CN116802913A - 电极组件制造工艺 - Google Patents

Abstract

提供了一种电极组件制造工艺，该电极组件制造工艺包括以下步骤：将长度在左右方向上延伸的第二隔膜(32)引入到重复地堆叠有正极(10)、第一隔膜(31)和负极(20)的结构，并且包围该结构；同时按压包括所引入的第二隔膜(32)的所述结构的上端和下端，以便增强隔膜和电极之间的粘合；将第二隔膜(32)的包围所述结构的左右多余部分垂直接合，并且根据所述结构的标准对其进行调节；以及左右接合所接合的第二隔膜(32)并将其固定。该电极组件制造工艺能够进行包裹以匹配所述结构的尺寸，同时使对重复地堆叠正极、隔膜和负极形成的初始结构的影响最小化，并且因此能够增加电极组件的使用价值。

Description

电极组件制造工艺

技术领域

本发明涉及电极组件制造工艺。本申请要求基于2021年6月22日提交的韩国专利申请No.10-2021-0080730的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

与一次电池不同，二次电池是可再充电的，并且由于二次电池体积小、容量大的可能性，近年来已经得到了广泛的研究和开发。随着技术发展和对移动设备的需求增加，对作为能源的二次电池的需求正在迅速增加。

二次电池由内置在电池壳体(袋、罐等)中的电极组件组成。安装在电池壳体内的电极组件具有正极/隔膜/负极的堆叠结构，从而允许重复充电和放电。

传统上，在电极组件当中通过层压和堆叠工艺来制造电极组件，具体而言，层压和堆叠多个单电芯(所述单电芯通过堆叠正极、隔膜、负极和隔膜而形成)，然后用带固定该堆叠结构。在层压和堆叠方法中，正极、隔膜、负极和隔膜被连续地退绕并以卷起的状态被供应，然后在隔膜中，正极和负极被切割成一定尺寸并移动，并穿过层压设备。此时，正极和负极处于正极活性材料和负极活性材料分别被涂覆在正极集流体和负极集流体的两个表面上的状态。当经过层压设备时，通过热和压力在正极、隔膜和负极(在相邻的负极和负极之间)中的每者之间进行粘合，并且切割处于接合状态的相邻正极和正极，从而可以连续地制造通过从顶部按正极、隔膜、负极和隔膜的顺序堆叠形成的一个单电芯。单电芯以预定数量堆叠，从而被制造为电极组件，并且如果层压完成，则带的每个末端被附接到最上层的单电芯和最下层的单电芯以进行固定。然而，在使用这种带的单电芯的固定方法中，带的末端另外从顶层和底层伸出，导致厚度差。此外，如果带被附接，则可能存在负极边缘的一部分(为了稳定性，相对切割得比正极大)被折叠的问题。这样，负极的厚度差和折叠增加了内部电阻，并且具有加速电极劣化的可能。

因此，本发明的发明人通过研究能够解决上述问题的电极组件制造工艺，完成了本发明。

[现有技术文件]

[专利文献]

(专利文献1)韩国专利No.10-1373218

发明内容

技术问题

为了解决上述问题，本公开旨在提供一种电极组件制造工艺，该工艺将长度在左右方向上延伸的隔膜引入通过重复地堆叠正极、隔膜和负极形成的结构的上端和下端中的一者或更多者中来包裹该结构。

技术方案

根据本公开的第一方面，本公开提供了一种电极组件制造工艺，

该电极组件制造工艺包括以下步骤：(1)将长度在左右方向上延伸的第二隔膜32引入通过重复地堆叠正极10、第一隔膜31和负极20而形成的结构中以包裹所述结构，(2)同时按压包括所引入的第二隔膜32的结构的上端和下端，以加强隔膜和电极之间的粘合强度，(3)上下接合第二隔膜32的围绕所述结构的左右多余部分，从而进行调节以满足对所述结构的标准要求；以及(4)通过左右接合来固定所接合的第二隔膜32。

