CN115380396A - 具有开槽定位销的电极成形设备和使用该电极成形设备的电极成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电极成形设备和使用该电极成形设备的电极成形方法，该电极成形设备具有开槽定位销，配置为减小在电极的开槽期间可能出现的台阶。

Description

具有开槽定位销的电极成形设备和使用该电极成形设备的电 极成形方法

技术领域

本申请要求于2020年10月16日提交的韩国专利申请第2020-0134693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。

本发明涉及具有开槽定位销的电极成形设备和使用该电极成形设备的电极成形方法。更具体地，本发明涉及一种具有开槽定位销的电极成形设备和使用该电极成形设备的电极成形方法，该开槽定位销配置为减小在电极的开槽期间可能出现的台阶。

背景技术

通过将电极组件安装在由金属材料制成的圆柱形或棱柱形壳体或由包含铝的层压片制成的袋状壳体中，将电解液注入壳体中，并气密密封壳体来制造二次电池。

具有正极和负极以隔膜插置其间的状态堆叠的结构的电极组件被分类为：果冻卷型电极组件，配置为具有其中涂布有活性材料的长片型正极和涂布有活性材料的长片型负极以隔膜插置其间的状态卷绕的结构；堆叠型电极组件，配置为具有其中扁平正极和扁平负极在以隔膜插置其间的状态堆叠的结构；堆叠和折叠型电极组件，配置为具有其中单元电池在设置在长片型隔膜上的状态卷绕的结构；或层压和堆叠型电极组件，配置为具有其中单元电池以隔膜插置其间的状态堆叠的结构。

在堆叠型电极组件、堆叠和折叠型电极组件或层压和堆叠型电极组件中，使用配置为使得将电极活性材料施加于集流体的一个表面或相对表面的单面电极板或双面电极板。

通常，制造电极组件的方法包括制造电极片的工艺、按压电极片的工艺、将电极片纵切(slitting)预定长度以适合于电池的标准的工艺、真空干燥工艺、在电极片上开槽电极接片的工艺以及制造包括电极片和隔膜的电极组件的工艺。

与此相关，图1是示出常规电极制造工艺的一部分的平面图。

参照图1，电极材料涂布部分120仅形成在电极片110的在传送方向A上除了相对侧外周111和电极片的中间部分之外的部分上，并且电极材料未涂布部分121形成在电极片除了电极材料涂布部分120之外的剩余部分上。

将电极片110沿在传送方向A上电极片110的中间部分处纵切线112分成两等份，即两个单元电极片130。

将沿在传送方向A上的纵切线112划分的单元电极片130的第一侧外周114开槽以形成电极接片113，并且将单元电极片的第二侧外周115开槽以形成用于制造单元电极而被切割的部分。在图1中，当电极片沿纵切线112划分为两等份时，电极接片113可同时被开槽。

在本申请的说明书中，开槽不仅包括将电极接片切割成适合其形状的工艺，还包括将电极片沿纵切线切割成两等份的工艺。此外，电极片包括具有或不具有电极材料涂布部分的金属电极片。

理论上，当电极开槽时，电极片必须切割成平行于电极片的传送方向，并且电极接片必须切割成与其垂直，如图2的上部所示。在电极片110中，电极材料涂布部分120和电极材料未涂布部分121的厚度彼此不同。因此，当执行开槽时，电极接片没有被正确地切割，而是在延迟状态下被切割(开槽)，即发生曲折缺陷(参见图2的下部)。

当由于曲折缺陷在电极接片处形成台阶时，1)在制造电极组件的堆叠工艺中上层和下层没有准确地彼此对准，从而降低了电池的效率，2)电极接片的突出部分损坏隔膜，从而可能发生短路，3)当每个电极在电极组件的制造期间旋转时，电极位置被精确控制和电极堆叠的标准变得模糊。

专利文献1公开一种制造用于电池的电极板的方法，使用由能够上下移动的上压机和下压机构成的冲压机，通过冲压由带式或钩式电极板连续形成多个电极板，其中上压机具有冲头以及在切割方向上安装在其前部的剪切刀片，下压机具有带有冲孔的模具(冲头插入该冲孔中)以及在切割方向上安装在其前部的剪切刀片，当在电极板的相对侧在电极板的纵向方向上作为共同侧彼此相邻的状态下执行冲压时，假设在彼此相邻的电极板的方向上相对侧的一个是相对侧A，共同侧是B，由侧A和侧B形成的角被倒角，并且下压机配置为使得在冲孔的下部中形成台阶上部，所述台阶上部具有两个或更多个台阶，所述两个或更多个台阶沿冲压方向具有增大的孔尺寸。

