JP2018113110A - 電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性が向上し、また製造コストの上昇も抑えることができ、しかも短絡などの問題を発生することがない高性能の電池を製造することができる電池の製造方法を提供することにある。【解決手段】長尺状の負極の両面に、同じく長尺状のセパレータを貼り合わせた状態で、一部が導電性材料で形成された第１および第２の加圧ロールにより順次加圧して長尺状の負極集積体を製造する積層体製造工程と、積層体製造工程において第１および第２の加圧ロールと負極との間の電気抵抗を測定し、電気抵抗が所定以下の場合には不良が発生したと判断する検査工程と、負極集積体を、間隔をおいて切断する際に、切断する負極集積体に検査工程において不良が発生したと判断される部位が含まれる場合には、その切断した負極集積体を除去し、含まれない場合には、その切断した負極集積体上に正極集積体を積層して電池積層体を製造する積層工程と、から成ることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電極を積層して構成された電池の製造方法に関するものである。

近年、環境保護、省エネルギーの観点から、エンジンとモータを動力源として併用したハイブリッド自動車やモータを動力源とした電気自動車が開発、製品化されている。このハイブリッド自動車や電気自動車のエネルギー源として、電気を繰り返し充電放電可能な二次電池は必須の技術である。
一般的にこの二次電池としては、リチウム二次電池、ニッケル二次電池などの二次電池が用いられるが、なかでも、リチウム二次電池は、その動作電圧が高く、高い出力を得やすいので有力な電池であり、ハイブリッド自動車や電気自動車の電源としてますます重要性が増してきている電池である。
また従来から、二次電池は、製造後に短絡検査が行われるのが一般的である。

このような二次電池の短絡検査の先行技術として、特許文献１に記載されている電気二重層キャパシタの製造方法及び短絡検査装置が挙げられる。同文献の技術では、端子部２及び本体部４を備える第１の電極１ａ及び第２の電極１ｂを、セパレータ６を介してそれぞれの端子部が互いに重なりあわないように積層して、積層体を得る工程と、第１の電極１ａ、セパレータ６及び第２の電極１ｂからなる積層体を加圧しながら、第１の電極と第２の電極との短絡を検査する工程とを含み、前記短絡を検査する工程において電極１ａと電極１ｂとの間での短絡が検出された場合には、この測定前に基台１０上に積層された電極１ａ、セパレータ６及び電極１ｂを基台１０から除去するようにしている（特に、同文献の［００３３］〜［００３５］）。

特開２０１４−１１０１３９号公報

しかしながら前記特許文献１に記載の技術には、次のような問題点があった。
すなわち、前記短絡を検査する工程で電極１ａと電極１ｂとの間での短絡が検出された場合には、この測定前に基台１０上に積層した電極１ａ、セパレータ６及び電極１ｂを基台１０から除去する必要があるため、生産性が低下し、また、電極１ａ、セパレータ６及び電極１ｂを廃棄するために、廃棄物の量が多くなって歩留まりが悪く、したがって、製造コストが上昇するなどの問題が発生した。

本発明は、前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、生産性が向上し、また製造コストの上昇も抑えることができ、しかも短絡などの問題を発生することがない高性能の電池を製造することができる電池の製造方法を提供することにある。

上記の問題点を解決するために、本発明の電池の製造方法は、次の構成を有している。
（１）長尺状の第１の電極の両面に、同じく長尺状のセパレータを貼り合わせた状態で、少なくとも一部が導電性材料で形成された加圧手段により順次加圧して長尺状の集積体を製造する集積体製造工程と、前記集積体製造工程において前記加圧手段と前記第１の電極との間の電気抵抗を測定し、電気抵抗が所定以下の場合には不良が発生したと判断する検査工程と、前記長尺状の集積体を、間隔をおいて切断する際に、切断する集積体に前記検査工程において不良が発生したと判断される部位が含まれる場合には、その切断した集積体を除去し、不良が発生したと判断される部位が含まれない場合には、その切断した集積体上に第２の電極を積層して電池積層体を製造する積層工程と、から成ることを特徴とする。

