CN117441249A - 防止隔膜折叠的电极组件制造设备和使用该电极组件制造设备制造的电极组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电极组件制造设备，包括:第一隔膜供应单元，配置成从第一隔膜卷中供应第一隔膜片；第一电极供应单元，配置成切割从第一电极卷中抽出的第一电极并供应第一单元电极；第二隔膜供应单元，配置成从第二隔膜卷中供应第二隔膜片；抗皱单元，配置成保持第一隔膜片和第二隔膜片以向第一隔膜片和第二隔膜片施加张力；表面处理单元，配置成在第一隔膜片和第二隔膜片的每个上形成精细压花图案；层压单元，配置为对第一隔膜片、第一单元电极和第二隔膜片施加热量和压力以将它们彼此附接；以及切割单元，配置成切割第一隔膜片和第二隔膜片，其中在制造电极组件的过程中防止了隔膜起皱，从而可以防止缺陷电极组件的产生。

Description

防止隔膜折叠的电极组件制造设备和使用该电极组件制造设 备制造的电极组件

技术领域

本申请要求2022年5月20日提交的韩国专利申请第2022-0061860号的优先权，通过引用将该韩国专利申请的全文并入本申请。

本发明涉及一种能够防止隔膜折叠的电极组件制造设备和使用该电极组件制造设备制造的电极组件。更具体地说，本发明涉及一种，能够在隔膜片被拉紧的状态下在待切割的隔膜片的一部分上形成精细压花图案，从而防止隔膜折叠的电极组件制造设备，及使用该电极组件制造设备制造的电极组件。

背景技术

可再充电并且具有高能量密度的锂二次电池作为一种具有环保特性的新能源备受关注，不仅因为锂二次电池可以大幅减少化石燃料的使用，而且锂二次电池在能源的使用时不会产生副产品。

锂二次电池作为用于具有高输出、高能量密度的设备的能源备受关注，如电动汽车以及可穿戴设备或便携式设备。

锂二次电池可以由配置成具有单元结构的电池单元构成，在这种单元结构中，由在隔膜设置在正极和负极之间的状态下堆叠的正极和负极构成的电极组件与电解液一起被容纳在电池壳体中。

电极组件包括：半电池，所述半电池配置成具有一个电极和两个隔膜在电极设置在隔膜之间的状态下堆叠的结构；以及单电池，所述单电池配置成具有不同极性的两个电极在隔膜设置在每个电极的一侧的状态下堆叠的结构。

为了制造半电池或单电池，将两个隔膜和电极布置成在堆叠方向上完全重叠，并执行对隔膜和电极施加热量和压力以便将它们彼此粘合的层压工序。

一般来说，为了确保不同极性之间的绝缘，隔膜设计成具有比电极更大的面积，并且在用于制造电极组件的转移工序中，隔膜可能被折叠或起皱，从而可能制造出有缺陷的电极组件。如果使用有缺陷的电极组件制造电池，则具有不同极性的电极之间可能发生短路。

因此，已经进行了各种尝试，以防止隔膜折叠并尽量减少有缺陷的电极组件的发生。

专利文献1涉及一种电极组件制造设备，所述电极组件制造设备在电极在所需位置处对准的状态下执行连接工序。在电极插入接头之前的阶段，通过夹持器将电极固定就位，并通过导辊将对准的电极转移到接头上，从而可以防止电极的失准和台阶的发生。

然而，专利文献1并未公开防止隔膜折叠的技术。

专利文献2涉及一种补偿电极弯曲的电极组件制造方法和电极组件制造设备，其中电极组件制造方法包括在X轴方向(即电极的前进方向)和Y轴方向(即电极的宽度方向)上转移电极和隔膜的弯曲校正工序，以便于通过视觉传感器测量电极的中心位置，并在电极组件制造过程中移动电极和隔膜的位置，从而补偿位置偏差。

