JP2006302799A - 円筒形電池用電極体の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】円筒形電池電極体の外形の変形を低減できる優れた円筒形電池用電極体の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の円筒形電池用電極体の製造方法は、正極板と、負極板とを、セパレータを介し積層して、略棒状の巻芯を用いて渦巻き状に捲回して円筒形電池用電極体を製造する装置であって、前記略棒状の巻芯は、巻芯の長手方向に沿って、少なくとも２つに分離し、分離した巻芯同士の接触面が凹凸部を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、正極板と負極板とセパレータを介して渦巻き状に捲回した円筒形電池用電極体の製造装置に関するものである。

正極板と、負極板とを、セパレータを介して渦巻き状に捲回して作製する電極体の製造方法として種々の提案がされている。以下に従来の電極体の一般的な製造方法として、巻芯を用いて作製する方法について説明する。巻芯は、半円状の断面形状をもつ第１の巻芯と第２の巻芯から構成されている。第１の巻芯と第２の巻芯の間に２枚の帯状のセパレータをはさんで固定する。第１の巻芯と第２の巻芯とを合わせて１つの巻芯として回転させて、２枚の帯状のセパレータを巻芯の外周に巻き付ける。その後、２枚の帯状のセパレータの間に正極板を、セパレータを隔てた向こう側に負極板を重ね、巻芯を回転させてそれら極板とセパレータとを渦巻き状に巻き取ることによって渦巻き状の電極体を製造する方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。

また、電池の形状は一般的に円筒形と角形に大別され、角形の場合、電極体の外形は略菱形もしくは長円形をしており、捲回後、電極体外形を加圧成形し扁平形にするのが一般的である（例えば、特許文献２参照）。
特開平８−３１５８３０号公報 特開２００３−２９７４２９号公報

しかしながら、従来の円筒形電池用電極体の製造方法は図１に示すように半円状の断面形状をもつ第１の巻芯１と第２の巻芯２から構成されていて分離した巻芯同士の接触面が平滑である。第１の巻芯１と第２の巻芯２の間に２枚の帯状のセパレータ３をはさんで固定する。第１の巻芯１と第２の巻芯２とを合わせて１つの巻芯として回転させて、２枚の帯状のセパレータ３を巻芯の外周に巻き付ける。その後、２枚の帯状のセパレータ３の間に正極板４を、セパレータ３を隔てた向こう側に負極板５を重ね、巻芯を回転させてそれら極板とセパレータとを渦巻き状に巻き取る際、第１の巻芯１と第２の巻芯２が、蛇行やシワの発生を防ぐために印加されたセパレータ３のテンションによりたわみ、反対方向にずれて、そのまま正極板４、負極板５を捲回するため電極体の外形が楕円状に形成される。このため、巻芯のずれを抑制する目的で巻芯外径を太くし剛性を上げなければならず電池の容量アップの妨げとなっていた。

本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、電極体の外形の変形を低減できる優れた円筒形電池用電極体の製造方法を提供するものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明の円筒形電池用電極体の製造装置は、正極板と、負極板とを、セパレータを介し積層して、略棒状の巻芯を用いて渦巻き状に捲回して円筒形電 池用電極体を製造する装置であって、前記略棒状の巻芯は長手方向に沿って、少なくとも２つに分離し、分離した巻芯同士の接触面が凹凸部を有する円筒形電池用電極体の製造装置である。

本発明の円筒形電池用電極体の製造装置を用いることにより、渦巻き状に捲回する時にセパレータにかかるテンションにより、巻芯同士がずれることを抑制し、電極体の外形の
変形を低減することができる。

本発明によれば、渦巻き状に捲回する時にセパレータにかかるテンションにより、巻芯同士がずれることを抑制し、電極体の外形形状の変形を低減することができる円筒形電池用電極体の製造装置を得ることができる。

本発明の円筒形電池用電極体の製造方法は、正極板と、負極板とを、セパレータを介し積層して、略棒状の巻芯を用いて渦巻き状に捲回して円筒形電池用電極体を製造する装置であって、
前記略棒状の巻芯は長手方向に沿って、少なくとも２つに分離し、分離した巻芯同士の接触面が凹凸部を有している。

巻芯が長手方向に沿って２分割した場合について説明する。２分割した巻芯をそれぞれ第１の巻芯および第２の巻芯とする。第１の巻芯と第２の巻芯とが接触する接触面には、第１の巻芯は凹部を、第２の巻芯は凸部を有している。

電極体の作製方法を以下に説明する。

最初に、第１の巻芯と第２の巻芯との間に、２枚のセパレータを同時に挟み、第１の巻芯の凹部と第２の巻芯の凸部とでセパレータを固定する。次に巻芯を所定の周回回転させる。その後に、正極板と負極板とを直接接触させないようにそれぞれのセパレータの間に挿入し、巻芯を回転させながら電極体を作製する。

