JP2023102508A - 扁平捲回電極体の製造方法、電池の製造方法及び電池モジュールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】正極終端部の浮き上がりを抑制し、正極終端部付近で正極板と負極板との極板間距離が不均一になるのを抑制する扁平捲回電極体の製造方法等を提供する。【解決手段】帯状の正極板１０と帯状の負極板２０とが一対の帯状のセパレータ３０，４０を介して扁平状に捲回された扁平捲回電極体１の製造方法は、正極板１０と負極板２０とを一対のセパレータ３０，４０を介して円筒状に捲回して、円筒捲回電極体１Ｚを形成する捲回工程Ｓ１１と、円筒捲回電極体１Ｚをプレスし潰して、扁平捲回電極体１を形成するプレス工程Ｓ１２とを備える。プレス工程Ｓ１２は、正極板１０の巻き終わりの正極終端部１０ｅが、扁平捲回電極体１の平坦部２内に位置するようにプレスを行う。【選択図】図６
Description
本発明は、各々帯状をなす正極板、負極板及び一対のセパレータが扁平状に捲回された扁平捲回電極体の製造方法、この扁平捲回電極体を備える電池の製造方法、及び、この電池を備える電池モジュールの製造方法に関する。
従来、電池の電極体として、帯状の正極板と帯状の負極板とが一対の帯状のセパレータを介して扁平状に捲回された扁平捲回電極体が知られている。この扁平捲回電極体は、以下のようにして製造する。即ち、帯状の正極板、帯状のセパレータ、帯状の負極板、帯状のセパレータをこの順に重ねつつ、円筒状に捲回して、円筒捲回電極体を形成する。次にこの円筒捲回電極体をプレスし扁平状に潰して、扁平捲回電極体とすることが行われている。なお、捲回電極体は、正極板よりも負極板を長く、更にこれらよりもセパレータを長くしておき、正極板が巻き終わった後に、負極板が巻き終わり、その後にセパレータが巻き終わる形態とするのが通常である。なお、関連する従来技術として、例えば特許文献１が挙げられる（特許文献１の図１、図２等参照）。
ところで、円筒捲回電極体をプレスする際、円筒捲回電極体を構成する各部材（正極板、負極板及び一対のセパレータ）の巻き終わり終端部の周方向位置、特に負極板及びセパレータによって内部に隠れた状態となる正極板の正極終端部の周方向位置については、考慮されていなかった。このため、プレス装置にセットする際の、円筒捲回電極体の周方向配置の仕方によって、出来上がった扁平捲回電極体において、正極終端部の周方向位置が変動していた。即ち、正極終端部が、扁平捲回電極体のうち平坦部（正極板、負極板及びセパレータが平板状に積み重なった部位）内に位置する扁平捲回電極体が製造される場合もあれば、扁平捲回電極体のうち平坦部の両側にそれぞれ位置するＲ部（正極板、負極板及びセパレータが半円筒状に屈曲しつつ積み重なった部位）内に位置する扁平捲回電極体が製造される場合もあった。
しかるに、正極終端部は、正極板の長手方向の途中部分に比して曲がり難い。このため、正極終端部が扁平捲回電極体のＲ部内に位置している場合には、正極終端部が浮き上がって、正極終端部と、負極板のうち正極終端部の径方向内側に位置して対向する対向部位との距離が大きくなり易く、正極終端部付近で正極板と負極板との間の極板間距離が不均一になり易いことが判ってきた。
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、正極終端部の浮き上がりを抑制し、正極終端部付近で正極板と負極板との極板間距離が不均一になるのを抑制する扁平捲回電極体の製造方法、この扁平捲回電極体を備える電池の製造方法、及び、この扁平捲回電極体を含む電池を複数積層し拘束した電池モジュールの製造方法を提供する。
上記課題を解決するための本発明の一態様は、帯状の正極板と帯状の負極板とが一対の帯状のセパレータを介して扁平状に捲回された扁平捲回電極体の製造方法であって、上記正極板と上記負極板とを上記一対のセパレータを介して円筒状に捲回して、円筒捲回電極体を形成する捲回工程と、上記円筒捲回電極体をプレスし潰して、上記扁平捲回電極体を形成するプレス工程と、を備え、上記プレス工程は、上記正極板の巻き終わりの正極終端部が、上記扁平捲回電極体の平坦部内に位置するようにプレスを行う扁平捲回電極体の製造方法である。
上述の扁平捲回電極体の製造方法では、プレス後に正極板の正極終端部が扁平捲回電極体の平坦部内に位置するように円筒捲回電極体をプレスして、扁平捲回電極体を形成する。これにより、製造されるいずれの扁平捲回電極体においても、正極板の正極終端部を扁平捲回電極体の平坦部内に配置できるので、いずれの扁平捲回電極体においても、正極終端部の浮き上がりを抑制し、正極終端部付近で正極板と負極板との極板間距離が不均一になるのを抑制できる。
更に上記の扁平捲回電極体の製造方法であって、前記捲回工程は、前記正極終端部の周方向位置と、前記一対のセパレータのうち、最後に巻き終わる第１セパレータの第１セパレータ終端部の周方向位置とが、予め定めた周方向位置関係となるように、前記円筒捲回電極体を形成し、前記プレス工程は、上記円筒捲回電極体を、上記第１セパレータ終端部の上記周方向位置が予め定めた周方向位置となる姿勢に配置して、前記プレスを行う扁平捲回電極体の製造方法とすると良い。
