制造电极组件的设备、由其制造的电极组件以及二次电池的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年1月17日提交的韩国专利申请第10-2019-0006172号的优先权的权益，其全部内容通过引用合并于此。

本发明涉及一种用于制造电极组件的设备、由该设备制造的电极以及二次电池。

背景技术：

与一次电池不同，二次电池是可再充电的，而且尺寸紧凑和高容量的可能性也很高。因此，近来，对二次电池进行了许多研究。随着技术的发展和对移动装置需求的增加，对二次电池作为能源的需求也在迅速增加。

可再充电电池根据电池壳体的形状而分类为硬币型电池、圆柱型电池、棱柱型电池和袋型电池。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层叠的结构的可充电和可放电的发电装置。

电极组件可以大致分类为：胶卷型电极组件，其中正极和负极之间插设有隔膜，正极和负极中的每一者均设置成涂覆有活性材料的片材的形式，然后正极、隔膜和负极卷绕；层叠型电极组件，其中依次层叠有多个正极和负极，隔膜位于正极和负极之间；以及层叠&折叠型电极组件，其中层叠型单元电芯与长的隔膜一起卷绕。

这里，在层叠&折叠型电极组件中，当隔膜以z字形折叠时，因为隔膜的张力根据其所在位置而不同，存在隔膜影响透气性和润湿性分布的问题。

更详细地，在将电极层叠在折叠的隔膜之间的同时将隔膜左右折叠的情况下，施加至隔膜的张力不是均匀的，从而引起隔膜中的褶皱。因此，电极和隔膜不均匀地层叠，导致电极组件的透气性和润湿性高度离散。结果，因为润湿性和透气性的离散性高，所以存在以下问题：当锂离子在电极和隔膜之间移动时，充放电的二次电池的性能显著劣化。

现有技术文献

韩国专利公开第10-2013-0132230号

技术实现要素：

技术问题

本发明的一个方面提供一种用于制造电极组件的设备、由该设备制造的电极组件以及二次电池，当隔膜以z字形折叠以制造电极组件时，该设备能够维持待折叠的隔膜的恒定张力。

技术方案

在根据本发明的一个实施方式的用于制造电极组件的设备中，电极和隔膜在层叠台上交替地层叠，并且所述隔膜折叠成z字形，使得所述电极布置在折叠的隔膜之间以制造所述电极组件，所述设备包括：隔膜供给单元，其构造成将所述隔膜供给至所述层叠台；以及隔膜张力调节单元，其构造成恒定地调节供给至所述层叠台的所述隔膜的张力，其中，所述隔膜供给单元包括隔膜卷绕辊，所述隔膜卷绕在所述隔膜卷绕辊上，并且所述隔膜张力调节单元调节所述隔膜卷绕辊的供给高度以调节所述隔膜的所述张力。

有益效果

根据本发明，当隔膜折叠成z字形并且电极布置在折叠的隔膜之间以制造电极组件时，可以借助隔膜张力调节单元来恒定地调节隔膜的张力，从而防止z字形折叠的隔膜起皱。结果，电极和隔膜可以均匀地层叠以减少电极组件的润湿性和透气性的离散。

另外，根据本发明，可以借助张力计测量隔膜的张力，并且可以将测得的张力值反映给控制单元，以借助隔膜张力调节单元来恒定地维持隔膜的张力。因此，电极和隔膜可以更均匀地层叠以显著降低电极组件的润湿性和透气性的离散，从而显著提高包括电极组件的二次电池的性能。

附图说明

图1是示例性地示出根据本发明的一个实施方式的用于制造电极组件的设备的前视图。

图2是根据本发明的一个实施方式的用于制造电极组件的设备中的电极组件的概念性立体图。

图3是示出在根据本发明的一个实施方式的用于制造电极组件的设备中电极组件层叠的状态的立体图。

图4是示例性地示出根据本发明的一个实施方式的用于制造电极组件的设备的主要部分的侧视图。

图5是在根据本发明的一个实施方式的用于制造电极组件的设备中的螺杆和螺母块的剖视图。

图6是示出在根据本发明的一个实施方式的用于制造电极组件的设备中隔膜在层叠台上z字形折叠的状态的概念性立体图。

图7是示例性地示出根据本发明的另一实施方式的用于制造电极组件的设备的前视图。

图8是示出根据本发明的另一实施方式的用于制造电极组件的设备中的隔膜张力调节单元的立体图。

图9是根据本发明的一个实施方式的二次电池的剖视图。

具体实施方式

根据以下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显而易见。应当注意的是，在本说明书中，即使部件在其他图中示出，也尽可能对图中的部件添加相同的附图标记。而且，本发明可以以不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文中阐述的实施方式。在本发明的以下描述中，将省略可能不必要地使本发明的主旨模糊的现有技术的详细描述。

