JP6578818B2 - Manufacturing method of secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は,二次電池の製造方法に関する。さらに詳細には,正負の電極板を,これらの間にセパレータを挟み込みつつ捲回してなる捲回型の電極体を有する二次電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a secondary battery. More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a secondary battery having a wound electrode body in which positive and negative electrode plates are wound with a separator interposed therebetween.
一般的な二次電池などに用いられている捲回型の電極体は,両面にそれぞれ活物質層を形成してなる正負の電極板を,これらの間にセパレータを挟み込んだ状態で捲回することにより製造される。また,捲回型の電極体においては,正極板よりも負極板が外周側に位置するようにされている。このため,捲回型の電極体において,負極板の最外周となる部分の外周側の面である最外周面は,対向する正極板が存在しないこととなる。 A wound-type electrode body used in a general secondary battery or the like is wound with positive and negative electrode plates each having an active material layer formed on both sides, with a separator interposed therebetween. It is manufactured by. In the wound electrode body, the negative electrode plate is positioned on the outer peripheral side of the positive electrode plate. For this reason, in the wound electrode body, there is no positive electrode plate facing the outermost peripheral surface, which is the outer peripheral surface of the outermost part of the negative electrode plate.
そして,捲回型の電極体を電解液とともに電池ケースに収容してなる二次電池において,これが充放電された際には,負極板の最外周面は,対向している正極板がないため,正極板のうちの負極板の最外周面に近い部分と反応する。しかし,負極板の最外周面と反応する正極板の部分は当然,負極板の最外周面よりも内周側の部分と対向しているため,その対向している負極板の部分とも反応する。これにより,負極板の最外周面と反応した正極板の部分は,その他の部分に比べて,反応が過剰になってしまうことがあった。このような過剰反応は,できるだけ生じさせないことが好ましい。充電時に過剰に反応してしまった正極板の箇所では,正極活物質を構成する金属の一部が溶出してしまうおそれがあるからである。 And, in a secondary battery in which a wound electrode body is housed in a battery case together with an electrolyte solution, when this is charged and discharged, the outermost peripheral surface of the negative electrode plate has no positive electrode plate facing it. , Reacts with the portion of the positive electrode plate that is close to the outermost peripheral surface of the negative electrode plate. However, the portion of the positive electrode plate that reacts with the outermost peripheral surface of the negative electrode plate naturally faces the portion on the inner peripheral side with respect to the outermost peripheral surface of the negative electrode plate, and thus reacts with the portion of the negative electrode plate that faces the negative electrode plate. . As a result, the reaction of the positive electrode plate portion that reacted with the outermost peripheral surface of the negative electrode plate may become excessive compared to the other portions. Such excessive reaction is preferably not caused as much as possible. This is because a part of the metal constituting the positive electrode active material may be eluted at the portion of the positive electrode plate that has reacted excessively during charging.
例えば,特許文献1には,捲回体の内部に保持できるだけの量の電解液を注入した状態で,初期充電およびエージングを行う非水電解質二次電池の製造方法が記載されている。これにより,捲回体における負極板の最外周面に接触する電解液の量をできるだけ少なくすることができるため,初期充電時の負極板の最外周面での充電反応を抑制させ,初期充電後のエージング中における正極活物質の溶出を抑制することができるとされている。
For example,
しかしながら,上記の従来技術では,エージング後,電池ケース内に電解液を足している。このため,電解液が足された後の二次電池の使用時には,負極板の最外周面が充放電できるだけの量の電解液が存在することなる。よって,二次電池が使用される際の充放電時には,負極板の最外周面が正極板と反応してしまい,正極板の反応が過剰になってしまうことがあった。 However, in the above prior art, an electrolytic solution is added to the battery case after aging. For this reason, when the secondary battery is used after the electrolytic solution is added, there is an amount of electrolytic solution that can charge and discharge the outermost peripheral surface of the negative electrode plate. Therefore, during charging / discharging when the secondary battery is used, the outermost peripheral surface of the negative electrode plate may react with the positive electrode plate, and the reaction of the positive electrode plate may become excessive.
本発明は,前記した従来の技術が有する問題点の解決を目的としてなされたものである。すなわちその課題とするところは,充放電時における正極の過剰反応が抑制された二次電池の製造方法を提供することである。 The present invention has been made for the purpose of solving the problems of the prior art described above. That is, the problem is to provide a method for manufacturing a secondary battery in which excessive reaction of the positive electrode during charging and discharging is suppressed.
この課題の解決を目的としてなされた本発明の二次電池の製造方法は,正極板と負極板とセパレータとを捲回してなる電極体および電解液を電池ケース内に有し,電極体は,外周面が平面の平坦部,および,外周面が曲面の曲面部を有するものであり,電極体について,負極板が,正極板のうちの最外周に位置する正極最外周部よりも外周側の位置に捲回されている正極外周側負極部を有するとともに,セパレータが,正極外周側負極部よりも外周側の位置に捲回されている負極外周側セパレータ部を有するものである二次電池の製造方法であって,正極板と負極板とセパレータとをそれぞれの巻き出し位置より巻き出しつつ,捲回位置にて正極板と負極板とをこれらの間にセパレータを介在させた状態で捲回することにより電極体を作製する電極体作製工程と,電極体を電池ケースの内部に収容するとともに電解液を電池ケースの内部に注入する組立工程とを有し,電極体作製工程では,セパレータの巻き出し位置から捲回位置までの間で,セパレータのうちの負極外周側セパレータ部となる部分で,かつ,曲面部に位置する部分の少なくとも一部を,その融点以上に加熱することを特徴とする二次電池の製造方法である。 In order to solve this problem, the method for producing a secondary battery according to the present invention includes an electrode body and an electrolyte solution obtained by winding a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator in a battery case . The outer peripheral surface is a flat portion having a flat surface and the outer peripheral surface is a curved surface portion. The electrode body has a negative electrode plate on the outer peripheral side of the positive electrode outermost peripheral portion located on the outermost periphery of the positive electrode plate. A secondary battery having a negative electrode outer peripheral side negative electrode portion wound at a position and a separator having a negative electrode outer peripheral side separator portion wound at a position on the outer peripheral side of the positive electrode outer peripheral side negative electrode portion. In the manufacturing method, the positive electrode plate, the negative electrode plate and the separator are unwound from the respective unwinding positions, and the positive electrode plate and the negative electrode plate are wound at the winding position with the separator interposed therebetween. To produce the electrode body An electrode body manufacturing process, and an assembly process for housing the electrode body in the battery case and injecting an electrolyte into the battery case. In the electrode body manufacturing process, from the unwinding position of the separator to the winding position A part of the separator that becomes the negative electrode outer peripheral separator part and at least a part of the part located on the curved surface part is heated to a melting point or higher. is there.
