JP2011228400A - Electrochemical device and manufacturing method for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気二重層キャパシタ(EDLC)などの電気化学デバイス及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to an electrochemical device such as an electric double layer capacitor (EDLC) and a manufacturing method thereof.
従来の巻回電極を用いた電気化学デバイス(電池、EDLC)に関する技術は、特許文献1〜11に開示されている。特許文献1は金属箔スペーサに関する技術について開示し、特許文献2は樹脂スペーサに関する技術について開示し、特許文献3は絶縁テープの貼付に関する技術について開示し、特許文献4は巻回端面への端子取付に関する技術について開示し、特許文献5は保護層形成に関する技術について開示し、特許文献6は金属帯取付に関する技術について開示し、特許文献7は絶縁スペーサ膜取付に関する技術について開示し、特許文献8はセパレータをスペーサで隔離する技術について開示し、特許文献9は絶縁スペーサ層を用いた技術について開示し、特許文献10及び特許文献11は金属スペーサ帯を用いた技術について開示している。
The technique regarding the electrochemical device (battery, EDLC) using the conventional winding electrode is disclosed by patent documents 1-11.
多くの巻回型の電気化学デバイスでは、一対の帯状電極と、一対の帯状のセパレータを交互に重ねて配置する。1つの帯状電極の上下面には活性炭が、バインダ樹脂によって塗布されている。重ねられたものを巻芯の周囲に巻きつけ、巻きつけられた電極の幅方向の端部同士を直接溶着してそのまま取出電極として用いている。ここで、帯状電極を直接溶着するのは、余分な端子をこれに取り付けると、インピーダンスが高くなるからである。 In many wound-type electrochemical devices, a pair of strip electrodes and a pair of strip separators are alternately stacked. Activated carbon is applied to the upper and lower surfaces of one strip electrode with a binder resin. The stacked ones are wound around the core, and the ends in the width direction of the wound electrodes are directly welded and used directly as the extraction electrode. Here, the reason why the belt-like electrode is directly welded is that when an extra terminal is attached thereto, the impedance becomes high.
図9は、比較のための電気化学デバイスの縦断面図である。なお、図9において、構造の説明の明確化のため電気化学デバイス本体10は断面ではなく側面状態をそのまま示している。
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of an electrochemical device for comparison. In FIG. 9, the
包囲体は、筒体H及び電極板L1,L2から構成されており、この包囲体の内部に電解液LQと共に、電気化学デバイス本体10が収容されている。図面の下方に位置する電極板L2は、筒体Hと一体的に成形されており、上方に位置する電極板L1は、樹脂製の蓋材L1Rに埋め込まれており、樹脂製の蓋材L1Rが、筒体Hの開口を塞いでいる。デバイス本体10の図面の上下方向の端部からは、それぞれキャパシタの両端子をそれぞれ構成する金属電極タブ10L1及び10L2が延びており、これらはそれぞれ電極板L1及びL2に接触し、且つ、電気的に接続されている。
The enclosure includes a cylindrical body H and electrode plates L1 and L2, and the electrochemical device
このような構造の電気化学デバイスの場合、金属電極タブ10L1及び10L2が若干の抵抗を有するため、これが内部抵抗の増加に寄与する。一般には、電気化学デバイスの劣化に伴って、内部抵抗が増加する傾向があり、この場合には外部負荷に与える電圧が低下してしまうという不具合がある。そこで、内部抵抗を低下させるために、金属電極タブを用いないで、電気化学デバイス本体の端部を直接、電極板に溶接することが考えられる。 In the case of an electrochemical device having such a structure, the metal electrode tabs 10L1 and 10L2 have a slight resistance, which contributes to an increase in internal resistance. In general, the internal resistance tends to increase as the electrochemical device deteriorates. In this case, there is a problem that the voltage applied to the external load decreases. Therefore, in order to reduce the internal resistance, it is conceivable to weld the end portion of the electrochemical device body directly to the electrode plate without using the metal electrode tab.
しかしながら、電気化学デバイス本体の端部を、電極板に直接溶接すると、特性がばらついてしまうという問題がある。 However, when the end of the electrochemical device body is directly welded to the electrode plate, there is a problem that the characteristics vary.
この特性のばらつきについて、本願発明者が鋭意検討したところ、直接溶接の場合、電極板からデバイス本体の端部に、熱が伝達されると共に、圧力が印加され、かかる熱と圧力が原因となって、電気化学デバイス本体の端部が変形し、大きく特性がばらついてしまうことが判明した。 The inventor of the present application diligently studied the variation in characteristics, and in the case of direct welding, heat is transmitted from the electrode plate to the end of the device body, and pressure is applied, which is caused by the heat and pressure. As a result, it has been found that the end of the electrochemical device body is deformed and its characteristics vary greatly.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、特性のばらつきが抑制される巻回型の電気化学デバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a problem, and it aims at providing the winding type electrochemical device by which the dispersion | variation in a characteristic is suppressed, and its manufacturing method.
上述の課題を解決するため、本発明に係る巻回型の電気化学デバイスは、包囲体と、前記包囲体内部に封入された電気化学デバイス本体であって、巻回された正極帯状電極と、前記正極帯状電極に対向するように巻回された負極帯状電極とを有する電気化学デバイス本体と、前記正極帯状電極と前記負極帯状電極との間に介在するセパレータと、を備えている。 In order to solve the above-described problem, a wound electrochemical device according to the present invention includes an enclosure, an electrochemical device body enclosed in the enclosure, and a wound positive electrode strip electrode, An electrochemical device body having a negative electrode strip wound so as to face the positive electrode strip, and a separator interposed between the positive electrode strip and the negative electrode strip.
前記正極帯状電極は、巻回された帯状の正極側主金属箔と、前記正極側主金属箔の巻回軸周りに沿って形成された正極側活物質層と、前記正極側主金属箔の巻回軸に沿った一端側において巻回軸周りに沿って前記正極側主金属箔に設けられた正極側補助金属部と、前記正極側補助金属部と前記正極側活物質層との間に設けられた正極側熱可塑性樹脂からなり、前記正極側補助金属部よりも薄く前記セパレータに接触せず、且つ、前記正極側補助金属部の側面及び前記正極側活物質層の側面の双方に接触している正極側補強樹脂層と、を有している。 The positive electrode strip electrode includes a wound positive electrode main metal foil, a positive electrode active material layer formed around the winding axis of the positive electrode main metal foil, and the positive electrode main metal foil. A positive side auxiliary metal part provided on the positive side main metal foil along the winding axis at one end side along the winding axis, and between the positive side auxiliary metal part and the positive side active material layer It consists of a provided positive electrode side thermoplastic resin, is thinner than the positive electrode side auxiliary metal part, does not contact the separator, and contacts both the side surface of the positive electrode side auxiliary metal part and the side surface of the positive electrode side active material layer A positive-side reinforcing resin layer.
同様に、前記負極帯状電極は、巻回された帯状の負極側主金属箔と、前記負極側主金属箔の巻回軸周りに沿って形成された負極側活物質層と、前記負極側主金属箔の巻回軸に沿った他方端側において巻回軸周りに沿って前記負極側主金属箔に設けられた負極側補助金属部と、前記負極側補助金属部と前記負極側活物質層との間に設けられた負極側熱可塑性樹脂からなり、前記負極側補助金属部よりも薄く前記セパレータに接触せず、且つ、前記負極側補助金属部の側面及び前記負極側活物質層の側面の双方に接触している負極側補強樹脂層と、を備えている。 Similarly, the negative electrode strip electrode includes a wound negative electrode side main metal foil, a negative electrode active material layer formed around the winding axis of the negative electrode main metal foil, and the negative electrode main layer. On the other end side along the winding axis of the metal foil, the negative side auxiliary metal part provided on the negative side main metal foil along the winding axis, the negative side auxiliary metal part, and the negative electrode side active material layer Between the negative electrode side auxiliary metal portion and the side surface of the negative electrode side auxiliary metal portion and the side surface of the negative electrode side active material layer. And a negative electrode side reinforcing resin layer that is in contact with both.
この電気化学デバイスによれば、正極及び負極の主金属箔には、補助金属部が設けられているため、かかる部位の機械的強度が増加すると共に、補助金属部が各帯状電極の径方向への移動を規制するので、これらの間の容量の変化が抑制される。また、正極及び負極の補助金属部と活物質層との間には、それぞれ熱可塑性樹脂からなり双方の側面に接触した補強樹脂層が設けられているので、これが確実にかかる部位の機械的強度を高めると共に、補助金属部と且つ物質層との間の相対移動を規制し、電気化学デバイスの特性のばらつきを更に抑制している。 According to this electrochemical device, since the auxiliary metal part is provided in the main metal foil of the positive electrode and the negative electrode, the mechanical strength of the part increases and the auxiliary metal part extends in the radial direction of each strip electrode. Therefore, the change in capacity between them is suppressed. In addition, since a reinforcing resin layer made of a thermoplastic resin and in contact with both side surfaces is provided between the auxiliary metal part of the positive electrode and the negative electrode and the active material layer, the mechanical strength of the portion where this is reliably applied is provided. In addition, the relative movement between the auxiliary metal part and the material layer is restricted, and variations in the characteristics of the electrochemical device are further suppressed.
