JP3428452B2 - 渦巻状電極体を備えた電池及びその製造方法 - Google Patents

渦巻状電極体を備えた電池及びその製造方法

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英男 市村
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琢也 大賀
久 塩田
淳 荒金
省二 吉岡
万希子 吉瀬
茂 相原
修 大徳
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    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、渦巻型構造を持
つ電池に用いる電極体の構造及びその製造方法に関する
もので、特に正極及び負極の少なくとも一方とセパレー
タとを接着する渦巻型電池の生産性及び信頼性を向上さ
せるものである。
【0002】
【従来の技術】近年における携帯用電子機器の小型、薄
型化のために、この電子機器の電源として用いる電池、
特に繰り返し充電可能な二次電池に対しての小型、薄型
化及び性能向上が求められてきている。電子機器をより
長時間駆動することができ、軽量で持ち運びが容易でか
つ高容量な電池としてリチウムイオン二次電池が注目さ
れている。そこで本発明ではリチウムイオン二次電池を
例として説明する。
【0003】負極、セパレータ、及び正極からなる電極
体の構造は、ボビン型、積層型、渦巻型が知られている
が、パソコンや携帯電話等の一般の携帯機器には高パル
ス放電が必要であり一般に渦巻型の電極体構造が用いら
れる。
【0004】渦巻型構造の電極体は通常円筒型電池とし
てよく使用されるが、薄型化のためには、偏平状に巻き
取るか、もしくはプレスして平板化する必要がある。こ
のときテープ等を巻いて固定し外装缶に封入するか、電
極とセパレータを接着することで電極形状を維持させる
必要がある。後者は頑丈な外装缶に封入しなくても形状
が維持されるというメリットを有し、また電極とセパレ
ータを接着することで短絡時の安全性も増すというメリ
ットも有する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】渦巻状電極体を作製す
る場合には、渦巻状に巻くための巻芯が必要であり、電
極やセパレータの一部分を巻芯の間に保持して巻芯を回
転させることにより渦巻状電極体を作製するが、接着し
ながら渦巻状に電極を巻くと、電極に塗布された接着剤
が巻芯に付着してしまうために、巻芯が汚れるだけでな
く、巻芯に接着剤が付着して電極に接着剤未塗布部が生
じたり、巻芯に付着した接着剤が他の部位に付着してし
まうという問題が生じる。また固まった接着剤が電極体
内部に混入することで電極間に内部空間が生じたり、セ
パレータを貫通して電極が短絡する原因となる恐れも考
えられる。
【0006】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、接着型渦巻状電極体を作製す
るにあたって接着剤が巻芯に付着するのを防止して、生
産性及び信頼性の高い電池及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の方法に係
る渦巻状電極体を備えた電池の製造方法は、正極及び負
極のうち一方の電極の集電体に、活物質層を形成しない
部位を保有しつつ、上記一方の電極の活物質層を形成す
る工程と、上記活物質層を形成しない部位を含み上記一
方の電極の活物質層上にセパレータを配する工程と、上
記セパレータが配された上記活物質層を形成しない部位
1対の巻芯の間に保持して上記1対の巻芯を回転させ
ることにより上記1対の巻芯を上記セパレータで覆う工
程と、他方の電極の集電体に上記他方の電極の活物質層
を設け、かつ、上記集電体に設けた上記他方の電極の活
物質層の少なくとも一面に接着剤を配した電極を、上記
接着剤により上記セパレータに接着させながら巻き込む
工程と、上記1対の巻芯を抜き取り、プレスして密着さ
せる工程とを備えたことを特徴とするものである。
【0008】本発明の第2の方法に係る渦巻状電極体を
備えた電池の製造方法は、セパレータの中央部を1対の
巻芯の間に保持して上記1対の巻芯を回転させることに
より上記1対の巻芯を上記セパレータで覆う工程と、上
記1対の巻芯のうち一方を覆うセパレータと、上記セパ
レータの中央部より続くセパレータとの間に、両面に正
極活物質層を形成した正極集電体を、上記1対の巻芯の
うち他方を覆うセパレータと、上記セパレータの中央部
より続くセパレータとの間に、両面に負極活物質層を形
成した負極集電体を挿入し、上記正極活物質層、上記負
極活物質層のうち少なくともいずれか1層の上に配した