捲回電極体においては、通常、正極板の全体がセパレータを介して負極板に対向するように、正極板よりも負極板を長くしている。また正極板と負極板との間を確実に絶縁するために、一対のセパレータは、負極板よりも更に長くしている。このため、円筒捲回電極体において、正極板の正極終端部は、円筒捲回電極体の内部に隠れてしまい、円筒捲回電極体の径方向外側からは視認できない場合が多い。従って、プレス工程において、円筒捲回電極体の外観から、正極終端部の周方向位置を特定するのは困難である場合が多い。
これに対し上述の製造方法では、まず捲回工程において、正極板の正極終端部の周方向位置と、最後に巻き終わる第１セパレータの第１セパレータ終端部の周方向位置とが、予め定めた周方向位置関係となるように円筒捲回電極体を形成しておく。例えば、正極終端部から第１セパレータ終端部までの偏角を＋１８０度とする、或いは＋１５０～＋２１０度の範囲内とするなどが挙げられる。
そしてプレス工程において、第１セパレータ終端部の周方向位置が予め定めた周方向位置となる姿勢に円筒捲回電極体を配置して、これをプレスし、正極終端部を扁平捲回電極体の平坦部内に配置する。第１セパレータ終端部は、円筒捲回電極体の最外周に位置しており、径方向外側から容易に視認できる。従って、第１セパレータ終端部の周方向位置を基準とすることで、容易かつ確実に正極終端部を扁平捲回電極体の平坦部内に配置できる。
そしてプレス工程において、第１セパレータ終端部の周方向位置が予め定めた周方向位置となる姿勢に円筒捲回電極体を配置して、これをプレスし、正極終端部を扁平捲回電極体の平坦部内に配置する。第１セパレータ終端部は、円筒捲回電極体の最外周に位置しており、径方向外側から容易に視認できる。従って、第１セパレータ終端部の周方向位置を基準とすることで、容易かつ確実に正極終端部を扁平捲回電極体の平坦部内に配置できる。
また他の態様は、帯状の正極板と帯状の負極板とが一対の帯状のセパレータを介して扁平状に捲回された扁平捲回電極体を備える電池の製造方法であって、前述した扁平捲回電極体の製造方法により、上記扁平捲回電極体を製造する電極体製造工程と、上記扁平捲回電極体を用いて、上記電池を組み立てる電池組立工程と、を備える電池の製造方法である。
本発明者が調査した結果、正極板の正極終端部が扁平捲回電極体のＲ部内に配置された電池では、使用に伴い、負極板のうち正極終端部付近に、具体的には、負極板のうち、正極終端部の径方向内側に位置して対向する対向部位付近に、極板間を移動して電池反応を担う金属イオンが還元された金属（例えばリチウムイオン二次電池においてはＬｉ）が析出し易いことが判ってきた。
その理由は、前述のように、正極終端部が扁平捲回電極体のＲ部内に位置している場合には、正極終端部が浮き上がって、正極終端部と、負極板の上述の対向部位との距離が大きくなり易い。すると、この部分では、抵抗が局所的に高くなり、負極電位が局所的に低下し、金属析出電位（例えばＬｉ析出電位）よりも低くなる場合がある。これにより、負極板の対向部位付近においてＬｉ析出などの金属析出が生じると考えられる。
その理由は、前述のように、正極終端部が扁平捲回電極体のＲ部内に位置している場合には、正極終端部が浮き上がって、正極終端部と、負極板の上述の対向部位との距離が大きくなり易い。すると、この部分では、抵抗が局所的に高くなり、負極電位が局所的に低下し、金属析出電位（例えばＬｉ析出電位）よりも低くなる場合がある。これにより、負極板の対向部位付近においてＬｉ析出などの金属析出が生じると考えられる。
これに対し、上述の電池の製造方法では、前述した製造方法によって製造した扁平捲回電極体を用いて、電池を組み立てる。このため、製造されるいずれの電池においても、正極終端部の浮き上がりを抑制し、正極終端部付近で正極板と負極板との極板間距離が不均一になるのを抑制できている。従って、いずれの電池においても、負極板のうち正極終端部の径方向内側に位置して対向する対向部位付近で、Ｌｉ析出などの金属析出が生じるのを抑制できる。
なお、「電池」としては、前述の扁平捲回電極体を金属製の電池ケース内に収容した電池や、扁平捲回電極体をラミネートフィルムからなる電池ケース内に収容した電池などが挙げられる。また電池において、扁平捲回電極体の平坦部と電池ケースとは、直接または絶縁フィルムなどを介して密着していてもよいし、扁平捲回電極体の平坦部と電池ケースとの間に隙間があってもよい。
更に上記の電池の製造方法であって、前記電池は、前記扁平捲回状電極体の前記平坦部にそれぞれ対向する一対の主側面部を有し、上記一対の主側面部で上記平坦部を挟圧した状態に、上記扁平捲回状電極体を収容する扁平電池ケースを備えており、前記電池組立工程は、前記扁平捲回状電極体を上記扁平電池ケース内に収容する収容工程を含む電池の製造方法とすると良い。
上述の製造方法で製造される電池は、扁平捲回電極体の平坦部が扁平電池ケースの一対の主側面部で挟圧されている。このため、正極板の正極終端部は外側から押さえられており、正極終端部の浮き上がりがより効果的に抑制できているので、正極終端部の浮き上がりに起因した前述の金属析出をより一層抑制できる。
また他の態様は、帯状の正極板と帯状の負極板とが一対の帯状のセパレータを介して扁平状に捲回された扁平捲回電極体を備える複数の電池が、電池厚み方向に積層され、拘束部により積層方向の外側から拘束されて、各電池の上記扁平捲回電極体の平坦部がそれぞれ電極体厚み方向に圧縮された電池モジュールの製造方法であって、前述した電池の製造方法により、上記電池を製造する電池製造工程と、複数の上記電池を上記電池厚み方向に積層し、上記拘束部により上記積層方向の外側から拘束して、各電池の上記扁平捲回電極体の上記平坦部をそれぞれ上記電極体厚み方向に圧縮した上記電池モジュールを組み立てるモジュール組立工程と、を備える電池モジュールの製造方法である。