また、この補強樹脂層は補助金属部よりも薄く、セパレータには接触しない構成としてあるため、かかる補強樹脂層から直接的にセパレータに熱が伝達されることはなく、セパレータが熱から保護されることとなり、セパレータの劣化に起因した特性のばらつきも更に抑制することができる。ポリアクリロニトリルなどの内部抵抗が小さくなる樹脂系セパレータを採用する際には、特に、この構造は有用である。昨今、低抵抗化(内部抵抗)の方策として、電極(活物質層)の厚みを薄くしていく方策が取られる場合があり、補助金属箔なども同時に厚くした場合、強度が非常に弱くなるが、樹脂層があることにより、低抵抗であっても高い強度を維持することが可能となる。 In addition, since the reinforcing resin layer is thinner than the auxiliary metal portion and does not contact the separator, heat is not directly transferred from the reinforcing resin layer to the separator, and the separator is protected from heat. In other words, the variation in characteristics due to the deterioration of the separator can be further suppressed. This structure is particularly useful when adopting a resin separator such as polyacrylonitrile having a low internal resistance. Recently, as a measure for lowering resistance (internal resistance), there are cases where measures are taken to reduce the thickness of the electrode (active material layer). If the auxiliary metal foil is also thickened at the same time, the strength becomes very weak. However, the presence of the resin layer makes it possible to maintain high strength even with low resistance.
また、本発明に係る電気化学デバイスは、前記正極帯状電極及び前記負極帯状電極の巻回軸方向の一方の端部は、前記包囲体の蓋を構成する電極板に直接溶接されていることを特徴とする。 In the electrochemical device according to the present invention, one end in the winding axis direction of the positive electrode strip electrode and the negative electrode strip electrode is directly welded to an electrode plate constituting the lid of the enclosure. Features.
この場合、電極板に、直接、それぞれの帯状電極が溶接されているため、内部抵抗を減少させることができるが、溶接時の熱と圧力に対する耐性も向上しているため、上述のように特性のばらつきは抑制されている。 In this case, since each strip electrode is directly welded to the electrode plate, the internal resistance can be reduced, but the resistance to heat and pressure during welding is also improved, so the characteristics as described above. The variation of is suppressed.
また、本発明に係る前記包囲体は、金属製の筒体と、前記電極板と前記筒体との間に介在する絶縁リングと、前記電極板の周辺部位と、前記筒体の外表面とを被覆する熱収縮チューブと、を備えていることを特徴とする。 The enclosure according to the present invention includes a metal cylinder, an insulating ring interposed between the electrode plate and the cylinder, a peripheral portion of the electrode plate, and an outer surface of the cylinder. And a heat-shrinkable tube for coating.
電極板と直接溶接するためには、金属からなる必要があるが、筒体も金属とした場合、正負の電極がショートしてしまうため、筒体と電極板との間に絶縁リングを介在させることとし、熱収縮チューブを用いることで、これらを固定することができている。 In order to weld directly to the electrode plate, it is necessary to be made of metal. However, if the cylinder is also made of metal, the positive and negative electrodes are short-circuited, so an insulating ring is interposed between the cylinder and the electrode plate. In particular, these can be fixed by using heat-shrinkable tubes.
また、本発明においては、前記包囲体は、前記電極板により封止される金属製の筒体を備えており、前記筒体の一部分は、外周から中心方向に向けて凹むことで、前記筒体の内部表面を前記電気化学デバイス本体の外表面に接触させて固定する絞り込み部を備えていることを特徴とする。 Further, in the present invention, the enclosure includes a metal cylinder sealed by the electrode plate, and a part of the cylinder is recessed from the outer periphery toward the center, so that the cylinder It is characterized by comprising a narrowing part for fixing the inner surface of the body in contact with the outer surface of the electrochemical device body.
このように、絞込み部があることで、内部の電気化学デバイス本体の軸方向及び径方向移動が規制されるため、振動等に起因した特性変化が抑制される。 As described above, since the axial portion and the radial movement of the internal electrochemical device main body are restricted due to the narrowing portion, a change in characteristics due to vibration or the like is suppressed.
また、本発明に係る電気化学デバイスの製造方法は、(A)前記正極側活物質層及び前記正極側補助金属部がそれぞれ形成された前記正極帯状電極を用意する工程と、(B)前記負極側活物質層及び前記負極側補助金属部がそれぞれ形成された前記負極帯状電極を用意する工程と、(C)前記正極側補助金属部と前記正極側活物質層との間に、正極側熱可塑性樹脂を配置する工程と、(D)前記負極側補助金属部と前記負極側活物質層との間に、負極側熱可塑性樹脂を配置する工程と、(E)前記正極側熱可塑性樹脂が前記正極側補助金属部の側面及び前記正極側活物質層の側面の双方に接触し、且つ、前記負極側熱可塑性樹脂が前記負極側補助金属部の側面及び前記負極側活物質層の側面の双方に接触するよう、前記正極側熱可塑性樹脂及び前記負極側熱可塑性樹脂を加熱する工程と、(F)前記正極側熱可塑性樹脂及び前記負極側熱可塑性樹脂を冷却して固化させ、前記正極側補強樹脂層及び前記負極側補強樹脂層を形成する工程とを備えることを特徴とする。 In addition, the method for producing an electrochemical device according to the present invention includes (A) a step of preparing the positive electrode strip electrode on which the positive electrode side active material layer and the positive electrode side auxiliary metal part are formed, and (B) the negative electrode. A step of preparing the negative electrode strip electrode in which the side active material layer and the negative electrode side auxiliary metal portion are respectively formed; and (C) a positive electrode side heat between the positive electrode side auxiliary metal portion and the positive electrode side active material layer. A step of arranging a plastic resin, (D) a step of arranging a negative electrode side thermoplastic resin between the negative electrode side auxiliary metal part and the negative electrode side active material layer, and (E) the positive electrode side thermoplastic resin It contacts both the side surface of the positive electrode side auxiliary metal part and the side surface of the positive electrode side active material layer, and the negative electrode side thermoplastic resin is in contact with the side surface of the negative electrode side auxiliary metal part and the side surface of the negative electrode side active material layer. Said positive side thermoplastic resin and so as to be in contact with both Heating the negative side thermoplastic resin; and (F) cooling and solidifying the positive side thermoplastic resin and the negative side thermoplastic resin to form the positive side reinforcing resin layer and the negative side reinforcing resin layer. And a step of performing.
この方法によれば、熱可塑性樹脂を加熱することで、上述の補強樹脂層を形成するため、これを容易に、それぞれの極の活物質層及び補助金属部の側面に接触させることができ、特性のばらつきが抑制された電気化学デバイスの製造が容易となる。 According to this method, by heating the thermoplastic resin, the above-mentioned reinforcing resin layer is formed, so that it can be easily brought into contact with the active material layer of each electrode and the side surfaces of the auxiliary metal part, It becomes easy to manufacture an electrochemical device in which variation in characteristics is suppressed.
本発明の巻回型の電気化学デバイス及びその製造方法によれば、特性のばらつきを抑制することができる。 According to the wound electrochemical device of the present invention and the manufacturing method thereof, variation in characteristics can be suppressed.
以下、実施の形態に係る電気化学デバイス及びその製造方法について説明する。同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。 Hereinafter, the electrochemical device and the manufacturing method thereof according to the embodiment will be described. The same reference numerals are used for the same elements, and redundant description is omitted.
図1は実施形態に係る巻回型の電気化学デバイスの斜視図であり、図2は図1に示した電気化学デバイスのII−II矢印線断面図である。なお、図2及び図3において、構造の説明の明確化のため電気化学デバイス本体10は断面ではなく側面状態をそのまま示している。また、電気化学デバイスの電極の巻回軸をZ軸とし、これに垂直な2軸をX軸及びY軸として、図示の如く三次元直交座標系を設定する。
FIG. 1 is a perspective view of a wound electrochemical device according to an embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of the electrochemical device shown in FIG. 2 and 3, the
この電気化学デバイス100は、包囲体と、包囲体内部に封入された電気化学デバイス本体10とを備え、包囲体内部には電解液LQが充填されている。この包囲体は、金属製の筒体Hと、電極板L1と筒体Hとの間に介在する絶縁リングH1と、電極板L1の周辺部位と、筒体Hの外表面とを被覆する熱収縮チューブ20とを備えている。
The
電極板L1,L2と電気化学デバイス本体10とを直接溶接するため、これらは金属からなる。筒体Hも金属からなる。筒体Hと電極板L2との間には絶縁リングH1が介在しているので、正負の電極(電極板L1,L2)がショートすることを防止できる。また、熱収縮チューブ20を用いることで、筒体H、絶縁リングH1及び電極板L1が互いに固定されている。
Since the electrode plates L1 and L2 and the
筒体Hの一方の開口は電極板L1によって塞がれているが、他方の開口は電極板L2によって塞がされている。なお、筒体Hと他方の電極板L2とは一体的に成形されたものである。電気化学デバイス本体10の巻回軸(Z軸)方向の両端部は、電極板L1,L2にそれぞれ固定されている。この固定は溶接によって行われており、図2には溶接部Dが示されている。溶接部Dは、レーザ溶接によって形成されたものであり、電極板L1,L2にレーザ光を照射することで形成される。レーザ光の複数の照射スポット位置は、巻回軸となるZ軸から径方向に延びる方向に沿って、放射状に点在している。
One opening of the cylindrical body H is closed by the electrode plate L1, while the other opening is closed by the electrode plate L2. The cylindrical body H and the other electrode plate L2 are integrally formed. Both ends of the
また、電気化学デバイス本体10は、図5に示すように、正極帯状電極A及び負極帯状電極Kを備えており、その巻回軸(Z軸)方向の一方の端部は、包囲体の蓋を構成する電極板L1,L2に溶接部Dによって直接溶接されている。
Further, as shown in FIG. 5, the
また、包囲体は、電極板L1により封止される金属製の筒体Hを備えているが、この筒体Hの一部分は、絞り込み部SBを備えている。絞り込み部SBは、外周から中心方向に向けて凹むことで、筒体Hの内部表面を電気化学デバイス本体10の外表面に接触させて固定している。
Further, the enclosure includes a metal cylinder H sealed by the electrode plate L1, and a part of the cylinder H includes a narrowing portion SB. The narrowed portion SB is recessed from the outer periphery toward the center, thereby fixing the inner surface of the cylindrical body H in contact with the outer surface of the
このように、絞込み部SBがあることで、内部の電気化学デバイス本体10の軸方向及び径方向移動が規制されるため、振動等に起因した特性変化が抑制される。
In this manner, since the narrowed portion SB is provided, movement of the internal
電極板L1,L2に、直接、それぞれの帯状電極A,Kの端部(補助金属部T1,T2)が溶接されているため、図9に示した電気化学デバイスと比較して、内部抵抗を減少させることができる。 Since the end portions (auxiliary metal portions T1 and T2) of the respective strip electrodes A and K are directly welded to the electrode plates L1 and L2, the internal resistance is lower than that of the electrochemical device shown in FIG. Can be reduced.