专利文献2公开了一种在连接电极和隔膜的连接工序之前对准电极和隔膜的位置的方法和设备；然而，专利文件2并未公开解决诸如在电极组件转移过程中隔膜折叠等问题的技术。

因此，需要一种能够在制造电极组件的过程中防止堆叠在电极上的隔膜折叠从而防止在层压过程中制造出有缺陷的电极组件的技术。

(现有技术文献)

(专利文献1)韩国专利申请公告第2017-0114351号(2017.10.16)

(专利文献2)韩国专利申请公告第2021-0058170号(2021.05.24)

发明内容

【技术问题】

鉴于上述问题做出了本发明，本发明的目的是提供一种能够在电极组件的隔膜既不起皱也不折叠的状态下进行层压，从而防止电极组件的缺陷的电极组件制造方法，还涉及一种使用该电极组件制造方法制造的电极组件。

【技术方案】

根据本发明的实现上述目的的电极组件制造设备包括:第一隔膜供应单元，配置成从第一隔膜卷中供应第一隔膜片；第一电极供应单元，配置成切割从第一电极卷中抽出的第一电极并供应第一单元电极；第二隔膜供应单元，配置成从第二隔膜卷中供应第二隔膜片；抗皱单元，配置成保持第一隔膜片和第二隔膜片以向第一隔膜片和第二隔膜片施加张力；表面处理单元，配置成在第一隔膜片和第二隔膜片的每个上形成精细压花图案；层压单元，配置为对第一隔膜片、第一单元电极和第二隔膜片施加热量和压力以将它们彼此附接；以及切割单元，配置成切割第一隔膜片和第二隔膜片。

电极组件制造设备还可以包括第二电极供应单元，配置成切割从第二电极卷抽出的第二电极并供应第二单元电极，其中层压单元可以对第一隔膜片、第二单元电极、第二隔膜片和第二单元电极施加压力以将它们彼此附接。

表面处理单元可位于抗皱单元中。

表面处理单元可设置在抗皱单元的后端处。

抗皱单元可以包括：一对第一夹持器，配置成保持平行于前进方向的第一隔膜片的相对端；以及一对第二夹持器，配置成保持平行于前进方向的第二隔膜片的相对端。

所述一对第一夹持器和所述一对第二夹持器可分别拉第一隔膜片和第二隔膜片的相对端，使得第一隔膜片和第二隔膜片被拉紧。

第一夹持器和第二夹持器每个可以配置成具有多个单元夹持器设置在循环式转移线上的结构，循环式转移线可以以与第一隔膜片和第二隔膜片每个的转移速度相同的速度转移多个单元夹持器。

多个单元夹持器可以是可移动的，以便单独靠近第一隔膜片和第二隔膜片，或单独远离第一隔膜片和第二隔膜片。

表面处理单元可包括处理第一隔膜片的表面的第一表面处理单元和处理第二隔膜片的表面的第二表面处理单元，第一表面处理单元和第二表面处理单元均可以包括下模和上冲头，上冲头上可形成有精细突起。

表面处理单元可以在待切割的第一隔膜片和第二隔膜片的每个的一部分上形成精细压花图案。

在第一隔膜片与第二隔膜片设置为堆叠的状态下，第一隔膜片上形成的精细压花图案与第二隔膜片上形成的精细压花图案可设置为相互重叠。

本发明提供了一种使用电极组件制造设备制造的电极组件，其中第一隔膜和第二隔膜每个的外边缘都包括超过第一单元电极的外边缘延伸的多余部分，在第一隔膜和第二隔膜每个的多余部分上形成精细压花图案。

电极组件可以是配置成具有第一隔膜、第一单元电极和第二隔膜依次堆叠的结构的半电池，或者配置成具有第一隔膜、第一单元电极、第二隔膜和第二单元电极依次堆叠的结构的单电池。

