制造电极组件的设备、通过该设备制造的电极组件和二次电池的制作方法

1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年5月14日提交的韩国专利申请第10
‑
2019
‑
0056443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。
3.技术领域
4.本发明涉及一种制造电极组件的设备、通过该设备制造的电极组件和二次电池。


背景技术：

5.与一次电池不同，二次电池是可再充电的，而且紧凑尺寸和高容量的可能性也较高。因而，近来正在对二次电池进行诸多研究。随着技术发展和对移动装置需求的增加，对作为能源的二次电池的需求正迅速增加。
6.根据电池壳体的形状，可再充电电池分为硬币型电池、圆柱型电池、棱柱型电池和袋型电池。在这样的二次电池中，安装在电池壳体中的电极组件是具有其中电极和隔膜进行堆叠的结构的可充电和放电的电力产生装置。
7.电极组件可大致分为果冻卷型(jelly
‑
roll)电极组件、堆叠型电极组件、和堆叠/折叠型电极组件，在果冻卷型电极组件中，隔膜插置在正极与负极之间，正极和负极的每一个都设置为涂覆有活性材料的片的形式，然后正极、隔膜和负极进行卷绕，在堆叠型电极组件中，多个正极和负极在它们之间具有隔膜的情况下顺序地堆叠，在堆叠/折叠型电极组件中，堆叠型单元电池与具有较长长度的隔离膜一起卷绕。
8.在根据相关技术的堆叠型电极组件的情况下，通过这样的层压来制造电极组件，即在电极和隔膜的堆叠体通过一对辊之间的同时对该堆叠体施加热量和压力。
9.在此，为了调节施加至电极和隔膜的堆叠体的压力，上辊向下辊移动来调节压力。就是说，实际施加至堆叠体的压力根据辊之间的距离、每个辊的重量和堆叠体的厚度而变化。因而不可能总是给堆叠体施加均匀的压力。
10.原因在于，堆叠体的厚度不总是均匀的，辊之间的距离由于通过被施加用来执行工序的、施加至堆叠体的热量所引起的上辊与下辊之间的热传递造成的上辊和下辊的热膨胀而发生变化，并且施加至上辊的压力和施加至堆叠体的压力总是变化。
11.由于该原因，存在这样的问题，即难以获得实现均匀质量(粘结强度)的目的。
12.[现有技术文献](专利文件)韩国专利公开第10
‑
2014
‑
0015647号


技术实现要素：

[0013]
技术问题
[0014]
本发明的一个方面是提供一种当电极和隔膜的堆叠体被层压以制造电极组件时，将电极和隔膜彼此均匀结合的制造电极组件的设备、通过该设备制造的电极组件和二次电池。
[0015]
技术方案
[0016]
根据本发明实施方式的将电极和隔膜的堆叠体层压以制造电极组件的制造电极组件的设备包括：配置为分别按压所述堆叠体的上部和下部的上辊和下辊；配置为支撑所述上辊的上支撑部；配置为使所述上支撑部移动的移动部；配置为支撑所述下辊的两侧的下支撑部；压力检测部，所述压力检测部设置在所述下支撑部上，以检测施加至所述下辊的压力，由此检测施加至所述堆叠体的压力；和控制部，所述控制部配置为通过反映所述压力检测部中检测的压力检测值来调节施加至所述堆叠体的压力，其中所述压力检测部包括：配置为检测施加至所述下辊的一侧的压力的第一压力检测部；和配置为检测施加至所述下辊的另一侧的压力的第二压力检测部。
[0017]
有益效果
[0018]
根据本发明，当电极和隔膜的堆叠体通过层压结合时，检测设置在堆叠体下部的部分的压力，以调节施加至堆叠体的按压力，由此均匀地按压堆叠体，因而可实现堆叠体的均匀结合。
[0019]
在此，可检测设置在堆叠体下部的下辊的两侧的压力，以在控制部中调节上辊与下辊之间的距离。因此，可对堆叠体施加更均匀的压力，以实现均匀质量(粘结强度)。
附图说明
[0020]
图1是根据本发明实施方式的制造电极组件的设备的概念性框图。
[0021]
图2是图解根据本发明实施方式的制造电极组件的设备的正视图。
[0022]
图3是示例性图解根据本发明实施方式的通过制造电极组件的设备制造的电极组件以及包括电极组件的二次电池的透视图。
[0023]
图4是示例性图解根据本发明实施方式的制造电极组件的设备的概念性正视图。
[0024]
图5是图解根据本发明实施方式的制造电极组件的设备中的第三支撑部和第四支撑部的右视图。
具体实施方式
[0025]
通过下面结合附图的详细描述，本发明的目的、具体优点和新颖特征将变得更加明显。应当注意，尽可能用相同的标号来给本技术的附图中的部件添加参考标号，即使这些部件在其他附图中示出。此外，本发明可以以不同的形式实施，不应被解释为限于在此阐述的实施方式。在本发明的以下描述中，将省略可能会不必要地模糊本发明的主旨的相关技术的详细描述。
