JP7135905B2

JP7135905B2 - 電極外装体の製造方法

Info

Publication number: JP7135905B2
Application number: JP2019017417A
Authority: JP
Inventors: 宏昭西野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-02-01
Filing date: 2019-02-01
Publication date: 2022-09-13
Anticipated expiration: 2039-02-01
Also published as: JP2020126730A

Description

本願は電極外装体の製造方法を開示する。

電池は一般的に水分の浸入により性能が劣化する。そのため、ソフトパウチのような材料を電池ケース材として使用する場合は、電池の面方向から水が入らないように金属箔を樹脂でラミネートした金属ラミネートフィルムを採用する場合が多い。

例えば、金属ラミネートフィルムを用いる技術として、特許文献１に記載の技術を挙げることができる。特許文献１は、電極体と、電極体を覆うラミネートとを有する全固体電池において、ラミネートの内面に粘着テープを設けることを開示している。

また、次のような技術もある。特許文献２は全固体電池の厚さ方向の表裏の両面に予め樹脂フィルムを配置する工程、次いでインサート樹脂を用いて全固体電池の側面を封止する工程を含む全固体電池の製造方法を開示している。

特開２０１５－７６２７２号公報特開２０１５－５０００４号公報

ところで、電極体を内部に備えるシート状の電極外装体（例えば、金属ラミネートフィルム）の製造方法において、電極外装体をしわなく熱封止するために、深絞り（エンボス成形）することがある。電極外装体内の材料の伸び率はそれぞれ異なり、一般に金属は樹脂と比べると伸び率は小さい。そのため、電極外装体を深絞りする場合、樹脂単体の成形でよく使用される樹脂フィルムを一律に加圧するブロー成形を適用すると、金属箔にピンホールが生じる虞がある。また、場合によっては、金属箔が破断して、水分の浸入を防げない虞がある。従って、電極外装体を深絞りする場合は、シート上の電極外装体を適切な荷重で押さえて、一方側から押し込む成形方法が適用されることが多い。

電極外装体を押し込む成形方法では、深絞り装置を用いて、電極外装体の端部を適切な荷重で挟み込み、次いで挟み込む方向の一方側から押し込むことにより、深絞りを行っている。電極外装体の端部を挟み込みにおいては、エアシリンダを使用して、挟み込みに必要な力（押さえ力）を確保している。

一般的に使用されているエアシリンダは、供給できるエア圧力には上限（約１ＭＰａ）がある。そのため、現状では、必要な押さえ力を確保するために、チューブ径の大きなエアシリンダを使わざるを得ない。しかしながら、チューブ径の大きなエアシリンダを用いると、深絞り装置のサイズが大きくなってしまい、結果として金属ラミネートフィルムのシートサイズも大きくなってしまう。そのため、電極外装体の深絞り工程は歩留まりが悪いことが問題となっている。

そこで、本願は深絞り工程の歩留まりを向上することができる電極外装体の製造方法を提供することを課題とする。

本発明者は、鋭意検討の結果、深絞り装置に備えられているエアシリンダを、エアシリンダよりも径の小さい弾性体に替えることで、深絞り工程の歩留まりを向上させることができることを見出し、本発明を完成させた。

よって、本願は上記課題を解決するための一つの手段として、電極体を内部に備える電極外装体を、挟み込み手段を用いて電極外装体の端部を挟み込み、押し込み手段を用いて電極外装体を挟み込む方向の一方側から押し込むことで、電極外装体の端部を絞る深絞り工程を備え、深絞り工程において、挟み込み手段に備えられた弾性体が挟み込む方向に力を負荷することにより、挟み込み手段が電極外装体の端部を固定する、電極外装体の製造方法を開示する。

本開示の電極外装体の製造方法によれば、深絞り工程の歩留まりを向上することができる。

深絞り装置４０を説明する図である。従来の深絞り装置と深絞り装置４０とを比較する図である。

［電極外装体の製造方法］
本開示の電極外装体の製造方法は、電極体を内部に備える電極外装体１０を、挟み込み手段２０を用いて電極外装体１０の端部を挟み込み、押し込み手段３０を用いて電極外装体１０を挟み込む方向の一方側から押し込むことで、電極外装体１０の端部を絞る深絞り工程を備えている。そして、深絞り工程において、挟み込み手段２０に備えられたばね２４（弾性体）が挟み込む方向に力を負荷することにより、挟み込み手段２０が電極外装体１０の端部を固定することを特徴とする。

