制造二次电池的设备及方法与流程

1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年1月7日提交的韩国专利申请第10-2020-0002236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二次电池的设备及方法。


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。二次电池容纳有电极组件和电解质。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卷绕在一起。
8.近来，其中堆叠/折叠型电极组件内置于设置为铝层压片的袋型电池壳体中的袋型电池由于其制造成本低、重量轻、容易形变等而受到极大关注，因而其使用逐渐增加。
9.然而，当制造二次电池时，在将二次电池的内部气体排放到外部的二次电池的脱气(de-gas)工序中，存在容纳于其中的电解质被一起排放，从而污染二次电池，由此使电池性能劣化的问题。
10.[现有技术文献](专利文献)韩国专利公开第10-2014-0015647号


技术实现要素：

[0011]
技术问题
[0012]
本发明的一个方面是提供一种能够使在制造二次电池时容纳于电池壳体中的电解质被排放到电池壳外部的现象最小化的制造二次电池的设备及方法。
[0013]
技术方案
[0014]
根据本发明实施方式的制造二次电池的设备包括：固定部，所述固定部配置为按压并固定电池单元，所述电池单元包括电极组件、电解质以及配置为容纳所述电极组件和所述电解质的电池壳体，其中所述电池单元被固定为使得气袋部位于所述电池壳体的主体上方；穿孔部，所述穿孔部配置为通过刀具将固定的所述电池单元穿孔，以形成排气孔；将所述电池单元保持在真空状态并且将所述电池单元的内部气体排放到外部的真空部；防泄
漏部，所述防泄漏部配置为通过使用防泄漏块按压所述电池单元的通过所述真空部排放内部气体的所述气袋部来防止所述电解质泄漏；以及预密封(pre-sealng)部，所述预密封部配置为密封所述气袋部。
[0015]
根据本发明实施方式的制造二次电池的方法包括：按压并固定电池单元的固定步骤，所述电池单元包括电极组件、电解质以及容纳所述电极组件和所述电解质的电池壳体，其中电池单元被固定为使得气袋部位于所述电池壳体的主体上方；在固定所述电池单元之后通过刀具将所述气袋部穿孔以形成排气孔的穿孔(piercing)步骤；将穿孔的所述电池单元保持在真空状态并且将所述电池单元的内部气体排放到外部的真空步骤；在通过所述真空步骤排放所述内部气体之后按压所述气袋部以防止所述电解质泄漏的防泄漏步骤；以及在所述防泄漏步骤之后密封所述气袋部的预密封(pre-sealng)步骤。
[0016]
有益效果
[0017]
根据本发明，可在使气袋部位于电池壳体的主体上方之后，将电池单元的内部气体排放到外部，从而使电解质向电池壳体的外部的排放最小化，由此防止电池性能劣化。此时，可在将电池单元竖直地放置之后，将电池单元的内部气体排放到外部，从而使电解质的排放最小化。
[0018]
此外，根据本发明，在电池单元的内部气体排放到外部之后，防泄漏块可按压气袋部，以预密封气袋部，从而防止在密封过程中电解质通过气袋部泄漏。
附图说明
[0019]
图1是图解应用于根据本发明实施方式的制造二次电池的设备的电池单元的分解透视图。
[0020]
图2是图解根据本发明实施方式的制造二次电池的设备的透视图。
[0021]
图3是图解根据本发明实施方式的制造二次电池的设备中的主要部分的正视图。
[0022]
图4是图解通过根据本发明实施方式的制造二次电池的设备中的固定部固定电池单元的状态的正视图。
[0023]
图5是图解通过根据本发明实施方式的制造二次电池的设备中的穿孔部将电池单元穿孔的状态的正视图。
[0024]
图6是图解通过根据本发明实施方式的制造二次电池的设备中的防泄漏部按压电池的状态的正视图。
[0025]
图7是图解通过根据本发明实施方式的制造二次电池的设备中的防泄漏部和预密封部按压并预密封电池单元的状态的正视图。
具体实施方式
[0026]
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。
[0027]
制造二次电池的设备
[0028]
图1是图解应用于根据本发明实施方式的制造二次电池的设备的电池单元的分解透视图，图2是图解根据本发明实施方式的制造二次电池的设备的透视图，图3是图解根据本发明实施方式的制造二次电池的设备中的主要部分的正视图。
[0029]
