JP7123221B1 - 製造方法、プログラム、製造システム、積層集電体、電池、移動体、及び飛行体 - Google Patents
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Abstract
【課題】強度が高く、電気抵抗の低い内部導電接続構造を有する積層集電体の製造方法を提供する。【解決手段】樹脂層と、樹脂層の両面に配置された第１金属層及び第２金属層を含む集電体が積層された積層体を準備する準備工程と、積層体の上面側及び下面側の一方にタブを配置し、他方にＳｕｂタブを配置する配置工程と、タブ、積層体及びＳｕｂタブの溶接対象部分を積層方向に加熱圧縮して溶接対象部分の樹脂層の樹脂を溶出させる加熱圧縮工程と、溶接対象部分を抵抗溶接する溶接工程とを備える積層集電体の製造方法である。【選択図】図５
Description
本発明は、製造方法、プログラム、製造システム、積層集電体、電池、移動体、及び飛行体に関する。
金属メッキ樹脂フィルムが知られていた（例えば、特許文献１参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２０１８－１８１８２３号公報
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２０１８－１８１８２３号公報
本発明の一実施態様によれば、積層集電体の製造方法が提供される。製造方法は、樹脂層と、樹脂層の両面に配置された第１金属層及び第２金属層を含む集電体が積層された積層体を準備する準備工程を備えてよい。製造方法は、積層体の上面側及び下面側の一方にタブを配置し、他方にＳｕｂタブを配置する配置工程を備えてよい。製造方法は、タブ、積層体及びＳｕｂタブの溶接対象部分を積層方向に加熱圧縮して溶接対象部分の樹脂層の樹脂を溶出させる加熱圧縮工程を備えてよい。製造方法は、溶接対象部分を抵抗溶接する溶接工程を備えてよい。
上記加熱圧縮工程は、上記タブ、上記積層体及び上記Ｓｕｂタブの上記溶接対象部分のみを積層方向に加熱圧縮して上記溶接対象部分の上記樹脂層の樹脂を溶出させる、請求項１に記載の積層集電体の製造方法。上記準備工程は、下記の数式１を満たす厚みを有する上記樹脂層、上記第１金属層、及び上記第２金属層を含む上記集電体が積層された上記積層体を準備してよい。
上記準備工程は、３～７μｍの厚みを有する樹脂層と、０．１～２μｍの厚みを有する上記第１金属層と、０．１～２μｍの厚みを有する上記第２金属層を含む上記集電体が積層された上記積層体を準備してよい。上記溶接対象部分は、直径が１～１０ｍｍの円形状を有してよい。上記溶接対象部分の直径、上記第１金属層の厚み及び上記第２金属層の厚みの合計、並びに上記樹脂層の厚みは、下記の数式２を満たしてよい。
上記溶接対象部分の直径、上記第１金属層の厚み及び上記第２金属層の厚みの合計、並びに上記樹脂層の厚みは、下記の数式３を満たしてよい。
上記溶接対象部分の直径、上記第１金属層の厚み及び上記第２金属層の厚みの合計、並びに上記樹脂層の厚みは、下記の数式４を満たしてよい。
上記溶接対象部分の直径、上記第１金属層の厚み及び上記第２金属層の厚みの合計、並びに上記樹脂層の厚みは、下記の数式５を満たしてよい。
上記樹脂層の樹脂は、ＴＤ方向の熱収縮が１％以下であってよい。上記第１金属層及び上記第２金属層の材質は銅であってよく、上記樹脂層の材質はポリイミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリフェニレンサルファイド、又はポリエチレンテレフタレートであってよい。
本発明の一実施態様によれば、コンピュータに、上記積層集電体の製造方法を実行させるためのプログラムが提供される。
本発明の一実施態様によれば、電池の製造方法が提供される。製造方法は、３～７μｍの厚みを有する樹脂層と、樹脂層の両面に配置されたそれぞれが０．１～２μｍの厚みを有する第１金属層及び第２金属層を含む集電体が積層された積層体を準備する準備工程を備えてよい。製造方法は、積層体の上面側及び下面側の一方にタブを配置し、他方にＳｕｂタブを配置する配置工程を備えてよい。製造方法は、タブ、積層体及びＳｕｂタブの、直径が１～１０ｍｍの溶接対象部分を積層方向に加熱圧縮して溶接対象部分の樹脂層の樹脂を溶出させる加熱圧縮工程を備えてよい。製造方法は、溶接対象部分を抵抗溶接して、積層集電体を生成する溶接工程を備えてよい。製造方法は、積層集電体を用いて、太陽電池パネル及び電池を搭載して、電池の電力を利用する飛行体の電池を生成する電池生成工程を備えてよい。上記電池生成工程は、上記積層集電体を用いて、上記太陽電池パネル及び上記電池を搭載して成層圏を飛行し、地上に無線通信サービスを提供するＨＡＰＳの上記電池を生成してよい。
本発明の一実施態様によれば、製造システムが提供される。製造システムは、樹脂層と、樹脂層の両面に配置された第１金属層及び第２金属層を含む集電体が積層された積層体を準備する準備部を備えてよい。製造システムは、積層体の上面側及び下面側の一方にタブを配置し、他方にＳｕｂタブを配置する配置を備えてよい。製造システムは、タブ、積層体及びＳｕｂタブの溶接対象部分を積層方向に加熱圧縮して溶接対象部分の樹脂層の樹脂を溶出させる加熱圧縮部を備えてよい。製造システムは、溶接対象部分を抵抗溶接する溶接部を備えてよい。
本発明の一実施態様によれば、複数の集電体が積層され、上側及び下側の一方にタブ、他方にＳｕｂタブが配置された積層集電体が提供される。積層集電体は、タブ及びＳｕｂタブに挟まれておらず、複数の集電体のそれぞれの中間に樹脂層が含まれる第１の領域、タブ及びＳｕｂタブに挟まれており、複数の集電体のそれぞれの中間に樹脂層が含まれる第２の領域と、タブ及びＳｕｂタブに挟まれおり、複数の集電体のそれぞれの中間の樹脂の量が第１の領域における複数の集電体のそれぞれの樹脂層の樹脂の量よりも少ない、又は、複数の集電体のそれぞれの中間に樹脂がない、抵抗溶接されている第３の領域とを備えてよい。
本発明の一実施態様によれば、上記積層集電体を有する電池が提供される。発明の一実施態様によれば、上記電池を有する移動体が提供される。発明の一実施態様によれば、上記電池を有する飛行体が提供される。
本発明の一実施態様によれば、集電体の製造方法が提供される。製造方法は、樹脂層を準備する準備工程を備えてよい。製造方法は、樹脂層の側面の少なくとも一部、上面、及び下面に金属を配置し、側面の少なくとも一部の金属によって、上面の金属層と下面の金属層とが電気的に接続された集電体を生成する生成工程を備えてよい。
上記生成工程は、上記樹脂層の側面の少なくとも一部、上面、及び下面に前記金属を分子接合させることによって前記金属を配置してよい。上記生成工程は、上記樹脂層の側面の少なくとも一部、上面、及び下面に金属をスパッタによって配置してよい。上記生成工程は、上記樹脂層の側面の少なくとも一部、上面、及び下面にスパッタによって金属薄膜を形成し、上記金属薄膜に前記金属をメッキしてよい。上記生成工程は、四角形状の上記樹脂層の４つの側面のうちの少なくとも１つの側面、上面、及び下面に上記金属を配置し、上記集電体を生成してよい。上記生成工程は、全体に上記金属を配置し上記樹脂層を切断することにより、少なくとも１つの側面に上記金属が配置されている複数の上記集電体を生成してよい。上記準備工程は、上面から下面に貫通する少なくとも１つの孔を有する上記樹脂層を準備してよく、上記生成工程は、上記樹脂層の側面の少なくとも一部、上面、及び下面と、上記孔の内面とに上記金属を配置して、上記集電体を生成してよい。
上記生成工程は、全体に上記金属を配置した四角形状の上記樹脂層の上記金属の層の上面の第１の端部以外の領域に活物質を配置して切断することにより、上記第１の端部の一部と、上記活物質が配置されている部分との両方をそれぞれが含む複数の上記集電体を生成してよい。上記生成工程は、全体に上記金属を配置した四角形状の上記樹脂層の上記金属の層の上面の第１の端部以外の領域に活物質を配置して、上記樹脂層の上記第１の端部の部分の一部を切断することにより、上記第１の端部の部分に複数の凸部を形成し、上記樹脂層を切断することにより、上記複数の凸部のうちの１つと、上記活物質が配置されている部分との両方をそれぞれが含む複数の上記集電体を生成してよい。
