TWI475739B - 電池裝備裝置 - Google Patents

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TWI475739B
TWI475739B TW100143011A TW100143011A TWI475739B TW I475739 B TWI475739 B TW I475739B TW 100143011 A TW100143011 A TW 100143011A TW 100143011 A TW100143011 A TW 100143011A TW I475739 B TWI475739 B TW I475739B
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battery
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Ki Hong Min
Jeong Sam Son
Sung Min Hwang
Jihoon Cho
Changmin Han
Han Sung Lee
Byeong Geun Kim
Jae Hoon Yoo
Su Taek Jung
Hyun-Sook Baik
Seok Joo Jung
Ki Hun Song
Sang Hyuck Park
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Lg Chemical Ltd
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Description

電池裝備裝置
本發明係關於一種電池製備裝置，尤指一種用以製備包括單位電池之電池單元用之電池製備裝置。本發明之電池製備裝置包括：一單位電池層疊單元，其中單位電池係從單位電池層疊單元之上方導入，且單位電池係依序層疊於單位電池層疊單元中；一包覆單元，係以一隔離膜包覆一單位電池層疊體之外部，其中單位電池層疊體係由單位電池層疊單元釋放出；以及一加熱單元，係用以熱收縮包覆在單位電池層疊體外部之隔離膜。
近年來，可充電且放電之二次電池已廣泛做為無線行動通訊裝置之能源供應。同時，二次電池因可解決因汽油以及使用化石燃料之柴油車所導致之空氣污染的問題，而倍受矚目在電動車(EV)、油電混合動力車(HEV)及插電式油電混合動力車(Plug-In HEV)之能源供應上。
根據二次電池之外部及內部結構，一般可分為圓柱狀電池、方形電池及袋狀電池。特別是，圓柱狀電池與袋狀電池可以高聚積度(high integration)層疊，且具有較小的長寬比而受到矚目。
二次電池用之電極組係具有陰極/隔離板/陽極之結構，且根據電極阻之結構，一般可分類成繞捲式電極組或層疊式電極組。繞捲式電極組之製作方法係將做為電流集電器之金屬薄膜塗佈上電極活性材料，再乾燥及壓合塗部後之金屬薄膜，並將經乾燥且壓合之金屬薄膜切割成具有預定寬度極長度之帶狀形式，使用一隔離板將陽極與陰極相互隔離，最後再以螺旋的方式繞捲陽極/隔離板/陰極結構。繞捲式電極組適用於圓柱狀電池上；然而繞捲式電極組並不適用於方形電池及袋狀電池上，其原因在於壓力會集中在電池局部區域而導致電極活性材料剝離，或者是電池在充電或放電的過程中，因電池反覆壓縮與膨脹而可能導致電池變形。
反之，層疊式電極組之結構係為將複數單位陰極與複數單位陽極依序層疊而成。層疊式電極組之優點在於，層疊式電極組可具有方形結構；然而層疊式電極組之缺點卻為，層疊式電極組之製作過程較為複雜，且當層疊式電極組受到外界衝擊時，層疊式電極組之電極會受到擠壓，而造成短路的情形發生。
為了解決上述問題，目前已發展出改良式電極組，其為繞捲式電極組與層疊式電極組之結合結構，亦即層疊/摺疊式電極組，於此層疊/交疊式電極組之結構中，係使用一長且連續式隔離板將具有預定單元尺寸之全電池或半電池交疊，其中全電池之結構為陰極/隔離板/陽極，而半電池之結構為陰極(陽極)/隔離板/陽極(陰極)/隔離板/陰極(陽極)。這類之層疊/交疊式電極組之例子，係揭露於本發明申請人所提出之韓國專利申請公開第2001-82058號、第2001-82059號及第2001-82060號申請案。
