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12月12日提交的韩国专利申请第10-2019-0166055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
[0003][0004]
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：

[0005]
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。
[0006]
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。
[0007]
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。
[0008]
通过在电极和隔膜经过一对辊之间的同时按压电极和隔膜并将电极和隔膜结合来制造根据相关技术的电极组件。然而，存在以下问题：由于电极和隔膜部分之间的高度差而存在台阶部分，并且设置在上侧的辊的负荷对台阶部分施加冲击，结果由于电极被破坏而导致短路(short)缺陷。此外，存在以下问题：由于由金属材料制成的辊的特性，不可能将电极接片的侧面密封(sealing)。
[0009]
[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：

[0010]
技术问题
[0011]
本发明的一个方面是提供一种当在电极组件的制造过程中电极和隔膜的堆叠体被按压以彼此结合时，能够防止电极和隔膜被损坏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。
[0012]
本发明的另一个方面是提供一种能够均匀地按压电极和隔膜的堆叠体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。
[0013]
技术方案
[0014]
根据本发明实施方式的制造电极组件的设备包括：第一辊和第二辊，所述第一辊和所述第二辊按压电极和隔膜交替堆叠的堆叠体的两侧；第一弹性部，所述第一弹性部沿所述第一辊的外周表面设置并且包括弹性材料；和第一变形防止辊，所述第一变形防止辊设置为与所述第一弹性部的外周表面接触，从而防止所述第一弹性部的外周表面变形。
[0015]
根据本发明实施方式的电极组件可以是通过所述制造电极组件的设备制造的电极组件。
[0016]
根据本发明实施方式的二次电池可以是包括通过所述制造电极组件的设备制造的电极组件的二次电池。
[0017]
有益效果
[0018]
根据本发明，在制造二次电池的过程中，当电极和隔膜的堆叠体的两侧通过第一辊和第二辊而被按压以彼此结合时，可在第一辊的外周表面上设置由弹性材料制成的第一弹性部，以防止电极和隔膜被冲击和损坏。
[0019]
此外，根据本发明，当第一弹性部经由第一辊按压堆叠体的端部时，如果第一弹性部形成为诸如与堆叠体的端部对应的台阶部分之类的变形形状，则第一变形防止辊可按压第一弹性部的外周表面，以将产生台阶部分的部分展开，从而在第一弹性部的外周表面上形成均匀的按压表面，由此提高密封质量。
附图说明
[0020]
图1是图解根据本发明一实施方式的制造电极组件的设备的正视图。
[0021]
图2是图解根据本发明一实施方式的制造电极组件的设备的平面图。
[0022]
图3是图解根据本发明另一实施方式的安装在制造电极组件的设备的第一辊上的第一加热器的示例的透视图。
[0023]
图4是图解根据本发明另一实施方式的制造电极组件的设备的正视图。
[0024]
图5是图解根据本发明另一实施方式的制造电极组件的设备的底视图。
[0025]
图6是图解根据本发明另一实施方式的分别安装在制造电极组件的设备的第一辊和第二辊中的第一加热器和第二加热器的示例的透视图。
[0026]
图7是图解根据本发明另一实施方式的分别安装在制造电极组件的设备的辊中的第一加热器和第二加热器的主要部分的另一示例的剖面图。
具体实施方式
[0027]
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。
[0028]
一实施方式
[0029]
图1是图解根据本发明一实施方式的制造电极组件的设备的正视图，图2是图解根据本发明一实施方式的制造电极组件的设备的平面图。
[0030]
参照图1和图2，根据本发明一实施方式的制造电极组件的设备100包括：第一辊110和第二辊120，第一辊110和第二辊120按压电极11和隔膜12交替堆叠的堆叠体10，从而将电极和隔膜12彼此结合；沿第一辊110的外周表面设置的第一弹性部140；和第一变形防止辊150，第一变形防止辊150防止第一弹性部140的外周表面变形。
[0031]
此外，根据本发明一实施方式的制造电极组件的设备100可进一步包括加热第一辊110的第一加热器(未示出)。
[0032]
更详细地说，根据本发明一实施方式的制造电极组件的设备100是通过按压电极和隔膜12的堆叠体10并且将电极和隔膜12彼此结合来制造电极组件的设备。
[0033]
在此，电极组件可以是可充电和放电的电力产生元件并且可被容纳在电池壳体中，从而制造二次电池。
[0034]
电极11可包括正极和负极。此外，每个隔膜将正极与负极彼此分离，以将正极与负极彼此电绝缘。
