TWI436515B - 電池製備方法及以其所製備之電池 - Google Patents

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Sung Min Hwang
Jihoon Cho
Tae Yoon Jung
Changmin Han
Hyun-Sook Baik
Jeong Sam Son
Jae Hoon Yoo
Su Taek Jung
Hyeong Kim
Sung Hyun Kim
Ki Hun Song
Sang Hyuck Park
Han Sung Lee
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Description

電池製備方法及以其所製備之電池
本發明係關於一種電池製備方法,尤指一種適用於製備電池之方法,該電池包含一電極組及一提供於一電池殼體中之電解質,該電池殼體係由一層疊板組成,該層疊板具有一樹脂層及一金屬層,其中該電池製備方法包括:(a)將該電極組組設於該電池殼體內,將該電池殼體周圍,除了一端部以外皆以熱融合及密封;(b)自該未密封之端部將該電解質引入,接著以熱融合密封該未密封之端部;(c)將該電池充電及放電以活化該電池;(d)刺穿該未密封部份至該端部內以形成一貫穿孔,且該貫穿孔係連通該電池殼體之內部;以及(e)當供應真空壓力時,將該電池殼體之頂面及底面之未密封部份以互相相反之方向拉動,以打開該電池殼體,以移除活化所產生之氣體及過多之電解質。
隨著行動裝置技術的快速發展,以及對行動裝置需求與日俱增,對於作為電源的電池的需求亦大幅提昇。據此,為滿足大量需求,電池已被進行廣泛的研究。
就典型的電池結構而言,如角狀(angled)二次電池及袋型(pouch type)二次電池之需求相當高,因其厚度較薄且可應用於如行動電話(亦稱為「手機」)等用品上。而就原物料而言,如鋰離子電池、鋰離子高分子電池等之鋰二次電 池,其具有高能量密度、高放電電壓及/或輸出穩定度等優點,而被廣泛的使用。
另外,可根據電極組(具有陰極/分離膜/陽極結構)的結構作為二次電池分類之依據,例如:一膠卷(捲繞型)(jelly-roll(winding type))電極組,其具有一捲繞陰極及陽極之結構,且該陰極及陽極之間設置有一分離膜;一堆疊(層疊型)(stack(laminate type))電極組,其具有複數個以預設尺寸切割且依序堆疊之陰極及陽極,且該陰極及陽極之間係設有分離膜;一堆疊/摺疊(stack/folding)電極組,其具有一捲繞雙極電池(bi-cell)或全電池(full cell)之結構,且該具有預設尺寸之陰極及陽極之間設置有一分離膜等。
袋型電池之結構係在鋁層疊板中組設一堆疊型或一堆疊/摺疊型電極組。近年來,由於袋型電池製造成本低、輕量、形狀易變化等,使得袋型電池受到重視且使用率也逐漸增加。
圖1係習知袋型電池之一般結構之爆炸透視圖。
如圖1所示,一袋型電池10包含一電極組30、由電極組30延伸之電極片40與50、焊接於電極片40與50的電極端60與70、以及一用以容置電極組30之電池殼體20。
該電極組30係為一種電能產生元件,其包含依序疊合的陰極及陽極,且陰極及陽極之間係設置有分離膜。該電極組30可具有一堆疊型或堆疊/折疊型結構。該電極片40與50可由其所對應之電極組30的電極板所延伸。該電極端60與70係由電極板所延伸,且透過如焊接之方式分別和複數 個電極片40與50電性連接。此外,絕緣膜80可部份貼覆於電極端60與70之上、下表面,用以改善電池殼20與電極端60與70間的密封度,以確保電池殼體20及電極端60與70之電絕緣特性。
該電池殼體20可具有一空間以容置該電極組30,且該電池殼體20係一袋型結構。如圖1所示,該電極組30係為一層疊型電極組,以使複數個陰極片40及複數個陽極片50得以與電極端60與70結合,該電池殼20內部上端與電極組30間具有一預設距離。
為了製造一電池,包含上述袋型電池之二次電池,在電池的製造過程中,大多經過充電-放電以活化該電池,而活化所產生之氣體則須移除;此步驟可被稱為一「脫氣(degassing)」步驟。
然而,上述習知袋型電池之製造過程存在一些問題:脫氣步驟需要長時間以移除氣體,其中係切斷密封端使氣體被放出,此將增加製造成本;且該氣體及過多的電解質並未完全被移除,此導致熱聚合密封之步驟失敗。
據此,目前亟需能夠解決上述習知問題之技術。
因此,本發明係以解決上述習知問題,及克服此技術領域之技術限制。
