JP2015125941A - 蓄電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】正負の電極板をセパレータを挟んで位置ずれを抑制しつつ重ね合わせることができる蓄電池およびその製造方法を提供する。【解決手段】正負の電極板２０，３０がセパレータ４０の少なくとも一部を挟んで重ね合わせて配置している。正極の電極板２０は、セパレータ４０に包まれている。セパレータ４０に突起４７，４８が設けられているとともに、負極の電極板３０に突起４７，４８に対応する切欠き部３７，３８が形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電池およびその製造方法に関するものである。

積層型電池は、正負の電極板および平板状のセパレータが厚み方向に積層されており、製造の際にはセパレータを介して正負の電極板を交互に積層させるようにしている（例えば特許文献１）。

特開２００９−２８３１４１号公報

ところで、セパレータを介して正負の電極板を交互に積層する際に層間での積層ずれが生じてしまう。より具体的には、正負の電極板が対面している必要があり、特に、負極の電極板が大きい分にはよいが、正極の電極板がずれて相手方の負極の電極板がいない場合にはリチウムイオン電池では正極側からリチウムが出たときに受け手がいなくなり不良品となってしまう。よって、積層のずれを抑制する必要がある。そこで、積層精度を上げるためにゲージング（位置決め）などの工程を追加すると積層のための時間の増加を招いてしまう。

本発明の目的は、正負の電極板をセパレータを挟んで位置ずれを抑制しつつ重ね合わせることができる蓄電池およびその製造方法を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、正負の電極板がセパレータの少なくとも一部を挟んで重ね合わせて配置してなる蓄電池において、前記正負の電極板のうちの一方の電極板は、前記セパレータに包まれ、前記セパレータに突起が設けられているとともに、前記正負の電極板のうちの他方の電極板に前記突起に対応する切欠き部または貫通孔が形成されていることを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、正負の電極板のうちの一方の電極板がセパレータに包まれ、セパレータに設けられた突起と、正負の電極板のうちの他方の電極板に形成された切欠き部または貫通孔により位置決めされる。これにより、正負の電極板をセパレータを挟んで位置決めしつつ重ね合わせることにより位置ずれを抑制しつつ重ね合わせることができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の蓄電池において、前記突起は、前記他方の電極板の厚みに対し突き抜け可能に突出していることを要旨とする。
請求項２に記載の発明によれば、突起が他方の電極板の厚みに対し突き抜け可能に突出しているので、より確実に位置合わせができる。

請求項３に記載の発明では、正負の電極板をセパレータを挟んで重ね合わせて配置してなる蓄電池の製造方法において、前記正負の電極板のうちの一方の電極板を、突起が設けられた前記セパレータに包む工程と、前記正負の電極板のうちの他方の電極板に、前記突起に対応する切欠き部または貫通孔を形成する工程と、前記セパレータに包まれた前記一方の電極板と前記他方の電極板とを重ね合わせる工程と、を有し、前記セパレータの前記突起と前記他方の電極板の前記切欠き部または前記貫通孔で位置合わせすることを要旨とする。

請求項３に記載の発明によれば、正負の電極板のうちの一方の電極板が、突起が設けられたセパレータに包まれる。正負の電極板のうちの他方の電極板に、突起に対応する切欠き部または貫通孔が形成される。セパレータに包まれた一方の電極板と他方の電極板とが重ね合わされる。ここで、セパレータの突起と他方の電極板の切欠き部または貫通孔で位置合わされる。よって、正負の電極板をセパレータを挟んで位置決めしつつ重ね合わせることにより位置ずれを抑制しつつ重ね合わせることができる。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の蓄電池の製造方法において、前記突起は、前記他方の電極板の厚みに対し突き抜け可能に突出していることを要旨とする。
請求項４に記載の発明によれば、突起が他方の電極板の厚みに対し突き抜け可能に突出しているので、より確実に位置合わせができる。

本発明によれば、正負の電極板をセパレータを挟んで位置ずれを抑制しつつ重ね合わせることができる。

実施形態のリチウムイオン二次電池を示す斜視図。 （ａ）はリチウムイオン二次電池の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｃ）はリチウムイオン二次電池の正面図。 （ａ）は正極の電極板およびセパレータの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｃ）は正極の電極板およびセパレータの正面図、（ｄ）は正極の電極板およびセパレータの右側面図。 （ａ）は負極の電極板の平面図、（ｂ）は負極の電極板の正面図。 正極の電極板の斜視図。 正極の電極板の斜視図。 正極の電極板およびセパレータの斜視図。 正極の電極板およびセパレータの斜視図。 負極の電極板の斜視図。 負極の電極板の斜視図。 （ａ）は別例の負極の電極板の平面図、（ｂ）は負極の電極板の正面図。 （ａ）は別例の正極の電極板およびセパレータの平面図、（ｂ）は正極の電極板およびセパレータの正面図。 （ａ）は別例のリチウムイオン二次電池の平面図、（ｂ）はリチウムイオン二次電池の正面図。 別例の負極の電極板の平面図。 （ａ）は別例の正極の電極板およびセパレータの平面図、（ｂ）は正極の電極板およびセパレータの正面図。

