JP6902731B2 - Battery manufacturing method - Google Patents
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Description
本開示は、電池の製造方法に関し、特に、正負の電極を、セパレータを介して積層することによって形成される電池の製造方法に関するものである。 The present disclosure relates to a method for manufacturing a battery, and more particularly to a method for manufacturing a battery formed by laminating positive and negative electrodes via a separator.
電池には、使い切ると使用できなくなる一次電池と、充電して繰り返し使用することができる二次電池とある。二次電池は、一般に正負の電極を、セパレータを介して、積層または巻回することにより電極体を形成する。 Batteries include primary batteries that cannot be used when they are used up, and secondary batteries that can be charged and used repeatedly. A secondary battery generally forms an electrode body by laminating or winding positive and negative electrodes via a separator.
例えば、特許文献1には、正極および負極のいずれかの電極にセパレータを接着し、各正極および負極を、接着されたセパレータを介して他の電極と積層または巻回することにより発電要素を形成する、ことが記載されている。
For example, in
しかしながら、前記従来の構成では、セパレータと負極板を接着する際に、負極板に塗布された接着剤を加熱するために、乾燥装置内で負極板とセパレータとを一緒に加熱する。これによりセパレータは膨張し、膨張した状態で負極板と接着されるので、その後冷却されると収縮方向に応力が発生する。接着剤の接着力が保持されている間は、セパレータが残留応力を持つものの、実際に収縮することはない。 However, in the conventional configuration, when the separator and the negative electrode plate are bonded, the negative electrode plate and the separator are heated together in the drying device in order to heat the adhesive applied to the negative electrode plate. As a result, the separator expands and adheres to the negative electrode plate in the expanded state, so that when it is cooled thereafter, stress is generated in the contraction direction. While the adhesive strength of the adhesive is maintained, the separator has residual stress but does not actually shrink.
しかしながら、電池を使用する間に、電池内部の電解液による膨潤や、充放電による電極の膨張が発生すると、電池内部に使用されている接着剤の接着力が低下し、セパレータの収縮が発生する場合がある。負極とセパレータは予め定められた形状に同時に打ち抜かれて形成されるので、当初はそれぞれの端面が揃っているが、セパレータの熱膨張率は負極よりも大きいので、セパレータの熱収縮が発生すると負極の表面が露出することになる。負極の表面が露出すると、正極との短絡が発生するおそれがある。 However, if swelling due to the electrolytic solution inside the battery or expansion of the electrode due to charging / discharging occurs while the battery is being used, the adhesive strength of the adhesive used inside the battery decreases, and the separator shrinks. In some cases. Since the negative electrode and the separator are formed by punching into a predetermined shape at the same time, their end faces are initially aligned, but since the coefficient of thermal expansion of the separator is larger than that of the negative electrode, the negative electrode is subjected to thermal shrinkage of the separator. The surface of the surface will be exposed. If the surface of the negative electrode is exposed, a short circuit with the positive electrode may occur.
従って、本開示は、前記従来の課題を解決するもので、セパレータの熱収縮を抑制して負極の露出を防止することを目的とする。 Therefore, the present disclosure solves the above-mentioned conventional problems, and an object of the present disclosure is to suppress thermal shrinkage of the separator and prevent exposure of the negative electrode.
前記目的を達成するために、本開示の電池の製造方法は、
負極を加熱する事前加熱工程と、
接着剤が片面にそれぞれ塗布された2枚のセパレータにおいて、それぞれの前記セパレータの前記接着剤が塗布されたそれぞれの面が互いに対向するように案内される2枚の前記セパレータの間に、前記事前加熱工程で加熱された前記負極を挟み込み、前記事前加熱工程より低い温度で加熱プレスを行うセパレータ接着工程と、
前記セパレータ接着工程で前記セパレータが両面に接着された負極を予め定められた形状に切断する切断工程と、
前記セパレータが両面に接着された状態で前記予め定められた形状に切断された前記負極と予め定められた形状の正極とを積層する積層工程と、を備え、
前記セパレータ接着工程は、前記接着剤が塗布された前記セパレータの一部の領域を加熱プレスすることで、当該セパレータの一部の領域と前記負極とを前記接着剤を介して接着する。
In order to achieve the above object, the battery manufacturing method of the present disclosure is described.