本発明の二次電池の製造方法では,電極体作製工程において,セパレータのうちの負極外周側セパレータ部となる部分で,かつ,曲面部に位置する部分の少なくとも一部を融点以上に加熱する。このため,二次電池において,電極体の負極外周側セパレータ部のうちの加熱箇所では,保持される電解液の量が少なくなる。これにより,二次電池の充放電時には,負極板の正極外周側負極部の外周面における反応が抑制される。よって,過剰反応が生じやすい電極体の曲面部において,充放電時における正極の過剰反応が抑制される。 In the method for manufacturing a secondary battery according to the present invention, in the electrode body manufacturing step, at least a part of the separator that is to be the negative electrode outer side separator part and located on the curved surface part is heated to the melting point or higher. For this reason, in the secondary battery, the amount of the electrolyte solution retained is reduced at the heating location in the separator on the outer periphery of the negative electrode. Thereby, at the time of charge / discharge of the secondary battery, reaction on the outer peripheral surface of the positive electrode outer peripheral side negative electrode portion of the negative electrode plate is suppressed. Therefore, the excessive reaction of the positive electrode during charging / discharging is suppressed at the curved surface portion of the electrode body where the excessive reaction is likely to occur .
本発明によれば,充放電時における正極の過剰反応が抑制された二次電池の製造方法が提供されている。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the secondary battery by which the excessive reaction of the positive electrode at the time of charging / discharging was suppressed is provided.
以下,本発明を具体化した最良の形態について,図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は,リチウムイオン二次電池の製造方法について本発明を適用したものである。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the best mode for embodying the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In this embodiment, the present invention is applied to a method for manufacturing a lithium ion secondary battery.
[第1の形態]
まず,本形態に係る二次電池の製造方法により製造される電池100(図1参照)について説明する。図1は,本形態に係る電池100の断面図である。電池100は,図1に示すように,電極体110および電解液120を電池ケース130の内部に収容してなるリチウムイオン二次電池である。電解液120は,リチウム塩を溶解させた有機溶剤よりなるものである。電池ケース130は,ケース本体131と封口板132とを備えている。また,封口板132は,絶縁部材133を備えている。
[First embodiment]
First, the battery 100 (refer FIG. 1) manufactured by the manufacturing method of the secondary battery which concerns on this form is demonstrated. FIG. 1 is a cross-sectional view of a
図2は,電極体110の斜視図である。図2に示すように,本形態の電極体110は,扁平形状をした捲回型の電極体である。また図3は,電極体110を構成する負極板N,正極板P,セパレータSの重ね合わせについて説明するための図である。図3において,上下方向が負極板N,正極板P,セパレータSの長手方向であり,左右方向が幅方向である。図2に示す電極体110は,図3に示すように負極板N,正極板P,2枚のセパレータSを重ね合わせつつ円筒形状に捲回後,その円筒形状の捲回体を径方向に圧迫することにより,扁平形状に成形したものである。
FIG. 2 is a perspective view of the
本形態のセパレータSは,単層のものである。本形態のセパレータSの材質としては,例えば,ポリプロピレン(PP)やポリエチレン(PE)等を用いることができる。 The separator S of this embodiment is a single layer. As a material of the separator S of this embodiment, for example, polypropylene (PP), polyethylene (PE), or the like can be used.
負極板Nは,負極集電箔N1の両面に,負極活物質やバインダーなどの負極材料によって負極活物質層N2を形成してなるものである。負極板Nは,負極活物質層N2が形成されている部分と,形成されていない部分とを有している。図3においては,負極板Nについて,負極活物質層N2が形成されている部分にドットハッチングを施している。また,負極活物質層N2が形成されていない部分では,負極集電箔N1が露出している。 The negative electrode plate N is formed by forming a negative electrode active material layer N2 on both surfaces of a negative electrode current collector foil N1 with a negative electrode material such as a negative electrode active material or a binder. The negative electrode plate N has a portion where the negative electrode active material layer N2 is formed and a portion where it is not formed. In FIG. 3, with respect to the negative electrode plate N, the portion where the negative electrode active material layer N2 is formed is dot-hatched. Further, the negative electrode current collector foil N1 is exposed in a portion where the negative electrode active material layer N2 is not formed.
正極板Pは,正極集電箔P1の両面に,正極活物質やバインダーなどの正極材料によって正極活物質層P2を形成してなるものである。正極板Pは,正極活物質層P2が形成されている部分と,形成されていない部分とを有している。図3においては,正極板Pについて,正極活物質層P2が形成されている部分にドットハッチングを施している。また,正極活物質層P2が形成されていない部分では,正極集電箔P1が露出している。 The positive electrode plate P is formed by forming a positive electrode active material layer P2 with a positive electrode material such as a positive electrode active material or a binder on both surfaces of the positive electrode current collector foil P1. The positive electrode plate P has a portion where the positive electrode active material layer P2 is formed and a portion where the positive electrode active material layer P2 is not formed. In FIG. 3, with respect to the positive electrode plate P, the portion where the positive electrode active material layer P2 is formed is subjected to dot hatching. Further, the positive electrode current collector foil P1 is exposed in a portion where the positive electrode active material layer P2 is not formed.
