CN116888784A - 电极组件的制造方法及电极组件制造设备 - Google Patents
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Abstract
一种电极组件制造方法包括以下步骤：组装电极堆叠；在将电极堆叠与夹具接合的同时对电极堆叠进行一次热压操作；然后在夹具从电极堆叠脱离的同时对电极堆叠进行二次热压操作。二次热压操作可以包括在50℃至90℃的温度条件下并在1Mpa至6Mpa的压力条件下将热和压力施加到电极堆叠持续5秒至60秒的时间段。组装电极堆叠的步骤可以包括将第一电极和第二电极交替地堆叠在细长隔膜片上，并且将隔膜片顺序地折叠在先前堆叠的电极中的一者上，然后堆叠后续电极。还公开了一种用于执行所述制造方法的设备。
Description
技术领域
本申请要求2021年7月9日提交的韩国专利申请10-2021-0090596、2021年7月09日提交的韩国专利申请10-2021-0090592、2021年7月9日提交的韩国专利申请10-2021-0090597和2021年7月09日提交的韩国专利申请10-2021-0090598的优先权，所有这些申请的全部内容通过引用并入本文中。
本发明涉及一种用于制造电极组件的方法和设备。
背景技术
二次电池与一次电池不同，是可以充电的，由于其体积小、容量大，近年来被广泛研究和开发。随着技术的发展和对移动装置需求的增加，对二次电池作为能源的需求正在迅速增加。
根据电池壳的形状，二次电池可以分类为纽扣型电池、圆柱型电池、方型电池和袋型电池。在二次电池中，安装在电池壳内的电极组件是可充电/放电的发电元件，该发电元件具有包括电极和隔膜的堆叠结构。
电极组件一般可以分类为卷芯型、堆叠型以及堆叠-折叠型。在卷芯型中，隔膜插设在均涂覆有活性材料的片状正极和片状负极之间，并且整个布置卷绕起来。在堆叠型中，多个正极和负极在其间插设有隔膜的情况下依次堆叠。在堆叠-折叠型中，堆叠的单元电池与长的隔膜卷绕在一起。
在堆叠-折叠型电极组件中，存在的问题在于：电极的位置从隔膜以Z字形方式折叠并且电极定位在其间的形式变形。
[现有技术文献]
[专利文献]
韩国专利申请特开10-2013-0132230
发明内容
技术问题
本发明尤其提供了一种用于制造电极组件的方法和设备，该方法和设备防止在制造电极组件的过程(涉及用隔膜堆叠电极)中电池损坏和机械部件变形。
本发明还提供一种用于制造电极组件的设备，其能够防止电极在制造过程中变形。
解决问题的技术方案
本发明的示例性方面提供一种制造电极组件的方法。根据本发明的此方面的方法优选包括以下步骤：组装电极堆叠；然后对电极堆叠进行一次热压操作；然后对电极堆叠进行二次热压操作。在组装步骤中组装起的电极堆叠优选地包括沿着堆叠轴线堆叠的多个电极，其中在每个电极之间定位有相应的隔膜部分。在一次热压操作中，电极堆叠可以与夹具接合以固定电极堆叠的位置。然后，当夹具与电极堆叠接合时，作为一次热压操作的一部分，可以向电极堆叠施加热和压力。在二次热压操作中，夹具可以脱离电极堆叠，然后作为二次热压操作的一部分，可以将热和压力施加到电极堆叠。二次热压操作优选地还包括在50℃至90℃的温度条件下和在1Mpa至6Mpa的压力条件下向电极堆件施加热和压力持续5秒至60秒的时间段。
根据本发明的一些方面，所述隔膜部分可以是细长隔膜片的一部分。在本发明的这些方面中，组装所述电极堆叠的所述步骤可以包括在所述细长隔膜片上交替地堆叠所述电极中的第一电极和所述电极中的第二电极。此外，所述细长隔膜片顺序地折叠在所述第一电极和所述第二电极中的先前堆叠的电极上，然后堆叠所述第一电极和所述第二电极中的后续电极。
本发明的另一示例性方面提供一种用于制造电极组件的设备。这样的电极组件可以包括电极堆叠，所述电极堆叠具有沿着堆叠轴线堆叠的多个第一电极和第二电极，在所述第一电极和所述第二电极中的每一者之间定位有相应的隔膜。根据本发明的此方面的所述设备优选包括按压单元和夹具。按压单元通过向所述电极堆叠施加热和压力将所述电极堆叠内的所述电极和所述隔膜部分结合在一起。所述夹具接合所述电极堆叠以在所述热和压力由所述按压单元施加到所述电极堆叠时固定所述电极堆叠的位置。所述夹具和所述按压单元理想地配置成使得在所述夹具与所述电极堆叠接合时以及在所述夹具脱离所述电极堆叠时，所述按压单元可以向所述电极堆叠施加热和压力。
根据本发明的一些方面，所述设备还可以包括：堆叠台，用于支撑所述电极堆叠；隔膜供应单元，用于将所述隔膜供应到所述堆叠台；第一电极供应单元，用于将所述第一电极供应到所述堆叠台；第二电极供应单元，用于将所述第二电极供应到所述堆叠台；第一电极堆叠单元，用于将从所述第一电极供应单元供应的所述第一电极移动到所述堆叠台；以及第二电极堆叠单元，用于将从所述第二电极供应单元供应的所述第二电极移动到所述堆叠台。
根据本发明的其它一些方面，所述设备还可以包括旋转单元，用于在第一位置和第二位置之间旋转所述堆叠台。所述第一位置可以朝向所述第一电极堆叠单元，用于从所述第一电极堆叠单元接收所述第一电极，所述第二位置可以朝向所述第二电极堆叠单元，用于从所述第二电极堆叠单元接收所述第二电极。
发明的有益效果
根据本发明，通过用按压单元加热和按压整个堆叠，可以在无需单独加热和/或按压电极组件的每个水平(即，在过程的每个步骤处加热和/或按压每个电极和隔膜对)的条件下将电极与隔膜结合。加热并堆叠电极和隔膜。因此，能够有利地避免热和/或压力在堆叠中的下部隔膜中的有害积聚，由此降低电极组件的部件的损坏和变形的可能性。
本发明还可以有益地减少电极和隔膜之间的粘合力、隔膜的透气率和所制造的电极组件的厚度的偏差，从而使得增大均匀性。
通过用按压单元按压堆叠起来的整个堆叠，本发明还理想地减少电极堆叠中的电极的位置的任何变形或偏移。有利地，这可使得制造时间减少，并使得制造的电极组件的能量密度提高。
附图说明
图1是示意性地示出根据本发明的示例性实施方式的制造电极组件的方法的图。
图2是示出根据本发明的示例性实施方式的用于制造电极组件的设备的实施例的俯视平面图。
图3是概念性地示出根据本发明的示例性实施方式的用于制造电极组件的设备的前视图。
图4是示出由根据本发明的示例性实施方式的用于制造电极组件的设备制造的电极组件的剖视图。
图5是示出根据本发明的示例性实施方式的用于制造电极组件的设备中的按压单元的立体图。
图6是示出在根据本发明的示例性实施方式的用于制造电极组件的设备中，按压单元按压堆叠的状态的实施例的立体图。
图7是示出根据本发明的示例性实施方式的用于制造电极组件的设备中的堆叠台的立体图。
图8是示出根据本发明的示例性实施方式的用于制造电极组件的设备中的第一电极安置台的立体图。
图9是示出根据本发明的示例性实施方式的用于制造电极组件的设备中的第二电极安置台的立体图。
图10是示出根据本发明的示例性实施方式的用于制造电极组件的设备中的第一抽吸头的立体图。
图11是示出根据本发明的示例性实施方式的图10的第一抽吸头的仰视图。
图12是示出根据本发明的示例性实施方式的用于制造电极组件的设备中的保持机构和堆叠台的俯视平面图。
图13是概念性地示出根据本发明的另一示例性实施方式的用于制造电极组件的设备的前视图。
图14是根据本发明的示例性实施方式的隔膜供应单元的隔膜加热单元的立体图。
图15A是示出根据本发明的示例性实施方式的第一按压单元的立体图，并且图15B是示出根据本发明的示例性实施方式的第二按压单元的立体图。
<附图标记>
10：组装起的电极组件
11：第一电极
11a：第一电极接头
12：第二电极
12a：第二电极接头
14：隔膜
50：第一按压单元
50a、50b：第一按压块
51：夹具
51a：主体
51b：固定部
52：夹持槽
60：第二按压单元
60a、60b：第二按压块
100、200：用于制造电极组件的设备
110：堆叠台
111：台主体
112：堆叠台加热器
120：隔膜供应单元
121：隔膜加热单元
121a：本体
121b：隔膜加热器
122：隔膜辊
130：第一电极供应单元
131：第一电极密封台
133：第一电极辊
134：第一切割器
135：第一传送带
136：第一电极供应头