[0026]
图1是根据本发明实施方式的制造电极组件的设备的概念性框图,图2是图解根据本发明实施方式的制造电极组件的设备的正视图。
[0027]
参照图1和图2，根据本发明实施方式的制造电极组件的设备可包括：按压堆叠体10的上部和下部的上辊130和下辊140；支撑上辊130的上支撑部120；使上支撑部120移动的移动部110；支撑下辊140的两侧的下支撑部150；测量施加至下辊140的压力的压力检测部160；和调节施加至堆叠体10的压力的控制部180。
[0028]
图3是示例性图解根据本发明实施方式的通过制造电极组件的设备制造的电极组件以及包括电极组件的二次电池的透视图。
[0029]
下文中，将参照图1至图5更详细地描述根据本发明实施方式的制造电极组件的设备。
[0030]
参照图2和图3，根据本发明实施方式的制造电极组件的设备可以是将电极13和隔膜14的堆叠体10层压(lamination)以制造电极组件10’的电极组件制造设备。
[0031]
电极组件10’可以是可充电和放电的电力产生元件并且具有其中电极13和隔膜14交替堆叠以彼此组装的形式。
[0032]
电极13包括正极11和负极12。在此，正极11、隔膜14和负极12可交替设置。
[0033]
正极11可包括正极集流体和施加至正极集流体的正极活性材料。例如，正极集流体可设置为由铝材料制成的箔(foil)，正极活性材料可由锂镁氧化物、锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂铁氧化物、或者包含上述材料中的至少一种或多种的化合物或其混合物。
[0034]
负极12可包括负极集流体和施加至负极集流体的负极活性材料。例如，负极集流体可设置为由铜(cu)或镍(ni)材料制成的箔(foil)。负极活性材料可包括合成石墨、锂金属、锂合金、碳、石油焦、活性炭、石墨、硅化合物、锡化合物、钛化合物或它们的合金。在此，负极活性材料可例如进一步包括非石墨基sio(silica，二氧化硅)或sic(silicon carbide，碳化硅)。
[0035]
隔膜14可由绝缘材料和柔性材料制成。在此，隔膜14例如可由聚烯烃类树脂膜，诸如具有微孔的聚乙烯或聚丙烯制成。
[0036]
图4是示例性图解根据本发明实施方式的制造电极组件的设备的概念性正视图。图4示例性图解了从正面观看时的移动部110。
[0037]
参照图2至图4，上辊130和下辊140可按压电极130和隔膜140的堆叠体10的上部和下部。
[0038]
此外，上辊130和下辊140可在旋转的同时连续地层压多个堆叠体10。
[0039]
此外，例如，上辊130和下辊140的每一个中可设置有加热器(heater)(未示出)，从而将通过加热器加热的热量传递至堆叠体10。
[0040]
上辊130可与堆叠体10的顶表面接触，并且下辊140可与堆叠体10的底表面接触。在此，例如，上辊130可朝向下辊140的方向移动，以按压堆叠体10。
[0041]
上支撑部120可支撑上辊130。在此，上支撑部120可设置在上辊130的向上方向上以旋转地支撑上辊130。
[0042]
此外，上支撑部120可包括：与上辊130的两侧结合的上辊支撑体121；向上与上辊支撑体121间隔开预定距离设置的可移动块122；将可移动块122与上辊支撑体121连接的连接部125；和距离调节部件126，距离调节部件126安装在可移动块122的下部的两侧并且与上辊支撑体121的两侧结合。
[0043]
上辊支撑体121可包括可旋转地支撑上辊130的一侧131的一个部分121a和可旋转地支撑另一侧132的另一个部分121b。
[0044]
连接部125可包括设置在可移动块122下方的块连接部123和设置在上辊支撑体121上方的支撑连接部124。
[0045]
距离调节部件126可包括：与上辊支撑体121的一个部分121a结合的一侧距离调节部件126a；和与另一个部分121b结合的另一侧距离调节部件126b。
[0046]
一侧距离调节部件126a和另一侧距离调节部件126b的每一个例如可设置为致动
器(actuator)。在此，致动器具体例如可设置为气动致动器或液压致动器。
[0047]
上支撑部120可进一步包括从可移动块122的上端向上延伸的上支撑件127和设置在上支撑件127的上端的上块128。
[0048]
