弯曲的二次电池及其制造方法与流程

将在韩国知识产权局于2015年6月26日提交且题为“弯曲的二次电池及其制造方法(Curved Secondary Battery and Manufacturing Method Thereof)”的韩国专利申请No.10-2015-0091228全部通过参考引入本文中。

技术领域

实施方式涉及弯曲的二次电池及其制造方法。

背景技术：

与不是可再充电的一次电池不同，二次电池可被充电和放电。各自使用包装在电池包中的单电池单元的低容量二次电池被广泛用于小型电子器件例如蜂窝式电话或便携式摄像机中，而各自使用在电池包中彼此连接的数十个电池单元的大容量二次电池被典型地用于驱动混合动力汽车等的发动机。

近来，为了应付消费者的需求，电子器件的设计已由具有从可制造性的观点典型地使用的平坦设计的常规电子器件多样化。

技术实现要素：

实施方式涉及弯曲的二次电池的制造方法，其包括：制造电极组件，使得所述电极组件包括具有第一电极极耳的第一电极板、具有第二电极极耳的第二电极板、以及介于所述第一电极板和所述第二电极板之间的隔板；将所述电极组件插入袋中并注入液体型凝胶电解质以形成基础二次电池，其中所述第一电极极耳和所述第二电极极耳从所述袋在一个方向上突出；实施第一模制以形成具有曲率的弯曲的二次电池，所述第一模制包括将所述基础二次电池放置在夹具中并压制(挤压)；和实施第二模制以使所述液体型凝胶电解质胶凝，所述第二模制包括加热处于如下状态的所述弯曲的二次电池：其中所述弯曲的二次电池被所述夹具压制。

所述夹具可包括具有拥有曲率的凸起部分的下部夹具和具有对应于所 述凸起部分的凹入部分的上部夹具。在所述第一模制中，可将所述基础二次电池放置在所述下部夹具的凸起部分上且然后通过所述上部夹具对其进行压制。

在所述第一模制中，可使所述基础二次电池弯曲以具有与所述凸起部分相同的曲率。

在所述第一模制中，可放置所述基础二次电池，使得与所述第一和第二电极极耳从所述袋突出的方向平行的轴变成与所述凸起部分接触。可使所述基础二次电池在如下方向上弯曲：在所述方向上，所述基础二次电池的相对的末端以与所述第一和第二电极极耳从所述袋突出的方向平行的所述轴为基础(基于与所述第一和第二电极极耳从所述袋突出的方向平行的所述轴)变得彼此更接近。

在所述第一模制中，可放置所述基础二次电池，使得与所述第一和第二电极极耳从所述袋突出的方向垂直的轴变成与所述凸起部分接触。所述基础二次电池可在如下方向上弯曲：在所述方向上，所述基础二次电池的相对的末端以与所述第一和第二电极极耳从所述袋突出的方向垂直的所述轴为基础变得彼此更接近。

所述制造方法可进一步包括，在注入所述电解质之后，除去所述基础二次电池中的气体并将所述袋的密封部分折叠。

所述袋可包括具有容纳凹槽的下部袋层和覆盖所述下部袋层的上部袋层。可使所述弯曲的二次电池弯曲，使得所述下部袋层凸起地弯曲。

实施方式还涉及弯曲的二次电池，其包括：包括堆叠或卷绕结构体的电极组件，所述堆叠或卷绕结构体包括具有第一电极极耳的第一电极板、具有第二电极极耳的第二电极板、以及介于所述第一电极板和所述第二电极板之间的隔板；容纳所述电极组件的袋，其中所述第一电极极耳和所述第二电极极耳突出在所述袋的外部，所述袋在其中包括凝胶电解质，且所述电极组件和所述袋具有曲率。

所述弯曲的二次电池可在如下方向上弯曲：在所述方向上，与未弯曲的状态相比，其相对的末端以与所述第一和第二电极极耳从所述袋突出的方向平行的轴为基础彼此更接近。

所述弯曲的二次电池可在如下方向上弯曲：在所述方向上，与未弯曲的状态相比，其相对的末端以与所述第一和第二电极极耳从所述袋突出的方向 垂直的轴为基础彼此更接近。

附图说明

通过参考附图详细地描述示例性实施方式，对于本领域技术人员而言，特征将变得明晰，其中：

图1说明根据实施方式的弯曲的二次电池的制造方法的流程图；

图2A-2G说明描绘根据实施方式的弯曲的二次电池的制造方法的阶段的图；和

图3A-3D说明描绘根据实施方式的弯曲的二次电池的制造方法的阶段的图。

具体实施方式

现在将在下文中参照附图更充分地描述实例实施方式；然而，它们可以不同的形式体现且不应被解释为限于本文中阐明的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本公开内容将是彻底且完整的，和将向本领域技术人员充分地传达示例性实施。