140：第二电极供应单元
141：第二电极安置台
143：第二电极辊
144：第二切割器
145：第二传送带
146：第二电极供应头
150：第一电极堆叠单元
151：第一抽吸头
151a：真空抽吸端口
151b：底表面
153：第一移动单元
160：第二电极堆叠单元
161：第二抽吸头
163：第二移动单元
170：保持机构
171：第一保持器
172：第二保持器
180：按压单元
181、182：按压块
183、184：按压加热器
290：视觉装置
291：第一相机
292：第二相机
R：旋转单元
S：堆叠
具体实施方式
根据下面结合附图和示例性实施方式的详细描述，本发明的目的、具体优点和新颖特征将变得更加显而易见。在本说明书中，在向每个附图的组成元件添加附图标记时，应当注意，即使相同的组成元件在不同的附图上被指示，这些相同的组成元件也被赋予相同的附图标记。此外，本发明可以以几种不同的形式实施，并且不限于本文中描述的示例性实施方式。此外，在描述本发明时，将省略可能不必要地模糊本发明的要点的相关已知技术的详细描述。
根据本发明的示例性实施方式，可以提供一种制造电极组件的方法。该方法可以包括：将第一电极供应到堆叠台；将第二电极供应到堆叠台；将隔膜供应到堆叠台；以及通过在隔膜上交替堆叠第一电极和第二电极来将堆叠组装在堆叠台上，其中隔膜顺序地折叠在所述第一电极和所述第二电极中的先前堆叠的电极上，然后堆叠所述第一电极和所述第二电极中的后续电极。在组装起堆叠之后，该方法可以包括进行一次热压操作，该一次热压操作包括用夹具夹持堆叠，然后加热并按压堆叠。在进行一次热压操作之后，该方法还可以包括进行二次热压操作，该二次热压操作包括移除夹具，然后加热并按压堆叠。二次热压操作可以包括在50℃至90℃的温度条件下并在1Mpa至6Mpa的压力条件下将堆叠按压5秒至60秒的时间段。
在本发明的示例性实施方式中，一次热压操作可以包括：通过用夹具按压堆叠的上表面来固定堆叠；加热堆叠台和/或一对按压块；以及在一对加热的按压块之间或在按压块和堆叠台(按压块和堆叠台中的任一者或两者可以被加热)之间按压堆叠。
在本发明的示例性实施方式中，第一电极、第二电极和隔膜中的每一者均可以在在加热的同时供应到堆叠台。这是指在将第一电极、第二电极和隔膜供应到堆叠台之前，可以通过常用的方法进行加热，只要第一电极、第二电极和隔膜不被这种加热损坏即可。
在本发明的示例性实施方式中，一次热压操作可以包括在65℃至90℃的温度条件下并在1Mpa至3Mpa的压力条件下将堆叠加热并按压10秒到30秒的时间段。更优选地，一次热压操作可以包括在65℃至75℃的温度条件下并在1.5Mpa至2Mpa的压力条件下将堆叠加热并按压10秒至20秒的时间段。
在本发明的示例性实施方式中，二次热压操作可以包括：停止加热堆叠台和/或一对按压块；停止按压堆叠；将夹具移离堆叠；加热堆叠台和/或一对按压块以将热传递到堆叠；以及在一对按压块之间按压堆叠，或者在按压块与堆叠台(按压块与堆叠台中的一者或两者可以被加热)之间按压堆叠。
在本发明的示例性实施方式中，一对按压块可以包括用于加热一对按压块的按压加热器，使得一对按压块可以加热堆叠。即，在本发明的示例性实施方式中，加热并按压堆叠的操作可以包括用一对按压块加热并按压堆叠。在本发明的一些示例性实施方式中，堆叠台还可以包括堆叠台加热器，用于加热堆叠台的本体以便将热传递到堆叠。
在本发明的另选实施方式中，热压操作中的一者或两者可以发生在堆叠台上。在这种情况下，可以仅采用按压块之一对着堆叠台向下按压堆叠的顶部。在这种情况下，夹具可以是堆叠台的保持机构，其可以通过相对于堆叠台固定堆叠的位置来稳定堆叠。此外，保持机构可以配置成至少在一次热压操作期间以该方式固定堆叠。
在本说明书中，图1是示意性地示出根据本发明的示例性实施方式的制造电极组件的方法的图。即，参考图1，该方法可以首先包括通过在隔膜上交替堆叠第一电极和第二电极来在堆叠台上组装堆叠(堆叠的电池)的堆叠过程，其中隔膜顺序地折叠在第一电极和第二电极中的先前堆叠的电极上，然后堆叠第一电极和第二电极中的后续电极。在该堆叠过程之后，堆叠可以移离堆叠台。在此期间，拉动隔膜，并且在拉动隔膜达预定长度之后，切割隔膜。此后，隔膜的切割端的预定长度绕堆叠电池缠绕。可以借助夹具来实现将堆叠移离堆叠台的移动，该夹具理想地是这样一种可移动部件，该可移动部件能够夹持堆叠台上的堆叠，然后将堆叠移动到进行热压操作的按压单元。然后，在用夹具夹持缠绕的堆叠电池的状态下进行一次热压操作。在一次热压操作完成之后，释放夹具对堆叠电池的夹持，并且在移除夹具之后，进行二次热压操作。当完成二次热压操作时，成品电极组件可以完成。
在本发明的示例性实施方式中，二次热压操作的温度条件可以为50℃以上，优选为65℃以上。
在本发明的示例性实施方式中，二次热压操作的温度条件可以为90℃以下，优选为85℃以下。
在本发明的示例性实施方式中，二次热压操作的温度条件可以是50℃至90℃，优选65℃至90℃，更优选65℃至85℃。最优选地，二次热压操作的温度条件可以是70℃。
在本发明的示例性实施方式中，二次热压操作的压力条件可以为1Mpa以上，优选为1.5Mpa以上，更优选为3Mpa以上。
在本发明的示例性实施方式中，二次热压操作的压力条件可以为6Mpa以下，优选为5.5Mpa以下。
在本发明的示例性实施方式中，二次热压操作的压力条件可以是1Mpa至6Mpa，优选1.5Mpa至6Mpa，更优选3Mpa至5.5Mpa。
在本发明的示例性实施方式中，二次热压操作中的加热和按压可以进行5秒以上，优选7秒以上。
在本发明的示例性实施方式中，二次热压操作中的加热和按压可以进行60秒以下，优选30秒以下，更优选25秒以下。
在本发明的示例性实施方式中，二次热压操作中的加热和按压可以进行5秒至60秒的时间段，优选5秒至30秒的时间段，更优选7秒至25秒的时间段。
在本发明的示例性实施方式中，二次热压操作可以涉及在50℃至90℃的温度条件以及1Mpa至6Mpa的压力条件下加热并按压堆叠5秒至60秒，优选地在65℃至90℃的温度条件以及1.5Mpa至6Mpa的压力条件下加热并按压堆叠5秒至30秒。更优选地，二次热压操作可以涉及在65℃至85℃的温度条件以及3Mpa至5.5Mpa的压力条件下加热并按压堆叠7秒至25秒。这里，温度条件为70℃的情况会是最优选的。
这里，一次热压操作的压力条件和二次热压操作的压力条件是指由一对压力块(或借助压力块抵靠堆叠台)施加的压力，并且温度条件是指由堆叠台和/或一对按压块施加的热的温度。另外，用于一次热压操作和二次热压操作的一对按压块可以相同或不同。即，在一次热压操作期间，在用夹具夹持堆叠的状态下，用一对按压块对堆叠进行按压和加热之后，在释放夹具的二次热压操作中，可以稍后由相同的一对按压块或由不同的一对按压块对堆叠进行按压和加热。
在其中堆叠台上发生至少一个热压操作的另选实施方式中，如上所述，一次热压操作可以涉及一个按压块向安置在堆叠台上的堆叠施加压力，其中堆叠由堆叠台和/或按压块中的加热器中的一者或两者加热。在这种一次热压操作期间，堆叠可以借助呈堆叠台的保持机构形式的夹具固定到堆叠台。在一次热压操作之后，可以从堆叠释放夹具，然后可以在夹具脱离堆叠的情况下进行二次热压操作。这种二次热压操作可以利用由相同或不同的按压块施加的压力在堆叠台上进行。或者，可以将堆叠移动到单独的按压单元，其中可以通过由按压单元的一对按压块向堆叠施加热和压力来进行二次热压操作。
当不满足本文中公开的温度、压力和时间条件时，电极组件的部件可能无法适当地粘附在一起，这可能导致电极组件散架或电极组件的部件偏离它们在组件内的位置，当电极组件在插入电池壳体中之前移动时尤为如此。还可能发生隔膜的透气率过高的问题。
另一方面，当进行本文中公开的热压操作(包括满足相应的压力、温度和时间条件)时，可以在无需单独加热和/或按压电极组件的每个水平(即，在过程的每个步骤处加热和/或按压每个电极和隔膜对)的条件下制造电极组件以将部件结合在一起。由于已经堆叠的层将经历每个应用的热和/或压力，因此在每个水平下的这种单独热压可能不利地导致热和/或压力的影响在堆叠中的下部隔膜中积聚。这会通过例如降低孔隙率(和透气率)来不利地影响隔膜的此部分。相反，本发明允许整个电极组件同时结合，这尤其改善了均匀性。因此，能够同时实现电极之间的适当水平的粘合力，并且还实现具有适当量的透气率的隔膜，同时最小化对单元电极的损坏。
