厚度

d2：夹具之间的x方向距离

d3：在可移动按压夹具施加压力的状态下按压部之间的距离。

工业实用性

通过上面的描述显见的是，在本发明中，在按压电极组件周围的初始电池单元的壳体的同时注入电解质，从而即使电解质的注入压力较高，也可防止隔膜脱落。

此外，由于在电极与隔膜之间的粘附力被稳定保持的状态下注入电解质，所以可防止隔膜卷入电极中的现象。

此外，由于可移动按压夹具是可移动的形式，所以可通过增加可移动按压夹具之间的距离或将可移动按压夹具移得更近，容易从电解质注入装置拆卸初始电池单元。

此外，通过仅按压在注入电解质的方向上的电极组件的外周，可确保防止隔膜折叠以及确保电极组件的电解质浸渍特性的效果。

Claims (10)

1.一种电解质注入装置，包括：

基部，初始电池单元设置在所述基部的上表面上；

附接至所述基部的可移动按压夹具；以及

配置为向所述初始电池单元中注入电解质的电解质注入管，

其中所述可移动按压夹具包括配置为沿与所述初始电池单元的电极组件容纳部的上表面和下表面垂直的方向按压所述初始电池单元的部分，

其中所述可移动按压夹具包括：配置为按压所述初始电池单元的按压部、以及配置为支撑所述按压部的支撑部，并且

其中所述按压部配置为使得面对所述初始电池单元的表面是相对于所述初始电池单元的外表面倾斜的面。

2.根据权利要求1所述的电解质注入装置，其中所述可移动按压夹具配置为具有按压在注入电解质的方向上的电极组件的外周的结构。

3.根据权利要求1所述的电解质注入装置，其中，在所述可移动按压夹具按压所述初始电池单元的状态下，

所述按压部与所述初始电池单元紧密接触地按压所述初始电池单元，并且

所述支撑部与所述初始电池单元分隔开。

4.根据权利要求2所述的电解质注入装置，

其中所述可移动按压夹具由多个单元可移动按压夹具组成，并且

其中所述多个单元可移动按压夹具设置为与相邻的单元可移动按压夹具分隔开，使得电解质移动到所述初始电池单元中。

5.根据权利要求1所述的电解质注入装置，其中所述电解质注入管朝向电极组件的外周中的未设置所述可移动按压夹具的部分喷射电解质。

6.一种使用根据权利要求1至5中任一项所述的电解质注入装置制造电池单元的电解质注入方法，所述电解质注入方法包括以下步骤：

沿第一方向移动可移动按压夹具，从而增加所述可移动按压夹具之间的距离，以便确保设置初始电池单元的位置；

将所述初始电池单元放置在基部上；

通过沿第二方向移动所述可移动按压夹具，从而使所述可移动按压夹具之间的距离变窄；以及

向所述初始电池单元中注入电解质。

7.根据权利要求6所述的电解质注入方法，其中所述可移动按压夹具包括在之间夹有所述初始电池单元的情况下彼此面对的三对或更多对单元可移动按压夹具。

8.根据权利要求6所述的电解质注入方法，进一步包括：在注入电解质的步骤之后，通过再次沿所述第一方向移动所述可移动按压夹具，将所述初始电池单元从所述基部分离。

9.根据权利要求6所述的电解质注入方法，其中，在注入电解质的步骤中，所述电解质注入管朝向所述可移动按压夹具未按压电池单元的部分喷射电解质。

10.一种通过使用根据权利要求6所述的电解质注入方法制造的袋形电池单元。