JP2023097821A - 電池の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】捲回電極体を備えた電池を生産性高く得るための技術を提供すること。【解決手段】ここで開示される電池の製造方法の好適な一態様では、捲き芯に、セパレータ、第1電極、および第2電極を捲きつけて、捲回体を作製する捲回体作製工程(S1)と、上記捲回体を扁平状に成形する成形工程(S2)と、作製した捲回電極体を電池ケース内に配置する配置工程(S3)と、を包含している。【選択図】図1

Description

本開示は、電池の製造方法に関する。
例えば、下記特許文献1には、捲回電極体の長手方向の一方の端部に正極タブ群が設けられ、他方の端部に負極タブ群が設けられた電池が開示されている。そして、かかるタブ群を折り曲げた状態で電極集電部に接続する技術が開示されている。
国際公開第2021/060010号
ところで、かかる捲回電極体の製造方法の一例としては、長尺な集電体と、該集電体における長尺方向に沿った複数の箇所に形成されたタブとを備えた正極および負極(以下、あわせて「電極」ということもある)を、セパレータを介在させつつ捲き取り芯に捲き取った後、扁平状に成形する方法が挙げられる。捲回電極体の製造においては、該捲回電極体の外周側のタブが規定の位置よりもずれる場合があり、該タブの集箔が困難になり得る。これによって、捲回電極体の歩留まりが低下するおそれがあるため、好ましくない。
本開示の目的は、捲回電極体を備えた電池を生産性高く得るための技術を提供することである。
かかる目的を実現するべく、本開示は、第1電極と、該第1電極とは極性が異なる第2電極とが、セパレータを介して捲回された扁平状の捲回電極体と、上記捲回電極体を収容する電池ケースと、を備えた電池の製造方法を提供する。上記電池において、上記捲回電極体の捲回軸方向における一方の端部には、上記第1電極に接続された複数のタブが存在しており、上記複数のタブは第1電極集電部に接続されており、上記捲回電極体は、該捲回電極体の厚み方向において、捲回軸よりも一方側に存在する第1領域と、該捲回軸よりも他方側に存在する第2領域と、を備えている。上記複数のタブは、第1タブ、第2タブ、第3タブ、および第4タブを備えており、上記第1タブは、上記第1領域に存在する上記タブのうち、前記捲回電極体の厚み方向において前記捲回電極体の捲回軸に最も近い位置に存在しており、上記第2タブは、上記第2領域に存在する上記タブのうち、前記捲回電極体の厚み方向において前記捲回電極体の捲回軸に最も近い位置に存在しており、上記第3タブは、上記第1領域に存在する上記タブのうち、前記捲回電極体の厚み方向において前記捲回電極体の捲回軸から最も遠い位置に存在しており、上記第4タブは、上記第2領域に存在する上記タブのうち、前記捲回電極体の厚み方向において前記捲回電極体の捲回軸から最も遠い位置に存在している。上記一方の端部において、上記第1タブの根元幅の中心と、上記第2タブの根元幅の中心との、上記厚み方向に対する垂直方向における距離をG1、上記第3タブの根元幅の中心と、上記第4タブの根元幅の中心との、上記垂直方向における距離がG2と規定されている。上記電池の製造方法は、上記捲回電極体を作製する捲回電極体作製工程と、上記作製した捲回電極体を上記電池ケース内に配置する配置工程と、を包含しており、上記捲回電極体作製工程において、上記G1=0となるように上記捲回電極体を作製した場合に、上記G2がG2=S(S>0)となる捲回条件に対して、上記G2がG2<Sとなるように上記G1の値を変更して、前記捲回電極体を作製する。詳細については後述するが、かかる構成の電池の製造方法によると、捲回電極体の外周側のタブのずれが好適に抑制された捲回電極体を得ることができる。これによって、捲回電極体を備えた電池を生産性高く得ることができる。
ここで開示される電池の製造方法は、好ましくは、上記捲回電極体作製工程は、捲き芯に、上記セパレータ、上記第1電極、および上記第2電極を捲きつけて、捲回体を作製する捲回体作製工程を包含する。また、好ましくは、上記捲回体を扁平状に成形する、成形工程を包含する。
かかる態様の電池の製造方法の好適な一態様では、上記捲回体作製工程において、上記第1電極を上記捲き芯に捲きつけ始めるタイミングを制御することで、前記G1の値を変更する。かかる構成によると、捲回電極体の外周側のタブのずれを簡便に抑制することができるため、好ましい。
かかる構成の電池の製造方法の好適な一態様では、上記成形工程において、上記捲回体を扁平状に形成する位置を制御することで、前記G1の値を変更する。かかる構成によると、捲回電極体の外周側のタブのずれを簡便に抑制することができるため、好ましい。
かかる構成の電池の製造方法の好適な一態様では、上記捲き芯に上記第1電極を捲きつける前に、第1電極原板を切断して上記第1電極の捲き始めの端部を形成する切断工程を有し、当該切断工程において、上記第1電極原板の切断位置を制御することで、前記G1の値を変更する。かかる構成によると、捲回電極体の外周側のタブのずれを簡便に抑制することができるため、好ましい。
ここで開示される電池の製造方法の一態様では、上記捲回体作製工程において、複数の上記捲き芯を用いて、複数の上記捲回体を作製する。
ここで開示される電池の製造方法の一態様では、上記捲回体作製工程において、複数の上記捲き芯を備えた捲回電極体作製装置を用いて、上記捲回体を連続的に作製する。
ここで開示される電池の製造方法の一態様では、複数の上記捲き芯を用いて複数の上記捲回電極体を作製した場合に、上記複数の捲回電極体におけるそれぞれの上記G2の値が2mm以下となるように制御する。
一実施形態に係る電池の製造方法について説明するためのフローチャートである。 一実施形態に係る正極(正極シート)を模式的に示す図である。 一実施形態に係る負極(負極シート)を模式的に示す図である。 一実施形態に係る電池の製造方法における捲回体作製工程について説明するための模式的な図である。 一実施形態に係る電池の製造方法における成形工程について説明するための模式的な図である。 一実施形態に係る電池の製造方法における成形工程について説明するための模式的な図である。 一実施形態に係る捲回条件を調整する前の捲回電極体の正極側の端面を模式的に示す図である。 図5Aの捲回条件に対して、G2<Sの関係を満たすようにG1の値を変更した場合の、捲回電極体の正極側の端面を模式的に示す図である。 正極端子と負極端子と正極第1集電部と負極第1集電部と正極絶縁部材と負極絶縁部材とが取り付けられた封口板を模式的に示す斜視図である。 図6の封口板を裏返した斜視図である。 正極第2集電部および負極第2集電部が取り付けられた電極体を模式的に示す斜視図である。 封口板に取り付けられた電極体群を模式的に示す斜視図である。 一実施形態に係る電池の配置工程を説明する模式的な断面図である。 第2実施形態に係る捲回条件を調整する前の捲回電極体の正極側の端面を模式的に示す図である。 図11Aの捲回条件に対して、G2<Sの関係を満たすようにG1の値を変更した場合の、捲回電極体の正極側の端面を模式的に示す図である。 第3実施形態に係る捲回電極体の正極側の端面を模式的に示す図である。 第4実施形態に係る捲回電極体の正極側の端面を模式的に示す図である。 一実施形態に係る電池を模式的に示す斜視図である。 図14のXV-XV線に沿う模式的な縦断面図である。 図14のXVI-XVI線に沿う模式的な縦断面図である。 図14のXVII-XVII線に沿う模式的な横断面図である。 一実施形態に係る捲回電極体の構成を示す模式図である。 他の実施形態に係る捲回電極体作成装置の構成を示す模式図である。 他の実施形態に係る捲き芯の構成を示す模式図である。
