JP2021057249A - 積層型電池の製造方法、積層型電池の製造装置、及び積層型電池 - Google Patents

積層型電池の製造方法、積層型電池の製造装置、及び積層型電池 Download PDF

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Abstract

【課題】外装体にダメージが与えられることが抑制された積層型電池を提供する。【解決手段】積層型電池の製造方法は、第1面と第2面とを有する板状のタブを、積層された複数の電極板を有する電極体の、複数の電極板の少なくとも一つに、タブが電極板に電気的に接続されるように接合する、接合工程と、電極体を外装体の内部に収容する収容工程と、を備える。タブは、第1端辺と、第1端辺に対向する第2端辺とを有するとともに、少なくとも第1端辺に位置し、第1面から突出する突起部を含み、接合工程において、タブが第1面側において電極体と対面し、かつ第1端辺が電極体と重なるように、タブを電極板に接合し、収容工程において、第1端辺が外装体の内部に位置し、第2端辺が外装体の外部に位置するように、タブを部分的に外装体の内部に収容する。【選択図】図5

Description

本発明は、積層型電池の製造方法、積層型電池の製造装置、及び積層型電池に関する。
例えば特許文献1で提案されているように、正極板と負極板とを交互に積層してなる積層型電池が広く普及している。積層型電池の一例として、リチウムイオン二次電池が例示され得る。リチウムイオン二次電池は、他の形式の積層型電池と比較して大容量であることを特徴の一つとしている。このような特徴を有するリチウムイオン二次電池は、今般、車載用途や定置住宅用途等の種々の用途での更なる普及を期待されている。
このような積層型電池は、複数の電極板を有する電極体と、電極体を収容した外装体と、を備える。積層型電池においては、電極板から電気を取り出すため、電極板に、外装体の内部から部分的に外部へと延びるタブが取り付けられている。
特開2012−33449号公報
外装体の内部に位置するタブが外装体に接触した場合に、タブが外装体を損傷させるおそれがあった。
本発明は、このような課題を効果的に解決し得る積層型電池を提供することを目的とする。
本発明による積層型電池の製造方法は、第1面と第2面とを有する板状のタブを、積層された複数の電極板を有する電極体の、複数の前記電極板の少なくとも一つに、前記タブが前記電極板に電気的に接続されるように接合する、接合工程と、前記電極体を外装体の内部に収容する収容工程と、を備え、前記タブは、第1端辺と、前記第1端辺に対向する第2端辺とを有するとともに、少なくとも前記第1端辺に位置し、前記第1面から突出する突起部を含み、前記接合工程において、前記タブが前記第1面側において前記電極体と対面し、かつ前記第1端辺が前記電極体と重なるように、前記タブを前記電極板に接合し、前記収容工程において、前記第1端辺が前記外装体の内部に位置し、前記第2端辺が前記外装体の外部に位置するように、前記タブを部分的に前記外装体の内部に収容する。
本発明による積層型電池の製造方法において、前記タブは、前記第1端辺と前記第2端辺との間において前記第1面側に凹となるように、湾曲していてもよい。
本発明による積層型電池の製造方法において、前記突起部は、少なくとも前記第1端辺及び前記第2端辺に位置してもよい。
本発明による積層型電池の製造方法において、前記接合工程において、前記タブを前記電極板に溶接することによって、前記タブを前記電極板に接合してもよい。
本発明による積層型電池の製造方法において、前記接合工程の前に、前記タブが支持面に置かれた前記電極体上に部分的に位置し、かつ前記第1面側において前記電極体と対面するように、前記タブを配置する、配置工程をさらに備え、
前記接合工程において、前記タブの前記第2面に溶接具を接触させることによって、前記タブを前記電極板に溶接してもよい。
本発明による積層型電池の製造方法において、前記配置工程において、前記第1端辺に位置する前記突起部が前記電極体に接触するように前記タブを配置してもよい。
本発明による積層型電池の製造方法において、前記配置工程において、前記タブの前記第2面側に吸着した吸着部を移動させることによって、前記タブを配置してもよい。
本発明による積層型電池の製造方法において、前記接合工程の前において、前記突起部は、前記タブの厚さの0.1倍以上0.9倍以下の高さを有してもよい。
本発明による積層型電池の製造方法において、前記接合工程の前において、前記突起部は、20μm以上180μm以下の高さを有してもよい。
本発明による積層型電池は、積層された複数の電極板を有する電極体と、前記電極体を収容している外装体と、複数の前記電極板の少なくとも一つに電気的に接続され、第1面と第2面とを有するとともに、第1端辺と、前記第1端辺に対向する第2端辺とを有するタブと、を備え、前記タブは、前記第1面側において前記電極体と対面し、かつ前記第1端辺が前記電極体と重なるように、前記電極板に接続され、前記外装体は、前記第1端辺が前記外装体の内部に位置し、前記第2端辺が前記外装体の外部に位置するように、前記タブを部分的に内部に収容しており、前記タブは、少なくとも前記第1端辺に位置し、前記第1面から突出する突起部を含む。
本発明による積層型電池において、前記タブが少なくとも部分的に重なる前記電極板のうち、最も前記タブ側に位置する電極板は、前記突起部に貫通されていてもよい。
本発明による積層型電池において、前記タブが少なくとも部分的に重なる前記電極板のうち、最も前記タブ側に位置する電極板は、前記突起部を受ける凹部を有してもよい。
本発明による積層型電池において、前記タブは、前記第1端辺と前記第2端辺との間において前記第1面側に凹となるように、湾曲していてもよい。
本発明による積層型電池において、前記突起部は、少なくとも前記第1端辺及び前記第2端辺に位置してもよい。
本発明による積層型電池において、前記突起部は、前記タブの厚さの0.1倍以上0.9倍以下の高さを有してもよい。
本発明による積層型電池において、前記突起部は、20μm以上180μm以下の高さを有してもよい。
本発明による積層型電池において、前記タブは、100μm以上の厚さを有してもよい。
本発明による積層型電池の製造装置は、第1面と第2面とを有する板状のタブを、積層された複数の電極板を有する電極体の、複数の前記電極板の少なくとも一つに、前記タブが前記電極板に電気的に接続されるように接合する、接合装置と、前記電極体を外装体の内部に収容する収容装置と、を備え、前記タブは、第1端辺と、前記第1端辺に対向する第2端辺とを有するとともに、少なくとも前記第1端辺に位置し、前記第1面から突出する突起部を含み、前記接合装置は、前記タブが前記第1面側において前記電極体と対面し、かつ前記第1端辺が前記電極体と重なるように、前記タブを前記電極板に接合し、前記収容装置は、前記第1端辺が前記外装体の内部に位置し、前記第2端辺が前記外装体の外部に位置するように、前記タブを部分的に前記外装体の内部に収容する。
本発明の積層型電池によれば、外装体の損傷を抑制することができる。
図1は、本発明の一実施の形態を説明するための図であって、積層型電池を示す斜視図である。 図2は、図1の積層型電池に含まれる電極体を示す斜視図である。 図3は、図1の積層型電池に含まれる電極体を示す平面図である。 図4は、図1の積層型電池に含まれる電極体を示す断面図である。 図5は、図3のV−V線に沿った断面を示す断面図である。 図6は、図3において符号VIが付された一点鎖線で囲まれた部分を拡大し、正極板の第1タブが位置している側からみた様子を示す平面図である。 図7は、図5において符号VIIが付された一点鎖線で囲まれた部分を拡大した様子を示す平面図である。 図8は、第1タブを外部部材に接合する様子を示す図である。 図9は、電極板に接合される前のタブの形状を示す断面図である。 図10は、タブを作製する様子を示す図である。 図11は、配置工程の様子を示す図である。 図12は、比較例における配置工程の様子を示す図である。 図13は、配置工程の様子を示す図である。 図14は、配置工程の様子を示す図である。 図15は、比較例における配置工程の様子を示す図である。 図16は、接合工程の様子を示す図である。 図17は、積層型電池の変形例を示す図である。 図18は、積層型電池の変形例を示す図である。 図19は、実施例1〜4及び比較例1〜8の積層型電池の製造方法、及び実施例1〜4及び比較例1〜8の評価結果を示す図である。
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。
まず、本発明による積層型電池の一実施の形態について説明する。図1〜図7は、本発明による積層型電池の一実施の形態を説明するための図である。図1は、積層型電池の一具体例を示す斜視図である。積層型電池1は、電極体2と、電極体2を収容する外装体3と、電極体2に取り付けられたタブ16,26と、タブ16,26に取り付けられたシーラント18,28と、を備える。
図2は、図1において外装体3に収容されている電極体2を示す斜視図であり、外装体3が二点鎖線で示されている。図3は、積層型電池1を示す平面図である。なお、積層型電池とは、例えば積層された複数の電極板を含む電池である。以下、積層型電池1の各構成要素について説明する。
(電極体)
