CN115244746A - 制造单元电芯的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

为了解决问题，根据本发明的实施方式的一种制造单元电芯的设备包括：电极卷轴，将形成多个电极的电极片材从其退绕；隔膜卷轴，将与所述电极层压的隔膜片材从其退绕；以及密封器，所述密封器布置在多个电极之间，关于层压通过层压多个电极与隔膜片材而形成的层压件，每个密封器向电极的角部和电极的边缘中的至少一个施加热量和压力，所述多个电极在彼此分隔开的同时在隔膜片材的纵向方向上设置成行。

Description

制造单元电芯的设备和方法
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年3月25日提交的韩国专利申请No.10-2020-0036392的优先权权益，该韩国专利申请的公开内容的全文以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及单元电芯制造设备和方法，并且更具体地，涉及能防止单元电芯侧部的粘合力降低的单元电芯制造设备和方法。
背景技术
通常，二次电池的类型包括镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池和锂离子聚合物电池。这些二次电池不仅应用于诸如数码相机、P-DVD、MP3P、移动电话、PDA、便携式游戏装置、电动工具和电动自行车这样的小产品中，而且也应用于诸如电动汽车和混合动力车辆以及电力储存装置和储存所产生的剩余电力或可再生能量的备用电力储存装置这样的需要高输出的大产品中。
通过组装单元电芯来形成单个电极组件，并且每个单元电芯是通过堆叠正极、隔膜和负极来形成的。另外，电极组件被容纳在特定壳体中，由此制造锂二次电池。
这些单元电芯包括全电芯(full-cell)和双电芯(bi-cell)。每个全电芯是正极和负极分别设置在电芯的两个最外侧部分处的电芯。作为全电芯的最基本结构，存在正极/隔膜/负极结构、正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极结构等。
每个双电芯是具有相同极性的电极设置在电芯的两个最外侧部分处的电芯。作为双电芯的最基本结构，存在具有正极/隔膜/负极/隔膜/正极结构的A型双电芯、具有负极/隔膜/正极/隔膜/负极结构的C型双电芯等。即，正极设置在其两个最外侧部分处的电芯被称为A型双电芯，而负极设置在其两个最外侧部分处的电芯被称为C型双电芯。
通常，为了制备这样的单元电芯，在通过传送带等将中部电极移动到一侧的同时，将隔膜分别堆叠在中部电极的上表面和下表面上，此后，再堆叠上电极和下电极。如果单元电芯是双电芯，则可以设置诸如1个这样的奇数个中部电极，而如果单元电芯是全电芯，则可以设置诸如2个这样的偶数个中部电极。
此外，评估和确保电极组件的安全性是非常重要的。首先，应该考虑电极组件操作中的错误不应该对用户造成损坏。为此目的，安全法规严格规定了电极组件中的着火和爆炸。在电极组件的安全特性中，由电极组件过热或隔膜刺穿引起的热逃逸会增加爆炸的风险。特别地，一般用作电极组件隔膜的聚烯烃类多孔基板由于其材料的特征及其制造工艺(诸如，伸长)在100℃或更高温度下表现出极端的热收缩行为，由此导致正极与负极之间的电短路。
为了解决以上电极组件的安全相关问题，提出了一种具有多孔有机-无机涂层的隔膜，该涂层是通过用包含过量无机颗粒和聚合物结合剂的混合物的浆料涂覆具有多个孔的多孔聚合物基板的至少一个表面而形成的。由于多孔有机-无机涂层中所包含的无机颗粒具有优异的耐热性，因此即使当电极组件过热时，也防止了正极与负极之间的电短路。
然而，当多孔涂层被涂覆得薄(例如)达到小于3μm(基于多孔基板的截面)的厚度时，隔膜与电极之间的粘合力不足，从而导致组装性质降低。当隔膜与电极之间的粘合力优异时，可以防止由隔膜与电极因在电极组装循环期间作为电解液离解产物产生的气体而脱离引起的界面阻力增加。另外，可以防止由于循环期间电极的体积膨胀导致隔膜与电极之间的界面阻力增加，并且可以通过抑制果冻卷或堆叠和折叠形式的电极组件弯曲来提高电极组件的强度。在这方面，隔膜与电极之间的粘合力是电极组装中非常重要的因素。
图1是例示了单元电芯2的非粘合区域22的示意图。
在现有技术中，隔膜12(图2中示出)是通过向聚合物基板123(图2中示出)涂覆浆料以形成多孔涂层124(图2中示出)来制备的。另外，电极11(图4中示出)堆叠在隔膜12上，并在其上施加热量和压力，以制造如图1中所示的单元电芯2。
然而，因为多孔涂层124是通过将液体或凝胶浆料涂覆到聚合物基板123上并随后将其固化而形成的，所以即使浆料被均匀一致地涂覆，也与表面有一定的高度差。特别地，浆料在隔膜12的中部125(图2中示出)比在其侧部126(图2中示出)积聚得多，因此浆料的高度在侧部126比在中部125形成得低。因此，在隔膜12的侧部126和中部125中，即使在通过固化浆料而获得的多孔涂层124中也存在高度差，因此，即使堆叠电极11以制造单元电芯2，隔膜12的粘合也发生偏差。因此，如图1中所示，存在的问题是，电极11和隔膜12没有彼此粘合或者彼此粘合不良，从而在单元电芯2的侧部21的一部分上形成非粘合区域22。