以下、図面を参照しながら、ここで開示される技術のいくつかの好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本開示の実施に必要な事柄(例えば、本開示を特徴付けない電池の一般的な構成および製造プロセス)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本開示は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の説明は、ここで開示される技術を以下の実施形態に限定することを意図したものではない。なお、本明細書において範囲を示す「A~B」の表記は、A以上B以下の意と共に、Aを上回りBを下回る意を包含するものとする。
なお、本明細書において「電池」とは、電気エネルギーを取り出し可能な蓄電デバイス全般を指す用語であって、一次電池と二次電池とを包含する概念である。また、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電が可能な蓄電デバイス全般を指す用語であって、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池等のいわゆる蓄電池(化学電池)と、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ(物理電池)と、を包含する概念である。
<電池の全体構成>
先ず、本実施形態に係る電池の製造方法によって得られる電池100の全体構成について説明する。ここで、図14は、電池100の斜視図である。図15は、図14のXV-XV線に沿う模式的な縦断面図である。図16は、図14のXVI-XVI線に沿う模式的な縦断面図である。図17は、図15のXVII-XVII線に沿う模式的な横断面図である。以下の説明において、図面中の符号L、R、F、Rr、U、Dは、左、右、前、後、上、下を表し、図面中の符号X、Y、Zは、電池100の短辺方向、短辺方向と直交する長辺方向(電極体の長手方向ともいう)、上下方向を、それぞれ表すものとする。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、電池100の設置形態を何ら限定するものではない。
図15に示すように、電池100は、電池ケース10と、電極体群20と、を備えている。また、本実施形態に係る電池100は、電池ケース10と電極体群20の他に、正極端子30と、正極外部導電部材32と、負極端子40と、負極外部導電部材42と、外部絶縁部材92と、正極集電部50と、負極集電部60と、正極内部絶縁部材70と、負極内部絶縁部材80と、を備えている。また、図示は省略するが、本実施形態に係る電池100は、さらに電解液を備えている。電池100は、ここではリチウムイオン二次電池である。電池100の内部抵抗は、例えば0.2~2.0mΩ程度であり得る。
電池ケース10は、電極体群20を収容する筐体である。電池ケース10は、ここでは扁平かつ有底の直方体形状(角形)の外形を有する。電池ケース10の材質は、従来から使用されているものと同じでよく、特に制限はない。電池ケース10は、所定の強度を有する金属製であることが好ましい。具体的には、電池ケース10に使用される金属の引張強度は、50N/mm~200N/mm程度が適切である。また、電池ケース10に使用される金属の物性値(剛性率)は、20GPa~100GPa程度が好適である。この種の金属材料の一例として、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金等が挙げられる。
また、電池ケース10は、外装体12と、封口板14と、ガス排出弁17を備えている。外装体12は、一つの面が開口部12hとなった扁平な角型の容器である。具体的には、外装体12は、図14に示すように、略矩形状の底壁12aと、底壁12aの短辺から上方Uに延びて相互に対向する一対の第1側壁12bと、底壁12aの長辺から上方Uに延びて相互に対向する一対の第2側壁12cと、を備えている。第2側壁12cの面積は、第1側壁12bの面積よりも小さい。そして、開口部12hは、上記一対の第1側壁12bと一対の第2側壁12cに囲まれた外装体12の上面に形成されている。封口板14は、外装体12の開口部12hを塞ぐように外装体12に取り付けられている。封口板14は、平面視において略矩形状の板材である。封口板14は、外装体12の底壁12aと対向している。電池ケース10は、外装体12の開口部12hの周縁に封口板14が接合(例えば溶接接合)されることによって形成される。封口板14の接合は、例えばレーザ溶接等の溶接によって行うことができる。
図14および図15に示すように、ガス排出弁17は、封口板14に形成されている。ガス排出弁17は、電池ケース10内の圧力が所定値以上になった際に開口して、電池ケース10内のガスを排出するように構成される。また、封口板14には、上記ガス排出弁17の他に、注液孔15と、2つの端子挿入穴18、19と、が設けられている。注液孔15は、外装体12の内部空間と連通しており、電池100の製造工程において電解液を注液するために設けられた開口である。注液孔15は、封止部材16により封止されている。かかる封止部材16としては、例えば、ブラインドリベットが好適である。これによって、電池ケース10の内部で封止部材16を強固に固定できる。
電極体群20は、ここでは、電極体20a、20b、20cの3つの電極体を備えている。なお、1つの電池ケース10の内部に収容される電極体の数は特に限定されず、1つであってもよいし、2つ以上(複数)であってもよい。また、図15に示すように、各々の電極体の長辺方向Yの一方側(図15の左側)には正極集電部50が配置され、長辺方向Yの他方(図15の右側)には負極集電部60が配置される。そして、電極体20a、20b、20cの各々は、並列に接続されている。ただし、電極体20a、20b、20cは、直列に接続されていてもよい。電極体群20は、ここでは樹脂製シートからなる電極体ホルダ29(図16参照)に覆われた状態で、捲回軸WLが底壁12aに沿うようにして、電池ケース10の外装体12の内部に収容される。
以下では電極体20aを例として詳しく説明するが、電極体20b、20cについても同様の構成とすることができる。図18に示すように、電極体20aは、正極22と負極24とセパレータ26とを有する。電極体20aは、ここでは、帯状の正極22と帯状の負極24とが2枚の帯状のセパレータ26を介して積層され、捲回軸WLを中心として捲回された捲回電極体である。電極体20aが備える正極22、負極24、セパレータ26の構成については、後述する電池の製造方法の欄で説明する。
