JP2017041310A

JP2017041310A - 電池の製造方法

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Publication number: JP2017041310A
Application number: JP2015160757A
Authority: JP
Inventors: 水野　雄介; Yusuke Mizuno; 雄介水野; 健一川北; Kenichi Kawakita; 都藤　靖泰; Yasuhiro Tsudo; 靖泰都藤; 康裕進藤; Yasuhiro Shindo; 大澤　康彦; Yasuhiko Osawa; 康彦大澤; 雄樹草地; Takeki Kusachi; 佐藤　一; Hajime Sato; 一佐藤; 赤間　弘; Hiroshi Akama
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Sanyo Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; Sanyo Chemical Industries Ltd
Priority date: 2015-08-18
Filing date: 2015-08-18
Publication date: 2017-02-23
Anticipated expiration: 2035-08-18
Also published as: JP6633866B2

Abstract

【課題】製造の効率化を図ることのできる電池の製造方法を提供する。【解決手段】第１の集電体上に複数設けた所定形状の枠体と、当該枠体の内側に正極活物質層と負極活物質層とがセパレータを介して積層され、当該正極活物質層と負極活物質層とセパレータとが第２の集電体で封じられてなり、前記セパレータ及び第２の集電体の外周部が前記枠体に固定された単電池構造体を有する電池の製造方法であって、帯状の状態で供給される第１の集電体シート上に複数設けられた枠体のそれぞれに、前記第２の集電体の外周部が、隣接する枠体に固定される第２の集電体と重なり合わないよう配置して被切断体を形成する被切断体形成工程と、当該被切断体の前記シール部を各第２の集電体の外周部よりも外側、第２集電体間の間隙で切断して単電池構造体毎に切り離す切断工程と、を有するを有する電池の製造方法である。【選択図】図１

Description

本発明は、電池の製造方法に関する。

従来、バイポーラ型の電池を製造する工程としては、シート状の集電体を巻回したロールから、第１の集電体シートを供給しつつ、この集電体上に所定間隔で絶縁体を複数配し、一対の絶縁体間に負極層、電解質層、正極層を積層して電池構造体を形成し、さらに別のロールから供給される第２の集電体をこれら電池構造体及び絶縁体上に配してから、絶縁体の位置で切断するという方法が採られてきた（例えば特許文献１）。

しかしこの方法では、例えば第２の集電体側から切断刃を降下させて切断する場合、第２の集電体が切断刃の押圧力により変形し、第２の集電体が第１の集電体に接触して短絡を起こす可能性がある。そこで特許文献１では、一方の集電体を仮切断し、当該仮切断した断面を絶縁処理してから、本切断を行って、電池構造体を切り離すことが行われている。

特開２００８−０５３１０３号公報

しかしながら、上記従来の方法では、電極材料の無駄はないが、切断の工程が複雑になって効率的に製造できないという問題点があった。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、製造の効率化を図ることのできる電池の製造方法を提供することをその目的の一つとする。

上記従来例の問題点を解決する本発明は、第１の集電体と、この第１の集電体上に複数設けた所定形状の枠体と、当該枠体の内側に正極活物質層と負極活物質層とがセパレータを介して積層され、当該正極活物質層と負極活物質層とセパレータとが第２の集電体で封じられてなり、前記セパレータ及び第２の集電体の外周部が前記枠体に固定された単電池構造体を有する電池の製造方法であって、帯状の状態で供給される第１の集電体シート上に複数設けられた枠体のそれぞれに、前記第２の集電体の外周部が、隣接する枠体に固定される第２の集電体と重なり合わないよう配置して被切断体を形成する被切断体形成工程と、当該被切断体の前記シール部を各第２の集電体の外周部よりも外側、第２集電体間の間隙で切断して単電池構造体毎に切り離す切断工程と、を有することとしたものである。

このように、第２の集電体を含む電池構造体が、シール部によって仕切られていることで、シール部の位置で切断するだけで電池を製造でき、製造の効率化を図ることが可能となる。