作为现有技术文献，存在韩国专利申请公开No.2017-0057251。
发明内容
技术问题
本发明的一方面提供了能防止单元电芯侧部的粘合力降低的单元电芯制造设备和方法。
本发明的目的不限于以上提到的目的，但本领域的技术人员根据以下描述将清楚地理解本文中未描述的其它目的。
技术方案
根据本发明的一方面，提供了一种单元电芯制造设备，该单元电芯制造设备包括：电极卷轴，将成为多个电极的电极片材从其退绕；隔膜卷轴，将与所述电极堆叠的隔膜片材从其退绕；以及密封器，在所述多个电极彼此分隔开并在所述隔膜片材的纵向方向上设置成行的同时将所述多个电极与所述隔膜片材堆叠而形成的堆叠件中，该密封器设置在所述多个电极之间并向所述电极的角部或所述电极的边缘中的至少一个施加热量和压力。
另外，所述密封器可以包括：第一主体；以及第二主体，该第二主体从所述第一主体垂直地延伸。
此外，所述密封器还可以包括：第一突出部，该第一突出部从所述第一主体的下表面向下突出并在所述第一主体的纵向方向上伸长；以及第二突出部，该第二突出部从所述第二主体的下表面向下突出并在所述第二主体的纵向方向上伸长。
另外，所述设备还可以包括对所述堆叠件进行层压的层压件。
另外，所述层压件可以包括向所述堆叠件的整个表面施加热量和压力的加热器。
另外，所述层压件还可以包括在旋转的同时向所述堆叠件施加热量和压力的加热辊。
此外，所述电极卷轴可以包括中部电极卷轴，将成为多个中部电极的中部电极片材从所述中部电极卷轴退绕，并且所述隔膜卷轴可以包括：上隔膜卷轴，将堆叠在通过切割所述中部电极片材而形成的所述中部电极的上表面上的上隔膜片材从其退绕；以及下隔膜卷轴，将堆叠在所述中部电极的下表面上的下隔膜片材从其退绕。
另外，所述电极卷轴还可以包括：上电极卷轴，将成为要堆叠在所述上隔膜片材的上表面上的上电极的上电极片材从其退绕；以及下电极卷轴，将成为要堆叠在所述下隔膜片材的下表面上的下电极的下电极片材从其退绕。
根据本发明的一方面，提供了一种单元电芯制造方法，该单元电芯制造方法包括以下步骤：切割从电极卷轴退绕的电极片材，以形成多个电极；通过在多个电极彼此分隔开并在从隔膜卷轴退绕的隔膜片材的纵向方向上设置成行的同时将所述多个电极堆叠在所述隔膜片材上来形成堆叠件；在所述堆叠件中的所述多个电极之间设置密封器；以及用所述密封器向所述电极的角部或所述电极的边缘中的至少一个施加热量和压力。
另外，所述密封器可以包括：第一主体；以及第二主体，该第二主体从所述第一主体垂直地延伸。
另外，在施加热量和压力时，所述第一主体可以向所述电极的边缘当中的指向所述堆叠件外侧的第一边缘施加热量和压力，并且所述第二主体可以向所述电极的边缘当中的面对另一邻近电极并与所述第一边缘相交以形成角部的第二边缘施加热量和压力。
此外，所述密封器还可以包括：第一突出部，该第一突出部从所述第一主体的下表面向下突出并在所述第一主体的纵向方向上伸长；以及第二突出部，该第二突出部从所述第二主体的下表面向下突出并在所述第二主体的纵向方向上伸长。
另外，在施加热量和压力时，所述第一突出部可以向所述隔膜片材的从所述电极的所述第一边缘向外侧延伸的第一区域施加热量和压力，并且所述第二突出部可以向所述隔膜片材的形成在所述多个电极之间的第二区域施加热量和压力。
另外，所述方法还可以包括在形成所述堆叠件之后设置所述密封器之前对所述堆叠件进行层压。
另外，所述层压还可以包括：由加热器向所述堆叠件的整个表面施加热量和压力；以及在所述加热辊旋转的同时，由加热辊向所述堆叠件施加热量和压力。
本发明的其它具体细节被包括在具体实施方式和附图中。
有益效果
本发明的实施方式可以具有至少以下效果。
在通过将多个电极堆叠在隔膜片材上而形成的堆叠件中，密封器向电极的角部或电极的边缘中的至少一个施加热量和压力，因此它可以防止在单元电芯侧部上形成非粘合区域，由此防止电极与隔膜之间的粘合力降低。
根据本发明的效果不限于如以上示例的内容，而是在本说明书中包括更多种效果。
附图说明
图1是例示了单元电芯的非粘合区域的示意图；
图2是根据本发明的实施方式的隔膜的示意图；
图3是根据本发明的实施方式的单元电芯制造方法的流程图；
图4是根据本发明的实施方式的单元电芯制造设备的示意图；
图5是根据本发明的实施方式的密封器的立体图；
图6是例示了根据本发明的实施方式的密封器向堆叠件施加热量和压力的状态的平面图；
图7是例示了根据本发明的实施方式的密封器向堆叠件施加热量和压力的状态的侧视图；
图8是根据本发明的另一实施方式的单元电芯制造设备的示意图；
图9是根据本发明的又一实施方式的密封器的立体图；以及
图10是例示了根据本发明的再一实施方式的密封器向堆叠件施加热量和压力的状态的侧视图。
具体实施方式
将通过参考附图描述的以下实施方式来阐明本发明的优点和特征及其实现方法。然而，本发明可以按不同的形式来实施并不应该被理解为限于本文中阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式，使得本公开将是彻底和完全的，并且将把本发明的范围充分传达给本领域的技术人员。另外，本发明仅由权利要求书的范围限定。相同的参考标号始终是指相同的元件。
