ES3057551T3 - Mandrel for manufacturing electrode assembly of cylindrical secondary battery - Google Patents

Mandrel for manufacturing electrode assembly of cylindrical secondary battery

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ES3057551T3 ES21854490T ES21854490T ES3057551T3 ES 3057551 T3 ES3057551 T3 ES 3057551T3 ES 21854490 T ES21854490 T ES 21854490T ES 21854490 T ES21854490 T ES 21854490T ES 3057551 T3 ES3057551 T3 ES 3057551T3
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Young Tae Kim
Yu Shik Hong
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Abstract

La presente invención se refiere a un mandril para la fabricación de un conjunto de electrodos. Este mandril minimiza la deformación incluso con un diámetro inferior al habitual en los mandriles utilizados en procesos de bobinado para la fabricación de un conjunto de electrodos de una batería secundaria cilíndrica. El mandril comprende: un primer elemento de mandril de sección transversal semicircular y longitud predeterminada; y un segundo elemento de mandril que, al unirse a tope con el primero, forma una forma cilíndrica con este, y que presenta secciones irregulares que permiten el acoplamiento de protuberancias y rebajes a lo largo de la superficie unida al primer elemento de mandril. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Mandril para la fabricación de conjunto de electrodos de batería secundaria cilíndrica
[0003] Campo técnico
[0004] La presente solicitud reivindica la prioridad y el beneficio de la solicitud de patente coreana n.º 10-2020-0097211 presentada ante la Oficina de propiedad intelectual de Corea el 4 de agosto de 2020.
[0005] La presente invención se refiere a un mandril para fabricar un conjunto de electrodos, que puede deformarse mínimamente cuando se utiliza para un proceso de enrollado en el momento de fabricar un conjunto de electrodos para una batería secundaria cilíndrica.
[0006] Antecedentes de la técnica
[0007] En general, un conjunto de electrodos para una batería secundaria cilíndrica se fabrica en forma de rollo de gelatina mediante el enrollado en torno a un mandril.
[0008] Específicamente, durante un proceso de fabricación de un conjunto de electrodos de tipo rollo de gelatina, se ajusta un mandril en un extremo de una pila de electrodos positivos, separadores y electrodos negativos, y el conjunto de electrodos se fabrica mediante enrollado de la pila en una forma cilíndrica en torno al mandril, y seguidamente se retira el mandril del conjunto de electrodos.
[0009] En la técnica relacionada, la solicitud de patente coreana publicada n.º 10-2009-0037552 (publicada el 16 de abril de 2009) describe un mandril para fabricar un conjunto de electrodos para una batería secundaria.
[0010] Específicamente, en referencia a la FIG.1, un mandril 10 para la fabricación de un conjunto de electrodos del estado de la técnica presenta una forma cilíndrica, ya que un par de primer y segundo elementos de mandril 11 y 12, cada uno de los cuales presenta una circunferencia semicircular, están acoplados uno frente al otro. Además, un separador dispuesto en un extremo de una pila de tipo láminas está intercalado entre las superficies de unión del primer y segundo elementos del mandril 11 y 12.
[0011] Una cara del mandril 10 que incluye el primer y segundo elemento de mandril 11 y 12 está acoplada a un elemento de soporte 20, y un centro de cola (contrapunto) 30 está dispuesto en la misma línea horizontal que la otra cara del mandril 10. Un conjunto de electrodos de tipo rollo de gelatina 1 está enrollado en torno a una circunferencia externa del mandril 10 estructurado tal como se ha descrito anteriormente.
[0012] Después de finalizar la fabricación del conjunto de electrodos 1, el conjunto de electrodos 1 se separa fácilmente del mandril 10 a medida que el primer y segundo elementos del mandril 11 y 12 se mueven secuencialmente hacia atrás en una dirección longitudinal mediante la operación de un actuador (no ilustrado).
[0013] Por otro lado, la capacidad de una batería puede incrementarse a medida que disminuye el diámetro del mandril 10 para fabricar el conjunto de electrodos 1. Sin embargo, al reducirse el diámetro del mandril 10, se deterioran las propiedades mecánicas y se incrementa la ratio de deformación del mandril 10.
[0014] Por ejemplo, la ratio de deformación del mandril se incrementa adicionalmente cuando se utiliza un mandril de calibre pequeño, que presenta un diámetro de 3,0 mm menor que el diámetro de 3,4 mm del mandril 10 del estado de la técnica. Por este motivo, hay un problema en que el mandril puede resultar dañado por colisión con el centro de cola (contrapunto) antes de que el centro de cola (contrapunto) sea insertado en el mandril a medida que el mandril se mueve hacia adelante.