专利文献1没有公开根据本发明的开槽定位销的结构，并且没有提出解决本发明要解决的问题的方案，因为该文献涉及防止由于电极板的切屑引起的堵塞并且提高开槽冲头的使用寿命。

专利文献2公开一种开槽设备，用于对连续电极片进行开槽，以便由该电极片制造多个单元电极，所述连续电极片以单元电极间隔在其一个表面或相对表面上施加电极活性材料，所述开槽设备包括：压机，配置为在压机的位置固定的状态下，对电极片的上端和下端进行开槽；和两个或更多个夹具，位于在供给电极片的方向上的压机的后部，夹具配置为响应于压机的操作以一个间距保持和传送电极片，该间距是与单元电极对应的尺寸，其中，当夹具中的一个保持并传送电极片时，其他夹具移动到保持位置。

专利文献2的特征在于，在电极片中形成切口，通过第一和第二夹持器以一个间距供给电极片，然后对电极片进行冲压，从而以预定间隔执行开槽，然而，不是曲折缺陷的解决方案。

专利文献3公开一种包括开槽辊的电极制造设备，该电极制造设备包括：传送单元，配置为连续传送第一电极片，以便对第一电极片进行开槽和切割，所述第一电极片具有施加在长片型集流体上的电极活性材料；开槽辊，具有圆柱形结构，所述开槽辊配置为通过旋转对第一电极片的一个表面进行开槽，以制造连续形成的具有一侧外周和另一侧外周的第二电极片；和切割器，配置为将带开槽的第二电极片切割成与电极的宽度对应的长度以便制造最终电极，其中开槽辊包括俯视时的第一开槽部分和第二开槽部分，该第一开槽部分配置为形成第二电极片的一侧外周，并且该第二开槽部分配置为形成第二电极片的其他侧外周。

在专利文献3中，描述了使用开槽辊，由此不发生开槽步骤。然而，在使用辊型辊的情况下，电极材料涂布部分与电极材料未涂布部分之间的厚度偏差不断累积，从而可能增加曲折缺陷，专利文献3没有认识到这个问题。

专利文献4涉及一种按压设备，配置为一次形成用于混合动力电动车辆的锂离子聚合物电池的多个电极板，其中安装具有切割装置的上压机和配置为辅助上压机的下压机，通过在其间连续供给薄的平电极板材料，以同时形成设置在电池中的多个电极板构件，由此可以一次准确、均匀、连续地制造多个电极板。

在专利文献4中，在中间切割器刀片上形成开槽部分，使得在标记电极板构件之间的边界的同时执行冲压；然而，该文献没有认识到曲折缺陷的问题。

如上所述，在通过开槽制造大量电极的工艺中，由于曲折缺陷而形成台阶的问题对作为后续工艺的电极组件的制造以及基于其的电池的性能具有持续的影响。然而，这样的问题仍然没有被认识到，并且还没有提出针对这样的问题的明确解决方案。

日本授权专利公开第5159007号(2012.12.21)(“专利文献1”)

韩国授权专利公开第1326628号(2013.11.01)(“专利文献2”)

韩国授权专利公开第2026126号(2019.09.23)(“专利文献3”)

韩国授权专利公开第1737790号(2017.05.15)(“专利文献4”)

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极成形设备和使用该电极成形设备的电极成形方法，该电极成形设备能够解决在开槽期间可能出现在电极接片处形成台阶的问题。

技术方案

为了实现上述目的，本发明提供一种电极成形设备，所述电极成形设备，包括：片传送单元，配置为以预定速度移动电极片；固定单元，配置为固定所述电极片；和冲压单元，由中心冲压单元和侧面冲压单元构成，所述中心冲压单元和所述侧面冲压单元分别配置为通过开槽去除所述电极片的中心部分和所述电极片的外周的一部分，其中所述中心冲压单元包括孔冲压构件和开槽定位销。

所述中心冲压单元可包括：长方体主体，具有沿所述电极片的移动方向的主轴；所述孔冲压构件，所述孔冲压构件沿所述电极片的移动方向形成在所述主体的后端处；和所述开槽定位销，所述开槽定位销沿所述电极片的移动方向形成在所述主体的前端下方。

所述主体可形成为长方体形状，具有沿所述电极片的移动方向的主轴，并且所述主体可包括主体冲压表面，所述主体冲压表面配置为所述长方体的下表面以冲压所述电极片。

所述孔冲压构件可包括：扩大部，沿所述电极片的移动方向从所述主体的后端延伸，配置为冲压所述电极片的冲压表面的宽度在所述扩大部处增加；缩小部，从所述扩大部延伸，配置为冲压所述电极片的冲压表面的宽度沿所述主轴在所述缩小部处减小；和销冲压部，从所述缩小部延伸，所述销冲压部配置为在所述电极片中冲压捕捉开槽定位销的捕捉凹部(catching recess)。

