JP2021051881A - Electrode assembly and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、長尺シート状の電極が捲回された電極組立体及び電極組立体の製造方法に関する。 The present invention relates to an electrode assembly in which long sheet-shaped electrodes are wound and a method for manufacturing the electrode assembly.
特許文献1には、長尺シート状の正極の電極と、長尺シート状の負極の電極とが、長尺シート状のセパレータを介して層状に捲回された電極組立体が開示されている。正極及び負極の電極は、長尺シート状の集電体と、集電体の第1面において集電体の長手方向に延在する第1活物質層と、集電体の第1面とは反対側の第2面において集電体の長手方向に延在する第2活物質層とを有する。正極及び負極の電極は、第1面が内周側に位置し、第2面が外周側に位置するように捲回される。電極組立体は、電極が平坦状に積層された第1積層部と、電極が湾曲した状態で積層された第2積層部とを有する。 Patent Document 1 discloses an electrode assembly in which a long sheet-shaped positive electrode and a long sheet-shaped negative electrode are wound in a layered manner via a long sheet-shaped separator. .. The electrodes of the positive electrode and the negative electrode are a long sheet-shaped current collector, a first active material layer extending in the longitudinal direction of the current collector on the first surface of the current collector, and a first surface of the current collector. Has a second active material layer extending in the longitudinal direction of the current collector on the opposite second surface. The electrodes of the positive electrode and the negative electrode are wound so that the first surface is located on the inner peripheral side and the second surface is located on the outer peripheral side. The electrode assembly has a first laminated portion in which the electrodes are laminated flat, and a second laminated portion in which the electrodes are laminated in a curved state.
このような電極組立体では、第2活物質層のうち第2積層部を構成する部分に、集電体の長手方向に広がるように引っ張る力が作用することで、第2活物質層に割れが生じることがある。 In such an electrode assembly, a pulling force acts on a portion of the second active material layer that constitutes the second laminated portion so as to spread in the longitudinal direction of the current collector, so that the second active material layer is cracked. May occur.
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、第2活物質層の割れを抑制できる電極組立体及び電極組立体の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an electrode assembly and a method for manufacturing the electrode assembly, which can suppress cracking of the second active material layer.
上記問題点を解決するための電極組立体は、長尺シート状の集電体と、前記集電体の第1面において前記集電体の長手方向に延在する第1活物質層と、前記集電体の前記第1面とは反対側の第2面において前記集電体の長手方向に延在する第2活物質層とを有する電極が、前記第1面が内周側に位置し、前記第2面が外周側に位置するように捲回され、前記電極が平坦状に積層された第1積層部と、前記電極が湾曲した状態で積層された第2積層部とを有する電極組立体であって、前記第2活物質層の厚みは、前記集電体の長手方向において一定であり、前記第2活物質層は、高密度部と、前記高密度部よりも前記第2活物質層における活物質密度が低い低密度部とを前記集電体の長手方向において交互に有し、前記高密度部は、前記第1積層部を構成し、前記低密度部は、前記第2積層部を構成することを要旨とする。 The electrode assembly for solving the above problems includes a long sheet-shaped current collector, a first active material layer extending in the longitudinal direction of the current collector on the first surface of the current collector, and the like. An electrode having a second active material layer extending in the longitudinal direction of the current collector on a second surface opposite to the first surface of the current collector is located such that the first surface is on the inner peripheral side. It has a first laminated portion in which the second surface is wound so as to be located on the outer peripheral side and the electrodes are laminated in a flat manner, and a second laminated portion in which the electrodes are laminated in a curved state. In the electrode assembly, the thickness of the second active material layer is constant in the longitudinal direction of the current collector, and the second active material layer has a high-density portion and the second active material layer rather than the high-density portion. The two low-density portions having a low active material density in the active material layer are alternately provided in the longitudinal direction of the current collector, the high-density portion constitutes the first laminated portion, and the low-density portion constitutes the first laminated portion. The gist is to constitute the second laminated portion.
これによれば、第2活物質層の硬度は、第1積層部を構成する部分よりも第2積層部を構成する部分で低くなるため、第2活物質層のうち第2積層部を構成する部分での延性が向上する。よって、第2活物質層の割れを抑制できる。 According to this, the hardness of the second active material layer is lower in the portion constituting the second laminated portion than in the portion constituting the first laminated portion, so that the second laminated portion of the second active material layer is formed. The ductility in the part to be improved is improved. Therefore, cracking of the second active material layer can be suppressed.
また、上記電極組立体について、前記低密度部における活物質密度は、捲回の内周側に位置する前記低密度部ほど低く、捲回の外周側に位置する前記低密度部ほど高いのが好ましい。 Further, regarding the electrode assembly, the active material density in the low density portion is lower in the low density portion located on the inner peripheral side of the winding and higher in the low density portion located on the outer peripheral side of the winding. preferable.
電極のうち第2積層部を構成する部分のR形状は、捲回の内周側に位置する部分ほどきつく、捲回の外周側に位置する部分ほど緩やかであるため、第2活物質層の割れは、第2積層部を構成する部分のうち、捲回の内周側に位置する部分ほど発生し易い。このため、低密度部における活物質密度を内周側に位置する低密度部ほど低くすることで、第2活物質層の割れを抑制できる。また、内周側と比較して割れの発生し難い外周側に位置する低密度部ほど、低密度部における活物質密度を高くすることで、電極組立体の容量を増大させることができる。 Since the R shape of the portion of the electrode that constitutes the second laminated portion is tighter toward the inner peripheral side of the winding and gentler toward the outer peripheral side of the winding, the second active material layer Cracks are more likely to occur in the portion of the portion constituting the second laminated portion, which is located on the inner peripheral side of the winding. Therefore, by lowering the density of the active material in the low-density portion toward the lower density portion located on the inner peripheral side, cracking of the second active material layer can be suppressed. Further, the capacity of the electrode assembly can be increased by increasing the density of the active material in the low-density portion in the low-density portion located on the outer peripheral side where cracks are less likely to occur as compared with the inner peripheral side.
また、上記電極組立体について、前記電極は、前記第1活物質層における前記第2積層部を構成する部分に、前記集電体の短手方向に延びる溝部を有するのが好ましい。
これによれば、溝部により、電極を湾曲させ易くなるため、第2積層部の形成が容易になる。また、第1活物質層における第2積層部を構成する部分には、集電体の長手方向に圧縮する力が作用するが、圧縮力の一部は溝部により吸収される。よって、第1活物質層に圧縮力が作用することによって生じ得る第1活物質層の脱落を抑制できる。
Further, with respect to the electrode assembly, it is preferable that the electrode has a groove portion extending in the lateral direction of the current collector in a portion constituting the second laminated portion in the first active material layer.
According to this, since the groove portion makes it easy to bend the electrode, the formation of the second laminated portion becomes easy. Further, a compressive force acts on the portion of the first active material layer that constitutes the second laminated portion in the longitudinal direction of the current collector, but a part of the compressive force is absorbed by the groove portion. Therefore, it is possible to suppress the detachment of the first active material layer that may occur due to the action of the compressive force on the first active material layer.
また、上記電極組立体について、前記電極は、正極の前記電極と負極の前記電極とを有し、少なくとも正極の前記電極について、前記第2活物質層の厚みは、前記集電体の長手方向において一定であるとともに、前記第2活物質層は、前記高密度部と前記低密度部とを有し、前記高密度部は、前記第1積層部を構成し、前記低密度部は、前記第2積層部を構成するのが好ましい。 Further, in the electrode assembly, the electrode has the electrode of the positive electrode and the electrode of the negative electrode, and at least for the electrode of the positive electrode, the thickness of the second active material layer is the longitudinal direction of the current collector. The second active material layer has the high-density portion and the low-density portion, the high-density portion constitutes the first laminated portion, and the low-density portion is the same. It is preferable to form the second laminated portion.
一般に、正極の電極に用いられる活物質は、負極の電極に用いられる活物質よりも硬度が高いため、正極の電極における第2活物質層の硬度は、負極の電極における第2活物質層の硬度よりも高くなる。よって、第2活物質層の割れは、負極の電極よりも正極の電極の方が生じ易い。これを踏まえ、少なくとも正極の電極について、低密度部が第2積層部を構成することで、正極の電極における第2活物質層の割れを抑制できる。 Generally, the active material used for the positive electrode has a higher hardness than the active material used for the negative electrode, so that the hardness of the second active material layer in the positive electrode is the same as that of the second active material layer in the negative electrode. It will be higher than the hardness. Therefore, cracking of the second active material layer is more likely to occur in the positive electrode than in the negative electrode. Based on this, at least for the positive electrode, the low density portion constitutes the second laminated portion, so that cracking of the second active material layer in the positive electrode can be suppressed.