然而，於層疊/交疊式電極組中，單位電池係設在一長且連續式隔離板上，且單位電池與隔離板係以其相對端進行交疊。因此，必須以一空間或系統以製作層疊/交疊式電極組，但由於製作方法相當複雜，反而造成設備成本相對提高。
據此，目前亟需發展出一種電池製備裝置，其除了可提升製程加工性外，相較於以一般裝置所製得之電池，可達到減少製作成本並提升電池容量及性能等目的。
因此，本發明係為了解決上述問題、及其他尚未解決之技術問題所完成。
具體而言，本發明之主要目的係在提供一種具有新穎結構之電池製作裝置，其除了可提升製程加工性外，相較於以一般裝置所製得之電池，可達到減少製作成本並提升電池容量及性能等目的。
為了達成上述及其他目的，本發明之一實施態樣係提供一種用以製備電池單元之電池製備裝置，其中該電池單元包括二或以上之單位電池，且該電池製備裝置包括：一單位電池層疊單元，其中單位電池係從該單位電池層疊單元之上方導入，且該單位電池係依序層疊於該單位電池層疊單元中；一包覆單元，係以一隔離膜包覆一單位電池層疊體之外部，其中該單位電池層疊體係由該單位電池層疊單元釋放出；以及一加熱單元，係用以熱收縮包覆在該單位電池層疊體外部之隔離膜。
據此，單位電池可輕易的層疊以形成單位電池層疊體，且單位電池層疊體係經釋放、以一隔離膜包覆、再進行熱收縮。同時，相較於以往之電池製程，本發明可大幅提升電池製作之加工性，且提升電池之容量及性質。
每一單位電池之結構包括二或以上層疊之電極板，且電極板之間係設置有一隔離板。舉例而言，每一單位電池可為全電池結構，且最外層電極板係由相反電極所組成。全電池之代表性例子可包括一陰極/隔離板/陽極結構、及一陰極/隔離板/陽極/隔離板/陰極/隔離板/陽極結構。
此外，最外層電極板由相同電極所組成之半電池結構亦可用於本發明之各個單位電池中。半電池之代表性例子可包括一陰極/隔離板/陽極/隔離板/陰極結構(C型半電池)、及一陽極/隔離板/陰極/隔離板/陽極結構(A型半電池)。
當使用全電池做為單位電池時，全電池係由單位電池層疊單元進行堆疊，故各個全電池之相反電極係相互對應，且一隔離膜係設於各個全電池間。反之，若使用半電池做為位電池，C型半電池與A型半電池係以單位電池層疊單元交錯堆疊，故各個全電池之相反電極係相互對應，且一隔離膜係設於各個半電池間。
於一較佳實施例中，單位電池層疊單元可包括一漏斗形上端部、及一下端部，該漏斗形上端部之頂端係打開，而該漏斗形上端部之直徑係沿著向下方向減少，且該下端部之內側尺寸係對應於該單位電池層疊體。因此，於單位電池層疊單元之上端部所收集到的複數單位電池可透過重力朝單位電池層疊單元之下端部移動，且可均勻且垂直的層疊在單位電池層疊單元之下端部。
於上述之結構中，單位電池層疊單元之下端部可設有一下排出口，且該單位電池層疊體係由下排出口釋放出。透過下排出口所釋放出之單位電池層疊體則可輕易的被隔離膜所包覆。
更具體而言，單位電池層疊單元之下端部之結構，係為下端部之內徑大於每一單位電池之電極板，且小於每一單位電池之隔離板。當單位電池層疊體沿著單位電池層疊單元之下端部朝下移動時，因隔離板係與單位電池層疊單元之下端部內壁接觸，造成各個單位電池之隔離板的彈力及與單位電池層疊單元之下端部內壁之摩擦力，使得單位電池層疊體可透過相對於重力之力量朝下移動。據此，無須透過物理性的擠壓，即可將單位電池依序堆疊。
同時，單位電池層疊單元之該下端部可設有一階梯狀凸緣，且該階梯狀凸緣係支撐每一單位電池之隔離板。據此，當單位電池層疊體依序堆疊時，若單位電池層疊體超出階梯狀凸緣高度時，則單位電池層疊體會從下排出口釋放出。
階梯狀凸緣之結構並無特殊限定，只要此階梯狀凸緣可輕易的支撐單位電池層疊體即可。舉例而言，階梯狀凸緣可形成在單位電池層疊單元之上端部及下端部間之一介面、下端部之一特定區域、或下端部之一下排出口。
