JP2009110812A - 電池及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電極タブの強度低下を抑制することができる電池の製造方法を提供する。
【解決手段】外装部材１０６の端部１０６１に電極タブ１０４，１０５の導出方向へ突出する突出部１１２，１１３を形成する突出部形成工程と、電極タブ１０４，１０５が接続された発電要素１０８を外装部材内に収容し、端部１０６１と電極タブ１０４，１０５との間にシール部材を介装し、少なくとも端部１０６１の範囲において端部１０６１、シール部材及び電極タブ１０４，１０５を接着する接着工程と、少なくとも端部１０６１の外縁１０６２から外側にある電極タブ１０４，１０５の両主面を把持した状態で、電極タブ１０４，１０５を所定形状に切断する切断工程と、を有する。
【選択図】図１
【解決手段】外装部材１０６の端部１０６１に電極タブ１０４，１０５の導出方向へ突出する突出部１１２，１１３を形成する突出部形成工程と、電極タブ１０４，１０５が接続された発電要素１０８を外装部材内に収容し、端部１０６１と電極タブ１０４，１０５との間にシール部材を介装し、少なくとも端部１０６１の範囲において端部１０６１、シール部材及び電極タブ１０４，１０５を接着する接着工程と、少なくとも端部１０６１の外縁１０６２から外側にある電極タブ１０４，１０５の両主面を把持した状態で、電極タブ１０４，１０５を所定形状に切断する切断工程と、を有する。
【選択図】図１
Description
本発明は、電池及びその製造方法に関するものである。
発電要素を外装部材内部に収納して封止するとともに、発電要素に接続された板状の電極タブ（電極端子）を外装部材内部から外部に導出した薄型電池を積層した組電池において、薄型電池の電極タブをＬ字状に形成し、積層方向上下の電極タブの超音波接合の作業性を改善したものが知られている（特許文献１）。
しかしながら、電極タブをＬ字状に切断するトリム工程において、板状の電極タブの表裏両主面から押え型で挟んで（把持して）トリムする必要があるため、電極タブの導出部分に生じたシールフィルムの突起部を押え型で挟んでしまった場合、電極タブが薄肉になって強度が低下するという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、電極タブの強度低下を抑制することができる電池及びその製造方法を提供することである。
本発明は、以下の解決手段によって上記課題を解決する。
［１］すなわち、本発明の製造方法に係る電池は、電極板を有する発電要素と、当該発電要素を内部に収容する外装部材と、電極板に接続され外装部材内部から外部に導出された板状の電極タブと、電極タブと当該電極タブが導出する外装部材の端部との間に介装されたシール部材とを備える電池である。
上記電池において、突出部形成工程では外装部材の端部に電極タブの導出方向へ突出する突出部を形成する。
また、接着工程では、電極タブが接続された発電要素を外装部材内に収容するとともに、端部と電極タブとの間にシール部材を介装し、少なくとも端部の範囲において端部、シール部材及び電極タブを接着する。
さらに、切断工程では、少なくとも端部の外縁から外側にある電極タブの両主面を把持した状態で、電極タブを所定形状に切断する。
［２］一方、本発明に係る電池は、電極板を有する発電要素と、当該発電要素を収容する外装部材と、前記電極板に接続され外装部材から外部に導出された電極タブと、電極タブと当該電極タブが導出する外装部材の端部との間に介装されたシール部材とを備える電池である。
そして、電極タブはその一部を切断することにより所定形状とするものであり、端部における電極タブの切断線に対し、非直線となる外縁を有する突出部を外装部材の端部に形成したものである。
本発明によれば、電極タブの薄肉部が非直線となるので、電極タブの強度低下を抑制することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
《第１実施形態》
まず、本実施形態に係る電池の構成を説明する。図１は、本発明に係る電池の実施形態を示す平面図、図２は、図１に示す電池の一方の端部を拡大して示す平面図、図３は、図１のIII-III線に沿う断面図である。
まず、本実施形態に係る電池の構成を説明する。図１は、本発明に係る電池の実施形態を示す平面図、図２は、図１に示す電池の一方の端部を拡大して示す平面図、図３は、図１のIII-III線に沿う断面図である。
図１乃至図３は一つの電池１０（単位電池、セルともいう）を示し、この電池１０を複数積層して所望の電気回路構成で接続することにより、所望の電圧、容量の組電池を構成することができる。
本実施形態に係る電池１０は、リチウム系、平板状、積層タイプの薄型二次電池であり、図１及び図３に示すように、３枚の正極板１０１と、５枚のセパレータ１０２と、３枚の負極板１０３と、正極の電極端子である正電極タブ１０４と、負極の電極端子である負電極タブ１０５と、上部外装部材１０６と、下部外装部材１０７と、特に図示しない電解質とから構成されている。
このうちの正極板１０１、セパレータ１０２、負極板１０３及び電解質が本発明に係る発電要素１０８に相当し、また、正極板１０１、負極板１０３が本発明に係る電極板に相当し、上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７が本発明に係る外装部材に相当し、正電極タブ１０４及び負電極タブ１０５が本発明に係る電極タブに相当する。