上記問題点を解決するための電極組立体の製造方法は、長尺シート状の集電体と、前記集電体の第1面において前記集電体の長手方向に延在する第1活物質層と、前記集電体の前記第1面とは反対側の第2面において前記集電体の長手方向に延在する第2活物質層とを有する電極を製造する電極製造工程と、前記第1面が内周側に位置し、前記第2面が外周側に位置するように前記電極を捲回するとともに、前記電極が平坦状に積層された第1積層部と、前記電極が湾曲した状態で積層された第2積層部とを形成する捲回工程と、を有し、前記電極製造工程は、前記集電体の前記第1面及び前記第2面に活物質合剤を塗工する塗工工程と、前記活物質合剤が塗工された前記集電体をプレスすることで、前記第1面に塗工された前記活物質合剤から前記第1活物質層を形成し、前記第2面に塗工された前記活物質合剤から前記第2活物質層を形成するプレス工程と、を有する電極組立体の製造方法であって、前記塗工工程において、前記集電体の第2面には、前記活物質合剤が第1塗工厚で塗工された部分と、前記第1塗工厚よりも薄い第2塗工厚で塗工された部分とが前記集電体の長手方向において交互に形成され、前記プレス工程では、一定の間隔に設定された一対のプレスロールにより前記活物質合剤をプレスすることで、前記第2活物質層の厚みを前記集電体の長手方向において一定にするとともに、前記第1塗工厚で塗工された前記活物質合剤から高密度部を形成し、前記第2塗工厚で塗工された前記活物質合剤から前記高密度部よりも活物質密度が低い低密度部を形成し、前記捲回工程では、前記高密度部が前記第1積層部を構成し、前記低密度部が前記第2積層部を構成するように前記電極を捲回することを要旨とする。 A method for manufacturing an electrode assembly for solving the above problems is a method of manufacturing a long sheet-shaped current collector and a first active material extending in the longitudinal direction of the current collector on the first surface of the current collector. An electrode manufacturing step of manufacturing an electrode having a layer and a second active material layer extending in the longitudinal direction of the current collector on a second surface opposite to the first surface of the current collector, and the above-mentioned. The electrodes are wound so that the first surface is located on the inner peripheral side and the second surface is located on the outer peripheral side, and the first laminated portion in which the electrodes are laminated flat and the electrodes are curved. The electrode manufacturing step includes a winding step of forming a second laminated portion laminated in the above-mentioned state, and the electrode manufacturing step applies an active material mixture to the first surface and the second surface of the current collector. By pressing the coating step to be applied and the current collector coated with the active material mixture, the first active material layer is formed from the active material mixture coated on the first surface. A method for manufacturing an electrode assembly having a press step of forming the second active material layer from the active material mixture coated on the second surface, and the collection in the coating step. On the second surface of the electric body, a portion coated with the active material mixture having a first coating thickness and a portion coated with a second coating thickness thinner than the first coating thickness are formed. The thickness of the second active material layer is increased by pressing the active material mixture with a pair of press rolls that are alternately formed in the longitudinal direction of the current collector and are set at regular intervals. The active material is made constant in the longitudinal direction of the current collector, and a high-density portion is formed from the active material mixture coated with the first coating thickness, and the active material coated with the second coating thickness. A low-density portion having a lower active material density than the high-density portion is formed from the material mixture, and in the winding step, the high-density portion constitutes the first laminated portion, and the low-density portion forms the second laminated portion. The gist is to wind the electrodes so as to form a laminated portion.
これによれば、第2活物質層の硬度は、第1積層部を構成する部分よりも第2積層部を構成する部分で低くなるため、第2活物質層のうち第2積層部を構成する部分での延性が向上する。よって、第2活物質層の割れを抑制できる。 According to this, the hardness of the second active material layer is lower in the portion constituting the second laminated portion than in the portion constituting the first laminated portion, so that the second laminated portion of the second active material layer is formed. The ductility in the part to be improved is improved. Therefore, cracking of the second active material layer can be suppressed.
また、上記電極組立体の製造方法について、前記塗工工程では、前記第2塗工厚は、前記集電体の長手方向の一端の近くに塗工される前記活物質合剤の前記第2塗工厚ほど厚く設定され、前記集電体の長手方向の他端の近くに塗工される前記活物質合剤の前記第2塗工厚ほど薄く設定され、前記プレス工程では、前記低密度部は、活物質密度が前記集電体の長手方向の一端に最も近い前記低密度部ほど低く、前記集電体の長手方向の他端に最も近い前記低密度部ほど高くなるように形成され、前記捲回工程では、前記集電体の長手方向の一端が捲き始め側、前記集電体の長手方向の他端が捲き終わり側となるように前記電極を捲回するのが好ましい。 Regarding the method for manufacturing the electrode assembly, in the coating step, the second coating thickness is the second coating of the active material mixture coated near one end in the longitudinal direction of the current collector. The coating thickness is set to be thicker, and the coating thickness is set to be thinner than the second coating thickness of the active material mixture to be coated near the other end in the longitudinal direction of the current collector. The portions are formed so that the active material density is lower toward the low density portion closest to one end in the longitudinal direction of the current collector and higher at the lower density portion closest to the other end in the longitudinal direction of the current collector. In the winding step, it is preferable to wind the electrode so that one end of the current collector in the longitudinal direction is the winding start side and the other end of the current collector in the longitudinal direction is the winding end side.
電極のうち第2積層部を構成する部分のR形状は、捲回の内周側に位置する部分ほどきつく、外周側に位置する部分ほど緩やかであるため、第2活物質層の割れは、第2積層部を構成する部分のうち、捲回の内周側に位置する部分ほど発生し易い。このため、低密度部における活物質密度を内周側に位置する低密度部ほど低くすることで、第2活物質層の割れを抑制できる。また、内周側と比較して割れの発生し難い外周側に位置する低密度部ほど、低密度部における活物質密度を高くすることで、電極組立体の容量を増大させることができる。 Since the R shape of the portion of the electrode that constitutes the second laminated portion is tighter toward the inner peripheral side of the winding and gentler toward the outer peripheral side, cracking of the second active material layer is caused. Of the portions constituting the second laminated portion, the portion located on the inner peripheral side of the winding is more likely to occur. Therefore, by lowering the density of the active material in the low-density portion toward the lower density portion located on the inner peripheral side, cracking of the second active material layer can be suppressed. Further, the capacity of the electrode assembly can be increased by increasing the density of the active material in the low-density portion in the low-density portion located on the outer peripheral side where cracks are less likely to occur as compared with the inner peripheral side.
本発明によれば、第2活物質層の割れを抑制できる。 According to the present invention, cracking of the second active material layer can be suppressed.
(第1実施形態)
以下、電極組立体及び電極組立体の製造方法を具体化した第1実施形態を図1〜図8にしたがって説明する。
(First Embodiment)
Hereinafter, a first embodiment embodying the electrode assembly and the method for manufacturing the electrode assembly will be described with reference to FIGS. 1 to 8.