图1是示例性地示出根据本发明的一个实施方式的用于制造电极组件的设备的前视图，并且图2是根据本发明的一个实施方式的用于制造电极组件的设备中的电极组件的概念性立体图。

参考图1和图2，根据本发明的一个实施方式的用于制造电极组件的设备100是通过在层叠台110上交替层叠电极13和隔膜14来制造电极组件10的设备，并且包括：隔膜供给单元120，其将隔膜14供给至层叠台110；以及隔膜张力调节单元140，其恒定地调节供给至层叠台110的隔膜14的张力。而且，根据本发明的一个实施方式的用于制造电极组件的设备100可以进一步包括：张力计130，其测量隔膜14的张力；控制单元，其控制隔膜张力调节单元140；以及固定夹具，其将电极13和隔膜14固定至层叠台110。

图3是示出在根据本发明的一个实施方式的用于制造电极组件的设备中电极组件层叠的状态的立体图。

下文中，将参考图1至图6更详细地描述根据本发明的一个实施方式的用于制造电极组件的设备。

参考图1和图2，根据本发明的一个实施方式的用于制造电极组件的设备100是这样的设备，其中电极13和隔膜14在层叠台110上交替地层叠，并且隔膜14以z字形折叠以允许电极13布置在折叠的隔膜14之间，从而制造电极组件10。

这里，电极13可以包括第一电极11和第二电极12。用于制造电极组件的设备100可以通过层叠第一电极11、隔膜14和第二电极12来制造电极组件10。。

参考图2和图3，电极组件可以是可充电/可放电的并且具有如下形状的发电元件：第一电极11、隔膜14和第二电极12交替地层叠以彼此结合。这里，电极组件可以具有例如如下形状：隔膜14以z字形折叠，并且第一电极11和第二电极12交替地布置在折叠的隔膜14之间。

第一电极11可以设置有第一电极接头11a、并且第二电极12可以设置有第二电极接头12a。

尽管第一电极11设置为正极，并且第二电极12设置为负极，但是本发明不限于此。例如，第一电极11可以设置为负极，第二电极12可以设置为正极。

正极可以包括正极集流体(未示出)以及施加至正极集流体的正极活性材料(未示出)。例如，正极集流体可以设置为由铝材料制成的箔，并且正极活性材料可以由锂锰氧化物、锂钴氧化物、锂镍氧化物、磷酸铁锂或包含至少一种或多种上述材料的化合物或混合物制成。

负极可以包括负极集流体(未示出)以及施加至负极集流体的负极活性材料(未示出)。例如，负极集流体可以设置为由铜(cu)或镍(ni)材料制成的箔。负极活性材料可以包括合成石墨、锂金属、锂合金、碳、石油焦、活性炭、石墨、硅化合物、锡化合物、钛化合物或其合金。在此，负极活性物质可以进一步包括例如非石墨类的sio(二氧化硅)或sic(碳化硅)。

另外，隔膜14可以由绝缘材料和柔性材料制成。在此，隔膜14例如可以由诸如具有微孔的聚乙烯或聚丙烯之类的聚烯烃系树脂膜形成。

参考图1和图2，第一电极11、隔膜14和第二电极12可以以第一电极11和第二电极12交替布置在折叠的隔膜14之间的形状在层叠台110上层叠。

另外，参考图1，层叠台110可以沿左右方向移动以将隔膜14折叠成z字形。

图4是示例性地示出根据本发明的一个实施方式的用于制造电极组件的设备的主要部分的侧视图，图5是根据本发明的一个实施方式的用于制造电极组件的设备中的螺杆和螺母块的剖视图，并且图6是示出在根据本发明的一个实施方式的用于制造电极组件的设备中隔膜在层叠台上z字形折叠的状态的概念性立体图。

参考图1，隔膜供给单元120可以将隔膜14供给至层叠台110。

隔膜供给单元可以包括隔膜卷绕辊121，隔膜14卷绕在隔膜卷绕辊121上。此外，隔膜供给单元120可以进一步包括支撑辊122，该支撑辊122支撑从隔膜卷绕辊121退绕的隔膜14移动至层叠台110。

