JP7155506B2 - 蓄電装置の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、蓄電装置の製造方法に関する。

従来から蓄電装置の製造方法について各種提案されている。たとえば、特開２０１２－１２９０９８号公報に記載された蓄電装置の製造製造は、負極シートローラと、正極シートローラと、２つのセパレータシートローラと、貼付装置と、２つの切断装置と、載置装置とを備える。

負極シートローラには、負極シートが巻回されている。セパレータシートローラには、セパレータシートが巻回されている。正極シートローラには、正極シートが巻回されている。一方のセパレータシートローラは負極シートローラの上面側に配置されており、他方のセパレータシートローラは負極シートローラの下面側に配置されている。

上記のように構成された製造装置において、電極体を形成する際には、各ローラから負極シートおよびセパレータシートが引き出される。貼付装置は、負極シートの上面および下面にセパレータシートを貼り付けて、積層体シートを形成する。その後、一方の切断装置は、負極シートおよびセパレータシートを切断する。これにより、負極と、負極を上下から挟み込むように貼付されたセパレータとから形成された積層体が形成される。

その一方で、正極シートローラから正極シートが引き出され、他方の切断装置が正極シートを切断して、正極が形成される。そして、載置装置に積層体と、正極とが順次積層されることで、電極体が形成される。

特開２００１－２３６９４５号公報には、電解液を電極合材層に良好に染み込ませるために、正極および負極の略全面にスリットを形成することが記載されている。

特開２０１２－１２９０９８号公報 特開２００１－２３６９４５号公報

特開２０１２－１２９０９８号公報に記載された蓄電装置の製造方法においては、正極シート、セパレータシートおよび負極シートは、ローラに巻回された状態とされている。このため、各ローラから引き出されたシートには、円弧状に湾曲するように癖付けがなされている。その結果、切断装置によって、積層体シートや正極シートが切断されると、積層体および正極は、円弧状に湾曲しやすい。

このように、湾曲した積層体や正極を積層して電極体を形成すると、電極体の位置によっては、正極および負極の間の距離が大きくなるおそれがある。電極間距離が大きくなると、内部抵抗が高くなり、電池性能が劣化するおそれがある。

本開示は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、電極を積層して電極体を形成する蓄電装置の製造方法において、各電極間に隙間が形成されることが抑制された蓄電装置の製造方法を提供することである。

本開示に係る蓄電装置の製造方法は、集電シートと前記集電シートに形成された電極合材層とを含む電極シートが、巻回されて形成されたロール体を準備する工程と、前記ロール体から前記電極シートを引出方向に引き出す工程と、引き出された前記電極シートにスリットを形成する工程と、前記スリットが形成された前記電極シートを切断して、電極を形成する工程と、を備え、前記電極シートは、前記引出方向に延びる第１側辺および第２側辺を含み、前記スリットは、前記第１側辺および前記第２側辺の少なくとも一方に形成される。

上記の蓄電装置の製造方法によれば、スリットによって、電極が湾曲する反り量を低減することができる。

本開示に係る蓄電装置の製造方法によれば、電極を積層して電極体を形成する蓄電装置の製造方法において、各電極間に隙間が形成されることが抑制することができる。

蓄電装置１を示す断面図である。 電極体３を示す斜視図である。 電極体３の一部を分解した分解斜視図である。 正極１５を示す平面図である。 正極１５を示す断面図である。 負極１７を示す平面図である。 電極体形成工程を示す製造フロー図である。 ロール体準備工程Ｓ１０を示す斜視図である。 引出工程Ｓ１２、スリット形成工程Ｓ１４および切断工程Ｓ１６を模式的に示す模式図である。 スリット形成装置７２によってスリットが形成された正極シート６１を示す平面図である。 正極１５を示す平面図である。 図１１に示すＸＩＩ－ＸＩＩ線における断面図である。 実施例１に係る正極１５Ａを模式的に示す模式図である。 正極１５Ａを示す平面図である。 図１４にＸＶ－ＸＶ線における断面図である。 実施例２に係る正極１５Ｂを示す模式図である。 正極１５Ｂを示す平面図である。 図１７に示すＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ線における断面図である。 比較例に係る正極１５Ｃを示す模式図である。 正極１５Ｃを示す平面図である。 図２０におけるＸＸＩ－ＸＸＩ線における断面図である。

