用于折叠电极组件的装置的制作方法

专利名称：用于折叠电极组件的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造堆叠/折叠型电极组件的折叠装置，该堆叠/折叠型电极组件具有在隔离膜被设置在各个单元电池之间的状态下依次堆叠的单元电池，该折叠装置包括卷材供应单元，该卷材供应单元用于供应具有以预定的间隔布置在隔离膜的顶部处的板状单元电池的卷材；缠绕夹具，该缠绕夹具用于在保持该卷材的单元电池中的第一个单元电池的同时使该单元电池旋转，使得单元电池在隔离膜被设置在各个单元电池之间的状态下依次被堆叠；以及旋转轴补偿单元，该旋转轴补偿单元用于补偿缠绕夹具的旋转轴在该卷材的前进方向(X轴方向)上的位置，其中该旋转轴补偿单元周期性地改变该旋转轴的位置以补偿在板状单元电池的缠绕期间引起的该卷材的X轴速度(Vx)的改变，从而均匀地维持该卷材的张力。
背景技术：
随着移动装置日益发展，并且对这样的移动装置的需求已经增加，对于作为移动装置的能源的二次电池的需求也已经迅速增加。在这类二次电池中，锂二次电池具有高能量密度和工作潜力、长周期寿命、以及低自放电率，其现在被商业化并且被广泛地使用。具有阴极/隔板/阳极结构的电极组件构成二次电池，基于该电极组件的结构，该电极组件一般可被归类为果冻卷(缠绕)型电极组件或堆叠型电极组件。该果冻卷型电极组件通过如下步骤制成利用电极活性材料涂覆将被用作集电器的金属箔；干燥并且挤压该涂覆的金属箔；将该经干燥的并且挤压的金属箔切割成具有预定的宽度和长度的带的形式；使用隔板将阳极与阴极相互隔离；以及成螺旋形地缠绕该阳极/隔板/阴极结构。该果冻卷型电极组件适合于柱形电池；然而，该果冻卷型电极组件不适合于棱柱形电池或袋状电池，因为该电极活性材料被隔开或空间利用率是低的。另一方面，堆叠型电极组件被构造成具有如下结构在该结构中，多个单元阴极和多个单元阳极依次被堆叠。该堆叠型电极组件具有的优点在于该堆叠型电极组件可以被构造成具有棱柱状结构；然而，该堆叠型电极组件具有的缺点在于用于制造该堆叠型电极组件的过程是复杂的，并且，当外部影响被施加到该堆叠型电极组件时，该堆叠型电极组件的电极被推动，其结果是，在该堆叠型电极组件中可能发生短路。为了解决上文描述的问题，已经开发了改进的电极组件，该改进的电极组件是果冻卷型电极组件与堆叠型电极组件的组合，即，被构造成具有如下结构的电极组件在该结构中，具有预定的单元尺寸的阴极/隔板/阳极结构的全电池或具有预定的单元尺寸的阴极(阳极)/隔板/阳极(阴极)/隔板/阴极(阳极)结构的二分电池被使用长的连续的隔板膜折叠。在已经以本专利申请的申请人的名义提交的韩国专利申请公开No. 2001-82058、No. 2001-82059和No. 2001-82060中公开了这类电极组件的示例。在本申请中，具有上述构造的电极组件被称为堆叠/折叠型电极组件。被形成为具有如下结构的二次电池可以被以各种形式构造在该结构中，堆叠型电极组件或堆叠/折叠型电极组件被安装在电池壳体中。二次电池的典型示例是使用由铝层压片形成的袋状壳体的锂离子聚合物电池(LiPB)。
该锂离子聚合物电池(LiPB)被构造成具有如下结构在该结构中，利用电解质浸溃通过热焊接电极(阴极和阳极)与隔板制造的电极组件。通常，锂离子聚合物电池被构造成具有如下结构在该结构中，堆叠型电极组件或堆叠/折叠型电极组件在密封状态下被安装在由铝层压片形成的袋状电池壳体中。由于这个原因，锂离子聚合物电池常常被称为袋状电池。
—般地，用于通过旋转运动来折叠电极组件的装置被用来折叠该堆叠/折叠型电极组件。参照图1，该折叠装置包括卷材供应单元400，该卷材供应单元400以辊的形状形成以用于供应具有以预定的间隔布置在隔离膜的顶部处的板状单元电池100、101、102···的卷材200 ;以及缠绕夹具300，该缠绕夹具300用于在保持该卷材的单元电池的第一个单元电池的同时使单元电池旋转，使得单元电池在该隔离膜被设置在各个单元电池之间的状态下依次被堆叠。随着缠绕夹具300旋转，单元电池100、101、102···依次被堆叠。