図3は、電気化学デバイスの製造工程を説明するための電気化学デバイス中間体の断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view of the electrochemical device intermediate for explaining the manufacturing process of the electrochemical device.
電気化学デバイス本体10を包囲体内部に挿入した後、電解液LQを筒体H内部に充填し、しかる後、絶縁リングH1と電極板L1を筒体Hの一方の開口端上に配置する(図3(A))。続いて、電極板L1,L2にZ軸方向に沿ってレーザ光LBを照射し、電極板L1,L2のレーザ光照射位置の構成材料を溶融して、溶融部Dを形成し、電気化学デバイス本体10の端部を電極板L1,L2に固定する。しかる後、図2に示した熱収縮チューブ20を包囲体に嵌めて、これを加熱することで、熱収縮チューブ20が収縮して、包囲体に密着し、その構成要素が固定される。
After the
次に、電気化学デバイス本体10について説明する。
Next, the
図4は、巻回された電気化学デバイス本体を一部分展開して示す電気化学デバイス本体10の平面図であり、図5は、図4に示した電気化学デバイスのV−V矢印線断面図である。
FIG. 4 is a plan view of the
電気化学デバイス本体10は、巻回された正極帯状電極Aと、正極帯状電極Aに対向するように巻回された負極帯状電極Kと、正極帯状電極Aと負極帯状電極Kとの間に介在するセパレータS1とを備えている。図4及び図5において、X軸の正方向(巻回軸に垂直な径方向)に向けて順番に、セパレータS2、活物質層AE2、主金属箔A1、活物質層AE1、セパレータS1、活物質層KE2、主金属箔A2、活物質層KE1が積層されている。
The
詳説すれば、アノードとなる正極帯状電極Aは、巻回された帯状の正極側主金属箔A1と、正極側主金属箔A1の巻回軸(Z軸)周りに沿って(本例ではその両面に)形成された正極側活物質層AE1,AE2と、正極側主金属箔A1の巻回軸(Z軸)に沿った一端側(Z軸正方向位置)において巻回軸周り(図4ではY軸)に沿って正極側主金属箔A1に設けられた正極側補助金属部(金属箔)T1(T1(b))と、正極側補強樹脂層TC1(TC1(b))とからなる。 More specifically, the positive electrode strip electrode A serving as an anode is wound around the positive electrode side main metal foil A1 in the form of a wound belt and the winding axis (Z axis) of the positive electrode side main metal foil A1 (in this example, The positive electrode side active material layers AE1 and AE2 formed on both sides and the one end side (Z-axis positive direction position) along the winding axis (Z-axis) of the positive-side main metal foil A1 (see FIG. 4) Then, the positive side auxiliary metal part (metal foil) T1 (T1 (b)) provided on the positive side main metal foil A1 along the Y axis) and the positive side reinforcing resin layer TC1 (TC1 (b)). .
正極側補強樹脂層TC1(TC1(b))は、正極側補助金属部T1(T1(b))と正極側活物質層AE1(AE2)との間に設けられた正極側熱可塑性樹脂からなり、正極側補助金属部T1(T1(b))よりも薄くセパレータS1(S2)に接触せず、且つ、正極側補助金属部T1(T1(b))の側面及び正極側活物質層AE1の側面の双方に接触している。 The positive electrode side reinforcing resin layer TC1 (TC1 (b)) is made of a positive electrode side thermoplastic resin provided between the positive electrode side auxiliary metal portion T1 (T1 (b)) and the positive electrode side active material layer AE1 (AE2). Further, it is thinner than the positive electrode side auxiliary metal part T1 (T1 (b)) and does not contact the separator S1 (S2), and the side surface of the positive electrode side auxiliary metal part T1 (T1 (b)) and the positive electrode side active material layer AE1. It touches both sides.
同様に、カソードとなる負極帯状電極Kは、巻回された帯状の負極側主金属箔K2と、負極側主金属箔K2の巻回軸周りに沿って(本例ではその両面に)形成された負極側活物質層KE1,KE2と、負極側主金属箔K2の巻回軸(Z軸)に沿った他方端側(Z軸負方向位置)において巻回軸周りに沿って負極側主金属箔K2に設けられた負極側補助金属部(金属箔)T2(T2(b))と、負極側補助金属部T2(T2(b))と負極側活物質層KE1(KE2)との間に設けられた負極側補強樹脂層TC2(TC2(b))とを備えている。 Similarly, the negative electrode strip electrode K serving as the cathode is formed along the wound strip-shaped negative electrode side main metal foil K2 and the winding axis of the negative electrode side main metal foil K2 (on both surfaces in this example). The negative side main metal along the winding axis on the other end side (Z-axis negative direction position) along the winding axis (Z axis) of the negative electrode side active material layers KE1 and KE2 and the negative side main metal foil K2 Between the negative electrode side auxiliary metal part (metal foil) T2 (T2 (b)) provided on the foil K2, and between the negative electrode side auxiliary metal part T2 (T2 (b)) and the negative electrode side active material layer KE1 (KE2). The negative electrode side reinforcing resin layer TC2 (TC2 (b)) provided is provided.
負極側補強樹脂層TC2(TC2(b))は、負極側熱可塑性樹脂からなり、負極側補助金属部T2(T2(b))よりも薄く、セパレータS2(S1)に接触せず、且つ、負極側補助金属部T2(T2(b))の側面及び負極側活物質層KE1(KE2)の側面の双方に接触している。 The negative electrode side reinforcing resin layer TC2 (TC2 (b)) is made of a negative electrode side thermoplastic resin, is thinner than the negative electrode side auxiliary metal part T2 (T2 (b)), does not contact the separator S2 (S1), and It contacts both the side surface of the negative electrode side auxiliary metal portion T2 (T2 (b)) and the side surface of the negative electrode side active material layer KE1 (KE2).
図5の溶接部Dの位置において、電極板L1と補助金属部T1(T1(b))とが溶接され、電極板L2と補助金属部T2(T2(b))とが溶接されている。なお、各主金属箔A1,K2は、巻回軸方向(幅方向)Zに沿って端面位置ずれており、これらが重ならない露出領域上に補助金属部T1(T1(b))と、T2(T2(b))とが形成されている。 5, the electrode plate L1 and the auxiliary metal portion T1 (T1 (b)) are welded, and the electrode plate L2 and the auxiliary metal portion T2 (T2 (b)) are welded. In addition, each main metal foil A1, K2 is shifted in the end face position along the winding axis direction (width direction) Z, and the auxiliary metal portion T1 (T1 (b)) and T2 on the exposed region where they do not overlap. (T2 (b)) is formed.
