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CN114430866B - 电极组件及制造电极组件的方法 - Google Patents

电极组件及制造电极组件的方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种电极组件及制造电极组件的方法。根据本发明的电极组件是其中负极、隔膜和正极被重复堆叠的电极组件，该电极组件包括膜，膜设置成覆盖通过堆叠负极、隔膜和正极而形成的侧表面，其中膜利用粘合剂结合至通过堆叠负极、隔膜和正极而形成的侧表面。由于膜附接至电极组件的侧表面，而不是使用固定带(就是说，去除了当附接固定带时产生的压力)。因而，可防止相关技术的结构中发生的隔膜的折叠或起褶皱。

Description

电极组件及制造电极组件的方法
本申请要求于2019年11月27日提交的韩国专利申请第10-2019-0154664号的优先权的权益，通过引用将上述专利申请整体结合在此。
技术领域
本发明涉及一种电极组件及制造电极组件的方法，更具体地，涉及一种制造电极组件的方法及可通过上述制造方法制造的电极组件，其中，在该方法中不使用根据相关技术的固定带，因而可解决附接固定带时发生的问题。
背景技术
用于储存电能的电池一般分为一次电池和二次电池。一次电池是一次性消耗电池，而另一方面，二次电池是通过使用其中电流与物质之间的氧化还原过程可重复的材料制造的可再充电电池。就是说，当通过电流执行对材料的还原反应时再充电。此外，当执行对材料的氧化反应时放电。可重复执行这种再充电和放电。
在各种二次电池之中，一般通过将堆叠有正极(Cathode)、隔膜(Separator)和负极(Anode)的电极组件安装到壳体来制造锂二次电池。在锂离子反复从正极的锂金属氧化物嵌入(Intercalation)负极并从负极脱嵌(Deintercalation)时，执行锂二次电池的再充电和放电。
电极组件设置为通过堆叠固定数量的单元电池(每个单元电池包括按预定顺序堆叠的负极、隔膜和正极)；或者一个接一个重复堆叠正极、隔膜和负极而获得的一个电极组件。此外，将电极组件容纳在诸如圆柱形罐、棱柱形袋等之类的壳体中，最终制成二次电池。
此外，作为制造电极组件的方法，已知卷绕方法、堆叠方法、堆叠折叠方法等。在卷绕方法中，将隔膜堆叠在负极与正极之间，然后卷起。在堆叠方法中，将负极和正极切割成所需的宽度和长度，然后重复堆叠负极、隔膜和正极。在堆叠折叠方法中，将单元电池并排放置在折叠隔离膜上，然后从一侧折叠。
以图1a中所示的方式通过上述方法中的堆叠方法制造电极组件，图1a示意性图解了相关技术的制造工序，在该制造工序中，将预定数量的正极2、隔膜1和负极3彼此堆叠，以制造单元电池10，然后将预定数量的单元电池10彼此堆叠，以制造电极组件100。作为参考，在图1a所示的电极组件中，制造其中自底部起堆叠有隔膜/正极/隔膜/负极的单电池作为单元电池10，并且将多个单元电池10彼此堆叠。在此，在最上层放置其中隔膜/电极(负极或正极)/隔膜按该顺序堆叠的半电池20，使得隔膜1位于最上层。
此外，当堆叠预定数量的单元电池10时，附接用于固定电极组件100的固定带200来包裹电极组件100的外周(或将侧表面绑定到顶表面和底表面)，从而绑定单元电池10。
然而，如图1b中所示，图1b图解了在根据相关技术的电极组件的结构中发生隔膜的折叠和起褶皱的状态，通过上述固定带200进行绑定的结构可具有其中由于附接固定带200时施加的压力而导致隔膜1的端部被折叠和起褶皱的问题。