由于缠绕夹具300被旋转以缠绕板状单元电池100、101、102···，然而，卷材200的张力可以被改变。在卷材200被供应至缠绕装置之前，卷材200的张力的改变不利地影响整个过程。因此，为了让缠绕装置均匀地维持卷材200的张力，补偿缠绕夹具300在卷材200 的前进方向(即，X轴方向)上的位置的方法可以被考虑。
结合该问题，参照图2，假设缠绕夹具的回转半径是a，从辊到缠绕夹具的旋转中心的距离是b，并且基于缠绕夹具的角度从辊到卷材的长度是C，基于缠绕夹具相对于X轴的角度Θ的变化，c可由下列方程式表示。
C= (a2+b2 - 2abcos Θ )1/2
图3是示出在线性情况下基于角度Θ和卷材的长度变化量(线性改变量)的c值改变量的曲线图。在图3中，因为角度Θ以匀速度旋转，角速度是一致的，并且因此，该曲线图可以与时间移位曲线图完全相同。因此，该线性改变量指示匀速度，因为直线具有一致的倾斜度。
板状结构的旋转运动不被改变成线性改变量。因此，有必要基于在基于角度Θ的 c值改变量与线性改变量之间的差进行补偿。补偿量的曲线图也在图3中示出。
然而，在将使用上文的计算方法获得的补偿量应用于缠绕夹具的旋转轴在卷材的前进方向(X轴方向)上的位置的补偿的情况下，难以在预定的旋转速度或以上进行该过程。
结合该问题，参照图4，补偿量的曲线图具有的问题在于，微分在Θ是180度的点处是不可能的，并且加加速度在该点处过度。该问题在使用中的一般生产过程中是不严重的。然而，在缠绕夹具的旋转速度增加的情况下，过度加加速度被施加到缠绕装置，其结果是，可能需要频繁地更换部件，并且产品可能是有缺陷的。特别地，在缠绕夹具的旋转速度与使用中的一般生产过程中相比增加两倍或以上的情况下，为了提高过程效率，引起更严重的问题。
因此，存在对能够解决上文的问题的技术的高必要性。发明内容
技术问题
因此，已经完成本发明来解决以上问题以及尚未解决的其它枝术问题。
由于用于解决如上文所描述的问题的各种广泛和深入研究和实验，本申请的发明人已经开发了折叠装置以制造堆叠/折叠型电极组件，该堆叠/折叠型电极组件能够周期性地改变旋转轴的位置以补偿在板状单元电池的缠绕期间引起的卷材的X轴速度(Vx)的改变，从而均匀地维持卷材的张力。此外，本发明人已经发现，在使用该折叠装置制造堆叠/折叠型电极组件的情况下，即使缠绕夹具的旋转速度增加，也没有过多负载被施加到装置，并且提高了过程效率。基于这些发现，已经完成了本发明。技术方案根据本发明的一个方面的，上文的和其它目的可通过提供用于制造具有单元电池的堆叠/折叠型电极组件的折叠装置来完成，该单元电池在隔离膜被设置在各个单元电池之间的状态下依次被堆叠，该折叠装置包括卷材供应单元，该卷材供应单元用于供应具有以预定的间隔布置在隔离膜的顶部处的板状单元电池的卷材；缠绕夹具，该缠绕夹具用于在保持该卷材的单元电池中的第一个单元电池的同时使该单元电池旋转，使得单元电池在隔离膜被设置在各个单元电池之间的状态下依次被堆叠；以及旋转轴补偿单元，该旋转轴补偿单元用于补偿缠绕夹具的旋转轴在该卷材的前进方向(X轴方向)上的位置，其中该旋 转轴补偿单元周期性地改变该旋转轴的位置以补偿在板状单元电池的缠绕期间引起的该卷材的X轴速度(Vx)的改变，从而均匀地维持该卷材的张力。Vx是在卷材供应单元处的速度。在卷材供应单元处的X轴速度必须是均匀的，以均匀地维持在卷材供应单元和缠绕夹具之间的张力。参照图2和图3描述的补偿量可以明显地表现为具有180度的周期的函数。然而，事实上，不能被微分的点，即，具有不同倾斜度值的点，在180度附近发生。位移的微分值是速度，并且因此，速度突然改变的点产生。因此，加速度如图4中所示突然改变，导致加加速度的增加。该状况的发生是因为缠绕夹具或单元电池不以柱状而是以板状进行旋转运动。也就是，在缠绕期间产生的卷材的X轴速度Vx在理论上可与Sine成比例。然而，事实上，最大值不出现在当Θ =90度时而是出现在当Θ =约80度时。