参照图1至图3，根据本发明实施方式的制造二次电池的设备100包括：固定部110，固定部110按压并固定电池单元1；穿孔部120，穿孔部120在电池单元1中形成排气孔；真空部130，真空部130将电池单元1保持在真空状态；防泄漏部140，防泄漏部140通过防泄漏块141和142来按压电池单元1的气袋部12；以及预密封部150，预密封部150密封气袋部12。
[0030]
此外，根据本发明实施方式的制造二次电池的设备100进一步包括移动部160和安装部170。
[0031]
参照图1，电池单元1包括：电池壳体10、以及容纳在电池壳体10的容纳部13中的电极组件20和电解质。此外，电极组件20可包括电连接至电极23的电极引线30。
[0032]
电极组件20是可充电和放电的电力产生元件并且可通过交替堆叠电极23和隔膜24来形成。
[0033]
电极23可包括正极21和负极22。在此，电极组件20可具有正极21/隔膜24/负极22交替层压的结构。此外，电极引线30可包括连接至正极21的正极引线和连接至负极22的负极引线。在此，电极引线30在图1中被示出为沿电极组件20的一个方向形成，但也可沿电极组件20的两个方向形成。
[0034]
正极21可包括正极集流体和堆叠在正极集流体上的正极活性材料。
[0035]
正极集流体可由铝箔(foil)制成。
[0036]
正极活性材料可包括锂锰氧化物、锂钴氧化物、锂镍氧化物、磷酸铁锂、或包含至少一种上述材料的化合物或混合物。
[0037]
负极22可包括负极集流体和堆叠在负极集流体上的负极活性材料。
[0038]
负极集流体例如可由铜(cu)材料制成的箔(foil)制成。
[0039]
负极活性材料可以是包含石墨基材料的化合物或混合物。
[0040]
隔膜24由绝缘材料制成以使正极21与负极22彼此电绝缘。在此，隔膜24可由具有微孔性的诸如聚乙烯或聚丙烯之类的聚烯烃类树脂膜制成。
[0041]
图4是图解通过根据本发明实施方式的制造二次电池的设备中的固定部固定电池单元的状态的正视图。
[0042]
参照图1和图4，固定部110按压并固定电池单元1，电池单元1包括电极组件20、电解质、以及容纳电极组件20和电解质的电池壳体10。在此，电池单元1的电池壳体10可包括：形成有容纳部13的主体11、和形成从容纳部13延伸的通道以收集内部气体的气袋部12。此时，固定部110可将电池单元1固定为使得气袋部12位于电池壳体10的主体11上方。因而，当将电池单元1的内部气体排放到外部时，可防止电解质通过气袋部12的端部泄漏。
[0043]
此外，在气袋部12的端部设置为面向上侧之后，固定部110可按压并固定电池壳体10的主体11。此时，固定部110可在电池单元1竖直地放置的状态下按压并固定电池单元1。因而，当将电池单元1的内部气体排放到外部时，可更有效地防止电解质通过气袋部12的端部泄漏。此时，如果电池单元1水平地放置在真空室(chamber)131中，则可处理一个电池单元1，但是如果电池单元1竖直地放置，则可在真空室131中处理两个或更多个电池单元1。因而，可增加制造数量，并且可降低制造成本。
[0044]
此外，固定部110可包括按压电池单元1的两个表面的按压夹具111。在此，按压夹具111可设置为一对，以按压电池单元1的两个表面，即，按压电池壳体10的主体11。此时，可通过致动器(未示出)相互调节一对按压夹具111之间的距离，从而调节施加至电池单元1的按压力。
[0045]
此外，固定部110可进一步包括移动按压夹具111的固定部移动装置112。在此，固定部移动装置112可将按压夹具111移动到真空室131的内部空间131a。此时，当对放置在真空室131中的电池单元1执行穿孔步骤和真空步骤时，按压夹具111支撑电池单元1，从而实现优异的可加工性。
[0046]
固定部移动装置112可包括：移动马达112a、利用移动马达112a的旋转而旋转的螺旋轴(未示出)、以及根据螺旋轴的旋转而沿螺旋轴移动的固定部框架112b，按压夹具111安装在固定部框架112b上。在此，因为根据螺旋轴的旋转而沿螺旋轴的方向使装置线性移动的技术是本领域已知的技术，所以将省略详细描述。
[0047]
此外，固定部移动装置112可进一步包括密封板112c，当按压夹具111通过真空室131的侧面开口131b移动到内部空间131a时，密封板112c封闭真空室131的侧面开口131b。
[0048]
图5是图解通过根据本发明实施方式的制造二次电池的设备中的穿孔部将电池单元穿孔的状态的正视图。
[0049]
参照图5，穿孔部120可通过刀具(knife)121将固定的电池单元1穿孔(piercing)，以形成排气孔。