電極体20aは、扁平形状を有している。電極体20aは、捲回軸WLが長辺方向Yと略平行になる向きで、外装体12の内部に配置されている。具体的には、図16に示すように、電極体20aは、外装体12の底壁12aおよび封口板14と対向する一対の湾曲部(R部)20rと、一対の湾曲部20rを連結し、外装体12の第2側壁12cに対向する平坦部20fとを有している。平坦部20fは、第2側壁12cに沿って延びている。
正極集電体22cの長辺方向Yの一方の端部(図18の左端部)には、複数の正極タブ22tが設けられている。複数の正極タブ22tは、帯状の正極22の長手方向に沿って間隔を置いて(間欠的に)設けられている。複数の正極タブ22tは、捲回軸WLの軸方向の一方側(図18の左側)に向かって、セパレータ26よりも外側に突出している。なお、図5Bに示すように、本実施形態に係る電池の製造方法によって得られる捲回電極体(電極体20a、20b、20c)の正極側の端面においては、最外周に存在する第3タブ22tおよび第4タブ22tが、該第3タブ22tの根元幅の中心C3と、該第4タブ22tの根元幅の中心C4との、捲回電極体の厚み方向X(換言すると、捲回電極体の積層方向)に対する垂直方向Zにおける距離G2(G2)の値がSよりも小さくなるように配置されている。このように、正極タブ22tのなかでも特にずれが生じ易いとされる最外周の正極タブ22tを集箔に適した位置に配置することで、正極タブ22tの集箔をより確実に実施することができる。これによって、捲回電極体の歩留まりが低下を抑制することができるため、捲回電極体を備えた電池100を生産性高く得ることができる。なお、正極タブ22tの根元幅とは、正極集電体22c(の本体部分)と正極タブ22tとの境界部分の幅(図18の22wを参照)を示すものとする。負極タブ24tの根元幅に関しても、負極24の対応する部分を示すものとする。
図17に示すように、複数の正極タブ22tは、捲回軸WLの軸方向の一方の端部(図17の左端部)で積層され、正極タブ群23を構成する。そして、複数の正極タブ22tの各々は、折り曲げられた状態で正極集電部50に接続されている。これにより、電池ケース10内に収容される電極体群20の本体部のサイズを大きくすることができるため、電池100を高エネルギー密度化することができる。図15に示すように、正極タブ群23は、正極集電部50を介して正極端子30と電気的に接続される。具体的には、正極タブ群23と正極第2集電部52とは接続部Jにおいて接続される(図17参照)。そして、正極第2集電部52は、正極第1集電部51を介して正極端子30と電気的に接続される。
負極集電体24cの捲回軸WLの軸方向の一方の端部(図18の右端部)には、複数の負極タブ24tが設けられている。複数の負極タブ24tは、帯状の負極24の長手方向に沿って間隔を置いて(間欠的に)設けられている。複数の負極タブ24tの各々は、軸方向の一方側(図18の右側)に向かって、セパレータ26よりも外側に突出している。
図17に示すように、複数の負極タブ24tは、軸方向の一方の端部(図17の右端部)で積層されて負極タブ群25を構成する。負極タブ群25は、軸方向において、正極タブ群23と対称的な位置に設けられていることが好ましい。そして、複数の負極タブ24tの各々は、折り曲げられた状態で負極集電部60に接続されている。これにより、電池ケース10内に収容される電極体群20の本体部のサイズを大きくすることができるため、電池100を高エネルギー密度化することができる。図15に示すように、負極タブ群25は、負極集電部60を介して負極端子40と電気的に接続されている。具体的には、負極タブ群25と負極第2集電部62とは接続部Jにおいて接続される(図17参照)。そして、負極第2集電部62は、負極第1集電部61を介して負極端子40と電気的に接続される。
正極端子30は、図15に示すように、封口板14の長辺方向Yの一方の端部(図15の左端部)に形成された端子挿入穴18に挿入されている。正極端子30は、金属製であることが好ましく、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることがより好ましい。一方、負極端子40は、封口板14の長辺方向Yの他方の端部(図15の右端部)に形成された端子挿入穴19に挿入されている。なお、負極端子40は、金属製であることが好ましく、例えば銅または銅合金からなることがより好ましい。これらの電極端子(正極端子30、負極端子40)は、ここでは、電池ケース10の同じ面(具体的には封口板14)からそれぞれ突出している。ただし、正極端子30および負極端子40は、電池ケース10の異なる面からそれぞれ突出していてもよい。また、端子挿入穴18、19に挿入された電極端子(正極端子30、負極端子40)は、かしめ加工などによって封口板14に固定されていることが好ましい。
上述したとおり、正極端子30は、図15に示すように、外装体12の内部で正極集電部50(正極第1集電部51、正極第2集電部52)を介して、各々の電極体の正極22(図15参照)と電気的に接続される。正極端子30は、正極内部絶縁部材70およびガスケット90によって、封口板14と絶縁される。なお、正極内部絶縁部材70は、正極第1集電部51と封口板14との間に介在するベース部70aと、当該ベース部70aから電極体群20側に突出する突出部70bとを備えている。そして、端子挿入穴18を通じて電池ケース10の外部に露出した正極端子30は、封口板14の外部において正極外部導電部材32と接続される。一方、負極端子40は、図15に示すように、外装体12の内部で負極集電部60(負極第1集電部61、負極第2集電部62)を介して、各々の電極体の負極24(図15参照)と電気的に接続される。負極端子40は、負極内部絶縁部材80およびガスケット90によって、封口板14と絶縁される。なお、正極内部絶縁部材70と同様に、負極内部絶縁部材80も、負極第1集電部61と封口板14との間に介在するベース部80aと、当該ベース部80aから電極体群20側に突出する突出部80bとを備えている。そして、端子挿入穴19を通じて電池ケース10の外部に露出した負極端子40は、封口板14の外部において負極外部導電部材42と接続される。そして、上述した外部導電部材(正極外部導電部材32、負極外部導電部材42)と封口板14の外面との間には、外部絶縁部材92が介在している。かかる外部絶縁部材92によって外部導電部材32、42と封口板14とを絶縁できる。また、上述した内部絶縁部材(正極内部絶縁部材70、負極内部絶縁部材80)の突出部70b、80bは、封口板14と電極体群20との間に配置される。かかる内部絶縁部材の突出部70b、80bによって、上方への電極体群20の移動が規制され、封口板14と電極体群20との接触を防止できる。
<電池の製造方法>
次に、本実施形態に係る電池の製造方法について説明する。先ず、ここで開示される電池の製造方法は、捲回電極体を作製する捲回電極体作製工程と、作製した捲回電極体を電池ケース内に配置する配置工程と、を含む。また、本実施形態に係る電池の製造方法は、捲回電極体作製工程において、捲き芯に、セパレータ、第1電極、および第2電極を捲きつけて、捲回体を作製する捲回体作製工程と、該捲回体を扁平状に成形する成形工程と、を包含している。即ち、図1に示すように、本実施形態に係る電池の製造方法は、捲回体作製工程(ステップS1);成形工程(ステップS2);配置工程(ステップS3)を包含する。以下、各ステップについて詳細に説明する。