这是因为最大值在与进行旋转运动的圆相切的部分处获得。在基于理论上计算的补偿量对缠绕夹具在X轴方向上进行补偿的情况下，如果该过程以大于预定的速度执行，则过多负载被施加到装置，其结果是，有必要改变旋转轴补偿单元的设计，使得旋转轴补偿单元具有较高的扭矩。另一方面，而在理论上计算的补偿量被改变成具有类似移位值的周期函数的情况下，不出现不能被微分的点。此外，即使缠绕夹具的旋转速度增加，也没有过多负载被施加到装置，并且可以在无设计改变情况下提高过程效率。参照图5，微分在补偿量曲线图的每个位置处均是可能的，并且速度和加速度均是连续的。另外，加加速度不从预定的范围偏离。优选地，单元电池是全电池或二分电池。作为单元电池的全电池是具有阴极/隔板/阳极的单元结构的电池。也就是，全电池是具有阴极和定位在该阴极的相对侧处的阳极的电池。除了阴极/隔板/阳极的单元结构之外，该全电池可以具有阴极/隔板/阳极/隔板/阴极/隔板/阳极的单元结构。另外，作为单元电池的二分电池是具有位于其相对侧处的相同电极的电池。例如，二分电池可以具有阴极/隔板/阳极/隔板/阴极的单元结构或阳极/隔板/阴极/隔板 /阳极的单元结构。在该说明书中，具有阴极/隔板/阳极/隔板/阴极的结构的电池被称为‘C型二分电池’，并且具有阳极/隔板/阴极/隔板/阳极的结构的电池被称为‘A型二分电池’。也就是，具有定位在其相对侧处的阴极的电池被称为C型二分电池，并且具有定位在其相对侧处的阳极的电池被称为A型二分电池。
组成二分电池的阴极、阳极和隔板的数目不特别地受到限制，只要该二分电池具有位于其相对侧处的相同的电极即可。
在隔板设置在阴极和阳极之间的状态下，全电池和二分电池通过联接该阴极和该阳极来制造。该联接方法的优选的示例是热焊接方法。
在全电池和二分电池中，例如，阴极通过将阴极活性材料、导电剂和粘合剂的混合物涂覆到阴极集流器的相对的主表面并且进行干燥、和挤压来制备。根据需要，可以将填料添加到该混合物。
一般而言，阴极集流器具有3到500 μ m的厚度。阴极集流器不特别地受到限制， 只要阴极集流器表现高电导性，而阴极集流器在应用该阴极集流器的电池中不诱发任何化学变化即可。例如，阴极集流器可以由不锈钢、铝、镍、钛或塑料碳制成。替代地，阴极集流器可以由铝或不锈钢制成，其表面用碳、镍、钛或银处理。阴极集流器可以具有形成在该阴极集流器的表面处的微小不均匀的图案从而增加阴极活性材料的粘合强度。阴极集流器可以以各种形式被构造，所述形式诸如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫体和无纺织物体。
阴极活性材料可以是但并不限于层状化合物，诸如锂氧化钴(LiCoO2)或锂氧化镍(LiNiO2),或由一种或更多种过渡金属取代的化合物；由化学式Li1+xMn2_x04 (其中，x=0 到O. 33)表示的锂锰氧化物或诸如LiMn03、LiMn2O3或LiMnO2的锂锰氧化物；锂铜氧化物 (Li2CuO2);钒氧化物，诸如 LiV3O8' LiFe3O4' V2O5 或 Cu2V2O7 ;由化学式 Ι^Ν“_ΧΜΧ02 (其中， M=Co> Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga,并且x=0. 01到O. 3)表示的Ni基锂镍氧化物；由化学式 LiMn2_xMx02 (其中，M=Co、Ni、Fe、Cr、Zn 或 Pt，并且 X=O· 01 到 O. I)或化学式 Li2Mn3MO8 (其中，M=Fe, Co、Ni、Cu或Zn)表示的锂锰复合氧化物；化学式部分地由碱土金属离子取代的具有 Li 的 LiMn2O4 ;二硫化物；或 Fe2 (MoO4) 3。
一般添加导电剂，使得导电剂具有基于包括阴极活性材料的化合物的总重量的1% 至50%的重量。导电剂不特别地受到限制，只要导电剂表现高电导性，同时导电剂不在应用该导电剂的电池中诱发任何化学变化即可。例如，石墨诸如天然石墨或人造石墨；碳黑，诸如碳黑、乙炔黑、科琴黑、槽黑、炉黑、灯黑或夏黑；导电纤维，诸如碳纤维或金属纤维；金属粉末，诸如氟碳粉末、铝粉或镍粉；导电晶须，诸如氧化锌或钛酸钾；导电金属氧化物，诸如氧化钛；或聚亚苯基衍生物可以被用作导电剂。
