CN115428246A - 脱气设备和脱气方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明的用于袋的脱气设备，袋包括安装有电极组件并且被注入电解质的主体部、以及从主体部向一侧延伸的气袋部，脱气设备包括：下模具，主体部的底表面被放置在其上；和上模具，其下降以按压被放置在下模具上的主体部的顶表面，其中下模具和上模具中的至少一个或更多个被冷却构件冷却，从而在与主体部接触时冷却被注入到主体部中的电解质。根据本发明的用于袋的脱气方法，袋包括安装有电极组件并且被注入电解质的主体部、以及从主体部向一侧延伸的气袋部，脱气方法包括：袋安放步骤(S10)，将主体部安放在下模具上；按压步骤(S30)，使上模具下降，从而按压被放置在下模具上的主体部；以及吸气步骤(S40)，通过将气体吸入器插入到气袋部中来抽吸气体，其中，在开始吸气步骤(S40)之前，执行冷却主体部的冷却步骤(S20)。

Description

脱气设备和脱气方法

技术领域

本申请要求于2020年5月7日提交的韩国专利申请第10-2020-0054784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。

本发明涉及一种在将电极组件和电解质置入袋中之后执行激活工序的同时排放在其中产生的气体的脱气设备和脱气方法，更具体地，涉及一种其中将按压袋的下模具和上模具中的至少一个冷却以增加电解质的粘度(viscosity)，从而解决当排放气体时电解质被一起排放的问题的脱气设备和脱气方法。

背景技术

近来，随着电气、电子、电信和计算机工业的快速发展，对高性能和高安全性的电池的需求逐渐增加。特别是，随着电子装置变得更加紧凑、更薄且更轻，对电池的小型化和薄型化的需求逐渐增加。响应于这些需求，具有高能量密度的锂二次电池受到最多的关注。

锂电池具有寿命长和容量大的优点，并且广泛用于便携式电子装置中。根据电解质的类型，锂电池包括使用液体电解质的锂金属电池和锂离子电池、以及使用聚合物固体电解质的锂聚合物电池。

此外，根据密封电极组件的外壳的类型，锂二次电池分为使用棱柱形罐的棱柱形电池、使用圆柱形罐的圆柱形电池和使用袋的袋型电池。

其中，袋型电池具有诸如更高的每单位重量和体积的能量密度之类的优点，能够实现更薄和更轻的电池以及更低的作为外壳的材料成本，因而近年来得到积极发展。

此外，使用液体电解质制造袋型电池的方法如下。首先，制造正极和负极，然后，在正极与负极之间设置隔膜，并且堆叠正极、隔膜和负极以制造电极组件。然后，将电极组件与电解质一起置入到袋的内部中。

在此，如图1中所示，图1简单地示出了根据相关技术的脱气设备的示意性形状，袋1设置有其中内置有电极组件和电解质的主体部1a、以及从主体部1a向一侧延伸并且内部是开放的以允许气体进出的气袋部1b。气袋部1b可以是在脱气工序期间收集气体的部分，即，当脱气完成时被切割和去除的部分。对气袋部1b和主体部1a的切割部分施加热量和压力，以密封切割部分。

在首先将电极组件内置于袋1中之后，将电解质注入到袋1中，以使电极组件浸渍到电解质中。当如上所述注入了电解质时，将供电极组件插入的开口的边缘熔合以进行结合，从而将袋1密封。

此外，在为了稳定而执行老化(Aging)工序之后，执行充电/放电工序以激活电池。在充电/放电工序期间，由于在袋1内部产生气体，所以执行脱气(degasing)来排放在其中产生的气体。在执行脱气工序之后，气袋部1b被切割并废弃，并且将气袋部1b和主体部1a的切割部分密封，从而制造二次电池。