なお、本実施形態では、第1電極を正極として、ここで開示される技術を正極に適用した場合について説明するが、これに限定されない。第1電極を負極として、ここで開示される技術を負極に適用してもよいし、正極および負極の両方に、ここで開示される技術を適用してもよい。
(ステップS1)捲回体作製工程
本工程では、先ず、長尺状のセパレータ26、正極22(図2Aを参照)、および負極24(図2Bを参照)を準備する。以下、セパレータ26、正極22、負極24の構成について説明する。
図2Aに示すように、正極22は、正極集電体22cと、当該正極集電体22cの少なくとも一方の表面上に固着された正極活物質層22aおよび正極保護層22pと、を有する。ただし、正極保護層22pは必須ではなく、他の実施形態において省略することもできる。正極集電体22cは、帯状である。正極集電体22cは、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ステンレス鋼等の導電性金属からなっている。正極集電体22cは、ここでは金属箔、具体的にはアルミニウム箔である。
また、図2Aに示すように、正極22は、複数の正極タブ22tを備えている。複数の正極タブ22tは、帯状の正極22の長手方向に沿って間隔を置いて(間欠的に)設けられている。正極タブ22tは、正極集電体22cの一部であり、金属箔(アルミニウム箔)からなっている。ただし、正極タブ22tは、正極集電体22cとは別の部材であってもよい。正極タブ22tの少なくとも一部には、正極活物質層22aおよび正極保護層22pが形成されずに、正極集電体22cが露出した領域が形成される。正極タブ22tは台形状であるが、ここで開示される技術は、正極タブが他の形状(例えば、矩形状等)である場合についても適用することができる。いくつかの態様において、正極集電体22cの長尺方向に対する垂直方向における幅(図18の22vを参照)は、例えば10cm以上であり、好ましくは20cm以上であり、より好ましくは25cm以上である。負極集電体24cについても同様である。
また、複数の正極タブ22tのサイズ(長辺方向Yに沿った長さおよび長辺方向Yに直交する幅、図18参照)は、後述する正極集電部50に接続される状態を考慮し、例えばその形成位置等によって、適宜調整することができる。ここでは、湾曲させたときに外方側の端が揃うように、複数の正極タブ22tの各々のサイズが相互に異なっている。なお、ここで開示される技術は、正極タブの各々のサイズが同じ場合についても適用することができる。また、いくつかの態様において、捲回電極体における正極の積層数をM、正極が有する正極タブの枚数をNとしたとき、比(N/M)は、例えば0.5以上であり、好ましくは0.6以上であり、より好ましくは0.8以上であり、さらに好ましくは0.9以上(1でもよい)である。なお、Mは10以上が好ましく、20以上がより好ましく、30以上がさらに好ましい。負極についても同様である。
図2Aに示すように、正極活物質層22aは、帯状の正極集電体22cの長手方向に沿って、帯状に設けられている。正極活物質層22aは、電荷担体を可逆的に吸蔵および放出可能な正極活物質(例えば、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物等のリチウム遷移金属複合酸化物)を含んでいる。正極活物質層22aの固形分全体を100質量%としたときに、正極活物質は、概ね80質量%以上、典型的には90質量%以上、例えば95質量%以上を占めていてもよい。正極活物質層22aは、正極活物質以外の任意成分、例えば、導電材、バインダ、各種添加成分等を含んでいてもよい。導電材としては、例えばアセチレンブラック(AB)等の炭素材料を使用し得る。バインダとしては、例えばポリフッ化ビニリデン(PVdF)等を使用し得る。
図2Aに示すように、正極保護層22pは、長辺方向Yにおいて正極集電体22cと正極活物質層22aとの境界部分に設けられている。正極保護層22pは、ここでは正極集電体22cの捲回軸WLの軸方向の一方の端部(図2Aの上端部)に設けられている。ただし、正極保護層22pは、軸方向の両端部に設けられていてもよい。正極保護層22pは、正極活物質層22aに沿って、帯状に設けられている。正極保護層22pは、無機フィラー(例えば、アルミナ)を含んでいる。正極保護層22pの固形分全体を100質量%としたときに、無機フィラーは、概ね50質量%以上、典型的には70質量%以上、例えば80質量%以上を占めていてもよい。正極保護層22pは、無機フィラー以外の任意成分、例えば、導電材、バインダ、各種添加成分等を含んでいてもよい。導電材およびバインダは、正極活物質層22aに含み得るとして例示したものと同じであってもよい。
図2Bに示すように、負極24は、負極集電体24cと、負極集電体24cの少なくとも一方の表面上に固着された負極活物質層24aと、を有する。負極集電体24cは、帯状である。負極集電体24cは、例えば銅、銅合金、ニッケル、ステンレス鋼等の導電性金属からなっている。負極集電体24cは、ここでは金属箔、具体的には銅箔である。
負極24は、複数の負極タブ24tを備えている。複数の負極タブ24tは、帯状の負極24の長手方向に沿って間隔を置いて(間欠的に)設けられている。負極タブ24tは、負極集電体24cの一部であり、金属箔(銅箔)からなっている。ただし、負極タブ24tは、負極集電体24cとは別の部材であってもよい。負極タブ24tの少なくとも一部には、負極活物質層24aが形成されずに、負極集電体24cが露出した領域が設けられている。負極タブ24tは台形状であるが、ここで開示される技術は、負極タブが他の形状(例えば、矩形状等)である場合についても適用することができる。複数の正極タブ22tと同様に、ここでは、湾曲させたときの外方側の端が揃うように、複数の負極タブ24tの各々サイズが相互に異なっている。なお、ここで開示される技術は、負極タブの各々のサイズが同じ場合についても適用することができる。
図2Bに示すように、負極活物質層24aは、帯状の負極集電体24cの長手方向に沿って、帯状に設けられている。負極活物質層24aは、電荷担体を可逆的に吸蔵および放出可能な負極活物質(例えば、黒鉛等の炭素材料)を含んでいる。負極活物質層24aの固形分全体を100質量%としたときに、負極活物質は、概ね80質量%以上、典型的には90質量%以上、例えば95質量%以上を占めていてもよい。負極活物質層24aは、負極活物質以外の任意成分、例えば、バインダ、分散剤、各種添加成分等を含んでいてもよい。バインダとしては、例えばスチレンブタジエンゴム(SBR)等のゴム類を使用し得る。分散剤としては、例えばカルボキシメチルセルロース(CMC)等のセルロール類を使用し得る。
