CN117321876A - 用于对二次电池充电和放电的夹具装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对二次电池充电和放电的夹具装置，其能够向电池单体中的本体区域和滑动区域施加均匀的压力，并且根据实施例的用于充电和放电的夹具装置包括：一对挤压夹具；和辅助挤压构件，所述辅助挤压构件被置放在所述一对挤压夹具的面对的表面之间，其中，当所述电池单体被置放在所述一对挤压夹具之间时，所述辅助挤压构件挤压所述电池单体的所述滑动区域。

Description

用于对二次电池充电和放电的夹具装置

技术领域

对相关申请的交叉引用

该申请要求在韩国知识产权局于2021年10月20日提交的韩国专利申请第10-2021-0140155号和2022年10月19日提交的韩国专利申请第10-2022-0134616号的利益，其全部内容通过引用并入本文。

本公开涉及一种用于对二次电池充电和放电的夹具装置，并且更特别地涉及如下一种用于对二次电池充电和放电的夹具装置，其能够向电池单体的本体区域和滑动区域施加均匀的压力。

背景技术

在现代社会中，随着便携式装置诸如移动电话、笔记本计算机、便携式摄像机和数码照相机的日常使用，在与如以上描述的移动装置有关的领域中的技术的开发已经活跃起来。另外，为了试图解决由使用化石燃料的现有汽油车辆引起的空气污染等问题，可充电/可放电二次电池为电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(P-HEV)等用作电源。因此，对二次电池的开发需求正在增加。

当前商业化的二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池和锂二次电池。其中，因为锂二次电池具有优点，例如自由充电和放电，并且具有非常低的自放电率和高能量密度，所以锂二次电池已经受到关注。

锂二次电池以以下顺序来制造：制造电极的电极制造过程；通过置入电极和分隔件来制造电极组件并且与电解质一起地将其结合在二次电池外壳中以制造二次电池的组装过程；和用于呈现所制造的二次电池的激活过程。

其中，在激活过程中，电池单体被安装在预定夹具上，并且在激活所必要的条件下被充电和放电。

同时，安装在电池外壳中的电极组件是一种能够充电和放电的具有阴极/分隔件/阳极堆叠结构的电力产生元件，并且包括果冻卷型电极组件、堆叠型(层叠型)电极组件、堆叠/折叠型电极组件等。

这种电极组件通过限定通过混合过程制备的电极活性材料浆液的狭槽模具而在电极集流体上涂覆有预定图案和预定厚度的电极活性材料浆液，并且然后被干燥。然而，因为电极活性材料浆液是一种流体，所以它具有在涂覆之后向下流动的性质，并且电极活性材料浆液的向下流动被称为滑动(sliding)。在涂覆有电极活性材料的涂覆部分在宽度方向上的两个端部处，这种滑动可能频繁地发生。

图1是示出滑动区域的平面视图和截面视图。

图2是示出电池单体的图，并且图3是示出其中电池单体被设置在充电和放电夹具装置中的示例的图。

参考图1，滑动区域意味着如下一种区域，其中，电极混合物层的厚度随着距离远离涂覆部分的中央侧而变得更薄，并且电极混合物层的厚度随着其更靠近涂覆部分的中央侧而变得更厚。同时，如在图1中所示，排除滑动区域S之外的部分A具有电极混合物层的厚度大于滑动区域S的值。

参考图2，电池单体10包括对应于其中分隔件和电极被交替地堆叠的电极混合物层区域A(见图1)的本体区域12，和对应于滑动区域S的一部分(见图1)的滑动区域14。图2所示滑动区域14意味着电极接线片在滑动区域S内被连接到电极的部分。滑动区域14可以具有稍微低于本体区域12的厚度的厚度，因为根据如以上描述的过程施加的电极活性材料的滑动现象可能出现。