除非另有定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)可以旨在具有本领域的技术人员通常理解的含义。另外，除非在说明书中清楚且明显地定义，否则在常用字典中定义的术语没有理想地或过度地被解释为具有正式含义。
本文中使用的术语只是出于描述特定示例实施方式的目的，不旨在是限制本发明。在本说明书中，单数形式的术语可以包括复数形式，除非做相反表示。还应该理解，术语“包括”和/或其变型当在本说明书中使用时，指明所述部件的存在，而不排除存在或添加一个或更多个其它部件。
下文中，将参照附图来详细地描述优选实施方式。
图2是根据本发明的实施方式的隔膜12的示意图。
如图2中所示，根据本发明的实施方式的隔膜12通过在多孔聚合物基板123的至少一个表面上涂覆包含无机颗粒和聚合物结合剂的混合物的浆料以形成多孔涂层124来制备。
多孔聚合物基板123不限于但包括各种基板，只要它是电极组件中常用的诸如由各种聚合物形成的多孔聚合物膜基板或多孔聚合物无纺布基板这样的平面多孔基板即可。例如，可以使用在电极组件(特别地，锂二次电池)中用作隔膜12的诸如聚乙烯或聚丙烯这样的聚烯烃类多孔聚合物膜或由聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维制成的无纺布，并且可以根据所期望的目的以各种方式选择它们的材料或形式。该聚烯烃多孔聚合物膜可以由聚烯烃类聚合物形成，例如由诸如高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯这样的聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚戊烯(独立地或作为其混合物)形成。另外，除了聚烯烃之外，还可以使用诸如聚酯纤维这样的各种聚合物来制备多孔聚合物膜基板。另外，多孔聚合物基板可以形成为以下结构：堆叠两个或更多个膜层，并且每个膜层可以由诸如如上所述的聚烯烃和聚酯纤维这样的聚合物(独立地或者两种或更多种的混合物)形成。
多孔聚合物无纺布基板可以是由聚合物形成的无纺布，该聚合物包括如上所述的聚烯烃类聚合物、或具有更高耐热性的其他聚合物，例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯纤维、聚缩醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚芳醚酮、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚苯并咪唑、聚醚砜、聚苯醚、环烯烃共聚物、聚苯硫醚、聚萘二甲酸乙二醇酯(独立地或作为其混合物)。另外，无纺布可以是由结构上长的纤维组成的纺粘或熔喷织物。然而，多孔聚合物材料123不限于此，并可以在材料或形式方面不同地选择。
多孔聚合物基板123的厚度不受特别限制，但优选地为1-100μm，并且更优选地为5-50μm。另外，多孔聚合物基板123中的孔径和孔隙率不受特别限制，但优选地分别为0.01-50μm和10-95％。
在多孔聚合物基板123的至少一个表面上，涂覆包含包含无机颗粒和聚合物结合剂的混合物的浆料以形成多孔涂层124。浆料的涂覆方法不受限制，并且可以使用多种方法，但优选地使用浸涂方法。浸涂是通过将基板浸没在包含涂覆溶液的缸中来涂覆基板的方法，并且可以根据涂覆溶液的浓度和从涂覆溶液缸中取出基板的速度来调节多孔涂层124的厚度。此后，在烘箱中干燥基板，以在多孔聚合物基板123的至少一个表面上形成多孔涂层124。
无机颗粒不受特别的限制，只要它们是电化学稳定的即可。即，可以在本发明中使用的无机颗粒不受特别限制，只要在所应用的电极组件的工作电压范围内(例如，相对于Li/Li+的0-5V)不发生氧化和/或还原反应即可。特别地，当具有高介电常数的无机颗粒用作无机颗粒时，这可以有助于增加诸如液态电解液中的锂盐这样的电解质盐的离解速率，由此提高电解质溶液的离子导电性。
出于这些原因，无机颗粒优选地包括介电常数为5或更大(优选地10或更大)的高介电常数无机颗粒。介电常数为5或更大的无机颗粒的非限制示例可以包括例如BaTiO3、Pb(Zr,Ti)O3(PZT)、Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT，0<x<1，0<y<1)、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)、二氧化铪(HfO2)、SrTiO3、SnO2、CeO2、MgO、NiO、CaO、ZnO、ZrO2、Y2O3、Al2O3、勃姆石(γ-AlO(OH))、TiO2、SiC或其混合物。
特别地，诸如BaTiO3、Pb(Zr,Ti)O3(PZT)、Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT)、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)和二氧化铪(HfO2)这样的无机颗粒表现出高介电常数特性，即，介电常数为100或更大，并还具有压电性，因为当向其施加一定压力以使它们扩展或收缩时产生电荷以在两个表面之间产生电位差，使得以上的无机颗粒能防止因外部冲击引起产生两个电极11的内部短路，因此提高了电化学装置的安全性。另外，当组合地使用以上提到的高介电常数无机颗粒和具有锂离子迁移能力的无机颗粒时，其协同效应可以翻倍。