[0015] Además, el primer y segundo elementos de mandril 11 y 12 del mandril 10 del estado de la técnica, que presentan una estructura simétrica, pueden diseñarse de manera asimétrica para evitar la deformación del mandril 10.
[0016] Sin embargo, debido a que el mandril de calibre pequeño está muy deformado, resulta difícil minimizar la deformación del mandril que presenta la estructura asimétrica del estado de la técnica. De acuerdo con lo anterior, resulta necesario mejorar la forma del mandril de calibre pequeño.
[0017] Exposición
[0018] Problema técnico
[0019] La presente invención se ha llevado a cabo en un esfuerzo por resolver los problemas mencionados anteriormente, y un objetivo de la presente invención es proporcionar un mandril para la fabricación de un conjunto de electrodos, que pueda deformarse mínimamente a pesar de que se utilice un mandril de calibre menor que el de un mandril del estado de la técnica para un proceso de enrollado durante la fabricación de un conjunto de electrodos para una batería secundaria cilíndrica.
[0020] Solución técnica
[0021] Para conseguir el objetivo mencionado anteriormente, un mandril para fabricar un conjunto de electrodos para una batería secundaria cilíndrica según la presente invención incluye: un primer elemento de mandril que presenta una sección transversal semicircular y una longitud predeterminada, y un segundo elemento de mandril configurado para definir una forma cilíndrica mediante el acoplamiento con el primer elemento de mandril estando orientado frente al primer elemento de mandril, en donde se proporciona una parte cóncava-convexa en las superficies de unión del primer y segundo elemento de mandril e incluye un saliente y una ranura formadas en una dirección longitudinal para que encajen entre sí.
[0022] En este caso, dos caras opuestas en la dirección longitudinal de cada uno del primer y segundo elemento del mandril pueden estar formados de manera asimétrica.
[0023] Además, las superficies de unión del primer y segundo elemento de mandril pueden estar inclinadas de 0 a 1° en la dirección longitudinal.
[0024] Además, la parte cóncava-convexa puede formarse sobre la superficie de unión restante, excepto en una sección en la que se intercala un extremo de una pila que constituye el conjunto del electrodo.
[0025] Además, se pueden formar una o más partes cóncavo-convexas.
[0026] Además, el saliente y la ranura pueden presentar, cada una, una sección transversal cuadrangular.
[0027] Además, la anchura y la altura del saliente pueden ser de 50 % o menos del diámetro del mandril.
[0028] Además, el borde del saliente puede ser redondeado en 0,01 a 0,5 mm.
[0029] Además, dos superficies opuestas en la dirección de la anchura del saliente pueden estar inclinadas entre 80º y 100° con respecto a la superficie de unión.
[0030] Efectos ventajosos
[0031] De acuerdo con el mandril para la fabricación de un conjunto de electrodos para una batería secundaria cilíndrica según la presente invención descrita anteriormente, el saliente o salientes y la ranura o ranuras se forman en las superficies de unión del primer y segundo elementos del mandril de manera que encajen entre sí. Por lo tanto, es posible minimizar la deformación del mandril, aunque se utilice un mandril con un calibre menor que el calibre del mandril del estado de la técnica para el proceso de enrollado durante la fabricación del conjunto de electrodos para una batería secundaria cilíndrica.
[0032] Descripción de los dibujos
[0033] (a) de la FIG.1 y (b) de la FIG.1 son vistas que ilustran un mandril para fabricar un conjunto de electrodos del estado de la técnica.
[0034] La FIG.2 es una vista en perspectiva de despiece del mandril para fabricar un conjunto de electrodos según la presente invención.
[0035] La FIG.3 es una vista en planta de sección transversal del mandril para la fabricación de un conjunto de electrodos según la presente invención.
[0036] La FIG. 4 es una vista frontal del mandril para la fabricación de un conjunto de electrodos según la presente invención.
[0037] La FIG.5 es una vista de una sección transversal tomada a lo largo de la línea I-I’ en la FIG.3.
[0038] La FIG.6 es una vista que ilustra diversos ejemplos y ejemplos comparativos de partes cóncavas-convexas según la presente invención.