電極体2は、積層された複数の電極板を含む、複数の板状部材を有する。図2及び図3に示す例において、電極体2の板状部材は、電極板として、交互に積層された第1電極板10及び第2電極板20を有する。本実施の形態においては、電極体2がリチウムイオン二次電池を構成する例について説明する。この例において、第1電極板10は正極板10Xを構成し、第2電極板20は負極板20Yを構成するものとする。ただし、以下に説明する作用効果の記載からも理解され得るように、ここで説明する一実施の形態は、リチウムイオン二次電池に限定されることなく、第1電極板10及び第2電極板20を交互に積層してなる電極体2に広く適用され得る。
図4は、電極体2を示す断面図である。図2〜図4に示すように、電極体2は、板状部材60として、複数の正極板10X(第1電極板10)及び負極板20Y(第2電極板20)を有している。正極板10X及び負極板20Yは、積層方向dL(図4参照)に沿って交互に配列されている。電極体2及び積層型電池1は、全体的に偏平形状を有し、積層方向dLへの厚さが薄く、積層方向dLに直交する方向d1,d2に広がっている。
図示された非限定的な例において、正極板10X及び負極板20Yは、長方形形状の外輪郭を有している。正極板10X及び負極板20Yは、積層方向dLに直交するとともにタブ16,26が延びる方向である第1方向d1に長手方向を有し、積層方向dL及び第1方向d1の両方に直交する第2方向d2に短手方向を有する。正極板10X及び負極板20Yは、第1方向d1にずらして配置されている。より具体的には、複数の正極板10Xは、第1方向d1における一側(図2の右上側)に寄って配置され、複数の負極板20Yは、第1方向d1における他側(図2の左下側)に寄って配置されている。正極板10X及び負極板20Yは、第1方向d1における中央において、積層方向dLに重なり合っている。
正極板10X(第1電極板10)は、図示するように、シート状の外形状を有している。正極板10X(第1電極板10)は、正極集電体11X(第1電極集電体11)と、正極集電体11X上に設けられた正極活物質層12X(第1電極活物質層12)と、を有している。リチウムイオン二次電池において、正極板10Xは、放電時にリチウムイオンを放出し、充電時にリチウムイオンを吸蔵する。
正極集電体11Xは、互いに対向する第1面11a及び第2面11bを主面として有している。正極活物質層12Xは、正極集電体11Xの第1面11a及び第2面11bの少なくとも一方の面上に形成される。具体的には、正極集電体11Xの第1面11a又は第2面11bが、電極体2のうちの積層方向dLにおける最外面を形成する場合、正極集電体11Xの当該面には正極活物質層12Xが設けられない。この正極集電体11Xの配置に関連した構成を除き、積層型電池1に含まれる複数の正極板10Xは、正極集電体11Xの両側に正極活物質層12Xを有し、互いに同一に構成され得る。
正極集電体11X及び正極活物質層12Xは、積層型電池1(リチウムイオン二次電池)に適用され得る種々の材料を用いて種々の製法により、作製され得る。一例として、正極集電体11Xは、アルミニウム箔によって形成され得る。正極活物質層12Xは、例えば、正極活物質、導電助剤、バインダーとなる結着剤を含んでいる。正極活物質層12Xは、正極活物質、導電助剤及び結着剤を溶媒に分散させてなる正極用スラリーを、正極集電体11Xをなす材料上に塗工して固化させることで、作製され得る。正極活物質として、例えば、一般式LiM(ただし、Mは金属であり、x及びyは金属Mと酸素Oの組成比である)で表される金属酸リチウム化合物が用いられる。金属酸リチウム化合物の具体例として、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム等が例示され得る。導電助剤としては、アセチレンブラック等が用いられ得る。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン等が用いられ得る。
図3及び図4に示すように、正極集電体11X(第1電極集電体11)は、第1接続領域a1及び第1接続領域a1に隣接する第1有効領域b1を有している。正極活物質層12X(第1電極活物質層12)は、正極集電体11Xの第1有効領域b1のみに配置されている。第1接続領域a1及び第1有効領域b1は、正極板10Xの長手方向に配列されている。第1接続領域a1は、第1有効領域b1よりも正極板10Xの長手方向における外側(図3における右側)に位置している。複数の正極集電体11Xは、第1接続領域a1において、抵抗溶接や超音波溶接、テープによる貼着、融着等によって接合され、電気的に接続している。一方、第1有効領域b1は、負極板20Yの後述する負極活物質層22Yに対面する領域内に位置している。このような第1有効領域b1の配置により、正極活物質層12Xからのリチウムの析出を防止することができる。
次に、負極板20Y(第2電極板20)について説明する。負極板20Yも、正極板10Xと同様に、シート状の外形状を有している。負極板20Y(第2電極板20)は、負極集電体21Y(第2電極集電体21)と、負極集電体21Y上に設けられた負極活物質層22Y(第2電極活物質層22)と、を有している。リチウムイオン二次電池において、負極板20Yは、放電時にリチウムイオンを吸蔵し、充電時にリチウムイオンを放出する。
負極集電体21Yは、互いに対向する第1面21a及び第2面21bを主面として有している。負極活物質層22Yは、負極集電体21Yの第1面21a及び第2面21bの少なくとも一方の面上に形成される。積層型電池1に含まれる複数の負極板20Yは、負極集電体21Yの両側に設けられた一対の負極活物質層22Yを有するものとして、互いに同一に構成され得る。
負極集電体21Y及び負極活物質層22Yは、積層型電池1(リチウムイオン二次電池)に適用され得る種々の材料を用いて種々の製法により、作製され得る。一例として、負極集電体21Yは、例えば銅箔によって形成される。負極活物質層22Yは、例えば、炭素材料からなる負極活物質、及び、バインダーとして機能する結着剤を含んでいる。負極活物質層22Yは、例えば、炭素粉末や黒鉛粉末等からなる負極活物質とポリフッ化ビニリデンのような結着剤とを溶媒に分散させてなる負極用スラリーを、負極集電体21Yをなす材料上に塗工して固化することで、作製され得る。
図3及び図4に示すように、負極集電体21Y(第2電極集電体21)は、第2接続領域a2及び第2接続領域a2に隣接する第2有効領域b2を有している。負極活物質層22Y(第2電極活物質層22)は、負極集電体21Yの第2有効領域b2に配置されている。第2接続領域a2及び第2有効領域b2は、負極板20Yの長手方向に配列されている。第2接続領域a2は、第2有効領域b2よりも負極板20Yの長手方向における外側(図3における左側)に位置している。複数の負極集電体21Yは、第2接続領域a2において、抵抗溶接や超音波溶接、テープによる貼着、融着等によって接合され、電気的に接続している。一方、第2有効領域b2は、正極板10Xの正極活物質層12Xに対面する領域に広がっている。
図4に示すように、正極板10X(第1電極板10)及び負極板20Y(第2電極板20)の少なくとも一方が、絶縁層30を有していてもよい。絶縁層30は、正極板10X(第1電極板10)及び負極板20Y(第2電極板20)の短絡を防止する。図示された例においては、負極板20Yが絶縁層30を有している。絶縁層30は、各負極板20Yに含まれる一対の負極活物質層22Yを覆うようにして、設けられている。そして、負極板20Yは、正極板10Xの正極活物質層12Xと積層方向dLに対面する面を、絶縁層30によって形成されている。ただし、図示された絶縁層30に代えて或いは図示された絶縁層30に加えて、各正極板10Xに含まれる一対の正極活物質層12Xを覆う絶縁層30を設置することも可能である。
図示された例において、絶縁層30は、電解質層30Aとしても機能する。電解質層30A(絶縁層30)は、活物質層22Y,12X上に塗工した電解液を活物質層22Y,12X上で固化又はゲル化させてなる層である。電解液として、例えば、高分子マトリックス及び非水電解質液(すなわち、非水溶媒及び電解質塩)からなり、ゲル化されて表面に粘着性を生じるもの、或いは、高分子マトリックス及び非水溶媒からなり、固体電解質となるものを用いることができる。電解質層30A(絶縁層30)を作製するための具体的な材料は、特に制限はなく、これらを構成するために用いられている種々の材料(例えば、特開2012−190567号公報に開示された材料)を用いることができる。
図4に示す例において、電極体2は、板状部材60として、正極板10X(第1電極板10)及び負極板20Y(第2電極板20)の他に、さらに絶縁体61を含む。絶縁体61は、正極板10X(第1電極板10)及び負極板20Y(第2電極板20)の短絡を防止する。図4に示す例においては、絶縁体61は、交互に積層された正極板10Xと負極板20Yとの間に位置する。絶縁体61は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素系化合物、アラミド繊維を含む板状の部材である。図3に示す例においては、電極体2に含まれる、絶縁体61の輪郭を、一点鎖線にて示している。図3に示す非限定的な例において、絶縁体61は、長方形形状の外輪郭を有している。
(タブ)
タブ16,26は、複数の電極板のうち少なくとも一つの電極板に電気的に接続されている。図2に示す例において、タブ16,26は、正極板10Xと電気的に接続した第1タブ16と、負極板20Yと電気的に接続した第2タブ26と、を有する。図2に示すように、第1タブ16は、正極集電体11Xに電気的に接続されている。また、図2に示すように、第2タブ26は、負極集電体21Yに電気的に接続されている。第1タブ16は、積層型電池1における正極端子として機能し、第2タブ26は、積層型電池1における負極端子として機能する。