更具體地,本發明之一目的係提供一種電池製備方法以改善品質及產率,該方法包括:在經由充電-放電活化該電池之後,刺穿該未密封部份至該端部內以形成一貫穿孔,且該貫穿孔係連通該電池殼體之內部;且當供應真空壓力時,拉動該電池殼體之頂面及底面之未密封部份,以打開該電池殼體,以移除活化所產生之氣體及過多之電解質。
本發明之另一目的係提供一種簡單步驟之電池製備方法,其可確保如上述之產率及品質。
為了達到上述目的,本發明提供了一種電池製備方法,該電池包含一電極組及一提供於一電池殼體中之電解質,該電池殼體係由一層疊板組成,該層疊板具有一樹脂層及一金屬層,其中該電池製備方法包括:(a)將該電極組組設於該電池殼體內,將該電池殼體周圍,除了一端部以外皆以熱融合及密封;(b)自該未密封之端部將該電解質引入,接著以熱融合密封該未密封之端部;(c)將該電池充電及放電以活化該電池;(d)刺穿該未密封部份至該端部內以形成一貫穿孔,且該貫穿孔係連通該電池殼體之內部;以及(e)當供應真空壓力時,將該電池殼體之頂面及底面之未密封部份以互相相反之方向拉動,以打開該電池殼體,以移除活化所產生之氣體及過多之電解質。
因此,與任何習知電池之製備方法相比,本發明之電池之製備方法包含有刺穿該未密封部份至該端部內以形成
一貫穿孔之步驟,且該貫穿孔係連通該電池殼體之內部;及當供應真空壓力時,將該電池殼體之頂面及底面之未密封部份以互相相反之方向拉動之步驟,以打開該電池殼體,以移除活化所產生之氣體及過多之電解質。
由於氣體及過多之電解質在真空下係完全被移除,因此可改善該電池之品質,如安全性及電池之使用壽命,而其係藉由熱融合密封之部分具高結合能力(bonding ability)所達成。
例如,鋰二次電池可包含:如包括LiCoO2 之鋰過渡金屬氧化物之陰極活性材料,及包括碳材料之陽極活性材料;且該電池可在陽極和陰極間插入一聚烯烴類(polyolefin-based)之多孔性分離膜,及其中使用一含鋰鹽(如LiPF6 )之非水性電解質。當該電池被充電時,陰極活性材料中的鋰離子係放電,並進入陽極之碳層。反之,在放電過程中,在陽極碳層中的鋰離子係放電,並進入陰極活性材料。就此而言,該非水性電解質之功能係作為陽極和陰極間之鋰離子移動之媒介。基本上,此鋰二次電池於電池之電壓控制範圍內係穩定的,且傳遞離子之速度相當快。
此外,在連續充電及放電過程中,該電解質係在陽極活性材料之表面上被分解,因此產生氣體;而在充電及放電過程初期,陽極活性材料之表面上形成一SEI膜以抑制再度產生氣體。據此,用以活化該電池之步驟(c)係在完成電池之末期之前,必定需要形成SEI膜。
根據本發明,該層疊板具有一層疊結構,其包括一外樹脂層、一用以阻擋空氣與濕氣之阻障金屬層、及一熱融合之內樹脂層。
外樹脂層可對外部環境有良好抵抗性,因此需要一定程度以上的張力強度及耐候性。為此,用於外塗佈層之聚合物樹脂,可使用包含有具較佳張力強度與耐候性之聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate(PEN))、聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate(PET))或取向尼龍(oriented nylon)。
此外,外塗佈層之材質可為聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)及/或其外表面係具有苯二甲酸乙二酯層(PET)。
與聚對苯二甲酸乙二酯(PET)相比,聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)即使厚度很薄,仍具有優秀的張力強度以及耐候性,因此適合作為外部塗佈層。
內樹脂層的聚樹脂可為具有熱融合特性(熱黏結特性)、對電解質之低吸性低之聚合物樹脂,以防止電解質溶液滲入其中,且減少因電解質溶液而膨脹或沉積。較佳地,該聚合物樹脂可包括一非延展(non-stretched)之氯化聚丙烯(polypropylene)薄膜(CPP)。
於較佳的實施例中,本發明之該層疊板的外塗佈層厚度可為5至40μ m,阻障層的厚度可為20至150μ m,且內密封層的厚度可為10至50μ m。當層疊板各層的厚度過小時,材料的阻障效能以及張力的改善會無法達成;而另一方 面,當厚度過大時,則會產生生產性惡化以及厚度增加等缺點。
