JP2019207794A - 蓄電装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】タブの長さを変更することなく、溶接対象部の段方向への寸法を増大できる蓄電装置の製造方法を提供する。【解決手段】二次電池の製造方法は、加圧治具70により、タブ側端部21xを含む積層部21全体を加圧して圧縮する加圧工程と、積層部21の第3端面21eから第4端面21fに跨るように電極組立体12にテープ51cを貼着する貼着工程と、貼着工程後に加圧治具70による積層部21の加圧を解除する解除工程と、負極タブ32bを積層方向の一端側に寄せ集めて負極タブ群23を形成する集箔工程と、負極タブ群23の溶接対象部24と負極導電部材19とを溶接する溶接工程と、電極組立体12をケースに収容する収容工程とを含む。加圧工程では、タブ側端部21xの厚みが収容工程での厚みと同じとなるように積層部21を加圧する。貼着工程では、加圧工程でのタブ側端部21xの厚みが解除工程後も維持されるようにテープ51cを貼着する。【選択図】図4

Description

本発明は、タブが積層されたタブ群と導電部材との溶接部を有する蓄電装置の製造方法に関する。
従来から、EV(Electric Vehicle)やPHV(Plug in Hybrid Vehicle)などの車両には、電動機などへの供給電力を蓄える蓄電装置として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搭載されている(例えば、特許文献1参照)。二次電池は、複数の電極とセパレータとが積層された電極組立体と、電極組立体を収容するケースと、電極組立体と電気を授受する電極端子と、電極組立体と電極端子とを電気的に接続する導電部材とを備える。電極は、矩形状の金属箔、及び金属箔の少なくとも片面に存在する活物質層を有する本体部と、金属箔の一縁部の一部から突出したタブとを備える。金属箔の一縁部からのタブの突出量は、全てのタブでほぼ同じである。電極組立体は、本体部とセパレータとが積層された積層部と、タブが電極の積層方向の一箇所に寄せ集められて積層されたタブ群とを有する。
このような二次電池のタブ群では、各タブの先端の位置は、積層方向における電極の位置によって異なっている。例えば、特許文献1のように、積層方向の中央にタブを寄せ集めてタブ群を形成する場合、積層方向の両端に位置する電極のタブは中央に寄せ集められる。このため、積層方向の中央に位置する電極のタブの先端は、積層方向の両端に位置する電極のタブの先端よりも突出している。タブ群は、全てのタブが積層されるとともに導電部材と溶接された溶接対象部と、溶接対象部よりも先端側において各タブの先端が段状に積層される段差部とを有する。電極組立体と導電部材とは、タブ群と導電部材との溶接部によって電気的に接続されている。
特開2008−91099号公報
ところで、活物質層に含まれる活物質の密度が高いと、金属箔にうねりが生じやすくなるため、本体部とセパレータとの間に隙間が形成されやすくなる。すると、積層方向における積層部の厚みは厚くなり、積層方向の両端に位置する電極の本体部から積層方向の中央に位置する電極の本体部までの距離は長くなる。このため、段差部において、積層方向の両端に位置する電極のタブの先端が、積層方向の中央に位置する電極のタブの先端から積層部側へ遠ざかることにより、積層方向の両端に位置する電極のタブの先端と積層方向の中央に位置する電極のタブの先端との距離は長くなる。つまり、各タブの先端が段状に並ぶ方向を段方向としたとき、段差部の段方向への寸法が増大し、溶接対象部の段方向への寸法が減少する。溶接対象部の段方向への寸法が減少すると、溶接対象部と導電部材との接触面積が減り、タブ群と導電部材とを良好に溶接できない虞があるため好ましくない。なお、各タブの長さを延長すれば、溶接対象部の段方向への寸法を増大できるが、タブが長くなるほど、二次電池の製造時にタブを扱いにくくなる。また、積層方向における電極の位置に応じてタブの長さを変更することでも溶接対象部の段方向への寸法を増大できるが、電極を同一形状で製造できなくなり、二次電池の生産効率が低下する虞がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、タブの長さを変更することなく、溶接対象部の段方向への寸法を増大できる蓄電装置の製造方法を提供することにある。
上記問題点を解決するための蓄電装置の製造方法は、電極とセパレータとが交互に積層された電極組立体と、前記電極組立体を収容するケースと、前記電極組立体と電気を授受する電極端子と、前記電極組立体と前記電極端子とを電気的に接続する導電部材と、を備え、前記電極は、矩形状の金属箔、及び前記金属箔の少なくとも片面に存在する活物質層を有する本体部と、前記金属箔の一縁部の一部から突出したタブとを有し、前記電極組立体は、前記本体部と前記セパレータとが積層された積層部と、前記タブが前記電極の積層方向の一箇所に寄せ集められて積層されたタブ群とを有し、前記積層部は、前記金属箔の一縁部と他縁部とを最短距離で繋ぐ方向である高さ方向において、前記タブ群側の端部にタブ側端部を有し、前記タブ群は、全ての前記タブが積層されるとともに前記導電部材と溶接された溶接対象部と、前記タブの先端が段状に積層された段差部とを有する蓄電装置の製造方法であって、加圧治具により、前記タブ側端部を含む前記積層部を前記積層方向に加圧して圧縮する加圧工程と、前記積層方向における前記積層部の一端面から他端面に跨るように前記電極組立体にテープを貼着する貼着工程と、前記貼着工程後に、前記加圧治具による前記積層部の加圧を解除する解除工程と、前記タブを前記積層方向の一箇所に寄せ集めて前記タブ群を形成する集箔工程と、前記溶接対象部と前記導電部材とを溶接する溶接工程と、前記電極組立体を前記ケースに収容する収容工程と、を含み、前記加圧工程において、前記積層方向における前記タブ側端部の厚みが前記収容工程での厚みと同じとなるように前記積層部を加圧し、前記貼着工程において、前記加圧工程でのタブ側端部の厚みが前記解除工程後も維持されるように前記テープを貼着することを要旨とする。