発電要素１０８を構成する正極板１０１は、正電極タブ１０４まで伸びている正極側集電体１０１ａと、正極側集電体１０１ａの両主面の一部にそれぞれ形成された正極層１０１ｂ、１０１ｃとを有する。なお、正極板１０１の正極層１０１ｂ、１０１ｃは、正極側集電体１０１ａの両主面の全体に亘って形成されているのではなく、図１乃至図３に示すように、正極板１０１、セパレータ１０２及び負極板１０３を積層して発電要素１０８を構成する際に、正極板１０１においてセパレータ１０２に実質的に重なる部分のみに形成されている。
この正極板１０１の正極側集電体１０１ａは、例えば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、又は、ニッケル箔等の電気化学的に安定した金属箔で構成されている。
また、この正極板１０１の正極層１０１ｂ、１０１ｃは、例えば、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ２）、又は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）等のリチウム複合酸化物や、カルコゲン（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）化物等の正極活物質と、カーボンブラック等の導電剤と、ポリ四フッ化エチレンやポリフッ化ビニリデンの水性ディスパージョン等の接着剤と、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤とを混合したものを、正極側集電体１０１ａの一部の両主面に、たとえば厚さが２０μｍとなるように塗布し、乾燥及び圧延することにより形成される。
発電要素１０８を構成する負極板１０３は、負電極タブ１０５まで伸びている負極側集電体１０３ａと、当該負極側集電体１０３ａの一部の両主面にそれぞれ形成された負極層１０３ｂ、１０３ｃとを有する。なお、負極板１０３の負極層１０３ｂ、１０３ｃは、負極側集電体１０３ａの両主面の全体に亘って形成されているのではなく、図１乃至図３に示すように、正極板１０１、セパレータ１０２及び負極板１０３を積層して発電要素１０８を構成する際に、負極板１０３においてセパレータ１０２に実質的に重なる部分のみに形成されている。
この負極板１０３の負極側集電体１０３ａは、例えば、ニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等の電気化学的に安定した金属箔で構成されている。
また、この負極板１０３の負極層１０３ｂ、１０３ｃは、例えば、非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、又は、黒鉛等のような上記の正極活物質のリチウムイオンを吸蔵及び放出する負極活物質に、有機物焼成体の前駆体材料としてのスチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンを混合し、乾燥させた後に粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これにアクリル樹脂エマルジョンやポリフッ化ビニリデン等の結着剤と、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤とをさらに混合し、この混合物を負極側集電体１０３ａの両主面の一部に塗布し、乾燥及び圧延させることにより形成される。
特に、負極活物質として非晶質炭素や難黒鉛化炭素を用いると、充放電時における電位の平坦特性に乏しく放電量に伴って出力電圧も低下するので、電気自動車の電源として用いると急激な出力低下がないので有利である。
発電要素１０８のセパレータ１０２は、上述した正極板１０１と負極板１０３との短絡を防止するもので、電解質を保持する機能を備えることもできる。このセパレータ１０２は、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン等から構成される微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって層の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。
なお、本実施形態に係るセパレータ１０２は、ポリオレフィン等の単層膜にのみ限られず、ポリプロピレン膜をポリエチレン膜でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔膜と有機不織布等を積層したものも用いることができる。このようにセパレータ１０２を複層化することで、過電流の防止機能、電解質保持機能及びセパレータの形状維持（剛性向上）機能等の諸機能を付与することができる。
以上の発電要素１０８は、セパレータ１０２を介して正極板１０１と負極板１０３とが交互に積層されている。そして、３枚の正極板１０１は、正極側集電体１０１ａを介して、金属箔製の正電極タブ１０４にそれぞれ接続される一方で、３枚の負極板１０３は、負極側集電体１０３ａを介して、同様に金属箔製の負電極タブ１０５にそれぞれ接続されている。