上記構成を有する本発明の電池の製造方法の作用・効果について説明する。
（１）長尺状の第１の電極の両面に、同じく長尺状のセパレータを貼り合わせた状態で、少なくとも一部が導電性材料で形成された加圧手段により順次加圧して長尺状の集積体を製造する集積体製造工程と、前記集積体製造工程において前記加圧手段と前記第１の電極との間の電気抵抗を測定し、電気抵抗が所定以下の場合には不良が発生したと判断する検査工程と、前記長尺状の集積体を、間隔をおいて切断する際に、切断する集積体に前記検査工程において不良が発生したと判断される部位が含まれる場合には、その切断した集積体を除去し、不良が発生したと判断される部位が含まれない場合には、その切断した集積体上に第２の電極を積層して電池積層体を製造する積層工程と、から成るので、生産性が向上し、また、廃棄されるのは、第１の電極と、その両面に位置するセパレータのみであるので、廃棄物の量を従来に比べて少なくすることができて製造コストの上昇を抑えることができ、しかも短絡などの問題を発生することがない高性能の電池を提供することができる。

本発明の電池の製造方法を実施する積層体製造装置の集積機構部の一例を概略的に示す図である。 積層体製造装置の集積機構部の要部を概略的に示す斜視図である。 積層体製造装置の集積機構部の要部を概略的に示す作用説明図である。 本発明の電池の製造方法を実施する積層体製造装置の積層機構部の一例を概略的に示す図である。

（実施形態）
以下、本発明に係る電池の製造方法を実施する積層体製造装置の一例について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態において図は、適宜簡略化或いは変形誇張されて描画されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも実施例と同一ではない。
図１は、本発明の電池の製造方法を実施する積層体製造装置の集積機構部の一例を概略的に示す図である。
図において、積層体製造装置１の集積機構部２は、負極供給部１０と、第１のセパレータ供給部１１と、第２のセパレータ供給部１２と、第１の加圧ロール１３と、第２の加圧ロール１４と、検出ロール１５と、集積体巻取部１６とを備えている。

前記負極供給部１０には、負極反物コイル１０ａが取り付けられており、そこからは、長尺状の負極１０ｂが送り出されるようになっている。前記負極１０ｂは、図３に示すように、導電性金属材料からなる長尺状の負極集電箔１０ｃの上下面上に負極活物質層１０ｄが形成された構造のものであり、本発明の第１の電極に相当する。なお、前記負極集電箔１０ｃの長尺方向とは直交する方向の一方の端部分には、前記負極活物質層１０ｄが形成されていない。
前記第１のセパレータ供給部１１には、第１のセパレータ反物コイル１１ａが取り付けられており、そこからは、長尺状の第１のセパレータ１１ｂが送り出されるようになっている。
同様に、前記第２のセパレータ供給部１２には、第２のセパレータ反物コイル１２ａが取り付けられており、そこからは、長尺状の第２のセパレータ１２ｂが送り出されるようになっている。

前記負極１０ｂ、前記第１のセパレータ１１ｂおよび前記第２のセパレータ１２ｂは、いずれも、その長手方向に進行して前記第１の加圧ロール１３と第２の加圧ロール１４の間に向かって搬送されるように構成されている。
なお、積層体製造装置１は、前記第１の加圧ロール１３および前記第２の加圧ロール１４の上流側に、接着剤（図示せず）を塗布するための接着剤塗布機（図示せず）を備えていてもよく、前記接着剤塗布機は、前記第１のセパレータ１１ｂの下面および前記負極１０ｂの上面のいずれかの面、またはその両方の面に接着剤を塗布可能に構成されており、また、前記接着剤塗布機は、前記負極１０ｂの下面および前記第２のセパレータの上面のいずれかの面、またはその両方の面に接着剤を塗布可能に構成されている。