Preheating process to heat the negative electrode and
In two separators coated with an adhesive on one side, the above-mentioned thing is between the two separators in which the surfaces of the separators coated with the adhesive are guided so as to face each other. A separator bonding step in which the negative electrode heated in the preheating step is sandwiched and a heating press is performed at a temperature lower than that in the preheating step.
In the separator bonding step, a cutting step of cutting the negative electrode to which the separator is bonded on both sides into a predetermined shape, and a cutting step.
A laminating step of laminating the negative electrode cut into the predetermined shape and the positive electrode having the predetermined shape while the separator is adhered to both sides is provided.
In the separator bonding step, a part of the separator to which the adhesive is applied is heat-pressed to bond a part of the separator and the negative electrode via the adhesive.
以上のように、本開示の電池の製造方法によれば、セパレータの熱収縮を抑制して負極の露出を防止することができる。 As described above, according to the battery manufacturing method of the present disclosure, it is possible to suppress the thermal shrinkage of the separator and prevent the negative electrode from being exposed.
(実施の形態)
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示している。また、図中において、X−Y−Z座標系は、発明の理解を容易にするものであって、発明を限定するものではない。X軸方向は加熱プレスローラ6を通過する際の負極12の長手方向を示し、Y軸方向は負極12の幅方向を示し、Z軸方向は負極12の厚さ方向を示している。X、Y、Z方向は互いに直交する。
(Embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In order to make the drawings easier to understand, each component is schematically shown. Further, in the figure, the XYZ coordinate system facilitates the understanding of the invention and does not limit the invention. The X-axis direction indicates the longitudinal direction of the
まず、図1を参照する。図1は、本開示の実施の形態における負極の両方の面の一部にセパレータを接着するセパレータ接着工程を示す図である。 First, refer to FIG. FIG. 1 is a diagram showing a separator bonding step of bonding a separator to a part of both surfaces of the negative electrode in the embodiment of the present disclosure.
電池製造装置1は、負極12が搬送される上流側から、負極ロール3、事前加熱ローラ4、セパレータロール5、加熱プレスローラ6をそれぞれ備える。また、この他にも、負極12のタブ21(図3参照)を検出する検出部と、加熱プレスローラ6を上下に移動させる駆動部(図示省略)と、各種ロールおよびローラの回転速度および駆動部を制御する制御部(図示省略)とを備える。
The
負極ロール3には、長尺状の負極12が巻かれている。負極12は、8μm程度の厚みの銅の芯材の両面に、数十μm程度の厚みの黒鉛を含む化合物の層が形成されている。負極ロール3には長尺状の負極12が巻かれている。負極ロール3から引き出された長尺状の負極12は、搬送ローラ8を介して事前加熱ローラ4に搬送される。
A long
事前加熱ローラ4は、2つの加熱ローラ4aおよび4bを備える。加熱ローラ4aおよび4bは、例えば、電熱ヒータを内蔵しており、ローラ自体が加熱されている。事前加熱ローラ4から案内された負極12は、加熱ローラ4aおよび4bに巻かれることで、負極12の両面が均等に加熱される。例えば、加熱ローラ4aは長尺状の負極12の表面を加熱し、加熱ローラ4bは負極12の裏面を加熱する。このように、事前加熱ローラ4は、セパレータ13が負極12に接着される前に、負極12を加熱する。加熱された負極12は、加熱プレスローラ6へ案内される。
The preheating
長尺状の負極12の搬送経路の上方と下方に、長尺状のセパレータ13が巻かれたセパレータロール5がそれぞれ配置されている。セパレータ13は、正極31(図7参照)と負極12の電気絶縁性を担保すると共にリチウムイオンの透過性を有する必要がある。したがって、セパレータ13は、通常数μmから十数μmの厚みの多孔体で形成されており、その剛性が非常に低い。セパレータ13は、例えば、ポリエチレン製の多孔体で形成されている。