図１から図２１を用いて、本実施の形態に係る蓄電装置１の製造方法について説明する。図１から図２１に示す構成のうち、同一または実質的に同一の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は、蓄電装置１を示す断面図である。蓄電装置１は、収容ケース２と、電極体３と、正極外部端子４と、負極外部端子５と、正極集電端子６と、負極集電端子７と、電解液８とを備える。

収容ケース２は、ケース本体１０と、蓋１１とを含む。ケース本体１０および蓋１１は、アルミニウムまたはアルミニウム合金によって形成されている。ケース本体１０は、上方に向けて開口する開口部が形成されており、蓋１１は、ケース本体１０の開口部を閉塞するように設けられている。

正極外部端子４および負極外部端子５は、蓋１１の上面に互いに幅方向Ｗに間隔をあけて配置されている。

電極体３と、正極集電端子６と、負極集電端子７と、電解液８とは、収容ケース２内に収容されている。

電極体３は、直方体形状に形成されている。電極体３の一端には、正極部１２が形成されており、電極体３の他端には、負極部１３が形成されている。

正極集電端子６は、正極部１２に溶接されており、正極集電端子６の上端部は正極外部端子４に電気的に接続されている。負極集電端子７は、負極部１３に溶接されており、負極集電端子７の上端部は負極外部端子５に電気的に接続されている。

図２は、電極体３を示す斜視図である。電極体３は、正極１５と、セパレータ１６と、負極１７と、セパレータ１８とを順次積層することで形成されている。

図３は、電極体３の一部を分解した分解斜視図である。セパレータ１６は、正極１５と隣り合うように配置されており、負極１７は、セパレータ１６と隣り合うように配置されている。セパレータ１８は、負極１７と隣り合うように配置されている。

なお、正極１５と、セパレータ１６と、負極１７と、セパレータ１８とは、蓄電装置１の厚さ方向ＴＨに配列するように配置されている。

図４は、正極１５を示す平面図であり、図５は、正極１５を示す断面図である。正極１５は、集電板２０と、正極合材層２１とを含む。集電板２０は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などによって形成されている。正極合材層２１は、集電板２０の表裏面に形成されている。正極合材層２１は、正極活物質およびバインダなどを含む。集電板２０には、正極合材層２１が形成されていない未塗布部２２が形成されている。

集電板２０は、略長方形形状に形成されている。集電板２０は、辺３０，３１，３２，３３を含む。辺３２および辺３３は、蓄電装置１の幅方向Ｗに配列している。辺３０および辺３１は、高さ方向Ｈに配列している。

集電板２０には、複数のスリット２５，２６，２７，２８が形成されている。この図４に示す例においては、辺３２にスリット２５，２６が形成されており、辺３３にスリット２７，２８が形成されている。

スリット２５およびスリット２６は、蓄電装置１の高さ方向Ｈに間隔をあけて形成されている。スリット２５およびスリット２６は、辺３２から蓄電装置１の幅方向Ｗに延びるように形成されている。

スリット２７およびスリット２８は、蓄電装置１の高さ方向Ｈに間隔をあけて形成されている。スリット２７およびスリット２８は、辺３３から蓄電装置１の幅方向Ｗに延びるように形成されている。

スリット２５およびスリット２７は、蓄電装置１の幅方向Ｗに配列する一方で、スリット２５およびスリット２７の間には、幅方向Ｗに間隔があいている。スリット２６およびスリット２８は、蓄電装置１の幅方向Ｗに配列する一方で、スリット２６およびスリット２７の間には、幅方向Ｗに間隔があいている。

そして、複数の正極１５の未塗布部２２が厚さ方向ＴＨに配列することで、正極部１２が形成されている。

なお、図４に示す例においては、各スリット２５，２６，２７，２８は、高さ方向Ｈに所定の幅を有しているが、スリット２５，２６，２７，２８としては、単なる切れ込みであってもよい。すなわち、「スリット」とは、所定幅を有する場合および有さない場合のいずれでもよい。