つまり,図3に示すように,負極板Nおよび正極板Pはともに,それぞれの負極活物質層N2,正極活物質層P2が形成されている部分においてセパレータSと重ね合わせた状態で捲回される。このため,図2に示す電極体110の中央部111は,負極板N,正極板P,セパレータSが重なり合う部分である。
That is, as shown in FIG. 3, both the negative electrode plate N and the positive electrode plate P are wound in a state where they are overlapped with the separator S in the portions where the negative electrode active material layer N2 and the positive electrode active material layer P2 are formed. The Therefore, the
一方,図3に示すように,負極板Nの負極集電箔N1の露出部分は,セパレータSよりもその幅方向の右側に突き出ている。正極板Pの正極集電箔P1の露出部分は,セパレータSよりもその幅方向の左側に突き出ている。このため,捲回後を示す図2の電極体110は,負極集電箔N1のみからなる部分である負極端部112と,正極集電箔P1のみからなる部分である正極端部113とを,中央部111の左右の両側にそれぞれ有している。
On the other hand, as shown in FIG. 3, the exposed portion of the negative electrode current collector foil N <b> 1 of the negative electrode plate N protrudes to the right in the width direction from the separator S. The exposed portion of the positive electrode current collector foil P1 of the positive electrode plate P protrudes to the left in the width direction from the separator S. For this reason, the
そして,図1に示す電池100において,電極体110の負極端部112には負極端子150が,正極端部113には正極端子160が接続されている。また,負極端子150および正極端子160は,それぞれ電極体110と接続されていない側の端を,絶縁部材133を介し,電池ケース130の外部に突出させている。そして,電池100は,負極端子150および正極端子160を介し,電極体110の中央部111において,充電および放電を行うものである。具体的に,電池100は,充放電時において,電極体110の中央部111に位置する負極板Nと正極板Pとの間で,多孔質部材であるセパレータSの細孔に保持されている電解液120を介してリチウムイオンの授受を行う。
In the
図4に,電極体110における負極板N,正極板P,セパレータSの重ね合わせを長手方向について説明するための図を示す。つまり,図4は,電極体110の捲回を解いて負極板N,正極板P,2枚のセパレータSをそれぞれ長手方向に伸ばした状態を示したものである。図4において左右方向が負極板N,正極板P,セパレータSの長手方向である。電極体110は,図4の負極板N,正極板P,セパレータSを,左側の巻き始め端より矢印Aの向きに捲回してなるものである。このため,巻き始め端に近い左側の部分ほど,捲回された電極体110においては内周側に位置する部分である。
FIG. 4 is a view for explaining the superposition of the negative electrode plate N, the positive electrode plate P, and the separator S in the
本形態の電極体110は,図4に示すように,2枚のセパレータSとしてともに同じ長さのものを用いている。2枚のセパレータSはともに,その長手方向の長さが負極板Nおよび正極板Pよりも長いものである。さらに,負極板Nについては,長手方向の長さが正極板Pよりも長いものを用いている。
As shown in FIG. 4, the
また,図4に示すように,電極体110の重ね合わせにおいては,負極板Nおよび正極板Pの巻き始め側の端はそろっている。さらに,2枚のセパレータSの巻き始め側はともに,負極板Nおよび正極板Pの巻き始め側の端よりも,長さBだけ図4において左向きに突出している。そのセパレータSの巻き始め側の突出している部分を,図4に巻き始め側セパレータ部SBとして示している。
Further, as shown in FIG. 4, when the
さらに,正極板Pよりも長い負極板Nの巻き終わり側は,長さCの分だけ,正極板Pの巻き終わり側の端よりも右向きに突出している。加えて,2枚のセパレータSの巻き終わり側はともに,負極板Nの巻き終わり側の端よりもさらに長さDだけ,右向きに突出している。つまり,セパレータSの巻き終わり側は,長さCと長さDとを合わせた長さだけ,正極板Pの巻き終わり側の端よりも右向きに突出している。 Furthermore, the winding end side of the negative electrode plate N that is longer than the positive electrode plate P projects rightward from the end of the positive electrode plate P on the winding end side by the length C. In addition, both the winding end sides of the two separators S protrude to the right by a length D from the end of the negative electrode plate N on the winding end side. That is, the winding end side of the separator S protrudes rightward from the end of the positive electrode plate P on the winding end side by the length of the length C and the length D.