該電極組並無特別限制,僅該結構為連接複數個電極片以構成一陰極和一陽極。較佳為,可使用一捲繞型、一堆疊型、及/或一堆疊/摺疊型之結構。例如,具有如上述之堆疊/摺疊型結構之電極組,已被詳述於先前案例:韓國公開號2001-0082058、2001-0082059及2001-0082060,並且其內容完全併入本發明中,以供參酌。
該電池殼體可具有不同的形狀,較佳地,以平面方式觀察時中係為矩形。藉此,該電池殼體的端部可為一端緣(edge side)。
於此情況下,上述端緣之寬度可比其他端緣之寬度大20至300%,且上述端緣之底端可由活化之熱融合密封。
舉例而言,若上述端緣之寬度小於其他端緣之每一寬度之20%,上述端緣的空間不足以收集所需的氣體量。反之,若上述端緣之寬度大於其他端緣之每一寬度之300%,端緣的範圍增加,造成製程成本增加。因此,就經濟方面而言,前述情形不適合使用。
於較佳的實施例中,真空壓力係於將該電池殼體之頂面及底面朝向彼此拉動時提供,即藉由一吸引裝置以相反方向拉動,以簡單地藉由吸引裝置將電池內的氣體放出,其中該吸引裝置因真空壓力而提升吸引力。
更具體地,在該吸引裝置於真空下吸引該電池殼體之頂面及底面且頂面及底面間的空間開啟以確保一排放路徑 (「出口」)之後,該氣體及電解質可經由真空吸引而被排出。
例如,該吸引裝置可包括一第一吸引墊及一第二吸引墊,其中該第一吸引墊係與該電池殼體之頂面接觸,且該第二吸引墊係與該電池殼體之底面接觸。
於此情況下,每一第一吸引墊及第二吸引墊可具有一結構,其包括一附著部及一中空部,其中該附著部係與該電池殼體之外側接觸,且該中空部係與該附著部連接;每一第一吸引墊及第二吸引墊係與形成於該電池殼體之未密封部份之一貫穿孔連通,並供應真空壓力。
本發明也可作為一種加速電池活化以快速於未密封部分收集氣體之方法。
例如,此加速步驟可為:將該電池加熱以於步驟(c)至(e)之至少一個步驟中增加該電解質之溫度,而提升流動性。
換言之,在電解質之黏度下降時,提供該電池熱能可活化氣體的移動性,以加速該氣體及該電解質順利的排出。
若上述之加熱電池的步驟係包含於步驟(c)中,加熱可能會影響該電池之充電-放電過程。因此,較佳在步驟(d)和(e)之其中一個加入該加熱電池的運用。
於此情況下,該加熱運用之溫度可介於40至80℃之範圍,例如,若該溫度少於40℃,該電池的活化無法進行所需的充電-放電過程;若該溫度高於80℃,該電池會過度活化(hyperactive),且可能會引起電池爆炸,故不適當。
於較佳的實施例中,步驟(c)至(e)之至少一個步驟中,可供應超音波震盪於該電池。
然而,若該超音波震盪之運用係包含於步驟(c)中以活化該電池,可能會影響電池的充電-放電過程。因此,較佳在步驟(d)和(e)之其中一個加入該超音波震盪的運用。
於此情況下,超音波的頻率可介於約15 kHz至100 kHz之範圍內。
並且,根據本發明之電池製備方法,在上述步驟(e)之後可更包括步驟:將該未密封部份之內側透過熱融合密封,接著將其餘部分(外部)切斷。
此外,本發明可提供一種由上述方法所製備之電池。
該電池可為一鋰二次電池。鋰二次電池可包含一陰極、一陽極、一分隔膜、及一含鋰鹽之非水性電解質。
製造該陰極例如可藉由以下方式製備:混合一陰極混合物於一溶劑(如NMP)中以調配一漿料,接著塗佈漿料至一陰極電流收集器,並乾燥該混合物。
該陰極混合物除了包含一陰極活性材料,可選擇性包含一導電材料、一黏結劑、及一填充劑等。
陰極活性材料係作為可造成電化學反應的物質,其係鋰過渡金屬氧化物(包括二個以上之過渡金屬),其例子可包括,但不限於:層狀化合物,如經一個或以上之過渡金屬取代之鋰鈷氧化物(LiCoO2 )或鋰鎳氧化物(LiNiO2 );經一個以上之過渡金屬取代之鋰錳氧化物;鋰鎳氧化物,且係由式LiNi1-y My O2 (其中,M=Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、 B、Cr、Zn、或Ga,該鋰鎳氧化物包含此些元素之一個以上,且0.01y0.7)所表示;鋰鎳鈷錳複合氧化物,且係由式Li1+z Nib Mnc Co1-(b+c+d) Md O(2-e) Ae 所表示(其中,-0.5z0.5,0.1b0.8,0.1c0.8,0d0.2,0e0.2,b+c+d<1,M=Al、Mg、Cr、Ti、Si、或Y,A=F、P、或Cl),如Li1+z Ni1/3 Co1/3 Mn1/3 O2 或Li1+z Ni0.4 Mn0.4 Co0.2 O2 ;以及烯烴類(olefin-based)鋰金屬磷酸化物,且係由式Li1+x M1-y M’y PO4-z Xz (其中,M=過渡金屬,較佳為Fe、Mn、Co、或Ni,M’=Al、Mg、或Ti,X=F、S、或N,-0.5x+0.5,0y0.5,以及0z0.1)所表示。