可以使用具有锂离子迁移能力的无机颗粒，即，包含锂元素但具有使锂离子移动而不储存锂的功能的无机颗粒。因为具有锂离子迁移能力的无机颗粒可以由于颗粒结构中存在的一种缺陷而使锂离子迁移和移动，所以可以提高电池中的锂离子导电率，由此提高电池的性能。另外，具有锂离子迁移能力的无机颗粒的非限制示例可以包括磷酸锂(Li3PO4)、磷酸锂钛(LixTiy(PO4)3，0<x<2，0<y<3)、磷酸锂铝钛(LixAlyTiz(PO4)3，0<x<2，0<y<1，0<z<3)、诸如14Li2O-9Al2O3-38TiO2-39P2O5这样的(LiAlTiP)xOy类玻璃(0<x<4，0<y<13)、钛酸镧锂(LixLayTiO3,0<x<2,0<y<3)、诸如Li3.25Ge0.25P0.75S4这样的硫代磷酸锗锂(LixGeyPzSw，0<x<4，0<y<1，0<z<1，0<w<5)、诸如Li3N这样的氮化锂(LixNy，0<x<4，0<y<2)、诸如Li3PO4-Li2S-SiS2这样的SiS2类玻璃(LixSiySz，0<x<3，0<y<2，0<z<4)、诸如LiI-Li2S-P2S5这样的P2S5类玻璃(LixPySz,0<x<3,0<y<3,0<z<7)或其混合物。
无机颗粒的平均粒径不受特别限制，但优选地在0.001-10μm的范围内，以便形成具有均匀厚度的多孔涂层124并确保合适的孔隙率。如果平均粒径小于0.001μm，则无机颗粒的分散性质会劣化。如果平均粒径大于10μm，则待形成的多孔涂层124的厚度增加，这会使机械性质劣化。另外，在电池充电或放电时，过大的孔径会增加内部短路的概率。
具有范围为-200℃至200℃的玻璃转化温度(Tg)的聚合物优选地被用作聚合物结合剂，因为该聚合物可以改善最终形成的多孔涂层124的诸如柔性和弹性这样的机械性质。
另外，离子迁移能力对于聚合物结合剂不是必需的，但使用具有离子迁移能力的聚合物可以进一步改善电极组件的性能。因此，聚合物结合剂优选地具有尽可能高的介电常数。事实上，因为电解质溶液中盐的离解度取决于电解质溶剂的介电常数，所以随着聚合物结合剂的介电常数更高，电解质溶液中盐的离解度会增加。聚合物结合剂的介电常数可以为1.0至100(测量频率＝1kHz)，优选地为10或更高。
除了以上提到的功能之外，当用液体电解质溶液进行浸渍时，聚合物结合剂可以成胶状，因此在电解质溶液中表现出高溶胀程度。因此，优选地使用具有范围为15Mpa1/2至45Mpa1/2的溶解度参数和更优选地范围为15Mpa1/2至25Mpa1/2和30Mpa1/2至45Mpa1/2的溶解度参数的聚合物。因此，优选地使用具有许多极性基团的亲水性聚合物，而非诸如聚烯烃这样的疏水性聚合物。当聚合物的溶解度参数小于15Mpa1/2或高于45Mpa1/2时，聚合物难以因典型的电池用电解质溶液而溶胀。
聚合物结合剂的非限制示例可以包括例如聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚环氧乙烷、醋酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰乙基支链淀粉、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、支链淀粉和羧甲基纤维素。
此外，聚合物结合剂还可以包括PVDF-HFP。术语“PVDF-HFP聚合物粘合剂”是指包括偏二氟乙烯(VDF)组成单元和六氟丙烯(HFP)组成单元的偏二氟乙烯共聚物。然而，聚合物结合剂不限于此，并可以包括各种材料。
无机颗粒与聚合物结合剂的重量比可以优选地例如在50:50至99:1的范围内，并且更优选地在70:30到95:5的范围内。如果有机颗粒与聚合物结合剂的含量比小于50:50，则聚合物的含量非常大，使得所形成的涂层124的孔径和孔隙率会减小。如果有机颗粒的含量大于99重量份，则聚合物的含量非常小，使得所形成的涂层124的抗剥离性会减弱。
聚合物结合剂的溶剂优选地具有与待使用的聚合物结合剂的溶解度参数相近的溶解度参数以及低沸点。这旨在促成均匀混合和此后溶剂的去除。可用溶剂的非限制示例可以包括例如丙酮、四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、二甲基甲酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、环己烷、水或其混合物。
可以通过将聚合物结合剂溶解在溶剂中，然后在其中添加无机颗粒并将其分散来制备分散有无机颗粒并将聚合物结合剂溶解在溶剂中的浆料。可以将无机颗粒粉碎成合适尺寸，然后进行添加，但优选的是，在将无机颗粒添加到聚合物结合剂的溶液中之后，在使用球磨机等进行粉碎的同时分散无机颗粒。