なお、本実施形態に係る発電要素１０８の正極板１０１、セパレータ１０２及び負極板１０３は、上記の枚数に何ら限定されず、例えば１枚の正極板１０１、３枚のセパレータ１０２及び１枚の負極板１０３でも発電要素１０８を構成することができ、必要に応じて正極板１０１、セパレータ１０２及び負極板１０３の枚数を選択して構成することができる。
正電極タブ１０４も負電極タブ１０５も電気化学的に安定した金属材料であれば特に限定されないが、正電極タブ１０４としては、上述の正極側集電体１０１ａと同様に、例えば、厚さ０．２ｍｍ程度のアルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔又はニッケル箔等を用いることができる。また、負電極タブ１０５としては、上述の負極側集電体１０３ａと同様に、例えば、厚さ０．２ｍｍ程度のニッケル箔、銅箔、ステンレス箔又は鉄箔等を用いることができる。
ちなみに本実施形態では、電極板１０１、１０３の集電体１０１ａ、１０３ａを構成する金属箔自体を電極端子１０４、１０５まで延長することにより、電極板１０１、１０３を電極端子１０４、１０５に接続している。換言すれば、１枚の金属箔１０１ａ，１０３ａの一部に正極層１０１ｂ，１０１ｃ又は負極層１０３ｂ，１０３ｃをそれぞれ形成し、残りの端部を電極タブ１０４，１０５との接結部材としている。しかしながら、正極層及び負極層間に位置する集電体１０１ａ，１０３ａを構成する金属箔と、接結部材を構成する金属箔とを別の材料や部品により接続することもできる。なお、以下の説明では、上記正極層間及び負極層間に位置する集電体と接結部材は１枚の金属箔で構成されているものとする。
発電要素１０８は、上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７に収容されて封止されている。本実施形態における上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７は何れも複数層から構成されている。
この構造については特に図示しないが、電池１０の内側から外側に向かって、ポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン又はアイオノマー等の耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂フィルムから構成された内側層と、アルミニウム等の金属箔から構成された中間層と、ポリアミド系樹脂又はポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムで構成された外側層という三層構造となっている。
したがって、上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７は何れも、アルミニウム箔等金属箔の一方の面（電池１０の内側面）をポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、又は、アイオノマー等の樹脂でラミネートし、他方の面（電池１０の外側面）をポリアミド系樹脂又はポリエステル系樹脂でラミネートした、樹脂−金属薄膜ラミネート剤等の可撓性を有する材料で形成されている。
このように、外装部材１０６，１０７が樹脂層に加えて金属層を具備することにより、外装部材自体の強度向上を図ることが可能となる。また、外装部材１０６，１０７の内側層を、例えば、ポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、又は、アイオノマー等の樹脂で構成することにより、外装部材同士１０６，１０７や外装部材１０６，１０７と後述するシール部材１１０，１１１との良好な融着性を確保することが可能となる。
なお、図１乃至図３に示すように、封止された外装部材１０６、１０７の一方の端部から正電極タブ１０４が導出し、当該他方の端部から負電極タブ１０５が導出するので、電極タブ１０４、１０５の厚さ分だけ上部外装部材１０６と下部外装部材１０７との熱融着部に隙間が生じる。このため、電極タブ１０４、１０５と外装部材１０６、１０７とが接触する部分に、ポリエチレンやポリプロピレン等から構成されたシール部材１１０，１１１を介在させ、薄型電池１０内部の封止性を維持することとしている。
このシール部材１１０，１１１は、正電極タブ１０４及び負電極タブ１０５の何れにおいても、外装部材１０６、１０７を構成する樹脂と同系統の樹脂で構成することが熱融着性の観点から好ましい。シール部材１１０，１１１の形状等については後述する。
これらの外装部材１０６、１０７によって、上述した発電要素１０８、正電極タブ１０４の一部及び負電極タブ１０５の一部を包み込み、当該外装部材１０６、１０７により形成される空間に、有機液体溶媒に過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウムや六フッ化リン酸リチウム等のリチウム塩を溶質とした液体電解質を注入しながら、外装部材１０６、１０７により形成される空間を吸引して真空状態とした後に、外装部材１０６、１０７の外周端部を熱プレスにより熱融着して封止する。
有機液体溶媒として、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）やメチルエチルカーボネート等のエステル系溶媒を用いることができるが、本実施形態の有機液体溶媒はこれに限定されることなく、エステル系溶媒に、γ−ブチラクトン（γ−ＢＬ）、ジエトシキエタン（ＤＥＥ）等のエーテル系溶媒その他を混合、調合した有機液体溶媒を用いることもできる。
