JP6186137B2 - 二次電池の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池および二次電池の製造方法に関する。
二次電池(rechargeable battery)は、充電不可能な一次電池とは異なり、充放電が可能な電池である。低容量の二次電池は、携帯電話、ノートパソコンおよびビデオカメラなどのような携帯可能な小型電子機器に用いられ、大容量の二次電池はハイブリッド自動車などのモータ駆動用電源として幅広く用いられている。
近年、高エネルギー密度の非水電解液を用いた大容量、高出力の二次電池が開発されている。前記高出力の二次電池は、直列または並列に接続されて、高出力大容量の電池モジュールとして使用される。
一般的に、二次電池は、正極、負極、および正極と負極との間に介在するセパレータを含む電極アセンブリを備える。正極および負極は、金属からなる集電体に活物質が塗布された構造からなり、集電体には、活物質がコーティングされたコーティング部と、活物質がコーティングされていない無地部とが形成される。また、正極および負極は、集電体に活物質がコーティングされた後、プレスなどによって加圧されて延伸される。
しかし、正極および負極のコーティング部は、プレスによって加圧されて延伸される一方、無地部はほとんど加圧されず延伸されない。したがって、コーティング部および無地部の延伸率が互いに異なることにより、電極が曲がってしまうという問題があった。さらに、電極が曲がると、一方向に長く延びて形成された電極を巻き取る過程で不良が発生するなど、生産性が低下し、充電および放電効率が低下してしまう。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、電極の湾曲を防止することが可能な、新規かつ改良された二次電池および二次電池の製造方法を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、第1電極、第2電極、並びに前記第1電極および前記第2電極の間に位置するセパレータを含む電極組立体と、前記電極組立体を収容するケースと、を含み、前記第1電極および前記第2電極のそれぞれは、集電体上に活物質層を形成したコーティング部と、活物質層が存在しない無地部とを含み、前記第1電極および前記第2電極のうちの少なくとも1つの電極の前記集電体において、前記無地部における前記集電体のX線回折パターンの最大ピークの半値幅と2番目の大きさのピークの半値幅との比が、前記コーティング部における前記集電体のX線回折パターンの最大ピークの半値幅と2番目の大きさのピークの半値幅との比より大きいことを特徴とする、二次電池が提供される。
前記無地部における前記集電体のX線回折パターンの前記最大ピークの半値幅と前記2番目の大きさのピークの半値幅との比が、前記コーティング部における前記集電体のX線回折パターンの前記最大ピークの半値幅と前記2番目のピークの半値幅との比に対して1.3倍〜1.6倍であってもよい。
前記第1電極および前記第2電極のうちの少なくとも1つの電極において、前記集電体のX線回折パターンは、前記無地部における前記最大ピークの半値幅と前記2番目の大きさのピークの半値幅との比が1.4〜2.0であってもよい。
前記第1電極および前記第2電極のうちの少なくとも1つの電極において、前記無地部における前記集電体の平均厚さが、前記コーティング部における前記集電体の平均厚さより小さくてもよい。
前記第1電極および前記第2電極のうちの少なくとも1つの電極において、前記無地部における前記集電体の前記平均厚さは、前記コーティング部における前記集電体の前記平均厚さの80%〜90%であってもよい。
前記第1電極および前記第2電極それぞれの前記集電体は、前記無地部における前記集電体のX線回折パターンの最大ピークの半値幅と2番目の大きさのピークの半値幅との比が、コーティング部における前記集電体のX線回折パターンの最大ピークの半値幅と2番目の大きさのピークの半値幅との比より大きくてもよい。
前記第1電極および前記第2電極それぞれの前記無地部は、前記集電体の互いに対向する側端に沿って形成されてもよい。