如上所述，因为多孔涂层124是通过将液体或凝胶浆料涂覆到聚合物基板123上并随后将其固化而形成的，所以即使浆料被均匀一致地涂覆，也与表面有一定的高度差d。特别地，由于构成浆料的材料之间的吸引力作用于侧部126比作用于中部125更强，因此侧部126中浆料的高度形成得低于中部125中浆料的高度。因此，如图2中例示的，在隔膜12的侧部126和中部125，即使在通过固化浆料而获得的多孔涂层124中也存在高度差，因此，即使堆叠电极11以制造单元电芯2，隔膜12的粘合也发生偏差。因此，存在的问题是，电极11和隔膜12没有彼此粘合或者彼此粘合不良，从而在单元电芯2的侧部21的一部分上形成非粘合区域22。
图3是根据本发明的实施方式的单元电芯制造方法的流程图。
根据本发明的实施方式，在电极11堆叠在隔膜片材1211和1221上的堆叠件20中，密封器14向电极的角部或电极的边缘中的至少一个施加热量和压力，因此它可以防止在单元电芯2的侧部21上形成非粘合区域22，由此防止电极11与隔膜12之间的粘合力降低。
为此目的，根据本发明的实施方式的单元电芯制造方法包括：切割从电极卷轴111、112和113退绕的电极片材1111、1121和1131，以形成多个电极11；通过在多个电极11彼此分隔开并在从隔膜卷轴121和122退绕的隔膜片材1211和1221的纵向方向上设置成行的同时将多个电极11堆叠在隔膜片材1211和1221上来形成堆叠件20；在堆叠件20中的多个电极11之间设置密封器14；以及用密封器14向电极11的角部或电极11的边缘中的至少一个施加热量和压力。
下文中，将参考图4和图7来详细描述图3的流程图中例示的各步骤。
图4是根据本发明的实施方式的单元电芯制造设备1的示意图。
如图4中例示的，根据本发明的实施方式的单元电芯制造设备1包括：电极卷轴111、112和113，将成为多个电极11的电极片材1111、1121和1131从其退绕；隔膜卷轴121和122，将与电极11堆叠的隔膜片材1211和1221从其退绕；以及密封器14，在多个电极11彼此分隔开并在隔膜片材1211和1221的纵向方向上设置成行的同时将多个电极与隔膜片材堆叠而形成的堆叠件中，密封器14设置在多个电极11之间并向电极11的角部或电极11的边缘中的至少一个施加热量和压力。此外，电极卷轴可以包括将成为多个中部电极1112的中部电极片材111从其退绕的中部电极卷轴111，并且隔膜卷轴121和122可以包括：上隔膜卷轴121，将堆叠在通过切割中部电极片材1111而形成的中部电极1112的上表面上的上隔膜片材1211从其退绕；以及下隔膜卷轴122，将堆叠在中部电极1112的下表面上的下隔膜片材1221从其退绕。
如上所述，单元电芯2包括全电芯和双电芯。如上所述，如果单元电芯2是双电芯，则可以设置诸如1个这样的奇数个中部电极1112，而如果电源电芯2是全电芯，则可以不设置中部电极1112或者可以设置诸如2个这样的偶数个中部电极1112。下文中，单元电芯2将被描述为具有三个电极11和两个隔膜12的双电芯。然而，这仅仅是为了方便描述，而不限制本发明的范围。
中部电极卷轴111是中部电极片材1111缠绕在其上的卷轴，并且中部电极片材1111从中部电极卷轴111退绕。如果单元电芯2是A型双电芯，则中部电极片材1111是负极片材，而如果单元电芯2是C型双电芯，则中部电极片材1111是正极片材。可以通过在电极集流体上涂覆电极活性材料、导电剂和结合剂的浆料，然后干燥和按压被涂覆的电极集流体来制备这些电极片材1111、1121和1131。
上隔膜卷轴121和下隔膜卷轴122是隔膜片材1211和1221缠绕在其上的卷轴。另外，从上隔膜卷轴121退绕的上隔膜片材1211被堆叠在通过切割中部电极片材1111而形成的中部电极1112的上表面上，并且从下隔膜卷轴121退绕的下隔膜片材1221被堆叠在中部电极1112的下表面上。
电极卷轴还可以包括：上电极卷轴112，将成为要堆叠在上隔膜片材1211的上表面上的上电极1122的上电极片材1121从其退绕；以及下电极卷轴113，将成为要堆叠在下隔膜片材1221的下表面上的下电极1132的下电极片材113从其退绕。
上电极卷轴112是上电极片材1121缠绕在其上的卷轴，并且上电极片材1121从上电极卷轴112退绕。另外，下电极卷轴113是下电极片材1131缠绕在其上的卷轴，并且下电极片材1131从下电极卷轴113退绕。如果单元电芯2是全电芯，则上电极1122和下电极1131具有不同的极性。另外，如果单元电芯2是双电芯，则上电极1122和下电极1131具有相同的极性，并与中部电极1112具有不同的极性。如果单元电芯2是A型双电芯，则中部电极片材1111是负极片材，但上电极片材1121和下电极片材1131是正极片材，而如果单元电芯2是C型双电芯，则中部电极片材1111是正极片材，但上电极片材1121和下电极片材1131是负极片材。
通过切割上电极片材1121而形成的上电极1122被堆叠在上隔膜片材1211的上表面上，并且通过切割下电极片材1131而形成的下电极1132被堆叠在下隔膜片材1221的下表面上。结果，制备出顺序堆叠下电极1132、下隔膜片材1221、中部电极1112、上隔膜片材1211和上电极1122的堆叠件20。