次に、本実施形態に係る薄型電池１０の電極タブ１０４，１０５廻りの構造について説明する。なお、２つの電極タブ１０４，１０５を代表して図１の右側の正電極タブ１０４のみを説明することもあるが、負電極タブ１０５の廻りの構造も同一である（この場合、符号の図示はしないが、対応する負電極タブ廻りの部材の符号は明細書に記載することとする）。
最初に、本実施形態に係る外装部材の端部、端部の外縁、突出部、突出部の外縁及び切断線の意味を説明する。
図１の全体平面図及び図２の要部拡大平面図に示すように、上部外装部材１０６と下部外装部材１０７の外周端部のうち、電極タブ１０４，１０５が導出する辺、本例では短辺の熱融着される部分を、外装部材の端部１０６１，１０７１といい、この端部１０６１，１０７１のエッジを外縁１０６２，１０７２という。
また、電極タブ１０４，１０５の部分で外装部材１０６，１０７の端部１０６１，１０７１から外側、すなわち電極タブ１０４，１０５の導出方向へ突出した外装部材の部分を突出部１１２，１１３といい、この突出部１１２，１１３のエッジを特に突出部の外縁１１２１，１１３１という。
また後述するように、本実施形態の電極タブ１０４，１０５は、最終的には所定形状に切断されて完成するが、この切断工程において電極タブ１０４，１０５を切断する線全体を切断線ＣＬ１、当該切断線ＣＬ１のうち、外装部材１０６，１０７の端部の外縁１０６２,１０７２の近傍に位置する切断部分を特に端部の外縁近傍の切断線ＣＬ２という（図２及び図４参照）。
さて、本実施形態の電極タブ１０４，１０５は、図１及び図２に示す平面視において発電要素１０８の電極板１０１，１０３の幅寸法と同じ幅寸法に形成されて、集電体１０１ａに接続される基端部１０４１，１０５１と、この基端部１０４１，１０５１に対して約半分の幅寸法に形成されて、外装部材の端部の外縁１０６２，１０７２から導出される先端部１０４２，１０５２から構成されている。つまり、電極版１０１と同じ幅の幅広の部分を基端部１０４１，１０５１、幅狭の部分を先端部１０４２，１０５２という。
この電極タブ１０４は、製造当初の工程においては、電極板１０１と同じ幅寸法に形成された矩形状の平板であるが、図４及び図５に示す切断工程において切断されることにより図１及び図２に示す所定形状とされる。
電極タブ１０４，１０５の先端部１０４２,１０５２の幅寸法を約半分に切断するのは、電極タブの接合作業性を向上させるためである。すなわち、複数の電池１０を積み重ねて組電池を構成する場合、上下に隣接する電池の電極タブ同士を超音波溶接機のヘッドで挟んで接合するが、この工程において接合すべき電極タブの上下に超音波溶接機のヘッドの挿入スペースが必要とされるからである。
なお、図１に示す電池１０の正電極タブ１０４は、図において右の上側に形成し、負電極タブ１０５は左の下側に形成したが、両電極タブ１０４，１０５を図において左右の上側又は左右の下側に形成することもできる。また、電極タブ１０４，１０５の幅寸法は、上述したとおり溶接機のヘッドが挿入できる形状であればよいので、図示する実施形態には限定されない。
このように、電極タブ１０４，１０５は、後述する切断工程において、図４に示す２点鎖線の切断線ＣＬ１に沿って切断される。
図１に戻り、上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７の端部１０６１，１０７１のそれぞれには、上述した電極タブ１０４，１０５の導出位置に突出部１１２，１１３が形成されている。本例の突出部１１２，１１３は、略矩形状とし、外装部材１０６，１０７を製造する際に形成する。
なお、突出部１１２，１１３の突出寸法ｄ（図２参照）は、上述した超音波溶接機等による電極タブ１０４，１０５の接合に必要とされる電極タブの接合面が必要量確保できる寸法である。突出寸法ｄが大きいと電極タブ１０４，１０５の引張り強度などの強度が高まるが外装部材１０６，１０７の材料歩留まりが低下する。したがって、電極タブ１０４，１０５の接合面を確保できる最小の突出寸法ｄとすることが好ましい。
図２及び図３に示すように、上部外装部材１０６と電極タブ１０４，１０５との間、および下部外装部材１０７と電極タブ１０４，１０５との間のそれぞれには、既述したシール部材１１０，１１１が介装されている。
このシール部材１１０，１１１は、図２に示す右側が外装部材１０６，１０７の外縁１０６２,１０７２に沿った形状とされ、外装部材の突出部１１２，１１３の形状に倣って突出した部分を有する。また、同図の平面視において、幅寸法は、電極タブの基部１０４１,１０５１よりもやや大きい幅寸法とされ、同図の左右方向の長さは、外装部材の端部１０６１，１０７１を超える長さとされている。
既述したとおり、シール部材１１０，１１１は、外装部材１０６，１０７の端部１０６１，１０７１の熱融着部に電極タブ１０４，１０５の導出により生じる隙間をシールするための部材であることから、外装部材１０６，１０７と電極タブ１０４，１０５との接合部分よりやや大きめの形状としていする。
次に、以上のように構成された電池１０の製造方法を説明する。
図４及び図５は、本発明に係る電池の製造方法の実施形態を説明するための、電池１０の要部平面図であり、図４は切断前、図５は切断後の状態をそれぞれ示す。また、図６は、本実施形態で用いる切断装置と電池を示す平面図であり、図７は図６のVII-VII線に沿う断面図、図８は図６のVIII-VIII線に沿う断面図である。