上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、電極を組み立てるステップを含み、前記電極を組み立てるステップは、集電体の一部分に活物質をコーティングしてコーティング部を形成し、前記集電体の側端に沿って形成し、かつ活物質が存在しない部分の予備無地部を形成するステップと、前記予備無地部に振動ハンマリングを加えるステップと、を含み、前記予備無地部に振動ハンマリングを加えるステップは、前記予備無地部に無地部が形成されるように、前記予備無地部の前記集電体に前記振動ハンマリングを加えるステップであり、前記無地部における前記集電体のX線回折パターンの最大ピークの半値幅と2番目の大きさのピークの半値幅との比が、前記コーティング部における前記集電体のX線回折パターンの最大ピークの半値幅と2番目の大きさのピークの半値幅との比より大きいことを特徴とする、二次電池の製造方法が提供される。
前記無地部における前記集電体のX線回折パターンの前記最大ピークの半値幅と2番目の大きさのピークの半値幅との比が、前記コーティング部における前記集電体のX線回折パターンの前記最大ピークの半値幅と前記2番目のピークの半値幅との比に対して1.3倍〜1.6倍であってもよい。
前記集電体のX線回折パターンは、前記無地部における前記最大ピークの半値幅と前記2番目の大きさのピークの半値幅との比が1.4〜2.0であってもよい。
前記集電体における前記無地部の平均厚さが、前記コーティング部の平均厚さより小さくてもよい。
前記無地部における前記集電体の前記平均厚さは、前記コーティング部における前記集電体の前記平均厚さの80%〜90%であってもよい。
前記振動ハンマリングを加えるステップは、超音波振動ハンマリングを加えるステップを含んでもよい。
前記超音波振動ハンマリングを加えるステップは、前記予備無地部をアンビルで移動させるステップと、超音波振動発生器で超音波振動を発生させるステップと、前記超音波振動発生器で発生する前記超音波振動によって振動するホーンで、前記予備無地部をハンマリングするステップと、を含んでもよい。
前記アンビルは、円筒状ローラからなり、前記予備無地部を前記アンビルで移動させるステップは、前記円筒状ローラに沿って前記予備無地部を移動させるステップを含んでもよい。
超音波振動は、8kHz〜12kHzの振動数を有し、前記ホーンは、0.4MPa〜0.8MPaの圧力で前記予備無地部をハンマリングし、前記予備無地部は、3m/min〜7m/minの速度で前記アンビルを移動してもよい。
加圧ローラにより前記コーティング部を加圧するステップをさらに含んでもよい。
前記予備無地部に振動ハンマリングを加えるステップは、前記コーティング部を加圧するステップより先に発生してもよい。
前記コーティング部を加圧するステップは、前記予備無地部に振動ハンマリングするステップより先に発生してもよい。
前記集電体の一部分に活物質をコーティングした後、前記活物質を乾燥させるステップをさらに含んでもよい。
以上説明したように本発明によれば、電極の湾曲を防止することが可能である。
本発明の第1実施形態にかかる二次電池を示す斜視図である。 図1におけるII−II線に沿った断面図である。 同実施形態にかかる負極を示す斜視図である。 同実施形態にかかる負極コーティング部と負極無地部の厚さを示すグラフである。 同実施形態にかかる負極コーティング部と負極無地部の延伸率を示すグラフである。 同実施形態にかかる負極無地部のX線回折パターンを示すグラフである。 同実施形態にかかる負極コーティング部のX線回折パターンを示すグラフである。 同実施形態にかかる正極を示す斜視図である。 同実施形態にかかる電極の製造方法を示す図である。 本発明の第2実施形態にかかる電極の製造方法を示す図である。
以下、添付した図面を参照して、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように、本発明の実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明は、種々の異なる形態においても実現可能であり、以下に説明する実施形態に限定されない。また、本明細書および図面において、同一の符号は同一の構成要素を表す。
図1は、本発明の第1実施形態にかかる二次電池を示す斜視図であり、図2は、図1におけるII−II線に沿った断面図である。