またここで、前記被切断体形成工程は、前記帯状の第１の集電体シートを連続供給する工程と、連続供給される前記帯状の第１の集電体シート上の長手方向に、枠体下層部を繰り返して形成する枠体下層部配置工程と、前記枠体下層部の内側に正極活物質または負極活物質の一方を充填する第１の充填工程と、前記枠体下層部上に前記セパレータの外周部が位置するよう前記セパレータを配するセパレータ配置工程と、当該セパレータの外周部を配した枠体下層部上に枠体上層部を形成して、枠体を形成する枠体形成工程と、当該枠体上層部の内側に、前記正極活物質または負極活物質の他方を充填する第２の充填工程と、前記形成された枠体上に、第２の集電体をその外周部が位置するよう配する集電体配置工程と、を含んでもよい。またさらに、前記第１の集電体シート上に形成された枠体は、それに隣接する枠体と連続しており、各枠体と前記セパレータとの重なり部分の幅、及び各枠体の辺と前記第２の集電体との重なり部分の幅は、各枠体の辺の幅ｄ／２未満であり、前記セパレータ、及び前記第２の集電体は、それぞれ隣接する枠体で封止されるセパレータ及び第２の集電体と重なり合わないよう配されてもよい。ここで前記枠体は、矩形状をなし、当該枠体が有する４つの辺のうち相対する一組の辺が隣接する枠体の有する辺に連続してなるものとしてもよい。

さらに前記被切断体形成工程において、前記第１の集電体シート上に形成された前記枠体の、第２の集電体を配置する側の面に、断面が所定形状をなす溝を形成する工程を含んでもよく、前記切断工程で得られた単電池構造体を複数積層配置する工程をさらに含んでもよい。

本発明によると、第２の集電体を含む電池構造体が、シール部によって仕切られていることで、シール部の位置で切断するだけで電池を製造でき、製造の効率化を図ることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る電池の製造方法を模式的に表す説明図である。本発明の実施の形態の一例に係る電池の製造方法を、一つの電池構造体の区画に注目して示した説明図である。本発明の実施の形態の一例に係る電池の製造方法における電池構造体の切断の状況を表す説明図である。本発明の実施の形態の一例に係る電池の製造方法における電池構造体の切断時の切断位置での模式的断面を表す説明図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本発明の実施の形態に係る電池の製造方法では、図１に模式的に示すように、帯状（長尺のシート状）の第１の集電体シート１１がロール１００に巻回されて提供され、また、第２の集電体１２は、所定形状に切断されて提供される。この第２の集電体１２の形状については後に述べる。なお、図１は、製造の工程を見やすくするため、第１の集電体シート１１の幅方向中央で破断した断面を模式的に表す断面図としている。

第１の集電体シート１１及び第２の集電体１２は、金属集電体や樹脂集電体を用いて形成すればよい。具体的に金属集電体としては、公知の金属集電体材料を用いることができる。例えば金属集電体材料は、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、タンタル、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモン、およびこれらの一種以上を含む合金、ならびにステンレス合金からなる群から選択される一種以上の材料を含んでなる。金属集電体は薄板または金属箔から形成されてもよいし、基材の表面にスパッタリング、電着、塗布等の手法により金属層が形成されたものであってもよい。

また樹脂集電体は例えば、樹脂集電体材料を用いて形成する。この樹脂集電体材料は、導電性を有する高分子材料であってもよいし、導電性を有さない高分子材料であってもよい。具体的にこの高分子材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、ポリシクロオレフィン（ＰＣＯ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂又はこれらの混合物等が挙げられる。

高分子材料は、上記のうち電気的安定性の観点から、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）及びポリシクロオレフィン（ＰＣＯ）が好ましく、さらに好ましくはポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリメチルペンテン（ＰＭＰ）である。

また、樹脂集電体は、導電性の高分子材料を含む樹脂集電体の導電性を向上させる目的、あるいは、導電性を有さない高分子材料を含む樹脂集電体に導電性を付与する目的から、導電性フィラーを含んでいることが好ましい。導電性フィラーは、導電性を有する材料から選択され、好ましくは、集電体内のイオン透過を抑制する観点から、電荷移動媒体として用いられるイオンに関して伝導性を有さない材料を用いる。このような材料として具体的には、カーボン材料、アルミニウム、金、銀、銅、鉄、白金、クロム、スズ、インジウム、アンチモン、チタン、ニッケルなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの導電性フィラーは一種類の素材を単独で用いてもよいし、二種以上の素材を併用してもよい。また、上記素材の合金材、例えばステンレス（ＳＵＳ）等が用いられてもよい。導電性フィラーは、耐食性の観点からは、アルミニウム、ステンレス、カーボン材料、またはニッケルであることが好ましく、より好ましくはカーボン材料である。また、これらの導電性フィラーは、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに、上記で示される金属をメッキ等でコーティングしたものであってもよい。

