用于对准制造二次电池的堆叠电极组件的设备的制作方法

本公开涉及一种用于对准制造电池(具体为二次电池)的堆叠电极组件的设备。这种设备可以被描述为堆叠单体对准设备。更具体地，本公开涉及一种用于在封装工序期间对准堆叠电极组件的设备，该堆叠电极组件可选地包括堆叠单体。此外，本公开涉及一种能够通过在对准期间分散表面压力来保持堆叠电极组件(可选地，包括在堆叠电极组件中的堆叠单体)的外观和质量的设备。

背景技术：

1、近来，可充放电的二次电池已被广泛用作无线移动装置的能源。

2、此外，二次电池不仅作为诸如手机、笔记本电脑和摄像机的便携式装置的能源而且作为电动车辆和混合动力车辆的能源，而受到关注，电动车辆和混合动力车辆被提出作为由于使用化石燃料的汽油车和柴油车造成的空气污染的解决方案。

3、因此，由于二次电池的优点，使用二次电池的应用类型正在多方面地多样化。未来，预计二次电池将应用于更多领域和产品。

4、根据电极和电解质的配置，这种二次电池分为锂离子电池、锂离子聚合物电池、锂聚合物电池等。电解质不易泄漏且易于制造的锂离子聚合物电池的用途正在增加。

5、通常，根据电池壳体的形状，二次电池分为电极组件嵌设在圆柱形金属罐中的圆柱形电池、电极组件嵌设在方形金属罐中的方形电池以及电极组件嵌设在铝层压片的软包型壳体中的软包型电池。

6、嵌设在电池壳体中的电极组件是可充放电的发电器件，其具有包括正极、负极以及插设于正极与负极之间的隔膜的结构。电极组件分为凝胶卷(jelly-roll)型电极组件和堆叠型电极组件。在凝胶卷型电极组件中，隔膜插设在正极与负极之间，正极和负极中的每一个以涂覆有活性材料的长片形式设置，然后，缠绕正极、隔膜和负极。在堆叠型电极组件(或简称为堆叠电极组件)中，以一定尺寸形成的多个正极和多个负极在其间插设隔膜的情况下顺序堆叠。将堆叠多个电极和插设在其间的隔膜的方向统称为堆叠方向。

7、这里，堆叠型电极组件具有其中多个正极、负极和隔膜依次堆叠的结构。单个单体(monocell)通常是指包括正极、负极以及插设在正极与负极之间的隔膜的组件。单个单体可以包括封装正极、负极和隔膜以及可能的电解质溶液等的容器。在堆叠电极组件中，堆叠有包括正极、负极以及插设在正极与负极之间的隔膜的至少一个单个单体。具体地，堆叠电极组件包括两个或更多个单个单体。堆叠电极组件中包括多个单个单体的组可以称为堆叠单体。堆叠单体可由两个、三个、十个或更多个单个单体形成。单个单体可以单独封装在单个单体的容器中。优选地，堆叠电极组件的多个单个单体作为一组一起封装在同一堆叠容器中。

8、在电极组件中，电极(具体为电极接线片)和隔膜(具体为隔膜片)在堆叠方向上交替堆叠。宽度方向(横向)通常可以指相对于长度方向(纵向)的方向，具体为垂直于长度方向(纵向)的方向。堆叠方向或堆叠高度方向可以优选地被限定为相对于宽度方向(优选地垂直于宽度方向)和/或被限定为相对于长度方向(优选地垂直于长度方向)。

9、电极组件的多个电极可以可选地在其长度和/或宽度方向上具有均匀的尺寸。在一些实施例中，电极可以包括第一组电极和第二组电极，其中第一组电极在长度方向和/或宽度方向上大于第二组电极，其中与第一组电极相比，隔膜在长度方向和/或宽度方向中的至少一个方向上(优选在宽度方向上)具有更大的延伸。第一组电极和第二组电极可以包括阳极(负极)和/或阴极(正极)。第一组电极可以由阳极组成。第二组电极可以由阴极组成。