前記第１の加圧ロール１３および前記第２の加圧ロール１４は、鉄およびその合金（例えば、ステンレス）やアルミニウム合金等の導電性金属材料で形成されており、いずれも回転可能に積層体製造装置１のフレームに支持されている。前記第１の加圧ロール１３および前記第２の加圧ロール１４が本発明の加圧手段に相当する。また、前記第１の加圧ロール１３は、前記第２の加圧ロール１４に向かってバネなどの弾性体によって弾性付勢されている。
したがって、前記第１の加圧ロール１３および前記第２の加圧ロール１４の間に、順次連続して供給された前記第１のセパレータ１１ｂおよび前記第２のセパレータ１２ｂは、前記負極１０ｂの上下面に、前記第１の加圧ロール１３および前記第２の加圧ロール１４間の加圧力によって、前記接着剤により順次貼り付け合わされ、そして長尺状の負極集積体１７が連続的に製造される。そして、長尺状の前記負極集積体１７は、集積体巻取部１６において巻き取られ、負極集積体反物コイル１６ａとされる。なお、前記負極集積体１７が本発明の集積体に相当する。

図２に示すように、前記第１のセパレータ１１ｂおよび前記第２のセパレータ１２ｂの長尺方向とは直交する方向の幅は、前記負極１０ｂの長尺方向とは直交する方向の幅より短く、したがって、前記第１の加圧ロール１３および前記第２の加圧ロール１４によって前記負極１０ｂの上下面に前記第１のセパレータ１１ｂおよび前記第２のセパレータ１２ｂが貼り付け合わされた状態では、前記負極１０ｂの長尺方向とは直交する方向の一方の端１０ｅ部分（前記負極集電箔１０ｃの、前記負極活物質層１０ｄが形成されていない一方の端部分）には、前記第１のセパレータ１１ｂおよび前記第２のセパレータ１２ｂが存在せず、前記負極集電箔１０ｃが露出している。
また、前記負極１０ｂの一方の端１０ｅ部分に対応する前記第１の加圧ロール１３および前記第２の加圧ロール１４の端部分には、例えばフッ素樹脂などの電気絶縁材料からなる被膜１３ａ、１４ａが形成されている。

前記検出ロール１５は、鉄およびその合金（例えば、ステンレス）やアルミニウム合金等の導電性金属材料で形成されており、回転可能に積層体製造装置１のフレームに支持されている。長尺状の前記負極集積体１７は、所定の抱き角度、例えば４５°以上の抱き角度でもって前記検出ロール１５上に支持されている。前記負極集積体１７と前記検出ロール１５との間には、前記第２のセパレータ１２ｂが存在するが、例えば４５°以上の抱き角度が生ずるようにして前記負極集積体１７を前記検出ロール１５によって支持することで、前記負極１０ｂの端１０ｅ部分、つまり露出した前記負極集電箔１０ｃと前記検出ロール１５が電気的に接続される。

前記検出ロール１５と前記第１の加圧ロール１３との間には、第１の絶縁抵抗測定器１８の測定端子が電気的に接続されており、前記第１のセパレータ１１ｂを介して前記負極１０ｂと前記第１の加圧ロール１３との間の絶縁抵抗が測定可能である。また、前記検出ロール１５と前記第２の加圧ロール１４との間には、第２の絶縁抵抗測定器１９の測定端子が電気的に接続されており、前記第２のセパレータ１２ｂを介しての前記負極１０ｂと前記第２の加圧ロール１４との間の絶縁抵抗が測定可能である。
なお、前記負極１０ｂの端１０ｅ部分に対応する前記第１の加圧ロール１３および前記第２の加圧ロール１４の端部分には、被膜１３ａ、１４ａが形成されているため、前記負極１０ｂの端１０ｅ部分には前記第１のセパレータ１１ｂおよび前記第２のセパレータ１２ｂが存在しないが、前記第１の加圧ロール１３および前記第２の加圧ロール１４と前記負極集電箔１０ｃとの間の電気的絶縁は確保されている。

上記のように構成された積層体製造装置１の集積機構部２について、次に図１を参照して、その動作について説明する。
すなわち、負極供給部１０から送り出された長尺状の負極１０ｂ、および第１のセパレータ供給部１１から送り出された長尺状の第１のセパレータ１１ｂ、および第２のセパレータ供給部１２から送り出された長尺状の第２のセパレータ１２ｂは、途中接着剤塗布機によって接着剤が塗布されて、第１の加圧ロール１３および第２の加圧ロール１４の間に向かって順次搬送される。
その後、第１の加圧ロール１３および第２の加圧ロール１４の間に順次連続して供給されて第１の加圧ロール１３および第２の加圧ロール１４によって加圧され、それによって第１のセパレータ１１ｂおよび第２のセパレータ１２ｂは、接着剤によって負極１０ｂの上下面に順次接着され、長尺状の負極集積体１７が製造される。この工程が、本発明の集積体製造工程に相当する。

