JP6914338B2

JP6914338B2 - 二次電池

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Publication number: JP6914338B2
Application number: JP2019537905A
Authority: JP
Inventors: 木舩　素成; 素成木舩; 徹也堀之内; 上村　一秀; 一秀上村; 睦辻出
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Current assignee: Vehicle Energy Japan Inc
Priority date: 2017-08-24
Filing date: 2018-03-16
Publication date: 2021-08-04
Anticipated expiration: 2038-03-16
Also published as: US11296352B2; WO2019038970A1; CN208173722U; CN110800133A; CN110800133B; US20200144657A1; EP3675241A1; KR20200016285A; EP3675241A4; JPWO2019038970A1; KR102337577B1

Description

本発明は、例えば車載用途等に使用される二次電池に関する。

車載用途等に使用される二次電池には、正極、負極およびこれらの間にフィルム状のセパレータを介在させ積層または捲回したリチウムイオン二次電池がある。正極及び負極は金属箔の両面に合剤層を塗布し、乾燥、プレスすることにより製造される。セパレータは多穴性フィルムであり、シート状の樹脂を延伸して製造される。正極・負極は充電および放電の役割があり、セパレータは正極と負極とを電気的に絶縁する役割がある。

上記のようにセパレータは樹脂製の多穴性フィルムであるため、異物や外部からの釘刺し由来によって内部短絡が発生し、発熱すると、セパレータが溶融し、内部短絡の箇所の領域が広がることによって、さらに発熱し、高温等の事象につながる可能性がある。

そこで、このようにセパレータが溶融し消失しても、内部短絡箇所の領域拡大を防ぐために、正極もしくは負極上に無機フィラーで構成された絶縁層を形成することが提案されている（特許文献１）。絶縁層は無機フィラーで構成されているので発熱によって溶融することはなく、発熱によってセパレータが溶融しても、絶縁層によって正・負極の内部短絡箇所の領域拡大を防ぐことができる。

また、絶縁層の形成方法として、集電体上に合剤層と絶縁層の２層を同時に塗工形成した後、それらに含まれる揮発成分を同時に除去するといった合理的な製造方法が開示されている（特許文献２）。

WO2006/093049 特開2006-48942号公報

電極上に形成された絶縁層は白色系であるため、絶縁層が形成された電極において、合剤層の形成位置を確認することができない。その結果、正極・負極の合剤層の位置合わせを行いながら捲回することが困難となり、正極・負極の合剤層の位置がずれて積層される問題がある。また開示されている合剤層と絶縁層の２層を同時に塗工する方式は、合剤層が絶縁層に覆い隠されるため、下層となる合剤層の幅や位置が検査できず、製造が成立しない問題がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電極上の合剤層の位置が把握でき、正極と負極の位置合わせが容易な二次電池を提供することである。

上記課題を解決する本発明の二次電池は、帯状の金属箔の両面に合剤層が設けられ、該金属箔の幅方向一方側の端部に前記金属箔が露出する金属箔露出部が形成され、前記合剤層の上と前記金属箔露出部の上に絶縁層が設けられた電極を有する二次電池であって、前記絶縁層は、前記合剤層と前記金属箔露出部との境界部分に対応する位置に、前記合剤層の端部を視認するための窓部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、合剤層上に絶縁層が形成されていても、合剤層の形成位置が確認できる。したがって、捲回時に精度よく、正極と負極の位置合わせをすることができる。また、集電体上に合剤層と絶縁層の２層を塗工し、同時に乾燥できるといった合理的製法が成立する。

本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

角形二次電池の外観斜視図。角形二次電池の分解斜視図。電極群の展開斜視図。正極電極とセパレータと負極電極が積層された短尺幅方向の断面図。負極電極の作製フロー。負極電極の塗工・乾燥工程を説明する図。塗工部の構成を模式的に示す断面図。ダイヘッドの分解斜視図。ダイヘッドで塗工した電極の平面図。ダイヘッドの吐出口を示す図。図１０ＡのＡ部を拡大して示す図。変形例を示す図１０Ｂに対応する図。図９のＢ−Ｂ線断面図。図９のＢ−Ｂ線断面図。図９のＢ−Ｂ線断面図。変形例を示す図１０Ｂに対応する図。変形例を示す図１１Ａに対応する図。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は角形二次電池１００の外観斜視図であり、図２は角形二次電池１００の構成を示す分解斜視図である。