図６は、負極１７を示す平面図である。負極１７は、集電板４０と、負極合材層４１とを含む。集電板４０は、銅または銅合金などによって形成されている。負極合材層４１は、集電板４０の表裏面に形成されている。負極合材層４１は、負極活物質およびバインダなどを含む。

集電板４０には、負極合材層４１が形成されていない未塗布部４２が形成されている。集電板４０は、長方形形状に形成されている。集電板４０は、辺５０，５１，５２，５３を含む。辺５０および辺５１は、蓄電装置１の高さ方向Ｈに配列している。辺５２および辺５３は、蓄電装置１の幅方向Ｗに配列している。

集電板４０には、複数のスリット４５，４６，４７，４８が形成されている。スリット４５およびスリット４６は辺５２に形成されており、スリット４５およびスリット４６は、辺５２から蓄電装置１の幅方向Ｗに延びるように形成されている。スリット４７およびスリット４８は、辺５３に形成されており、スリット４７およびスリット４８は、辺５３から蓄電装置１の幅方向Ｗに延びるように形成されている。

スリット４５およびスリット４７は蓄電装置１の幅方向Ｗに配列しており、スリット４５およびスリット４７の間には、幅方向Ｗに間隔があいている。スリット４６およびスリット４８は、蓄電装置１の幅方向Ｗに配列しており、スリット４６およびスリット４８の間には、幅方向Ｗに間隔があいている。

そして、複数の負極１７の未塗布部４２が厚さ方向ＴＨに配列することで、負極部１３が形成されている。

上記のように構成された蓄電装置１の製造方法について説明する。なお、蓄電装置１の製造工程は、電極体形成工程と、蓋ユニット形成工程と、電極体溶接工程と、蓋ユニット溶接工程と、注液工程と、封止工程とを含む。

電極体形成工程は、電極体３を形成する工程である。蓋ユニット形成工程は、正極外部端子４と、負極外部端子５と、蓋１１と、正極集電端子６と、負極集電端子７が一体となったユニットを形成する工程である。

電極体溶接工程は、電極体３の正極部１２に正極集電端子６を溶接し、負極部１３に負極集電端子７を溶接する工程である。

蓋ユニット溶接工程は、電極体３が溶接された蓋ユニットをケース本体１０に溶接する工程である。注液工程は、蓋１１に形成された注液口から収容ケース２内に電解液８を供給する工程である。封止工程は、蓋１１に形成された注液口を封止する工程である。

次に、蓄電装置１の製造方法において、電極体形成工程について詳細に説明する。図７は、電極体形成工程を示す製造フロー図である。

電極体形成工程は、正極形成工程Ｓ１と、負極形成工程Ｓ２と、セパレータ形成工程Ｓ３と、積層工程Ｓ４とを含む。

正極形成工程Ｓ１は、ロール体準備工程Ｓ１０と、引出工程Ｓ１２と、スリット形成工程Ｓ１４と、切断工程Ｓ１６とを含む。負極形成工程Ｓ２は、ロール体準備工程Ｓ２０と、引出工程Ｓ２２と、スリット形成工程Ｓ２４と、切断工程Ｓ２６とを含む。セパレータ形成工程Ｓ３は、ロール体準備工程Ｓ３０と、引出工程Ｓ３２と、切断工程Ｓ３６とを含む。

正極形成工程Ｓ１と、負極形成工程Ｓ２とは、近似する工程であるため、主に、正極形成工程Ｓ１について説明する。

図８は、ロール体準備工程Ｓ１０を示す斜視図である。ロール体準備工程Ｓ１０は正極ロール体６０を準備する工程である。正極ロール体６０は、ローラ６５に正極シート６１を巻回することで形成されている。正極シート６１は、金属箔６２および正極合材層６３を含む。正極合材層６３は、金属箔６２の表裏面に形成されており、金属箔６２には、正極合材層６３が形成されていない未塗布部６４が形成されている。

