二次电池制造系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种二次电池制造系统，包括电解液防逸单元，以使电解液注入时和注入后损失的电解液最小化，并且能够改善制造工序和电池的性能，尤其是，能够改善气阱(gas trap)、气体膨胀(gas swelling)或密封气泡(sealing bubble)现象。


背景技术：

2.可重复充放电的二次电池(secondary battery)由电极组件、内部收纳电极组件的电池壳、注入到电池壳内部以活化电极组件的电解液构成。电极组件通过正极集电体上涂布正极活性物质而形成的正极板与负极集电体上涂布负极活性物质而形成的负极板之间插置分离膜而形成，电极组件可根据电池壳的种类而制作成卷芯型(jelly roll type)、堆叠型(stack type)等并收纳于电池壳的内部。
3.电池壳起保持电池的形态并保护其免受外部冲击的外壳的作用，并且二次电池可根据电池壳的种类分为圆柱形、方形、软包(pouch)形。
4.二次电池通过将电极组件收纳于电池壳并向电池壳内部注入电解液而制造(参照图1a)。为了使二次电池获得高容量及高能量密度并保持较长寿命，应当向其内部按照设计容量注入电解液，并且应当通过在规定的温度、湿度下进行规定时间的老化(aging)的过程(参照图1b)，使电极组件被电解液完全地浸润，以使电极之间的电极反应活跃地进行。
5.当电解液的含量低于设计量时，不仅无法发挥预期的电化学性能，而且还会使二次电池的寿命急剧地降低。另外，当电极组件未完全地被电解液浸润时，电极之间无法顺利地进行反应，导致电阻变高，输出特性和电池的容量急剧地降低，并由此引发电池性能降低、寿命缩短的现象。此外，还会因高电阻的发生而引发电池的劣化或爆炸现象。因此，按照正确的设计量注入电解液是决定二次电池的性能和寿命的重要的问题之一。
6.制造出的二次电池在被正式使用之前会经过活化(formation)过程，在该过程中，二次电池内部会生成气体。当二次电池内部生成了气体时，电池内部所生成的气体会占据一定的空间，从而引发外壳隆起的膨胀(swelling)现象，导致电池变形，如果不以适当的方式将其去除，则电池的性能和寿命会受到不利影响。因此，会在二次电池的制造过程中执行用于排出所生成的气体的除气(degassing)工序(参照图1c)。
7.在除气工序中，会在密封的腔室内形成真空以去除电池内部的气体，此时，会发生注入到电池中的电解液的一部分也一同逸出的现象。另外，当腔室内部形成真空时，电解液周围的气压降低，电解液的沸点也一同降低，因此，电解液容易汽化逸出。
8.为了解决上述问题，以往在设计时会考虑这种逸出而预测注液时的电解液的量，但此时存在难以预测电解液损失下的正确的注液量，并且这将直接导致循环的性能及工序缺陷的问题。因此，在制造二次电池时，需要能够在电解液注液、老化、除气过程中降低电解液的逸出量的单元或工序。


技术实现要素：

9.技术问题
10.本实用新型旨在解决上述问题，本实用新型的问题在于，提供一种二次电池制造系统，其包括电解液防逸单元，以使电解液注入时和注入后损失的电解液最小化，从而能够注入接近初始设计量的电解液，因此，能够改善制造工序和电池的性能，尤其是，能够改善气阱(gas trap)、气体膨胀(gas swelling)或密封气泡(sealing bubble)现象。
11.技术方案
12.本实用新型的二次电池制造系统用于制造电池壳的内部收纳有电极组件的二次电池，其特征在于，包括：注液部，用于向电池壳的内部注入电解液；老化部，用于进行老化以使被注入到电池壳中的电解液浸润电极组件；除气部，用于去除电解液和电池壳内部的气体；以及电解液防逸单元，设置于注液部、老化部、除气部中的至少一个，用于减少电解液逸出。
13.注液部可以包括：储存装置，用于储存电解液；以及喷嘴，用于将由储存装置供给的电解液喷射到电池壳内部，电解液防逸单元是设置于注液部并用于将储存在储存装置中的电解液冷却为低温的冷却装置。
