JP6038803B2 - 渦巻電極体を備えた電池及びその製造方法 - Google Patents
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Description
巻芯にセパレータを巻き付け、前記セパレータが2重以上に重なった領域を形成する巻き付け工程と、前記セパレータが2重以上に重なった領域に、凸部が形成された治具を押し当て、当該領域のセパレータ相互を圧着する圧着工程と、前記圧着工程の後、正極板及び負極板を前記巻芯に供給し、前記正極板及び前記負極板に前記セパレータを介して渦巻状に巻き取る巻き取り工程と、前記巻き取り工程の後、渦巻状に巻き取られた巻取体から前記巻芯を取り除き、渦巻電極体となす巻芯除去工程と、を備える渦巻電極体を備えた電池の製造方法。
正極板及び負極板がセパレータを介して渦巻状に巻き取られた渦巻電極体を備えた電池において、前記渦巻電極体の巻回中心側に、前記セパレータが2重以上に重なった領域を有し、前記セパレータが2重以上に重なった領域には、外側に位置するセパレータが巻回中心側に凸形状となって巻回中心側に位置するセパレータと圧着された圧着部が設けられていることを特徴とする。
図1(b)に示すように、スリット1aに2枚のセパレータ2を通し、端部を巻芯1の一方の分割部材1c側に押しつける。
まず、図1(c)に示すように、巻芯1を1周回転させ、スリットにより分割された巻芯1の一方の分割部材1bにセパレータ2を巻きつけるとともに、セパレータ2の端部をその外側に巻きつけられたセパレータ2により固定する。
このとき、治具4を構成するローレット加工が施されたローラ13を、巻芯1に巻き付けられたセパレータ2(2枚重なっている領域)に押しつけ、これらを圧着する。この後、ローレット加工が施されたローラ13を巻芯1に巻き付けられたセパレータ2に押し当てた状態で、さらに巻芯1を回転させる(図1(d)参照)。ここで、ローラ13に形成されたローレット加工部における突起の一つ一つが本発明における凸部を構成する。圧着工程は常温で行っているため、セパレータ同士の圧着部では、熱溶着を行った場合のようにセパレータは溶融していない。
次に、正負電極板を、それぞれの両面にセパレータ2が配されるように供給し、巻芯1をさらに回転させ、正負電極板を巻き取っていき、巻芯に巻き取られた状態の巻取体3が作製される(図2参照)。
次に、巻取体3から巻芯1を取り除いて、渦巻電極体が完成する。
[正極板の作製]
正極活物質としてのコバルト酸リチウム(LiCoO2)と、導電剤としての炭素粉末と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)のN-メチルピロリドン(NMP)溶液と、を、固形分質量比が、コバルト酸リチウム:炭素粉末:ポリフッ化ビニリデン=94:3:3となるように混練し、正極活物質スラリーを作製した。この正極スラリーを正極芯体としてのアルミニウム合金箔の両面に塗布した後、乾燥させてスラリー作製時に溶媒として使用したNMPを除去し、正極芯体上に正極活物質層を形成した。このとき、正極芯体の長手方向に沿って一方端部には両面に正極活物質層を形成せず、芯体を露出させた芯体露出部とした。その後、圧延ロールを用いて圧延し、所定寸法に切断し、長さ4000mm、幅110mmの正極板を作製した。
負極活物質としての黒鉛粒子と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)と、結着剤としてのスチレンブタジエンゴム(SBR)と、を水と共に混練して負極活物質スラリーを作製した。このとき、黒鉛粒子と、カルボキシメチルセルロースと、スチレンブタジエンゴムと、の質量比が、95:3:2となるようにした。ついで、負極スラリーを負極芯体としての銅箔の両面に塗布した後、乾燥させてスラリー作製時に溶媒として使用した水を除去して、負極芯体上に負極活物質層を形成した。このとき、負極芯体の長手方向に沿って一方端部には両面に負極活物質層を形成せず、芯体を露出させた芯体露出部とした。その後、圧延ロールを用いて圧延し、所定寸法に切断し、長さ4000mm、幅110mmの負極板を作製した。
