CN114467191A - 电极组件及制造电极组件的方法 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的制造电极组件的方法是制造其中负极、隔膜和正极重复堆叠的电极组件的方法，该方法包括：单元电池制造步骤(S10)，制造具有负极、隔膜和正极的预定堆叠结构的单元电池，其中隔膜的端部彼此结合，从而形成结合部；膜插入步骤(S20)，将膜插入模具中；单元电池堆叠步骤(S30)，将单元电池堆叠到模具中；和热熔合步骤(S40)，在模具内部施加热量和压力，以将膜热熔合至堆叠的单元电池的结合部。根据本发明的电极组件是其中负极、隔膜和正极重复堆叠的电极组件，该电极组件包括膜，膜设置成覆盖通过堆叠负极、隔膜和正极而形成的侧表面之一，其中膜热熔合至通过堆叠负极、隔膜和正极而形成的侧表面。
Description
技术领域
本申请要求于2019年11月26日提交的韩国专利申请第10-2019-0153475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。
本发明涉及一种电极组件及制造电极组件的方法，更具体地，涉及一种制造电极组件的方法及可通过上述制造方法制造的电极组件，其中，在该方法过程中不使用根据相关技术的固定带，因而可解决附接固定带时发生的问题。
背景技术
用于储存电能的电池一般分为一次电池和二次电池。一次电池是一次性消耗电池，而另一方面，二次电池是通过使用其中电流与物质之间的氧化还原过程可重复的材料制造的可再充电电池。就是说，当通过电流执行对材料的还原反应时再充电。此外，当执行对材料的氧化反应时放电。可重复执行这种再充电和放电。
在各种二次电池之中，一般通过将堆叠有正极(Cathode)、隔膜(Separator)和负极(Anode)的电极组件安装到壳体来制造锂二次电池。在锂离子反复从正极的锂金属氧化物嵌入(Intercalation)负极并从负极脱嵌(Deintercalation)时，执行锂二次电池的再充电和放电。
电极组件设置为通过堆叠固定数量的单元电池(每个单元电池包括按预定顺序堆叠的负极、隔膜和正极)；或者一个接一个重复堆叠正极、隔膜和负极而获得的一个电极组件。此外，将电极组件容纳在诸如圆柱形罐、棱柱形袋等之类的壳体中，最终制成二次电池。
此外，作为制造电极组件的方法，已知卷绕方法、堆叠方法、堆叠折叠方法等。在卷绕方法中，将隔膜堆叠在负极与正极之间，然后卷起。在堆叠方法中，将负极和正极切割成所需的宽度和长度，然后重复堆叠负极、隔膜和正极。在堆叠折叠方法中，将单元电池并排放置在折叠隔离膜上，然后从一侧折叠。
以图1a中所示的方式通过上述方法中的堆叠方法制造电极组件，图1a示意性图解了相关技术的制造工序，在该制造工序中，彼此堆叠预定数量的正极2、隔膜1和负极3，以制造单元电池10，然后彼此堆叠预定数量的单元电池10，以制造电极组件100。作为参考，在图1a所示的电极组件中，制造其中自底部起堆叠有隔膜/正极/隔膜/负极的单电池作为单元电池10，并且将多个单元电池10彼此堆叠。在此，在最上层放置其中隔膜/电极(负极或正极)/隔膜按该顺序堆叠的半电池20，使得隔膜1位于最上层。
此外，当堆叠预定数量的单元电池10时，附接用于固定电极组件100的固定带200来包裹电极组件100的外周(或将侧表面绑定到顶表面和底表面)，从而绑定单元电池10。
然而，如图1b中所示，图1b图解了在根据相关技术的电极组件的结构中发生隔膜的折叠和起褶皱的状态，通过上述固定带200进行绑定的结构可具有其中由于附接固定带200时施加的压力而导致隔膜1的端部被折叠和起褶皱的问题。
隔膜1的折叠和起褶皱会导致负极3和正极2彼此接触，这可能导致短路(shortcircuit)。
发明内容
技术问题
因而，为解决上述问题，本发明的主要目的是提供一种电极组件及制造电极组件的方法，其中，可去除在完成电极组件的堆叠之后额外附接固定带的工序。
技术方案