如图1中所示，在脱气工序中，将袋1的主体部1a安放在下模具2上，然后，上模具3下降到主体部1a上以按压主体部1a。在此，在将气体吸入器4的端部插入到气袋部1b中以抽吸气体之后，气袋部1b被施加了负压(negative pressure)。在此，通过施加至上模具3的压力将存在于主体部1a中的气体推入到气袋部1b中，因而经由气体吸入器4移动的气体被从气袋部1b排放到外部。

然而，在上述脱气方法中，根据最初注入的电解质的量和粘度、上模具3的下降压力和下降速度、气体吸入器4的抽吸力等，一部分电解质与气体一起被排放。

此外，当因气体排放导致电解质的排放量增加而引起主体部1a内的电解质的量减少到一定水平以下时，二次电池的寿命可劣化，此外，当气体的排放量太小时，留在主体部1a中的气体可引起膨胀(swelling)。

发明内容

技术问题

因此，本发明的目的是提供一种能够在脱气工序期间阻止或最小化电解质排放的脱气设备和脱气方法。

技术方案

为了实现上述目的，本发明提供了一种脱气方法和能够执行该脱气方法的脱气设备。

根据本发明的用于袋的脱气方法，所述袋包括安装有电极组件并且被注入电解质的主体部、以及从所述主体部向一侧延伸的气袋部，所述脱气方法包括：袋安放步骤(S10)，将所述主体部安放在下模具上；按压步骤(S30)，使上模具下降，从而按压被放置在所述下模具上的所述主体部；以及吸气步骤(S40)，通过将气体吸入器插入到所述气袋部中来抽吸气体，其中，在开始所述吸气步骤(S40)之前，执行冷却所述主体部的冷却步骤(S20)。

可在所述袋安放步骤(S10)之后并且在所述按压步骤(S30)之前开始所述冷却步骤(S20)，并且可根据所述电解质的冷却速率和粘度的变化来调整所述冷却步骤(S20)的结束。

可在执行所述冷却步骤(S20)和所述按压步骤(S30)的同时开始所述吸气步骤(S40)。也可根据所述电解质的粘度的变化来调节在所述吸气步骤(S40)中施加的负压。

因而，可在所述电解质被冷却到低于预定温度的温度之后开始所述吸气步骤(S40)。

此外，在所述冷却步骤(S20)中，所述主体部与所述气袋部之间的连接点可比其他点更快速地被冷却。在此，在所述冷却步骤(S20)中，可在所述电解质的物理性质不发生变化的温度范围内冷却所述电解质。

此外，本发明可提供一种能够执行上述脱气方法的脱气设备。根据本发明的用于袋的脱气设备，所述袋包括安装有电极组件并且被注入电解质的主体部、以及从所述主体部向一侧延伸的气袋部，所述脱气设备包括：下模具，所述主体部的底表面被放置在所述下模具上；和上模具，所述上模具下降以按压被放置在所述下模具上的所述主体部的顶表面，其中所述下模具和所述上模具中的至少一个或更多个被冷却构件冷却，从而在与所述主体部接触时冷却被注入到所述主体部中的所述电解质。

所述脱气设备可进一步包括气体吸入器，所述气体吸入器插入到所述气袋部中，从而在所述下模具和所述上模具按压所述主体部时抽吸气体。

所述冷却构件可包括当被施加电流时冷却的珀耳帖元件。

所述珀耳帖元件可安装在所述上模具或所述下模具上，使得所述上模具或所述下模具的与所述主体部接触的表面比其他部分更快速地被冷却。

所述珀耳帖元件可安装在所述下模具上，或者可同时安装在所述上模具和所述下模具的每一个上。

当安放所述袋时，安装在所述下模具上的所述珀耳帖元件可相比于其他点来说被更密集地安装在所述主体部与所述气袋部之间的边界点处。

当所述电解质在冷却之前的粘度是“X”时，所述冷却装置可配置为冷却所述电解质，直至所述电解质在冷却之后的粘度成为“1.5X”或更大。例如，当所述电解质在冷却之前的温度是20度至30度时，所述电解质在被所述冷却装置冷却之后的温度是0度至15度。例如，如果当电解质在冷却之前的温度是25℃时粘度是4.37Pa.s，则可执行冷却直至粘度是6.56Pa.s或更大的温度。