同時，單位電池層疊單元之下端部亦可設有排出用之通孔。據此，在單位電池層疊單元之下端部與對應之單位電池之隔離板間所收集到的空氣，可從通孔中排除，其中隔離板係與單位電池層疊單元之下端部之內壁接觸；故單位電池層疊體可輕易的朝向下排出口移動。
於一具體實施例中，包覆單元可包括：一夾具，係以隔離膜包覆單位電池層疊體之頂部或底部；一包覆板，係在夾具以隔離膜包覆單位電池層疊體之頂部或底部之狀態下，連續地以隔離膜包覆單位電池層疊體之底部或頂部；以及一密封塊，係在單位電池層疊體之頂部及底部以該隔離膜包覆之狀態下，熱熔接隔離膜之重疊區域。
夾具可包括一主夾具及一側夾具，其中，主夾具係與單位電池層疊體之頂部或底部接觸，而側夾具係與單位電池層疊體之左側或右側接觸。據此，夾具可在支撐單位電池層疊體的同時，以隔離膜包覆單位電池層疊體。
此外，包覆板可由相對於側夾具之單位電池層疊體之一側朝側夾具移動，以使用隔離膜包覆單位電池層疊體。據此，可大幅簡化製程步驟。
同時，密封塊可朝側夾具移動，以熱熔接隔離膜之重疊區域。經熱熔接之隔離膜可以熱方式切割。因此，本發明之電池製備裝置可更包含一用以切割經熱熔接隔離膜之附加切割器。
隔離膜可設置在單位電池之電極板與單位電池層疊體間，以維持彼此之間之絕緣性。例如，隔離膜可由聚丙烯、聚丙烯共聚物或聚丙烯混合物所形成。同時，隔離膜可具有多孔結構。
同時，加熱單元可為一高溫爐，其可熱收縮包覆單位電池層疊體之隔離膜。經高溫爐熱收縮之隔離膜，可固定在單位電池層疊體上，且可保護單位電池層疊體使不受到外界衝擊。
隔離膜較佳可在150至180℃之溫度範圍下熱收縮。
於一實施例中，單位電池層疊體可透過一輸送帶從包覆單元傳送至加熱單元。據此，可輕易的達到自動化組裝生產線之功效。
於本發明之另一實施態樣中，係提供一種使用上述構造之電池製備裝置所製備之電池單元。
此電池單元可為一二次電池或一電化學電容裝置。較佳地，電池單元係為一鋰二次電池。
接下來，將參酌圖式詳細說明本發明之實施例。然而，本發明之範圍並不限定在此些實施例中。
圖1係為全電池之示意圖，該全電池較佳可做為電極組之單位電池。
如圖1所示之全電池，即單位電池10，其係具有陰極15/隔離板13/陽極11之結構。其中，陰極15與陽極11係設置在電池之相反側。此全電池可為具有陰極/隔離板/陽極結構之基礎結構之電池，亦可為具有陰極/隔離板/陽極/隔離板/陰極/隔離板/陽極結構之電池。具有陰極/隔離板/陽極結構之全電池係如圖1所示。使用這類全電池之電化學電池，包括二次電池，必須將複數全電池堆疊，使陰極與陽極相互對應，且隔離膜係設置在全電池間。
圖2係為本發明一實施例之單位電池層疊單元之示意圖。
請同時參考圖1及圖2，單位電池層疊單元100之結構，係將單位電池係從其上方導入並依序堆疊。單位電池層疊單元100包括一漏斗形上端部110、及一下端部120，該漏斗形上端部110之頂端係打開，且其直徑係沿著向下方向減少，而下端部120之內側尺寸係對應於單位電池層疊體10。
單位電池層疊單元100之下端部120係設有一下排出口122，且單位電池層疊體10係由下排出口122釋放出。
同時，單位電池層疊單元100之下端部120之內徑係大於每一單位電池之電極板11,15，且小於每一單位電池之隔離板13。據此，因隔離板13係與單位電池層疊單元100之下端部內壁接觸，造成各個單位電池之隔離板13的彈力及與單位電池層疊單元100之下端部內壁之摩擦力，使得單位電池層疊體10可透過重力之力量朝下移動。據此，無須透過物理性的擠壓，即可將單位電池依序堆疊。
同時，單位電池層疊單元100之下端部120之特定區域及下排出口122可設有一階梯狀凸緣124，透過此階梯狀凸緣124而支撐每一單位電池之隔離板13。據此，當單位電池層疊體10依序堆疊時，若單位電池層疊體10超出階梯狀凸緣高度時，則單位電池層疊體10會從下排出口122釋放出。