タブ16,26は、第1面と、第1面に対向する第2面とを有する。図5に示す例においては、第1面161及び第2面162を有する板状の第1タブ16が示されている。また、タブ16,26は、第1端辺と、第1端辺に対向する第2端辺とを有する。図6は、図3において符号VIが付された一点鎖線で囲まれた部分を、正極板10Xの第1タブ16が取り付けられる側からみた場合を示す平面図である。なお、図6においては、外装体3が二点鎖線で表されている。図6に示す例において、第1タブ16は、平面視において矩形の形状を有し、第1端辺16aと、第1端辺16aに対向する第2端辺16bと、第1端辺16a及び第2端辺16bが延びる方向に交差する方向に延びる第3端辺16cと、第3端辺16cに対向するとともに第1端辺16a及び第2端辺16bが延びる方向に交差する方向に延びる第4端辺16dと、を有する。また、図示はしないが、第2タブ26は、平面視において矩形の形状を有し、第1端辺と、第1端辺に対向する第2端辺と、第1端辺及び第2端辺が延びる方向に交差する方向に延びる第3端辺と、第3端辺に対向するとともに第1端辺及び第2端辺が延びる方向に交差する方向に延びる第4端辺と、を有する。本実施の形態において、タブ16,26の第1端辺及び第2端辺は、第2方向d2に延び、第3端辺及び第4端辺は第1方向d1に延びている。
図7は、図5において符号VIIが付された一点鎖線で囲まれた部分を拡大した断面図である。タブ16,26は、第1面側において電極体2と対面し、かつ第1端辺が電極体2と重なるように、電極板に接続されている。図6及び図7に示す例において、第1タブ16は、第1面161側において電極体2と対面し、かつ第1端辺16aが電極体2と重なるように、正極板10Xの正極集電体11Xに接続されている。また、図示はしないが、第2タブ26は、第1面側において電極体2と対面し、かつ第1端辺が電極体2と重なるように、負極板20Yの負極集電体21Yに接続されている。図5、図6及び図7に示す例において、第1タブ16は、第1接続領域a1において最も第1タブ16側に位置する正極集電体11Xの第1面11a(上面)に接続されている。図示はしないが、第2タブ26も、第2接続領域a2において最も第2タブ26側に位置する負極集電体21Yの第1面21a(上面)に接続されている。
タブ16,26と電極板とを電気的に接続する方法は、タブ16,26と電極板とが電気的に接続され得る限りにおいて、任意である。例えば、タブ16,26は、第1面側において、複数の電極板の少なくとも一つに溶接されることによって、電極板に電気的に接続されている。図6及び図7に示す例において、第1タブ16は、第1面161側において、正極板10Xの正極集電体11Xに溶接されている。また、図示はしないが、第2タブ26は、第1面側において、負極板20Yの負極集電体21Yに溶接されている。図6において符号40が付されたハッチングによって表された領域は、平面視において第1タブ16が正極板10Xに溶接されている領域を示している。
タブ16,26は、例えばアルミニウム、ニッケル、銅合金又はニッケルメッキ銅等の金属部材を用いて形成され得る。例えば、正極集電体11Xがアルミニウム箔によって形成され、負極集電体21Yが銅箔によって形成される場合には、アルミニウムを用いて第1タブ16を形成し、銅合金を用いて第2タブ26を形成することができる。図示はしないが、タブ16,26は、金属部材と、金属部材の表面に設けられ、金属部材の腐食を抑制する被膜とを有していてもよい。金属部材の表面に設けられる被膜の材料は、例えば、ジルコニウム、ニッケル、または亜鉛を含む。タブ16,26は、例えば100μm以上の厚さを有する。図7に示すタブ16,26の厚さW2は、例えば200μm以上2000μm以下である。タブ16,26が上記の厚さを有することによって、積層型電池1から、タブ16,26を介して、特に大きな電流を取り出すことが容易となる。
タブ16,26は、第1端辺と第2端辺との間において第1面側に凹となるように、湾曲している。図5に示す例において、第1タブ16は、第1端辺16aと第2端辺16bとの間において、第1端辺16aが延びる方向に延びる直線を軸として、第1面161側に凹となるように湾曲している。
タブ16,26は、少なくとも第1端辺に位置し、第1面から突出する突起部を含む。図5及び図7に示す例において、第1タブ16は、第1端辺16aに位置する突起部50を含んでいる。第1タブ16の突起部50は、第1面161から、第1タブ16の第2面162から離間する側に突出している。また、図示はしないが、第2タブ26は、第1端辺に突起部50を含んでいる。第2タブ26の突起部50は、第1面から、第2タブ26の第2面から離間する側に突出している。
突起部50は、タブ16,26の第1端辺及び第2端辺に位置してもよい。図5に示す例において、第1タブ16は、第1端辺16aに位置する突起部50を含むとともに、第2端辺16bに位置する突起部50を含む。また、図示はしないが、第2タブ26は、第1端辺に位置する突起部50を含むとともに、第2端辺に位置する突起部を含んでもよい。以下の説明において、タブ16,26の第1端辺に位置する突起部50を、第1突起部51とも称する。また、タブ16,26の第2端辺に位置する突起部50を、第2突起部52とも称する。
図7に示す突起部50の高さW1は、例えばタブ16,26の厚さW2の0.1倍以上0.9倍以下である。また、突起部50の高さW1は、20μm以上180μm以下であってもよい。突起部50の高さW1の定義について説明する。なお、複数の正極板10Xのうち、最も第1タブ16側に位置する正極板10Xを、以下において第1正極板10X1とも称する。また、複数の負極板20Yのうち、最も第2タブ26側に位置する負極板20Yを、以下において第1負極板とも称する。ここで、積層型電池1において、突起部50の高さW1とは、例えば突起部50が、第1タブ16の電極体2の第1接続領域a1と重なる部分に位置する場合には、以下のように定義される。まず、図7に示すように、第1接続領域a1における第1正極板10X1の第1タブ16側の面を拡張した、仮想の面10aについて考える。この場合に、面10aと、突起部50の先端との距離を、突起部50の高さW1とすることができる。同様に、突起部50が、第2タブ26の電極体2の第2接続領域a2と重なる部分に位置する場合には、第2接続領域a2における第1負極板の第2タブ26側の面を拡張した仮想の面と、突起部50の先端との距離を、突起部50の高さとすることができる。
タブ16,26の突起部50と電極板との関係について説明する。本実施の形態において、タブ16,26が少なくとも部分的に重なる電極板のうち、最もタブ16,26側に位置する電極板は、突起部50に貫通されている。図7に示す例において、第1タブ16は、複数の正極板10Xに部分的に重なっている。複数の正極板10Xには、最も第1タブ16側に位置する第1正極板10X1と、第1正極板10X1の第1タブ16から離間する側に位置する第2正極板10X2と、第2正極板10X2の第1タブ16から離間する側に位置する第3正極板10X3と、が含まれている。そして、図7に示すように、第1正極板10X1は、第1タブ16の第1突起部51に貫通されている。また、図示はしないが、第2タブ26は、複数の負極板20Yに部分的に重なっており、複数の負極板20Yのうち最も第2タブ26側に位置する第1負極板が、第2タブ26の第1突起部51に貫通されている。突起部50は、タブ16,26が少なくとも部分的に重なる電極板のうち、最もタブ16,26側に位置する電極板を含む複数の電極板を貫通していてもよい。図7に示す例においては、第1タブ16の第1突起部51が、第1正極板10X1と第2正極板10X2との2枚の正極板10Xを貫通している。
タブ16,26が少なくとも部分的に重なる電極板のうち、最もタブ16,26側に位置する電極板(第1正極板10X1,第1負極板)が、突起部50に貫通されていることによって、タブ16,26と電極板との接続を、より強固にすることができる。このため、特に面積の大きな電極板を有する積層型電池1であって、使用時に積層型電池1を折り曲げる等して変形させることが想定される積層型電池1において、積層型電池1の変形に伴って、タブ16,26が電極板から外れてしまうことを抑制することができる。ここで、面積の大きな電極板を有する積層型電池1とは、例えば電極板の面積が、200cm以上1200cm以下である積層型電池1である。
(シーラント)
シーラント18,28は、外装体3と溶着可能な材料から構成された部材である。シーラント18,28の材料としては、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、低密度ポリプロピレン、アイオノマー、エチレン・酢酸ビニル等を挙げることができる。シーラント18,28の厚さは、例えば0.05mm以上であり、0.4mm以下であってもよい。
シーラント18,28は、第1タブ16と外装体3との間に位置する第1シーラント18と、第2タブ26と外装体3との間に位置する第2シーラント28と、を有する。図5に示すように、封止領域7において、外装体3と第1タブ16との間には第1シーラント18が介在している。また、図示はしないが、外装体3と第2タブ26との間には第2シーラント28が介在している。これにより、タブ16,26の周囲において外装体3をより強固に封止することができる。また、外装体3に含まれているアルミニウム箔やステンレス箔などの金属箔とタブ16,26とが短絡してしまうことを抑制することができる。