粘合剂是协助活性材料和导电剂之间的结合以及与集流器结合的成分。通常以基于包括阴极活性材料的化合物的总重量的1%至50%的重量的量添加粘合剂。作为粘合剂的示例，可以使用聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、四氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、三元乙丙橡胶(EPDM)、磺化EPDM、丁苯橡胶、氟橡胶和各种共聚物。
填料是用来抑制阴极的膨胀的可选成分。对填料不存在特别的限制，只要它在应用了该填料的电池中不引起化学变化并且由纤维材料制成即可。作为填料的示例，可以使用烯烃聚合物，诸如聚乙烯和聚丙烯；以及纤维材料，诸如玻璃纤维和碳纤维。
另一方面，阳极通过将阳极活性材料涂覆到阳极集流器并且进行干燥和挤压来制备。根据需要，先前所描述的导电剂、粘合剂和填料可以选择性地被添加到阳极活性材料。
一般地，阳极集流器具有3至500 μ m的厚度。阳极集流器不特别地受到限制，只要阳极集流器表现高电导性同时阳极集流器在应用该阳极集流器的电池中不诱发化学变化即可。例如，阳极集流器可以由铜、不锈钢、铝、镍、钛或塑料碳制成。替代地，阳极集流器可以由铜或不锈钢制成，其表面用碳、镍、钛或银或铝镉合金处理。以在阴极集流器中的同样的方式，阳极集流器可以具有形成在该阳极集流器的表面处的微小不均匀图案，从而增加阳极活性材料的粘合强度。可以以各种形式构造阳极集流器，所述形式诸如膜、片、箔、网、 多孔体、泡沫体和无纺织物体。
作为阳极活性物质，例如，可以使用碳，诸如非石墨化碳或石墨基碳；金属复合氧化物，诸如 LixFe2O3 (O 彡 X 彡 I XLixWO2 (O ^ x ^ I )，SnxMe^xMe，y0z (Me Mn,Fe,Pb,Ge ； Me’:Al、B、P、Si、周期表的1、2和3族元素、卤素；0彡x彡1;1彡y彡3;1彡z彡8);金属锂；锂合金；硅基合金；锡基合金；金属氧化物，诸如Sn0、Sn02、Pb0、Pb02、Pb203、Pb304、Sb203、 Sb204、Sb205、Ge0、Ge02、Bi203、Bi2O4 或 Bi2O5 ;导电聚合物，诸如聚乙炔;或 Li-Co-Ni 基材料。
隔板被设置在阴极与阳极之间。作为隔板，例如，可以使用表现高离子渗透性和高机械强度的绝缘薄膜。隔板一般具有O. 01 μ m至10 μ m的孔隙直径和5 μ m至300 μ m的厚度。作为用于隔板的材料，例如，使用由烯烃聚合物制成的片或无纺织物，所述烯烃聚合物诸如表现耐化学性和疏水性的聚丙烯、玻璃纤维或聚乙烯。在诸如聚合物的固体电解质被用作电解质的情况下，该固体电解质可以用作隔板。在本发明中使用的隔离膜可以由与隔板相同的材料或不同于隔板的材料形成。
单元电池可以被设置在隔离膜上，使得第一个单元电池和第二个单元电池相互间隔开对应于至少一个单元电池的距离，并且在第二个单元电池之后的单元电池之间的距离逐渐增加。
第一个单元电池和第二个单元电池相互间隔开的原因是，在第一个单元电池的外表面通过一次缠绕用隔离膜完全包装的状态下，第一个单元电池的电极面对另一个单元电池的电极，从而防止由于电极之间的接触引起的短路的发生。
当制造堆叠/折叠型电极组件时，在堆叠表面处的电极必须相互不同。为了构造包括使用多个全电池的二次电池的电化学电池，全电池必须在隔离膜被设置在各个全电池之间的状态下被堆叠，使得全电池的阴极和阳极彼此面对。为了构造包括使用多个二分电池的二次电池的电化学电池，多个C型二分电池和多个A型二分电池必须在隔离膜被设置在各个全电池之间的状态下被堆叠，使得二分电池的阴极和阳极彼此面对。