図１に示すように、角形二次電池１００は、電池缶１と電池蓋６とからなる電池容器を備えている。電池缶１および電池蓋６の材質は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などである。電池缶１は、深絞り加工を施すことによって、一端が開口された扁平な矩形箱状に形成されている。電池缶１は、矩形平板状の底面１ｄと、底面１ｄの一対の長辺部のそれぞれに設けられる一対の幅広側面１ｂと、底面１ｄの一対の短辺部のそれぞれに設けられる一対の幅狭側面１ｃとを有している。

電池蓋６は、矩形平板状であって、電池缶１の開口を塞ぐようにレーザ溶接されている。つまり、電池蓋６は、電池缶１の開口を封止している。電池蓋６には、捲回群３の正極電極３４及び負極電極３２（図３参照）と電気的に接続された正極外部端子１４及び負極外部端子１２が配置されている。なお、正極外部端子１４と電池蓋６の間、及び負極外部端子１２と電池蓋６の間にはそれぞれ短絡を防止する為の正極側外部絶縁体２４、負極側外部絶縁体２２が配置されている。

正極外部端子１４には平板状のバスバー溶接部１４２が、負極外部端子１２には平板状のバスバー溶接部１５２がそれぞれ設けられている。組電池を作製する際にはバスバー溶接部１４２、１５２にバスバーを当接させて溶接することにより、バスバーと正極外部端子１４との間、および、バスバーと負極外部端子１２との間がそれぞれ接続される。

また、電池蓋６には、ガス排出弁１０が設けられている。ガス排出弁１０は、プレス加工によって電池蓋６を部分的に薄肉化することで形成されている。なお、薄膜部材を電池蓋６の開口にレーザ溶接等により取り付けて、薄肉部分をガス排出弁としてもよい。ガス排出弁１０は、角形二次電池１００が過充電等の異常により発熱してガスが発生し、電池容器内の圧力が上昇して所定圧力に達したときに開裂して、内部からガスを排出することで電池容器内の圧力を低減させる。

図２に示すように、電池缶１には蓋組立体１０７に保持された捲回群３（図３参照）が収容されている。捲回群３の正極電極３４（図３参照）に接合される正極集電体１８０と、捲回群３の負極電極３２（図３参照）に接合される負極集電体１９０と、捲回群３は、絶縁ケース１０８に覆われた状態で電池缶１に収容される。絶縁ケース１０８は、ポリプロピレン等の絶縁性を有する樹脂材料により構成されており、電池缶１と捲回群３との間を電気的に絶縁している。なお、ここで言う蓋組立体１０７は、捲回群３、正極集電体１８０、正極外部端子１４、負極集電体１９０、負極外部端子１２及び電池蓋６を一体に組み立てたものである。

正極外部端子１４は正極集電体１８０を介して捲回群３の正極電極３４（図３参照）に電気的に接続され、負極外部端子１２は負極集電体１９０を介して捲回群３の負極電極３２（図３参照）に電気的に接続されている。このため、正極外部端子１４および負極外部端子１２を介して外部機器に電力が供給され、あるいは、正極外部端子１４および負極外部端子１２を介して外部発電電力が捲回群３に供給されて充電される。

正極集電体１８０は、正極外部端子１４と接続される座面部１８１と、正極電極３４に接続される接合平面部１８３と、座面部１８１と接合平面部１８３の間に設けられた平面部１８２を有する。

正極集電体１８０と同様に、負極集電体１９０も、負極外部端子１２と接続される座面部１９１、負極電極３２に接続される接合平面部１９３と、座面部１９１と接合平面部１９３の間に設けられた平面部１９２を有する構造となっている。

また図２に示すように、電池蓋６には、電池容器内に電解液を注入するための注液孔９が穿設されている。注液孔９は、電解液注入後に注液栓１１によって封止される。電解液としては、たとえば、エチレンカーボネート等の炭酸エステル系の有機溶媒に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）等のリチウム塩が溶解された非水電解液を用いることができる。