移动部110可移动上支撑部120。在此，移动部110可与上支撑部120的上侧连接，以使上支撑部120移动，使得上辊130竖直移动。
[0049]
此外，移动部110可包括竖直移动部件s和按压部件p，使得上支撑部120移动或者被按压，以使上辊130移动或被按压。在此，上支撑部120可通过竖直移动部件s移动，以使上辊130与堆叠体10接触，并且可通过按压部件p调节施加至上辊130的压力，以调节施加至堆叠体10的按压力。
[0050]
按压部件p可包括气缸111，通过气缸111的压力按压上支撑部120，由此经由被支撑在上支撑部120上的上辊130按压堆叠体10。在此，按压部件p可进一步包括设置在气缸111的下端的移动轴112，从而通过气缸111的压力使移动轴112竖直移动，由此调节按压力。因此，例如，气缸111和移动轴112可构成致动器。
[0051]
竖直移动部件s可使上支撑部120沿竖直方向移动或者支撑设置在预定高度的上支撑部120。在此，竖直移动部件s可仅执行用于使上支撑部120沿竖直方向移动的移动部件的功能，或者可在上支撑部120沿竖直方向移动的同时额外执行调节按压力的功能。
[0052]
竖直移动部件s例如可包括驱动电机113、与驱动电机113的旋转轴113a结合的小齿轮(pinion gear)114、和与小尺寸轮114啮合的齿条齿轮(rack gear)115。在此，驱动电机113可设置为伺服电机(servo
‑
motor)或步进电机(step motor)。在此，当旋转轴113a通过驱动电机113的操作而旋转时，安装在旋转轴113a上的小齿轮114旋转。结果，齿条齿轮115可竖直移动，以使上支撑部120移动。此外，可设置从齿条齿轮115的端部突出的、使上块128的端部就座于其上的座部116来支撑上块128，由此支撑上支撑部120。在此，当齿条齿轮115向上移动时，端部就座于座部116上的上块128可向上移动，以使上支撑部120移动。
[0053]
此外，再例如，竖直移动部件s可包括：旋转电机(未示出)；螺杆轴(未示出)，螺杆轴通过旋转电机而旋转并且具有设置有螺纹部的外周表面；和结合块，结合块与螺杆轴结合并且在其内周表面具有与螺杆轴的螺纹部对应的螺纹槽。在此，上支撑部120可与结合块连接。因而，当螺杆轴通过旋转电机而旋转时，结合块可竖直移动，以使上支撑部120竖直移动。在此，在上支撑部120中，上块128可与结合块连接。(由于螺杆轴通过旋转电机而旋转以使与螺杆轴结合的结合块旋转的技术是已知技术，所以将省略其详细描述。)
[0054]
图5是图解根据本发明实施方式的制造电极组件的设备中的第三支撑部和第四支撑部的右视图。
[0055]
参照图4和图5，下支撑部150可支撑下辊140的两侧。
[0056]
下支撑部150可包括支撑下辊140的一侧141的第一支撑部151和支撑下辊140的另一侧142的第二支撑部152。此外，下支撑部150可进一步包括支撑第一支撑部151和第二支撑部152的下部的第三支撑部153、以及支撑第三支撑部153的下部的第四支撑部156。
[0057]
第四支撑部156可包括：设置在第三支撑部153下方的基块154；和在基块154与第三支撑部153之间设置为多个以引导第三支撑部153的竖直移动的引导部件155。
[0058]
引导部件155可设置为在竖直方向上限定有引导孔155c的引导块(guide block)。在此，从第三支撑部153的端部突出的引导突起155c可与引导孔155c结合，使得引导突起
155c被引导为沿引导孔155c移动。
[0059]
压力检测部160可设置在下支撑部150上，以测量施加至下辊140的压力，由此检测施加至堆叠体10的压力。
[0060]
压力检测部160可包括：检测施加至下辊140的一侧的压力的第一压力检测部161；和检测施加至下辊140的另一侧的压力的第二压力检测部162。
[0061]
压力检测部160可进一步包括第三压力检测部163，第三压力检测部163通过检测施加至第三支撑部153的压力来提取施加至堆叠体10的总压力。
[0062]
第一压力检测部161可检测施加至第一支撑部151的压力，第二压力检测部162可检测施加至第二支撑部152的压力。
[0063]
第一压力检测部161可在竖直方向上设置在第一支撑部151与第三支撑部153之间，第二压力检测部162可在竖直方向上设置在第二支撑部152与第三支撑部153之间。
[0064]
第三压力检测部163可设置在第三支撑部153与基块154之间。
[0065]
