电池单元和电池单元制造装置的制作方法

1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年12月24日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2020-0183727号和于2021年12月20日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2021-0182325号的权益和优先权，通过引用将上述韩国专利申请的公开内容整体结合在此。
3.本公开内容涉及一种电池单元和电池单元制造装置，更具体地，涉及一种具有提高的密封强度的电池单元和电池单元制造装置。


背景技术：

4.随着技术发展和对移动装置的需求的增加，对作为能源的电池的需求迅速增加。特别是，作为用于诸如电动自行车、电动汽车和混合动力电动汽车之类的电力驱动装置的能源、以及用于诸如移动电话、数码相机、膝上型电脑和可穿戴装置之类的移动装置的能源，二次电池已引起相当大的关注。
5.基于电池壳体的形状，二次电池分为电极组件安装在圆柱形金属罐中的圆柱形电池、电极组件安装在棱柱形金属罐中的棱柱形电池、以及电极组件安装在由铝层压片形成的袋型壳体中的袋型电池。在此，安装在电池壳体中的电极组件是能够进行充电和放电的电力产生装置，其具有正极、负极以及插置在正极与负极之间的隔膜的结构，电极组件分为：其中包括插置在各自由涂覆活性材料的长形片材制成的正极与负极之间的隔膜的电极组件进行卷绕的果冻卷型；和其中多个正极和多个负极在正极与负极之间插置隔膜的情况下以此次序的堆叠型。
6.其中，特别是，由于制造成本低、重量轻、容易变形等，具有其中堆叠型或堆叠/折叠型电极组件安装在铝层压片的袋型电池壳体中的结构的袋型电池的使用量逐渐增加。
7.然而，近来，随着电池单元的能量密度增加，在电池单元内产生的气体量也增加。此外，根据由于内部气体的产生而引起的内部压力的增加，会发生通气现象。此外，湿气会渗透到因通气现象而损坏的电池单元中，这引起可能发生副反应、电池性能劣化并且产生额外气体的问题。因此，对开发防止通气现象并制造具有提高的密封强度的电池单元的电池单元制造装置的需求不断增长。


技术实现要素：

8.技术问题
9.本公开内容的目的是提供一种具有提高的密封强度的电池单元和电池单元制造装置。
10.本公开内容的目的不限于前述目的，根据下面的详细描述和附图，本领域技术人员应当清楚地理解没有在本文中描述的其他目的。
11.技术方案
12.根据本公开内容的一个方面，提供了一种电池单元制造装置，包括：密封工具，所
述密封工具在安装有电极组件的电池壳体的外周面形成密封部，其中所述密封工具包括与所述电池壳体的所述外周面接触的密封面，并且其中所述密封面包括中央面和形成在所述中央面的至少一侧的倾斜面。
13.所述倾斜面可以所述中央面为基准沿着所述密封部的宽度方向延伸。
14.所述密封部可位于从所述电极组件向所述电池壳体之外突出的电极引线所经过的外周面，并且在所述电极引线的上部和下部可分别设置有引线膜。
15.所述密封部包括第一密封部和第二密封部，并且所述中央面可面对所述第一密封部，并且所述倾斜面可面对所述第二密封部。
16.所述中央面与所述第一密封部、所述倾斜面与所述第二密封部可依次彼此接触。
17.在所述中央面与所述第一密封部接触的同时，所述第二密封部沿着所述倾斜面的倾斜角弯折。
18.所述密封面可在所述密封部与所述引线膜之间形成热密封部。
19.所述热密封部包括第一热密封部和第二热密封部，所述中央面可在所述第一密封部与所述引线膜之间形成第一热密封部，并且所述倾斜面可在所述第二密封部与所述引线膜之间形成第二热密封部。
20.所述电池壳体可由包括内层和外层的膜制成。
21.所述第一密封部的内层中包含的第一材料可在远离所述中央面的方向上涌出。
22.所述倾斜面可将所述第一材料与所述第二密封部的内层一起热密封。
23.所述第一材料可被包含在所述第二热密封部中。
24.所述第一材料可以以所述中央面与所述倾斜面之间的边界线为基准涌出第一长度。
25.所述倾斜面的宽度可大于或等于所述第一长度。