上記生成工程は、全体に上記金属を配置した四角形状の上記樹脂層の上記金属の層の上面の第１の端部及び上記第１の端部に対向する第２の端部以外の領域に活物質を配置して切断することにより、上記第１の端部の一部又は上記第２の端部の一部と、上記活物質が配置されている部分との両方をそれぞれが含む複数の上記集電体を生成してよい。上記生成工程は、上記樹脂層の上記金属の層の上面の上記第１の端部及び上記第２の端部以外の領域に活物質を配置し、上記活物質が配置されている部分で切断した、上記第１の端部を含む第１の部分樹脂層及び上記第２の端部を含む第２の部分樹脂層のそれぞれを切断することにより、上記第１の端部の一部と上記活物質が配置されている部分との両方をそれぞれが含む複数の上記集電体と、上記第２の部分の一部と上記活物質が配置されている部分との両方をそれぞれが含む上記集電体とを生成してよい。上記生成工程は、上記樹脂層の上記金属の層の上面の上記第１の端部及び上記第２の端部以外の領域に活物質を配置して、上記樹脂層の上記第１の端部の部分の一部を切断することにより、上記第１の端部の部分に複数の凸部を形成し、上記樹脂層の上記第２の端部の部分の一部を切断することにより、上記第２の端部の部分に複数の凸部を形成し、上記樹脂層を切断することにより、上記第１の端部の上記複数の凸部のうちの１つ又は上記第２の端部の上記複数の凸部のうちの１つと、上記活物質が配置されている部分との両方をそれぞれが含む複数の上記集電体を生成してよい。
上記生成工程は、四角形状の上記樹脂層の第１の端部の一部を切断することにより、上記第１の端部に複数の凸部を形成した後、上記樹脂層の全体に上記金属を配置し、上記樹脂層の上記第１の端部以外の部分の上面の領域に活物質を配置して、上記樹脂層を切断することにより、上記複数の凸部のうちの１つと、上記活物質が配置されている部分との両方をそれぞれが含む複数の上記集電体を生成してよい。上記生成工程は、四角形状の上記樹脂層の上記第１の端部の一部を切断することにより、上記第１の端部に複数の凸部を形成し、上記樹脂層の上記第１の端部に対向する第２の端部の一部を切断することにより上記第２の端部に複数の凸部を形成した後、上記樹脂層の全体に上記金属を配置し、上記樹脂層の上記第１の端部及び上記第２端部以外の部分の上面の領域に活物質を配置して、上記樹脂層を切断することにより、上記第１の端部の上記複数の凸部のうちの１つ又は上記第２の端部の上記複数の凸部のうちの１つと、上記活物質が配置されている部分との両方をそれぞれが含む複数の上記集電体を生成してよい。
本発明の一実施態様によれば、製造方法が提供される。製造方法は、上面から下面に貫通する少なくとも１つの孔を有する樹脂層を準備する準備工程を備えてよい。製造方法は、樹脂層の上面及び下面と、孔の内面とに金属を配置して、内面の金属によって、上面の金属層と下面の金属層とが電気的に接続された集電体を生成する生成工程を備えてよい。上記集電体は、上記樹脂層と、上記樹脂層に配置された銅層とを有する負極集電体であってよい。上記集電体は、上記樹脂層と、上記樹脂層に配置されたアルミニウム層とを有する正極集電体であってよい。
本発明の一実施態様によれば、コンピュータに、上記集電体の上記製造方法を実行させるためのプログラムが提供される。
本発明の一実施態様によれば、製造システムが提供される。製造システムは、樹脂層を準備する準備部を備えてよい。製造システムは、樹脂層の側面の少なくとも一部、上面、及び下面に金属を配置して、中間に樹脂層を含む集電体を生成する生成部を備えてよい。
本発明の一実施態様によれば、製造システムが提供される。製造システムは、上面から下面に貫通する少なくとも１つの孔を有する樹脂層を準備する準備部を備えてよい。製造システムは、樹脂層の上面及び下面と、孔の内面とに金属を配置して、内面の金属によって、上面の金属層と下面の金属層とが電気的に接続された集電体を生成する生成部を備えてよい。
本発明の一実施態様によれば、集電体が提供される。集電体は、樹脂層と、樹脂層の側面の少なくとも一部、上面、及び下面に配置された金属層を備えてよく、側面の少なくとも一部の金属によって、上面の金属層と下面の金属層とが電気的に接続されていてよい。
本発明の一実施態様によれば、集電体が提供される。集電体は、上面から下面に貫通する少なくとも１つの孔を有する樹脂層と、樹脂層の上面及び下面と、孔の内面とに配置された金属とを備えてよく、内面の金属によって、上面の金属層と下面の金属層とが電気的に接続されていてよい。
本発明の一実施態様によれば、上記集電体を有する電池が提供される。
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、電池構成物１０の一例を概略的に示す。電池構成物１０は、図１に示すように、セパレータ４０を挟んで交互に積層された複数の負極２０及び正極３０を有する。負極２０は、負極集電体２００を有する。正極３０は、正極集電体３００を有する。
電池構成物１０は、任意の種類の電池の構成物であってよい。電池構成物１０は、例えば、リチウムイオン電池の構成物である。例えば、負極集電体２００が積層された積層体２８０と、正極集電体３００が積層された積層体３８０とのそれぞれにタブが溶接されて、電池構成物１０の全体が筐体等に入れられ、電界液が満たされることによって、リチウムイオン電池が形成される。電池構成物１０は、リチウム空気電池の構成物であってもよい。電池構成物１０は、他の種類の電池の構成物であってもよい。
図１では、負極集電体２００及び正極集電体３００が同一方向に配置されている場合を例示しているが、これに限らない。負極集電体２００と正極集電体３００は、異なる方向に配置されていてもよい。例えば、負極集電体２００と正極集電体３００は、反対方向に配置されてもよい。
図２は、電池構成物１０の他の一例を概略的に示す。電池構成物１０は、図２に示すように、積層されたラミネート電池５０を有する。ラミネート電池５０は、負極集電体２００及び正極集電体３００を有する。例えば、電池構成物１０がリチウムイオン電池の構成物である場合、積層体２８０と、積層体３８０とのそれぞれにタブが溶接されて、電池構成物１０の全体が筐体等に入れられることによって、リチウムイオン電池が形成される。
図２では、負極集電体２００及び正極集電体３００が同一方向に配置されている場合を例示しているが、これに限らない。負極集電体２００と正極集電体３００は、異なる方向に配置されていてもよい。例えば、負極集電体２００と正極集電体３００は、反対方向に配置されてもよい。
図３は、負極集電体２００の構成の一例を概略的に示す。図３に例示する負極集電体２００は、樹脂層２１０と、樹脂層２１０の両面に配置された金属層２３１及び金属層２３２を有する。負極集電体２００は、例えば、樹脂層２１０と、樹脂層２１０にコーティングされた金属層２３１及び金属層２３１とを有する。
本実施形態に係る樹脂層２１０の樹脂として、金属層２３１及び金属層２３２の金属よりも導電性は低いが、金属層２３１及び金属層２３２の金属よりも密度の低い樹脂が採用される。樹脂層２１０の樹脂の例として、ＰＩ（ポリイミド）が挙げられる。また、樹脂層２１０の樹脂の例として、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）が挙げられる。樹脂層２１０の樹脂として、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、及びＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等を用いてもよい。これらは例示であり、樹脂層２１０の樹脂として他の種類の樹脂が用いられ得る。例えば、電池構成物１０がリチウムイオン電池の構成物である場合、金属層２３１及び金属層２３２の金属は銅であってよく、樹脂層２１０の樹脂はポリイミドであり得る。金属層２３１及び金属層２３２の金属は、他の金属であってもよい。
電池の用途によって、電流は低くてもよいが重量を軽くしたい場合がある。例えば、太陽電池パネル及び電池を搭載して、電池の電力を利用する飛行体では、飛行速度の変化が少ないことから電池の出力電流は低くてもよいが、飛行体全体の重量が軽いことが求められる。このような飛行体の例として、成層圏を飛行し、地上に無線通信サービスを提供するＨＡＰＳ（Ｈｉｇｈ Ａｌｔｉｔｕｄｅ Ｐｌａｔｆｏｒｍ Ｓｔａｔｉｏｎ）や、飛行機等が挙げられる。このように、電流は低くてもよいが重量を軽くすることが要求される用途は他にも存在する。
例えば、リチウムイオン電池の場合、負極集電体として銅箔が用いられる場合が多いが、銅箔の厚みを薄くすることによってこのような要求に答えることができる。しかし、銅箔の厚みを薄くするには、技術的な限界があり、また、銅箔の厚みをあまり薄くしてしまうと強度を保つことができず、破損の可能性が高まってしまう。本実施形態に係る負極集電体２００は中間が樹脂層２１０であることから、金属のみからなる負極集電体と比較して、電気抵抗は大きくなるが、密度を低くすることができる。また、負極集電体２００の強度も維持することができる。
例えば、金属層２３０の金属が銅であり、樹脂層２１０の樹脂が仮にＰＥＴである場合、銅の密度は約８．９６ｇ／ｃｍ３であり、ＰＥＴの密度は約１．３８ｇ／ｃｍ３であるので、負極集電体を銅のみで構成した場合よりも、重量を大幅に低減することができる。
