JP2011216397A - 角形二次電池およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】捲回式扁平電極群の体積効率を向上する。
【解決手段】正極板122と負極板124とを、ポリエチレン製微多孔性セパレータ121と共に捲回し、圧縮して捲回電極群120を作製する。扁平捲回電極群120は捲回中心に扁平空間120Sが形成され、空隙内の一端部には平板状に押しつぶされた扁平部材120Fが配置されている。扁平部材120Fは、当初、円筒状に形成された捲回補助部材120Cであったものが、捲回電極群の原型120Pの圧縮に際して、扁平空間とともに扁平化したものである。正極板122と負極板124とセパレータ121を積層して捲回して成る捲回電極群の原型120Pを、厚み方向に圧縮して押し潰すことによって、その体積が大幅に減少し、最終的に体積効率の高い捲回電極群120を得ることができる。
【選択図】図4
【解決手段】正極板122と負極板124とを、ポリエチレン製微多孔性セパレータ121と共に捲回し、圧縮して捲回電極群120を作製する。扁平捲回電極群120は捲回中心に扁平空間120Sが形成され、空隙内の一端部には平板状に押しつぶされた扁平部材120Fが配置されている。扁平部材120Fは、当初、円筒状に形成された捲回補助部材120Cであったものが、捲回電極群の原型120Pの圧縮に際して、扁平空間とともに扁平化したものである。正極板122と負極板124とセパレータ121を積層して捲回して成る捲回電極群の原型120Pを、厚み方向に圧縮して押し潰すことによって、その体積が大幅に減少し、最終的に体積効率の高い捲回電極群120を得ることができる。
【選択図】図4
Description
本発明は、捲回電極群を有する角形二次電池およびその製造方法に関する。
捲回式扁平電極群は、帯状の正極電極板と負極電極板とを帯状のセパレータを介在させて巻物状に捲回して構成されている。この扁平電極群はリチウムイオン二次電池に用いて好適である。
一般に捲回式扁平電極群においては、樹脂成型品である軸芯に正極電極板および負極電極板がセパレータを介しつつ捲き取られている。軸芯は電気化学反応には関与しないため、電池容量を大きくする上で、軸芯が占める体積はデッドスペースである。
軸芯が占める体積を最小化するため、特許文献1では、断面が六角形の筒状のステンレス製軸芯に正負電極板とセパレータを捲回して成る電極群を軸芯に垂直の方向に押し潰している。特許文献1の捲回電極群によれば、押し潰された体積分だけ捲回電極群を小型化できる。
特許文献1の製造方法では、押し潰されてはいるものの、捲回電極群の中心部分に残存する軸芯の体積がデッドスペースとなる。
(1)請求項1の発明による角形二次電池は、正極活物質が塗布された正極板と、負極活物質が塗布された負極板とがセパレータを介して扁平形状に捲回された後に押し潰されて中心部に扁平空間が形成され、両端部に前記正負極活物質が塗布されていない正負極未塗工部が正負極接続部として設けられた捲回電極群と、前記捲回電極群が収納された容器と、前記正負極接続部がそれぞれ接続された正極外部端子および負極外部端子と、前記扁平空間の内周面の少なくとも一端側において前記捲回軸方向に延設され、絶縁性素材で筒状に形成され、前記捲回電極群の押し潰しにより扁平形状とされた捲回補助部材とを備えることを特徴とする。
(2)請求項6の発明は、平行に一体的に並置された第1および第2の捲き取りフォークを回転軸周りに一体に回転駆動して、前記第1および第2の巻き取りフォークの間に、正極板と負極板とを第1および第2のセパレータで絶縁しつつ捲回して捲回電極群を製造する方法であって、前記第1および/または第2の捲き取りフォークに嵌装される可撓性筒状の捲回補助部材を予め製作する工程と、前記捲回補助部材を前記第1および/または第2の捲き取りフォークに嵌装した状態で、前記正極板、負極板および第1および第2のセパレータの捲回を行って捲回電極群の原型を形成する工程と、前記捲回電極群の原型を、前記捲回補助部材とともに前記第1および/または第2の捲き取りフォークから抜き取る工程と、前記抜き取った前記捲回電極群の原型を厚み方向に圧縮する圧縮行程とを備えることを特徴とする。