図1および図2を参照して説明すると、本発明の第1実施形態にかかる二次電池101は、正極(第1電極)11、負極(第2電極)12、および正極11と負極12との間に介在するセパレータ13を巻き取った電極アセンブリ10と、電極アセンブリ10を内蔵するケース30と、ケース30の開口に結合されたキャッププレート25とを含む。
本発明の第1実施形態にかかる二次電池101においては、角型の形状を有するリチウムイオン二次電池を例として説明する。ただし、本発明は、上記に制限されるものではなく、リチウムポリマー電池または円筒型電池などの多様な形態の電池に適用可能である。
図3は、本発明の第1実施形態にかかる負極を示す斜視図であり、図7は、本発明の第1実施形態にかかる正極を示す斜視図である。図3および図7に示すように、正極11は、薄板の金属箔で形成された正極集電体112と、正極集電体112上に形成された正極活物質層113とを含み、負極12は、負極集電体121と、負極集電体121上に形成された負極活物質層122とを含む。
正極集電体112は、長く延びた帯形状を有する。正極集電体112は、正極活物質層113が塗布された領域である正極コーティング部11bと、正極コーティング部11bに隣接するように配置され、かつ活物質がコーティングされていない領域である正極無地部11aとを含む。同様に、負極集電体121は、長く延びた帯形状を有し、負極活物質層122が塗布された領域である負極コーティング部12bと、活物質がコーティングされていない領域である負極無地部12aとを含む。
すなわち、本実施形態によれば、正極集電体112および負極集電体121を含む集電体は、正極無地部11aと負極無地部12aとを含む活物質層のない無地部、並びに正極コーティング部11bと負極コーティング部12bとを含む活物質層の塗布されたコーティング部を含む。
正極無地部11aは、正極集電体112の長手方向に沿って正極集電体112の一方の側端に形成され、負極無地部12aは、負極集電体121の長手方向に沿って負極集電体121の他方の側端に形成されてもよい。
また、正極11および負極12は、絶縁体であるセパレータ13を間に介在させて巻き取られて、電極アセンブリ10を形成する。
ただし、本発明は上記に制限されるものではなく、前記電極アセンブリ10は、複数のシート(sheet)からなる正極と負極とが、セパレータを挟んで積層された構造であってもよい。
ケース30は、例えば、略直方体形状からなり、一面には開放された開口が形成される。キャップアセンブリ20は、ケース30の開口を覆うキャッププレート25と、キャッププレート25の外側に突出し、正極11と電気的に接続された正極端子21と、キャッププレート25の外側に突出し、負極12と電気的に接続された負極端子22と、設定された内部圧力によって破断可能な切欠27aが形成されたベント部材27とを含む。
キャッププレート25は、例えば、薄い金属板からなり、ケース30の開口に溶接で固定される。キャッププレート25の一側には、電解液注入のための電解液注入口が形成され、電解液注入口を密封する密封栓23がキャッププレート25に固定されて設置される。
正極端子21は、キャッププレート25を貫通して設けられる。また、キャッププレート25と正極端子21との間には、上部に位置する第1ガスケット24と、下部に位置する第2ガスケット26とが設けられ、第1ガスケット24および第2ガスケット26は、キャッププレート25と正極端子21とを絶縁する。
正極端子21は、例えば、円柱形状であり、正極端子21には、正極端子21を上部で支持するナット29が設けられる。また、正極端子21の外周には、ナット29を締結することができるようにねじ山が形成されてもよい。
正極端子21は、集電部材51を介して正極無地部11aと電気的に接続され、正極端子21の下端には、正極端子21および集電部材51を支持する端子フランジが形成される。さらに、正極端子21の下部には、正極端子21とキャッププレート25とを絶縁する下部絶縁部材41が設置されてもよい。
同様に、負極端子22は、キャッププレート25を貫通して設けられる。また、キャッププレート25と負極端子22との間には、上部に位置する第1ガスケット24と、下部に位置する第2ガスケット26とが設けられ、第1ガスケット24および第2ガスケット26は、キャッププレート25と負極端子22とを絶縁する。
負極端子22は、円柱形状であり、負極端子22には、負極端子22を上部で支持するナット29が設けられる。また、負極端子22の外周には、ナット29を締結することができるようにねじ山が形成されてもよい。
