JP2014194912A

JP2014194912A - 蓄電装置の製造方法

Info

Publication number: JP2014194912A
Application number: JP2013071472A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Yamashita; 裕介山下; Masami Tomioka; 雅巳冨岡; Kyoichi Kinoshita; 恭一木下
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2014-10-09
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP5999003B2

Abstract

【課題】潤滑剤を用いて電極組立体をケースに収容する新規な蓄電装置の製造方法を提供する。
【解決手段】
二次電池を作製する際には、まず、ケース成形工程により、内面１０Ａに潤滑剤が塗布されたケース１０を準備し、その後の電極組立体収容工程により、そのケース１０に電極組立体２０を収容する。つまり、ケース成形工程で用いた潤滑剤が、電極組立体収容工程のときに利用される。このような潤滑剤の利用は、従来にはなかった新規な方法であり、この方法によれば、ケース成形時と電極組立体収容時とで別々に潤滑剤を準備する必要がないため、その準備に要する手間やコストを削減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電装置の製造方法に関する。

従来から、蓄電装置の一種である二次電池としては、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などがよく知られている。このような二次電池は、蓄電要素である電極組立体がケースに収容された構成を有する。

下記特許文献１には、電極組立体をケースに収容する際、歩留まりを向上させる目的で、電極組立体の表面やケースの内面に、潤滑剤を塗布することが開示されている。

また、下記特許文献２には、ケースの成形方法としてインパクト加工による成形方法（衝撃押出し成形方法）を用い、その際に潤滑剤を用いることが開示されている。

特開平１１−２７３７０８号公報特開２０００−１９７９１３号公報

発明者らは、蓄電装置を製造する際の、潤滑剤を用いて電極組立体をケースに収容する技術について検討を重ね、その結果、新規な方法を見出すに至った。

すなわち、本発明は、潤滑剤を用いて電極組立体をケースに収容する新規な蓄電装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る蓄電装置の製造方法は、ケースに電極組立体が収容されてなる蓄電装置の製造方法であって、ケースとなるべきスラグとパンチとの間に高級脂肪酸を含む潤滑剤を介在させた状態でインパクト加工をおこない、潤滑剤が内面に塗布されたケースを得る、ケース成形工程と、内面に潤滑剤が残存した状態で、ケース成形工程で得られたケースに電極組立体を収容する、電極組立体収容工程とを含む。

すなわち、上記蓄電装置の製造方法においては、ケース成形工程で用いた潤滑剤が、電極組立体収容工程のときに利用される。このような潤滑剤の利用は、従来にはなかった新規な方法であり、この方法によれば、ケース成形時と電極組立体収容時とで別々に潤滑剤を準備する必要がないため、その準備に要する手間やコストが削減される。

また、高級脂肪酸は、ステアリン酸およびパルミチン酸の少なくとも一方を含む態様や、ステアリン酸亜鉛またはステアリン酸リチウムを含む態様であってもよい。

さらに、潤滑剤は溶剤としてクロロホルムを含む態様であってもよい。

また、ケース成形工程の際、パンチに潤滑剤を塗布した状態でインパクト加工をおこなう態様であってもよい。スラグのほうに潤滑剤を塗布した状態でインパクト加工をおこなうと、スラグの延展に伴って潤滑剤が拡散する事態が生じ得るが、パンチのほうに潤滑剤を塗布することで、潤滑剤の拡散を抑制することができる。

なお、上記蓄電装置は二次電池であってもよい。

本発明によれば、潤滑剤を用いて電極組立体をケースに収容する新規な蓄電装置の製造方法が提供される。

図１は、本発明の実施形態に係る電極組立体収容工程の様子を示した図である。図２は、本発明の実施形態に係るケース成形工程におけるインパクト加工を示した図である。図３は、本発明の実施形態に係る蓄電装置の製造方法のフロー図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。
（二次電池の構成）

本実施形態に係る蓄電装置は二次電池であり、図１に示すように、ケース１０に電極組立体２０が収容された構成を有している。

ケース１０は、上端部に開口を有するとともに矩形状の内部空間を有するケースであり、その底面部および側面部が一体的に形成されている。ケース１０は、たとえばステンレスやアルミニウムなどの金属で構成されている。

