CN107004892B - 用于制造二次电池用的电极组件的方法 - Google Patents

Abstract

披露了一种用于制造二次电池的方法。更具体地说，本公开内容涉及一种通过堆叠多个双电池型和/或单电池型单元电池来制造电极组件的方法。根据本公开内容的用于制造电极组件的方法可容易地消除在辊层压工艺中在单元电池中产生的曲率，并且可以采用简单的工艺制造出平板电极组件。此外，当利用上述方法来制造电极组件时，构成电极组件的各单元电池之间的曲率可被抵消，因此，可显著延长电极组件维持平板形状的时间。

Description

用于制造二次电池用的电极组件的方法

技术领域

本申请要求于2014年12月3日在韩国提交的韩国专利申请第10-2014-0172401号的优先权，通过引用将上述专利申请的公开内容结合在此。本公开内容涉及用于二次电池的电极组件及其制造方法。更具体地说，本公开内容涉及通过堆叠多个双电池型和/或单电池型单元电池来制造电极组件的方法。

背景技术

随着对移动装置的技术开发和需求增加，对作为能源的电池的需求迅速增加，因此，对满足各种要求的电池进行了许多研究。典型地，就电池形状而言，厚度较薄而能够应用于诸如移动电话之类的产品的棱柱形二次电池和袋型二次电池显示出高需求，就电池材料而言，具有诸如高能量密度、放电电压和输出稳定性这些优点的诸如锂离子电池和锂离子聚合物电池之类的锂二次电池显示出高需求。

此外，可根据电极组件的正极/隔板/负极结构对二次电池进行分类。可以分为，例如，包卷型电极组件，具有正极和负极的长片缠绕同时隔板插置其间的结构；堆叠型电极组件，具有由特定的尺寸单元切割的多个正极和负极顺序地堆叠同时隔板插置其间的结构；以及堆叠/折叠型电极组件，具有利用隔膜等将以特定单元的正极和负极堆叠的双电池(Bi-cell)或单电池(Monol-cell)缠绕同时隔板插置其间的结构。

近来，具有将堆叠型电极组件置于袋型电池壳体的铝层压片内的结构的袋型电池备受关注，原因如下：其具有低制造成本、重量轻、易于形状修改，此外，其利用率逐渐增加。

图1简要图示了用来制备现有技术的堆叠型电池的电极组件的单电池的制造工艺。最小单元单电池可大致包括隔板/第一电极/隔板/第二电极。如图1所示，可通过以下步骤来制造单元单电池：顺序地堆叠隔板11/第一电极12/隔板11/第二电极13，根据辊层压工艺通过加热和压制使各个层进行层间粘结，并且利用切割器C1、C2、C3适当地切割紧密接触的各层。可按照与上述单电池制造工艺类似的方式执行现有技术的双电池制造工艺，不同之处在于电极和隔板的堆叠次序。然而，通过辊层压工艺制造的单电池和/或双电池具有以下缺点：其可能会在穿过辊(roller)时因所施加的热和压力而弯曲并且会具有弯曲形状而非平板形状。此外，如图1中所示，隔板和电极可以缠绕状态储存直到展开(unwind)并被提供至辊层压以进行堆叠。当缠绕状态期间施加的变形未被辊层压充分地消除时，这种弯曲现象可能会表现得更加突出。由于堆叠型电池可用于制造具有平板形状的棱柱形电池，因此可能需要额外的工艺以将这样的弯曲形状的单电池和/或双电池修正为平板形状。

图2简要图示了现有技术的堆叠型电池的制造工艺。首先，通过以下步骤来制造电极组件100：堆放和堆叠弯曲的单元电池10(单电池和/或双电池)，使得弯曲方向彼此相同，随后缠条带20并固定。电极组件可保持弯曲形状。之后，可通过利用弯曲的平板夹具J同时按压电极组件的上部/下部而将电极组件修正为平板形状。然而，由于在堆叠的单元电池中弯曲方向是相同的，在弯曲部分上保持的修正应力可能会在各单元电池之间彼此加强，因而，存在可能不易于从电极组件消除曲率的问题。

发明内容

技术问题

设计本公开内容来解决现有技术的问题，因此，本公开内容涉及提供一种有效的方法用于消除通过堆叠经由辊层压工艺而弯曲的单元电池所制造的电极组件的曲率。本公开内容的这些和其他目的和优点可通过下面的详细描述来理解，并且根据本公开内容的示例性实施方式将变得更加显而易见。此外，容易理解的是，本公开内容的目的和优点可通过所附权利要求及其组合中描述的手段或方法实现。