在单元电池是全电池的情况下同，如图6中所示，全电池可以被布置在隔离膜上， 使得第一个全电池110和第二个全电池111的相同的电极面向上，并且在第二个全电池之后的全电池的不同的电极依次面向上。例如，在第一个全电池110的正(+ )电极面向上的情况下，第二个全电池111的正(+ )电极可以面向上，并且第三个全电池112的负(_)电极可以面向上。随后，全电池的正(+ )电极和负(_)电极可以被依次布置。
在单元电池是二分电池的情况下，如图7中所示，二分电池可以被设置在隔离膜上，使得第一个二分电池120和第二个二分电池121是不同类型的电池，并且在第二个二分电池之后的电池被布置在一对相同类型的电池中。例如，在第一个二分电池120是C型二分电池的情况下，第二个二分电池121和第三个二分电池122可以是A型二分电池，并且第四个二分电池123和第五个二分电池124可以是C型二分电池。随后，可以将二分电池依次布置在一对相同类型的电池中。缠绕夹具的形状不特别地受到限制，只要缠绕夹具被构造成缠绕卷材即可。例如，缠绕夹具可以被构造成在单元电池中的一个单元电池的上端和与单元电池中的一个单元电池对应的隔离膜的下端处固定地保持所述卷材。缠绕夹具在同时保持单元电池和隔离膜的状态下缠绕卷材。因此，单元电池在隔离膜被设置在各个单元电池之间的状态下被堆叠。在根据本发明的折叠装置中，旋转轴的基于角度Θ的补偿量以正弦函数的周期改变。 具有最类似于基于理论计算的补偿量曲线图的移位值的移位值的周期函数是正弦函数。在计算折叠装置的补偿量中，正弦函数的移位值可以根据诸如a、b、和c的变量的值而改变，并且可以找到并且使用具有类似于计算的补偿量的移位值的正弦函数。在根据本发明的折叠装置中，缠绕夹具可以具有20至200rpm的转速。能够在不改变装置的情况下确保如上文所描述的转速，从而基于转速的增加提高过程效率。可以使用缠绕夹具的旋转轴补偿单元，只要使用周期函数进行补偿即可。优选地，旋转轴补偿单元被构造成具有互连的可变旋转结构以防止当缠绕速度增加时可能发生的旋转轴补偿单元的分离。可变旋转结构的优选示例可以包括旋转偏心辊和可变曲柄以将偏心辊的旋转运动转换成直线运动。根据本发明的另一方面，提供了一种使用具有上述构造的折叠装置制造的堆叠-折叠型电极组件。另外，提供包括电极组件和含锂盐的非水电解质的锂二次电池。含锂盐的非水电解质由非水电解质和锂构成。作为非水电解质，可以使用非水电解溶液、固体电解质或无机固体电解质。作为非水电解溶液的示例，可以提及非质子有机溶剂，诸如N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、丁烯碳酸盐、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、伽马-丁酸内酯、1，2-二甲氧基乙烷、四羟基Franc、2-甲基四氢呋喃、二甲亚砜、1，3-二氧戊环、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二氧戊环、乙腈、硝基甲烷、甲酸甲酯、醋酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊环衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1，3- 二甲基-2-咪唑烷酮、碳酸丙烯酯衍生物、四氢呋喃衍生物、乙醚、丙酸甲酯和丙酸乙酯。作为有机固体电解质的示例，可以提及聚乙烯衍生物、聚氧化乙烯衍生物、聚环氧丙烧衍生物、磷酸酯聚合物、聚搅动(agitation)赖氨酸、聚脂硫化物、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯以及包含离子离解组的聚合物。作为无机固体电解质的示例，可以提及锂的氮化物、卤化物和硫化物，诸如Li3N、LiKLi5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3、Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH以及 Li3PO4-Li2S-SiS2。锂盐是在上述非水电解质中容易溶解的材料，并且可以包括例如LiCl、LiBr,Li I、LiClO4' LiBF4' LiB10Cl10, LiPF6' LiCF3SO3' LiCF3CO2' LiAsF6' LiSbF6' LiAlCl4' CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3S02) 2NLi、氯硼烷锂、较低脂族羧酸锂、锂四苯硼酸盐和酰亚胺。