これによれば、加圧工程によって、金属箔のうねりにより生じた本体部とセパレータとの隙間が小さくなるため、積層部の積層方向の厚みが薄くなり、積層方向において、寄せ集め位置にある電極の本体部と、寄せ集め位置から離れている電極の本体部との距離が短くなる。そして、貼着工程において電極組立体にテープを貼着することで、解除工程後も積層部の圧縮状態を維持できる。このため、集箔工程においてタブを寄せ集めると、寄せ集め位置から離れている電極のタブの先端は、寄せ集め位置にある電極のタブの先端に近付く。これにより、寄せ集め位置から離れている電極のタブの先端と、寄せ集め位置にある電極のタブの先端との距離が短くなる。つまり、各タブの先端が段状に並ぶ方向を段方向としたとき、タブ群における段差部の段方向への寸法が減少し、全てのタブが積層される部分である溶接対象部の段方向への寸法が増大する。よって、タブの長さを変更することなく、溶接対象部の段方向への寸法を増大できる。その結果、溶接工程において、タブ群と導電部材とは、溶接対象部と導電部材との接触面積が増大した状態で溶接されるため、溶接不良の発生を抑制できる。
また、上記蓄電装置の製造方法について、前記電極を積層する積層工程を含み、前記加圧工程は、前記積層工程と同時に行われるのが好ましい。
これによれば、電極を積層しつつ、本体部とセパレータとの隙間を小さくする。このため、積層工程後に加圧工程を行い、積層方向に存在する多くの隙間をまとめて小さくする場合と比較して、加圧工程で必要とされる荷重を小さくできる。
また、上記蓄電装置の製造方法について、前記加圧工程において、前記積層部の一端面全体及び他端面全体を加圧するのが好ましい。
これによれば、積層部のタブ側端部のみを加圧する場合と比較して、積層部に加えられる荷重の偏りが小さくなる。よって、積層部を加圧する際に電極とセパレータとの積層ずれが生じにくい。
また、上記蓄電装置の製造方法について、前記電極組立体は、極性の異なる2つの前記タブ群を有するタブ側端面を備え、前記2つのタブ群は、前記金属箔の一縁部に沿う方向に並べて配置され、前記貼着工程において、前記金属箔の一縁部に沿う方向において前記2つのタブ群の両側に位置するように、2枚の前記テープが前記タブ側端面に貼着されるのが好ましい。
これによれば、2つのタブ群の間にテープを貼着する場合と比較して、テープを貼着する際の作業性が良好である。
また、上記蓄電装置の製造方法について、前記電極組立体は、極性の異なる2つの前記タブ群を有するタブ側端面を備え、前記2つのタブ群は、前記金属箔の一縁部に沿う方向に間隔を置いて並べて配置され、前記貼着工程において、前記金属箔の一縁部に沿う方向において一方の前記タブ群と他方の前記タブ群との間に位置するように、1枚の前記テープが前記タブ側端面に貼着されるのが好ましい。
タブ側端面に1枚のテープを貼着することにより、積層部のタブ側端部の圧縮状態を維持する場合、金属箔の一縁部に沿う方向において、一方のタブ群に対して他方のタブ群とは反対側にテープを貼着するよりも、タブ群の間にテープを貼着した方が、タブ側端部の圧縮状態をバランス良く維持できる。
また、上記蓄電装置の製造方法について、前記積層部は、極性の異なる2つの前記タブ群を有するタブ側端面を備え、前記2つのタブ群は、前記金属箔の一縁部に沿う方向に間隔を置いて並べて配置され、前記貼着工程において、前記金属箔の一縁部に沿う方向において、前記2つのタブ群の両側に位置するように、2枚の前記テープが前記タブ側端面に貼着されるとともに、一方の前記タブ群と他方の前記タブ群との間に位置するように、1枚の前記テープが前記タブ側端面に貼着されるのが好ましい。
これによれば、積層部における各タブ群の両側にテープが貼着されるため、2つのタブ群の両側のみにテープが貼着される場合や2つのタブ群の間のみにテープが貼着される場合と比較して、積層部のタブ側端部の圧縮状態をより維持しやすい。
また、上記蓄電装置の製造方法について、前記貼着工程において、前記金属箔の一辺に沿う方向における前記タブ側端部の両端面に前記テープが貼着されるのが好ましい。
これによれば、タブ群を有するタブ側端面にテープを貼着する場合と比較して、テープを貼着する際の作業性が良好である。
また、上記蓄電装置の製造方法について、前記集箔工程において、前記タブは、前記積層方向の一端側に寄せ集められるのが好ましい。
積層方向の一端に位置する電極のタブの先端と、積層方向の他端に位置する電極のタブの先端との距離は、タブが積層方向の中央に寄せ集められる場合の積層方向の中央に位置する電極のタブの先端と、積層方向の両端に位置する電極のタブの先端との距離よりも長い。つまり、タブが積層方向の一端側に寄せ集められる場合の段差部の段方向への寸法は、タブが積層方向の中央に寄せ集められる場合の段差部の段方向への寸法よりも大きい。換言すると、タブが積層方向の一端側に寄せ集められる場合の溶接対象部の段方向への寸法は、タブが積層方向の中央に寄せ集められる場合の溶接対象部の段方向への寸法よりも小さい。よって、積層部を加圧して圧縮することにより溶接対象部の段方向への寸法が増大する効果は大きくなる。
本発明によれば、タブの長さを変更することなく、溶接対象部の段方向への寸法を増大できる。
実施形態の二次電池の分解斜視図。 二次電池の断面図。 加圧治具及び電極組立体を示す分解斜視図。 (a)は加圧工程を示す断面図、(b)は集箔工程及び溶接工程を示す断面図。 二次電池の製造方法の比較例を示す側面図。 積層部に対するテープの貼着位置の別例を示す斜視図。
以下、蓄電装置の製造方法を二次電池の製造方法に具体化した一実施形態を図1〜図4にしたがって説明する。
図1に示すように、本実施形態の二次電池の製造方法によって製造された二次電池10は、ケース11と、ケース11に収容された電極組立体12とを備える。ケース11は、直方体状のケース本体13と、ケース本体13の開口部13aを閉塞する矩形平板状の蓋14とを有する。ケース11を構成するケース本体13と蓋14は、何れも金属製(例えば、ステンレスやアルミニウム)である。また、本実施形態の二次電池10は、その外観が角型をなす角型電池である。また、本実施形態の二次電池10は、リチウムイオン電池である。