[0050]
此外，穿孔部120可在气袋部12的第一部分12a中形成排气孔。
[0051]
此外，穿孔部120可移动针形的刀具121，以使刀具121穿过气袋部12的第一部分12a。此时，刀具121可通过致动器(未示出)移动。
[0052]
参照图1至图3，真空部130可将电池单元1保持在真空状态并且将电池单元1内的气体排放到外部。在此，在电池单元1中，通过穿孔部120在气袋部12中形成排气孔，使得通过排气孔将内部气体排放到电池单元1的外部。
[0053]
此外，真空部130可包括：其中形成有内部空间131a的真空室131、和将真空室131的内部空间131a形成为真空状态的真空泵132。
[0054]
此外，真空部130可将电池单元1容纳在真空室131中，然后可将真空室131的内部抽真空，以将电池单元1保持在真空状态。
[0055]
此外，防泄漏部140和预密封部150可设置在真空室131内部，从而在保持真空部130中的电池单元1的真空状态的同时进行操作。在此，防泄漏部140和预密封部150可设置在真空室131内部。在真空室131内部，防泄漏部140和预密封部150可分别设置为多个，从而同时处理多个电池单元1。(穿孔部120、防泄漏部140和预密封部150设置在真空室131内部，但为了方便起见，在图2中仅示出了预密封部150。)
[0056]
图6是图解通过根据本发明实施方式的制造二次电池的设备中的防泄漏部按压电池的状态的正视图，图7是图解通过根据本发明实施方式的制造二次电池的设备中的防泄漏部和预密封部按压并预密封电池单元的状态的正视图。
[0057]
参照图6和图7，防泄漏部140可通过使用防泄漏块141和142按压电池单元1的通过真空部130排放内部气体的气袋部12，以防止当通过预密封部150密封气袋部12时电解质泄漏。
[0058]
此外，防泄漏部140可按压气袋部12的第二部分12b，第二部分12b设置在形成有排气孔的第一部分12a下方。
[0059]
防泄漏块141和142可包括按压电池单元1的气袋部12的两个表面的第一防泄漏块141和第二防泄漏块142。
[0060]
第一防泄漏块141可具有朝向第二防泄漏块142的方向突出的突出部分141a。第二防泄漏块142可具有供第一防泄漏块141的突出部分141a的端部插入的插入凹槽142a。
[0061]
第一防泄漏块141的突出部分141a和第二防泄漏块142的插入凹槽142a可沿水平方向形成。
[0062]
此外，第一防泄漏块141的突出部分141a和第二防泄漏块142的插入凹槽142a可形成为彼此对应的形状。
[0063]
此外，第一防泄漏块141的突出部分141a可形成为矩形或梯形的突出形状，并且第二防泄漏块142的插入凹槽142a可形成为矩形或梯形的凹槽形状。在此，突出部分141a可形成为其中突出部分的厚度朝向插入凹槽142a的方向逐渐减小的形状，并且插入凹槽142a可形成为与突出部分141a对应的形状。
[0064]
在此，当突出部分141a插入到插入凹槽142a中时，气袋部12的位于第一防泄漏块141的突出部分141a与第二防泄漏块142的插入凹槽142a之间的第二部分12b可被按压，并且以与突出部分141a和插入凹槽142a的每一个的形状对应的形状弯折。在此，气袋部12的第二部分12b可弯折成形状。
[0065]
参照图7，预密封(pre-sealng)部可密封气袋部12。
[0066]
此外，预密封部150可密封气袋部12的第三部分12c，第三部分12c设置在通过防泄漏块141和142被按压的第二部分12b下方。
[0067]
此外，预密封部150可包括通过施加热量来按压气袋部12的两个表面以密封气袋部12的第一密封块151和第二密封块152。
[0068]
第一密封块151和第二密封块152的每一个的端部可沿水平方向突出，以按压气袋部12的第三部分12c，从而沿水平方向形成密封部。
[0069]
第一防泄漏块141和第一密封块151可安装在移动部160上，并且第二防泄漏块142和第二密封块152可安装在安装部170上。
[0070]
在此，移动部160可在面对第二防泄漏块142和第二密封块152的方向上移动第一防泄漏块141和第一密封块151。
[0071]
此外，移动部160可进一步包括移动第一防泄漏块141和第一密封块151的缸161。在此，缸161可设置为气动致动器或液压致动器。
[0072]
作为示例，在防泄漏部140的防泄漏块141和142按压气袋部12的第二部分12b时，预密封部150可同时密封气袋部12的第三部分12c。