上述の電池モジュールの製造方法では、前述した製造方法によって製造した電池を用いて、電池モジュールを製造する。このため、この電池モジュールでは、これに含まれるすべての電池で、正極板の正極終端部の浮き上がりに起因した金属析出を抑制できている。しかも、この電池モジュールでは、各電池が拘束され、扁平捲回電極体の平坦部がそれぞれ電極体厚み方向に圧縮されている。このため、正極終端部は外側から押さえられており、正極終端部の浮き上がりがより効果的に抑制できているので、正極終端部の浮き上がりに起因した金属析出をより一層抑制できる。
なお、「電池モジュール」としては、例えば、複数の電池を直接積層して拘束部で拘束した電池モジュールや、複数の電池をスペーサを介して交互に積層して拘束部で拘束した電池モジュールなどが挙げられる。
（実施形態）
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図１に本実施形態に係る扁平捲回電極体１の断面図を、図２に扁平捲回電極体１を備える電池１００の斜視図を、図３に電池１００を複数積層して拘束した電池モジュール２００の側面図をそれぞれ示す。この電池モジュール２００は、ハイブリッドカーやプラグインハイブリッドカー、電気自動車等の車両などに搭載される電池モジュールである。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図１に本実施形態に係る扁平捲回電極体１の断面図を、図２に扁平捲回電極体１を備える電池１００の斜視図を、図３に電池１００を複数積層して拘束した電池モジュール２００の側面図をそれぞれ示す。この電池モジュール２００は、ハイブリッドカーやプラグインハイブリッドカー、電気自動車等の車両などに搭載される電池モジュールである。
まず扁平捲回電極体１について説明する（図１及び図２参照）。なお、以下では、扁平捲回電極体１の電極体軸線方向ＡＨ、電極体幅方向ＢＨ及び電極体厚み方向ＣＨを、図１及び図２に示す方向と定めて説明する。この扁平捲回電極体１は、扁平な直方体状であり、帯状の正極板１０と帯状の負極板２０とを一対の帯状のセパレータ（第１セパレータ３０及び第２セパレータ４０）を介して扁平状に捲回した電極体である。扁平捲回電極体１は、第１セパレータ３０、負極板２０、第２セパレータ４０及び正極板１０が平板状に電極体厚み方向ＣＨに積み重なった平坦部２と、この平坦部２の電極体幅方向ＢＨの両側にそれぞれ位置し、第１セパレータ３０、負極板２０、第２セパレータ４０及び正極板１０が半円筒状に屈曲しつつ積み重なった一対のＲ部３とを有する。
正極板１０は、帯状のアルミニウム箔からなる正極集電箔１１を有する。この正極集電箔１１の両主面上には、それぞれ、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な正極活物質粒子を含む正極活物質層１２が帯状に形成されている。正極板１０のうち幅方向の片方の端部は、厚み方向に正極活物質層１２が存在せず、正極集電箔１１が厚み方向に露出した正極露出部１０ｄ（図２参照）となっている。この正極露出部１０ｄは、電池１００において、正極端子１２０と電気的に接続される。
扁平捲回電極体１において、正極板１０の巻き終わりの正極終端部１０ｅは、扁平捲回電極体１のうち、平坦部２の電極体幅方向ＢＨのほぼ中央に位置している。このように正極終端部１０ｅが平坦部２内に配置された扁平捲回電極体１では、正極終端部１０ｅの浮き上がりが抑制され、正極終端部１０ｅ付近で正極板１０と負極板２０との極板間距離が不均一になるのを抑制できている。従って、後述する電池１００において、負極板２０のうち正極終端部１０ｅの径方向内側に位置して対向する対向部位２０ａ付近で、Ｌｉ析出が生じるのを抑制できる。
負極板２０は、帯状の銅箔からなる負極集電箔２１を有する。この負極集電箔２１の両主面上には、それぞれ、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な負極活物質粒子を含む負極活物質層２２が帯状に形成されている。負極板２０のうち、幅方向の片方の端部は、厚み方向に負極活物質層２２が存在せず、負極集電箔２１が厚み方向に露出した負極露出部２０ｄ（図２参照）となっている。この負極露出部２０ｄは、電池１００において、負極端子１３０と電気的に接続される。扁平捲回電極体１において、負極板２０の巻き終わり部分は、正極板１０よりも、予め定めた長さΔＬ１だけ長くされており、負極板２０の負極終端部２０ｅは、正極板１０の正極終端部１０ｅよりも後に巻き終わっている。
第１セパレータ３０及び第２セパレータ４０は、それぞれ帯状で樹脂製の多孔質膜からなる。扁平捲回電極体１の最外周は、第１セパレータ３０により形成されており、第１セパレータ３０の巻き終わりの第１セパレータ終端部３０ｅは、図示しない粘着テープにより第１セパレータ３０に固定されている。
扁平捲回電極体１において、第１セパレータ３０及び第２セパレータ４０の巻き終わり部分は、それぞれ負極板２０よりも、予め定めた長さΔＬ２だけ長く（正極板１０よりも、予め定めた長さΔＬ３＝ΔＬ１＋ΔＬ２だけ長く）されており、第１セパレータ３０の第１セパレータ終端部３０ｅ及び第２セパレータ４０の第２セパレータ終端部４０ｅは、それぞれ負極板２０の負極終端部２０ｅよりも後に巻き終わっている。なお、本実施形態では、第１セパレータ終端部３０ｅの周方向位置Ｔ３と第２セパレータ終端部４０ｅの周方向位置Ｔ４とは、同じ位置としたが、第１セパレータ３０を第２セパレータ４０よりも長く巻くようにしても良い。