そして,図4の重ね合わせの状態で矢印Aの向きに捲回した電極体110では,長さCで示す負極板Nの巻き終わり側の部分は,正極板Pのうちの最外周の部分よりも外周側に捲回されることとなる。図4には,正極板Pの最外周の部分よりも外周側に捲回される負極板Nの部分を,正極外周側負極部NCとして示している。
In the
本形態において,負極板Nの正極外周側負極部NCの長さCは,電極体110における正極外周側負極部NCの捲回の位置で1周となる長さである。このため,正極外周側負極部NCは,負極板Nのうちの最外周となる部分である。また,電極体110において,正極板Pの最外周の部分よりも外周側には1周,負極板Nの正極外周側負極部NCが捲回されていることとなる。よって,電極体110において,負極板Nの正極外周側負極部NCの外周側の面(図4における下面)については,対向する正極板Pは存在しない。
In this embodiment, the length C of the positive electrode outer peripheral side negative electrode portion NC of the negative electrode plate N is a length that makes one turn at the winding position of the positive electrode outer peripheral side negative electrode portion NC in the
また,電極体110において,セパレータSの図4にSCで示す部分は,負極板Nの正極外周側負極部NCよりも外周側に捲回される部分である。さらに,セパレータSの図4にSDで示す部分については,セパレータSのSCで示す部分よりもさらに外周側に捲回される部分である。このため,セパレータSのSDの部分についても,負極板Nの正極外周側負極部NCよりも外周側に捲回される部分である。よって,図4には,セパレータSのSCで示す部分とSDで示す部分とを合わせた部分を,負極外周側セパレータ部SCDとして示している。
Further, in the
ここで,電池100の充放電時において,負極板Nの正極外周側負極部NCの外周面では,対向する正極板Pが存在しないため,それほど反応が生じないことが好ましい。充放電時に負極板Nの正極外周側負極部NCの外周面と反応した正極板Pの部分は,正極外周側負極部NCよりも内周側において対向している負極板Nの部分とも反応している。このため,負極板Nの正極外周側負極部NCの外周面と反応した正極板Pの部分は,充放電時の反応が過剰になってしまうからである。
Here, at the time of charging / discharging of the
そして,負極板Nの正極外周側負極部NCの外周面における充放電時の反応を抑制するためには,負極板Nの正極外周側負極部NCよりも外周側に捲回されるセパレータSの負極外周側セパレータ部SCDに保持される電解液120の量を少なくすることが好ましい。充放電時の反応は,多孔質部材であるセパレータSに保持されている電解液120を介して生じるからである。
And in order to suppress the reaction at the time of charging / discharging in the outer peripheral surface of the positive electrode outer peripheral side negative electrode part NC of the negative electrode plate N, the separator S wound around the outer peripheral side from the positive electrode outer peripheral side negative electrode part NC of the negative electrode plate N It is preferable to reduce the amount of the
そこで,本形態の電池100では,電極体110におけるセパレータSの負極外周側セパレータ部SCDに保持される電解液120の量を少なくすることにより,負極板Nの正極外周側負極部NCの外周面の反応が抑制されている。具体的には,電極体110の捲回時に,セパレータSの負極外周側セパレータ部SCDとなる部分の細孔を閉じることにより,その部分に保持される電解液120の量が少なくなるようにされている。
Therefore, in the
次に,本形態の電極体110の作製方法について説明する。図5に,本形態の電極捲回装置1の概略構成を示す。電極体110は,前述したように,負極板N,正極板P,2枚のセパレータSを円筒形状に捲回後,その円筒形状の捲回体を径方向に圧迫することによって扁平形状に成形されたものである。そして,図5に示す電極捲回装置1は,正極板Pと負極板Nと2枚のセパレータSとを円筒形状に捲回して,扁平形状に成形される前の捲回体を連続的に作製することのできる装置である。
Next, a method for manufacturing the
電極捲回装置1は,図5に示すように,負極板Nを巻き出すための負極巻出部11,正極板Pを巻き出すための正極巻出部12,2枚のセパレータSを巻き出すためのセパレータ巻出部13,14を有している。そして,それぞれの巻出部より巻き出された負極板N,正極板P,2枚のセパレータSは,捲回部70に向けて搬送され,捲回部70によりその外周の捲回位置Yにおいて巻き取られることで円筒形状の捲回体とされる。
As shown in FIG. 5, the
捲回部70は,図5に示す位置で矢印Xの向きに回転することにより,負極板N,正極板P,2枚のセパレータSを巻き取るためのものである。また,捲回部70よりも各材料の巻出部側に配置されている捲回部71についても,捲回部70と同様,負極板N,正極板P,2枚のセパレータSを巻き取るためのものである。ただし,図5に示す捲回部71は,その位置では捲回のための回転を行わない。捲回部70と捲回部71とは,ともに矢印Zの向きに回転移動し,その回転移動によって相互の位置を入れ替えることができる。そして,捲回部71は,図5に示す位置から入れ替えの回転移動をした捲回部70の位置で,負極板N,正極板P,2枚のセパレータSを巻き取るための回転を行う。
The winding
また,捲回部70,71はそれぞれ,回転軸に平行な平面を分割面として2つに分割されており,これらが互いに押し付け合った把持状態と,把持が解除されて隙間が形成された把持解除状態とをとることができる。そして,捲回部70,71はそれぞれ,負極板N,正極板P,2枚のセパレータSの捲回体における内周側となる端を把持した把持状態で回転し,これらを巻き取ることができる。図5において,捲回部70は把持状態であり,捲回部71については把持解除状態のものである。図5に示すように,負極板N,正極板P,2枚のセパレータSはいずれも,把持解除状態の捲回部71の隙間を通り,捲回部70に巻き取られている。
Further, each of the winding
また,負極板Nの搬送経路について負極巻出部11よりも捲回位置Y側には,負極不良検出部21,負極把持部31,負極カッター41がこの順で設けられている。負極不良検出部21は,負極巻出部11より捲き出された負極板Nに不良部分があるか否かを検出するためのものである。負極把持部31は,負極カッター41によって幅方向に切断された負極板Nの先端付近を把持するためのものである。つまり,負極把持部31は,負極板Nを把持した状態とその把持を解除した状態とをとるものである。また,負極把持部31は,把持している負極板Nの先端を,捲回部71の位置まで移動させることができる。
Further, a negative electrode
正極板Pの搬送経路について正極巻出部12よりも捲回位置Y側には,正極不良検出部22,正極把持部32,正極カッター42がこの順で設けられている。正極不良検出部22は,正極巻出部12より捲き出された正極板Pに不良部分があるか否かを検出するためのものである。正極把持部32は,正極カッター42により幅方向に切断された正極板Pの先端付近を把持するためのものである。つまり,正極把持部32は,正極板Pを把持した状態とその把持を解除した状態とをとるものである。また,正極把持部32は,把持している正極板Pの先端を,捲回部71の位置まで移動させることができる。