在本发明的示例性实施方式中，通过将第一电极、隔膜和第二电极堆叠在堆叠台上来制造堆叠的操作包括：将隔膜堆叠在堆叠台(S1)上；将第一电极堆叠在隔膜的上表面上(S2)；在旋转堆叠台的同时供应隔膜以覆盖第一电极的上表面(S3)；以及将第二电极堆叠在隔膜的覆盖第一电极的上表面的部分上(S4)；并且S1至S4的操作可以重复一次或多次。通过重复上述操作一次或多次，以隔膜定位在第一电极和第二电极中的每一者之间的方式使得能够进行Z字形折叠。
在本发明的示例性实施方式中，包括第一电极和第二电极中的至少一者以及隔膜的堆叠可以用保持机构来保持，由此固定到堆叠台。保持机构也可以称为夹具。
在本发明的示例性实施方式中，该方法还可以包括使用保持机构保持第一电极或第二电极，并且当第一电极或第二电极堆叠在堆叠台上时，将第一电极或第二电极固定到堆叠台。通过这样做，能够防止电极偏移在电极组件中的位置。
在这种情况下，当堆叠在堆叠台上时，保持机构可以按压并固定堆叠的上表面(即，堆叠在堆叠的最上侧上的第一电极或第二电极或隔膜的上表面)。
在本发明的示例性实施方式中，将隔膜供应到堆叠台的操作可以包括在隔膜穿过隔膜供应单元的通道时连续地供应(通过退绕)隔膜。
在本发明的示例性实施方式中，该方法还可以包括在堆叠第一电极或第二电极之前，使用通过相机拍摄获得的图像信息来检查第一电极或第二电极的堆叠质量。
在本发明的示例性实施方式中，能够提供借助上述制造方法制造的电极组件。电极组件在组件的所有层上具有均匀的粘合力和透气率，并且每个电极的厚度是均匀的。即，电极组件上的粘合力、透气率和电极厚度的任何偏差被最小化。
在本发明的示例性实施方式中，能够提供一种用于借助上述制造方法制造电极组件的设备。这样的设备包括：堆叠台，其中第一电极、隔膜和第二电极如本文所公开的那样堆叠；隔膜供应单元，用于将隔膜供应到堆叠台；第一电极供应单元，用于供应第一电极；第二电极供应单元，用于供应第二电极；第一电极堆叠单元，用于将从第一电极供应单元供应的第一电极堆叠在堆叠台上；第二电极堆叠单元，用于将从第二电极供应单元供应的第二电极堆叠在堆叠台上；按压单元，用于通过加热和按压包括第一电极、隔膜和第二电极的堆叠来结合第一电极、隔膜和第二电极；以及夹具，用于夹持堆叠，以便在被按压单元加热和按压时固定堆叠，其中按压单元通过在堆叠被夹具夹持的同时加热和按压堆叠来进行一次热压操作，其中，在堆叠未被夹具夹持的同时，按压单元通过在50℃至90℃的温度条件并在1Mpa至6Mpa的压力条件下按压堆叠5秒至60秒来进行二次热压操作。
在本发明的示例性实施方式中，按压单元还可以包括一对按压块和用于加热压块的按压加热器，该对按压块配置成朝向彼此移动以加热和按压堆叠的堆叠。对于构成按压单元的按压块和按压加热器，可以在制造电极组件的方法中应用前面的描述。
在本发明的示例性实施方式中，第一电极供应单元包括第一电极安置台，第一电极在由第一电极堆叠单元堆叠在堆叠台上之前安置在第一电极安置台上，并且第二电极供应单元可以包括第二电极安置台，第二电极在由第二电极堆叠单元堆叠在堆叠台上之前安置在第二电极安置台上。
此外，第一电极堆叠单元可以包括第一抽吸头，用于使用真空抽吸来拾取安置在第一电极安置台上的第一电极，并且第二电极堆叠单元可以类似地包括第二抽吸头，用于使用真空抽吸来拾取安置在第二电极安置台上的第二电极。
在本发明的示例性实施方式中，第一电极供应单元和第二电极供应单元可以包括加热器。第一电极和第二电极中的每一者可以在由加热器加热的同时被供应。
更具体地，在本发明的示例性实施方式中，第一电极安置台可以包括加热器，该加热器可以加热第一电极安置台，以便传递热来加热第一电极。
此外，在本发明的示例性实施方式中，第二电极安置台可以包括加热器，该加热器可以加热第二电极安置台，以便传递热来加热第二电极。
在本发明的示例性实施方式中，第一抽吸头可以包括加热器以通过使用加热器加热第一电极。
在本发明的示例性实施方式中，第二抽吸头可以包括加热器以通过使用加热器加热第二电极。
在本发明的示例性实施方式中，用于制造电极组件的设备还可以包括用于旋转堆叠台的旋转单元，其中第一电极堆叠单元设置在旋转单元的一侧，第二电极堆叠单元设置在旋转单元的另一侧。以这种方式，通过如下操作可以进行Z字形折叠：将隔膜定位在第一电极和第二电极之间，并且旋转单元在第一电极堆叠时交替地将堆叠台旋转到面向第一电极堆叠单元的第一抽吸头的一侧，然后在第二电极堆叠时将堆叠台旋转到面向第二电极堆叠单元的第二抽吸头的另一侧。
在本发明的示例性实施方式中，保持机构可以施加一些压力以固定定位在堆叠在堆叠台上的堆叠的最上侧上的电极或隔膜的上表面。
在本发明中，对隔膜的粘合力的测量方法没有特别限制。在本文进一步利用和讨论的方法中，沿着电极组件的堆叠方向分离电极组件的下部、中部和上部，并且由电极组件的宽度方向上的正极接头部、中部和负极接头部中的每一者制成样品。样品具有55mm的宽度和20mm的长度，并且每个样品均可以包括正极和隔膜或负极和隔膜。将样品粘附到载玻片，同时电极定位在载玻片的粘附表面上。
更具体地，将粘附有样品的载玻片安装到粘合力测量装置，并且当根据ASTM-D6862中阐述的标准测试方法将隔膜从电极剥离时，测量每样品宽度的力的值(以克/毫米为单位)。具体地，以100mm/min的速度相对于载玻片以90°向上拉动隔膜的边缘，以沿着样品的宽度方向将隔膜从电极剥离(即，从0毫米剥离到55毫米)。
在本发明中，用于测量隔膜的透气率的方法没有特别的限制。在本文进一步利用和讨论的方法中，透气率是通过使用本领域常用的方法来测量的，即，使用东洋精机制造的Gurley型密度计(No.158)，根据日本工业标准的JIS Gurley测量方法来测量的。即，隔膜的透气率是通过测量100ml(或100cc)空气在室温下，在0.05MPa的压力下穿过1平方英寸的隔膜所花费的时间来获得的。
图2是示出根据本发明的示例性实施方式的用于制造电极组件的设备的实施例的俯视平面图，并且图3是概念性地示出根据本发明的示例性实施方式的用于制造电极组件的设备的前视图。这里，为了方便起见，在图2中，省略了图3中所示的隔膜供应单元120，并且在图3中，省略了图2中所示的保持机构170，并且以虚线示出了在俯视平面图中位于后侧的按压单元180。
参考图2和图3，根据本发明的示例性实施方式的用于制造电极组件的设备100包括堆叠台110；用于供应隔膜14的隔膜供应单元120；用于供应第一电极11的第一电极供应单元130；用于供应第二电极12的第二电极供应单元140；用于将第一电极11堆叠在堆叠台110上的第一电极堆叠单元150；用于将第二电极12堆叠在堆叠台110上的第二电极堆叠单元160；以及用于将第一电极11、隔膜14和第二电极12彼此结合的按压单元180。按压单元180可用于上述一次热压操作和二次热压操作。另选地，在利用按压单元180完成一次热压操作之后，可以由另一按压单元(未示出)进行二次热压操作，这将涉及按压单元之间的转移。
此外，根据本发明的示例性实施方式的用于制造电极组件的设备100还可以包括保持机构170，用于在第一电极11和第二电极12堆叠在堆叠台110上时将第一电极11和第二电极12固定到堆叠台110。此外，保持机构170可以固定第一电极11、隔膜14和第二电极12的堆叠。
下文中，将参考图2至图12更详细地描述根据本发明的示例性实施方式的用于制造电极组件的设备。
图4是示出由根据本发明的示例性实施方式的用于制造电极组件的设备制造的电极组件的剖视图。
参考图2至图4，根据本发明的示例性实施方式的用于制造电极组件的设备100是用于通过堆叠第一电极11、隔膜14和第二电极12来制造电极组件10的设备。
电极组件10是可充电/可放电的发电元件，并且可以以第一电极11、隔膜14和第二电极12交替堆叠和聚集的形式形成。
这里，在电极组件10中，例如，隔膜14可以折叠成Z字形，并且第一电极11和第二电极12可以交替地设置在折叠的隔膜14之间。在这种情况下，电极组件10可以以其中最外部被隔膜14围绕的形式(例如，通过将隔膜缠绕组装起的电极组件10)提供，如图4中所示。
