电极接头中形成有凹陷部的电极组件、用于层叠其的引导构件以及使用其制造层叠式电池的方法与流程

1.本技术要求2019年9月27日提交的韩国专利申请第2019-0119975号的优先权，该申请的全部公开内容特此通过引用并入本文中。
2.本发明涉及电极接头中形成有凹陷部的电极组件、配置成层叠该电极组件的引导构件以及使用该电极组件的层叠式电池制造方法。更具体地说，本发明涉及一种电极组件，该电极组件包括具有向外突出的电极接头的多个电极片和插设在多个电极片之间的隔膜，其中凹陷部向内形成在从电极组件向外突出的每个矩形电极接头的三个表面中的至少一个表面中，本发明还涉及配置成层叠该电极组件的引导构件以及使用所述电极组件的层叠式电池制造方法。


背景技术：

3.随着移动装置的技术发展和对其需求的增加，对作为能源的二次电池的需求急剧增加。在这些二次电池中，二次锂电池具有高能量密度和高放电电压，其已被进行了大量研究，并且也已经商业化并被广泛使用。
4.安装在电池壳体中的电极组件是一种发电元件，其具有其中层叠正极、隔膜和负极的结构，并可以进行充电和放电。电极组件被分类为：果冻卷式电极组件，其配置成具有一种结构，其中涂有活性材料的长片型正极和长片型负极在正极和负极之间布置有隔膜的状态下被卷绕；层叠式电极组件，其配置成具有这样一种结构，其中具有预定尺寸的多个电极和具有预定尺寸的多个负极在隔膜分别布置在正极和负极之间的状态下依次层叠；或者层叠/折叠式电极组件，其配置成具有这样一种结构，其中使用隔膜卷绕单元电池，例如全电池或双电池。其中，层叠式电极组件的优点在于能够容易获得各种形式的电极。
5.图1是示意性地示出传统的层叠式电极组件和基于该电极组件的引导构件的俯视图。从图1中可以看出，传统的层叠式电极组件具有从电极组件100突出的电极接头200，并且设置有配置成固定电极组件100的引导构件300。然而，如图1中所示，传统的电极组件100的特定表面与引导构件300接触。因此，电极组件100的正极或负极可能被外部冲击推动或在层叠电极组件100时被推动，从而可能发生短路或电极接头200的位置可能被改变。传统上，为了克服这个问题，每个电极组件100的正极的尺寸被设计成小于负极的尺寸，以防止电极组件之间的短路。然而，在这种情况下，存在电池的容量会减少的问题。
6.另外，在为了解决上述问题而增加进一步对准过程以防止电极组件100移动的情况下，制造过程是复杂的，而且难以防止对准后的电极组件的摇晃，由此对准效果似乎不是很大。关于这一点，专利文献1通过将具有在其中形成的孔的电极接头装配在平板和位于板竖直上方的引导构件之间以与板间隔开(引导构件具有在其上形成的两根杆)而简化了制造过程，并克服了电极接头在层叠时被推动的现象。然而，当具有这两根杆的引导构件与电极组件分离时，层叠的电极接头可能会移动。此外，具有简单孔的电极接头的预定部分被固定，但不是整个电极接头被固定成不在所有方向上(即，向上、向下、向左和向右方向)移动。
此外，由于圆形的特点，从杆产生了预定的间隙，由于这样的间隙，不能实现完全固定。
7.专利文献2公开了一种在组装时用于定位的定位开口，其中定位开口配置成在层叠后使用导销可以容易地移除，据此克服了在层叠时电极接头被推动的现象。然而，在这种情况下，不考虑可能在所有方向(即，向上、向下、向左和向右方向)上移动的电极组件的固定。
8.在层叠式电极组件的情况下，如上所述，层叠是复杂和麻烦的，而且即使在层叠后也必须维持其固定状态。因此，需要这样一种电极组件，其配置成固定，从而使电极组件在简化电极组件层叠过程的同时在所有方向上不移动，还需要一种用于该电极组件的引导构件以及该电极组件的层叠方法。
9.现有技术文献