隔膜1的折叠和起褶皱会导致负极3和正极2彼此接触，这可能导致短路(shortcircuit)。
发明内容
技术问题
因而，为解决上述问题，本发明的主要目的是提供一种电极组件及制造电极组件的方法，其中，可去除在完成电极组件的堆叠之后额外附接固定带的工序。
技术方案
为了实现上述目的，根据本发明的电极组件是其中负极、隔膜和正极被重复堆叠的电极组件，所述电极组件包括膜，所述膜设置成覆盖通过堆叠所述负极、所述隔膜和所述正极而形成的侧表面，其中所述膜利用粘合剂结合至通过堆叠所述负极、所述隔膜和所述正极而形成的所述侧表面。
所述膜可设置在通过堆叠所述负极、所述隔膜和所述正极而形成的侧表面中的两个面对的侧表面的每一个上。
所述粘合剂可选自流动性树脂(resin)、热固化粘合剂和UV固化树脂材料中的一种。
在此，所述膜可具有比通过堆叠所述负极、所述隔膜和所述正极而形成的侧表面的高度长的长度，并且所述膜可具有其中两端从所述侧表面延伸并且被折叠以分别结合至最下侧表面和最上侧表面的结构。
此外，本发明进一步提供一种可制造具有上述构造的电极组件的制造方法。
根据本发明的制造方法是制造其中负极、隔膜和正极被重复堆叠的电极组件的方法，所述方法包括：单元电池制造步骤(S10)，制造具有所述负极、所述隔膜和所述正极的预定堆叠结构的单元电池；膜插入步骤(S20)，将膜插入模具中；单元电池堆叠步骤(S30)，将所述单元电池堆叠到所述模具中；和粘合剂施加步骤(S40)，在所述模具内的堆叠的单元电池与所述膜之间施加粘合剂，其中在所述膜插入步骤(S20)之后，重复执行所述单元电池堆叠步骤(S30)和所述粘合剂施加步骤(S40)，直到完成预定单元电池的堆叠。
在所述单元电池制造步骤(S10)中，制造所述电池单元，使得所述隔膜的端部彼此结合，以形成结合部，并且在所述粘合剂施加步骤(S40)中，施加所述粘合剂以注入垂直相邻的所述单元电池的所述结合部之间。
此外，在所述单元电池制造步骤(S10)中，制造其中自底部起顺序堆叠隔膜/负极/隔膜/正极的单电池或者其中自底部起顺序堆叠隔膜/正极/隔膜/负极的单电池作为所述单元电池。此外，除了所述单电池以外，还单独制造其中自底部起顺序堆叠隔膜/负极/隔膜的半电池或者其中自底部起顺序堆叠隔膜/正极/隔膜的半电池作为所述单元电池。此外，在重复执行所述单元电池堆叠步骤(S30)的同时堆叠所述单电池，其中，当最后一次执行所述单元电池堆叠步骤(S30)时，堆叠所述半电池。
在所述粘合剂施加步骤(S40)中施加的所述粘合剂可以是选自流动性树脂(resin)、热固化粘合剂和UV固化树脂材料中的一种。
在所述粘合剂是热固化粘合剂的情况下，所述方法进一步包括加热步骤(S41)，对所述模具施加热量，以固化所述热固化粘合剂。
此外，当所述粘合剂是UV固化树脂材料时，所述方法进一步包括UV照射步骤(S42)，使紫外光穿过所述膜，从而利用紫外光照射被施加所述粘合剂的部分。
当在所述膜插入步骤(S20)中将所述膜插入所述模具中时，所述膜的下端可以以折叠状态插入，使得当堆叠第一个单元电池时所述下端堆叠在所述第一个单元电池的最下侧表面下方。此外，所述方法可进一步包括膜折叠步骤(S50)，当完整最后一个单元电池的堆叠时，将所述膜的上端折叠，使得所述上端堆叠在最上侧单元电池的最上侧表面上。
有益效果
在根据本发明的具有上述技术特征的电极组件中，膜附接至电极组件的侧表面，而不是使用固定带(就是说，去除了当附接固定带时产生的压力)。因而，可防止相关技术的结构中发生的隔膜的折叠或起褶皱。
