CN115362054A - 电池壳体成形设备及使用该电池壳体成形设备的电池壳体制造方法 - Google Patents

电池壳体成形设备及使用该电池壳体成形设备的电池壳体制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电池壳体成形设备,包括:冲头,冲头配置为按压层压片以成形电池壳体;模具,模具中形成有接纳部,接纳部具有与通过冲头成形的电极组件容纳部对应的尺寸;保持件,保持件配置为固定层压片的外周;和弹性隔板,弹性隔板位于冲头下方,以便防止冲头与层压片之间的直接接触,其中层压片的拉伸区域延伸,从而防止层压片被局部过度拉伸。

Description

电池壳体成形设备及使用该电池壳体成形设备的电池壳体制 造方法
技术领域
本申请要求于2020年10月22日提交的韩国专利申请第2020-0137864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。
本发明涉及一种电池壳体成形设备及使用该电池壳体成形设备的电池壳体制造方法。更具体地,本发明涉及这样一种电池壳体成形设备及使用该电池壳体成形设备的电池壳体制造方法,该电池壳体成形设备包括配置为成形袋形电池的电池壳体的冲头,其中电池壳体成形设备进一步包括弹性隔板,当通过冲头按压用作电池壳体的层压片时,该弹性隔板能够使对层压片的表面的损坏最小化。
背景技术
对作为移动装置和电动车辆的能源的二次电池的需求快速增加。特别是,对具有高能量密度和高放电电压的锂二次电池的需求较高。
基于其形状和材料,锂二次电池可分为由金属材料制成的圆柱形二次电池、由金属材料制成的棱柱形二次电池或由层压片制成的袋形二次电池。袋形二次电池的优点在于,袋形二次电池以高集成度堆叠从而具有较高的每单位重量的能量密度,以低制造并且容易变形。因而,袋形二次电池用在各种装置中。
袋形二次电池使用包括外部涂层、金属阻挡层和内部粘合层的层压片作为电池壳体,并且袋形二次电池配置为具有其中电极组件与电解液一起容纳在形成于层压片中的容纳部中的结构。
为了成形袋形二次电池中的电极组件容纳部,使用深度拉深(deep-drawing)方法,深度拉深方法是将层压片设置在模具上,使用夹具固定层压片并且使用冲头按压层压片。然而在深度拉深过程中,由于层压片的柔软性(softness)的限制以及冲头与层压片之间的摩擦力,在层压片的外表面上形成诸如针孔(pin-hole)或裂纹(crack)之类的外部缺陷。
即使为了防止形成这种外部缺陷而将接触层压片的冲头的表面粗糙度极度减小,由于反复冲压导致的摩擦,也难以防止在层压片上形成外部缺陷。特别是,在层压片的厚度,尤其是金属阻挡层的厚度较小的情况下,层压片的成形性降低,从而会更容易形成针孔或裂纹。由于该原因,难以将电极组件容纳部成形为具有较大深度,从而难以制造高容量锂二次电池。
专利文献1公开了一种用于电池的外壳构件,外壳构件包括:包括耐热树脂膜的外层、金属箔层、以及包括被添加有润滑剂的热塑性树脂膜的内层,其中润滑剂附着在外层与内层之间。
在专利文献1中,润滑剂附着在外层与内层之间,从而外层相对于第二模具的滑动性和内层相对于第一模具的滑动性提高,因此可抑制用于电池的外壳构件的外周部分的弯曲。
专利文献2公开了一种用于成形的封装材料,其包括作为外层的基层、作为内层的可热熔合树脂层、以及设置在这两层之间的金属箔层,其中可热熔合树脂层配置为具有单层结构或多层结构,并且可热熔合树脂层的最内层由包含防粘连剂、爽滑剂和含氟聚合物基润滑剂的树脂组合物制成。
在专利文献2中,当封装材料被成形时,可热熔合树脂层的最内层的表面和成形模具的表面之间的滑动性提高,从而可提高成形性。