(2)請求項6の発明は、平行に一体的に並置された第1および第2の捲き取りフォークを回転軸周りに一体に回転駆動して、前記第1および第2の巻き取りフォークの間に、正極板と負極板とを第1および第2のセパレータで絶縁しつつ捲回して捲回電極群を製造する方法であって、前記第1および/または第2の捲き取りフォークに嵌装される可撓性筒状の捲回補助部材を予め製作する工程と、前記捲回補助部材を前記第1および/または第2の捲き取りフォークに嵌装した状態で、前記正極板、負極板および第1および第2のセパレータの捲回を行って捲回電極群の原型を形成する工程と、前記捲回電極群の原型を、前記捲回補助部材とともに前記第1および/または第2の捲き取りフォークから抜き取る工程と、前記抜き取った前記捲回電極群の原型を厚み方向に圧縮する圧縮行程とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、扁平捲回電極群の体積効率を向上させて電池の小型化を図ることができる。
図1〜図11を参照して、本発明による角形二次電池をリチウムイオン二次電池に適用した実施形態を説明する。まず、本発明による捲回電極群が用いられる角形二次電池の一般的構成について説明し、その後に、本発明による捲回電極群について詳細に説明する。
[第1実施形態]
図1および図2において、角形二次電池20は、電池容器13内に絶縁シート12を介して扁平形捲回電極群120(図3参照)を収納して構成される。電池容器13の矩形開口は、矩形形状の電池蓋9を電池容器13にレーザ溶接して封止されている。電池蓋9には、正極外部端子8と、負極外部端子7とが設けられている。外部端子7,8を介して外部負荷に電力が供給され、あるいは、外部端子7,8を介して外部発電電力が捲回電極群120に充電される。
図1および図2において、角形二次電池20は、電池容器13内に絶縁シート12を介して扁平形捲回電極群120(図3参照)を収納して構成される。電池容器13の矩形開口は、矩形形状の電池蓋9を電池容器13にレーザ溶接して封止されている。電池蓋9には、正極外部端子8と、負極外部端子7とが設けられている。外部端子7,8を介して外部負荷に電力が供給され、あるいは、外部端子7,8を介して外部発電電力が捲回電極群120に充電される。
電池蓋9には、電池容器13内に電解液を注入する注液口11が穿設され、注液口11は、電解液注入後に注液栓19によって封止されている。電池蓋9にはガス排出弁10も設けられている。電池容器内の圧力が上昇すると、ガス排出弁10が開いて内部からガスが排出され、電池容器内の圧力が低減される。
捲回電極群120は、図3に示すように、正負極電極板122,124をセパレータ121を介在させつつ扁平状に捲回して成る。正負極電極板122,124は、活物質が塗布された活物質合剤層123,125を正負極集電箔上に形成したものであり、その幅方向(捲回方向に直交する方向)の両端部には、活物質合剤を塗布しない未塗工部122A,124Aが正負極接続部としてそれぞれ設けられている。集電箔が露出する未塗工部122A,124Aには集電体6,5が電気的に接続され、集電体6,5は、正負極外部端子8,7に接続されている。集電体6,5と外部端子8,7は、図示しない絶縁材によって電池蓋9と電気的に絶縁されている。また、電池蓋9の貫通孔には図示しないシール材が設けられ、電池容器からの液漏れを防止している。したがって、正負極接続部122Aおよび124Aは正負極外部端子8および7にそれぞれ接続されている。
電池容器13、電池蓋9は、共にアルミニウム合金で製作されている。正極側の集電体6、外部端子8はアルミニウム合金で製作され、負極側の集電体5、外部端子7は銅合金で製作されている。
次に、本発明による捲回電極群120について詳細に説明する。
捲回電極群120は、図4に示すように扁平形状を呈している。捲回電極群120は、セパレータ121を挟んで正極電極板122と負極電極板124とを複数層に捲回して作製した捲回電極群の原型(120P)をP方向に押し潰して作製することができる。捲回電極群120の捲回中心には扁平空間120Sが形成され、扁平空間120Sの内周面の一端部には平板状に押し潰された扁平部材120Fが配設されている。