第一压力检测部161、第二压力检测部162和第三压力检测部163的每一个可包括负荷传感器(load cell)。在此，负荷传感器可在受到重量时变形而被压缩或拉伸，并且可检测变形的量来测量压力。
[0066]
参照图1和图4，控制部180可通过反映由压力检测部160检测的压力检测值来调节施加至堆叠体10的压力。
[0067]
此外，例如，控制部180可通过移动部110使上辊130竖直移动，从而调节施加至设置在上辊130与下辊140之间的堆叠体10的压力。在此，作为一具体示例，在上辊130通过移动部110的竖直移动部件s竖直移动以接触堆叠体之后，控制部180可通过按压部件p调节施加至上辊130的按压力，由此调节施加至设置在上辊130与下辊140之间的堆叠体10的压力。
[0068]
在此，控制部180可控制竖直移动部件s的驱动电机113的操作并且控制按压部件p的气缸111的操作，以控制上辊130的按压力。
[0069]
例如，控制部180可根据从压力检测部160传输的压力检测值，基于存储在存储器181中的数据(data)，通过移动部110控制上辊130的竖直移动和按压力，使得通过上辊130对堆叠体10施加均匀的压力。
[0070]
此外，例如，控制部180可从第三压力检测部163接收压力值，以通过移动部110调节施加至堆叠体10的压力，使得对堆叠体10施加均匀的压力。在此，控制部180可将除设置在第三压力检测部163上方的每个装置(结构)的自身重量之外的压力确定作为施加至堆叠体10的按压力，从而基于该按压力控制移动部110，由此对堆叠体10施加压力。
[0071]
此外，控制部180可接收从第一压力检测部161和第二压力检测部162检测的下辊140的一侧压力值和另一侧压力值，以控制一侧距离调节部件126a和另一侧距离调节部件126b，使得对堆叠体10施加均匀的压力，由此调节上辊130和下辊140的一侧之间以及另一侧之间的距离h。就是说，可通过一侧距离调节部件126a调节上辊130的一侧131与下辊140的一侧141之间的距离，并且可通过另一侧距离调节部件126b调节上辊130的另一侧132与下辊140的另一侧142之间的距离。
[0072]
控制部180可将关于上辊130和下辊140彼此接触的基准位置的存储在存储器181中的基准位置存储值，与在上辊130和下辊140彼此接触从而压力增加的时间点在压力检测部160中检测的基准位置检测值进行比较，以将基准位置检测值复位和校正为上辊130和下
辊140彼此接触的基准位置。在此，例如，上辊130和下辊140彼此接触的基准位置可以是在上辊130与下辊140之间未设置堆叠体10而上辊130和下辊140彼此直接接触的位置。
[0073]
根据本发明实施方式的制造电极组件的设备可进一步设置有在移动部110与上支撑部120之间的按压力检测传感器170，以检测从移动部110施加至上支撑部120的按压力，从而将检测的值传输至控制部180。在此，按压力检测传感器170例如可设置为负荷传感器。
[0074]
例如，按压力检测传感器170可设置在上支撑部120中的可移动块122的上端与移动部110中的通过气缸111移动的移动轴112的一端之间。在此，例如，控制部180可参考从移动部110经由按压力检测传感器170施加至上支撑部120的压力值来调节施加至堆叠体10的按压力。
[0075]
参照图1至图3，在根据本发明实施方式的具有上述构造的制造电极组件的设备中，当电极13和隔膜14在通过上辊130与下辊140之间的同时通过施加热量和压力而彼此结合时，可在支撑下辊140的下支撑部150上安装检测压力的压力检测部，以检测通过上辊130按压堆叠体10而经由堆叠体传递至下辊140的压力。因而，控制部180可控制给上辊130传递按压力的移动部110，使得施加均匀的压力，由此实现电极13与隔膜14之间的均匀结合。
[0076]
此外，可通过压力检测部160检测设置在堆叠体10下方的下辊140的两侧的压力，并且可将检测的值反映在控制部180中，以通过距离调节部件126调节上辊130与下辊140之间的距离h，由此实现非常均匀的结合并因而实现均匀质量(粘结强度)。结果，可制造出其中能够实现电极13和隔膜14的堆叠体10的均匀结合的电极组件10’，以防止由于非均匀的结合导致隔膜14被损坏，由此防止由于隔膜14的损坏而在电极中发生短路。因此，当将电极组件10’容纳在电池壳体20中以制造二次电池1时，电解质的浸渍可增加，从而制造具有高质量的二次电池1。
[0077]
下文中，将描述根据本发明实施方式的电极组件。