樹脂集電体の具体例としては、ポリプロピレンに導電性フィラーとしてアセチレンブラックを５〜２０部分散させた後、熱プレス機で圧延したものが挙げられる。また、その厚みも特に制限されず、公知のものと同様、あるいは適宜変更して適用することができる。

また、本発明の実施の形態に係る電池の製造方法では正極活物質１３及び負極活物質１４を予め用意しておく。このうち正極活物質１３は、粉体状の正極活物質粒子、または当該正極活物質粒子を電解液に分散させて得られるスラリー状ないしゲル状の物質である。

ここで正極活物質粒子としては、リチウムと遷移金属との複合酸化物（例えばＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎＯ₂及びＬｉＭｎ₂Ｏ₄）、遷移金属酸化物（例えばＭｎＯ₂及びＶ₂Ｏ₅）、遷移金属硫化物（例えばＭｏＳ₂及びＴｉＳ₂）及び導電性高分子（例えばポリアニリン、ポリフッ化ビニリデン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ−ｐ−フェニレン及びポリカルバゾール）等がある。

また、負極活物質１４は、粉体状の負極活物質粒子、または当該負極活物質粒子を電解液に分散させて得られるスラリー状ないしゲル状の物質である。ここで負極活物質粒子としては、黒鉛、難黒鉛化性炭素、アモルファス炭素、高分子化合物焼成体（例えばフェノール樹脂及びフラン樹脂等を焼成し炭素化したもの等）、コークス類（例えばピッチコークス、ニードルコークス及び石油コークス等）、炭素繊維、導電性高分子（例えばポリアセチレン及びポリピロール等）、スズ、シリコン、及び金属合金（例えばリチウム−スズ合金、リチウム−シリコン合金、リチウム−アルミニウム合金及びリチウム−アルミニウム−マンガン合金等）、リチウムと遷移金属との複合酸化物（例えばＬｉ₄Ｔｉ₅Ｏ1₂等）等がある。

本実施の形態においては、正極活物質粒子または負極活物質粒子は、その表面の少なくとも一部が被覆用樹脂及び導電助剤を含む被覆剤で被覆されてなる被覆活物質粒子であることが好ましい。

この例では、被覆剤は被覆用樹脂を含んでおり、正極活物質粒子の周囲が被覆剤で被覆されていると、電極の体積変化が緩和され、電極の膨脹を抑制することができる。被覆用樹脂の例としては、ビニル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート等が挙げられる。これらの中ではビニル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂又はポリアミド樹脂が好ましい。

また導電助剤としては、導電性を有する材料から選択される。具体的には、アルミニウム、ステンレス（ＳＵＳ）、銀、金、銅及びチタン等の金属材料、グラファイト、カーボンブラック（アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等）などのカーボン材料、及びこれらの混合物等があるが、これらに限定されない。

また、導電助剤として金属材料を用いる場合、その合金又は酸化物（金属酸化物）が用いられてもよい。電気的安定性の観点から導電助剤として用いる材料は、好ましくはアルミニウム、ステンレス、銀、金、銅、チタン等の金属や、カーボン、銀、金、銅、チタン（グラファイト、カーボンブラック（アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等）、単層カーボンナノチューブ及び多層カーボンナノチューブ等）及びこれらの混合物であり、より好ましくは銀、金、アルミニウム、ステンレス及びカーボンであり、さらに好ましくはカーボンである。またこれらの導電助剤とは、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに導電性材料（上記した導電助剤の材料のうち金属のもの）をメッキ等でコーティングしたものでもよい。またここでは一種類の導電助剤を単独で用いてもよいし、二種以上の導電助剤を併用してもよい。