在本发明中，每个单元电池单独结合至膜，因而尽管未施加压力，但单元电池和膜可更稳定地彼此结合。特别是，在电池单元的端部设置有结合部，因而各单元电池的移动被固定。因此，还可改善电极组件的整体对齐。
此外，在本发明中，膜的上端和下端被折叠，以覆盖电极组件的最上层和最下层，这可在粘合剂固化之前防止粘合剂A流下。
附图说明
图1a是示意性图解相关技术的电极组件的制造工序的示图。
图1b是示意性图解在相关技术的电极组件的结构中，隔膜折叠和起褶皱的状态。
图2是本发明的制造电极组件的方法的流程图。
图3是图解在单元电池制造步骤期间，负极、隔膜和正极被彼此堆叠而制造为单元电池的状态的示图。
图4a是示出本发明的制造电极组件的方法中的模具的剖面(a)；以及将膜附接至模具内部的状态(b)的示图。
图4b是额外图解在图4a中所示的模具内部的膜之间放置单元电池的状态(c)；通过胶枪在放置的单元电池与膜之间施加粘合剂的状态(d)；以及额外放置下一个单元电池并且通过胶枪在放置的单元电池与膜之间施加粘合剂的状态(e)的示图。
图4c是额外图解在图4b所示的模具中放置最上侧单元电池，然后将膜的上端折叠的状态(f)；以及利用UV光照射模具的内部以固化施加的粘合剂的状态(g)的示图。
图5是通过本发明的制造电极组件的方法制造的电极组件的平面图、正视图和左视图。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细地描述本发明的实施方式，使得本领域技术人员能够容易地实施本发明。然而，本发明可以以各种不同的形式修改，不限于在此描述的示例性实施方式。
将省略与描述无关的部分，以清楚地描述本发明，并且在整个申请中相同或相似的元件将由相同的参考标号表示。
此外，在说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应被限制性地解释为普通含义或基于词典的含义，而是应基于发明人能够适当定义术语的概念从而以最佳方式描述和解释他或她的发明的原则来解释为符合本发明的范围的含义和概念。
本发明涉及一种其中负极3、隔膜1和正极2被彼此重复堆叠的电极组件及制造电极组件的方法。下文中，将参照附图更详细地描述本发明的实施方式。
第一实施方式
作为第一实施方式，本发明提供一种制造电极组件的方法。如图2中所示，图2示出了根据本发明的制造电极组件的方法的顺序，根据该实施方式的制造方法包括：单元电池制造步骤(S10)、膜插入步骤(S20)、单元电池堆叠步骤(S30)、粘合剂施加步骤(S40)和膜折叠步骤(S50)。
在单元电池制造步骤(S10)期间，制造具有负极3、隔膜1和正极2的预定堆叠结构的单元电池10，并且隔膜1的端部彼此结合，以形成结合部1a。
就是说，如图3中所示，图3示出了负极3、隔膜1和正极2被彼此堆叠而制造成单元电池10的状态，作为单元电池10，可制造各自具有预定堆叠结构的单电池和半电池。如图中所示，单电池可具有其中自底部起顺序堆叠隔膜1/正极2/隔膜1/负极3的结构或者其中自底部起顺序堆叠隔膜1/负极3/隔膜1/正极2的结构。此外，额外提供从单电池去除了最上侧电极(正极或负极)的半电池。为了在完成单电池的堆叠之后使隔膜1放置在最上层，半电池具有其中自底部起顺序堆叠隔膜1/负极3/隔膜1的结构或者其中自底部起顺序堆叠隔膜1/正极2/隔膜1的结构。因而，在完成单电池的堆叠之后堆叠半电池，因而根据本发明堆叠的电极组件具有隔膜1放置在最下层和最上层的每一层的结构。