支撑辊122可以成对设置以支撑隔膜14的两个表面。这里，一对支撑辊122可以在左右方向上并排布置，并且从层叠台110向上隔开预定距离。

参考图1和图4，隔膜张力调节单元140可以恒定地调节供给到层叠台110的隔膜14的张力。这里，隔膜张力调节单元140可以调节隔膜卷绕辊121的供给高度以调节隔膜14的张力。

另外，隔膜张力调节单元140可以包括支撑轴144，隔膜卷绕辊121安装在该支撑轴上，并且隔膜张力调节单元140可以允许支撑轴144移动，从而调节隔膜14的张力。

此外，参考图4和图5，隔膜张力调节单元140可以进一步包括：螺母块，其一侧安装有支撑轴144，并且具有其中形成有螺孔143a的内周面；螺杆142，其具有外周面，该外周面上形成有螺纹部142a以与螺母块143的螺孔143a螺纹联接；以及马达，其使得螺杆142能够旋转。

马达141可以设置为例如伺服马达或步进马达。

这里，参考图1和图4，当隔膜张力调节单元140允许马达141例如沿一个方向旋转时，螺母块143可以沿着螺杆142向下移动。这里，安装在螺母块143上的支撑轴144可以向下移动，并且安装在支撑轴144上的隔膜卷绕辊121可以向下移动以减小供给高度。

当隔膜张力调节单元140允许马达141例如沿另一个方向旋转时，螺母块143可以沿着螺杆142向上移动。这里，安装在螺母块143上的支撑轴144可以向上移动，并且安装在支撑轴144上的隔膜卷绕辊121可以向上移动以增大供给高度。

因此，隔膜张力调节单元140可以调节马达141的旋转方向和旋转速度，并允许隔膜卷绕辊121沿竖直方向h移动，从而调节隔膜14的供给高度。

结果，当层叠台110左右移动时，可以借助隔膜张力调节单元140调节隔膜14的供给高度以最小化或防止隔膜14上的褶皱的出现。

张力计130可以测量布置在层叠台110与隔膜卷绕辊121之间的隔膜14处的张力。这里，张力计130可以设置在隔膜供给单元120的支撑辊122上。

另外，在隔膜14在一对支撑辊122之间穿过而在层叠台110上z字形折叠时，张力计130可以测量由隔膜14施加至支撑辊122的力，以测量隔膜14的张力值。

而且，张力计130可以设置为例如浮动位置传感器。(浮动位置传感器可以使用montalvo制造的dsp-p1，并将同步发送器附接至浮动辊(支撑辊)，以将从移动中心位置开始的位移量转换为电信号，从而输出转换后的信号以测量张力。)

参考图1、图4和图6，控制单元150可以根据由张力计130测量的隔膜14的张力值来控制隔膜张力调节单元140，以调节隔膜14的张力。

此外，控制单元150可以以0.01秒或更短的时间间隔确定要测量的隔膜14的张力值，以调节隔膜张力调节单元140的马达141的旋转速率，从而调节隔膜卷绕辊121的供给高度。

这里，控制单元150可以调节隔膜张力调节单元140中马达141在一个方向上的旋转速率以及马达141在另一方向上的旋转速率，以允许隔膜卷绕辊121移动，从而调节隔膜14的供给高度。

而且，控制单元150可以包括存储器(未示出)，该存储器中存储张力参考值。因此，控制单元150可以将存储器中存储的张力参考值与由张力计130测量的张力值进行比较，以控制隔膜张力调节单元140，从而调节隔膜14的供给高度。

这里，例如，当隔膜14的张力值小于存储器中存储的张力参考值时，控制单元150可以允许隔膜卷绕辊121向上移动，并且当隔膜14的张力值大于存储器中存储的张力参考值时允许隔膜卷绕辊121向下移动。

因此，控制单元150可以借助张力计130测量隔膜14的张力，以借助隔膜张力调节单元140调节隔膜14的供给高度，从而当隔膜14在层叠台110上层叠时，隔膜14具有恒定张力。结果，参考图1和图6，控制单元150可以以0.01秒或更短的时间间隔控制隔膜张力调节单元140，以防止由于隔膜14的张力的改变而产生褶皱发生部分l2，并且还当层叠台110左右移动时恒定地维持隔膜14的张力，从而显著使电极组件10的润湿性和透气性的离散最小化。

参考图1和图6，每当电极13和隔膜14在层叠台110上层叠时，固定夹具160就会按压电极13和隔膜14，以将电极13和隔膜14固定至层叠台110。

另外，当第一电极11在层叠台110上层叠时，固定夹具160可以按压层叠在层叠台110的最上侧的第一电极11的顶表面，并当第二电极12在层叠台110上层叠时按压层叠在层叠台110的最上侧的第二电极12的顶表面。