堆叠件20是通过在多个中部电极1112彼此分隔开并在隔膜片材1211和1221的纵向方向上设置成行的同时将多个电极11堆叠在隔膜片材1211和1221上来形成的。在这种情况下，上电极1122、中部电极1112和下电极1132可以具有彼此不同的间隔，但因为具有相同极性的电极11具有相同的尺寸，所以优选的是间距总是恒定的。另外，期望的是，上电极1122、中部电极1112和下电极1132全都对准并被设置为使得其中部重合。
密封器14设置在堆叠件20中的多个电极11之间，并向电极11的角部或电极11的边缘中的至少一个施加热量和压力。因此，可以防止在包括电极11的角部的单元电芯2的侧部21上形成非粘合区域22，并且可以防止电极11与隔膜12之间的粘合力降低。随后，将更详细地描述密封器14。
层压件对通过堆叠电极11和隔膜12而形成的堆叠件20的整个表面进行层压。术语“层压”是指通过向堆叠件20施加热量和压力来结合电极11和隔膜12。如图4中例示的，层压件可以包括向堆叠件20的整个表面施加热量和压力的加热器15，并还可以包括在旋转的同时向堆叠件20施加压力的加热辊16。
加热器15由可以分别向堆叠件20的上表面和下表面的整个表面施加热量和压力的上加热器151和下加热器152构成。在加热器15中，与堆叠件20接触的表面(即，上加热器151的下表面和下加热器152的上表面)可以形成为基本上平坦。因此，可以向堆叠件20的整个表面均匀地施加热量和压力。
当加热器15向堆叠件20施加热量和压力时，加热辊16可以在旋转的同时向堆叠件20施加热量和压力。通常，在旋转的同时施加压力的加热辊16施加的压力高于仅用平坦表面施加压力的加热器15。因此，在加热器15向堆叠件20施加热量和压力之后，加热辊16向堆叠件20施加比加热器15施加的热量和压力大的热量和压力，使得施加到堆叠件(20)的热量和压力可以逐步地增加。即，这可以防止由于温度和压力的快速变化而使堆叠件20的内部受损。
当中部电极片材1111首先从中部电极卷轴111退绕时，第一切割器131切割中部电极片材1111(S301)。然后，形成多个中部电极1112。另外，上隔膜片材1211从上隔膜卷轴121退绕并堆叠在中部电极1112的上表面上，并且下隔膜片材1221从下隔膜卷轴122退绕并堆叠在中部电极1112的下表面上。
此外，当上电极片材1121从上电极卷轴112退绕时，第二切割器132切割上电极片材1121以形成上电极1122，并且当下电极片材1131从下电极卷轴113退绕时，第三切割器133切割下电极片材1131以形成下电极1132。上电极1122被堆叠在上隔膜片材1211的上表面上，并且下电极1132被堆叠在下隔膜片材1221的下表面上。结果，制备出顺序堆叠下电极1132、下隔膜片材1221、中部电极1112、上隔膜片材1211和上电极1122的堆叠件20(S302)。
在堆叠件20中，可以省略上电极1122或下电极1132中的至少一个，此外，可以省略上隔膜片材1211或下隔膜片材1221中的至少一个。下文中，将描述的是，在堆叠件20中，不省略这些电极11和隔膜12。然而，这仅仅是为了方便描述，将不限制本发明的范围。
在形成堆叠件20之后，层压件对堆叠件20进行层压。如上所述，层压件包括加热器15和加热辊16，并且当进行层压时，在加热器15向堆叠件20的整个表面施加热量和压力之后，加热辊16可以在旋转的同时向堆叠件20施加热量和压力。
图5是根据本发明的实施方式的密封器14的立体图。
如图5中例示的，密封器14包括：第一主体141；以及从第一主体141垂直延伸的第二主体142。这里，第二主体142可以从第一主体141的一端延伸，但优选地从第一主体141的中部延伸。即，密封器14作为一个整体可以具有T形。因此，相对于密封器14的第二主体142，一个电极11设置在一侧，而另一个电极11设置在另一侧，因此可以向两个电极11同时施加热量和压力。
加热线圈(未示出)被包括在密封器14内部。因此，当密封器14与堆叠件20接触并向堆叠件20施加压力时，加热线圈产生的热也可以被施加到堆叠件20。
图6是例示了根据本发明的实施方式的密封器14向堆叠件20施加热量和压力的状态的平面图，并且图7是例示了根据本发明的实施方式的密封器14向堆叠件施加热量和压力的状态的侧视图。
如上所述，在隔膜12的侧部126和中部125，多孔涂层124可能存在高度差。因此，隔膜12的粘合力出现偏差，因此电极11未粘合到其上或在其上粘合不良的非粘合区域22可能形成在隔膜12的侧部126上。
因此，根据本发明的实施方式，当形成堆叠件20时，层压件向堆叠件20施加热量和压力，然后，如图6中例示的，密封器14设置在堆叠件20中的多个电极11之间(S303)。另外，密封器14向堆叠件20的侧部21(即，向电极11的角部或电极11的边缘中的至少一个)施加热量和压力。在这种情况下，密封器14形成为多个，并设置在堆叠件20的两个侧部上，因此可以向堆叠件20的两个侧部21中的每个施加热量和压力。侧部21优选地为从堆叠件20的两端起每个长度相对于总长度为1％至30％(更优选地为5％至20％)的区域。