参考图3，在激活过程中，因为电池单体10重复充电和放电，所以其中电池单体10的一部分***的现象可能出现，其中，通过向电池单体的一侧施加压力，充电和放电夹具装置能够将在充电/放电期间电池单体的体积变化限制于固定的范围。然而，滑动区域14与本体区域12相比较具有更小的厚度值，并且夹具装置的挤压表面具有平坦形状。因此，存在以下问题：在滑动区域14和夹具装置之间产生间隙，并且不同的压力被施加到本体区域12和滑动区域14。

因此，需要一种能够使得施加到电池单体的压力的分布更均匀的充电和放电夹具装置。

发明内容

技术问题

本公开的目的在于提供一种能够均匀地对电池单体加压的充电/放电夹具装置。

然而，本公开的实施例所要解决的技术问题不限于以上描述的问题，并且能够在包括在本公开中的技术思想的范围内被不同地扩展。

技术方案

根据本公开的一个实施例，提供一种充电和放电夹具装置，包括：一对挤压夹具和辅助挤压构件，所述辅助挤压构件被设置在所述一对挤压夹具的相对的表面之间，其中，当电池单体被置放在所述一对挤压夹具之间时，所述辅助挤压构件挤压所述电池单体的滑动区域。

所述辅助挤压构件可以提供台阶，所述台阶从所述一对挤压夹具的相对的表面朝向所述电池单体突出。

所述辅助挤压构件可以挤压在所述电池单体的所述滑动区域内电极和电极接线片被连接的部分。

所述辅助挤压构件可以具有带或者条带的形状并且可以被置放成平行于所述一对挤压夹具的一端。

所述充电和放电夹具装置可以进一步包括挤压垫，所述挤压垫位于所述一对挤压夹具的所述相对的表面中的至少一个表面上以缓冲施加到所述电池单体的本体区域的压力。

所述辅助挤压构件可以位于所述挤压垫上。

所述挤压垫被设置成一对并且分别地位于所述一对挤压夹具的彼此相对的两个表面上，并且所述辅助挤压构件被设置成一对并且可以分别地位于所述一对挤压垫的彼此相对的两个表面上。

所述电池单体的本体区域可以与所述辅助挤压构件间隔开。

所述辅助挤压构件可以被定位成覆盖所述滑动区域的宽度的40％到100％。

所述辅助挤压构件可以被定位成覆盖所述滑动区域的宽度的60％到80％。

所述辅助挤压构件可以由具有比所述挤压垫的硬度更高的硬度的材料制成。

所述挤压垫可以由硅胶制成。

所述挤压夹具可以由不锈钢制成。

保护纸可以位于所述辅助挤压构件和所述挤压垫之间。

所述辅助挤压构件的厚度可以大于30μm。

所述辅助挤压构件的厚度可以是31μm或者更大。

有利的效果

根据实施例，本公开的充电和放电夹具装置能够在挤压表面上形成台阶以由此使得施加到电池单体的压力是均匀的。

本公开的效果不限于以上提到的效果并且本领域技术人员从所附权利要求书的描述将清楚地理解以上未提到的另外的其它效果。

附图说明

图1是示出滑动区域的平面视图和截面视图；

图2是示出电池单体的图；

图3是示出其中电池单体被设置在充电和放电夹具装置中的示例的图；

图4是示出根据本公开的一个实施例的充电和放电夹具装置的图；

图5是沿着图4的切割线A-A截取的截面视图；

图6到8是示出设置在根据本公开的一个实施例的充电和放电夹具装置中的辅助挤压构件的示例的图表；

图9是示出对于图6到8的示例的测试结果的曲线图；

图10是示出对于图6到8的示例的测试结果的另一个曲线图；并且

图11是示出根据本公开的另一个实施例的充电和放电夹具装置的图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本公开的各种实施例，从而本领域技术人员能够容易地实施它们。本公开可以以各种不同的方式修改，并且不限于在这里阐述的实施例。