図３を参照して、捲回群３について説明する。図３は捲回群３を示す斜視図であり、捲回群３の巻き終り側を展開した状態を示している。発電要素である捲回群３は、長尺状の正極電極３４および負極電極３２を、間にセパレータ３３、３５を介在させて捲回中心軸Ｗ周りに扁平形状に捲回することで積層構造とされている。

正極電極３４は、正極集電体である正極箔の両面に正極活物質合剤を塗布した正極合剤層３４ａを有し、正極箔の幅方向一方側の端部には、正極活物質合剤を塗布しない正極箔露出部３４ｂが設けられている。

負極電極３２は、負極集電体である負極箔の両面に負極活物質合剤を塗布した負極合剤層３２ａを有し、負極箔の幅方向一方側の端部には、負極活物質合剤を塗布しない負極箔露出部３２ｂが設けられている。そして、負極合剤層３２ａ上および負極箔露出部３２ｂ上の一部にわたって、無機フィラーで構成された絶縁層３１が設けられている。絶縁層３１は、負極合剤層３２ａよりも負極箔露出部３２ｂ側に広く塗布されている。絶縁層３１は、所定の標準厚さｔ１となるように負極合剤層３２ａの上に塗工されている（図１１Ａ参照）。絶縁層３１は、標準厚さｔ１で塗工された場合に、その下に位置する負極合剤層３２ａを視認できない程度の透過性を有する白色系の材料を用いて構成されている。

正極箔露出部３４ｂと負極箔露出部３２ｂは、電極箔の金属面が露出した領域であり、捲回中心軸Ｗ方向（図３の幅方向）の一方側と他方側の位置に分かれて配置される。そして、間にセパレータ３３、３５を介して互いに重ね合わせた状態で捲回されて、捲回群３が形成される。

図４は、正極電極３４、セパレータ３３、負極電極３２が積層された短尺幅方向の断面図である。正極電極３４は、帯状の正極箔３４ｃの両面に正極合剤層３４ａが形成され、幅方向一方の端部に正極箔露出部３４ｂを有する。そして、負極電極３２は、帯状の負極箔３２ｃの両面に負極合剤層３２ａが形成され、一方の端部に負極箔露出部３２ｂを有する。負極電極３２には、絶縁層３１が設けられている。絶縁層３１は、負極合剤層３２ａの上および負極箔露出部３２ｂの上の一部に形成されている。正極電極３４と負極電極３２の間には、セパレータ３３が介在している。

絶縁層３１は、負極合剤層３２ａと負極箔露出部３２ｂとの境界部分に対応する位置に、負極合剤層３２ａの端部を視認するための窓部３１ａが設けられている。窓部３１ａは、負極合剤層３２ａの端部が露出する開口部、若しくは、負極合剤層３２ａに積層されている部分よりも厚さが薄く、透過して負極合剤層３２ａの端部を視認可能な薄膜部を有している。

次に、具体的な製造方法を記載する。図５に負極電極３２の作製フローを示す。ステップＳ１０１では、負極活物質として非晶質炭素粉末１００重量部に対して、結着剤として１０重量部のポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦという。）を添加し、これに分散溶媒としてＮ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰという。）を添加、混練した負極合剤スラリーを作製する。負極活物質に非晶質炭素を用いる場合について示したが、これに限定されるものではなく、リチウムイオンを挿入、脱離可能な天然黒鉛や、人造の各種黒鉛材、コークスなどの炭素質材料やＳｉやＳｎなどの化合物（例えば、ＳｉＯ、ＴｉＳｉ_２等）、またはそれの複合材料でもよく、その粒子形状においても、鱗片状、球状、繊維状、塊状等、特に制限されるものではない。また、負極活物質として各種黒鉛を使用する場合は、分散溶媒として水を選択することができ、環境負荷低減が可能である。水系負極スラリーとしては、例えば天然黒鉛粉末１００重量部に対して、結着剤として１重量部のスチレンブタジエンゴム（以下、ＳＢＲ）と、増粘剤として1重量部のカルボキシメチルセルロースナトリウム（以下、ＣＭＣ）を添加した負極合剤スラリーが挙げられる。