図1に示すように、蓄電装置としての二次電池10は、直方体状のケース11と、ケース11に収容された電極組立体12と、ケース11に収容された図示しない電解液とを備える。ケース11は、有底筒状のケース本体13と、ケース本体13の開口部13aを閉塞する板状の蓋14とを有する。ケース本体13及び蓋14は、例えば、アルミニウムなどの金属製である。ケース本体13は、長方形状の底壁13bと、底壁13bの一対の長側縁部から立設された一対の長側壁13cと、底壁13bの一対の短側縁部から立設された一対の短側壁13dとを有する。蓋14は、長方形状である。よって、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、リチウムイオン二次電池である。
As shown in FIG. 1, the
図2に示すように、電極組立体12は、長尺シート状の第1電極20と、長尺シート状の第2電極30と、2枚の長尺シート状のセパレータ40とが捲回されて形成される。本実施形態では、第1電極20は、正極の電極であり、第2電極30は、負極の電極である。
As shown in FIG. 2, in the
第1電極20は、長尺シート状の集電体としての第1金属箔21と、第1活物質層24と、第2活物質層25とを有する。
図3(a)、図3(b)、及び図4(a)には、電極組立体12として捲回される前の第1電極20を示す。図3(a)及び図3(b)に示すように、第1金属箔21は、長方形状の第1本体部22と、第1本体部22の長手方向に沿う一縁部221から突出する複数の第1タブ23とを有する。第1本体部22の長手方向は、第1電極20の長手方向に対応し、第1本体部22の短手方向は、第1電極20の短手方向に対応する。本実施形態の第1金属箔21は、厚みが12μmのアルミニウム箔である。
The
3 (a), 3 (b), and 4 (a) show the
図4(a)に示すように、第1活物質層24は、第1本体部22の第1面22aにおいて、第1本体部22の長手方向全体に亘って延在する。第2活物質層25は、第1本体部22の第1面22aとは反対側の面である第2面22bにおいて、第1本体部22の長手方向全体に亘って延在する。第1活物質層24及び第2活物質層25は、活物質、バインダ、及び導電助剤を含む。本実施形態では、第1活物質層24及び第2活物質層25に含まれる活物質、すなわち正極活物質は、リチウムを含む複合酸化物である。
As shown in FIG. 4A, the first
図4(b)に示すように、第1活物質層24の厚みは、後述する溝部28を除いて、第1本体部22の長手方向全体において一定である。また、第1活物質層24の厚みは、第1本体部22の短手方向全体において一定である。なお、「第1活物質層24の厚みが一定である」には、第1活物質層24の厚みが許容範囲内でばらついた状態も含まれる。許容範囲とは、第1電極20の設計上、許容される範囲であり、いわゆる製造公差である。
As shown in FIG. 4B, the thickness of the first
図4(c)に示すように、第1活物質層24における活物質密度は、第1本体部22の長手方向全体において一定である。また、第1活物質層24における活物質密度は、第1本体部22の短手方向全体において一定である。なお、「第1活物質層24における活物質密度が一定である」には、活物質密度が許容範囲内でばらついた状態も含まれる。
As shown in FIG. 4C, the active material density in the first
図4(d)に示すように、第2活物質層25の厚みは、第1本体部22の長手方向全体において一定である。また、第2活物質層25の厚みは、第1本体部22の短手方向全体において一定である。なお、「第2活物質層25の厚みが一定である」には、第2活物質層25の厚みが許容範囲内でばらついた状態も含まれる。
As shown in FIG. 4D, the thickness of the second
図4(a)及び図4(e)に示すように、第2活物質層25は、複数の高密度部25aと、高密度部25aよりも第2活物質層25における活物質密度が低い複数の低密度部25bとを有する。図2、図3(b)、及び図4(a)では、濃いドットハッチングにより高密度部25aを示し、薄いドットハッチングにより低密度部25bを示している。高密度部25aと低密度部25bとは、第1本体部22の長手方向において交互に存在する。上述したように、第2活物質層25の厚みは、第1本体部22の長手方向全体において一定であるため、高密度部25aの厚みと低密度部25bの厚みとは同じである。
As shown in FIGS. 4A and 4E, the second
図4(e)に示すように、各高密度部25aにおける活物質密度は、第1本体部22の長手方向全体において一定である。また、各高密度部25aにおける活物質密度は、第1本体部22の短手方向全体において一定である。なお、「高密度部25aにおける活物質密度が一定である」には、活物質密度が許容範囲内でばらついた状態も含まれる。本実施形態では、高密度部25aにおける活物質密度は3.42[mg/cm3]である。
As shown in FIG. 4 (e), the active material density in each high-
一方、低密度部25bにおける活物質密度は、第1本体部22の長手方向において高密度部25aに近い低密度部25bの両端から低密度部25bの中央に向かうにつれて徐々に低くなっている。本実施形態では、低密度部25bのうち最も活物質密度が低い中央付近における活物質密度は2.23[mg/cm3]である。各低密度部25bにおける活物質密度は、第1本体部22の短手方向全体において一定である。
On the other hand, the active material density in the
図3(b)に示すように、高密度部25aの長手方向は、第1本体部22の長手方向と一致し、高密度部25aの短手方向は、第1本体部22の短手方向と一致している。高密度部25aの長手方向の寸法は、全ての高密度部25aでほぼ同じである。高密度部25aの長手方向の寸法は、第1本体部22の長手方向における低密度部25bの寸法よりも大きい。第1本体部22の長手方向における低密度部25bの寸法は、第1電極20の長手方向の第1端20aに最も近い低密度部25bほど小さく、第1電極20の長手方向の第2端20bに最も近い低密度部25bほど大きくなっている。つまり、第1電極20の第1端20aに最も近い低密度部25bから第2端20bに最も近い低密度部25bに向けて、第1本体部22の長手方向における低密度部25bの寸法は徐々に大きくなっている。
As shown in FIG. 3B, the longitudinal direction of the high-
図3(a)及び図4(a)に示すように、第1電極20は、第1活物質層24のうち低密度部25bの反対側に位置する部分に、第1本体部22の短手方向に沿って延びる溝部28を有する。溝部28は、第1本体部22の長手方向において、第1活物質層24のうち低密度部25bの反対側に位置する部分の中央に位置する。本実施形態の溝部28は、第1活物質層24の表面から第1本体部22の第1面22aに向かうにつれて、第1本体部22の長手方向における幅が徐々に小さくなるV字溝である。
As shown in FIGS. 3A and 4A, the
第1電極20は、第2活物質層25の高密度部25aと、第1活物質層24のうち高密度部25aの反対側に位置する部分と、第1本体部22のうち高密度部25aと第1活物質層24とによって挟まれた部分とからなる複数の第1高密度塗工部26を有する。また、第1電極20は、第2活物質層25の低密度部25bと、第1活物質層24のうち低密度部25bの反対側に位置する部分と、第1本体部22のうち低密度部25bと第1活物質層24とによって挟まれた部分とからなる複数の第1低密度塗工部27を有する。第1高密度塗工部26と第1低密度塗工部27とは、第1電極20の長手方向において交互に存在する。
The
第1本体部22の長手方向における高密度部25aの寸法は、第1電極20の長手方向における第1高密度塗工部26の寸法と一致し、第1本体部22の長手方向における低密度部25bの寸法は、第1電極20の長手方向における第1低密度塗工部27の寸法と一致している。つまり、第1電極20の長手方向における第1高密度塗工部26の寸法は、全ての第1高密度塗工部26でほぼ同じである。一方、第1電極20の長手方向における第1低密度塗工部27の寸法は、第1電極20の第1端20aに最も近い第1低密度塗工部27ほど小さく、第1電極20の第2端20bに最も近い第1低密度塗工部27ほど大きくなっている。なお、本実施形態では、第1電極20は、6つの第1高密度塗工部26と、5つの第1低密度塗工部27とを有する。
The dimensions of the high-
各第1タブ23は、第1活物質層24及び第2活物質層25が存在せず、第1金属箔21が露出した部分である。第1タブ23の形状は、全ての第1タブ23で同じであり、本実施形態では矩形状である。各第1タブ23は、第1本体部22における第1高密度塗工部26を構成する部分の一縁部221から突出している。つまり、各第1タブ23は、第1本体部22の長手方向において第1高密度塗工部26に対応する位置に配置されている。さらに、各第1タブ23は、第1本体部22の長手方向において第1高密度塗工部26の一端寄りに位置する第1タブ23と、第1本体部22の長手方向において第1高密度塗工部26の他端寄りに位置する第1タブ23とが第1本体部22の長手方向において交互に存在するように配置されている。
Each
図2に示すように、第2電極30は、長尺シート状の集電体としての第2金属箔31と、第1活物質層34と、第2活物質層35とを有する。
第2金属箔31は、長方形状の第2本体部32と、第2本体部32の長手方向に沿う一縁部321から突出する複数の第2タブ33とを有する。第2本体部32の長手方向は、第2電極30の長手方向に対応し、第2本体部32の短手方向は、第2電極30の短手方向に対応する。本実施形態の第2金属箔31は、厚みが12μmの銅箔である。また、本実施形態では、第2本体部32の長手方向の寸法は、第1本体部22の長手方向の寸法よりも長く、第2本体部32の短手方向の寸法も、第1本体部22の短手方向の寸法よりも長い。
As shown in FIG. 2, the
The
第1活物質層34は、第2本体部32の第1面32aにおいて、第2本体部32の長手方向全体に亘って延在する。第2活物質層35は、第2本体部32の第1面32aとは反対側の面である第2面32bにおいて、第2本体部32の長手方向全体に亘って延在する。第1活物質層34及び第2活物質層35は、活物質、バインダ、及び導電助剤を含む。本実施形態の第1活物質層34及び第2活物質層35に含まれる活物質、すなわち負極活物質は、カーボンである。
The first active material layer 34 extends over the entire longitudinal direction of the second