26.所述密封工具可包括相对于所述密封部来说位于上部的第一密封工具和位于下部的第二密封工具。
27.根据本公开内容的另一个方面，提供了一种电池单元，包括：电极组件；和其中安装所述电极组件并且在外周面具有密封部的电池壳体，其中所述密封部包括第一密封部和第二密封部，其中所述第二密封部弯折而相对于所述第一密封部具有倾斜角，并且所述第二密封部包括热密封部。
28.所述密封部可位于从所述电极组件向所述电池壳体之外突出的电极引线所经过的外周面，并且在所述电极引线的上部和下部可分别设置有引线膜。
29.所述第二密封部包括倾斜部分和平坦部分，并且所述热密封部可形成在所述平坦部分与所述引线膜之间。
30.所述第一密封部的内层中包含的第一材料可在远离所述第一密封部的方向上涌出，并且所述平坦部分可与所述第一材料一起被热密封以形成所述热密封部。
31.所述第一材料可被包含在所述热密封部中。
32.有益效果
33.根据本公开内容的实施方式，本公开内容的电池单元制造装置中包含的密封工具包括密封面，其中密封面包括中央面和形成在中央面的至少一侧的倾斜面，使得可制造具有提高的密封强度的电池单元。由此制造的电池单元包括额外的密封部，因而可通过高粘
合强度来提高电池单元的耐久性。
34.本公开内容的效果不限于上述效果，本领域技术人员将从所附权利要求的描述清楚地理解上面未描述的额外其他效果。
附图说明
35.图1是常规电池单元的分解透视图；
36.图2是示出通过常规电池单元制造装置形成图1的电池单元的密封部的剖面图；
37.图3是示出通过图2的电池单元制造装置形成的电池单元的密封部的剖面图；
38.图4是示出图3的一部分的放大图；
39.图5是示出根据本实施方式的电池单元制造装置的透视图；
40.图6是示出图5的电池单元制造装置的上部的剖面图；
41.图7是示出通过图5的电池单元制造装置形成电池单元的密封部的剖面图；
42.图8是示出通过图5的电池单元制造装置形成的电池单元的密封部的剖面图；
43.图9是示出图8的一部分的放大图；
44.图10是示出图9的第二密封部的放大图。
具体实施方式
45.下文中，将参照附图详细地描述本公开内容的各实施方式，使得本领域技术人员能够容易地实现它们。本公开内容可以以各种不同的方式修改，不限于在此阐述的实施方式。
46.为了清楚起见，在本文中将省略与描述无关的部分的描述，并且在整个申请中相似的参考标号表示相似的元件。
47.此外，在附图中，为了便于描述，任意地示出了每个元件的尺寸和厚度，本公开内容不必限于附图中示出的那些。在附图中，为了清楚起见，夸大了层、区域等的厚度。在附图中，为了便于描述，一些层和区域的厚度被夸大地示出。
48.此外，在整个申请中，当一部分被称为“包括”某一部件时，这意味着该部分可进一步包括其他部件，而不排除其他部件，除非另有说明。
49.此外，在整个申请中，当被称为“平面”时，是指当从上侧观看目标部分时，当被称为“剖面”时，是指当从垂直切割的横截面的侧面观看目标部分时。
50.参照图1，电池单元10是袋型电池单元，并且在电池壳体20内包含电极组件30和电解液。此外，电池单元具有其中与电极组件30的电极接片31电连接的电极引线40暴露到外部并且引线膜50附接至电极引线40的上部和下部的结构。此外，在电池壳体20中，在电极组件30被安装在凹入的容纳部23中的状态下，壳体主体21的上端部24和盖22的外周部彼此密封以构成密封部，从而密封内部空间。
51.参照图1和图2，常规电池单元制造装置60包括上密封工具61和下密封工具65，并且电池壳体20的一端可位于上密封工具61与下密封工具65之间。更具体地，壳体主体21的上端部24和盖22可在位于上密封工具61与下密封工具65之间的状态下彼此熔合。
52.参照图3和图4，当上密封工具61和下密封工具65分别与盖22和壳体主体21的上端部24接触时，形成其中盖22的内层22b和上端部24的内层24b分别熔合到引线膜50的熔合区
域a。然而，由于通过上密封工具61和下密封工具65施加到盖22和壳体主体21的上端部24的热量和压力，还形成了其中盖22的内层22b和上端部24的内层24b中包含的材料涌出到熔合区域a外部的涌出区域b。