10、电极包括阴极和阳极。电极组件中的阴极和阳极的数量可以相等或不同，例如相差一个。电极组件中隔膜的数量可以大致等于或大于电极的数量，例如数量大一个或两个。隔膜可以布置在两个电极(阳极和阴极)之间，以保持相邻电极分开，从而防止电短路和/或允许在相邻电极之间传输离子电荷载流子(例如电解质溶液)。

11、堆叠(层压)型电极组件和堆叠/折叠型电极组件通常包括电极接线片和隔膜片。叠层通常可以理解为包括彼此交替层叠(或堆叠)的多个隔膜和多个电极。优选地，电极组件中交替堆叠的电极和隔膜被堆叠，优选地按照隔膜-阴极-阳极-隔膜-阴极-阳极-隔膜的顺序直接彼此堆叠。术语片表示一般的平面结构，具体为在长度尺寸和宽度方向两者大体上比片的高度尺寸大例如至少10倍，具体为至少20倍，更具体为至少50倍或100倍。片可以具有相同或相似大的宽度和长度尺寸。具体地，片的长度方向可以不小于片的宽度方向的1/10，更具体为不小于1/5，优选地不小于1/3，和/或不大于片的宽度方向的10倍，更具体地不大于5倍，优选不超过3倍。在堆叠/折叠型电极组件中，片(具体为隔膜片)可以(优选地通过折叠)成形为之字形。在这种情况下，应理解术语“片”在本公开的上下文中应理解为涉及具有多个片状层(片部分)的复合片的相应层，该片状层(片部分)通过在连续的片部分之间沿堆叠方向延伸的弯曲部分或柱部分连接。之字形结构可以沿堆叠高度方向大致在电极组件的整个高度上延伸。

12、电极(具体为阴极和/或阳极)和/或隔膜通常具有横向边缘。电极接线片和/或隔膜片可以具有纵向延伸的横向边缘，优选为两个相对且平行的纵向延伸的横向边缘。纵向延伸的横向边缘基本上仅在长度方向和高度或堆叠方向上延伸。电极接线片可以具有横向延伸的横向边缘，优选地两个相对的横向延伸的横向边缘，其中电极接线片可以设置有一个或多个电极接线片，该电极接线片从它们的横向延伸的横向边缘中的一个或两个沿长度方向突出。除了相应的电极接线片之外，横向延伸的横向边缘可以基本上仅沿宽度方向和高度或堆叠方向延伸。

13、堆叠单体应该在对准状态下堆叠，并且当堆叠单体在未对准状态下制造时，能量密度低并且能量效率降低。

14、因此，堆叠单体应在电池单体并排对准的状态下堆叠，并且堆叠单体被传输用于后续的封装工序。

15、此外，在将堆叠单体容纳在软包中的封装(pkg)工序中，堆叠单体的对准也很重要。为此，如图1所示，提供了一种用于按压和对准堆叠单体的对准设备。

16、图示的对准设备100具有基座构件110和堆叠单体对准设备120和130，堆叠单体101安置在基座构件110上，并且堆叠单体对准设备120和130通过沿堆叠单体101的宽度方向和长度方向按压被传输到基座构件110上的堆叠单体101来对准堆叠单体101。

17、在堆叠单体对准设备通过沿堆叠单体的宽度方向按压堆叠单体来对准堆叠单体之后，堆叠单体对准设备通过随后沿堆叠单体的长度方向按压堆叠单体来对准堆叠单体。

18、然而，特别是在堆叠单体对准设备沿堆叠单体的宽度方向按压堆叠单体之后，当堆叠单体对准设备沿长度方向按压处于受压状态下的堆叠单体时，某些时候表现出在堆叠单体的宽度方向按压条件期间，电极可能被损坏。在移动过程中，堆叠单体及其电极和隔膜可能会倾斜和偏斜，导致局部压力峰值超过单体或其组件的机械弹性。

19、此外，存在堆叠单体的隔膜卡在基座构件与堆叠单体对准设备的按压堆叠单体的引导件之间而损坏和破裂的问题。

20、[现有技术文件]

21、[专利文献]