扁平捲回電極体１において、第１セパレータ３０及び第２セパレータ４０の巻き終わり部分は、それぞれ負極板２０よりも、予め定めた長さΔＬ２だけ長く（正極板１０よりも、予め定めた長さΔＬ３＝ΔＬ１＋ΔＬ２だけ長く）されており、第１セパレータ３０の第１セパレータ終端部３０ｅ及び第２セパレータ４０の第２セパレータ終端部４０ｅは、それぞれ負極板２０の負極終端部２０ｅよりも後に巻き終わっている。なお、本実施形態では、第１セパレータ終端部３０ｅの周方向位置Ｔ３と第２セパレータ終端部４０ｅの周方向位置Ｔ４とは、同じ位置としたが、第１セパレータ３０を第２セパレータ４０よりも長く巻くようにしても良い。
これにより、正極終端部１０ｅの周方向位置Ｔ１と、扁平捲回電極体１の最外周に位置する第１セパレータ終端部３０ｅの周方向位置Ｔ３とが、予め定められたの周方向位置関係となっている。具体的には、本実施形態では、後述するプレス前の円筒捲回電極体１Ｚにおいて、正極終端部１０ｅの周方向位置Ｔ１から第１セパレータ終端部３０ｅの周方向位置Ｔ３までの偏角θが、θ＝＋１８０度程度となっている（図６参照）。
次いで、上述の扁平捲回電極体１を備える電池１００について説明する（図２参照）。なお、以下では、電池１００の電池縦方向ＤＨ、電池横方向ＥＨ及び電池厚み方向ＦＨを、図２示す方向と定めて説明する。この電池１００は、扁平捲回電極体１と、これを内部に収容する扁平電池ケース（以下、単に「ケース」ともいう）１１０と、このケース１１０に支持された正極端子１２０及び負極端子１３０等から構成される。またケース１１０内には、電解液１４０が収容されており、その一部は扁平捲回電極体１内に含浸され、一部はケース１１０の底面部１１３上に溜まっている。また扁平捲回電極体１は、電池縦方向ＤＨの一方側ＤＨ１に開口した袋状の絶縁フィルム１５０に覆われている。
このうちケース１１０は、アルミニウムからなる扁平な直方体箱状である。即ち、ケース１１０は、平行な一対の主側面部（第１主側面部１１１及び第２主側面部１１２）と、これらの間を結ぶ、底面部１１３、上面部１１４及び一対の狭側面部（第１狭側面部１１５及び第２狭側面部１１６）とを有する。このうち第１主側面部１１１及び第２主側面部１１２は、ケース１１０内に収容された扁平捲回状電極体１の平坦部２にそれぞれ対向して、平坦部２を電極体厚み方向ＣＨに挟圧している。これにより、正極板１０の正極終端部１０ｅは外側から押さえられているので、正極終端部１０ｅの浮き上がりが効果的に抑制できている。
ケース１１０は、電池縦方向ＤＨの一方側ＤＨ１に開口１１７ｃを有する有底角筒状のケース本体部材１１７と、このケース本体部材１１７の開口１１７ｃを閉塞する形態で溶接された矩形板状のケース蓋部材１１８とから構成される。ケース本体部材１１７は、絶縁フィルム１５０で覆われた扁平捲回電極体１を収容している。
一方、ケース蓋部材１１８には、複数のアルミニウムの部材から構成される正極端子１２０が、ケース蓋部材１１８と絶縁された状態で固設されている。この正極端子１２０は、ケース１１０の内部で扁平捲回電極体１のうち正極板１０の正極露出部１０ｄに接続し導通する一方、ケース蓋部材１１８を貫通して電池外部まで延びている。またケース蓋部材１１８には、複数の銅の部材から構成される負極端子１３０が、ケース蓋部材１１８と絶縁された状態で固設されている。この負極端子１３０は、ケース１１０の内部で扁平捲回電極体１のうち負極板２０の負極露出部２０ｄに接続し導通する一方、ケース蓋部材１１８を貫通して電池外部まで延びている。
一方、ケース蓋部材１１８には、複数のアルミニウムの部材から構成される正極端子１２０が、ケース蓋部材１１８と絶縁された状態で固設されている。この正極端子１２０は、ケース１１０の内部で扁平捲回電極体１のうち正極板１０の正極露出部１０ｄに接続し導通する一方、ケース蓋部材１１８を貫通して電池外部まで延びている。またケース蓋部材１１８には、複数の銅の部材から構成される負極端子１３０が、ケース蓋部材１１８と絶縁された状態で固設されている。この負極端子１３０は、ケース１１０の内部で扁平捲回電極体１のうち負極板２０の負極露出部２０ｄに接続し導通する一方、ケース蓋部材１１８を貫通して電池外部まで延びている。
次いで、複数の上記電池１００を備える電池モジュール２００について説明する（図３参照）。この電池モジュール２００は、電池厚み方向ＦＨに積層された複数の電池１００を含む電池集合体２１０と、この電池集合体２１０を積層方向ＳＨの外側ＳＨ１から拘束する拘束部２２０とを備える。このうち電池集合体２１０は、複数の電池１００と、絶縁性樹脂からなる複数のスペーサ２１５とが、積層方向ＳＨに交互に列置されている。また、電池集合体２１０を構成する各電池１００は、図示しないバスバを介して電気的に接続されている。
拘束部２２０は、金属からなる一対のエンドプレート２２１と、これらのエンドプレート２２１の間に架け渡されてエンドプレート２２１同士の間をそれぞれ連結する４本の拘束バンド２２２とを有する。エンドプレート２２１は、電池集合体２１０の積層方向ＳＨの外側ＳＨ１にそれぞれ配置されており、電池集合体２１０を積層方向ＳＨに挟持する。拘束バンド２２２は、帯状の金属板からなり、長手方向に伸ばされた状態で、両端部がそれぞれエンドプレート２２１に固定されている。これにより、電池集合体２１０を構成する各電池１００は、それぞれ積層方向ＳＨ（電池厚み方向ＦＨ）に圧縮され、各電池１００の扁平捲回電極体１の平坦部２は、それぞれ電極体厚み方向ＣＨに圧縮されている。