本開示の電極外装体の製造方法で用いられる電極外装体１０は、電極体を内部に備える。電極外装体の形状は特に限定されないが、シート状であることが好ましい。電極外装体を構成する材料は特に限定されないが、金属ラミネートフィルムであることが好ましい。電極体は公知の電極体を用いることができる。例えば、正極集電体、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体を備え、これらが電気的に接続されているものである。

また、深絞り工程では挟み込み手段２０と押しこみ手段３０とを用いる。本明細書では、これらを合せて深絞り装置４０ということがある。深絞り装置４０によって、電極外装体１０の端部を深絞りする様子を図１に示した。

ここで、「挟み込む方向」とは、電極外装体１０を挟み込み手段２０で挟み込む方向のことであり、図１では紙面上下方向である。「挟み込む方向の一方側」は、図１では紙面下側である。「挟み込む方向の他方側」は図１では紙面上側である。また、挟み込む方向に直交する方向であって、図１の紙面左右方向を「幅方向」、紙面奥手前方向を「奥行き方向」という。

挟み込み手段２０は、凹状形状のダイプレート２１と、ダイプレート２１に対向して配置されるしわ押さえ板２２と、ダイプレート２１のしわ押さえ板２２とは反対側に配置されるストリッパプレート２３と、ばね２４と、ガイド２５を備えている。

図１に記載されているとおり、電極外装体１０の端部はダイプレート２１としわ押さえ板２２とにより挟み込むことができる。また、深絞りされた電極外装体１０の形状は、ダイプレート２１の形状に応じて定まることとなる。しわ押さえ板２２は、押し込み手段３０が適切に電極外装体１０を押し込めるように中空形状となっている。ダイプレート２１とストリッパプレート２３とは、ばね２４を介して一体となっている。ガイド２５は深絞り装置４０のそれぞれの端部側に設けられており、ダイプレート２１（ストリッパプレート２３）を挟み込む方向に移動させる際のガイドとしての役割を有する。ダイプレート２１（ストリッパプレート２３）の移動は、例えばサーボモータ等を用いて行うことができる。

ダイプレート２１及びストリッパプレート２３には、ばね２４を収納する空間２４ａが備えられている。具体的には、ダイプレート２１に空間２４ａの下側が形成され、ストリッパプレート２３に空間２４ａの上側が形成されており、これらがばね２４を介して結合することによって空間２４が形成される。なお、空間２４ａは、ばね２４がたわむことによって挟み込む方向に押さえ力を付加できるように、適宜設計されていることが好ましい。また、空間２４ａは深絞りを行う電極外装体１０の端部に対向する位置にそれぞれ配置されている。よって、挟み込む方向において、ばね２４は電極外装体１０の端部に対向する位置にそれぞれ配置されていることになる。これにより、電極外装体１０を挟み込んだ後、ストリッパプレート２３をさらに下側に押圧することにより、ばね２４を変形させ（ばね２４をたわませ）、電極外装体１０のそれぞれの端部に対して、下側に押さえ力を負荷することができる。これにより、電極外装体１０の端部を挟み込み手段２０で固定することができる。また、それぞれの空間２４ａには、ばね２４を複数配置することができる。これにより、挟み込み手段２０は深絞り工程を行うための適切な押さえ力が確保できる。
なお、挟み込み手段２０ではばね２４を用いたが、これに限定されず、公知の弾性体を用いることができる。

押し込み手段３０は一般的にプラグとも称され、電極外装体１０を積層方向の一方側から押し込むものである。押し込み手段３０はダイプレート２１の凹形状に噛み合う形状を有しており、挟み込み手段２０に挟み込まれている電極外装体１０（好ましくは、電極外装体１０の端部以外の部分を含む部分）を、押し込み手段３０によって挟み込む方向の一方側（図１の紙面下側）から押し込むことにより、電極外装体１０の端部を絞ることができる。