この電気化学デバイスによれば、正極及び負極の主金属箔A1,K2には、補助金属部T1(T1(b)),T2(T2(b))が設けられているため、かかる部位の機械的強度が増加すると共に、補助金属部T1(T1(b)),T2(T2(b))が各帯状電極A,Kの径方向への移動を規制するので、これらの間の容量の変化が抑制される。また、正極及び負極の補助金属部T1(T1(b)),T2(T2(b))と活物質層AE1(AE2)、KE1(KE2)との間には、それぞれ熱可塑性樹脂からなり双方の側面に接触した補強樹脂層TC1(TC1(b)),TC2(TC2(b))が設けられているので、これが確実にかかる部位の機械的強度を高めると共に、補助金属部T1(T1(b)),T2(T2(b))と且つ物質層との間の相対移動を規制し、電気化学デバイスの特性のばらつきを更に抑制している。 According to this electrochemical device, since the auxiliary metal portions T1 (T1 (b)) and T2 (T2 (b)) are provided on the main metal foils A1 and K2 of the positive electrode and the negative electrode, the machine of the part As the mechanical strength increases, the auxiliary metal portions T1 (T1 (b)) and T2 (T2 (b)) restrict the movement of the strip electrodes A and K in the radial direction. Is suppressed. Further, the auxiliary metal portions T1 (T1 (b)) and T2 (T2 (b)) of the positive electrode and the negative electrode and the active material layers AE1 (AE2) and KE1 (KE2) are both made of a thermoplastic resin. Since the reinforcing resin layers TC1 (TC1 (b)) and TC2 (TC2 (b)) that are in contact with the side surfaces of the auxiliary metal portions T1 (T1 (T1 (T1 ( b)), T2 (T2 (b)) and the relative movement between the material layers are restricted, and variations in characteristics of the electrochemical device are further suppressed.
また、各補強樹脂層TC1(TC1(b)),TC2(TC2(b))は、それぞれに隣接する各補助金属部T1(T1(b)),T2(T2(b))よりも薄く、セパレータS1,S2には接触しない構成としてあるため、かかる補強樹脂層TC1(TC1(b)),TC2(TC2(b))から直接的にセパレータS1,S2に熱が伝達されることはなく、セパレータS1,S2が熱から保護されることとなり、セパレータS1,S2の劣化に起因した特性のばらつきも更に抑制することができる。このように、実施形態に係る電気化学デバイスにおいては、溶接時の熱と圧力に対する耐性も向上しているため、特性のばらつきは抑制されている。 Further, each reinforcing resin layer TC1 (TC1 (b)), TC2 (TC2 (b)) is thinner than each auxiliary metal part T1 (T1 (b)), T2 (T2 (b)) adjacent to each other, Since the separators S1 and S2 are not in contact with each other, heat is not directly transferred from the reinforcing resin layers TC1 (TC1 (b)) and TC2 (TC2 (b)) to the separators S1 and S2. Separators S1 and S2 are protected from heat, and variations in characteristics due to deterioration of separators S1 and S2 can be further suppressed. Thus, in the electrochemical device which concerns on embodiment, since the tolerance with respect to the heat and pressure at the time of welding is improving, the dispersion | variation in a characteristic is suppressed.
図6は、熱可塑性樹脂の融解による補強樹脂層の形成工程を説明するための図である。 FIG. 6 is a diagram for explaining a step of forming a reinforcing resin layer by melting a thermoplastic resin.
上述の補強樹脂層TC1の形成においては、まず、活物質層AE1と補助電極層T1との間の主金属箔A1の表面上に、熱可塑性樹脂TC1を配置した後(図6(A))、これに熱を加えて溶融させ、樹脂構成物質を矢印の方向に移動させ(図6(B))、活物質層AE1の側面(XY面)と補助電極層T1の側面(XY面)の双方に樹脂を接触させた後、これを冷却して固化させている(図6(C))。 In the formation of the reinforcing resin layer TC1, the thermoplastic resin TC1 is first disposed on the surface of the main metal foil A1 between the active material layer AE1 and the auxiliary electrode layer T1 (FIG. 6A). Then, heat is applied to melt the resin, and the resin constituent material is moved in the direction of the arrow (FIG. 6B), and the side surface (XY surface) of the active material layer AE1 and the side surface (XY surface) of the auxiliary electrode layer T1 are moved. After the resin is brought into contact with both sides, it is cooled and solidified (FIG. 6C).
図7は、補強樹脂層の効果について説明するための図である。 FIG. 7 is a diagram for explaining the effect of the reinforcing resin layer.
上述の実施形態の如く、補強樹脂層TC1が存在する場合(図7(A))、レーザ光照射時等のZ軸方向の衝撃(力F)に対して、補強樹脂層TC1が、補助金属部T1と活物質層AE1との間の距離変動・変形を抑制することができる。一方、補強樹脂層が存在しない場合(図7(B))、補助金属部T1と活物質層AE1との間の領域に応力が集中し、力Fが加わった場合に折れ曲がる。 When the reinforcing resin layer TC1 exists as in the above-described embodiment (FIG. 7A), the reinforcing resin layer TC1 is an auxiliary metal against an impact (force F) in the Z-axis direction during laser light irradiation or the like. The variation and deformation of the distance between the portion T1 and the active material layer AE1 can be suppressed. On the other hand, when the reinforcing resin layer does not exist (FIG. 7B), the stress concentrates in the region between the auxiliary metal portion T1 and the active material layer AE1, and the bending occurs when the force F is applied.
また、レーザ光LBの照射時において、矢印TMLで示されるように熱が伝播し、補助金属部T1及び補強樹脂層TC1を介して直接的にセパレータS1に熱が伝達され、セパレータS1が損傷する虞がある(図7(C))。一方、実施形態に係る構造(図7(A))では、補強樹脂層TC1の厚みが薄く、これとセパレータS1との間には、X2−X5に相当する隙間があるため、セパレータS1には直接熱が伝達せず、セパレータS1が保護される。 Further, at the time of irradiation with the laser beam LB, heat propagates as indicated by an arrow TML, and heat is directly transmitted to the separator S1 via the auxiliary metal portion T1 and the reinforcing resin layer TC1, and the separator S1 is damaged. There is a risk (FIG. 7C). On the other hand, in the structure according to the embodiment (FIG. 7A), since the thickness of the reinforcing resin layer TC1 is thin and there is a gap corresponding to X2-X5 between this and the separator S1, the separator S1 Direct heat is not transferred and the separator S1 is protected.
なお、補強樹脂層TC1(b)の形成においては、図6及び図7において、上述の補強樹脂層TC1、活物質層AE1、補助金属部T1、セパレータS1を、それぞれ、補強樹脂層TC1(b)、活物質層AE2、補助金属部T1(b)、セパレータS2に読み替える。 In the formation of the reinforcing resin layer TC1 (b), the reinforcing resin layer TC1, the active material layer AE1, the auxiliary metal portion T1, and the separator S1 described above in FIG. 6 and FIG. ), Active material layer AE2, auxiliary metal portion T1 (b), and separator S2.
また、補強樹脂層TC2の形成においては、図6及び図7において、上述の補強樹脂層TC1、活物質層AE1、補助金属部T1、主金属箔A1、セパレータS1を、それぞれ、補強樹脂層TC2、活物質層KE1、補助金属部T2、主金属箔K2、セパレータS2に読み替える。 In the formation of the reinforcing resin layer TC2, in FIG. 6 and FIG. 7, the reinforcing resin layer TC1, the active material layer AE1, the auxiliary metal portion T1, the main metal foil A1, and the separator S1 are respectively added to the reinforcing resin layer TC2. , Active material layer KE1, auxiliary metal portion T2, main metal foil K2, and separator S2.
同様に、補強樹脂層TC2(b)の形成においては、図6及び図7において、上述の補強樹脂層TC1、活物質層AE1、補助金属部T1、主金属箔A1を、それぞれ、補強樹脂層TC2(b)、活物質層KE2、補助金属部T2(b)、主金属箔K2に読み替える。 Similarly, in the formation of the reinforcing resin layer TC2 (b), the reinforcing resin layer TC1, the active material layer AE1, the auxiliary metal portion T1, and the main metal foil A1 described above in FIG. 6 and FIG. It will be read as TC2 (b), active material layer KE2, auxiliary metal portion T2 (b), and main metal foil K2.
なお、上述のセパレータS1,S2、活物質層AE1,AE2、KE1,KE2、金属箔A1,K2、補強樹脂層TC1,TC2の材料としては、公知のものを用いればよい。これらの材料について、以下に一例を示すが、本発明は、これらの材料に限定されるものではない。 In addition, what is necessary is just to use a well-known thing as a material of above-mentioned separator S1, S2, active material layer AE1, AE2, KE1, KE2, metal foil A1, K2, and reinforcement resin layer TC1, TC2. Examples of these materials are shown below, but the present invention is not limited to these materials.
セパレータS1,S2は、例えば重量比10%以上のポリオレフィン系樹脂を含有した不織布または多孔質フィルムからなる。ポリオレフィン系樹脂の軟化点温度以上の温度環境下で、一対の分極性電極に圧力を加えることにより、分極性電極とセパレータとは接着することもできる。セパレータとして、セルロース不織布やアラミド繊維の不織布を用いることもできる。 Separator S1, S2 consists of a nonwoven fabric or a porous film containing polyolefin resin of 10% or more of weight ratio, for example. The polarizable electrode and the separator can be bonded together by applying pressure to the pair of polarizable electrodes in a temperature environment equal to or higher than the softening point temperature of the polyolefin resin. A cellulose nonwoven fabric or an aramid fiber nonwoven fabric can also be used as the separator.