エチレンカーボネート(EC)と、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)と、を体積比で3:5:2(1気圧、25℃条件)となるように混合させた混合溶媒に対して、溶質として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1モル/リットルの割合で溶解させて、非水電解質を調製した。
ポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータ(厚み15μm、幅110mm、長さ4500mm)2を、炭素工具鋼鋼材(SK材)製の巻芯1(直径40mm)のスリット1aに2枚、図1(b)に示すように通した。この後、巻芯1を1周回転させ、スリット1aにより分割された巻芯1の一方の分割部材1bにセパレータ2を巻きつけた(図1(c)参照)。次に、図1(d)に示すように、他方の分割部材1cに巻き付けられたセパレータ2に、図5に示す治具のローラ13(ステンレススチール製、表面に綾目ローレット加工、モジュール0.2)を押しつけ、これらを圧着した。この圧着は、他方の分割部材1cに巻き付けられたセパレータ全体(巻芯半周分)に対して行った。
上記渦巻電極体をプレスして扁平形状となし、芯体露出部が重なり合った領域にそれぞれ正極集電体及び負極集電体を溶接により取り付けた。この後、正極集電体及び負極集電体と封口体に絶縁部材を介して固定された正負電極外部端子とをそれぞれ接続した。この扁平渦巻電極体を有底角形の外装缶内に挿入し、外装缶の開口部に封口体を嵌合し、嵌合部をレーザ溶接した。その後、封口体に設けられた注液孔から上記非水電解質を注液し、注液孔を封止して、実施例1に係る非水電解質二次電池を作製した。
渦巻電極体の作製において、セパレータとして、厚み50μm、幅130mm、長さ4500mmのポリエチレン製微多孔膜を用い、巻芯として、MCナイロン(登録商標)製の直径30mmのものを用い、巻芯のスリットに1枚、図3(a)に示すように通し、巻芯を半周回転させてスリットにより分割された2つの巻芯部材のそれぞれにセパレータを1重巻き付け、2重目のセパレータが巻き付けられた後に、2重目のセパレータに図6に示す治具のローラ13(ステンレススチール製、表面に綾目ローレット加工、モジュール0.3)を押しつけ、これらを圧着した(圧着は、巻芯の回転が1周半分))こと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例2に係る非水電解質二次電池を作製した。なお、ステンレススチールは、MCナイロン(ロックウェル硬さ(Rスケール)120)よりも硬い材料である。
ローレットローラによる圧着を行わなかったこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例1に係る非水電解質二次電池を作製した。
上記と同様にして、実施例1,2、比較例1に係る渦巻電極体をそれぞれ100個作製した。そして、渦巻電極体の最内周に配置されたセパレータが巻ズレを起こしているか否かを目視にて観察した。巻ズレを起こしている場合には、所期の位置からのズレの最大値を計測した。この結果、実施例1,2に係る渦巻電極体は、巻ズレ発生数が0であったが、比較例1に係る渦巻電極体では、3個の渦巻電極体に巻ズレが確認された。また、これらの渦巻電極体の巻ズレ量は0.5〜0.6mmであった。
2 セパレータ
3 巻取体
4 治具
5 圧着部
6 圧着部形成領域
11 ヘッド部
12 ローラ軸部
13 ローラ(ローレットローラ)
14 軸部
Claims (11)
- 巻芯にセパレータを巻き付け、前記セパレータが2重以上に重なった領域を形成する巻き付け工程と、
前記セパレータが2重以上に重なった領域に、凸部が形成された治具を押し当て、当該領域のセパレータ相互を溶融させることなく圧着する圧着工程と、
前記圧着工程の後、正極板及び負極板を前記巻芯に供給し、前記正極板及び前記負極板に前記セパレータを介して渦巻状に巻き取る巻き取り工程と、
前記巻き取り工程の後、渦巻状に巻き取られた巻取体から前記巻芯を取り除き、渦巻電極体となす巻芯除去工程と、
を備える渦巻電極体を備えた電池の製造方法。 - 請求項1に記載の渦巻電極体を備えた電池の製造方法において、
