JP2015041413A - 蓄電装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐熱性のある塗工物がタブに付着しても、歩留りの向上を図ることができる蓄電装置の製造方法を提供する。
【解決手段】端子電極１２に接続されるタブ３４を縁に有する電極を備えた蓄電装置の製造方法であって、タブ３４に付着した付着物を除去する洗浄工程を含み、洗浄工程では、付着物を溶解可能な洗浄液にタブ３４を浸漬させて、タブ３４から付着物を除去する。また、付着物は、電極１２に配置された活物質層上に設けられる熱抵抗層を構成する絶縁性物質及びバインダを含む物質である。さらに、浄液を貯留する洗浄槽１０４と、洗浄槽１０４上に位置し、前記電極を保持すると共に電極を搬送する搬送部１０２と、を備える洗浄装置１００より、電極を搬送部１０２により搬送しながら、タブ３４を洗浄液に浸漬させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、蓄電装置の製造方法に関する。

蓄電装置の製造では、電極を製造する工程において、金属箔に活物質を塗工して乾燥させる。活物質を塗工する工程では、金属箔の縁に設けられたタブ（端子電極に接続される接続部）に活物質が付着することがある。タブに活物質が付着すると、厚みが増大するためタブを集約することが困難になると共に、電気抵抗値が高くなるため電池特性が低下するおそれがある。そこで、例えば、特許文献１に記載の蓄電装置の製造方法では、電極のタブに塗着された活物質を、レーザービームにより昇華させて除去している。

特許４７０１４６３号公報

ところで、電極には、活物質上に熱抵抗層が配置されることがある。熱抵抗層は、絶縁性物質（例えば、セラミック）とバインダと混合した物質を、活物質上に塗工して乾燥させることにより形成されている。熱抵抗層の形成工程においては、活物質と同様に、塗工物がタブに付着することがある。この場合、活物質と同様に除去する必要があるが、熱抵抗層を形成する塗工物は耐熱性を有しているため、従来の方法のように、レーザービームでは除去することが困難である。そのため、耐熱性を有する塗工物がタブに付着した場合には不良品として処分せざるを得なくなるため、歩留りが低下するといった問題があった。

本発明は、歩留りの向上を図ることができる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、端子電極に接続されるタブを縁に有する電極を備えた蓄電装置の製造方法であって、タブに付着した付着物を除去する洗浄工程を含み、洗浄工程では、付着物を溶解可能な洗浄液にタブを浸漬させて、タブから付着物を除去することを特徴とする。

この蓄電装置の製造方法では、タブに付着した付着物を、付着物を溶解可能な洗浄液に浸漬させて除去する洗浄工程を含んでいる。これにより、例えば熱抵抗層を形成する塗工物がタブに付着した場合であっても、その塗工物を溶解する洗浄液を用いることにより、塗工物をタブから除去することができる。したがって、電極を処分することなく使用することが可能となる。その結果、蓄電装置の製造方法では、歩留りの向上を図ることができる。

一実施形態においては、付着物は、電極に配置された活物質層上に設けられる熱抵抗層を構成する絶縁性物質及びバインダを含む物質であってもよい。このように、付着物が熱抵抗層を構成する絶縁性物質及びバインダを含む物質である場合には、洗浄液に浸漬させて付着物を除去する方法が有効である。

一実施形態においては、洗浄液を貯留する洗浄槽と、洗浄槽上に位置し、電極を保持すると共に電極を搬送する搬送部と、を備える洗浄装置より、電極を搬送部により搬送しながら、タブを洗浄液に浸漬させてもよい。このように、電極を搬送しながらタブを洗浄液に浸漬させるため、洗浄工程を効率的に行うことができる。

一実施形態においては、搬送部は、電極を載置し且つ洗浄液の水面に略平行な載置面を有しており、タブを載置面から下方に向かうように折り曲げて洗浄液に浸漬させてもよい。これにより、タブを洗浄液に浸漬させつつ、電極に設けられた物質（熱抵抗層等）に洗浄液が付着することを抑制できる。その結果、蓄電装置の信頼性の低下を抑制できる。

一実施形態においては、バインダは、ポリフッ化ビニリデンであり、洗浄液は、Ｎ−メチル−２−ピロリドンであってもよい。熱抵抗層を構成するバインダがポリフッ化ビニリデンである場合には、Ｎ−メチル−２−ピロリドンにより好適に除去することができる。