如果未使用密封器14并且仅增加层压件施加到堆叠件20整个表面的热量和压力，则堆叠件20的中部与侧部21相比承受的压力过大。进而，隔膜12的多孔涂层124的孔破损，以使空气渗透率降低，由此电极11和隔膜12随后不会完全浸渍在电解质溶液中。
密封器14包括第一主体141和第二主体142。密封器14的第一主体141可以向电极11中的堆叠件20外侧的第一边缘114施加热量和压力，并且第二主体142可以向电极11中的第二边缘115施加热量和压力，第二边缘115面对另一邻近电极11并与第一边缘114相交以形成角部。
第一边缘114是电极11的多个边缘当中的朝向堆叠件20外侧的边缘。另外，密封器14的第一主体141在平行于第一边缘114的方向上形成。因此，当使第一主体141与堆叠件20接触时，可以使第一主体141与电极11的第一边缘114接触，由此向第一边缘114施加热量和压力。
第二边缘115是电极11的多个边缘当中的与第一边缘114一起形成电极11的角部的边缘。如上所述，在堆叠件20上，电极11彼此分隔开并在隔膜片材的纵向方向上设置成行。因此，电极11彼此相邻地设置，并且第二边缘115面对另一邻近电极11。另外，密封器14的第二主体142在平行于第二边缘115的方向上形成。因此，当使第二主体142与堆叠件20接触时，可以使第二主体142与电极11的第二边缘115接触，由此向第二边缘114施加热量和压力。
密封器14形成为多个，并可以设置在堆叠件20的两侧。此外，密封器14可以各自设置在堆叠件20中排列成行的电极11之间。因此，如图6中例示的，向堆叠件20中的多个电极11同时施加热量和压力，由此提高单元电芯2的生产效率。
如上所述，根据本发明的实施方式，多个密封器14可以向电极11的角部施加热量和压力。因此，可以防止单元电芯2的侧部21上形成非粘合区域22，并且可以防止电极11与隔膜12之间的粘合力降低。
当密封器14向电极11的角部施加热量和压力时，第一主体141和第二主体142各自可以具有简单的矩形形状。然而，密封器14不能向电极11的角部施加热量和压力，而是可以向电极的边缘施加热量和压力，特别地仅向堆叠件20的两个侧部21中所包括的电极的边缘施加热量和压力。在这种情况下，密封器14的与电极11的角部对应的部分可以凹进。即使在这种情况下，也可以向堆叠件20的两个侧部21施加热量和压力，因此可以防止形成非粘合区域22。
在密封器14向堆叠件20的侧部21施加热量和压力之后，第四切割器134切割堆叠件20，因此可以制备单元电芯2。
图8是根据本发明的另一实施方式的单元电芯制造设备1a的示意图。
根据本发明的另一实施方式，如图8中例示的，不包括层压件。即，既不包括加热器15也不包括加热辊16。
如果使用密封器，则可以向堆叠件20的两个侧部21施加热量和压力，因此可以防止在单元电芯2的侧部21中形成非粘合区域22。因此，根据本发明的另一实施方式，即使层压件没有对堆叠件20的整个表面进行层压，电极11和隔膜12通常也可以均匀地结合。此外，不包括层压件，因此整体工艺速度可以提高，由此提高单元电芯2的制作效率。
图9是根据本发明的又一实施方式的密封器14a的立体图。
根据本发明的又一实施方式，如图9中例示的，密封器14a还可以包括：第一突出部1431，其从第一主体141的下表面向下突出，并在第一主体141的纵向方向上伸长；以及第二突出部1432，其从第二主体142的下表面向下突出并在第二主体142的纵向方向上伸长。
图10是例示了根据本发明的再一实施方式的密封器14a向堆叠件20a施加热量和压力的状态的侧视图。
当密封器14a向堆叠件20a施加热量和压力时，第一突出部1431可以向隔膜片材1211和1221的从电极11的第一边缘114向外侧延伸的第一区域127施加热量和压力，并且第二突出部1432可以向隔膜片材1211和1221的形成在多个电极11之间的第二区域128施加热量和压力。
第一区域127是隔膜片材1211和1221的从电极11的第一边缘114向外侧延伸的一部分。因为电极11的第一边缘114朝向外侧，所以第一区域127也朝向堆叠件20a的外侧。另外，密封器14a的第一突出部1431对隔膜片材1211和1221的第一区域127施压，由此结合上隔膜片材1211和下隔膜片材1221，如图10中例示的。
第二区域128是隔膜片材1211和1221的形成在多个电极11之间的一部分。即，该区域从电极11的第二边缘115延伸。另外，密封器14a的第二突出部1432对隔膜片材1211和1221的第二区域128施压，由此结合上隔膜片材1211和下隔膜片材1221。
为了使第一突出部1431和第二突出部1432对隔膜片材1211施压以容易地结合到下隔膜片材1221，优选的是，第一突出部1431和第二突出部1432形成得比中部电极1112和上电极1122的总厚度厚。
如上所述，根据本发明的再一实施方式，可以改善隔膜12与电极11之间的粘合力，同时上隔膜片材1211和下隔膜片材1221可以彼此粘合，由此更牢固地形成单元电芯2。
本发明所属领域中的普通技术人员将理解，可以在不改变技术思路或基本特征的情况下以其它具体形式执行本发明。因此，上述实施方式被理解为在所有方面都是例示性的，而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求书而非以上描述和本文中描述的示例性实施方式限定。在本发明的权利要求书的等同物的含义内和权利要求书内进行的各种修改将被视为是在本发明的范围内。