前記凸部が形成された治具が、複数の凸部が形成されたローラである、
ことを特徴とする渦巻電極体を備えた電池の製造方法。 - 請求項2に記載の渦巻電極体を備えた電池の製造方法において、
前記圧着工程は、前記巻芯を回転させて前記セパレータの巻き取りを行いつつ、前記ローラを前記セパレータが2重以上に重なった領域に押し当てることにより行われる、
ことを特徴とする渦巻電極体を備えた電池の製造方法。 - 請求項2又は3に記載の渦巻電極体を備えた電池の製造方法において、
前記ローラには、ローレット加工が施されている、
ことを特徴とする渦巻電極体を備えた電池の製造方法。 - 請求項1ないし4のいずれか1項に記載の渦巻電極体を備えた電池の製造方法において、
前記凸部を構成する材料の硬度が、前記巻芯を構成する材料の硬度よりも低い、
ことを特徴とする渦巻電極体を備えた電池の製造方法。 - 請求項1ないし4のいずれか1項に記載の渦巻電極体を備えた電池の製造方法において、
前記巻芯の横断面形状が、円形である、
ことを特徴とする渦巻電極体を備えた電池の製造方法。 - 正極板及び負極板がセパレータを介して渦巻状に巻き取られた渦巻電極体を備えた電池において、
前記渦巻電極体の巻回中心側に、前記セパレータが2重以上に重なった領域を有し、
前記セパレータが2重以上に重なった領域には、外側に位置するセパレータが巻回中心側に凸形状となって巻回中心側に位置するセパレータと熱溶着されることなく圧着された圧着部が設けられている、
ことを特徴とする渦巻電極体を備えた電池。 - 請求項7に記載の渦巻電極体を備えた電池において、
前記圧着部が方形状の領域内に複数設けられ、且つ、前記方形状の領域のセパレータ長さ方向に平行な長さが、当該圧着部が形成された周における前記セパレータの1周の長さの1/5以上である、
ことを特徴とする渦巻電極体を備えた電池。 - 正極板及び負極板がセパレータを介して渦巻状に巻き取られた渦巻電極体を備えた電池において、
前記渦巻電極体の巻回中心側に、前記セパレータが2重以上に重なった領域を有し、
前記セパレータが2重以上に重なった領域には、外側に位置するセパレータが巻回中心側に凸形状となって巻回中心側に位置するセパレータと圧着された圧着部が設けられており、
前記圧着部において、前記セパレータには破断した部分が形成された、
ことを特徴とする渦巻電極体を備えた電池。 - 巻芯にセパレータを巻き付け、前記セパレータが2重以上に重なった領域を形成する巻き付け工程と、
前記セパレータが2重以上に重なった領域に、凸部が形成された治具を押し当て、当該領域のセパレータ相互を圧着する圧着工程と、
前記圧着工程の後、正極板及び負極板を前記巻芯に供給し、前記正極板及び前記負極板に前記セパレータを介して渦巻状に巻き取る巻き取り工程と、
前記巻き取り工程の後、渦巻状に巻き取られた巻取体から前記巻芯を取り除き、渦巻電極体となす巻芯除去工程と、
を備え、
前記圧着工程において、前記セパレータが破断し開口が形成されるように前記治具を前記セパレータが2重以上に重なった領域に押し当てる渦巻電極体を備えた電池の製造方法。 - 巻芯にセパレータを巻き付け、前記セパレータが2重以上に重なった領域を形成する巻き付け工程と、
前記セパレータが2重以上に重なった領域に複数の凸部が形成されたローラを押し当て、前記セパレータが2重以上に重なった領域において、外側に位置するセパレータ及び巻回中心側に位置するセパレータの両方が巻回中心側に凸形状となるようにセパレータ相互を圧着する圧着工程と、
前記圧着工程の後、正極板及び負極板を前記巻芯に供給し、前記正極板及び前記負極板に前記セパレータを介して渦巻状に巻き取る巻き取り工程と、
前記巻き取り工程の後、渦巻状に巻き取られた巻取体から前記巻芯を取り除き、渦巻電
極体となす巻芯除去工程と、を備え、
前記圧着工程は、前記巻芯を回転させて前記セパレータの巻き取りを行いつつ、前記ローラを前記セパレータが2重以上に重なった領域に押し当てることにより行われる、
ことを特徴とする渦巻電極体を備えた電池の製造方法。
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