为了实现上述目的，根据本发明的电极组件是其中负极、隔膜和正极重复堆叠的电极组件，所述电极组件包括：膜，所述膜设置成覆盖通过堆叠所述负极、所述隔膜和所述正极而形成的侧表面之一，其中所述膜热熔合至通过堆叠所述负极、所述隔膜和所述正极而形成的所述侧表面。在此，两片或更多片所述隔膜在端部处合并并且彼此结合，从而形成结合部，并且所述膜热熔合至所述结合部。
所述膜设置在通过堆叠所述负极、所述隔膜和所述正极而形成的所述侧表面中的两个相对的侧表面的每一个上。
所述膜由在经受热量和压力时塑性变形的热塑性材料制成。更具体地，所述膜由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，polyethylene terephthalate)材料制成。
此外，本发明进一步提供一种可制造具有上述构造的电极组件的制造方法。根据本发明的制造方法是制造其中负极、隔膜和正极重复堆叠的电极组件的方法，所述方法包括：单元电池制造步骤(S10)，制造具有所述负极、所述隔膜和所述正极的预定堆叠结构的单元电池，其中所述隔膜的端部彼此结合，从而形成结合部；膜插入步骤(S20)，将膜插入模具中；单元电池堆叠步骤(S30)，将单元电池堆叠到所述模具中；和热熔合步骤(S40)，在模具内部施加热量和压力，以将所述膜热熔合至堆叠的单元电池的所述结合部。
在所述膜插入步骤(S20)中，插入两个膜以分别接触所述模具内彼此面对的两个侧壁表面。
在所述膜插入步骤(S20)之后重复执行所述单元电池堆叠步骤(S30)和所述热熔合步骤(S40)，直到完成预定单元电池的堆叠。
或者，在所述膜插入步骤(S20)之后，可重复所述单元电池堆叠步骤(S30)，直到完成预定单元电池的堆叠，并且当完成所述单元电池堆叠步骤(S30)时，可重复执行所述热熔合步骤(S40)，以将所述膜热熔合至堆叠的单元电池的每一个。
在所述单元电池制造步骤(S10)中，制造其中自底部起顺序堆叠隔膜/负极/隔膜/正极的单电池或者其中自底部起顺序堆叠隔膜/正极/隔膜/负极的单电池作为所述单元电池。此外，在所述单元电池制造步骤(S10)中，除了所述单电池之外，还单独制造其中自底部起顺序堆叠隔膜/负极/隔膜的半电池或者其中自底部起顺序堆叠隔膜/正极/隔膜的半电池作为所述单元电池。
此外，在重复执行所述单元电池堆叠步骤(S30)的同时堆叠所述单电池，其中，当最后一次执行所述单元电池堆叠步骤(S30)时，堆叠所述半电池。
所述膜由在经受热量和压力时塑性变形的热塑性材料制成，并且在所述热熔合步骤(S40)中，通过焊接工具的末端按压并同时加热所述膜并且将所述膜热熔合至所述单元电池。
所述模具配置为允许所述焊接工具的所述末端进入所述模具中或者允许所述焊接工具内置于所述模具中，并且在所述模具内执行所述膜的热熔合。
有益效果
在具有上述配置的本发明中，代替使用固定带，膜被热熔合并且固定到电极组件的侧表面(就是说，经受了比附接固定带时产生的压力更低的压力)。因而，可防止在相关技术的结构中发生的隔膜的折叠或起褶皱。
特别是，在本发明中，两片或更多片隔膜在端部处合并，从而形成结合部，并且膜热熔合至结合部。因而，可防止隔膜在热熔合期间折叠或变形。就是说，当进行热熔合时，隔膜的端部彼此结合以限制其移动，并且在形成结合部的区域中，厚度增加。因而，增大了与膜的热熔合的面积，并且可增加固定力。
此外，在本发明中，在堆叠单元电池之后立即执行热熔合，然后堆叠下一个单元电池。或者，在本发明中，在完成所有单元电池的堆叠之后执行热熔合。因而，根据电极组件的条件，制造工序可以是灵活的。
此外，通过进入堆叠有单元电池的模具中的焊接工具或内置于该模具中的焊接工具在模具内执行热熔合。因而，在热熔合工序期间防止单元电池晃动，可实现更稳定的热熔合。
附图说明
图1a是示意性图解相关技术的电极组件的制造工序的示图。
图1b是示意性图解在相关技术的电极组件的结构中，隔膜折叠和起褶皱的状态。
图2是本发明的制造电极组件的方法的流程图。
图3是图解在单元电池制造步骤期间，负极、隔膜和正极彼此堆叠而制造为单元电池的状态的示图。
图4a是示出本发明的制造电极组件的方法中的模具的剖面(a)；以及将膜附接至模具内部的状态(b)的示图。