図2に示すように、電極組立体12は、複数の電極としての正極電極31と、複数の電極としての負極電極32と、複数のセパレータ33とを備える。電極組立体12は、正極電極31と負極電極32との間にセパレータ33を介在させ、かつ相互に絶縁させた状態で積層した層状構造を有する。正極電極31と負極電極32が積層された方向を積層方向とする。
正極電極31は、矩形シート状の金属箔としての正極金属箔(例えばアルミニウム箔)34、及び正極金属箔34の両面に存在する活物質層としての正極活物質層35を有する本体部31aを有する。正極電極31は、正極金属箔34の一対の長辺に沿う縁部のうちの一方の縁部に一縁部としての第1縁部34aを有し、他方の縁部に他縁部としての第2縁部34bを有する。正極電極31は、第1縁部34aの一部から突出した矩形状のタブとしての正極タブ31bを有する。正極タブ31bは、正極活物質層35が存在せず、正極金属箔34そのもので構成されている。第1縁部34aからの正極タブ31bの突出量は、全ての正極電極31でほぼ同じである。
負極電極32は、矩形シート状の金属箔としての負極金属箔(例えば銅箔)36、及び負極金属箔36の両面に存在する活物質層としての負極活物質層37を有する本体部32aを有する。負極電極32は、負極金属箔36の一対の長辺に沿う縁部のうちの一方の縁部に一縁部としての第1縁部36aを有し、他方の縁部に他縁部としての第2縁部36bを有する。負極電極32は、第1縁部36aの一部から突出した矩形状のタブとしての負極タブ32bを有する。負極タブ32bは、負極活物質層37が存在せず、負極金属箔36そのもので構成されている。第1縁部36aからの負極タブ32bの突出量は、全ての負極電極32でほぼ同じである。第1縁部34a,36aと第2縁部34b,36bとを最短距離で繋ぐ方向を高さ方向とする。
セパレータ33は、矩形シート状の絶縁性材料からなる。セパレータ33の外形は、正極電極31の本体部31aの外形、及び負極電極32の本体部32aの外形と同じである。セパレータ33は、正極電極31の本体部31aと、負極電極32の本体部32aとを絶縁する。
電極組立体12は、各正極電極31の本体部31aと、各負極電極32の本体部32aと、セパレータ33とが積層された直方体状の積層部21を備える。また、電極組立体12は、各正極電極31の正極タブ31bが積層方向の一端側に寄せ集められ積層されたタブ群としての正極タブ群22と、各負極電極32の負極タブ32bが積層方向の一端側に寄せ集められ積層されたタブ群としての負極タブ群23とを備える。正極タブ群22と負極タブ群23とは、第1縁部34a,36aに沿う方向において間隔を置いて並べて配置されている。
負極タブ群23は、全ての負極タブ32bが積層される溶接対象部24と、溶接対象部24よりも先端側において各負極タブ32bの先端が段状に積層された段差部25とを有する。本実施形態の段差部25を構成する複数の負極タブ32bにおいて、積層方向の一端に位置する負極電極32の負極タブ32bの先端A1は、積層方向の他端に位置する負極電極32の負極タブ32bの先端B1よりも突出している。同様に、正極タブ群22は、全ての正極タブ31bが積層される溶接対象部と、溶接対象部よりも先端側において各正極タブ31bの先端が段状に積層された段差部とを有する。積層方向の一端に位置する正極電極31の正極タブ31bの先端は、積層方向の他端に位置する正極電極31の正極タブ31bの先端よりも突出している。各正極タブ31bの先端が段状に並ぶ方向、及び各負極タブ32bの先端が段状に並ぶ方向をそれぞれ段方向とする。本実施形態では、段方向は、正極タブ31bの長手方向及び負極タブ32bの長手方向と一致する。負極タブ群23において、段差部25の段方向への寸法は、積層方向の一端に位置する負極電極32の負極タブ32bの先端と、積層方向の他端に位置する負極電極32の負極タブ32bの先端との距離が長いほど大きくなる。同様に、正極タブ群22において、段差部25の段方向への寸法は、積層方向の一端に位置する正極電極31の正極タブ31bの先端と、積層方向の他端に位置する正極電極31の正極タブ31bの先端との距離が長いほど大きくなる。溶接対象部24の段方向への寸法は、段差部25の段方向への寸法が小さいほど大きくなる。
積層部21は、正極タブ群22及び負極タブ群23が存在する端面にタブ側端面21aを備え、タブ側端面21aとは反対側の端面に底側端面21bを備える。積層部21は、高さ方向におけるタブ側端面21a側の端部にタブ側端部21xを有する。積層部21は、タブ側端面21a及び底側端面21bと直交し、かつ積層方向に沿う端面に第1側端面21c及び第2側端面21dを備える。第1側端面21c及び第2側端面21dはそれぞれ、正極電極31の本体部31aの縁部と、負極電極32の本体部32aの縁部と、セパレータ33の縁部とが積層されて構成されている。積層部21は、タブ側端面21a及び底側端面21bと直交し、かつ積層方向に対をなす第3側端面21e及び第4側端面21fを備える。第3側端面21eは、積層部21において積層方向の一端に位置する負極電極32の本体部32aによって構成され、第4側端面21fは、積層部21において積層方向の他端に位置する負極電極32の本体部32aによって構成されている。
図1に示すように、二次電池10は、電極組立体12から電気を取り出すための電極端子としての正極端子15及び負極端子16を備える。正極端子15及び負極端子16は、蓋14の貫通孔14aを貫通してケース11外に突出する。正極端子15及び負極端子16には、蓋14と絶縁するための絶縁リング17がそれぞれ取り付けられている。二次電池10は、正極端子15と電極組立体12とを電気的に接続する導電部材としての正極導電部材18と、負極端子16と電極組立体12とを電気的に接続する導電部材としての負極導電部材19とを備える。正極端子15は、正極導電部材18と一体化され、かつ正極導電部材18と電気的に接続されている。負極端子16は、負極導電部材19と一体化され、かつ負極導電部材19と電気的に接続されている。