接着剤により接着しながら巻きこむ工程と、上記1対の
巻芯を抜き取り、プレスして密着させる工程とを備えた
ことを特徴とするものである。
【0009】本発明の第3の方法に係る渦巻状電極体を
備えた電池の製造方法は、上記2の方法において、
対の巻芯を覆うセパレータと、セパレータの中央部より
続くセパレータとの間に挿入される、両面に正極活物質
層を形成した正極集電体、及び両面に負極活物質層を形
成した負極集電体の少なくともいずれかの、上記巻芯に
面する部分には活物質層が形成されていないことを特徴
とするものである。
【0010】本発明の第1の構成に係る渦巻状電極体を
備えた電池は、電極集電体に活物質層を形成した正極及
び負極をセパレータを介して対向配置して捲回させ、上
記正極及び負極の少なくとも一方と上記セパレータとを
接着剤を用いて接着してなる渦巻状電極体を備えた電池
であって、中心部に、上記正極、負極いずれかの電極集
電体と、上記電極集電体の両側に互いに接着されない少
なくとも2層のセパレータとを具備するものである。
た、本発明の第2の構成に係る渦巻状電極体を備えた電
池は、上記第2の方法で製造した渦巻状電極体を備えた
電池であって、中心部に、互いに接着されない少なくと
も3層のセパレータを具備し、さらに上記3層のセパレ
ータの一方の外側に正極集電体が、他方の外側に負極集
電体が配され、上記外側のセパレータが少なくとも一
方、上記正極集電体あるいは上記負極集電体と接着され
ていることを特徴とするものである。
【0011】
【発明の実施の形態】実施の形態1.以下に、図に従っ
て本発明の一実施の形態を説明する。図1(A)、
(B)は本発明の実施形態1で用いられる電極を模式的
に示す断面図であり、(A)は正極、(B)は負極であ
る。図において、1は正極集電端子、2は正極集電体、
3は正極活物質層、4は負極集電端子、5は負極集電
体、6は負極活物質層、7は例えば高分子多孔膜よりな
るセパレータである。また、負極におけるA〜Dは、電
極を巻いて渦巻状電極体にした場合に対向する正極活物
質が存在しないため活物質を塗布・成形(以下、塗工と
いう)していない部分である。すなわちA〜Cは巻芯に
面するため、Dは渦巻状電極体の最外層に当たるため、
対向する正極が存在しない。また、この例ではあらかじ
め負極の両面にセパレータ7を接着している。
【0012】図2〜4は本発明の実施の形態1による電
池の製造方法を説明する断面図である。図において、8
は巻芯、9は接着剤である。まず、図2に示すように、
対向する1対の巻芯8でセパレータ付き負極のA及びB
の部分を挟んで巻芯8を1回転させ、負極のCの部分で
巻芯8を覆う。次に、接着剤9を両面に塗布した正極を
負極間に挿入し巻き込んでいく。図3は接着剤付きの正
極を巻き込んでいった図である。但し、図では接着剤は
記載していない。最外層には負極のD部分が配置されて
いる。その後、巻芯8を抜き取りプレスして密着させ、
図4に示すような渦巻状電極体が得られる。図4の渦巻
状電極体は中心部にセパレータ7付きの負極集電体5す
なわち負極を連続して3層有し、この3層の外周に正極
集電体2と負極集電体5すなわち正極と負極がセパレー
タ7を介して順次巻き込まれている構成となっている。
また、最外層の集電体5の外側には活物質層が形成され
ていない。
【0013】上記のように、本実施の形態によれば、セ
パレータ付き負極で巻芯8を覆った後に接着剤9を塗布
した正極を挿入して巻き込んでいくので、接着剤9塗布
面が巻芯8に触れず巻芯8に接着剤9が付着しにくく、
巻芯8が汚れて巻芯8に付着した接着剤9が他の部分に
付着したり、電極に接着剤9の未塗布部が生じたり、固
まった接着剤9が電極体内部に混入して電極間に内部空
間が生じたりセパレータ7を貫通して電極が短絡する等
の不都合を防止でき、信頼性の高い電池が生産性良く得
られる。また、対向する正極が無く電池反応が期待でき
ない電極(本実施の形態では負極)の巻芯8に面する部
分A,B,Cや電極(本実施の形態では負極)の最外層
の外側は、活物質層を形成しないことで体積エネルギー
密度を向上させることができる。また、正極及び負極の
少なくとも一方(本実施の形態では負極)にセパレータ
を予め接着しておくことにより巻き込みの作業性が向上
する。
【0014】なお、ここでは負極とセパレータ7とを予
め接着してあるが、正極とセパレータとを予め接着し、
負極の一部を巻芯8間に挟んで巻芯を1回転させた後
に、セパレータ付きの正極に接着剤を塗布したものを挿
入し巻き込んでいってもよい。また、正極を図1(B)
のようにパターン塗工して巻芯8に巻きつけた後、負極
に接着剤を塗布して捲回してもよく、この場合もセパレ
ータ7は正極か負極のどちらかに予め接着しておくと巻
き込み作業が容易となる。
【0015】次に、上記のような電極構造及びその製造