[对符号的描述]
1:单元电芯制造设备 2：单元电芯
11:电极 12：隔膜
14:密封器 15：加热器
16:辊 20：堆叠件
21:堆叠件的侧部 22：非粘合区域
111:中部电极卷轴 112：上电极卷轴
113:下电极卷轴 114：第一边缘
115:第二边缘 121：上隔膜卷轴
122:下隔膜卷轴 123：聚合物基板
124:多孔涂层 125：隔膜的中部
126:隔膜的侧部 127：第一区域
128:第二区域 131：第一切割器
132:第二切割器 133：第三切割器
134:第四切割器 141：第一主体
142:第二主体 143：突出部
1431:第一突出部 1432：第二突出部
151:上加热器 152：下加热器
1111:中部电极片材 1121：上电极片材
1131:下电极片材 1112：中部电极
1122:上电极 1132：下电极
1211:上隔膜片材 1221：下隔膜片材

Claims (15)

1.一种单元电芯制造设备，该单元电芯制造设备包括：
电极卷轴，将成为多个电极的电极片材从所述电极卷轴退绕；
隔膜卷轴，将与所述电极堆叠的隔膜片材从所述隔膜卷轴退绕；以及
密封器，在所述多个电极彼此分隔开并在所述隔膜片材的纵向方向上设置成行的同时将所述多个电极与所述隔膜片材堆叠而形成的堆叠件中，所述密封器设置在所述多个电极之间并向所述电极的角部或所述电极的边缘中的至少一个施加热量和压力。
2.根据权利要求1所述的单元电芯制造设备，其中，所述密封器包括：
第一主体；以及
第二主体，所述第二主体从所述第一主体垂直地延伸。
3.根据权利要求2所述的单元电芯制造设备，其中，所述密封器还包括：
第一突出部，所述第一突出部从所述第一主体的下表面向下突出并在所述第一主体的纵向方向上伸长；以及
第二突出部，所述第二突出部从所述第二主体的下表面向下突出并在所述第二主体的纵向方向上伸长。
4.根据权利要求1所述的单元电芯制造设备，所述单元电芯制造设备还包括对所述堆叠件进行层压的层压件。
5.根据权利要求4所述的单元电芯制造设备，其中，所述层压件包括向所述堆叠件的整个表面施加热量和压力的加热器。
6.根据权利要求5所述的单元电芯制造设备，其中，所述层压件还包括在旋转的同时向所述堆叠件施加热量和压力的加热辊。
7.根据权利要求1所述的单元电芯制造设备，其中，所述电极卷轴包括中部电极卷轴，将成为多个中部电极的中部电极片材从所述中部电极卷轴退绕，并且
所述隔膜卷轴包括：
上隔膜卷轴，将堆叠在通过切割所述中部电极片材而形成的所述中部电极的上表面上的上隔膜片材从所述上隔膜卷轴退绕；以及
下隔膜卷轴，将堆叠在所述中部电极的下表面上的下隔膜片材从所述下隔膜卷轴退绕。
8.根据权利要求7所述的单元电芯制造设备，其中，所述电极卷轴还包括：
上电极卷轴，将成为要堆叠在所述上隔膜片材的上表面上的上电极的上电极片材从所述上电极卷轴退绕；以及
下电极卷轴，将成为要堆叠在所述下隔膜片材的下表面上的下电极的下电极片材从所述下电极卷轴退绕。
9.一种单元电芯制造方法，所述单元电芯制造方法包括以下步骤：
切割从电极卷轴退绕的电极片材，以形成多个电极；
通过在多个电极彼此分隔开并在从隔膜卷轴退绕的隔膜片材的纵向方向上设置成行的同时将所述多个电极堆叠在所述隔膜片材上来形成堆叠件；
在所述堆叠件中的所述多个电极之间设置密封器；以及
用所述密封器向所述电极的角部或所述电极的边缘中的至少一个施加热量和压力。
10.根据权利要求9所述的单元电芯制造方法，其中，所述密封器包括：
第一主体；以及
第二主体，所述第二主体从所述第一主体垂直地延伸。
11.根据权利要求10所述的单元电芯制造方法，其中，在施加热量和压力时，
所述第一主体向所述电极的边缘当中的第一边缘施加热量和压力，所述第一边缘指向所述堆叠件外侧，并且
所述第二主体向所述电极的边缘当中的第二边缘施加热量和压力，所述第二边缘面对另一邻近电极并与所述第一边缘相交以形成角部。
12.根据权利要求11所述的单元电芯制造方法，其中，所述密封器还包括：
第一突出部，所述第一突出部从所述第一主体的下表面向下突出并在所述第一主体的纵向方向上伸长；以及
第二突出部，所述第二突出部从所述第二主体的下表面向下突出并在所述第二主体的纵向方向上伸长。
13.根据权利要求12所述的单元电芯制造方法，其中，在施加热量和压力时，
所述第一突出部向所述隔膜片材的从所述电极的所述第一边缘向外侧延伸的第一区域施加热量和压力，并且所述第二突出部向所述隔膜片材的形成在所述多个电极之间的第二区域施加热量和压力。
14.根据权利要求9所述的单元电芯制造方法，该单元电芯制造方法还包括在形成所述堆叠件之后和设置所述密封器之前，对所述堆叠件进行层压。
15.根据权利要求14所述的单元电芯制造方法，其中，对所述堆叠件进行层压的步骤还包括：由加热器向所述堆叠件的整个表面施加热量和压力；以及
在加热辊旋转的同时，由所述加热辊向所述堆叠件施加热量和压力。
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