以該包含有陰極活性材料混合之總重量為基準,該導電材料一般的添加量為1至30重量百分比。只要導電材料具有適當的導電性,且不會造成對電池不利之化學改變,皆可用於本發明中。導電材料之例子可包含:石墨(如天然石墨或人造石墨);碳黑(如,碳黑、乙炔黑、科琴黑(Ketjen black)、槽黑(channel black)、爐黑(furnace black)、燈黑(lamp black)、以及熱黑(thermal black));導電纖維,例如碳纖維及金屬纖維;金屬粉末,例如氟化碳粉末、鋁粉末、以及鎳粉末;導電鬚,如氧化鋅及鈦酸鉀;導電金屬氧化物,例如氧化鈦;導電物質如聚亞苯基衍生物(polyphenylene derivatives);以及相似物。
上述黏結劑可幫助將電極活性材料與導電材料組合且與集流器黏結。黏結劑一般的添加量為1至30重量百分比,此係以該包含有陰極活性材料之混合物的總重量為基準計 算。黏結劑的例子可包括:聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、羧甲基纖維素(carboxymethylcellulose(CMC))、澱粉(starch)、羥丙基纖維素(hydroxypropylcellulose)、再生纖維素(regenerated cellulose)、聚乙烯四氫咯酮(polyvinylpyrrolidone)、四氟乙烯(tetrafluoroethylene)、聚乙烯(polyethylene)、聚丙烯(polypropylene)、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(ethylene propylene diene terpolymer(EPDM))、磺化EPDM(sulfonated EPDM)、苯乙烯丁二烯橡膠(styrene butadiene rubbers)、氟橡膠(fluoro rubber)、及各種共聚物。
填充劑係一補充成分,選擇性用以抑制陰極膨漲。任何填充劑皆可使用,無特殊限制,只要是包含纖維性材料且在電池生產過程中不會造成對電池不利的化學改變即可。填充劑的例子可包括:烯烴(olefin)聚合物,如聚乙烯、及聚丙烯等;以及纖維材料,如玻璃纖維、及碳纖維等。
上述陰極集流器一般之厚度係為3至500μ m。在此,任何陰極集流器皆可使用,無特殊限制,只要其具有適當的導電性,且在電池生產過程中不會造成對電池不利的化學改變即可。陰極集流器之例子可包括:不鏽鋼、鋁、鎳、鈦、燒結碳、以及表面以碳、鎳、鈦、或銀等處理的鋁或不鏽鋼。集流器表面可具有微細的不規則物,以加強對電極活性材料的黏著度。此外,集流器可以各種形式呈現,包括薄膜、片狀、箔狀、網狀、孔洞結構、泡沫狀、以及不織布狀等。
例如,陽極可透過以下方式製作:將含陽極活性材料之陽極混合物塗佈至一陽極集流器,並接著乾燥;其中,該陽極混合物可選擇性包含上述成份,即一導電材料、一黏結劑、及一填充劑等。
陽極活性材料的例子可包括:碳與石墨材料,如天然石墨、人造石墨、膨漲石墨(expanded graphite)、碳纖維、非石墨化碳(通常係指硬碳(hard carbon))、碳黑、奈米碳管、碳60(fullerene)、活性碳;可與鋰合金化之金屬,如Al、Si、Sn、Ag、Bi、Mg、Zn、In、Ge、Pb、Pd、Pt、及Ti等以及含有此些元素之化合物;碳與石墨材料與金屬的複合物、及其化合物;含鋰氮化物。其中,較佳為碳基活性材料、矽基活性材料、錫基活性材料、或矽碳基活性材料。該些材料可單獨使用或互相組合使用。
陽極集流器一般之厚度係為3至500μm。在此,任何陽極集流器皆可使用,無特殊限制,只要其具有適當的導電性,且不會造成對電池不利的化學改變即可。陽極集流器之例子包括:銅、不鏽鋼、鋁、鎳、鈦、燒結碳、以及表面以碳、鎳、鈦、或銀處理的銅或不鏽鋼、以及鋁鎘合金等。與陰極集流器相似,陽極集流器的表面可具有微細的不規則物,以加強對電極活性材料的黏著度。此外,集流器可以各種形式呈現,包括薄膜、片狀、箔狀、網狀、孔洞結構、泡沫狀、以及不織布狀等。