而且，固定夹具160可以设置成四件，以按压第一电极11和第二电极12中的每一者的四个角部。

另外，固定夹具160可以包括按压第一电极11和第二电极12的一侧的第一夹具161和162或按压第一电极11和第二电极12的另一侧的第二夹具163和164。这里，当第一电极11和第二电极12层叠时，第一夹具161和162以及第二夹具163和164可以交替地按压第一电极11和第二电极12。

参考图1和图2，第一电极供给单元170可以将第一电极11供给至层叠台110。

另外，第一电极供给单元170可以进一步包括：第一电极辊171，第一电极11以片状卷绕在第一电极辊171上；第一切割器172，当以片状卷绕在第一电极辊171上的第一电极11退绕时，该第一切割器172以预定间隔切割第一电极11以形成具有预定尺寸的第一电极11；第一传送带173，其允许被第一切割器172切割的第一电极11移动；以及第一电极供给头174，其真空吸附由第一传送带173输送的第一电极11，以将第一电极11层叠在层叠台110上。这里，第一切割器172可以切割片状的第一电极11，使得当第一电极11被切割时，第一电极接头11a从第一电极11的端部突出。

第二电极供给单元180可以将第二电极12供给至层叠台110。

另外，第二电极供给单元180可以进一步包括：第二电极辊181，第二电极12以片状卷绕在第二电极辊181上；第二切割器182，当以片状卷绕在第二电极辊181上的第二电极12退绕时，该第二切割器182以预定间隔切割第二电极12以形成具有预定尺寸的第二电极12；第二传送带183，其允许被第二切割器182切割的第二电极12移动；以及第二电极供给头184，其真空吸附由第二传送带183输送的第二电极12，以将第二电极12层叠在层叠台110上。这里，第二切割器182可以切割片状的第二电极12，使得当第二电极12被切割时，第二电极接头12a从第二电极12的端部突出。

下文中，将描述根据本发明的一个实施方式的用于制造电极组件的设备100的操作。

参考图1和图6，卷绕在隔膜卷绕辊121上的隔膜14可以退绕以在一对隔膜支撑辊122之间穿过，然后供给至层叠台110。然后，层叠台110可以左右移动以按照z字形折叠隔膜14。另外，当层叠台110左右移动时，从第一电极供给单元170和第二电极供给单元180供给的第一电极11和第二电极12层叠在折叠的隔膜14之间。

更详细地，参考图1和图2，当层叠台110移动到左侧时，第一电极11被从第一电极供给单元170供给到层叠台110以便层叠，然后固定夹具160可以将第一电极11按压成固定至层叠台110。此后，当层叠台110向右侧移动时，卷绕在隔膜卷绕辊121上的隔膜14退绕以布置在层叠在层叠台110上的第一电极11的上部上，然后，当第二电极12从第二电极供给单元180供给至层叠台110并层叠以使得第一电极11和第二电极12布置在隔膜14之间时，固定夹具160可以将第二电极12按压成固定至层叠台110。此后，层叠台110可以左右交替地移动，并且隔膜14可以以z字形折叠以使得第一电极11和第二电极12布置在折叠的隔膜14之间，从而制造电极组件10。

这里，当层叠台110左右移动时，张力计130可以测量布置在隔膜卷绕辊121与层叠台110之间的隔膜14的张力，并且隔膜张力调节单元140可以在隔膜卷绕辊121根据测得的张力值竖直移动时调节隔膜14的供给高度。因此，可以调节隔膜14的供给高度以恒定地调节隔膜14的张力。

下文中，将描述根据本发明的另一实施方式的用于制造电极组件的设备。

图7是示例性地示出根据本发明的另一实施方式的用于制造电极组件的设备的前视图。

参考图7，根据本发明的另一实施方式的用于制造电极组件的设备200是通过在层叠台110上交替层叠电极13和隔膜14来制造电极组件10的设备，并且包括：隔膜供给单元120，其将隔膜14供给至层叠台110；隔膜张力调节单元240，其恒定地调节供给至层叠台110的隔膜14的张力；张力计130，其测量隔膜14的张力；控制单元150，其控制隔膜张力调节单元240；以及固定夹具160，其将电极13和隔膜14固定至层叠台110(参见图6)。

当将根据本发明的另一实施方式的用于制造电极组件的设备200与根据本发明的前述实施方式的用于制造电极组件的设备100进行比较时，该实施方式与前述实施方式的不同之处在于隔膜张力调节单元240的构造。因此，将简要描述本实施方式的与根据前述实施方式的内容重复的内容，并且还将主要描述它们之间的差异。