另外，为了提高充电和放电特性以及阻燃性，例如，吡啶、亚磷酸三乙酯、三乙醇胺、环醚、乙二胺、η-甘醇二甲醚、六磷酸三酰胺、硝基苯衍生物、硫、醌、N-代恶唑烷酮、 N, N-代咪唑烷、乙二醇二烃基乙醚、铵盐、吡咯、2-甲氧基乙醇、铝三氯化物等可以被添加到电解质。根据情况，为了给予不可燃性，电解质可以还包括含卤溶剂，诸如四氯化碳和乙烯三氟化物。此外，为了提高高温存储特性，电解质可以另外包括碳酸气。此外，还可以包括氟碳酸乙烯酯(FEC)和丙磺酸内酯(PRS)。
根据本发明的二次电池可以被用作作为小型装置的电源使用的电池。此外，根据本发明的二次电池可以被用作中或大型电池模块的单元电池，该中或大型电池模块包括被用作中或大型装置的电源的多个电池单元。
中或大型装置的优选示例可以是但不限于通过电动马达操作的动力工具；电动四轮车辆，诸如电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)、或插入式混合动力车辆(PHEV);电动两轮车辆，诸如电动自行车(E-自行车)或电动踏板车(E-踏板车)或电动高尔夫球车。


根据结合附图所作出的下列详细描述，将更清楚地理解本发明的上述及其它目的、特征和其它优势，其中
图I是示意性地示出制造堆叠/折叠型电极组件的折叠装置的典型视图2是示出归因于缠绕夹具的旋转运动的卷材的长度变化的计算的视图3是示出基于旋转角Θ的在旋转运动期间卷材的长度变化量、在线性情况下的卷材的长度变化量以及卷材的补偿量的曲线图4是示出基于旋转角Θ的补偿量、速度、加速度和加加速度的曲线图5是示出在补偿使用周期函数进行的情况下基于旋转角Θ的补偿量、速度、加速度和加加速度的曲线图6是示出在单元电池是全电池的情况下的布置类型的典型视图7是示出在单元电池是二分电池的情况下的布置类型的典型视图；并且
图8是示出根据本发明的实施例的折叠装置的示意性典型视图。具体实施方式

现在，将参照附图对本发明的示例性实施例进行详细地描述。然而，应注意，本发明的范围并不受到示出的实施例的限制。
图5是示出根据本发明的实施例在使用周期函数(7. 25正弦函数)进行补偿的情况下基于旋转角Θ的补偿量、速度、加速度和加加速度的曲线图。
结合该问题，将参照图2至图4给出与图5相比较的描述。
参照图2，基于缠绕夹具相对于X轴的角度Θ的变化，基于缠绕夹具的角度的从辊到卷材的长度c可以由c=(a2+b2 - 2abcos θ )1/2表示,并且当Θ =0时,可以从c减去C。以计算卷材的长度变化量。
因此，卷材的长度变化量与卷材的长度根据旋转角均匀地增加的线性改变量相比可以如图3中所示偏离。由于该原因，可以考虑通过在X轴方向上的补偿消除该偏离的方法。然而，在基于如图4中所示的旋转角Θ的补偿量、速度、加速度和加加速度之间的关系中，不能进行微分的点出现在180度附近。因此，加速度突然改变，导致过度加加速度。另一方面，在图5的图形中，不存在如图4中所示的不能进行微分的点。图3中计算的补偿量曲线图类似于周期函数曲线图，S卩，正弦函数曲线图。因此，当类似于折叠装置的计算的补偿量曲线图的正弦函数曲线图被适当地选择用于补偿时，微分在补偿量曲线图的每个位置处均是可能的，并且速度和加速度曲线图是连续的，如图5中所示。另外，加加速度不从预定的范围偏离，并且因此，不必须补偿归因于过度加加速度的扭矩。图6是示出根据本发明的实施例的在单元电池是全电池的情况下的布置类型的典型视图。