第1活物質層34の厚みは、第2本体部32の長手方向全体において一定である。また、第1活物質層34の厚みは、第2本体部32の短手方向全体において一定である。なお、「第1活物質層34の厚みが一定である」には、第1活物質層34の厚みが許容範囲内でばらついた状態も含まれる。許容範囲とは、第2電極30の設計上、許容される範囲であり、いわゆる製造公差である。第1活物質層34における活物質密度は、第2本体部32の長手方向全体において一定である。また、第1活物質層34における活物質密度は、第2本体部32の短手方向全体において一定である。なお、「第1活物質層34における活物質密度が一定である」には、活物質の密度が許容範囲内でばらついた状態も含まれる。
The thickness of the first active material layer 34 is constant in the entire longitudinal direction of the second
第2活物質層35の厚みは、第2本体部32の長手方向全体において一定である。また、第2活物質層35の厚みは、第2本体部32の短手方向全体において一定である。なお、「第2活物質層35の厚みが一定である」には、第2活物質層35の厚みが許容範囲内でばらついた状態も含まれる。第2活物質層35における活物質密度は、第2本体部32の長手方向全体において一定である。また、第2活物質層35における活物質密度は、第2本体部32の短手方向全体において一定である。なお、「第2活物質層35における活物質密度が一定である」には、活物質密度が許容範囲内でばらついた状態も含まれる。
The thickness of the second
第2電極30は、第2本体部32と、第1活物質層34と、第2活物質層35とからなる第2塗工部36を有する。第2塗工部36は、第2電極30の長手方向の第1端30aから第2端30bまで、第2電極30の長手方向全体に亘って存在する。
The
各第2タブ33は、第1活物質層34及び第2活物質層35が存在せず、第2金属箔31が露出した部分である。第2タブ33の形状は、全ての第2タブ33で同じであり、本実施形態では矩形状である。各第2タブ33は、第2本体部32の長手方向において所定の位置に配置されている。ここで、所定の位置とは、第2電極30を捲回した際に、複数の第2タブ33が一列に並ぶように設定された位置のことを指す。
Each
各セパレータ40は、第1電極20と第2電極30との間に介在する。各セパレータ40は、リチウムイオンが通過可能な多孔質膜である。本実施形態では、各セパレータ40の長手方向の寸法は、第2本体部32の長手方向の寸法よりも長く、各セパレータ40の短手方向の寸法は、第2本体部32の短手方向の寸法とほぼ同じである。
Each
電極組立体12は、第1電極20、2枚のセパレータ40のうちの一方、第2電極30、及び2枚のセパレータ40のうちの他方がこの順に積層されたものが、捲回軸Lを軸として渦巻状に捲回されることで形成される。第1電極20、第2電極30、及び各セパレータ40の捲回方向は、第1電極20、第2電極30、及び各セパレータ40の長手方向と一致している。電極組立体12は、第1電極20と第2電極30とがセパレータ40を介して積層された層状構造を有する。
In the
第1電極20は、第1端20aが捲き始め側に位置し、第2端20bが捲き終わり側に位置するように捲回される。言い換えると、第1電極20の第1端20aは、電極組立体12の最内周に位置し、第1電極20の第2端20bは、電極組立体12の最外周に位置する。このため、複数の第1高密度塗工部26及び第1低密度塗工部27のうち、第1電極20の第1端20aに最も近い第1高密度塗工部26及び第1低密度塗工部27は、最内周に位置する第1高密度塗工部26及び第1低密度塗工部27である。複数の第1高密度塗工部26及び第1低密度塗工部27のうち、第1電極20の第2端20bに最も近い第1高密度塗工部26及び第1低密度塗工部27は、最外周に位置する第1高密度塗工部26及び第1低密度塗工部27である。
The
また、第2電極30は、第1端30aが捲き始め側に位置し、第2端30bが捲き終わり側に位置するように捲回される。セパレータ40も、第1端40aが捲き始め側に位置し、第2端40bが捲き終わり側に位置するように捲回される。言い換えると、第2電極30及びセパレータ40の第1端30a,40aは、電極組立体12の最内周に位置し、第2電極30及びセパレータ40の第2端30b,40bは、電極組立体12の最外周に位置する。
Further, the
なお、第1電極20、第2電極30、各セパレータ40が捲回された状態からばらけないように、第1電極20の第2端20b、第2電極30の第2端30b、及び2枚のセパレータ40の第2端40bは、図示しないテープによって電極組立体12に固定されている。
The
第1電極20は、第1本体部22の第1面22aが内周面となり、第1本体部22の第2面22bが外周面となるように捲回される。このため、第1活物質層24は、捲回の内周側に位置し、第2活物質層25は、捲回の外周側に位置する。同様に、第2電極30は、第2本体部32の第1面32aが内周面となり、第2本体部32の第2面32bが外周面となるように捲回される。このため、第1活物質層34は、捲回の内周側に位置し、第2活物質層35は、捲回の外周側に位置する。
The
電極組立体12は、第1高密度塗工部26と第2塗工部36の一部とがセパレータ40を介して交互に積層された第1積層部としての中央積層部12aを有する。第1高密度塗工部26と第2塗工部36の一部とが積層される方向を積層方向とする。中央積層部12aでは、積層方向に隣り合う第1高密度塗工部26及び第2塗工部36の一部において、第1活物質層24は、第2活物質層35とセパレータ40を介して向かい合う。また、積層方向に隣り合う第1高密度塗工部26及び第2塗工部36の一部において、第2活物質層25の高密度部25aは、第1活物質層34とセパレータ40を介して向かい合う。中央積層部12aにおいて、第1高密度塗工部26及び第2塗工部36の一部は、平坦状に積層されている。
The
本実施形態では、電極組立体12における積層方向の両端には、第2塗工部36が存在する。このため、積層方向における電極組立体12の第1端面121は、第2塗工部36のうち積層方向の一端に位置する部分によって構成され、積層方向における電極組立体12の第2端面122は、第2塗工部36のうち積層方向の他端に位置する部分によって構成されている。第1端面121及び第2端面122は、ケース本体13の長側壁13cと向かい合う面である。
In the present embodiment, the
第1電極20において、捲回軸Lよりも積層方向の一端側に位置する第1高密度塗工部26と、捲回軸Lよりも積層方向の他端側に位置する第1高密度塗工部26とは、第1電極20の長手方向において交互に存在する。言い換えると、第1電極20の長手方向において第1低密度塗工部27を挟んで隣り合う2つの第1高密度塗工部26のうち、一方の第1高密度塗工部26が捲回軸Lよりも積層方向の一端側に位置する場合、他方の第1高密度塗工部26は捲回軸Lよりも積層方向の他端側に位置する。
In the
電極組立体12において、第1タブ23は、積層方向に一列に並び、第2タブ33は、第1タブ23が一列に並ぶ位置とは異なる位置で積層方向に一列に並ぶ。本実施形態では、第1タブ23は、高密度部25aの長手方向の一端側で積層方向へ一列に並び、第2タブ33は、高密度部25aの長手方向の他端側で積層方向へ一列に並ぶ。図1に示すように、電極組立体12は、一列に並ぶ複数の第1タブ23が積層された第1タブ群15と、第1タブ23とは異なる位置で一列に並ぶ複数の第2タブ33が積層された第2タブ群16とを有する。
In the
電極組立体12は、高密度部25aの長手方向において中央積層部12aよりも一端側に位置する第2積層部としての第1端側積層部12bと、高密度部25aの長手方向において中央積層部12aよりも他端側に位置する第2積層部としての第2端側積層部12cとを有する。
The
第1端側積層部12b及び第2端側積層部12cは、第1低密度塗工部27と第2塗工部36の一部とがセパレータ40を介して交互に積層された部分である。第1端側積層部12b及び第2端側積層部12cは、ケース本体13の長側壁13c及び短側壁13dと向かい合う。第1端側積層部12b及び第2端側積層部12cにおいて、第1低密度塗工部27及び第2塗工部36の一部は、中央積層部12aから離れる向きに凸となるように湾曲した状態で積層される。
The first end-side
第1電極20において、第1端側積層部12bを構成する第1低密度塗工部27と、第2端側積層部12cを構成する第1低密度塗工部27とは、第1電極20の長手方向において交互に存在する。言い換えると、第1電極20の長手方向において第1高密度塗工部26を挟んで隣り合う2つの第1低密度塗工部27のうち、一方の第1低密度塗工部27が第1端側積層部12bを構成する場合、他方の第1低密度塗工部27は第2端側積層部12cを構成する。また、上述したように、第1電極20は、第1端20aが捲き始め側となるように捲回されている。このため、第1本体部22の長手方向における第1低密度塗工部27の寸法は、第1端側積層部12b又は第2端側積層部12cにおいて外周側に位置する第1低密度塗工部27ほど長くなっている。
In the
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第1端子構造17及び第2端子構造18を備える。第1端子構造17は、第1タブ群15と接合された板状の第1導電部材17aと、第1導電部材17aから突出する棒状の第1端子17bとを有する。第2端子構造18は、第2タブ群16と接合された板状の第2導電部材18aと、第2導電部材18aから突出する棒状の第2端子18bとを有する。第1端子17b及び第2端子18bは、蓋14を貫通してケース11の外部に突出し、ケース11の内外を繋ぐ。第1端子17b及び第2端子18bには、二次電池10同士を電気的に接続する図示しないバスバーが固定可能である。二次電池10は、蓋14と第1端子17b又は第2端子18bとを絶縁するための絶縁リング19を備える。
As shown in FIG. 1, the
次に、電極組立体12の製造方法のうち、第1電極20を製造する電極製造工程と、第1電極20、第2電極30、及びセパレータ40を捲回する捲回工程とについて説明する。
Next, among the methods for manufacturing the
図5に示すように、電極製造工程は、長尺シート状の金属箔材料210に活物質合剤220を塗工する塗工工程を有する。本実施形態の金属箔材料210は、厚みが12μmのアルミニウム箔であり、活物質合剤220は、正極活物質、バインダ、導電助剤、及び溶媒が混練されたものである。塗工工程は、金属箔材料210の第1面210aに活物質合剤220を塗工する第1塗工工程と、金属箔材料210の第2面210bに活物質合剤220を塗工する第2塗工工程とを有する。