図９は、引出工程Ｓ１２、スリット形成工程Ｓ１４および切断工程Ｓ１６を模式的に示す模式図である。

引出工程Ｓ１２、スリット形成工程Ｓ１４および切断工程Ｓ１６は、正極形成装置７０によって実施される。

正極形成装置７０は、引出装置７１と、スリット形成装置７２と、切断装置７３とを含む。引出装置７１は、正極シート６１を正極ロール体６０から引き出す装置である。たとえば、引出装置７１は、正極シート６１を上下面から挟み込む一対のローラを含む。

この引出装置７１が駆動することで、正極シート６１が引出方向Ｄ１に引き出され、引出工程Ｓ１２が実施される。

スリット形成装置７２は、刃付ローラ７４と、送出ローラ７５とを含む。刃付ローラ７４は、正極シート６１上に配置されており、送出ローラ７５は正極シート６１の下面側に配置されている。刃付ローラ７４の表面には、複数の刃が形成されており、正極シート６１に複数のスリットを形成する。このスリット形成装置７２によって、スリット形成工程Ｓ１４が実施される。

図１０は、スリット形成装置７２によってスリットが形成された正極シート６１を示す平面図である。正極シート６１は、引出方向Ｄ１に延びる側辺６６および側辺６７を含む。側辺６６および側辺６７は、正極シート６１の幅方向に配列している。

スリット形成工程Ｓ１４において、正極シート６１には、複数のスリット８０，８１，８２，８３，８４，８５，８６，８７が形成される。なお、この図１０に示す例においては、スリット８０，８１，８２，８３が互いに引出方向Ｄ１に間隔をあけて、側辺６６に形成されている。同様に、スリット８４，８５，８６，８７が引出方向Ｄ１に間隔をあけて、側辺６７に形成されている。

各スリット８０～８７は、正極シート６１の幅方向に延びるように形成されている。ここで、スリット８０，８４は、正極シート６１の幅方向に配列すると共に、正極シート６１の幅方向に間隔をあけて形成されている。同様に、スリット８１およびスリット８５と、スリット８２およびスリット８６と、スリット８３およびスリット８７とは、正極シート６１に幅方向に配列すると共に、互いに間隔をあけて形成されている。

このため、正極シート６１の幅方向の中央部およびその周囲には、スリットは形成されていない。このため、引出方向Ｄ１における正極シート６１の引張強度が確保されており、正極シート６１に引出方向Ｄ１に引張力が加えられたとしても、正極シート６１が破断することが抑制されている。

ここで、正極シート６１の幅の長さを長さＬ１とし、各スリット８０～８７の長さを長さＬ２とすると、たとえば、長さＬ２は下記式（１）のように設定される。
（長さＬ１）／５≦長さＬ２≦（長さＬ１）×１／３・・・（１）
長さＬ２が「（長さＬ１）／５」よりも短くなると、後述するように、形成される正極１５が湾曲した状態になり易いためである。

長さＬ２が「（長さＬ１）×１／３」よりも長くなると、正極シート６１の引張強度が弱くなり、製造過程において、正極シート６１が破断するおそれがあるためである。好ましくは、長さＬ２の長さは、長さＬ１の三分の一および前後数センチの範囲に設定される。

図９に戻って、切断装置７３は、スリットが形成された正極シート６１を切断する。切断装置７３としては、たとえば、レーザ切断装置や刃具を備えた切断装置を採用することができる。レーザ切断装置が採用された場合には、レーザ光が正極シート６１に照射されて、正極シート６１が切断される。なお、切断装置７３は、たとえば、図１０に示す破線において、正極シート６１を切断する。これにより、図１１に示す正極１５が形成される。なお、正極シート６１が切断されることで、切断位置において辺３０および辺３１が形成される。