专利文献1和专利文献2未认识到由于用于电池的外壳构件在拉深过程中被拉伸而产生缺陷的问题,并未提出解决该问题的方法。
因此,高度需要在将层压片成形过程中能够防止对层压片的外观的损坏并且提高成形性的技术。
日本授权专利公开第5959205号(2016.07.07)“专利文献1”
韩国专利申请公开第2020-0027987号(2020.03.13)“专利文献2”
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电池壳体成形设备及使用该电池壳体成形设备的电池壳体成形方法,该电池壳体成形设备能够减小由于配置为按压层压片以成形电池壳体的冲头与层压片之间的接触而导致的冲头与层压片之间的摩擦力,从而防止对层压片的损坏。
技术方案
为了实现上述目的,根据本发明的电池壳体成形设备包括:冲头,所述冲头配置为按压层压片以成形电池壳体;模具,所述模具中形成有接纳部,所述接纳部具有与通过所述冲头成形的电极组件容纳部对应的尺寸;保持件,所述保持件配置为固定所述层压片的外周;和弹性隔板,所述弹性隔板位于所述冲头下方,以便防止所述冲头与所述层压片之间的直接接触。
在根据本发明的电池壳体成形设备中,所述弹性隔板可固定到所述保持件。
在根据本发明的电池壳体成形设备中,所述弹性隔板可固定到所述保持件的侧表面的下部。
在根据本发明的电池壳体成形设备中,在通过所述冲头成形所述电池壳体之前,所述冲头的下表面可与所述弹性隔板的上表面平行。
在根据本发明的电池壳体成形设备中,在由所述弹性隔板和所述保持件形成的空间中可添加有液体润滑剂。
在根据本发明的电池壳体成形设备中,在所述冲头的下表面的至少一部分中可形成有凹部。
在根据本发明的电池壳体成形设备中,在所述模具的所述接纳部的下部可设置有衬垫。
在根据本发明的电池壳体成形设备中,所述衬垫可由弹性材料制成并且可配置为使得所述衬垫的中央部分凸形地突出。
在根据本发明的电池壳体成形设备中,由于所述冲头的按压,所述衬垫的突出的所述中央部分可被压缩,从而所述衬垫的整个厚度可变均匀。
在根据本发明的电池壳体成形设备中,所述弹性隔板可以是水密性弹性隔板。
本发明提供了一种使用所述电池壳体成形设备的电池壳体成形方法。
具体地,所述电池壳体成形方法可包括以下步骤:(a)将层压片设置在所述模具上;(b)使用附接有弹性隔板的保持件将所述层压片固定到所述模具;以及(c)使用所述冲头按压所述弹性隔板和所述层压片。
根据本发明的电池壳体成形方法可进一步包括在步骤(b)与步骤(c)之间向由所述弹性隔板和所述保持件形成的空间中添加液体润滑剂。
在根据本发明的电池壳体成形方法中,在步骤(c)中,可执行按压一直到设置在所述模具的接纳部的下部的衬垫被压缩并变平为止。
在根据本发明的电池壳体成形方法中,当所述衬垫开始压缩时,所述液体润滑剂可移动到所述冲头的下表面的边缘。
在根据本发明的电池壳体成形方法中,所述层压片的在步骤(c)中通过按压被拉伸的区域可以是所述电极组件容纳部的侧表面以及所述电极组件容纳部的底部的外周部分。
此外,本发明提供了一种使用所述电池壳体成形设备制造的电池壳体,其中所述电池壳体的最小厚度部分的厚度是所述电池壳体的最大厚度部分的厚度的70%或更大。
有益效果
通过上面的描述显见的是,在本发明中,在层压片与冲头之间插置弹性隔板的状态下成形电极组件容纳部,从而可防止冲头与层压片之间的直接接触,因此可将在冲头的表面和层压片的表面上发生的粘滑(stick-slip)效应最小化。
此外,添加液体润滑剂,从而可减小冲头与层压片之间的摩擦力。
此外,由于添加了液体润滑剂和弹性隔板,所以可延伸层压片的拉伸区域,从而可防止层压片被局部过度拉伸而变薄。