活物質層AE1,AE2、KE1,KE2は分極性電極である。この分極性電極は、多孔質材料からなり、活性炭にバインダ樹脂を混ぜて製造する。バインダ樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素を含む高分子化合物、又は、スチレンブタジエンゴムのようなゴム系の高分子化合物が挙げられる。必要に応じてカーボンブラック、カーボンナノチューブ、又は黒鉛の微粒子、微細繊維を導電助剤として配合することもできる。製造時においては、これらの材料を、ノズルから出射して、主金属箔の両面に塗布する。 The active material layers AE1, AE2, KE1, and KE2 are polarizable electrodes. This polarizable electrode is made of a porous material, and is manufactured by mixing activated carbon with a binder resin. Examples of the binder resin include fluorine-containing polymer compounds such as polytetrafluoroethylene, and rubber-based polymer compounds such as styrene butadiene rubber. If necessary, carbon black, carbon nanotubes, fine particles of graphite, or fine fibers can be blended as a conductive aid. At the time of manufacture, these materials are emitted from the nozzle and applied to both sides of the main metal foil.
主金属箔A1、K2は集電体であり、アルミニウム箔や銅箔の表面をエッチングによって表面を荒く加工したもの使用することができる。なお、電極製造方法として、活性炭に導電補助剤とバインダを加えてシート状にして集電極に接着する方法のほか、活性炭をスラリー状にして集電極に塗工する方法なども無数に存在する。 The main metal foils A1 and K2 are current collectors, and aluminum foil or copper foil whose surface is roughened by etching can be used. As an electrode manufacturing method, there are innumerable methods such as adding a conductive additive and a binder to activated carbon to form a sheet and adhering it to the collector, and a method of applying activated carbon to a collector in a slurry.
補強樹脂層TC1,TC2の材料は、熱可塑性樹脂であって、加熱によって軟化して可塑性を示すものからなり、冷却によって固化する性質をもつ合成樹脂である。すなわち、補強樹脂層は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリイミド、ABS(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン)樹脂、塩化ビニル樹脂、メタクリル酸メチル樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート、又はポリエステル樹脂などを用いることができる。これらの材料は容易に入手でき、且つ、通常の電解液に対して反応せず、化学的にも安定している。なお、これらの材料は、バインダ樹脂となり得るものであり、電解液を含浸可能である。補強樹脂層TC1,TC2の材料として、セパレータに用いられる材料を採用することも可能である。 The material of the reinforced resin layers TC1 and TC2 is a thermoplastic resin that is softened by heating and exhibits plasticity, and is a synthetic resin having a property of solidifying by cooling. That is, for the reinforcing resin layer, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyimide, ABS (acrylonitrile butadiene styrene) resin, vinyl chloride resin, methyl methacrylate resin, fluorine resin, polycarbonate, polyester resin, or the like can be used. These materials are easily available, do not react with ordinary electrolytes, and are chemically stable. In addition, these materials can become binder resin and can be impregnated with electrolyte solution. As the material of the reinforcing resin layers TC1 and TC2, a material used for the separator may be employed.
樹脂として、ポリプロピレンを採用した場合、これは高温(100〜250℃)で溶解する特徴があり、200℃で加熱しながら乾燥させることができる。 When polypropylene is used as the resin, it has a feature that it melts at a high temperature (100 to 250 ° C.) and can be dried while heating at 200 ° C.
また、補助金属部(金属箔)T1,T2の材料は、主金属箔A1,K2の材料と同一であることが好ましい。例えば、双方ともアルミニウム或いは銅からなる。この場合、双方の材料は容易に溶接することができ、また、接触時に材料間の電位差も発生しないため、特性が安定するという利点もある。補助金属部T1,T2と、主金属箔A1,K2とは、電気的に接続されており、溶着(溶接)されていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the material of auxiliary metal part (metal foil) T1, T2 is the same as the material of main metal foil A1, K2. For example, both are made of aluminum or copper. In this case, both materials can be easily welded, and since there is no potential difference between the materials at the time of contact, there is an advantage that characteristics are stabilized. The auxiliary metal parts T1, T2 and the main metal foils A1, K2 are preferably electrically connected and welded (welded).
また、補助金属部T1.T2が、主金属箔A1,K2の長手方向(巻回後には周方向となる)に沿って、主金属箔A1,K2に連続的又は断続的に溶接されている場合には、これらを強固に固定することができる。 Further, the auxiliary metal portion T1. When T2 is continuously or intermittently welded to the main metal foils A1 and K2 along the longitudinal direction of the main metal foils A1 and K2 (which becomes the circumferential direction after winding), these are strengthened. Can be fixed to.
なお、上記では、補助金属部は主金属箔の両面に設けられたが、これは片面のみに設けられていても良い。片面のみに補助金属部を設ける場合の厚みは、両面に補助金属部を設ける場合の厚みの2倍となる。補助金属部の厚みX4(図8参照)が、活物質層(電極層)の厚みX2よりも小さい場合、帯状電極の端部の変形が著しく大きくなってしまうため、X4>X2であることが好ましい。なお、積層体の製造時には一定の圧力が厚み方向に印加される。 In the above description, the auxiliary metal portion is provided on both surfaces of the main metal foil, but it may be provided only on one surface. The thickness when the auxiliary metal part is provided only on one side is twice the thickness when the auxiliary metal part is provided on both sides. When the thickness X4 of the auxiliary metal portion (see FIG. 8) is smaller than the thickness X2 of the active material layer (electrode layer), the deformation of the end portion of the strip electrode becomes remarkably large, so that X4> X2. preferable. In addition, a fixed pressure is applied to the thickness direction at the time of manufacture of a laminated body.
以上、説明したように、実施形態に係る電気化学デバイスの製造方法は、以下の工程(1)〜(6)を備えている。 As described above, the electrochemical device manufacturing method according to the embodiment includes the following steps (1) to (6).
工程(1):この工程では、正極側活物質層AE1及び正極側補助金属部T1がそれぞれ形成された正極帯状電極Aを用意する。すなわち、活物質層AE1の形成においては、上述のように、ノズルから活物質を主金属箔上A1に出射して塗布し、補助金属部T1は薄膜状の金属帯を主金属箔A1に溶接して固定する。 Step (1): In this step, a positive electrode strip electrode A on which a positive electrode side active material layer AE1 and a positive electrode side auxiliary metal portion T1 are formed is prepared. That is, in the formation of the active material layer AE1, as described above, the active material is emitted from the nozzle onto the main metal foil A1 and applied, and the auxiliary metal portion T1 welds a thin metal strip to the main metal foil A1. And fix.
工程(2):この工程では、負極側活物質層KE1及び負極側補助金属部T2がそれぞれ形成された負極帯状電極Kを用意する。なわち、活物質層KE1の形成においては、上述のように、ノズルから活物質を主金属箔上K2に出射して塗布し、補助金属部T2は薄膜状の金属帯を主金属箔K2に溶接して固定する。 Step (2): In this step, a negative electrode strip electrode K on which the negative electrode side active material layer KE1 and the negative electrode side auxiliary metal portion T2 are formed is prepared. That is, in the formation of the active material layer KE1, as described above, the active material is emitted from the nozzle onto the main metal foil K2 and applied, and the auxiliary metal portion T2 has a thin metal strip on the main metal foil K2. Fix by welding.
工程(3):この工程では、正極側補助金属部T1と正極側活物質層AE1との間に、正極側熱可塑性樹脂を配置する。同様に、負極側補助金属部T2と負極側活物質層KE1との間に、負極側熱可塑性樹脂を配置する。なお、工程(1)、(2)は、裏面側の構造T1(b)、T2(b)に関しても、同様に行われる。また、裏面側の熱可塑性樹脂も、正極側補助金属部T1(b)と正極側活物質層AE2との間、及び、負極側補助金属部T2(b)と負極側活物質層KE2との間に配置される。 Step (3): In this step, a positive electrode side thermoplastic resin is disposed between the positive electrode side auxiliary metal portion T1 and the positive electrode side active material layer AE1. Similarly, a negative electrode side thermoplastic resin is arrange | positioned between the negative electrode side auxiliary metal part T2 and the negative electrode side active material layer KE1. Steps (1) and (2) are performed in the same manner for the structures T1 (b) and T2 (b) on the back surface side. Further, the thermoplastic resin on the back side is also formed between the positive electrode side auxiliary metal part T1 (b) and the positive electrode side active material layer AE2 and between the negative electrode side auxiliary metal part T2 (b) and the negative electrode side active material layer KE2. Arranged between.
工程(4):上述のようにして形成された帯状電極とセパレータを重ね合わせて、図4に示したように積層し、この積層体を、図4の如く巻回する。 Step (4): The strip electrode formed as described above and the separator are overlapped and laminated as shown in FIG. 4, and this laminate is wound as shown in FIG.
工程(5);帯状電極を巻回した後、熱可塑性樹脂を溶融させるため、加熱処理を行う。この過熱は、表面側に位置する正極側熱可塑性樹脂TC1が、正極側補助金属部T1の側面及び正極側活物質層AE1の側面の双方に接触し、裏面側に位置する正極側熱可塑性樹脂TC1(b)が、正極側補助金属部T1(b)の側面及び正極側活物質層AE2の側面の双方に接触するまで行われる。この工程により、図6(B)のように樹脂が溶けて変形する。同図では、表面の樹脂溶融挙動のみを示しているが、裏面側で同様の現象が生じている。加熱温度は、具体的には180℃であるが、樹脂溶融温度の範囲内であれば、これ以上の温度であっても、これ以下の温度であっても採用することができる。 Step (5): After winding the strip electrode, heat treatment is performed to melt the thermoplastic resin. This overheating is caused by positive electrode side thermoplastic resin TC1 located on the front surface side contacting both the side surface of positive electrode side auxiliary metal portion T1 and the side surface of positive electrode side active material layer AE1, and positive electrode side thermoplastic resin located on the back surface side. TC1 (b) is performed until it contacts both the side surface of the positive electrode side auxiliary metal part T1 (b) and the side surface of the positive electrode side active material layer AE2. By this step, the resin melts and deforms as shown in FIG. In the figure, only the resin melting behavior on the front surface is shown, but the same phenomenon occurs on the back surface side. The heating temperature is specifically 180 ° C., but any heating temperature within the range of the resin melting temperature can be used.