[0039] Descripción de los números de referencia principales de los dibujos
[0040] 1: conjunto de electrodos 20: elemento de soporte
[0041] 30: centro de cola (contrapunto) 100: mandril para fabricar un conjunto de electrodos
[0042] 110: primer elemento de mandril 120: segundo elemento de mandril
[0043] 130: parte cóncava-convexa 131: saliente
[0044] 133: ranura
[0045] Modo de la invención
[0046] A continuación, se describirán en detalle las configuraciones y operaciones de realizaciones específicas de la presente invención en referencia a los dibujos adjuntos.
[0047] Al asignar números de referencia a los elementos constitutivos de los dibujos respectivos, debe señalarse que elementos constitutivos iguales se designan mediante números de referencia iguales, si es posible, aunque los elementos constitutivos estén ilustrados en dibujos diferentes.
[0048] La FIG. 2 es una vista en perspectiva de despiece de un mandril para fabricar un conjunto de electrodos según la presente invención, y la FIG. 3 es una vista en planta de sección transversal del mandril para la fabricación de un conjunto de electrodos según la presente invención.
[0049] En referencia a la FIG.2, un mandril 100 para fabricar un conjunto de electrodos según una realización de ejemplo de la presente invención puede incluir: un primer elemento de mandril 110 que presenta una sección transversal semicircular y una longitud predeterminada, y un segundo elemento de mandril 120 configurado para definir una forma cilíndrica mediante acoplamiento al primer elemento de mandril 110 mientras se encuentra enfrentado al primer elemento de mandril 110. Se proporciona una parte cóncava-convexa 130 en las superficies de unión del primer y segundo elementos de mandril 110 y 120 e incluye salientes 131 y ranuras 133 formadas en dirección longitudinal para que se acoplen entre sí.
[0050] La configuración de la presente invención se describirá específicamente después.
[0051] En primer lugar, el mandril 100 para fabricar un conjunto de electrodos según la presente invención puede presentar una forma cilíndrica, ya que el par de primer y segundo elementos de mandril 110 y 120, cada uno de los cuales presenta una circunferencia semicircular, se acopla para que estén enfrentados entre sí.
[0052] En referencia a las FIG.3, una cara del mandril 100 que incluye el primer y segundo elementos de mandril 110 y 120 puede estar acoplada a un elemento de soporte 20, y un centro de cola (contrapunto) 30 (ver la FIG.1) puede estar dispuesto en la misma línea horizontal que la otra cara del mandril 100.
[0053] Un extremo (separador) de una pila de tipo láminas puede intercalarse entre las superficies de unión del primer y segundo elementos de mandril 110 y 120 del mandril 100 estructurado tal como se ha descrito anteriormente. Además, puede formarse un conjunto de electrodos 1 mediante enrollado en forma de rollo de gelatina en torno a la circunferencia exterior del mandril 100.
[0054] Después de finalizar la fabricación del conjunto de electrodos 1, el conjunto de electrodos 1 puede separarse fácilmente del mandril 10 a medida que el primer y segundo elementos de mandril 110 y 120 se desplacen secuencialmente hacia atrás en una dirección longitudinal mediante la operación de un actuador (no ilustrado).
[0055] En referencia a la FIG.4, dos caras opuestas en la dirección longitudinal del primer y segundo elementos de mandril 110 y 120 pueden presentar una estructura asimétrica para reducir la ratio de deformación del mandril 100. Específicamente, las superficies de unión del primer y segundo elementos de mandril 110 y 120 pueden estar inclinadas de 0º a 1° a lo largo de las dos caras opuestas en la dirección longitudinal.
[0056] Es decir, el volumen de un elemento de mandril comparativamente grande del primer y segundo elementos de mandril 110 y 120 puede ser de 50 % a 60 %, y el volumen de un elemento de mandril comparativamente pequeño del primer y segundo elementos de mandril 110 y 120 puede ser de 40 % a 50 %. Si el volumen del elemento de mandril pequeño es de 40 % o inferior, la ratio de deformación del elemento de mandril pequeño puede incrementarse.
[0057] En referencia a la FIG.5, la parte cóncavo-convexa 130 incluye salientes 131 y ranuras 133 formadas en la dirección longitudinal en las superficies de unión del primer y segundo elementos de mandril 110 y 120 de manera que se acoplen entre sí. Los salientes 131 y ranuras 133, que constituyen la parte cóncava-convexa 130, pueden presentar, cada una, una sección transversal cuadrangular.