図2に示すように、二次電池10は、正極タブ群22の溶接対象部と正極導電部材18とが溶接された溶接部と、負極タブ群23の溶接対象部24と負極導電部材19とが溶接された溶接部Pとを備える。電極組立体12と正極導電部材18とは、正極タブ群22及び溶接部を介して電気的に接続され、電極組立体12と負極導電部材19とは、負極タブ群23及び溶接部Pを介して電気的に接続されている。
二次電池10は、積層部21に貼着された複数枚(本実施形態では7枚)の帯状のテープ51a〜51gを備える。各テープ51a〜51gの長手方向の一端部は、積層部21の第3側端面21eに貼着され、各テープ51a〜51gの長手方向の他端部は、積層部21の第4側端面21fに貼着される。すなわち、各テープ51a〜51gは、第3側端面21eから第4側端面21fに跨るように積層部21に貼着される。
7枚のテープ51a〜51gのうち、積層部21のタブ側端面21aに貼着された3枚のテープを第1〜第3テープ51a〜51cとする。第1テープ51aは、第1縁部34a,36aに沿う方向において、正極タブ群22に対して負極タブ群23とは反対側に配置される。第2テープ51bは、第1縁部34a,36aに沿う方向において、負極タブ群23に対して正極タブ群22とは反対側に配置される。すなわち、第1テープ51a及び第2テープ51bは、正極タブ群22及び負極タブ群23の両側に配置されている。第3テープ51cは、第1縁部34a,36aに沿う方向において、正極タブ群22と負極タブ群23との間に配置されている。
積層部21の底側端面21bに貼着された2枚のテープを第4テープ51d及び第5テープ51eとする。第4テープ51dは、第1縁部34a,36aに沿う方向において正極タブ群22寄りの一端側に配置され、第5テープ51eは、第1縁部34a,36aに沿う方向において負極タブ群23寄りの他端側に配置されている。積層部21の第1側端面21cに貼着されたテープを第6テープ51fとし、積層部21の第2側端面21dに貼着されたテープを第7テープ51gとする。第6テープ51f及び第7テープ51gは、高さ方向において中央付近に配置されている。
次に、二次電池10の製造方法について説明する。
まず、正極電極31、負極電極32、及びセパレータ33を積層する積層工程を行う。積層工程では、電極組立体12の積層部21が形成される。積層される正極電極31において、正極活物質層35に含まれる活物質の密度が高いと、正極金属箔34にうねりが生じていることがある。同様に、積層される負極電極32において、負極活物質層37に含まれる活物質の密度が高いと、負極金属箔36にうねりが生じていることがある。この場合、積層部21において、正極電極31の本体部31aとセパレータ33との間、及び負極電極32の本体部32aとセパレータ33との間には隙間が形成される。この隙間により、積層方向における積層部21の厚みは、正極金属箔34や負極金属箔36にうねりが生じていない場合と比較して厚くなる。正極電極31の本体部31aとセパレータ33との間、及び負極電極32の本体部32aとセパレータ33との間に隙間がある状態の積層部21の厚みをH0とする(図3参照)。
次に、電極組立体12の積層部21を積層方向に加圧する加圧工程を行う。本実施形態の加圧工程は、加圧治具70によって行われる。
図3に示すように、加圧治具70は、矩形状の第1拘束板71と、矩形状の第2拘束板72と、第1拘束板71と第2拘束板72とを連結する4つのボルト73とを備える。第1拘束板71及び第2拘束板72の長手方向の寸法はそれぞれ、第1縁部34a,36aに沿う方向における積層部21の寸法よりも大きく、第1拘束板71及び第2拘束板72の短手方向の寸法はそれぞれ、積層部21の高さ方向の寸法よりも大きい。つまり、第1拘束板71及び第2拘束板72の外形は、第3側端面21e及び第4側端面21fの外形よりも大きい。第1拘束板71は、第1拘束板71の厚みを構成するとともに長手方向に沿う一対の第1端面711と、第1拘束板71の厚みを構成するとともに短手方向に沿う一対の第2端面712とを有する。同様に、第2拘束板72は、第2拘束板72の厚みを構成するとともに長手方向に沿う一対の第1端面721と、第2拘束板72の厚みを構成するとともに短手方向に沿う一対の第2端面722とを有する。
第1拘束板71及び第2拘束板72は、第1端面711,721又は第2端面712,722に凹設された7つの凹部71a〜71gをそれぞれ有する。7つの凹部71a〜71gのうち、一方の第1端面711,721に設けられた3つの凹部を第1〜第3凹部71a〜71cとする。第1拘束板71及び第2拘束板72の長手方向において、第3凹部71cは、第1凹部71aと第2凹部71bとの間に位置する。7つの凹部71a〜71gのうち、他方の第1端面711,721に設けられた2つの凹部を第4凹部71d及び第5凹部71eとする。第4凹部71dは、第1拘束板71及び第2拘束板72の長手方向において第1凹部71a寄りの一端側に位置し、第5凹部71eは、第1拘束板71及び第2拘束板72の長手方向において第2凹部71b寄りの他端側に位置する。7つの凹部71a〜71gのうち、一方の第2端面712,722に設けられた凹部を第6凹部71fとし、他方の第2端面712,722に設けられた凹部を第7凹部71gとする。第6凹部71f及び第7凹部71gはそれぞれ、第1拘束板71及び第2拘束板72の短手方向において中央付近に位置する。
第1拘束板71は、第1拘束板71を厚さ方向に貫通する貫通孔71hを4つの角部に有する。第2拘束板72は、一方の第1端面721から突出する2つの支持部72a,72bを有する。第2拘束板72の長手方向において、一方の支持部72aは、第1凹部71aと第3凹部71cとの間に位置し、他方の支持部72bは、第2凹部71bと第3凹部71cとの間に位置する。第2拘束板72は、雌ねじ孔72cを4つの角部に有する。