方法について具体的な実施例を挙げて説明する。 (正極の作製)LiCoO2からなる正極活物質91重
量部と、導電材としての人造黒鉛6重量部と、結着材と
してのポリフッ化ビニリデン(以下、PVDFと略す)
3重量部をN−メチルピロリドン(以下、NMPと略
す)に分散することにより調整した正極活物質ペースト
を、正極集電体となる厚み20μmのAl箔上にドクタ
ーブレード法により塗布し、正極活物質膜を形成したの
ち乾燥した。更に、裏面にもドクターブレード法により
正極活物質ペーストを塗工し乾燥して、Al箔の両面に
正極活物質膜を形成した後、プレスして厚さ200μm
の正極を作製した。上記作製した正極を、電極寸法49
mm×150mmに切断し、集電端子を溶接するために
正極活性物質ペーストの未塗工部を電極端部に49mm
×5mm設けた。片面の正極活物質膜の厚さは90μm
とした。正極のAl箔の未塗工部分の端部にはリードと
しての厚み0.1mm、幅3mmのAl集電端子を超音
波溶接により取り付け、図1(a)に示すような正極を
作製した。なお、集電体は箔に限らずメッシュでもよ
い。
【0016】(負極の作製)メソフェーズカーボンマイ
クロビーズからなる負極活物質90重量部とPVDF1
0重量部をNMPに分散することにより調整した負極活
物質ペーストを、負極集電体となる厚さ12μmのCu
箔の一方の面にドクターブレード法により図1(b)の
ようにパターン塗工し、負極活物質の塗工部と未塗工部
を持つ負極活物質膜を形成した後乾燥した。更に、裏面
にも負極活物質ペーストをパターン塗工して乾燥し、C
u箔の両面に負極活物質膜を形成した後、プレスして負
極を作製した。次に、作製した負極を電極寸法50mm
×230mmに切断した。未塗工部A及びBは50mm
×25mm、未塗工部Cは50mm×50mm、未塗工
部Dは50mm×55mm、片面の負極活物質膜の厚さ
は90μmとした。未塗工部A及びBは巻芯1と同じ
幅、同じ長さで、未塗工部Cは巻芯1周分と同じ長さ、
未塗工部Dは巻き終えた電極体の最外周の長さである。
なお、未塗工部A〜Dは形成しなくてもかまわないが、
電極活物質の有効利用のため形成した方が望ましい。次
に、負極集電体であるCu箔の未塗工部分Bの端部にリ
ードとして厚み0.1mm、幅3mmのCu集電端子を
超音波溶接により取り付けた。なお、集電端子の取り付
け位置は図1(b)の位置に限らず、例えば未塗工部D
の位置に取り付けてもかまわない。また集電端子はCu
に限らずNi等の導電性金属でもよい。また、集電体は
箔に限らずメッシュでもよい。
【0017】(セパレータ付き負極の作製)セパレータ
として厚さ25μm、幅51mmの多孔性ポリプロピレ
ンシート(ヘキスト社製、商品名セルガード)を使用
し、2枚のセパレータの片面ずつに接着剤を塗布した。
接着剤としてはPVDFを7重量部溶解させ、酸化アル
ミニウム粉末9重量を分散させたNMP溶液を用いた。
この接着剤による接着層は電解液を注液した場合に電解
液を保持し、イオン伝導性を有する接着層を形成する。
その後、接着剤が乾燥する前に上記製作した負極の両面
に密着させ、貼り合わせた後乾燥することで図1(b)
に示すようなセパレータ付き負極を作製した。なお、こ
こでは電極を切断してからセパレータを接着している
が、セパレータを電極に接着してから切断してもよい。
なお、接着剤は一例であり、PVDFに限らず、例えば
ポリビニルアルコールや、ポリビニルブチラート、ポリ
メタクリルサンメチル等の高分子でもよい。また、酸化
アルミニウム粉末は接着層が多孔体になり易いように添
加しており、微粉体であれば黒鉛やシリカゲル等でもよ
いし、必ずしも添加しなくてもよい。また、溶剤もNM
Pに限らず、その濃度も5重量部に限らない。
【0018】(渦巻状電極体の作製)巻芯として幅24
mm、厚さ0.8mmのSUS板を使用し、上記のよう
に作製したセパレータ付き負極の活物質未塗工部A及び
Bを、図2のように対向する二枚の巻芯で挟み、巻芯を
1回転させ負極を巻きつけることで巻芯に接着剤が付着
しないようにした。接着剤として、PVDFを7重量部
溶解させ、酸化アルミニウム9重量を分散させたDMF
溶液を用いた。この接着剤による接着層は電解液を注液
した場合に電解液を保持し、イオン伝導性を有する接着
層を形成する。この接着剤を正極の両面に塗布して、巻
芯に巻きつけた負極の間に挿入し、接着剤を塗布した正
極を巻き込みながら長円状に巻き、巻き終わりをカプト
ンテープで止め、図3に示すような電極体を得た。次
に、巻芯を抜き取り、接着剤が乾燥する前に、荷重をか
けながら真空乾燥を行って図4のような接着平板状渦巻
電極体を作製した。なお、図4では簡単のため電極及び
セパレータの捲回数を実際より少なく示している。この
ように電極やセパレータで巻芯を覆い、接着剤塗布面が