在本公开的一个实施方式中，在步骤(1)中，将长度在左右方向上延伸的第二隔膜32引入所述结构的上端和下端中的至少一者中。

在本公开的一个实施方式中，构成所述结构的第一隔膜31通过使从正极10和负极20突出的部分向左和向右折叠而与相邻隔膜中的一个接触。

在本公开的一个实施方式中，第二隔膜32的长度是要包裹的层压结构的周向长度(length in the circumferential direction)的1.5至2.5倍。

在本公开的一个实施方式中，当用在步骤(1)中引入的第二隔膜32包裹所述结构时，第二隔膜32在结构的左右方向中的至少一个方向上被吸附，以确保所述结构的侧面上的多余部分的空间。

在本公开的一个实施方式中，当用在步骤(1)中引入的第二隔膜32包裹所述结构时，第二隔膜32的左端和右端被定位成与所述结构的上端或下端接触。

在本公开的一个实施方式中，当在步骤(2)中按压所述结构的上端和下端时，使用辊将第二隔膜32的左端和右端与所述结构的上端或下端接触的部分在从所述结构的中心沿向外方向与所述结构的上端或下端接合。

在本公开的一个实施方式中，当辊52在与第二隔膜32的左端和右端接触的同时被安装到所述结构的上端或下端以使第二隔膜不折叠时，第二隔膜32在所述结构的左方向和右方向上被吸附，以在辊要经过的部分中使第二隔膜32变平。

在本公开的一个实施方式中，当在步骤(3)中接合第二隔膜32时，在间隔开的位置处使用在上下方向上移动的主要按压构件60接合第二隔膜，使得从正极10和负极20向左和向右突出的第一隔膜31不折叠。

在本公开的一个实施方式中，当在用于接合第二隔膜32的方向上移动主要按压构件60时，按压构件的侧面倾斜地形成，以便按压构件60和第二隔膜32在更宽范围内接触。

在本公开的一个实施方式中，当在步骤(3)中接合第二隔膜32时，如果第二隔膜32的左端和右端相交的位置位于所述结构的左侧或右侧，则基于第二隔膜32的左端和右端相交的位置上下接合第二隔膜32，并且相对侧在与上述位置水平的位置处上下接合。

在本公开的一个实施方式中，如果步骤(2)中的第二隔膜32的左端和右端与所述结构的上端或下端接合，则步骤(3)中的第二隔膜32的左右多余部分在与所述结构的接合第二隔膜32的上端或下端水平的位置处上下接合。

在本公开的一个实施方式中，当在步骤(4)中接合第二隔膜32时，在沿竖直方向折叠隔膜之后，使用在左右方向上移动的辅助按压构件70接合隔膜，使得在步骤(3)中接合的第二隔膜32与覆盖所述结构的侧面的第二隔膜32接触。

根据本公开的第二方面，

本公开提供了根据上述电极组件制造工艺制造的电极组件。

有益效果

当根据本公开的电极组件制造工艺制造电极组件时，可以解决诸如隔膜的折叠和撕裂的工艺缺陷，并且当包裹电极组件时，可以通过减小电极组件的厚度来引起电池性能的改善，同时通过加热或按压进行精加工处理，使用长度在左右方向上延伸的隔膜并且使用用于接合的带来防止可能发生的电池性能的劣化。

此外，本公开的电极组件制造工艺使得能够进行包裹以适合结构的尺寸，从而增加电极组件的利用价值，同时最重要的是，使对通过重复地堆叠正极、隔膜和负极形成的初始结构的影响最小化。

附图说明

图1a和图1b是示出应用于本公开的电极组件制造工艺的示例性层压结构的图。与图1a的层压结构相比，图1b的层压结构具有隔膜的部分从正极和负极向左和向右伸出的结构。

图2a和图2b是示出根据本公开的电极组件制造工艺制造的示例性电极组件的图。

图3a、图3b、图3c、图3d和图3e是顺序示出使用图1a的层压结构的本公开的示例性电极组件制造工艺的图。

图4a、图4b、图4c和图4d是顺序示出使用图1b的层压结构的本公开的示例性电极组件制造工艺的图。

具体实施方式

本说明书和权利要求书中使用的术语和词语不应被解释为限于普通术语或字典术语，并且应基于发明人可以适当地定义术语的概念以尽可能以最好的方式描述其发明的原理，以与本发明的技术思想一致的意义和概念来解释。因此由于在本说明书中描述的实施方式和附图中所示的配置仅仅是本发明的最优选实施方式中的一个，而不表示本发明的所有技术精神，应当理解，在提交本申请时，可以用各种等价物和修改来代替它们。