A positive electrode
また,捲回部70と捲回部71との間には,セパレータカッター80が設けられている。セパレータカッター80は,2枚のセパレータSを幅方向に一度に切断するためのものである。
Further, a
そして,図5の状態において,捲回部70は,正極板Pと負極板Nと2枚のセパレータSとの捲回を行う。このため,捲回部70の位置で捲回体が作製される。捲回が終了後,作製された捲回体は,捲回部70より取り外されて次工程へと搬送される。
In the state shown in FIG. 5, the winding
また,捲回部70の位置で捲回が終了したとき,把持解除状態の捲回部71の隙間には,負極把持部31および正極把持部32により,それぞれが把持している負極板Nおよび正極板Pの先端が挿入される。捲回部71は,負極板Nおよび正極板Pの先端が挿入された状態で把持状態をとることにより,負極板N,正極板P,2枚のセパレータSを把持する。
Further, when the winding is completed at the position of the winding
そして,把持状態をとった捲回部71は,捲回体が取り外された捲回部70とともに矢印Zの向きに回転移動され,捲回部70,71の位置の入れ替えが行われる。その後,捲回部71が矢印Xの向きに回転することで次の捲回が行われる。これにより,電極捲回装置1では,捲回体を連続的に作製することができる。
And the winding
ここで,本形態の電極捲回装置1において,2枚のセパレータSの搬送経路には,セパレータ巻出部13,14よりも捲回位置Y側にそれぞれ,加熱ローラ61,62が設けられている。さらに,加熱ローラ61,62のセパレータSの搬送経路の上流と下流とにはそれぞれ,加熱前測長ローラ51,52と加熱後測長ローラ53,54とが設けられている。
Here, in the
加熱前測長ローラ51,52および加熱後測長ローラ53,54はいずれも,セパレータSに押し付けられており,捲回に伴って搬送されるセパレータSの移動距離を測定するためのものである。つまり,加熱前測長ローラ51,52は,加熱ローラ61,62の通過前におけるセパレータSの移動距離を測定するためのものである。加熱後測長ローラ53,54は,加熱ローラ61,62の通過後におけるセパレータSの移動距離を測定するためのものである。
The pre-heating
加熱ローラ61,62は,セパレータSを,その幅方向について一様に加熱することができるものである。また,加熱ローラ61,62はそれぞれ,セパレータSに接触する接触位置と,セパレータSから離れた離間位置とをとることができるものである。図5には,接触位置にあるときの加熱ローラ61,62を実線で,離間位置にあるときの加熱ローラ61,62を二点鎖線で示している。
The
加熱ローラ61,62は,接触位置では,多孔質部材であるセパレータSを,その細孔のほとんどが閉じられる程度の温度にまで加熱することができる。つまり,加熱ローラ61,62は,セパレータSを,その融点以上の温度にまで加熱することができる。具体的には,加熱ローラ61,62による加熱温度は,セパレータSとして融点が125℃のポリエチレン(PE)を用いる場合,140℃とすることができる。なお,加熱ローラ61,62によるセパレータSの加熱温度は,セパレータSが破れてしまうほど高い温度ではない。
At the contact position, the
一方,離間位置においては,加熱ローラ61,62によってセパレータSが加熱されることはない。すなわち,加熱ローラ61,62は,接触位置と離間位置との間で移動することにより,セパレータSの搬送方向(長手方向)について,その一部のみを加熱することができるものである。
On the other hand, in the separated position, the separator S is not heated by the
そして,本形態の加熱ローラ61,62は,セパレータSのうち,図4により説明した負極外周側セパレータ部SCDとなる部分のみを加熱する。よって,加熱ローラ61,62は,それぞれの位置をセパレータSの負極外周側セパレータ部SCDとなる部分が通過しているときには,接触位置へと移動した状態をとる。
And the
一方,加熱ローラ61,62の位置をセパレータSの負極外周側セパレータ部SCDよりも内周側となる部分が通過しているときには,離間位置へと移動した状態をとる。これにより,加熱ローラ61,62はそれぞれ,2枚のセパレータSのうちの負極外周側セパレータ部SCDとなる部分のみを加熱することができる。
On the other hand, when the portion of the
なお,セパレータ巻出部13,14より巻き出されたセパレータSのうち,負極外周側セパレータ部SCDとなる部分がどの位置を搬送されているかは,捲回部70の回転量より算出することができる。よって,セパレータSの負極外周側セパレータ部SCDとなる部分が加熱ローラ61,62の位置に到達し通過するタイミングは,捲回部70の回転量より算出することができる。
Of the separators S unwound from the
また,セパレータSは,加熱ローラ61,62によって加熱されることで,その長手方向にわずかに伸びることがある。そのセパレータSの加熱ローラ61,62の通過時の伸び量については,加熱前測長ローラ51,52および加熱後測長ローラ53,54による検出値により算出することができる。従って,本形態の電極捲回装置1は,セパレータSが加熱ローラ61,62の通過時に伸びてしまう場合にも,セパレータSの負極外周側セパレータ部SCDとなる部分のみを,加熱ローラ61,62によって精度良く加熱することができる。
Further, the separator S may be slightly extended in the longitudinal direction by being heated by the
そして,本形態の電極捲回装置1により作製された捲回体は,その後の工程において扁平形状に成形されて電極体110とされる。さらに,電極体110は,負極端子150および正極端子160が接続されてケース本体131の内部に収容される。電極体110が収容されたケース本体131の開口部は,封口板132が接合されることによって閉じられる。さらに,電池ケース130内に電解液120が注入されることで電池100(図1)が製造される。
And the winding body produced with the
このように製造された電池100では,充放電時において,正極板Pの一部が過剰に反応してしまうことがない。電極体110における2枚のセパレータSはともに,負極外周側セパレータ部SCDにおける細孔がほとんど閉じられている。このため,負極外周側セパレータ部SCDに保持されている電解液120の量が少なく,負極板Nの正極外周側負極部NCの外周面の充放電時における反応が抑制されているからである。
In the
なお,上記において,電極捲回装置1は,2枚のセパレータSの負極外周側セパレータ部SCDとなる部分をともに,加熱ローラ61,62によって加熱している。しかし,例えば,2枚のセパレータSのうちの一方の負極外周側セパレータ部SCDとなる部分のみを加熱し,他方については加熱を行わなくてもよい。
In the above description, the
また例えば,セパレータSの負極外周側セパレータ部SCDの長手方向における一部のみを加熱することとしてもよい。具体的には,例えば,図4に示すセパレータSのSCの部分およびSDの部分の一方のみを加熱することとしてもよい。また例えば,セパレータSの負極外周側セパレータ部SCDの幅方向における一部のみを加熱することとしてもよい。いずれにおいても,負極外周側セパレータ部SCDに保持される電解液120の量を少なくし,負極板Nの正極外周側負極部NCの外周面の充放電時の反応を抑制できることに変わりはないからである。すなわち,正極板Pの過剰反応を抑制することができるからである。