巻芯に触れないようにすることで量産性を向上すること
ができる。
【0019】実施の形態2.図5(a)、(b)は本発
明の実施形態2で用いられる電極を模式的に示す断面図
であり、(a)は正極、(b)は負極である。負極にお
けるE〜Hは、電極を巻いて渦巻状電極体にした場合に
対向する正極活物質が存在しないため活物質の未塗工と
なっている部分である。すなわちG,Fは巻芯8に面す
るため、E,Hは渦巻状電極体の最外層に当たるため、
対向する正極が存在しない。また、この例ではあらかじ
め負極の両面にセパレータ7を接着している。図6及び
7は本発明の実施の形態2による電池の製造方法を説明
する断面図である。本実施の形態では、図6に示すよう
に、セパレータ付き負極の中央部を巻芯8で挟んで巻芯
8を回転させることにより巻芯8をセパレータ付き負極
の活物質未塗工部G及びFで覆った後、図に向かって上
下の負極間にそれぞれ接着剤9を両面に塗布した正極を
挿入して巻き込んでいく。巻き終えたら巻芯8を抜き取
りプレスして密着させ、図7に示すような渦巻状電極体
が得られる。図7の渦巻状電極体は中心部にセパレータ
付き負極を連続して3層有し、この3層の外周に正極と
負極がセパレータ7を介して順次巻き込まれている構成
となっている。また、最外層の集電体5の外側には活物
質層が形成されておらず、この例ではセパレータも配置
されていない。
【0020】本実施の形態においても巻芯8に接着剤が
付着しにくく、実施の形態1の場合と同様に信頼性の高
い電池が生産性よく得られる。また、対極が無く電池反
応が期待できない電極の各部分E〜Hに活物質層を形成
していないので、実施の形態1と同様に体積エネルギー
密度を向上させることができる。さらに、電極体の最外
層にセパレータを配置していないので、金属の外装缶を
用い、最外層の金属集電体と金属外装缶を密着させるこ
とにより、集電端子4を用いなくても外部との導通を得
ることができ、さらに、体積エネルギー密度を向上させ
ることもできる。また、負極をセパレータ7に予め接着
しているので作業性が向上するのも実施の形態1と同様
である。なお、セパレータ7は正極に予め接着してもよ
く、さらに、正極(または負極)を巻芯8に挟んで捲回
したものにセパレータ付きの負極(または正極)の両面
に接着剤を塗布したものを挿入して巻き込んでいっても
よい。
【0021】次に、上記のような電極構造及びその製造
方法について具体的な実施例を挙げて説明する。 (正極の作製)実施の形態1と同様に作製して、49m
m×80mmに切断した正極を2枚用意し、それぞれに
集電端子を溶接するための正極活物質未塗工部を電極端
部に49mm×5mm設けた。正極のAl箔集電体の活
物質未塗工部分の端部にはリードとしての厚み0.1m
m幅、3mmのAl集電端子を超音波溶接により取り付
け、図5(a)に示すような正極を作製した。
【0022】(セパレータ付き負極の作製)実施の形態
1と同様にして図5(b)のような活物質塗工パターン
構造を持つ負極を作製した。電極寸法は50mm×24
0mmとした。活物質未塗工部E及びHは50mm×3
0mm、活物質未塗工部F及びGは50mm×50mm
とした。未塗工部Gの部分にはリードとして厚み0.1
mm、幅3mmのCu集電端子を超音波溶接により取り
付けた。なお。集電端子の取り付け位置は活物質未塗工
部Gに限らない。次に、実施の形態1と同様の、2枚の
セパレータの片面ずつにPVDFを5重量部溶解させた
NMP溶液を接着剤として塗布した。その後、接着剤が
乾燥する前に上記作製した負極の両面に密着させ、貼り
合わせて乾燥することでセパレータ付き負極を形成し
た。なお、ここでは電極を切断してからセパレータを接
着しているが、セパレータを負極に接着してから電極を
切断してもよい。
【0023】(渦巻状電極体の作製)巻芯として幅24
mm、厚さ0.8mmのSUS板を使用し、上記のよう
に作製したセパレータ付き負極の活物質未塗工部F及び
Gを、両端に張力をかけた状態で、図6のように対向す
る二枚の巻芯で挟み、巻芯を半周回転させ負極を巻きつ
けることで巻芯に接着剤が付着しないようにした。2枚
の正極の両面にPVDFを5重量部溶解させたNMP溶
液を接着剤として塗布して、巻芯に巻きつけた負極の間
にそれぞれ挿入し、接着剤を塗布した正極を挟んで巻き
込みながら長円状に巻き、巻芯を抜き取って、接着剤が
乾燥する前に、荷重をかけながら真空乾燥を行って図7
のような接着平板状渦巻電極体を作製した。なお、接着
剤は一例であり、PVDFに限らず、溶剤もNMPに限
らない。また、濃度も5重量部に限らない。
【0024】実施の形態3.図8(a)、(b)は本発
明の実施形態3で用いられる電極を模式的に示す断面図
であり、(a)は正極、(b)は負極である。負極にお
けるI〜Kは、電極を巻いて渦巻状電極体にした場合に