在附图中，为了描述的方便和清楚，放大、省略或示意性地示出了每个部件或构成该部件的特定构件的尺寸。因此，每个部件的尺寸不能完全反映实际尺寸。如果确定相关已知功能或配置的详细描述可能不必要地模糊本发明的主旨，则将省略这种描述。

本公开涉及一种电极组件制造工艺，其中，所述制造工艺包括以下步骤：将长度在左右方向上延伸的第二隔膜引入通过重复地堆叠正极、第一隔膜和负极而形成的结构中以包裹所述结构；同时按压包括所引入的第二隔膜的结构的上端和下端，以增强隔膜和电极之间的粘合强度；将所述第二隔膜的围绕所述结构的左右多余部分上下接合，从而进行调节以满足对所述结构的标准要求；以及通过左右接合来固定所接合的第二隔膜。在本说明书中，为了帮助理解根据本公开的电极组件制造工艺，提供了附图，并且在该说明书中，从附图中参考了上下左右的方向。

首先，根据本公开的电极组件制造工艺包括将长度在左右方向上延伸的第二隔膜32引入通过重复地堆叠正极10、第一隔膜31和负极20而形成的结构中以包裹该结构的步骤。该步骤参考但不限于本文中的图3a、图3b、图4a和图4b。在本说明书中，隔膜30被描述为根据功能分为第一隔膜31和第二隔膜32，并且第一隔膜31是层压结构的部件，第二隔膜32是被引入以包裹层压结构的电极组件的部件。

第一隔膜31和第二隔膜32也可以通过尺寸来区分，并且第二隔膜32的尺寸应当足以在周向上基本包裹层压结构。在根据本公开的电极组件制造工艺中，由于第二隔膜32主要包裹层压结构，同时具有足够长度的多余部分，然后，第二隔膜的多余部分被上下接合，从而将第二隔膜32二次调节成结构的标准要求，第二隔膜32可以比层压结构的周向上的长度长超过一定水平(certain level)。根据本公开的一个实施方式，第二隔膜32的长度可以是层压结构的周向上的长度的1.5倍至2.5倍，具体地1.5倍至2.3倍，更具体地1.8倍至2.3倍。这里，层压结构的周向长度是指当在所述结构的上端或下端处用长度在左右方向上延伸的第二隔膜32包裹层压结构时，第二隔膜32围绕层压结构并且第二隔膜32的左端和右端彼此接触而不改变第一隔膜31的从正极10和负极20左右伸出的形状的最小长度。如果第二隔膜32的长度短于1.5倍，则不可能确保足够的长度来上下接合第二隔膜32的左右多余部分。如果第二隔膜32的长度大于2.5倍，则第二隔膜的左右多余部分保持过大，从而难以有效地布置第二隔膜32上下接合的部分。

由于第一隔膜31和第二隔膜32使用相同的材料，因此它们在材料方面没有区别。第一隔膜31和第二隔膜32的材料可以无限制地使用，只要其是用于二次电池的隔膜的材料并且通常在相关技术领域中使用即可，例如可以使用聚烯烃类聚合物(polyolefin-basedpolymer)，例如聚乙烯和聚丙烯。

第二隔膜32被引入所述结构的上端和下端中的至少一者中以围绕所述结构。第二隔膜32可以被分成两个，并且可以被引入到上端和下端中的每一者中，但是作为一个被引入可以提高加工性。