例えば、負極集電体２００の厚みを８μｍとした場合、樹脂層２１０の厚みを６μｍとすると密度は約３．２５ｇ／ｃｍ３となり、銅のみで構成した場合との重量比が３５％程度となり、重量６５％程度を削減することができる。また、樹脂層２１０の厚みを７μｍとすると密度は約２．３０ｇ／ｃｍ３となり、銅のみで構成した場合との重量比が２５％程度となり、重量７５％程度を削減することができる。
負極集電体が金属のみで構成されている場合、負極集電体を多層化したとしても、金属同士（導電性の材料同士）なので、超音波溶接、抵抗溶接、及びレーザー溶接等で溶接することによって導電パスが確保できる。それに対して、中間に樹脂層を有する負極集電体を多層化した場合、導電パスが確保できない。このため、そのままでは抵抗溶接をすることができない。また、金属層と樹脂層との間で、沸点、熱膨張、及び強度等の面で特性が異なるので、例えば、レーザー溶接をしようとした場合、破裂や空孔残存等の問題が発生し得る。また、超音波溶接をしようとした場合、クラックや破断が発生し得る。
図４は、正極集電体３００の構成の一例を概略的に示す。本実施形態に係る正極集電体３００は、樹脂層３１０と、樹脂層３１０の両面に配置された金属層３３１及び金属層３３２を有する。正極集電体３００は、例えば、樹脂層３１０と、樹脂層３１０にコーティングされた金属層３３１及び金属層３３２を有する。
本実施形態に係る樹脂層３１０の樹脂として、金属層３３１及び金属層３３２の金属よりも導電性は低いが、金属層３３１及び金属層３３２の金属よりも密度の低い樹脂が採用される。樹脂層３１０の樹脂の例として、ＰＩ（ポリイミド）が挙げられる。また、樹脂層３１０の樹脂の例として、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）が挙げられる。樹脂層３１０の樹脂として、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、及びＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等を用いてもよい。これらは例示であり、樹脂層３１０の樹脂として他の種類の樹脂が用いられ得る。例えば、電池構成物１０がリチウムイオン電池の構成物である場合、金属層３３０の金属はアルミニウムであり、樹脂層３１０の樹脂はポリイミドであり得る。金属層３３０の金属は、他の金属であってもよい。
図５は、製造システム４００の機能構成の一例を概略的に示す。製造システム４００は、準備部４０２、積層集電体生成部４１０、電池生成部４２０、及び集電体生成部４３０を備える。なお、製造システム４００がこれらの全てを備えることは必須とは限らない。
製造システム４００は、１つの装置によって構成されてよい。また、製造システム４００は、複数の装置によって構成されてもよい。例えば、製造システム４００は、準備部４０２及び電池生成部４２０を備える装置と、電池生成部４２０を備える装置と、集電体生成部４３０を備える装置とによって構成される。製造システム４００は、電池生成部４２０を備えなくてもよい。製造システム４００は、集電体生成部４３０を備えなくてもよい。
準備部４０２は、積層体２８０及び積層体３８０を準備する。準備部４０２は、電池構成物１０を準備してよい。準備部４０２は、例えば、他の装置から電池構成物１０を受領することによって、電池構成物１０を準備する。準備部４０２は、負極２０、正極３０、及びセパレータ４０を積層することによって、電池構成物１０を準備してもよい。積層体準備部４０２は、ラミネート電池５０を積層することによって、電池構成物１０を準備してもよい。
樹脂層２１０の厚みは、３～７μｍであってよい。樹脂層２１０の厚みの例として、３μｍ、４μｍ、５μｍ、６μｍ、及び７μｍ等が挙げられる。
金属層２３１の厚みは、０．１～２μｍであってよい。金属層２３１の厚みは、例えば、０．５μｍ～１μｍであってよい。金属層２３１の厚みの例として、０．１μｍ、０．２μｍ、０．３μｍ、０．４μｍ、０．５μｍ、０．６μｍ、０．７μｍ、０．８μｍ、０９μｍ、１μｍ、１．１μｍ、１．２μｍ、１．３μｍ、１．４μｍ、１．５μｍ、１．６μｍ、１．７μｍ、１．８μｍ、１．９μｍ、及び２μｍ等が挙げられる。
金属層２３２の厚みは、０．１～２μｍであってよい。金属層２３２の厚みは、例えば、０．５μｍ～１μｍであってよい。金属層２３２の厚みの例として、０．１μｍ、０．２μｍ、０．３μｍ、０．４μｍ、０．５μｍ、０．６μｍ、０．７μｍ、０．８μｍ、０９μｍ、１μｍ、１．１μｍ、１．２μｍ、１．３μｍ、１．４μｍ、１．５μｍ、１．６μｍ、１．７μｍ、１．８μｍ、１．９μｍ、及び２μｍ等が挙げられる。
樹脂層２１０の樹脂は、ＴＤ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）方向の熱収縮が１％以下であってよい。準備部４０２は、樹脂層２１０が、ＴＤ方向の熱収縮１％以下の樹脂によって構成された電池構成物１０を準備してよい。準備部４０２は、樹脂層２１０が、材質、製造方法、及び加工方法等を調整することによってＴＤ方向の熱収縮１％以下となった樹脂によって構成された、電池構成物１０を準備してよい。
樹脂層３１０の樹脂は、ＴＤ方向の熱収縮が１％以下であってよい。準備部４０２は、樹脂層３１０が、ＴＤ方向の熱収縮１％以下の樹脂によって構成された電池構成物１０を準備してよい。準備部４０２は、樹脂層３１０が、材質、製造方法、及び加工方法等を調整することによってＴＤ方向の熱収縮１％以下となった樹脂によって構成された、電池構成物１０を準備してよい。
準備部４０２は、下記の数式６を満たす厚みを有する樹脂層２１０、金属層２３１、及び金属層２３２を含む負極集電体２００が積層された積層体２８０を準備してよい。
樹脂層３１０の厚みは、３～７μｍであってよい。樹脂層３１０の厚みの例として、３μｍ、４μｍ、５μｍ、６μｍ、及び７μｍ等が挙げられる。
金属層３３１の厚みは、０．１～２μｍであってよい。金属層３３１の厚みは、例えば、０．５μｍ～１μｍであってよい。金属層３３１の厚みの例として、０．１μｍ、０．２μｍ、０．３μｍ、０．４μｍ、０．５μｍ、０．６μｍ、０．７μｍ、０．８μｍ、０９μｍ、１μｍ、１．１μｍ、１．２μｍ、１．３μｍ、１．４μｍ、１．５μｍ、１．６μｍ、１．７μｍ、１．８μｍ、１．９μｍ、及び２μｍ等が挙げられる。
金属層３３２の厚みは、０．１～２μｍであってよい。金属層３３２の厚みは、例えば、０．５μｍ～１μｍであってよい。金属層３３２の厚みの例として、０．１μｍ、０．２μｍ、０．３μｍ、０．４μｍ、０．５μｍ、０．６μｍ、０．７μｍ、０．８μｍ、０９μｍ、１μｍ、１．１μｍ、１．２μｍ、１．３μｍ、１．４μｍ、１．５μｍ、１．６μｍ、１．７μｍ、１．８μｍ、１．９μｍ、及び２μｍ等が挙げられる。
準備部４０２は、上記数式６の、金属層２３１の厚み、金属層２３２の厚み、及び樹脂層２１０の厚みを、金属層３３１の厚み、金属層３３２の厚み、及び樹脂層３１０の厚みに置き換えた数式満たす厚みを有する樹脂層３１０、金属層３３１、及び金属層３３２を含む正極集電体３００が積層された積層体３８０を準備してよい。
積層集電体生成部４１０は、準備部４０２によって準備された積層体２８０及び積層体３８０から、積層集電体を生成する。積層集電体生成部４１０は、配置部４１２、加熱圧縮部４１４、及び溶接部４１６を備える。
配置部４１２は、例えば、積層体２８０の上面側及び下面側の一方にタブを配置し、他方にＳｕｂタブを配置する。配置部４１２は、例えば、積層体２８０の上面側にタブを配置し、積層体２８０の下面側にＳｕｂタブを配置する。配置部４１２は、例えば、積層体２８０の上面側にＳｕｂタブを配置し、積層体２８０の下面側にタブを配置する。
配置部４１２は、例えば、積層体３８０の上面側及び下面側の一方にタブを配置し、他方にＳｕｂタブを配置する。配置部４１２は、例えば、積層体３８０の上面側にタブを配置し、積層体３８０の下面側にＳｕｂタブを配置する。配置部４１２は、例えば、積層体３８０の上面側にＳｕｂタブを配置し、積層体３８０の下面側にタブを配置する。
積層体２８０に対して配置するタブの材質は、金属層２３１及び金属層２３２の材質と同一であってよい。例えば、金属層２３１及び金属層２３２の材質が銅である場合、積層体２８０に対して配置するタブの材質も銅であってよい。なお、積層体２８０に対して配置するタブの材質は、金属層２３１及び金属層２３２の材質と異なってもよい。
積層体３８０に対して配置するタブの材質は、金属層３３１及び金属層３３２の材質と同一であってよい。例えば、金属層３３１及び金属層３３２の材質がアルミニウムである場合、積層体３８０に対して配置するタブの材質もアルミニウムであってよい。なお、積層体３８０に対して配置するタブの材質は、金属層３３１及び金属層３３２の材質と異なってもよい。