さらに導電助剤として導電性繊維を用いることも可能である。導電性繊維としては、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維、合成繊維の中に導電性のよい金属や黒鉛を均一に分散させてなる導電性繊維、ステンレス鋼等の金属を繊維化した金属繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆した導電性繊維、有機物繊維の表面を導電性物質を含む樹脂で被覆した導電性繊維等がある。これらの導電性繊維の中では炭素繊維が好ましい。

被覆活物質粒子は、例えば、活物質粒子を万能混合機に入れて３０〜５００ｒｐｍで撹拌した状態で、被覆用樹脂を含む樹脂溶液を１〜９０分かけて滴下混合し、さらに導電助剤を混合し、撹拌したまま５０〜２００℃に昇温し、０．００７〜０．０４ＭＰａまで減圧した後に１０〜１５０分保持することにより得ることができる。

また、正極活物質粒子または負極活物質粒子を、電解液に分散させてスラリー状またはゲル状の正極活物質１３または負極活物質１４とする場合、電解液としては、リチウムイオン電池の製造に用いられる、電解質及び非水溶媒を含有する電解液を使用することができる。

具体的に電解質としては、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＳｂＦ₆、ＬｉＡｓＦ₆及びＬｉＣｌＯ₄等の無機酸のリチウム塩、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂及びＬｉＣ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃等の有機酸のリチウム塩等がある。これらのうち、電池出力及び充放電サイクル特性の観点からはＬｉＰＦ₆が好ましい。

また非水溶媒としては、通常の電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、ラクトン化合物、環状又は鎖状炭酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、環状又は鎖状エーテル、リン酸エステル、ニトリル化合物、アミド化合物、スルホン、スルホラン等及びこれらの混合物を用いることができる。この非水溶媒は一種類を単独で用いてもよいし、二種類以上の非水溶媒を併用してもよい。

上記の非水溶媒の例のうち、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのは、ラクトン化合物、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル及びリン酸エステルであり、より好ましいのはラクトン化合物、環状炭酸エステル及び鎖状炭酸エステルであり、さらに好ましいのは環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルの混合液である。特に好ましいのはプロピレンカーボネート(ＰＣ)、またはエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合液である。

またスラリー状とする場合、活物質粒子並びに導電助剤を電解液の重量に基づいて１０〜６０重量％の濃度で分散してスラリー化することにより調製することが好ましい。

さらに本実施の形態では、所定形状に切断されたセパレータ１５が用意される。このセパレータ１５は、ポリエチレン、ポリプロピレン等、ポリオレフィン製の微多孔膜フィルム、多孔性のポリエチレンフィルムとポリプロピレンとの多層フィルム、ポリエステル繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等からなる不織布、及びそれらの表面にシリカ、アルミナ、チタニア等のセラミック微粒子を付着させたもの等で構成される。このセパレータ１５の形状については後に述べる。

また互いに隣接する、第１の集電体１１０（第１の集電体シート１１が切断されたもの）、正極活物質１３、セパレータ１５、負極活物質１４、及び第２の集電体１２を有する電池構造体１０間を仕切る堤状の枠体１６を形成するシール材料を用意しておく。このシール材料としては、第１、第２の集電体１１、１２に対する接着性を有し、正極活物質１３または負極活物質１４に含まれ得る電解液に対して耐久性のある材料であれば特に限定されないが、高分子材料、特に熱硬化性樹脂が好ましい。具体的には、エポキシ系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリフッ化ビニデン樹脂等でよい。耐久性が高く取り扱いが容易であることを考慮すると、これらのうちエポキシ系樹脂が好ましい。