同時，單位電池層疊單元100之下端部120亦可設有排出用之通孔126，以排出在單位電池層疊單元100之下端部120與每一單位電池之隔離板130間之壓縮空氣，其中隔離板130係與單位電池層疊單元100之下端部120之內壁接觸；故單位電池層疊體10可輕易的朝向下排出口122釋放出。
圖3係為未顯示圖2單位電池層疊單元之電池製備裝置示意圖，而圖4係為使用圖2包覆單元包覆單位電池層疊體之製程示意圖。
如圖2所示，電池製備裝置500包括一單位電池層疊單元100、一包覆單元200及一加熱單元300。
包覆單元200係為一使用隔離膜210包覆由單位電池層疊單元100釋放出之單位電池層疊體10外部的裝置。包覆單元200包括：一夾具220，係以隔離膜210包覆單位電池層疊體10之頂部；一包覆板230，係以隔離膜210包覆單位電池層疊體10之底部；以及一密封塊240，係在單位電池層疊體10之頂部及底部以隔離膜210包覆之狀態下，熱熔接隔離膜210之重疊區域215。
更具體而言，夾具220包括一主夾具221及一側夾具222，其中主夾具221係與該單位電池層疊體之頂部接觸，而側夾具222係與該單位電池層疊體之左側接觸。據此，夾具220不僅可支撐單位電池層疊體10，更可以隔離膜210包覆單位電池層疊體10。
同時，在使用夾具220以隔離膜210包覆單位電池層疊體10之頂部及左側時，包覆板230係由相對於側夾具222之單位電池層疊體10之一側朝側夾具222移動，以使用隔離膜210包覆單位電池層疊體10。
而後，密封塊240係朝側夾具222移動，以熱熔接隔離膜之重疊區域(如虛線圓形所示)。
隔離膜210係由聚丙烯、聚丙烯共聚物或聚丙烯混合物所形成，故隔離膜210可設置在單位電池之電極板與單位電池層疊體間，以維持其間之絕緣性。
同時，單位電池層疊體10係透過一輸送帶400從包覆單元200傳送至加熱單元300。加熱單元300係為一高溫爐，其可在170℃之溫度下熱收縮包覆單位電池層疊體10之隔離膜210，以將隔離膜210固定在單位電池層疊體10上，且可保護單位電池層疊體10受到外界衝擊。
在此，僅用以說明用而揭示本發明之一示範實施例，但本技術領域者可在不偏離本發明所主張之權利範圍之精神與範圍下，做各種的修飾、添加及取代。
產業利用性
由上述說明可知，本發明之電池製作裝置可輕易的堆疊單位電池以形成單位電池層疊體，且本發明之電池製作裝置亦可排出單位電池層疊體、以隔離膜包覆單位電池層疊體、及熱收縮隔離膜；據此，相較於以往之電池，本發明之電池製作裝置可提升電池單元製作之加工性，並提升電池之容量及品質。
10．．．單位電池層疊體
100．．．單位電池層疊單元
11．．．陽極
110．．．漏斗形上端部
120．．．下端部
122．．．下排出口
124．．．階梯狀凸緣
126．．．通孔
13．．．隔離板
15．．．陰極
200．．．包覆單元
210．．．隔離膜
220．．．夾具
221．．．主夾具
222．．．側夾具
230．．．包覆板
240．．．密封塊
300．．．加熱單元
400‧‧‧輸送帶
本發明之上述或其他目的、特徵及其他優點，可伴隨說明及圖式而更佳了解，其中，本發明之圖式如下。
圖1係全電池之示意圖，該全電池較佳可做為電極組之單位電池。。
圖2係本發明一實施例之單位電池層疊單元之示意圖。
圖3係為未顯示圖2單位電池層疊單元之電池製備裝置示意圖。
圖4係為使用圖2包覆單元包覆單位電池層疊體之製程示意圖。
10．．．單位電池層疊體
100．．．單位電池層疊單元
110．．．漏斗形上端部
120．．．下端部
122．．．下排出口
124．．．階梯狀凸緣
126．．．通孔
13．．．隔離板

Claims (15)