Separator rolls 5 around which the
このような理由で、セパレータ13は、単独のシートとして扱いにくいので、切断したシート状の正極31、セパレータ13、負極12を単純に積層していく方法では、生産性での課題が大きい。そこで、切断する前に、セパレータ13と負極12とを一体化して取り扱う。長尺状のセパレータ13は、負極12との接着面に接着剤15が予め塗布されている。それぞれのセパレータロール5から、接着剤15が一部に塗布された長尺状のセパレータ13が引き出される。引き出された長尺状のそれぞれのセパレータ13は、搬送ローラ9を介して、それぞれのセパレータ13の接着剤15が塗布されたそれぞれの面が互いに対向するように、加熱プレスローラ6へ案内される。
For this reason, the
セパレータ13に塗布されている接着剤15は、先に別工程でセパレータ13上に塗工および乾燥され、例えば、温度約60℃、圧力約1MPa以上で接着力が発現するものである。この条件を満たすように、加熱プレスローラ6が設定される。なお、負極12の表面をセパレータ13が覆う必要があるので、負極12の幅(Y方向)より、セパレータ13の幅(Y方向)が、例えば、3mm程度長く設計されている(図4参照)。
The
加熱プレスローラ6は、駆動部により上下動させることが可能である。加熱プレスローラ6は、例えば、電熱ヒータを内蔵しており、ローラ自体が加熱されている。検出部により負極12のタブ21が検出されると、検出信号が制御部へ送られる。検出部は、例えば、搬送路に設けられた光電センサである。また、制御部は、例えば、メモリとマイクロプロセッサで構成される。
The
制御部は検出信号を受信すると、駆動部が加熱プレスローラ6をそれぞれ負極12の方へ移動させ、負極12とセパレータ13を予め定められた温度で予め定められた時間一定以上の力で挟み込むように制御する。予め定められた時間、2つのセパレータ13の間に負極12を挟み込んだ後は、駆動部はそれぞれの加熱プレスローラ6を負極12から離れる方へ移動させ、セパレータ13に接触させないことで、接着剤15の塗布領域以外のセパレータ13が加熱されるのを低減する。このようにして、加熱プレスローラ6は、負極12の両方の面の一部と2枚のセパレータ13とを接着させる。
When the control unit receives the detection signal, the drive unit moves the
負極12と負極12の両面に接着されたセパレータ13とは、搬送ローラ10および11により、切断ローラ(図示省略)へ搬送される。切断ローラは、長尺状の負極12およびセパレータ13を予め定められた大きさに切断する。
The
次に、図2も参照して、電池の製造の流れを説明する。図2は、本開示の実施の形態における電池の製造の流れを示すフローチャートである。 Next, the flow of manufacturing the battery will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart showing a flow of manufacturing a battery according to the embodiment of the present disclosure.
事前加熱工程S1は、まず、負極ロール3に巻かれている長尺状の負極12を引き出す。引き出された負極12を、例えば、140度程度の高温に保持された事前加熱ローラ4に巻き付けることで負極12の両面を事前加熱する。加熱された負極12の上下面にセパレータ13を重ね合わせた状態で、接着剤の接着力が発現する下限温度である60度程度の低温に設定された加熱プレスローラ6に供給される。
In the preheating step S1, first, the long
安定した搬送のためにセパレータ13には、例えば、搬送ローラ9により一定のテンションを与える必要がある。しかしながら、テンションのかかったセパレータ13を直接加熱するとセパレータ13の変形が発生する。そこで、負極12を事前に加熱し、セパレータ13は、主に重ね合わせた負極12から熱を受けるようにすることで、加熱プレスローラ6の温度を接着力が発現する下限温度に設定し、セパレータ13の変形を抑制している。
For stable transfer, the
負極12が事前加熱された後に、セパレータ接着工程S2が実施される。セパレータ接着工程S2において、2枚のセパレータ13は、接着剤15がそれぞれのセパレータ13の片面の予め定められた領域に塗布されている。それぞれのセパレータ13の接着剤15が塗布されたそれぞれの面が互いに対向するように案内される2枚のセパレータ13の間に、事前加熱工程S1で加熱された負極12を挟み込み、事前加熱工程S1より低い温度で加熱プレスを行う。より具体的には、セパレータ接着工程S2は、接着剤15が塗布されたセパレータ13の一部の領域を加圧および加熱することで、セパレータ13の一部の領域と負極12とを接着剤15を介して接着する。セパレータ接着工程S2において、セパレータ13と負極12とを部分的に、例えば、加熱プレスローラ6で挟み込んで接着する。
After the
図3は、上述した方法で、両方の面の一部にセパレータ13が接着された負極12を示す図である。セパレータ接着工程S2において、セパレータ13が負極12に接着剤15により部分的に接着された接着部分の長手方向の長さ(X方向)は、例えば、5mmから20mmである。部分的に接着された接着部分の幅方向(Y方向)の長さは、負極12の全長に至る。負極12には、負極ロール3に巻回されている状態で、完成品の電池において集電用途に用いられるタブ21が一定間隔で設けられている。検出部がタブ21の位置を認識し、タブ21の位置を基準に、駆動部が加熱プレスローラ6を上下移動させることで、負極12とセパレータ13とを部分的に接着する。このようにして、図3の接着剤15の領域を接着している。
FIG. 3 is a diagram showing a