その後、負極集積体１７は、検出ロール１５等に案内されながら集積体巻取部１６に向かって順次搬送される。
この間、第１の加圧ロール１３および第２の加圧ロール１４と検出ロール１５との間の絶縁抵抗が第１の絶縁抵抗測定器１８および第２の絶縁抵抗測定器１９によって常時測定され、検査される。この工程が測定工程および本発明の検査工程である。
この際、図３に示すように、負極１０ｂおよび第１のセパレータ１１ｂまたは第２のセパレータ１２ｂなどに導電性異物２０が付着若しくは混在していると、負極１０ｂおよび第１のセパレータ１１ｂまたは第２のセパレータ１２ｂが第１の加圧ロール１３および前記第２の加圧ロール１４によって加圧された際に、導電性異物２０が第１のセパレータ１１ｂまたは第２のセパレータ１２ｂを突き破って第１の加圧ロール１３および前記第２の加圧ロール１４に接触し、それにより負極１０ｂの負極活物質層１０ｄと第１の加圧ロール１３または第２の加圧ロール１４とが電気的に接続されるため第１の絶縁抵抗測定器１８または第２の絶縁抵抗測定器１９で測定される抵抗値が低下する。

つまり、導電性異物２０が第１のセパレータ１１ｂを突き破った場合には、第１の絶縁抵抗測定器１８が負極１０ｂの負極活物質層１０ｄと第１の加圧ロール１３との間の絶縁抵抗の低下を検出し、また、導電性異物２０が第２のセパレータ１２ｂを突き破った場合には、第２の絶縁抵抗測定器１９が負極１０ｂの負極活物質層１０ｄと第２の加圧ロール１４との間の絶縁抵抗の低下を検出する。したがって、第１の絶縁抵抗測定器１８および第２の絶縁抵抗測定器１９のいずれが絶縁抵抗の低下を検出したかで、負極１０ｂの上下いずれの面で導電性異物２０が混入等による不良が発生したかが判る。
そして、第１の絶縁抵抗測定器１８または第２の絶縁抵抗測定器１９によって絶縁抵抗の低下が検出された際には、不良が発生した箇所と判断し、その不良発生箇所の位置について、第１の加圧ロール１３または第２の加圧ロール１４または検出ロール１５の回転数などに基づいて負極集積体１７の先頭からの長さを算出して記憶する。なお、この工程が不良判定工程である。
なお、不良の発生を検出した場合には、不良発生箇所の位置に対応する負極集積体１７の部分にマークを記録したり、穿孔などの印を形成したりしても良い。

このように本実施形態では、第１の加圧ロール１３および第２の加圧ロール１４によって加圧して負極１０ｂおよび第１のセパレータ１１ｂおよび第２のセパレータ１２ｂの貼り合わせを行うのと同時に導電性異物２０の混入等による不良が有るか否かの検査が順次連続的に行われるため、生産性が良い。

その後、検出ロール１５を通過した負極集積体１７は、さらに搬送された後、集積体巻取部１６おいて巻き取られて負極集積体反物コイル１６ａとされる。

次に、図４を参照して、積層体製造装置１の積層機構部３について説明する。
すなわち、積層体製造装置１の積層機構部３は、集積体供給部３１、切断装置３２、積層部３３および廃棄ホッパー３４を備える。
前記集積体供給部３１には、前記集積機構部２において製作された前記負極集積体反物コイル１６ａがセットされ、そこからは、前記負極集積体１７が積層部３３に向かって搬送される。
前記切断装置３２は、搬送されてきた前記負極集積体１７を、積層二次電池３５の幅と同じ間隔をおいて切断するためのものである。
前記積層部３３は、前記切断装置３２によって切断された前記負極集積体１７を、別の工程において製造された正極と交互に順次積層して積層二次電池３５を製造する。なお、正極集積体が本発明の第２の電極に相当し、また、積層二次電池３５が本発明の電池積層体に相当する。
前記廃棄ホッパー３４は、前記切断装置３２によって切断された負極集積体１７が前記不良発生箇所を含んでいる場合に、その不良発生箇所が含まれた負極集積体１７を格納するためのものである。