対向する正極活物質が存在しないため活物質の未塗工と
なっている部分である。すなわちI,Jは巻芯8に面す
るため、Kは渦巻状電極体の最外層に当たるため、対向
する正極が存在しない。また、この例ではあらかじめ負
極の両面にセパレータ7を接着している。図9及び10
は本発明の実施の形態3による電池の製造方法を説明す
る断面図である。本実施の形態では、図9に示すよう
に、1対の巻芯8が横に並んで配置されており、セパレ
ータ付き負極中央の活物質未塗工部I及びJを巻芯8の
間に保持して巻芯8を回転させることにより巻芯8をセ
パレータ付き負極で覆った後、図に向かって上下の負極
間にそれぞれ接着剤9を両面に塗布した正極を挿入して
巻き込んでいく。巻き終えたら巻芯8を抜き取りプレス
して密着させ、図10に示すような渦巻状電極体が得ら
れる。図10の渦巻状電極体は中心部にセパレータ付き
負極を連続して3層有し、この3層の外周に正極と負極
がセパレータ7を介して順次巻き込まれている構成とな
っている。また、最外層の集電体5の外側には活物質層
が形成されていない。
【0025】本実施の形態においても巻芯8に接着剤が
付着しにくく、実施の形態1の場合と同様に信頼性の高
い電池が生産性よく得られる。また、対極が無く電池反
応が期待できない電極の各部分I〜Kに活物質層を形成
していないので、実施の形態1と同様に体積エネルギー
密度を向上させることができる。さらに、負極をセパレ
ータ7に予め接着しているので作業性が向上するのも実
施の形態1と同様である。なお、セパレータ7は正極に
予め接着してもよく、さらに、正極(または負極)を巻
芯8に挟んで捲回したものにセパレータ付きの負極(ま
たは正極)の両面に接着剤を塗布したものを挿入して巻
き込んでいってもよい。
【0026】次に、上記のような電極構造及びその製造
方法について具体的な実施例を挙げて説明する。 (正極の作製)実施の形態1と同様に作製して、49m
m×80mm及び49mm×110mmに切断した2枚
の正極を用意し、それぞれに集電端子を溶接するための
正極活物質未塗工部を電極端部に49mm×5mm設け
た。正極のAl箔集電体の活物質未塗工部分の端部には
リードとしての厚み0.1mm、幅3mmのAl集電端
子を超音波溶接により取り付け、図8(a)に示すよう
な正極を作製した。
【0027】(セパレータ付き負極の作製)実施の形態
1と同様にして図8(b)のような活物質塗工パターン
構造を持つ負極を作製した。電極寸法は50mm×27
0mmとした。負極活物質未塗工部I及びJは50mm
×50mm、未塗工部Kは50mm×60mmとした。
未塗工部J部分にはリードとして厚み0.1mm、幅3
mmのCu集電端子を超音波溶接により取り付けた。な
お、集電端子の取り付け位置は活物質未塗工部Jの位置
に限らず、例えば未塗工部Kの部分でもよい。次に、実
施の形態1と同様の、2枚のセパレータの片面ずつにP
VDFを5重量部溶解させたNMP溶液を接着剤として
塗布した。その後、接着剤が乾燥する前に上記作製した
負極の両面に密着させ、貼り合わせて乾燥することでセ
パレータ付き負極を形成した。なお、ここでは電極を切
断してからセパレータを接着しているが、セパレータを
負極に接着してから電極を切断してもよい。
【0028】(渦巻状電極体の作製)巻芯として幅24
mm、厚さ0.8mmのSUS板を使用し、上記作製し
たセパレータ付き負極の活物質未塗工部I及びJの部分
を、両端に張力をかけた状態で、図9のように二枚の巻
芯の間に保持し、巻芯を半周回転させて負極を巻きつけ
ることで巻芯に接着剤が付着しないようにした。2種類
の正極の両面にそれぞれPVDFを5重量部溶解させた
NMP溶液を接着剤として塗布して、巻芯に巻きつけた
負極の間に挿入し、接着剤を塗布した正極を挟んで巻き
込みながら長円状に巻き、巻芯を抜き取って、接着剤が
乾燥する前に、荷重をかけながら真空乾燥を行って図1
0のような接着平板状渦巻電極体を作製した。なお、図
10では簡単のため電極及びセパレータの捲回数を実際
より少なく示している。なお、接着剤は一例であり、P
VDFに限らず、溶剤もNMPに限らない。また、濃度
も5重量部に限らない。
【0029】実施の形態4.図11(a)、(b)は本
発明の実施形態4で用いられる電極を模式的に示す断面
図であり、(a)は正極、(b)は負極である。各電極
におけるL,Mは、電極を巻いて渦巻状電極体にした場
合に巻芯8に面し、対向する正極活物質が存在しないた
め活物質の未塗工となっている部分である。図12及び
13は本発明の実施の形態4による電池の製造方法を説
明する断面図である。本実施の形態では、図12に示す
ように、セパレータ7の中央部を対向する1対の巻芯8
で挟んで巻芯8を回転させることにより巻芯8をセパレ
ータ7で覆った後、図に向かって上下のセパレータ7間