もちろん、このときの加熱により、表面側の負極側熱可塑性樹脂TC2が負極側補助金属部T2の側面及び負極側活物質層KE1の側面の双方に接触し、更に、裏面側の負極側熱可塑性樹脂TC2(b)が負極側補助金属部T2(b)の側面及び負極側活物質層KE2の側面の双方に接触する。これらの加熱工程は同時に行われ、上述のように、加熱温度は、具体的には180℃であるが、樹脂溶融温度の範囲内であれば、これ以上の温度であっても、これ以下の温度であっても採用することができる。 Of course, due to the heating at this time, the negative electrode side thermoplastic resin TC2 on the front surface side contacts both the side surface of the negative electrode side auxiliary metal portion T2 and the side surface of the negative electrode side active material layer KE1, and further, the negative electrode side thermoplastic resin on the back surface side. The resin TC2 (b) contacts both the side surface of the negative electrode side auxiliary metal portion T2 (b) and the side surface of the negative electrode side active material layer KE2. These heating steps are performed simultaneously, and as described above, the heating temperature is specifically 180 ° C., but within the range of the resin melting temperature, even if the temperature is higher than this, Even temperature can be employed.
工程(6):この工程では、全ての上記熱可塑性樹脂を冷却して固化させ、補強樹脂層TC1、TC1(b)、TC2、TC2(b)を形成する。図6(C)では正極側の表面の挙動のみを示すが、この工程により、図6(C)のように樹脂が平坦となって固化する。冷却温度は室温でよい。なお、正負の表裏面の樹脂の挙動は、図6(C)の場合と同様である。この冷却・固化工程は、加熱後の電気化学デバイス本体の乾燥工程において、行うことができる。 Step (6): In this step, all the thermoplastic resins are cooled and solidified to form reinforcing resin layers TC1, TC1 (b), TC2, and TC2 (b). Although FIG. 6C shows only the behavior of the surface on the positive electrode side, the resin is flattened and solidified as shown in FIG. 6C by this step. The cooling temperature may be room temperature. The behavior of the positive and negative front and back resins is the same as in the case of FIG. This cooling / solidification step can be performed in the drying step of the electrochemical device body after heating.
なお、上述の樹脂加熱工程(樹脂溶融工程)を設けることで、巻回された積層体における帯状電極の幅方向の一方の端面が鉛直上方を向くように保持し、上を向いた端面部分の上側のみを加熱すれば、溶融した樹脂は下方に位置する一方の活物質層方向のみに流れる。更に、この電気化学デバイス本体の中間体の上下を反転させ、反対側の上側の端面部分を同様に加熱すると、図6(C)に示した場合と同様に、溶融した樹脂は下方に位置する一方の活物質層方向のみに流れる。 In addition, by providing the above-mentioned resin heating step (resin melting step), one end surface in the width direction of the strip-shaped electrode in the wound laminated body is held so as to face vertically upward, and the end surface portion facing upward If only the upper side is heated, the molten resin flows only in the direction of one active material layer located below. Furthermore, when the intermediate body of this electrochemical device body is turned upside down and the upper end surface portion on the opposite side is heated in the same manner, the molten resin is positioned below as in the case shown in FIG. It flows only in one active material layer direction.
したがって、巻回された積層体の上側及び下側を共に加熱すると、上側においては、樹脂が活物質層方向へ流れ、下側では補助金属部方向へと流れ、これの上下を反転させて、同様に積層体の上側及び下側を共に加熱すれば、同様に、上側においては、樹脂が活物質層方向へ流れ、下側では補助金属部方向へと流れる。このようにすることで、樹脂を活物質層及び補助金属部の双方に接触させることができる。なお、端面付近のみを加熱する方法としては、熱風乾燥、赤外線照射加熱、電熱線による加熱がある。もちろん、積層体を回転させながら、或いは、揺動させながら、全体的に或いは部分的に、積層体を加熱してもよく、巻回前に、樹脂を加熱して、活物質層及び補助金属部の双方に接触させておくことも可能である。 Therefore, when both the upper and lower sides of the wound laminate are heated, on the upper side, the resin flows in the direction of the active material layer, and on the lower side, flows in the direction of the auxiliary metal part. Similarly, if the upper side and the lower side of the laminate are both heated, similarly, the resin flows in the direction of the active material layer on the upper side and flows in the direction of the auxiliary metal part on the lower side. By doing in this way, resin can be made to contact both an active material layer and an auxiliary metal part. In addition, as a method for heating only the vicinity of the end face, there are hot air drying, infrared irradiation heating, and heating with a heating wire. Of course, the laminate may be heated in whole or in part while rotating or swinging the laminate, and the active material layer and auxiliary metal may be heated by heating the resin before winding. It is also possible to keep both parts in contact.
上述の方法によれば、熱可塑性樹脂を加熱することで、上述の補強樹脂層を形成するため、これを容易に、それぞれの極の活物質層及び補助金属部の側面に接触させることができ、特性のばらつきが抑制された電気化学デバイスの製造が容易となる。 According to the above-described method, the thermoplastic resin is heated to form the above-described reinforcing resin layer, so that it can be easily brought into contact with the active material layer of each electrode and the side surface of the auxiliary metal portion. In addition, it is easy to manufacture an electrochemical device in which variation in characteristics is suppressed.
それぞれの帯状電極の形成後に、図4に示すようにセパレータS1,S2と共に帯状電極A,Kを重ね、これをZ軸を中心に巻回して電気化学デバイス本体10を製造する。なお、巻かれた帯状電極及びセパレータの終端部はテープや接着剤などで固定する。しかる後、図3において示した工程に従って、電気化学デバイス本体を組み立てる。すなわち、電気化学デバイス本体10を包囲体内に電解液と共に封入し、上下の電極板をレーザ溶接し、外部から筒体の外面に圧力を加えて締め付け部SBを形成し、包囲体の外側に熱収縮チューブを嵌めてこれを加熱する。これにより、上記の電気化学デバイスが完成する。
After the formation of the respective strip electrodes, strip electrodes A and K are stacked together with separators S1 and S2 as shown in FIG. 4 and wound around the Z axis to manufacture the
なお、電解液LQとしては水溶液系と有機系のものが知られている。有機系の電解液の溶媒としては、プロピレンカーボネート、アセトニトリルなどあり、溶質としては、アンモニウム塩、アミン塩、或いはアミジン塩などが知られている。
図8は、帯状電極の構成要素の寸法について説明するための図である。
As the electrolytic solution LQ, an aqueous solution type and an organic type are known. Examples of the solvent for the organic electrolyte include propylene carbonate and acetonitrile, and examples of the solute include ammonium salt, amine salt, and amidine salt.
FIG. 8 is a diagram for explaining the dimensions of the constituent elements of the strip electrode.
Z軸方向に関する寸法について説明すると、寸法Z1は主金属箔A1,K2の幅、寸法Z2は活物質層AE1,AE2,KE1,KE2の幅、寸法Z3は露出領域の幅(Z1−Z2)、寸法Z4は活物質層からセパレータがZ方向に突出した距離、寸法Z5は補助金属部T1,T2の幅、寸法Z6はセパレータS1,S2の幅を示している。 Explaining the dimensions in the Z-axis direction, the dimension Z1 is the width of the main metal foils A1, K2, the dimension Z2 is the width of the active material layers AE1, AE2, KE1, KE2, and the dimension Z3 is the width of the exposed region (Z1-Z2). The dimension Z4 indicates the distance that the separator protrudes from the active material layer in the Z direction, the dimension Z5 indicates the width of the auxiliary metal portions T1 and T2, and the dimension Z6 indicates the width of the separators S1 and S2.
X軸方向に関する寸法について説明すると、寸法X1は、主金属箔A1,K2の厚み、寸法X2は、活物質層AE1,AE2,KE1,KE2の厚み、寸法X3は、セパレータS1,S2の厚み、寸法X4は補助金属部T1,T2の厚みである。なお、補強樹脂層TC1、TC1(b)、TC2、TC2(b)の厚みは、X5である。 Explaining the dimensions in the X-axis direction, the dimension X1 is the thickness of the main metal foils A1, K2, the dimension X2 is the thickness of the active material layers AE1, AE2, KE1, KE2, and the dimension X3 is the thickness of the separators S1, S2. The dimension X4 is the thickness of the auxiliary metal portions T1 and T2. The reinforcing resin layers TC1, TC1 (b), TC2, and TC2 (b) have a thickness of X5.
それぞれの寸法の好適範囲は以下の通りである。
10≦Z1≦1000mm
5mm≦Z2≦995mm
2mm≦Z3≦50mm
1mm≦Z4≦10mm
1mm≦Z5≦49mm
7mm≦Z6≦997mm
The preferred range of each dimension is as follows.