将省略与描述无关的部分以清楚地描述本公开，并且贯穿该说明书地，类似的附图标记标注类似的元件。

此外，在附图中，为了便于描述而任意地示意了每一个元件的尺寸和厚度，并且本公开不一定被限制于在附图中示意的那些。在附图中，为了清楚起见，放大了层、区域等的厚度。在附图中，为了描述方便起见，部分和区域的厚度被夸大。

此外，将会理解，当一个元件诸如层、膜、区域或板被称为在另一个元件“上”或“上方”时，它能够直接在该另一个元件上或者也可以存在居间元件。相反，当一个元件被称为“直接地”在另一个元件“上”时，这意味着不存在其它居间元件。此外，特定部分位于参考部分“上方”或者“上”意味着特定部分位于参考部分上方或者下方并且不特别地意味着特定部分朝向重力相反方向在“上方”或者“上”。同时，类似于它被描述为置放在另一个部分“上”或者“上方”的情形，它被描述为置放在另一个部分“下方”或者“下”的情形也将参考以上提到的内容来理解。

此外，贯穿该说明书地，当一部分被称作“包括(including)”或者“包含(comprising)”特定部件时，这意味着该部分能够进一步包括其它部件，而不排除其它部件，除非另有声明。

此外，贯穿该说明书地，当称作“平面的”时，这意味着目标部分被从上侧观察，并且当称作“截面的”时，这意味着目标部分被从竖直地切割的截面一侧观察。

在下文中，将描述根据本公开的一个实施例的充电和放电夹具装置。

首先，在本公开中，滑动区域S应该被理解为包括电极混合物层的平坦度减小的区域以及它在涂覆部分和非涂覆部分之间的边界附近的周边部分的概念。关于细节，参考与图1有关的描述。

而且，在本公开中，“滑动区域14”意味着在滑动区域S中电极接线片被连接到电极的部分。即，在本公开中，将描述位于在滑动区域S中电极接线片被连接到电极的部分中的滑动区域14的实施例。

在电极接线片被连接到电极的部分中，因为根据如以上参考图2描述的过程施加的电极活性材料的滑动现象可能出现，所以滑动区域14可以具有稍微低于本体区域12的厚度的厚度。

图4是示出根据本公开的一个实施例的充电和放电夹具装置的图。图5是沿着图4的切割线A-A截取的截面视图。

在图4的实施例中，作为示例示出用于挤压图2的L形电池单体10的充电和放电夹具装置。参考图4和5，本实施例的充电和放电夹具装置100包括一对挤压夹具110、位于该一对挤压夹具110的相对的表面上的挤压垫120以及设置在挤压垫120上的辅助挤压构件140。这里，用于覆盖挤压垫120的一个表面的保护纸130可以位于挤压垫120和辅助挤压构件140之间。

本实施例的充电和放电夹具装置100可以在二次电池的激活过程中使用。本实施例的充电和放电夹具装置100用于将在激活过程期间发生的电池单体10的体积变化限制于固定的范围，并且能够分别地挤压电池单体10的一个表面和另一个表面。

挤压夹具110被构造成向电池单体10施加压力并且可以由坚硬的材料诸如金属形成。例如，挤压夹具110可以由坚硬的并且具有强耐热性的材料诸如不锈钢制成。

挤压夹具110可以被设置成一对，并且电池单体10可以被置放在该一对挤压夹具110的相对的表面之间。当电池单体10的体积通过激活过程而增加时，挤压夹具110挤压电池单体10的一个表面和另一个表面以由此将电池单体10的体积变化限制于固定的范围。

挤压垫120可以被构造成防止挤压夹具110过度地挤压电池单体10。挤压垫120能够缓冲从挤压夹具110施加到电池单体10的压力并且防止电池单体10被挤压夹具110损坏。挤压垫120能够由弹性材料诸如硅胶制成。