图4b是额外图解在图4a中所示的模具内部的膜之间放置单元电池的状态(c)的示图。
图4c是额外图解在图4b中所示的模具内通过焊接工具将膜与单元电池的结合部彼此结合的状态(c、d和e)的示图。
图5是通过本发明的制造电极组件的方法制造的电极组件的平面图、正视图和左视图。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细地描述本发明的实施方式，使得本领域技术人员能够容易地实施本发明。然而，本发明可以以各种不同的形式修改，不限于在此描述的示例性实施方式。
将省略与描述无关的部分，以清楚地描述本发明，并且在整个申请中相同或相似的元件将由相同的参考标号表示。
此外，在说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应被限制性地解释为普通含义或基于词典的含义，而是应基于发明人能够适当定义术语的概念从而以最佳方式描述和解释他或她的发明的原则来解释为符合本发明的范围的含义和概念。
本发明涉及一种其中负极3、隔膜1和正极2彼此重复堆叠的电极组件及制造该电极组件的方法。下文中，将参照附图更详细地描述本发明的实施方式。
第一实施方式
作为第一实施方式，本发明提供一种制造电极组件的方法。如图2中所示，图2示出了根据本发明的制造电极组件的方法的顺序，根据该实施方式的制造方法包括：单元电池制造步骤(S10)、膜插入步骤(S20)、单元电池堆叠步骤(S30)和热熔合步骤(S40)。
在单元电池制造步骤(S10)期间，制造具有负极3、隔膜1和正极2的预定堆叠结构的单元电池10，并且隔膜1的端部彼此结合，以形成结合部1a。
就是说，如图3中所示，图3示出了负极3、隔膜1和正极2彼此堆叠而制造成单元电池10的状态，作为单元电池，可制造各自具有预定堆叠结构的单电池和半电池。如图中所示，单电池可具有其中自底部起顺序堆叠隔膜1/正极2/隔膜1/负极3的结构或者其中自底部起顺序堆叠隔膜1/负极3/隔膜1/正极2的结构。此外，额外提供从单电池去除了最上侧电极(正极或负极)的半电池。为了在完成单电池的堆叠之后使隔膜1放置在最上层，半电池具有其中自底部起顺序堆叠隔膜1/负极3/隔膜1的结构或者其中自底部起顺序堆叠隔膜1/正极2/隔膜1的结构。因此，在完成单电池的堆叠之后堆叠半电池，因而根据本发明堆叠的电极组件具有隔膜放置在最下层和最上层的每一层的结构。
在此，在利用单电池和半电池制造的单元电池10中，隔膜1具有比正极2和负极3的每一个的面积大的面积，并且具有分别向两侧突出的端部，如图中所示。在单元电池制造步骤(S10)期间，隔膜1的端部的上表面和下表面彼此结合，以形成结合部1a。不必在隔膜1的所有突出的端部都形成结合部1a，而是理想的是当堆叠单元电池10时在面对膜30的端部形成结合部1a。
图4a至图4c图解了在本发明的制造电极组件的方法中：模具M的剖面(a)；在模具M内部附接膜30的状态(b)；在模具M内部的膜30之间放置单元电池10的状态(c)；以及在模具M内通过焊接工具G将膜30与单元电池10的结合部1a彼此结合的状态(d和e)。
参照图4a至图4c，在膜插入步骤(S20)期间，在模具M内部彼此面对的两个内周表面上设置膜30。模具M被制造为具有足以在设置于其中的膜30之间堆叠单元电池10的尺寸并且还被制造为具有足够强度。模具M可配置为使得其用于堆叠单元电池10的内部空间形成为六面体形状，并且未设置膜30的其一个侧表面或两个侧表面可设置为开放状态，从而不干扰在堆叠单元电池10时用于输送和堆叠单元电池10的夹具(gripper，未示出)等的操作。
此外，模具M内部的膜30可设置为在模具M的内周表面上临时固定的状态，使得在执行热熔合之前保持其垂直直立状态。就是说，可在模具M中安装用于临时固定膜的夹子、保持器(holder)等。或者，可在模具M内部设置这样的膜30，即，膜30在设置之前在其表面上施加有具有相对弱粘附力的粘合剂。可使用其他已知方法实现用于临时固定膜30的这种手段，只要在完成电极组件的制造之后可容易从模具M的内周表面分离膜30即可。