ステップＳ１０２では、無機フィラーとしてアルミナ１００重量部に対して、結着剤として３重量部のＳＢＲを添加し、これに分散溶媒としてイオン交換水を用い、混練し絶縁層スラリーを作製する。絶縁性無機粒子としてアルミナを用いる場合を示したが、これに限定されるものではなく、シリカ、ジルコニア、炭酸リチウム、ベーマイトなどの酸化物微粒子でもよく、その粒子形状においても、鱗片状、球状、繊維状、塊状等、特に制限されるものではない。結着剤であるＳＢＲは３重量部と示したが、結着剤は正極・負極反応時におこるイオン移動の妨げとなることから、添加量に関してはより少ない量が好ましく、これも特に制限されるものでない。

これら、負極合剤スラリーおよび絶縁層スラリーを図５に示した作製フローに従って、負極箔である銅箔上に形成し、負極電極を作製する。ステップＳ１０３では、負極合剤スラリーと絶縁層スラリーの塗工・乾燥が行われる。そして、ステップＳ１０４で、負極電極をロールプレスするプレス加工が行われ、ステップＳ１０５で、所定の幅に切断するスリット加工が行われる。

図６は、負極合剤スラリーおよび絶縁層スラリーの塗工・乾燥工程を示す図である。図６に示した塗工乾燥機３８は、塗布の役割をもつダイヘッド４０と、塗膜した溶媒分を揮発乾燥する役割をもつ乾燥炉４１を併せもつ。また、基材である銅箔４５を塗布部分および乾燥部分に順次搬送するために搬送ローラ４３が配置されており、銅箔４５の巻き出しおよび巻き取りを行うために、巻き出しローラ４２、巻き取りローラ４４がそれぞれ配置されている。負極箔３２ｃを構成する銅箔４５は、巻き出しローラ４２より、搬送ローラ４３に沿って搬送される。

ダイヘッド４０は、負極合剤スラリーおよび絶縁層スラリーを互いに積層した状態でバックロール４６に向かって吐出させ、バックロール４６に巻き掛けられている銅箔４５の表面に塗工する。

ダイヘッド４０により、銅箔４５の上に、負極合剤スラリーが厚さ５０μｍ〜２００μｍ、その上に絶縁層スラリーが厚さ５μｍ〜２０μｍで塗工される。そして、乾燥炉４１に搬送され、６０〜１００℃の循環熱風によって、負極合剤スラリー中および絶縁層スラリー中の溶媒成分が揮発乾燥することで、負極合剤層３２ａおよび絶縁層３１が形成される。乾燥後の膜厚はそれぞれ約半分程度に減少する。乾燥後、銅箔４５と共に巻き取りローラ４４によって、ロール状に巻き取られる。巻き取られたロールを再び巻き出しローラ４２から搬送し、裏面も同様に形成し負極電極３２を作製する。

図７は、塗工部の構成を模式的に示す図であり、図６で示したダイヘッド４０とバックロール４６の部分を抜き出した詳細を示す図である。
ダイヘッド４０は、出側ブロック４７と、シム４８と、入側ブロック４９を備えている。そして、ダイヘッド４０の内部には、絶縁層スラリー用マニホルド４７１と、負極合剤スラリー用マニホルド４９１が設けられている。そして、それぞれのマニホルドから同時に銅箔４５に向かって、２種類のスラリーが垂直に吐出されることによって、２層同時塗布が行われる。

図８は、ダイヘッド４０の分解斜視図である。出側ブロック４７と入側ブロック４９の間に１枚のシム４８が挟み込まれている。シム４８は、その両面にスラリーの流路となる凹溝４８１、４８４が形成された３次元の形状を有している。

ダイヘッド４０は、平坦な先端面を有しており、その平坦な先端面に２種類のスラリーの吐出口がそれぞれ開口している。２つの吐出口からは、負極合剤スラリーおよび絶縁層スラリーが吐出され、互いに平行に重ね合わされる。ダイヘッド４０は、１枚のシム４８を間に挟んでシム４８の一方面側と他方面側からそれぞれ負極合剤スラリーおよび絶縁層スラリーを吐出させる構成を有している。したがって、負極合剤スラリーと絶縁層スラリーとの間で幅方向に相対的な位置ずれが発生せず、ダイヘッド４０では、相対的な位置を調整するアライメント調整作業が不要である。

ダイヘッド４０の先端面は、入側ブロック４９と出側ブロック４７との間にシム４８を挟み込んで組み立てた際に、入側ブロック４９の先端面４９２と、出側ブロック４７の先端面４７２と、シム４８の先端面４８５とが面一に揃うことによって形成される。