22、(专利文献1)韩国专利登记第10-1730469号

技术实现思路

1、技术问题

2、本公开旨在提供一种能够防止在封装(pkg)工序期间由于施加到堆叠单体的表面压力导致电极破裂和隔膜被卡住的对准设备。

3、本公开还旨在提供一种能够通过在堆叠单体的传输期间分散表面压力来保持堆叠单体的外观和质量的对准设备。

4、技术方案

5、为了解决上述问题，提供了一种用于对准制造电池(具体为二次电池)的堆叠电极组件的设备。该设备包括基座构件、x轴对准装置和y轴对准装置。基座构件被配置为在堆叠方向上支撑堆叠电极组件。堆叠方向可以称为z方向。基座构件可以是静止的。x轴对准装置包括至少一个x轴引导件，该x轴引导件沿第一方向可移动并且适于沿堆叠电极组件的宽度方向推动堆叠电极组件。优选地，x轴引导件相对于优选静止的基座构件沿宽度方向可移动。y轴对准装置包括至少一个y轴引导件，该y轴引导件沿第二方向可移动并且适于沿长度方向推动堆叠电极组件。优选地，y轴引导件相对于优选静止的基座构件和/或相对于x轴引导件沿长度方向可移动。可替代地或附加地，x轴引导件可以相对于y轴引导件沿宽度方向可移动。该设备可以包括第一y轴引导件和第二y轴引导件。具体地，该设备可以包括可移动的第一y轴引导件和静止的第二y轴引导件。第一y轴引导件(移动引导件)可以相对于第二y轴引导件、x轴引导件和/或基座构件沿长度方向可移动。静止的y轴引导件(固定引导件)可以在宽度方向和/或长度方向上相对于基座构件是静止的。第一y轴引导件和第二y轴引导件可以在宽度方向上相对于彼此静止和/或在长度方向上彼此连续对准。第二y轴引导件可以在长度方向上相对于x轴引导件是静止的。

6、具体地，该设备可以被实现为本公开的堆叠单体对准设备，包括：基座构件，被配置为支撑堆叠单体；x轴对准装置，包括x轴引导件，该x轴引导件被配置为通过在堆叠单体的宽度方向上按压在基座构件上的堆叠单体来对准堆叠单体，以及y轴对准装置，包括y轴引导件，该y轴引导件被配置为通过在堆叠单体的长度方向上按压被x轴对准装置按压的堆叠单体来对准堆叠单体，其中，当y轴引导件在长度方向上按压堆叠单体时，x轴引导件沿宽度方向引导堆叠单体的侧面以沿长度方向传输堆叠单体。

7、在优选实施例中，x轴引导件包括至少一个可旋转引导构件。引导构件优选地可旋转地与堆叠电极组件的侧面(优选地，沿堆叠方向延伸的侧表面)接合(具体为滚动接合)，具体地，分别与堆叠电极组件的正极、负极和/或隔膜的横向边缘接合。x轴引导件优选地包括一个、两个以上的可旋转引导构件，每个引导构件被配置为与包括彼此堆叠的片状电极和片状隔膜的横向边缘的堆叠组件的侧表面接合，以促使片状电极和片状隔膜在宽度方向上对准。x轴引导件的可旋转引导构件或引导构件可以优选地配置为通过沿侧表面和/或横向边缘滚动而可沿宽度方向移动。作为示例，x轴引导件可以包括在与堆叠单体的宽度方向的侧面接触的同时旋转的至少一个或多个引导构件。x轴引导件包括两个以上的引导构件，优选包括六个引导构件。在优选实施例中，x轴引导件包括一对引导件。或者，x轴引导件包括两对或更多对引导构件。在另一替代方案中，x轴引导件包括正好五个、正好六个或正好七个引导构件。x轴引导件的优选可旋转的引导构件可以具有相同的设计。

8、作为一个具体示例，引导构件可以由可被称为工程塑料材料的聚合物材料制成。

9、作为另一示例，引导构件可以由聚醚醚酮(peek)制成。

10、在优选实施例中，至少一个可旋转引导构件包括可旋转地安装到x轴引导件的导辊。具体地，可旋转引导构件(具体为旋转导辊)的旋转轴沿堆叠方向延伸。x轴引导件可以包括具有平行方向的旋转轴的两个以上的可旋转引导构件，具体为导辊。作为示例，引导构件可以是在x轴引导件中绕旋转轴旋转的导辊。