技术方案

在本公开内容的一个方面中，提供一种用于电化学装置的平板电极组件的制造方法。

在本公开内容的第一方面中，一种制造平板电极组件的方法包括：堆放第一单元电池堆和第二单元电池堆，以使它们的凹面彼此面对(S1)，所述第一单元电池堆和第二单元电池堆呈C形弯曲并且具有一定的曲率半径；和通过按压堆放的第一单元电池堆和第二单元电池堆而从所述单元电池堆消除曲率(S2)。

在本公开内容的第二方面中以及上述第一方面中，在S1，第一单元电池堆的曲率半径R1是第二单元电池堆的曲率半径R2的-10％至+10％。

在本公开内容的第三方面中以及上述第一方面或第二方面的任一个中，在S1，每一个单元电池堆的曲率中心轴位于与所述单元电池堆的相对面(facing plane)垂直的平面上。

在本公开内容的第四方面中以及上述第一至第三方面的任一个中，第一单元电池堆和第二单元电池堆分别是单电池和/或双电池。

在本公开内容的第五方面中以及上述第一至第四方面的任一个中，平板电极组件是双电池型和/或单电池型。

在本公开内容的第六方面中以及上述第一至第五方面的任一个中，第一单元电池堆和第二单元电池堆分别是一个单元单电池和一个单元双电池，或者是通过堆叠两个以上单元单电池和单元双电池形成的。

此外，在本公开内容的第七方面中以及上述第一至第六方面的任一个中，平板电极组件是单电池型或双电池型，其中多个电极和多个隔板交替堆叠，并且所述隔板插置在两个相对的电极之间。

在本公开内容的第八方面中以及上述第七方面中，平板电极组件是双电池型，其中设置在最上端部分的电极的极性与设置在最下端部分的电极的极性彼此相同。

在本公开内容的第九方面中以及上述第七方面中，平板电极组件是单电池型，其中设置在最上端部分的电极的极性与设置在最下端部分的电极的极性彼此相反。

此外，在本公开内容的第十方面中以及上述第一至第九方面的任一个中，在S1，将具有无限曲率半径的平面形状的第三单元电池堆插置在第一单元电池堆和第二单元电池堆之间。

在本公开内容的第十一方面中以及上述第十方面中，第三单元电池堆是单电池型或双电池型。

有益效果

本公开内容提供以下效果。

根据本公开内容的用于制造电极组件的方法可容易地消除在辊层压工艺中在单元电池中产生的曲率，并且可采用简单的工艺制造出平板电极组件。此外，当利用上述方法来制造电极组件时，构成电极组件的各单元电池之间的曲率可被抵消，因此，可显著延长电极组件维持平板形状的时间。

附图说明

通过下面参照附图对各实施方式的描述，本公开内容的其它目的和方面将变得显而易见。附图举例说明本公开内容的较佳实施方式，且与前述内容一起用以提供对本公开内容的技术精神的进一步理解，因此，本公开内容不应被视为局限于附图。同时，为了更清楚地描述，可对本公开内容的附图中各元件的形状、大小、规格或比例进行放大。

图1图解了制造现有技术的单元电池的辊层压工艺。

图2图解了通过堆叠现有技术的呈弯曲形状的单元电池来制造电极组件的工艺。

图3图解了其上标有曲率轴的单元电池。

图4简要图解了根据本公开内容的实施方式的制造电极组件的方法。

图5简要图解了第一单元电池堆和第二单元电池堆的曲率半径差。

图6图解了第一单元电池堆和第二单元电池堆的曲率轴位于与所述单元电池堆的相对面垂直的平面上。

图7图解了在根据本公开内容的各种方法中，通过堆叠第一单元电池堆和第二单元电池堆来制造单电池型电极组件的实施方式。

图8和图9图解了通过在第一单元电池堆和第二单元电池堆之间插置平板第三单元电池堆来制造电极组件的实施方式。

图10图解了通过缠带来固定所制造的电极组件的实施方式。

具体实施方式

下文中，将参照附图详细描述本公开内容的优选实施方式。在描述之前，应当理解的是，在说明书和所附权利要求书中所使用的术语不应解释为受限于一般和字典意义，而是应以允许发明人对最佳解释适当地定义术语的原则的基础根据对应于本公开内容的技术方面的意义和概念来解释。因此，在此提供的描述只是出于举例说明目的的优选实施例而已，并不意在限制本公开内容的范围，因此应当理解的是，在不背离本公开内容的范围的情况下，可对本公开内容进行其他等同替换和修改。