扁平部材120Fは、当初、円筒状に形成された可撓性シース(可撓性円筒部材)120C(図5(a)参照)であったものが、捲回電極群120の圧縮に際して扁平空間120Sとともに扁平化したものである(図5(b)参照)。すなわち、捲回装置により正極電極板122と負極電極板124とセパレータ121とを捲回して成る捲回電極群の原型120P(図9(a)参照)を、厚み方向(図4の白抜矢印で示すP方向)に圧縮して押し潰すことによって、その体積が大幅に減少し、最終的に体積効率の高い扁平形状の捲回電極群120(図9(b)参照)を得ることができる。
可撓性シース120Cはセパレータ121と同一材料であるので、二次電池の電気的特性に悪影響を与えることはない。なお、可撓性シース120Cは、当初は円筒状であるが、捲回電極群の原型120Pの圧縮により圧縮されて扁平化され、当初の機能は無くなるので、捲回補助部材と呼ぶことにする。
正極電極板122は、厚さ20μmのアルミニウム箔集電体の両面の各々に厚さ50μmの正極合剤層を形成した幅60mmの帯状電極板である。この正極合剤層は、一般式LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2で表される正極活物質85重量部と、黒鉛粉末10重量部と、ポリフッ化ビニリデン樹脂5重量部から成り、正極合剤層の質量はアルミニウム箔集電体1m2当たり、片面で130gとした。
負極電極板124は、厚さ15μmの銅箔集電体の両面の各々に厚さ45μmの負極合剤層を形成した幅60mmの帯状電極板である。この負極合剤層は、非晶質系炭素活物質95重量部と、ポリフッ化ビニリデン樹脂5重量部から成り、負極合剤層の質量は、銅箔集電体1m2当たり、片面で45gとした。セパレータは、ポリオレフィンフィルムを一軸延伸した厚さ40μm、幅62mmの帯状シートである。
なお、負極活物質合剤層125は正極活物質合剤層123より捲回軸と直交する方向に幅が大きく、正極活物質合剤層123の全ての領域は負極活物質合剤層125と対向する。
次に、本発明による捲回電極群120の製造工程について、図5〜図9を参照して説明する。なお、図3および図4で示すセパレータ121を便宜上、2つのセパレータ121Aおよび121Bとして図示している。
捲回電極群120の製造工程は、捲回工程と圧縮工程とを含む。捲回工程は、円筒部材作製工程と、円筒部材装着工程と、セパレータ溶着工程と、セパレータ捲回工程と、セパレータ/電極板捲回工程とを含む。
捲回工程では、図5に示す捲回装置200が用いられる。この捲回装置200は、平行に並置され一体的に回転する少なくとも2本の捲き取りフォーク32Aおよび32Bと、2本のフォーク32Aおよび32Bを一体的に回転駆動するための回転軸31と、回転軸31を回転させることによりフォーク32Aおよび32Bを一体的に回転させる回転駆動装置33とを備える。捲き取りフォーク32Aおよび32Bは、例えば、直径3mm、長さ100mmの鋼製円柱2本からなり、30mmの間隔で互いに平行に配置されている。
[捲回工程]
(a)円筒部材作製工程
図5に示すような円筒形状の可撓性シース120Cを、予め、次のようにして作製する。すなわち、セパレータ121と同一のシート材(フィルム)を円筒状に丸め、端部を熱溶着することによって、例えば、直径5mm、長さ62mmの円筒状の可撓性シース120Cを作製する。
(a)円筒部材作製工程
図5に示すような円筒形状の可撓性シース120Cを、予め、次のようにして作製する。すなわち、セパレータ121と同一のシート材(フィルム)を円筒状に丸め、端部を熱溶着することによって、例えば、直径5mm、長さ62mmの円筒状の可撓性シース120Cを作製する。
(b)捲き取りフォークへのセット工程
図5に示すように、捲回装置200のフォーク32Aに可撓性シース120Cを矢印の方向から嵌装する。後述するように、フォーク32Aおよび32Bは、回転軸31を中心に一体的に回転して、正極板122と負極板124とセパレータ121とを捲回して捲回電極群の原型120Pを製作する。
図5に示すように、捲回装置200のフォーク32Aに可撓性シース120Cを矢印の方向から嵌装する。後述するように、フォーク32Aおよび32Bは、回転軸31を中心に一体的に回転して、正極板122と負極板124とセパレータ121とを捲回して捲回電極群の原型120Pを製作する。
(c)セパレータ溶着工程