53.此时，由于密封工具61和65未给涌出区域b施加热量和压力，所以涌出区域b中包含的材料表现出对引线膜50的较低粘附力，因而存在密封强度降低的问题。在这种情况下，当电池壳体20内产生内部压力增加时，存在在具有较低密封强度的涌出区域b中发生通气现象的问题。因此，根据本实施方式，旨在制造防止通气现象并且具有提高的密封强度的电池单元。
54.接下来，将描述根据本公开内容实施方式的电池单元制造装置。然而，在此，将基于电池单元的外周部的一部分进行描述，但不必限于此，将以相同或相似的内容描述电池单元的外周部。
55.图5是示出根据本实施方式的电池单元制造装置的透视图。图6是示出图5的电池单元制造装置的上部的剖面图。图7是示出通过图5的电池单元制造装置形成电池单元的密封部的剖面图。
56.参照图5和图6，根据本公开内容实施方式的电池单元制造装置包括密封工具600，并且密封工具600包括第一密封工具610和第二密封工具650。更具体地，密封工具600在之后描述的电池壳体的外周面形成密封部，并且密封工具600包括相对于密封部来说位于上部的第一密封工具600和位于下部的第二密封工具650。
57.此外，第一密封工具610和第二密封工具650可具有彼此相同的尺寸、长度、宽度和形状。然而，本公开内容不限于此，可根据电池壳体的形状而具有不同的尺寸、长度、宽度和形状。
58.此外，第一密封工具610和第二密封工具650可在25至500摄氏度的温度和/或1.0mpa以下的压力下分别与之后描述的电池壳体的外周面接触，但不限于此。
59.参照图7，根据本实施方式的电池单元包括电极组件、以及其中安装电极组件并且在外周面具有密封部的电池壳体220和240。电池壳体220和240包括安装电极组件的上壳体220和下壳体240，并且上壳体220的外周面和下壳体240的外周面可位于第一密封工具610与第二密封工具650之间。在此，第一密封工具610和第二密封工具650按压并且加热上壳体220的外周面和下壳体240的外周面，从而可在电池壳体220和240的外周面形成密封部。
60.在一个示例中，在其中上壳体220的外周面和下壳体240的外周面彼此接触的面之中，第一密封工具610和第二密封工具650可按压并且加热从电极组件向电池壳体220和240之外突出的电极引线400所经过的外周面，并且在电极引线400的上部和下部可分别设置有引线膜500。
61.因此，根据本公开内容实施方式的电池单元制造装置使得在电极引线400和引线膜500所在的外周面形成密封部，可提高位于易受通气现象影响的外周面上的引线膜500与电池壳体220、240之间的粘合强度，并且还可进一步提高由此导致的电池单元的长期耐久性。
62.此外，参照图5至图7，密封工具600包括分别与电池壳体220和240的外周面接触的密封面，并且密封面包括中央面610a和650a、以及形成在中央面610a和650a的至少一侧的倾斜面610b和650b。更具体地，第一密封工具610包括与上壳体220的外周面接触的第一中
央面610a和第一倾斜面610b，第二密封工具650包括与下壳体240的外周面接触的第二中央面650a和第二倾斜面650b。
63.此外，在密封工具600中，倾斜面610b和650b可以以中央面610a和650a为基准沿着密封部的宽度方向延伸。更具体地，倾斜面610b和650b可以以中央面610a和650a为基准沿着密封部的内部和/或外部方向延伸。
64.图8是示出通过图5的电池单元制造装置形成的电池单元的密封部的剖面图。图9是示出图8的一部分的放大图。图10是示出图9的第二密封部的放大图。
65.参照图6至图8，密封部包括第一密封部220a和240a、以及第二密封部220b和240b，密封工具600的中央面610a和650a可面对第一密封部220a和240a，并且倾斜面610b和650b可面对第二密封部220b和240b。根据本实施方式的电池单元的第二密封部220b和240b弯折而相对于第一密封部220a和240a具有倾斜角，并且第二密封部220b和240b包括如参照图9描述的热密封部a。