As shown in FIG. 5, the electrode manufacturing process includes a coating process of applying the
本実施形態の塗工工程は、図示しない搬送装置によって長手方向に搬送される金属箔材料210に対し、図示しないダイ塗工装置によって活物質合剤220を塗工することで行われる。ダイ塗工装置は、活物質合剤220が貯留された図示しないタンクと繋がっており、図示しないポンプによってタンクからダイ塗工装置に活物質合剤220が圧送される。
The coating step of the present embodiment is performed by applying the
図6(a)に示すように、金属箔材料210の第1面210aには、活物質合剤220が塗工される第1塗工領域A1と、活物質合剤220が塗工されない第1未塗工領域B1とが予め設定されている。第1塗工領域A1は、金属箔材料210の長手方向全体に亘って設定される。本実施形態では、金属箔材料210の短手方向における第1塗工領域A1の寸法は、第1本体部22の短手方向の寸法とほぼ同じ寸法に設定される。第1未塗工領域B1は、金属箔材料210の短手方向の一端部において、金属箔材料210の長手方向全体に亘って設定される。
As shown in FIG. 6A, the first coating area A1 on which the
図6(b)に示すように、金属箔材料210の第2面210bには、活物質合剤220が塗工される第2塗工領域A2と、活物質合剤220が塗工されない第2未塗工領域B2とが予め設定されている。第2塗工領域A2は、金属箔材料210の長手方向全体に亘って設定される。本実施形態では、金属箔材料210の短手方向における第2塗工領域A2の寸法は、第1本体部22の短手方向の寸法とほぼ同じに設定される。第2未塗工領域B2は、金属箔材料210の短手方向において第1未塗工領域B1が存在する方の一端部において、金属箔材料210の長手方向全体に亘って存在する。
As shown in FIG. 6B, the
第2塗工領域A2は、複数の厚塗工領域A2aと、複数の薄塗工領域A2bとを有する。厚塗工領域A2aと薄塗工領域A2bとは、金属箔材料210の長手方向において交互に存在する。本実施形態では、金属箔材料210の長手方向における厚塗工領域A2aの寸法は、全ての厚塗工領域A2aでほぼ同じ寸法に設定されている。一方、金属箔材料210の長手方向における薄塗工領域A2bの寸法は、金属箔材料210の長手方向の一端に位置する薄塗工領域A2bほど大きく、金属箔材料210の長手方向の他端に位置する薄塗工領域A2bほど小さくなるように設定されている。
The second coating area A2 has a plurality of thick coating areas A2a and a plurality of thin coating areas A2b. The thick coating region A2a and the thin coating region A2b are alternately present in the longitudinal direction of the
図5に示すように、第1塗工工程により、金属箔材料210の第1面210aの第1塗工領域A1には、活物質合剤220が厚みH1で塗工される。第2塗工工程により、金属箔材料210の第2面210bの厚塗工領域A2aには、活物質合剤220が第1塗工厚としての厚みH2aで塗工され、金属箔材料210の第2面210bの薄塗工領域A2bには、活物質合剤220が第2塗工厚で塗工される。第2塗工厚は、厚みH2aよりも薄い。本実施形態では、厚みH1は152μmに設定され、厚みH2aは87μmに設定される。第1塗工工程及び第2塗工工程において、金属箔材料210の第1面210aの第1未塗工領域B1、及び金属箔材料210の第2面210bの第2未塗工領域B2には、活物質合剤220は塗工されない。
As shown in FIG. 5, the
なお、本実施形態の塗工工程では、タンクとダイ塗工装置との間に設けられた図示しないバルブの開閉を制御することによって、金属箔材料210に塗工する活物質合剤220の厚みを調整する。具体的には、バルブを開状態にすると、ダイ塗工装置には活物質合剤220が供給されるため、金属箔材料210に活物質合剤220が塗工される。一方、バルブを閉状態にすると、ダイ塗工装置に活物質合剤220が供給されなくなるため、金属箔材料210に活物質合剤220が塗工されない。また、バルブを開状態から閉状態にする際には、ダイ塗工装置への活物質合剤220の供給量が減少するため、金属箔材料210に塗工される活物質合剤220の厚みは徐々に薄くなる。反対に、バルブを閉状態から開状態にする際には、ダイ塗工装置への活物質合剤220の供給量が増加するため、金属箔材料210に塗工される活物質合剤220の厚みは徐々に厚くなる。
In the coating process of the present embodiment, the thickness of the
金属箔材料210の第1塗工領域A1に活物質合剤220を塗工する際には、バルブを常時開状態とする。これにより、金属箔材料210の第1塗工領域A1には、一定の厚みH1で活物質合剤220が塗工される。
When the
一方、金属箔材料210の第2塗工領域A2に活物質合剤220を塗工する際にはバルブの開閉を行う。具体的には、金属箔材料210の厚塗工領域A2aに活物質合剤220を塗工するときには、バルブを開状態とし、金属箔材料210の薄塗工領域A2bに活物質合剤220を塗工するときには、バルブを開状態から閉状態にし、閉状態となったら開状態に戻す。これにより、金属箔材料210の厚塗工領域A2aには、一定の厚みH2aで活物質合剤220が塗工される。また、金属箔材料210の薄塗工領域A2bには、金属箔材料210の長手方向において厚塗工領域A2aに近い薄塗工領域A2bの両端から薄塗工領域A2bの中央に向かうにつれて厚みが徐々に薄くなるように活物質合剤220が塗工される。本実施形態では、金属箔材料210の薄塗工領域A2bに塗工された活物質合剤220において最も厚みが薄い部分の厚みH2bは87μmとなる。
On the other hand, when the
電極製造工程は、塗工工程で金属箔材料210の第1面210a及び第2面210bに塗工された活物質合剤220から溶媒を除去することにより、活物質合剤220を乾燥させる乾燥工程を有する。
The electrode manufacturing process is a drying process in which the
塗工工程及び乾燥工程を経て、電極材料200が形成される。電極材料200は、金属箔材料210の厚塗工領域A2aに、金属箔材料210と活物質合剤220とからなる第1塗工部前駆体230を有する。また、電極材料200は、金属箔材料210の薄塗工領域A2bに、金属箔材料210と活物質合剤220とからなる第2塗工部前駆体240を有する。第1塗工部前駆体230の厚みH230は、第2塗工部前駆体240の厚みよりも厚い。本実施形態では、第1塗工部前駆体230の厚みH230は、152μmであり、第2塗工部前駆体240における最も厚みが薄い部分の厚みH240は、68μmである。
The
図示しないが、電極材料200は、金属箔材料210の第1未塗工領域B1及び第2未塗工領域B2に、金属箔材料210の両面に活物質合剤220が塗工されず、金属箔材料210が露出した未塗工部を有する。
Although not shown, in the
図7(a)及び図7(b)に示すように、電極製造工程は、電極材料200をプレスするプレス工程を有する。
プレス工程は、プレス装置50によって行われる。プレス装置50は、電極材料200を挟んで上下方向の両側に配置された一対のプレスロール51,52を備える。各プレスロール51,52は金属製である。各プレスロール51,52は、図示しない回転軸によって回転可能に支持されている。各プレスロール51,52は、回転軸に接続された図示しない駆動装置によって回転軸とともに一体回転する。第1プレスロール51の外周面のうち第2プレスロール52に最も近い端部51aと、第2プレスロール52の外周面のうち第1プレスロール51に最も近い端部52aとの間隔Wは一定に設定される。本実施形態では、各プレスロール51,52の間隔Wは、第2塗工部前駆体240における最も厚みが薄い部分の厚みH240よりも小さく設定される。
As shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), the electrode manufacturing process includes a pressing process of pressing the
The pressing process is performed by the
電極材料200は、図示しない搬送装置により、回転する一対のプレスロール51,52間を通過するように金属箔材料210の長手方向に搬送される。第1塗工部前駆体230及び第2塗工部前駆体240は、一対のプレスロール51,52によってプレスされる。これにより、活物質合剤220における活物質密度が高くなることで、金属箔材料210の第1面210aに塗工された活物質合剤220は第1活物質層24となる。また、金属箔材料210の第2面210bに塗工された活物質合剤220は第2活物質層25となる。
The
上述したように、第1塗工部前駆体230の厚みH230は、第2塗工部前駆体240の厚みよりも厚い。その一方で、各プレスロール51,52の間隔Wは一定の間隔に設定されている。このため、プレス工程において、第1塗工部前駆体230に加えられる加圧力は、第2塗工部前駆体240に加えられる加圧力よりも大きい。その結果、金属箔材料210の第2塗工領域A2に塗工された活物質合剤220のうち、厚塗工領域A2aに塗工された部分は高密度部25aとなり、薄塗工領域A2bに塗工された部分は低密度部25bとなる。本実施形態では、高密度部25aにおける活物質密度は3.48[mg/cm3]となり、圧縮率は34.8%となる。
As described above, the thickness H230 of the first
また、上述したように、各第2塗工部前駆体240の厚みは、金属箔材料210の長手方向における第2塗工部前駆体240の両端から中央に向けて薄くなる。このため、第2塗工部前駆体240に加わる加圧力は、金属箔材料210の長手方向の両端から中央に向かうにつれて小さくなる。なお、本実施形態では、金属箔材料210の長手方向における第2塗工部前駆体240の中央付近は加圧されない。その結果、低密度部25bは、金属箔材料210の長手方向の両端から中央に向かうにつれて活物質密度が低くなるように形成される。本実施形態では、低密度部25bのうち最も活物質密度が低くなる中央付近の活物質密度は21.3[mg/cm3]となり、圧縮率は10.4%となる。