図6に示すように、一方の捲き取りフォーク32Aに嵌装した可撓性シース120Cに2枚のセパレータ121Aおよび121Bの端部130を溶着する。端部130は溶着部である。
図6に示すように、一方の捲き取りフォーク32Aに嵌装した可撓性シース120Cに2枚のセパレータ121Aおよび121Bの端部130を溶着する。端部130は溶着部である。
(d)セパレータ捲回工程
図7に示すように、フォーク32Aおよび32Bを回転軸31を中心に回転させて、セパレータ121Aおよび121Bを、フォーク32Aに嵌挿した可撓性シース120とフォーク32Bとの間に複数回、たとえば3回捲回されている。ただし、1回だけ捲回してもよい。
図7に示すように、フォーク32Aおよび32Bを回転軸31を中心に回転させて、セパレータ121Aおよび121Bを、フォーク32Aに嵌挿した可撓性シース120とフォーク32Bとの間に複数回、たとえば3回捲回されている。ただし、1回だけ捲回してもよい。
(e)セパレータおよび電極板の捲回工程
次いで、図7に示すように、正極電極板122と負極電極板124を互いに接触しないようにセパレータ121Aおよび121B間に挿入する。その後、フォーク32Aおよび32Bを十数回、例えば19回回転して、正極板122,負極板124,セパレータ121Aおよび121Bを捲回する。以上の工程により、図8に示すような圧縮前の捲回電極群120Pを得る。圧縮前の捲回電極群120Pを捲回電極群の原型と呼ぶ。
なお、図7において、正極板122と負極板124の配置を逆にしてもよい。
次いで、図7に示すように、正極電極板122と負極電極板124を互いに接触しないようにセパレータ121Aおよび121B間に挿入する。その後、フォーク32Aおよび32Bを十数回、例えば19回回転して、正極板122,負極板124,セパレータ121Aおよび121Bを捲回する。以上の工程により、図8に示すような圧縮前の捲回電極群120Pを得る。圧縮前の捲回電極群120Pを捲回電極群の原型と呼ぶ。
なお、図7において、正極板122と負極板124の配置を逆にしてもよい。
このとき、正極電極板122、負極電極板124、セパレータ121Aおよび121Bには張力が加えられ、フォーク32Aおよび32Bはこの張力に対向しつつ、正極電極板122、負極電極板124、セパレータ121Aおよび121Bを支持する。これによって、矩形平板状の1枚の芯材を用いることなく安定した電極板の捲回が可能となる。
(f)捲回電極群原型の抜き取り工程
捲回完了後、フォーク32Aおよび32Bから、捲回電極群の原型120Pを可撓性シース120Cとともに抜き取る(図9(a)参照)。
捲回完了後、フォーク32Aおよび32Bから、捲回電極群の原型120Pを可撓性シース120Cとともに抜き取る(図9(a)参照)。
可撓性シース120Cはフォーク32Aに嵌装されているので、捲回電極群の原型120Pをフォーク32Aから抜き取る作業は容易である。また、フォーク32Aおよび32Bの離間配置によって扁平空間120S(図8および図9参照)が充分幅広に形成されているので、フォーク32Bは幅方向について拘束されていない。従って、フォーク32A側の捲回電極群の原型120Pの端部をフォーク32Aから抜き取り、その後、捲回電極群の原型120Pの他端部をフォーク32Bから抜き取ることによって、フォーク32B側の捲回電極群の原型120Pも円滑にフォーク32Bから抜き取ることができる。
従って、フォーク32Aおよび32Bの抜き取りに際して、捲回電極群120に損傷等生じることはない。
従って、フォーク32Aおよび32Bの抜き取りに際して、捲回電極群120に損傷等生じることはない。
[圧縮工程]
図9で得られた捲回電極群の原型120Pを厚み方向(図4の白抜き矢印P方向)に圧縮し、高さ46mm、幅62mm、厚さ12mmの捲回電極群120が得られた。この圧縮時に、可撓性シース120Cは圧縮、変形された扁平部材120F(図4および図9参照)となる。
図9で得られた捲回電極群の原型120Pを厚み方向(図4の白抜き矢印P方向)に圧縮し、高さ46mm、幅62mm、厚さ12mmの捲回電極群120が得られた。この圧縮時に、可撓性シース120Cは圧縮、変形された扁平部材120F(図4および図9参照)となる。
扁平部材120Fはセパレータ121Aおよび121Bと同一材料であり、充分な可撓性を有するため、充分肉薄に圧縮される。これによって、捲回電極群120を最小限の厚さに圧縮することができる。