加圧工程では、まず、電極組立体12を第1拘束板71と第2拘束板72との間に配置する。積層部21の第3側端面21eは、第2拘束板72と対向し、積層部21の第4側端面21fは、第1拘束板71と対向する。なお、第2拘束板72において第1〜第7凹部71a〜71gが位置する部分については、積層部21の第3側端面21eは露出している。同様に、第1拘束板71において第1〜第7凹部71a〜71gが位置する部分については、積層部21の第4側端面21fは露出している。積層部21のタブ側端面21aは、第1拘束板71及び第2拘束板72の一方の第1端面711,721に沿い、底側端面21bは、第1拘束板71及び第2拘束板72の他方の第1端面711,721に沿う。積層部21の第1側端面21cは、第1拘束板71及び第2拘束板72の一方の第2端面712,722に沿い、第2側端面21dは、第1拘束板71及び第2拘束板72の他方の第2端面712,722に沿う。
また、第2拘束板72の一方の支持部72a上に正極導電部材18を配置し、正極導電部材18上に各正極タブ31bを配置する。同様に、第2拘束板72の他方の支持部72b上に負極導電部材19を配置し、負極導電部材19上に各負極タブ32bを配置する。そして、各ボルト73を第1拘束板71の各貫通孔71hに挿通させた後、第2拘束板72の各雌ねじ孔72cに螺合する。各ボルト73の螺合度合いを変更することにより、第1拘束板71及び第2拘束板72間の距離は変更される。
そして、図4(a)に示すように、第1拘束板71及び第2拘束板72間の間隔が、加圧前の積層部21の厚みH0よりも近くなるように各ボルト73を螺合し、積層部21を積層方向に加圧する。すると、正極電極31の本体部31aとセパレータ33との間、及び負極電極32の本体部32aとセパレータ33との隙間が小さくなり、積層部21は圧縮される。よって、加圧時の積層部21の厚みH1は、加圧前の積層部21の厚みH0よりも薄くなる(H1<H0)。これにより、積層方向の一端に位置する正極電極31の本体部31aと、積層方向の他端に位置する正極電極31の本体部31aとの距離は短くなる。同様に、積層方向の一端に位置する負極電極32の本体部32aと、積層方向の他端に位置する負極電極32の本体部32aとの距離は短くなる。なお、本実施形態では、第1拘束板71及び第2拘束板72の外形は、第3側端面21e及び第4側端面21fの外形よりも大きいため、積層部21の第3側端面21e全体及び第4側端面21f全体が加圧される。つまり、積層部21のタブ側端部21xを含む積層部21全体が積層方向に圧縮される。
次に、積層部21に対して第1〜第7テープ51a〜51gを貼着する貼着工程を行う。なお、以下では、第3テープ51cを貼着する工程について詳述するが、第1テープ51a、第2テープ51b、第4〜第7テープ51d〜51gについても同様に、積層部21に貼着される。
図4(a)に示すように、第3テープ51cは、積層部21の第3側端面21eから第4側端面21fに跨るようにタブ側端面21aに貼着される。第3テープ51cの長手方向の中央部は、第1縁部34a,36aに沿う方向におけるタブ側端面21aの中央に貼着される。第3テープ51cの長手方向の一端部は、第3側端面21eにおける第2拘束板72の第3凹部71cにより露出する部分に貼着され、第3テープ51cの長手方向の他端部は、第4側端面21fにおける第1拘束板71の第3凹部71cにより露出する部分に貼着される。第1〜第7テープ51a〜51gによる積層部21の積層方向の拘束力は、積層部21の厚みH1を維持可能な大きさである。換言すると、第1〜第7テープ51a〜51gによる積層部21の積層方向の拘束力は、積層部21の圧縮状態を維持可能な大きさである。
次に、加圧治具70による積層部21の加圧を解除する解除工程を行う。具体的には、各ボルト73を第1拘束板71及び第2拘束板72から螺脱し、第1拘束板71を取り除く。これにより、電極組立体12は、第2拘束板72に載置された状態となる。上述したように、積層部21は、加圧工程での厚みH1が維持されるように第1〜第7テープ51a〜51gによって拘束されているため、解除工程後の積層部21の厚みは、加圧工程中の積層部21の厚みH1とほぼ等しい。
次に、図4(b)に示すように、各正極タブ31bを積層方向の一箇所に寄せ集めて正極タブ群22を形成し、各負極タブ32bを積層方向の一箇所に寄せ集めて負極タブ群23を形成する集箔工程を行う。なお、以下では負極タブ32bの集箔工程について説明するが、正極タブ31bの集箔工程についても同様に行われる。集箔工程は、集箔装置81によって行われる。集箔装置81は、積層方向の他端に位置する負極電極32の負極タブ32bの基端側部位の上方に位置する。集箔装置81は、積層方向の他端側から積層方向の一端側に向けて下降することにより、積層方向の他端に位置する負極電極32の負極タブ32bから順に負極タブ32bを積層方向の一端側に寄せ集める。これにより、負極タブ群23が形成される。
ここで、負極タブ群23における負極タブ32bの先端の位置について、比較例とともに説明する。図5に示すように、比較例の二次電池の製造方法では、加圧工程を省略し、積層部21の厚みがH0である電極組立体12の負極タブ32bに対して集箔工程を行う。比較例の負極タブ群23において、積層方向の一端に位置する負極電極32の負極タブ32bの先端A0は、積層方向の他端に位置する負極電極32の負極タブ32bの先端B0よりも突出している。積層方向の一端に位置する負極電極32の負極タブ32bの先端A0と、積層方向の他端に位置する負極電極32の負極タブ32bの先端B0との距離をL0とする。図4(b)に示すように、本実施形態の負極タブ群23においても、積層方向の一端に位置する負極電極32の負極タブ32bの先端A1は、積層方向の他端に位置する負極電極32の負極タブ32bの先端B1よりも突出している。積層方向の一端に位置する負極電極32の負極タブ32bの先端A1と、積層方向の他端に位置する負極電極32の負極タブ32bの先端B1との距離をL1とする。