10.专利文献
11.(专利文献1)韩国专利申请公报2019-0041852(2019年4月23日)。
12.(专利文献2)日本专利申请公报2002-270242(2002年9月20日)。


技术实现要素：

13.技术问题
14.本发明是鉴于上述问题而做出的，本发明的目的是提供：一种电极组件，该电极组件包括具有向外突出的电极接头的多个电极片和插设在所述多个电极片之间的隔膜，其中在从所述电极组件向外突出的每个矩形电极接头的三个表面中的至少一者中向内形成有凹陷部；一种用于层叠所述电极组件的引导构件；以及一种使用所述电极组件制造层叠式电池的方法。
15.技术方案
16.为了实现以上目的，本发明提供一种电极组件，该电极组件包括：具有向外突出的电极接头的多个电极片；和插设在所述多个电极片之间的隔膜，其中每个所述电极接头均具有六面体形状，并且在从所述电极组件向外突出的每个矩形电极接头的垂直于所述电极接头的层叠平面的侧表面中，除了完全与所述电极组件接触的表面之外的三个表面中的至少一者中向内形成有凹陷部。
17.所述凹陷部可以形成在邻接所述电极接头的所述三个表面中的每一者的边缘中，可以穿过所述电极接头形成，而不与所述电极接头的所述三个表面中的每一个表面邻接，或者可以同时形成在所述电极接头的内表面和边缘中。
18.此外，所述凹陷部可以以三角形、凹凸形、锯齿形、半圆形或半椭圆形形状形成在所述电极接头的所述三个表面中的至少一者中。另选地，所述凹陷部的形状可以仅由曲线和/或直线组成。
19.此外，所述凹陷部可以形成在所述电极接头的垂直于所述电极组件的各个表面中，并且所述凹陷部可以彼此对称。
20.所述凹陷部可以配置成具有能够在所述电极接头中形成一个或多个捕获部的形状。
21.此外，本发明提供一种配置成对应于其中具有所述的凹陷部的多个电极组件的电极组件层叠引导构件，其中所述电极组件层叠引导构件配置成使所述电极组件能够在对准
的同时层叠。
22.所述电极组件层叠引导构件可以包括：平板；以及移动构件，该移动构件配置成能根据所述电极接头的形状在上下方向和/或左右方向上移动。
23.此外，本发明提供一种叠层式电池的制造方法，该方法包括以下步骤：(1)制备多个电极片，每个所述电极片均包括具有凹陷部的电极接头；(2)层叠所述电极片和隔膜，以制造电极组件；(3)将引导构件装配在所述电极组件的所述电极接头上，以对准所述电极组件；以及(4)固定所述电极组件，并移除所述引导构件。
24.此外，在步骤(3)中，所述引导构件可以将所述电极组件固定成不在基于所述电极接头的dx、dy和dθ方向上移动。
25.此外，在步骤(4)中，所述引导构件可以向左和向右分离。
26.此外，在步骤(4)中，在固定所述电极组件后所述引导构件的移动构件可以在其下端与所述平板分离并移动，以便从所述电极组件被移除。
27.在本发明中，可以从上述构造中选择和组合一种或多种互不冲突的构造。
附图说明
28.图1是示意性地示出传统的层叠式电极组件和基于该电极组件的引导构件的俯视图。
29.图2是示意性地示出根据本发明的第一实施方式的电极组件和基于该电极组件的引导构件的俯视图。
30.图3是示意性地示出根据本发明的第二实施方式的电极组件和基于该电极组件的引导构件的俯视图。
31.图4是示意性地示出根据本发明的第三实施方式的电极组件和基于该电极组件的引导构件的俯视图。
32.图5是示意性地示出根据本发明的第三实施方式的电极组件和基于该电极组件的引导构件的立体图。
33.图6是示意性地示出根据本发明的第四实施方式的电极组件和基于该电极组件的引导构件的俯视图。
34.图7是示意性地示出根据本发明的第五实施方式的电极组件和基于该电极组件的引导构件的俯视图。