正极10和负极20与上述第一隔膜31一起被重复地堆叠，以形成要用第二隔膜32包裹的结构，此时，第一隔膜31被插置正极10与负极20之间。通过在正极集流体12的两个表面上涂覆正极活性材料11来形成正极10，并且通过在负极集流体22的两个表面上涂覆负极活性材料21来形成负极20。正极活性材料11、正极集流体12、负极活性材料21和负极集流体22的材料是用于二次电池的电极的材料，并且可以无限制地使用，只要它们通常在本领域中使用即可。

在层压结构中，通常，如图1a所示，第一隔膜31从正极10和负极20左右伸出。由于该形状，当用第二隔膜32包裹层压结构时，第二隔膜32可能在层压结构的侧面与第一隔膜31接触。如果第二隔膜32包裹得太紧，则正极10或负极20与第一隔膜31之间的接合部分的质量可能会随着第一隔膜31的损坏而劣化。如果第一隔膜31的从正极10和负极20向左和向右伸出的部分如图1b所示被折叠，则可以在一定程度上解决上述问题，并且此时，如果折叠的第一隔膜31的末端与相邻的第一隔膜31中的一个接触，则能够提高第一隔膜31的结构的稳定性。

如图3b所示，当用第二隔膜32包裹所述结构时，如果吸附构件40定位在所述结构的左方向和右方向中的一者或更多者上以吸附第二隔膜32，以便确保所述结构的侧面上有足够的自由空间，则可以提高加工性。吸附构件40使用真空吸附方法以通过控制空气压力来促进吸附和去吸附，并且在吸附期间的空气压力被调节到第二隔膜32不损坏的程度，同时将吸附力保持在大于一定水平。

在上述步骤之后，执行同时按压包括引入的第二隔膜32的所述结构的上端和下端以增强隔膜和电极之间的粘合强度的步骤。如图3c和图4d所示，通过位于所述结构的上下方向上的按压构件50进行按压，并且按压构件50在每150mm×550mm的单位面积10吨至20吨、更具体地13吨至20吨、更具体地15吨至20吨的压力条件下，按压包括第二隔膜32的所述结构的上端和下端。当在所述压力条件下按压时，可以提高所述结构的每层之间的粘合强度，而不会使结构塌陷。

如图3b所示，当用第二隔膜32包裹所述结构时，第二隔膜32的左端和右端可以被定位成接触所述结构的上端或下端，并且在这种情况下，需要将第二隔膜32的左端和右端接合到所述结构的上端和下端并固定它们。当接合第二隔膜32和所述结构时，第一隔膜31可以被定位在所述结构中与第二隔膜32接触，以提高接合效率。第二隔膜与所述结构的接合是在每150mm×550mm的单位面积10吨至20吨、具体地13吨至20吨、更具体地15至20吨的压力条件下和70℃至100℃、具体地75℃至100℃、更具体地80℃至100℃的温度条件下执行的。为了满足温度条件，可以使用经加热的按压构件50。如果用在所述温度条件下加热的构件来执行按压，则可以有效地将第二隔膜与构件附近的结构接合。

当接合第二隔膜32和所述结构时，如果使用平坦的按压构件51，由于第二隔膜32可能被折叠并且可能发生缺陷，因此优选可以使用辊形式的按压构件52。辊形式的按压构件52基于第二隔膜32的左端和右端与所述结构的上端或下端接触的位置作为基准点，从所述结构的中心沿向外方向移动，并将第二隔膜32与所述结构接合。此时，当辊形式的按压构件52接触第二隔膜32的左端和右端并被安装到所述结构的上端或下端时，如果在结构的左右方向上吸附第二隔膜32以在辊将经过的区域中使第二隔膜32变平，则第二隔膜32可以有效地接合到所述结构而不被折叠。

在上述步骤之后，执行接合第二隔膜32的围绕所述结构的左右多余部分从而进行调节以满足对所述结构的标准要求的步骤。如图3d和图4c所示，当接合第二隔膜32时，在间隔开的位置使用在上下方向上移动的主要按压构件60接合第二隔膜，使得从正极10和负极20向左和向右突出的第一隔膜31不折叠。第二隔膜的接合是在每150mm×550mm的单位面积10吨至20吨、具体地13吨至20吨、更具体地15吨至20吨的压力条件下和70℃至100℃、具体地75℃至100℃、更具体地80℃至100℃的温度条件下执行的。为了满足温度条件，可以使用经加热的按压构件60。如果按压是用在所述温度条件下加热的构件执行的，则可以将第二隔膜有效地接合在构件附近。