如上所述,可减小制造工序期间的摩擦力并且可防止电池壳体的电极组件容纳部的侧壁的厚度局部过度减小,从而可防止在电池壳体上形成针孔或裂纹。
此外,在使用根据本发明的电池壳体成形设备和方法的情况下,即使使用具有相同厚度的层压片,也可更深地形成电极组件容纳部,因此可增加电池单元的容量并且提高电池单元的能量密度。
附图说明
图1是根据本发明第一实施方式的电池壳体制造设备的剖面图。
图2是根据本发明第一实施方式的电池壳体制造设备的分解透视图。
图3是根据本发明第二实施方式的电池壳体制造设备的剖面图。
图4是根据本发明第三实施方式的电池壳体制造设备的剖面图。
图5是根据本发明第三实施方式的电池壳体制造设备的分解透视图。
图6是使用根据本发明的电池壳体制造设备制造的电池壳体的垂直剖面图。
图7是根据本发明的冲头的中央部分的垂直剖面图。
图8顺序地示出了根据本发明的电池壳体制造工序。
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,包括某一要素并不意指排除其他要素,而是指可进一步包括其他要素,除非另有说明。
此外,除非特别限制,否则通过限制或添加来具体化要素的描述可应用于所有发明,并且不限制具体发明。
此外,在本发明的说明书和本申请的权利要求书中,除非另外提及,否则单数形式旨在包括复数形式。
此外,在本发明的说明书和本申请的权利要求书中,除非另外提及,否则“或”包括“和”。因此,“包括A或B”是指三种情况,即,包括A的情况、包括B的情况、以及包括A和B的情况。
将参照附图详细描述本发明的实施方式。
图1是根据本发明第一实施方式的电池壳体制造设备的正视图,图2是根据本发明第一实施方式的电池壳体制造设备的分解透视图。
参照图1和图2,电池壳体制造设备100包括:冲头110,冲头110配置为按压层压片101以成形电池壳体;模具120,模具120中形成有接纳部121,接纳部121具有与通过冲头成形的电极组件容纳部对应的尺寸;保持件130,保持件130配置为固定层压片101的外周;和弹性隔板140,弹性隔板140位于冲头110下方,以便防止冲头110与层压片101之间的直接接触。
为了使用层压片制造袋形电池壳体,将层压片101设置在形成有具有与电极组件容纳部对应的尺寸的接纳部121的模具120上,使用保持件130将层压片101的外周固定到模具,并且通过冲头110按压层压片101,从而可成形电极组件容纳部。
此时,为了防止层压片与冲头之间的直接接触,在层压片与冲头之间设置弹性隔板140。
当层压片与冲头彼此直接接触时,由于层压片的表面与冲头的表面之间的摩擦,不容易发生滑动。结果,层压片的被拉伸的区域变窄,因此只有层压片的局部区域被拉伸。具体地,由于层压片中的当层压片被成形为电池壳体时成为电极组件容纳部的侧壁的部分主要被拉伸,所以该部分的厚度过度减小,因此电池壳体容易被损坏。
如上所述,由于在层压片的表面和冲头的表面上容易发生粘滑(stick-slip)现象,所以层压片可被局部过度拉伸,因此电池壳体成形缺陷率会增加。
在本发明中,在层压片101与冲头110之间设置弹性隔板140的状态下通过冲头110按压层压片101,因此层压片的表面与冲头的表面彼此不直接接触。因而,可解决由于冲头的不平滑表面或者在冲头与层压片之间进入异物而划伤层压片的常规问题。
冲头110的x轴宽度w1可小于模具的相对两侧之间的x轴距离w2,并且模具的相对两侧之间的x轴距离w2可小于保持件的相对两侧之间的x轴距离w3。
因而,冲头可经由保持件容易进入模具。
图3是根据本发明第二实施方式的电池壳体制造设备的剖面图。