セパレータ26は、正極22の正極活物質層22aと、負極24の負極活物質層24aと、を絶縁する部材である。セパレータ26としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン樹脂からなる樹脂製の多孔性シートが好適である。セパレータ26は、樹脂製の多孔性シートからなる基材部と、基材部の少なくとも一方の表面上に設けられ、無機フィラーを含む耐熱層(Heat Resistance Layer:HRL)と、を有していてもよい。無機フィラーとしては、例えば、アルミナ、ベーマイト、水酸化アルミニウム、チタニア等を使用し得る。
続いて、図3に示すように、上記準備したセパレータ26、正極22、および負極24を、搬送ローラー202を用いて捲き芯201まで搬送し、該捲き芯201に捲きつけることによって捲回体200を作製する。捲き芯201としては、ここでは円筒状のものを用いている。幅方向Yの一方(図18中の左側)の側縁から正極22の正極タブ22tのみが突出し、かつ、他方(図18中の右側)の側縁から負極24の負極タブ24tのみが突出するように、各々のシートを捲回する。なお、捲回数は、目的とする電池100の性能や製造効率などを考慮して適宜調節することが好ましい。いくつかの態様において、かかる捲回数は20以上、あるいは30以上とすることができる。そして、本実施形態に係る電池の製造方法では、捲回電極体作製工程において、距離G1がG1=0となるように捲回電極体を作製した場合に、距離G2がG2=S(S>0)となる捲回条件に対して、該G2がG2<Sとなるように該G1の値を変更して、捲回電極体を作製することを特徴とする。以下、図5Aおよび図5Bを参照しつつ、G1およびG2の調整について説明する。
先ず、図5Aおよび図5Bの各構成要素について説明する。なお、図5Aおよび図5Bでは、説明し易くするために、電極体20aが備える複数の正極タブ22tのなかでも今回注目したい4枚の正極タブ22t(具体的には、第1タブ22t,第2タブ22t,第3タブ22t,および第4タブ22t)のみを掲載している。換言すると、電極体20aは、図5Aおよび図5Bに掲載されている正極タブ22t以外にも複数のタブを備えている。なお、後述する図11A,図11B,図12,および図13に関しても、注目したい正極タブ22tのみを掲載している。電極体20aは、厚み方向X(換言すると、捲回電極体の積層方向)において、捲回軸WLよりも一方側に存在する第1領域Pと、該捲回軸WLよりも他方側に存在する第2領域Qとを備えている。そして、第1タブ22tは、第1領域Pに存在する正極タブ22tのうち、厚さ方向Xにおいて捲回軸WLに最も近い位置(最も内周側)に存在しており、第2タブ22tは、第2領域Qに存在する正極タブ22tのうち、厚さ方向Xにおいて捲回軸WLに最も近い位置(最も内周側)に存在している。また、第3タブ22tは、第1領域Pに存在する正極タブ22tのうち、厚さ方向Xにおいて捲回軸WLから最も遠い位置(最も外周側)に存在しており、第4タブ22tは、第2領域Qに存在する正極タブ22tのうち、厚さ方向Xにおいて捲回軸WLに最から遠い位置(最も外周側)に存在している。ここで、第1タブ22tの根元幅の中心C1と、第2タブ22tの根元幅の中心C2との、捲回電極体(電極体20a)の厚み方向Xに対する垂直方向Zにおける距離をG1、第3タブ22tの根元幅の中心C3と、第4タブ22tの根元幅の中心C4との、該垂直方向Zにおける距離をG2と表記するものとする。なお、図5Aの27は正極22の捲き始めの端部を示しており、28は正極22の捲き終わりの端部を示している。
詳細については図示していないが、本実施形態では、第3タブ22tの突出方向における長さは、第1タブ22tの突出方向における長さよりも大きく、第4タブ22tの突出方向における長さは、第2タブ22tの突出方向における長さよりも小さい。ここで、正極タブ22tの突出方向における長さとは、正極タブ22tの根元から該正極タブ22tの突出方向(即ち、Y方向)における先端に至るまでの最短距離(図18の22z)を示すものとする。なお、負極24に関しても対応する部分を示すものとする。また、第3タブ22tの根元幅は、第1タブ22tの根元幅よりも大きく、第4タブ22tの根元幅は、第2タブ22tの根元幅よりも小さい。
また、図5Bに示すように、本実施形態では、中心C1は中心C2よりも、捲回軸WLからより離れた位置に存在している。そして、中心C3および中心C4は、捲回軸WLよりも封口板14側に位置している。
図5Aは、G1(図示せず)が0付近となるように捲回電極体を作製した場合に、G2(ここでは、G2’)がS(S>0)となる態様を示している。一方、上述したように、G2が0に近づく程、正極タブ22tの集箔をより確実に実施することができるとされている。そこで、本実施形態では、図5Aの捲回条件で捲回電極体を作製した場合に、G2(ここでは、G2)がSよりも小さくなるようにG1の値を変更する。換言すると、図5Aの捲回条件で捲回電極体を作製した場合に、G2の値がより0に近づくようにG1の値を変更する。なお、図5Bにおいては、かかる変更後のG1をG1と表記している。
ここで、本実施形態では、正極22を捲き芯201に捲きつけ始めるタイミング(以下、単に「捲きつけタイミング」ともいう)を制御することで、G2<S(ここでは、G2<S)の関係を満たすようにG1の値を変更している。具体的には、正極22を捲き芯201に捲きつけるタイミングを早くすることで、G2<S(即ち、G2<S)の関係を満たすようにG1の値を変更している。なお、G2<S(即ち、G2<S)の関係を満たすような捲きつけタイミングは、使用する捲回装置の種類や、セパレータ・正極・負極のサイズ等によって異なるため、当業者は適宜予備試験等を実施することによって、かかる捲きつけタイミングを決定することができる。予備試験の一例としては、先ず、図5Aの捲回条件で得られる捲回電極体のG2(即ち、G2’)の値を測定する。次に、図5Aの捲きつけタイミングよりも遅い捲きつけタイミングを設定し、得られる捲回電極体のG2の値を測定する。そして、G2<Sの関係を満たすような捲きつけタイミングを探索する。このようにして、図5Bに示すような、G2<S(即ち、G2<S)の関係を満たす捲回電極体を得ることができる。
上述したように、G2(ここでは、G2)の値は0により近い値である程好ましい。いくつかの態様において、G2(即ち、G2)の値は、例えば15mm以下であり、好ましくは12mm以下であり、より好ましくは5mm以下であり、さらに好ましくは2mm以下(例えば、1mm以下)である。また、いくつかの態様において、G1(ここでは、G1)の値は、例えば20mm以下であり、好ましくは15mm以下であり、より好ましくは10mm以下であり、さらに好ましくは5mm以下である。なお、G1およびG2の値は、例えば定規等で測定することができる。後述するG3についても同様である。
(ステップS2)成形工程