如在图3d的主要上按压构件61中那样，在主要按压构件60的情况下，按压构件60的侧面可以倾斜地形成，以便当按压构件在接合第二隔膜32的方向上移动时，按压构件50和第二隔膜32可以在更宽范围内接触。这种形状可以减少第二隔膜32被主要按压构件60损坏的可能性，特别是在主要按压构件30靠近第一隔膜31经过时。

如图4c所示，当接合第二隔膜32时，当第二隔膜32的左端和右端相交的位置位于所述结构的左侧和右侧时，可能期望基于第二隔膜32的左端和右端相交的位置上下接合第二隔膜32，并且在与上述位置水平的位置处上下接合相对侧。如果基于第二隔膜32的左端和右端不相交的位置，则可能不必要地浪费第二隔膜。如果相对侧的接合位置不平行于上述位置，则根据接合期间主要按压构件的移动，第二隔膜损坏的可能性增加。

如图3d所示，在接合第二隔膜32时，如果第二隔膜32的左端和右端相交的位置位于所述结构的左侧或右侧，则可能期望基于第二隔膜32的左端和右端相交的位置上下接合第二隔膜32，并且在与上述位置水平的位置处上下接合相对侧。在这种情况下，由于在下按压构件62的位置被固定的状态下仅通过移动上按压构件61就可以接合第二隔膜32，因此降低了第二隔膜损坏的可能性。

在上述步骤之后，执行通过左右接合来固定所接合的第二隔膜32的步骤，以完成电极组件。如图3e和图4d所示，通过在竖直方向上折叠隔膜来接合隔膜，使得在前一步骤中接合的第二隔膜32与覆盖所述结构的侧面的第二隔膜32接触，然后使用在左右方向上移动的辅助按压构件70来接合隔膜。第二隔膜的接合在0.1MPa至0.5MPa、具体地0.2MPa至0.5Mpa、更具体地0.2Mpa至0.4MPa的压力条件和70℃至100℃、具体地75℃至100℃、更具体地80℃至100℃的温度条件下执行。为了满足温度条件，可以使用经加热的按压构件70。当在所述压力条件和所述温度条件下按压时，第二隔膜可以有效地接合而不使结构塌陷。如果第二隔膜被接合到左侧和右侧并被固定，则电极组件可以随后应用于电池壳体或袋而显示出高效率。与之前的步骤不同，由于该步骤中的接合不需要整体上的强接合，并且必须通过利用第一隔膜在竖直方向上移动辅助按压构件来执行接合，因此接合是根据温度而不是压力来执行的。

本公开提供了根据上述电极组件制造工艺制造的电极组件。图2a和图2b示出了根据本公开的电极组件制造工艺制造的示例性电极组件。如图2b所示，还可以根据用户的需要确保所述结构的侧面和第二隔膜之间的多余部分的空间。

在上文中，虽然已经参考有限的实施方式和附图描述了本公开，但是本公开不限于此，而且显然，本公开所属领域的普通技术人员可以在本公开的技术精神和所描述的权利要求的等同范围内进行各种修改和改变。

[符号说明]

10：正极

11：正极活性材料层

12：正极集流体

20：负极

21：负极活性材料层

22：负极集流体

30：隔膜

31：用于层压的隔膜(第一隔膜)

32：用于包裹的隔膜(第二隔膜)

40：隔膜的吸附构件

41：隔膜的左吸附构件

42：隔膜的右吸附构件

50：电极组件的按压构件

51：电极组件的上按压构件

52：电极组件的下按压构件

60：隔膜的主要按压构件

61：隔膜的主要上按压构件

62：隔膜的主要下按压构件

70：隔膜的辅助按压构件

71：隔膜的辅助左按压构件

72：隔膜的辅助右按压构件

Claims (13)