(外装体)
外装体3は、電極体2を外部から封止するための包装材である。外装体3は、図1に示すように、電極体2の上側に位置するシート状の第1部材4と、電極体2の下側に位置するシート状の第2部材5と、を有する。第1部材4及び第2部材5は、平面視において電極体2を囲むように外縁に沿って互いに接合されている。
以下の説明において、外装体3のうち、第1部材4と第2部材5との間に電極体2を収容する収容空間6aを画成している領域のことを、収容領域6とも称する。また、外装体3のうち、収容領域6の外周に位置し、第1部材4と第2部材5とが接合されている領域のことを、封止領域7とも称する。図3においては、封止領域7がハッチングで表されている。
外装体3の第1部材4及び第2部材5について説明する。図1に示す例において、第1部材4は、収容領域6に、封止領域7に対して隆起する側面部41と、側面部41に連結されるとともに積層方向dLにおいて電極体2に重なる中央部42と、を有する。また、図1に示す例において、第2部材5は、第1方向d1及び第2方向d2に広がる平坦な部材である。図5に示すように、第1部材4は、基材4aと、基材4aよりも収容空間6a側に位置する熱可塑性樹脂層4bと、を含む。同様に、第2部材5は、基材5aと、基材5aよりも収容空間6a側に位置する熱可塑性樹脂層5bと、を含む。
基材4a,5aは、ナイロン、PET(ポリエチレンテレフタレート)などの、剛性を有するプラスチックフィルムを備える。基材4a,5aは、プラスチックフィルムよりも収容空間6a側に位置する金属箔を更に備えていてもよい。金属箔の例としては、アルミニウム箔、ステンレス箔等を挙げることができる。
熱可塑性樹脂層4b,5bは、熱可塑性樹脂を含む層である。図5に示すように、封止領域7のうち、シーラント18が位置する領域の熱可塑性樹脂層4b,5bは、加熱されることにより溶融して、シーラント18と外装体3とを接合する接合部8を形成している。また、図示はしないが、封止領域7のうち、シーラント28が位置する領域の熱可塑性樹脂層4b,5bは、加熱されることにより溶融して、外装体3とシーラント28とを接合する接合部を形成している。また、図示はしないが、封止領域7のうち、シーラント18,28が位置しない領域の熱可塑性樹脂層4b,5bは、加熱されることにより溶融して、第1部材4と第2部材5とを接合する接合部を形成している。熱可塑性樹脂の例としては、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、低密度ポリプロピレン、アイオノマー、エチレン・酢酸ビニル等を挙げることができる。
外装体3は、タブ16,26の第1端辺が外装体3の内部に位置し、第2端辺が外装体3の外部に延び出すように、タブ16,26を部分的に内部に収容している。図5及び図6に示す例において、外装体3は、第1タブ16の第1端辺16aが外装体3の内部に位置し、第2端辺16bが外装体3の外部に延び出すように、第1タブ16を部分的に内部に収容している。また、図2、図5及び図6に示す例において、外装体3は、タブ16,26が、外装体3の第1部材4及び第2部材5の間を通って外装体3の内部から外部へと第1方向d1に延び出すように、タブ16,26を部分的に内部に収容している。
本実施の形態において、タブ16,26は、外装体3のうち、平坦な第2部材5側に凹となるように湾曲している。この場合の積層型電池1の作用効果について説明するため、支持面73a上に、積層型電池1、及び積層型電池1とは異なる部材である外部部材74を配置した後、タブ16,26を外部部材74に溶接する場合について考える。図8は、第1タブ16を外部部材74に溶接する様子の一例を示す図である。図8に示す例においては、積層型電池1を、積層型電池1のうち第2部材5側に、支持面73aを有する支持板73が位置するように配置している。また、外部部材74を、第1タブ16のうち外装体3の外部に位置する部分と支持板73との間に位置するように配置している。この場合、支持面73aによって第1タブ16及び外部部材74を支持しつつ、溶接具71を用いて第1タブ16の第2面162側を押圧し、第1タブ16と外部部材74とを接触させつつ溶融させることによって、第1タブ16を外部部材74に溶接することができる。また、図8に示すように、積層型電池1を、平坦な第2部材5側に支持板73が位置するように配置することによって、第1部材4側に支持板73が位置するように配置する場合よりも、より広い範囲において積層型電池1を支持面73aに接触させることができる。このため、タブ16,26を外部部材74に溶接する際に、積層型電池1が支持面73aに対してずれることを抑制することができる。
ここで、本実施の形態において、タブ16、26は、第2部材5側に凹となるように湾曲している。このため、図8に示すように積層型電池1及び外部部材74を支持面73a上に配置したときに、タブ16,26が、第1部材4側に凹となるように湾曲している場合よりも、タブ16,26の第2端部と外部部材74との距離W3を、短くすることができる。この場合、溶接具71を用いてタブ16,26の第2面側を押圧し、タブ16,26と外部部材74とを接触させる際に、タブ16,26と外部部材74とを接触させるのに必要となる溶接具71の押圧力を、より小さくすることができる。
次に、リチウムイオン二次電池として構成された本実施の形態に係る積層型電池1の製造方法について説明する。以下に説明する積層型電池の製造方法は、タブ16,26を電極体2の複数の電極板の少なくとも一つに接合する接合工程と、電極体2を外装体3の内部に収容する収容工程と、を備える。積層型電池の製造方法は、接合工程の前に、タブ16,26を配置する配置工程をさらに備えてもよい。以下、各工程について説明する。なお、以下においては、接合工程及び配置工程の一例として、第1タブ16を電極板に接合する工程、及び第1タブ16を配置する工程について説明するが、第1タブ16に関する説明は、矛盾しない限り第2タブ26についても適用される。
(配置工程)
配置工程においては、タブ16,26が電極体2上に部分的に位置し、かつ第1面側において電極体2と対面するように、タブ16,26を配置する。まず、配置工程において配置されるタブ16,26について説明する。図9は、配置工程において配置される第1タブ16を示す断面図である。図9に示す例において、第1タブ16の周囲には第1シーラント18が設けられている。図9に示すように、第1タブ16は、配置工程の際にも、第1端辺16aと第2端辺16bとの間において、第1端辺16aが延びる方向に延びる直線を軸として、第1面161側に凹となるように湾曲している。また、第1タブ16は、配置工程の際にも、第1端辺16aに位置する突起部50(第1突起部51)を含んでいる。また、第1タブ16は、配置工程の際にも、第2端辺16bに位置する突起部50(第2突起部52)を含んでいる。配置工程のとき等、後述する接合工程の前において、突起部50の高さは、例えばタブ16,26の厚さの0.1倍以上0.9倍以下である。また、後述する接合工程の前において、突起部50の高さは、20μm以上180μm以下であってもよい。
図9に示す第1タブ16は、例えば以下の方法によって作製される。まず、図10に示すように、第1タブ16の材料となる、ロール状に巻かれた金属シート91の端部を、支持板92上に延び出させる。このとき、金属シート91が延び出す方向を調整するために、図10に示すガイドローラー94等が用いられてもよい。次に、支持板92上に延び出させた金属シート91を、切断刃93を用いて切断する。これによって、金属シート91が切断された箇所を第1端辺16a及び第2端辺16bとする第1タブ16が作製される。また、金属シート91を、第1タブ16の第2面162となる側から切断刃93をあてて切断することによって、第1タブ16の第1端辺16a及び第2端辺16bに、第1面161から突出するバリとして、突起部50が形成される。この場合において、第1タブ16及び第1タブ16の材料である金属シート91が特に大きな厚さ、例えば100μm以上の厚さを有するときには、第1タブ16の第1端辺16a及び第2端辺16bには、特に大きなバリが形成されやすい。また、図10に示す例において、金属シート91は、第1タブ16の第1面161となる側が内側、第2面162となる側が外側となるように、ロール状に巻かれている。このため、ロール状に巻かれている金属シート91の形状に対応して、第1タブ16は、第1端辺16aと第2端辺16bとの間において第1面161側に凹となるように湾曲する。この場合において、第1タブ16及び第1タブ16の材料である金属シート91が特に大きな厚さ、例えば100μm以上の厚さを有するときには、第1タブ16には、金属シート91の形状に対応した湾曲が顕著に残りやすい。
配置工程においては、タブ16,26が、支持面に置かれた電極体2上に部分的に位置し、かつ第1面側において電極体2と対面するように、タブ16,26を配置する。図11は、配置工程において、支持具72の支持面72aに置かれた電極体2上に第1タブ16が部分的に位置し、かつ第1面161側において電極体2と対面するように、第1タブ16を配置した様子を示す図である。図11に示す例においては、第1端辺16aに位置する突起部50(第1突起部51)が電極体2に接触するように、第1タブ16が配置されている。
