JP6863192B2 - 組電池の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、組電池の製造方法に関し、特に、各々が電極を構成する複数のシート状部材を積層して組電池を構成するための組電池の製造方法に関する。

車両の走行用モータ等の駆動用電源として用いられる組電池については、航続距離を確保するために大容量であることが求められる。このような大容量の組電池について、各々が電極を構成する複数のシート状部材を積層して構成される組電池が知られている。

このような積層型の組電池の製造方法について、たとえば特開２０１２−２２１７１５号公報（特許文献１）には、電極及びセパレータの少なくとも一方を含むシート部材を積層する際に、それまでに積層されたシート部材のずれを抑制するために、クランプにより積層体を固定しながらシート部材を順次積層していく積層方法が開示されている（特許文献１参照）。

特開２０１２−２２１７１５号公報 特開２０１４−１１０４０号公報 特開２００９−２７７６７３号公報

特許文献１に記載の積層方法では、クランプにより固定された積層体上にシート部材を積層する際に、積層されるシート部材がクランプと干渉する。これにより、シート部材が屈曲して電極同士の密着性が低下し、その結果、電池の抵抗が増加して電池性能が低下する可能性がある。

本開示は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、電極積層体のずれを抑制しつつ、電極を構成するシート状部材が積層時に屈曲するのを抑制可能な組電池の製造方法を提供することである。

本開示の組電池の製造方法は、各々が電極を構成する複数のシート状部材を積層して組電池を構成するための製造方法である。各シート状部材は、当該シート状部材の一辺の一部から突設したタブを備えている。そして、この製造方法は、第１のシート状部材を積層するステップと、第１のシート状部材のタブである第１のタブを第１のクランプで固定するステップと、第１のタブを第１のクランプで固定しつつ、第１のシート状部材の上部に第２のシート状部材を積層するステップとを含む。ここで、第２のシート状部材のタブである第２のタブは、第１のタブと重複部を有し、かつ、第１のタブを固定している第１のクランプと干渉しないように第１のタブに対して平面方向にオフセットされている。そして、製造方法は、さらに、上記重複部において第２のタブを第２のクランプで固定するステップを含む。

本開示の組電池の製造方法においては、第１のシート状部材の上部に積層される第２のシート状部材の第２のタブは、第１のクランプと干渉しないように第１のタブに対してオフセットされているので、第２のタブが第１のクランプと干渉することなく第１のシート状部材の上部に第２のシート状部材を積層することができる。したがって、本開示の組電池の製造方法によれば、電極積層体のずれを抑制しつつ、電極を構成するシート状部材が積層時に屈曲するのを抑制することができる。その結果、電極同士の密着性低下により電池性能が低下するのを抑制することができる。

本開示の実施の形態に従う組電池の製造方法により製造された組電池の電極体の外観を示した斜視図である。 各電極部材の製造工程の一部を説明する図である。 図２中のIII-IIIに沿った断面を模式的に示した図である。 電極部材を製品幅でカットするための回転式切断刃の断面図である。 電極部材にタブを形成するための回転式タブ切断刃の断面図である。 電極部材が積層されるときのタブの配置関係を示した図である。 電極部材が積層される際の各タブの配置及びクランプの動作を示した第１の図である。 電極部材が積層される際の各タブの配置及びクランプの動作を示した第２の図である。 電極部材が積層される際の各タブの配置及びクランプの動作を示した第３の図である。 電極部材が積層される際の各タブの配置及びクランプの動作を示した第４の図である。 本実施の形態に従う組電池の製造方法の手順を説明するフローチャートである。 交互に積層される正極シート及び負極シートの断面図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、本開示の実施の形態に従う組電池の製造方法により製造された組電池の電極体の外観を示した斜視図である。図１を参照して、電極体１０は、各々が電極を構成する複数のシート状の電極部材が積層されることにより構成されている。各電極部材は、シート状の矩形に形成され、当該電極部材の一辺（幅をＡとする。）の一部から突設したタブ１２を備えている。各電極部材は、電極体１０においてタブ１２が同一方向に突出するように積層されている。

各電極部材のタブ１２は、積層時の直下の電極部材のタブ１２に対して、平面方向に重複部を有しつつオフセットを有するように形成されている。その結果、図示されるように、電極体１０から突設した複数のタブ１２は、電極部材の積層方向に対して階段状に設けられている。これにより、各電極部材を積層して電極体１０を構成する際に、それまでに積層された積層体を固定するためのクランプと、積層体上にさらに積層される電極部材のタブ１２とが干渉することなく、電極部材を積層することができる。以下、本実施の形態に従う組電池の製造方法について詳しく説明する。

図２は、各電極部材の製造工程の一部を説明する図である。図２を参照して、電極部材２１〜２３は、電極部材２１，２２，２３の順に順次積層される電極部材である。図示されるように、電極部材２１〜２３は連続的に製造され、この図２では、電極部材２１〜２３が製品幅Ａでカットされる前の状態が示されている。