35.图8是示意性地示出根据本发明的第六实施方式的电极组件和基于该电极组件的引导构件的俯视图。
36.图9是示意性地示出根据本发明的第七实施方式的电极组件和基于该电极组件的引导构件的俯视图。
37.图10是示意性地示出根据本发明的第三实施方式的引导构件在层叠电极组件之前的状态的立体图。
38.图11是示意性地示出根据本发明的第三实施方式的引导构件在层叠电极组件之后的状态的立体图。
具体实施方式
39.现在，将参照附图详细描述本发明的优选实施方式，使得本发明的优选实施方式可以由本发明所属领域的普通技术人员容易实施。然而，在详细描述本发明的优选实施方式的操作原理时，如果对并入本文中的已知功能和配置的详细描述可能会掩盖本发明的主题，则将省略该详细描述。
40.此外，在整个图示中，将使用相同的附图标记来指代执行类似功能或操作的部件。在说明书中提到一个部件与另一个部件连接的情况下，不仅该部件可以直接与另一个部件连接，而且，该一个部件可以经由其它部件间接与另一个部件相连。此外，包括某个要素并不意味着排除其他要素，而是意味着除非另有提及，否则可以另外包括这些要素。
41.下文中，将参照以下实施方式描述本发明。提供这些实施方式只是为了更容易理解本发明，不应理解为限制本发明的范围。
42.将参照附图详细描述本发明的实施方式。
43.本发明提供一种电极组件，该电极组件包括具有向外突出的电极接头的多个电极片和插设在多个电极片之间的隔膜，其中每个电极接头均具有六面体形状，并且在从电极组件向外突出的每个矩形电极接头的三个表面中的至少一者中向内形成有凹陷部。
44.矩形电极接头的三个表面中的任何一个表面是指在电极接头的垂直于电极接头的层叠平面的侧表面中，矩形电极接头的除了完全与电极组件接触的表面之外的三个表面中的任何一个表面。
45.即，当从这三个表面观察时，一个或多个电极接头被示为层叠。
46.凹陷部可以形成在邻接电极接头的这三个表面中的每一者的边缘中，可以穿过电极接头形成而不与电极接头的这三个表面中的每一者邻接，或者可以同时形成在电极接头的内表面和边缘中。
47.此外，凹陷部可以以三角形、凹凸形、锯齿形、半圆形或半椭圆形的形状形成在电极接头的三个表面中的至少一者中。另选地，凹陷部的形状可以仅由曲线和/或直线组成。
48.电极接头的三个表面是电极接头不与电极组件的主体接触的表面。此时，凹陷部可以只形成在电极接头的这三个表面之一中，可以形成在电极接头的三个表面中的每一者中，或者可以形成在电极接头的三个表面中彼此相对的两个表面中的每一者。
49.具体地，图2是示意性地示出根据本发明的第一实施方式的电极组件和基于该电极组件的引导构件的俯视图。
50.参照图2，凹陷部210在从电极组件100向外突出的每个电极接头的一个表面中形成为向内凹陷。凹陷部210形成在电极接头的与电极组件100和电极接头之间的联接部分平行的表面中。此时，引导构件310形成为具有与凹陷部210相对应的形状。在层叠电极组件100后，引导构件310可以在dy方向上移动，或者电极组件100可以移动。图2示出了三角形的凹陷部210。然而，每个凹陷部的形状均不受限制，只要可以形成由突出部和约束部组成的至少一个捕获部即可。上面提到的捕获部是指由引导构件捕获以固定电极接头使得电极接头不能在dx方向和/或dy方向上移动的部分。然而，在只设置单个捕获部的情况下，捕获部必须具有能够固定电极接头的形状，使电极接头不能在dy和dx方向上移动。在设置两个或更多捕获部的情况下，只要电极接头借助所述两个或更多捕获部中的任何一者在dy和dx方向上固定(即，电极接头被固定成在基于所有捕获部的情况下不在dy和dx方向上移动)，那