在此，在利用单电池和半电池制造的单元电池10中，隔膜1具有比正极2和负极3的每一个的面积大的面积，并且具有分别向两侧突出的端部，如图中所示。在单元电池制造步骤(S10)期间，隔膜1的端部的上表面和下表面彼此结合，以形成结合部1a。不必在隔膜1的所有突出的端部都形成结合部1a，而是理想的是当堆叠单元电池10时在面对膜30的端部形成结合部1a。
图4a至图4c图解了模具的剖面(a)；将膜附接至模具内部的状态(b)；在膜之间放置单元电池的状态(c)；通过胶枪在放置的单元电池与膜之间施加粘合剂的状态(d)；以及额外放置下一个单元电池并且通过胶枪在放置的单元电池与膜之间施加粘合剂的状态(e)。
参照图4a至图4c，在膜插入步骤(S20)期间，在模具M内部彼此面对的两个内周表面上设置膜30。模具M被制造为具有足以在设置于其中的膜30之间堆叠单元电池10的尺寸并且还具有足够强度。
模具M配置为使得其用于堆叠单元电池10的内部空间形成为六面体形状，并且未设置膜30的其一个侧表面或两个侧表面可设置为开放状态，从而不干扰在堆叠单元电池10时用于输送和堆叠单元电池10的夹具(gripper，未示出)等的操作。
此外，模具M内部的膜可设置为在模具M的内周表面上临时固定的状态，使得在膜30与单元电池10之间施加粘合剂A之前保持其垂直直立状态。就是说，可在模具M中安装用于临时固定膜30的夹子、保持器(holder)等。或者，可设置这样的膜30，即，膜30在设置于模具M内部之前在其表面上施加有具有弱粘附力的粘合剂。可使用其他已知方法实现用于临时固定膜30的这种手段，只要在完成电极组件的制造之后可容易从模具M的内周表面分离膜30即可。
此外，为了在膜30与单元电池10之间施加粘合剂A时能够使胶枪G进入，模具M可具有可供胶枪G垂直进入的狭缝(slit，未示出)等，或者具有胶枪G以可滑动方式安装在模具M内部的结构。
当在膜插入步骤(S20)中将膜30插入模具M中时，理想的是膜30的下端以折叠状态插入，使得当堆叠第一个单元电池时所述下端堆叠在第一个单元电池10的最下侧表面下方。设置膜30的折叠部分是为了防止施加的粘合剂A在固化之前从模具M的内部流出，可根据粘合剂A的量和状态确定折叠部分的长度。
接着，在膜30设置于模具M内部并且胶枪G准备好操作的状态下，执行单元电池堆叠步骤(S30)。在单元电池堆叠步骤(S30)期间，将单元电池10堆叠在模具M内部的两个膜30之间的正确位置。在此，每个单元电池10是如上所述的单电池，并且以隔膜1放置在下侧的方式进行堆叠。
然后，执行粘合剂施加步骤(S40)，在模具M内的堆叠的单元电池10与膜30之间施加粘合剂A。
在该实施方式中，插入两个膜30来分别接触模具M内的彼此面对的两个侧壁表面。因而，在模具M的两个侧壁表面上同时执行粘合剂A的施加。
在膜插入步骤(S20)之后，重复执行单元电池堆叠步骤(S30)和粘合剂施加步骤(S40)，直到完成预定单元电池10的堆叠。在此，作为在单元电池堆叠步骤(S30)期间放置在最上层的单元电池10，堆叠半电池而不是单电池。当完成对半电池施加粘合剂时(当完成最后一个单元电池的堆叠时)，执行膜折叠步骤(S50)，将膜30的上端折叠，使得上端堆叠在最上侧单元电池10的最上侧表面上。折叠的膜30的上端与放置在最上侧单元电池10的最上层的隔膜1紧密接触。
在此，该实施方式中使用的粘合剂A具有非导电性，以防止短路，但其类型没有限制。因而，在完成折叠步骤(S50)的状态下，根据类型，注入到垂直相邻的单元电池10的结合部1a之间的粘合剂A可未完全固化。
就是说，该实施方式中应用的粘合剂A可选自流动性树脂(resin)、热固化粘合剂和UV固化树脂材料中的一种。
本发明进一步提供将粘合剂A固化的额外步骤，使得在完成膜30的结合的状态下可从模具M移除电极组件。