ここで、深絞り工程の一連の流れについて、具体的に説明する。
・電極外装体１０の端部を挟み込む工程：まず、電極外装体１０を挟み込み手段２０によって挟み込む。具体的には、電極外装体１０をしわ押さえ板２２に設置し、ダイプレート２１を紙面上側から挟み込む。これにより、ダイプレート２１としわ押さえ板２２によって電極外装体１０の端部が挟み込まれた状態となる。
・電極外装体１０の端部を固定する工程：そして、ストリッパプレート２３を下側に押圧し、ばね２４をたわませる。これにより、下側に押さえ力を発生させ、電極外装体１０の端部を適切な押さえ力で挟み込み、固定することができる。
・電極外装体１０の端部を絞る工程：最後に、押し込み手段３０を電極外装体１０に対して、ダイプレート２１と押し込み手段３０とがかみ合うように、下側から上側に向かって押し込む。これにより、電極外装体１０の端部を絞ることができる。
このようにして、電極外装体１０を深絞りすることにより、深絞りされた電極外装体１０を得ることができる。

以上より、本開示の電極外装体の製造方法を説明した。
上述したように、本開示の電極外装体の製造方法と、従来の電極外装体の製造方法との違いは、深絞り工程において用いられている挟み込み手段において、従来用いられていたエアシリンダに替えて、ばね（弾性体）を用いていることである。これにより、深絞り装置のサイズ、具体的にはダイプレートの幅方向及び奥行き方向の長さを小さくすることができ、結果として深絞りされた電極外装体１０の幅方向及び奥行き方向の長さも小さくすることができる。

例えば、チューブ径φ８０、供給圧１．０ＭＰａのエアシリンダを用いる場合、推力は５０２７Ｎとなる。実際のエアシリンダの外径はチューブ径であるφ８０よりも大きくなる。
一方で、ばねを用いる場合、φ５０の空間内にコイル径φ２０のばねを４個は位置することができる。そして、ばね定数を１７４．３Ｎ／ｍｍ（例：ＴＢ２０Ｘ４５、東京発条製）とすると、たわみ量が７．２１ｍｍでばね力５０２７Ｎとなる。
よって、ばねを用いることでエアシリンダと同じ押さえ力を確保することができ、さらに省スペース化が可能になる。

図２にエアシリンダを用いた従来の深絞り装置と、図１の深絞り装置４０とを比較した図を示した。図２の上側が従来の深絞り装置であり、下側が図１の深絞り装置４０である。図２に示したとおり、従来の深絞り装置よりも深絞り装置４０の方が、ダイプレートの幅方向（奥行き方向）の長さを小さくすることができ、結果として深絞りを行う電極外装体の幅方向（奥行き方向）の長さも小さくすることができる。具体的には図２に示したように、電極外装体の端部以外の部分（カップ部分）の幅方向の長さは同じであり（図２のＡ）、端部の幅方向の長さのみを小さくすることができる（図２のＢ）。

よって、本開示の電極外装体の製造方法によれば、深絞り工程における歩留まりを向上させることができる。なお、歩留まりとは電極外装体１０の幅方向の長さ（図２のＣ）に対するカップの長さ（図２のＡ）の割合として考えることができる。

［深絞り装置］
また、本願は電極体を内部に備える電極外装体を深絞りするための深絞り装置を開示する。本開示の深絞り装置は、挟み込み手段と押し込み手段とを備える。深絞り装置、挟み込み手段、及び押し込み手段については上述したため、ここでは省略する。

本開示の深絞り装置を電極外装体の深絞り工程に用いることにより、歩留まりを向上することができる。

１０電極外装体
２０挟み込み手段
２１ダイプレート
２２しわ押さえ板
２３ストリッパプレート
２４ばね
２４ａ空間
３０押し込み手段
４０深絞り装置

Claims

電極体を内部に備える電極外装体を、挟み込み手段を用いて前記電極外装体の端部を挟み込み、押し込み手段を用いて前記電極外装体を前記挟み込む方向の一方側から押し込むことで、前記電極外装体の端部を絞る深絞り工程を備え、
前記深絞り工程において、前記挟み込み手段に備えられた各空間内に収容された複数の弾性体が前記挟み込む方向に力を負荷することにより、前記挟み込み手段が前記電極外装体の端部を固定する、
電極外装体の製造方法。