挤压垫120可以被设置在挤压夹具110的一个表面上。挤压垫120被置放在该一对挤压夹具110的相对的表面上，并且由挤压夹具110施加到电池单体10的压力能够通过挤压垫120传递。挤压垫120可以被设置于该一对挤压夹具110中的每一个。挤压垫120可以被设置成一对。

保护纸130可以被构造成当充电和放电夹具装置100和电池单体10形成彼此接触时防止电池单体10被损坏。保护纸130可以被设置在挤压垫120的一个表面上。保护纸130可以被设置在挤压垫120的面对电池单体10的一个表面上。

同时，本实施例的充电和放电夹具装置100可以包括辅助挤压构件140，该辅助挤压构件140防止由于在电池单体10的本体区域12和滑动区域14之间的厚度差异而导致压力被均匀地传递到电池单体10。当电池单体10被置放在该一对挤压夹具110之间时，根据本公开的辅助挤压构件140挤压电池单体的滑动区域S。另外，在本实施例中，将作为实施例描述其中辅助挤压构件140挤压与在滑动区域S内电极接线片被连接到电极的部分对应的滑动区域14的情形。

辅助挤压构件140也可以称作夹具化成带。即，辅助挤压构件140具有带形状或者条带形状。此外，辅助挤压构件140被置放成平行于该一对挤压夹具110的一端。

辅助挤压构件140可以用于消除在电池单体10的本体区域12和滑动区域14之间的厚度差异。辅助挤压构件140用于在充电和放电夹具装置100的一个表面上形成朝向电池单体10突出的台阶，使得均匀的压力被从挤压夹具110施加到电池单体10。

辅助挤压构件140能够被设置在充电和放电夹具装置100的面对电池单体10的一个表面上以在充电和放电夹具装置100的挤压表面上形成台阶。辅助挤压构件140能够如在图5中所示被设置在保护纸130的面对电池单体10的一个表面上，但是也能够被设置在挤压垫120的一个表面上。当辅助挤压构件140被以此方式设置在挤压垫120的一个表面上或者保护纸130的一个表面上时，当充电和放电夹具装置100挤压电池单体10时，辅助挤压构件140的位置由挤压垫120稍微地调节，由此能够防止辅助挤压构件140过度地挤压电池单体10或者破坏电池单体10。这可能是因为，与挤压垫120或者保护纸130相比，辅助挤压构件140是由具有更高硬度的坚硬材料或者具有更低弹性的材料制成的。

辅助挤压构件140可以被置放成对应于电池单体10的滑动区域14。辅助挤压构件140可以被置放成与电池单体10的本体区域12间隔开。如在图5中所示，辅助挤压构件140在充电和放电夹具装置100的挤压表面内在对应于滑动区域14的区域中形成台阶，使得压力能够被从挤压夹具110传递到具有相对低的厚度的滑动区域14。

辅助挤压构件140可以优选地被设置成覆盖滑动区域14的宽度的40％或者更多。辅助挤压构件140可以优选地被设置成覆盖滑动区域14的宽度的40％到100％、50％到90％、或者60％到80％。辅助挤压构件140用于消除由于在滑动区域14中的活性材料的滑动而引起的从充电和放电夹具装置100施加的非均匀压力梯度，并且这种数值能够对滑动位置和尺寸加以考虑。因此，考虑典型的滑动范围，辅助挤压构件140可以优选地覆盖滑动区域14的60％到80％。

辅助挤压构件140的长度、宽度和厚度可以根据滑动区域14的尺寸或者厚度而被不同地设定。此时，辅助挤压构件140的长度、宽度和厚度可以优选地被设定为使得从挤压夹具110传递到本体区域12的压力和传递到滑动区域14的压力是类似的。

同时，在以上提到的实施例中，已经描述了图2和4所示L形电池单体10被挤压的情形，但是本公开不限于所示意的那些，并且能够被应用于挤压各种形状的电池单体10。例如，作为根据本公开的另一个实施例的充电和放电夹具装置，用于挤压图11所示电池单体10的充电和放电夹具装置能够被修改和应用。此外，虽然在这里未示出，但是即便阴极接线片和阳极接线片被设置在电池单体10的在彼此相反的方向上的两端上，各种修改和改变也是可能的，诸如能够修改并且应用本公开。