66.更具体地，在本实施方式中，当密封工具600按压在上壳体220的外周面和下壳体240的外周面上时，中央面610a和650a与第一密封部220a和240a、倾斜面610b和650b与第二密封部220b和240b可依次彼此接触。作为一个示例，在中央面610a和650a与第一密封部220a和240a彼此接触的同时，第二密封部220b和240b以第一密封部220a和240a为基准弯折，使得倾斜面610b和650b与第二密封部220b和240b可彼此接触。
67.因此，在根据本公开内容实施方式的电池单元制造装置中，密封工具600的中央面610a和650a按压并且加热第一密封部220a和240a，并且密封工具600的倾斜面610b和650b可按压并且加热第二密封部220b和240b。就是说，在中央面610a和650a与第一密封部220a和240a彼此接触的同时，热量和压力甚至可被施加到以第一密封部220a和240a为基准弯折的第二密封部220b和240b，与常规情况相比，可进一步提高第二密封部220b和240b对引线膜500的粘附力和密封强度。此外，可防止第二密封部220b和240b与引线膜500之间的通气现象，并且还可提高电池单元的长期耐久性。
68.此外，参照图3和图4，在常规电池单元制造装置60中，上密封工具61和下密封工具65与盖22和壳体主体21的上端部24接触，与上密封工具61接触的盖22的密封面的外周部以第一角度抬起。这也适用于下密封工具65与壳体主体21之间。就是说，第一角度可以是在上密封工具61和下密封工具65对盖22和壳体主体21的上端部41进行密封期间盖和壳体主体的上端部自然地弯折而形成的角度。
69.另一方面，参照图6至图8，在密封工具600的中央面610a和650a与第一密封部220a和240a彼此接触时，第二密封部220b和240b沿着倾斜面610b和650b弯折。就是说，第二密封部220b和240b以等于倾斜面610b和650b的倾斜角的角度弯折。在此，倾斜面610b和650b的倾斜角θ可以是第二角度，但是可小于或等于第一角度。
70.第二角度可以是5度以上且50度以下。更具体地，第二角度可以是7度以上且45度以下。作为一个示例，第二角度可以是10度以上且40度以下。
71.因此，倾斜面610b和650b以上述范围内的倾斜角θ倾斜，并且与以第一密封部220a和240a为基准弯折的第二密封部220b和240b接触。由于第二密封部220b和240b被施加热量和压力，所以可提高第二密封部220b和240b对引线膜500的粘附力和密封强度。
72.另一方面，当倾斜面610b和650b的倾斜角θ小于5度时，与第二密封部220b和240b
以第一密封部220a和240a为基准弯折的角度相比，倾斜面610b和650b的倾斜角θ过小，使得之后描述的第一密封部220a的内层222中包括的第一材料过度涌出。因此，存在引起以下缺陷的问题，诸如超出第一密封部220a、240a和第二密封部220b、240b的设计尺寸限制、密封工具600的密封面污染、以及电池壳体220和240中的电极引线和电极接片的焊接部分污染。
73.此外，当倾斜面610b和650b的倾斜角θ大于50度时，与常规电池单元制造装置60的第一角度相比，倾斜面610b和650b的倾斜角θ会过大。因此，当密封工具600的中央面610a和650a与第一密封部220a和240a接触时，即使第二密封部220b和240b弯折，第二密封部220b和240b也无法充分地与倾斜面610b和650b彼此接触。就是说，无法充分地执行倾斜面610b和650b对第二密封部220b和240b的按压和加热，这导致粘合强度和密封强度降低的问题。
74.此外，参照图8至图10，在根据本实施方式的电池单元制造装置中，密封面可在密封部与引线膜500之间形成热密封部a。更具体地，热密封部a包括第一热密封部a1和第二热密封部a2，第一密封工具610的中央面610a可在第一密封部220a与引线膜500之间形成第一热密封部a1，并且密封工具600的倾斜面610b可在第二密封部220b与引线膜500之间形成第二热密封部a2。这同样可用于描述第二密封工具650。