Further, as described above, the thickness of each second coated
また、プレス工程では、第1塗工部前駆体230及び第2塗工部前駆体240はそれぞれ、プレス後の厚みが各プレスロール51,52の間隔Wと同じになるように圧縮される。このため、第1活物質層24の厚みは、金属箔材料210の長手方向において一定の厚みになり、第2活物質層25の厚みは、金属箔材料210の長手方向において一定の厚みになる。プレス工程により、第1塗工部前駆体230は第1高密度塗工部26となり、第2塗工部前駆体240は第1低密度塗工部27となる。
Further, in the pressing step, the first
電極製造工程は、第1活物質層24のうち低密度部25bの反対側に位置する部分に溝部28を形成する溝部形成工程を有する。溝部28は、金属箔材料210の長手方向において、第1活物質層24のうち低密度部25bの反対側に位置する部分の中央に位置する部分を、金属箔材料210の短手方向に沿って削ることで形成される。
The electrode manufacturing step includes a groove forming step of forming a
電極製造工程は、電極材料200を切断する切断工程を有する。切断工程では、図6に示す、第1電極20の外形と同形状に設定された切断線CLに沿って電極材料200を打ち抜く。これにより、金属箔材料210の未塗工部から複数の第1タブ23が形成される。電極材料200から打ち抜かれた部分が第1電極20となる。
The electrode manufacturing process includes a cutting step of cutting the
捲回工程では、第1電極20と、第2電極30と、2枚のセパレータ40とを捲回することにより、電極組立体12を形成する。
図8に示すように、電極組立体12として捲回される前の第1電極20及び第2電極30は、第1供給ロール61にそれぞれ捲回されている。また、電極組立体12として捲回される前の2枚のセパレータ40は、第2供給ロール62に1枚ずつ捲回されている。なお、第1電極20が第1供給ロール61に捲回された状態では、第1電極20及び第2電極30の第1端20a,30aは、第1供給ロール61の外周側に位置し、第1電極20及び第2電極30の第2端20b,30bは、第1供給ロール61の内周側に位置している。
In the winding step, the
As shown in FIG. 8, the
電極製造工程には、回転テーブル63と、回転テーブル63に取り付けられた第1芯材64a及び第2芯材64bとが用いられる。第1芯材64a及び第2芯材64bは、第1芯材64aと第2芯材64bとの中点が回転テーブル63の回転軸Oと一致するように並べて配置されている。また、第1芯材64aと第2芯材64bとの間隔は、高密度部25aの長手方向の寸法とほぼ同じになるように設定される。第1芯材64aは、第2芯材64bから離れる方向に凸となる第1湾曲面64cを有し、第2芯材64bは、第1芯材64aから離れる方向に凸となる第2湾曲面64dを有する。
In the electrode manufacturing process, the rotary table 63 and the first core material 64a and the
本実施形態では、第1芯材64aには、第1供給ロール61から繰り出された第1電極20の第1端20aが固定されている。第2芯材64bには、第1供給ロール61から繰り出された第2電極30の第1端30aと、各第2供給ロール62から繰り出された各セパレータ40の第1端40aとが固定されている。
In the present embodiment, the
この状態で、回転テーブル63を回転させると、第1電極20及び第2電極30は、第1供給ロール61から繰り出されながら第1芯材64a及び第2芯材64bに捲回される。また、セパレータ40も、第2供給ロール62から繰り出されながら第1芯材64a及び第2芯材64bに捲回される。これにより、第1電極20、第2電極30、及び各セパレータ40は、第1電極20と第2電極30とがセパレータ40を介して層状構造をなすように捲回される。
When the rotary table 63 is rotated in this state, the
第1芯材64aと第2芯材64bとの間では、第1電極20の第1高密度塗工部26と第2電極30の第2塗工部36の一部とが平坦状に積層されることで中央積層部12aが形成される。第1芯材64a及び第2芯材64bを挟んだ両側では、第1電極20の第1低密度塗工部27と第2電極30の第2塗工部36の一部が第1湾曲面64c又は第2湾曲面64dに沿うように湾曲した状態で積層されることで、第1端側積層部12b及び第2端側積層部12cが形成される。
Between the first core material 64a and the
そして、第1供給ロール61に捲回されていた分の第1電極20及び第2電極30と、第2供給ロール62に捲回されていた分のセパレータ40とが全て第1芯材64a及び第2芯材64bに対して捲き付けられると、第1電極20の第2端20b、第2電極30の第2端30b、及び各セパレータ40の第2端40bは、捲回済みの電極組立体12に対して図示しないテープによって固定される。その後、第1芯材64a及び第2芯材64bから電極組立体12を取り外す。これにより、電極組立体12が完成する。
Then, the
第1実施形態の作用について説明する。
本実施形態では、第2活物質層25における活物質密度が2.51[mg/cm3]以下であれば、第1電極20の湾曲度合いに依らず、第2活物質層25に割れが生じないことが実験的に分かっている。
The operation of the first embodiment will be described.
In the present embodiment, if the active material density in the second
本実施形態の第2活物質層25の厚みは、第1本体部22の長手方向全体で一定である。一方、第2活物質層25における活物質密度は、第1本体部22の長手方向において異なる。第2活物質層25は、高密度部25aと、高密度部25aよりも活物質密度の低い低密度部25bとを第1本体部22の長手方向において交互に有する。高密度部25aにおける活物質密度は、1.55[mg/cm3]であり、低密度部25bのうち活物質密度が最も低い部分での活物質密度は、1.36[mg/cm3]である。高密度部25aは、中央積層部12aを構成し、低密度部25bは、第1端側積層部12b又は第2端側積層部12cを構成している。
The thickness of the second
これにより、第2活物質層25の硬度は、中央積層部12aを構成する部分よりも第1端側積層部12b又は第2端側積層部12cを構成する部分で低くなる。このため、第2活物質層25のうち第1端側積層部12b又は第2端側積層部12cを構成する部分での延性が向上する。よって、第2活物質層25の割れを抑制できる。
As a result, the hardness of the second
第1実施形態の効果について説明する。
(1−1)第2活物質層25の硬度は、中央積層部12aを構成する部分よりも第1端側積層部12b又は第2端側積層部12cを構成する部分で低くなる。このため、第2活物質層25のうち第1端側積層部12b又は第2端側積層部12cを構成する部分での延性が向上する。よって、第2活物質層25の割れを抑制できる。
The effect of the first embodiment will be described.
(1-1) The hardness of the second
(1−2)正極活物質として用いられるリチウムを含む複合酸化物は、負極活物質として用いられるカーボンよりも硬度が高い。このため、第1電極20の第2活物質層25の硬度は、第2電極30の第2活物質層35の硬度よりも高くなる。よって、第1端側積層部12b又は第2端側積層部12cを構成する部分での割れは、第2電極30の第2活物質層35よりも、第1電極20の第2活物質層25で生じ易い。これを踏まえ、第1電極20について、低密度部25bが第1端側積層部12b又は第2端側積層部12cを構成することで、第1電極20、すなわち正極の電極における第2活物質層25の割れを抑制できる。
(1-2) The lithium-containing composite oxide used as the positive electrode active material has a higher hardness than the carbon used as the negative electrode active material. Therefore, the hardness of the second
(1−3)第1電極20は、各第1活物質層24における第1端側積層部12b又は第2端側積層部12cを構成する部分に溝部28を有する。溝部28により第1電極20を湾曲させ易くなるため、第1端側積層部12b及び第2端側積層部12cの形成が容易になる。また、第1活物質層24における第1端側積層部12b又は第2端側積層部12cを構成する部分には、第1本体部22の長手方向に圧縮する力が作用するが、圧縮力の一部は溝部28により吸収される。よって、第1活物質層24に圧縮力が作用することによって生じ得る第1活物質層24の脱落を抑制できる。
(1-3) The
(1−4)塗工工程では、金属箔材料210の厚塗工領域A2aに対する活物質合剤220の塗工厚と、薄塗工領域A2bに対する活物質合剤220の塗工厚とを変化させている。このため、プレス工程では、一対のプレスロール51,52の間隔Wを一定の間隔に保ったまま電極材料200をプレスするだけで、高密度部25a及び低密度部25bを有する第2活物質層25を形成することができる。
(1-4) In the coating step, the coating thickness of the
(第2実施形態)
以下、電極組立体を具体化した第2実施形態を説明する。なお、第2実施形態では、第1実施形態と異なる構成を中心に説明し、第1実施形態と同じ構成については説明を省略する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment in which the electrode assembly is embodied will be described. In the second embodiment, the configuration different from that of the first embodiment will be mainly described, and the description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.