以上の用意の下、次の工程により電池を製造する。

すなわち、ロール１００に巻回された帯状（長尺のシート状）の第１の集電体シート１１（その幅をＷとする）を、図示しない支持部材上で所定の搬送方向（例えば長手方向）に搬送して連続供給し、この連続供給される第１の集電体シート１１上に所定の間隔Ｌの間隙をおいて、第１の集電体シート１１の長手方向に長さｄ／２、高さｈを有し、所定形状の空間を画定する枠体下層部１６ａを、繰り返し形成する（枠体下層部配置工程：Ｓ１１）。また、第１の集電体シート１１の幅方向両端からそれぞれ幅ｗ（ｗ＜Ｗ／２）の範囲に連続して枠体下層部１６ａを形成する。従って互いに隣接する枠体下層部１６ａの、第１の集電体シート１１の幅方向に延びる辺（以下、第１の集電体シート１１の長手方向に沿って形成される辺と区別する必要がある場合は、仕切り辺と呼ぶ）は、第１の集電体シート１１の長手方向にｄ／２＋ｄ／２＝ｄだけの幅で形成される。ここではシール材料を加熱してゲル状に溶融して、図１の第１の位置Ｐ１にて第１の集電体シート１１上に滴下することで枠体下層部１６ａを形成するものとする。つまりこの例では、枠体１６の形状は、矩形状をなすようになる。

次に第２の位置Ｐ２にて、長さ方向にある一対の枠体下層部１６ａと、幅方向に配した一対の枠体下層部１６ａによって形成された幅Ｗ−２ｗ×長さＬ×高さｈの矩形状の（枠体内部の）空間に、正極活物質１３または負極活物質１４の一方を滴下して少なくとも枠体下層部１６ａの高さｈまで充填する（第１の充填工程：Ｓ１２）。なお、図面においては、ここで正極活物質１３を充填するものとして図示している。さらにこの充填後、第１の集電体シート１１に振動、衝撃を与えることで、正極活物質１３または負極活物質１４を上記一対の枠体下層部１６ａ間の間隔Ｌの範囲に均一に分散させてもよい。これにより正極室または負極室の一方が形成される。

また本実施の形態では、シート状のセパレータ１５を予め、幅ｓｗ×長さｓｄの矩形に切断しておく。ここで、ｓｗはＷ−２ｗ＜ｓｗ≦Ｗ（Ｗは第１の集電体シート１１の幅）であり、Ｌ＜ｓｄ＜Ｌ＋ｄ／２とする。本実施の形態では、枠体下層部１６ａ間に正極活物質１３または負極活物質１４の一方を充填した後、この充填された活物質をカバーするよう、このセパレータ１５を配して、上部から押圧する（セパレータ配置工程：Ｓ１３）。このとき、セパレータ１５の幅方向（幅ｓｗを有する方向）を第１の集電体シート１１の幅方向にあわせ、セパレータ１５の長さ方向を第１の集電体シート１１の長手方向にあわせる。また、セパレータ１５の、第１の集電体シート１１の長手方向の両端部がいずれも各枠体下層部１６ａの外周に重ならないように（枠体１６とセパレータ１５との重なり部分の幅が枠体１６の辺の幅ｄ／２未満となるよう）セパレータ１５を位置決めする。ここで枠体下層部１６ａの外周は、第１の集電体シート１１の幅方向においては第１の集電体シート１１の外周に一致し、第１の集電体シート１１の長手方向においては、図２に例示するｄ／２幅の仕切り辺の外周（仕切り辺は隣接する枠体下層部１６ａの仕切り辺に連続しているので、この外周は隣接する枠体下層部１６ａの外周に一致している）となる。セパレータ１５は、少なくとも仕切り辺の外周には重なり合わないよう配置され、従って、互いに隣接する枠体下層部１６ａに配される一対のセパレータ１５も重なり合わないよう配されることとなる。これにより、第１の集電体シート１１の長手方向にセパレータ１５の存在しない部分（間隙）が形成される。

次いで、この枠体下層部１６ａが形成された部分に、さらに高さｈ′の枠体上層部１６ｂを配し、枠体１６を形成する（枠体形成工程：Ｓ１４）。この枠体上層部１６ｂもまた、シール材料を加熱してゲル状に溶融して、図１の第３の位置Ｐ３にて枠体下層部１６ａ上に実質的に同一形状で滴下することで形成できる。このとき、セパレータ１５の第１の集電体シート１１の長手方向の両端部は、枠体下層部１６ａと枠体上層部１６ｂとの間に挟持された状態となり、枠体１６によって封止される。