此外，在以上提到的实施例中，已经作为实施例描述了辅助挤压构件140挤压与在滑动区域S内电极接线片被连接到电极的部分对应的滑动区域14的情形，但是本公开不限于此，并且辅助挤压构件140挤压电池单体的另一个部分的滑动区域S便是足够的。本公开能够被修改、改变和应用于匹配在其中实施本公开的各种环境。

接着，将描述对于设置在根据本公开的一个实施例的充电和放电夹具装置中的辅助挤压构件的测试。

图6到8是示出设置在根据本公开的一个实施例的充电和放电夹具装置中的辅助挤压构件的示例的图表。图9是示出对于图6到8的示例的测试结果的曲线图。图10是示出对于图6到8的示例的测试结果的另一个曲线图。在图6到8中，JF带是夹具化成带(jigformation tape)的缩写并且可以指辅助挤压构件140。

参考图6到8，辅助挤压构件140能够被设置成覆盖滑动区域14的一部分。辅助挤压构件140能够被设置成覆盖滑动区域14的60％到80％。在图6到8中图示的电池单体10的情形中，滑动区域14的宽度是20mm，辅助挤压构件140的最小宽度是12mm，并且辅助挤压构件140被图示为覆盖滑动区域14的60％。

设置在充电和放电夹具装置100中的辅助挤压构件140的位置或者尺寸可以改变。辅助挤压构件140可以如在图6中所示仅仅被设置在对应于滑动区域14的一部分中，并且它能够被设置成对应于滑动区域14，但是如在图7和8中所示覆盖至滑动区域14不位于此处的部分。此外，辅助挤压构件140可以如在图6中所示被设置成具有稍微窄的宽度，并且它可以如在图7和8中所示被设置成具有稍微宽的宽度值。此外，辅助挤压构件140可以如在图6和7中所示被设置成具有稍微更小的厚度值，或者它可以如在图8中所示被设置成具有稍微更大的厚度值。具体地，图6被图示为具有30μm的厚度和12mm的宽度，图7被图示为具有30μm的厚度和22mm的宽度，并且图8被图示为具有50μm的厚度和22mm的宽度。

参考图9，能够比较施加到图6到8所示示例的本体区域12和滑动区域14的压力值的差异。此时，由图9中的索引指示的水平轴线的每一个值意味着在测试中使用的每一个电池单体10，并且竖直轴线是表面压力，并且单位可以是MPa。

此外，图9(a)和图9(b)示出使用充电和放电夹具装置100对电池单体10执行的每一个测试的结果。在图9中，用于图6、7和8的结果分别地被指示为“Test1 12+30”、“Test222+30”和“POR 22+50”。

参考图7的测试结果，在图6和7中，确认了施加到本体区域12和滑动区域14的压力值示出大于两倍的差异。然而，在图8中，确认了当与图6和7相比较时施加到本体区域12和滑动区域14的压力值是稍微类似的。

具体地，滑动区域14的压力值被示出为在图6中大约0.5Mpa，但是在图7中大约0.65Mpa并且在图8中大约1.0Mpa。此时，在图6、7和8中本体区域12的压力值被示出为大约1.2Mpa。因此，确认了通过应用辅助挤压构件140，滑动区域14的压力值能够被增加到本体区域12的压力值的80％或者更多，或者从80％到100％，并且通过辅助挤压构件140在本体区域12和滑动区域14之间施加的压力的差异能够被最小化。

此外，参考以上提到的结果，辅助挤压构件140的厚度可以大于30μm，或者可以是31μm或者更大。然而，不一定是这种情形，并且可以取决于电池单体10的尺寸、总体厚度或者充电和放电夹具装置100的规格而改变。