此外，为了在将膜30与单元电池10热熔合时使焊接工具G进入，模具M可具有可供焊接工具G垂直进入的狭缝(slit，未示出)等，或者具有焊接工具G以可滑动方式安装在模具M内部的结构。
接着，在膜30设置于模具M内部并且焊接工具G准备好操作的状态下，执行单元电池堆叠步骤(S30)。在单元电池堆叠步骤(S30)期间，将单元电池10堆叠在模具M内部的两个膜30之间的正确位置。在此，每个单元电池10是如上所述的单电池，并且以隔膜1放置在下侧的方式进行堆叠。
此外，执行热熔合步骤(S40)，在模具M内部施加热量和压力，以将膜30热熔合至堆叠的单元电池10的结合部1a。
在该实施方式中，插入两个膜30以分别接触模具M内的彼此面对的两个侧壁表面。因而，在模具M的两个侧壁表面上同时执行热熔合。
此外，图4c图解了在膜插入步骤(S20)之后重复执行单元电池堆叠步骤(S30)和热熔合步骤(S40)，直到完成预定单元电池10的堆叠。因此，当堆叠一个单元电池10时，将该单元电池10热熔合，然后，堆叠将下一个单元电池10并将其热熔合。
然而，模具M内的膜30之间的单位电池10的位置没有变化。因而，可以以这样的方式来进行制造工序，即，在不进行热熔合的情况下堆叠了所有单元电池10之后，在完成堆叠的状态下，从底层的单元电池10(或从顶层的单元电池)起顺序执行单元电池10的热熔合。就是说，在本发明中，单元电池堆叠步骤(S30)和热熔合步骤(S40)的顺序可灵活改变。
此外，如上所述，在重复执行单元电池堆叠步骤(S30)的同时堆叠单电池，并且当最后一次执行单元电池堆叠步骤(S30)时，堆叠半电池。因而，通过上述方式制造的电极组件具有隔膜1设置在最上层和最下层的每一个上的结构。
在此，本发明的膜30由在经受热量和压力时塑性变形的热塑性材料制成。例如，膜可由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，polyethylene terephthalate)材料制成。
在热熔合步骤(S40)期间，通过焊接工具G的末端按压且同时加热膜30并且将膜30热熔合至单元电池10的结合部1a。此外，可根据膜30的厚度和材料特性或结合部的相对位置和尺寸来改变要施加的温度和压力。在此，如上所述，模具M配置为允许焊接工具G的末端进入模具中或者允许焊接工具G内置于模具中，并且在模具M内执行膜30的热熔合。
第二实施方式
作为第二实施方式，本发明提供一种可通过根据第一实施方式的制造方法制造的电极组件。
该实施方式提供的电极组件是其中负极3、隔膜1和正极2重复堆叠的电极组件，该电极组件包括膜30，膜30设置成覆盖通过堆叠负极3、隔膜1和正极2而形成的侧表面之一。膜30热熔合至通过堆叠负极3、隔膜1和正极2而形成的侧表面。
就是说，参照图5，图5图解了通过本发明的制造电极组件的方法制造的电极组件的平面图、正视图和左视图，根据本发明的负极3和正极2分别具有向一侧突出的负极接片3a和正极接片2a。正极接片2a和负极接片3a配置为沿彼此相反的方向突出，并且膜30附接至与正极接片2a和负极接片3a所突出的侧面垂直的电极组件的两侧的每一个侧表面。
在具有上述配置的本发明中，代替使用固定带，膜30被热熔合并且固定到电极组件的侧表面，经受了比附接相关技术的固定带时产生的压力更低的压力。因而，可防止在相关技术的结构中发生的隔膜1的折叠或起褶皱。
特别是，在本发明中，两片或更多片隔膜1在端部处合并，从而形成结合部1a，并且膜30热熔合至结合部1a。因而，可防止隔膜1在热熔合期间折叠或变形。就是说，当进行热熔合时，隔膜1的端部彼此结合以限制其移动，并且在形成结合部1a的区域中，厚度增加。因而，增大了与膜30的热熔合的面积，并且可增加固定力。
此外，在本发明中，在堆叠单元电池10之后立即执行热熔合，然后堆叠下一个单元电池10。或者，在本发明中，在完成所有单元电池10的堆叠之后执行热熔合。因而，根据电极组件的条件，制造工序可以是灵活的。