此外，本发明可以提供上述结构的各种组合。

【有益效果】

从上面的描述可以明显地看出，在本发明中，层压可以在隔膜片被拉紧的状态下进行。

此外，在隔膜片上形成了精细压花图案，从而可以防止彼此重叠设置的两个隔膜片之间的滑动。

附图说明

图1是根据本发明的电极组件制造设备的示意图。

图2是示出根据本发明的抗皱单元保持隔膜片的状态的平面视图。

图3是图2的透视图。

图4是根据本发明的抗皱单元的侧视图。

图5是根据本发明的抗皱单元的正视图。

图6是上面形成精细压花图案的隔膜片的平面视图。

图7是表面处理单元的透视图。

具体实施方式

现在，将参考附图详细描述本发明的优选实施方式，以便本发明的优选实施方式可以由具有本发明所属领域普通技术的人员轻松实施。然而，在详细描述本发明的优选实施方式的操作原理时，当它们可能模糊本发明的主题时，将省略对这里纳入的已知功能和结构的详细描述。

此外，在所有附图中，对于具有相似功能或操作的部件，将使用相同的附图标记。在整个说明书中说到一个部件连接到另一个部件的情况下，不仅可以将一个部件直接连接到另一个部件，而且可以将一个部件通过又一个部件间接连接到另一个部件。此外，包括某一要素并不意味着排除其他要素，而是意味着除非另有说明，否则可以进一步包括这些要素。

此外，通过限制或添加来体现要素的描述可以适用于所有的发明，除非特别加以限制，并且不限制某一特定的发明。

此外，在本发明的描述和本申请的权利要求书中，除非另有提及，单数形式旨在包括复数形式。

此外，在本发明和本申请权利要求书的描述中，“或”包括“和”，除非另有提及。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、包括A和B的情况。

以下，将参考附图详细描述本发明的实施方式。

图1是根据本发明的电极组件制造设备的示意图。

参考图1,根据本发明的电极组件制造设备包括：第一隔膜供应单元100，配置成从第一隔膜卷供应第一隔膜片110；第一电极供应单元200，配置成切割从第一电极卷抽出的第一电极210并供应第一单元电极211；第二隔膜供应单元300，配置成从第二隔膜卷供应第二隔膜片310；抗皱单元500，配置成保持第一隔膜片110和第二隔膜片310以便于向第一隔膜片110和第二隔膜片310施加张力；表面处理单元600，配置成在第一隔膜片110和第二隔膜片310每个上形成精细压花图案；层压单元700，配置成向第一隔膜片110、第一单元电极211和第二隔膜片310施加热量和压力以便于彼此附接；切割单元800，配置成切割第一隔膜片110和第二隔膜片310。

分别从第一隔膜供应单元100、第一电极供应单元200和第二隔膜供应单元300供应的第一隔膜片210、第一单元电极211和第二隔膜片310可以热粘合，并且第一隔膜片110和第二隔膜片310可以通过切割单元800切割，从而可以制造半电池型电极组件。

此外，根据本发明的电极组件制造设备还可以包括第二电极供应单元400，配置成切割从第二电极卷抽出的第二电极410并供应第二单元电极411。层压单元700可以对第一隔膜片110、第二单元电极211、第二隔膜片310和第二单元电极411施加压力，以便彼此附接，从而可以制造单电池型电极组件。

即，在本发明中，提供抗皱单元500是为了在制造包括至少两个隔膜片的电极组件时，防止隔膜片折叠或起皱。

此外，为了增加两个或更多个彼此面对的隔膜片之间的摩擦力，从而防止在转移过程中隔膜片的滑动，还包括表面处理单元600，所述表面处理单元600配置为在彼此面对的隔膜片的每个表面上形成精细压花图案。

为了防止第一隔膜片110和第二隔膜片310中的每个起皱，抗皱单元500拉动第一隔膜片110和第二隔膜片310中的每个的外边缘，使得第一隔膜片和第二隔膜片中的每个被拉紧。

抗皱单元500设置在层压单元700的前端处，从而可以在由隔膜片和电极组成的堆叠进入层压单元700之前防止隔膜片起皱。因此，当层压单元700对由隔膜片和电极构成的堆叠施加热量和压力时，电极和隔膜片可以在平坦的状态下彼此附接。