この枠体形成工程の後、一対の枠体上層部１６ｂと、セパレータ１５とによって区画された空間（第１の集電体シート１１の長手方向に長さＬを有する空間）に、正極活物質１３または負極活物質１４の他方を充填する（第２の充填工程：Ｓ１５）。つまり、工程Ｓ１２において、正極活物質１３を充填したならば、ここでは負極活物質１４を充填する。また、工程Ｓ１２において負極活物質１４を充填したならば、ここでは正極活物質１３を充填する。図面においては、ここで負極活物質１４を充填するものとして図示している。

ここでの活物質の充填においても、図１の第４の位置Ｐ４にて、活物質を滴下して少なくとも枠体上層部１６ｂの高さｈ′まで充填する。またここでも充填後、第１の集電体シート１１に振動、衝撃を与えることで、負極活物質１４または正極活物質１３を上記一対の枠体下層部１６ａ間の間隔Ｌの範囲に均一に分散させてもよい。これにより負極室または正極室が形成される。

またここでは、シート状の第２の集電体１２を予め、幅ｔｗ×長さｔｄの矩形に切断しておく。ここで、ｔｗはＷ−２ｗ＜ｔｗ≦Ｗ（Ｗは第１の集電体シート１１の幅、ｗは第１の集電体シート１１の幅方向両端に配した枠体下層部１６ａの幅）、好ましくはｔｗ＝Ｗであり、Ｌ＜ｔｄ＜Ｌ＋ｄ／２とする。

本実施の形態では、枠体上層部１６ｂとセパレータ１５とにより形成された空間に正極活物質１３または負極活物質１４の他方を充填した後、この充填された活物質をカバーするよう、第２の集電体１２を配する（集電体配置工程：Ｓ１６）。このとき、第２集電体１２の幅方向（幅ｔｗを有する方向）を第１の集電体シート１１の幅方向にあわせ、第２集電体１２の長さ方向を第１の集電体シート１１の長手方向にあわせる。また第２集電体１２の、第１の集電体シート１１の長手方向の両端部がいずれも枠体１６の長さ方向の外周に重ならないように第２集電体１２を配する。つまり、枠体１６の第１の集電体シート１１の幅方向に形成された辺（仕切り辺）の外周には、第２集電体１２が重なり合わないよう、第２集電体１２と枠体１６の仕切り辺との重なり部分の幅は、枠体１６の仕切り辺の幅ｄ／２未満とする。このように第２集電体１２も、少なくとも枠体１６の仕切り辺の外周には重なり合わないよう配置され、従って、互いに隣接する枠体１６に配される一対の第２集電体１２も互いに重なり合わないよう配されることとなる。これにより、第１の集電体シート１１の長手方向に第２集電体１２の存在しない部分（間隙）が形成される。
またこの集電体配置工程では、第２集電体１２を加熱しながら押圧することで、第２集電体１２が枠体１６に圧着されて枠体１６に固定され、枠体１６と第２集電体１２との上面側が実質的に面一となるようにしてもよい。

これにより、連続的な第１の集電体シート１１上に、少なくとも正極活物質１３、セパレータ１５、負極活物質１４、及び第２の集電体１２を有する電池構造体１０が、所定の間隔で配された枠体１６（より詳しくは枠体１６の仕切り辺）によって仕切られ、被切断体２０が形成される。

なお、本実施の形態では、工程Ｓ１４にて枠体１６を形成した後、ここまでの間に、枠体１６の上面側（後に切断が開始される側の面）であって、枠体１６の仕切り辺の外周位置（互いに隣接する枠体１６の仕切り辺は連続して形成されているため、長さ方向の両端部からそれぞれ距離ｄ／２の位置となる）に、断面Ｖ字ないしＵ字等の所定形状を有する溝１６０を形成してもよい。図１では、工程Ｓ１４の直後に、この溝１６０を形成する例を示している。この溝１６０は押圧ないし切削形成してもよいし、又は工程Ｓ１４においてシール材料を、このような形状になるように滴下することによって形成してもよい。

次に、本実施の形態では、得られた被切断体２０を、枠体１６の仕切り辺の外周位置で、枠体１６の上面側から切断する（Ｓ１７）。この切断は、図３に例示するように、不導体の切断刃Ｂを枠体１６の仕切り辺の外周位置において押圧することで行う。なお、溝１６０が形成されている場合は、この溝１６０の位置に不導体の切断刃Ｂをガイドして押圧し、被切断体２０を切断する。これにより、第１の集電体シート１１を切断して得られた第１の集電体１１０、並びに、正極活物質１３、セパレータ１５、負極活物質１４、及び第２の集電体１２を有する電池構造体１０が形成される。