在附图中，为了说明的清楚，可放大层和区域的尺寸。相同的附图标记始终是指相同的元件。

图1说明根据实施方式的弯曲的二次电池的制造方法的流程图，且图2A-2G说明描绘根据实施方式的弯曲的二次电池的制造方法的阶段的图。

参照图1，根据实施方式的弯曲的二次电池的制造方法可包括制造电极组件(S1)、注入电解质(S2)、折叠(S3)、第一模制(S4)和第二模制(S5)。

在制造电极组件(S1)中，可制造包括第一电极板111、第二电极板112和隔板113的电极组件110。

参照图2A，在制造电极组件(S1)中，可将包括第一电极板111、第二电极板112、以及介于第一电极板111和第二电极板112之间的隔板113的堆叠结构体以果冻卷型卷绕，从而制造电极组件100。

第一电极板111可通过如下形成：将第一活性材料例如过渡金属氧化物涂覆在由金属箔例如铝箔形成的第一电极集流体上。第一电极极耳114可附着至第一电极板111。第一电极极耳114的一个末端可电连接至第一电极板111且第一电极极耳114的另一末端可从电极组件110向上突出。绝缘部件 114a可附着至第一电极极耳114。绝缘部件114a可帮助防止在将在下面描述的袋120与第一电极极耳114之间引起电短路。

第二电极板112可通过如下形成：将第二活性材料例如石墨或碳涂覆在由金属箔例如铜或镍箔形成的第二电极集流体上。第二电极极耳115可附着至第二电极板112。第二电极极耳115的一个末端可电连接至第二电极板112且第二电极极耳115的另一末端可从电极组件110向上突出。绝缘部件115a可附着至第二电极极耳115。绝缘部件115可帮助防止在将在下面描述的袋120与第二电极极耳115之间引起电短路。

安置在第一电极板111和第二电极板112之间的隔板113可帮助防止在其间引起的电短路且可容许锂离子移动。隔板113可由聚乙烯、聚丙烯、或者聚乙烯和聚丙烯的复合膜制成。

在注入电解质(S2)中，可将电极组件110插入袋120中，且可注入电解质。

参照图2B，在注入电解质(S2)中，可首先将电极组件110插入包括下部袋层121和上部袋层122的袋120中。袋120可通过将整体形成的矩形袋层在纵向方向上对折而由下部袋层121和上部袋层122限定。在一些实施中，下部袋层121可包括用于容纳电极组件110的通过例如压制过程形成的容纳凹槽123和将用上部袋层122密封的密封部分124。在注入电解质(S2)中，可将电极组件110插入容纳凹槽123中。第一电极极耳114和第二电极极耳115可通过密封部分124向袋120的外部突出。附着至第一和第二电极极耳114和115的绝缘部件114a和115a可安置在密封部分124中，从而帮助防止在第一和第二电极极耳114和115各自与袋120之间引起的电短路。

接着，将电解质注入具有插入其中的电极组件110的袋120的容纳凹槽123中。所述电解质可为凝胶电解质。所述凝胶电解质可在室温下以液体状态存在且可通过加热而胶凝以变成凝胶状态。例如，在注入电解质(S2)中，可注入液体型凝胶电解质。如上所述，如果将所述液体型凝胶电解质注入袋120中，则可制造具有期望的形状的二次电池。

所述液体型凝胶电解质可包括非水有机溶剂、锂盐、单体和引发剂。基于所述凝胶电解质的总重量，可以约4％-约8％的量包含所述单体。所述单体可包括由下列化学式1表示的第一单体和由下列化学式2表示的第二单体：

[化学式1]

其中n在1,000-1,000,000的范围内，EG为乙二醇残基(-CH₂-CH₂-)，DEG为一缩二乙二醇残基(-CH₂-CH₂-O-CH₂-CH₂-O-)，且TMP为三羟甲基丙烷残基(-CH₂-C(CH₂OH)(C₂H₅)-CH₂O-)。

[化学式2]

所述引发剂可包括基于过氧化物的引发剂，例如，由下列化学式3表示的基于过氧化物的引发剂：

[化学式3]

接着，可将具有插入其中的电极组件110和凝胶电解质的下部袋层121用上部袋层122覆盖且可对密封部分124进行压制以将袋120密封，从而完成基础二次电池100’。