配置工程において、タブ16,26が、第1面側において、支持面72aに置かれた電極体2と対面するように、タブ16,26を配置することの作用効果について、比較例との比較から説明する。比較例として、タブ16,26が、第2面側において、支持面72aに置かれた電極体2と対面するように、タブ16,26を配置する場合について考える。この場合、タブ16,26が、第1端辺と第2端辺との間において第1面161側に凹となるように湾曲しているために、タブ16,26を配置した際に、タブ16,26の第1端辺が電極板に接触しにくくなる。図12は、比較例において、第1タブ16が、第2面162側において、支持面72aに置かれた電極体2と対面するように、第1タブ16を配置した様子を示す図である。図12に示す例において、第1タブ16の第1端辺16aは電極板に接触しておらず、電極板と離間している。
これに対して、本実施の形態に係る積層型電池の製造方法は、タブ16,26が、第1面側において、支持面72aに置かれた電極体2と対面するように、タブ16,26を配置する。これによって、タブ16,26を配置した際に、タブ16,26の第1端辺と電極板との距離を短くすることができる。特に、タブ16,26の第1端辺が電極板と接触しやすくすることができる。これによって、例えば、後述する接合工程において、タブ16,26の第2面に溶接具を接触させてタブ16,26を電極板に溶接する場合に、タブ16,26の第1端辺が電極体2に対してずれることを抑制することができる。特に、配置工程において、第1突起部51が電極体2に接触するようにタブ16,26を配置することによって、接合工程においてタブ16,26の第1端辺が電極体2に対してずれることを、より抑制しやすくすることができる。
配置工程においてタブ16,26を配置する際に、タブ16,26を移動させる方法について説明する。本実施の形態においては、タブ16,26の第2面側に吸着した吸着部を移動させることによって、タブ16,26を配置する。図13は、第1タブ16の第1端辺16a側の一部と、第1タブ16の第2面162に吸着可能な吸着部80とを示す図である。また、図14は、吸着部80を第1タブ16の第2面162に吸着させている様子を示す図である。吸着部80の形態は、吸着部80をタブ16,26の第2面側に吸着させることができる限り、特に限定されない。図13及び図14に示す例において、吸着部80は、第1タブ16の第2面162に接触する壁面81と、壁面81によって画成されている吸着孔82と、を備える。図13に示す吸着部80は、吸着孔82の内部の空気を排気することによって、吸着孔82の内部を減圧することができるように構成されている。また、吸着部80は、例えば図示しない駆動部によって移動させることが可能になっている。
図13及び図14に示す吸着部80を用いて第1タブ16を配置する方法は、例えば以下のとおりである。まず、図14に示すように、吸着部80を、壁面81の先端が第1タブ16の第2面162に接触し、吸着孔82が第1タブ16によって塞がれるように、移動させる。図13に示す例においては、第1タブ16の第2面162のうち、第1シーラント18が設けられていない位置に、壁面81を接触させるように、吸着部80を移動させている。ここで、図13に示すように第1タブ16が湾曲している場合には、壁面81の先端を第1タブ16の第2面162に押し当てて、第1タブ16を、壁面81の先端が第1タブ16の第2面162に接触し、吸着孔82が第1タブ16によって塞がれるように、変形させる。次に、吸着孔82の内部を減圧する。これによって、吸着部80を第1タブ16の第2面162に吸着させることができる。次に、吸着部80が第1タブ16の第2面162に吸着した状態で吸着部80を移動させることによって、第1タブ16を配置しようとする位置に第1タブ16を移動させる。次に、吸着孔82の内部の減圧を止め、吸着部80を第1タブ16の第2面162から脱着させる。これによって、図11に示すように第1タブ16を配置することができる。
配置工程において、吸着部80をタブ16,26の第2面側に吸着させることの作用効果について、比較例との比較から説明する。比較例として、吸着部80を、第1面側に凹となるように湾曲しているタブ16,26の、第1面側に吸着させる場合について考える。図15は、比較例において吸着部80を第1タブ16の第1面161側に吸着させる様子を示す図である。比較例の場合、吸着部80をタブ16,26の第1面側に吸着させるためには、タブ16,26の第1面に壁面81の先端を押し当てて、壁面81の先端がタブ16,26の第1面と接触し、吸着孔82がタブ16,26によって塞がれるように、タブ16,26を変形させる必要がある。そして、比較例の場合において、タブ16,26を変形させて吸着部80に吸着させたときは、変形したタブ16,26がもとの形状に復帰しようとする力が、タブ16,26と壁面81の先端との間に隙間を空けるように作用すると考えられる。
これに対して、本実施の形態に係る積層型電池の製造方法は、吸着部80を、第1面側に凹となるように湾曲しているタブ16,26の、第2面側に吸着させる。この場合、吸着孔82がタブ16,26によって塞がれるようにタブ16,26を変形させ、タブ16,26の第2面側に吸着部80を吸着させたときに、変形したタブ16,26がもとの形状に復帰しようとする力が、タブ16,26と壁面81の先端との間に隙間を空けるように作用することを抑制することができる。これによって、吸着孔82がタブ16,26によって塞がれた状態を維持しつつ、吸着孔82の内部を減圧して、タブ16,26に吸着部80を強固に吸着させることができる。このため、吸着部80を移動させることによってタブ16,26を移動させ、タブ16,26を配置する際に、タブ16,26が意図せず吸着部80から脱着されることを抑制することができる。
(接合工程)
接合工程においては、シーラント18,28が設けられているタブ16,26を、積層された複数の電極板の少なくとも一つに、タブ16,26が電極板に電気的に接続されるように接合する。図16は、接合工程において、第1タブ16を正極板10Xに接合している様子を示す図である。接合工程においては、図16に示すように、タブ16,26が第1面側において電極体2と対面し、かつ第1端辺が電極体2と重なるように、タブ16,26を電極板に接合する。
本実施の形態においては、タブ16,26を電極板に溶接することによって、タブ16,26を電極板に接合する。特に、タブ16,26の第2面に溶接具を接触させることによって、タブ16,26を電極板に溶接する。図16に示す例においては、第1タブ16の第2面162に溶接具71を接触させている。これによって、第1タブ16と正極板10Xとを溶融させ、第1タブ16を正極板10Xに溶接している。この場合に、第1タブ16を正極板10Xに溶接する方法は特に限定されないが、例えば超音波溶接又は抵抗溶接である。例えば超音波溶接によって第1タブ16を正極板10Xに溶接する場合、溶接具71は、第1タブ16を正極板10Xに溶接する領域に超音波による振動を印加する器具である。第1タブ16の第2面162に溶接具71を接触させる際、溶接具71は、第1タブ16の第2面162を押圧してもよい。本実施の形態においては、第1タブ16と正極集電体11Xの第1接続領域a1とを溶融させることによって、第1タブ16を正極集電体11Xの第1接続領域a1に溶接する。これによって、第1タブ16を正極集電体11Xに電気的に接続する。
接合工程において第1タブ16を正極板10Xに接合する際に、第1タブ16の第1面161と第1正極板10X1の第1面11aとが近づけられる。図7に示す例においては、タブ16,26を正極板10Xに接合することによって、第1タブ16の第1面161と第1正極板10X1の第1面11aとが接触している。第1タブ16の第1面161と第1正極板10X1の第1面11aとが近づけられることによって、第1タブ16の第1突起部51が正極板10Xに押し当てられ、図7に示すように、第1突起部51が、少なくとも第1正極板10X1を含む単数または複数の正極板10Xを貫通する。また、例えば溶接具71を用いて第1タブ16を正極板10Xに溶接する場合には、溶接具71が第1タブ16の第2面162を押圧することにより、第1突起部51が正極板10Xに押し当てられて、第1突起部51が正極板10Xを貫通してもよい。
接合工程において、タブ16,26が第1面側において電極体2と対面し、かつ第1端辺が電極体2と重なるように、タブ16,26を電極体2に接合することの作用効果について説明する。本実施の形態の係る積層型電池の製造方法において、タブ16,26は、少なくとも第1端辺に位置し、第1面から突出する突起部50を含む。この場合、第1端辺に位置する突起部50が外装体3の内側から外装体3と接触すると、突起部50が外装体3を損傷させるおそれがある。特に、突起部50が外装体3の熱可塑性樹脂層4b,5bを破ることによって、熱可塑性樹脂層4b,5bが損傷するおそれがある。この場合において、特に、積層型電池がリチウムイオン二次電池であり、外装体3の基材4a,5aに含まれる金属がアルミニウムであるときは、収容空間6a内のリチウムを含む電解液が基材4a,5aのアルミニウムに液絡して、アルミニウムとリチウムとが合金化する可能性がある。この場合、積層型電池の封止信頼性が低下し、積層型電池の寿命が短くなるおそれがある。