タブの厚みは、１００～３００μｍであることが望ましい。タブの厚みは、１００～３００μｍの範囲内で、電流値の大きさに合わせて決定されてよい。
Ｓｕｂタブの厚みは、積層集電体の強度を維持する点で厚い方がよく、積層集電体の軽量化の点では薄い方がよい。例えば、Ｓｕｂタブの厚みは、５０～１００μｍであることが望ましい。
加熱圧縮部４１４は、タブ、積層体２８０、及びＳｕｂタブの溶接対象部分を積層方向に加熱圧縮して溶接対象部分の樹脂層２１０の樹脂を溶出させる。加熱圧縮部４１４は、タブ、積層体２８０、及びＳｕｂタブの溶接対象部分のみを積層方向に加熱圧縮して溶接対象部分の樹脂層２１０の樹脂を溶出させてよい。加熱圧縮部４１４は、樹脂層２１０の樹脂の種類に応じた温度で加熱圧縮してよい。樹脂の種類に応じた温度とは、例えば、樹脂の融点以上の温度であって、予め定められた温度である。
加熱圧縮部４１４は、タブ、積層体３８０、及びＳｕｂタブの溶接対象部分を積層方向に加熱圧縮して溶接対象部分の樹脂層３１０の樹脂を溶出させる。加熱圧縮部４１４は、タブ、積層体３８０、及びＳｕｂタブの溶接対象部分のみを積層方向に加熱圧縮して溶接対象部分の樹脂層３１０の樹脂を溶出させてよい。加熱圧縮部４１４は、樹脂層３１０の樹脂の種類に応じた温度で加熱圧縮してよい。樹脂の種類に応じた温度とは、例えば、樹脂の融点以上の温度であって、予め定められた温度である。
溶接部４１６は、加熱圧縮部４１４によって加熱圧縮された、タブ、積層体２８０、及びＳｕｂタブの溶接対象部分を抵抗溶接する。溶接部４１６が、当該溶接対象部分を抵抗溶接することによって、積層集電体１００が生成される。溶接部４１６は、加熱圧縮部４１４によって加熱圧縮された、タブ、積層体３８０、及びＳｕｂタブの溶接対象部分を抵抗溶接する。溶接部４１６が、当該溶接対象部分を抵抗溶接することによって、積層集電体１５０が生成される。抵抗溶接を行う装置として、例えば、ＮＡＧシステムの精密抵抗溶接機等が採用され得る。
溶接対象部分は、例えば、直径が１～１０ｍｍの円形状を有する。溶接対象部分は、望ましくは３～５ｍｍの円形状を有する。なお、溶接対象部分の形状は、円形状に限らず、多角形状等であってもよい。溶接対象部分の直径、金属層２３１の厚み及び金属層２３２の厚みの合計、並びに樹脂層２１０の厚みが、下記の数式７を満たすように決定されてよい。製造システム４００は、溶接対象部分の直径、金属層２３１の厚み及び金属層２３２の厚みの合計、並びに樹脂層２１０の厚みが、下記の数式７を満たすように設計されてよい。
溶接対象部分の直径、金属層２３１の厚み及び金属層２３２の厚みの合計、並びに樹脂層２１０の厚みは、下記の数式８を満たすように決定されてもよい。製造システム４００は、溶接対象部分の直径、金属層２３１の厚み及び金属層２３２の厚みの合計、並びに樹脂層２１０の厚みが、下記の数式８を満たすように設計されてもよい。
溶接対象部分の直径、金属層２３１の厚み及び金属層２３２の厚みの合計、並びに樹脂層２１０の厚みは、下記の数式９を満たすように決定されてもよい。製造システム４００は、溶接対象部分の直径、金属層２３１の厚み及び金属層２３２の厚みの合計、並びに樹脂層２１０の厚みが、下記の数式９を満たすように設計されてもよい。
溶接対象部分の直径、金属層２３１の厚み及び金属層２３２の厚みの合計、並びに樹脂層２１０の厚みは、下記の数式１０を満たすように決定されてもよい。製造システム４００は、溶接対象部分の直径、金属層２３１の厚み及び金属層２３２の厚みの合計、並びに樹脂層２１０の厚みが、下記の数式１０を満たすように設計されてもよい。
電池生成部４２０は、積層集電体生成部４１０によって生成された積層集電体を用いて、電池を生成する。電池生成部４２０は、例えば、積層集電体生成部４１０によって生成された積層集電体１００及び積層集電体１５０を含む電池構成物１０を筐体に入れ、電解液の注入等の電池の種類に応じた作業を行うことによって、電池を生成する。電池生成部４２０は、生成した電池を有する移動体を生成してもよい。例えば、電池生成部４２０は、生成した電池を移動体に搭載することによって、電池を有する移動体を生成する。電池生成部４２０は、生成した電池を有する飛行体を生成してもよい。例えば、電池生成部４２０は、生成した電池を飛行体に搭載することによって、電池を有する飛行体を生成する。飛行体の例として、ＨＡＰＳ及び飛行機等が挙げられる。
なお、ここでは、負極集電体２００及び正極集電体３００の両方が、中間に樹脂層を含む場合を例に挙げて説明するが、これに限らない。例えば、負極集電体２００及び正極集電体３００のうち、負極集電体２００のみが中間に樹脂層を含み、正極集電体３００は金属のみによって構成されていてもよい。この場合、積層体３８０に対する加熱圧縮は行われなくて良い。また、負極集電体２００及び正極集電体３００のうち、正極集電体３００のみが中間に樹脂層を含み、負極集電体２００は金属のみによって構成されていてもよい。この場合、積層体２８０に対する加熱圧縮は行われなくて良い。
集電体生成部４３０は、中間に樹脂層を含み、上面の金属層と下面の金属層とが電気的に接続された集電体を生成する。集電体生成部４３０は、準備部４３２及び生成部４３４を備える。
準備部４３２は、樹脂層を準備する。生成部４３４は、準備部４３２が準備した樹脂層の側面の少なくとも一部、上面、及び下面に金属を配置して、樹脂層の側面の少なくとも一部の金属によって樹脂層の上面の金属層と樹脂層の下面の金属層とが電気的に接続された集電体を生成する。生成部４３４は、例えば、樹脂層の側面の少なくとも一部、上面、及び下面に金属を分子接合させる。生成部４３４は、例えば、樹脂層の側面の少なくとも一部、上面、及び下面に分子接合剤を塗布して、金属めっきを施すことによって、集電体を生成する。ここでは、分子接合を用いる場合を主に例に挙げて説明するが、生成部４３４は、分子接合に代えて、スパッタを用いてもよい。例えば、生成部４３４は、樹脂層の側面の少なくとも一部、上面、及び下面に金属をスパッタによって配置する。生成部４３４は、例えば、樹脂層の側面の少なくとも一部、上面、及び下面にスパッタによって金属薄膜を形成して、金属メッキを施すことによって、集電体を生成する。
準備部４３２は、例えば、四角形状の樹脂層を準備する。生成部４３４は、四角形状の樹脂層の４つの側面のうちの少なくとも１つの側面、上面、及び下面に金属を分子接合させて、樹脂層の側面のうちの少なくとも１つの側面の金属によって樹脂層の上面の金属層と樹脂層の下面の金属層とが電気的に接続された集電体を生成してよい。生成部４３４は、四角形状の樹脂層の全体に金属を分子接合させてよい。生成部４３４は、四角形状の樹脂層の３つの側面と、上面及び下面とに金属を分子接合させてもよい。生成部４３４は、四角形状の樹脂層の２つの側面と、上面及び下面とに金属を分子接合させてもよい。生成部４３４は、四角形状の樹脂層の１つの側面と、上面及び下面とに金属を分子接合させてもよい。生成部４３４は、全体に金属を分子接合させた樹脂層を切断することにより、少なくとも１つの側面に金属が分子接合されている複数の集電体を生成してもよい。
生成部４３４は、生成した集電体に活物質を塗布することにより、活物質を有する集電体を生成してよい。生成部４３４は、全体に金属を分子接合させた樹脂層の上面の金属層に活物質を塗布した後に切断することによって、それぞれが活物質を有する複数の集電体を生成してもよい。
例えば、負極集電体２００を有する負極２０を生成する場合、準備部４３２は、樹脂層２１０を準備する。そして、生成部４３４は、準備部４３２が準備した樹脂層２１０の側面の少なくとも一部、上面、及び下面に金属を分子接合させて、上面の金属層に負極材を塗布することにより、樹脂層２１０、金属層２３０、及び負極材を有する負極２０を生成してよい。
例えば、正極集電体３００を有する正極３０を生成する場合、準備部４３２は、樹脂層３１０を準備する。そして、生成部４３４は、準備部４３２が準備した樹脂層３１０の側面の少なくとも一部、上面、及び下面に金属を分子接合させて、上面の金属層に正極材を塗布することにより、樹脂層３１０、金属層３３０、及び正極材を有する正極３０を生成してよい。
準備部４０２は、集電体生成部４３０によって生成された負極２０及び正極３０とセパレータ４０を積層することによって、電池構成物１０を準備してもよい。準備部４０２は、集電体生成部４３０が、負極２０、正極３０、及びセパレータ４０を積層することによって生成した電池構成物１０を、集電体生成部４３０から取得してもよい。これにより、溶接対象部分に加えて、樹脂層の側面の少なくとも一部の金属によって、樹脂層の上面の金属層と樹脂層の下面の金属層とが電気的に接続された積層集電体を生成することができる。