[0035]
正极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、磷酸锂铁、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。
[0036]
负极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人造石墨、锂金属、锂合金、碳、石油焦、活性碳、石墨、硅化合物、锡化合物、钛化合物、或它们的合金。在此，负极活性材料例如可进一步包括非石墨基sio(silica，二氧化硅)或sic(silicon carbide，碳化硅)。
[0037]
隔膜可由绝缘材料制成，并且正极、隔膜和负极可交替堆叠。隔膜12例如可以是通过多孔的聚乙烯、聚丙烯或它们的结合制成的多层膜，或者是用于诸如聚偏二氟乙烯、聚环氧乙烷、聚丙烯腈或聚偏二氟乙烯六氟丙烯共聚物之类的固体聚合物电解质或凝胶型聚合物电解质的聚合物膜。
[0038]
第一辊110和第二辊120可按压电极11和隔膜12交替堆叠的堆叠体10的两侧，以将电极11和隔膜12彼此结合。
[0039]
此外，第一辊110和第二辊120的每一个可由钢(steel)制成。此外，第一辊110和第二辊120例如可形成为圆柱形，从而绕其中心轴线旋转。在此，第一辊110和第二辊120的中心轴线可彼此平行。此时，第一辊110和第二辊120可旋转，以连续按压在行进方向g上行进的堆叠体10。
[0040]
此外，第一辊110可设置在堆叠体10上方，第二辊120可设置在堆叠体10下方，从而按压堆叠体10的顶表面和底表面。
[0041]
第一弹性部140可沿第一辊110的外周表面设置并且可包括弹性材料。因而，当通过第一辊110按压堆叠体10时，可在第一辊110的外周表面上设置由弹性材料制成的第一弹性部140，以防止堆叠体10被冲击和损坏。特别是，可防止发生其中冲击被施加至在堆叠体10的台阶部分处的电极11和隔膜12而破坏电极11或隔膜，从而导致短路(short)缺陷的现象。此外，根据相关技术，当使用由金属材料制成的辊(roller)时，形成有台阶部分的电极接片11a的侧部不会被按压。然而，根据本发明，电极接片11a的侧部可被由弹性材料制成的第一弹性部140按压，从而提高密封质量。
[0042]
此外，第一弹性部140可形成为圆柱形。
[0043]
此外，第一弹性部140例如可由橡胶材料制成。
[0044]
第一变形防止辊150可设置为与第一弹性部140的外周表面接触，从而防止第一弹性部140的外周表面变形。
[0045]
在此，第一变形防止辊150可按压第一弹性部140的外周表面，使得不会在第一弹性部140的外周表面上形成台阶部分。
[0046]
结果，当第一弹性部140经由第一辊110按压堆叠体10的端部时，如果在由弹性材料制成的第一弹性部140处形成诸如与堆叠体10的端部对应的台阶部分之类的变形形状，则第一变形防止辊150可按压第一弹性部140的外周表面，以将产生台阶部分的部分展开，从而形成第一弹性部140的外周表面更加均匀的按压表面。因而，当通过其上形成有均匀的按压表面的第一弹性部140按压堆叠体10以密封电极11和隔膜12并将电极11和隔膜12彼此结合时，可提高密封质量。
[0047]
第一变形防止辊150例如可由钢材料制成。
[0048]
图3是图解根据本发明另一实施方式的安装在制造电极组件的设备的第一辊中的第一加热器的示例的透视图。可在第一辊110中设置第一加热器170，以加热第一辊110，从而通过被加热的第一辊110加热堆叠体10。
[0049]
在此，第一加热器170例如可包括设置在第一辊110内部的加热丝171。此时，当电力流过加热丝171时，第一辊110可被电阻热加热。此外，第一加热器170可进一步包括将加热丝171容纳在其中的加热棒172。在此，加热丝171可缠绕在加热棒172中并且安装在第一辊110内部。
[0050]
另一实施方式
[0051]
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。
[0052]
图4是图解根据本发明另一实施方式的制造电极组件的设备的正视图，图5是图解根据本发明另一实施方式的制造电极组件的设备的底视图。
[0053]
参照图4和图5，根据本发明另一实施方式的制造电极组件的设备200包括：第一辊110和第二辊120，第一辊110和第二辊120按压电极11和隔膜12交替堆叠的堆叠体10，从而将电极和隔膜12彼此结合；沿第一辊110的外周表面设置的第一弹性部140；第一变形防止辊150，第一变形防止辊150防止第一弹性部140的外周表面变形；沿第二辊120的外周表面设置的第二弹性部240；第二变形防止辊260，第二变形防止辊260防止第二弹性部240的外周表面变形。此外，根据本发明另一实施方式的制造电极组件的设备200可进一步包括加热第一辊110的第一加热器(未示出)和加热第二辊120的第二加热器(未示出)。
[0054]
根据本发明另一实施方式的制造电极组件的设备200与根据本发明前述实施方式的制造电极组件的设备不同之处在于，进一步设置了第二弹性部240和第二变形防止辊260。因而，在根据本发明另一实施方式的制造电极组件的设备200中，将省略或简要描述根据前述实施方式的制造电极组件的设备与根据另一实施方式的制造电极组件的设备的重复内容，将仅描述它们之间的不同。