電極部材２１〜２３は、後述の回転式切断刃（図４）によって製品幅Ａにカットされる。また、この電極部材２１〜２３をカットする工程とともに、後述の回転式タブ切断刃（図５）を用いて、電極部材２１〜２３には、電極シート（この例では負極シート）の突出部分にそれぞれ幅Ｃのタブ３１〜３３が所定の間隔Ｂ（Ｂ＞Ａ）で形成される。これにより、電極部材２１〜２３の積層時にタブ３１〜３３を積層方向に対してオフセットさせることができる。この点については、後ほど詳しく説明する。

図３は、図２中のIII-IIIに沿った断面を模式的に示した図である。図３を参照して、電極部材２２は、正極シート４１と、負極シート４３と、セパレータ４２，４４とを含む。正極シート４１は、たとえばアルミ合金箔シートの表裏面に正極活物質層が塗布されて形成される。

負極シート４３は、たとえば銅箔シートの表裏面に負極活物質層が塗布されて形成される。負極シート４３の一辺には、タブ３２（図２）が形成されている。タブ３２は、負極活物質層が塗布されていない未塗工部に形成される。セパレータ４２，４４は、負極シート４３の両面に設けられる。セパレータ４２，４４は、たとえば多孔質絶縁層によって構成される。

図４は、電極部材２１〜２３を製品幅Ａにカットするための回転式切断刃の断面図である。図４を参照して、この切断刃５０は、軸部５１と、刃５２，５３とを含む。刃５２，５３は、軸部５１の円周方向に互いに１８０度ずれて設けられ、各刃５２，５３は、軸方向に延びるように形成されている。そして、軸部５１の円周方向に沿った刃５２と刃５３との距離がＡとなるように、切断刃５０のサイズが決定されている。

図２に示した電極部材２１〜２３の列方向への移動に同期して切断刃５０を回転させることにより、切断刃５０によって電極部材２１〜２３を製品幅Ａにカットすることができる。

図５は、電極部材２１〜２３にそれぞれタブ３１〜３３を形成するための回転式タブ切断刃の断面図である。図５を参照して、このタブ切断刃６０は、軸部６１と、刃６２，６３とを含む。刃６２，６３は、軸部６１の円周方向に互いに１８０度ずれて設けられ、各刃６２，６３は、電極部材の電極突出部分（この例では負極シートの突出部分）の一部をカットすることで非カット部にタブが形成されるように設けられている。具体的には、各刃６２，６３は、タブ切断刃６０が切断刃５０（図４）と同期して回転する際に、電極部材２１〜２３の負極シート突出部分に幅Ｃのタブ３１〜３３が距離Ｂ（Ｂ＞Ａ）おきに形成されるように、軸部６１の周囲に形成されている。

再び図２を参照して、電極部材２１〜２３の列方向への移動に同期して、切断刃５０（図４）及びタブ切断刃６０（図５）を回転させることにより、切断刃５０によって電極部材２１〜２３を製品幅Ａにカットするとともに、電極部材２１〜２３の負極シート突出部分にそれぞれタブ３１〜３３を形成することができる。

カット前の連続した電極部材２１〜２３において幅Ｃのタブ３１〜３３を距離Ｂ（Ｂ＞Ａ）おきに形成することで、電極部材２１〜２３を順次積層した場合に、タブ３１〜３３を電極部材の平面方向にオフセットさせることができる。仮に、複数の電極部材を積層した場合に、各電極部材のタブが積層方向に一列に形成されるものとすると、上述の特許文献１に記載の積層方法と同様に、クランプと新たに積層される電極部材のタブとが干渉する。これにより、タブや電極部材が屈曲して電極同士の密着性が低下し、その結果、電池の抵抗が増加して電池性能が低下する可能性がある。

そこで、この実施の形態に従う組電池の積層方法では、電極部材２１〜２３のタブ３１〜３３を電極部材の平面方向にオフセットさせ、このような電極部材２１〜２３が順次積層される。これにより、電極部材２１〜２３を積層する場合に、積層される電極部材のタブがクランプと干渉することなく電極部材２１〜２３を積層することができる。

図６は、電極部材２１の上部に電極部材２２が積層されたときのタブ３１，３２の配置関係を示した図である。図６を参照して、切断刃５０（図４）及びタブ切断刃６０（図５）を用いて電極部材２１，２２をカットすることにより、タブ３２は、タブ３１に対して電極部材の平面方向に距離（Ｂ−Ａ）だけオフセットされて配置される。タブ３１，３２は、電極部材の平面方向に幅Ｘだけ重複している。言い換えると、タブ３１，３２が所定幅Ｘだけ重複するように、電極部材２１〜２３の製品幅Ａに対して、製品カット前のタブ３１，３２の間隔Ｂ、及びタブ幅Ｃが決定される。