図６～図１０は、積層集電体１００の製造方法について説明するための説明図である。ここでは、積層集電体１００の製造方法を説明するが、積層集電体１５０の製造方法も、積層集電体１００の製造方法と同様である。
図６に示すように、まず、準備部４０２が積層体２８０を準備し、配置部４１２が、積層体２８０の上面側にタブ１０２を配置し、積層体２８０の下面側にＳｕｂタブ１０４を配置する。なお、図６に示すように、積層体２８０の図における左右方向の図示を省略している。
次に、加熱圧縮部４１４が、タブ１０２、積層体２８０、及びＳｕｂタブ１０４の溶接対象部分１１０を積層方向に加熱圧縮して、溶接対象部分の樹脂層２１０の樹脂を溶出させる。加熱圧縮部４１４は、加熱圧縮機５０２及び加熱圧縮機５０４によって、上下方向からタブ１０２、積層体２８０、及びＳｕｂタブ１０４の溶接対象部分１１０を加熱圧縮してよい。これにより、図７に示すように、溶接対象部分１１０の樹脂層２１０の樹脂が溶出して、複数の負極集電体２００の金属層２３１及び金属層２３２が接触する。
次に、溶接部４１６が、加熱圧縮部４１４によって加熱圧縮された溶接対象部分１１０を抵抗溶接する。溶接部４１６は、溶接機５１２及び溶接機５１４によって、上下方向からタブ１０２、積層体２８０、及びＳｕｂタブ１０４の溶接対象部分１１０を挟み込んで、電流を負荷することによって抵抗溶接してよい。これにより、図９に示すような、溶接スポット１２０において積層方向に電気的に導通した積層集電体１００が生成される。タブ１０２、積層体２８０、及びＳｕｂタブ１０４は、タブ１０２及びＳｕｂタブ１０４で挟んでいる樹脂層部である固定部１３０によって固定される。
溶接スポット１２０の溶接径１２２は、１～１０ｍｍであってよい。溶接径１２２は、望ましくは３～５ｍｍであってよい。固定部１３０の固定部幅１３２は、０．３ｍｍ以上であってよい。固定部幅１３２は、１ｍｍ以上であってよい。樹脂無＆固定部無部の幅１３４は、０．１ｍｍ以下であってよい。
図１０は、上面側からみた積層集電体１００を概略的に示している。図１０に示すように、溶接スポット１２０は、１箇所のみであってよい。溶接スポット１２０は、複数個所に生成されてもよい。
下記の表１は、樹脂層２１０の厚みと、両面の金属層の厚みの合計（金属層２３１の厚みと金属層２３２の厚みとの合計）とを様々に組み合わせて積層集電体１００を生成した場合の、抵抗バラツキの実験結果を示す。
本実験では、負極集電体２００を５つ積層させてタブ１０２及びＳｕｂタブ１０４に溶接し、負極集電体２００の１つずつとタブ１０２との抵抗を測定し、平均と標準偏差を算出した。そして、抵抗の標準偏差σ×２≦平均値で合格とし、合格率を記録した。
「両面の金属層の厚み合計／樹脂層厚み」が０．０４以上になると、０．０４未満の倍と比較して、合格率が高くなり、合格率８０％を超えた。そのため、本実施形態に係る製造システム４００では、数式１や数式６を条件とし得る。
表１が示すように、金属層が厚いほど、樹脂層が薄いほど、抵抗は安定する。ただし、樹脂層が薄すぎると強度が弱くなり、溶接がうまくいかない可能性が高くなる。また、金属層が厚くなるほど重くなるので、軽量化の観点で好ましくない。よって、「両面の金属層の厚み合計／樹脂層厚み」が０．０４以上であり、かつ、あまり大きすぎないことが望ましい。
下記表２は、溶接スポット１２０の溶接径１２２と、樹脂層２１０の厚みと、両面の金属層の厚みの合計（金属層２３１の厚みと金属層２３２の厚みとの合計）とを様々に組み合わせて積層集電体１００を生成した場合の、溶接合格数と抵抗バラツキの実験結果を示す。
本実験では、負極集電体２００を５つ積層させてタブ１０２及びＳｕｂタブ１０４に溶接し、積層体２８０とタブ１０２を引っ張り、破断強度を測定した。１Ｎ／１０ｍｍ以上で破断なしで溶接合格とし、合格率を記録した。抵抗バラツキについては、負極集電体２００を５つ積層させてタブ１０２及びＳｕｂタブ１０４に溶接し、負極集電体２００の１つずつとタブ１０２との抵抗を測定し、平均と標準偏差を算出した。そして、抵抗の標準偏差σ×２≦平均値で合格とし、合格率を記録した。
「(溶接径)／(両面の金属層厚み合計) × (樹脂層厚み)」の値が小さいと、溶接径が小さい又は樹脂層が薄いので、溶接強度が低下する。溶接面積が小さいか、強度を保つ樹脂層が薄くなることが原因と考えられる。溶接面積が小さい場合、抵抗バラツキも大きくなると考えられる。また、「(溶接径)／(両面の金属層厚み合計) × (樹脂層厚み)」の値が大きいと、溶接径が大きい又は樹脂層が厚いので、この場合も強度が低下すると考えられる。
溶接合格数及び抵抗バラツキの両方について、「(溶接径)／(両面の金属層厚み合計) × (樹脂層厚み)」が０．２５～５００の範囲内で、範囲外と比較して合格数が高くなり、合格率８０％を超えた。そのため、本実施形態に係る製造システム４００では、数式２や数式７を条件とし得る。
また、溶接合格数及び抵抗バラツキの両方について、「(溶接径)／(両面の金属層厚み合計) × (樹脂層厚み)」が２．２５～１７５の範囲内で、範囲外と比較してさらに合格数が高くなった。そのため、本実施形態に係る製造システム４００では、数式３や数式８を条件とし得る。
また、溶接合格数及び抵抗バラツキの両方について、「(溶接径)／(両面の金属層厚み合計) × (樹脂層厚み)」が７．５～１５の範囲内で、範囲外と比較してさらに合格数が高くなった。そのため、本実施形態に係る製造システム４００では、数式４や数式９を条件とし得る。
下記表３は、ＴＤ方向の熱収縮が異なる樹脂を用いて積層集電体１００を生成した場合の、溶接合格数の実験結果を示す。
本実験では、負極集電体２００を５つ積層させてタブ１０２及びＳｕｂタブ１０４に溶接し、積層体２８０とタブ１０２を引っ張り、破断強度を測定した。１Ｎ／１０ｍｍ以上で破断なしで溶接合格とし、合格率を記録した。
熱収縮が大きいと、加熱時に樹脂の変形が大きく、均一な溶接ができずに、溶接強度が低下すると考えられる。表３に示すように、熱収縮が１％以下で、１％より高い場合と比較して合格率が高くなり、合格率８０％を超えた。そのため、本実施形態に係る製造システム４００は、ＴＤ方向の熱収縮が１％以下の樹脂によって構成される樹脂層を用いることを条件にし得る。
図１１は、集電体生成部４３０による樹脂層２１０の金属めっきについて説明するための説明図である。生成部４３４は、図６に例示するように、準備部４３２によって準備された樹脂層２１０の全体に金属を分子接合させることによって、金属層２３０を生成してよい。金属層２３０は、樹脂層２１０の上面２１１に分子接合された金属と、樹脂層２１０の下面２１２に分子接合された金属と、樹脂層２１０のエッジ部分、すなわち、樹脂層２１０の４つの側面２１３に分子接合された金属とを含む。このように、樹脂層２１０の全体に金属を分子接合させることによって、導電率の高い負極集電体２００を生成することができる。図１１では、樹脂層２１０について説明したが、樹脂層３１０についても同様である。また、生成部４３４は、分子接合に代えて、スパッタを用いてもよい。
図１２は、集電体生成部４３０による樹脂層２１０の金属めっきについて説明するための説明図である。生成部４３４は、図１２に例示するように、準備部４３２によって準備された樹脂層２１０の４つの側面２１３のうちの１つと、上面２１１と、下面２１２とに金属を分子接合させることによって、金属層２３０を生成してもよい。金属層２３０は、樹脂層２１０の上面２１１に分子接合された金属と、樹脂層２１０の下面２１２に分子接合された金属と、樹脂層２１０の１つの側面２１３に分子接合された金属とを含む。このように、樹脂層２１０の側面の少なくとも一部に金属を分子接合させることによって、図１１に例示する集電体と比較して導電率は低いものの、重量が軽い負極集電体２００を生成することができる。図１２では、樹脂層２１０について説明したが、樹脂層３１０についても同様である。また、生成部４３４は、分子接合に代えて、スパッタを用いてもよい。
図１３は、樹脂層２１０の金属めっきについて説明するための説明図である。図１４は、Ａ－Ａ断面図である。準備部４３２は、上面から下面に貫通する少なくとも１つの孔２４０を有する樹脂層２１０を準備してよい。図１３に示す例では、樹脂層２１０は、４つの孔２４０を有する。
生成部４３４は、例えば、孔２４０を有する樹脂層２１０の上面２１１、下面２１２、及び孔２４０の内面２４２に分子接合剤を塗布して、金属めっきを施すことによって、樹脂層２１０と、樹脂層２１０の上面側の金属層２３１、樹脂層２１０の下面側の金属層２３２、及び孔２４０の内面に配置された金属とを含む負極集電体２００を生成する。金属層２３１と金属層２３２とは、孔２４０の内面に配置された金属によって電気的に接続される。分子接合によれば、このような孔２４０の内面２４２への金属めっきを実現可能にできる。