所述气体吸入器可在所述电解质被冷却到预定基准温度或更低之后抽吸气体。

有益效果

在具有以上配置的本发明中，由于在抽吸气体之前电解质被充分冷却从而粘度(viscosity)增加，所以可尽可能地抑制气体移动至气袋部，从而防止电解质被不必要地排放。

在本发明中，由于根据电解质的冷却速率和粘度的变化来调节电解质的冷却，所以可应用具有各种规格的二次电池。

此外，在本发明中，可通过更快速地冷却特定点(特别是，靠近气袋部的边界的点)来进一步增加该特定点处的电解质的粘度，因而可延缓移动至气袋部的电解质的量和速度。

此外，根据本发明的脱气设备可包括当被施加电流时冷却的珀耳帖元，使得通过控制电流相对简单且快速地执行电解质的冷却，并且可根据电解质的粘度更有效地控制冷却。

特别是，根据本发明，由于使用珀耳帖元件作为冷却构件，以更快速降低特定部分的温度，所以可更快速且有效地延缓在气体和电解质流动时用作通路的部分处电解质的移动。

附图说明

图1是图解根据相关技术的脱气设备的构造的示意图。

图2是图解根据本发明的脱气方法的流程图。

图3是图解根据本发明的脱气设备的简化示意图。

图4是图解根据本发明的脱气设备中包括的珀耳帖元件的内部构造的透视图。

图5是图解电极组件被插入到袋中的状态的剖面图。

具体实施方式

下文中，将参照附图以本发明所属领域的普通技术人员可容易实施本发明的技术构思的方式详细描述本发明的优选实施方式。然而，本发明可以以不同的形式实施，不应被解释为限于在此阐述的实施方式。

为了清楚地描述本发明，省略了与描述无关的部件，并且在整个申请中相同的参考标记被分配给相同或相似的部件。

此外，在本说明书和权利要求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字典的含义，而是应当基于发明人能够适当地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理被解释为符合本发明的范围的含义和概念。

根据实施方式，本发明分别提供了用于去除袋中的气体的脱气设备和能够使用脱气设备来执行脱气的脱气方法。因而，在下文中，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，本发明提供了一种用于去除袋中的气体的脱气方法。

参照图2，其图解了根据本发明的脱气方法的流程图，根据本发明的脱气方法涉及一种用于对袋10脱气的方法，并且包括袋安放步骤(S10)、冷却步骤(S20)、按压步骤(S30)和吸气步骤(S40)，袋10包括安装有电极组件并且被注入电解质的主体部10a、以及从主体部10a向一侧延伸的气袋部10b。

袋安放步骤(S10)是将主体部10a安放在下模具20上的步骤。如图5中所示，其图解了电极组件11被插入到袋10a中的状态，在将电解质和电极组件11内置于主体部10a中，然后完成执行老化工序和激活工序之后，将袋10安放在下模具20上。

在袋安放步骤(S10)之后，执行按压步骤(S30)，并且在按压步骤(S30)之前或在按压步骤(S30)期间执行冷却步骤(S20)。就是说，根据冷却装置50是安装在下模具20上还是安装在上模具30上，冷却步骤(S20)的开始时间可不同。

在冷却步骤(S20)中，在下模具20和上模具30中的至少一个上或者在下模具20和上模具30二者上安装(或与之连接以进行热交换)的冷却装置50配置为冷却袋10的主体部10a。在按压步骤(S30)中，上模具30下降，从而以预定压力按压被放置在下模具20上的主体部10a。