本工程では、上記ステップS1において作製した捲回体200を扁平状に成形する。具体的には、本実施形態では、図4Aに示すようなプレス機204に捲回体を配置した後、白抜き矢印方向にプレスすることで、図4Bに示すような扁平状の捲回電極体(電極体20a)を得る。ここで、プレス圧は、捲回体の捲回数や大きさ等に応じて適宜調整されることが好ましい。図16に示すように、プレス成形後の扁平形状の捲回電極体は、外表面が湾曲した一対の湾曲部20rと、当該一対の湾曲部20rを連結する外表面が平坦な平坦部20fとを有している。また、図17に示すように、プレス成形後の扁平形状の捲回電極体の幅方向Yにおける一方の端部には、正極タブ22tが積層された正極タブ群23が形成され、他方の端部には、負極タブ24tが積層された負極タブ群25が形成される。そして、捲回電極体の幅方向Yの中央部には、正極活物質層22aと負極活物質層24aとが対向したコア部が形成される。また、プレス成形によって、セパレータ26の表面層と正極22(負極24)とを接着させることができる。
本実施形態では、プレス成形後の捲回電極体(電極体20a)の最外周の面にセパレータ26が配置されており、かかるセパレータ26の捲き終わりの端部に捲止めテープを貼り付けることで、捲回電極体の形状を保持する。捲止めテープとしては、捲回電極体に使用される従来公知のものを特に制限なく用いることができる。なお、図5Bに示すように、本実施形態では、正極22の捲き終わりの端部が電極体20aの湾曲部20rに配置されている。以上のようにして、本実施形態に係る捲回電極体を作製することができる。
続いて、図6、図7に示すような第1合体物を作製する。具体的にはまず、封口板14に、正極端子30と、正極第1集電部51と、正極内部絶縁部材70と、負極端子40と、負極第1集電部61と、負極内部絶縁部材80と、を取り付ける。
正極端子30と正極第1集電部51と正極内部絶縁部材70とは、例えば、かしめ加工(リベッティング)によって封口板14に固定する。かしめ加工は、封口板14の外側の表面と正極端子30との間にガスケット90を挟み、さらに封口板14の内側の表面と正極第1集電部51との間に正極内部絶縁部材70を挟んで行われる。なお、ガスケット90の材質は、正極内部絶縁部材70と同様であってもよい。詳しくは、かしめ加工前の正極端子30を、封口板14の上方から、ガスケット90の貫通孔と、封口板14の端子挿入穴18と、正極内部絶縁部材70の貫通孔と、正極第1集電部51の貫通孔51hと、に順番に挿入して、封口板14の下方に突出させる。そして、上下方向Zに対して圧縮力が加わるように正極端子30の封口板14よりも下方に突出した部分をかしめる。これにより、正極端子30の先端部(図15の下端部)に、かしめ部を形成する。
このようなかしめ加工によって、ガスケット90と封口板14と正極内部絶縁部材70と正極第1集電部51とが封口板14に一体に固定されるとともに、端子挿入穴18がシールされる。なお、かしめ部は、正極第1集電部51に溶接接合されていてもよい。これにより、導通信頼性をさらに向上することができる。
負極端子40と、負極第1集電部61と、負極内部絶縁部材80との固定は、上記した正極側と同様に行うことができる。すなわち、かしめ加工前の負極端子40を、封口板14の上方から、ガスケットの貫通孔と、封口板14の端子挿入穴19と、負極内部絶縁部材80の貫通孔と、負極第1集電部61の貫通孔と、に順番に挿入して、封口板14の下方に突出させる。そして、上下方向Zに対して圧縮力が加わるように負極端子40の封口板14よりも下方に突出した部分をかしめる。これにより、負極端子40の先端部(図15の下端部)に、かしめ部を形成する。
次に、封口板14の外側の表面に、外部絶縁部材92を介して、正極外部導電部材32と負極外部導電部材42とを取り付ける。なお、外部絶縁部材92の材質は、正極内部絶縁部材70と同様であってもよい。また、正極外部導電部材32と負極外部導電部材42とを取り付けるタイミングは、配置工程の後(例えば注液孔15を封止した後)であってもよい。
続いて、上記作製した第1合体物を用いて、図9に示すような第2合体物を作製する。すなわち、封口板14と一体化された電極体群20を作製する。具体的にはまず、図8に示すように、上記ステップS1~S2を経て作製した捲回電極体に、正極第2集電部52および負極第2集電部62の付設したものを3つ用意し、電極体20a、20b、20cとして、短辺方向Xに並べて配置する。このとき、電極体20a、20b、20cは、いずれも、正極第2集電部52が長辺方向Yの一方側(図9の左側)に配置され、負極第2集電部62が長辺方向Yの他方側(図9の右側)に配置されるように、並列に並べてもよい。
次に、図17に示すように複数の正極タブ22tを湾曲させた状態で、封口板14に固定された正極第1集電部51と、電極体20a、20b、20cの正極第2集電部52と、をそれぞれ接合する。また、複数の負極タブ24tを湾曲させた状態で、封口板14に固定された負極第1集電部61と、電極体20a、20b、20cの負極第2集電部62と、をそれぞれ接合する。接合方法としては、例えば、超音波溶接、抵抗溶接、レーザ溶接等の溶接を用いることができる。特に、レーザ等の高エネルギー線の照射による溶接を用いることが好ましい。このような溶接加工によって、正極第2集電部52の凹部および負極第2集電部62の凹部に、それぞれ接合部を形成する。
(ステップS3)配置工程
配置工程では、上記作製した第2合体物を外装体12の内部空間に収容する。図10は、配置工程を説明する模式的な断面図である。具体的には、まず、例えば、ポリエチレン(PE)等の樹脂材料からなる絶縁性の樹脂シートを、袋状または箱状に折り曲げて、電極体ホルダ29を用意する。次に、電極体ホルダ29に電極体群20を収容する。そして、電極体ホルダ29で覆われた電極体群20を、外装体12に挿入する。外装体は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金等の金属材料から構成され得る。電極体群20の重量が重い場合、概ね1kg以上、例えば1.5kg以上、さらには2~3kgである場合は、図10に示すように、外装体12の長側壁12bが重力方向と交差するように(外装体12を横向きに)配置して、電極体群20を外装体12に挿入するとよい。
本実施形態では、上記配置工程を行った後、外装体12の開口部12hの縁部に封口板14を接合して、開口部12hを封止する。封口工程は、配置工程と同時または配置工程の後に行うことができる。封口工程では、外装体12と封口板14とが溶接接合されることが好ましい。外装体12と封口板14との溶接接合は、例えばレーザ溶接等で行うことができる。その後、注液孔15から電解液を注入し、注液孔15を封止部材16で塞ぐことによって、電池100を密閉する。電解液は従来と同様でよく、特に制限はない。電解液は、例えば、非水系溶媒と支持塩とを含有する非水電解液である。非水系溶媒は、例えば、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等のカーボネート類を含んでいる。支持塩は、例えば、LiPF等のフッ素含有リチウム塩である。ただし、電解液は固体状(固体電解質)で、電極体群20と一体化されていてもよい。以上のようにして、電池100を製造することができる。