次いで扁平捲回電極体１の製造方法、この扁平捲回電極体１を用いた電池１００の製造方法、及び電池１００を用いた電池モジュール２００の製造方法について説明する（図４～図６参照）。
まず「電池製造工程」Ｓ１のうち「電極体製造工程」Ｓ１０において、扁平捲回電極体１を製造する。即ち、各々ロール状に巻かれた正極板１０、負極板２０、第１セパレータ３０及び第２セパレータ４０を用意し、電極体製造工程Ｓ１０のうち「捲回工程」Ｓ１１において、第１セパレータ３０、負極板２０、第２セパレータ４０及び正極板１０を、この順に重ね、円筒状に捲回して、円筒捲回電極体１Ｚを形成する（図５参照）。
まず「電池製造工程」Ｓ１のうち「電極体製造工程」Ｓ１０において、扁平捲回電極体１を製造する。即ち、各々ロール状に巻かれた正極板１０、負極板２０、第１セパレータ３０及び第２セパレータ４０を用意し、電極体製造工程Ｓ１０のうち「捲回工程」Ｓ１１において、第１セパレータ３０、負極板２０、第２セパレータ４０及び正極板１０を、この順に重ね、円筒状に捲回して、円筒捲回電極体１Ｚを形成する（図５参照）。
この捲回工程Ｓ１１で用いる捲回装置３００は、第１セパレータ供給部３１１と、負極板供給部３１２と、第２セパレータ供給部３１３と、正極板供給部３１４と、負極板切断部３２１と、正極板切断部３２２と、セパレータ切断部３２３と、ロール部３３０と、巻取部３４０とを備える。
このうち各供給部（第１セパレータ供給部３１１、負極板供給部３１２、第２セパレータ供給部３１３及び正極板供給部３１４）は、ロール状に巻かれた各部材（第１セパレータ３０、負極板２０、第２セパレータ４０及び正極板１０）を、それぞれロール部３３０に向けて送り出すように構成されている。
このうち各供給部（第１セパレータ供給部３１１、負極板供給部３１２、第２セパレータ供給部３１３及び正極板供給部３１４）は、ロール状に巻かれた各部材（第１セパレータ３０、負極板２０、第２セパレータ４０及び正極板１０）を、それぞれロール部３３０に向けて送り出すように構成されている。
負極板切断部３２１は、負極板供給部３１２とロール部３３０との間に設けられ、負極板２０を切断可能に構成されている。また正極板切断部３２２は、正極板供給部３１４とロール部３３０との間に設けられ、正極板１０を切断可能に構成されている。またセパレータ切断部３２３は、ロール部３３０と巻取部３４０との間に設けられ、ロール部３３０で重ねられた第１セパレータ３０及び第２セパレータ４０を一挙に切断可能に構成されている。
ロール部３３０は、一対の押圧ロール３３１を有しており、これらのロール間隙において、第１セパレータ３０、負極板２０、第２セパレータ４０及び正極板１０をこの順で連続的に重ね合わせる。
巻取部３４０は、巻取ロール３４１を有しており、ロール部３３０で重ね合わさった第１セパレータ３０、負極板２０、第２セパレータ４０及び正極板１０を、円筒状に巻き取り可能に構成されている。
ロール部３３０は、一対の押圧ロール３３１を有しており、これらのロール間隙において、第１セパレータ３０、負極板２０、第２セパレータ４０及び正極板１０をこの順で連続的に重ね合わせる。
巻取部３４０は、巻取ロール３４１を有しており、ロール部３３０で重ね合わさった第１セパレータ３０、負極板２０、第２セパレータ４０及び正極板１０を、円筒状に巻き取り可能に構成されている。
この捲回装置３００を用いた捲回工程Ｓ１１では、第１セパレータ供給部３１１から送り出された第１セパレータ３０、負極板供給部３１２から送り出された負極板２０、第２セパレータ供給部３１３から送り出された第２セパレータ４０、正極板供給部３１４から送り出された正極板１０は、それぞれロール部３３０に向かう。そして、ロール部３３０の一対の押圧ロール３３１のロール間隙において、第１セパレータ３０、負極板２０、第２セパレータ４０及び正極板１０をこの順に重ね合わせる。その後、これらを巻取部３４０の巻取ロール３４１で円筒状に巻き取って、円筒捲回電極体１Ｚを形成する。その後、図示しない粘着テープにより、円筒捲回電極体１Ｚに第１セパレータ終端部３０ｅを固定する。
円筒捲回電極体１Ｚの巻き終わりにおいては、まず正極板切断部３２２により正極板１０を切断する。次に負極板切断部３２１により、正極板１０の正極終端部１０ｅよりも負極板２０が長さΔＬ１（図１参照）だけ長くなる位置で負極板２０を切断する。次にセパレータ切断部３２３により、負極板２０の負極終端部２０ｅよりも第１セパレータ３０及び第２セパレータ４０がそれぞれ長さΔＬ２だけ長くなる位置（正極板１０の正極終端部１０ｅよりも第１セパレータ３０及び第２セパレータ４０がそれぞれ長さΔＬ３＝ΔＬ１＋ΔＬ２だけ長くなる位置）で（図１参照）、第１セパレータ３０及び第２セパレータ４０を同時に切断する。
このように切断することで、円筒捲回電極体１Ｚにおいて、正極終端部１０ｅの周方向位置Ｔ１と第１セパレータ終端部３０ｅの周方向位置Ｔ３とを、予め定めた周方向位置関係にすることができる。本実施形態では、図６に示すように、正極終端部１０ｅの周方向位置Ｔ１から第１セパレータ終端部３０ｅの周方向位置Ｔ３までの偏角θを、θ＝＋１８０度としている。なお、第１セパレータ３０と第２セパレータ４０を、セパレータ切断部３２３で同時に切断することにより、第１セパレータ終端部３０ｅの周方向位置Ｔ３と第２セパレータ終端部４０ｅの周方向位置Ｔ４とは、同じ位置となっている。