孔２４０の数及び大きさは、樹脂層２１０の種類、樹脂層２１０の大きさ、及び金属の種類等に応じて、決定され得る。例えば、樹脂層２１０の種類毎、樹脂層２１０の大きさ毎、金属の種類毎等の様々な条件下で実験を行うことによって、適切な孔２４０の数及び大きさが決定され得る。具体例として、孔２４０の大きさは、直径が０．０１ｍｍ～５ｍｍであり得る。また、孔２４０の間隔は、中心間距離０．０５～５ｍｍであり得る。
準備部４３２は、孔２４０が形成されている樹脂層２１０を取得することによって、孔２４０を有する樹脂層２１０を準備してよい。また、準備部４３２は、孔２４０が形成されていない樹脂層２１０を取得して、当該樹脂層２１０に孔２４０を形成してもよい。例えば、準備部４３２は、ケミカルエッチングによって、樹脂層２１０に１又は複数の孔２４０を形成する。ケミカルエッチングを用いることによって、例えば、直径３０μｍ～２００μｍの孔２４０を、１００μｍのピッチで形成することができる。
準備部４３２は、超音波レーザーによって、樹脂層２１０に１又は複数の孔２４０を形成してもよい。また、準備部４３２は、掘削用のドリルを用いた掘削によって、樹脂層２１０に１又は複数の孔２４０を形成してもよい。また、準備部４３２は、ガスレーザーによって、樹脂層２１０に１又は複数の孔２４０を形成してもよい。
図１３に例示するように、樹脂層２１０の上面２１１及び下面２１２と、孔２４０の内面２４２に金属を分子接合することによって、図１１に例示する負極集電体２００と比較して、重量が軽い負極集電体２００を生成することができる。集電体生成部４３０は、樹脂層２１０の側面２１３の少なくとも１つ、上面２１１、下面２１２、及び孔２４０の内面２４２に金属を分子接合することによって、負極集電体２００を生成してもよい。これにより、負極集電体２００の軽量化を図りつつ、負極集電体２００の導電性を高めることができる。図１３及び図１４では、樹脂層２１０について説明したが、樹脂層３１０についても同様である。また、生成部４３４は、分子接合に代えて、スパッタを用いてもよい。例えば、生成部４３４は、孔２４０を有する樹脂層２１０の上面２１１、下面２１２、及び孔２４０の内面２４２にスパッタによって金属薄膜を形成して、金属めっきを施すことによって、樹脂層２１０と、樹脂層２１０の上面側の金属層２３１、樹脂層２１０の下面側の金属層２３２、及び孔２４０の内面に配置された金属とを含む負極集電体２００を生成する。
図１５は、集電体生成部４３０による処理の流れの一例を概略的に示す。ここでは、活物質を有する複数の集電体を生成する場合の処理の流れを説明する。
ステップ（ステップをＳと省略して記載する場合がある。）１０２では、準備部４３２が、四角形状の樹脂層を準備する。Ｓ１０４では、生成部４３４が、Ｓ１０２において準備された樹脂層に金属を分子接合させる。生成部４３４は、樹脂層の全体に金属を分子接合させてよい。なお、生成部４３４は、樹脂層の側面の少なくとも一部、上面、及び下面に金属を分子接合させてもよい。生成部４３４は、分子接合に代えて、スパッタを用いてもよい。
Ｓ１０６では、生成部４３４が、樹脂層の上面の金属層の上に、活物質を配置する。生成部４３４は、例えば、金属層の上面の第１の端部以外の領域に活物質を配置する。Ｓ１０８では、生成部４３４が、Ｓ１０６において、活物質を配置した樹脂層を切断することにより、第１の端部の一部と、活物質が配置されている部分との両方をそれぞれが含む複数の集電体を生成する。
図１６から図１８は、負極集電体２００の製造工程について説明するための説明図である。生成部４３４は、全体に金属を配置した四角形状の樹脂層２１０（多層体２５０と記載する場合がある。）を生成する。生成部４３４は、分子接合によって金属を配置してよく、スパッタによって金属を配置してもよい。図１６は、多層体２５０の上面図である。多層体２５０は、帯形状であってもよい。
生成部４３４は、多層体２５０の上面の端部２５１及び端部２５１に対向する端部２５３以外の領域２５５に活物質２６０を配置して、多層体２５０を切断することにより、端部２５１の一部又は端部２５３の一部と、活物質が配置されている部分との両方をそれぞれが含む複数の負極集電体２００を生成する。生成部４３４は、図１７に例示するように、領域２５５に活物質２６０を配置し、活物質２６０が配置されている部分で切断した、端部２５１を含む部分樹脂層２５６及び端部２５３を含む部分樹脂層２５７のそれぞれを切断することにより、端部２５１の一部又は端部２５３の一部と、活物質が配置されている部分との両方をそれぞれが含む複数の負極集電体２００を生成してよい。多層体２５０の生成や、活物質２６０の配置等は、任意の方法によって実現されてよく、例えば、ロールツーロール方式等が採用され得る。
図１７に示す例によれば、２つの側面に金属が配置されている負極集電体２００が４個、１つの側面に金属が配置されている負極集電体２００が１０個、製造される。このように、図１６から図１８において説明した製造工程によれば、複数の負極集電体２００を効率的に生成することができる。図１６から図１８では、負極集電体２００の製造工程を説明したが、正極集電体３００の製造工程も同様である。
図１９は、集電体生成部４３０による処理の流れの一例を概略的に示す。ここでは、活物質を有する複数の集電体を生成する場合の処理の流れを説明する。
Ｓ２０２では、準備部４３２が、四角形状の樹脂層を準備する。Ｓ２０４では、生成部４３４が、Ｓ２０２において準備された樹脂層に金属を分子接合させる。生成部４３４は、樹脂層の全体に金属を分子接合させてよい。なお、生成部４３４は、樹脂層の側面の少なくとも一部、上面、及び下面に金属を分子接合させてもよい。生成部４３４は、分子接合に代えて、スパッタを用いてもよい。
Ｓ２０６では、生成部４３４が、樹脂層の上面の金属層の上に、活物質を配置する。生成部４３４は、例えば、金属層の上面の第１の端部以外の領域に活物質を配置する。Ｓ２０８では、生成部４３４が、樹脂層の第１の端部の部分の一部を切断することにより、第１の端部をのこぎり型に切断して、第１の端部の部分に複数の凸部を形成する。Ｓ２１０では、生成部４３４が、樹脂層を短冊状に切断することにより、１つの凸部と、活物質が配置されている部分との両方をそれぞれが含む複数の集電体を生成する。
図２０及び図２１は、負極集電体２００の製造工程について説明するための説明図である。生成部４３４は、多層体２５０の上面の端部２５１及び端部２５１に対向する端部２５３以外の領域２５５に活物質２６０を配置して、多層体２５０の端部２５１の部分の一部を切断することにより、端部２５１の部分に複数の凸部２５２を形成し、多層体２５０の端部２５３の部分の一部を切断することにより、端部２５３の部分に複数の凸部２５４を形成し、多層体２５０を切断することにより、１つの凸部２５２又は１つの凸部２５４と、活物質２６０が配置されている部分との両方をそれぞれが含む複数の負極集電体２００を生成する。これにより、凸部の先端部分の金属層によって、導電性を確保した負極集電体２００を生成することができる。図２０及び図２１では、負極集電体２００の製造工程を説明したが、正極集電体３００の製造工程も同様である。
図２２は、集電体生成部４３０による処理の流れの一例を概略的に示す。ここでは、活物質を有する複数の集電体を生成する場合の処理の流れを説明する。
Ｓ３０２では、準備部４３２が、四角形状の樹脂層を準備する。Ｓ３０４では、生成部４３４が、樹脂層の第１の端部の部分の一部を切断することにより、第１の端部をのこぎり型に切断して、第１の端部の部分に複数の凸部を形成する。
Ｓ３０６では、生成部４３４が、Ｓ３０４において、第１の端部の部分に複数の凸部が形成された樹脂層の全体に金属を分子接合させる。生成部４３４は、分子接合に代えて、スパッタを用いてもよい。Ｓ３０８では、生成部４３４が、樹脂層の第１の端部以外の部分の上面の領域に活物質を配置する。Ｓ３１０では、生成部４３４が、樹脂層を短冊状に切断することにより、１つの凸部と、活物質が配置されている部分との両方をそれぞれが含む複数の集電体を生成する。
図２３及び図２４は、負極集電体２００の製造工程について説明するための説明図である。生成部４３４は、四角形状の樹脂層２１０の端部２２１の一部を切断することにより、端部２２１に複数の凸部２２２を形成し、樹脂層２１０の端部２２３の一部を切断することにより、端部２２３に複数の凸部２２４を形成した後、樹脂層２１０の全体に金属を分子接合させ、樹脂層２１０の端部２２１及び端部２２３以外の部分の上面の領域２２５に活物質を配置して、樹脂層２１０を切断することにより、１つの凸部２２２又は１つの凸部２２４と、活物質が配置されている部分との両方をそれぞれが含む複数の負極集電体２００を生成する。生成部４３４は、樹脂層２１０を短冊状に切断してよい。図２３及び図２４では、負極集電体２００の製造工程を説明したが、正極集電体３００の製造工程も同様である。生成部４３４は、分子接合に代えて、スパッタを用いてもよい。