本發明之分離膜係配置於陰極及陽極之間。關於分離膜,可使用具有高離子穿透性以及優異機械性質的絕緣薄 膜。一般,分離膜的孔洞大小為0.01至10 μm,厚度為5至300 μm。關於分離膜,可使用烯烴(olefin)聚合物(如聚丙烯)及/或玻璃纖維或聚乙烯所製得之板材或不織布,奇具有抗化學特性及疏水性。當使用包含聚合物之固態電解質在此作為電解質,固態電解質亦可同時作為分離膜以及電解質。
本發明所使用之該含鋰鹽之非水性電解質係包含非水性電解質與鋰鹽,非水性電解質的可為:非水性有機溶劑、有機固態電解質、無機固態電解質、及類似物。
該非水性有機溶劑可為非質子有機溶劑,包括:N-甲基吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidinone)、丙烯碳酸酯(propylene carbonate)、乙烯碳酸酯(ethylene carbonate)、丁烯碳酸酯(butylene carbonate)、二甲基碳酸酯(dimethyl carbonate)、二乙基烯碳酸酯(diethyl carbonate)、加馬丁內酯(gamma-butyrolactone)、1,2-二甲氧基已烷(1,2-dimethoxy ethane)、四羥基法蘭克(tetrahydroxy franc)、2-甲基四氫呋喃(2-methyl tetrahydrofuran)、二甲亞碸(dimethylsulfoxide)、1,3-二氧五環烷(1,3-dioxolane)、甲醯胺(formamide)、二甲基甲醯胺(dimethylformamide)、二氧戊環(dioxolane)、乙腈(acetonitrile)、硝基甲烷(nitromethane)、甲酸甲酯(methyl formate)、乙酸甲酯(methyl acetate)、磷酸三酯(phosphoric acid triester)、三甲氧基甲烷(trimethoxy methane)、二氧戊環衍生物、環丁碸(sulfolane)、甲基薩弗蘭(methyl sulfolane)、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(1,3-dimethyl-2-imidazolidinone)、丙烯碳酸酯衍 生物、四氫呋喃衍生物、醚類(ether)、丙酸甲酯(methyl propionate)、丙酸乙酯(ethyl propionate)、或其相似物等。
有機固態電解質的例子包括:聚乙烯衍生物、聚乙烯氧化物衍生物(polyethylene oxide derivatives)、聚丙烯氧化物衍生物(polypropylene oxide derivatives)、磷酸酯聚合物(phosphoric acid ester polymers)、聚擾動離胺酸(poly agitation lysine)、聚酯硫化物(polyester sulfide)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohols)、聚二氟亞乙烯(polyvinylidene fluoride)、含有離子解離基團的聚合物、或其相似物等。
無機固態電解質的例子包括:鋰之氮化物、鹵化物、以/或硫化物,例如Li3 N、LiI、Li5 NI2 、Li3 N-LiI-LiOH、LiSiO4 、LiSiO4 -LiI-LiOH、Li2 SiS3 、Li4 SiO4 、Li4 SiO4 -LiI-LiOH、及Li3 PO4 -Li2 S-SiS2 等。
鋰鹽係為可溶於上述非水性電解質的材料,其例子可包括:LiCl、LiBr、LiI、LiClO4 、LiBF4 、LiB10 Cl10 、LiPF6 、LiCF3 SO3 、LiCF3 CO2 、LiAsF6 、LiSbF6 、LiAlCl4 、CH3 SO3 Li、CF3 SO3 Li、(CF3 SO2 )2 NLi、鋰氯硼烷(chloroborane lithium)、短鏈脂肪族碳酸鋰(lower aliphatic carboxylic acid lithium)、四苯基硼酸鋰(lithium tetraphenyl borate)、亞胺(imide)、或其相似物等。