次に電極体製造工程Ｓ１０の「プレス工程」Ｓ１２において、プレス装置４００を用いて、上述の円筒捲回電極体１Ｚをプレスし潰して、扁平捲回電極体１を形成する（図６参照）。このプレス工程Ｓ１２では、正極板１０の正極終端部１０ｅが、扁平捲回電極体１の平坦部２内に位置するようにプレスを行う。
まず円筒捲回電極体１Ｚを下型４２０上に載置する。その際、第１セパレータ３０の第１セパレータ終端部３０ｅの周方向位置Ｔ３が、予め定めた周方向位置ＴＡ（本実施形態では真上の位置）となる姿勢で、円筒捲回電極体１Ｚを下型４２０上に配置する。
まず円筒捲回電極体１Ｚを下型４２０上に載置する。その際、第１セパレータ３０の第１セパレータ終端部３０ｅの周方向位置Ｔ３が、予め定めた周方向位置ＴＡ（本実施形態では真上の位置）となる姿勢で、円筒捲回電極体１Ｚを下型４２０上に配置する。
ここで、円筒捲回電極体１Ｚにおいて、正極板１０の正極終端部１０ｅは、円筒捲回電極体１Ｚの内部に隠れてしまい、円筒捲回電極体１Ｚの径方向外側からは視認できない。従って、円筒捲回電極体１Ｚの外観から、正極終端部１０ｅの周方向位置Ｔ１を特定することは困難である。
これに対し、前述の捲回工程Ｓ１１では、正極終端部１０ｅの周方向位置Ｔ１と、第１セパレータ終端部３０ｅの周方向位置Ｔ３とを、予め定めた周方向位置関係としている。第１セパレータ終端部３０ｅは、円筒捲回電極体１Ｚの最外周にあるため、径方向外側から容易に視認できる。従って、プレス工程Ｓ１２において、プレス装置４００に対し、円筒捲回電極体１Ｚを、第１セパレータ終端部３０ｅの周方向位置Ｔ３が、予め定めた周方向位置ＴＡとなる姿勢に配置することによって、正極終端部１０ｅの周方向位置Ｔ１を、予め定めた周方向位置ＴＢに配置できる。
これに対し、前述の捲回工程Ｓ１１では、正極終端部１０ｅの周方向位置Ｔ１と、第１セパレータ終端部３０ｅの周方向位置Ｔ３とを、予め定めた周方向位置関係としている。第１セパレータ終端部３０ｅは、円筒捲回電極体１Ｚの最外周にあるため、径方向外側から容易に視認できる。従って、プレス工程Ｓ１２において、プレス装置４００に対し、円筒捲回電極体１Ｚを、第１セパレータ終端部３０ｅの周方向位置Ｔ３が、予め定めた周方向位置ＴＡとなる姿勢に配置することによって、正極終端部１０ｅの周方向位置Ｔ１を、予め定めた周方向位置ＴＢに配置できる。
本実施形態では、捲回工程Ｓ１１において、正極終端部１０ｅの周方向位置Ｔ１から第１セパレータ終端部３０ｅの周方向位置Ｔ３までの偏角θを＋１８０度としている。従って、第１セパレータ終端部３０ｅの周方向位置Ｔ３が周方向位置ＴＡ（真上の位置）となる姿勢で、円筒捲回電極体１Ｚを下型４２０上に配置することで、正極終端部１０ｅの周方向位置Ｔ１は周方向位置ＴＢ（本実施形態では真下の位置）に配置することができる。
その後、プレス装置４００の上型４１０と下型４２０との間で、円筒捲回電極体１Ｚを扁平状に押し潰して、扁平捲回電極体１を形成する。これにより、正極終端部１０ｅは、扁平捲回電極体１のうち平坦部２の電極体幅方向ＢＨのほぼ中央に配置される。かくして、正極終端部１０ｅが平坦部２内に配置されて、正極終端部１０ｅの浮き上がりが抑制された扁平捲回電極体１が製造される。
その後、プレス装置４００の上型４１０と下型４２０との間で、円筒捲回電極体１Ｚを扁平状に押し潰して、扁平捲回電極体１を形成する。これにより、正極終端部１０ｅは、扁平捲回電極体１のうち平坦部２の電極体幅方向ＢＨのほぼ中央に配置される。かくして、正極終端部１０ｅが平坦部２内に配置されて、正極終端部１０ｅの浮き上がりが抑制された扁平捲回電極体１が製造される。
次に電池製造工程Ｓ１のうち「電池組立工程」Ｓ２０において、上述の扁平捲回電極体１を用いて、電池１００を組み立てる。
まず電池組立工程Ｓ２０のうち「端子接続工程」Ｓ２１において、ケース蓋部材１１８に正極端子１２０及び負極端子１３０を固設し（図１参照）、更に正極端子１２０及び負極端子１３０を、扁平捲回電極体１のうち正極板１０の正極露出部１０ｄ及び負極板２０の負極露出部２０ｄにそれぞれ溶接して、正極端子１２０及び負極端子１３０を扁平捲回電極体１に電気的に接続する。
まず電池組立工程Ｓ２０のうち「端子接続工程」Ｓ２１において、ケース蓋部材１１８に正極端子１２０及び負極端子１３０を固設し（図１参照）、更に正極端子１２０及び負極端子１３０を、扁平捲回電極体１のうち正極板１０の正極露出部１０ｄ及び負極板２０の負極露出部２０ｄにそれぞれ溶接して、正極端子１２０及び負極端子１３０を扁平捲回電極体１に電気的に接続する。
次に「収容工程」Ｓ２２において、上述の扁平捲回電極体１を袋状の絶縁フィルム１５０で包んで、これらをケース本体部材１１７内に挿入すると共に、ケース本体部材１１７の開口１１７ｃをケース蓋部材１１８で塞ぐ。その後、ケース本体部材１１７とケース蓋部材１１８とを、ケース蓋部材１１８の全周にわたり溶接してケース１１０を形成する。ケース１１０内に収容された扁平捲回電極体１のうち平坦部２は、ケース１１０の第１主側面部１１１及び第２主側面部１１２によって電極体厚み方向ＢＨ挟圧される。このため、正極板１０の正極終端部１０ｅの浮き上がりがより効果的に抑制される。
次に「注液工程」Ｓ２３において、電解液１４０をケース蓋部材１１８の注液孔（不図示）を通じてケース１１０内に注液し、注液孔を封止部材（不図示）で封止する。その後は、この電池１００について、初充電やエージング、各種検査等を行う。かくして、電池１００が製造される。