電池100は各種用途に利用可能であるが、使用時に振動や衝撃等の外力が加わり得る用途、例えば移動体(典型的には、乗用車、トラック等の車両)に搭載されるモータ用の動力源(駆動用電源)として好適に用いることができる。車両の種類は特に限定されないが、例えば、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)、ハイブリッド自動車(HEV)、電気自動車(BEV)等が挙げられる。電池100は、複数の電池100を所定の配列方向に複数個並べて、配列方向から拘束機構で荷重を加えてなる組電池としても好適に用いることができる。
以上、本開示のいくつかの実施形態について説明したが、上記実施形態は一例に過ぎない。本開示は、他にも種々の形態にて実施することができる。本開示は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。特許請求の範囲に記載の技術には、上記に例示した実施形態を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、上記した実施形態の一部を他の変形態様に置き換えることも可能であり、上記した実施形態に他の変形態様を追加することも可能である。また、その技術的特徴が必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することも可能である。
例えば、図11Aは、G1が0付近となるように捲回電極体(電極体120a)を作製した場合に、G2(詳しくは、G2’)がS(S>0)となる態様を示している。第2実施形態では、図11Aの捲回条件に対して、捲きつけタイミングを遅くすることで、G1の値を変更する。なお、図11Bでは、かかる変更後のG1をG1と表記している。このようにして、図11Bに示すような、G2(詳しくは、G2)がSよりも小さい電極体120aを得ることができる。なお、捲きつけタイミングの決定方法に関しては、上記実施形態の説明を参照されたい。
例えば、図12は、第3実施形態に係る捲回電極体(電極体220a)の正極側の端面を模式的に示す図である。図12に示すように、電極体220aは、正極22が、電極体20aの厚み方向Xにおいて、第1タブ22tおよび第3タブ22tの間に第5タブ22t、第2タブ22tおよび第4タブ22tの間に第6タブ22tを備えている。そして、第5タブ22tの根元幅の中心をC5、第6タブ22tの根元幅の中心をC6としたとき、中心C5および中心C6の垂直方向ZにおけるG3(詳しくは、G3)がG2<G3<G1(即ち、G2<G3<G1)となるように調整されている。かかる構成によると、複数の正極タブ22tをより安定的に正極集電部50に接続できるため、好ましい。なお、捲きつけタイミングの決定方法に関しては、上記実施形態の説明を参照されたい。
また、例えば、図13は、第4実施形態に係る捲回電極体(電極体320a)の正極側の端面を模式的に示す図である。図13に示すように、電極体320aは、正極22が、電極体20aの厚み方向Xにおいて、第1タブ22tおよび第3タブ22tの間に第5タブ22t、第2タブ22tおよび第4タブ22tの間に第6タブ22tを備えている。そして、第5タブ22tの根元幅の中心をC5、第6タブ22tの根元幅の中心をC6としたとき、中心C5および中心C6の垂直方向ZにおけるG3(詳しくは、G3)がG2<G3<G1(即ち、G2<G3<G1)となるように調整されている。かかる構成によると、複数の正極タブ22tをより安定的に正極集電部50に接続できるため、好ましい。なお、捲きつけタイミングの決定方法に関しては、上記実施形態の説明を参照されたい。
例えば、上記実施形態では、正極を捲き芯に捲きつけるタイミングを調整することでG1の値を変更しているが、これに限定されない。例えば、(ステップS2)成形工程において捲回体をプレス成形する際に、該捲回体を押しつぶす位置を変更することで、G1の値を変更してもよい。また、正極において複数の正極タブの長手方向の間隔を変更したり、正極を捲き芯に捲きつける際に該正極にかかるテンションを変更したりすることで、G1の値を調整してもよい。あるいは、これらの方法を組み合わせることで、G1の値を調整してもよい。一方、上記列挙したなかでも、G1の値をより簡便に、かつ、再現性よく変更するという観点から、正極を捲き芯に捲きつけるタイミングを調整する方法や、捲回体をプレス成形する際の該捲回体を押しつぶす位置を変更することが好ましい。なお、負極についても同様である。
正極は、正極原板を幅方向に沿って所定の位置で切断することにより作製することが好ましい。正極原板は、複数の正極が長手方向に連なったものである。正極原板は、長手方向に延びる正極集電体上に正極活物質層が形成された領域と、幅方向の端部に設けられた複数の正極タブを有する。正極原板において、各正極タブは所定の間隔を有するように設けられていることが好ましい。正極原板を幅方向に沿って切断することにより、当該切断部の一方側が一つの正極における捲き終わりの端部となり、当該切断部の他方側が他の正極における捲き終わりの端部となる。
ここで、正極原板における切断位置を変えることにより、正極の捲き始めの端部から第1タブまでの距離を変えることができるため、G1の値を変更することができる。当該方法も、G1の値をより簡便に、かつ、再現性よく変更するという観点から好ましい。
なお、正極原板を切断して正極の捲き始めの端部を形成するタイミングは、捲き芯に正極を捲きつける前であれば特に限定されない。捲回電極体製造装置が正極原板の切断機構を有し、捲回電極体製造装置において正極原板を切断してもよい。
なお、負極についても同様である。
例えば、上記実施形態では、捲き芯の形状を円筒状としているが、これに限定されない。ここで開示される技術は、例えば捲き芯の形状が扁平形状である場合についても適用することができる。
例えば、上記実施形態では、ここで開示される技術を捲回電極体の正極側のみに適用しているが、これに限定されない。ここで開示される技術は、捲回電極体の負極側のみに適用されていてもよいし、捲回電極体の正極側および負極側に適用されていてもよい。また、捲回電極体の負極側に関しても、正極側の説明に基づいて負極タブの位置を変更することができる。
例えば、上記実施形態では、同じ電極体を3つ備える態様としているが、これに限定されない。ここで開示される電池は、例えばG2の値が異なる複数の電極体を備えていてもよい。かかる場合、各電極体が有するG2の値は、例えば2mm以下程度(好ましくは。1mm以下程度)である場合が好ましい。
例えば、電池が電極体を2つ含む場合、一方の電極体のG1は、他方の電極体のG1よりも大きい態様とすることもできる。また、2つの電極体のG1の差は、2つの電極体のG2の差よりも大きい態様とすることもできる。
複数の捲回電極体を作製する際に、複数の捲き芯を用いて捲回電極体を作製することが好ましい。これにより生産性を向上できる。複数の捲き芯を用いる場合、各捲き芯の外径が僅かに異なる場合がある。このような場合、各捲き芯で作製する各捲回電極体において第1タブの根元幅の中心と第2タブの根元幅の中心との捲回電極体の厚み方向に対する垂直方向における距離G1を小さくしようとした場合、各捲き芯の外径のバラつきにより、各捲回電極体において、第3タブの根元幅の中心と第4タブの根元幅の中心との捲回電極体の厚み方向に対する垂直方向における距離G2のバラつきが大きくなり易い。これは、第3タブ及び第4タブが最外周側に位置するためである。この場合、各捲き芯で作製される各捲回電極体に関し、距離G2のバラつきが抑制されるよう、捲きつけタイミングを調整することが好ましい。この際、各捲回電極体における距離G1のバラつきは大きくなるようにしてもよい。