第2実施形態では、負極活物質は、Siを含むシリコン系材料である。このため、第2実施形態の負極の活物質層の硬度は、第1実施形態の負極の活物質層の硬度よりも高く、第2実施形態の負極の活物質層の脆性は、第1実施形態の負極の活物質層の脆性よりも低い。したがって、負極の活物質層における第1端側積層部12b及び第2端側積層部12cを構成する部分に割れが生じる虞がある。
In the second embodiment, the negative electrode active material is a silicon-based material containing Si. Therefore, the hardness of the active material layer of the negative electrode of the second embodiment is higher than the hardness of the active material layer of the negative electrode of the first embodiment, and the brittleness of the active material layer of the negative electrode of the second embodiment is the first embodiment. It is lower than the brittleness of the active material layer of the negative electrode of the form. Therefore, there is a possibility that cracks may occur in the portions constituting the first end side laminated
図9に示すように、第2実施形態では、電極組立体12は、2枚の第1電極20と、2枚のセパレータ40とが捲回されることで形成される。つまり、電極組立体12は、第2電極30を有さない。2枚の第1電極20のうち、一方は正極の電極であり、他方は負極の電極である。
As shown in FIG. 9, in the second embodiment, the
負極の第1本体部22の長手方向の寸法は、正極の第1本体部22の長手方向の寸法よりも長く、負極の第1本体部22の短手方向の寸法は、正極の第1本体部22の短手方向の寸法よりも長い。また、正極の第1電極20は、6つの第1高密度塗工部26と、5つの第1低密度塗工部27とを有し、負極の第1電極20は、7つの第1高密度塗工部26と、6つの第1低密度塗工部27とを有する。
The longitudinal dimension of the first
負極の各高密度部25aの長手方向の寸法X251は、正極の各高密度部25aの長手方向の寸法X252よりも長い。中央積層部12aにおいて、負極の高密度部25aの長手方向の両端に位置する一対の端251は、正極の高密度部25aの長手方向の両端に位置する一対の端252よりも外側に位置する。また、図示しないが、負極の各高密度部25aの短手方向の寸法は、正極の各高密度部25aの短手方向の寸法よりも長い。中央積層部12aにおいて、負極の高密度部25aの短手方向の両端に位置する一対の端は、正極の高密度部25aの短手方向の両端に位置する一対の端よりも外側に位置する。
The longitudinal dimension X251 of each high-
第2実施形態では、第1実施形態の効果(1−1)〜(1−4)と同様の効果に加えて、次の効果が得られる。
(2−1)Siを含むシリコン系材料を負極活物質として用いる場合、負極の活物質層における第1端側積層部12b又は第2端側積層部12cを構成する部分にも割れが生じる虞がある。これを踏まえ、負極の電極においても、第2活物質層25に高密度部25a及び低密度部25bを形成し、低密度部25bにより第1端側積層部12b又は第2端側積層部12cを構成することで、負極の電極における第2活物質層25の割れを抑制できる。
In the second embodiment, in addition to the effects similar to the effects (1-1) to (1-4) of the first embodiment, the following effects can be obtained.
(2-1) When a silicon-based material containing Si is used as the negative electrode active material, there is a possibility that cracks may occur in the portion constituting the first end side laminated
上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び変更例は、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。
○ 各低密度部25bにおける活物質密度は、第1本体部22の長手方向において一定であってもよい。
The above embodiment can be modified and implemented as follows. The above-described embodiments and modifications can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
○ The active material density in each low-
○ 各低密度部25bにおける活物質密度の勾配は、全ての低密度部25bで同じ勾配になっていなくてもよい。つまり、各低密度部25bにおける活物質密度の勾配は、低密度部25b毎に異なっていてもよい。
○ The gradient of the active material density in each low-
図10(a)及び図10(b)に示すように、第1電極20において、第2活物質層25の厚みは、第1本体部22の長手方向において一定である。よって、各高密度部25aの厚みと各低密度部25bの厚みとは同じである。
As shown in FIGS. 10A and 10B, in the
図10(c)に示すように、低密度部25bにおける活物質密度の最も低い部分の活物質密度は、第1電極20の第1端20aに最も近い低密度部25bほど低く、第1電極20の第2端20bに最も近い低密度部25bほど高い。また、上述したように、第1本体部22の長手方向における低密度部25bの寸法は、第1電極20の長手方向の第1端20aに最も近い低密度部25bほど小さく、第1電極20の長手方向の第2端20bに最も近い低密度部25bほど大きい。このため、低密度部25bにおける活物質密度の勾配は、第1電極20の第1端20aに最も近い低密度部25bほど急になっており、第1電極20の第2端20bに最も近い高密度部25bほど緩やかになっている。
As shown in FIG. 10 (c), the active material density of the portion having the lowest active material density in the
次に、上述の第1電極20の製造方法を説明する。
図11に示すように、金属箔材料210の薄塗工領域A2bに対し活物質合剤220は、金属箔材料210の長手方向における薄塗工領域A2bの両端から薄塗工領域A2bの中央に向かうにつれて厚みが徐々に薄くなるように塗工される。なお、金属箔材料210の第1面210aの第1塗工領域A1及び第2面210bの厚塗工領域A2aに対する活物質合剤220の塗工については第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
Next, the method for manufacturing the
As shown in FIG. 11, the
このとき、活物質合剤220は、各薄塗工領域A2bにおいて最も薄く塗工される際の厚みが、金属箔材料210の長手方向の一端側に位置する薄塗工領域A2bほど薄く、金属箔材料210の長手方向の他端側に位置する薄塗工領域A2bほど厚くなるように形成される。このため、第2塗工部前駆体240における最も厚みが薄い部分の厚みH240も、金属箔材料210の長手方向の一端側に位置する第2塗工部前駆体240ほど薄く、金属箔材料210の長手方向の他端側に位置する第2塗工部前駆体240ほど厚くなる。
At this time, the thickness of the
プレス工程では、第1塗工部前駆体230及び第2塗工部前駆体240は、上述のプレスロール51,52によって、プレス後の厚みが金属箔材料210の長手方向において一定となるようにプレスされる。よって、第2塗工部前駆体240に加えられる加圧力は、金属箔材料210の長手方向の一端側に位置する第2塗工部前駆体240ほど小さく、金属箔材料210の長手方向の他端側に位置する第2塗工部前駆体240ほど大きくなる。その結果、低密度部25bにおける活物質密度の最も低い部分の活物質密度が、第1電極20の第1端20aに最も近い低密度部25bほど低く、第1電極20の第2端20bに最も近い高密度部25bほど高い第1電極20が形成される。
In the pressing step, the thickness of the first
第1実施形態で説明したように、電極組立体12は、第1電極20の第1端20aが捲き始め側となり、第2端20bが捲き終わり側となるように捲回される。このため、低密度部25bにおける活物質密度は、捲回の内周側に位置する低密度部25bほど低く、捲回の外周側に位置する低密度部25bほど高くなる。
As described in the first embodiment, the
第1端側積層部12b又は第2端側積層部12cにおける第1電極20のR形状は、捲回の内周側に位置する部分ほどきつく、捲回の外周側に位置する部分ほど緩やかである。このため、第2活物質層25の割れは、第1端側積層部12b又は第2端側積層部12cを構成する部分のうち、捲回の内周側に位置する部分ほど発生し易い。このため、低密度部25bにおける活物質密度を、捲回の内周側に位置する低密度部25bほど低くすることで、第2活物質層25の割れを抑制できる。
The R shape of the
また、低密度部25bにおける活物質密度を、内周側と比較して割れの発生し難い外周側に位置する低密度部25bほど高くすることで、電極組立体12の容量を増大させることができる。
Further, the capacity of the
○ 第1電極20は、第1活物質層24に溝部28を有していなくてもよい。この場合、電極製造工程において溝部形成工程は省略される。
○ 第1実施形態において、第2電極30も、第1活物質層34における第1端側積層部12b又は第2端側積層部12cを構成する部分に溝部を有していてもよい。この場合、溝部により第2電極30を湾曲させ易くなるため、第1端側積層部12b及び第2端側積層部12cの形成がより容易になる。
○ The
○ In the first embodiment, the
○ 第1高密度塗工部26及び第1低密度塗工部27の数は、第1電極20の実際の捲き数に応じて適宜変更してよい。
○ 第1電極20において、集電体は、第1金属箔21に限定されず、例えば、織物状や網状のシートであってもよい。同様に、第2電極30において、集電体は、第2金属箔31に限定されず、例えば、織物状や網状のシートであってもよい。
○ The number of the first high-
○ In the
○ 第2実施形態において、負極活物質として用いられる材料は、Siを含むシリコン系材料に限定されず、例えば、シリコン化合物を含むシリコン系材料やTiを含む材料、さらにはカーボンであってもよい。 ○ In the second embodiment, the material used as the negative electrode active material is not limited to the silicon-based material containing Si, and may be, for example, a silicon-based material containing a silicon compound, a material containing Ti, or even carbon. ..