例如，在粘合剂A是热固化粘合剂的情况下，可进一步提供加热步骤(S41)，对模具M施加热量，以固化热固化粘合剂。
另一方面，在粘合剂A是UV固化树脂材料的情况下，可提供UV照射步骤(S42)，使紫外光穿过膜30，从而利用紫外光照射被施加粘合剂的部分。
此外，膜30的选取没有限制，只要膜具有非导电材料即可，膜30可由具有良好粘附力和优异耐化学性的诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，polyethylene terephthalate)之类的聚合物材料制成。
作为参考，在粘合剂施加步骤(S40)期间，胶枪G可具有加热功能，以提高粘合剂的流动性，并且可根据膜30的厚度和材料特性或者结合部1a的相对位置和尺寸来改变加热温度和喷射压力。在此，如上所述，模具M配置为允许胶枪G的末端进入模具或者允许胶枪G内置于模具中。因为在模具中在堆叠状态下执行加热步骤(S41)或UV照射步骤(S42)，所以在模具M内执行膜30的结合。
此外，根据是执行加热步骤(S41)还是UV照射步骤(S42)，模具M可由导热材料制成或者可具有紫外(UV)光照射其内部的结构(例如，由透明材料制成的结构或具有供紫外光进入的穿孔的结构)。
第二实施方式
作为第二实施方式，本发明提供一种可通过根据第一实施方式的制造方法制造的电极组件。
该实施方式提供的电极组件是其中负极3、隔膜1和正极2被重复堆叠的电极组件，该电极组件包括膜30，膜30设置成覆盖通过堆叠负极3、隔膜1和正极2而形成的侧表面。膜30利用粘合剂A结合至通过堆叠负极3、隔膜1和正极2而形成的侧表面。
就是说，参照图5，图5图解了通过本发明的制造电极组件的方法制造的电极组件的平面图、正视图和左视图，根据本发明的负极3和正极2分别具有向一侧突出的负极接片3a和正极接片2a。正极接片2a和负极接片3a配置为沿彼此相反的方向突出，并且膜30附接至与正极接片2a和负极接片3a所突出的侧面垂直的电极组件的两侧的每一个侧表面。在此，膜30的上端30a被折叠，以覆盖其中负极3、隔膜1和正极2被堆叠的部分的最上侧表面，并且膜30的下端30b被折叠，以覆盖其中负极3、隔膜1和正极2被堆叠的部分的下表面。
在根据本发明的具有上述技术特征的电极组件中，膜30附接至电极组件的侧表面，而不是使用固定带(就是说，去除了当附接固定带时产生的压力)。因而，可防止相关技术的结构中发生的隔膜的折叠或起褶皱。
在本发明中，每个单元电池10单独结合至膜30，因而尽管未施加压力，但单元电池10和膜30可更稳定地彼此结合。特别是，在电池单元10的端部设置有结合部1a，因而各单元电池10的移动被固定。因此，还可改善电极组件的整体对齐。
此外，在本发明中，膜30的上端和下端被折叠，以覆盖电极组件的最上层和最下层，这可在粘合剂固化之前防止粘合剂A流下。
尽管通过具体实施方式和附图描述了本发明，但本发明不限于此，在本发明的技术构思和所附权利要求的等同范围内，本发明所属领域的技术人员可进行各种改变和修改。

Claims (13)

1.一种制造其中负极、隔膜和正极被重复堆叠的电极组件的方法，所述方法包括：
单元电池制造步骤（S10），制造具有所述负极、所述隔膜和所述正极的预定堆叠结构的单元电池；
膜插入步骤（S20），将膜插入模具中，以使得所述膜设置在所述模具内部彼此面对的两个内周表面上；
单元电池堆叠步骤（S30），将所述单元电池堆叠到所述模具中，以使得所述膜覆盖所述单元电池的侧表面；和
粘合剂施加步骤（S40），在所述模具内的堆叠的单元电池与所述膜之间施加粘合剂，