图5是示出根据本发明的示例性实施方式的用于制造电极组件的设备中的按压单元的立体图，并且图6是示出根据本发明的示例性实施方式的用于制造电极组件的设备中的按压单元按压堆叠的状态的实施例的立体图。更具体地，图6示出了上述二次热压操作。
参考图4至图6，加热压单元180并按压堆叠的第一电极11、隔膜14和第二电极12以将第一电极11、隔膜14和第二电极12彼此结合。
此外，按压单元180包括一对按压块181和182，并且一对按压块181和182朝向彼此移动以实现包括堆叠的第一电极11、隔膜14和第二电极12的堆叠S的按压。
在这种情况下，当隔膜14围绕堆叠S的外表面时，隔膜14的沿着堆叠S的侧面定位的外部与第一电极11和第二电极12的面向外部的部分以及隔膜14的面向外部的折叠部之间的空间可以彼此结合。因此，能够更有效地防止第一电极11和第二电极12以及隔膜14的位置移位和/或堆叠的部件彼此分离。
此外，按压单元180还包括用于加热一对按压块181和182的按压加热器183和184，并且一对按压块181和182可以加热并按压堆叠S。因此，当利用按压单元180按压堆叠S时，更好地实现了第一电极11、隔膜14和第二电极12之间的热熔合，使得可以实现更强的粘附。
一对按压块181和182具有平坦的按压表面，并且按压表面的宽度和长度尺寸可以长于面临的堆叠S的宽度和长度尺寸。
此外，一对按压块181和182包括第一按压块181和第二按压块182，并且第一按压块181和第二按压块182各自限定具有长方体形式的四边形块。
图7是示出根据本发明的示例性实施方式的用于制造电极组件的设备中的堆叠台的立体图。
参考图3和图7，堆叠台110可以包括：台主体111，该台主体上堆叠第一电极11、隔膜14和第二电极12；以及堆叠台加热器112，该堆叠台加热器加热台主体111以将热传递到堆叠的堆叠S。
第一电极11可以配置为正极，并且第二电极12可以配置为负极，但本发明不限于此。例如，第一电极11可以配置为负极，并且第二电极12可以配置为正极。
参考图3，隔膜供应单元120可以将隔膜14供应到堆叠台110。
隔膜供应单元120可以具有供隔膜14朝向堆叠台110穿过的通道。特别地，隔膜供应单元120可以包括隔膜加热单元121，隔膜加热单元121限定隔膜14朝向堆叠台110穿过的通道。如图14中所示，隔膜加热单元121可以包括一对本体121a，本体中的每一者均可以是方形块的形式，并且本体121a可以间隔一定的距离，该距离限定隔膜14所穿过的通道的尺寸之一。至少一个或两个本体121a还可以包括隔膜加热器121b，用于加热相应的本体121a，从而将热传递给隔膜14。
隔膜供应单元120还可以包括隔膜辊122，隔膜14卷绕在该隔膜辊上。因此，卷绕在隔膜辊122上的隔膜14可以逐渐退绕，并穿过形成的通道，以供应给堆叠台110。
图8是示出根据本发明的示例性实施方式的用于制造电极组件的设备中的第一电极安置台的立体图。
参考图3和图8，第一电极供应单元130可以将第一电极11供应到第一电极堆叠单元150。另外，第一电极供应单元130可以包括第一电极安置台131，第一电极11在借助第一电极堆叠单元150堆叠在堆叠台110上之前安置在第一电极安置台131上。
第一电极供应单元130还可以包括：第一电极辊133，第一电极11以片的形式卷绕在该第一电极辊上；第一切割器134，用于当第一电极11退绕并从第一电极辊133供应时以规则的间隔切割第一电极11以形成预定尺寸的第一电极11；第一传送带135，用于移动由第一切割器134切割的第一电极11；以及第一电极供应头136，用于拾取(例如，经由真空抽吸)由第一传送带135转移的第一电极11并将该第一电极安置在第一电极安置台131上。这里，第一切割器134可以以限定从其端部突出的第一电极接头11a的方式切割片状第一电极11。
图9是示出根据本发明的示例性实施方式的用于制造电极组件的设备中的第二电极安置台的立体图。
参考图3和图9，第二电极供应单元140可以将第二电极12供应到第二电极堆叠单元160。另外，第二电极供应单元140可以包括第二电极安置台141，第二电极12在借助第二电极堆叠单元160堆叠在堆叠台110上之前安置在该第二电极安置台上。
第二电极供应单元140还可以包括：第二电极辊143，第二电极12以片的形式卷绕在该电极辊上；第二切割器144，用于当第二电极12退绕并从第二电极辊143供应时，以规则的间隔切割第二电极12以形成预定尺寸的第二电极12；第二传送带145，用于移动由第二切割器144切割的第二电极121；以及第二电极供应头146，用于拾取(例如，经由真空抽吸)由第二传送带145转移的第二电极12，并将第二电极安置在第二电极安置台141上。这里，第二切割器144可以以限定从其端部突出的第二电极接头12a的方式切割片状第二电极12。
图10是示出根据本发明的示例性实施方式的用于制造电极组件的设备中的第一抽吸头的立体图，并且图11是示出根据本发明的示例性实施方式的用于制造电极组件的设备中的第一抽吸头的仰视图。
参考图3、图10和图11，第一电极堆叠单元150可以将第一电极11堆叠在堆叠台110上。第一电极堆叠单元150可以包括第一抽吸头151和第一移动单元153。第一抽吸头151可以经由真空抽吸拾取安置在第一电极安置台131上的第一电极11。在这种情况下，第一抽吸头151可以形成有形成在第一抽吸头150的底表面151b上的一个或多个真空抽吸端口151a，以便向第一电极11施加抽吸，从而将第一电极11固定到第一抽吸头151的底表面151b。在第一抽吸头151中，可以形成连接真空抽吸端口151a和用于产生真空抽吸的装置(未示出)的通道。
第一移动单元153可以将第一抽吸头151移动到堆叠台110，以允许第一抽吸头151将第一电极11堆叠在堆叠台110上。
同时，参考图3，第二电极堆叠单元160可以将第二电极12堆叠在堆叠台110上。第二电极堆叠单元160可以具有与前述第一电极堆叠单元150相同的结构。在这种情况下，第二电极堆叠单元160可以包括第二抽吸头161以及第二移动单元163。第二抽吸头161可以经由真空抽吸拾取安置在第二电极安置台141上的第二电极12。然后，第二移动单元163可以将第二抽吸头161移动至堆叠台110，以允许第二抽吸头161将第二电极12堆叠在堆叠台110上。
图12是示出根据本发明的示例性实施方式的用于制造电极组件的设备中的保持机构和堆叠台的俯视平面图。
参考图2和图12，当第一电极11或第二电极12堆叠在堆叠台110上时，保持机构170可以保持第一电极11或第二电极12并且将第一电极11或第二电极12固定到堆叠台110。在这样做时，保持机构170可以向堆叠S的上表面(即，堆叠在堆叠S的最上端上的第一电极11、第二电极12或隔膜14)施加压力。即，当第一电极11和第二电极12在隔膜14的层之间定位在堆叠S中时，保持机构170可以通过朝向堆叠台110按压堆叠来保持堆叠的最上表面，以防止堆叠S相对于堆叠台110移动。保持机构170可以包括例如第一保持器171及第二保持器172以固定第一电极11或第二电极12的相对两侧。保持器171、172可以各自呈一个或多个夹具或其它夹紧机构的形式。
当堆叠台110旋转时，在保持机构170维持其对第一电极11或第二电极12的保持的同时，隔膜14可以与堆叠台110的旋转量成比例地从隔膜辊122退绕的同时供应到堆叠台110。保持机构170和堆叠台110可以与实现堆叠台110的旋转的旋转装置(未示出)连接或组合。这种旋转装置可以包括例如心轴或其它形式的旋转轴或枢转轴。因此，当保持机构170保持第一电极11或第二电极12时，旋转装置可以使保持机构170与堆叠台110一起旋转。
下文中，将描述根据本发明的示例性实施方式的用于制造电极组件的设备100的操作。
参考图2至图4，卷绕在隔膜辊122上的隔膜14在穿过形成为使得隔膜可以堆叠在堆叠台110上的通道时被供应。
此外，第一电极11从第一电极供应单元130供应到第一电极堆叠单元150，第一电极堆叠单元150将第一电极11堆叠在堆叠台110上堆叠的隔膜14的上表面上。