接合工程において、タブ16,26が第1面側において電極体2と対面し、かつ第1端辺が電極体2と重なるように、タブ16,26を電極体2に接合することによって、製造される積層型電池において、第1端辺に位置する突起部50を、電極体2が位置する側に向けることができる。これによって、第1端辺に位置する突起部50が外装体3の内側から外装体3と接触し、外装体3を損傷させることを抑制することができる。特に、第1端辺に位置する突起部50が外装体3の熱可塑性樹脂層4b,5bを破ることを抑制することができる。このため、例えば収容空間6a内の成分と外装体3の基材4a,5aを形成する成分とが反応すること、例えば電解液のリチウムと外装体3の基材4a,5aに含まれるアルミニウムとが反応することを抑制することができる。これによって、収容空間6a内の成分と外装体3の基材4a,5aを形成する成分との反応によって、封止信頼性や寿命等の積層型電池1の特性に対する悪影響が生じることを抑制することができる。
(収容工程)
収容工程においては、電極体2を外装体3の内部に収容するとともに、第1端辺が外装体3の内部に位置し、第2端辺が外装体3の外部に位置するように、タブ16,26を部分的に外装体3の内部に収容する。収容工程においては、まず、タブ16,26が電極板に接合された状態の電極体2を、第1部材4と第2部材5との間に配置する。続いて、タブ16,26の第1端辺が外装体3の内部に位置し、第2端辺が外装体3の外部に位置する状態で、第1部材4及び第2部材5の周縁に沿って、第1部材4の内面と第2部材5の内面とを熱溶着などによって接合し、封止領域7を形成する。これによって、図1に示すように、電極体2を外装体3の内部に収容することができる。また、収容工程において、外装体3の内部に電解液を供給してもよい。外装体3の内部への電解液の供給は、例えば以下のように行う。まず、第1部材4及び第2部材5の周縁に沿って第1部材4の内面と第2部材5の内面とを接合する際に、第1部材4及び第2部材5の周縁の一部に、第1部材4の内面と第2部材5の内面とが接合されていない開口を残す。次に、開口を通じて、第1部材4と第2部材5との間に電解液を供給する。最後に、開口において第1部材4の内面と第2部材5の内面とを接合する。以上の方法によって、外装体3の内部への電極体2の収容及び電解液の供給を行った上で、外装体3を封止することができる。
本実施の形態に係る積層型電池の製造方法においては、収容工程において、タブ16,26の第2端辺が外装体3の外部に位置するように、タブ16,26を部分的に外装体3の内部に収容する。このため、タブ16,26が第2端辺に位置する突起部50を含む場合であっても、第2端辺に位置する突起部50が外装体3の内側から外装体3と接触して外装体3を損傷させることを、抑制することができる。
本実施の形態に係る積層型電池の製造方法は、例えば、接合工程を行う接合装置と、収容工程を行う収容装置と、を備える積層型電池の製造装置を用いて行うことができる。積層型電池の製造装置は、さらに配置工程を行う配置装置を備えてもよい。配置装置は、例えば吸着部80を含む装置である。溶接装置は、例えば溶接具71を含む装置である。収容装置は、例えば第1部材4の内面と第2部材5の内面とを熱溶着によって接合するヒートシーラーを含む装置である。
以上において、具体例を参照しながら一実施の形態を説明してきたが、上述した具体例が一実施の形態を限定することを意図していない。上述した一実施の形態は、その他の様々な具体例で実施されることが可能であり、その要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した具体例と同様に構成され得る部分について、上述の具体例における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。
(積層型電池の変形例)
上述の実施の形態においては、タブ16,26が少なくとも部分的に重なる電極板のうち、最もタブ16,26側に位置する電極板(第1正極板10X1,第1負極板)が、突起部50に貫通されている積層型電池を示した。しかしながら、積層型電池におけるタブ16,26の突起部50と電極板との関係は、これに限られない。本変形例において、タブ16,26が少なくとも部分的に重なる電極板のうち、最もタブ16,26側に位置する電極板(第1正極板10X1,第1負極板)は、突起部50に貫通されておらず、突起部50を受ける凹部を有する。以下において、本変形例に係る積層型電池におけるタブ16,26の突起部50と電極板との関係の一例として、第1タブ16の突起部50と正極板10Xとの関係について説明する。第1タブ16の突起部50と正極板10Xとの関係に関する説明は、矛盾しない限り、第2タブ26の突起部50と負極板20Yとの関係についても適用される。図17は、本変形例に係る積層型電池について、第1タブ16が正極板10Xに接続されている部分を示す断面図である。図17に示す例において、第1正極板10X1は、第1端辺16aに位置する突起部50(第1突起部51)を受ける凹部10Xaを有する。
図17に示す第1正極板10X1の凹部10Xaは、積層型電池の製造工程において、第1タブ16を正極板10Xに接合する際に、第1タブ16の第1突起部51が正極板10Xに押し当てられ、第1正極板10X1が第1突起部51を受けるように変形することによって、形成される。この場合、第1正極板10X1よりも第1タブ16から離間する側に位置する複数の正極板10Xが、第1正極板10X1の変形に応じて、凹部を形成するように変形してもよい。図17に示す例においては、第2正極板10X2及び第3正極板10X3が、凹部を形成するように変形している。
本変形例において、第1突起部51は、積層型電池の製造工程において第1タブ16を正極板10Xに接合する際に、正極板10Xに押し当てられたことによって、変形していてもよい。図17に示す例において、第1突起部51は、正極板10Xに押し当てられたことによって、潰れるように変形している。本変形例において、第1突起部51の変形の仕方は図17に示す例に限られず、例えば第1突起部51は、図18に示すように、折れ曲がるように変形していてもよい。
本変形例における積層型電池の作用効果について説明する。本変形例に係る積層型電池において、第1正極板10X1及び第1負極板は、突起部50を受ける凹部を有する。このため、タブ16,26が突起部50を有さず、第1正極板10X1及び第1負極板が突起部50を受ける凹部を有さない場合と比較して、タブ16,26と電極板とが接触する面積が、より大きくなっている。これによって、特に、積層型電池1が、大きな電流を生じさせる高出力の電池である場合に、積層型電池1から、タブ16,26と電極板とが接触する部分を介して、大きな電流を取り出しやすくすることができる。
次に、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。
(実施例1)
実施例1として、本実施の形態に記載の積層型電池の製造方法によって、積層型電池を作製した。配置工程においては、まず、図9に示すような、第1突起部51及び第2突起部52を含み、第1端辺16aと第2端辺16bとの間において第1面161側に凹となるように湾曲しているタブ16,26の第2面162に、図14に示すように、吸着部80を吸着させた。次に、吸着部80を移動させることによって、図11に示すように、タブ16,26が第1面側において電極体2と対面するように、タブ16,26を配置した。
接合工程においては、配置工程において配置されたタブ16,26を、図4に示すような電極体2の電極板に溶接した。具体的には、アルミニウムを材料とする金属部材と、金属部材の表面に設けられているジルコニウムを材料とする被膜とを有する、厚さ200μmの第1タブ16を、アルミニウム箔によって形成されている正極集電体11Xに溶接し、銅合金を材料とする金属部材と、金属部材の表面に設けられているニッケルを材料とする被膜とを有する、厚さ200μmの第2タブ26を、銅箔によって形成されている負極集電体21Yに溶接した。タブ16,26の電極への溶接は、超音波溶接機(ブランソン社製、商品名「2000Xdt」)を用いた超音波溶接によって行った。これによって、タブ16,26を、タブ16,26が第1面側において電極体2と対面し、かつ第1端辺16aが電極体2と重なるように、電極板に接合した。
収容工程においては、図1に示すように、第1端辺16aが外装体3の内部に位置し、第2端辺16bが外装体3の外部に位置するように、電極体2及びタブ16,26の一部を、周縁の一部において開口した外装体3の内部に収容した。外装体3を構成する第1部材4及び第2部材5は、基材4a,5aと、基材4a,5aよりも収容空間6a側に位置する熱可塑性樹脂層4b,5bと、を含む。基材4a,5aは、材料にナイロンを含むプラスチックフィルムと、プラスチックフィルムよりも収容空間6a側に位置するアルミニウム箔とを備える。熱可塑性樹脂層4b,5bは、材料をポリプロピレンとする厚さ80μmの層である。また、外装体3の開口から、外装体3の内部に電解液を供給した。そして、外装体3の内部が減圧されている状態で、開口を封止した。
その後、以下の処理を行なった。まず電極体2を充電した。次に、外装体3の周縁の一部に再び開口を形成した。そして、外装体3の内部が減圧されている状態で、開口を封止した。
(実施例2)
配置工程の前に、タブ16,26の第1端辺と第2端辺との間における、第1面側に凹となる湾曲を小さくする、タブ16,26の平坦化加工を行った以外は、実施例1に記載の方法と同様の方法によって、積層型電池を作製した。タブ16,26の平坦化加工は、タブ16,26を、タブ16,26と同素材である厚さ2mmの一対の金属板で挟み、12tプレス機(株式会社ジェイ・ティー・シー製)を用いて一対の金属板を押圧することによって行った。