当使用根据本发明的电极组件制造设备时，如上所述，可以防止隔膜折叠或起皱，因此可以解决由于隔膜附着不良而导致不同极性的电极之间发生接触的问题。

在具体实施方式中，当表面处理单元600位于抗皱单元500中时，可以在第一隔膜片110和第二隔膜片310各自被拉紧的状态下，在第一隔膜片110和第二隔膜片310各自的外表面上进行形成精细压花图案的工序。

替代性地，表面处理单元600可设置在抗皱单元500的后端处。当由抗皱单元500拉紧的第一隔膜片110和第二隔膜片310移动到表面处理单元600时，表面处理单元600可在第一隔膜片110和第二隔膜片310每个上形成精细压花图案。

图2是示出根据本发明的抗皱单元保持隔膜片的状态的平面视图，图3是图2的透视图，图4是根据本发明的抗皱单元的侧视图。图2和3示出了一个隔膜片和配置成保持该一个隔膜片的抗皱单元；然而，该一个隔膜片包括第一隔膜片110和第二隔膜片310。因此，参考图2和3给出的第一隔膜片110的描述同样适用于第二隔膜片。

此外，图2至4仅示出配置成保持第一隔膜片的第一夹持器510；然而，配置成保持第一隔膜片110的第一夹持器510的以下描述可以同样适用于配置为保持第二隔膜片310的第二夹持器。

参考图2至4，根据本发明的抗皱单元500包括：一对第一夹持器510，配置为保持平行于前进方向A的第一隔膜片110的两端；以及一对第二夹持器，配置成保持平行于前进方向A的第二隔膜片的两端。

虽然第二夹持器未在图中显示，但第二隔膜片和配置成保持第二隔膜片的第二夹持器可以设置在第一隔膜片110和配置为保持第一隔膜片的第一夹持器510的上方。

第一单元电极211沿前进方向A按规则间隔设置在第一隔膜片110的上表面上。超过每个第一单元电极211的两端延伸的多余部分位于平行于前进方向A的第一隔膜片110的两端，并且第一夹持器510保持多余部分。

因此，可以防止第一单元电极211被配置成保持第一隔膜片110的第一夹持器510损坏。

第一夹持器510和第二夹持器分别拉第一隔膜片110和第二隔膜片310的两端，使得第一隔膜片110和第二隔膜片310被拉紧。即，所述一对第一夹持器510将第一隔膜片110沿二者之间的距离增加的方向拉动，使得第一隔膜片110被拉紧。

图2至4示出了16对第一夹持器510沿第一隔膜片110的前进方向A设置在循环式转移线520上的结构；然而，设置在循环式转移线520上的第一夹持器对的数量不限于此。

在平行于前进方向A的第一隔膜片110的每端上均设有循环式转移线520，在每条循环式转移线520上按规则间隔设置有多个单元夹持器511。

循环式转移线520转移多个单元夹持器511，同时以与第一隔膜片110和第二隔膜片310的转移速度相同的速度移动。

图5是根据本发明的抗皱单元的正视图。

参考图5，多个单元夹持器511中的每个都可以包括上单元和下单元。上单元的一端和下单元的一端可以在彼此耦接的状态下作为一种旋转轴，并且上单元的另一端和下单元的另一端可以围绕旋转轴进行变形，从而重复打开状态和关闭状态。

具体而言，多个单元夹持器511可以在上单元和下单元打开的状态下沿着循环式转移线520移动，如图5的上部所示。当多个单元夹持器到达第一隔膜片110时，多个单元夹持器可以变形成闭合状态，以便保持平行于前进方向A的第一隔膜片110的两端，从而对第一隔膜片110施加拉力即张力，如图5的下部所示。

当多个单元夹持器511沿循环式转移线520移动时拉动隔膜片的过程完成时，多个单元夹持器释放第一隔膜片110并变形成图5上部所示的形状。

另外，当多个单元夹持器511沿循环式转移线520移动时靠近隔膜片时，多个单元夹持器向隔膜片靠近，由单元夹持器的打开状态变为单元夹持器的关闭状态，以保持隔膜片外围的多余部分。随后，隔膜片被拉动，使得隔膜片的两端之间的距离增加，以便将隔膜片拉紧。当隔膜片的拉动过程完成时，单元夹持器的闭合状态可以变为单元夹持器的打开状态，单元夹持器可以移动到离隔膜片更远的地方。