10 ≦ Z1 ≦ 1000mm
5mm ≦ Z2 ≦ 995mm
2mm ≦ Z3 ≦ 50mm
1mm ≦ Z4 ≦ 10mm
1mm ≦ Z5 ≦ 49mm
7mm ≦ Z6 ≦ 997mm
10μm≦X1≦200μm
10μm≦X2≦500μm
10μm≦X3≦50μm
10μm≦X4≦500μm
10μm≦X5≦200μm<X2<X4
10 μm ≦ X1 ≦ 200 μm
10 μm ≦ X2 ≦ 500 μm
10 μm ≦ X3 ≦ 50 μm
10 μm ≦ X4 ≦ 500 μm
10 μm ≦ X5 ≦ 200 μm <X2 <X4
上述の範囲に関して、Z1の範囲は電極箔の現実的な幅を示している。Z2の範囲は実際的に塗布可能な活物質層の幅(電極幅)を示している。Z3で規定される領域は素子機能に影響を与えないので、小型化の観点からは小さい方が好ましく、帯状電極の巻回後に幅方向両端をZ軸に垂直に切断することで、切断面をフラットにし、幅を任意に設定することができる。但し、下限値を下回ると有効に機能する活物質層を溶接時に損傷する虞があるため、下限値以上であることが好ましく、上限値を超える場合には装置が大型化するため、上限値以下であることが好ましい。 Regarding the above-mentioned range, the range of Z1 indicates a realistic width of the electrode foil. The range of Z2 indicates the width (electrode width) of the active material layer that can be actually applied. Since the region defined by Z3 does not affect the device function, it is preferable that the region is small from the viewpoint of miniaturization. After the strip electrode is wound, both ends in the width direction are cut perpendicularly to the Z axis to cut the cut surface. It can be flat and the width can be set arbitrarily. However, since there is a risk of damaging the active material layer that functions effectively below the lower limit value during welding, the upper limit value is preferably greater than or equal to the upper limit value. It is preferable that
また、Z4はセパレータはみ出し量を規定するものであり、この範囲は電気特性に影響を与るものではなく、分離した金属箔が接触しない程度のマージンを有している。Z6はセパレータの幅であるため、Z2に2mmを加えた値として設定した。 Z4 defines the amount of protrusion of the separator, and this range does not affect the electrical characteristics and has a margin that prevents the separated metal foil from contacting. Since Z6 is the width of the separator, it was set as a value obtained by adding 2 mm to Z2.
また、Z5は、補助金属部T1,T2の幅を規定するものであり、露出領域の幅Z3−1mmに設定した。 Z5 defines the width of the auxiliary metal portions T1 and T2, and is set to the width Z3-1mm of the exposed region.
X1の範囲は、集電体である主金属箔の現実的な厚みの範囲であり、厚い方が、抵抗が低くなり、且つ、強度も高くなるという観点から好ましいが、単位体積当たりの集積度は低くなり多くの電荷を蓄積することができなくなる。比較的低抵抗で損傷にしくいためには、下限値以上の厚みが好適であり、集積度を大きく劣化させることなく、低抵抗で強度が十分に保持できる厚みは上述の上限値以下の値である。 The range of X1 is a realistic thickness range of the main metal foil that is a current collector. A thicker one is preferable from the viewpoint of low resistance and high strength, but the degree of integration per unit volume Becomes so low that a large amount of charge cannot be accumulated. In order to prevent damage due to relatively low resistance, a thickness equal to or greater than the lower limit value is suitable, and the thickness that can sufficiently maintain strength with low resistance without greatly degrading the integration degree is a value equal to or less than the above upper limit value. is there.
X2の範囲は、活物質層の現実的な厚み範囲を規定しており、電極活性炭粒子の接触抵抗が減るので、薄いほど厚み方向の内部抵抗は低くなる利点があるため、上記の上限値以下であることが好ましいが、薄すぎる場合には、活物質層としての機能が十分でなくなるため、上記の下限値以上であることが好ましい。活物質層の厚みX2よりも樹脂層の厚みX5は小さいため、Z軸方向に電解液を注入した場合には、活物質層の肩部が露出し、電解液が活物質層内に染み込み易くなる。 The range of X2 defines the realistic thickness range of the active material layer, and since the contact resistance of the electrode activated carbon particles is reduced, there is an advantage that the lower the internal resistance in the thickness direction, the lower the above upper limit value. However, if it is too thin, the function as the active material layer is not sufficient, so that it is preferably not less than the above lower limit value. Since the thickness X5 of the resin layer is smaller than the thickness X2 of the active material layer, when the electrolyte solution is injected in the Z-axis direction, the shoulder portion of the active material layer is exposed and the electrolyte solution can easily penetrate into the active material layer. Become.
X3の範囲は、セパレータの現実的な厚み範囲であり、薄いほうが厚み方向の内部抵抗が小さくなるという利点があるため、上記の上限値以下であることが好ましいが、薄すぎる場合には、セパレータとしての機能が十分ではなく、セパレータで分離された活物質層が実効的に短絡してしまうため、上記の下限値以上であることが好ましい。 The range of X3 is a realistic thickness range of the separator, and since the thinner one has the advantage that the internal resistance in the thickness direction becomes smaller, it is preferably not more than the above upper limit value. Is not sufficient, and the active material layer separated by the separator is effectively short-circuited.
X4の範囲は、隣接する主金属箔間に位置する層の合計厚以下であり、1000μm程度になる場合があるが、層合計よりも帯状電極を巻回可能な物理的な制約条件の方が厚みが小さくなり、したがって、かかる観点からすると、X4は500μm以下であることが好ましく、その厚みは主金属箔と同じであることが内部応力を低減するという観点からは好ましい。したがって、X4は、主金属箔の厚みX1の下限値である10μm以上500μm以下であることが好ましい。 The range of X4 is less than or equal to the total thickness of the layers located between adjacent main metal foils and may be about 1000 μm, but the physical constraint condition that the strip electrode can be wound is more than the total of the layers. From this viewpoint, X4 is preferably 500 μm or less, and the thickness is preferably the same as that of the main metal foil from the viewpoint of reducing internal stress. Therefore, X4 is preferably 10 μm or more and 500 μm or less, which is the lower limit value of the thickness X1 of the main metal foil.
上述の電気化学デバイスによれば、補助金属部T1,T2が、主金属箔A1,K2の露出領域における径方向(図8ではX軸方向)の可動範囲を狭めるので、主金属箔A1,K2のX軸方向の位置ずれによるインピーダンス変化を抑制することができる。補助金属部T1,T2は厚みX4を有するので、補助金属部T1.T2の側面(XY平面)と上述の電極板との接触面積を増加させ、これらの接触抵抗を減少させることができる。このように、接触抵抗が低減されると、素子の内部抵抗を抑えることができ、出力が向上する。また、かかる接触部位を介して放熱を行うことができる。したがって、この電気化学デバイスは、インピーダンス特性と放熱特性に優ることとなる。なお、厚みX4は、上記観点から、可能な限り大きな方が好ましい。 According to the electrochemical device described above, the auxiliary metal portions T1 and T2 narrow the movable range in the radial direction (X-axis direction in FIG. 8) in the exposed regions of the main metal foils A1 and K2, and thus the main metal foils A1 and K2 The impedance change due to the positional deviation in the X-axis direction can be suppressed. Since the auxiliary metal portions T1 and T2 have the thickness X4, the auxiliary metal portions T1. The contact area between the side surface (XY plane) of T2 and the above-described electrode plate can be increased, and the contact resistance can be decreased. Thus, when the contact resistance is reduced, the internal resistance of the element can be suppressed and the output is improved. Further, heat can be radiated through the contact part. Therefore, this electrochemical device is superior in impedance characteristics and heat dissipation characteristics. The thickness X4 is preferably as large as possible from the above viewpoint.
また、両面に補助金属部T1,T2が形成された場合の補助金属部単独の厚みX4の2倍、又は、片面に補助金属部T1,T2が形成された場合の補助金属部単独の厚みX4は、露出領域(寸法Z3の領域)において対向する主金属箔A1(或いはK2)間の隙間の距離L(=4×X2+2×X3+X1)以下である。この場合には、補助金属部T1,T2が、主金属箔間A1,K2の距離Lを幅方向(Z軸方向)端部において押し広げることにはならず、径方向寸法の大型化を抑制することができる。もちろん、補助金属部T1,T2の単独の厚みX4の2倍(両面形成時)又は厚みX4(片面形成時)は、前記隙間の距離Lに一致していてもよく、この場合には、主金属箔A1,K2の露出領域における径方向移動を確実に抑制すると共に、それぞれの主金属箔A1(又はK2)を電気的に接続し、強度向上と共に、電気的な安定性を向上させることができる。 Further, the thickness X4 of the auxiliary metal part alone when the auxiliary metal parts T1 and T2 are formed on both surfaces is doubled or the thickness X4 of the auxiliary metal part alone when the auxiliary metal parts T1 and T2 are formed on one side. Is not more than the distance L (= 4 × X2 + 2 × X3 + X1) of the gap between the opposing main metal foils A1 (or K2) in the exposed region (region of dimension Z3). In this case, the auxiliary metal portions T1 and T2 do not push the distance L between the main metal foils A1 and K2 at the end in the width direction (Z-axis direction), and the increase in the radial dimension is suppressed. can do. Of course, twice the single thickness X4 of the auxiliary metal portions T1 and T2 (during double-sided formation) or the thickness X4 (during single-sided formation) may coincide with the distance L of the gap. It is possible to reliably suppress the radial movement in the exposed areas of the metal foils A1 and K2, and to electrically connect the main metal foils A1 (or K2) to improve the strength and electrical stability. it can.