所述开槽定位销的截面可为圆形、弧形、楔形、三角形和四边形中的任何一种。

所述固定单元可在所述固定单元的中间设置有中间凹槽，所述中间凹槽的形状对应于所述中心冲压单元。

所述中间凹槽可形成为具有足够的深度以使所述开槽定位销插入其中。

此外，本发明提供一种使用所述电极成形设备的电极成形方法，所述电极成形方法包括以下步骤：S1)使用片传送单元将电极片传送预定长度；S2)传送电极片或冲压单元，使得在冲压的之前步骤中开槽定位销被捕捉在形成在电极片中的凹部中，使得开槽定位销捕捉在凹部中；S3)使用冲压单元按压电极片，以对电极片进行冲压；和S4)将冲压单元与电极片隔开。

在步骤S4)中，所述冲压单元与所述电极片隔开的距离可等于或小于所述开槽定位销的至少一部分保持插入所述电极片的凹部中的距离。

此外，本发明提供一种使用所述电极成形设备成形的电极。

有益效果

从上面的描述显见的是，根据本发明的具有开槽定位销的电极成形设备和使用该电极成形设备的电极成形方法与常规的电极成形设备相比具有以下效果：可解决可在开槽期间发生的在电极接片处形成台阶的问题。

本发明的效果在于，可以消除在常规电极成形设备中可出现的曲折缺陷，由此1)在堆叠工艺中上层和下层彼此精确对准，以制造电极组件，由此提高电池的效率，2)没有电极接片的突出部分，由此防止对隔膜的损坏和短路的发生，以及3)当在电极组件的制造期间每个电极旋转时，精确控制电极的位置和电极堆叠所基于的标准变得清晰。

附图说明

图1是示出常规电极制造工艺的一部分的平面图。

图2是示出在常规电极制造工艺中开槽的曲折缺陷的示意图。

图3是根据本发明的实施方式的电极成形设备的透视图。

图4是根据本发明的实施方式的中心冲压单元的透视图和截面图。

图5是根据本发明的实施方式的开槽定位销与捕捉凹部的耦接关系的示意图。

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。

下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施方式。

图3是根据本发明的实施方式的电极成形设备的透视图，图4是根据本发明的实施方式的中心冲压单元的透视图和截面图，图5是根据本发明的实施方式的开槽定位销与捕捉凹部的耦接关系的示意图。

参照图3至图5，根据本发明的电极成形设备包括：片传送单元(未示出)，配置为以预定速度移动电极片110；固定单元200，配置为固定电极片110；和冲头单元，由分别配置为通过开槽去除电极片的中心部分和电极片的外周的一部分的中心冲压单元300和侧面冲压单元(未示出)构成，其中中心冲压单元300包括孔冲压构件310和开槽定位销320。

侧面冲压单元配置为执行开槽成特殊形状，如图3所示，或者执行开槽成公共电极接片形状，如图2所示。然而，本发明不限于此。

中心冲压单元300可包括：长方体主体350，具有沿电极片110的移动方向A的主轴；孔冲压构件310，沿电极片110的移动方向A形成在主体350的后端处；和开槽定位销320，沿电极片110的移动方向A形成在主体350的前端下方。

主体350可形成为长方体形状，沿电极片110的移动方向A具有主轴，并且主体350可包括主体冲压表面340，该主体冲压表面340配置作为长方体的下表面以冲压电极片。

孔冲压构件310可包括：扩大部312，沿电极片110的移动方向A从主体350的后端延伸，配置为冲压电极片的冲压表面的宽度在扩大部处增加；缩小部314，从扩大部312延伸，配置为冲压电极片110的冲压表面的宽度沿主轴A在缩小部314处减小；和销冲压部316，从缩小部314延伸，所述销冲压部316配置为在电极片110中冲压捕捉开槽定位销320的捕捉凹部116。捕捉凹部116形成在电极片110，如图5中虚线所示，并且形成在电极片110中，如图3中的蓝色所示。

尽管开槽定位销形成为如图3至图5中所示的圆柱形，但是开槽定位销320的截面可以是圆形、弧形、楔形、三角形和四边形中的任何一种。具体地，楔形或三角形开槽定位销可连接到缩小部314，以便不仅在电极片110的传送方向A上进行对准，而且在垂直于传送方向A的方向上进行对准。