即，为了使用多个单元夹持器拉紧连续移动的所有隔膜片，多个单元夹持器511可靠近或远离隔膜片。

图6是上面形成有精细压花图案的隔膜片的平面视图，图7是表面处理单元的透视图。

图6示出了一个隔膜片和按规则间隔设置在隔膜片上的电极；然而，图6所示的隔膜片包括第一隔膜片和第二隔膜片。

图7示出了两种表面处理单元，其中表面处理单元包括配置成处理第一隔膜片的表面的第一表面处理单元和配置成处理第二隔膜片的表面的第二表面处理单元，图7所示的表面处理单元可作为第一表面处理单元和第二表面处理单元应用。

参考图6和7，第一表面处理单元和第二表面处理单元的每个包括下模620和上冲头610，其中上冲头610的下表面上形成有精细突起611。

只要在按压隔膜片时能在隔膜片的表面上形成精细压花图案，那么精细突起611的形状就没有特别的限制。例如，精细突起可以形成诸如直线形状、弯曲形状、半球形、圆柱形和棱柱形等各种形状中的任何一种形状，并且可以形成于上冲头的下表面的全部或部分上。

同时，下模620的上表面621是平坦的。因此，可以在上面形成有精细突起611的上冲头按压下的第一隔膜片110的上表面上形成精细压花图案601，而在面向下模的第一隔膜片的下表面上不能形成精细压花图案，即第一隔膜片的下表面可以是平坦的。

在第一隔膜片110和第二隔膜片设置为堆叠的状态下，可以将在第一隔膜片110上形成的精细压花图案601和在第二隔膜片上形成的精细压花图案601设置为彼此重叠。

此外，第一隔膜片110和第二隔膜片310的通过表面处理单元在上面分别形成有精细压花图案601的部分可以是切割的第一隔膜片和第二隔膜片的部分。当压花图案601形成为使得压花图案601的中间设置在切割线630上时，切割的第一隔膜111(图1)和切割的第二隔膜311(图1)在第一隔膜片110和第二隔膜片310被切割时，由于精细压花图案601产生的摩擦力，可以保持彼此附接。

使用电极组件制造设备制造的电极组件可以是半电池，所述半电池配置为具有第一隔膜、第一单元电极和第二隔膜依次堆叠的结构，或者是单电池，所述单电池配置为具有第一隔膜、第一单元电极、第二隔膜和第二单元电极依次堆叠的结构。第一单元电极和第二单元电极可以分别为正极和负极，或者分别为负极和正极。

在电极组件中，第一隔膜和第二隔膜每个的外边缘可包括超过第一单元电极的外边缘延伸的多余部分，在第一隔膜和第二隔膜每个的多余部分上可形成有精细压花图案。即，在第一隔膜和第二隔膜的外边缘之间，在第一隔膜和第二隔膜的相互平行的相对侧外边缘上，可以形成精细压花图案，并且可以通过在多余部分上形成的精细压花图案来增加隔膜之间的摩擦。

因此，在转移电极组件的过程中，在堆叠电极组件的部件的过程中，以及为了在电池壳体中容纳电极组件和制造电池单元而注入电解溶液的过程中，可以防止隔膜的多余部分被折叠。

本发明所属领域的技术人员将认识到，基于上述描述，在本发明的范畴内可以进行各种应用和修改。

(附图标记说明)

100:第一隔膜供应单元

110:第一隔膜片

111：第一隔膜

200:第一电极供应单元

210:第一电极

211:第一单元电极

300:第二隔膜供应单元

310:第二隔膜片

311：第二隔膜

400:第二电极供应单元

410：第二电极

411:第二单元电极

500：抗皱单元

510：第一夹持器

520：转移线

600:表面处理单元

601：精细压花图案

610：上冲头

611：精细突起

620：下模

621：上表面

630：切割线

700：层压单元

800：切割单元

Claims (13)