在折叠(S3)中，可除去基础二次电池100’中的气体且可将袋120的密封部分124折叠。

在折叠(S3)中，可通过脱气过程除去基础二次电池100’中包含的气体。可通过对基础二次电池100’进行压制进行所述脱气过程以除去基础二次电池100’的内部气体。

参照图2C，在折叠(S3)中，可使位于在第一和第二电极极耳114和115不从其突出的袋120的相对的侧面上的密封部分124弯曲以变成与容纳凹槽123紧密接触。

在第一模制(S4)中，可将基础二次电池100’放置于夹具10中且然后对其进行压制，从而形成弯曲的二次电池100。

参照图2D，在第一模制(S4)中，可提供包括下部夹具20和上部夹具30 的夹具10，可将基础二次电池100’放置在下部夹具20中，然后可通过上部夹具30对基础二次电池100’进行压制。夹具10可由金属制成。下部夹具20可具有拥有曲率半径R的凸起部分21，且上部夹具30可具有对应于凸起部分21的凹入部分31。上部夹具30的凹入部分31可形成为具有与凸起部分21相同的曲率半径R。例如，凸起部分21和凹入部分31可具有相同的曲率。在一些实施中，可将多个基础二次电池100’插入夹具30中以然后同时进行压制。这里，当将液体型凝胶电解质注入基础二次电池100’中时，可根据通过夹具10的压制使基础二次电池100’转变。

在第一模制(S4)中，可将基础二次电池100’放置在下部夹具20的凸起部分21上且可然后通过上部夹具30的凹入部分31对其进行压制。可将基础二次电池100’放置在下部夹具20的凸起部分21上以使上部袋层122与下部夹具20的凸起部分21接触。可将基础二次电池100’放置在凸起部分21上，使得与第一和第二电极极耳114和115突出的方向平行的Y轴变成与凸起部分21接触。然后，随着通过上部夹具30对基础二次电池100’进行压制，可使基础二次电池100’的相反的侧以Y轴为基础弯曲(参见图2E)。当基础二次电池100’的上部袋层122与凸起部分21接触时，下部袋层121可凸起地弯曲。另外，像袋120一样，安置在袋120中的电极组件110也可弯曲。这里，可将基础二次电池100’的下部袋层121安置成变成与下部夹具20的凸起部分21接触，从而容许上部袋层122凸起地弯曲。

可将基础二次电池100’成形以变成具有与凸起部分21和凹入部分31相同的曲率的弯曲的二次电池100(参见图2E)。例如，弯曲的二次电池100可具有R的曲率且凸起部分21和凹入部分31也可具有R的曲率。弯曲的二次电池100的曲率可由使用者通过调节夹具10的曲率而如所期望地进行调节。

在第一模制(S4)中，夹具10可用在1kgF/cm²-5kgF/cm²范围内的压力对基础二次电池100’进行压制3-30秒，从而形成弯曲的二次电池100。如上所述，当所述凝胶电解质为软液体型电解质时，所述凝胶电解质可通过夹具10进行压制且可模制二次电池的形状，从而增加在二次电池的形状方面的自由度。

在第二模制(S5)中，可加热弯曲的二次电池100以使所述液体型凝胶电解质胶凝。

如图2E中所说明的，在第二模制(S5)中，可将在第一模制(S4)中通过夹具10弯曲的弯曲的二次电池100在高温下加热，从而使所述液体型凝胶电解质胶凝。如果将所述液体型凝胶电解质在高温下加热，则所述液体型凝胶电解质被胶凝从而经历体积膨胀。第二模制(S5)可在如下状态下进行：其中基础二次电池100’被夹具10压制以然后被弯曲。可在保持弯曲的二次电池100的压制形状的同时将弯曲的二次电池100制造成具有与夹具10相同的形状。可将弯曲的二次电池100以均匀的形状制造成具有与夹具10相同的曲率。因此，可保证弯曲的二次电池100的结构稳定性，且即使在以长的时间和在严苛的周围条件下充电和放电之后也可保持弯曲的二次电池100的形状。在实例中，将弯曲的二次电池100重复地充电和放电约500次循环。当将在500次充电和放电循环之后的弯曲的二次电池100的状态与其初始状态相比时，观察到在弯曲的二次电池100的形状方面的仅3％或更小的变化。未观察到弯曲的二次电池100的回弹现象或恢复至其原始的平坦的基础二次电池100’。

在第二模制(S5)中，可将弯曲的二次电池100在约70℃-约90℃的温度下加热约1-5小时，从而使所述液体型凝胶电解质胶凝。在一些实施中，第一模制(S4)和第二模制(S5)可同时进行。

因此，如图2F和2G中说明的，可完成根据实施方式的弯曲的二次电池100。弯曲的二次电池100可包括电极组件110、容纳电极组件110的袋120、注入袋120中的凝胶电解质、以及电连接至电极组件110且突出到袋120的外部的电极极耳114和115。电极组件110和袋120可弯曲成具有曲率。弯曲的二次电池100可为弯曲的，使得其相对的末端以电极极耳114和115突出的方向为基础(例如，以Y轴为基础)变得彼此更接近。弯曲的二次电池100可为弯曲的，使得第一和第二电极极耳114和115不从其突出的弯曲的二次电池100的相对的侧面的密封部分124可弯曲成变得彼此更接近。