電極組立体２０は、アルミ箔等の金属箔に正極活物質を塗工してなる正極と、銅箔等の金属箔に負極活物質を塗工してなる負極とが、セパレータを介して交互に数十層〜数百層（たとえば３００層）積層された積層体である。なお、電極組立体２０の各正極および各負極からはタブ２１が上方に延出している。

電極組立体２０は、その積層方向に対して平行な端面である上端面において、ケース１０の上端部の開口を閉じる蓋部２３に接続されている。より具体的には、蓋部２３には、外部に電力を取り出すための一対の電極端子（正極端子２２Ａ、負極端子２２Ｂ）が貫設されており、これらの電極端子２２Ａ、２２Ｂと電極組立体２０のタブ２１とが図示しない導電部材を介して溶接等で接続されることにより、電極組立体２０の正極および負極のそれぞれが蓋部２３に固定される。

また、電極組立体２０には、ケース１０との絶縁を図るために、その周囲を取り囲むように絶縁フィルム２４が配置されている。
（電極組立体収容工程）

実施形態に係る電極組立体収容工程においては、図１に示すように、ケース１０の内部空間に絶縁フィルム２４を介して電極組立体２０を挿入するとともに、蓋部２３でケース１０の開口を塞ぐことにより、電極組立体２０をケース１０内に封入する。

このとき、電極組立体２０のケース１０への収容が困難な状況が生じ得る。

すなわち、電極組立体２０は、蓋部２３に取り付けられる側（すなわち、図１の上側）では、蓋部２３で拘束されているためその厚さ（積層方向長さ）が一定に保たれるものの、その反対側（すなわち、図１の下側）は、拘束するものがなく、層同士が離間してその厚さが増加しやすい。そのため、電極組立体２０は、ケース１０への挿入側である下側において、その厚さが厚くなりやすく、ケース１０の内面１０Ａとの間に大きな摩擦抵抗が生じることとなる。特に、体積エネルギー密度を高めるために、多層の電極組立体を用いる場合には、電極組立体２０とケース１０の内面との隙間がほとんどなくなるため、摩擦抵抗は大きくなる。

そして、摩擦抵抗が大きい状態で、電極組立体２０をケース１０に収容しようとすると、電極組立体２０を取り囲む絶縁フィルム２４にシワが生じてしまう。シワが生じると、絶縁フィルム２４の一部が破れたり局所的に薄くなったりして、絶縁フィルム２４の絶縁耐性の著しく低下や絶縁不良が生じる。

そこで、実施形態に係るケース１０においては、その内面１０Ａに潤滑剤が塗布された状態で、電極組立体２０を収容することで、電極組立体２０とケース１０との間の摩擦を緩和している。

ここで、潤滑剤としては、高級脂肪酸と溶剤とを含んだものが用いられる。高級脂肪酸としては、たとえばステアリン酸亜鉛やステアリン酸リチウムを用いることができるが、これらに限定されず、その他のステアリン酸を用いてもよい。また、高級脂肪酸は、ステアリン酸の代わりにパルミチン酸を含んでいてもよく、ステアリン酸とパルミチン酸の両方を含んでいてもよい。溶剤としては、クロロホルム（濃度０．５〜２０ｇ／リットル）や水を用いることができる。ただし、水に対する耐性がない電池に用いる場合には、クロロホルムを用いることが好ましい。

このような潤滑剤は、ケース１０を成形するケース成形工程の際に、内面１０Ａに塗布される。
（ケース成形工程）

以下、図２を参照しつつ、ケース１０を成形するケース成形工程について説明する。

ケース１０を形成する際には、まず、図２（ａ）示すように、メス型であるダイ３０の上に、ケース１０の材料であるスラグ１１を配置する。また、スラグ１１の上方に、オス型であるパンチ３１を配置する。このとき、パンチ３１の表面には、全体的に、上述した潤滑剤が塗布されている。塗布量は、０．００３〜０．０１３ｍｇ／ｍｍ^２の範囲であることが好ましい。この範囲より低いと十分な潤滑が得られず、この範囲より高いと潤滑成分を均一に塗布することが困難なため摺動性が低下する。