此外，通过进入堆叠有单元电池10的模具M中的焊接工具G或内置于模具中的焊接工具G在模具M内执行热熔合。因而，在热熔合工序期间防止单元电池10晃动，可实现更稳定的热熔合。
尽管通过具体实施方式和附图描述了本发明，但本发明不限于此，在本发明的技术构思和所附权利要求的等同范围内，本发明所属领域的技术人员可进行各种改变和修改。
Claims (13)
1.一种其中负极、隔膜和正极重复堆叠的电极组件，所述电极组件包括：
膜，所述膜设置成覆盖通过堆叠所述负极、所述隔膜和所述正极而形成的侧表面之一，
其中所述膜热熔合至通过堆叠所述负极、所述隔膜和所述正极而形成的所述侧表面。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述膜设置在通过堆叠所述负极、所述隔膜和所述正极而形成的所述侧表面中的两个相对的侧表面的每一个上。
3.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述膜由在经受热量和压力时塑性变形的热塑性材料制成。
4.根据权利要求3所述的电极组件，其中所述膜由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，polyethylene terephthalate)材料制成。
5.根据权利要求1所述的电极组件，其中两片或更多片所述隔膜在端部处合并并且彼此结合，从而形成结合部，并且
所述膜热熔合至所述结合部。
6.一种制造其中负极、隔膜和正极重复堆叠的电极组件的方法，所述方法包括：
单元电池制造步骤(S10)，制造具有所述负极、所述隔膜和所述正极的预定堆叠结构的单元电池，其中所述隔膜的端部彼此结合，从而形成结合部；
膜插入步骤(S20)，将膜插入模具中；
单元电池堆叠步骤(S30)，将单元电池堆叠到所述模具中；和
热熔合步骤(S40)，在模具内部施加热量和压力，以将所述膜热熔合至堆叠的单元电池的所述结合部。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述膜插入步骤(S20)中，插入两个膜以分别接触所述模具内彼此面对的两个侧壁表面。
8.根据权利要求7所述的方法，其中在所述膜插入步骤(S20)之后重复执行所述单元电池堆叠步骤(S30)和所述热熔合步骤(S40)，直到完成预定单元电池的堆叠。
9.根据权利要求7所述的方法，其中在所述膜插入步骤(S20)之后，重复所述单元电池堆叠步骤(S30)，直到完成预定单元电池的堆叠，并且
当完成所述单元电池堆叠步骤(S30)时，重复执行所述热熔合步骤(S40)，以将所述膜热熔合至堆叠的单元电池的每一个。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述单元电池制造步骤(S10)中，制造其中自底部起顺序堆叠隔膜/负极/隔膜/正极的单电池或者其中自底部起顺序堆叠隔膜/正极/隔膜/负极的单电池作为所述单元电池。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述单元电池制造步骤(S10)中，除了所述单电池之外，还单独制造其中自底部起顺序堆叠隔膜/负极/隔膜的半电池或者其中自底部起顺序堆叠隔膜/正极/隔膜的半电池作为所述单元电池，并且
在重复执行所述单元电池堆叠步骤(S30)的同时堆叠所述单电池，
其中，当最后一次执行所述单元电池堆叠步骤(S30)时，堆叠所述半电池。
12.根据权利要求6所述的方法，其中所述膜由在经受热量和压力时塑性变形的热塑性材料制成，并且
在所述热熔合步骤(S40)中，通过焊接工具的末端按压并同时加热所述膜并且将所述膜热熔合至所述单元电池。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述模具配置为允许所述焊接工具的所述末端进入所述模具中或者允许所述焊接工具内置于所述模具中，并且
在所述模具内执行所述膜的热熔合。
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