  1. 一種用以製備電池單元之電池製備裝置，其中該電池單元包括二或以上之單位電池，且該電池製備裝置包括：一單位電池層疊單元，其中單位電池係從該單位電池層疊單元之上方導入，且該單位電池係依序層疊於該單位電池層疊單元中；一包覆單元，係以一隔離膜包覆一單位電池層疊體之外部，其中該單位電池層疊體係由該單位電池層疊單元釋放出；以及一加熱單元，係用以熱收縮包覆在該單位電池層疊體外部之隔離膜；其中該單位電池層疊單元包括一漏斗形上端部、及一下端部，該漏斗形上端部之頂端係打開，該漏斗形上端部之直徑係沿著向下方向減少，且該下端部之內側尺寸係對應於該單位電池層疊體。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電池製備裝置，其中每一單位電池之結構包括二或以上層疊之電極板，且該電極板之間係設置有一隔離膜。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電池製備裝置，其中該單位電池層疊單元之該下端部設有一下排出口，且該單位電池層疊體係由該下排出口釋放出。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電池製備裝置，其中該單位電池層疊單元之該下端部之內徑係大於每一單位電池之電極板，且小於每一單位電池之隔離膜。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電池製備裝置，其中該單位電池層疊單元之該下端部係設有一階梯狀凸緣，且該階梯狀凸緣係支撐每一單位電池之隔離膜。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電池製備裝置，其中該階梯狀凸緣係形成在該單位電池層疊單元之該上端部及該下端部間之一介面、該下端部之一特定區域、或該下端部之一下排出口。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之電池製備裝置，其中該單位電池層疊單元之該下端部係設有排出用之通孔。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之電池製備裝置，其中該包覆單元包括：一夾具，係以該隔離膜包覆該單位電池層疊體之頂部或底部；一包覆板，係在該夾具以該隔離膜包覆該單位電池層疊體之頂部或底部之狀態下，連續地以該隔離膜包覆該單位電池層疊體之底部或頂部；以及一密封塊，係在該單位電池層疊體之頂部及底部以該隔離膜包覆之狀態下，熱熔接該隔離膜之重疊區域。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電池製備裝置，其中該夾具包括一主夾具及一側夾具，該主夾具係與該單位電池層疊體之頂部或底部接觸，而該側夾具係與該單位電池層疊體之左側或右側接觸。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之電池製備裝置，其中該包覆板係由相對於該側夾具之該單位電池層疊體之一側朝該側夾具移動，並以該隔離膜包覆該單位電池層疊體。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之電池製備裝置，其中該密封塊係朝該側夾具移動，以熱熔接該隔離膜之重疊區域。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之電池製備裝置，其中該隔離膜係由聚丙烯、聚丙烯共聚物或聚丙烯混合物所形成。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之電池製備裝置，其中該加熱單元係為一高溫爐。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之電池製備裝置，其中該隔離膜係於150至180℃之溫度範圍下熱收縮。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之電池製備裝置，其中該單位電池層疊體係透過一輸送帶從該包覆單元傳送至該加熱單元。
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