以下、リチウムイオン二次電池に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
なお、図面において、水平面を、直交するＸ，Ｙ方向で規定するとともに、上下方向をＺ方向で規定している。

図１，２に示すように、蓄電池としてのリチウムイオン二次電池１０は、正極の電極板２０、負極の電極板３０、および、平板状のセパレータ４０が厚み方向に積層されている。リチウムイオン二次電池１０は、正負の電極板２０，３０がセパレータ４０の少なくとも一部を挟んで重ね合わせて配置されている。

図６に示すように、正極の電極板２０は金属箔２１と活物質層２５を有する。金属箔２１は、本体部２２が長方形をなし、長方形の本体部２２の長辺の一部にタブ２３が突設されている。正極の電極板２０の本体部２２の両面には活物質層２５がそれぞれ形成されている。正極の電極板２０はセパレータ４０に包まれている。詳しくは、図３に示すように、正極の電極板２０は、タブ２３を除く部位が袋状の熱硬化性樹脂製セパレータ４０に包まれている。つまり、正極の電極板２０におけるタブ２３を除く部位が２枚のセパレータシート４１，４２（図７参照）で挟まれ、２枚のセパレータシート４１，４２における周縁部が溶着されている。図３において符号４３で溶着する線を示す。

図４に示すように、負極の電極板３０は金属箔３１と活物質層３５を有する。金属箔３１は、本体部３２が長方形をなし、長方形の本体部３２の長辺の一部にタブ３３が突設されている。本体部３２の両面には活物質層３５がそれぞれ形成されている。

図６に示すように、正極の電極板２０での金属箔２１におけるタブ２３を形成した長辺とは異なるもう一方の長辺に２箇所にわたり三角形の切欠き部２７，２８が形成されている。

図４に示すように、負極の電極板３０での金属箔３１におけるタブ３３を形成した長辺とは異なるもう一方の長辺に２箇所にわたり三角形の切欠き部３７，３８が形成されている。

正極の電極板２０での金属箔２１の切欠き部２７と負極の電極板３０での金属箔３１の切欠き部３７とは、正極の電極板２０と負極の電極板３０を重ねて配置した状態において同一位置となっている。同様に、正極の電極板２０での金属箔２１の切欠き部２８と負極の電極板３０での金属箔３１の切欠き部３８とは、正極の電極板２０と負極の電極板３０を重ねて配置した状態において同一位置となっている。

図３に示すように、セパレータ４０における切欠き部２７，３７に対応する部位には三角形の突起４７が設けられているとともにセパレータ４０における切欠き部２８，３８に対応する部位には三角形の突起４８が設けられている。この突起４７，４８はセパレータシート４１，４２を溶着する際において熱を加えるときに硬くなることを利用して形成したものである。具体的には、エンボス加工、即ち、所定の位置を押し上げながら加熱することにより当該部位がその形状を維持したまま硬くなり突起４７，４８が形成できる。負極の電極板３０の切欠き部３７，３８にセパレータ４０の突起４７，４８が入る。そして、正負の電極板２０，３０とセパレータ４０を１枚、１枚重ね合わせるときに突起４７，４８と切欠き部３７，３８とを嵌め合わせることにより積層方向において突起４７，４８により整列するように重ねられている。

図３において突起４７は上方に突設され、突起４８は下方に突設されている。図１，２に示すように、正極の電極板２０と負極の電極板３０とセパレータ４０とを重ねて配置した状態において突起４７と切欠き部３７とが係合する。同様に、正極の電極板２０と負極の電極板３０とセパレータ４０とを重ねて配置した状態において突起４８と切欠き部３８とが係合する。

このようにして、負極の電極板３０において突起４７，４８に対応する切欠き部３７，３８が形成され、突起４７，４８と切欠き部３７，３８が係合して正極の電極板２０と負極の電極板３０とがセパレータ４０を挟んで位置決めされた状態で重ね合わされている。

突起４７，４８は、負極の電極板３０の厚みに対し突き抜け可能に突出している。即ち、突起４７，４８の突出量Ｈ（図３参照）は、正負の電極板２０，３０の金属箔２１，３１の厚みｔ１，ｔ２（図３，４参照）よりも大きくなっている。