参照图6，堆叠/折叠型电极组件可以通过布置全电池110、111、112、113、和114 来制造，这些全电池中的每个均具有作为单元电池依次设置在隔离膜200上并且从第一个全电池110开始依次缠绕全电池110、111、112、113、和114的阴极/隔板/阳极。在全电池110、111、112、113、和114的布置中，第一个全电池110和第二个全电池111相互间隔开对应于至少一个全电池的距离。因此，在缠绕期间，第一个全电池110的外表面完全由隔离膜200包裹，然后第一个全电池110的下端电极(阳极)与第二个全电池111的上端电极(阴极)相接触。在第二个全电池111之后隔离膜200包裹全电池112、113和114的长度在通过缠绕进行随后堆叠期间增加。由于该原因，全电池被设置成使得该全电池之间的距离在缠绕方向上依次增加。另外，全电池110、111、112、113和114被构造成使得阴极和阳极在缠绕期间在堆叠的全电池之间的界面处彼此面对。因此，在优选的示例中，第一个全电池110和第二个全电池111是各自具有阴极作为上端电极的全电池，第三个全电池112是具有阳极作为上端电极的全电池，第四个全电池113是具有阴极作为上端电极的全电池，并且第五个全电池114是具有阳极作为上端电极的全电池。也就是，除了第一个全电池110之外，全电池111和113与全电池112和114交替地布置，全电池111和113中的每个均具有阴极作为上端电极,并且全电池112和114中的每个均具有阳极作为上端电极。图7是示出根据本发明的另一实施例的在单元电池是二分电池的情况下的布置类型的典型视图。参照图7，二分电池120、121、122、123和124作为单元电池被设置在隔离膜200上，该二分电池中的每个均具有依次设置的阴极/隔板/阳极/隔板/阴极或阳极/隔板/阴极/隔板/阳极，并且二分电池120、121、122、123和124从第一个二分电池120依次缠
绕以制造堆叠/折叠型电极组件。在作为单元电池的二分电池120、121、122、123和124的布置中，第一个二分电池120和第二个二分电池121彼此间隔开对应于至少一个二分电池的距离。因此，在缠绕期间，第一个二分电池120的外表面完全由隔离膜200包裹，然后第一个二分电池120的下端电极(阳极)与第二个二分电池121的上端电极(阴极)相接触。在第二个二分电池121之后隔离膜200包裹二分电池122、123和124的长度在通过缠绕进行随后堆叠期间增加。由于该原因，二分电池被设置成使得该二分电池之间的距离在缠绕方向上依次增加。另外，二分电池120、121、122、123和124被构造成使得阴极和阳极在缠绕期间在堆叠的二分电池之间的界面处彼此面对。在优选的示例中，第一个二分电池120具有阳极作为外电极，第二个二分电池121和第三个二分电池122具有阴极作为外电极，并且第四个二分电池123和第五个二分电池124具有阳极作为外电极。也就是，除第一个二分电池120之外，具有阴极作为外电极的二分电池121与122和具有阳极作为外电极的二分电池123与124被两两二分电池地交替布置。图8是示出根据本发明的实施例的折叠装置的示意图。参照图8，折叠装置500包括旋转轴补偿单元和缠绕单元。旋转轴补偿单元被构造成具有互连可变旋转结构。旋转轴补偿单元包括旋转偏心辊510和可变曲柄520以将偏心辊510的旋转运动转换成直线运动。
在可变曲柄520的与偏心辊510的偏心轴相接合的一部分处形成有沿竖直方向延伸偏心轴的旋转直径的凹槽。虽然未示出，但是可变曲柄520被构造使得可变曲柄520沿竖直方向的移动受到抑制。因此，通过偏心辊510传输的旋转运动不使可变曲柄520沿竖直方向移动，而是通过凹槽转换成水平直线运动。该直线运动通过偏心辊510的偏心轴的旋转而进行。因此，直线运动被以周期函数的形式进行。旋转轴补偿单元的可变曲柄520可操作地连接到具有安装到缠绕单元530的缠绕夹具540的缠绕单元530，以在卷材的前进方向上补偿缠绕夹具540的旋转轴。在这种情况下，在使用缠绕夹具540缠绕卷材期间，具有布置在隔离膜560上的单元电池550的卷材的供给速度被均匀地维持。