Conjunto de electrodos de tipo apilamiento y plegado y procedimiento de preparación del mismo.

Un procedimiento de ubicación de una pluralidad de celdas "pull" construidas en una estructura de cátodo/separador/ánodo,

como unidades básicas, sobre una lámina separadora que tiene una longitud continua, ubicando, además, un electrodo unitario o una bi-celda sobre la lámina separadora, y enrollando las celdas "pull" y el electrodo unitario o la bi-celda para fabricar, de manera continua, un conjunto de electrodos de tipo apilamiento/plegado construido en una estructura en la que los ánodos están situados en los electrodos más superior y más inferior (los electrodos más exteriores) que forman el exterior del conjunto de electrodos, respectivamente, en el que el procedimiento comprende:

suministrar, de manera continua, una lámina de electrodo (una lámina de cátodo) a la cual se aplica un material activo de cátodo, una lámina de electrodo (una lámina de ánodo) a la cual se aplica un material activo de ánodo, una lámina separadora (una primera lámina separadora) dispuesta entre un cátodo y un ánodo de una celda "pull" o una bi-celda, y otra lámina separadora (una segunda lámina separadora) usada para enrollar las celdas unitarias (las celdas "pull", el electrodo unitario y la bi-celda), para fabricar las celdas unitarias, disponiendo sucesivamente las celdas unitarias sobre la segunda lámina separadora desde una primera capa a una n-ésima capa, y enrollar las celdas unitarias;

disponer las pestañas de cátodo y las pestañas de ánodo en las capas respectivas, mientras las pestañas de cátodo y las pestañas de ánodo están opuestas entre sí, y disponer las pestañas de electrodo que tienen la misma polaridad entre las capas vecinas, mientras las pestañas de electrodo están opuestas entre sí, de manera que las pestañas de electrodo que tienen la misma polaridad están situadas todas juntas en posiciones predeterminadas del conjunto de electrodos enrollado; y suministrar electrodos cuyo número es impar ("electrodos con numeración impar") desde dos láminas de electrodos y electrodos cuyo número es par ("electrodos con numeración par") desde una lámina de electrodo.

Conjunto de electrodos de tipo apilamiento y plegado y procedimiento de preparación del mismo Campo de la invención La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de un conjunto de electrodos de tipo apilamiento/plegado y, más particularmente, a un procedimiento de fabricación de un conjunto de electrodos que incluye una etapa de suministrar, de manera continua, una lámina de cátodo, una lámina de ánodo, una primera lámina separadora y una segunda lámina separadora, para fabricar las celdas unitarias, disponer sucesivamente las celdas unitarias sobre la segunda lámina separadora desde una primera capa a una n-ésima capa, y enrollar las celdas unitarias, una etapa de disponer las pestañas de cátodo y las pestañas de ánodo en las respectivas capas, mientras las pestañas de cátodo y las pestañas de ánodo están situadas opuestas entre sí, y disponer las pestañas de electrodo que tienen la misma polaridad entre las capas vecinas, mientras que las pestañas de electrodo están situadas opuestas entre sí, de manera que las pestañas de electrodo que tienen la misma polaridad están situadas todas juntas en posiciones predeterminadas del conjunto de electrodos enrollado, y una etapa de suministrar los electrodos cuyo número es impar (“electrodos con numeración impar”) desde dos láminas de electrodo y los electrodos cuyo número es par (“electrodos con numeración par”) desde una lámina de electrodo.

Antecedentes de la invención Conforme los dispositivos móviles se han ido desarrollando cada vez más, y la demanda de dichos dispositivos móviles ha aumentado, la demanda de baterías ha aumentado también, de manera pronunciada, como fuente de energía para los dispositivos móviles. En consecuencia, se ha realizado una extensa investigación relacionada con baterías que satisfagan diversas necesidades.

En términos de la forma de las baterías, la demanda de baterías secundarias prismáticas o baterías secundarias de tipo petaca, que sean suficientemente delgadas como para ser aplicadas a productos tales como teléfonos móviles es muy alta. En términos del material para las baterías, la demanda de baterías secundarias de litio, tales como las baterías de iones de litio y las baterías de polímero de iones de litio, que tengan una alta densidad de energía, alto voltaje de descarga y alta estabilidad de la salida es muy alta.