(実施例3)
配置工程の前に、タブ16,26の第1端辺及び第2端辺におけるタブ16,26の押圧加工及び異物の除去加工を行った以外は、実施例1に記載の方法と同様の方法によって、積層型電池を作製した。タブ16,26の押圧加工においては、タブ16,26の第1端辺及び第2端辺に位置する突起部50を、折ったり、潰したりして、タブ16,26の第1面側において突出した部分を減少させるために、タブ16,26に以下の加工を行った。炭化ケイ素(SiC)を含むセラミックによって構成されている、一対のローラー(石川技研工業製、商品名「セラミックローラー」)を用い、タブ16,26の第1端辺及び第2端辺を、タブ16,26の第1面側及び第2面側から押圧した。また、異物の除去加工は、粘着ローラーを用いて、タブ16,26の第1端辺及び第2端辺から異物を除去することによって行った。
(実施例4)
実施例3において行ったタブ16,26の押圧加工及び異物の除去加工と同様の加工を行った以外は、実施例2と同様の方法によって、積層型電池を作製した。
(比較例1)
比較例1として、配置工程においてタブ16,26を配置し、接合工程においてタブ16,26を電極板に接合する際に、タブ16,26が第1面側において電極体2と対面するのか、第2面側において電極体2と対面するのかを、無作為とした以外は、実施例1と同様の方法によって、積層型電池を作製した。
(比較例2)
比較例2として、配置工程においてタブ16,26を配置し、接合工程においてタブ16,26を電極板に接合する際に、タブ16,26が第1面側において電極体2と対面するのか、第2面側において電極体2と対面するのかを、無作為とした以外は、実施例2と同様の方法によって、積層型電池を作製した。
(比較例3)
比較例3として、配置工程においてタブ16,26を配置し、接合工程においてタブ16,26を電極板に接合する際に、タブ16,26が第1面側において電極体2と対面するのか、第2面側において電極体2と対面するのかを、無作為とした以外は、実施例3と同様の方法によって、積層型電池を作製した。
(比較例4)
比較例4として、配置工程においてタブ16,26を配置し、接合工程においてタブ16,26を電極板に接合する際に、タブ16,26が第1面側において電極体2と対面するのか、第2面側において電極体2と対面するのかを、無作為とした以外は、実施例4と同様の方法によって、積層型電池を作製した。
(比較例5)
比較例5として、配置工程においてタブ16,26を配置し、接合工程においてタブ16,26を電極板に接合する際に、タブ16,26が第2面側において電極体2と対面するようにタブ16,26を配置した以外は、実施例1と同様の方法によって、積層型電池を作製した。
(比較例6)
比較例6として、配置工程においてタブ16,26を配置し、接合工程においてタブ16,26を電極板に接合する際に、タブ16,26が第2面側において電極体2と対面するようにタブ16,26を配置した以外は、実施例2と同様の方法によって、積層型電池を作製した。
(比較例7)
比較例7として、配置工程においてタブ16,26を配置し、接合工程においてタブ16,26を電極板に接合する際に、タブ16,26が第2面側において電極体2と対面するようにタブ16,26を配置した以外は、実施例3と同様の方法によって、積層型電池を作製した。
(比較例8)
比較例8として、配置工程においてタブ16,26を配置し、接合工程においてタブ16,26を電極板に接合する際に、タブ16,26が第2面側において電極体2と対面するようにタブ16,26を配置した以外は、実施例4と同様の方法によって、積層型電池を作製した。
図19の「製造方法」の欄に、実施例1〜4及び比較例1〜8における積層型電池の製造方法について示す。例えば、「タブの電極体と対面する面」の欄の「第1面」との記載は、接合工程において、タブ16,26が第1面側において電極体2と対面するように、タブ16,26を電極板に接合したことを示し、「第2面」との記載は、接合工程において、タブ16,26が第2面側において電極体2と対面するように、タブ16,26を電極板に接合したことを示し、「無作為」との記載は、接合工程において、タブ16,26が第1面側と第2面側とのいずれの側において電極体2と対面するのかが無作為となるように、タブ16,26を電極板に接合したことを示す。また、「タブの第1端辺及び第2端辺の押圧加工及び異物の除去加工」の欄の「有り」との記載は、タブ16,26の押圧加工及び異物の除去加工が行われていることを示し、「無し」との記載は、上記の押圧加工及び除去加工が行われていないことを示している。
(評価)
上記の実施例1〜4及び比較例1〜8の方法によって作製した積層型電池について、外装体3の第1部材4及び第2部材5の熱可塑性樹脂層4b,5bの損傷率の評価を行った。熱可塑性樹脂層4b,5bの損傷率の評価においては、実施例1〜4及び比較例1〜8の方法によって、それぞれ1000個以上の積層型電池を製造し、製造された積層型電池のそれぞれについて、熱可塑性樹脂層4b,5bが損傷しているか否かを判定し、製造された積層型電池の全体の個数に対する熱可塑性樹脂層4b,5bが損傷していると判定された積層型電池の個数の割合を求めた。積層型電池の熱可塑性樹脂層4b,5bが損傷しているか否かの判定は、以下の方法によって行った。まず、製造された積層型電池を、充電率(SOC)が100%となるように充電した。次に、充電率が100%となっている積層型電池において、第1タブ16(正極タブ)と、外装体3の基材4a,5aに含まれるアルミウム箔との間の電位差を測定した。ここで、第1タブ16とアルミニウム箔との電位差が1.7V以上2.7V以下である場合、積層型電池は、例えば第1タブ16のバリが熱可塑性樹脂層4b,5bを突き破っているために、外装体3の内部の電解液とアルミニウム箔とが接触し、短絡しているような状態であると考えられる。このため、第1タブ16とアルミニウム箔との電位差が1.7V以上2.7V以下と測定された場合に、積層型電池の熱可塑性樹脂層4b,5bが損傷していると判定した。熱可塑性樹脂層4b,5bの損傷率の評価結果を、図19に示す。
熱可塑性樹脂層4b,5bの損傷率の評価結果から、タブ16,26の電極体2と対面する面を無作為とし、かつタブ16,26の押圧加工を行わなかった比較例1,2、及びタブ16,26の電極体2と対面する面を第2面とし、かつタブ16,26の押圧加工を行わなかった比較例5,6における損傷率が20%以上となるのに対し、タブ16,26の電極体2と対面する面を第1面とする実施例1〜4の熱可塑性樹脂層4b,5bにおける損傷率は、3%未満と、低くなることがわかった。実施例1〜4の熱可塑性樹脂層4b,5bにおける損傷率が低くなったのは、タブ16,26の電極体2と対面する面を第1面とすることによって、タブ16,26の第1突起部51が、電極体2が位置する側に向けられたために、第1突起部51が熱可塑性樹脂層4b,5bを損傷させることが抑制されたためと考えられる。また、タブ16,26の電極体2と対面する面を第1面とする場合には、特に実施例1,2のように、タブ16,26の押圧加工を行わなかったときであっても、損傷率が3%未満となることがわかった。
また、上記の実施例1〜4及び比較例1〜8の積層型電池の製造方法において、配置工程において吸着部80を移動させることによってタブ16,26を配置する際、タブ16,26が吸着部80から意図せず脱着されてしまう等の、吸着部80の不具合が発生する確率(以下、吸着部不具合発生率とも称する)の評価を行った。吸着部不具合発生率の評価においては、実施例1〜4及び比較例1〜8の方法によって、それぞれ1000回以上積層型電池を製造し、製造の際に、配置工程においてタブ16,26が吸着部80から意図せず脱着される不具合が生じたか否かを観察した。そして、積層型電池を製造した全体の回数に対する、配置工程においてタブ16,26が吸着部80から意図せず脱着される不具合が生じた回数の割合を求めた。吸着部不具合発生率の評価結果を、図19に示す。
吸着部不具合発生率の評価結果から、タブ16,26の電極体2と対面する面を無作為とし、かつタブ16,26の平坦化加工を行わなかった比較例1,2、及びタブ16,26の電極体2と対面する面を第2面とし、かつタブ16,26の平坦化加工を行わなかった比較例5,6における吸着部不具合発生率が20%以上となるのに対し、タブ16,26の電極体2と対面する面を第1面とする実施例1〜4の吸着部不具合発生率は、3%未満と、低くなることがわかった。実施例1〜4の吸着部不具合発生率が低くなったのは、タブ16,26の電極体2と対面する面を第1面とすることによって、タブ16,26と、吸着部80の壁面81の先端との間に隙間が空くことが抑制されために、タブ16,26に吸着部80を強固に吸着させることができたためと考えられる。また、タブ16,26の電極体2と対面する面を第1面とする場合には、特に実施例1,3のように、タブ16,26の平坦化加工を行わなかったときであっても、損傷率が3%未満となることがわかった。