厚みX4の2倍(両面形成時)又は厚みX4(片面形成時)が、距離L(=4×X2+2×X3+X1)よりも小さい場合、若干の隙間が補助金属部T1,T2と主電極A1,K2との間に若干の隙間ができるため、Z軸方向に沿って導入される電解液の侵入隙間が確保され、十分に電解液が内部に侵入し、インピーダンスのばらつきが抑制され、インピーダンス特性が向上することとなる。 When the thickness X4 is twice (during double-sided formation) or the thickness X4 (during single-sided formation) is smaller than the distance L (= 4 × X2 + 2 × X3 + X1), a slight gap is formed between the auxiliary metal portions T1, T2 and the main electrode A1, Since there is a slight gap between K2 and K2, a penetration gap for the electrolyte introduced along the Z-axis direction is ensured, the electrolyte enters the interior sufficiently, variation in impedance is suppressed, and impedance characteristics are reduced. Will be improved.
なお、補強樹脂層TC1,TC2のZ軸方向の厚みX5は、ピーンホールなき事、およびフレキシビリティ確保という観点から10μm〜200μmであることが好ましく、Z軸方向に沿って外側から導入される電解液を活物質層内に導入するためには、補強樹脂層TC1,TC2は、セパレータS1,S2に接触せず、若干の隙間(X2-X5>0)がある方が好ましい。 The thickness X5 of the reinforcing resin layers TC1 and TC2 in the Z-axis direction is preferably 10 μm to 200 μm from the viewpoint of no peen holes and ensuring flexibility, and electrolysis introduced from the outside along the Z-axis direction. In order to introduce the liquid into the active material layer, it is preferable that the reinforcing resin layers TC1 and TC2 do not contact the separators S1 and S2 and have a slight gap (X2-X5> 0).
A・・・アノード電極、A1,K2・・・主金属箔、AE1,AE2,KE1,KE2・・・活物質層、K・・・カソード電極、T1,T2・・・補助金属部、TC1,TC2・・・補強樹脂層。
A ... anode electrode, A1, K2 ... main metal foil, AE1, AE2, KE1, KE2 ... active material layer, K ... cathode electrode, T1, T2 ... auxiliary metal part, TC1, TC2: Reinforcement resin layer.
Claims (5)
前記包囲体内部に封入された電気化学デバイス本体であって、巻回された正極帯状電極と、前記正極帯状電極に対向するように巻回された負極帯状電極とを有する電気化学デバイス本体と、
前記正極帯状電極と前記負極帯状電極との間に介在するセパレータと、
を備え、
前記正極帯状電極は、
巻回された帯状の正極側主金属箔と、
前記正極側主金属箔の巻回軸周りに沿って形成された正極側活物質層と、
前記正極側主金属箔の巻回軸に沿った一端側において巻回軸周りに沿って前記正極側主金属箔に設けられた正極側補助金属部と、
前記正極側補助金属部と前記正極側活物質層との間に設けられた正極側熱可塑性樹脂からなり、前記正極側補助金属部よりも薄く前記セパレータに接触せず、且つ、前記正極側補助金属部の側面及び前記正極側活物質層の側面の双方に接触している正極側補強樹脂層と、
を有し、
前記負極帯状電極は、
巻回された帯状の負極側主金属箔と、
前記負極側主金属箔の巻回軸周りに沿って形成された負極側活物質層と、
前記負極側主金属箔の巻回軸に沿った他方端側において巻回軸周りに沿って前記負極側主金属箔に設けられた負極側補助金属部と、
前記負極側補助金属部と前記負極側活物質層との間に設けられた負極側熱可塑性樹脂からなり、前記負極側補助金属部よりも薄く前記セパレータに接触せず、且つ、前記負極側補助金属部の側面及び前記負極側活物質層の側面の双方に接触している負極側補強樹脂層と、
を備えることを特徴とする電気化学デバイス。 An enclosure,
An electrochemical device body enclosed within the enclosure, the electrochemical device body having a wound positive electrode strip electrode and a negative electrode strip electrode wound so as to face the positive electrode strip electrode;
A separator interposed between the positive electrode strip electrode and the negative electrode strip electrode;
With
The positive electrode strip electrode is
A wound belt-like positive-side main metal foil;
A positive electrode side active material layer formed around the winding axis of the positive electrode main metal foil;
A positive side auxiliary metal part provided on the positive side main metal foil along the winding axis at one end side along the winding axis of the positive side main metal foil;
It is made of a positive electrode side thermoplastic resin provided between the positive electrode side auxiliary metal part and the positive electrode side active material layer, is thinner than the positive electrode side auxiliary metal part and does not contact the separator, and the positive electrode side auxiliary metal part A positive-side reinforcing resin layer that is in contact with both the side surface of the metal part and the side surface of the positive-electrode side active material layer;
Have
The negative electrode strip electrode is
A wound strip-shaped negative-side main metal foil;
A negative electrode side active material layer formed along the winding axis of the negative electrode side main metal foil,
A negative side auxiliary metal part provided on the negative side main metal foil along the winding axis on the other end side along the winding axis of the negative side main metal foil;
It consists of a negative electrode side thermoplastic resin provided between the negative electrode side auxiliary metal part and the negative electrode side active material layer, is thinner than the negative electrode side auxiliary metal part and does not contact the separator, and the negative electrode side auxiliary material A negative electrode side reinforcing resin layer in contact with both the side surface of the metal part and the side surface of the negative electrode side active material layer;
An electrochemical device comprising:
金属製の筒体と、
前記電極板と前記筒体との間に介在する絶縁リングと、
前記電極板の周辺部位と、前記筒体の外表面とを被覆する熱収縮チューブと、
を備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電気化学デバイス。 The enclosure is
A metal cylinder,
An insulating ring interposed between the electrode plate and the cylinder;
A heat-shrinkable tube covering the peripheral portion of the electrode plate and the outer surface of the cylindrical body;
The electrochemical device according to claim 1, further comprising:
前記筒体の一部分は、外周から中心方向に向けて凹むことで、前記筒体の内部表面を前記電気化学デバイス本体の外表面に接触させて固定する絞り込み部を備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電気化学デバイス。 The enclosure includes a metal cylinder sealed by the electrode plate,
A part of the cylindrical body is provided with a narrowing portion that is recessed from the outer periphery toward the center direction to fix the cylindrical body in contact with the outer surface of the electrochemical device body. The electrochemical device according to claim 1 or 2.
前記正極側活物質層及び前記正極側補助金属部がそれぞれ形成された前記正極帯状電極を用意する工程と、
前記負極側活物質層及び前記負極側補助金属部がそれぞれ形成された前記負極帯状電極を用意する工程と、
前記正極側補助金属部と前記正極側活物質層との間に、正極側熱可塑性樹脂を配置する工程と、
前記負極側補助金属部と前記負極側活物質層との間に、負極側熱可塑性樹脂を配置する工程と、
前記正極側熱可塑性樹脂が前記正極側補助金属部の側面及び前記正極側活物質層の側面の双方に接触し、且つ、前記負極側熱可塑性樹脂が前記負極側補助金属部の側面及び前記負極側活物質層の側面の双方に接触するよう、前記正極側熱可塑性樹脂及び前記負極側熱可塑性樹脂を加熱する工程と、
前記正極側熱可塑性樹脂及び前記負極側熱可塑性樹脂を冷却して固化させ、前記正極側補強樹脂層及び前記負極側補強樹脂層を形成する工程と、
を備えることを特徴とする電気化学デバイスの製造方法。
In the manufacturing method of the electrochemical device of any one of Claims 1 thru | or 4,
Preparing the positive electrode strip electrode in which the positive electrode side active material layer and the positive electrode side auxiliary metal part are respectively formed;
Preparing the negative electrode strip electrode in which the negative electrode side active material layer and the negative electrode side auxiliary metal part are respectively formed;
A step of disposing a positive side thermoplastic resin between the positive side auxiliary metal part and the positive side active material layer;
Disposing a negative electrode side thermoplastic resin between the negative electrode side auxiliary metal part and the negative electrode side active material layer;
The positive side thermoplastic resin is in contact with both the side surface of the positive side auxiliary metal portion and the side surface of the positive side active material layer, and the negative side thermoplastic resin is in contact with the side surface of the negative side auxiliary metal portion and the negative electrode. Heating the positive side thermoplastic resin and the negative side thermoplastic resin so as to contact both side surfaces of the side active material layer;
Cooling and solidifying the positive electrode side thermoplastic resin and the negative electrode side thermoplastic resin to form the positive electrode side reinforcing resin layer and the negative electrode side reinforcing resin layer;
The manufacturing method of the electrochemical device characterized by the above-mentioned.
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