[0058] En este caso, dos superficies opuestas en una dirección de la anchura del saliente que sobresale 131 pueden estar inclinadas entre 80º y 100° con respecto a la superficie de unión. Es decir, si el ángulo de cada una de las dos superficies opuestas en la dirección de la anchura del saliente 131 es inferior a 80° o superior a 100°, la ratio de deformación del mandril 100 puede incrementarse.
[0059] Además, la anchura y la altura del saliente 131 pueden ser iguales o inferiores a 50 % del diámetro del mandril 100. Es decir, si la anchura y la altura del saliente 131 son iguales o superiores a 50 % del diámetro del mandril 100, existe el riesgo de que el saliente 131 pueda deformarse y que el separador intercalado entre las superficies de unión pueda resultar dañado.
[0060] Además, el borde del saliente 131 puede estar redondeado entre 0,01 y 0,5 mm. Además, una parte del borde interno del saliente 131 correspondiente a la ranura 133 acoplada al saliente 131 también puede estar redondeada. Es decir, si el redondeado del borde del saliente 131 es inferior a 0,01 mm, el separador podría resultar dañado. Por el contrario, si el redondeado del borde del saliente 131 es superior a 0,5 mm, podría incrementarse la ratio de deformación del mandril 100.
[0061] La parte cóncavo-convexa 130 estructurada tal como se ha descrito anteriormente puede formarse en las superficies de unión restantes, excepto en las secciones en las que se intercala el separador, que es el extremo de la pila que constituye el conjunto del electrodo 1 (ver la FIG.3). Es decir, si la parte cóncava-convexa 130 se forma en todas las superficies de unión del mandril 100, existe el riesgo de que el separador pueda quedar atrapado o resultar dañado por el primer y segundo elementos de mandril 110 y 120 cuando el primer y segundo elementos de mandril 110 y 120 se mueven hacia adelante y hacia atrás para separar el conjunto de electrodos 1 respecto del mandril 100.
[0062] Además, se pueden formar una o más partes cóncavo-convexas 130. En particular, pueden disponerse por lo menos dos partes cóncavas-convexas 130 de manera que se encuentren separadas unas de otras lado a lado.
[0063] Ejemplos
[0064] Tal como en los Ejemplos 1 a 3 ilustrados en (a) de la FIG.6, la parte cóncavo-convexa 130 formada en las superficies de unión del mandril 100 que presenta un diámetro (mm) de Φ3,0 puede presentar diversas estructuras.
[0065] Específicamente, en el Ejemplo 1, el saliente único 131 y la ranura única 133 están formadas en las superficies de unión del primer y segundo elementos de mandril 110 y 120 de manera que se correspondan entre sí. En este caso, el ángulo del saliente 131 es de 90°, y el redondeado R de borde del saliente 131 es de 0,1 mm.
[0066] En el Ejemplo 2, los salientes 131 y las ranuras 133 están formadas en dos filas en las superficies de unión del primer y segundo elementos de mandril 110 y 120 para que se correspondan entre sí. En este caso, la anchura de cada uno de saliente 131 y ranura 133 en el Ejemplo 2 es más pequeña en aproximadamente 50 % que en el Ejemplo 1. Además, el ángulo del saliente 131 es de 90° y el radio de redondeado R del borde del saliente 131 es de 0,05 mm.
[0067] En el Ejemplo 3, el saliente 131 y la ranura 133 están formados en posiciones opuestas a las posiciones del saliente 131 y la ranura 133 en el Ejemplo 1. En este caso, el ángulo del saliente 131 es de 90°, y el redondeado R de borde del saliente 131 es de 0,1 mm.
[0068] Ejemplos comparativos
[0069] Los Ejemplos comparativos 1 a 3 ilustrados en (b) de la FIG.6 muestran que no se proporciona ninguna parte cóncavaconvexa 130 según la presente invención.
[0070] Específicamente, el Ejemplo comparativo 1 presenta una estructura en la que la parte cóncava-convexa 130 descrita en el Ejemplo 1 se ha omitido de la superficie de unión del mandril 100'.
[0071] En el Ejemplo comparativo 2, el ángulo de cada una de las dos caras opuestas de la superficie de unión del mandril 100' es de 60° con respecto a una línea vertical imaginaria en el dibujo, y el redondeado R de un borde que sobresale hacia arriba desde la superficie de unión es de 0,1 mm.