在此，如果冷却装置50安装在上模具30上或连接至上模具30，则在主体部10a被冷却到预定温度之前，在按压步骤(S30)中可选择性地执行接触步骤，在接触步骤中，在不存在引起气体移动的实质压力的情况下保持一定时间的接触状态，使得不对主体部10a施加压力，而仅执行用于冷却的热交换。此外，当主体部10a被冷却到预定温度时，可解除接触步骤，并且可施加适当的压力以引起主体部10a中的气体移动。

在按压步骤(S30)之后，执行吸气步骤(S40)，并且可在吸气步骤(S40)之前，在按压步骤(S30)之前或之后执行将主体部10a冷却以增加电解质的粘度的冷却步骤(S20)。

在吸气步骤(S40)中，将气体吸入器40的端部插入到袋10的气袋部10b中以施加一定的负压，从而抽吸气体。在此，主体部10a中的气体处于通过按压步骤(S30)移动至气袋部10b的状态，并且通过冷却步骤(S20)粘度增加的电解质的移动在按压步骤(S30)中被抑制，因而移动到气体吸入器40的电解质的量被最小化。因此，在冷却电解质之后开始吸气步骤(S40)，使得电解质的粘度充分增加。

如上所述，冷却步骤(S20)即使在按压步骤(S30)之后也是可能的，只要是在吸气步骤(S40)之前，但是如果冷却装置50配置为设置在下模具20上，则优选的是在袋安放步骤(S10)之后并且在按压步骤(S30)之前开始冷却步骤(S20)，以提高处理速率。

此外，为了提高处理速率，如果电解质的温度足够低，或者如果根据冷却装置50的性能可瞬时冷却，则可在执行冷却步骤(S20)和按压步骤(S30)的同时开始吸气步骤(S40)。

此外，可根据电解质的冷却速率和粘度的变化来调整冷却步骤(S20)的结束，并且可根据电解质的粘度的变化来调节在吸气步骤(S40)中作用的负压。然而，在该实施方式中，可在电解质被冷却到预定温度或更低之后开始吸气步骤(S40)，优选的是，在冷却步骤(S20)中，在电解质的物理性质不发生变化的温度范围内冷却电解质。

此外，在冷却步骤(S20)中，主体部10a与气袋部10b之间的连接点可比其他点更快速地被冷却。就是说，如图5中所示，袋10的主体部10a与气袋部10b之间的边界所在的点B处的温度被进一步瞬时地降低，以相对进一步增加设置在该点处的电解质的粘度，从而更有效地减少移动至气袋部10b的电解质的量。

第二实施方式

作为第二实施方式，本发明提供了一种用于去除袋中的气体的脱气设备。

参照图3和图4，图3图解了根据本发明的脱气设备的简化示意图，图4图解了根据本发明的脱气设备中包括的珀耳帖元件51的内部构造，与根据相关技术的脱气设备相比，根据本发明的脱气设备额外包括冷却装置。

就是说，根据该实施方式的脱气设备是用于袋10的脱气设备，袋10包括安装有电极组件11并且被注入电解质的主体部10a、以及从主体部10a向一侧延伸的气袋部10b。脱气设备包括：下模具20，主体部10a的底表面被放置在下模具20上；和上模具30，上模具30下降以按压被放置在下模具20上的主体部10a的顶表面。如图3中所示，下模具20和上模具30中的至少一个或更多个可连接至或结合至冷却构件50以进行热交换，或者冷却构件直接安装在下模具20和上模具30中的至少一个或更多个上，从而冷却下模具20和上模具30中的至少一个或更多个。

因而，上模具30和下模具20中的至少一个或者下模具20和上模具30二者在与主体部10a接触时冷却主体部10a，从而冷却被注入到主体部10a中的电解质，并且冷却的电解质的粘度与降低的温度成比例地增加。

此外，根据该实施方式的脱气设备进一步包括气体吸入器40，当下模具20和上模具30按压主体部10a时，通过将气体吸入器40的端部插入到气袋部10b中，气体吸入器40抽吸气体。