このようにセパレータを固定することにより、巻芯に固定されたセパレータと、セパレータを供給する部分との間でテンションをかけることができるようになる。テンションをかけても巻芯からセパレータが脱落することなく、かつセパレータのシワの発生や蛇行を抑制することができるようになる。

その結果、電極体の外形形状の変形を低減することができる。

前述した説明では、第１の巻芯と第２の巻芯との間に、２枚のセパレータを同時に挟み、第１の巻芯の凹部と第２の巻芯の凸部とでセパレータを固定する場合について説明したが、以下のような場合でも構わない。第１の巻芯と第２の巻芯との間に、１枚のセパレータを挟み込み、巻芯を所定の周回回転させた後に、正極板と負極板とをセパレータを介して巻き取って電極体を作製する方法もある。

本発明の好ましい実施の形態である円筒形電池用電極体の製造方法は、前記略棒状の巻芯は略円柱状をしている。

円筒形電池用電極体の製造方法において、ある決まった電池容積中に、如何に電極体、要するに正極板と負極板を詰め込むかで電池容量が決まってくる。このように電極体を多く詰め込むためには、電極体を捲回する際の中心軸となる巻芯は細くしなければならない。そのため、巻芯が少なくとも２つに分離していたとしても、分離した巻芯を組み合わせた場合、巻芯の外形形状がが略円柱状となることが好ましい。

以下本発明を実施するための一実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

この正極板は、アルミニウム製の箔やラス加工やエッチング処理された箔からなる集電体の片側または両面に正極活物質と結着剤、必要に応じて導電剤、可塑剤を溶剤に混練分散させたペーストを塗布、乾燥、圧延して作製することができる。そして、正極板の厚みは角柱棒状の巻芯を用いて、その形状にできるだけ忠実に巻回する必要があり、１３０〜２００μｍの厚みで、柔軟性があることが好ましい。

正極活物質としては、例えば、リチウムイオンをゲストとして受け入れ得るリチウム含有遷移金属化合物が使用される。例えば、コバルト、マンガン、ニッケル、クロム、鉄およびバナジウムからなる選ばれる少なくとも一種類の金属とリチウムとの複合金属酸化物コバルト酸リチウム（以下、ＬｉＣｏＯ₂と略す）、ＬｉＭｎＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＣｏ_xＮｉ_(1-x)Ｏ₂（０＜ｘ＜１）、ＬｉＣｒＯ₂、αＬｉＦｅＯ₂、ＬｉＶＯ₂等が好ましい。

結着剤としては、活物質間の密着性を保つフッ素樹脂材料、ポリアルキレンオキサイド骨格を持つ高分子材料、またはスチレン−ブタジエン共重合体などがある。

フッ素系樹脂材料として、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデン（以下、ＶＤＦと略す）とヘキサフルオロプロピレン（以下、ＨＦＰと略す）の共重合体Ｐ（ＶＤＦ−ＨＦＰ）が好ましい。

必要に応じて加える導電剤としてはアセチレンブラック（以下、ＡＢと略す）、グラファイト、炭素繊維等の炭素系導電剤が好ましく、可塑剤としては、フタル酸ジイソブチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジプロピル、フタル酸ジヘキシルなどのフタル酸エステルが好ましい。

溶剤としては、結着材が溶解可能な溶剤が適切で、有機系結着材の場合は、アセトン、シクロヘキサノン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（以下、ＮＭＰと略す）、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）等の有機溶剤を単独またはこれらを混合した混合溶剤が好ましく、水系結着材の場合は水が好ましい。

また、負極板は、銅製の箔やラス加工やエッチングされた箔からなる集電体の片側または両面に負極活物質と結着剤、必要に応じて導電剤、可塑剤を溶剤に混練分散させたペーストを塗布、乾燥圧延して作製することができる。そして、負極板の厚みは角柱棒状の巻芯を用いて、その形状にできるだけ忠実に巻回する必要があり、正極板と同様に１４０〜２１０μｍの厚みで、柔軟性があることが好ましい。

負極活物質としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵、脱離し得る黒鉛型結晶構造を有するグラファイトを含む材料、例えば天然黒鉛や人造黒鉛が使用される。特に、格子面（００２）の面間隔（ｄ002 ）が３．３５０〜３．４００Åである黒鉛型結晶構造を有する炭素材料を使用することが好ましい。

結着剤、溶剤および必要に応じて加えることができる導電剤、可塑剤は正極と同様のものを使用することができる。

セパレータとしては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などの微多孔性ポリオレフィン系樹脂が好ましい。