[0055]
更详细地说，第一辊110和第二辊120可按压电极11和隔膜12交替堆叠的堆叠体10的两侧，以将电极11和隔膜12彼此结合。此外，第一辊110和第二辊120的每一个可由钢(steel)制成。此外，第一辊110可设置在堆叠体10上方，第二辊120可设置在堆叠体10下方，
从而按压堆叠体10的顶表面和底表面。
[0056]
第一弹性部140可沿第一辊110的外周表面设置并且可包括弹性材料。在此，第一弹性部140可形成为圆柱形。此时，第一弹性部140例如可由橡胶材料制成。
[0057]
第二弹性部240可沿第二辊120的外周表面设置并且可包括弹性材料。在此，第二弹性部240可形成为圆柱形。此时，第二弹性部240例如可由橡胶材料制成。
[0058]
因此，当通过第一辊110和第二辊120按压堆叠体10时，在第一辊110和第二辊120的外周表面上分别设置第一弹性部140和第二弹性部240，以有效防止堆叠体10的上部和下部被冲击和损坏。
[0059]
第一变形防止辊150可设置为与第一弹性部140的外周表面接触，从而防止第一弹性部140的外周表面变形。此外，第一变形防止辊150可按压第一弹性部140的外周表面，使得不会在第一弹性部140的外周表面上形成台阶部分。在此，第一变形防止辊150例如可由钢材料制成。
[0060]
第二变形防止辊260可设置为与第二弹性部240的外周表面接触，从而防止第二弹性部240的外周表面变形。此外，第二变形防止辊260可按压第二弹性部240的外周表面，使得不会在第二弹性部240的外周表面上形成台阶部分。在此，第二变形防止辊260例如可由钢材料制成。
[0061]
因此，当第一弹性部140经由第一辊110和第二辊120按压堆叠体10的端部时，如果在各自由弹性材料制成的第一弹性部140和第二弹性部240处形成诸如与堆叠体10的端部对应的台阶部分之类的变形形状，则第一变形防止辊150和第二变形防止辊260可按压第一弹性部140和第二弹性部240的外周表面，以将产生台阶部分的部分展开，从而形成第一弹性部140和第二弹性部240的外周表面的每一个更加均匀的按压表面。结果，可通过第一辊110和第二辊120利用形成有均匀按压表面的第一弹性部140和第二弹性部240分别按压堆叠体10的上部和下部，以密封电极11和隔膜12，从而将电极11和隔膜12彼此结合时，由此显著提高密封质量。
[0062]
图6是图解根据本发明另一实施方式的分别安装在制造电极组件的设备的第一辊和第二辊中的第一加热器和第二加热器的示例的透视图，图7是图解根据本发明另一实施方式的分别安装在制造电极组件的设备的辊中的第一加热器和第二加热器的主要部分的另一示例的剖面图。
[0063]
参照图4和图6，可在第一辊110中设置第一加热器170，以加热第一辊110。因而，可通过被加热的第一辊110向堆叠体10施加热量。
[0064]
可在第二辊120中设置第二加热器280，以加热第二辊120。因而，可通过被加热的第二辊120向堆叠体10施加热量。
[0065]
在此，第一加热器170和第二加热器280例如可分别包括设置在第一辊110和第二辊120内部的加热丝171和181。此时，当电力流过加热丝171和181时，第一辊110和第二辊120可被电阻热加热。此外，第一加热器170和第二加热器280分别可进一步包括将加热丝171和281容纳在其中的加热棒172和282。在此，加热丝171和281可分别缠绕在加热棒172和282中并且安装在第一辊110和第二辊120内部。
[0066]
参照图4和图7，作为另一示例，第一加热器170’和第二加热器280’可设置为感应发热加热器。此时，第一辊110’和第二辊120’的每一个可包括设置在中央的轴a1、缠绕在轴
a1的外周表面上的感应线圈(induction coil)a2、以及设置在外周表面的外筒a3。在此，当电力提供至感应线圈a3时，产生跨过第一辊110’和第二辊120’的外筒a3的磁通量(magnetic flux)，并且磁通量在外筒a3中产生涡电流，以产生类似等效电路的电流，从而加热外筒a3。此时，外筒a3中的初始加热部分a4开始加热整个外筒a3。因此，以感应加热方式加热第一辊110’和第二辊120’，因而整个辊的内部和外部可被同时加热，以将温度偏差保持在1℃的温度内。此外，加热时间(大约15分钟)较快，并且当停止时不会过加热(over heating)。
[0067]
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。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。
[0068]
此外，本发明的保护范围将由所附权利要求书来阐明。
[0069]
[参考标号的描述]
[0070]
10：堆叠体
[0071]
11：电极
[0072]
11a：电极接片
[0073]
12：隔膜
[0074]
100、200：制造电极组件的设备
[0075]
110：第一辊
[0076]
120：第二辊
[0077]
140：第一弹性部
[0078]
150：第一变形防止辊
[0079]
260：第二变形防止辊
[0080]
240：第二弹性部
[0081]
g：行进方向。