図4は、図3のIV−IV線に沿った断面図である。負極12は接着剤15の層を介して互いに対向するセパレータ13の間に挟まれて接着されている。図3および図4に示すように、負極12の上面の接着領域の位置と下面の接着領域の位置とはそれぞれ同一である。図5は、図3のV−V線に沿った断面図である。負極12とセパレータ13の間には接着剤15が無く、負極12が2つのセパレータ13に単に挟まれている。
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV of FIG. The
負極12とセパレータ13が長尺のまま接着されたセパレータ接着工程S2の後に、切断工程S3が実施される。切断工程S3では、検出部がタブ21の位置を認識する。認識されたタブ21の位置を基準に、セパレータ接着工程S2でセパレータ13が両面に接着された負極12を予め定められた形状に切断する。より具体的には、セパレータ13が両面の一部に接着された負極12を金型プレスにて打ち抜く。これにより、セパレータ13が両面に接着された、予め定められたサイズの負極12が形成される。
The cutting step S3 is performed after the separator bonding step S2 in which the
図6は、両方の面の一部にセパレータ13を接着されたあと、切断された負極12を示す図である。用途によってサイズは異なるが、一例としては、長さ約140mm、幅約80mmの長方形に、幅15mm、長さ20mmのタブが形成されている。切断工程S3では、セパレータ接着工程S2で部分的に接着された部分において負極12およびセパレータ13を切断する。接着剤15により接着された部分を一括して切断することで、負極12の切断時のバリや電極物質のハガレを抑制することができる。
FIG. 6 is a diagram showing a
切断工程S3の後に、積層工程S4が実施される。積層工程S4では、切断工程S3によりセパレータ13が負極12の両面に接着された状態で予め定められた形状に切断された負極12と予め定められた形状の正極31とを積層する。正極31は、先に別途準備されており、上述した方法でセパレータ13が接着された負極12と、正極31とを図7に示すように交互に積層する。図7は、セパレータ13が接着された負極12と、正極31とが交互に積層された積層電池41の側面図である。このようにして、発電要素が形成された積層電池41を形成することができる。正極31は、例えば、厚さ15μm程度の厚みの芯材に両面に、数十μmの厚みの、ニッケル、コバルト、マンガン、リチウムの酸化物を中心とする化合物の層が形成されたものである。積層式の二次電池は、体積あたりのエネルギー密度を高くするためにデッドスペースを小さくできるという点で、巻回式の二次電池よりも有益である。完成品における積層式二次電池において、シート状に形成された正極31、セパレータ13、負極12のそれぞれが、セパレータ13、負極12、セパレータ13、正極31、の順に、繰り返しパターンで積層されている。
After the cutting step S3, the laminating step S4 is carried out. In the laminating step S4, the
リチウムイオン電池に代表される非水溶媒型の二次電池は、より高出力、高エネルギー密度、大面積化、長寿命、高信頼性を要求されている。また、電池において、正極の対向部に負極が存在しなければならない。電池のエネルギー容量は正極と負極の対向面積に比例するので、正極サイズをどれだけ大きくできるかが重要である。本開示の実施形態の構成によれば、製造工程において、負極12だけを先に事前加熱し、加熱された負極12からセパレータ13が全体的に加熱されるので、セパレータ13の変形が抑制されると共に、セパレータ13が全体的に緩やかに熱膨張される。このようにして、負極12とセパレータ13に温度差をつけてそれぞれ加熱することができる。負極12よりもセパレータ13の加熱を抑制していることがセパレータ13の熱膨張の抑制となり、この結果、セパレータ13の熱収縮を低減している。
Non-aqueous solvent type secondary batteries represented by lithium ion batteries are required to have higher output, higher energy density, larger area, longer life, and higher reliability. Further, in the battery, the negative electrode must be present at the opposite portion of the positive electrode. Since the energy capacity of the battery is proportional to the facing area of the positive electrode and the negative electrode, it is important how large the positive electrode size can be. According to the configuration of the embodiment of the present disclosure, in the manufacturing process, only the
また、セパレータ13が負極12からもある程度加熱されるので、接着領域において、加熱プレスローラ6によるセパレータ13の加熱を負極12の事前加熱よりも低い温度で局所的に行うことができ、セパレータ13が必要以上に加熱されるのを防止することができる。これにより、セパレータ13の熱膨張を低減することができるので、セパレータ13の残留熱応力を小さくすることができる。この結果、電池を使用する間のセパレータ13の熱収縮を抑制して負極の露出を防止することができる。また、セパレータ13の熱収縮が抑制されるので、正極31のサイズを比較的大きくすることができる。この結果、高容量の二次電池を実現することができる。
Further, since the
本開示は、上記実施の形態のものに限らず、次のように変形実施することができる。 The present disclosure is not limited to that of the above embodiment, and can be modified as follows.