固定单元200可在其中间设置有中间凹槽210，中间凹槽210的形状对应于中心冲压单元。中间凹槽210可形成为具有足够的深度以使开槽定位销320插入其中。

此外，本发明提供了一种使用电极成形设备的电极成形方法，该电极成形方法包括以下步骤：S1)使用片传送单元将电极片传送预定长度；S2)传送电极片或冲压单元，使得在冲压的之前步骤中开槽定位销被捕捉在形成在电极片中的凹部中,使得开槽定位销被捕捉在形成在电极片中的凹部中；S3)使用冲压单元按压电极片，以对电极片进行按压；和S4)将冲压单元与电极片隔开。

在步骤S4)中，冲压单元与电极片隔开的距离等于或小于开槽定位销的至少一部分保持插入电极片的凹部中的距离。

如上所述，根据本发明的具有开槽定位销的电极成形设备和使用该电极成形设备的电极成形方法与常规的电极成形设备相比具有以下效果：可解决可能在开槽期间发生的在电极接片处形成台阶的问题。

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)

110：电极片

111：外周

112：纵切线

113：电极接片

114：第一外周

115：第二外周

116：捕捉凹部

121：电极材料未涂布部分

120：电极材料涂布部分

130：单元电极片

200：固定单元

210：中间凹槽

300：中心冲压单元

310：孔冲压构件

312：扩大部分

314：缩小部分

316：销冲压部分

320：开槽定位销

340：主体冲压表面

350：主体

A：传送方向

工业实用性

本发明涉及一种电极成形设备和使用该电极成形设备的电极成形方法，该电极成形设备具有开槽定位销，配置为减小在电极的开槽期间可能出现的台阶，因而本发明具有工业实用性。

Claims (10)

1.一种电极成形设备，包括：

片传送单元，配置为以预定速度移动电极片；

固定单元，配置为固定所述电极片；和

冲压单元，由中心冲压单元和侧面冲压单元构成，所述中心冲压单元和侧面冲压单元分别配置为通过开槽去除所述电极片的中心部分和所述电极片的外周的一部分，

其中所述中心冲压单元包括孔冲压构件和开槽定位销。

2.根据权利要求1所述的电极成形设备，其中所述中心冲压单元包括：

长方体主体，具有沿所述电极片的移动方向的主轴；

所述孔冲压构件，所述孔冲压构件沿所述电极片的移动方向形成在所述主体的后端处；和

所述开槽定位销，所述开槽定位销沿所述电极片的移动方向形成在所述主体的前端下方。

3.根据权利要求2所述的电极成形设备，其中所述主体形成为长方体形状，沿所述电极片的移动方向具有主轴，并且所述主体包括主体冲压表面，所述主体冲压表面配置为所述长方体的下表面以冲压所述电极片。

4.根据权利要求2所述的电极成形设备，其中所述孔冲压构件包括：

扩大部，沿所述电极片的移动方向从所述主体的后端延伸，配置为冲压所述电极片的所述冲压表面的宽度在所述扩大部分处增加；

缩小部，从所述扩大部延伸，配置为冲压所述电极片的所述冲压表面的宽度沿所述主轴在所述缩小部处减小；和

销冲压部，从所述缩小部延伸，所述销冲压部配置为在所述电极片中冲压捕捉开槽定位销的捕捉凹部。

5.根据权利要求2所述的电极成形设备，其中所述开槽定位销的截面为圆形、弧形、楔形、三角形和四边形中的任何一种。

6.根据权利要求1所述的电极成形设备，其中所述固定单元在所述固定单元的中间设置有中间凹槽，所述中间凹槽的形状对应于所述中心冲压单元。

7.根据权利要求6所述的电极成形设备，其中所述中间凹槽形成为具有足够的深度以使所述开槽定位销插入其中。

8.一种使用根据权利要求1至7中任一项所述的电极成形设备的电极成形方法，所述电极成形方法包括以下步骤：

S1)使用所述片传送单元将电极片传送预定长度；

S2)传送所述电极片或所述冲压单元，使得在冲压的之前步骤中所述开槽定位销被捕捉在形成在电极片中的凹部中，使得开槽定位销捕捉在凹部中；

S3)使用所述冲压单元按压所述电极片，以对所述电极片进行冲压；和

S4)将所述冲压单元与所述电极片隔开。

9.根据权利要求8所述的电极成形方法，其中，在步骤S4)中，所述冲压单元与所述电极片隔开的距离等于或小于所述开槽定位销的至少一部分保持插入所述电极片的所述凹部中的距离。

10.一种使用根据权利要求1至7中任一项所述的电极成形设备成形的电极。

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