以上のように構成された積層体製造装置１の積層機構部３について、次にその動作を説明する。
集積体供給部３１にセットされた負極集積体反物コイル１６ａから負極集積体１７が引き出され、さらに引き出された負極集積体１７は切断装置３２に向かって搬送される。
その後、負極集積体１７は、切断装置３２によって積層二次電池３５の幅に相当する間隔をおいて順次切断される。この工程が切断工程である。

その後、切断装置３２によって切断された負極集積体１７に、不良発生箇所が含まれているか否かの判断が行われる。なお、この判断は、切断工程の前に行っても差し支えない。
具体的には、切断装置３２によって切断された負極集積体１７に、不良発生箇所が含まれているか否かの判断は、負極集積体１７の先頭からの長さに基づいて行われる。また、不良発生箇所の位置に対応する負極集積体１７の部分にマークが記録されていたり、穿孔などの印が形成されている場合には、そのマークや印に基づいて判断をしても差し支えない。

その後、切断装置３２によって切断され、且つ不良発生箇所が含まれていないと判定された負極集積体１７は、積層部３３に向かって更に搬送され、積層部３３において別の工程において製造された正極と交互に順次積層されて積層二次電池３５が製造される。この工程が、本発明の積層工程に相当する。
このように本実施形態では、不良発生箇所が含まれていないと判定された負極集積体１７によって積層二次電池３５が製造されるため、短絡などの問題が発生することがない高性能な二次電池を製造できる。

一方、不良発生箇所が含まれていると判定された負極集積体１７は、廃棄ホッパー３４に向かってさらに搬送され、廃棄ホッパー３４内に格納される。
このように本実施態様では、不良発生箇所が含まれていた負極集積体１７のみを廃棄するため、廃棄物の量を減少させることができて歩留まりが向上し、それによって製造コストの上昇を抑えることができる。

なお、上述した本実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。例えば、本実施形態では、負極集積体において実施したが、正極集積体において実施しても差し支えない。また、本発明の加圧手段として本実施形態では、第１の加圧ロール１３および第２の加圧ロール１４によって構成したが、たとえば、鉄およびその合金（例えば、ステンレス）やアルミニウム合金等の導電性金属材料で形成された平板状のプレス板によって構成し、また負極１０ｂ、第１のセパレータ１１ｂおよび第２のセパレータ１２ｂを間欠送りとし、負極１０ｂ、第１のセパレータ１１ｂおよび第２のセパレータ１２ｂが停止しているときにプレス板によって押圧し、貼り合わせと絶縁抵抗の検出を行うようにしても差し支えない。

１ 積層体製造装置
２ 集積機構部
３ 積層機構部
１０ｂ 負極
１１ｂ 第１のセパレータ
１２ｂ 第２のセパレータ
１３ 第１の加圧ロール
１４ 第２の加圧ロール
１５ 検出ロール
１７ 負極集積体
１８ 第１の絶縁抵抗測定器
１９ 第２の絶縁抵抗測定器
３２ 切断装置
３３ 積層部
３４ 廃棄ホッパー
３５ 積層二次電池

Claims (1)

1. 長尺状の第１の電極の両面に、同じく長尺状のセパレータを貼り合わせた状態で、少なくとも一部が導電性材料で形成された加圧手段により順次加圧して長尺状の集積体を製造する集積体製造工程と、
   前記集積体製造工程において前記加圧手段と前記第１の電極との間の電気抵抗を測定し、電気抵抗が所定以下の場合には不良が発生したと判断する検査工程と、
   前記長尺状の集積体を、間隔をおいて切断する際に、切断する集積体に前記検査工程において不良が発生したと判断される部位が含まれる場合には、その切断した集積体を除去し、不良が発生したと判断される部位が含まれない場合には、その切断した集積体上に第２の電極を積層して電池積層体を製造する積層工程と、
   から成ることを特徴とする電池の製造方法。

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