参照图3,电池壳体成形设备200包括:冲头210,冲头210配置为按压层压片201以成形电池壳体;模具220,模具220中形成有接纳部221,接纳部221具有与通过冲头成形的电极组件容纳部对应的尺寸;保持件230,保持件230配置为固定层压片201的外周;和弹性隔板240,弹性隔板240位于冲头210下方,以便防止冲头210与层压片201之间的直接接触。弹性隔板240固定到保持件230。固定有弹性隔板240的保持件230设置在层压片201上,从而将层压片固定。
如上所述,由于弹性隔板240固定到保持件230,所以当通过冲头210按压层压片201时可稳定地保持其中弹性隔板240固定到保持件的状态。
例如,弹性隔板240可附接到保持件230的下表面,或者可固定到保持件230的侧表面的下部。当弹性隔板240附接到保持件230的下表面时,可通过由于弹性隔板240与保持件230的结合而形成的细微突出部进一步增加层压片201的固定力。当弹性隔板240固定到保持件230的侧表面的下部时,特别是当弹性隔板240插入并固定到形成在保持件230的侧表面的下部中的凹部时,可进一步增加弹性隔板240与保持件230之间的结合力。结果,即使当弹性隔板240被过度拉伸时也可保持弹性隔板与保持件之间的结合。当容纳部的深度较大时,可实现更有益的效果。
在通过冲头成形电池壳体之前,冲头的下表面与弹性隔板240的上表面平行定位。此外,弹性隔板和层压片彼此平行定位。因此,当通过冲头按压弹性隔板时,冲头的整个区域可向弹性隔板和层压片的整个区域施加均匀的压力。
在本申请中,由冲头产生的力以相同的大小并在相同的方向上施加至弹性隔板和层压片,并且层压片的变形与弹性隔板的变形相同。
图4是根据本发明第三实施方式的电池壳体制造设备的剖面图,图5是根据本发明第三实施方式的电池壳体制造设备的分解透视图。
参照图4和图5,电池壳体成形设备300包括:冲头310,冲头310配置为按压层压片301以成形电池壳体;模具320,模具320中形成有接纳部321,接纳部321具有与通过冲头成形的电极组件容纳部对应的尺寸;保持件330,保持件330配置为固定层压片301的外周;和弹性隔板340,弹性隔板340位于冲头310下方,以便防止冲头310与层压片301之间的直接接触。
弹性隔板340固定到保持件330。结果,形成了以弹性隔板作为下表面并且以保持件330的内表面作为侧壁的空间,并且在该空间中被添加液体润滑剂350。由于弹性隔板是水密性弹性隔板,所以液体润滑剂不会通过弹性隔板排放,仅能在该空间中移动。
液体润滑剂显著减小冲头与弹性隔板之间的摩擦力,从而弹性隔板的表面与冲头的表面可彼此相对非常平滑地滑动。
结果,层压片的被冲头拉伸的区域增加,因此可减小被拉伸的区域的平均伸长率。例如,处于拉伸状态的层压片的厚度可以是在拉伸之前层压片的厚度的大约70%或更大。
例如,作为液体润滑剂,可使用选自由以下材料构成的组中至少一种:诸如液体石蜡之类的烃基油、油脂、矿物植物油、乳化油、抗乳化剂、倾点下降剂、粘度调节剂、消泡剂、包括纯矿物油或包含添加剂的纯矿物油的矿物油、包括动物油和植物油的脂肪油、矿物油和脂肪油混合的混合油、以及合成油。
在如上所述使用液体润滑剂的情况下,可防止层压片的局部区域被过度拉伸。
图6是使用根据本发明的电池壳体制造设备制造的电池壳体的垂直剖面图。参照图6,在电池壳体400中凹入地形成有电极组件容纳部410。电极组件容纳部410可由电极组件容纳部的底部411和电极组件容纳部的侧表面412构成。
与本发明不同,如果不使用液体润滑剂,则层压片仅在主拉伸区域E1被拉伸。结果,主拉伸区域的平均伸长率较高,从而该区域变弱,因此电池壳体可容易被损坏。
然而,由于在本发明中使用液体润滑剂,所以在冲头的表面与弹性隔板的表面之间很好地产生滑动。因而,除了主拉伸区域E1以外,拉伸区域还延伸至附加拉伸区域E2。就是说,层压片的被拉伸的区域可以是电极组件容纳部的侧表面412和电极组件容纳部的底部411的外周部分。