For example, only a part of the separator S in the longitudinal direction of the negative electrode outer peripheral separator SCD may be heated. Specifically, for example, only one of the SC portion and the SD portion of the separator S shown in FIG. 4 may be heated. Further, for example, only a part of the separator S in the width direction of the negative electrode outer peripheral separator SCD may be heated. In any case, the amount of the
また,本形態の扁平形状の電極体110は,図2に示すように,外周面に平面部と曲面部とを有している。そして,このような扁平形状の電極体110を有する電池100においては,充放電時における正極板Pの過剰反応が,電極体110の曲面部に位置している部分において生じやすい傾向にある。よって,電極体110を,セパレータSの負極外周側セパレータ部SCDのうちの一部のみを加熱して作製する場合,負極外周側セパレータ部SCDのうちの電極体110の曲面部に捲回される部分を加熱することが好ましい。電極体110の曲面部に位置する正極外周側負極部NCの外周側における充放電時の反応を抑制することで,電極体110の曲面部に位置する正極板Pの過剰反応を適切に抑制することができるからである。
Further, as shown in FIG. 2, the
また,本形態のような扁平形状の電極体110では,電極体110の曲面部において,負極板Nの正極外周側負極部NCの外周側に捲回されている多孔質のままのセパレータSの枚数が,正極外周側負極部NCから数えて1枚以下であることが好ましい。電極体110の曲面部においては,負極板Nの正極外周側負極部NCの外周側に捲回されている多孔質のままのセパレータSの枚数を1枚以下とすることにより,正極板Pの過剰反応を適切に抑制することができるからである。よって,例えば,負極外周側セパレータ部SCDの電極体110の曲面部に捲回される部分のうち,正極外周側負極部NCから外周側に数えて2枚目となる部分を加熱すればよい。また,電極体110の平面部においては,負極板Nの正極外周側負極部NCの外周側に捲回されている多孔質のままのセパレータSの枚数が,正極外周側負極部NCから数えて3枚以下であることが好ましい。電極体110の平面部においては,負極板Nの正極外周側負極部NCの外周側に捲回されている多孔質のままのセパレータSの枚数を3枚以下とすることにより,正極板Pの過剰反応を適切に抑制することができるからである。よって,例えば,負極外周側セパレータ部SCDの電極体110の平面部に捲回される部分のうち,正極外周側負極部NCから外周側に数えて4枚目となる部分を加熱すればよい。
Further, in the
また,加熱ローラ61,62としては,最外周にフッ素系樹脂などによる離型層を有するものが好ましい。加熱されたセパレータSの一部が溶融してなる溶融物が,加熱ローラ61,62の表面に付着してしまうことを抑制することができるからである。そして,加熱ローラ61,62にセパレータSの溶融物が付着してしまうことを抑制することにより,加熱ローラ61,62によるセパレータSの加熱を,長期に渡って適切に行うことができるからである。
Further, the
また例えば,セパレータSとして,厚さ方向に異なる材料を複数積層させた複合材料のものを1枚として用いる場合には,その複数ある層のうち,少なくとも1層を構成する材料が融点以上となるように加熱すればよい。 In addition, for example, when the separator S is a composite material in which a plurality of different materials in the thickness direction are stacked, the material constituting at least one of the plurality of layers has a melting point or higher. What is necessary is just to heat.
以上詳細に説明したように,本形態に係る電極体110は,電極捲回装置1によって円筒形状に捲回された捲回体を,その後,扁平形状に成形することで作製される。電極捲回装置1は,扁平形状に形成される前の捲回体を,2枚のセパレータSの負極外周側セパレータ部SCDとなる部分をともに,加熱ローラ61,62によってその融点以上に加熱しつつ作製する。また,電池100は,作製した電極体110を電解液120とともに電池ケース130内に収容することで製造される。電池100において,電極体110におけるセパレータSの負極外周側セパレータ部SCDの部分は,細孔が閉じられているため,保持される電解液120の量が少なくされている。これにより,電池100の充放電時における負極板Nの正極外周側負極部NCの外周面における反応が抑制されている。従って,充放電時における正極の過剰反応が抑制された二次電池の製造方法が実現されている。
As described above in detail, the
[第2の形態]
次に,第2の形態について説明する。本形態では,セパレータとして,厚さ方向に異なる材料を複数積層させた複合材料のものを用いる。具体的には,セパレータとして,表裏に位置する表層と,表裏の間に表層よりも融点が低い中間層とを有するものを用いる。そして,加熱ローラによるセパレータの加熱を,セパレータの中間層の融点以上,表層の融点未満の範囲内の温度で行う。なお,このこと以外については,本形態においても,第1の形態と同様である。
[Second form]
Next, the second embodiment will be described. In this embodiment, as the separator, a composite material in which a plurality of different materials are laminated in the thickness direction is used. Specifically, a separator having a surface layer located on the front and back sides and an intermediate layer having a melting point lower than that of the front layer is used between the front and back sides. Then, the separator is heated by the heating roller at a temperature within the range of the melting point of the intermediate layer of the separator and less than the melting point of the surface layer. Except for this, the present embodiment is the same as the first embodiment.
図6に,本形態で用いるセパレータSの断面図を示す。セパレータSは,図6に示す断面を,その長手方向および幅方向に有するものである。図6に示すように,本形態のセパレータSは,表裏の表面にそれぞれ位置する表層S1と,表裏の表層S1の間に挟まれた中間層S2とを有する3層構造のものである。 FIG. 6 shows a cross-sectional view of the separator S used in this embodiment. The separator S has the cross section shown in FIG. 6 in the longitudinal direction and the width direction. As shown in FIG. 6, the separator S of the present embodiment has a three-layer structure having a surface layer S1 positioned on the front and back surfaces and an intermediate layer S2 sandwiched between the front and back surface layers S1.