図３において、図面手前側の電池構造体１０については、一部を破断し、また、第２の集電体１２を捲り上げてその内部を示している。この図３により理解される通り、枠体１６の外周（破断した位置）に第２の集電体１２やセパレータ１５が重なり合っておらず、この破断位置に第２の集電体１２やセパレータ１５が存在しない（間隙となっている）ので、第２の集電体１２やセパレータ１５が曲げ変形して第１の集電体１１に短絡することがない。

つまり本実施の形態では図４（ａ）に模式的に被切断体２０の切断位置を含む断面を示すように、切断刃Ｂによる切断位置において第２の集電体１２やセパレータ１５が積層されていない。従って、図４（ｂ）に例示するように、切断のときに第２の集電体１２やセパレータ１５が曲げ変形されることがなく、従って第２の集電体１２やセパレータ１５が第１の集電体１１に短絡することがなくなる。なお、切断時には、切断位置において第１の集電体シート１１の下部を受け３０によって支持しておいてもよい。

さらに本実施の形態では、被切断体２０を切断して得た複数の電池構造体１０を積層配置し、上面と下面側にそれぞれ接触する一対の電極を配して封止し、電池を得る（Ｓ１８）。この積層並びに、電極配置、封止の各工程は従来知られている方法を採用できるので、ここでの詳しい説明は省略する。

図２は、本実施の形態の一例に係る電池の製造方法を、一つの電池構造体１０の区画に注目して示したものである。図２に例示するように本実施の形態では、第１の集電体１１シートの搬送方向に沿って長さＬの間隙を空けて、枠体下層部１６ａの仕切り辺を形成する（Ｓ２１）。そして、この長さＬの空間に正極活物質１３または負極活物質１４の一方、例えば正極活物質１３を充填する（Ｓ２２，Ｓ２３）。なお、このとき枠体下層部１６ａの、第１の集電体シート１１の搬送方向端部の高さは、正極活物質１３を充填した空間側の高さより段階的、または連続的に大きくなっていてもよい。

そして充填された正極活物質１３をカバーするよう、セパレータ１５を配する（Ｓ２４）。このとき、セパレータ１５の幅方向（幅ｓｗを有する方向）を第１の集電体シート１１の幅方向にあわせ、セパレータ１５の長さ方向を第１の集電体シート１１の長手方向にあわせる。また、セパレータ１５の、第１の集電体シート１１の長手方向（搬送方向）の両端部がいずれも枠体下層部１６ａの仕切り辺の外周位置（図２において第１の集電体シート１１の搬送方向端部）に重ならないようにセパレータ１５を配する。

そして枠体下層部１６ａが形成された部分に、さらに高さｈ′の枠体上層部１６ｂを配し、枠体１６を形成する（Ｓ２５）。このとき、セパレータ１５の第１の集電体シート１１の長手方向（搬送方向）の両端部は、枠体下層部１６ａと枠体上層部１６ｂとの間に挟持された状態となる。

そして枠体上層部１６ｂと、セパレータ１５とによって区画された空間に、正極活物質１３または負極活物質１４の他方を充填する（Ｓ２６）。ここでは工程Ｓ２２において、正極活物質１３を充填したので、ここでは負極活物質１４を充填する。ここでも枠体上層部１６ｂの、第１の集電体シート１１の搬送方向端部の高さは、正極活物質１３を充填した空間側の高さより段階的、または連続的に大きくなっていてもよい。具体的には第２の集電体１２の形状に合わせて枠体上層部１６ｂの上面に凹部を形成しておいてもよい。

次にこの充填された負極活物質１４をカバーするよう、第２の集電体１２を配する（Ｓ２７）。枠体上層部１６ｂに凹部を形成したときには、この凹部に第２の集電体１２を配置する。このとき、第２集電体１２の幅方向（幅ｔｗを有する方向）を第１の集電体シート１１の幅方向にあわせ、第２集電体１２の長さ方向を第１の集電体シート１１の長手方向にあわせる。また第２集電体１２の、第１の集電体シート１１の長手方向の両端部がいずれも枠体１６の仕切り辺の外周位置に重ならないように第２集電体１２を配する。