また、図19に示すように、複数の捲き芯301、搬送ローラー302を有する捲回電極体製造装置300を用いて、複数の捲回電極体を連続的に作製する場合、特に有効である。ここで、各捲回電極体を作製する際に、タブ形成位置について同一条件で作製された極板を用いることが好ましい。このような極板では、各極板における複数のタブのそれぞれの位置関係が略同一である。
なお、図20に示す捲き芯401のように、捲き芯は、捲き芯の外径を変化させることができるものである場合、捲きとりの際の各捲き芯の外径に僅かにバラつきが生じやすくなるため、特に効果的である。捲き芯の外径を変化させる例として、捲き芯から捲回体を抜きとるときに、捲き芯の外径を捲きとりのときよりも小さくするように変化させることが好ましい。図20に示すように、捲き芯401の外径を変化させる方法としては、捲き芯401が複数の部品(ここでは、第1構成部401aおよび第2構成部401b)からなり、当該複数の部品間の距離を変化させることにより行うことができる。
以上、ここに開示される技術の実施形態について説明した。しかし、上述の説明は例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、上述の説明にて例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
10 電池ケース
12 外装体
14 封口板
15 注液孔
16 封止部材
17 ガス排出弁
18、19 端子挿入穴
20 電極体群
20a~20c 電極体
22 正極
24 負極
26 セパレータ
27 捲き始めの端部
28 捲き終わりの端部
30 正極端子
32 正極外部導電部材
40 負極端子
42 負極外部導電部材
50 正極集電部
60 負極集電部
70 正極内部絶縁部材
80 負極内部絶縁部材
90 ガスケット
92 外部絶縁部材
100 電池
200 捲回体
201,301,401 捲き芯
202,302 搬送ローラー
204 プレス機
300 捲回電極体製造装置
401a 第1構成部
401b 第2構成部

Claims (8)

  1. 第1電極と、該第1電極とは極性が異なる第2電極とが、セパレータを介して捲回された扁平状の捲回電極体と、
    前記捲回電極体を収容する電池ケースと、
    を備えた電池の製造方法であって、
    前記電池において、
    前記捲回電極体の捲回軸方向における一方の端部には、前記第1電極に接続された複数のタブが存在しており、
    前記複数のタブは第1電極集電部に接続されており、
    前記捲回電極体は、該捲回電極体の厚み方向において、捲回軸よりも一方側に存在する第1領域と、該捲回軸よりも他方側に存在する第2領域と、を備えており、
    前記複数のタブは、第1タブ、第2タブ、第3タブ、および第4タブを備えており、
    前記第1タブは、前記第1領域に存在する前記タブのうち、前記捲回電極体の厚み方向において前記捲回電極体の捲回軸に最も近い位置に存在しており、
    前記第2タブは、前記第2領域に存在する前記タブのうち、前記捲回電極体の厚み方向において前記捲回電極体の捲回軸に最も近い位置に存在しており、
    前記第3タブは、前記第1領域に存在する前記タブのうち、前記捲回電極体の厚み方向において前記捲回電極体の捲回軸から最も遠い位置に存在しており、
    前記第4タブは、前記第2領域に存在する前記タブのうち、前記捲回電極体の厚み方向において前記捲回電極体の捲回軸から最も遠い位置に存在しており、
    前記一方の端部において、
    前記第1タブの根元幅の中心と、前記第2タブの根元幅の中心との、前記厚み方向に対する垂直方向における距離をG1、
    前記第3タブの根元幅の中心と、前記第4タブの根元幅の中心との、前記垂直方向における距離がG2と規定されている電池の製造方法であって、
    前記捲回電極体を作製する捲回電極体作製工程と、
    前記作製した捲回電極体を前記電池ケース内に配置する配置工程と、
    を包含しており、
    前記捲回電極体作製工程において、前記G1=0となるように前記捲回電極体を作製した場合に、前記G2がG2=S(S>0)となる捲回条件に対して、前記G2がG2<Sとなるように前記G1の値を変更して、前記捲回電極体を作製する、電池の製造方法。
  2. 前記捲回電極体作製工程は、
    捲き芯に、前記セパレータ、前記第1電極、および前記第2電極を捲きつけて、捲回体を作製する捲回体作製工程と、
    前記捲回体を扁平状に成形する、成形工程と、
    を包含する、請求項1に記載の電池の製造方法。
  3. 前記捲回体作製工程において、前記第1電極を前記捲き芯に捲きつけ始めるタイミングを制御することで、前記G1の値を変更する、請求項2に記載の電池の製造方法。
  4. 前記成形工程において、前記捲回体を扁平状に形成する位置を制御することで、前記G1の値を変更する、請求項2または3に記載の電池の製造方法。
  5. 前記捲き芯に前記第1電極を捲きつける前に、第1電極原板を切断して前記第1電極の捲き始めの端部を形成する切断工程を有し、
    前記切断工程において、前記第1電極原板の切断位置を制御することで、前記G1の値を変更する、請求項2~4のいずれか一項に記載の電池の製造方法。
  6. 前記捲回体作製工程において、複数の前記捲き芯を用いて、複数の前記捲回体を作製する、請求項2~5のいずれか一項に記載の電池の製造方法。
  7. 前記捲回体作製工程において、複数の前記捲き芯を備えた捲回電極体作製装置を用いて、前記捲回体を連続的に作製する、請求項2~6のいずれか一項に記載の電池の製造方法。
  8. 複数の前記捲き芯を用いて複数の前記捲回電極体を作製した場合に、前記複数の捲回電極体におけるそれぞれの前記G2の値が2mm以下となるように制御する、請求項2~7のいずれか一項に記載の電池の製造方法。
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JP2010118315A (ja) * 2008-11-14 2010-05-27 Toshiba Corp 非水電解質電池
KR101137372B1 (ko) * 2009-09-18 2012-04-20 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지용 전극 조립체 제조 방법
KR102368089B1 (ko) 2015-01-28 2022-02-24 삼성에스디아이 주식회사 전극탭을 갖는 전극 어셈블리 및 이차 전지
EP3719821A1 (en) * 2017-02-21 2020-10-07 Manz Italy S.r.l. Machining apparatus and method
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