本形態のセパレータSは,表裏に位置する表層S1がともに,中間層S2よりも,融点が高い材質のものである。具体的には,本形態のセパレータSの表層S1には,例えば,融点が約180℃のポリプロピレン(PP)を用いることができる。また,表層S1にポリプロピレン(PP)を用いた場合,中間層S2には,例えば,融点が約125℃のポリエチレン(PE)を用いることができる。なお,表層S1と中間層S2との組み合わせは,ポリプロピレン(PP)とポリエチレン(PE)との組み合わせ以外の組み合わせとすることも可能である。 In the separator S of this embodiment, both the front and back surface layers S1 are made of a material having a higher melting point than the intermediate layer S2. Specifically, for example, polypropylene (PP) having a melting point of about 180 ° C. can be used for the surface layer S1 of the separator S of the present embodiment. Further, when polypropylene (PP) is used for the surface layer S1, for example, polyethylene (PE) having a melting point of about 125 ° C. can be used for the intermediate layer S2. The combination of the surface layer S1 and the intermediate layer S2 can be a combination other than the combination of polypropylene (PP) and polyethylene (PE).
そして,本形態においても,第1の形態と同様,図5に示す電極捲回装置1を用いて電極体110を作製する。すなわち,電極捲回装置1により,正極板Pと負極板Nと2枚のセパレータSとを円筒形状に捲回して,扁平形状に成形される前の捲回体を作製する。そして,本形態では,電極捲回装置1の捲回部70,71による負極板N,正極板P,2枚のセパレータSの巻き取りを,図6に示す3層構造のセパレータSをセパレータ巻出部13,14より巻き出しつつ行う。
And also in this form, the
また本形態においても,セパレータSの負極外周側セパレータ部SCDとなる部分を,電極捲回装置1の加熱ローラ61,62によって加熱する。そして,本形態では,加熱ローラ61,62により,セパレータSを,中間層S2の融点以上,表層S1の融点未満の範囲内の温度で加熱する。具体的には,表層S1が融点を約180℃とするポリプロピレン(PP)であり,中間層S2が融点を約125℃とするポリエチレン(PE)であるセパレータSにおいては,加熱温度を140℃とすることができる。
Also in this embodiment, the portion that becomes the negative electrode outer side separator portion SCD of the separator S is heated by the
よって,本形態では,加熱ローラ61,62によって加熱されたセパレータSの部分では,中間層S2の細孔がほとんど閉じられている。これにより,本形態で作製された捲回体を扁平形状に成形して電極体110となし,その電極体110を収容してなる電池100では,負極外周側セパレータ部SCDに保持されている電解液120の量を少なくすることができる。これにより,本形態においても,負極板Nの正極外周側負極部NCの外周面の充放電時における反応を抑制することができる。
Therefore, in this embodiment, the pores of the intermediate layer S2 are almost closed in the portion of the separator S heated by the
一方,加熱ローラ61,62による加熱温度が表層S1の融点よりも低いことにより,加熱ローラ61,62に接触したセパレータSの表層S1が溶融してしまうことがない。つまり,本形態では,セパレータSの表層S1の融点が加熱ローラ61,62の加熱温度よりも高いことにより,セパレータSの一部が溶融してなる溶融物が加熱ローラ61,62に付着してしまうことが,確実に抑制されている。これにより,加熱ローラ61,62によるセパレータSの加熱を,確実に,長期に渡って適切に行うことができる。なお,加熱ローラ61,62によって加熱されたセパレータSの部分のうちの表層S1では,細孔がほとんど閉じられることがない。
On the other hand, since the heating temperature by the
そして,本形態においても,製造された電池100では,充放電時において,正極板Pの一部が過剰に反応してしまうことがない。電極体110における2枚のセパレータSはともに,負極外周側セパレータ部SCDの中間層S2における細孔がほとんど閉じられている。このため,負極外周側セパレータ部SCDに保持されている電解液120の量が少なく,負極板Nの正極外周側負極部NCの外周面の充放電時における反応が抑制されているからである。
Also in this embodiment, in the manufactured
また本形態においても,例えば,2枚のセパレータSのうちの一方の負極外周側セパレータ部SCDとなる部分のみを加熱し,他方については加熱を行わなくてもよい。また例えば,セパレータSの負極外周側セパレータ部SCDの長手方向または幅方向における一部を加熱することとしてもよい。 Also in this embodiment, for example, only the portion that becomes one negative electrode outer peripheral separator SCD of the two separators S may be heated, and the other may not be heated. For example, it is good also as heating a part in the longitudinal direction or the width direction of the negative electrode outer peripheral side separator part SCD of the separator S. FIG.