此外,為了提升充電/放電特性以及阻燃性。例如,可將砒啶(pyridine)、三乙基亞磷酸酯(triethylphosphite)、三乙醇胺(triethanolamine)、環醚類(cyclic ether)、乙二胺(ethylenediamine)、n-甘醇二甲醚(n-glyme)、六磷酸三醯胺 (hexaphosphoric triamide)、苯胺衍生物(nitrobenzene derivatives)、硫(sulfur)、醌亞胺染料(quinone imine dyes)、經氮取代之噁唑林酮(N-substituted oxazolidinone)、N,N-取代之咪唑啶(N,N-substituted imidazolidine)、乙烯乙二醇二烷基醚(ethylene glycol dialkyl ether)、銨鹽(ammonium salts)、吡咯(pyrrole)、2-甲氧基乙醇(2-methoxy ethanol)、三氯化鋁(aluminum trichloride)或相似物添加至非水性電解質中。為了具有耐燃性,該非水性電解質可視所需而更包括含鹵素溶劑,例如四氯化碳及三氟乙烯。此外,為了提升高溫儲存特性,非水性電解質可更包括二氧化碳氣體。
本發明所製備之二次電池可用於電池中作為小裝置的電力源、或是作為需要高溫穩定性、長循環特性、以及高速特性及相似性質之包含複數個電池(作為中型及/或大型裝置之電力源)的中型或大型電池模組的單位電池中的電力源。
中型或大型裝置較佳可包括,但不限於:電池驅動馬達的電源工具;電動車(EV)、複合動力車(HEV)、以及插電式複合動力車(PHEV)等電力車;電動腳踏車(E-bikes)、速克達(scooters)等電動兩輪車;電動高球車等。
本發明也可提供一種裝置,用以移除過多電解質、及電池製備方法中之活化步驟時所產生之氣體。
更具體地本發明裝置之結構可包括:一支持器,係用以組設一電池,且一電池殼之一端上形成有一貫穿孔且係以一方向突出; 一壓塊,用以加壓電池頂部,該電池係組設在該支持器上;一對密封塊,其係設於該支持器之一外側,以透過熱融合密封該電池殼體之端部;以及一對吸引墊,當供應真空壓力時,從該形成有該貫穿孔之電池殼之該端,以互相相反之方向拉動其頂面及底面,以打開該電池殼體,以移除過多之電解質及活化所產生之氣體。
據此,由於上述裝置包含一對吸引墊,當供應真空壓力時,可於形成有一貫穿孔之電池殼體之一端,以互相相反之方向拉動其頂面及底面,以打開該電池殼體,以快速且完全移除過多之電解質及活化所產生之氣體。
本發明裝置可藉由壓塊強力加壓該電池,以加速該氣體及該電解質順利的排出。
於本發明之較佳實施例中,該支持器內可裝設有一加熱器,以加熱該電池。
因此,該加熱器加熱該電池,可增加該氣體之動能,且同時該吸引墊可在真空下吸引該氣體,因此,上述裝置可有效減少移除氣體所需的時間。
根據本發明另一實施例,該支持器可設有一超音波震盪器,以供應超音波震盪於該電池。
據此,該超音波震盪器供應超音波震盪於該電池,可增加該氣體之動能,同時該吸引墊可在真空下吸引該氣體,因此,上述裝置可有效減少移除氣體所需的時間。
於此,本發明之一較佳實施例將配合參照圖式,加以詳述於下。然而,需注意的是,本發明之技術範疇與精神並不受到此些實施例之限制。
圖2至圖7分別係本發明之一較佳實施例之製備一電池之方法示意圖。
根據圖示,一電池之製備方法將於以下詳述之。
首先,如圖2所示,組設一電極組110於電池殼體130之接收部120,將該電池殼體130摺疊成一半。
接著,如圖3所示,電極組110組設於電池殼體130之接收部120,將該電池殼體130周圍,除了一端部150以外皆以熱融合及密封。
更具體地,設置於電池殼體130中之電極組110係與電極端112,114連接,電池殼體130係由層疊板組成且一側具有接收部120。再者,經由熱壓合,於四側中,除了另一側150維持未密封狀態以外,包含頂側之三側形成密封部140,其中頂側組設有電極端112,114。自該未密封部150將該電解質引入,如圖4所示,接著,未密封部150之端緣之底端162係以熱融合處理;再藉由充電及放電活化該電池100。
過多之電解質及活化所產生之氣體係收集至未密封部分150。
接著,如圖5所示,刺穿未密封部150至該端部內以形成一貫穿孔163,且該貫穿孔163係連通電池殼體130之內 部,當供應真空壓力時,將電池殼體130之頂面及底面之未密封部150以互相相反之方向拉動,以打開該電池殼體,使移除活化所產生之氣體及過多之電解質。
最後,如圖6和圖7所示,將鄰近電極組110之未密封部份之內側164透過熱融合密封,接著將其餘外部切斷以完成該電池110。
此外,參照圖3,於平面圖中電池殼體130可為一矩形結構,其中端緣150之寬度「W」係比其他端緣之每一寬度「W」大200%。
圖8至圖10分別係本發明之另一較佳實施例之氣體移除裝置之截面示意圖。