図４に示す電池１０は、電極タブ１０４，１０５を所定形状に切断する前の状態の電池であり、上述したとおり、電極タブ１０４，１０５を接続した発電要素１０８を、当該電極タブ１０４，１０５の先端を外部に導出させた状態で外装部材１０６，１０７によって包み込み、当該外装部材１０６、１０７により形成される空間に上述した液体電解質を注入しながら当該空間を吸引して真空状態とした後に、外装部材１０６，１０７の外周端部を熱プレスにより熱融着して封止したものである。
図４の実線は電極タブ１０４の切断前の形状を示すが、これを本実施形態の切断工程により同図の二点鎖線で示す切断線ＣＬ１に沿って切断し、図５の実線で示す切断後の電極タブ１０４とする。以下の説明では、切断前後の電極タブ１０４の形状を明確にするため、切断前の電極タブを特に符号１０４ａで示し、切断後の電極タブを符号１０４で示すことにする。
本実施形態の切断工程で用いられる切断装置２０は、図６乃至図８に示すように、上部押え型２０１、下部押え型２０２、切断刃２０３、上部押え型２０１および切断刃２０３を上下駆動する駆動部材２０４および下部押え型２０２を固定する固定盤２０５を備える。
上部押え型２０１及び下部押え型２０２は、ともに図６の平面視に示す形状としている。すなわち、同図に示す上部押え型２０１及び下部押え型２０２の左側の外縁を、外装部材１０６，１０７の端部の外縁１０６２，１０７２に沿った形状とする一方で、上部押え型２０１及び下部押え型２０２の右側の外縁を、電極タブ１０４ａの切断線ＣＬ１に沿った形状としている。ただし、上部押え型２０１及び下部押え型２０２の左側の外縁の、突出部１１２の先端外縁１１２１に相当する部分は、当該突出部１１２の先端外縁１１２１からオフセットした形状としている。つまり、後述するシール部材１１０の食み出し部分１１０１（図７参照）を押え付けないようにオフセットしている。
また、図７に示すように、２つの押え型２０１，２０２で電極タブ１０４ａを押えた状態では、当該押え型２０１，２０２で外装部材１０６，１０７を押え付けないように、押え型２０１，２０２に凹部２０１１，２０２１を形成している。これにより、既に熱融着した外装部材の端部１０６１，１０７１を押え型２０１，２０２で押えることがないので、熱融着部分の接着強度に悪影響を与えることを回避できる。
一方、切断刃２０３は、上部押え型２０１に設けられ、図示しない駆動部によって当該上部押え型２０１に対して上下に移動する。図６に示す切断刃２０３の左側の外縁は、押え型２０１，２０２の右側の外縁と同じように、電極タブ１０４ａの切断線ＣＬ１に沿った形状とされている。そして、２つの押え型２０１，２０２で電極タブ１０４ａを挟んだ状態で、切断刃２０３を下降させることにより、切断線ＣＬ１に沿って電極タブ１０４ａを所定形状に切断する。
なお、本実施形態では、下部押え型２０２を固定盤２０５に固定するとともに、上部押え型２０１を上下移動可能に設けたが、上部押え型２０１を固定し、下部押え型２０２を上下移動可能に設けることもできるし、さらに上部押え型２０１と下部押え型２０２の両方を相対的に接近離反移動可能に設けることもできる。また、本実施形態では切断刃２０３を上部押え型２０１に設けたが、下部押え型２０２に設けることもできる。
次に切断工程の動作を説明する。
図９（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る電池の切断工程における切断装置２０と電池１０を拡大して示す断面図である。
まず、切断前の電極タブ１０４ａを有する電池１０を、上述した切断装置２０にセットする。この状態における電池１０の電極タブ１０４ａ廻りの様子を図９（ａ）に示すが、シール部材１１０，１１１は、熱融着工程により外装部材１０６，１０７の外縁１０６２，１０７２から若干食み出し、この食み出し部分１１０１は盛り上がった断面形状となっている。
次に、上部押え型２０１を下降させ、上部押え型２０１と下部押え型２０２との間に電池１０を挟んで押える。このとき、外装部材１０６，１０７の外縁１０６２，１０７２から食み出した、シール部材１１０の食み出し部分１１０１はできる限り押えないように、押え型２０１，２０２の左側の外縁がシール部材の食み出し部分１１０１より電極タブ１０４の延出方向外側を挟むように電池１０をセットする。しかしながら、電池１０の形状バラツキ等によって押え型２０１，２０２に対する電池１０のセット位置にズレが生じた場合や、シール部材の食み出し部分１１０１の食み出し量が大きい場合は、上部押え型２０１と下部押え型２０２とが、シール部材の食み出し部分１１０１を押えてしまう場合がある。この様子を図９（ｂ），（ｃ）に示す。
前述のとおり（図６及び図７に記載のように）上部押え型２０１及び下部押え型２０２は、電池１０がセットされた状態で、シール部材１１０の食み出し部分１１０１を押え付けないようにオフセットしているが、電池１０の形状バラツキ等により電池のセット位置が図中右寄りにずれた場合や、食み出し部分１１０１の外装部材１０６，１０７の外縁１０６２，１０７２からの食み出し量が多い場合には、図９（ｂ）に示すように、押え型２０１，２０２でシール部材１１０の食み出し部分１１０１を押え付けることになる。