負極端子22は、集電部材52を介して負極無地部12aと電気的に接続され、負極端子22の下端には、負極端子22および集電部材52を支持する端子フランジが形成され得る。さらに、負極端子22の下部には、負極端子22とキャッププレート25とを絶縁する下部絶縁部材42が設置されてもよい。
図3に示すように、負極12は、負極集電体121と、負極集電体121の両面に付着した負極活物質層122とを含む。また、負極集電体121は、活物質がコーティングされた負極コーティング部12bと、活物質がコーティングされていない負極無地部12aとを含む。
負極集電体121は、銅、アルミニウムなどの素材で形成されてもよい。また、負極集電体121は、一方向に長く延びた板状であってもよい。負極活物質層122は、LiTi12または炭素系活物質、導電剤、およびバインダーなどからなる。負極活物質層122は負極集電体121上にコーティングされて、ラミネーション方法で付着させられてもよい。
負極無地部12aは、振動を利用した振動ハンマリング(hammering)によって延伸される。特に、負極無地部12aは、超音波振動による超音波振動ハンマリングによって延伸される。これにより、図4に示すように、負極無地部12aの平均厚さは、負極コーティング部12bの平均厚さよりも小さく形成され、負極無地部12aの平均厚さは、負極コーティング部12bの平均厚さの80%〜90%とすることができ、より好ましくは80%〜95%とすることができる。
図5に示すように、負極無地部12aにおける負極集電体121の平均厚さが、負極コーティング部12bにおける負極集電体121の平均厚さよりも小さい場合、負極無地部12aにおける負極集電体121の延伸率が大きくなり、小さい力によってさらに大きく延伸することができる。これにより、負極コーティング部12bの負極集電体121を加圧する過程において、負極無地部12aの負極集電体121も自然に延伸されるため、結果として負極12が湾曲するのを防止することができる。
図6Aは、本発明の第1実施形態にかかる負極無地部のX線回折パターンを示すグラフであり、図6Bは、本発明の第1実施形態にかかる負極コーティング部のX線回折パターンを示すグラフである。
図6Aおよび図6Bは、銅からなる負極無地部12aを超音波振動ハンマリングした後で、負極無地部12aと負極コーティング部12bとをそれぞれX線回折により結晶分析したものである。図6Aおよび図6Bでは、上から試料1、2、3の順で、それぞれ別個に用意した本発明に係る負極無地部12aおよび負極コーティング部12bの試料1〜3のX線回折パターン結果を示している。なお、X線回折パターンは、公知のX線回折装置により取得することができる。
本実施形態では、銅からなる負極集電体を例として説明し、(111)方向と(002)方向のピークの半値幅を例として説明するが、本発明がこれに制限されるものではない。例えば、他の電極基材からなる負極集電体において、上記(111)方向のピークの半値幅は、電極基材の最大ピークの半値幅であってもよく、(002)方向のピークの半値幅は電極基材の2番目の大きさのピークの半値幅であってもよい。
前記表1は、負極無地部12aおよび負極コーティング部12bにおいて、図6Aおよび図6Bに示された(111)方向のピークの半値幅と(002)方向のピークの半値幅との比を比較したものである。
表1において、超音波振動ハンマリング処理は0.6MPaの圧力、10kHzの周波数で行い、負極集電体121の移動速度は5m/minとして行った。
表1に示すように、本実施形態にかかる負極無地部12aにおいて、負極集電体121の(111)方向のピークの半値幅と(002)方向のピークの半値幅との比は平均1.85であり、負極コーティング部12bにおいて、負極集電体121の(111)方向のピークの半値幅と(002)方向のピークの半値幅との比の平均は1.28である。
これは、超音波振動ハンマリングによって(111)方向のピークの半値幅と(002)方向のピークの半値幅がいずれも減少したが、(002)方向のピークの半値幅がより減少したからである。
負極無地部12aにおいて、負極集電体121の(111)方向のピークの半値幅と(002)方向のピークの半値幅との比であるI(111)/I(002)の比率は、1.4より大きく、2.0より小さくてもよい。