14.电解液防逸单元可以是设置于老化部并用于使电池壳振动以去除电解液中的气泡的振动发生装置。
15.振动发生装置可以在电池壳的外侧下部安装一对夹具，使所述电池壳振动。
16.振动发生装置可以使电池壳沿水平方向振动。
17.除气部可以包括：腔室，形成有可收纳电池壳的内部空间；以及真空泵，用于在腔室的内部形成真空，电解液防逸单元可以是设置于除气部并用于使腔室的内部温度保持在低温的温度调节装置。
18.有益效果
19.本实用新型的二次电池制造系统用于制造电池壳的内部收纳有电极组件的二次电池，其特征在于，包括：注液部，用于向电池壳的内部注入电解液；老化部，用于进行老化以使注入到电池壳中的电解液浸润电极组件；除气部，用于去除电解液和电池壳内部的气体；以及电解液防逸单元，设置于注液部、老化部、除气部中的至少一个，用于减少电解液逸出，因此，能够使电解液注入时或电解液注入后的电解液的损失量最小化，从而注入接近初始设计量的电解液，进而改善制造工序和电池的性能，尤其是，改善气阱(gas trap)、气体膨胀(gas swelling)或密封气泡(sealing bubble)现象。
附图说明
20.图1a～图1c示出了现有的常规的二次电池制造系统。
21.图2示出了本实用新型的实施例1的二次电池制造系统的注液部。
22.图3示出了本实用新型的实施例1的二次电池制造系统的老化部。
23.图4示出了本实用新型的实施例1的二次电池制造系统的除气部。
24.图5是本实用新型的二次电池制造方法的流程图。
25.附图标记说明：
26.10：二次电池
27.11：电池壳
28.12：电极组件
29.13：电解液
30.110：注液部
31.111：储存装置
32.112：喷嘴
33.120：老化部
34.130：除气部
35.131：腔室
36.132：真空泵
37.140-1：冷却装置
38.140-2：振动发生装置
39.140-3：温度调节装置
40.s100：电极组件收纳步骤
41.s110：注液步骤
42.s120：老化步骤
43.s130：除气步骤
具体实施方式
44.以下，参照附图对本实用新型的优选实施例进行详细说明，以使本领域技术人员能够容易地实施。然而，本实用新型可以实现为多种不同的方式，并不限于以下实施例。
45.为了明确说明本实用新型，省略与说明无关的部分或可能混淆本实用新型的要点的相关公知技术的详细说明，并且在说明书中对各个附图中的构成要素标注附图标记时，对说明书全文中相同或相似的构成要素标注了相同或相似的附图标记。
46.另外，对于说明书和权利要求书中所使用的术语或词语的解释不应当限于常规的或词典中的含义，发明人可以对术语的概念进行适当的定义以通过最佳的方法解释自己的发明，基于该原则，应当作出符合本实用新型的技术思想的含义和概念的解释。
47.实施例1
48.图2示出了本实用新型的实施例1的二次电池制造系统的注液部。图3示出了本实用新型的实施例1的二次电池制造系统的老化部。图4示出了本实用新型的实施例1的二次电池制造系统的除气部。
49.二次电池10可根据电池壳11的种类分为圆柱形、方形、软包形，本实用新型的附图中示出了软包形二次电池10的形态，但这只是示例，下述的关于二次电池制造系统及制造方法的技术思想在可采用的范围内也适用于圆柱形和方形二次电池10。
50.参照图2至图4，本实用新型的实施例1的二次电池制造系统涉及用于制造电池壳11的内部收纳有电极组件12的二次电池10的系统，其包括注液部110、老化部120、除气部130以及电解液防逸单元。
51.另外，注液部110、老化部120、除气部中的至少一个可具备电解液防逸单元，以减少注入到电池壳11中的电解液13逸出。以下，对各个构成及设置于该构成的电解液防逸单
元进行详细说明。