ここで、正極シート６１は、正極ロール体６０に巻回されており、正極シート６１は、長時間に亘って、ローラ６５に巻回された状態で長時間に亘って放置される場合がある。

そのため、正極シート６１を引き出した際に、正極シート６１には、湾曲しようとする内部応力が正極シート６１に残存する。

そのため、正極シート６１を切断して正極１５を形成した際においても、正極１５には、湾曲しようとする内部応力が残存している。

図１２は、図１１に示すＸＩＩ－ＸＩＩ線における断面図である。この図１２に示すように、正極１５の辺３３には、スリット２７およびスリット２８が形成されている。

そのため、正極１５は、辺３１およびスリット２８の間で湾曲する。同様に、スリット２８およびスリット２７の間で湾曲し、スリット２７および辺３０の間で湾曲する。

たとえば、辺３１およびスリット２８の間の長さは短いため、当該部分が湾曲するように変形したとしても、反り量Ｒ１を小さく抑えることができる。同様に、スリット２８およびスリット２７の間と、スリット２７および辺３０の間とで生じる反り量も小さく抑えることができる。

なお、正極形成工程Ｓ１において、説明したが、負極形成工程Ｓ２も正極形成工程Ｓ１と同様の工程を含む。

たとえば、ロール体準備工程Ｓ２０において、ローラに負極シートが巻回された負極ロール体を準備する（ロール体準備工程Ｓ２０）。そして、引出装置で負極ロール体から負極シートを引き出す（引出工程Ｓ２２）。その後、負極シートの側辺に複数のスリットを形成し（スリット形成工程Ｓ２４）、スリットが形成された負極シートを所定の長さで切断する（切断工程Ｓ２６）。このようにして、図６に示す負極１７が形成される。

このように、負極１７においても、複数のスリット４５～４８に形成されているため、負極１７に生じる反り量を小さく抑えることができる。

セパレータ形成工程Ｓ３においては、ローラにセパレータシートが巻回されたセパレータロール体を準備する（ロール体準備工程Ｓ３０）。そして、セパレータロール体からセパレータシートを引出して（引出工程Ｓ３２）、所定の長さでセパレータシートを切断する（切断工程Ｓ３６）。これにより、セパレータ１６，１８が形成される。

上記のように、正極１５、セパレータ１６、負極１７、セパレータ１８を形成した後、図７に示す積層工程Ｓ４を実施する。

具体的には、図３に示すように、正極１５と、セパレータ１６と、負極１７と、セパレータ１８とを順次厚さ方向ＴＨに積層する。これにより、電極体３を製造することができる。

この際、正極１５および負極１７に生じる反り量が低減されているので、正極１５および負極１７を積層したとしても、各正極１５および負極１７の間の距離が大きくなることを抑制することができる。

各正極１５および負極１７の間の距離が大きくなることを抑制することができるので、電極体３の電気容量が小さくなることを抑制することができる。

図５および図１３から図１９を用いて、実施例１，２に係る正極１５Ａ，１５Ｂと、比較例に係る正極１５Ｃについて説明する。

各正極において、集電板２０は、厚さが１０μｍのアルミニウム箔である。正極合材層２１は、集電板２０の表裏面に形成されており、各正極合材層２１の厚さは、１００μｍである。正極合材層２１の正極活物質として、ＮＣＭ（Li(Ni,Co,Mn)O₂）系が採用されている。バインダは、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）およびＳＢＲ（スチレンプタジェンコポリマー）を含む。

各正極の寸法は、幅方向Ｗの長さは１５０ｍｍであり、高さ方向Ｈの長さは、７５ｍｍである。

そして、実施例１，２および比較例に係る正極を平坦面上に配置したときの反り量をスケールで測定した。

図１３は、実施例１に係る正極１５Ａを模式的に示す模式図である。図１４は、正極１５Ａを示す平面図であり、図１５は、図１４にＸＶ－ＸＶ線における断面図である。

正極１５Ａにおいては、スリットが形成されていない正極を準備して、その後、ハサミでスリット２５～２７を形成した。

実施例１に係る正極１５Ａにおいては、図１４に示す長さＬ５および長さＬ６の長さは、４４ｍｍである。長さＬ７および長さＬ８の長さは、２４ｍｍである。そして、図１５おいて、実施例１に係る正極１５の反り量Ｒ１は、１．０ｍｍであった。