么每个捕获部的形状就不受限制。除了图2中所示的形状外，凹陷部还可以具有诸如m形、w形或u形之类的形状。然而，本发明并不限于此，凹陷部可以有各种形状中的任何一种。此外，凹陷部可以具有三角形、凹凸形、锯齿形、半圆形或半椭圆形的形状。在凹陷部具有凹凸形状的情况下，凹陷部的优点在于，凹陷部能够更牢固地保持电极接头，使电极接头不能在dx方向、dy方向和dθ方向上移动。在凹陷部具有三角形、半圆形或半椭圆形形状的情况下，凹陷部的优点在于，当凹陷部形成于电极接头的上部中时(如第一实施方式中)，能够容易地移除引导构件。特别是，在凹陷部具有半圆形或半椭圆形形状的情况下，凹陷部的另一个优点在于，与凹陷部具有凹凸形状的情况相比，减少了电极接头由于被引导构件310捕获而被磨损的现象。在凹陷部具有半圆形形状的情况下，与凹陷部具有半椭圆形形状的情况相比，凹陷部可以形成能够保持电极接头的部分，同时减少电极接头的损耗。因此，优选地，凹陷部具有半圆形的形状。此外，电极接头的三个表面中的至少一个表面可以是锯齿状的，并且引导构件可以配置成保持锯齿状的电极接头。在凹陷部具有锯齿状的情况下，凹陷部的优点在于能够增加电极接头和引导构件310之间的联接面积，同时减少电极接头的损失部分。此外，根据电极接头的部位、电极组件100的形状、电极接头的连接部分、功率消耗等，凹陷部210可以形成曲线形状或直线形状。此外，凹陷部210可以根据目的而具有各种形状中的任何一种。电极接头可以具有的所有形状都适用于以下所有实施方式。
51.电极组件100可以借助具有上述凹陷部210的电极接头200容易地固定，从而即使在正极和负极形成为具有相同尺寸的情况下，也能减少对电极组件的摇晃导致的短路的担忧。
52.与其中由于担忧电极组件100的短路而将正极尺寸设计成小于负极尺寸的传统结构相反，根据本发明的结构被用于电极接头，从而能够基于正极和负极具有相同尺寸的设计制造电池。因此，与传统的层叠式电池相比，具有根据本发明的电极接头的层叠式电池的容量得到了提高。
53.图3示意性地示出根据本发明的第二实施方式的电极组件和基于该电极组件的引导构件的俯视图。
54.在根据本发明的电极接头中，如图3中所示，凹陷部220可以向内形成在从电极组件100向外突出的电极接头的外表面中，凹陷部220不互相面对。每个凹陷部220均可以形成在电极接头200中的相应一个电极接头200的三个表面中的与供电极接头200突出的电极组件的表面垂直的表面中。此时，凹陷部220相对于电极组件100的对置电极接头之间的中心以对称形式形成。凹陷部220的数量越多，电极组件100就越容易固定，以便不在dx、dy和dθ方向上移动。此外，在层叠电极组件100之后，位于电极组件的左侧和右侧的引导构件310可以分别向左和向右移动，然后可以移除电极组件100，或者位于电极组件的上部的引导构件310可以在dy方向上移动，然后被移除，由此可以将电极组件100的移动性降至最低。
55.图4是示意性地示出根据本发明的第三实施方式的电极组件和基于该电极组件的引导构件的俯视图，并且图5是示意性地示出根据本发明的第三实施方式的电极组件和基于该电极组件的引导构件的侧视图。
56.在根据本发明的电极接头中，如图4中所示，凹陷部230可以在从电极组件100向外突出的每个电极接头的两个彼此不面对的表面中向内形成。在这种情况下，存在的优点在于，电极组件100可以以比第一实施方式和第二实施方式的形状更少的摇晃进行层叠。在图
4所示的第四实施方式中，引导构件300形成具有与凹陷部相应的形状，从而被分成三部分。如图5中所示，在引导构件300中，左引导构件300和右引导构件300被向左和向右移除(如第二实施方式一样)，中间的引导构件300被沿z轴方向移除。此外，引导构件300可以具有配置成仅保持电极接头的形状(如图4中所示)，或者可以具有配置成固定电极组件100和电极接头二者的形状(如图5中所示)。