[0078]
参照图2和图3，根据本发明实施方式的电极组件10’可以是通过根据前述实施方式的制造电极组件的设备制造的电极组件10’。
[0079]
因而，在该实施方式中，将省略与根据前述实施方式的制造电极组件的设备重复的内容。
[0080]
电极组件10’可以是可充电和放电的电力产生元件并且具有其中电极13和隔膜14进行堆叠以彼此组合的结构。在此，电极组件10’例如可具有其中正极11、隔膜14和负极12交替堆叠以彼此组合的形式。
[0081]
下文中，将描述根据本发明实施方式的二次电池。
[0082]
参照图2和图3，根据本发明实施方式的二次电池1包括电极组件10’和容纳电极组件10’的电池壳体20。
[0083]
根据本发明实施方式的二次电池可以是包括根据前述实施方式的制造电极组件的方法制造的电极组件10’的二次电池1。将省略或简要描述与根据前述实施方式的内容重复的该实施方式的内容，将主要描述它们之间的差别。
[0084]
更详细地说，电极组件10’可以是通过根据前述实施方式的制造电极组件的设备制造的电极组件10’。在电极组件10’中，电极13和隔膜14可交替堆叠。在此，电极组件10’可具有其中正极11、隔膜14和负极12通过层压(lamination)交替堆叠以彼此组合的形式。
[0085]
电池壳体20可包括容纳电极组件10’的容纳部21。
[0086]
下文中，将描述根据本发明另一实施方式的制造电极组件的设备。
[0087]
参照图1、图3和图4，根据本发明另一实施方式的制造电极组件的设备可包括：按压其中电极13和隔膜14进行堆叠的堆叠体10的上部和下部的上辊130和下辊140；支撑上辊130的上支撑部120；使上支撑部120移动的移动部110；支撑下辊140的两侧的下支撑部150；测量施加至下辊140的压力的压力检测部160；和调节施加至堆叠体10的压力的控制部180。
[0088]
根据本发明另一实施方式的制造电极组件的设备与根据前述实施方式的制造电极组件的设备不同之处在于，通过控制部180移动上辊130的实现。因而，将省略或简要描述与根据前述实施方式的内容重复的该实施方式的内容，将主要描述它们之间的差别。
[0089]
更详细地说，在根据本发明另一实施方式的制造电极组件的设备中，压力检测部160可设置在下支撑部150上，以测量施加至下辊140的压力，由此检测施加至堆叠体10的压力。
[0090]
控制部180可通过反映由压力检测部160检测的压力检测值来调节施加至堆叠体10的压力。
[0091]
此外，控制部180可通过移动部110使上辊130竖直移动，从而调节施加至设置在上辊130与下辊140之间的堆叠体10的压力。在此，作为一具体示例，在上辊130通过移动部110的竖直移动部件s竖直移动以接触堆叠体之后，控制部180可通过按压部件p调节施加至上辊130的按压力，由此调节施加至设置在上辊130与下辊140之间的堆叠体10的压力。
[0092]
在此，控制部180可控制竖直移动部件s的驱动电机113的操作并且控制按压部件p的气缸111的操作，以控制上辊130的按压力。
[0093]
例如，控制部180可根据从压力检测部160传输的压力检测值，通过移动部110实时控制上辊130的竖直移动和按压力，使得通过上辊130对堆叠体10施加均匀的压力。就是说，不是根据存储器181中输入的移动部的移动值，而是可通过移动部110控制上辊130的按压力，使得由压力检测部160检测的压力检测值是恒定的。因此，可通过控制部180更容易调节上辊130的按压力。
[0094]
此外，例如，控制部180可从第三压力检测部163接收压力值，以通过移动部110调节施加至堆叠体10的压力，使得对堆叠体10施加均匀的压力。
[0095]
此外，控制部180可接收从第一压力检测部161和第二压力检测部162检测的下辊140的一侧压力值和另一侧压力值，以控制一侧距离调节部件126a和另一侧距离调节部件126b，使得对堆叠体10施加均匀的压力，由此调节上辊130和下辊140的一侧之间以及另一侧之间的距离h。
[0096]
虽然已经参照本发明的示例性实施方式具体示出并描述了本发明，但是应当理解，本发明的范围不限于根据本发明的制造电极组件的设备、通过其制造的电机组件、和二次电池。本领域普通技术人员将理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可对形式和细节做出各种改变。
[0097]
此外，本发明的保护范围将由所附权利要求书来阐明。