本発明によれば、歩留りの向上を図ることができる。

一実施形態に係る蓄電装置の製造方法により製造された蓄電装置の分解斜視図である。 図１に示す蓄電装置の断面構成を示す図である。 図２の一部を拡大して示す図である。 蓄電装置の製造方法を示すフローチャートである。 タブに熱抵抗層が付着した負極を示す図である。 洗浄装置を模式的に示す図である。 洗浄装置を模式的に示す図である。 他の実施形態に係る洗浄装置を模式的に示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、一実施形態に係る蓄電装置の製造方法により製造された蓄電装置の分解斜視図である。図２は、図１に示す蓄電装置の断面構成を示す図である。図３は、図２の一部を拡大して示す図である。各図に示される蓄電装置１は、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解二次電池である。図１及び図２に示すように、蓄電装置１は、ケース３と、ケース３に収容された電極組立体５と、短絡部７と、を備える。図１では、電極組立体５と短絡部７とが一体化され、その周囲に絶縁シート８が設けられている（図２では、絶縁シート８の図示を省略している）。ケース３は、電極組立体５を収容する空間を画成しており、例えばアルミニウム等の金属からなる。

図２に示すように、電極組立体５は、正極１０と、負極１２と、正極１０と負極１２との間に配置されたセパレータ１４と、を備える。本実施形態では、電極組立体５は、最外部に負極１２が配置されている。正極１０及び負極１２は、例えばシート状である。セパレータ１４は、例えば袋状であるが、シート状であってもよい。袋状のセパレータ１４内には、例えば正極１０が収容される。複数の正極１０及び複数の負極１２が、セパレータ１４を介して交互に積層されてもよい。ケース３内には電解液Ｅが充填されている。電解液Ｅとしては、例えば有機溶媒系又は非水系の電解液等が挙げられる。

正極１０は、正極金属箔１６と、正極金属箔１６の両面に設けられた正極活物質層１８と、を備える。正極金属箔１６は、例えばアルミニウム箔である。正極金属箔１６の厚みは、特に限定されないが、例えば５〜２５μｍとすることができる。また、正極活物質層１８の厚みは、特に限定されないが、例えば４０〜１００μｍとすることができる。

正極活物質層１８は、正極活物質とバインダとを含んでもよく、必要に応じて導電助剤を含むことができる。正極活物質は、リチウム蓄電装置用の正極活物質であれば特に限定されない。正極活物質は、例えばリチウム化合物である。リチウム化合物としては、例えば、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物などのリチウム金属複合酸化物などを用いることができる。

図１に示すように、正極１０は、縁に形成されたタブ２０を有している。タブ２０には、正極活物質が担持されていない。図１では、タブ２０は、各正極１０の複数のタブ２０が集約されて折り曲げられている。正極１０は、タブ２０を介して導電部材２２に接続されている。タブ２０と導電部材２２とは、例えば超音波溶接により接合されている。導電部材２２は、正極端子（端子電極）ＰＥに接続される。正極端子ＰＥは、絶縁リング２４を介してケース３に取り付けられている。

負極１２は、負極金属箔３０と、負極金属箔３０の両面に設けられた負極活物質層３２と、負極活物質層３２上に設けられた熱抵抗層３３と、を備える。負極金属箔３０は、例えば銅箔である。負極金属箔３０の厚みは、特に限定されないが、例えば５〜２５μｍとすることができる。また、負極活物質層３２の厚みは、特に限定されないが、例えば４０〜１００μｍとすることができる。

負極活物質層３２は、負極活物質とバインダとを含んでもよく、必要に応じて導電助剤を含んでもよい。負極活物質としては、例えば、リチウムを吸蔵、放出可能な炭素系材料、リチウムと合金化可能な元素、リチウムと合金化可能な元素を有する元素化合物、あるいは高分子材料である。

図３に示すように、熱抵抗層３３は、負極活物質層３２上に配置されている。熱抵抗層３３の厚みは、特に限定されないが、例えば２〜８μｍとすることができる。熱抵抗層３３は、絶縁性物質とバインダとを含んでいてもよい。絶縁性物質としては、例えばセラミックであり、より具体的にはアルミナ、シリカ等であり、本実施形態では、アルミナである。バインダとしては、耐熱性を有することが好ましく、例えば、ポリフッ化ビニリデン（PolyVinylidene DiFluoride：ＰＶＤＦ）である。