57.图6是示意性地示出根据本发明的第四实施方式的电极组件和基于该电极组件的引导构件的俯视图。
58.在根据本发明的第四实施方式的电极组件100中，如图6中所示，凹陷部240可以以与图4和图5相同的方式，向内形成在从电极组件向外突出的每个电极接头的两个彼此不面对的表面中。此时，凹陷部240可以是倒圆的，从而可以减少由于引导构件300的移动和其它冲击而对凹陷部的损坏。在如图6中所示设置凹陷部240的情况下，可以利用电极接头的所有外表面和凹陷部240将电极组件100固定到引导构件300。
59.图7是示意性地示出根据本发明第五实施方式的电极组件和基于该电极组件的引导构件的俯视图。
60.如图7的第五实施方式中，根据本发明的第五实施方式的电极组件的凹陷部250可以形成在每个电极接头的所有三个表面中，并且凹陷部250可以在三个表面中形成为具有不同的形状。在凹陷部形成在所有三个表面中的情况下，电极组件可以被牢固地保持，并且引导构件300可以具有配置成在三个表面中的仅一些表面处固定电极组件的形状，由此能够容易地移除配置成固定电极组件100的引导构件300。
61.图8是示意性地示出根据本发明的第六实施方式的电极组件和基于该电极组件的引导构件的俯视图。
62.如图8中所示，根据本发明的电极组件100可以具有穿过每个电极接头而不与电极接头的三个表面邻接而形成的凹陷部260。凹陷部260可以配置成具有能够形成一个或多个穿透形式的捕获部的形状。凹陷部可以具有三角形形状或四角形形状。此外，凹陷部可以具有使用两个圆形形状形成的雪人形状或使用若干圆形形状形成的花朵形状。此外，凹陷部的形状不受限制，只要凹陷部具有能够将电极组件固定成不在dx和dy方向上移动的形状即可。然而，在凹陷部具有圆形或椭圆形形状的情况下，凹陷部难以将电极组件固定成不在dx和dy方向上移动。因此，不能使用圆形和椭圆形形状。上述形状的实施方式可以以单独形式或组合形式形成在电极接头中。
63.除了布置在电极接头相对两侧以固定电极组件的引导构件300之外，还可以将单独的引导构件310插入凹陷部260中以固定电极组件。形成为与形成在每个电极接头内部的凹陷部260的形状相对应的引导构件310可以配置成向上和向下移动。在层叠电极组件100时，引导构件310可以插入凹陷部260中，然后在层叠之后可以被移除。
64.图9是示意性地示出根据本发明的第七实施方式的电极组件和基于该电极组件的引导构件的俯视图。
65.如图9的第七实施方式中，每个电极接头的内部和边缘中可以同时形成有凹陷部270。虽然没有示出，但凹陷部270可以只形成在两个电极接头中的一者中，从而使电极组件固定。此外，即使在电极接头沿不同方向突出的情况下(与本图不同)，也可以形成本发明的凹陷部270。凹陷部270可以只形成在两个电极接头之一中，从而使电极组件固定，或者凹陷
部270可以形成在两个电极接头中，从而使电极组件固定。在由凹陷部构成的捕获部的数量增加的情况下(如在第二至第七实施方式中)，在凹陷部270形成于两个电极接头之一中的形式中，即使凹陷部形成在两个电极接头之一中，电极组件也可以在不摇晃的情况下层叠。在形成少量捕获部的情况下，优选凹陷部270形成在两个电极接头二者中的形式，以便在层叠电极组件时固定电极组件100。这可以根据各种条件来选择，例如捕获部的数量、电极接头的方向、引导构件300的移除便利性以及电极组件100和电极接头的形状。