なお、後述のように、この重複部において、クランプ治具を用いてタブ３２がクランプされるとともにタブ３１，３２が接合され、電極体１０の集電体が形成される。このため、タブ切断刃６０における長さＢ，Ｃについては、重複部におけるタブ３１，３２の接合強度を確保するために、幅Ｘ＝Ｃ−（Ｂ−Ａ）がたとえば２ｍｍよりも大きくなるように、製品幅Ａに対して長さＢ，Ｃを決定するのが好ましい。

図７から図１０は、電極部材２１〜２３が積層される際の各タブの配置及びクランプの動作を示した図である。図７を参照して、電極部材２１（図示せず）のタブ３１の端部（タブ３２と反対側）においてクランプ７１でタブ３１（電極部材２１）を固定しつつ、タブ３２を有する電極部材２２（図示せず）が電極部材２１上に積層される。タブ３２は、タブ３１と重複部を有し、タブ３１（電極部材２１）を固定しているクランプ７１と干渉しないようにタブ３１に対して平面方向にオフセットされている。

図８を参照して、タブ３２を有する電極部材２２（図示せず）が電極部材２１（図示せず）上に積層されると、タブ３１とタブ３２との重複部においてクランプ７２によりタブ３２（電極部材２２）が固定される。

図９を参照して、クランプ７２でタブ３２が固定されると、タブ３１を固定していたクランプ７１が取り外される。クランプ７２は、タブ３１とタブ３２との重複部への通電又は超音波加振によりタブ３１とタブ３２とを重複部において接合する接合治具を兼ねており、クランプ７２によりタブ３１とタブ３２とが重複部において接合される。

図１０を参照して、タブ３１とタブ３２との重複部においてクランプ７２によりタブ３２を固定しつつ、タブ３３を有する電極部材２３（図示せず）が電極部材２２上に積層される。タブ３３は、タブ３２と重複部を有し、タブ３２（電極部材２２）を固定しているクランプ７２と干渉しないようにタブ３２に対して平面方向にオフセットされている。

このように、電極部材２１〜２３が積層される場合に、クランプ７１，７２と新たに積層される電極部材のタブとが干渉することなく電極部材２１〜２３を積層することができる。

図１１は、本実施の形態に従う組電池の製造方法の手順を説明するフローチャートである。図１１を参照して、まず、カウンタｉに初期値１が設定される（ステップＳ１０）。次いで、第ｉ電極部材（すなわち１層目の第１電極部材）が配置される（ステップＳ２０）。次いで、第ｉ電極部材（第１電極部材）のタブが第１クランプで固定される（ステップＳ３０）。

続いて、第（ｉ＋１）電極部材が積層される（ステップＳ４０）。ここで、第（ｉ＋１）電極部材のタブは、第ｉ電極部材のタブと重複部を有し、かつ、第ｉ電極部材のタブを固定している第１クランプと干渉しないように第ｉ電極部材のタブに対して平面方向に所定量オフセットされている。

第（ｉ＋１）電極部材が積層されると、全ての電極部材の積層が終了したか否かが判定される（ステップＳ５０）。全ての電極部材の積層が終了したものと判定されると（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、第１クランプが解除され（ステップＳ６０）、エンドへと処理が移行される。

ステップＳ５０において全ての電極部材の積層が終了していないと判定されると（ステップＳ５０においてＮＯ）、第（ｉ＋１）電極部材のタブと第ｉ電極部材のタブとの重複部において、第（ｉ＋１）電極部材のタブが第２クランプで固定される（ステップＳ７０）。第（ｉ＋１）電極部材のタブが第２クランプで固定されると、第ｉ電極部材を固定していた第１クランプが解除される（ステップＳ８０）。

なお、特に処理を示していないが、この段階で、第（ｉ＋１）電極部材のタブと第ｉ電極部材のタブとの重複部へ第１クランプから通電又は超音波加振が与えられることにより、上記重複部において第（ｉ＋１）電極部材のタブと第ｉ電極部材のタブとが接合され、集電体が構成される。

次いで、第（ｉ＋２）電極部材が積層される（ステップＳ９０）。ここで、第（ｉ＋２）電極部材のタブは、第（ｉ＋１）電極部材のタブと重複部を有し、かつ、第（ｉ＋１）電極部材のタブを固定している第２クランプと干渉しないように第（ｉ＋１）電極部材のタブに対して平面方向に所定量オフセットされている。

第（ｉ＋２）電極部材が積層されると、全ての電極部材の積層が終了したか否かが判定される（ステップＳ１００）。全ての電極部材の積層が終了したものと判定されると（ステップＳ１００においてＹＥＳ）、第２クランプが解除され（ステップＳ１１０）、エンドへと処理が移行される。