ダイヘッド４０は、平坦な先端面がバックロール４６との間に所定の間隙を有して対向しかつバックロール４６の径方向に対して直交する姿勢状態となるように配置される。すなわち、ダイヘッド４０は、平坦な先端面がバックロール４６の接線と平行になるように配置される。

そして、負極合剤スラリーおよび絶縁層スラリーは、負極合剤スラリー用マニホルド４９１および絶縁層スラリー用マニホルド４７１から凹溝４８４、４８１を通過して、図７に示すように、ダイヘッド４０の吐出口から平坦な先端面に垂直となる方向に向かって吐出される。負極合剤スラリーおよび絶縁層スラリーは、互いに平行に重ね合わされた状態でダイヘッド４０の吐出口からバックロール４６に向かって吐出され、バックロール４６でほぼ直角に折れ曲げられ、銅箔４５の表面に塗工される。

上述のように、ダイヘッド４０は、平坦な先端面がバックロール４６の接線と平行になるように配置されており、負極合剤スラリーと絶縁層スラリーは、ダイヘッド４０の吐出口から平坦な先端面に垂直となる方向に向かって吐出される。したがって、出側ブロック４７の先端が２層のスラリー膜に接触してスジ状の傷痕が形成されるのを防ぐことができる。

図９は、上述したダイヘッド４０で塗工した電極の平面図である。本実施形態では、銅箔４５上にストライプ条に３列の負極合剤層３２ａおよび絶縁層３１が形成され、後の裁断により３枚の負極電極を取得する多面取りを行うことができる。負極電極３２は、負極合剤層３２ａ上に絶縁層３１が形成されている。絶縁層３１のうち、負極合剤層３２ａの端部上には、窓部３１ａが設けられている。すなわち、絶縁層３１は、負極合剤層３２ａと金属箔露出部との境界部分に対応する位置に、負極合剤層３２ａの端部を視認するための窓部３１ａが設けられている。窓部３１ａは、負極合剤層３２ａの端部が露出する開口部、若しくは、負極合剤層３２ａの端部を視認可能な薄膜部を有している。したがって、窓部３１ａを通して、負極合剤層３２ａの端部の位置を確認することができる。

本実施形態では、窓部３１ａは、負極合剤層３２ａと金属箔露出部との境界部分に沿って連続して設けられているが、これに限定されるものではなく、負極合剤層３２ａの端部の位置を視認することができるものであればよい。例えば、負極合剤層３２ａと金属箔露出部との境界部分に沿って所定間隔をおいて設けられていてもよく、例えばミシン目状に不連続に設けられていてもよい。

このような窓部３１ａを有する負極電極３２の作製方法の一例を以下に説明する。

図１０Ａは、ダイヘッドの吐出口を示す図、図１０Ｂは、図１０ＡのＡ部を拡大して示す図、図１０Ｃは、変形例を示す図１０Ｂに対応する図である。図１０Ａには、出側ブロック４７と入側ブロック４９の間に、シム４８を挟みこみ組んだ状態が示されている。図１０Ａでは、スラリーを吐出する吐出口側からダイヘッド４０を見た図を示している。

絶縁層スラリーを吐出させる凹溝４８１と負極合剤スラリーを吐出させる凹溝４８４は、シム４８の一方面と他方面に分かれて互いに対応する位置に配置されている。凹溝４８１は、凹溝４８４よりも幅広であり、凹溝４８１の両端部は、凹溝４８４の両端部よりも側方に突出した位置に配置されている。

凹溝４８１には、絶縁層３１に窓部３１ａを形成するための凸部４８２が設けられている。凸部４８２は、凹溝４８４の幅方向両側の端部と対応する位置に配置されている。凹溝４８１を流れる絶縁層スラリーは、凸部４８２によって、スラリーの流れが遮断され、凸部４８２が形成された位置の部分から吐出されるスラリーの量が制限される。その結果、この位置に対応する部分に、窓部３１ａが形成される。