図１に示すように、負極１２は、縁に形成されたタブ３４を有している。タブ３４には、負極活物質が担持されていない。図１では、タブ３４は、各負極１２の複数のタブ３４が集約されて折り曲げられている。負極１２は、タブ３４を介して導電部材３６に接続されている。タブ３４と導電部材３６とは、例えば超音波溶接により接合されている。導電部材３６は、負極端子（端子電極）ＮＥに接続される。負極端子ＮＥは、絶縁リング３８を介してケース３に取り付けられている。

セパレータ１４としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メチルセルロース等からなる織布又は不織布等が例示される。セパレータ１４の厚みは、例えば１０〜５０μｍとすることができる。

続いて、短絡部７について説明する。図２に示すように、短絡部７は、電極組立体５の正極１０、負極１２及びセパレータ１４の配置方向（積層方向）において、電極組立体５の外側で且つケース３との間に、電極組立体５を両側から挟んで一対配置されている。短絡部７は、正極金属箔４０と、負極金属箔４２と、絶縁層４４と、を有している。短絡部７では、ケース３側から電極組立体５側に向かって正極金属箔４０、絶縁層４４及び負極金属箔４２がこの順に積層されており、負極金属箔４２は負極活物質層３２に対向している。短絡部７は、釘刺しや圧壊時など外部から力が加えられたときに、電極組立体５に先んじて正極金属箔４０と負極金属箔４２とが短絡する。

続いて、上記構成を有する蓄電装置１の製造方法について説明する。図４は、蓄電装置の製造方法を示すフローチャートである。以下の各工程は、オートメーションにより実施される。

図４に示すように、最初に、帯状の正極金属箔１６に正極活物質が塗布されて正極活物質層１８が形成される（活物質層形成工程：ステップＳ０１）。同様に、帯状の負極金属箔３０に負極活物質が塗布されて負極活物質層３２が形成される。正極金属箔１６に正極活物質、負極金属箔３０に負極活物質が塗布された後、乾燥させることにより、正極金属箔１６に正極活物質層１８、負極金属箔３０に負極活物質層３２が形成される。

また、負極活物質層３２上に、絶縁性物質が塗布されて熱抵抗層３３が形成される（熱抵抗層形成工程：ステップＳ０２）。負極活物質層３２に絶縁性物質が塗布された後、乾燥させることにより、負極活物質層３２上に熱抵抗層３３が形成される。

続いて、外観検査工程が実施される（ステップＳ０３）。外観検査工程では、例えばカメラを用いた画像処理により、ＮＧ品が検出される。ＮＧ品は、例えば図５に示すように、電極として打ち抜いた後、タブ３４となる箇所に付着物Ａが付着しているものである。図５に示す例では、タブ３４に、熱抵抗層形成工程において塗布された絶縁性物質が付着している。外観検査工程では、ＮＧ品を検出すると、対象となる電極の所定の部分に、ＮＧマーキング（ＮＧ品を識別可能なマークの付与）を行う。

続いて、帯状の金属箔が所定の形状に打ち抜かれる（打ち抜き工程：ステップＳ０４）。打ち抜き工程では、タブ２０を有する正極１０、タブ３４を有する負極１２の形状に帯状の金属箔が打ち抜かれる。これにより、例えば図５に示すような形状に金属箔が打ち抜かれ、正極１０及び負極１２が形成される。

正極１０及び負極１２が形成されると、負極１２にＮＧマーキングがあるか否かがカメラ撮像による画像処理によって判断される（ステップＳ０５）。負極１２にＮＧマーキングがあると判断された場合には、その負極１２が洗浄工程に進められる。一方、負極１２にＮＧマーキングがあると判断されなかった場合には、組立工程に進められる。

ＮＧマーキングされている負極１２には、洗浄工程が実施される（ステップＳ０６）。洗浄工程では、タブ３４に付着した付着物Ａの除去作業が行われる。具体的には、図６を参照しながら説明する。図６は、洗浄装置を模式的に示す図である。図６に示すように、洗浄装置１００は、ベルトコンベアのベルト（搬送部）１０２と、洗浄槽１０４と、を備えている。ベルト１０２は、洗浄槽１０４上に位置している（洗浄槽１０４上で負極１２を搬送させる）。