Además, las baterías secundarias pueden ser clasificadas en base a la construcción de un conjunto de electrodos que tiene una estructura cátodo/separador/ánodo. Por ejemplo, el conjunto de electrodos puede ser construido en una estructura de tipo rollo en gel (devanado) en la que se enrollan cátodos de tipo lámina larga y ánodos de tipo lámina larga, mientras se disponen separadores, respectivamente, entre los cátodos y los ánodos, o en una estructura de tipo de apilamiento, en la que las pluralidades de cátodos y ánodos que tienen un tamaño predeterminado son apiladas sucesivamente, mientras que los separadores son dispuestos, respectivamente, entre los cátodos y los ánodos.

Sin embargo, los conjuntos de electrodos convencionales tienen diversos problemas.

En primer lugar, el conjunto de electrodos de tipo rollo en gel es fabricado enrollando densamente los cátodos de tipo lámina larga y los ánodos de tipo lámina larga, con el resultado de que el conjunto de electrodos de tipo rollo en gel tiene una sección circular o elíptica. En consecuencia, el estrés generado por la expansión y la contracción de los electrodos durante la carga y descarga de una batería se acumula en el conjunto de electrodos y, cuando la acumulación de estrés excede un límite específico, el conjunto de electrodos puede deformarse. La deformación del conjunto de electrodos resulta en un hueco no uniforme entre los electrodos. Como resultado, el rendimiento de la batería se deteriora bruscamente, y la seguridad de la batería no está garantizada debido a un corto circuito interno de la batería. Además, es difícil enrollar rápidamente los cátodos de tipo lámina larga y los ánodos de tipo lámina larga mientras se mantiene uniforme el hueco entre los cátodos y los ánodos, con el resultado de que se reduce la productividad.

En segundo lugar, el conjunto de electrodos de tipo apilamiento es fabricado apilando secuencialmente la pluralidad de cátodos unitarios y la pluralidad de ánodos unitarios. Como resultado, es necesario, además, proporcionar un procedimiento para transferir las placas de electrodos, que se usan para fabricar los cátodos unitarios y los ánodos unitarios. Además, se necesitan una gran cantidad de tiempo y esfuerzo para llevar a cabo el procedimiento de apilamiento secuencial, lo que resulta en una reducción de la productividad.

Con el fin de resolver los problemas, se ha desarrollado un conjunto de electrodos de tipo apilamiento/plegado, que es una combinación del conjunto de electrodos de tipo rollo en gel y el conjunto de electrodos de tipo de apilamiento. El conjunto de electrodos de tipo de apilamiento/plegado está construido en una estructura en la que pluralidades de cátodos y ánodos, que tienen un tamaño predeterminado, son apiladas sucesivamente, mientras se disponen separadores, respectivamente, entre los cátodos y los ánodos, para constituir una bi-celda o una celda completa y, a continuación, una pluralidad de bi-celdas o una pluralidad de celdas completas son enrolladas mientras las bi-celdas o las celdas completas se encuentran en una lámina separadora larga. Los detalles del conjunto de electrodos de tipo de apilamiento/plegado se describen en las publicaciones de solicitud de patente coreana Nº 2001-0082058, Nº 2001-0082059 y Nº 2001-0082060, que han sido depositadas en el nombre del solicitante de la presente patente solicitud.

Las Figs. 1 y 2 ilustran, típicamente, una estructura ejemplar de un conjunto de electrodos de tipo apilamiento/plegado convencional que incluye dichas celdas “pull” como unidades básicas y un procedimiento de fabricación del conjunto de electrodos de tipo apilamiento/plegado, respectivamente.

Con referencia a estos dibujos, una pluralidad de celdas “pull” 10, 11, 12, 13, 14, etc., como celdas unitarias, construidas en una estructura en la que un cátodo, un separador y un ánodo son dispuestos secuencialmente, son apiladas de manera que una lámina 20 separadora es dispuesta entre las celdas “pull” respectivas. La lámina 20 separadora tiene longitudes unitarias suficientes para rodear las celdas “pull” respectivas. La lámina 20 separadora es plegada hacia el interior cada longitud unitaria para rodear sucesivamente las celdas “pull” respectivas desde la celda 10 “pull” central a la celda 14 “pull” más externa. El extremo de la lámina 20 separadora es terminado mediante soldadura térmica o una cinta 25 adhesiva.