75.具体地，如图10中所示，根据本实施方式的电池单元的第二密封部220b可包括倾斜部分p1和平坦部分p2。第二热密封部a2可形成在平坦部分p2与引线膜500之间。此时，第一密封部220a的内层中包含的第一材料在远离第一密封部220a的方向上涌出，并且平坦部分p2可与第一材料一起被热密封以形成第二热密封部a2。作为一个示例，第一材料是构成内层222的材料并且可以是聚丙烯，但不限于此，可应用具有电绝缘的任何材料。第一材料可被包含在第二热密封部a2中。
76.因此，与常规情况相比，通过根据本实施方式的电池单元制造装置形成的电池单元允许在引线膜500与第一密封部220a和240a之间以及在引线膜500与第二密封部220b和240b之间形成热密封部a，使得能够提高第一密封部220a和240a以及第二密封部220b和240b对引线膜500的粘附力和密封强度。此外，防止了第一密封部220a和240a与引线膜之间以及第二密封部220b和240b与引线膜之间的通气现象，并且还可提高电池单元的长期耐久性。
77.此外，参照图7至图9，在根据本实施方式的电池单元中，与密封工具600的密封面接触的电池壳体220和240可由包含内层222、242以及外层221、241的膜制成。作为一个示例，电池壳体220和240可由其中内层222、242与外层221、241之间插置有单独的金属层(未示出)的层压片形成。在此，内层222、242以及外层221、241可各自由树脂层形成。
78.参照图9，当第一密封工具610的中央面610a按压并且加热第一密封部220a时，第一密封部220a的内层222中包含的第一材料可在远离中央面610a的方向上涌出。在此，当第二密封工具650的倾斜面610b按压并且加热第二密封部220b时，第二密封工具650的倾斜面610b可将第一材料与第二密封部220b的内层222一起热密封。就是说，热密封部a中包含的第二热密封部a2可包括第一材料。这同样可用于描述第二密封工具650。
79.更具体地，从第一密封部220a的内层222涌出的第一材料可以以中央面610a与倾斜面610b之间的边界线为基准涌出第一长度。作为一个示例，第一材料是构成内层222的材料并且可以是聚丙烯，但不限于此，可应用具有电绝缘的任何材料。在此，参照图6和图9，倾斜面610b的宽度可大于或等于第一长度。这同样可用于描述第二密封工具650。
80.倾斜面610b和650b可具有0.5mm至3.0mm的宽度。更具体地，倾斜面610b和650b可具有0.6mm至2.7mm的宽度。作为一个示例，倾斜面610b和650b可具有0.7mm到2.5mm的宽度。
81.因此，倾斜面610b和650b的宽度形成为具有上述范围内的宽度，由于热量和压力还通过中央面610a和650a施加到从第一密封部220a的内层222涌出的第一材料，所以可提高第二密封部220b和240b对引线膜500的粘附力和密封强度。
82.另一方面，当倾斜面610b和650b的宽度小于0.5mm时，无法充分地执行按压和加热从第一密封部220a的内层222涌出的第一材料，这引起粘附力和密封强度降低的问题。此外，如果倾斜面610b和650b的宽度超过3.0mm，则宽度与从第一密封部220a的内层222涌出的第一材料相比太大，这导致密封工具600的体积和重量不必要地增加的问题，这在制造成本和制造工艺方面是不利的。
83.根据本公开内容另一实施方式的电池单元可以是通过上述电池单元制造装置制造的电池单元。此外，根据本公开内容另一实施方式的电池模块包括通过上述电池单元制造装置制造的电池单元。另外，根据本实施方式的一个或多个电池模块可被封装在电池组壳体中以形成电池组。
84.上述电池模块和包括该电池模块的电池组可应用于各种装置。这样的装置可应用于诸如电动自行车、电动汽车、或者混合动力汽车之类的车辆装置，但是本公开内容不限于此，可应用于能够使用电池模块的各种装置，这也落入本公开内容的范围内。
85.尽管已经参照优选实施方式示出和描述了本发明，但是本公开内容的范围不限于此，本领域技术人员可使用在所附权利要求中限定的本发明的原理来设计许多改变和修改，这也落入本公开内容的精神和范围内。
86.(参考标号说明)
87.220：上壳体
88.240：下壳体
89.400：电极引线
90.500：引线膜
91.600：密封工具。