洗浄工程に搬入された負極１２は、ベルト１０２上に配置される。ここで、図７に示すように、ベルト１０２は、負極１２が載置される載置面１０２ａと、開口部Ｈと、を有している。載置面１０２ａは、洗浄槽１０４に貯留された洗浄液Ｃの水面と略平行とされている。負極１２は、図７（ａ）に示すように、タブ３４が開口部Ｈに位置するように、ベルト１０２の載置面１０２ａに配置される。ベルト１０２に配置された負極１２は、図７（ｂ）に示すように、タブ３４が下方に略直角に折り曲げられる。これにより、タブ３４は、ベルト１０２の下面よりも下方に突出する。なお、タブ３４は、例えば、上方からタブ３４を押し下げる手段によって折り曲げられる。

タブ３４が折り曲げられた負極１２は、ベルト１０２により、洗浄槽１０４まで搬送される。そして、洗浄槽１０４上に位置すると、タブ３４が洗浄槽１０４に貯留された洗浄液Ｃに浸漬させられる。タブ３４は、負極１２がベルト１０２によって搬送されながら洗浄液Ｃに浸漬させられる。洗浄液Ｃは、熱抵抗層３３を構成するバインダを溶解可能な有機溶剤であればよく、本実施形態では、熱抵抗層３３のバインダとしてＰＶＤＦを含んでいるため、洗浄液Ｃとしては、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（N-methylpyrrolidone：ＮＭＰ）を用いている。洗浄液Ｃは、熱抵抗層３３を構成するバインダに応じて適宜選択されればよい。

タブ３４は、洗浄液Ｃに所定の時間浸漬される。所定時間は、例えば、３〜５分に設定することが好ましい。３〜５分であると、付着物Ａを除去できると共に、洗浄時間の長時間化を避けることができる。タブ３４が洗浄液Ｃに浸漬されることにより、タブ３４に付着した付着物Ａが溶解して除去される。タブ３４を洗浄液Ｃに浸漬させる時間は、ベルト１０２の搬送速度によって制御される。

続いて、乾燥工程が実施される（ステップＳ０７）。乾燥工程では、付着物Ａが除去された負極１２が乾燥される。この後、外観検査が実施され、外観検査を通過した場合、すなわちタブ３４に付着した付着物Ａが除去されている場合には、組立工程に搬送される。

組立工程では、正極１０、負極１２及びセパレータ１４が積層されて電極組立体５が組み立てられる（ステップＳ０８）。そして、電極組立体５が組み立てられた後、短絡部７が配置されると共に絶縁シート８が設けられ、ケース３に収容されて電解液Ｅが注入される。以上のようにして、蓄電装置１が製造される。

以上説明したように、本実施形態では、蓄電装置１の製造工程において、負極１２のタブ３４に付着した付着物Ａを除去する洗浄工程を含んでいる。この洗浄工程では、タブ３４を洗浄液Ｃに含浸し、付着物Ａを溶解して除去する。これにより、負極１２のタブ３４に付着物Ａが付着した場合であっても、洗浄工程により付着物Ａを除去できるため、製造した負極１２を処分することがない。したがって、本実施形態の蓄電装置１の製造方法では、歩留りの向上を図ることができる。

本実施形態では、ベルト１０２で負極１２を搬送しつつ、負極１２のタブ３４を洗浄液Ｃに浸漬させている。負極１２は、ベルト１０２の載置面１０２ａに載置され、タブ３４は、ベルト１０２に設けられた開口部Ｈに位置し、下方に折り曲げられている。これにより、負極１２に形成された熱抵抗層３３に洗浄液が付着することを抑制しつつ、効率的に洗浄工程を実施することができる。