一方、扁平空間120Sは充分幅広であるので、扁平部材120Fは幅方向について、捲回電極群120の体積に影響を与えることはない。
これによって、捲回電極群120の体積効率は最大限に高められる。
これによって、捲回電極群120の体積効率は最大限に高められる。
以上説明した角形リチウムイオン二次電池の作用効果を説明する。
(1)捲回電極群の中心部に芯材を設ける必要がない。そのため、高容量の角形リチウムイオン二次電池を小型化することができ、捲回電極群の体積効率を向上することができる。
(2)押し潰された扁平部材120Fは捲回電極群120の中心に残存するが、扁平部材120Fは樹脂製のフィルムであり、かつ、捲回時にのみ使用されて捲回後は押し潰される捲回補助部材であり、従来技術の芯材とは機能が異なる。したがって、断面が六角形の筒状のステンレス製軸芯を潰した従来技術に比べて、捲回電極群の捲回中心部に形成された扁平空間内で占有する割合を格段に小さくできる。
(1)捲回電極群の中心部に芯材を設ける必要がない。そのため、高容量の角形リチウムイオン二次電池を小型化することができ、捲回電極群の体積効率を向上することができる。
(2)押し潰された扁平部材120Fは捲回電極群120の中心に残存するが、扁平部材120Fは樹脂製のフィルムであり、かつ、捲回時にのみ使用されて捲回後は押し潰される捲回補助部材であり、従来技術の芯材とは機能が異なる。したがって、断面が六角形の筒状のステンレス製軸芯を潰した従来技術に比べて、捲回電極群の捲回中心部に形成された扁平空間内で占有する割合を格段に小さくできる。
(3)一方のフォーク32Aには、セパレータ121と同じポリオレフィンフィルムを複数回巻き回して円筒状に形成した可撓性シース120Cが嵌装されている。可撓性シース120Cと他方のフォーク32Bとの間に、電極板122,124とセパレータ121を複数回掛け回して(捲回して)捲回電極群の原型120Pを作製した。この捲回電極群の原型120Pをフォーク32A,32Bから抜き取り、圧縮して扁平電極群120を作製した。可撓性シース120Cをフォーク32Aから抜き取ることで捲回電極群の原型120Pをフォークから抜き取るようにしたので、捲回電極群の原型120Pの抜き取り作業が容易であり、かつ、捲回電極群の原型120Pを損傷する恐れもない。
軸芯を用いて捲回式電極群を構成した後に、軸芯を除去する従来例では、工程が煩雑となるし、軸芯を除去する工程で電極やセパレータの変形や破損を招きかねない。
[第2実施形態]
次に、本発明による角形リチウムイオン二次電池の第2実施形態を、図10を参照して説明する。なお、図中、第1実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
次に、本発明による角形リチウムイオン二次電池の第2実施形態を、図10を参照して説明する。なお、図中、第1実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
第1実施形態では、可撓性シース120Cは、セパレータ121Aおよび121Bとは独立した円筒状部材として予め作製した。第2実施形態では、一方のセパレータ121Aの先端を円筒状に丸めて可撓性シース120Cを一体的に形成したものである。
図10に示すように、第2実施形態の可撓性シース120Cは、一方のセパレータ121Bの端部121BEを円筒状に丸めて熱溶着(溶着部を符号140で示す。)することによって、セパレータ121Bと一体に形成されている。その直径、長さは第1実施形態と同様、直径5mm、長さ62mmである。そして、セパレータ121Aは溶着部140において、セパレータ121Bに溶着されている。
その後の捲回電極群の製造工程は第1実施形態と同様であり、第2実施形態の角形リチウムイオン二次電池も第1実施形態と同様の効果を奏する。
[第3実施形態]
次に、本発明による角形リチウムイオン二次電池の第3実施形態を、図11を参照して説明する。なお、図中、第1実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