图3A-3D说明描绘根据实施方式的弯曲的二次电池的制造方法的阶段的图。

根据该实施方式的弯曲的二次电池的制造方法与图2A-2G中说明的弯曲的二次电池的制造方法类似，且下面的描述将仅集中在根据本实施方式和根据之前的实施方式的制造方法的差异上。

参照图3A，在第一模制(S4)中可将基础二次电池200’放置在下部夹具 20的凸起部分21上且可然后通过上部夹具30的凹入部分31对其进行压制。可将基础二次电池200’放置在下部夹具20的凸起部分21上以使上部袋层222与下部夹具20的凸起部分21接触。在该实施方式中，可将基础二次电池200’放置在凸起部分21上，使得与第一和第二电极极耳214和215突出的方向垂直的X轴变成与凸起部分21接触。

随着基础二次电池200’被上部夹具30压制，基础二次电池200’的相对的侧可以X轴为基础弯曲(参见图3B)。另外，基础二次电池200’的上部袋层222可与凸起部分21接触。因此，下部袋层221可凸起地弯曲。另外，当基础二次电池200’的上部袋层222与凸起部分21接触时，下部袋层221可凸起地弯曲。像袋220一样，安置在袋220内的电极组件210也可弯曲。这里，基础二次电池200’的下部袋层221可安置成变成与下部夹具20的凸起部分21接触，从而容许上部袋层222凸起地弯曲。可将基础二次电池200’成形以变成具有与凸起部分21和凹入部分31相同的曲率的弯曲的二次电池200(参见图3B)。

如图3B中说明的，在第二模制(S5)中，可将在第一模制(S4)中通过夹具10弯曲的弯曲的二次电池200在高温下加热，从而使液体型凝胶电解质胶凝。当将所述液体型凝胶电解质在高温下加热时，所述液体型凝胶电解质可被胶凝从而经历体积膨胀。第二模制(S5)在如下状态下进行：其中基础二次电池200’被夹具10压制以然后被弯曲。在可保持弯曲的二次电池200的压制形状的同时，可将弯曲的二次电池200制造成具有与夹具10相同的形状。可将弯曲的二次电池200以均匀的形状制造成具有与夹具10相同的曲率。

如图3C和3D中说明的，可完成根据该实施方式的弯曲的二次电池200。弯曲的二次电池200可包括：包括第一电极板211、第二电极板212以及介于第一电极板211和第二电极板212之间的隔板213的电极组件210，容纳电极组件210且包括下部袋层221和上部袋层222的袋220，注入袋220中的凝胶电解质，以及电连接至电极组件210并突出到袋220的外部的第一和第二电极极耳214和215。电极组件210和袋220可弯曲成具有曲率。绝缘部件214a和215a可附着到第一和第二电极极耳214和215且可帮助防止在袋220与第一和第二电极极耳214和215各自之间引起的电短路。下部袋层221可包括将用上部袋层222密封的密封部分224。弯曲的二次电池200可为弯曲的，使得其相对的末端以与电极极耳214和215突出的方向垂直的方 向为基础(例如，以X轴为基础)变得彼此更接近。弯曲的二次电池200可为弯曲的，使得电极极耳214和215从其突出的部分和袋220的弯曲部分变成彼此更接近。

作为总结和回顾，已将电子器件例如移动电话和膝上型电脑设计成具有弯曲的表面用于人机工程学目的。因此，为了使空间的浪费最小化，根据电子器件的设计将用于电子器件的二次电池设计成具有弯曲的表面是合乎需要的。

实施方式提供可改善结构稳定性的弯曲的二次电池、及其制造方法。在根据实施方式的弯曲的二次电池和其制造方法中，通过如下模制二次电池的形状：当凝胶电解质为软液体型电解质时通过夹具对凝胶电解质进行压制，并使处于其中所述凝胶电解质被放置在夹具中的状态的经压制的凝胶电解质胶凝，从而改善结构稳定性。

在本文中已公开了实例实施方式，且尽管采用具体的术语，但是它们仅以概括和描述的意义使用和进行解释且不用于限制的目的。在一些情况下，如在本申请提交时的本领域中的普通技术人员将明晰的，关于具体实施方式描述的特征、特性、和/或元件(要素)可单独地或者与关于其它实施方式描述的特征、特性、和/或元件(要素)组合使用，除非另外明确指出。因此，本领域技术人员将理解，在不背离如所附权利要求中所阐述的精神和范围的情况下可进行形式和细节方面的多种变化。