I(111)/I(002)の比率が1.4より小さければ、結晶方向の変化が小さく、負極無地部の延伸が小さくて湾曲が発生するという問題が発生する。また、I(111)/I(002)の比率が2.0より大きければ、結晶方向の変化が過度に大きく、負極無地部が破れる等の問題が発生することがある。
すなわち、負極集電体121における(111)方向のピークの半値幅と(002)方向のピークの半値幅との比であるI(111)/I(002)の比率が1.4または1.4より大きければ、結晶方向の変化が十分であるため、負極無地部の湾曲を防止することができる。
また、I(111)/I(002)の比率が2.0または2.0より小さければ、結晶方向の変化が過度に大きくないため、負極無地部が破れることを防止することができる。
さらに、負極無地部12aにおける負極集電体121のピークの半値幅の比率と、負極コーティング部12bにおける負極集電体121のピークの半値幅の比率とを比較する。表1を参照すると、負極無地部12aにおける負極集電体121のI(111)/I(002)の比率は、負極コーティング部12bにおける負極集電体121のI(111)/I(002)の比率よりも大きくなることがわかる。すなわち、負極無地部12aにおける負極集電体121の最大ピークの半値幅と2番目のピークの半値幅との比率が増加することで、結晶方向の変化が発生する。係る変化により負極無地部12aにおける負極集電体121の長さが増加し、さらに負極無地部12aにおける負極集電体121の長手方向に延伸率が増加することで、負極の湾曲現象を防止することができる。
負極無地部12aにおける負極集電体121のI(111)/I(002)の比率は、負極コーティング部12bにおける負極集電体121のI(111)/I(002)の比率の1.3倍〜1.6倍であってもよい。
負極無地部における負極集電体の延伸率を増加させる方法の一つとしては、負極集電体をアニーリングすることが挙げられる。
負極無地部における負極集電体をアニーリングして延伸率を増加させると、熱処理時に無地部の表面に酸化皮膜が形成され、抵抗が増加するという問題が発生する。特に、銅は一般的な大気状態下では、若干の水分や温度上昇によって酸化皮膜が形成されやすい。このように形成された酸化皮膜は、二次電池の内部で溶出して充放電の途中において副反応物として作用し、二次電池の寿命および安全性などに悪影響を及ぼす。また、内部応力がほとんどない電解銅箔のような基材を使用した場合、アニーリングを行っても物性の変化がなく、湾曲現象を防止しにくい。
また、負極無地部における負極集電体を延伸する他の方法として、ローラを利用することが挙げられる。
しかし、ローラを用いて無地部を圧延した場合、圧延された部分と圧延されていない部分との境界面で延伸偏差によるクラックが形成され、電流経路が切れるという問題が発生する。また、前述の問題を解決するためにコーティング部まで圧延した場合、合材密度が変化して活物質が脱落するという問題が発生する。さらに、圧延のためには超高圧油圧シリンダが必要であり、油圧シリンダの圧力調整が難しいという問題がある。
一方、本実施形態のように超音波振動ハンマリングを適用する場合には、微細な衝撃で負極無地部における負極集電体を間欠的に延伸させるため、クラックの発生を防止することができる。また、無地部における負極集電体を引張させると同時に、無地部における負極集電体の延伸率を増加させ、電極が湾曲するのを防止することができる。
同様に、図7を参照して正極について説明すると、本実施形態にかかる正極11は、正極集電体112と、正極集電体112の両面に付着した正極活物質層113とを含む。また、正極集電体112は、活物質がコーティングされた正極コーティング部11bと、活物質がコーティングされていない正極無地部11aとを含む。
正極集電体112は、アルミニウム素材などで形成されてもよく、一方向に長く延びた板状であってもよい。正極活物質層113は、LiCoO、LiMnO、LiNiOなどからなる活物質、導電剤、およびバインダーなどからなる。正極活物質層113は正極集電体112上にコーティングされて、ラミネーション方法で付着させられてもよい。
正極無地部11aにおける正極集電体112は、超音波振動を利用したハンマリングによって延伸される。これにより、正極無地部11aにおける正極集電体112の平均厚さは、正極コーティング部11bにおける正極集電体112の平均厚さよりも小さく形成されることができる。