52.首先，参照图2，注液部110用于向电池壳11的内部注入电解液13。此时，电解液13基于考虑电解液13的种类、电池的容量等条件按照设计的量注入，当电解液13未按照设计量注入时，离子的移动及电极反应无法顺利地进行，导致电池的性能降低。注液部110可包括：储存装置111，从外部接收电解液13并储存以进行注液；以及喷嘴112，将储存在储存装置111中的电解液13喷射到电池壳11内部，此外，可进一步包括用于向喷嘴112供给电解液13的注液泵等。
53.当注液部110向电池壳11的内部注入电解液13时，电解液13被直接喷射到电池壳11的内部及电极组件12，因此，会发生飞溅逸出的情况。因此，注液部110可具备用于减少这种电解液逸出的电解液防逸单元，其可以为冷却装置140-1，用于将储存在储存装置111中的电解液13冷却为低温。
54.其中，低温通常可以是指设定为低于供给电解液13的常温(25℃)的温度。设定温度可根据由盐、有机溶剂、添加剂组成的电解液的种类、冷却装置的性能、预期的防逸效果而作出不同设定。不过，当温度被设定得过低时，会导致电解液的粘度过低，致使离子无法顺利地移动。因此，优选将温度设定为5～10℃，此时，不仅能够确保电解液13中离子的移动性，而且还能够降低电解液13的流动性，从而减少电解液13的飞溅。
55.冷却装置140-1只要是能够如上所述地将被注入的电解液13冷却为低温的装置即可，可以是本领域中通常所使用的多种冷却装置。冷却方法，例如，可以是储存装置111具备冷却装置140-1以对储存装置111内部的电解液13进行冷却，此外，还可采用通过除储存装置111以外另设的冷却炉或在喷射时在喷嘴112处进行急速冷却等方式。
56.像这样，本实用新型的实施例1的二次电池制造系统可具备设置于注液部110且由用于将储存在储存装置111中的电解液13冷却为低温的冷却装置140-1构成的电解液防逸单元，以将电解液13冷却为低温，从而降低流动性，进而抑制电解液13的飞溅及逸出。
57.接下来，参照图3对老化部120进行说明。
58.完成电解液13注液的电池壳11被移送到老化部120。老化部120用于进行老化(aging)，这是在规定的温度和湿度下经过规定时间以使注入到电池壳11中的电解液13浸润(wetting)电极组件12的过程。通常，电极活性物质和电解液13中包含微小的气泡，当以该状态浸润电解液13时，包含空气的部分无法被电解液13浸润，从而会影响电池的性能。另外，未浸润的电解液13会与其中的气泡一同汽化并向外逸出。
59.因此，老化部120可具备用于提高电解液13的浸润性并减少电解液13逸出的电解液防逸单元，其可以是振动发生装置140-2，能够使电池壳11振动以去除电解液13中的气泡，其最终能够减少后续与气泡一同汽化逸出的电解液13的量。
60.振动发生装置140-2包括用于引起振动的多种装置，例如，可包括振动电机和连接于所述振动电机而工作的一对夹具(jig)。
61.夹具可安装于电池壳11的外侧下部并使电池壳11振动。像这样，当一对夹具安装于电池壳11的下部并使电池壳11振动时，具有能够稳定地产生振动并施加设定频率的准确的振动的优点。
62.振动发生装置140-2能够使电池壳11沿水平方向振动。当沿垂直方向施加振动时，与因去除气泡而获得的电解液13的逸出减少量相比，会逸出更多量的电解液13，而当使电
池壳11沿水平方向振动时，不仅能够使电解液13的逸出最小化，而且还能够有效地去除气泡。
63.接下来，参照图4对除气部130进行说明。
64.在老化部120进行老化之后，移动到除气部130执行去除电解液13和电池壳11内部的气体的除气过程。除气过程是形成真空以去除电极组件12或电解液13中未被去除的气泡和在活化工序中产生的电池内部的气体的过程。尤其是，当去除了电解液13和电极组件12中以往存在的空气时，电解液13能够被更快更容易地吸收，当去除了活化工序中产生的电解液13和电池壳11内部的气体时，能够防止电池的气体膨胀现象(gas swelling)。