次に、リチウムイオン二次電池１０の製造方法について説明する。
まず、図５に示すように、正極の電極板２０の金属箔２１に活物質層２５を塗布する。さらに、図６に示すように金属箔２１におけるタブ２３を形成した長辺とは異なるもう一方の長辺に２箇所にわたり三角形の切欠き部２７，２８を形成する。

さらに、図７に示すように、正極の電極板２０の本体部２２を包むように２枚のセパレータシート４１，４２を配置する。さらに、図３，８に示すように、２枚のセパレータシート４１，４２における周縁部を溶着する。この溶着時にエンボス加工を施してセパレータ４０における切欠き部２７，２８の形成位置に対応する部位に三角形の突起４７，４８を形成する。

このようにして、正極の電極板２０を、突起４７，４８が設けられたセパレータ４０に包む。
一方、図９に示すように、負極の電極板３０の金属箔３１に活物質層３５を塗布する。さらに、図４，１０に示すように金属箔３１におけるタブ３３を形成した長辺とは異なるもう一方の長辺において突起４７，４８に対応する部位に（２箇所にわたり）三角形の切欠き部３７，３８を形成する。

このように、負極の電極板３０に、突起４７，４８に対応する切欠き部３７，３８を形成する。
セパレータ４０における突起４７，４８の突出量Ｈ（図３参照）は、正負の電極板２０，３０の金属箔２１，３１の厚みｔ１，ｔ２（図３，４参照）よりも大きくなっている。これにより、突起４７，４８により隣り合うセパレータ４０（正極の電極板２０）とも位置合わせできる。

引き続き、図１，２に示すように、セパレータ４０に包まれた正極の電極板２０と負極の電極板３０とを重ね合わせる。このとき、セパレータ４０の突起４７，４８と電極板３０の切欠き部３７，３８で位置合わせする。

このようにして、正極の電極板２０と負極の電極板３０を重ね合わせる際に突起４７，４８と負極の電極板３０の切欠き部３７，３８で位置合わせする。これにより、同数の正極の電極板２０と負極の電極板３０をこれらの間にセパレータ４０を介在させて交互に積層される。このとき、積層位置が決まるので、積層ずれが起こらない。これによって、積層するための設備の精度を下げることができる。また、積層速度も速くなり、また、精度が低くてよいので設備のコストも低減できる。さらには、積層時間を低減できる。

このようにして、セパレータ４０に３次元の突起４７，４８を設けて、積層時に正負の電極板２０，３０の層間の位置決めに用いる。特に、セパレータシート４１，４２を溶着する際に溶着する部位の一部に突起４７，４８を形成する。一方、対向電極である電極板２０，３０には突起４７，４８が嵌るような切欠き部２７，２８，３７，３８を配置する。この電極板２０，３０をセパレータ４０を挟んで交互に積層する。このとき、突起４７，４８は、電極板２０，３０を貫通、即ち、突出量（高さ）Ｈが電極板２０，３０の厚みｔ１，ｔ２よりも大きいので、複数のセパレータ４０（正極の電極板２０）、複数の負極の電極板３０を積層するときに位置決めを容易に行うことができる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）リチウムイオン二次電池１０の構造として、正極の電極板（正負の電極板のうちの一方の電極板）２０がセパレータ４０に包まれ、セパレータ４０の所定の箇所に突起４７，４８が設けられているとともに、負極の電極板（正負の電極板のうちの他方の電極板）３０に突起４７，４８に対応する切欠き部３７，３８が形成されている。これにより、正負の電極板２０，３０をセパレータ４０を挟んで位置決めしつつ重ね合わせることにより位置ずれを抑制しつつ重ね合わせることができる。

（２）上述の（１）において突起４７，４８は、電極板３０（他方の電極板）の厚みに対し突き抜け可能に突出している。これにより、より確実に位置合わせができる。
（３）蓄電池としてのリチウムイオン二次電池１０の製造方法として、正極の電極板（正負の電極板のうちの一方の電極板）２０を、突起４７，４８が設けられたセパレータ４０に包む工程と、負極の電極板（正負の電極板のうちの他方の電極板）３０に、突起４７，４８に対応する切欠き部３７，３８を形成する工程と、セパレータ４０に包まれた正極の電極板２０と負極の電極板３０とを重ね合わせる工程と、を有し、セパレータ４０の突起４７，４８と負極の電極板３０の切欠き部３７，３８で位置合わせする。よって、正負の電極板２０，３０をセパレータ４０を挟んで位置決めしつつ重ね合わせることにより位置ずれを抑制しつつ重ね合わせることができる。