正極無地部11aにおける正極集電体112の厚さは、正極コーティング部11bにおける正極集電体112の厚さの80%〜90%とすることができ、より好ましくは85%〜95%とすることができる。
超音波振動ハンマリングによって正極無地部11aの結晶方向が変化することにより、正極無地部11aにおける正極集電体112のX線回折分析による最大ピークの半値幅および2番目の大きさのピークの半値幅は、正極コーティング部11bにおける正極集電体112のX線回折分析による最大ピークの半値幅および2番目の大きさのピークの半値幅よりも小さくすることができる。
また、正極無地部11aにおける正極集電体112の(最大ピークの半値幅)/(2番目の大きさのピークの半値幅)の比率は、正極コーティング部11bにおける正極集電体112の(最大ピークの半値幅)/(2番目の大きさのピークの半値幅)の比率よりも大きくすることができる。本実施形態にかかる正極無地部11aでの正極集電体112は、超音波振動ハンマリングによって(最大ピークの半値幅)/(2番目の大きさのピークの半値幅)の比率が、正極コーティング部11bでの正極集電体112の(最大ピークの半値幅)/(2番目の大きさのピークの半値幅)の比率の1.3倍〜1.6倍となることができる。
正極無地部11aにおける正極集電体112の最大ピークの半値幅と2番目のピークの半値幅との比率が増加することで、結晶方向の変化が発生する。係る変化により正極無地部11aにおける正極集電体112の長さが増加し、さらに正極無地部11aにおける正極集電体112の長手方向に延伸率が増加することで、負極の湾曲現象を防止することができる。
また、本実施形態にかかる正極無地部11aにおいて、正極集電体112の最大ピークの半値幅と2番目の大きさのピークの半値幅との比率である(最大ピークの半値幅)/(2番目の大きさのピークの半値幅)の比率は、1.4より大きく、2.0より小さくてもよい。
上記のように正極無地部における正極集電体を超音波振動ハンマリングすることで、正極無地部における正極集電体の結晶方向を変化させ、正極コーティング部を圧延する過程で正極が湾曲することを防止することができる。
図8は、本発明の第1実施形態にかかる電極の製造方法を示す図である。
図8では、正極を例として説明するが、本発明は正極に制限されるものではなく、負極も同様の方法で製造することができる。
本実施形態にかかる正極の製造方法は、正極集電体112上に正極活物質層113を形成するステップと、正極無地部11aを形成するために、正極活物質層113が形成されていない予備正極無地部を振動ハンマリングするステップと、正極活物質層113がコーティングされたコーティング部を加圧するステップと、を含む。
正極活物質層113を形成するステップでは、活物質を吐出するコータ71を用いて正極集電体112の一部分に正極活物質層113を形成する。具体的には、正極集電体112の両面に同時に正極活物質層113を形成することができ、または、図8に示すように、正極集電体112の一面に正極活物質層113を形成した後、他面に正極活物質層113を順次形成することができる。
振動ハンマリングするステップでは、正極無地部11aを形成するために、超音波振動ハンマリング装置60を用いて予備正極無地部をハンマリングする。超音波振動ハンマリング装置60は、円筒状ローラ構造からなるアンビル61と、アンビル61上で移動する予備正極無地部を超音波振動でハンマリングするホーン(horn)62と、ホーン62に超音波振動を印加する超音波振動発生器63とを含む。
予備正極無地部は回転するアンビル61上を移動し、ホーン62は超音波周波数で振動し、予備正極無地部を垂直に振動ハンマリングする。ハンマリングと同時に正極集電体112が移動することにより、連続的な超音波振動ハンマリングを行うことができる。以上の過程により延伸された正極無地部11aを形成することができる。
本実施形態によれば、超音波振動は、8kHz〜12kHzの振動数であり、ホーンは、0.4MPa〜0.8MPaの圧力で予備無地部をハンマリングすることができる。また、予備無地部は、3m/min〜7m/minの速度で前記アンビルを移動する。