65.除气部130可包括：腔室131，内部形成有可收纳电池壳11的空间；以及真空泵132，用于在腔室131的内部形成真空，可通过利用真空泵132排出密闭的腔室131内部的空气的方式形成真空。不过，在去除气体的过程中，注入到电池壳11内部的电解液13的一部分会与气体一同逸出，另外，当为了在密闭的腔室131内部形成真空而降低压力时，电解液13的沸点降低，因此，电解液13容易汽化逸出。
66.因此，除气部130可具备用于减少电解液13逸出的电解液防逸单元，其可以为温度调节装置140-3，用于使腔室131内部的温度保持在低温。像这样，当除气部130具备作为电解液防逸单元的温度调节装置140-3时，能够使腔室131内部的温度保持在低温，降低沸点，从而减少汽化逸出的电解液13。
67.其中，低温表示低于作为腔室131的内部温度的常温(25℃)的温度，优选为常温(25℃)以下且电解液13的凝固点以上的温度，从而既确保电解液13的流动性又使压力下降所致的电解液13的汽化量最小化。
68.温度调节装置140-3只要是能够使所述腔室131内部保持在上述的低温的装置即可，例如，可包括由压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器中循环的制冷剂构成的冷却器和测温计、控制器等，此外，还可使用本领域中通常所使用的多种温度调节装置140-3。
69.如上所述，本实用新型的实施例1的二次电池制造系统包括电解液防逸单元，以使电解液13注入时或电解液13注入后电解液13的损失量最小化，从而能够注入接近初始设计量的电解液13，因此，能够改善制造工序和电池的性能，尤其是，能够改善气阱(gas trap)、气体膨胀(gas swelling)或密封气泡(sealing bubble)现象。
70.图5是本实用新型的二次电池制造方法的流程图。
71.参照图5，本实用新型的二次电池制造方法包括如下步骤：步骤s100，将电极组件12收纳于电池壳11的内部；步骤s110，向电池壳11的内部注入电解液13；步骤s120，以使注入到电池壳11中的电解液13浸润电极组件12的方式进行老化；以及除气步骤s130，去除电解液13和电池壳11内部的气体。另外，包括电解液防逸工序，所述电解液防逸工序在电解液注液步骤s110、老化步骤s120、除气步骤s130中的至少一个步骤中被执行，用于减少电解液13逸出。
72.当本实用新型的二次电池制造方法包括电解液防逸工序时，能够使电解液13注入时或电解液13注入后电解液13的损失量最小化，从而注入接近初始设计量的电解液13，因此，能够改善制造工序和电池的性能，尤其是，能够改善气阱(gas trap)、气体膨胀(gas swelling)或密封气泡(sealing bubble)现象。
73.在电解液的注液步骤s110中执行的电解液防逸工序可以是通过冷却装置140-1将
储存在储存装置111中的电解液13冷却为低温。在电解液的注液步骤s110中，当将电解液13冷却为低温并注入时，电解液13的流动性减小，因此，能够抑制电解液13的飞溅及逸出。
74.在老化步骤s120中执行的电解液防逸工序可以是振动发生装置140-2使电池壳11振动以去除电解液13中的气泡。当通过振动发生装置140-2去除电解液13中的气泡时，能够减少后续在除气步骤s130中与气泡一同汽化逸出的电解液13的量。振动发生装置140-2能够使电池壳11沿水平方向振动，当使电池壳11沿水平方向振动，不仅能够使电解液13的逸出最小化，而且还能够有效地去除气泡。
75.在除气步骤s130中执行的电解液防逸工序可以是温度调节装置140-3使腔室131内部的温度保持在低温。像这样，在除气步骤s130中，当具备温度调节装置140-3并使腔室131内部的温度保持在低温时，能够降低电解液13的沸点，从而减少汽化逸出的电解液13。
76.以上，通过经限定的实施例和附图对本实用新型进行了说明，但本实用新型不限于此，本领域技术人员能够在本实用新型的技术思想和所附的权利要求书及其等同范围内以多种方式实施。