本実施形態の距離L1は、比較例の距離L0よりも短い。つまり、本実施形態の負極タブ群23における段差部25の段方向への寸法は、比較例の負極タブ群23における段差部25の段方向への寸法よりも小さく、本実施形態の負極タブ群23における溶接対象部24の段方向への寸法は、比較例の負極タブ群23における溶接対象部24の段方向への寸法よりも大きい。この差は、積層部21の積層方向の厚みの違いによって生じる。本実施形態の積層部21の厚みH1は、比較例の積層部21の厚みH0よりも薄い。このため、本実施形態における積層方向の一端に位置する負極電極32の本体部32aと積層方向の他端に位置する負極電極32の本体部32aとの距離は、比較例における積層方向の一端に位置する負極電極32の本体部32aと積層方向の他端に位置する負極電極32の本体部32aとの距離よりも短くなる。よって、集箔工程において負極タブ32bを寄せ集めると、積層方向の他端に位置する負極電極32の負極タブ32bの先端B1は、積層方向の一端に位置する負極電極32の負極タブ32bの先端A1に近付く。これにより、積層方向の他端に位置する負極電極32の負極タブ32bの先端B1と、積層方向の一端に位置する負極電極32の負極タブ32bの先端A1との距離L1は、比較例の距離L0よりも短くなる。
次に、正極タブ群22の溶接対象部24と正極導電部材18とを溶接して溶接部を形成し、負極タブ群23の溶接対象部24と負極導電部材19とを溶接して溶接部Pを形成する溶接工程を行う。溶接装置82は、負極タブ群23側からレーザを照射し、負極タブ群23と負極導電部材19とを溶接する。これにより、溶接部Pが形成される。図示しないが、同様に、溶接装置82は、正極タブ群22側からレーザを照射し、正極タブ群22と正極導電部材18とを溶接する。これにより、溶接部が形成される。
次に、電極組立体12をケース11に収容する収容工程を行う。電極組立体12は、積層部21の底側端面21b側からケース本体13に収容される。図2に示すように、ケース本体13に収容される電極組立体12の積層部21の厚みH2は、加圧工程での積層部21の厚みH1と同じである。その後、電極組立体12が収容されたケース本体13の開口部13aを蓋14により閉塞する。
本実施形態の効果について説明する。
(1)二次電池10の製造方法は、積層部21を加圧する加圧工程を含む。加圧工程により積層部21の積層方向の厚みが薄くなることで、積層方向の一端に位置する負極電極32の本体部32aと、積層方向の他端に位置する負極電極32の本体部32aとの距離は短くなる。また、二次電池10の製造方法は、加圧工程での積層部21のタブ側端部21xの厚みH1を解除工程後も維持するように、積層部21に対して第1〜第3テープ51a〜51cを貼着する貼着工程を含む。このため、集箔工程において負極タブ32bを寄せ集めると、積層方向の他端に位置する負極電極32の負極タブ32bの先端B1は、積層方向の一端に位置する負極電極32の負極タブ32bの先端A1に近付く。これにより、積層方向の他端に位置する負極電極32の負極タブ32bの先端B1と、積層方向の一端に位置する負極電極32の負極タブ32bの先端A1との距離L1は短くなる。つまり、負極タブ群23における段差部25の段方向への寸法は減少し、全ての負極タブ32bが積層される部分である溶接対象部24の段方向への寸法は増大する。よって、負極タブ32bの長さを変更することなく、溶接対象部24の段方向への寸法を増大できる。その結果、溶接工程において、負極タブ群23と負極導電部材19とは、溶接対象部24と負極導電部材19との接触面積が増大した状態で溶接されるため、溶接不良を抑制できる。正極タブ群22についても同様の効果が得られる。
また、貼着工程を省略する場合、加圧治具70によって積層部21を加圧したまま溶接工程を行う必要があるため、解除工程は溶接工程後に行われる。積層部21は、解除工程において加圧治具70による加圧が解除されると、加圧前の厚みに戻ろうとする。すると、積層方向の他端に位置する負極電極32の本体部32aと、積層方向の他端に位置する負極電極32の本体部32aとの距離が長くなり、積層方向の他端に位置する負極電極32の負極タブ32bは、本体部32aに向けて引っ張られる。これにより、負極タブ32bが千切れる虞がある。よって、本実施形態のように、解除工程後も積層部21の厚みが維持されるように、貼着工程を行うのが好ましい。
(2)加圧工程において、積層部21全体が加圧される。これによれば、積層部21のタブ側端部21xのみが加圧される場合と比較して、積層部21に加えられる荷重の偏りが小さくなる。よって、積層部21を加圧する際に正極電極31、負極電極32、及びセパレータ33の積層ずれが生じにくい。
(3)貼着工程において、積層部21のタブ側端面21aに貼着される第1テープ51a及び第2テープ51bは、第1縁部34a,36aに沿う方向において、正極タブ群22及び負極タブ群23の両側に位置する。また、積層部21のタブ側端面21aに貼着される第3テープ51cは、第1縁部34a,36aに沿う方向において、正極タブ群22と負極タブ群23との間に位置する。このように第1〜第3テープ51a〜51cは、積層部21における正極タブ群22の両側及び負極タブ群23の両側に貼着されるため、正極タブ群22及び負極タブ群23の両側のみにテープが貼着される場合や正極タブ群22と負極タブ群23の間のみにテープが貼着される場合と比較して、積層部21のタブ側端部21xの圧縮状態をより維持しやすい。
(4)集箔工程において、負極タブ群23は、負極タブ32bが積層方向の一端側に寄せ集められることで形成される。この場合、積層方向の一端に位置する負極電極32の負極タブ32bの先端A1と、積層方向の他端に位置する負極電極32の負極タブ32bの先端B1との距離L1は、負極タブ32bが積層方向の中央に寄せ集められる場合の、積層方向の中央に位置する負極電極32の負極タブ32bの先端と、積層方向の両端に位置する負極電極32の負極タブ32bの先端との距離よりも長い。つまり、負極タブ32bが積層方向の一端側に寄せ集められる場合の段差部25の段方向への寸法は、負極タブ32bが積層方向の中央に寄せ集められる場合の段差部25の段方向への寸法よりも大きい。換言すると、負極タブ32bが積層方向の一端側に寄せ集められる場合の溶接対象部24の段方向への寸法は、負極タブ32bが積層方向の中央に寄せ集められる場合の溶接対象部24の段方向への寸法よりも小さい。よって、積層部21を加圧して圧縮することにより溶接対象部24の段方向への寸法が増大する効果は大きくなる。正極タブ群22についても同様の効果が得られる。