凸部４８２は、例えば図１０Ｂや図１０Ｃに示すように、断面形状が三角形や矩形のものを採用することができる。窓部３１ａは、凸部４８２の大きさや断面形状に応じて、その形状や大きさが決定される。例えば、凸部４８２の大きさを大きくしてスラリーの制限量を多くすることで、絶縁層３１に負極合剤層３２ａの端部が露出する開口部を形成することができる。また、凸部４８２の大きさを小さくしてスラリーの制限量を少なくすることで、かかる部分の絶縁層３１の膜厚が薄く仕上がる。したがって、負極合剤層３２ａに積層されている部分よりも厚さが薄く、透過して負極合剤層３２ａの端部を視認可能な薄膜部を形成することができる。

図１１Ａ〜図１１Ｃは、図９のＢ-Ｂ部の断面図である。銅箔４５の上に負極合剤層３２ａが形成され、その負極合剤層３２ａ上に絶縁層３１が形成されている。そして、負極合剤層３２ａの端部の上に窓部３１ａが存在する。窓部３１ａの形成方法は上述したスラリー吐出口の形状によって実現できる。

図１１Ａ及び図１１Ｂは、窓部３１ａが開口部を有している構成を示している。窓部３１ａは、負極合剤層３２ａから負極箔露出部に亘って設けられている。窓部３１ａの開口部からは、負極合剤層３２ａの端部が露出している。絶縁層３１は、負極合剤層３２ａの上に塗工される第１塗工部３１ｃと、銅箔４５の上に塗工される第２塗工部３１ｂとを有する。第２塗工部３１ｂの端部は、図１１Ａに示すように、負極合剤層３２ａの端部に重なっていてもよく、また、図１１Ｂに示すように、負極合剤層３２ａの端部から離れて隙間δ１を有していてもよい。

図１１Ａに示す構成の場合、第２塗工部３１ｂのうち、負極合剤層３２ａと重なっている部分の厚さは、標準厚さｔ１よりも薄くなっている。したがって、負極合剤層３２ａと銅箔４５との境界部分が透けて見える。したがって、負極合剤層３２ａの端部位置を視認することができる。図１１Ｂに示す構成の場合、第２塗工部３１ｂの端部が負極合剤層３２ａから隙間δ１だけ離れており、負極合剤層３２ａと銅箔４５との境界部分が露出している。したがって、負極合剤層３２ａの端部位置を直接視認することができる。図１１Ｃに示す構成の場合、窓部３１ａの薄膜部の厚さｔ２が標準厚さｔ１よりも薄くなっており、負極合剤層３２ａと銅箔４５との境界部分が透けて見える。したがって、薄膜部を透過して負極合剤層３２ａの端部位置を視認することができる。

図１２は、変形例を示す図１０Ｂに対応する図、図１３は、変形例を示す図１１Ａに対応する図である。

図１２に示すように、シム４８の凹溝４８１の端部に、凹溝４８１よりも溝深さが大きい深溝４８３を設けた構成としてもよい。かかる構成にすることで、図１３に示すように、第２塗工部３１ｂの厚さを第１塗工部３１ｃの標準厚さｔ１よりも厚くすることができる。第２塗工部３１ｂを厚くすることで、窓部３１ａの開口部の露出面積を小さくし、窓部３１ａの開口部を介して負極合剤層３２ａが導電性の異物と接触して短絡するのを防ぐことができる。第２塗工部３１ｂの厚さは、第１塗工部３１ｃの標準厚さｔ１よりも厚ければよく、窓部３１ａの開口部の最大高さｈ以上であることが好ましい。

負極合剤スラリーと絶縁層スラリーの塗工後は、図５で示したように、乾燥後、プレス加工工程Ｓ１０４、スリット加工工程Ｓ１０５を経て、上述の図３、図４で図示した負極電極３２の形状になる。

正極電極３４に関しては、正極活物質としてマンガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）１００重量部に対し、導電材として１０重量部の鱗片状黒鉛と結着剤として１０重量部のＰＶＤＦとを添加し、これに分散溶媒としてＮＭＰを添加、混練した正極合剤スラリーを作製した。この正極合剤スラリーをアルミニウム箔（正極箔）の両面に溶接部（正極箔露出部３４ｂ）を残して塗布・乾燥した。その後、前述の負極電極と同様にプレス、スリット工程を経て、アルミニウム箔を含まない正極活物質塗布部厚さ１００〜２００μｍの正極電極３４を得た。