次に、本発明による角形リチウムイオン二次電池の第3実施形態を、図11を参照して説明する。なお、図中、第1実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
第1実施形態では、可撓性シース120Cは、セパレータ121Aおよび121Bとは独立の円筒状部材として予め作製した。第3実施形態では、可撓性シース120Cを、セパレータ121を2カ所で溶着して形成するものである。
図11に示すように、セパレータ121Aおよび121Bは、その端部121AE、121BEにおいて、所定の間隔(例えば8mm)を置いて、2カ所の溶着部(接着部)150、152で溶着されている。溶着部150、152は、充分な溶着強度が得られるように、セパレータ121Aおよび121Bの幅方向に所定長さ形成されている。
その結果、溶着部150、152の間の部分に、捲き取りフォーク32Aを挿入することができる可撓性シース120Cが形成される。可撓性シース120Cは、可撓性材料より成るセパレータ121によって形成されるので、可撓性を有する。
その後、可撓性シース120Cを捲き取りフォーク32Aに挿入するとともに、捲き取りフォーク32Aおよび32Bを回転軸31を中心に一体に旋回させて第1実施形態と同様の捲回を行う。
その後の捲回電極群の製造工程は第1実施形態と同様であり、第3実施形態の角形リチウムイオン二次電池も第1実施形態と同様の効果を奏する。
[比較例]
以上の実施形態の効果を確認するために、以下の比較例を製作した。
比較例の捲回式扁平電極群を構成するに当たり、ポリプロピレン製軸芯を用い、正極板と負極板とセパレータの捲回を行った。この軸芯は扁平な短冊状であり、長さ62mm、幅32mm、厚み2.3mmを有する。
以上の実施形態の効果を確認するために、以下の比較例を製作した。
比較例の捲回式扁平電極群を構成するに当たり、ポリプロピレン製軸芯を用い、正極板と負極板とセパレータの捲回を行った。この軸芯は扁平な短冊状であり、長さ62mm、幅32mm、厚み2.3mmを有する。
軸芯は、その長さ方向に平行に位置する音叉状の保持器具に、軸芯の幅方向から挟まれ、保持される。この保持器具が、軸芯の長さ方向を軸として回転することで、軸芯に固着されたセパレータと正極板と負極板が捲回される。軸芯の平面上に捲回式扁平電極群を構成するセパレータ2枚の端部を熱溶着することで、一体化した。
次に、正極板と負極板を互いに接触しないようにセパレータを介在させて十数回、例えば16回捲回した。捲回完了後、保持器具から電極群を抜き取り、高さ46mm、幅62mm、厚さ12mmの捲回式扁平電極群が得られた。なお、この電極群の中心部分にはポリプロピレン製軸芯が残存している。
実施例1〜3及び比較例1で得られた捲回式扁平電極群は、いずれも高さ46mm、幅62mm、厚さ12mmであった。一方、各々の捲回式扁平電極群の中心部分には、実施形態1〜3ではセパレータ3巻分に相当するデッドスペースが存在し、比較例1では軸芯に相当するデッドスペースが存在する。それらの体積は、実施例1〜3では約0.9cm3であり、比較例1では約4.5cm3であって、実施形態1〜3の方が比較例1よりも体積効率に優れていることが分かる。
実施形態1〜3及び比較例1で得られた捲回式扁平電極群を用い、高さ50mm、幅73mm、厚さ14mmのアルミニウム缶角型電池を構成した。電解液には、エチレンカーボネート30重量部、ジメチルカーボネート30重量部、エチルメチルカーボネート40重量部からなる混合溶媒に、六フッ化リン酸リチウムが1モル/リットルとなるように調整されたものを用いた。25℃における1C放電容量を比較すると、実施形態1〜3で得られた捲回式扁平電極群を用いた電池を100とした場合に、比較例1で得られた捲回式扁平電極群を用いた電池では85であり、実施形態1〜3の方が比較例1よりも体積効率に優れていることが分かる。
本発明によれば、軸芯を用いること無く、安定して捲回式扁平電極群を得ることができ、軸芯を用いた従来の捲回式扁平電極群の場合と比較して、電気化学反応に関与しないデッドスペースを極めて少なくすることができ、電池の体積効率を向上させることができる。
[変形例]
第1および第2実施形態では、扁平部材120Fの原形は、円筒状の可撓性シース120Cであったが、円筒以外の形状、例えば、楕円筒体、六角筒等多角形筒体、扁平部材への圧縮が可能な任意の筒体を採用することができる。