冷却构件50没有特别限制，只要冷却构件50是能够快速执行冷却的装置即可，但在本发明中，冷却构件50包括通过调节电流量相对容易控制冷却，并且冷却性能优异，特别是能够执行瞬时冷却的珀耳帖元件51。

珀耳帖元件51可配置为当被施加电流时冷却。就是说，珀耳帖元件51是使用通过当产生电位差时在两侧同时发热和吸热而产生温度差的珀耳帖效应的元件。珀耳帖元件51配置为通过从一个金属带走能量以使电子在产生电位差的两个金属之间移动而具有冷却效应。在根据本发明的珀耳帖元件51中，在两个板54和55之间设置有p型半导体56和n型半导体57，当通过线缆对p型半导体56和n型半导体57施加电流时，一个板54的能量被带走，从而被冷却。

多个珀耳帖元件51可直接附接到下模具20或上模具30来进行冷却，或者多个珀耳帖元件51可通过冷却剂等与下模具20或上模具30热交换来进行冷却。

然而，为了提高冷却效率，更优选的是将珀耳帖元件51中的执行冷却的板54直接附接到上模具30或下模具20的方法。

此外，根据该实施方式的脱气设备可配置为使得主体部10a的特定部分更快速地被冷却。就是说，多个珀耳帖元件51可以以规则间隔布置在上模具30或下模具20的与主体部件10a接触的表面上。在此，可在特定部分B处设置具有较大输出的珀耳帖元件，从而相比于其他部分更快速地冷却主体部10a的特定部分，或者在特定部分处更密集地设置珀耳帖元件51，从而更快速地冷却主体部10a的特定部分(例如，图5中的部分“B”)。

珀耳帖元件51可仅安装在下模具20和上模具30中的任一个上，但优选的是安装在上模具30和下模具20二者上，从而执行快速冷却。此外，如果珀耳帖元件51只能安装在一处，则与安装在下模具30上相比，更优选的是安装在与主体部10a具有相对更长接触时间的下模具20上。

在该实施方式中，当电解质在冷却之前的粘度是“X”时，冷却装置50可配置为冷却电解质，直至电解质在冷却之后的粘度成为“1.5X”或更大。

例如，当电解质在冷却之前的温度是20度至30度时，电解质在冷却之后的温度可被冷却装置50冷却到0度至15度的温度。例如，如果当电解质在冷却之前的温度是25℃时粘度是4.37Pa.s，则可执行冷却直至粘度是6.56Pa.s或更大的特定温度。

作为参考，电解质在10℃的温度下可具有6.80Pa.s的粘度。就是说，当电解质被冷却了15℃(从20℃至15℃)的温度时，粘度增加大约56％。当按压电解质时，由于与温度相对较高的情况相比，具有增加的粘度的电解质的移动减少，所以可防止电解质移动至袋10的气袋部10b。

在本发明中，气体吸入器40可在电解质的温度被冷却到预定基准温度或更低之后抽吸气体，可在冷却电解质之前将气体吸入器40的端部插入到气袋部10b中。然而，优选的是，配置为使得在尽可能地冷却电解质之后插入气体吸入器40的端部。

在具有以上配置的本发明中，由于在抽吸气体之前电解质被充分冷却从而粘度增加，所以可尽可能地抑制气体移动至气袋部10b，从而防止电解质被不必要地排放。

在本发明中，由于根据电解质的冷却速率和粘度(viscosity)的变化来调节电解质的冷却，所以可应用具有各种规格的二次电池。

此外，在本发明中，可通过更快速地冷却特定点(特别是，靠近气袋部10b的边界的点)来进一步增加该特定点处的电解质的粘度，因而可延缓移动至气袋部10b的电解质的量和速度。