にそれぞれ接着剤を両面に塗布した正極及び負極を挿入
して巻き込んでいく。巻き終えたら巻芯8を抜き取りプ
レスして密着させ、図13に示すような渦巻状電極体が
得られる。図13の渦巻状電極体は中心部にセパレータ
7を連続して3層有し、この3層の外周に正極と負極が
セパレータ7を介して順次巻き込まれている構成となっ
ている。本実施の形態においても巻芯8に接着剤が付着
しにくく、実施の形態1の場合と同様に信頼性の高い電
池が生産性よく得られる。また、対極が無く電池反応が
期待できない電極の部分M,Lに活物質層を形成してい
ないので、実施の形態1と同様に体積エネルギー密度を
向上させることができる。
【0030】次に、上記のような電極構造及びその製造
方法について具体的な実施例を挙げて説明する。 (正極の作製)実施の形態1と同様にして、図11
(a)のような活物質塗工パターンを持つ正極を作製し
た。電極寸法は49mm×150mmとした。活物質未
塗工部Lは49mm×35mmとした。また、活物質未
塗工部Lの裏面には集電端子を溶接するための正極活物
質未塗工部を49mm×5mm設け、端部にリードとし
て厚さ0.1mm、幅3mmのAl集電端子を超音波溶
接により取り付けた。
【0031】(負極の作製)実施の形態1と同様にし
て、図11(b)のような活物質塗工パターンを持つ正
極を作製した。電極寸法は50mm×180mmとし
た。活物質未塗工部Mは50mm×27mmとした。ま
た、活物質未塗工部Mの裏面には集電端子を溶接するた
めの正極活物質未塗工部を50mm×5mm設け、端部
にリードとして厚さ0.1mm、幅3mmのCu集電端
子を超音波溶接により取り付けた。
【0032】(渦巻状電極体の作製)巻芯として幅24
mm、厚さ0.8mmのSUS板を使用し、幅が52m
mであること以外は実施の形態1と同様のセパレータを
両端に張力をかけた状態で、図12のように対向する2
枚の巻芯で挟み込み、巻芯を半周回転させてセパレータ
を巻き付けることで巻芯に接着剤が付着しないようにし
た。次に、PVDFを5重量部溶解させたNMP溶液を
接着剤としてそれぞれ両面に塗布した正極及び負極を、
巻芯に巻き付けたセパレータの間にそれぞれ挿入し、正
極と負極をセパレータを介して交互に巻き込みながら長
円状に巻き、余ったセパレータを切断して端部をポリイ
ミドテープで固定した。その後、接着剤が乾燥する前
に、荷重をかけながら真空乾燥を行って、図13のよう
な接着平板状渦巻電極体を作製した。なお、電極体の最
外周では負極の外側にセパレータが配置されており、最
外周の負極外側の活物質層が形成されているが、必要に
応じて活物質未塗工部としてもよい。また、接着剤は一
例であり、PVDFに限らず、溶剤もNMPに限らな
い。また、濃度も5重量部に限らない。
【0033】
【発明の効果】以上のように、本発明の第1の方法に係
る渦巻状電極体を備えた電池の製造方法は、正極及び負
極のうち一方の電極の集電体に、活物質層を形成しない
部位を保有しつつ、上記一方の電極の活物質層を形成す
る工程と、上記活物質層を形成しない部位を含み上記一
方の電極の活物質層上にセパレータを配する工程と、上
記セパレータが配された上記活物質層を形成しない部位
1対の巻芯の間に保持して上記1対の巻芯を回転させ
ることにより上記1対の巻芯を上記セパレータで覆う工
程と、他方の電極の集電体に上記他方の電極の活物質層
を設け、かつ、上記集電体に設けた上記他方の電極の活
物質層の少なくとも一面に接着剤を配した電極を、上記
接着剤により上記セパレータに接着させながら巻き込む
工程と、上記1対の巻芯を抜き取り、プレスして密着さ
せる工程とを備えたので、巻芯に接着剤が付着するのを
防止して電池の生産性向上させることができる。さら
に製造された渦巻状電極体を備えた電池の信頼性を向上
できるとともに、体積エネルギー密度を向上させること
ができる。
【0034】本発明の第2の方法に係る渦巻状電極体を
備えた電池の製造方法は、セパレータの中央部を1対の
巻芯の間に保持して上記1対の巻芯を回転させることに
より上記1対の巻芯を上記セパレータで覆う工程と、上
記1対の巻芯のうち一方を覆うセパレータと、上記セパ
レータの中央部より続くセパレータとの間に、両面に正
極活物質層を形成した正極集電体を、上記1対の巻芯の
うち他方を覆うセパレータと、上記セパレータの中央部
より続くセパレータとの間に、両面に負極活物質層を形
成した負極集電体を挿入し、上記正極活物質層、上記負
極活物質層のうち少なくともいずれか1層の上に配した
接着剤により接着しながら巻きこむ工程と、上記1対の
巻芯を抜き取り、プレスして密着させる工程とを備えた
ので、巻芯に接着剤が付着するのを防止して電池の生産
性を向上させることができるとともに、渦巻状電極体を
接着一体化することにより、電極形状を維持でき、軽量