参考图10，可以更详细地比较施加到图8所示示例的本体区域12和滑动区域14的压力值的差异。此时，在图10中，水平轴线可以是测量位置，竖直轴线可以是表面压力，并且单位可以是MPa。

参考图10的测试结果，确认了施加到图8的本体区域12和滑动区域14的压力分布是均匀的。因此，当使用本实施例的充电和放电夹具装置100时，不仅在本体区域12和滑动区域14之间施加的压力的差异被最小化，而且在本体区域12和滑动区域14中的每一个中根据位置发生的压力偏差也能够被最小化。

具体地，施加到滑动区域14的压力是施加到本体区域12的压力的大约86％，并且根据位置发生的偏差是大约0.03。

而且，施加到滑动区域14的压力是大约1.05Mpa，并且根据位置发生的偏差是大约0.04，并且施加到本体区域12的压力是大约1.23Mpa，并且根据位置发生的偏差是大约0.03。

虽然以上已经详细描述了本公开的优选实施例，但是本公开的范围不限于此，并且本领域技术人员能够使用在所附权利要求书中定义的本公开的基本概念做出各种修改和改进，这也落入本公开的范围内。

附图标记说明

10：电池单体

12：本体区域

14：接线片连接部分

100：充电和放电夹具装置

110：挤压夹具

120：挤压垫

130：保护纸

140：辅助挤压构件

Claims (13)

1.一种充电和放电夹具装置，包括：

一对挤压夹具，和

辅助挤压构件，所述辅助挤压构件被设置在所述一对挤压夹具的相对的表面之间，

其中，当电池单体被置放在所述一对挤压夹具之间时，所述辅助挤压构件挤压所述电池单体的滑动区域。

2.根据权利要求1所述的充电和放电夹具装置，其中：

所述辅助挤压构件提供台阶，所述台阶从所述一对挤压夹具的相对的表面朝向所述电池单体突出。

3.根据权利要求1所述的充电和放电夹具装置，其中：

所述辅助挤压构件挤压在所述电池单体的所述滑动区域内电极和电极接线片被连接的部分。

4.根据权利要求1所述的充电和放电夹具装置，其中：

所述辅助挤压构件具有带或者条带的形状，并且被置放成平行于所述一对挤压夹具的一端。

5.根据权利要求1所述的充电和放电夹具装置，进一步包括：

挤压垫，所述挤压垫位于所述一对挤压夹具的所述相对的表面中的至少一个表面上以缓冲施加到所述电池单体的本体区域的压力，

其中，所述辅助挤压构件位于所述挤压垫上。

6.根据权利要求5所述的充电和放电夹具装置，其中：

所述挤压垫被设置成一对并且分别地位于所述一对挤压夹具的彼此相对的两个表面上，并且

所述辅助挤压构件被设置成一对并且分别地位于所述一对挤压垫的彼此相对的两个表面上。

7.根据权利要求1所述的充电和放电夹具装置，其中：

所述电池单体的本体区域与所述辅助挤压构件间隔开。

8.根据权利要求1所述的充电和放电夹具装置，其中：

所述辅助挤压构件被定位成覆盖所述滑动区域的宽度的40％到100％。

9.根据权利要求1所述的充电和放电夹具装置，其中：

所述辅助挤压构件被定位成覆盖所述滑动区域的宽度的60％到80％。

10.根据权利要求6所述的充电和放电夹具装置，其中：

所述辅助挤压构件由具有比所述挤压垫的硬度更高的硬度的材料制成。

11.根据权利要求6所述的充电和放电夹具装置，其中：

所述挤压垫由硅胶制成。

12.根据权利要求1所述的充电和放电夹具装置，其中：

所述挤压夹具由不锈钢制成。

13.根据权利要求1所述的充电和放电夹具装置，进一步包括：

保护纸，所述保护纸位于所述辅助挤压构件和所述挤压垫之间。