如上所述,由于拉伸区域延伸,所以平均伸长率减小,从而甚至在电池壳体被成形之后仍可降低电池壳体的厚度减小率,并且可防止电池壳体局部变弱。
在使用根据本发明的电池壳体制造设备制造的电池壳体中,电池壳体的最小厚度部分的厚度可以是电池壳体的最大厚度部分的厚度的70%或更大。
返回参照图4和图5,在模具320的接纳部321的最下部设置有衬垫360。
衬垫360可由弹性材料制成,从而被冲头310压缩。当在平面中观察时衬垫360可形成为四边形形状,并且可配置为具有其中衬垫的中央部分凸形地突出并且衬垫的厚度朝向其外周部分逐渐减小的结构。当层压片被冲头310按压以成形时,衬垫的突出的中央部分首先与被冲头向下移动的层压片接触。随后,当层压片连续被冲头向下按压时,衬垫的突出的中央部分被压缩,从而衬垫的整个厚度变均匀。结果,电极组件容纳部的底部可变平。
此外,由于设置弹性的衬垫360,所以可防止层压片的下表面的外部被划伤。
图7是根据本发明的冲头的中央部分的垂直剖面图。
参照图7,在冲头410或510的下表面中形成有凹部411或511。
形成在冲头410中的凹部411配置为使得冲头的下表面的中央部分变凹,形成在冲头510中的凹部511配置为使得冲头的整个下表面变凹。
由于如上所述形成的凹部而在冲头的下表面中形成空间。当通过冲头按压弹性隔板和层压片时,液体润滑剂的一部分聚集在凹部中,并且其余的液体润滑剂移动到冲头的下表面的边缘。
通过聚集在凹部中的液体润滑剂减小冲头的中央部分与弹性隔板之间的摩擦力。
图8从左到右、从上到下示出了根据本发明的电池壳体成形方法。
根据本发明的电池壳体成形方法包括以下步骤:将层压片301设置在模具320上;使用附接有弹性隔板340的保持件330将层压片301固定到模具320;以及使用冲头310按压弹性隔板340和层压片301。
在将层压片301固定到模具320之后通过冲头310按压层压片301之前,向由弹性隔板340和保持件330形成的空间添加液体润滑剂350。由于根据本发明的弹性隔板是水密性弹性隔板,所以液体润滑剂不会排放到弹性隔板的外部。
在使用冲头310按压层压片310的步骤中,执行按压一直到设置在模具320的接纳部的下部的衬垫360被压缩并变平为止。由于衬垫360配置为具有其中衬垫的中央部分突出并且衬垫的厚度朝向其外周部分逐渐减小的结构,所以层压片301首先与衬垫360的突出的中央部分接触。
当衬垫360开始压缩时,衬垫360的中央部分与层压片301接触,但在衬垫360的外周部分与层压片301之间形成空间。作为按压的结果,弹性隔板340上的液体润滑剂350向形成在层压片301与衬垫360的外周部分之间的空间移动,即,移动到冲头310的下表面的边缘。
在冲头310的下表面中形成凹部的情况下,液体润滑剂的一部分可聚集在凹部中,因此可减小冲头与在冲头的下表面处的弹性隔板之间的摩擦力。
随着冲头310插入模具320的接纳部中,液体润滑剂350移动到冲头310的下表面的边缘,并且最终沿着冲头310的侧表面移动。结果,液体润滑剂350不仅可存在于冲头310的下表面与弹性隔板340的表面之间,而且还可存在于冲头310的侧表面与弹性隔板340的表面之间,从而可减小冲头与弹性隔板之间的摩擦力。随着按压进行,液体润滑剂350由于毛细现象而扩散得更广。
如上所述,在本发明中,在模具的接纳部的下部设置中央部分突出的衬垫,从而液体润滑剂可容易移动到层压片的主拉伸区域和附加拉伸区域。因而,弹性隔板的表面与冲头的表面之间的摩擦力被最小化,从而可较宽地确保层压片的附加拉伸区域,因此可制造局部厚度减小较少的电池壳体。