また、多数の孔が形成されたシート材、ネット材等により、より軽量な可撓性シース120Cを形成することも可能である。
さらに、可撓性シース120Cをセパレータとは異なる絶縁性の素材を用いて作製してもよい。
第1および第2実施形態では、扁平部材120Fの原形は、円筒状の可撓性シース120Cであったが、円筒以外の形状、例えば、楕円筒体、六角筒等多角形筒体、扁平部材への圧縮が可能な任意の筒体を採用することができる。
また、多数の孔が形成されたシート材、ネット材等により、より軽量な可撓性シース120Cを形成することも可能である。
さらに、可撓性シース120Cをセパレータとは異なる絶縁性の素材を用いて作製してもよい。
以上の実施形態では、捲き取りフォーク32Aおよび32Bの一方のみに可撓性シース120Cを嵌装したが、両フォーク32Aおよび32Bに可撓性シース120Cを嵌装して、両フォーク32Aおよび32Bの抜き取りをさらに円滑化してもよい。
以上の実施形態では、2本の捲き取りフォーク32Aおよび32Bを備えた捲回装置200を使用したが、三角形、四角形、その他の多角形の頂点に平行な捲き取りフォークを配置した捲回装置を使用してもよい。
この場合、1本あるいは2本以上のフォークに可撓性シースを嵌装することによって同様の効果を得ることができる。
この場合、1本あるいは2本以上のフォークに可撓性シースを嵌装することによって同様の効果を得ることができる。
以上の実施形態では、溶着によって可撓性シースを形成したが、接着剤その他の手段による接着を行ってもよい。
電池蓋9が帯状の矩形開口を封止するものとして説明したが、幅広面に開口を設け、電池蓋9が幅広開口を封止するような角形電池にも本発明を適用できる。この場合、正負極接続部122Aおよび124Aが接続される外部端子8および7の設置面はいずれの側面であってもよい。
以上の説明は一例であり、本発明は実施形態や変形例に限定されない。したがって、正極活物質123が塗布された正極板122と、負極活物質125が塗布された負極板124とがセパレータ121を介して扁平形状に捲回された後に押し潰されて中心部に扁平空間120Sが形成され、両端部に正負極活物質123および125が塗布されていない正負極未塗工部が正負極接続部122Aおよび124Aとして設けられた捲回電極群120と、捲回電極群120が収納された容器13と、正負極接続部122Aおよび124Aがそれぞれ接続された正極外部端子および負極外部端子と、扁平空間120Sの内周面の少なくとも一端側において捲回軸方向に延設され、絶縁性素材で筒状に形成され、捲回電極群120の押し潰しにより扁平形状とされた捲回補助部材120Fとを備えるあらゆる形態の角形二次電池にも、本発明を適用できる。
31:回転軸
32A、32B:捲き取りフォーク
33:回転駆動装置
120:扁平捲回電極群
120P:捲回電極群
120S:扁平空間
120F:扁平部材
120C:可撓性シース
121,121A,121B:セパレータ
122:正極板
124:負極板
200:捲回装置
32A、32B:捲き取りフォーク
33:回転駆動装置
120:扁平捲回電極群
120P:捲回電極群
120S:扁平空間
120F:扁平部材
120C:可撓性シース
121,121A,121B:セパレータ
122:正極板
124:負極板
200:捲回装置
Claims (10)
- 正極活物質が塗布された正極板と、負極活物質が塗布された負極板とがセパレータを介して扁平形状に捲回された後に押し潰されて中心部に扁平空間が形成され、両端部に前記正負極活物質が塗布されていない正負極未塗工部が正負極接続部として設けられた捲回電極群と、
前記捲回電極群が収納された容器と、
前記正負極接続部がそれぞれ接続された正極外部端子および負極外部端子と、
前記扁平空間の内周面の少なくとも一端側において前記捲回軸方向に延設され、絶縁性素材で筒状に形成され、前記捲回電極群の押し潰しにより扁平形状とされた捲回補助部材とを備えることを特徴とする角形二次電池。 - 請求項1に記載の角形二次電池において、
前記捲回補助部材は、前記セパレータと同じ素材で作製されていることを特徴とする角形二次電池。 - 請求項1または2に記載の角形二次電池において、