首先,同時參照圖8及圖5,該氣體移除裝置200係用以移除電池之過多電解質及活化所產生之氣體,該裝置包括:一支持器210、一對密封塊220、一吸引裝置230、及一與該吸引裝置230連接之真空吸引線232。
支持器210係設有電池100,且電池殼體130之端部150上形成有一貫穿孔163,端部150係以一方向突出;一對密封塊220係設於支持器210之外側,用以透過熱融合密封該電池殼體130之端部150。
當供應真空壓力時,吸引裝置230可將電池殼體130之頂面及底面之端部150以互相相反之方向拉動,以移除過多之電解質及活化步驟時所產生之氣體;其中端部150上形成有一貫穿孔163。
如圖9所示,除了該氣體移除裝置200a具有一壓塊240組設在該電池100頂部,用以加壓電池100頂部;以及一加熱器250設置於該支持器210內,用以加熱該電池100及增加該氣體之動能以外,氣體移除裝置200a係與圖8之氣體移除裝置200大致相同。因此,省略其詳述。此外,壓塊240也可以包含於圖8之裝置100及圖10之裝置200b中。
如圖10所示,除了該支持器210內設置有一超音波震盪器260,以供應超音波震盪於該電池100及增加該氣體之動能以外,氣體移除裝置200b係與圖8之氣體移除裝置200大致相同。因此,省略其詳述。
圖11係吸引裝置230之放大示意圖,吸引裝置230包括一第一吸引墊230a及一第二吸引墊230b,其中該第一吸引墊230a係與該電池殼體130之頂面接觸,且該第二吸引墊230b係與該電池殼體130之底面接觸。
於此,第一吸引墊230a及第二吸引墊230b分別具有一附著部234及中空部236,其中該附著部234係與該電池殼體130之外側接觸,且該中空部236係與該附著部234連接;第一吸引墊230a及第二吸引墊230b分別與該電池殼體130之未密封部份150中形成之貫穿孔163連通,並供應真空壓力。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已,本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準,而非僅限於上述實施例。
【產業利用性】
由上述裝置,本發明之電池製備方法包含:進行充電及放電以活化該電池;刺穿該未密封部份至該端部內以形成一貫穿孔,且該貫穿孔係連通該電池殼體之內部;以及在供應真空壓力時,將該電池殼體之頂面及底面之未密封部份以互相相反之方向拉動。因此,過多之電解質及活化所產生之氣體可以快速且完全被移除。
10‧‧‧袋型電池
20‧‧‧電池殼體
30‧‧‧電極組
40,50‧‧‧電極片
60,70‧‧‧電極端
80‧‧‧絕緣膜
164‧‧‧內側
W‧‧‧端緣150之寬度
w‧‧‧其他端緣之寬度
200,200a,200b‧‧‧氣體移除裝置
210‧‧‧支持器
220‧‧‧一對密封塊
100‧‧‧電池
110‧‧‧電極組
112,114‧‧‧電極端
120‧‧‧接收部
130‧‧‧電池殼體
140‧‧‧密封部
150‧‧‧未密封之端部
162‧‧‧底端
163‧‧‧貫穿孔
230‧‧‧吸引裝置
230a‧‧‧第一吸引墊
230b‧‧‧第二吸引墊
232‧‧‧真空吸引線
234‧‧‧附著部
236‧‧‧中空部
240‧‧‧壓塊
250‧‧‧加熱器
260‧‧‧超音波震盪器
為讓本發明之上述與其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂,配合所附圖式加以說明較佳實施例,其中:圖1係習知袋型電池之一般結構之爆炸透視圖。
圖2至圖7分別係本發明之一較佳實施例之製備一電池之連續過程示意圖。
圖8至圖10分別係本發明之另一較佳實施例之氣體移除裝置之截面示意圖。
圖11係本發明圖8之吸引墊之放大示意圖。
100‧‧‧電池
110‧‧‧電極組
120‧‧‧接收部
130‧‧‧電池殼體

Claims (16)