[0073]
作为另一示例，在防泄漏部140的防泄漏块141和142按压气袋部12的第二部分12b之后，预密封部150可密封气袋部12的第三部分12c。在此，第一防泄漏块141与第二防泄漏块142之间的相互距离可比第一密封块151与第二密封块152之间的相互距离更近。因而，当通过移动部160移动第一防泄漏块141和第一密封块151时，相比于第一密封块151和第二密封块152，第一防泄漏块141和第二防泄漏块142可提前按压气袋部12。
[0074]
制造二次电池的方法
[0075]
下文中，将描述根据本发明实施方式的制造二次电池的方法。
[0076]
参照图1至图3，根据本发明实施方式的制造二次电池的方法包括：按压并固定电池单元1的固定步骤；通过刀具121将电池单元1穿孔以形成排气孔的穿孔(piercing)步骤；将穿孔的电池单元1保持在真空状态的真空步骤；按压气袋部12以防止电解质泄漏的防泄漏步骤；以及密封气袋部12的预密封(pre-sealng)步骤。
[0077]
根据本发明实施方式的制造二次电池的方法是通过根据本发明实施方式的制造二次电池的设备100来制造二次电池的方法。因此，在根据本发明该实施方式的制造二次电池的方法的描述中，将省略或简要描述与根据本发明前述实施方式的制造二次电池的设备100重复的内容，将主要描述它们之间的区别。
[0078]
更详细地说，参照图1和图4，在固定步骤中，可按压并固定电池单元1，电池单元1包括电极组件20、电解质、以及容纳电极组件20和电解质的电池壳体10。
[0079]
此外，在固定步骤中，可通过固定部110将电池单元1固定为使得气袋部12位于电池壳体10的主体11上方。在此，电池单元1的电池壳体10可包括：形成有容纳部13的主体11、和形成从容纳部13延伸的通道以收集内部气体的气袋部12。在此，在固定步骤中，可将气袋部12的端部设置为面向上侧，然后按压并固定电池壳体10的主体11。因而，在固定步骤中，当将电池单元1的内部气体排放到外部时，可防止电解质通过气袋部12的端部泄漏。
[0080]
此外，在固定步骤中，固定部110可在电池单元1竖直地放置的状态下按压并固定电池单元1。因而，当将电池单元1的内部气体排放到外部时，可更有效地防止电解质通过气袋部12的端部泄漏。
[0081]
此外，在固定步骤中，可通过固定部110的按压夹具按压电池单元1的两个表面。
[0082]
在此，在固定步骤中，固定到按压夹具111的电池单元1可通过固定部移动装置112移动到真空室131的内部空间131a。在此，当执行穿孔步骤和真空步骤时，按压夹具111可支撑电池单元1，从而实现优异的可加工性。
[0083]
参照图5，在固定电池单元1之后，在穿孔(piercing)步骤中，可通过穿孔部120的刀具121将气袋部12穿孔，以形成排气孔。
[0084]
此外，在穿孔步骤中，可在气袋部12的第一部分12a中形成排气孔。
[0085]
此外，在穿孔步骤中，可移动针形的刀具121以穿过气袋部12的第一部分12a。
[0086]
参照图1和图2，在真空步骤中，通过真空部130将穿孔的电池单元1保持在真空状态，并且可将电池单元1的内部气体排放到外部。
[0087]
此外，在真空步骤中，在将电池单元1容纳在真空部130的真空室131中之后，可将真空室131的内部抽真空，以将电池单元1保持在真空状态。此时，在电池单元1中，通过穿孔步骤在气袋部12中形成了排气孔，使得通过排气孔将内部气体排放到电池单元1的外部。
[0088]
在此，真空室131的内部空间131a可通过真空部130的真空泵132形成为真空状态。
[0089]
参照图6和图7，在通过真空步骤排放内部气体之后，在防泄漏步骤中，可通过防泄漏块141和142按压气袋部12，以防止当在预密封步骤中密封气袋部12时电解质泄漏。
[0090]
此外，在防泄漏步骤中，可按压气袋部12的第二部分12b，第二部分12b设置在形成有排气孔的第一部分12a下方。
[0091]
防泄漏块141和142可包括按压电池单元1的气袋部12的两个表面的第一防泄漏块141和第二防泄漏块142。
[0092]
第一防泄漏块141可具有朝向第二防泄漏块142的方向突出的突出部分141a。第二防泄漏块142可具有供第一防泄漏块141的突出部分141a的端部插入的插入凹槽142a。
[0093]
第一防泄漏块141的突出部分141a和第二防泄漏块142的插入凹槽142a可沿水平方向形成。
[0094]
此外，第一防泄漏块141的突出部分141a和第二防泄漏块142的插入凹槽142a可形成为彼此对应的形状。
[0095]