然后，保持机构170下压在第一电极11的上表面上，以固定第一电极11在堆叠台110上的位置。
此后，当堆叠台110在第二电极堆叠单元160的方向上旋转时，隔膜14被连续供应，以覆盖第一电极11的上表面。
第二电极12从第二电极供应单元140供应，然后由第二电极堆叠单元160堆叠在隔膜14的覆盖第一电极11的上表面的部分上。然后，保持机构170释放第一电极11的上表面，然后下压在第二电极12的上表面上，以固定正在构建的堆叠S相对于堆叠台110的位置。
此后，通过重复堆叠第一电极11和第二电极12的过程，可以形成堆叠S，其中隔膜14被Z字形折叠并定位在每个相继的第一电极11和第二电极12之间。
然后，将堆叠S移动到按压单元180，并且按压单元180加热并按压堆叠S，从而将堆叠的部件(即，加热的第一电极11、隔膜14和第二电极12)热结合在一起，以便制造电极组件10。
堆叠S可以借助夹具51移动到按压单元，夹具51配置成夹持堆叠台110上的堆叠，然后将堆叠移动到按压单元180，在这里进行热压操作。此外，按压单元180可以分为第一按压单元50和第二按压单元60，其中第一按压单元50可以用于一次热压操作(或预热)，第二按压单元60可以用于二次热压操作。
参考图15A和15B，第一按压单元50可以在固定状态下一次加热和按压堆叠S。第一按压单元50包括一对第一按压块50a和50b，并还可以包括夹具51，该夹具配置为固定堆叠S。在固定堆叠S时，夹具51可以通过沿堆叠方向(沿y轴)将堆叠S的上表面和下表面朝彼此按压以固定第一电极11、第二电极12和隔膜14的相对位置，来保持堆叠S。如在所示实施例中，为了保持这些相对位置，夹具51可以按压堆叠S的上表面和下表面。
第一按压单元50的一对第一按压块50a和50b可以在朝向和远离彼此的方向上移动。在朝向彼此移动时，这对第一按压块50a和50b可以压缩堆叠S和夹具51中的一者或两者。
以这种方式，第一按压单元50可以加热和压缩堆叠S，以减小或消除包括在堆叠S中的第一电极11、隔膜14以及第二电极12之间的任何空间，从而将堆叠S的这些部件结合在一起。
如所示，配置为与堆叠S接触并对该堆叠进行压缩的一对第一按压块50a和50b的每个按压表面可以限定平面。该对第一按压块50a和50b中的至少一者可以包括夹具槽52，该夹具槽52具有与本文进一步描述的夹具51的固定部分51b相对应的形状。在图15A所示的实施例中，一对第一按压块50a和50b中的每一者均包括四个夹具槽52，以对应于四个固定部分51b。然而，夹具槽52的数量可以更多或更少。优选的是，夹具槽52的数量应与要使用的固定部分的数量匹配。
夹具51可以包括主体51a和多个固定部分51b。如在所示的布置中，主体51a可以具有沿x轴的长度和沿y轴的高度，该长度和高度与堆叠S的沿那些相应轴的长度和高度相同或大致相同。在一些其它布置中，主体可能比堆叠S在x轴上的长度长，并且高度比堆叠S在y轴上的高度大。固定部分51b优选可以呈杆、柱或板的形式，沿堆叠S的宽度方向(z轴)延伸。这里，堆叠S在x轴上的长度可以指具有从堆叠S的一端到另一端的最长距离的堆叠部分，在y轴上的高度可以指堆叠S的堆叠方向上的距离，并且在z轴上的宽度可以指在垂直于x和y轴两者的方向上的距离。
固定部分51b可以设置成两排，其中一排与按压块50a的按压表面相邻，而另一排与按压块50b的按压表面相邻。每个固定部分51b的位置均可以在主体51a的高度方向上调整。以这种方式，每个固定部分51b均可以与堆叠S的上表面和下表面接触(优选是沿该固定部分的宽度)放置，以固定堆叠S的位置以及堆叠S内第一电极11和第二电极12的相对位置。
在一些布置中，第二按压单元60可以加热并压缩先前由第一按压单元50加热并压缩的堆叠S，从而二次压缩已经被一次压缩的堆叠S。
如图15B中所示，第二按压单元60包括一对第二按压块60a和60b。这一对按压块60a和60b可以在朝向和远离彼此的方向上移动。在朝向彼此移动时，这一对按压块60a和60b可以按压在堆叠S的上表面和下表面上，以压缩堆叠。
如所示，配置为与堆叠S接触并压缩该堆叠的一对第二按压块60a和60b的每个按压表面均可以限定平面。如在所示的实施例中，在一些布置中，可以从第二按压块60a和60b排除用于固定部分51b的槽。在其它一些布置中，一对第二按压块60a和60b中的至少一者可以包括一个或多个槽，槽具有与夹具51的固定部分51b相对应的形状。
在一些布置中，第一按压单元50的一对第一按压块50a和50b中的每一者均包括夹具槽52，该夹具槽具有与夹具51的固定部分51b相对应的形状，并且第二按压单元60的一对第二按压块60a和60b中的每一者均具有无任何夹具槽的平坦按压表面。
在一些布置中，第二按压单元60可以只加热和按压堆叠S上夹具51所在(或先前在)的部分，这些部分没有被第一按压单元50加热和按压。在其它一些布置中，第二按压单元50可以加热和按压堆叠的整个上表面和下表面。
在一些布置中，第一按压单元50可以在堆叠S的上表面和下表面用夹具51固定的情况下初始压缩加热的堆叠S，以减少或消除包括在堆叠S中的第一电极11、隔膜4和第二电极12之间的空间，同时结合第一电极11、隔膜4和第二电极12，以便在堆叠S的无夹具51在的区域中将堆叠S的这些部件结合在一起。
在一些这样的布置中，第二按压单元60可以压缩并加热堆叠S(该堆叠已经借助第一按压单元50初步结合)，并已从该堆叠移除了夹具51。因此，第二按压单元60可以减小或消除堆叠S中包括的第一电极11、隔膜4以及第二电极12之间的任何空间，以在堆叠S的一定区域中将堆叠S的这些部件结合在一起，所述一定区域是指在第一按压单元50进行初始按压操作期间夹具51先前对堆叠S进行按压的区域。在一些这样的布置中，一对第二按压块60a和60b中的每一者均可以是呈平行四边形形式的四边形块。在这样的布置中，这对第二按压块60a和60b可以具有本文先前所述的平坦按压表面。
在一些布置中，第一按压单元50的一对第一按压块50a和50b中的每一者均可以具有平坦的按压表面。在一些这样的布置中，第二按压单元60的一对第二按压块60a和60b中的每一者均可以具有槽，该槽的形状与夹具51的固定部分51b的形状相对应。
在一些布置中，固定部分51b可以包括导热材料，例如选自由铝和铁组成的组中的导热金属材料。通过向堆叠S导热，当第一按压单元50压缩由夹具51固定的堆叠S时，电极11、12和隔膜4可以结合在一起，因为它们之间的空间被减少或消除了。
在一些布置中，第二按压单元60可以不压缩堆叠S上先前夹具51所在的区域，而是只压缩堆叠S上先前无夹具并且按压单元50在初始按压期间未按压的区域。
此外，该对第一按压块50a和50b中的每一者均可以是呈平行四边形形式的四角形块。在这样的布置中，这对第一按压块50a和50b可以具有本文先前所述的平坦按压表面。
第一按压单元50和第二按压单元60中的任何一者或两个优选包括按压加热器(未示出)，该按压加热器配置为加热各对第一按压块50a、60a和第二按压块50b、60b，以便在对堆叠进行按压时，这些块可以加热堆叠S。以这种方式，当用第一按压单元50和第二按压单元60按压堆叠S时，可以更好地实现第一电极11、隔膜4和第二电极12之间的热融合，从而在这些层之间形成更强的结合。
在这些对的第一按压块50a、60a和第二按压块50b、60b中的任何一对或多对中，各个按压表面的长度和宽度两者都可以大于堆叠S的相应长度和宽度(分别在x轴和z轴上)。
如上所述配置的用于制造根据本发明的示例性实施方式的电极组件的设备100通过将堆叠S的部件彼此热结合，可以理想地防止堆叠S散架或堆叠S的部件偏移它们在堆叠S内的位置。
下文中，将描述根据用于制造根据本发明的另一实施方式的电极组件的设备。
图13是概念性地示出根据本发明的另一示例性实施方式的用于制造电极组件的设备的前视图。在图13中，为了方便起见，省略了保持机构，并且以虚线示出了在俯视平面图中位于后侧的按压单元180。