なお、潤滑剤がステアリン酸を含む場合、ステアリン酸は極性基であるＣＯＯＨ基を有するため、金属製の型に科学吸着しやすい。そのため、極性基のないパラフィンロウに比較して焼付き防止の効果がある。

そして、図２（ｂ）に示すように、インパクト加工として、３０ｍｍ／ｓ程度の高速でパンチ３１を落としてスラグ１１に衝撃を加えて、ケース１０を得る。インパクト加工により、スラグ１１は薄くなり、パンチ３１の表面（下端面および側面）を覆うケース１０となる。そのため、ケース１０の内面１０Ａ（底面および内側面）に、パンチ３１に塗布されていた潤滑剤が塗布される。なお、潤滑剤に含まれる溶剤は、インパクト加工時に生じる熱（１６０度程度）でそのほとんどが蒸散して、潤滑成分である高級脂肪酸が内面１０Ａに付着する。

このようにして、潤滑剤が内面１０Ａに塗布されたケース１０が得られる。なお、内面１０Ａに塗布された潤滑剤の厚さは１５μｍ程度になるように調整される。

なお、潤滑剤は、パンチ３１ではなくスラグ１１に塗布することも可能である。ただし、スラグ１１のほうに潤滑剤を塗布した状態でインパクト加工をおこなうと、スラグ１１の延展に伴って潤滑剤が拡散する事態が生じ得るが、パンチ３１のほうに潤滑剤を塗布することで、潤滑剤の拡散を抑制することができる。そのため、潤滑剤の拡散防止の観点からは、パンチのほうに潤滑剤を塗布することが好ましい。
（二次電池の製造方法）

上述した二次電池の製造方法のフロー図は、図３に示すとおりである。

すなわち、二次電池を作製する際には、まず、ケース成形工程により、内面１０Ａに潤滑剤が塗布されたケース１０を準備し、その後の電極組立体収容工程により、そのケース１０に電極組立体２０を収容する。電極組立体収容工程の際、ケース１０の内面１０Ａにはケース成形工程で用いた潤滑剤が塗布されているため、電極組立体２０をケース１０内に容易に収容することができる。

つまり、上述した二次電池の製造方法においては、ケース成形工程で用いた潤滑剤が、電極組立体収容工程のときに利用される。このような潤滑剤の利用は、従来にはなかった新規な方法であり、この方法によれば、ケース成形時と電極組立体収容時とで別々に潤滑剤を準備する必要がないため、その準備に要する手間やコストを削減することができる。

なお、必要に応じて、ケース１０に収容される電極組立体２０の側（上記実施形態では、絶縁フィルム２４の表面）にも、潤滑剤を塗布してもよい。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。たとえば、蓄電装置は、リチウムイオン二次電池等の二次電池に限らず、その他の蓄電装置（たとえば電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等）であってもよい。

また、ケースの形状は、矩形状に限らず、有底円筒状など様々なタイプのものを選択することができる。さらに、二次電池は、積層型に限らず、捲回型であってもよい。

１０…ケース、１０Ａ…内面、１１…スラグ、２０…電極組立体、２４…絶縁フィルム、３０…ダイ、３１…パンチ。

Claims

ケースに電極組立体が収容されてなる蓄電装置の製造方法であって、
ケースとなるべきスラグとパンチとの間に高級脂肪酸を含む潤滑剤を介在させた状態でインパクト加工をおこない、前記潤滑剤が内面に塗布されたケースを得る、ケース成形工程と、
内面に前記潤滑剤が残存した状態で、前記ケース成形工程で得られた前記ケースに電極組立体を収容する、電極組立体収容工程と
を含む、蓄電装置の製造方法。
前記高級脂肪酸が、ステアリン酸およびパルミチン酸の少なくとも一方を含む、請求項１に記載の蓄電装置の製造方法。
前記高級脂肪酸が、ステアリン酸亜鉛またはステアリン酸リチウムを含む、請求項１に記載の蓄電装置の製造方法。
前記潤滑剤が溶剤としてクロロホルムを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電装置の製造方法。
前記ケース成形工程の際、前記パンチに前記潤滑剤を塗布した状態でインパクト加工をおこなう、請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄電装置の製造方法。
前記蓄電装置が二次電池である、請求項１に記載の蓄電装置の製造方法。