コーティング部を加圧するステップでは、加圧ローラ73、74を用いて正極コーティング部11bを加圧し、加圧する過程により正極コーティング部11bを延伸する。正極コーティング部11bが延伸されるにつれて正極無地部11aも共に延伸されるが、超音波振動ハンマリング加工がされた正極無地部11aは、より小さい力によって容易に延伸されるため、正極が湾曲するのを防止することができる。
図9は、本発明の第2実施形態にかかる電極の製造方法を示す図である。
図9を参照して、本実施形態にかかる電極の製造方法を説明する。本実施形態において、電極15とは、二次電池に適用される正極と負極を含む概念である。
本実施形態にかかる電極15の製造方法は、集電体151上に活物質層152を形成するステップと、活物質層152が形成された電極を乾燥するステップと、活物質層152がコーティングされたコーティング部を加圧するステップと、無地部を形成するために、活物質層152が形成されていない予備無地部を振動ハンマリングするステップとを含む。
活物質層152を形成するステップでは、活物質を吐出するコータ71を用いて集電体151の一部分に活物質層152を形成することができる。具体的には、集電体151の両面に同時に活物質層152を形成することができ、または、図9に示すように、集電体151の一面に活物質層152を形成した後、他面に活物質層152を順次形成することができる。
電極を乾燥するステップでは、乾燥炉75の内部に電極15を進入させ、活物質層の内部に存在する揮発性液体を乾燥する。
コーティング部を加圧するステップでは、加圧ローラ73、74を用いてコーティング部を加圧し、加圧する過程によりコーティング部を延伸することができる。コーティング部が延伸されることにより、無地部に引張応力を作用させることができる。
振動ハンマリングするステップは、加圧するステップの後に、超音波振動ハンマリング装置60を用いて予備無地部をハンマリングする。超音波振動ハンマリング装置60は、円筒状ローラ構造からなるアンビル61と、アンビル61上で移動する無地部を超音波振動でハンマリングするホーン(horn)62と、ホーン62に超音波振動を印加する超音波振動発生器63とを含む。
予備無地部は回転するアンビル61上を移動し、ホーン62は超音波周波数で振動して予備無地部を垂直に振動ハンマリングすることができる。ハンマリングと同時に集電体151が移動することで、連続的な超音波振動ハンマリングを行うことができる。以上の過程により無地部を形成するために予備無地部が延伸されるため、無地部に作用する引張応力を解消することができる。
本実施形態によれば、超音波振動は、8kHz〜12kHzの振動数であり、ホーンは、0.4MPa〜0.8MPaの圧力で予備無地部をハンマリングすることができる。また、予備無地部は、3m/min〜7m/minの速度でアンビルを移動する。
本実施形態では、振動ハンマリングするステップが加圧するステップの後に実施されるとして例示したが、本発明がこれに制限されるものではない。例えば、振動ハンマリングステップは、加圧ステップと共に実施してもよい。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明がこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明および添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能である。
なお、上記実施形態では、正極および負極の集電体に活物質を塗布した形態について、説明を行ったが、本発明は、係る例示に限定されない。例えば、活物質の集電体への付着方法については、塗布以外の公知の多様な手段を用いてもよい。
101 二次電池
10 電極アセンブリ
11 正極
112 正極集電体
113 正極活物質層
11a 正極無地部
11b 正極コーティング部
12 負極
121 負極集電体
122 負極活物質層
12a 負極無地部
12b 負極コーティング部
13 セパレータ
15 電極
151 集電体
152 活物質層
20 キャップアセンブリ
23 密封栓
24 第1ガスケット
25 キャッププレート
26 第2ガスケット
27 ベント部材
27a 切欠
29 ナット
30 ケース
41、42 下部絶縁部材
51、52 集電部材
60 振動ハンマリング装置
61 アンビル
62 ホーン