参考图13，根据本发明的另一示例性实施方式的用于制造电极组件的设备200包括：堆叠台110；用于供应隔膜14的隔膜供应单元120；用于供应第一电极11的第一电极供应单元130；用于供应第二电极12的第二电极供应单元140；用于将第一电极11堆叠在堆叠台110上的第一电极堆叠单元150；用于将第二电极12堆叠在堆叠台110上的第二电极堆叠单元160；用于将第一电极11、隔膜14和第二电极12彼此结合的按压单元180；以及用于固定堆叠S在堆叠台110上的位置的保持机构170(参见图12)。
根据该另一实施方式的设备200还可以包括用于旋转堆叠台110的旋转单元R和用于检查第一电极11和第二电极12的视觉装置290。
因此，在本示例性实施方式中，将简要描述与先前实施方式重叠的内容，而将主要描述与先前实施方式的差异。
更详细地，设备200的视觉装置290可以包括第一相机291和第二相机292。第一相机291可以拍摄安置在第一电极供应单元130中的第一电极安置台131上的第一电极11，并且第二相机292可以拍摄安置在第二电极供应单元140中的第二电极安置台141上的第二电极12。由此，可以借助由第一相机291和第二相机292获得的图像信息来检查第一电极11和第二电极12的堆叠质量。例如，因此可以检查第一电极11和第二电极12的安置位置、尺寸和堆叠状态。
旋转单元R可以在一个方向r1和另一个方向r2上旋转堆叠台110。第一电极堆叠单元150可以设置在旋转单元R的一侧，第二电极堆叠单元160可以设置在旋转单元R的另一侧。因此，旋转单元R可以在堆叠第一电极11时将堆叠台110旋转到一侧以面向第一抽吸头151，并且可以在堆叠第二电极12时将堆叠台110旋转到另一侧以面向第二抽吸头161。因此，通过在面向第一电极堆叠单元150和第二电极堆叠单元160的取向之间交替地旋转堆叠台110，可以如图4中所示实现隔膜14在第一电极11和第二电极12中的每个相继电极之间的Z字形折叠。
除非另有说明，否则本实施方式的设备200及其所有子组件以与前述实施方式的设备100相同的方式操作。例如，当第一电极11被供应并安置在第一电极供应单元130的第一电极安置台131上时，可以经由视觉装置290检查第一电极11的堆叠质量。类似地，当第二电极12被供应并安置在第二电极供应单元140的第二电极安置台141上时，可以经由视觉装置290检查第二电极12的堆叠质量。
在本发明的一些布置中，正极可以通过以下操作制造：例如，用包括正极活性材料、导电材料和粘合剂的正电极涂层混合物涂覆正极集流体，然后干燥涂层混合物。如有必要，可向混合物加入填料。这些材料可以是相关领域中使用的任何适当的材料，特别是那些常用于特定应用的材料。
例如，正极活性材料可以包括：层状化合物，如氧化钴锂(LiCoO2)和氧化镍锂(LiNiO2)，或用一种或多种过渡金属取代的化合物；由化学式Li1+xMn 2-xO4表示的锂锰氧化物(其中x为0至0.33)，例如LiMnO3、LiMn2O3以及LiMnO2；锂氧化铜(Li2CuO2)；钒氧化物，例如LiV3O8、LiFe3O4、V2O5以及Cu2V2O7；由化学式LiNi1-xMxO2(其中M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，x＝0.01至0.3)表示的镍(Ni)位型锂镍氧化物；由化学式LiMn2-xMxO2(其中M＝Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，x＝0.01至0.1)或Li2Mn3MO8(其中M＝Fe、Co、Ni、Cu或Zn)表示的锂锰复合氧化物；LiMn2O4，其中化学式中的部分Li被碱土金属离子取代；二硫化物；以及Fe2(MoO4)3，但本发明不限于此类材料。
可用于正极集流体的材料不被特别限制。正极集流体优选具有相对较高的导电性，在电池中使用时不会引起化学变化。例如，可以使用不锈钢、铝、镍、钛、煅烧过的碳或者用碳、镍、钛、银等对铝或不锈钢的表面进行处理的材料。优选地，正极集流体可以是铝。最好可以通过在集流体与涂层混合物相接的表面上包括细微的不规则来增大集流体和正极涂层混合物之间的粘合力。此外，可以使用正极集流体的各种结构配置，如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫体和无纺布体。正极集流体的厚度一般可以在3微米到500微米的范围内。
正极涂层混合物中的导电材料的量通常可以为包括正极活性材料的混合物的总重量的1wt％至50wt％。导电材料没有特别限制，优选具有在电池中使用时不引起化学变化的导电性。例如，石墨，如天然石墨和人造石墨；碳黑，如炭黑、乙炔黑、克氏黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑和夏黑；导电纤维，如碳纤维和金属纤维；碳和金属粉末，如氟化碳、铝和镍粉末；导电晶须，如氧化锌和钛酸钾；导电金属氧化物，如氧化钛；以及聚苯衍生物都可用于导电材料。
正极涂层混合物中的粘合剂有助于活性材料和导电材料之间的结合，并有助于将涂层混合物结合至集流体。一般包括混合物的总重量(包括正极活性材料在内)的1至50％(重量)的量的这种粘合剂。粘合剂的实施例可以包括聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙丙二烯三元共聚物(EPDM)、磺化EPDM、苯乙烯丁烯橡胶、氟橡胶和各种共聚物。
可选地添加至正极涂层混合物中的填料可以作为抑制正极膨胀的成分。这样的填料没有特别的限制，可以包括在电池中使用时不会引起化学变化的纤维材料。例如，可以使用烯烃聚合物(如聚乙烯和聚丙烯)以及纤维材料(如玻璃纤维和碳纤维)。
在一些布置中，负极可以通过在负极集流体上涂覆、干燥并按压负极活性材料来制造，如果有必要，另外可以可选地包括以上讨论的导电材料、粘合剂、填料等。在任何情况下，可以使用相关领域使用的任何适当的材料，特别是那些常用于特定应用的材料。例如，作为负极活性材料，也可使用碳，如非石墨化碳和石墨化碳；由化学式LixFe2O3(0≤x≤1)、LixWO2(0≤x≤1)、SnxMe1-xMe'yOz(Me：Mn、Fe、Pb、Ge；Me':Al、B、P、Si、周期表第1、2和3组的元素以及卤素；0<x≤1；1≤y≤3；1≤z≤8)表示的金属复合氧化物；金属锂；锂合金；硅基合金；锡基合金；金属氧化物，如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4和Bi2O5；导电聚合物，如聚乙炔；和锂-钴-镍基材料。
可用于负极集流体的材料并不特别限制。负极集流体优选具有高的导电性，在电池中不会引起化学变化。例如，可以使用铜；不锈钢；铝；镍；钛；煅烧碳；铜或不锈钢表面经过碳、镍、钛、银等表面处理的材料；以及铝镉合金。
此外，与正极集流体一样，负极集流体与负极活性材料之间的结合可以通过在正极集流体的表面形成细微的不规则来得到加强。负极集流体的各种结构配置也可以使用如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫体、无纺布体等。此外，负极集流体的厚度一般可以在3微米至500微米之间。
在一些布置中，隔膜可以是有机/无机复合多孔SRS(安全强化隔膜)。该SRS可以具有一者结构，其中包括无机颗粒和粘合剂聚合物的涂层成分涂覆在基于聚烯烃的隔膜基底上。
由于SRS不会因为成分无机颗粒的耐热性而发生高温热收缩，即使电极组件被针状导体穿透，也能维持安全隔膜的拉长长度。
除了隔膜基底本身的多孔结构外，SRS可以具有由作为涂层成分的无机颗粒之间的间隙体积形成的均匀多孔结构。孔不仅可以大大减轻施加至电极组件的任何外部冲击，而且还可以促进锂离子穿过孔的移动，并且使大量的电解质浸渍到隔膜中，从而促进电池性能的提高。
在一些布置中，隔膜可以关于其宽度尺寸(与隔膜展开的纵向尺寸正交)进行尺寸设计，使隔膜部分在两侧向外延伸，超出相邻正负极的相应边缘(下文中，“盈余部分”)。此外，隔膜的这种向外延伸的部分可以具有一种结构，该结构包括在隔膜的一侧或两侧形成的比隔膜的厚度更厚的涂层，以防止隔膜收缩。关于隔膜向外延伸的盈余部分的较厚的涂层的更多信息，请参见韩国专利申请公开第10-2016-0054219号，其全部内容通过引用纳入本文中。在一些布置中，每个隔膜盈余部分的尺寸均可以是隔膜宽度的5％至12％。此外，在一些布置中，涂层可以涂覆在隔膜的两个表面上，涂覆宽度为每个隔膜盈余部分宽度的50％至90％。此外，涂层在隔膜的每个表面上的宽度可以是相同的，也可以是不同的。在一些布置中，涂层可以包括作为成分的无机颗粒和粘合剂聚合物。