これにより、連続的な第１の集電体シート１１上に、少なくとも正極活物質１３、セパレータ１５、負極活物質１４、及び第２の集電体１２を有する電池構造体１０が、所定の間隔で配された枠体１６によって仕切られて、断続的に複数個形成されてなる被切断体２０が形成される（Ｓ２８）。

そしてこの被切断体２０を枠体１６の所定位置で切断することで、第１の集電体シート１１が切断されて得られた第１の集電体１１０、並びに、正極活物質１３、セパレータ１５、負極活物質１４、及び第２の集電体１２を有する電池構造体１０が形成される。

本実施の形態によると、第２の集電体を含む電池構造体が、枠体によって仕切られて断続的に配置されており、枠体の所定位置で切断するだけで短絡のおそれなく電池を製造でき、製造の効率化を図ることが可能となる。

１０電池構造体、１１第１の集電体シート、１２第２の集電体、１３正極活物質、１４負極活物質、１５セパレータ、１６枠体、１６ａ枠体下層部、１６ｂ枠体上層部、２０被切断体、３０受け、１００ロール、１１０第１の集電体、１６０溝。

Claims

第１の集電体と、
この第１の集電体上に複数設けた所定形状の枠体と、
当該枠体の内側に正極活物質層と負極活物質層とがセパレータを介して積層され、当該正極活物質層と負極活物質層とセパレータとが第２の集電体で封じられてなり、前記セパレータ及び第２の集電体の外周部が前記枠体に固定された単電池構造体を有する電池の製造方法であって、
帯状の状態で供給される第１の集電体シート上に複数設けられた枠体のそれぞれに、前記第２の集電体の外周部が、隣接する枠体に固定される第２の集電体と重なり合わないよう配置して被切断体を形成する被切断体形成工程と、
当該被切断体の前記シール部を各第２の集電体の外周部よりも外側、第２集電体間の間隙で切断して単電池構造体毎に切り離す切断工程と、
を有する電池の製造方法。
請求項１記載の電池の製造方法であって、
前記被切断体形成工程は、
前記帯状の第１の集電体シートを連続供給する工程と、
連続供給される前記帯状の第１の集電体シート上の長手方向に、枠体下層部を繰り返して形成する枠体下層部配置工程と、
前記枠体下層部の内側に正極活物質または負極活物質の一方を充填する第１の充填工程と、
前記枠体下層部上に前記セパレータの外周部が位置するよう前記セパレータを配するセパレータ配置工程と、
当該セパレータの外周部を配した枠体下層部上に枠体上層部を形成して、枠体を形成する枠体形成工程と、
当該枠体上層部の内側に、前記正極活物質または負極活物質の他方を充填する第２の充填工程と、
前記形成された枠体上に、第２の集電体をその外周部が位置するよう配する集電体配置工程と、
を含む電池の製造方法。
請求項２記載の電池の製造方法であって、
前記第１の集電体シート上に形成された枠体は、それに隣接する枠体と連続しており、各枠体と前記セパレータとの重なり部分の幅、及び各枠体の辺と前記第２の集電体との重なり部分の幅は、各枠体の辺の幅ｄ／２未満であり、前記セパレータ、及び前記第２の集電体は、それぞれ隣接する枠体で封止されるセパレータ及び第２の集電体と重なり合わないよう配される電池の製造方法。
請求項３に記載の電池の製造方法であって、
前記枠体は、矩形状をなし、当該枠体が有する４つの辺のうち相対する一組の辺が隣接する枠体の有する辺にそれぞれ連続してなる電池の製造方法。
請求項１から４のいずれか一項に記載の電池の製造方法であって、
前記被切断体形成工程において、前記第１の集電体シート上に形成された前記枠体の、第２の集電体を配置する側の面に、断面が所定形状をなす溝を形成する工程を含む電池の製造方法。
請求項１から５のいずれか一項に記載の電池の製造方法であって、
前記切断工程で得られた単電池構造体を複数積層配置する工程をさらに含む電池の製造方法。