ステップＳ１００において全ての電極部材の積層が終了していないと判定されると（ステップＳ１００においてＮＯ）、第（ｉ＋２）電極部材のタブと第（ｉ＋１）電極部材のタブとの重複部において、第（ｉ＋２）電極部材のタブが第１クランプで固定される（ステップＳ１１０）。なお、第１クランプに代えて、第２クランプと異なる第３クランプを用いてもよい。そして、第（ｉ＋２）電極部材のタブが第１クランプで固定されると、第（ｉ＋１）電極部材を固定していた第２クランプが解除される（ステップＳ１３０）。

なお、特に処理を示していないが、この段階で、第（ｉ＋２）電極部材のタブと第（ｉ＋１）電極部材のタブとの重複部へ第２クランプから通電又は超音波加振が与えられることにより、上記重複部において第（ｉ＋２）電極部材のタブと第（ｉ＋１）電極部材のタブとが接合され、集電体が構成される。

そして、カウンタｉが２つカウントアップされ（ステップＳ１４０）、ステップＳ４０へと処理が戻される。

以上のように、この実施の形態においては、第ｉ電極部材の上部に積層される第（ｉ＋１）電極部材のタブは、第ｉ電極部材のタブを固定しているクランプと干渉しないように第ｉ電極部材のタブに対してオフセットされているので、第（ｉ＋１）電極部材のタブがクランプと干渉することなく第ｉ電極部材の上部に第（ｉ＋１）電極部材を積層することができる。したがって、この実施の形態によれば、電極積層体のずれを抑制しつつ、電極部材の積層時に電極部材が屈曲するのを抑制することができる。その結果、電極同士の密着性低下により電池性能が低下するのを抑制することができる。

なお、上記の実施の形態では、各々が正極シート４１及び負極シート４３を含んで構成される複数のシート状の電極部材を積層して組電池を構成するものとしたが、本開示は、このようなモジュール化された電極部材の積層ではなく電極シート自体（正極シート及び負極シート）を積層して組電池を構成する製造方法にも適用可能である。

図１２は、交互に積層される正極シート及び負極シートの断面図である。図１２を参照して、負極シート部材８０は、負極シート４３と、セパレータ４２，４４とを含む。負極シート４３の一辺には、タブ３２が形成されている。また、正極シート４１の一辺にも、タブ８１が形成されている。

負極シート部材８０と正極シート４１とが交互に積層されることによって組電池が構成される。負極シート部材８０のタブ３２と正極シート４１のタブ８１とが反対方向に突出するように、負極シート部材８０及び正極シート４１が交互に積層される。

各負極シート部材８０のタブ３２は、上記の実施の形態における電極部材と同様に、下層の負極シート部材８０のタブ３２に対して平面方向にオフセットを有するように設けられる。正極シート４１についても、各正極シート４１のタブ８１は、下層の正極シート４１のタブ８１に対して平面方向にオフセットを有するように設けられる。

負極シート部材８０及び正極シート４１の積層方法については、積層体された負極シート部材８０のタブ３２と正極シート４１のタブ８１とを積層体の両側で同時にクランプしながら、次の負極シート部材８０及び正極シート４１が積層される。上述のように、各負極シート部材８０のタブ３２は互いにオフセットを有し、各正極シート４１のタブ８１も互いにオフセットを有しているので、負極シート部材８０と正極シート４１とを交互に積層する際に、タブ３２，８１がクランプと干渉することなく負極シート部材８０及び正極シート４１を積層することができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 電極体、１２，３１〜３３，８１ タブ、２１〜２３ 電極部材、４１ 正極シート、４２，４４ セパレータ、４３ 負極シート、５０ 切断刃、５１，６１ 軸部、５２，５３，６２，６３ 刃、６０ タブ切断刃、７１，７２ クランプ、８０ 負極シート部材。

Claims (1)

1. 複数のシート状部材を積層して組電池を構成するための組電池の製造方法であって、
   前記複数のシート状部材の各々は、正極シートと負極シートとセパレータとを含んで電極部材を構成するとともに、当該シート状部材の一辺の一部から突設したタブを備えており、
   第１のシート状部材を積層するステップと、
   前記第１のシート状部材の前記タブである第１のタブを第１のクランプで固定するステップと、
   前記第１のタブを前記第１のクランプで固定しつつ、前記第１のシート状部材の上部に第２のシート状部材を積層するステップとを含み、
   前記第２のシート状部材の前記タブである第２のタブは、前記第１のタブと重複部を有し、かつ、前記第１のタブを固定している前記第１のクランプと干渉しないように前記第１のタブに対して平面方向にオフセットされており、さらに、
   前記重複部において前記第２のタブを第２のクランプで固定するステップを含む、組電池の製造方法。

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