在本发明的示例性实施方式中，基于聚烯烃的隔膜成分的实施例可以包括高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯或其衍生物。
在一些布置中，涂层的厚度可以小于第一电极或第二电极的厚度。在一些这样的布置中，涂层的厚度可以是第一电极或第二电极的厚度的30％到99％。
在一些布置中，涂层可以通过湿式涂覆或干式涂覆形成。
在一些布置中，基于聚烯烃的隔膜基材和涂层可以以这样一种形式存在，其中基材和涂层表面上的孔相互锚定，由此隔膜基材和涂层可以牢固地结合在一起。
隔膜的基材和涂层可以具有9：1到1：9的厚度比。优选的厚度比可以是5：5。
在一些布置中，无机颗粒可以是本领域中常用的无机颗粒。无机颗粒可以相互作用，以在无机颗粒之间形成空的空间形式的微孔，同时在结构上帮助维持涂层的物理形状。此外，由于无机颗粒通常具有即使在200℃或更高的温度下也不会改变其物理特性的特性，因此，所产生的有机/无机复合多孔膜通常最好具有良好的耐热性。
此外，可用于无机颗粒的材料没有特别限制，但优选是电化学稳定的。即，无机颗粒优选选择成，使得在应用电池的操作电压范围内(例如，基于Li/Li+的0至5V)不会发生氧化和/或还原反应。特别是，使用具有离子传输能力的无机颗粒可以通过增加电化学装置中的离子传导性来改善性能。因此，使用具有尽可能高的离子传导性的无机颗粒是优选的。此外，当无机颗粒具有较高的密度时，在涂覆过程中难以分散无机颗粒，而且也会不希望地增加电池的重量。因此，使用具有尽可能低的密度的无机颗粒是优选的。此外，具有高介电常数的无机材料有助于提高液体电解质中的电解质盐(如锂盐)的解离程度，从而改善电解质的离子传导性。
由于以上原因，无机颗粒可以是选自具有压电性的无机颗粒和具有锂离子传输能力的无机颗粒组成的组中的至少一类。
具有压电性的无机颗粒是指在正常压力下是一种非导体的材料，但在施加一定压力时，由于内部结构的变化而具有导电的特性。它们也是表现出高透电率特性的材料，其介电常数为100或更高。当对由无机颗粒组成的物体(如隔膜)施加张拉或压缩时，通过使例如隔膜的相对的两个表面中的一个表面带正电，另一个表面带负电，或者相反，具有压电性的无机颗粒还能在该相对的两个表面之间产生电势差。
当具有以上特性的无机颗粒用作涂层成分时，在两个电极因外部冲击(如被针状导体冲击)而发生内部短路的情况下，由于无机颗粒涂覆在隔膜上，正极和负极可能不会彼此直接接触。此外，由于无机颗粒的压电性，在颗粒内部可能出现电势差，这理想能导致两个电极之间的电子移动(即微小电流的流动)，这样就能够温和地降低电池的电压，从而提高安全性。
具有压电性的无机颗粒材料的实施例可以是选自由以下构成的组中的一种或多种：BaTiO3、Pb(Zr,Ti)O3(PZT)；那些由化学式Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT)、PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)表示的物质；和二氧化铪(HfO2)，但不限于这些材料。
具有锂离子传输能力的无机颗粒是指含有锂元素但不储存锂，而具有移动锂离子功能的无机颗粒。具有锂离子传输能力的无机颗粒由于颗粒结构中的一种缺陷，能够传输和移动锂离子。因此，电池中的锂离子传导能力可以得到改善，从而提高电池性能。
具有锂离子传输能力的无机颗粒材料的实施例可以是选自由以下构成的组中的一种或多种：磷酸锂(Li3PO4)；磷酸钛锂(用化学式LixTiy(PO4)3表示，其中0<x<2，0<y<3)；磷酸铝钛锂(用化学式LixAlyTiz(PO4)3表示，其中0<x<2,0<y<1,0<z<3)；用化学式(LiAlTiP)xOy(0<x<4，0<y<13)表示的系列玻璃；钛酸锂(用化学式LixLayTiO3表示，其中0<x<2,0<y<3)；硫代磷酸锗锂(用化学式LixGeyPzSw表示，其中0<x<4,0<y<1,0<z<1,0<w<5)；氮化锂(用化学式LixNy表示，其中0<x<4,0<y<2)；SiS2系列的玻璃(用化学式LixSiySz表示，其中0<x<3,0<y<2,0<z<4)；以及P2S5系列的玻璃(用化学式LixPySz表示，其中0<x<3，0<y<3，0<z<7)，但不限于这些材料。
作为隔膜涂层的成分的无机颗粒和粘合剂聚合物的组成比没有特别限制，但可以在10:90至99:1(重量百分比)的范围内调整，最好是在80:20至99:1(重量百分比)的范围内调整。当组成比小于10:90(重量百分比)时，聚合物的含量可能会变得过大，并且由于无机颗粒之间形成的空的空间减少，孔径和孔隙率可能会降低，最终导致电池性能的恶化。另一方面，当组成比超过99:1(重量百分比)时，聚合物的含量可能过小，并且由于无机材料之间的粘合力减弱，最终的有机/无机复合多孔隔膜的机械特性可能变差。
在一些布置中，可以使用本领域中常用的粘合剂聚合物作为粘合剂聚合物。
有机/无机复合多孔隔膜的涂层除了上述无机颗粒和粘合剂聚合物之外，还可以另外包括其它通常已知的添加剂。
在一些布置中，涂层可以称为活性层。
发明的实施方式
尽管已经通过具体示例性实施方式详细描述了本发明，但是根据本发明的电极组件不限于此。在本发明的技术精神内，本领域普通技术人员可以做出各种不同的实施。
1)实施例1
19个正极片、20个负极片和细长隔膜从相应的正极供应单元、负极供应单元和隔膜供应单元供应至堆叠台。
更具体地，正极和负极分别从正极片和负极片上切割下来后被供应，并且隔膜则以细长隔膜片的形式供应。此后，在如上所述，旋转堆叠台并堆叠正极、负极的同时，将供应的隔膜折叠。保持机构用于下压在堆叠台上的堆叠上并使堆叠稳定，从而产生包括39个电极的堆叠。
在制造堆叠后，通过在70℃的温度条件、1.91Mpa的压力条件下加热堆叠的同时用夹具夹持堆叠并按压15秒，来进行在一次热压操作。
在一次热压操作之后，进行二次热压操作，其中按压块被加热到70℃的温度(温度条件)，用加热的按压块对堆叠施加2.71MPa的压力(压力条件)10秒钟(按压时间)，从而产生实施例1的电极组件。
在制造电极组件的过程中，可以应用本发明的上述公开内容。
2)实施例2至12
实施例2至12的电极组件的制造方式与实施例1相同，只是二次热压操作是在下面实施例1中表1中所示的温度条件、压力条件和按压时间下进行的。即，实施例1至12的一次热压条件是相同的。
[表1]
3)比较例1至7
比较例1至7的电极组件的制造方式与实施例1相同，只是一次热压操作是在下面表2中示出的温度条件、压力条件和按压时间下进行的，并且没有进行二次热压操作。
[表2]
通过在与上述讨论的电极供应单元相同的条件下，用真空抽吸机构拾取每个电极组件，并且真空抽吸机构试图保持电极组件60秒，来测试在表1和表2的条件下制造的实施例1至12和比较例1至5的所有电极组件。在比较例1至5的所有电极组件中，观察到电极和隔膜在60秒之前就已分离。这意味着比较例1至5的电极组件在电极和隔膜之间的粘附不良，而根据本申请的电极组件(经受了一次和二次按压操作)具有良好的粘附状态，因此具有防止电极组件的任何展开和散开的优异效果。
在比较例6和7的情况下，虽然没有观察到电极和隔膜在60秒之前分离，但确认电极组件发生了损坏。这被认为是由于在2.54Mpa(即，高压)的压力条件下进行第一次按压。
4)实验例1——粘合力的评估
通过拆卸(即，将其层分离)实施例1至12和比较例6和7的电极组件(其中在先前的测试中在60秒之前没有观察到电极和隔膜分离)，然后分析分离的层，测量堆叠S的上端、下端和中间处的表面之间的粘合力。具体地，测量位于堆叠的最下端的负极和隔膜之间的粘合力。另外，测量位于堆叠的最上端的负极和隔膜之间的粘合力。最后，测量位于沿堆叠的堆叠方向的中间位置处的负极和隔膜之间的粘合力。