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)
100、200、300:电池壳体制造设备
101、201、301:层压片
110、210、310、410、510、:冲头
120、220、320:模具
121、221、321:接纳部
130、230、330:保持件
140、240、340:弹性隔板
411、511:凹部
350:液体润滑剂
360:衬垫
400:电池壳体
410:电极组件容纳部
411:电极组件容纳部的底部
412:电极组件容纳部的侧表面
E1:主拉伸区域
E2:附加拉伸区域。
工业实用性
本发明涉及一种电池壳体成形设备及使用其的电池壳体制造方法,该电池壳体成形设备包括配置为成形用于袋形电池的电池壳体的冲头,其中电池壳体成形设备进一步包括弹性隔板,当通过冲头按压用作电池壳体的层压片时,该弹性隔板能够使对层压片的表面的损坏最小化,因而本发明具有工业实用性。

Claims (16)

1.一种电池壳体成形设备,包括:
冲头,所述冲头配置为按压层压片以成形电池壳体;
模具,所述模具中形成有接纳部,所述接纳部具有与通过所述冲头成形的电极组件容纳部对应的尺寸;
保持件,所述保持件配置为固定所述层压片的外周;和
弹性隔板,所述弹性隔板位于所述冲头下方,以便防止所述冲头与所述层压片之间的直接接触。
2.根据权利要求1所述的电池壳体成形设备,其中所述弹性隔板固定到所述保持件。
3.根据权利要求2所述的电池壳体成形设备,其中所述弹性隔板固定到所述保持件的侧表面的下部。
4.根据权利要求1所述的电池壳体成形设备,其中在通过所述冲头成形所述电池壳体之前,所述冲头的下表面与所述弹性隔板的上表面平行。
5.根据权利要求2所述的电池壳体成形设备,其中在由所述弹性隔板和所述保持件形成的空间中添加有液体润滑剂。
6.根据权利要求1所述的电池壳体成形设备,其中在所述冲头的下表面的至少一部分中形成有凹部。
7.根据权利要求1所述的电池壳体成形设备,其中在所述模具的所述接纳部的下部设置有衬垫。
8.根据权利要求7所述的电池壳体成形设备,其中所述衬垫由弹性材料制成并且配置为使得所述衬垫的中央部分凸形地突出。
9.根据权利要求7所述的电池壳体成形设备,其中由于所述冲头的按压,所述衬垫的突出的所述中央部分被压缩,从而所述衬垫的整个厚度变均匀。
10.根据权利要求1所述的电池壳体成形设备,其中所述弹性隔板是水密性弹性隔板。
11.一种使用根据权利要求1至10中任一项所述的电池壳体成形设备的电池壳体成形方法,所述电池壳体成形方法包括以下步骤:
(a)将层压片设置在所述模具上;
(b)使用附接有弹性隔板的保持件将所述层压片固定到所述模具;以及
(c)使用所述冲头按压所述弹性隔板和所述层压片。
12.根据权利要求11所述的电池壳体成形方法,进一步包括在步骤(b)与步骤(c)之间向由所述弹性隔板和所述保持件形成的空间中添加液体润滑剂。
13.根据权利要求11所述的电池壳体成形方法,其中,在步骤(c)中,执行按压一直到设置在所述模具的接纳部的下部的衬垫被压缩并变平为止。
14.根据权利要求13所述的电池壳体成形方法,其中,当所述衬垫开始压缩时,所述液体润滑剂移动到所述冲头的下表面的边缘。
15.根据权利要求11所述的电池壳体成形方法,其中所述层压片的在步骤(c)中通过按压被拉伸的区域是所述电极组件容纳部的侧表面以及所述电极组件容纳部的底部的外周部分。
16.一种使用根据权利要求1至10中任一项所述的电池壳体成形设备制造的电池壳体,其中所述电池壳体的最小厚度部分的厚度是所述电池壳体的最大厚度部分的厚度的70%或更大。
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