○ 第2活物質層25における第1端側積層部12b又は第2端側積層部12cを構成する部分に割れが生じるか否かは、例えば、第2活物質層25に含まれるバインダの種類や量、第2活物質層25の厚み等の影響も受ける。このため、活物質層に含まれる活物質及びバインダや活物質層の厚み等の影響により、活物質層に割れが生じる虞がある場合に、第2活物質層25に高密度部25a及び低密度部25bを形成し、低密度部25bにより第1端側積層部12b又は第2端側積層部12cを構成する。
○ Whether or not cracks occur in the portion of the second
○ 第1実施形態において、例えば、負極の活物質層の厚みを厚くすることにより、負極の活物質層にも割れが生じる虞がある場合には、正極の電極としての第1電極20と、負極の電極としての第1電極20と、2枚のセパレータ40とを捲回することで電極組立体12を形成してもよい。すなわち、負極の電極についても、第2活物質層25に高密度部25a及び低密度部25bを形成し、低密度部25bにより第1端側積層部12b及び第2端側積層部12cを構成することで、第2活物質層25の割れを抑制してもよい。
○ In the first embodiment, for example, when there is a risk that the active material layer of the negative electrode may be cracked by increasing the thickness of the active material layer of the negative electrode, the
○ 第2実施形態において、正極の活物質層には割れが生じないと分かっている場合には、電極組立体12は、負極の電極としての第1電極20と、正極の電極としての第2電極30と、2枚のセパレータ40とが捲回されることで形成されていてもよい。
○ In the second embodiment, when it is known that the active material layer of the positive electrode is not cracked, the
○ 上記実施形態の第1端子構造17及び第2端子構造18は一例である。第1端子構造17及び第2端子構造18の具体的な構造は、電極組立体12と電気を授受できるのであれば適宜変更してよい。
○ The first
○ 電極組立体12は、リチウムイオン二次電池以外の他の二次電池に用いられてもよい。他の二次電池とは、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を指す。
○ The
○ 電極組立体12は、例えばキャパシタなど、二次電池以外の蓄電装置に用いられてもよい。
○ The
12…電極組立体、12a…第1積層部としての中央積層部、12b…第2積層部としての第1端側積層部、12c…第2積層部としての第2端側積層部、20…電極としての第1電極、21…集電体としての第1金属箔、22a…第1面、22b…第2面、24…第1活物質層、25…第2活物質層、25a…高密度部、25b…低密度部、28…溝部、51,52…プレスロール、220…活物質合剤。 12 ... Electrode assembly, 12a ... Central laminated portion as first laminated portion, 12b ... First end side laminated portion as second laminated portion, 12c ... Second end side laminated portion as second laminated portion, 20 ... 1st electrode as an electrode, 21 ... 1st metal foil as a current collector, 22a ... 1st surface, 22b ... 2nd surface, 24 ... 1st active material layer, 25 ... 2nd active material layer, 25a ... high Density part, 25b ... Low density part, 28 ... Groove part, 51, 52 ... Press roll, 220 ... Active material mixture.
Claims (6)
前記電極が平坦状に積層された第1積層部と、前記電極が湾曲した状態で積層された第2積層部とを有する電極組立体であって、
前記第2活物質層の厚みは、前記集電体の長手方向において一定であり、
前記第2活物質層は、高密度部と、前記高密度部よりも前記第2活物質層における活物質密度が低い低密度部とを前記集電体の長手方向において交互に有し、
前記高密度部は、前記第1積層部を構成し、前記低密度部は、前記第2積層部を構成することを特徴とする電極組立体。 A long sheet-shaped current collector, a first active material layer extending in the longitudinal direction of the current collector on the first surface of the current collector, and a side opposite to the first surface of the current collector. The electrode having the second active material layer extending in the longitudinal direction of the current collector on the second surface of the current collector is such that the first surface is located on the inner peripheral side and the second surface is located on the outer peripheral side. Turned around,
An electrode assembly having a first laminated portion in which the electrodes are laminated flat and a second laminated portion in which the electrodes are laminated in a curved state.
The thickness of the second active material layer is constant in the longitudinal direction of the current collector, and is constant.
The second active material layer alternately has high-density parts and low-density parts having a lower active material density in the second active material layer than the high-density parts in the longitudinal direction of the current collector.
An electrode assembly characterized in that the high-density portion constitutes the first laminated portion and the low-density portion constitutes the second laminated portion.
少なくとも正極の前記電極について、前記第2活物質層の厚みは、前記集電体の長手方向において一定であるとともに、前記第2活物質層は、前記高密度部と前記低密度部とを有し、前記高密度部は、前記第1積層部を構成し、前記低密度部は、前記第2積層部を構成する請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の電極組立体。 The electrode has the electrode of the positive electrode and the electrode of the negative electrode.
At least for the electrode of the positive electrode, the thickness of the second active material layer is constant in the longitudinal direction of the current collector, and the second active material layer has the high-density portion and the low-density portion. The electrode assembly according to any one of claims 1 to 3, wherein the high-density portion constitutes the first laminated portion, and the low-density portion constitutes the second laminated portion.
前記第1面が内周側に位置し、前記第2面が外周側に位置するように前記電極を捲回するとともに、前記電極が平坦状に積層された第1積層部と、前記電極が湾曲した状態で積層された第2積層部とを形成する捲回工程と、
を有し、
前記電極製造工程は、
前記集電体の前記第1面及び前記第2面に活物質合剤を塗工する塗工工程と、
前記活物質合剤が塗工された前記集電体をプレスすることで、前記第1面に塗工された前記活物質合剤から前記第1活物質層を形成し、前記第2面に塗工された前記活物質合剤から前記第2活物質層を形成するプレス工程と、
を有する電極組立体の製造方法であって、
前記塗工工程において、前記集電体の第2面には、前記活物質合剤が第1塗工厚で塗工された部分と、前記第1塗工厚よりも薄い第2塗工厚で塗工された部分とが前記集電体の長手方向において交互に形成され、
前記プレス工程では、一定の間隔に設定された一対のプレスロールにより前記活物質合剤をプレスすることで、前記第2活物質層の厚みを前記集電体の長手方向において一定にするとともに、前記第1塗工厚で塗工された前記活物質合剤から高密度部を形成し、前記第2塗工厚で塗工された前記活物質合剤から前記高密度部よりも活物質密度が低い低密度部を形成し、
前記捲回工程では、前記高密度部が前記第1積層部を構成し、前記低密度部が前記第2積層部を構成するように前記電極を捲回することを特徴とする電極組立体の製造方法。 A long sheet-shaped current collector, a first active material layer extending in the longitudinal direction of the current collector on the first surface of the current collector, and a side opposite to the first surface of the current collector. An electrode manufacturing step of manufacturing an electrode having a second active material layer extending in the longitudinal direction of the current collector on the second surface of the current collector.
The electrodes are wound so that the first surface is located on the inner peripheral side and the second surface is located on the outer peripheral side, and the first laminated portion in which the electrodes are laminated flat and the electrodes are A winding step of forming a second laminated portion laminated in a curved state, and
Have,
The electrode manufacturing process is
A coating step of applying an active material mixture to the first surface and the second surface of the current collector, and
By pressing the current collector coated with the active material mixture, the first active material layer is formed from the active material mixture coated on the first surface, and the first active material layer is formed on the second surface. A pressing step of forming the second active material layer from the coated active material mixture, and
It is a manufacturing method of an electrode assembly having
In the coating process, the second surface of the current collector has a portion coated with the active material mixture at the first coating thickness and a second coating thickness thinner than the first coating thickness. The parts coated with the above are alternately formed in the longitudinal direction of the current collector.
In the pressing step, the active material mixture is pressed by a pair of press rolls set at regular intervals to make the thickness of the second active material layer constant in the longitudinal direction of the current collector. A high-density portion is formed from the active material mixture coated with the first coating thickness, and the active material density is higher than that of the high-density portion from the active material mixture coated with the second coating thickness. Form a low density part,
In the winding step, the electrode assembly is characterized in that the high-density portion constitutes the first laminated portion and the low-density portion constitutes the second laminated portion. Production method.
前記プレス工程では、前記低密度部は、活物質密度が前記集電体の長手方向の一端に最も近い前記低密度部ほど低く、前記集電体の長手方向の他端に最も近い前記低密度部ほど高くなるように形成され、
前記捲回工程では、前記集電体の長手方向の一端が捲き始め側、前記集電体の長手方向の他端が捲き終わり側となるように前記電極を捲回する請求項5に記載の電極組立体の製造方法。 In the coating step, the second coating thickness is set to be as thick as the second coating thickness of the active material mixture coated near one end in the longitudinal direction of the current collector, and the current collector is collected. It is set as thin as the second coating thickness of the active material mixture to be applied near the other end in the longitudinal direction of the body.
In the pressing step, the low density portion has an active material density as low as the low density portion closest to one end in the longitudinal direction of the current collector, and the low density portion closest to the other end in the longitudinal direction of the current collector. Formed to be higher in the part,
The fifth aspect of the present invention, wherein in the winding step, the electrode is wound so that one end of the current collector in the longitudinal direction is the winding start side and the other end of the current collector in the longitudinal direction is the winding end side. A method for manufacturing an electrode assembly.
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JP2019173413A JP2021051881A (en) | 2019-09-24 | 2019-09-24 | Electrode assembly and method for manufacturing the same |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP4102591A4 (en) * | 2021-04-22 | 2023-08-02 | Contemporary Amperex Technology Co., Limited | Electrode assembly and manufacturing method and manufacturing system therefor, battery cell, and battery |
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2019
- 2019-09-24 JP JP2019173413A patent/JP2021051881A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP4102591A4 (en) * | 2021-04-22 | 2023-08-02 | Contemporary Amperex Technology Co., Limited | Electrode assembly and manufacturing method and manufacturing system therefor, battery cell, and battery |
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