另外，在使用了如上文所描述的可变曲柄的情况下，可以防止当可变曲柄以高速度移动时可能存在的折叠装置的分离。工业实用性如从上文的描述明显的，用于制造根据本发明的堆叠/折叠型电极组件的折叠装置被构造成使得折叠装置的旋转速度可以在不改变常规装置的情况下增加，从而提高过程效率。虽然出于例证性目的已经公开了本发明的示例性实施例，但是本领域的技术人员将意识到，在不脱离如在所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、增加和替换是可能的。
权利要求
1.一种用于制造堆叠/折叠型电极组件的折叠装置，所述堆叠/折叠型电极组件具有在隔离膜被设置在各个单元电池之间的状态下依次堆叠的单元电池，所述折叠装置包括 卷材供应单元，所述卷材供应单元用于供应卷材，所述卷材具有以预定的间隔布置在所述隔离膜的顶部处的板状单元电池； 缠绕夹具，所述缠绕夹具用于在保持所述卷材的所述单元电池中的第一个单元电池的同时使所述单元电池旋转，使得所述单元电池在所述隔离膜被设置在各个单元电池之间的状态下依次堆叠；以及 旋转轴补偿单元，所述旋转轴补偿单元用于补偿所述缠绕夹具的旋转轴在所述卷材的前进方向(X轴方向)上的位置，其中 所述旋转轴补偿单元周期性地改变所述旋转轴的位置以补偿在所述板状单元电池的缠绕期间引起的所述卷材的X轴速度(Vx)的改变，从而均匀地维持所述卷材的张力。
2.根据权利要求I所述的折叠装置，其中，所述单元电池是全电池或二分电池。
3.根据权利要求I所述的折叠装置，其中，所述单元电池被设置在所述隔离膜上，使得第一个单元电池和第二个单元电池相互间隔开对应于至少一个单元电池的距离，并且在所述第二个单元电池之后的单元电池之间的距离逐渐增加。
4.根据权利要求3所述的折叠装置，其中，在所述单元电池是全电池的情况下，所述全电池被设置在所述隔离膜上，使得第一个全电池和第二个全电池的相同的电极向上面向，并且在所述第二个全电池之后的全电池的不同的电极依次向上面向。
5.根据权利要求3所述的折叠装置，其中，在所述单元电池是二分电池的情况下，所述二分电池被设置在所述隔离膜上，使得第一个二分电池和第二个二分电池是不同类型的电池，并且在所述第二个二分电池之后的电池被布置在一对相同类型的电池中。
6.根据权利要求I所述的折叠装置，其中，所述缠绕夹具被构造成在所述单元电池中的一个单元电池的上端和与所述单元电池中的所述一个单元电池对应的所述隔离膜的下端处固定地保持所述卷材。
7.根据权利要求I所述的折叠装置，其中，所述旋转轴的补偿量以正弦函数的周期改变。
8.根据权利要求I所述的折叠装置，其中，所述缠绕夹具具有20至200rpm的转速。
9.根据权利要求I所述的折叠装置，其中，所述旋转轴补偿单元被构造成具有互连的可变旋转结构。
10.一种使用根据权利要求I至9中的任一项所述的折叠装置制造的堆叠/折叠型电极组件。
11.一种二次电池，包括根据权利要求10所述的电极组件。
全文摘要
本发明涉及一种折叠装置，该折叠装置用于制造单元电池被依次堆叠在其中的堆叠/折叠型电极组件，其中隔离膜介于单元电池之间。该折叠装置包括卷材供应单元，其供应卷材，在该卷材中，板状单元电池以预定的间隔布置在隔离膜上；缠绕夹具，其保持该卷材的第一个单元电池，并且其使单元电池旋转使得单元电池依次被堆叠并且隔离膜介于单元电池之间；以及旋转轴校正单元，其校正缠绕夹具的旋转轴在卷材前进方向(X轴方向)上的位置，其中该旋转轴校正单元周期性地将该旋转轴的位置改变到能够补偿在板状单元电池的缠绕期间发生的该卷材的X轴速度(Vx)的变化的程度。
文档编号B32B37/00GK102986079SQ201180034342
公开日2013年3月20日 申请日期2011年7月13日 优先权日2010年7月14日
发明者闵基泓, 黄成敏, 赵知勋, 韩昌敏, 宋基勋, 朴相赫, 李汉成, 金炳根, 郑太允, 孙正三, 郑守泽, 白贤淑 申请人:株式会社Lg 化学