また,本形態においても,電極体110を,セパレータSの負極外周側セパレータ部SCDのうちの一部のみを加熱して作製する場合,負極外周側セパレータ部SCDのうちの電極体110の曲面部に捲回される部分を加熱することが好ましい。電極体110の曲面部に位置する正極外周側負極部NCの外周側における充放電時の反応を抑制することで,電極体110の曲面部に位置する正極板Pの過剰反応を適切に抑制することができるからである。
Also in this embodiment, when the
また,本形態の電極体110の曲面部においても,負極板Nの正極外周側負極部NCの外周側に捲回されている多孔質のままのセパレータSの枚数が,正極外周側負極部NCから数えて1枚以下であることが好ましい。よって,例えば,負極外周側セパレータ部SCDの電極体110の曲面部に捲回される部分のうち,正極外周側負極部NCから外周側に数えて2枚目となる部分を加熱すればよい。また,本形態の電極体110の平面部においても,負極板Nの正極外周側負極部NCの外周側に捲回されている多孔質のままのセパレータSの枚数が,正極外周側負極部NCから数えて3枚以下であることが好ましい。よって,例えば,負極外周側セパレータ部SCDの電極体110の平面部に捲回される部分のうち,正極外周側負極部NCから外周側に数えて4枚目となる部分を加熱すればよい。
Also in the curved surface portion of the
また,本形態においても,加熱ローラ61,62として,最外周にフッ素系樹脂などによる離型層を有するものが好ましい。加熱されたセパレータSの一部が溶融してなる溶融物が,加熱ローラ61,62の表面に付着してしまうことを,より確実に抑制することができるからである。
Also in the present embodiment, it is preferable that the
また例えば,本形態のセパレータSは,必ずしも表裏の両面にともに,中間層S2よりも融点の高い表層S1を有するものでなくてもよい。つまり,本形態のセパレータSとしては,少なくとも加熱ローラ61,62に接触することとなる側の面に,中間層S2よりも融点の高い表層S1を有しているものであればよい。すなわち,セパレータSの表裏の一方の面のみに接触する加熱ローラ61,62によって加熱を行う本形態の電極捲回装置1(図5)では,中間層S2よりも融点の高い表層S1は,少なくとも,セパレータSの加熱ローラ61,62に対面する側の面にあればよい。このため,セパレータSの加熱ローラ61,62に接触しない側の面には,表層S1はなくても良い。加熱ローラ61,62へのセパレータSの溶融物の付着を,抑制できることに変わりはないからである。
For example, the separator S of this embodiment does not necessarily have to have the surface layer S1 having a higher melting point than the intermediate layer S2 on both the front and back surfaces. That is, the separator S of this embodiment may be any separator having a surface layer S1 having a melting point higher than that of the intermediate layer S2 on at least the surface that comes into contact with the
以上詳細に説明したように,本形態では,セパレータSとして,表層S1と中間層S2とを有するものを用いる。表層S1は,中間層S2よりも,融点の高い材質のものである。そして,電極捲回装置1は,扁平形状に形成される前の捲回体を,2枚のセパレータSの負極外周側セパレータ部SCDとなる部分をともに,加熱ローラ61,62によって,中間層S2の融点以上,表層S1の融点未満の範囲内の温度で加熱しつつ作製する。また,電池100は,作製した電極体110を電解液120とともに電池ケース130内に収容することで製造される。電池100において,電極体110におけるセパレータSの負極外周側セパレータ部SCDの部分は,中間層S2の細孔が閉じられているため,保持される電解液120の量が少なくされている。これにより,充放電時における正極の過剰反応が抑制された二次電池の製造方法が実現されている。
As described above in detail, in this embodiment, the separator S having the surface layer S1 and the intermediate layer S2 is used. The surface layer S1 is made of a material having a higher melting point than the intermediate layer S2. The
なお,本実施の形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。従って本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲で種々の改良,変形が可能である。例えば,上記の実施形態で説明した電池100に限らず,捲回型の電極体を有する二次電池の製造方法であれば適用することができる。すなわち,扁平形状の電極体110に限らず,円筒形状の捲回型電極体を有するリチウムイオン二次電池の製造方法にも適用することができる。また,リチウムイオン二次電池に限らず,ニッケル水素二次電池など,その他の充放電可能な二次電池の製造方法にも適用することができる。
Note that this embodiment is merely an example, and does not limit the present invention. Accordingly, the present invention can naturally be improved and modified in various ways without departing from the gist thereof. For example, the present invention is not limited to the
1 電極捲回装置
11 負極巻出部
12 正極巻出部
13,14 セパレータ巻出部
61,62 加熱ローラ
70,71 捲回部
Y 捲回位置
100 電池
110 電極体
120 電解液
130 電池ケース
N 負極板
P 正極板
S セパレータ
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記電極体は,外周面が平面の平坦部,および,外周面が曲面の曲面部を有するものであり,
前記電極体について,前記負極板が,前記正極板のうちの最外周に位置する正極最外周部よりも外周側の位置に捲回されている正極外周側負極部を有するとともに,前記セパレータが,前記正極外周側負極部よりも外周側の位置に捲回されている負極外周側セパレータ部を有するものである二次電池の製造方法において,
前記正極板と前記負極板と前記セパレータとをそれぞれの巻き出し位置より巻き出しつつ,捲回位置にて前記正極板と前記負極板とをこれらの間に前記セパレータを介在させた状態で捲回することにより前記電極体を作製する電極体作製工程と,
前記電極体を前記電池ケースの内部に収容するとともに前記電解液を前記電池ケースの内部に注入する組立工程とを有し,
前記電極体作製工程では,前記セパレータの巻き出し位置から前記捲回位置までの間で,前記セパレータのうちの前記負極外周側セパレータ部となる部分で,かつ,前記曲面部に位置する部分の少なくとも一部を,その融点以上に加熱することを特徴とする二次電池の製造方法。 The battery case has an electrode body formed by winding a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator, and an electrolyte solution.
The electrode body has a flat portion having a flat outer peripheral surface and a curved surface portion having a curved outer peripheral surface;
For the electrode body, the negative electrode plate has a positive electrode outer peripheral side negative electrode portion wound around a position on the outer peripheral side with respect to a positive electrode outermost peripheral portion located on the outermost outer periphery of the positive electrode plate, and the separator, In the method of manufacturing a secondary battery, which has a negative electrode outer peripheral side separator portion wound at a position on the outer peripheral side of the positive electrode outer peripheral side negative electrode portion,
Winding the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator from the respective unwinding positions, and winding the positive electrode plate and the negative electrode plate at the winding position with the separator interposed therebetween. An electrode body manufacturing step of manufacturing the electrode body by,
An assembly step of accommodating the electrode body in the battery case and injecting the electrolyte into the battery case;
In the electrode body manufacturing step, at least a portion of the separator that becomes the negative electrode outer side separator portion and a portion that is located on the curved surface portion between the separator unwinding position and the winding position. A method for producing a secondary battery, wherein a part of the battery is heated to a melting point or higher.
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