其中在所述膜插入步骤（S20）之后，重复执行所述单元电池堆叠步骤（S30）和所述粘合剂施加步骤（S40），直到完成预定单元电池的堆叠。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述单元电池制造步骤（S10）中，制造所述单元电池，使得所述隔膜的端部彼此结合，以形成结合部，并且
在所述粘合剂施加步骤（S40）中，施加所述粘合剂以注入垂直相邻的所述单元电池的所述结合部之间。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中，在所述单元电池制造步骤（S10）中，制造其中自底部起顺序堆叠隔膜/负极/隔膜/正极的单电池或者其中自底部起顺序堆叠隔膜/正极/隔膜/负极的单电池作为所述单元电池。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述单元电池制造步骤（S10）中，除了所述单电池以外，还单独制造其中自底部起顺序堆叠隔膜/负极/隔膜的半电池或者其中自底部起顺序堆叠隔膜/正极/隔膜的半电池作为所述单元电池，并且
在重复执行所述单元电池堆叠步骤（S30）的同时堆叠所述单电池，其中，当最后一次执行所述单元电池堆叠步骤（S30）时，堆叠所述半电池。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中在所述粘合剂施加步骤（S40）中施加的所述粘合剂是选自流动性树脂、热固化粘合剂和UV固化树脂材料中的一种。
6.根据权利要求5所述的方法，其中在所述粘合剂施加步骤（S40）中施加的所述粘合剂是热固化粘合剂，并且
所述方法进一步包括加热步骤（S41），对所述模具施加热量，以固化所述热固化粘合剂。
7.根据权利要求5所述的方法，其中在所述粘合剂施加步骤（S40）中施加的所述粘合剂是UV固化树脂材料，并且
所述方法进一步包括UV照射步骤（S42），使紫外光穿过所述膜，从而利用紫外光照射被施加所述粘合剂的部分。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，当在所述膜插入步骤（S20）中将所述膜插入所述模具中时，
所述膜的下端以折叠状态插入，使得当堆叠第一个单元电池时所述下端堆叠在所述第一个单元电池的最下侧表面下方。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括膜折叠步骤（S50），当完整最后一个单元电池的堆叠时，将所述膜的上端折叠，使得所述上端堆叠在最上侧单元电池的最上侧表面上。
10.一种通过根据权利要求1至9中任一项所述的方法制造的其中负极、隔膜和正极被重复堆叠的电极组件，所述电极组件包括：
膜，所述膜设置成覆盖通过堆叠所述负极、所述隔膜和所述正极而形成的侧表面，
其中所述膜利用粘合剂结合至通过堆叠所述负极、所述隔膜和所述正极而形成的所述侧表面。
11.根据权利要求10所述的电极组件，其中所述膜设置在通过堆叠所述负极、所述隔膜和所述正极而形成的侧表面中的两个面对的侧表面的每一个上。
12. 根据权利要求10所述的电极组件，其中所述粘合剂选自流动性树脂、热固化粘合剂和UV固化树脂材料中的一种。
13.根据权利要求10所述的电极组件，其中所述膜具有比通过堆叠所述负极、所述隔膜和所述正极而形成的侧表面的高度长的长度，并且
所述膜的两端从所述侧表面延伸并且被折叠以分别结合至最下侧表面和最上侧表面。
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