本実施形態では、付着物Ａとして、熱抵抗層３３を構成する絶縁性物質とバインダとの塗工物を一例に説明している。熱抵抗層３３は、バインダとしてポリフッ化ビニリデンとを含んで形成されている。この場合、付着物Ａを溶解するための洗浄液Ｃとしては、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを用いることにより、付着物Ａを良好に除去できる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、負極１２に熱抵抗層３３を設ける構成を一例に説明したが、正極１０に熱抵抗層が設けられていてもよいし、正極１０及び負極１２の両方に熱抵抗層が設けられていてもよい。そのため、洗浄工程における洗浄対象の電極は、正極１０及び負極１２のいずれであってもよい。

上記実施形態では、付着物Ａとして熱抵抗層３３を一例に説明したが、付着物Ａとしては正極活物質や負極活物質であってもよい。この場合、洗浄液Ｃとしては、例えば、活物質が溶解する溶媒であればよく、塗工前のスラリー溶媒と同じ溶媒を用いることができる。

上記実施形態では、電極組立体５の外側に短絡部７が設けられた構成を一例に説明したが、短絡部７は必ずしも設けられていなくてもよい。

上記実施形態では、洗浄装置１００として、ベルト１０２を有する構成を一例に説明したが、ベルトコンベアのベルトは他の構成であってもよい。図８は、他の実施形態に係る洗浄装置を示す図である。図８（ａ）に示すように、ベルト１０６は、幅の狭い帯状を成しており、所定の間隔をあけて複数（ここでは３本）延在している。負極１２は、複数のベルト１０６を跨いで配置され、載置面１０６ａに載置されて搬送される。図８（ｂ）に示すように、負極１２のタブ３４は載置面１０６ａから下方に折り曲げられている。

上記実施形態では、ベルト１０２，１０６に負極１２を載置して負極１２を搬送しつつタブ３４を洗浄液Ｃに浸漬させる構成を一例に説明したが、タブ３４を洗浄液Ｃに浸漬させる方法はこれに限定されない。例えば、負極１２を挟持してタブ３４を洗浄液Ｃに浸漬させてもよい。タブ３４を洗浄液Ｃに浸漬させる方法は、いかなる方法であってもよい。

上記実施形態に加えて、洗浄槽１０４には、超音波発生装置が設けられていてもよい。また、洗浄槽１０４内の洗浄液Ｃに液流を発生させる装置が設けられていてもよい。

上記実施形態では、外観検査工程において、対象となる電極の所定部位にＮＧマーキングを行うこととしたが、ＮＧマーキングは電極外の所定位置に行なってもよい。例えば、帯状の負極金属箔３０に対し、ＮＧ品を検出すると、ＮＧの対象となる電極に隣接し、電極として用いられない位置、具体的には、帯状の負極金属箔３０において打ち抜き工程後に廃棄される縁部分に、ＮＧマーキングを行なってもよい。

１…蓄電装置、１２…負極（電極）、３３…熱抵抗層、３４…タブ、１０２，１０６…ベルト（搬送部）、１０２ａ，１０６ａ…載置面、１０４…洗浄槽、Ａ…付着物、Ｃ…洗浄液。

Claims (5)

1. 端子電極に接続されるタブを縁に有する電極を備えた蓄電装置の製造方法であって、
   前記タブに付着した付着物を除去する洗浄工程を含み、
   前記洗浄工程では、前記付着物を溶解可能な洗浄液に前記タブを浸漬させて、前記タブから前記付着物を除去することを特徴とする蓄電装置の製造方法。
2. 前記付着物は、前記電極に配置された活物質層上に設けられる熱抵抗層を構成する絶縁性物質及びバインダを含む物質であることを特徴とする請求項１記載の蓄電装置の製造方法。
3. 前記洗浄液を貯留する洗浄槽と、
   前記洗浄槽上に位置し、前記電極を保持すると共に前記電極を搬送する搬送部と、を備える洗浄装置より、
   前記電極を前記搬送部により搬送しながら、前記タブを前記洗浄液に浸漬させることを特徴とする請求項１又は２記載の蓄電装置の製造方法。
4. 前記搬送部は、前記電極を載置し且つ前記洗浄液の水面に略平行な載置面を有しており、
   前記タブを前記載置面から下方に向かうように折り曲げて前記洗浄液に浸漬させることを特徴とする請求項３記載の蓄電装置の製造方法。
5. 前記バインダは、ポリフッ化ビニリデンであり、
   前記洗浄液は、Ｎ−メチル−２−ピロリドンであることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項記載の蓄電装置の製造方法。

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