本公开内容涉及一种通过堆叠单电池和/或双电池形式的单元电池来制造电极组件的方法，更具体地，涉及一种通过堆叠利用辊层压工艺的弯曲形状的单元电池来制造平板电极组件的方法。

根据本公开内容，所述电极组件是正极和负极以及插置其间的隔板的堆叠，所述电极组件可用在诸如锂离子二次电池的电化学装置中。

参照图1和图2，包括在电极组件中所包括的单元电池一般是利用如上所述的辊层压(roll lamination)工艺制造的，并且所述单元电池因所施加的热和压力而被制造成具有弯曲形状。弯曲的单元电池可基于一定的曲率轴弯曲，并且曲率轴X一般沿与辊的前进方向垂直的方向。图3图解了每一个单元电池中的曲率轴X形成为垂直于辊前进方向P。

图4简要图示了根据一个实施方式的电极组件的制造方法。下文中，将参照附图详细地描述本公开内容的优选实施方式。

参照图4，在4a处，可制备呈C形弯曲并且具有一定的曲率半径的第一单元电池堆210。所述单元电池堆可以是一个单电池或双电池型单元电池，或者是沿一致的曲率方向形成的两个以上单电池或双电池型单元电池的堆叠。

接着，在4b处，可制备呈C形弯曲并且具有一定的曲率半径的第二单元电池堆220。与第一单元电池堆类似，所述第二单元电池堆可以是一个单电池或双电池型单元电池，或者是沿一致的曲率方向形成的两个以上单电池或双电池型单元电池的堆叠。

可通过在一个平面上人工地弯曲单元电池或单元电池堆来制造第一单元电池堆和所述第二单元电池堆。然而，根据本公开内容的一个详细实施方式，单元电池和单元电池堆的曲率可因辊层压工艺期间所施加的热和/或压力而自然形成。

接着，在4b处，可将第一单元电池堆和第二单元电池堆堆放成使得它们的凹面彼此面对。

根据本公开内容的一个详细实施方式，第一单元电池堆和第二单元电池堆可各自具有一定的曲率半径。优选地，第一单元电池堆的曲率半径R1可以是第二单元电池堆的曲率半径R2的约-10％至+10％，更优选地，第一单元电池堆和第二单元电池堆可具有一致的曲率半径(参见图5)。

此外，根据本公开内容的一个优选实施方式，第一单元电池堆和第二单元电池堆可具有相同的均匀曲率半径，并且所述单元电池堆的水平长度和垂直长度彼此相同。当满足这些条件时，如图4c中所示，当两个单元电池堆的弯曲的边缘部分彼此接触以被按压时，曲率可被最有效地抵消。

根据本公开内容的一个详细实施方式，当第一单元电池堆210和第二单元电池堆220被堆放和堆叠成使得它们的凹面彼此面对时，第一单元电池堆210的曲率轴X1和第二单元电池堆220的曲率轴X2可优选地位于与第一单元电池堆210和第二单元电池堆220的相对面垂直的平面上。在本公开内容中，术语“相对面”是指位于彼此相对的第一单元电池堆210和第二单元电池堆220之间存在的虚拟平面，例如，“相对面”是这样的一个平面，第一单元电池堆210和第二单元电池堆220基于该平面彼此对称。

图6图示出堆放的曲率轴的每一个X1、X2都是位于与相对面垂直的平面上。当曲率轴X1、X2因具有一定角度而交叉或者不在与相对面垂直的同一平面上时，则利用下面描述的工艺进行的按压可能不能有效地产生曲率抵消。

接着，在S2，通过从外部按压堆放的第一单元电池堆和第二单元电池堆、粘合所述单元电池堆、以及消除曲率可得到平板电极组件。根据本公开内容的一个详细实施方式，所述按压可优选地沿着与第一单元电池堆210和第二单元电池堆220的相对面垂直的方向、朝向电极组件的中心表面执行。例如，可利用包括上按压构件和下支撑构件的一对夹具执行按压，优选地，上按压构件和下支撑构件可以是平板形状。也就是说，可通过将其凹部彼此面对堆放的单元电池堆布置在下支撑构件的上表面上并且沿向下方向按压上按压构件而将所述单元电池堆进行粘合。

在根据上述方法制造的电极组件中，多个电极和多个隔板彼此交替堆叠，并且彼此具有相反极性的相对电极分别位于隔板的两个侧表面上。也就是说，电极组件内的隔板可插置并堆叠在两个相对的电极之间，所述电极组件可以是单电池型或双电池型。