前記捲回補助部材は、押し潰される前は円筒状であり、押し潰されて扁平形状となることを特徴とする角形二次電池。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の角形二次電池において、
前記捲回補助部材は、前記扁平空間の両端部にそれぞれ設けられていることを特徴とする角形二次電池。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の角形二次電池において、
前記捲回補助部材は、前記セパレータの一端を丸めて一体的に形成されていることを特徴とする角形二次電池。 - 平行に一体的に並置された第1および第2の捲き取りフォークを回転軸周りに一体に回転駆動して、前記第1および第2の巻き取りフォークの間に、正極板と負極板とを第1および第2のセパレータで絶縁しつつ捲回して捲回電極群を製造する方法であって、
前記第1および/または第2の捲き取りフォークに嵌装される可撓性筒状の捲回補助部材を予め製作する工程と、
前記捲回補助部材を前記第1および/または第2の捲き取りフォークに嵌装した状態で、前記正極板、負極板および第1および第2のセパレータの捲回を行って捲回電極群の原型を形成する工程と、
前記捲回電極群の原型を、前記捲回補助部材とともに前記第1および/または第2の捲き取りフォークから抜き取る工程と、
前記抜き取った前記捲回電極群の原型を厚み方向に圧縮する圧縮行程とを備えることを特徴とする捲回電極群の製造方法。 - 請求項6記載の製造方法において、
前記捲回補助部材作製工程は、前記第1および第2のセパレータと同一素材のシートを円筒状に形成して前記捲回補助部材を形成する工程を含むことを特徴とする捲回電極群の製造方法。 - 請求項6記載の製造方法において、
前記捲回補助部材作製工程は、第1または第2のセパレータの端部を丸め、そのセパレータと一体的に前記捲回補助部材を形成する工程を含むことを特徴とする捲回電極群の製造方法。 - 請求項6記載の製造方法において、
前記捲回補助部材作製工程は、第1および第2のセパレータの先端部の所定間隔をあけた2箇所を接合し、前記接合した第1および第2のセパレータの間に前記捲回補助部材を形成する工程を含むことを特徴とする捲回電極群の製造方法。 - 請求項6乃至9のいずれか1項に記載の製造方法において、
前記捲回工程は、前記第1および第2のフォーク間に、前記第1および/または第2のセパレータを1周以上捲回する第1捲回工程と、前記第1捲回工程の後で、前記第1および第2のフォーク間に、前記正極板と前記負極板を前記セパレータで絶縁しつつ捲回する第2捲回工程とを含むことを特徴とする捲回電極群の製造方法。
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---|---|---|---|
JP2010085106A JP2011216397A (ja) | 2010-04-01 | 2010-04-01 | 角形二次電池およびその製造方法 |
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JP2010085106A Withdrawn JP2011216397A (ja) | 2010-04-01 | 2010-04-01 | 角形二次電池およびその製造方法 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013161755A (ja) * | 2012-02-08 | 2013-08-19 | Toyota Industries Corp | 蓄電装置、車両及び蓄電装置の製造方法 |
JP2013232439A (ja) * | 2012-05-01 | 2013-11-14 | Hitachi Vehicle Energy Ltd | 扁平捲回形二次電池およびその製造方法 |
JP2013235705A (ja) * | 2012-05-08 | 2013-11-21 | Gs Yuasa Corp | 蓄電素子 |
-
2010
- 2010-04-01 JP JP2010085106A patent/JP2011216397A/ja not_active Withdrawn
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