El conjunto de electrodos de tipo apilamiento/plegado es fabricado, por ejemplo, disponiendo las celdas “pull” 10, 11, 12, 13, 14, etc., sobre la lámina 20 separadora larga y enrollando secuencialmente las celdas “pull” 10, 11, 12, 13, 14, etc., desde un extremo 21 de la lámina 20 separadora.

Al observar cuidadosamente la combinación de matrices de celdas “pull” como celdas unitarias, la primera celda 10 “pull” y la segunda celda 11 “pull” están separadas, unas de las otras, por una distancia equivalente a la anchura correspondiente a al menos una celda “pull”. En consecuencia, durante el procedimiento de enrollado, el exterior de la primera celda 10 “pull” es rodeado por la lámina 20 separadora y, a continuación, un electrodo inferior de la primera celda 10 “pull” entra en contacto con un electrodo superior de la segunda celda 11 “pull”.

Durante el apilamiento secuencial de la segunda celda “pull” y las siguientes celdas “pull” 11, 12, 13, 14, etc. mediante el enrollado, la longitud circundante de la lámina 20 separadora aumenta y, por lo tanto, las celdas “pull” se disponen de manera que la distancia entre las celdas “pull” aumenta gradualmente en la dirección de enrollado.

Además, durante el enrollado de las celdas “pull”, es necesario que los cátodos de las celdas “pull” estén frente a los ánodos de las celdas “pull” correspondientes. En consecuencia, la primera celda 10 “pull” y la segunda celda 11 “pull” son celdas “pull” cuyo electrodo superior es un cátodo, la tercera celda 12 “pull” es una celda “pull” cuyo electrodo superior es un ánodo, la cuarta celda 13 “pull”... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de ubicación de una pluralidad de celdas “pull” construidas en una estructura de cátodo/separador/ánodo, como unidades básicas, sobre una lámina separadora que tiene una longitud continua, ubicando, además, un electrodo unitario o una bi-celda sobre la lámina separadora, y enrollando las celdas “pull” y el electrodo unitario o la bi-celda para fabricar, de manera continua, un conjunto de electrodos de tipo apilamiento/plegado construido en una estructura en la que los ánodos están situados en los electrodos más superior y más inferior (los electrodos más exteriores) que forman el exterior del conjunto de electrodos, respectivamente, en el que el procedimiento comprende:

suministrar, de manera continua, una lámina de electrodo (una lámina de cátodo) a la cual se aplica un material activo de cátodo, una lámina de electrodo (una lámina de ánodo) a la cual se aplica un material activo de ánodo, una lámina separadora (una primera lámina separadora) dispuesta entre un cátodo y un ánodo de una celda “pull” o una bi-celda, y otra lámina separadora (una segunda lámina separadora) usada para enrollar las celdas unitarias (las celdas “pull”, el electrodo unitario y la bi-celda) , para fabricar las celdas unitarias, disponiendo sucesivamente las celdas unitarias sobre la segunda lámina separadora desde una primera capa a una n-ésima capa, y enrollar las celdas unitarias;

disponer las pestañas de cátodo y las pestañas de ánodo en las capas respectivas, mientras las pestañas de cátodo y las pestañas de ánodo están opuestas entre sí, y disponer las pestañas de electrodo que tienen la misma polaridad entre las capas vecinas, mientras las pestañas de electrodo están opuestas entre sí, de manera que las pestañas de electrodo que tienen la misma polaridad están situadas todas juntas en posiciones predeterminadas del conjunto de electrodos enrollado; y

suministrar electrodos cuyo número es impar (“electrodos con numeración impar”) desde dos láminas de electrodos y electrodos cuyo número es par (“electrodos con numeración par”) desde una lámina de electrodo.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el electrodo unitario o la bi-celda están situados en la primera capa, que es un punto de inicio de enrollamiento, la n-1-ésima capa, que es un punto de final de enrollado, o la nésima capa.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que un electrodo unitario que es un ánodo o una celda “pull” o una

bi-celda cuyo electrodo inferior es un ánodo está dispuesto en la n-1-ésima capa, que es un punto final de enrollado, y la n-ésima capa sobre la segunda lámina separadora.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la primera celda unitaria se extiende sobre la parte superior de la segunda celda unitaria, mientras la primera celda unitaria es rodeada por la segunda lámina separadora, y los electrodos opuestos de las celdas unitarias primera y segunda tienen estructuras de electrodo opuestas en una región definida entre la primera celda unitaria y la segunda celda unitaria.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que una región separadora correspondiente al tamaño de una celda unitaria está formada entre la primera capa sobre la segunda lámina separadora donde está situada la primera celda unitaria y la segunda capa donde está situada la segunda celda unitaria.

6. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que una región separadora correspondiente al tamaño de una celda unitaria es formada frente a la primera capa sobre la segunda lámina separadora donde está situada la primera celda unitaria.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la celda “pull” es dispuesta en la primera capa, y las celdas “pull” son dispuestas, de manera alterna, en la segunda capa y las capas subsiguientes de manera que los electrodos superior e inferior de las celdas unitarias vecinas entre las celdas unitarias vecinas tengan polaridades opuestas.

8. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el electrodo unitario es dispuesto en la primera capa, y las

celdas “pull” son dispuestas en la segunda capa y las capas subsiguientes en la misma orientación de electrodo de manera que los electrodos superior e inferior de las celdas unitarias vecinas entre las celdas unitarias vecinas que tienen tengan la misma polaridad.

9. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que un electrodo unitario que es un ánodo o una bi-celda de tipo C es dispuesto en la n-ésima capa.

10. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que, cuando un cátodo, como el electrodo unitario, es dispuesto

en la primera capa, las celdas “pull” cuyos electrodos inferiores son cátodos son dispuestas en la segunda capa y

las capas subsiguientes en la misma orientación de electrodo.

11. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que, cuando un ánodo, como el electrodo unitario, es dispuesto en la primera etapa, las celdas “pull” cuyos electrodos inferiores son ánodos son dispuestas en la segunda capa y

las capas subsiguientes en la misma orientación de electrodo.

12. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el conjunto de electrodos es construido en una estructura en la que las pestañas de cátodo están situadas todas juntas en el extremo superior del lado derecho o el extremo superior del lado izquierdo del conjunto de electrodos y las pestañas de ánodo están situadas todas juntas en el extremo superior del lado izquierdo o el extremo superior del lado derecho del conjunto de electrodos.

13. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además:

(1) aplicar materiales activos de electrodo a las láminas de colector de corriente de electrodo que tienen una longitud continua, excluyendo las regiones en las que se formarán las pestañas, para fabricar láminas de electrodos, en el que las láminas de electrodos incluyen una lámina de electrodo cuyo número de electrodos es par (“lámina de electrodo con numeración par”) y dos láminas de electrodos cuyo número de electrodos es impar ("láminas de electrodo con numeración impar”) ;

(2) perforar las regiones donde se formarán las láminas de electrodos fabricadas en la Etapa (1) para formar pestañas de electrodos;

(3) suministrar las láminas de electrodos con numeración impar, entre las láminas de electrodos cuyas pestañas de electrodos se forman en la Etapa (2) , mediante dos unidades de suministro, respectivamente, y suministrar la lámina de electrodo con numeración par y la primera lámina separadora mediante las unidades de suministro respectivas, para fabricar electrodos individuales de un tamaño predeterminado y separadores de un tamaño predeterminado;

(4) formar celdas unitarias, que constituyen el conjunto de electrodos, usando los electrodos individuales y los separadores fabricados en la Etapa (3) y disponiendo las celdas unitarias sobre las segundas láminas separadoras que tienen una longitud continua en una orientación predeterminada; y

(5) enrollar la celda unitaria situada en la primera capa con la segunda lámina separadora una vez, y plegar la segunda lámina separadora desde las segundas celdas unitarias hacia el exterior donde está situada la celda unitaria vecina de manera que las celdas unitarias restantes son apiladas unas sobre las otras.

14. Un conjunto de electrodos fabricado mediante un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que se apilan una pluralidad de celdas “pull”, como unidades básicas, y un electrodo unitario o una bicelda mientras que una lámina separadora es dispuesta entre las mismas, los ánodos están dispuestos en los electrodos más exteriores del conjunto de electrodos, y las pestañas de electrodo que tienen la misma polaridad están situadas todas juntas en posiciones predeterminadas.

15. Una celda electroquímica construida incluyendo un conjunto de electrodos según la reivindicación 14.