図２５は、製造システム４００として機能するコンピュータ１２００のハードウェア構成の一例を概略的に示す。コンピュータ１２００にインストールされたプログラムは、コンピュータ１２００を、本実施形態に係る装置の１又は複数の「部」として機能させ、又はコンピュータ１２００に、本実施形態に係る装置に関連付けられるオペレーション又は当該１又は複数の「部」を実行させることができ、及び／又はコンピュータ１２００に、本実施形態に係るプロセス又は当該プロセスの段階を実行させることができる。そのようなプログラムは、コンピュータ１２００に、本明細書に記載のフローチャート及びブロック図のブロックのうちのいくつか又はすべてに関連付けられた特定のオペレーションを実行させるべく、ＣＰＵ１２１２によって実行されてよい。
本実施形態によるコンピュータ１２００は、ＣＰＵ１２１２、ＲＡＭ１２１４、及びグラフィックコントローラ１２１６を含み、それらはホストコントローラ１２１０によって相互に接続されている。コンピュータ１２００はまた、通信インタフェース１２２２、記憶装置１２２４、ＤＶＤドライブ、及びＩＣカードドライブのような入出力ユニットを含み、それらは入出力コントローラ１２２０を介してホストコントローラ１２１０に接続されている。ＤＶＤドライブは、ＤＶＤ－ＲＯＭドライブ及びＤＶＤ－ＲＡＭドライブ等であってよい。記憶装置１２２４は、ハードディスクドライブ及びソリッドステートドライブ等であってよい。コンピュータ１２００はまた、ＲＯＭ１２３０及びキーボードのようなレガシの入出力ユニットを含み、それらは入出力チップ１２４０を介して入出力コントローラ１２２０に接続されている。
ＣＰＵ１２１２は、ＲＯＭ１２３０及びＲＡＭ１２１４内に格納されたプログラムに従い動作し、それにより各ユニットを制御する。グラフィックコントローラ１２１６は、ＲＡＭ１２１４内に提供されるフレームバッファ等又はそれ自体の中に、ＣＰＵ１２１２によって生成されるイメージデータを取得し、イメージデータがディスプレイデバイス１２１８上に表示されるようにする。
通信インタフェース１２２２は、ネットワークを介して他の電子デバイスと通信する。記憶装置１２２４は、コンピュータ１２００内のＣＰＵ１２１２によって使用されるプログラム及びデータを格納する。ＤＶＤドライブは、プログラム又はデータをＤＶＤ－ＲＯＭ等から読み取り、記憶装置１２２４に提供する。ＩＣカードドライブは、プログラム及びデータをＩＣカードから読み取り、及び／又はプログラム及びデータをＩＣカードに書き込む。
ＲＯＭ１２３０はその中に、アクティブ化時にコンピュータ１２００によって実行されるブートプログラム等、及び／又はコンピュータ１２００のハードウェアに依存するプログラムを格納する。入出力チップ１２４０はまた、様々な入出力ユニットをＵＳＢポート、パラレルポート、シリアルポート、キーボードポート、マウスポート等を介して、入出力コントローラ１２２０に接続してよい。
プログラムは、ＤＶＤ－ＲＯＭ又はＩＣカードのようなコンピュータ可読記憶媒体によって提供される。プログラムは、コンピュータ可読記憶媒体から読み取られ、コンピュータ可読記憶媒体の例でもある記憶装置１２２４、ＲＡＭ１２１４、又はＲＯＭ１２３０にインストールされ、ＣＰＵ１２１２によって実行される。これらのプログラム内に記述される情報処理は、コンピュータ１２００に読み取られ、プログラムと、上記様々なタイプのハードウェアリソースとの間の連携をもたらす。装置又は方法が、コンピュータ１２００の使用に従い情報のオペレーション又は処理を実現することによって構成されてよい。
例えば、通信がコンピュータ１２００及び外部デバイス間で実行される場合、ＣＰＵ１２１２は、ＲＡＭ１２１４にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理に基づいて、通信インタフェース１２２２に対し、通信処理を命令してよい。通信インタフェース１２２２は、ＣＰＵ１２１２の制御の下、ＲＡＭ１２１４、記憶装置１２２４、ＤＶＤ－ＲＯＭ、又はＩＣカードのような記録媒体内に提供される送信バッファ領域に格納された送信データを読み取り、読み取られた送信データをネットワークに送信し、又はネットワークから受信した受信データを記録媒体上に提供される受信バッファ領域等に書き込む。
また、ＣＰＵ１２１２は、記憶装置１２２４、ＤＶＤドライブ（ＤＶＤ－ＲＯＭ）、ＩＣカード等のような外部記録媒体に格納されたファイル又はデータベースの全部又は必要な部分がＲＡＭ１２１４に読み取られるようにし、ＲＡＭ１２１４上のデータに対し様々なタイプの処理を実行してよい。ＣＰＵ１２１２は次に、処理されたデータを外部記録媒体にライトバックしてよい。
様々なタイプのプログラム、データ、テーブル、及びデータベースのような様々なタイプの情報が記録媒体に格納され、情報処理を受けてよい。ＣＰＵ１２１２は、ＲＡＭ１２１４から読み取られたデータに対し、本開示の随所に記載され、プログラムの命令シーケンスによって指定される様々なタイプのオペレーション、情報処理、条件判断、条件分岐、無条件分岐、情報の検索／置換等を含む、様々なタイプの処理を実行してよく、結果をＲＡＭ１２１４に対しライトバックする。また、ＣＰＵ１２１２は、記録媒体内のファイル、データベース等における情報を検索してよい。例えば、各々が第２の属性の属性値に関連付けられた第１の属性の属性値を有する複数のエントリが記録媒体内に格納される場合、ＣＰＵ１２１２は、当該複数のエントリの中から、第１の属性の属性値が指定されている条件に一致するエントリを検索し、当該エントリ内に格納された第２の属性の属性値を読み取り、それにより予め定められた条件を満たす第１の属性に関連付けられた第２の属性の属性値を取得してよい。
上で説明したプログラム又はソフトウエアモジュールは、コンピュータ１２００上又はコンピュータ１２００近傍のコンピュータ可読記憶媒体に格納されてよい。また、専用通信ネットワーク又はインターネットに接続されたサーバシステム内に提供されるハードディスク又はＲＡＭのような記録媒体が、コンピュータ可読記憶媒体として使用可能であり、それによりプログラムを、ネットワークを介してコンピュータ１２００に提供する。
本実施形態におけるフローチャート及びブロック図におけるブロックは、オペレーションが実行されるプロセスの段階又はオペレーションを実行する役割を持つ装置の「部」を表わしてよい。特定の段階及び「部」が、専用回路、コンピュータ可読記憶媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプログラマブル回路、及び／又はコンピュータ可読記憶媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプロセッサによって実装されてよい。専用回路は、デジタル及び／又はアナログハードウェア回路を含んでよく、集積回路（ＩＣ）及び／又はディスクリート回路を含んでよい。プログラマブル回路は、例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、及びプログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）等のような、論理積、論理和、排他的論理和、否定論理積、否定論理和、及び他の論理演算、フリップフロップ、レジスタ、並びにメモリエレメントを含む、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。
コンピュータ可読記憶媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよく、その結果、そこに格納される命令を有するコンピュータ可読記憶媒体は、フローチャート又はブロック図で指定されたオペレーションを実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。コンピュータ可読記憶媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例としては、フロッピー（登録商標）ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、コンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、ブルーレイ（登録商標）ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。