（４）上述の（３）において突起４７，４８は、電極板３０（他方の電極板）の厚みに対し突き抜け可能に突出している。これにより、セパレータ４０に包まれた正極の電極板２０と負極の電極板３０を重ね合わせる際に、突起４７，４８が電極板３０の厚みに対し突き抜け可能に突出しているので、より確実に位置合わせができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・突起は２つ設けたがこれに限るものではなく、突起は少なくとも１つあればよい。
・図１０で説明したように電極板３０の長辺に２つの切欠き部３７，３８を形成したが、これに代わり、図１１に示すように、四角形状をなす電極板３０の角部（四隅）を４５°で面取りして切欠き部としてのＣ面カット部５０，５１，５２，５３とする場合には次のようにしてもよい。図１２に示すように、セパレータ４０におけるＣ面カット部５０，５１，５２，５３に対応する位置に突起６０，６１，６２，６３を形成する。詳しくは、一方の対角に位置する突起６０，６３は下方に突出し、他方の対角に位置する突起６１，６２は上方に突出している。そして、図１３に示すように、正負の電極板２０，３０を、セパレータ４０を挟んで、セパレータ４０に設けた突起（６０，６１，６２，６３）と電極板３０に設けたＣ面カット部（切欠き部）５０，５１，５２，５３で位置合わせして重ね合わせる。

・図１４に示すように、電極板３０におけるタブ３３の付近（タブ３３の横）に切欠き部７０を形成する。また、図１５に示すように、セパレータ４０において、切欠き部７０に対応する突起８０を形成する。そして、正負の電極板２０，３０を、セパレータ４０を挟んで、セパレータ４０に設けた突起８０と電極板３０に設けた切欠き部７０で位置合わせして重ね合わせるようにしてもよい。

・切欠き部に代わり貫通孔でもよい。つまり、セパレータに突起を設けるとともに他方の電極板における突起に対応する位置に貫通孔が形成され、突起と貫通孔が係合して位置決めされている構成としてもよい。

・正極の電極板２０をセパレータ４０に包んだが、負極の電極板３０をセパレータ４０に包んでもよい。つまり、リチウムイオン二次電池１０の構造として、正極の電極板２０に突起４７，４８に対応する切欠き部を形成して正負の電極板２０，３０をセパレータ４０を挟んで位置決めしつつ重ね合わせる。このとき、突起４７，４８は、電極板２０の厚みに対し突き抜け可能に突出させるとよい。また、製造方法として、負極の電極板３０を、突起４７，４８が設けられたセパレータ４０に包む工程と、正極の電極板２０に、突起４７，４８に対応する切欠き部を形成する工程と、セパレータ４０に包まれた負極の電極板３０と正極の電極板２０とを重ね合わせる工程と、を有し、セパレータ４０の突起４７，４８と正極の電極板２０の切欠き部で位置合わせする。

・蓄電池はリチウムイオン二次電池であったが、これに限定されることなく、他の二次電であっても、また一次電池、キャパシタ等であってもよい。

１０…リチウムイオン二次電池、２０…正極の電極板、３０…負極の電極板、３７…切欠き部、３８…切欠き部、４０…セパレータ、４７…突起、４８…突起、５０…Ｃ面カット部、５１…Ｃ面カット部、５２…Ｃ面カット部、５３…Ｃ面カット部、６０…突起、６１…突起、６２…突起、６３…突起、７０…切欠き部、８０…突起。

Claims (4)

1. 正負の電極板がセパレータの少なくとも一部を挟んで重ね合わせて配置してなる蓄電池において、
   前記正負の電極板のうちの一方の電極板は、前記セパレータに包まれ、
   前記セパレータに突起が設けられているとともに、前記正負の電極板のうちの他方の電極板に前記突起に対応する切欠き部または貫通孔が形成されていることを特徴とする蓄電池。
2. 前記突起は、前記他方の電極板の厚みに対し突き抜け可能に突出していることを特徴とする請求項１に記載の蓄電池。
3. 正負の電極板をセパレータを挟んで重ね合わせて配置してなる蓄電池の製造方法において、
   前記正負の電極板のうちの一方の電極板を、突起が設けられた前記セパレータに包む工程と、
   前記正負の電極板のうちの他方の電極板に、前記突起に対応する切欠き部または貫通孔を形成する工程と、
   前記セパレータに包まれた前記一方の電極板と前記他方の電極板とを重ね合わせる工程と、
   を有し、
   前記セパレータの前記突起と前記他方の電極板の前記切欠き部または前記貫通孔で位置合わせすることを特徴とする蓄電池の製造方法。
4. 前記突起は、前記他方の電極板の厚みに対し突き抜け可能に突出していることを特徴とする請求項３に記載の蓄電池の製造方法。