66.此外，本发明的引导构件300或310可以布置在从电极组件100突出的电极接头的相对两侧以及电极接头之间，或者可以插入位于电极接头中的凹陷部270中。
67.本发明可提供一种电极组件层叠引导构件，其配置成对应于其中形成有根据以上描述的凹陷部的多个电极组件，并配置成使电极组件能够在对准的同时层叠。电极组件层叠引导构件可以包括平板和移动构件，该移动构件配置成根据电极接头的形状可在上下方向和/或左右方向上移动。
68.图10是示意性地示出根据本发明的第三实施方式的引导构件在层叠电极组件之前的状态的立体图，以及图11是示意性地示出根据本发明的第三实施方式的引导构件在层叠电极组件之后的状态的立体图。
69.根据本发明的引导构件300可以具有移动构件320，该移动构件的形状对应于在电极组件层叠之前要层叠的电极组件，如图10中所示。如图11中所示，移动构件320可以在层叠并固定电极组件100之后被移动。每个移动构件320均可以配置成固定到板300，并与板分离，以便被移除。此外，如图5中所示，移动构件320可以在电极组件100的x轴和y轴方向上移动或被移除。可以形成供移动构件320在dx方向上可移动的空间，以便移动构件320可以在该空间内移动。移动构件320的移动可以借助机械操作进行。移动构件320可以装配到板的凹槽中，以便固定电极组件，并且可以与板的凹槽分离，以便被移除。
70.另选地，移动构件320可以插入设置在引导构件300的板中的预定空间中，以便电极组件可以容易地与引导构件分离。移动构件320可以插入以向下移动引导构件300的板的相同高度，或者比板的高度更低地向下移动，从而使电极组件100容易分离。移动构件320的插入可以借助基于外力的动态操作进行，或者可以借助基于系统的电操作进行。在每个电极接头的形状是能够在一个方向上移除引导构件300的形状的情况下(如在第一实施方式中)，能够在移动构件320被固定的状态下仅移除电极组件100。
71.本发明提供了一种层叠式电池制造方法，该方法包括：制备多个电极片，每个电极片均包括具有上述凹陷部的电极接头；层叠电极片和隔膜以制造电极组件；以及在电极组件的电极接头上装配具有与电极接头对应的形状的引导构件以对准电极组件。此时，在制造电极组件时电极组件的制造过程和电极组件的对准过程可以进行整合，以提供一种通过将电极接头装配在引导构件中并层叠隔膜而制造电极组件的方法。此外，引导构件可以将电极组件的电极接头固定成不在dx、dy和dθ方向上移动，据此可以层叠电极组件，使电极组件的正极和负极在层叠方向上的布置相互一致。随后，电极组件被对准，然后移除引导构件。移除引导构件的方式可以根据每个电极接头的形状而改变。
72.尽管已经详细描述了本发明的具体细节，但本领域的技术人员将理解，其详细描述仅公开了本发明的优选实施方式，因此并不限制本发明的范围。因此，本领域的技术人员将理解，在不偏离本发明的类别和技术思想的情况下，各种改变和变型是可能的，而且显
然，这种改变和变型落入所附权利要求的范围内。
73.附图标记说明
74.100：电极组件
75.200：电极接头
76.210、220、230、240、250、260、270：凹陷部
77.300、310：引导构件
78.320：移动构件
79.330：板
80.工业实用性
81.根据以上描述显而易见的是，本发明涉及一种具有形成在电极接头中的凹陷部的电极组件、配置成层叠电极组件的引导构件以及使用所述电极组件的层叠式电池制造方法，本发明的优点在于，能够减少层叠电极被推动的现象，由此能够更准确和方便地定位电极或单元电池的位置从而简化层叠式电池制造方法。
82.此外，无需为了防止电极组件的短路而将正极的尺寸设计得小于负极的尺寸，从而能够增加电池的容量。