(1)上記実施の形態において、セパレータ13の表面にあらかじめ接着剤が塗布されていたが、工程内においてセパレータ13の表面に接着剤を塗布してもよいし、負極12の両面に接着剤を塗布してもよい。
(1) In the above embodiment, the adhesive is applied to the surface of the
(2)上記実施形態において、二次電池について製造していたが、これに限られない。極板を積層して形成する電池であれば、一次電池においても、同様に製造することができる。 (2) In the above embodiment, the secondary battery has been manufactured, but the present invention is not limited to this. A primary battery can be similarly manufactured as long as it is a battery formed by laminating electrode plates.
本開示における製造方法は、極板を積層して形成するデバイス、電池やキャパシタに適用可能できる。 The manufacturing method in the present disclosure can be applied to devices, batteries and capacitors formed by laminating electrode plates.
1 電池製造装置
3 負極ロール
4 事前加熱ローラ
5 セパレータロール
6 加熱プレスローラ
8、9、10、11 搬送ローラ
12 負極
13 セパレータ
15 接着剤
21 タブ
31 正極
41 積層電池
1 Battery manufacturing equipment 3
Claims (4)
接着剤が片面の一部にそれぞれ塗布された2枚のセパレータにおいて、それぞれの前記セパレータの前記接着剤が塗布されたそれぞれの面が互いに対向するように案内される2枚の前記セパレータの間に、前記事前加熱工程で加熱された前記負極を挟み込み、前記事前加熱工程より低い温度で加熱プレスを行うセパレータ接着工程と、
前記セパレータ接着工程で前記セパレータが両面に接着された負極を予め定められた形状に切断する切断工程と、
前記セパレータが両面に接着された状態で前記予め定められた形状に切断された前記負極と予め定められた形状の正極とを積層する積層工程と、を備え、
前記セパレータ接着工程は、前記セパレータの前記接着剤が塗布された領域を加熱プレスすることで、当該セパレータの一部の領域と前記負極とを前記接着剤を介して接着する、
電池の製造方法。 Preheating process to heat the negative electrode and
In two separators on which an adhesive is applied to a part of one side, between the two separators in which the adhesive-coated surfaces of the respective separators are guided so as to face each other. A separator bonding step of sandwiching the negative electrode heated in the preheating step and performing a heating press at a temperature lower than that of the preheating step.
In the separator bonding step, a cutting step of cutting the negative electrode to which the separator is bonded on both sides into a predetermined shape, and a cutting step.
A laminating step of laminating the negative electrode cut into the predetermined shape and the positive electrode having the predetermined shape while the separator is adhered to both sides is provided.
The separator bonding step, by said adhesive prior Symbol separator to heat press the coated areas, to bond the said part of the area of the separator anode via the adhesive,
Battery manufacturing method.
前記切断工程では、前記セパレータ接着工程で部分的に接着された部分を切断する、
請求項1に記載の電池の製造方法。 In the separator bonding step, the separator and the negative electrode are partially sandwiched between heating press rollers and bonded.
In the cutting step, the portion partially bonded in the separator bonding step is cut.
The method for manufacturing a battery according to claim 1.
請求項2記載の電池の製造方法。 In the separator bonding step, the length of the partially bonded portion in the longitudinal direction of the separator is 5 mm to 20 mm, and the length of the partially bonded portion in the width direction of the separator is the negative electrode. To the total length in the width direction of
The method for manufacturing a battery according to claim 2.
請求項2または3に記載の電池の製造方法。 In the separator bonding step, the negative electrode and the separator are partially bonded by moving the heating press roller up and down.
The method for manufacturing a battery according to claim 2 or 3.
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