図１６は、実施例２に係る正極１５Ｂを示す模式図である。図１７は、正極１５Ｂを示す平面図であり、図１８は、図１７に示すＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ線における断面図である。

正極１５Ｂにおいては、辺３２に１つのスリット２５Ａを形成し、辺３３に１つのスリット２７Ａを形成した。

実施例２に係る正極１５Ｂも、スリットが形成されていない正極を準備して、スリット２５Ａおよびスリット２７Ａを形成した。

図１７において、長さＬ１５およひ長さＬ１６の長さは、４４ｍｍである。長さＬ１８の長さは、３６ｍｍである。上記の実施例２に係る正極１５Ｂにおいては、反り量Ｒ２は、１．５ｍｍであった。

図１９は、比較例に係る正極１５Ｃを示す模式図である。図２０は、正極１５Ｃを示す平面図であり、図２１は、図２０におけるＸＸＩ－ＸＸＩ線における断面図である。

正極１５Ｃにおいては、スリットは形成されていない。そして、図２１において、反り量Ｒ３は、３．０ｍｍであった。

このように、正極の辺３２および辺３３に少なくとも１つのスリットを形成することで、正極に生じる反り量を低減することができることが分かる。

以上、本発明に基づいた実施の形態および実施例について説明したが、今回開示された事項はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は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およ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。

１ 蓄電装置、２ 収容ケース、３ 電極体、４ 正極外部端子、５ 負極外部端子、６，７ 端子、８ 電解液、１０ ケース本体、１１ 蓋、１２ 正極部、１３ 負極部、１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ 正極、１６，１８ セパレータ、１７ 負極、２０，４０ 板、２１，６３ 正極合材層、２２，４２，６４ 未塗布部、２５，２５Ａ，２６，２７，２７Ａ，２８，４５，４６，４７，４８，８０，８１，８２，８３，８４，８５，８６，８７ スリット、３０，３１，３２，３３，５０，５１，５２，５３ 辺、４１ 負極合材層、６０ 正極ロール体、６１ 正極シート、６２ 金属箔、６５ ローラ、６６，６７ 側辺、７０ 正極形成装置、７１ 引出装置、７２ スリット形成装置、７３ 切断装置、７４ 刃付ローラ、７５ 送出ローラ、Ｄ１ 引出方向、Ｈ さ方向、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７，Ｌ８，Ｌ１５，Ｌ１６，Ｌ１８ 長さ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ 反り量、Ｓ１ 正極形成工程、Ｓ２ 負極形成工程、Ｓ３ セパレータ形成工程、Ｓ４ 積層工程、Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０ ロール体準備工程、Ｓ１２，Ｓ２２，Ｓ３２ 引出工程、Ｓ１４，Ｓ２４ スリット形成工程、Ｓ１６，Ｓ２６，Ｓ３６ 切断工程、ＴＨ 厚さ方向、Ｗ 幅方向。

Claims (1)

1. 集電シートと前記集電シートに形成された電極合材層とを含む電極シートが、巻回されて形成されたロール体を準備する工程と、
   前記ロール体から前記電極シートを引出方向に引き出す工程と、
   引き出された前記電極シートにスリットを形成する工程と、
   前記スリットが形成された前記電極シートを切断して、電極を形成する工程と、
   を備え、
   前記電極シートは、前記引出方向に延びる第１側辺および第２側辺を含み、
   前記スリットは、前記第１側辺および前記第２側辺の少なくとも一方に形成されており、前記スリットは、
   前記第１側辺から前記第２側辺に向けて延びると共に、前記電極合材層が形成されていない未塗工部を通って前記電極合材層内を通るように形成された第１スリットと、
   前記第２側辺から前記第１側辺に向けて延びるように形成されると共に、前記電極合材層内を通るように形成された第２スリットとを含み、
   前記電極シート６１の幅の長さを長さＬ１とし、前記第１スリットおよび前記第２スリットの各々の長さを長さＬ２とすると、長さＬ２は（長さＬ１）／５≦長さＬ２≦（長さＬ１）×１／３である、蓄電装置の製造方法。

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