1.一种电极组件制造设备，包括:

第一隔膜供应单元，配置成从第一隔膜卷中供应第一隔膜片；

第一电极供应单元，配置成切割从第一电极卷中抽出的第一电极并供应第一单元电极；

第二隔膜供应单元，配置成从第二隔膜卷中供应第二隔膜片；

抗皱单元，配置成保持所述第一隔膜片和所述第二隔膜片以向所述第一隔膜片和所述第二隔膜片施加张力；

表面处理单元，配置成在所述第一隔膜片和所述第二隔膜片的每个上形成精细压花图案；

层压单元，配置为对所述第一隔膜片、所述第一单元电极和所述第二隔膜片施加热量和压力以将它们彼此附接；以及

切割单元，配置成切割所述第一隔膜片和所述第二隔膜片。

2.根据权利要求1所述的电极组件制造设备，还包括：

第二电极供应单元，配置成切割从第二电极卷抽出的第二电极并供应第二单元电极，

其中所述层压单元对所述第一隔膜片、所述第二单元电极、所述第二隔膜片和所述第二单元电极施加压力，以便彼此附接。

3.根据权利要求1所述的电极组件制造设备，其中所述表面处理单元位于所述抗皱单元中。

4.根据权利要求1所述的电极组件制造设备，其中所述表面处理单元设置在所述抗皱单元的后端处。

5.根据权利要求1所述的电极组件制造设备，其中所述抗皱单元包括：

一对第一夹持器，配置成保持平行于前进方向的所述第一隔膜片的相对端；以及

一对第二夹持器，配置成保持平行于前进方向的所述第二隔膜片的相对端。

6.根据权利要求5所述的电极组件制造设备，其中所述一对第一夹持器和所述一对第二夹持器分别拉所述第一隔膜片和所述第二隔膜片的相对端，使得所述第一隔膜片和所述第二隔膜片被拉紧。

7.根据权利要求5所述的电极组件制造设备，其中：

所述第一夹持器和所述第二夹持器每个配置成具有多个单元夹持器设置在循环式转移线上的结构，以及

循环式转移线以与所述第一隔膜片和第二隔膜片每个的转移速度相同的速度转移多个单元夹持器。

8.根据权利要求7所述的电极组件制造设备，其中所述多个单元夹持器是可移动的，以便单独靠近所述第一隔膜片和所述第二隔膜片，或单独远离所述第一隔膜片和所述第二隔膜片。

9.根据权利要求1所述的电极组件制造设备，其中：

所述表面处理单元包括配置为处理所述第一隔膜片的表面的第一表面处理单元和处理所述第二隔膜片的表面的第二表面处理单元，

所述第一表面处理单元和所述第二表面处理单元每个包括下模和上冲头，以及

上冲头上形成有精细突起。

10.根据权利要求1所述的电极组件制造设备，其中所述表面处理单元在待切割的第一隔膜片和第二隔膜片的每个的一部分上形成所述精细压花图案。

11.根据权利要求10所述的电极组件制造设备，其中在所述第一隔膜片与所述第二隔膜片设置为堆叠的状态下，所述第一隔膜片上形成的精细压花图案与所述第二隔膜片上形成的精细压花图案设置为彼此重叠。

12.一种使用根据权利要求1至11中任一项所述的电极组件制造设备制造的电极组件，其中：

第一隔膜和第二隔膜每个的外边缘包括超过第一单元电极的外边缘延伸的多余部分，以及

在所述第一隔膜和所述第二隔膜每个的多余部分上形成有精细压花图案。

13.根据权利要求12所述的电极组件，其中所述电极组件是配置成具有第一隔膜、第一单元电极和第二隔膜依次堆叠的结构的半电池，或者配置成具有第一隔膜、第一单元电极、第二隔膜和第二单元电极依次堆叠的结构的单电池。