次に「注液工程」Ｓ２３において、電解液１４０をケース蓋部材１１８の注液孔（不図示）を通じてケース１１０内に注液し、注液孔を封止部材（不図示）で封止する。その後は、この電池１００について、初充電やエージング、各種検査等を行う。かくして、電池１００が製造される。
次に「モジュール組立工程」Ｓ２において、複数の電池１００を電池厚み方向ＦＨに積層し、拘束部２２０で積層方向ＳＨの外側ＳＨ１から拘束して、各電池１００の扁平捲回電極体１の平坦部２をそれぞれ電極体厚み方向ＦＨに圧縮した電池モジュール２００を組み立てる。具体的には、電池厚み方向ＦＨに電池１００とスペーサ２１５とを交互に積層して、電池集合体２１０を形成し、更に電池集合体２１０の積層方向ＳＨの外側ＳＨ１に、拘束部２２０のエンドプレート２２１をそれぞれ重ねる。その後、図示しない押圧治具を用いて、電池集合体２１０及びエンドプレート２２１を積層方向ＳＨの外側ＳＨ１から押圧しつつ、拘束部２２０の拘束バンド２２２をそれぞれエンドプレート２２１に架け渡し固定して、電池集合体２１０を拘束する。次に電池１００同士を、図示しないバスバを用いて電気的に接続する。かくして、電池モジュール２００が完成する。
以上で説明したように、扁平捲回電極体１の製造方法では、プレス後に正極板１０の正極終端部１０ｅが扁平捲回電極体１の平坦部２内に位置するように円筒捲回電極体１Ｚをプレスして、扁平捲回電極体１を形成する。これにより、製造されるいずれの扁平捲回電極体１においても、正極板１０の正極終端部１０ｅを扁平捲回電極体１の平坦部２内に配置できるので、いずれの扁平捲回電極体１においても、正極終端部１０ｅの浮き上がりを抑制し、正極終端部１０ｅ付近で正極板１０と負極板２０との極板間距離が不均一になるのを抑制できる。
更に本実施形態では、まず捲回工程Ｓ１１において、正極板１０の正極終端部１０ｅの周方向位置Ｔ１と第１セパレータ３０の第１セパレータ終端部３０ｅの周方向位置Ｔ３とが、予め定めた周方向位置関係となるように円筒捲回電極体１Ｚを形成しておく。そしてプレス工程Ｓ１２において、円筒捲回電極体１Ｚを、第１セパレータ終端部３０ｅの周方向位置Ｔ３が予め定めた周方向位置ＴＡとなる姿勢に配置して、これをプレスし、正極終端部１０ｅを扁平捲回電極体１の平坦部２内に配置する。第１セパレータ終端部３０ｅは、円筒捲回電極体１Ｚにおいて最外周に存在しており、径方向外側から容易に視認できる。従って、第１セパレータ終端部３０ｅの周方向位置Ｔ３を基準とすることで、容易かつ確実に正極終端部１０ｅを扁平捲回電極体１の平坦部２内に配置できる。
また電池１００の製造方法では、電極体製造工程Ｓ１０で製造した扁平捲回電極体１を用いて、電池１００を組み立てている。このため、製造されるいずれの電池１００においても、正極終端部１０ｅの浮き上がりを抑制し、正極終端部１０ｅ付近で正極板１０と負極板２０との極板間距離が不均一になるのを抑制できている。従って、いずれの電池１においても、負極板２０のうち正極終端部１０ｅの径方向内側に位置して対向する部位付近で、Ｌｉ析出が生じるのを抑制できる。
また電池製造工程Ｓ１で製造される電池１００は、扁平捲回電極体１の平坦部２がケース１１０の一対の主側面部１１１，１１２で挟圧されている。このため、正極板１０の正極終端部１０ｅは外側から押さえられており、正極終端部１０ｅの浮き上がりがより効果的に抑制できているので、正極終端部１０ｅの浮き上がりに起因したＬｉ析出をより効果的に抑制できる。
また電池モジュール２００の製造方法では、電池製造工程Ｓ１で製造した電池１００を用いて、電池モジュール２００を製造している。このため、この電池モジュール２００では、これに含まれるすべての電池１００で、正極終端部１０ｅの浮き上がりに起因したＬｉ析出を抑制できている。しかも、この電池モジュール２００では、各電池１００が拘束され、扁平捲回電極体１の平坦部２がそれぞれ電極体厚み方向ＣＨに圧縮されている。このため、正極終端部１０ｅは外側から押さえられており、正極終端部１０ｅの浮き上がりがより効果的に抑制できているので、正極終端部１０ｅの浮き上がりに起因したＬｉ析出をより一層抑制できる。
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
１ 扁平捲回電極体
１Ｚ 円筒捲回電極体
２ 平坦部
３ Ｒ部
１０ 正極板
１０ｅ 正極終端部
２０ 負極板
２０ｅ 負極終端部
３０ 第１セパレータ
３０ｅ 第１セパレータ終端部
４０ 第２セパレータ
４０ｅ 第２セパレータ終端部
１００ 電池
１１０ 扁平電池ケース（ケース）
１１１ 第１主側面部
１１２ 第２主側面部
２００ 電池モジュール
２１０ 電池集合体
２２０ 拘束部
３００ 捲回装置
４００ プレス装置
ＣＨ 電極体厚み方向
ＦＨ 電池厚み方向
ＳＨ 積層方向
ＳＨ１ （積層方向の）外側
Ｔ１ （正極終端部の）周方向位置
Ｔ３ （第１セパレータ終端部の）周方向位置
ＴＡ，ＴＢ （予め定めた）周方向位置
θ 偏角
Ｓ１ 電池製造工程
Ｓ１０ 電極体製造工程
Ｓ１１ 捲回工程
Ｓ１２ プレス工程
Ｓ２０ 電池組立工程
Ｓ２１ 端子接続工程
Ｓ２２ 収容工程
Ｓ２３ 注液工程
Ｓ２ モジュール組立工程
１Ｚ 円筒捲回電極体
２ 平坦部
３ Ｒ部
１０ 正極板
１０ｅ 正極終端部
２０ 負極板
２０ｅ 負極終端部
３０ 第１セパレータ
３０ｅ 第１セパレータ終端部