コンピュータ可読命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、又はＳｍａｌｌｔａｌｋ（登録商標）、ＪＡＶＡ（登録商標）、Ｃ＋＋等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、及び「Ｃ」プログラミング言語又は同様のプログラミング言語のような従来の手続型プログラミング言語を含む、１又は複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコード又はオブジェクトコードのいずれかを含んでよい。
コンピュータ可読命令は、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサ、又はプログラマブル回路が、フローチャート又はブロック図で指定されたオペレーションを実行するための手段を生成するために当該コンピュータ可読命令を実行すべく、ローカルに又はローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、インターネット等のようなワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を介して、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサ、又はプログラマブル回路に提供されてよい。プロセッサの例としては、コンピュータプロセッサ、処理ユニット、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ等を含む。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階などの各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」などと明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」などを用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
１０ 電池構成物、２０ 負極、３０ 正極、４０ セパレータ、５０ ラミネート電池、１００ 積層集電体、１０２ タブ、１０４ Ｓｕｂタブ、１１０ 溶接対象部分、１２０ 溶接スポット、１２２ 溶接径、１３０ 固定部、１３２ 固定部幅、１３４ 幅、１５０ 積層集電体、２００ 負極集電体、２１０ 樹脂層、２１１ 上面、２１２ 下面、２１３ 側面、２２１ 端部、２２２ 凸部、２２３ 端部、２２４ 凸部、２２５ 領域、２３０ 金属層、２３１ 金属層、２３２ 金属層、２４０ 孔、２４２ 内面、２５０ 多層体、２５１ 端部、２５２ 凸部、２５３ 端部、２５４ 凸部、２５５ 領域、２５６ 部分樹脂層、２５７ 部分樹脂層、２６０ 活物質、２８０ 積層体、３００ 正極集電体、３１０ 樹脂層、３３０ 金属層、３８０ 積層体、４００ 製造システム、４０２ 準備部、４１０ 積層集電体生成部、４１２ 配置部、４１４ 加熱圧縮部、４１６ 溶接部、４２０ 電池生成部、４３０ 集電体生成部、５０２ 加熱圧縮機、５０４ 加熱圧縮機、５１２ 溶接機、５１４ 溶接機、１２００ コンピュータ、１２１０ ホストコントローラ、１２１２ ＣＰＵ、１２１４ ＲＡＭ、１２１６ グラフィックコントローラ、１２１８ ディスプレイデバイス、１２２０ 入出力コントローラ、１２２２ 通信インタフェース、１２２４ 記憶装置、１２３０ ＲＯＭ、１２４０ 入出力チップ
Claims (19)
- 樹脂層と、前記樹脂層の両面に配置された第１金属層及び第２金属層を含む集電体が積層された積層体を準備する準備工程と、
前記積層体の上面側及び下面側の一方にタブを配置し、他方にＳｕｂタブを配置する配置工程と、
前記タブ、前記積層体及び前記Ｓｕｂタブの溶接対象部分を積層方向に加熱圧縮して前記溶接対象部分の前記樹脂層の樹脂を溶出させる加熱圧縮工程と、
前記溶接対象部分を抵抗溶接する溶接工程と
を備える積層集電体の製造方法。 - 前記加熱圧縮工程は、前記タブ、前記積層体及び前記Ｓｕｂタブの前記溶接対象部分のみを積層方向に加熱圧縮して前記溶接対象部分の前記樹脂層の樹脂を溶出させる、請求項１に記載の積層集電体の製造方法。
- 前記準備工程は、下記の数式１を満たす厚みを有する前記樹脂層、前記第１金属層、及び前記第２金属層を含む前記集電体が積層された前記積層体を準備する、請求項１又は２に記載の積層集電体の製造方法。
- 前記準備工程は、３～７μｍの厚みを有する樹脂層と、０．１～２μｍの厚みを有する前記第１金属層と、０．１～２μｍの厚みを有する前記第２金属層を含む前記集電体が積層された前記積層体を準備する、請求項１から３のいずれか一項に記載の積層集電体の製造方法。
- 前記溶接対象部分は、直径が１～１０ｍｍの円形状を有する、請求項３又は４に記載の積層集電体の製造方法。
- 前記溶接対象部分の直径、前記第１金属層の厚み及び前記第２金属層の厚みの合計、並びに前記樹脂層の厚みは、下記の数式２を満たす、請求項５に記載の積層集電体の製造方法。
- 前記溶接対象部分の直径、前記第１金属層の厚み及び前記第２金属層の厚みの合計、並びに前記樹脂層の厚みは、下記の数式３を満たす、請求項５に記載の積層集電体の製造方法。
- 前記溶接対象部分の直径、前記第１金属層の厚み及び前記第２金属層の厚みの合計、並びに前記樹脂層の厚みは、下記の数式４を満たす、請求項５に記載の積層集電体の製造方法。
- 前記溶接対象部分の直径、前記第１金属層の厚み及び前記第２金属層の厚みの合計、並びに前記樹脂層の厚みは、下記の数式５を満たす、請求項５に記載の積層集電体の製造方法。
- 前記樹脂層の樹脂は、ＴＤ方向の熱収縮が１％以下である、請求項１から８のいずれか一項に記載の積層集電体の製造方法。
- 前記第１金属層及び前記第２金属層の材質は銅であり、
前記樹脂層の材質はポリイミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリフェニレンサルファイド、又はポリエチレンテレフタレートである、請求項１から１０のいずれか一項に記載の積層集電体の製造方法。 - コンピュータに、請求項１から１１のいずれか一項に記載の積層集電体の製造方法を実行させるためのプログラム。
- ３～７μｍの厚みを有する樹脂層と、前記樹脂層の両面に配置されたそれぞれが０．１～２μｍの厚みを有する第１金属層及び第２金属層を含む集電体が積層された積層体を準備する準備工程と、
前記積層体の上面側及び下面側の一方にタブを配置し、他方にＳｕｂタブを配置する配置工程と、
前記タブ、前記積層体及び前記Ｓｕｂタブの、直径が１～１０ｍｍの溶接対象部分を積層方向に加熱圧縮して前記溶接対象部分の前記樹脂層の樹脂を溶出させる加熱圧縮工程と、
前記溶接対象部分を抵抗溶接して、積層集電体を生成する溶接工程と
前記積層集電体を用いて、太陽電池パネル及び電池を搭載して、前記電池の電力を利用する飛行体の前記電池を生成する電池生成工程と
を備える電池の製造方法。 - 前記電池生成工程は、前記積層集電体を用いて、前記太陽電池パネル及び前記電池を搭載して成層圏を飛行し、地上に無線通信サービスを提供するＨＡＰＳの前記電池を生成する、請求項１３に記載の電池の製造方法。
- 樹脂層と、前記樹脂層の両面に配置された第１金属層及び第２金属層を含む集電体が積層された積層体を準備する積層体準備部と、
前記積層体の上面側及び下面側の一方にタブを配置し、他方にＳｕｂタブを配置する配置部と、
前記タブ、前記積層体及び前記Ｓｕｂタブの溶接対象部分を積層方向に加熱圧縮して前記溶接対象部分の前記樹脂層の樹脂を溶出させる加熱圧縮部と、
前記溶接対象部分を抵抗溶接する溶接部と
を備える製造システム。 - 複数の集電体が積層され、上側及び下側の一方にタブ、他方にＳｕｂタブが配置された積層集電体であって、
前記タブ及び前記Ｓｕｂタブに挟まれておらず、前記複数の集電体のそれぞれの中間に樹脂層が含まれる第１の領域と、
前記タブ及び前記Ｓｕｂタブに挟まれおり、前記複数の集電体のそれぞれの中間に樹脂層が含まれる第２の領域と、
前記タブ及び前記Ｓｕｂタブに挟まれおり、前記複数の集電体のそれぞれの中間の樹脂の量が前記第１の領域における前記複数の集電体のそれぞれの樹脂層の樹脂の量よりも少ない、又は、前記複数の集電体のそれぞれの中間に樹脂がない、抵抗溶接されている第３の領域と
を備える積層集電体。 - 請求項１６に記載の積層集電体を有する電池。
- 請求項１７に記載の電池を有する移動体。
- 請求項１７に記載の電池を有する飛行体。
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