图8是示出根据本发明的另一实施方式的用于制造电极组件的设备中的隔膜张力调节单元的立体图。

更详细地，参考图7和图8，在根据本发明的另一实施方式的用于制造电极组件的设备200中，隔膜张力调节单元240可以恒定地调节供给至层叠台110的隔膜14的张力。这里，隔膜张力调节单元240可以调节隔膜卷绕辊121的供给高度以调节隔膜14的张力。

此外，隔膜张力调节单元240可以包括：支撑轴244，隔膜卷绕辊121安装在该支撑轴上；螺母块243，其一侧安装有支撑轴244，并且具有其中形成有螺孔的内周面；螺杆242，其具有外周面，该外周面上形成有螺纹部以与螺母块243的螺孔螺纹联接；以及马达241，其使得螺杆242能够旋转。这里，马达241可以设置为例如伺服马达或步进马达。

此外，隔膜张力调节单元240可以进一步包括：基座246；导轨247，其设置在基座246的一个表面上；块引导部245，其可滑动地联接至该导轨247，并且螺母块243的另一侧固定至该块引导部245；以及第一支撑部分248和第二支撑部分249，其固定至基座246以可旋转地支撑螺杆242的上侧和下侧。

基座246可以提供支撑体，隔膜张力调节单元240的各个部分支撑在该支撑体上。

导轨247可以成对设置成在彼此平行的方向上固定至基座246的一个表面。这里，导轨247可以平行于螺杆242布置。

块引导部245可以由导轨247引导，以沿着导轨247的外表面竖直地移动。

第一支撑部分248可以可旋转地支撑螺杆242的上部，并且第二支撑部分249可以可旋转地支撑螺杆242的下部。

结果，根据本发明的另一实施方式的用于制造电极组件的设备200可以进一步包括基座246、导轨247以及块引导部245，以允许其上安装有隔膜卷绕辊121的支撑轴244借助螺母块243更精确地竖直移动。即，当安装有支撑轴244的螺母块243沿螺杆242竖直移动时，螺母块243可以借助块引导部沿导轨247移动，并且当螺杆242旋转时，螺母块243可以被防止旋转并且被恒定地维持竖直移动量。因此，隔膜张力调节单元240可以稳定地调节隔膜卷绕辊121的供给高度，以更恒定地维持隔膜14的张力。

下文中，将描述根据本发明的一个实施方式的电极组件。

参考图3，根据本发明的一个实施方式的电极组件可以是由根据前述实施方式的用于制造电极组件的设备和根据另一实施方式的用于制造电极组件的设备中的每一者而制造的电极组件。

因此，在本实施方式中，将省略与根据前述实施方式的用于制造电极组件的设备和根据另一实施方式的用于制造电极组件的设备重复的内容。

电极组件10可以是可充电/可放电的发电元件，并且具有第一电极11、隔膜14和第二电极12交替层叠以彼此结合的形状。

下文中，将描述根据本发明的一个实施方式的二次电池。

图9是根据本发明的一个实施方式的二次电池的剖视图。

参考图9，根据本发明的一个实施方式的二次电池1包括电极组件10和容纳电极组件10的电池壳体20。

根据本发明的一个实施方式的二次电池可以是由根据前述实施方式的用于制造电极组件的设备和根据另一实施方式的用于制造电极组件的设备中的每一者而制造的二次电池1。因此，在本实施方式中，将省略或简要描述与根据前述实施方式的用于制造电极组件的设备和根据另一实施方式的用于制造电极组件的设备的内容重复的内容，并且，仅描述它们之间的不同之处。

更详细地，电极组件10可以是由根据前述实施方式的用于制造电极组件的设备制造的电极组件。因此，电极13和隔膜14可以交替地层叠，并且隔膜14可以以z字形折叠，使得电极13设置在折叠的隔膜14之间。

这里，电极13可以包括第一电极11和第二电极12，并因此，第一电极11和第二电极12可以交替地布置在折叠的隔膜14之间。

电池壳体20可以包括容纳电极组件10的容纳部分。

虽然已经参考本发明的示例性实施方式具体地示出并描述了本发明，但是应当理解，本发明的范围不限于根据本发明的用于电极组件的设备、借助该设备制造的电极组件、以及二次电池。本领域普通技术人员将理解，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下在形式和细节上进行各种改变。

此外，本发明的保护范围将由所附权利要求书阐明。