1.一种电极组件制造工艺，所述电极组件制造工艺包括以下步骤：

步骤(1)：将长度在左右方向上延伸的第二隔膜引入到通过重复地堆叠正极、第一隔膜和负极而形成的结构中，以包裹所述结构；

步骤(2)：同时按压包括所引入的第二隔膜的所述结构的上端和下端，以增强所述隔膜和所述电极之间的粘合强度；

步骤(3)：将所述第二隔膜的围绕所述结构的左右多余部分上下接合，从而进行调节以满足对所述结构的标准要求；以及

步骤(4)：通过左右接合来固定所接合的第二隔膜，

其中，在所述步骤(1)中，将长度在左右方向上延伸的所述第二隔膜引入到所述结构的上端和下端中的一者或更多者中。

2.根据权利要求1所述的电极组件制造工艺，其中，构成所述结构的所述第一隔膜通过折叠从所述正极和所述负极向左和向右突出的部分而与相邻隔膜中的一个隔膜接触。

3.根据权利要求1所述的电极组件制造工艺，其中，所述第二隔膜的长度是要包裹的层压结构的周向长度的1.5倍至2.5倍。

4.根据权利要求1所述的电极组件制造工艺，其中，当用在所述步骤(1)中引入的所述第二隔膜包裹所述结构时，所述第二隔膜在所述结构的左方向和右方向中的至少一个方向上被吸附，以确保所述结构的侧面上的多余部分的空间。

5.根据权利要求1所述的电极组件制造工艺，其中，当用在所述步骤(1)中引入的所述第二隔膜包裹所述结构时，所述第二隔膜的左端和右端被定位成与所述结构的上端或下端接触。

6.根据权利要求5所述的电极组件制造工艺，其中，当在所述步骤(2)中按压所述结构的上端和下端时，使用辊将所述第二隔膜的左端和右端与所述结构的上端或下端接触的部分在从所述结构的中心向外的方向上与所述结构的上端或下端接合。

7.根据权利要求6所述的电极组件制造工艺，其中，当所述辊在与所述第二隔膜的左端和右端接触的同时被安装至所述结构的上端或下端使得所述第二隔膜不折叠时，所述第二隔膜在所述结构的左方向和右方向上被吸附，以使得在所述辊要通过的部分中使第二隔膜变平。

8.根据权利要求1所述的电极组件制造工艺，其中，当在所述步骤(3)中接合所述第二隔膜时，在间隔开的位置处使用在上下方向上移动的主要按压构件来接合所述第二隔膜，使得从所述正极和所述负极向左和向右突出的所述第一隔膜不折叠。

9.根据权利要求8所述的电极组件制造工艺，其中，所述按压构件的侧面倾斜地形成，以便当在用于接合所述第二隔膜的方向上移动所述主要按压构件时，所述按压构件和所述第二隔膜在更宽的范围内接触。

10.根据权利要求1所述的电极组件制造工艺，其中，当在所述步骤(3)中接合所述第二隔膜时，如果所述第二隔膜的左端和右端相交的位置位于所述结构的左侧或右侧，则基于所述第二隔膜的左端和右端相交的位置上下接合所述第二隔膜，并且在与所述位置水平的位置上下接合相对侧。

11.根据权利要求6所述的电极组件制造工艺，其中，如果在所述步骤(2)中所述第二隔膜的左端和右端与所述结构的上端或下端接合，则在所述步骤(3)中所述第二隔膜的左右多余部分在与所述结构的接合有所述第二隔膜的上端或下端水平的位置处上下接合。

12.根据权利要求1所述的电极组件制造工艺，其中，当在所述步骤(4)中接合所述第二隔膜时，在沿竖直方向折叠所述隔膜使得在所述步骤(3)中接合的所述第二隔膜与覆盖所述结构的侧面的所述第二隔膜接触之后，使用在左右方向上移动的辅助按压构件来接合所述隔膜。

13.一种电极组件，所述电极组件是根据权利要求1所述的电极组件制造工艺制造的。