11、在进一步的发展中，至少一个导辊围绕连接到x轴引导件的旋转轴可旋转，或至少一个导辊包括可旋转地连接于x轴引导件的杆。具体地，x轴引导件包括多个结合容纳部，例如结合槽，该结合容纳部分别容纳一个转动轴或杆中，并且在长度方向上彼此间隔开，优选地隔开一定间隔。具体地，x轴引导件包括框架构件，框架构件限定布置有至少一个引导构件的结合孔，其中结合孔在长度方向上形成由框架构件的内表面限定的开口，该框架构件中布置有所述多个结合容纳部。作为具体示例，在x轴引导件中可以设置有在堆叠单体的长度方向上形成开口的结合孔，可以在结合孔的相对内表面的每一个中设置与导辊的旋转轴结合的结合槽，并且结合槽可以设置为多个结合槽并且在结合孔的长度方向上彼此隔开一定间隔。

12、在进一步的发展中，至少一个引导构件包括至少两个导辊，用于(具体在宽度方向上)与堆叠电极组件的侧面接合，优选地滚动接合。在该示例中，引导构件包括正好两个导辊，其中两个导辊优选地彼此适配为一对导辊。两对导辊优选地具有平行的旋转轴、相等的直径和/或相等的高度。此外，至少一个引导构件包括环绕至少两个导辊的带，用于(具体在宽度方向上)与堆叠电极组件的侧面接合，优选滚动接合。优选地使用两个以上(具体为一对导辊)将带安装到x轴引导件。或者，x轴引导件可以包括两条以上的带。包括多条带的x轴引导件的每条带包括至少两个导辊，优选地每条带包括一对导辊，导辊与相应的带相关联。例如，第一带可以环绕在第一对导辊上，第二带可以环绕在第二对导辊上。例如，引导构件可以包括彼此隔开一定间隔的一对导辊，以及设置在该对导辊的外周面上以在与堆叠单体的宽度方向的侧面接触的同时旋转的带。

13、在一个实施例中，带具有沿堆叠方向延伸的带宽度，用于沿堆叠电极组件的堆叠方向与堆叠电极组件接合，具体地，沿堆叠方向与堆叠电极组件的正极、负极和/或隔膜的多个相应的横向边缘接合。带的宽度可以被设计为与被带环绕的导辊的高度相对应。

14、作为具体示例，该对导辊可以围绕x轴引导件中的相应旋转轴旋转。

15、作为另一具体示例，在x轴引导件中可以形成有结合孔，该结合孔在堆叠单体的长度方向上形成开口，在结合孔的相对内表面的每一个中可以设置有与导辊的旋转轴或杆结合的结合槽，并且结合槽可以设置在结合孔的长度方向上的两侧以彼此隔开一定间隔。

16、或者，至少一个引导构件包括至少一个滚珠轴承，用于与堆叠电极组件的侧面接合，具体为滚动接合。作为示例，引导构件可以是至少一个或多个滚珠轴承，该滚珠轴承在与堆叠单体的宽度方向的侧面接触的同时旋转。

17、具体地，x轴引导件包括可旋转地安装有相应的滚珠轴承的至少一个轴承孔，其中，具体地，分别可旋转地安装相应的滚珠轴承的多个轴承孔在长度方向上彼此隔开，具体隔开一定间隔。作为具体示例，x轴引导件中可以设置有可旋转地安装滚珠轴承的轴承孔，该轴承孔可以设置为多个轴承孔，并且在x轴引导件的长度上彼此隔开一定间隔。

18、有益效果

19、根据本公开，可以防止在封装(pkg)工序期间因施加到堆叠单体的表面压力导致电极破裂和隔膜被卡住。

20、此外，可以通过在堆叠单体的传输工序中分散表面压力来保持堆叠单体的外观和质量。