[0072] En el Ejemplo comparativo 3, la superficie de unión del mandril 100' está curvada en forma de S, y el redondeado R de borde que sobresale hacia arriba o hacia abajo de la superficie de unión es de 1 mm.
[0073] Resultados de los ensayos
[0075] La Tabla 1, a continuación, muestra los resultados en relación con las velocidades de deformación de los mandriles 100 y 100' formados en las formas de los Ejemplos 1 a 3 y los Ejemplos comparativos 1 a 3.
[0076] [Tabla 1]
[0079]
[0080] De acuerdo con los resultados de ensayo mostrados en la Tabla 1 respecto a la deformación de los mandriles, se puede observar que la deformación del mandril 100 que presenta la parte cóncava-convexa 130 según los Ejemplos 1 a 3 es menor que la deformación del mandril 100' según los Ejemplos comparativos 1 a 3.
[0081] En particular, se puede observar que, entre los Ejemplos 1 a 3, la deformación del mandril 100 en el Ejemplo 2, que presenta los dos salientes 131 formados uno al lado del otro en el primer elemento de mandril 110, es de 0,083 mm y, por lo tanto, menor que la deformación de los mandriles en los Ejemplos 1 y 3.
[0082] De acuerdo con el mandril 100 para la fabricación de un conjunto de electrodos para una batería secundaria cilíndrica según la presente invención descrita anteriormente, el saliente o salientes 131 y la ranura o ranuras 133 se forman en las superficies de unión del primer y segundo elementos de mandril 110 y 120 de manera para que encajen entre sí. Por lo tanto, resulta posible minimizar la deformación del mandril, aunque se utilice un mandril con un calibre (Φ3,0) menor que el calibre del mandril 10 del estado de la técnica para el proceso de enrollado durante la fabricación del conjunto de electrodos 1 para una batería secundaria cilíndrica.
[0083] Aunque la presente invención ha sido ilustrada y descrita en referencia a realizaciones específicas particulares, la presente invención no se encuentra limitada a las realizaciones, y se pueden llevar a cabo diversas alteraciones y modificaciones sin apartarse de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (9)

1. REIVINDICACIONES
1. Mandril (100) para fabricar un conjunto de electrodos, en donde el mandril (100) comprende:
un primer elemento de mandril (110) que presenta una sección transversal semicircular y una longitud predeterminada, y
un segundo elemento de mandril (120) configurado para definir una forma cilíndrica mediante acoplamiento con el primer elemento de mandril (110) estando enfrentado al primer elemento de mandril (110),
en el que hay una parte cóncavo-convexa (130) en las superficies de unión del primer y segundo elementos de mandril (110, 120) y comprende un saliente (131) y una ranura (133) formados en dirección longitudinal de manera que encajen entre sí, caracterizado porque
la parte cóncavo-convexa (130) está formada en la superficie de unión restante, excepto en una sección en la que está interpuesto un extremo de una pila que constituye el conjunto de electrodos.
2. Mandril (100) para fabricar un conjunto de electrodos según la reivindicación 1, en el que dos caras opuestas en la dirección longitudinal de cada uno del primer y segundo elementos de mandril (110, 120) están formadas de manera asimétrica.
3. Mandril (100) para fabricar un conjunto de electrodos según la reivindicación 2, en el que las superficies de unión del primer y segundo elementos de mandril (110, 120) están inclinadas de 0º a 1° en la dirección longitudinal.
4. Mandril (100) para fabricar un conjunto de electrodos según la reivindicación 1, en el que está formada una parte cóncava-convexa (130).
5. Mandril (100) para fabricar un conjunto de electrodos según la reivindicación 1, en el que está formada más de una parte cóncava-convexa (130).
6. Mandril (100) para fabricar un conjunto de electrodos según la reivindicación 1, en el que el saliente (131) y la ranura (133) presentan, cada una, una sección transversal cuadrangular.
7. Mandril (100) para fabricar un conjunto de electrodos según la reivindicación 6, en el que la anchura y la altura del saliente (131) son 50 % o menos del diámetro del mandril (100).
8. Mandril (100) para fabricar un conjunto de electrodos según la reivindicación 6, en el que el borde del saliente (131) está redondeado entre 0,01 y 0,5 mm.
9. Mandril (100) para la fabricación de un conjunto de electrodos según la reivindicación 6, en el que dos superficies opuestas en la dirección de la anchura del saliente (131) están inclinadas entre 80º y 100° con respecto a la superficie de unión.
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