(5)積層部21のタブ側端面21aには第1〜第3テープ51a〜51cが貼着され、底側端面21bには第4テープ51d及び第5テープ51eが貼着されている。よって、高さ方向における正極電極31、負極電極32、及びセパレータ33の積層ずれを抑制できる。また、積層部21の第1側端面21cには第6テープ51fが貼着されるとともに、第2側端面21dには第7テープ51gが貼着されている。よって、第1縁部34a,36aに沿う方向における正極電極31、負極電極32、及びセパレータ33の積層ずれを抑制できる。
(6)貼着工程では、加圧工程での積層部21の厚みH1を解除工程後も維持するように、積層部21の各端面に第1〜第7テープ51a〜51gが貼着される。このため、解除工程において加圧治具70による加圧を解除しても、第1〜第7テープ51a〜51gの拘束力により、積層部21全体の厚みH1を維持できる。よって、積層部21全体の厚みを薄くしたまま電極組立体12をケース11に収容できる。その結果、積層方向において二次電池10を小型化できる。
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○ 正極電極31において、正極活物質層35は正極金属箔34の片面に存在してもよい。同様に、負極電極32において、負極活物質層37は負極金属箔36の片面に存在してもよい。
○ 正極端子15と正極導電部材18は別体でもよい。同様に、負極端子16と負極導電部材19は別体でもよい。
○ 積層方向において正極タブ31bが寄せ集められる位置は、適宜変更してよい。正極タブ31bが寄せ集められる位置は、例えば、積層方向の中央でもよい。同様に、積層方向において負極タブ32bが寄せ集められる位置は、適宜変更してよい。負極タブ32bが寄せ集められる位置は、例えば、積層方向の中央でもよい。
○ 積層部21のタブ側端面21aに第1テープ51a及び第2テープ51bが貼着されるのであれば、第3テープ51cを省略してもよい。
○ 積層部21のタブ側端面21aに第3テープ51cが貼着されるのであれば、第1テープ51a及び第2テープ51bを省略してもよい。
○ 第4〜第7テープ51d〜51gの少なくとも1つを省略してもよい。
○ 積層部21に対するテープの貼着位置は、積層部21のタブ側端部21xにおいて第3側端面21eから第4側端面21fに跨って貼着され、かつ加圧工程でのタブ側端部21xの厚みを維持できるのであれば、適宜変更してよい。
例えば、図6に示すように、積層部21の第3側端面21eから第4側端面21fに跨るように、タブ側端部21xにおける第1側端面21c及び第2側端面21dのそれぞれにテープ52を貼着してもよい。各テープ52は、高さ方向においてタブ側端面21a寄りに位置する。この場合、正極タブ群22及び負極タブ群23を有するタブ側端面21aにテープを貼着する場合と比較して、テープ52を貼着する際の作業性は良好である。
○ 加圧工程において、積層部21のうち、タブ側端部21xが圧縮されるのであれば、タブ側端部21x以外の部分は圧縮されてもよいし、圧縮されなくてもよい。積層部21において加圧治具70によって加圧される部分は、例えば、タブ側端部21xを含む高さ方向上側の3分の1の部分でもよいし、タブ側端部21xを含む高さ方向の上半分でもよい。
○ 積層部21において、正極タブ群22が存在する端面と、負極タブ群23が存在する端面とは異なっていてもよい。例えば、正極タブ群22は、上記実施形態のタブ側端面21aに存在し、負極タブ群23は、上記実施形態の第1側端面21cに存在してもよい。また、例えば、正極タブ群22は、上記実施形態の底側端面21bに存在し、負極タブ群23は、上記実施形態のタブ側端面21aに存在してもよい。
正極タブ群22が上記実施形態のタブ側端面21aに存在し、負極タブ群23が上記実施形態の第1側端面21cに存在する場合、積層部21は、正極金属箔34の第1縁部34aと第2縁部34bとを最短距離で繋ぐ第1の高さ方向において、正極タブ群22側、すなわち上記実施形態のタブ側端面21a寄りの端部に第1のタブ側端部21xを有する。また、積層部21は、負極金属箔36の第1縁部36aと第2縁部36bとを最短距離で繋ぐ第2の高さ方向において、負極タブ群23側、すなわち上記実施形態の第1側端面21c寄りの端部に第2のタブ側端部21xを有する。加圧工程では、加圧治具により、第1のタブ側端部21x及び第2のタブ側端部21xの両方を積層方向に加圧する。
○ 加圧工程を行う加圧治具70の構成は、適宜変更してもよい。
○ 上記実施形態では積層工程後に加圧工程を行ったが、積層工程と加圧工程とを同時に行ってもよい。すなわち、正極電極31、負極電極32、及びセパレータ33を積層しつつ積層部21を加圧する。この方法では、積層工程後に加圧工程を行うことで、積層方向に複数存在する正極電極31の本体部31aとセパレータ33との隙間、及び負極電極32の本体部32aとセパレータ33との隙間をまとめて小さくする場合と比較して、加圧工程で必要とされる荷重を小さくできる。
○ 溶接工程における溶接方法は、レーザ溶接に限定されず、抵抗溶接や超音波溶接でもよい。
○ 溶接工程において、正極タブ群22が正極導電部材18と保護板とによって挟まれるように保護板を配置し、正極タブ群22の溶接対象部、正極導電部材18、及び保護板を溶接してもよい。保護板により、溶接時の正極タブ31bの破れを抑制できる。同様に、溶接工程において、負極タブ群23が負極導電部材19と保護板とによって挟まれるように保護板を配置し、負極タブ群23の溶接対象部24、負極導電部材19、及び保護板を溶接してもよい。保護板により、溶接時の負極タブ32bの破れを抑制できる。