在每个分离的电极组件中，被采样的负极和隔膜的宽度为55mm，长度为20mm。被采样的样品粘附至载玻片，电极定位在载玻片的粘合表面上。之后，将具有样品的载玻片安装至粘合力测量装置，并根据上文讨论的ASTM-D6862中规定的测试方法，以100毫米/分钟的速度进行90°剥离测试。忽略任何初始的显著波动后，在从电极剥离隔膜时，测量对每个样品宽度所施加的力值(单位：克/毫米)。
结果示出在下表3中。
[表3]
在比较例6和7的情况下，如上所述，真空抽吸在2.54Mpa的压力条件下进行，从而确认电极组件可能发生损坏。此外，参考表3的结果，粘合力的偏差显著大于15gf/20mm。这是指取决于位置，电极组件的性能可能不均匀。
另一方面，在实施例1至12的情况下，确认粘合力的偏差小于15gf/20mm，这并不显著。即，确认了实施例1至12的电极组件具有均匀的性能。
5)实验例2——透气率的评估
在实施例1至12中，对实施例1、6和12的电极组件的透气率进行了评估，其中这些电极组件仅在二次按压的温度条件上有所不同。
具体地，在收集了实施例1、6和12的电极组件中的隔膜后，切割隔膜以制备尺寸为5cm×5cm(宽度×长度)的隔膜样品。之后，用丙酮清洗隔膜样品。
根据日本工业标准的JIS Gurley测量方法，使用东洋精机制造的Gurley型密度计(No.158)，在室温和0.05Mpa的压力条件下，通过测量100ml(或100cc)空气穿过1平方英寸的隔膜所需的时间，来测量实施例1、6和12的透气率。
结果在表4中示出。
[表4]
从表4的结果来看，当根据本发明的二次热压操作的条件得到满足时，确认了对应于每个位置的透气率小于120秒/100毫升，但是它们具有用作电极组件的适当的透气率水平。另外确认，每个位置之间的透气率偏差也小于20秒/100毫升，这被认为基本均匀。即，再次确认根据本发明的制造方法制造的电极组件具有均匀的性能。
注意，在温度条件为70℃的情况下，实施例1的透气率偏差是最小的。
通过以上实验例，确认了根据本发明的电极组件具有适当且均匀的透气率和粘合力。
Claims (17)
1.一种制造电极组件的方法，所述方法包括以下步骤：
组装电极堆叠，所述电极堆叠包括沿着堆叠轴线堆叠的多个电极，每个电极之间定位有相应的隔膜部分；
在组装所述电极堆叠之后，对所述电极堆叠进行一次热压操作，所述一次热压操作包括将所述电极堆叠与夹具接合以固定所述电极堆叠的位置，然后在所述夹具与所述电极堆叠接合的同时，向所述电极堆叠施加热和压力；以及
在所述一次热压操作之后，对所述电极堆叠进行二次热压操作，所述二次热压操作包括使所述夹具与所述电极堆叠脱离，然后向所述电极堆叠施加热和压力，
其中，所述二次热压操作包括在50℃至90℃的温度条件下并在1Mpa至6Mpa的压力条件下，向所述电极堆叠施加热和压力持续5秒至60秒的时间段。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述隔膜部分是细长隔膜片的一部分，并且其中，组装电极堆叠的步骤包括在所述细长隔膜片上交替地堆叠所述多个电极中的第一电极和所述多个电极中的第二电极，其中，所述细长隔膜片顺序地折叠在所述第一电极和所述第二电极中的先前堆叠的电极上，然后堆叠所述第一电极和所述第二电极中的后续电极。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，组装电极堆叠的步骤包括以下步骤：
(1)将所述细长隔膜片定位在堆叠台上；
(2)在所述细长隔膜片的上表面上堆叠所述第一电极中的一个第一电极；
(3)旋转所述堆叠台，同时用所述细长隔膜片覆盖所述一个第一电极的上表面；以及
(4)在所述细长隔膜片的覆盖所述一个第一电极的所述上表面的部分上堆叠所述第二电极中的一个第二电极，
其中，重复上述步骤(1)至(4)一次或多次。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述电极堆叠借助保持机构固定到所述堆叠台。
5.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括使用相机来检查所述第一电极或者所述第二电极的堆叠。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述一次热压操作和所述二次热压操作两者中向所述电极堆叠施加压力的步骤包括：
使按压块沿着所述堆叠轴线推进并与所述电极堆叠接合。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，加热所述按压块以将热传递到所述电极堆叠。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一次热压操作包括在65℃至90℃的温度条件下并在1Mpa至3Mpa的压力条件下将热和压力施加到所述电极堆叠持续10秒至30秒的时间段。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，组装电极堆叠的步骤包括绕所述电极堆叠的外周缠绕细长隔膜片。
10.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：在组装电极堆叠的步骤之前，加热所述电极和所述隔膜部分中的至少一者。
11.一种用于制造电极组件的设备，所述电极组件包括电极堆叠，所述电极堆叠具有沿着堆叠轴线堆叠的多个第一电极和第二电极，在所述第一电极和所述第二电极中的每一者之间定位有相应的隔膜，所述设备包括：
按压单元，所述按压单元用于通过向所述电极堆叠施加热和压力来将所述电极堆叠内的所述电极和所述隔膜部分结合在一起；以及
夹具，所述夹具用于接合所述电极堆叠以在热和压力由所述按压单元施加到所述电极堆叠时固定所述电极堆叠的位置，
其中，所述夹具和所述按压单元配置成使得在所述夹具与所述电极堆叠接合时以及在所述夹具脱离所述电极堆叠时，所述按压单元能向所述电极堆叠施加热和压力。
12.根据权利要求11所述的设备，所述设备还包括：
堆叠台，所述堆叠台用于支撑所述电极堆叠；
隔膜供应单元，所述隔膜供应单元用于将所述隔膜供应到所述堆叠台；
第一电极供应单元，所述第一电极供应单元用于将所述第一电极供应到所述堆叠台；
第二电极供应单元，所述第二电极供应单元用于将所述第二电极供应到所述堆叠台；
第一电极堆叠单元，所述第一电极堆叠单元用于将从所述第一电极供应单元供应的所述第一电极移动到所述堆叠台；以及
第二电极堆叠单元，所述第二电极堆叠单元用于将从所述第二电极供应单元供应的所述第二电极移动到所述堆叠台。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述第一电极供应单元包括第一电极安置台，所述第一电极在借助所述第一电极堆叠单元堆叠在所述堆叠台上之前安置在所述第一电极安置台上，并且
所述第二电极供应单元包括第二电极安置台，所述第二电极在借助所述第二电极堆叠单元堆叠在所述堆叠台上之前安置在所述第二电极安置台上。
14.根据权利要求12所述的设备，其中，所述第一电极堆叠单元包括用于通过真空抽吸拾取所述第一电极的第一抽吸头，并且
所述第二电极堆叠单元包括用于通过真空抽吸拾取所述第二电极的第二抽吸头。
15.根据权利要求12所述的设备，所述设备还包括：
旋转单元，所述旋转单元用于在第一位置和第二位置之间旋转所述堆叠台，所述第一位置朝向所述第一电极堆叠单元，用于从所述第一电极堆叠单元接收所述第一电极，所述第二位置朝向所述第二电极堆叠单元，用于从所述第二电极堆叠单元接收所述第二电极。
16.根据权利要求11所述的设备，其中，所述夹具配置成沿着所述堆叠轴线在所述电极堆叠的上表面上施加向下的压力，以便相对于所述按压单元固定所述电极堆叠的位置。
17.根据权利要求11所述的设备，其中，所述按压单元还包括按压块和用于加热所述按压块的按压加热器，并且
其中，所述按压块配置成沿着所述电极堆叠的所述堆叠轴线推进，以向所述电极堆叠施加热和压力。
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