在上述单电池型电极组件中，在各电极中设置在最上端部分的电极与设置在最下端部分的电极可具有彼此相反的极性。此外，在上述双电池型电极组件中，在各电极中设置在最上端部分的电极与设置在最下端部分的电极可具有彼此相同的极性。根据本公开内容的一个详细实施方式，在上述双电池型或单电池型电极组件中，根据需要，隔板可设置在或可不设置在最上端电极和/或最下端电极的外侧上。此外，如在此使用的术语“最上端部分”和“最下端部分”意在表示便于说明的相对方向，它们并不确定绝对的物理位置。

图7图解了根据一个实施方式的单电池型电极组件的制造方法。根据本公开内容的一个详细实施方式，第一单元电池堆可以是单电池型单元电池堆，其中具有从图的下侧顺序堆叠的隔板/第一电极/隔板/第二电极的单电池型单元电池被堆叠。此外，第二单元电池堆可以是单电池型单元电池堆，其中隔板/第一电极/隔板/第二电极从图的下侧被堆叠。在这种情况下，由于第二电极可从电极组件的一端暴露在外部，因此为了防止暴露，可额外地执行在第二电极的暴露的上表面上形成隔板的工艺。

根据本公开内容的一个详细实施方式，弯曲的第一单元电池堆和第二电池单元堆可通过在其间插置有平板第三单元电池堆而堆放。根据本公开内容的一个详细实施方式，第三单元电池堆可具有无限曲率半径的平面形状。此外，第三单元电池堆可以是单电池型或双电池型。

根据本公开内容的一个详细实施方式，作为第三单元电池堆，可以使用根据本公开内容的用于制造电极组件的方法所制造的电极组件。

图8图解了第一单元电池堆和第二电池单元堆通过在其间插置有第三单元电池堆而堆叠，其中所述第三单元电池堆为单电池型并且在两个表面上设置有隔板。此外，图9图解了第一单元电池堆和第二电池单元堆通过其间插置有第三单元电池堆，其中所述第三单元电池堆为双电池型并且在两个表面上形成有隔板。当通过具有平板第三单元电池堆来制造电极组件叠时，可更有效地消除第一单元电池堆和第二电池单元堆的曲率。

最后，可将通过消除曲率形成的电极组件缠条带以固定。图10简要图解了根据一个实施方式缠条带和固定电极组件的实施方式。

根据本公开内容，电极和隔板的材料可不受限制，只要它们是电化学装置(诸如具体为二次电池或锂离子二次电池)中通常使用的材料即可，在此将不再具体描述。

已详细地描述了本公开内容。然而，应当理解的是，详细描述和具体实施例在表示本公开内容的优选实施方式的同时，仅仅是作为说明给出，因为根据这些详细描述，对本领域的技术人员来说，本公开内容范围内的各种改变和修改将变得显而易见。

附图标记说明

100、200：电极组件

10、210、220、230：单元电池堆

20、240：条带 11、S：隔板

12、E1：第一电极 13、E2：第二电极

211、221、231：单元电池

C1、C2、C3：切割器。

Claims (11)

1.一种用于制造平板电极组件的方法，包括堆放第一单元电池堆和第二单元电池堆，其特征在于：

S1：堆放所述第一单元电池堆和所述第二单元电池堆，以使它们的凹面彼此面对，所述第一单元电池堆和所述第二单元电池堆呈C形弯曲并且具有一定的曲率半径；和

S2：通过按压堆放的第一单元电池堆和第二单元电池堆而从所述单元电池堆消除曲率。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在S1，所述第一单元电池堆的曲率半径R1是所述第二单元电池堆的曲率半径R2的-10％至+10％。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在S1，每一个单元电池堆的曲率中心轴位于与所述单元电池堆的相对面垂直的平面上。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一单元电池堆和第二单元电池堆分别是单电池和/或双电池。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述平板电极组件是双电池型和/或单电池型。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一单元电池堆和第二单元电池堆分别是一个单元单电池或一个单元双电池，或者分别是通过堆叠两个以上单元单电池或单元双电池形成的。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述平板电极组件是单电池型或双电池型，其中多个电极和多个隔板交替堆叠，并且所述隔板插置在两个相对的电极之间。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述平板电极组件是双电池型，其中设置在最上端部分的电极的极性与设置在最下端部分的电极的极性彼此相同。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述平板电极组件是单电池型，其中设置在最上端部分的电极与设置在最下端部分的电极彼此相反。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，在S1，将具有无限曲率半径的平面形状的第三单元电池堆插置在所述第一单元电池堆和所述第二单元电池堆之间。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第三单元电池堆是单电池型或双电池型。