また、上記の実施例1〜4及び比較例1〜8の方法によって作製した積層型電池について、タブ16,26の被膜の損傷率(以下、被膜損傷率とも称する)の評価を行った。被膜損傷率の評価においては、実施例1〜4及び比較例1〜8の方法によって、それぞれ1000個以上の積層型電池を製造し、製造された積層型電池のそれぞれについて、タブ16,26の被膜が損傷しているか否かを判定し、製造された積層型電池の全体の個数に対するタブ16,26の被膜が損傷していると判定された積層型電池の個数の割合を求めた。積層型電池においてタブ16,26の被膜が損傷しているか否かの判定は、形状解析レーザ顕微鏡(キーエンス社製、商品名「VK-X1000」)を用いてタブ16,26の表面形状を観察する事で行った。被膜損傷率の評価結果を、図19に示す。
被膜損傷率の評価結果から、タブ16,26の平坦化加工を行った実施例3,4においては、被膜損傷率が3%以上20%未満となったのに対し、タブ16,26の平坦化加工を行わなかった実施例1,2においては、被膜損傷率が3%未満となったことがわかった。これは、実施例3,4においては、タブ16,26の平坦化加工によって、タブ16,26の被膜が損傷したのに対し、実施例1,2においては、タブ16,26の平坦化加工を行わなかったために、タブ16,26の被膜の損傷が抑制されたためと考えられる。このため、タブ16,26の被膜の損傷を抑制する観点からは、タブ16,26の平坦化加工を行わないほうが、タブ16,26の平坦化加工を行うよりも好ましいことがわかった。
また、上記の実施例1〜4の方法について、積層型電池の製造に要するコストの評価を行った。具体的には、実施例1のように、タブ16,26の押圧加工及び異物の除去加工、並びにタブ16,26の平坦化加工を行わなかった場合と比べたときの、実施例2〜4のように、タブ16,26の押圧加工及び異物の除去加工、またはタブ16,26の平坦化加工の、少なくとも一方を行なった場合の、積層型電池の製造に要するコストの増加率を算出した。この結果、積層型電池の製造に要するコストは、実施例1と比較して、実施例2,3では、0%より大きく5%より小さい分だけ増加し、実施例4では、5%以上増加することがわかった。このため、コストを低減する観点からは、タブ16,26の押圧加工及び異物の除去加工、並びにタブ16,26の平坦化加工を行わないほうが、タブ16,26の押圧加工及び異物の除去加工、並びにタブ16,26の平坦化加工を行うよりも好ましいことがわかった。なお、実施例1においては、実施例2〜4と比較して、タブ16,26の押圧加工及び異物の除去加工、並びにタブ16,26の平坦化加工を行わなかった分だけ、積層型電池の製造に要する時間が短くなった。したがって、積層型電池の製造に要する時間を短くする観点からも、タブ16,26の押圧加工及び異物の除去加工、並びにタブ16,26の平坦化加工を行わないほうが、タブ16,26の押圧加工及び異物の除去加工、並びにタブ16,26の平坦化加工を行うよりも好ましいことがわかった。
以上において、具体例を参照しながら一実施の形態を説明してきたが、上述した具体例が一実施の形態を限定することを意図していない。上述した一実施の形態は、その他の様々な具体例で実施されることが可能であり、その要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
1 積層型電池
2 電極体
3 外装体
4 第1部材
4a 基材
4b 熱可塑性樹脂層
5 第2部材
5a 基材
5b 熱可塑性樹脂層
6 収容領域
6a 収容空間
7 封止領域
8 接合部
10 第1電極板
10X 正極板
10Xa 凹部
11 第1電極集電体
11X 正極集電体
11a 第1面
11b 第2面
12 第1電極活物質層
12X 正極活物質層
16 第1タブ
161 第1面
162 第2面
16a 第1端辺
16b 第2端辺
16c 第3端辺
16d 第4端辺
18 第1シーラント
20 第2電極板
20Y 負極板
21 第2電極集電体
21Y 負極集電体
21a 第1面
21b 第2面
22 第2電極活物質層
22Y 負極活物質層
26 第2タブ
28 第2シーラント
30 絶縁層
50 突起部
51 第1突起部
52 第2突起部
60 板状部材
61 絶縁体
71 溶接具
72 支持具
72a 支持面
80 吸着部
81 壁面
82 吸着孔

Claims (18)

  1. 第1面と第2面とを有する板状のタブを、積層された複数の電極板を有する電極体の、複数の前記電極板の少なくとも一つに、前記タブが前記電極板に電気的に接続されるように接合する、接合工程と、
    前記電極体を外装体の内部に収容する収容工程と、を備え、
    前記タブは、第1端辺と、前記第1端辺に対向する第2端辺とを有するとともに、少なくとも前記第1端辺に位置し、前記第1面から突出する突起部を含み、
    前記接合工程において、前記タブが前記第1面側において前記電極体と対面し、かつ前記第1端辺が前記電極体と重なるように、前記タブを前記電極板に接合し、
    前記収容工程において、前記第1端辺が前記外装体の内部に位置し、前記第2端辺が前記外装体の外部に位置するように、前記タブを部分的に前記外装体の内部に収容する、積層型電池の製造方法。
  2. 前記タブは、前記第1端辺と前記第2端辺との間において前記第1面側に凹となるように、湾曲している、請求項1に記載の積層型電池の製造方法。
  3. 前記突起部は、少なくとも前記第1端辺及び前記第2端辺に位置する、請求項1または2に記載の積層型電池の製造方法。
  4. 前記接合工程において、前記タブを前記電極板に溶接することによって、前記タブを前記電極板に接合する、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の積層型電池の製造方法。
  5. 前記接合工程の前に、前記タブが支持面に置かれた前記電極体上に部分的に位置し、かつ前記第1面側において前記電極体と対面するように、前記タブを配置する、配置工程をさらに備え、
    前記接合工程において、前記タブの前記第2面に溶接具を接触させることによって、前記タブを前記電極板に溶接する、請求項4に記載の積層型電池の製造方法。
  6. 前記配置工程において、前記第1端辺に位置する前記突起部が前記電極体に接触するように前記タブを配置する、請求項5に記載の積層型電池の製造方法。
  7. 前記配置工程において、前記タブの前記第2面側に吸着した吸着部を移動させることによって、前記タブを配置する、請求項5または6に記載の積層型電池の製造方法。
  8. 前記接合工程の前において、前記突起部は、前記タブの厚さの0.1倍以上0.9倍以下の高さを有する、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の積層型電池の製造方法。
  9. 前記接合工程の前において、前記突起部は、20μm以上180μm以下の高さを有する、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の積層型電池の製造方法。
  10. 積層された複数の電極板を有する電極体と、
    前記電極体を収容している外装体と、
    複数の前記電極板の少なくとも一つに電気的に接続され、第1面と第2面とを有するとともに、第1端辺と、前記第1端辺に対向する第2端辺とを有するタブと、を備え、
    前記タブは、前記第1面側において前記電極体と対面し、かつ前記第1端辺が前記電極体と重なるように、前記電極板に接続され、
    前記外装体は、前記第1端辺が前記外装体の内部に位置し、前記第2端辺が前記外装体の外部に位置するように、前記タブを部分的に内部に収容しており、
    前記タブは、少なくとも前記第1端辺に位置し、前記第1面から突出する突起部を含む、積層型電池。
  11. 前記タブが少なくとも部分的に重なる前記電極板のうち、最も前記タブ側に位置する電極板は、前記突起部に貫通されている、請求項10に記載の積層型電池。
  12. 前記タブが少なくとも部分的に重なる前記電極板のうち、最も前記タブ側に位置する電極板は、前記突起部を受ける凹部を有する、請求項10に記載の積層型電池。
  13. 前記タブは、前記第1端辺と前記第2端辺との間において前記第1面側に凹となるように、湾曲している、請求項10乃至12のいずれか一項に記載の積層型電池。
  14. 前記突起部は、少なくとも前記第1端辺及び前記第2端辺に位置する、請求項10乃至13のいずれか一項に記載の積層型電池。
  15. 前記突起部は、前記タブの厚さの0.1倍以上0.9倍以下の高さを有する、請求項10乃至14のいずれか一項に記載の積層型電池。
  16. 前記突起部は、20μm以上180μm以下の高さを有する、請求項10乃至15のいずれか一項に記載の積層型電池。
  17. 前記タブは、100μm以上の厚さを有する、請求項10乃至16のいずれか一項に記載の積層型電池。
  18. 第1面と第2面とを有する板状のタブを、積層された複数の電極板を有する電極体の、複数の前記電極板の少なくとも一つに、前記タブが前記電極板に電気的に接続されるように接合する、接合装置と、
    前記電極体を外装体の内部に収容する収容装置と、を備え、
    前記タブは、第1端辺と、前記第1端辺に対向する第2端辺とを有するとともに、少なくとも前記第1端辺に位置し、前記第1面から突出する突起部を含み、
    前記接合装置は、前記タブが前記第1面側において前記電極体と対面し、かつ前記第1端辺が前記電極体と重なるように、前記タブを前記電極板に接合し、
    前記収容装置は、前記第1端辺が前記外装体の内部に位置し、前記第2端辺が前記外装体の外部に位置するように、前記タブを部分的に前記外装体の内部に収容する、積層型電池の製造装置。
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