かつ安全性の高い大容量の電池を得ることができる。
【0035】本発明の第3の方法に係る渦巻状電極体を
備えた電池の製造方法は、上記2の方法において、
対の巻芯を覆うセパレータと、セパレータの中央部より
続くセパレータとの間に挿入される、両面に正極活物質
層を形成した正極集電体、及び両面に負極活物質層を形
成した負極集電体の少なくともいずれかの、上記巻芯に
面する部分には活物質層が形成されていないようにした
ので、体積エネルギー密度を向上させることができる。
【0036】本発明の第1の構成に係る渦巻状電極体を
備えた電池は、電極集電体に活物質層を形成した正極及
び負極をセパレータを介して対向配置して捲回させ、上
記正極及び負極の少なくとも一方と上記セパレータとを
接着剤を用いて接着してなる渦巻状電極体を備えた電池
であって、中心部に、上記正極、負極いずれかの電極集
電体と、上記電極集電体の両側に互いに接着されない少
なくとも2層のセパレータとを具備したので、巻芯に接
着剤が付着するのを防止して電池の生産性向上させる
ことができる。さらに製造された渦巻状電極体を備えた
電池の信頼性を向上できるとともに、体積エネルギー密
度を向上させることができる。また本発明の第2の構成
に係る渦巻状電極体を備えた電池は、上記本発明の第2
の方法で製造した渦巻状電極体を備えた電池であって、
中心部に、互いに接着されない少なくとも3層のセパレ
ータを具備し、さらに上記3層のセパレータの一方の外
側に正極集電体が、他方の外側に負極集電体が配され、
上記外側のセパレータが少なくとも一方、上記正極集電
体あるいは上記負極集電体と接着されているので、巻芯
に接着剤が付着するのを防止して電池の生産性を向上さ
せることができるとともに、渦巻状電極体を接着一体化
することにより、電極形状を維持でき、軽量かつ安全性
の高い大容量の電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1で用いられる電極を模
式的に示す断面図であり、(A)は正極、(B)は負極
である。
【図2】 本発明の実施の形態1による電池の製造方法
を説明する断面図である。
【図3】 本発明の実施の形態1による電池の製造方法
を説明する断面図である。
【図4】 本発明の実施の形態1による電池の製造方法
を説明する断面図である。
【図5】 本発明の実施の形態2で用いられる電極を模
式的に示す断面図であり、(a)は正極、(b)は負極
である。
【図6】 本発明の実施の形態2による電池の製造方法
を説明する断面図である。
【図7】 本発明の実施の形態2による電池の製造方法
を説明する断面図である。
【図8】 本発明の実施の形態3で用いられる電極を模
式的に示す断面図であり、(a)は正極、(b)は負極
である。
【図9】 本発明の実施の形態3による電池の製造方法
を説明する断面図である。
【図10】 本発明の実施の形態3による電池の製造方
法を説明する断面図である。
【図11】 本発明の実施の形態4で用いられる電極を
模式的に示す断面図であり、(a)は正極、(b)は負
極である。
【図12】 本発明の実施の形態4による電池の製造方
法を説明する断面図である。
【図13】 本発明の実施の形態4による電池の製造方
法を説明する断面図である。
【符号の説明】
1 正極集電端子、2 正極集電体、3 正極活物質
層、4 負極集電端子、5 負極集電体、6 負極活物
質層、7 セパレータ、8 巻芯、9 接着剤、A〜M
活物質の未塗工部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市村 英男 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三菱電機株式会社内 (72)発明者 川口 憲治 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三菱電機株式会社内 (72)発明者 森安 雅治 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三菱電機株式会社内 (72)発明者 岡村 将光 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三菱電機株式会社内 (72)発明者 大賀 琢也 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三菱電機株式会社内 (72)発明者 塩田 久 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三菱電機株式会社内 (72)発明者 荒金 淳 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三菱電機株式会社内 (72)発明者 吉岡 省二 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三菱電機株式会社内 (72)発明者 吉瀬 万希子 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三菱電機株式会社内 (72)発明者 相原 茂 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三菱電機株式会社内 (72)発明者 大徳 修 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三菱電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−223841(JP,A) 特開 平10−12264(JP,A) 特開 平10−172537(JP,A) 特開 平10−172606(JP,A) 特開 平11−265706(JP,A) 特開 平7−320770(JP,A) 特開 平10−275628(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/04 H01M 4/04 H04M 10/40

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極及び負極のうち一方の電極の集電体
    に、活物質層を形成しない部位を保有しつつ、上記一方
    の電極の活物質層を形成する工程と、上記活物質層を形
    成しない部位を含み上記一方の電極の活物質層上にセパ
    レータを配する工程と、上記セパレータが配された上記
    活物質層を形成しない部位を1対の巻芯の間に保持して
    上記1対の巻芯を回転させることにより上記1対の巻芯
    上記セパレータで覆う工程と、他方の電極の集電体に
    上記他方の電極の活物質層を設け、かつ、上記集電体に
    設けた上記他方の電極の活物質層の少なくとも一面に接
    着剤を配した電極を、上記接着剤により上記セパレータ
    に接着させながら巻き込む工程と、上記1対の巻芯を抜
    き取り、プレスして密着させる工程とを備えたことを特
    徴とする渦巻状電極体を備えた電池の製造方法。
  2. 【請求項2】 セパレータの中央部を1対の巻芯の間に
    保持して上記1対の巻芯を回転させることにより上記1
    対の巻芯を上記セパレータで覆う工程と、上記1対の巻
    芯のうち一方を覆うセパレータと、上記セパレータの中
    央部より続くセパレータとの間に、両面に正極活物質層
    を形成した正極集電体を、上記1対の巻芯のうち他方を
    覆うセパレータと、上記セパレータの中央部より続くセ
    パレータとの間に、両面に負極活物質層を形成した負極
    集電体を挿入し、上記正極活物質層、上記負極活物質層
    のうち少なくともいずれか1層の上に配した接着剤によ
    り接着しながら巻きこむ工程と、上記1対の巻芯を抜き
    取り、プレスして密着させる工程とを備えたことを特徴
    とする渦巻状電極体を備えた電池の製造方法。
  3. 【請求項3】 1対の巻芯を覆うセパレータと、セパレ
    ータの中央部より続くセパレータとの間に挿入される両
    面に正極活物質層を形成した正極集電体、及び両面に負
    極活物質層を形成した負極集電体の少なくともいずれか
    の、上記巻芯に面する部分には活物質層が形成されてい
    ないことを特徴とする請求項2記載の渦巻状電極体を備
    えた電池の製造方法。
  4. 【請求項4】 電極集電体に活物質層を形成した正極及
    び負極をセパレータを介して対向配置して捲回させ、上
    記正極及び負極の少なくとも一方と上記セパレータとを
    接着剤を用いて接着してなる渦巻状電極体を備えた電池
    であって、中心部に、上記正極、負極いずれかの電極集
    電体と、上記電極集電体の両側に互い に接着されない少
    なくとも2層のセパレータとを具備する渦巻状電極体を
    備えた電池。
  5. 【請求項5】 請求項2記載の渦巻状電極体を備えた電
    池の製造方法で製造した渦巻状電極体を備えた電池であ
    って、中心部に、互いに接着されない少なくとも3層の
    セパレータを具備し、さらに上記3層のセパレータの一
    方の外側に正極集電体が、他方の外側に負極集電体が配
    され、上記外側のセパレータが少なくとも一方、上記正
    極集電体あるいは上記負極集電体と接着されていること
    を特徴とする渦巻状電極体を備えた電池。
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