なお、上述したとおり、シール部材１１０はポリプロピレンなどの樹脂により構成され、電極タブ１０４ａはアルミニウム、銅、ニッケルなどの比較的軟らかい金属により構成されているので、図９（ｃ）に示すように、押え型２０１，２０２で食み出し部分１１０１を押え付けると、当該食み出し部分１１０１が電極タブ１０４ａに食い込み、この部分の板厚が薄くなる。この板厚が薄くなった部分を薄肉部Ｔという。
次に、図９（ｃ）に示す状態から切断刃２０３を下降させることにより、切断刃２０３の左側の外縁と押え型２０１，２０２の右側の外縁との境界部分、すなわち切断線ＣＬ１に沿って電極タブ１０４ａが切断され、完成形状の電極タブ１０４となる。
電極タブ１０４ａを切断したら、上部押え型２０１を上昇させ、電池１０を切断装置２０から取り出し、反対側の電極タブ１０５について同じ切断操作を行う。なお、本実施形態の切断工程では、薄型電池１０の一方の電極タブ１０４を切断処理したのち、他方の電極タブ１０５の切断処理を行うこととしているが、図６乃至図８に示す切断装置２０をもう１機用意し、両方の電極タブ１０４，１０５を同時に切断処理することもできる。
以上のとおり、本実施形態の電池の製造方法によれば、図４に示す電極タブ１０４ａを切断線ＣＬ１に沿って切断するにあたり、押え型２０１，２０２に対して電池１０のセット位置にズレが生じなかった場合や、シール部材１１０の食み出し部分１１０１の食み出し量が小さい場合、すなわち図６及び図７に記載のように押え型２０１，２０２の左端がシール部材１１０の食み出し部分１１０１を押え付けなかった場合、電極タブ１０４が薄肉になる範囲は、図１０（ａ）に示すとおりになる。図１０（ａ）は、本実施形態に係る切断工程後の電極タブ１０４に生じる薄肉部Ｔの範囲を示す平面図である。
すなわち、電極タブ１０４の表裏において外装部材１０６，１０７の外縁１０６２，１０７２の近傍部分と、突出部１１２の立ち上がりの部分に薄肉部Ｔが生じる。しかしながら、突出部１１２の先端外縁１１２１の部分は押え型２０１，２０２で押え付けないことから、ここには薄肉部Ｔは形成されない。
このように、電極タブ１０４に生じる薄肉部Ｔは連続したものではなく、しかも一直線上に生じない（非直線状である）ので、電極タブ１０４の導出方向（図１０において左右方向）への引っ張り強度や屈曲強度の低下を防止することができる。また、電極タブ１０４の部分においては、電流の流れ方向に対して直角となる薄肉部Ｔは少ないので、電流の流路断面積の減少が少なく、電極タブ１０４の電気抵抗の上昇を抑制することができる。
一方、電池１０の形状バラツキ等によって押え型２０１，２０２に対する電池１０のセット位置にズレが生じた場合や、シール部材の食み出し部分１１０１の食み出し量が大きい場合、この部分を押え付けた状態で電極タブ１０４ａを切断することになる。
この場合、電極タブ１０４が薄肉になる範囲は図１０（ｂ）に示すようになり、薄肉部Ｔが連続することになるが、突出部１１２を形成したことにより薄肉部Ｔは一直線上に生じない（非直線状である）ので、電極タブ１０４の導出方向（図１０において左右方向）への引っ張り強度や屈曲強度の低下を防止することができる。
《第２実施形態》
図１１は、本発明に係る電池の他の実施形態を示す平面図、図１２は、図１１に示す電池の一方の端部を拡大して示す平面図である。
図１１は、本発明に係る電池の他の実施形態を示す平面図、図１２は、図１１に示す電池の一方の端部を拡大して示す平面図である。
上述した実施形態では、外装部材１０６，１０７の対向する短辺のそれぞれに一つの突出部１１２，１１３を形成したが、一の短辺に二以上の突出部１１２，１１３をそれぞれ形成することもできる。
図１１及び図１２は、一の短辺に二つの突出部を形成した実施形態である。この場合、図６及び図７に相当する切断工程において、一の短辺に形成された二つの突出部１１２，１１２の先端外縁１１２１は、押え型２０１，２０２で押え付けないようにすることが好ましい。また、二つの突出部１１２，１１２の間に形成された凹状の部分も押え型２０１，２０２で押え付けないようにすることがより好ましい。
こうすることで、切断工程後の電極タブ１０４に生じる薄肉部Ｔの範囲は図１０（ａ）に示すものと同じ範囲となり、上述した実施形態と同様に、電極タブの強度の低下を防止するとともに、電気抵抗の上昇が抑制される。
ただし、本実施形態においても、図６及び図７に相当する切断工程において、二つの突出部１１２，１１２の先端外縁１１２１及びこれらの間に形成された凹状の部分を押え型２０１，２０２で押え付けてしまう場合がある。この場合、薄肉部Ｔが連続することになるが、突出部１１２を形成したことにより薄肉部Ｔは一直線上に生じない（非直線状である）ので、電極タブ１０４の引っ張り強度や屈曲強度の低下を防止することができる。
また、複数の突出部１１２を形成すると薄肉部Ｔとなる蛇行線の総長さが長くなるので、上述した実施形態における突出部１１２の突出寸法ｄに対して小さい突出寸法ｄとすることができる。これにより、外装部材１０６，１０７の材料歩留まりが向上することになる。
《実施例１》
スピネル型リチウムマンガン酸化物に、導電剤としての黒鉛と結合剤としてのポリフッ化ビニリデンを混合した粉末（電極合剤）を、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに分散させてスラリーを作製し、正極集電体としての厚さ２０μｍのアルミ箔の両面に、前記スラリーを均一に塗布し（ただし、後述する電極タブを溶接するためにスラリーを塗布しない部分を設け）、これを乾燥し、ロールプレスにより所定密度となるように圧縮した。得られた正極板を所定サイズにカットした。