（実施例１）
正極活物質としてＬｉＣｏＯ₂ 、結着材としてＶＤＦとＨＦＰとの共重合体Ｐ（ＶＤＦ
−ＨＦＰ）、及び導電材としてABをＮＭＰからなる有機溶剤に混練分散したペーストを厚さ１５μｍのアルミニウム箔製集電体に塗着、乾燥、圧延して、厚さ１５０μｍの正極板を作製した。
負極活物質として易黒鉛化炭素、Ｐ（ＶＤＦ−ＨＦＰ）の粉末をアセトンとシクロヘキサノンからなる混合有機溶剤に混練分散したペーストを厚さ１２μｍの銅箔製集電体に塗着、乾燥、圧延して、厚さ１６０μｍの負極板を作製した。

このようにして作製した正極板と負極板とを厚さ２５μｍの微多孔性のポリエチレン樹脂からなるセパレータを介して、電極体を作製した。

電極体の作製方法は以下のようにした。

図２に示したように、巻芯が長手方向に沿って２分割したそれぞれの巻芯を、第１の巻芯６および第２の巻芯７とする。第１の巻芯６と第２の巻芯７とが接触する接触面には、第１の巻芯はＲ１．０ｍｍの凹部を、第２の巻芯はＲ０．９ｍｍの凸部を有している。最初に、第１の巻芯６の凸部と第２の巻芯７の凸部との間に、２枚のセパレータ３を同時に挟み、第１の巻芯６の凹部と第２の巻芯７の凸部とでセパレータ３を固定する。その後に、正極板４と負極板５とを直接接触させないように、それぞれのセパレータ３の間に挿入し、巻芯を回転させながら電極体を作製した。この時、第１の巻芯６と第２の巻芯７を組合せた時の外径は４．０ｍｍのものを使用した。

（比較例１）
実施例１で作製した正極板と負極板とを厚さ２５μｍの微多孔性のポリエチレン樹脂からなるセパレータを介して電極体を作製した。

電極体の作製方法は以下のようにした。

図１に示したように、巻芯が長手方向に沿って２分割したそれぞれの巻芯を、第１の巻芯１および第２の巻芯２とする。第１の巻芯６と第２の巻芯７とが接触する接触面は平面である。最初に、第１の巻芯１と第２の巻芯２との間に、２枚のセパレータ３を同時に挟み、第１の巻芯１と第２の巻芯２とでセパレータ３を固定する。その後に、正極板４と負極板５とを直接接触させないように、それぞれのセパレータ３の間に挿入し、巻芯を回転させながら電極体を作製した。この時、第１の巻芯１と第２の巻芯２を組合せた時の外径は４．０ｍｍのものを使用した。この時、第１の巻芯１と第２の巻芯２を組合せた時の外径は４．０ｍｍのものをした。

実施例１と比較例１で作製した電極体ｎ＝３の外径を比較したデータを表１に示す。

測定には定圧ノギスを用い、電極体の最大外径と最小外径の差を求めた。電極体の最大外径と最小外径の差が小さいほど電極体の外形の変形が少ないことを示している。

表１の結果から、実施例１のは電極体は、比較例１の電極体の外形に比べて、電極体の
最大外径と最小外径との差が小さくなっており、電極体の外径の変形を抑制していることががわかる。

なお、本発明の実施例においては、巻芯は円柱状の長手方向に沿って２分割した場合について説明したが、例えば、図３のように巻芯の円柱状の長手方向に沿って３分割でも同じ効果が得られるものである。

また、本発明の実施例においては、分割した巻芯を組み合わせた外形形状は略円柱状とした場合について説明したが、その形状が略円柱状以外の形状でも同じ効果が得られるものである。

さらに、本発明の実施例において、分割した巻芯の組み合わせ部分の凹凸形状がＲ形状でる場合について説明したが、その形状がＲ形状以外でも同じ効果が得られるものである。

本発明にかかる円筒形電極体製造装置は、電極体の外径形状の変形を抑制することが可能になるため、正極板と負極板とセパレータを渦巻状に捲回した円筒形電池用電極体の製造装置に関して有用である。

従来の巻芯形状による電極体巻き始め部の状態の概略断面図 本発明の一実施の形態による巻芯形状による電極体巻き始め部の状態の概略断面図 巻芯の円柱状の長手方向に沿って３分割した場合の巻芯形状における概略断面図

符号の説明

１ 従来の第１の巻芯
２ 従来の第２の巻芯
３ セパレータ
４ 正極板
５ 負極板
６ 本発明の第１の巻芯
７ 本発明の第２の巻芯

Claims (2)

1. 正極板と、負極板と、セパレータを介し積層して、略棒状の巻芯を用いて渦巻き状に捲回して円筒形電池用電極体を製造する装置であって、前記略棒状の巻芯は長手方向に沿って、少なくとも２つに分離し、分離した巻芯同士の接触面が凹凸部を有する円筒形電池用電極体の製造装置。
2. 正極板と負極板と、セパレータを介し積層して、略棒状の巻芯を用いて渦巻き状に捲回して円筒形電池用電極体を製造する装置であって、前記略棒状の巻芯は略円柱状である請求項１記載の円筒形電池用電極体の製造装置。