４０ 第２セパレータ
４０ｅ 第２セパレータ終端部
１００ 電池
１１０ 扁平電池ケース（ケース）
１１１ 第１主側面部
１１２ 第２主側面部
２００ 電池モジュール
２１０ 電池集合体
２２０ 拘束部
３００ 捲回装置
４００ プレス装置
ＣＨ 電極体厚み方向
ＦＨ 電池厚み方向
ＳＨ 積層方向
ＳＨ１ （積層方向の）外側
Ｔ１ （正極終端部の）周方向位置
Ｔ３ （第１セパレータ終端部の）周方向位置
ＴＡ，ＴＢ （予め定めた）周方向位置
θ 偏角
Ｓ１ 電池製造工程
Ｓ１０ 電極体製造工程
Ｓ１１ 捲回工程
Ｓ１２ プレス工程
Ｓ２０ 電池組立工程
Ｓ２１ 端子接続工程
Ｓ２２ 収容工程
Ｓ２３ 注液工程
Ｓ２ モジュール組立工程
更に上記の電池の製造方法であって、前記電池は、前記扁平捲回電極体の前記平坦部にそれぞれ対向する一対の主側面部を有し、上記一対の主側面部で上記平坦部を挟圧した状態に、上記扁平捲回電極体を収容する扁平電池ケースを備えており、前記電池組立工程は、前記扁平捲回電極体を上記扁平電池ケース内に収容する収容工程を含む電池の製造方法とすると良い。
これにより、正極終端部１０ｅの周方向位置Ｔ１と、扁平捲回電極体１の最外周に位置する第１セパレータ終端部３０ｅの周方向位置Ｔ３とが、予め定められた周方向位置関係となっている。具体的には、本実施形態では、後述するプレス前の円筒捲回電極体１Ｚにおいて、正極終端部１０ｅの周方向位置Ｔ１から第１セパレータ終端部３０ｅの周方向位置Ｔ３までの偏角θが、θ＝＋１８０度程度となっている（図６参照）。
次いで、上述の扁平捲回電極体１を備える電池１００について説明する（図２参照）。なお、以下では、電池１００の電池縦方向ＤＨ、電池横方向ＥＨ及び電池厚み方向ＦＨを、図２に示す方向と定めて説明する。この電池１００は、扁平捲回電極体１と、これを内部に収容する扁平電池ケース（以下、単に「ケース」ともいう）１１０と、このケース１１０に支持された正極端子１２０及び負極端子１３０等から構成される。またケース１１０内には、電解液１４０が収容されており、その一部は扁平捲回電極体１内に含浸され、一部はケース１１０の底面部１１３上に溜まっている。また扁平捲回電極体１は、電池縦方向ＤＨの一方側ＤＨ１に開口した袋状の絶縁フィルム１５０に覆われている。
また電池１００の製造方法では、電極体製造工程Ｓ１０で製造した扁平捲回電極体１を用いて、電池１００を組み立てている。このため、製造されるいずれの電池１００においても、正極終端部１０ｅの浮き上がりを抑制し、正極終端部１０ｅ付近で正極板１０と負極板２０との極板間距離が不均一になるのを抑制できている。従って、いずれの電池１００においても、負極板２０のうち正極終端部１０ｅの径方向内側に位置して対向する部位付近で、Ｌｉ析出が生じるのを抑制できる。
Claims (5)
- 帯状の正極板と帯状の負極板とが一対の帯状のセパレータを介して扁平状に捲回された扁平捲回電極体の製造方法であって、
上記正極板と上記負極板とを上記一対のセパレータを介して円筒状に捲回して、円筒捲回電極体を形成する捲回工程と、
上記円筒捲回電極体をプレスし潰して、上記扁平捲回電極体を形成するプレス工程と、を備え、
上記プレス工程は、
上記正極板の巻き終わりの正極終端部が、上記扁平捲回電極体の平坦部内に位置するようにプレスを行う
扁平捲回電極体の製造方法。 - 請求項１に記載の扁平捲回電極体の製造方法であって、
前記捲回工程は、
前記正極終端部の周方向位置と、前記一対のセパレータのうち、最後に巻き終わる第１セパレータの第１セパレータ終端部の周方向位置とが、予め定めた周方向位置関係となるように、前記円筒捲回電極体を形成し、
前記プレス工程は、
上記円筒捲回電極体を、上記第１セパレータ終端部の上記周方向位置が予め定めた周方向位置となる姿勢に配置して、前記プレスを行う
扁平捲回電極体の製造方法。 - 帯状の正極板と帯状の負極板とが一対の帯状のセパレータを介して扁平状に捲回された扁平捲回電極体を備える電池の製造方法であって、
請求項１または請求項２に記載の扁平捲回電極体の製造方法により、上記扁平捲回電極体を製造する電極体製造工程と、
上記扁平捲回電極体を用いて、上記電池を組み立てる電池組立工程と、を備える
電池の製造方法。 - 請求項３に記載の電池の製造方法であって、
前記電池は、
前記扁平捲回状電極体の前記平坦部にそれぞれ対向する一対の主側面部を有し、上記一対の主側面部で上記平坦部を挟圧した状態に、上記扁平捲回状電極体を収容する扁平電池ケースを備えており、
前記電池組立工程は、
前記扁平捲回状電極体を上記扁平電池ケース内に収容する収容工程を含む
電池の製造方法。 - 帯状の正極板と帯状の負極板とが一対の帯状のセパレータを介して扁平状に捲回された扁平捲回電極体を備える複数の電池が、電池厚み方向に積層され、拘束部により積層方向の外側から拘束されて、各電池の上記扁平捲回電極体の平坦部がそれぞれ電極体厚み方向に圧縮された電池モジュールの製造方法であって、
請求項３または請求項４に記載の電池の製造方法により、上記電池を製造する電池製造工程と、
複数の上記電池を上記電池厚み方向に積層し、上記拘束部により上記積層方向の外側から拘束して、各電池の上記扁平捲回電極体の上記平坦部をそれぞれ上記電極体厚み方向に圧縮した上記電池モジュールを組み立てるモジュール組立工程と、を備える
電池モジュールの製造方法。
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