此外，根据本发明的脱气设备可包括当被施加电流时冷却的珀耳帖元件51，使得通过控制电流相对简单且快速地执行电解质的冷却，并且可根据电解质的粘度更有效地控制冷却。

虽然已经参照具体实施方式对本发明的实施方式进行了描述，但是对本领域技术人员而言将显而易见的是，在不背离如以下权利要求中限定的本发明的精神和范围的情况下，可做出各种改变和修改。

[参考标记的描述]

10：袋(10a：主体部，10b：气袋部)

20：下模具

30：上模具

40：气体吸入器

50：冷却装置。

Claims (15)

1.一种用于袋的脱气设备，所述袋包括安装有电极组件并且被注入电解质的主体部、以及从所述主体部向一侧延伸的气袋部，所述脱气设备包括：

下模具，所述主体部的底表面被放置在所述下模具上；和

上模具，所述上模具下降以按压被放置在所述下模具上的所述主体部的顶表面，

其中所述下模具和所述上模具中的至少一个或更多个被冷却构件冷却，从而在与所述主体部接触时冷却被注入到所述主体部中的所述电解质。

2.根据权利要求1所述的脱气设备，进一步包括气体吸入器，所述气体吸入器插入到所述气袋部中，从而在所述下模具和所述上模具按压所述主体部时抽吸气体。

3.根据权利要求2所述的脱气设备，其中所述冷却构件包括当被施加电流时冷却的珀耳帖元件。

4.根据权利要求3所述的脱气设备，其中所述珀耳帖元件安装在所述上模具或所述下模具上，使得所述上模具或所述下模具的与所述主体部接触的表面比其他部分更快速地被冷却。

5.根据权利要求4所述的脱气设备，其中所述珀耳帖元件安装在所述下模具上，或者同时安装在所述上模具和所述下模具的每一个上。

6.根据权利要求5所述的脱气设备，其中当安放所述袋时，安装在所述下模具上的所述珀耳帖元件相比于其他点来说被更密集地安装在所述主体部与所述气袋部之间的边界点处。

7.根据权利要求2所述的脱气设备，其中当所述电解质在冷却之前的粘度是“X”时，所述冷却装置配置为冷却所述电解质，直至所述电解质在冷却之后的粘度成为“1.5X”或更大。

8.根据权利要求5所述的脱气设备，其中所述电解质在冷却之前的温度是20度至30度，并且所述电解质在被所述冷却装置冷却之后的温度是0度至15度。

9.根据权利要求5所述的脱气设备，其中所述气体吸入器在所述电解质被冷却到预定基准温度或更低之后抽吸气体。

10.一种用于袋的脱气方法，所述袋包括安装有电极组件并且被注入电解质的主体部、以及从所述主体部向一侧延伸的气袋部，所述脱气方法包括：

袋安放步骤(S10)，将所述主体部安放在下模具上；

按压步骤(S30)，使上模具下降，从而按压被放置在所述下模具上的所述主体部；以及

吸气步骤(S40)，通过将气体吸入器插入到所述气袋部中来抽吸气体，

其中，在开始所述吸气步骤(S40)之前，执行冷却所述主体部的冷却步骤(S20)。

11.根据权利要求10所述的脱气方法，其中在所述袋安放步骤(S10)之后并且在所述按压步骤(S30)之前开始所述冷却步骤(S20)。

12.根据权利要求11所述的脱气方法，其中在所述冷却步骤(S20)和所述按压步骤(S30)期间开始所述吸气步骤(S40)。

13.根据权利要求12所述的脱气方法，其中，在所述电解质被冷却到低于预定温度的温度之后开始所述吸气步骤(S40)。

14.根据权利要求11所述的脱气方法，其中，在所述冷却步骤(S20)中，所述主体部与所述气袋部之间的连接点比其他点更快速地被冷却。

15.根据权利要求11所述的脱气方法，其中，在所述冷却步骤(S20)中，在所述电解质的物理性质不发生变化的温度范围内冷却所述电解质。

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