○ 二次電池10は、リチウムイオン二次電池でもよいし、他の二次電池であってもよい。要は、正極用の活物質と負極用の活物質との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであればよい。
○ 蓄電装置は、例えばキャパシタなど、二次電池以外の蓄電装置にも適用可能である。
10…蓄電装置としての二次電池、11…ケース、12…電極組立体、15…電極端子としての正極端子、16…電極端子としての負極端子、18…導電部材としての正極導電部材、19…導電部材としての負極導電部材、21…積層部、21a…タブ側端面、21c…端面としての第1側端面、21d…端面としての第2側端面、21e…一端面としての第3側端面、21f…他端面としての第4側端面、21x…タブ側端部、22…タブ群としての正極タブ群、23…タブ群としての負極タブ群、24…溶接対象部、25…段差部、31…電極としての正極電極、31a…本体部、31b…タブとしての正極タブ、32…電極としての負極電極、32a…本体部、32b…タブとしての負極タブ、33…セパレータ、34…金属箔としての正極金属箔、34a…一縁部としての第1縁部、34b…他縁部としての第2縁部、35…活物質層としての正極活物質層、36…金属箔としての負極金属箔、36a…一縁部としての第1縁部、36b…他縁部としての第2縁部、37…活物質層としての負極活物質層、51a…テープとしての第1テープ、51b…テープとしての第2テープ、51c…テープとしての第3テープ、52…テープ、70…加圧治具。

Claims (8)

  1. 電極とセパレータとが交互に積層された電極組立体と、
    前記電極組立体を収容するケースと、
    前記電極組立体と電気を授受する電極端子と、
    前記電極組立体と前記電極端子とを電気的に接続する導電部材と、
    を備え、
    前記電極は、矩形状の金属箔、及び前記金属箔の少なくとも片面に存在する活物質層を有する本体部と、前記金属箔の一縁部の一部から突出したタブとを有し、
    前記電極組立体は、前記本体部と前記セパレータとが積層された積層部と、前記タブが前記電極の積層方向の一箇所に寄せ集められて積層されたタブ群とを有し、
    前記積層部は、前記金属箔の一縁部と他縁部とを最短距離で繋ぐ方向である高さ方向において、前記タブ群側の端部にタブ側端部を有し、
    前記タブ群は、全ての前記タブが積層されるとともに前記導電部材と溶接された溶接対象部と、前記タブの先端が段状に積層された段差部とを有する蓄電装置の製造方法であって、
    加圧治具により、前記タブ側端部を含む前記積層部を前記積層方向に加圧して圧縮する加圧工程と、
    前記積層方向における前記積層部の一端面から他端面に跨るように前記電極組立体にテープを貼着する貼着工程と、
    前記貼着工程後に、前記加圧治具による前記積層部の加圧を解除する解除工程と、
    前記タブを前記積層方向の一箇所に寄せ集めて前記タブ群を形成する集箔工程と、
    前記溶接対象部と前記導電部材とを溶接する溶接工程と、
    前記電極組立体を前記ケースに収容する収容工程と、
    を含み、
    前記加圧工程において、前記積層方向における前記タブ側端部の厚みが前記収容工程での厚みと同じとなるように前記積層部を加圧し、
    前記貼着工程において、前記加圧工程でのタブ側端部の厚みが前記解除工程後も維持されるように前記テープを貼着することを特徴とする蓄電装置の製造方法。
  2. 前記電極を積層する積層工程を含み、
    前記加圧工程は、前記積層工程と同時に行われる請求項1に記載の蓄電装置の製造方法。
  3. 前記加圧工程において、前記積層部の一端面全体及び他端面全体を加圧する請求項1又は請求項2に記載の蓄電装置の製造方法。
  4. 前記電極組立体は、極性の異なる2つの前記タブ群を有するタブ側端面を備え、
    前記2つのタブ群は、前記金属箔の一縁部に沿う方向に並べて配置され、
    前記貼着工程において、前記金属箔の一縁部に沿う方向において前記2つのタブ群の両側に位置するように、2枚の前記テープが前記タブ側端面に貼着される請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の蓄電装置の製造方法。
  5. 前記電極組立体は、極性の異なる2つの前記タブ群を有するタブ側端面を備え、
    前記2つのタブ群は、前記金属箔の一縁部に沿う方向に間隔を置いて並べて配置され、
    前記貼着工程において、前記金属箔の一縁部に沿う方向において一方の前記タブ群と他方の前記タブ群との間に位置するように、1枚の前記テープが前記タブ側端面に貼着される請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の蓄電装置の製造方法。
  6. 前記積層部は、極性の異なる2つの前記タブ群を有するタブ側端面を備え、
    前記2つのタブ群は、前記金属箔の一縁部に沿う方向に間隔を置いて並べて配置され、
    前記貼着工程において、前記金属箔の一縁部に沿う方向において、前記2つのタブ群の両側に位置するように、2枚の前記テープが前記タブ側端面に貼着されるとともに、一方の前記タブ群と他方の前記タブ群との間に位置するように、1枚の前記テープが前記タブ側端面に貼着される請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の蓄電装置の製造方法。
  7. 前記貼着工程において、前記金属箔の一辺に沿う方向における前記タブ側端部の両端面に前記テープが貼着される請求項1〜請求項6の何れか一項に記載の蓄電装置の製造方法。
  8. 前記集箔工程において、前記タブは、前記積層方向の一端側に寄せ集められる請求項1〜請求項7の何れか一項に記載の蓄電装置の製造方法。
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