  1. 一種電池製備方法,該電池包含一電極組及一提供於一電池殼體中之電解質,該電池殼體係由一層疊板組成,該層疊板具有一樹脂層及一金屬層,其中該電池製備方法包括:(a)將該電極組組設於該電池殼體內,將該電池殼體周圍,除了一端部以外皆以熱融合及密封;(b)自該未密封之端部將該電解質引入,接著以熱融合密封該未密封之端部;(c)將該電池充電及放電以活化該電池;(d)刺穿該未密封部份至該端部內以形成一貫穿孔,且該貫穿孔係連通該電池殼體之內部;以及(e)當供應真空壓力時,將該電池殼體之頂面及底面之未密封部份以互相相反之方向拉動,以打開該電池殼體,以移除活化所產生之氣體及過多之電解質。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電池製備方法,其中,該層疊板具有一積層結構,其包括一外樹脂層、一用以阻擋空氣與濕氣之阻障金屬層、及一熱融合之內樹脂層,其中,該外樹脂層包含聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate(PEN))、聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate(PET))或延展尼龍,且具有5至40μm之厚度;該阻障金屬層具有20至150μm之厚度;以及該內樹脂層包含非延展(non-stretched)之聚丙烯(polypropylene)薄膜(CPP),且具有10至50μm之厚度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電池製備方法,其中,該電極組具有一捲繞型、堆疊型或堆疊/摺疊型結構。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電池製備方法,其中,該電池殼體以平面方式觀察時係為一矩形結構,且該端部係該電池殼體之一端緣。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電池製備方法,其中,該端緣之寬度係比其他端緣之每一寬度大20至300%,且該端緣之底端係於活化之熱融合過程中密封。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電池製備方法,其中,當供應真空壓力時,藉由一吸引裝置將該電池殼體之頂面及底面以相反方向拉動。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電池製備方法,其中,該吸引裝置包括一第一吸引墊及一第二吸引墊,其中該第一吸引墊係與該電池殼體之頂面接觸,且該第二吸引墊係與該電池殼體之底面接觸。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電池製備方法,其中,每一第一吸引墊及第二吸引墊具有一結構,其包括一附著部及一中空部,其中該附著部係與該電池殼體之外側接觸,且該中空部係與該附著部連接;每一第一吸引墊及第二吸引墊係與形成於該電池殼體之一未密封部份之貫穿孔連通,並供應真空壓力。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之電池製備方法,其中,於步驟(c)至(e)之至少一個步驟中,係將該電池加熱。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之電池製備方法,其中,於步驟(c)至(e)之至少一個步驟中,係供應超音波震盪於該電池。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之電池製備方法,其中,在步驟(e)之後更包括步驟:將該未密封部份之內側透過熱融合密封,接著將其餘外部切斷。
  12. 一種電池,其係如申請專利範圍第1項至第11項所述之任一項製備方法所製造。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之電池,其中,該電池係一鋰二次電池。
  14. 一種裝置,其係依照如申請專利第1項之方法移除過多電解質、及活化步驟時產生之氣體,該裝置包括:一支持器,係用以組設一電池,且該電池殼體之一端上形成有一貫穿孔且係以一方向突出;一壓塊,用以加壓電池頂部,該電池係組設在該支持器上;一對密封塊,其係設於該支持器之一外側,以透過熱融合密封該電池殼體之端部;以及一對吸引墊,當供應真空壓力時,將該形成有該貫穿孔之電池殼體之該端,以互相相反之方向拉動其頂面及底面,以打開該電池殼體,以移除過多之電解質及活化所產生之氣體。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之裝置,其中,該支持器內裝設有一加熱器,以加熱該電池。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之裝置,其中,該支持器具有一超音波震盪器,以供應超音波震盪於該電池。
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