63 超音波振動発生器
71 コータ
73、74 加圧ローラ
75 乾燥炉

Claims (13)

  1. 電極を組み立てるステップを含み、
    前記電極を組み立てるステップは、
    集電体の一部分に活物質をコーティングしてコーティング部を形成し、前記集電体の側端に沿って形成し、かつ活物質が存在しない部分の予備無地部を形成するステップと、
    前記予備無地部に振動ハンマリングを加えるステップと、を含み、
    前記予備無地部に振動ハンマリングを加えるステップは、前記予備無地部に無地部が形成されるように、前記予備無地部の前記集電体に前記振動ハンマリングを加えるステップであり、
    前記無地部における前記集電体のX線回折パターンの最大ピークの半値幅と2番目の大きさのピークの半値幅との比が、前記コーティング部における前記集電体のX線回折パターンの最大ピークの半値幅と2番目の大きさのピークの半値幅との比より大きいことを特徴とする、二次電池の製造方法。
  2. 前記無地部における前記集電体のX線回折パターンの前記最大ピークの半値幅と前記2番目の大きさのピークの半値幅との比が、前記コーティング部における前記集電体のX線回折パターンの前記最大ピークの半値幅と前記2番目のピークの半値幅との比に対して1.3倍〜1.6倍であることを特徴とする、請求項1に記載の二次電池の製造方法。
  3. 前記集電体のX線回折パターンは、前記無地部における前記最大ピークの半値幅と前記2番目の大きさのピークの半値幅との比が1.4〜2.0であることを特徴とする、請求項1または2に記載の二次電池の製造方法。
  4. 前記集電体における前記無地部の平均厚さが、前記コーティング部の平均厚さより小さいことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の二次電池の製造方法。
  5. 前記無地部における前記集電体の前記平均厚さは、前記コーティング部における前記集電体の前記平均厚さの80%〜90%であることを特徴とする、請求項4記載の二次電池の製造方法。
  6. 前記振動ハンマリングを加えるステップは、超音波振動ハンマリングを加えるステップを含むことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の二次電池の製造方法。
  7. 前記超音波振動ハンマリングを加えるステップは、
    前記予備無地部をアンビルで移動させるステップと、
    超音波振動発生器で超音波振動を発生させるステップと、
    前記超音波振動発生器で発生する前記超音波振動によって振動するホーンで、前記予備無地部をハンマリングするステップと、を含むことを特徴とする、請求項6に記載の二次電池の製造方法。
  8. 前記アンビルは、円筒状ローラからなり、
    前記予備無地部を前記アンビルで移動させるステップは、前記円筒状ローラに沿って前記予備無地部を移動させるステップを含むことを特徴とする、請求項7に記載の二次電池の製造方法。
  9. 前記超音波振動は、8kHz〜12kHzの振動数を有し、
    前記ホーンは、0.4MPa〜0.8MPaの圧力で前記予備無地部をハンマリングし、前記予備無地部は、3m/min〜7m/minの速度で前記アンビルを移動することを特徴とする、請求項7または8に記載の二次電池の製造方法。
  10. 加圧ローラにより前記コーティング部を加圧するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の二次電池の製造方法。
  11. 前記予備無地部に振動ハンマリングを加えるステップは、前記コーティング部を加圧するステップより先に発生することを特徴とする、請求項10に記載の二次電池の製造方法。
  12. 前記コーティング部を加圧するステップは、前記予備無地部に振動ハンマリングを加えるステップより先に発生することを特徴とする、請求項10に記載の二次電池の製造方法。
  13. 前記集電体の一部分に活物質をコーティングした後、前記活物質を乾燥させるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項1〜12のいずれか一項に記載の二次電池の製造方法。
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