また、本実施形態では、正極活物質にマンガン酸リチウムを用いる場合について例示したが、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウムや一部を金属元素で置換又はドープしたリチウムマンガン複合酸化物や層状結晶構造を有すコバルト酸リチウムやチタン酸リチウムやこれらの一部を金属元素で置換またはドープしたリチウム-金属複合酸化物を用いるようにしてもよい。

また、本実施形態では、正極電極３４、負極電極３２における合剤層塗布部の結着材としてＰＶＤＦを用いる場合について例示したが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン、アクリル系樹脂などの重合体およびこれらの混合体などを用いることができる。

捲回群３の幅方向、すなわち捲回方向に直交する捲回中心軸Ｗの方向の両端部は、一方が正極電極３４の積層部とされ、他方が負極電極３２の積層部とされている。一端に設けられる正極電極３４の積層部は、正極合剤層３４ａが形成されていない正極箔露出部３４ｂが積層されたものである。他端に設けられる負極電極３２の積層部は、負極合剤層３２ａが形成されていない負極箔露出部３２ｂが積層されたものである。正極箔露出部３４ｂの積層部および負極箔露出部３２ｂの積層部は、それぞれ予め押し潰され、それぞれ蓋組立体１０７の正極集電体１８０および負極集電体１９０に超音波接合により接続され、電極群組立体が形成される。

本実施形態を用いることによって、負極合剤層３２ａの位置が視認できるため、捲回時、正極合剤層３４ａと負極合剤層３２ａとを精度良く位置合わせを行いながら、それぞれを積層することができる。また塗工工程において、片面塗工後のもう一方の面を塗工するときにおいても、表裏合剤層の幅および位置を精度良く合わせることが可能であり、信頼性の高いリチウムイオン二次電池を提供することができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

1 電池缶
3 捲回群
6 電池蓋
31 絶縁層
31a 窓部
32 負極電極
32a 負極合剤層
32b 負極箔露出部
33 セパレータ
34 正極電極
34a 正極合剤層
34b 正極箔露出部
35 セパレータ
38 塗工乾燥機
40 ダイヘッド
41 乾燥炉
42 巻き出しローラ
43 搬送ローラ
44 巻き取りローラ
45 銅箔
46 バックロール
47 出側ブロック
471 絶縁層スラリー用マニホルド
472 先端面
48 シム
481 凹溝
484 凹溝
485 先端面
49 入側ブロック
491 負極合剤スラリー用マニホルド
52 溝
100 角形二次電池

Claims

帯状の金属箔の両面に合剤層が設けられ、該金属箔の幅方向一方側の端部に前記金属箔が露出する金属箔露出部が形成され、前記合剤層の上と前記金属箔露出部の上に絶縁層が設けられた電極を有する二次電池であって、
前記絶縁層は、前記合剤層と前記金属箔露出部との境界部分に対応する位置に、前記合剤層の端部を視認するための窓部が設けられており、
前記絶縁層は、前記合剤層の上に塗工される第１塗工部と、該第１塗工部との間に前記窓部を介して前記金属箔の上に塗工される第２塗工部とを有しており、前記第１塗工部よりも前記第２塗工部の方が厚さが厚いことを特徴とする二次電池。
前記窓部は、前記合剤層の端部が露出する開口部、若しくは前記合剤層に積層されている部分よりも厚さが薄く、透過して前記合剤層の端部を視認可能な薄膜部を有していることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記窓部は、前記合剤層の端部に沿って連続して設けられていることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
前記窓部は、前記合剤層の端部に沿って不連続に設けられることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
金属箔上の一端側の金属箔露出部が形成されるように合剤層が塗布された電極と、前記電極の前記合剤層上に塗布された絶縁層と、を有する二次電池の製造方法において、
一方面と他方面にそれぞれ凹溝を有し、前記一方面の凹溝には前記他方面の凹溝の端部と対応する位置に凸部が設けられているシムを、入側ブロックと出側ブロックとの間に挟み込んで組み立てたダイヘッドを準備する工程と、
前記シムの一方面の凹溝と前記シムの他方面の凹溝から絶縁層スラリーと合剤層スラリーを互いに平行に重ね合わせた状態で吐出させて金属箔上に塗工する工程と、
を含むことを特徴とする二次電池の製造方法。