此外，第一防泄漏块141的突出部分141a可形成为矩形的突出形状，并且第二防泄漏块142的插入凹槽142a可形成为矩形的凹槽形状。
[0096]
在此，当在防泄漏步骤中突出部分141a插入到插入凹槽142a中时，气袋部12的位于第一防泄漏块141的突出部分141a与第二防泄漏块142的插入凹槽142a之间的第二部分12b可被按压，并且以与突出部分141a和插入凹槽142a的每一个的形状对应的形状弯折。在此，在防泄漏步骤中，气袋部12的第二部分12b可弯折成形状。
[0097]
参照图7，在预密封(pre-sealng)步骤中，在防泄漏步骤之后可通过预密封部150密封气袋部12。
[0098]
此外，在预密封步骤中，可密封气袋部12的第三部分12c，第三部分12c设置在通过防泄漏块141和142被按压的第二部分12b下方。
[0099]
在此，预密封部150可包括通过施加热量来按压气袋部12的两个表面以密封气袋部12的第一密封块151和第二密封块152。
[0100]
此外，在预密封步骤中，第一密封块151和第二密封块152的每一个的端部可沿水平方向突出，以按压气袋部12的第三部分12c，从而沿水平方向形成密封部。
[0101]
可在保持真空步骤中的电池单元1的真空状态的同时执行防泄漏步骤和预密封步骤。
[0102]
作为示例，可同时执行防泄漏步骤和预密封步骤。就是说，在防泄漏部140的防泄漏块141和142按压气袋部12的第二部分12b时，预密封部150可同时密封气袋部12的第三部分12c。
[0103]
作为另一示例，在防泄漏步骤中防泄漏块141和142按压气袋部12之后，可执行预密封步骤。在此，在预密封步骤中，在通过防泄漏块141和142按压气袋部12的第二部分12b之后，可密封气袋部12的第三部分12c。在此，第一防泄漏块141与第二防泄漏块142之间的相互距离可比第一密封块151与第二密封块152之间的相互距离更近。因而，在防泄漏步骤中，当通过移动部160移动第一防泄漏块141和第一密封块151时，相比于第一密封块151和第二密封块152，第一防泄漏块141和第二防泄漏块142可提前按压气袋部12。在此，在防泄漏步骤中，第一防泄漏块141和第一密封块151可安装在移动部160上，并且移动部160可在面对第二防泄漏块142和第二密封块152的方向上移动第一防泄漏块141和第一密封块151。
[0104]
在根据本发明实施方式的制造二次电池的方法中，在预脱气工序之后，可去除除电池壳体10的密封部之外的气袋部12的其余部分，以制造二次电池。
[0105]
此外，根据本发明实施方式的制造二次电池的方法可进一步包括：在真空步骤之前对电池单元1初次充电的第一充电步骤；以及在预密封步骤之后对电池单元1充电和放电的第二充电/放电步骤。
[0106]
虽然已经参照示例性实施方式详细描述了本发明，但应理解的是，本发明的范围
不限于根据本发明的制造二次电池的设备及方法。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。
[0107]
此外，本发明的保护范围将由所附权利要求书来阐明。
[0108]
[标号说明]
[0109]
1：电池单元
[0110]
10：电池壳体
[0111]
11：主体
[0112]
12：气袋部
[0113]
12a：第一部分
[0114]
12b：第二部分
[0115]
12c：第三部分
[0116]
13：容纳部
[0117]
20：电极组件
[0118]
21：正极
[0119]
22：负极
[0120]
23：电极
[0121]
24：隔膜
[0122]
30：电极引线
[0123]
100：制造二次电池的设备
[0124]
110：固定部
[0125]
111：按压夹具
[0126]
112：固定部移动装置
[0127]
112a：移动马达
[0128]
112b：固定部框架
[0129]
112c：密封板
[0130]
120：穿孔部
[0131]
121：刀具
[0132]
130：真空部
[0133]
131：真空室
[0134]
131a：内部空间
[0135]
131b：侧面开口
[0136]
132：真空泵
[0137]
140：防泄漏部
[0138]
141：第一防泄漏块
[0139]
141a：突出部分
[0140]
142：第二防泄漏块
[0141]
142a：插入凹槽
[0142]
150：预密封部
[0143]
151：第一密封块
[0144]
152：第二密封块
[0145]
160：移动部
[0146]
161：缸
[0147]
170：安装部。