スピネル型リチウムマンガン酸化物に、導電剤としての黒鉛と結合剤としてのポリフッ化ビニリデンを混合した粉末（電極合剤）を、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに分散させてスラリーを作製し、正極集電体としての厚さ２０μｍのアルミ箔の両面に、前記スラリーを均一に塗布し（ただし、後述する電極タブを溶接するためにスラリーを塗布しない部分を設け）、これを乾燥し、ロールプレスにより所定密度となるように圧縮した。得られた正極板を所定サイズにカットした。
難黒鉛化炭素に、導電剤としての黒鉛と結合剤としてのポリフッ化ビニリデンを混合した粉末（電極合剤）を、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに分散させてスラリーを作製し、負極集電体としての厚さ１０μｍの銅箔の両面に、前記スラリーを均一に塗布し（ただし、後述する電極タブを溶接するためにスラリーを塗布しない部分を設け）、これを乾燥し、ロールプレスにより所定密度となるように圧縮した。得られた負極板を所定サイズにカットした。
上記正極板、負極板、及び厚さ２５μｍの微多孔性ポリエチレンフィルムからなるセパレータを、負極板がそれぞれ最外部となるように、正極板と負極板との間にセパレータを挟みながら交互に積層し、電極積層体を作製した。
得られた電極積層体の正極板群に、厚さ２００μｍのアルミニウム製正極タブを超音波溶接により接合し、負極板群に、厚さ２００μｍのニッケル製負極タブを同じく超音波溶接より接合した。
２枚一対の外装部材は、電極積層体を収容するための凹部を形成したカップ形状とし、２枚の電極タブは２つの短辺から導出させる形状とした。それぞれの外装部材は、電池外側から順に、厚さ１５μｍのナイロン層、厚さ４０μｍのアルミニウム合金層、厚さ４５μｍのポリプロピレン層という三層構造のものを採用した。
上記電極積層体に電極タブを溶接したものを、上記２枚一対の外装部材内に収容し、電極タブの導出部の当該電極タブと外装部材との間に、厚さ５０μｍのポリプロピレンフィルムからなるシール部材を介装したうえで、外装部材の短辺の二辺と長辺の一辺の計三辺をヒートシールにより熱融着した。
上記ヒートシールしなかった長辺の部分から所定量の電解液を注入し、外装部材の内部を減圧した状態で当該長辺をヒートシールにより熱融着した。電解液には、プロピレンカーボネイト、エチレンカーボネイト、ジエチルカーボネイトの混合溶媒に、支持電解質としてＬｉＰＦ６を１モル／リットル溶解したものを使用した。
なお、外装部材の２つの短辺のそれぞれには、図１に示す突出部を形成した。
こうして得られた電極タブ切断前の電池を４つ用意し、図６乃至図８に示す切断装置２０にセットし、図９に示す要領で電極タブを切断線ＣＬ１に沿って切断した。
電極タブを切断した電池の１つについて、外装部材を剥がし、電極タブの薄肉部を観察したところ、図１０（ａ）に示す範囲に薄肉部Ｔが生じていることが確認された。また、分解した電極タブの先端部と基端部との間の電気抵抗を測定した。
電極タブを切断した残りの電池のうちの１つについて、引っ張り試験機を用いて電極タブの導出方向（図１０における左右方向）における引張り強度を測定した。この引張り試験は一対の電極タブを把持した状態で試験機にセットし、電極タブが破断したときの強度を測定した。
電極タブを切断した残りの電池の２つについては、振動試験を行ったのち、その１つを上記と同じ引張り試験により電極タブの引張り強度を測定した。振動試験は、電池の三次元方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）それぞれについて、振動数が３３Ｈｚ，振動加速度が３０ｍ／ｓ２の振動を各方向につき１２時間加えた。振動試験を行った残りの電池については、外装部材を剥がし、分解した電極タブの先端部と基端部との間の電気抵抗を測定した。
以上の結果を表１に示す。なお、表１には、後述する比較例１（電極タブを切断しなかった電池）の引張り強度及び電気抵抗をそれぞれ１００としたとき、これに対する相対的引張り強度及び相対的電気抵抗の値を示す。
《比較例１》
上記実施例１の電池に対し、外装部材に突出部を形成しなかったこと以外は同じ条件で電池を３つ作製し、そのうちの２つを図１３（ａ）に示す切断装置２０（図に相当する）にセットし、図９に示す要領で電極タブを切断線ＣＬ１に沿って切断した。
上記実施例１の電池に対し、外装部材に突出部を形成しなかったこと以外は同じ条件で電池を３つ作製し、そのうちの２つを図１３（ａ）に示す切断装置２０（図に相当する）にセットし、図９に示す要領で電極タブを切断線ＣＬ１に沿って切断した。
電極タブを切断した電池のうちの１つについて、実施例１と同じ引っ張り試験機を用いて電極タブの導出方向（図１３における左右方向）における引張り強度を測定した。
また、電極タブを切断した残りの電池について、外装部材を剥がし、電極タブの薄肉部を観察したところ、図１３（ｂ）に示す範囲に薄肉部Ｔが生じていることが確認された。また、分解した電極タブの先端部と基端部との間の電気抵抗を測定した。
なお、電極タブを切断しなかった電池の１つについて、実施例１と同じ引っ張り試験機を用いて電極タブの引張り強度を測定した。また、電極タブを切断しなかった残りの電池について、外装部材を剥がし、電極タブの薄肉部を観察したが、薄肉部は観察されなかった。また、分解した電極タブの先端部と基端部との間の電気抵抗を測定した。
以上の結果を表１に示す。なお、表１には、この比較例１の電極タブを切断しなかった電池の引張り強度及び電気抵抗をそれぞれ１００としたとき、これに対する相対的引張り強度及び相対的電気抵抗の値を示す。
《比較例２》
上記実施例１の電池に対し、外装部材に突出部を形成しなかったこと以外は同じ条件で電池を４つ作製し、そのうちの２つを図６乃至図８に示す切断装置２０にセットし、図９に示す要領で電極タブを切断線ＣＬ１に沿って切断した。
上記実施例１の電池に対し、外装部材に突出部を形成しなかったこと以外は同じ条件で電池を４つ作製し、そのうちの２つを図６乃至図８に示す切断装置２０にセットし、図９に示す要領で電極タブを切断線ＣＬ１に沿って切断した。
電極タブを切断した電池の１つについて、外装部材を剥がし、電極タブの薄肉部を観察したところ、図１３（ｃ）に示す範囲に薄肉部Ｔが生じていることが確認された。また、分解した電極タブの先端部と基端部との間の電気抵抗を測定した。
電極タブを切断した残りの電池のうちの１つについて、実施例１と同じ引っ張り試験機を用いて電極タブの導出方向（図１３における左右方向）における引張り強度を測定した。
また、電極タブを切断した残りの電池の２つについては、上記と同じ振動試験を行ったのち、その１つを上記と同じ引張り試験により電極タブの引張り強度を測定した。振動試験を行った残りの電池については、外装部材を剥がし、分解した電極タブの先端部と基端部との間の電気抵抗を測定した。
以上の結果を表１に示す。なお、表１には、後述する比較例１（電極タブを切断しなかった電池）の引張り強度及び電気抵抗をそれぞれ１００としたとき、これに対する相対的引張り強度及び相対的電気抵抗の値を示す。
これに対し、比較例１の電池では、振動試験に供するまでもなく、引張り強度の低下及び電気抵抗の上昇がともに確認された。また、比較例２の電池は、振動試験後の引張り強度の低下及び電気抵抗の増加が確認された。
１０…電池
１０１…正極板
１０２…セパレータ
１０３…負極板
１０４…正電極タブ
１０５…負電極タブ
１０６…上部外装部材
１０６１…端部
１０６２…端部の外縁
１０７…下部外装部材
１０７１…端部
１０７２…端部の外縁
１０８…発電要素
１１０，１１１…シール部材
１１２，１１３…突出部
１１２１，１１３１…突出部の外縁
ＣＬ１，ＣＬ２…切断線
１０１…正極板
１０２…セパレータ
１０３…負極板
１０４…正電極タブ
１０５…負電極タブ
１０６…上部外装部材
１０６１…端部
１０６２…端部の外縁
１０７…下部外装部材
１０７１…端部
１０７２…端部の外縁
１０８…発電要素
１１０，１１１…シール部材
１１２，１１３…突出部
１１２１，１１３１…突出部の外縁
ＣＬ１，ＣＬ２…切断線
Claims (5)
- 電極板を有する発電要素と、当該発電要素を内部に収容する外装部材と、前記電極板に接続され前記外装部材内部から外部に導出された板状の電極タブと、前記電極タブと当該電極タブが導出する前記外装部材の端部との間に介装されたシール部材と、を備えた電池の製造方法であって、
前記外装部材の前記端部に、前記電極タブの導出方向へ突出する突出部を形成する突出部形成工程と、
前記電極タブが接続された前記発電要素を前記外装部材内に収容するとともに、前記外装部材の前記端部と前記電極タブとの間に前記シール部材を介装し、少なくとも前記端部の範囲において前記端部、前記シール部材及び前記電極タブを接着する接着工程と、
少なくとも前記端部の外縁から外側にある前記電極タブの両主面を把持した状態で、前記電極タブを所定形状に切断する切断工程と、を有することを特徴とする電池の製造方法。 - 前記突出部形成工程における前記突出部は、前記端部の外縁近傍における前記電極タブの切断線に対し、非直線となる外縁を有することを特徴とする請求項１記載の電池の製造方法。
- 前記突出部形成工程において、複数の突出部を形成することを特徴とする請求項１又は２記載の電池の製造方法。
- 前記切断工程において、前記突出部の先端外縁から露出した前記シール部材は、前記電極タブとともに把持しないことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の電池の製造方法。
- 電極板を有する発電要素と、当該発電要素を収容する外装部材と、前記電極板に接続され前記外装部材から外部に導出された電極タブと、前記電極タブと当該電極タブが導出する前記外装部材の端部との間に介装されたシール部材と、を備えた電池であって、
前記電極タブはその一部が切断されることにより所定形状とされ、
前記端部の外縁近傍における前記電極タブの切断線に対し、非直線となる外縁を有する突出部が前記外装部材の端部に形成されていることを特徴とする電池。
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-
2007
- 2007-10-30 JP JP2007282166A patent/JP2009110812A/ja active Pending
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