JP7216061B2 - 二次電池の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、二次電池の製造方法に関する。

二次電池は、パソコンや携帯端末等のポータブル電源、あるいはＥＶ（電気自動車）、ＨＶ（ハイブリッド自動車）、ＰＨＶ（プラグインハイブリッド自動車）等の車両駆動用電源として広く用いられている。二次電池の電極体は、正極と、負極と、正極と負極の間に介在するセパレータとが捲回または積層されることで形成される。捲回または積層されることで重なった複数の電極（正極および負極の各々）の一部は、束ねられて（集箔されて）端子に接続される。

例えば、特許文献１に記載の二次電池の第１電極には、外側に突出する複数のタブが形成されている。電極は、複数のタブが重なるように捲回される。重ねられた複数のタブが集箔されて、端子に接続される。

特開２０１６－１３９５９６号公報

電極にタブが形成される従来の二次電池では、複数のタブの各々の根元から先端までの長さは同じである。また、重ねられた複数のタブを集箔する際に、各々のタブが折り曲げられる角度に差が生じるので、タブの根元から集箔位置までの距離は、各々のタブに応じて変化する。従って、重ねられた複数のタブを集箔すると、各々のタブのうち、集箔位置よりも先端側に位置する部位は、余剰部位となってしまっていた。タブの余剰部位は、電池ケース内の省スペース化等の妨げとなる。集箔された複数のタブの厚みは大きいので、集箔された後に余剰部位を切断することは困難である。従って、集箔された複数のタブの先端側が余剰部位となることを適切に抑制することは、従来の技術では困難であった。

本発明の典型的な目的は、集箔された複数のタブの先端側が余剰部位となることを適切に抑制することが可能な二次電池の製造方法および二次電池を提供することである。

ここに開示される一態様の二次電池の製造方法は、シート状の電極の端部から外方へ突出し、且つ、突出方向に対して交差する方向に延びるスリットを有するタブを、上記電極に形成するタブ形成工程と、上記タブが形成された上記電極を、セパレータを介して捲回または積層することで、複数の上記タブを積層するタブ積層工程と、積層された上記複数のタブが、上記スリットを介して各々の先端側を切り取られた状態で集箔されたタブ集箔部を形成するタブ集箔部形成工程と、を含む。

本開示に係る二次電池の製造方法によると、タブ積層工程によって複数のタブが積層された後に、余剰部位となり得る各々のタブの先端側が、スリットを介して容易に切り取られる。よって、タブの先端側が余剰部位となることが、適切に抑制される。また、複数のタブを積層するよりも前に、各々のタブの根元から先端までの長さ（以下、単に「タブの長さ」と言う場合もある）に予め差を設けておくことで、各々のタブの先端側が余剰部位となることを抑制する方法も考えられる。しかし、積層される前の複数のタブの中に、短いタブが存在すると、タブを積層させる工程中に、少なくともいずれかのタブが折れ曲がってしまう可能性が高くなる。さらに、各々のタブの長さに差があると、折れ曲がったタブが、積層された複数のタブの中に含まれているか否かを検査することも困難となる。これに対し、本開示に係る二次電池の製造方法によると、先端側が切り取られる前の状態で複数のタブが積層された後、各々のタブの先端側がスリットを介して切り取られる。従って、積層される前のタブの長さが予め調整される場合に比べて、タブが折れ曲がる不具合の影響が抑制される。よって、タブの先端側が余剰部位となることが、より適切に抑制される。

なお、積層された複数のタブを集箔する集箔工程と、積層された複数のタブの各々の先端側を切り取る切り取り工程を実行する順序は、適宜選択できる。つまり、集箔工程を実行した後に切り取り工程を実行してもよいし、切り取り工程を実行した後に集箔工程を実行してもよい。いずれの場合でも、スリットを介さずに（カッターまたはレーザ光等によって）纏めて切り取られた場合とは異なり、各々のタブの先端に形成された切り取り部の位置には僅かなばらつきが生じる場合がある。また、ミシン目状のスリットをタブに形成した場合（つまり、複数のスリットを間欠的に形成した場合）には、ミシン目の切り取り跡が、タブの先端の切り取り部に残る場合がある。しかし、これらは二次電池の性能等に何ら影響を与えない。

また、スリットを介してタブの先端側を切り取る工程は、電極体を形成する正極および負極の両方に対して実行されてもよいし、正極および負極の一方に対して実行されてもよい。

ここに開示される二次電池の製造方法の効果的な一態様では、タブ形成工程は、スリット形成工程と切断工程を含む。スリット形成工程では、タブが形成される前の電極の原板のうち、タブが形成される予定の位置に、スリットが予め形成される。切断工程では、スリット形成工程においてスリットが予め形成された原板を切断することで、スリットを有するタブが電極に形成される。この場合には、先に形成された微小なタブに対してスリットが形成される場合に比べて、スリットを有するタブが容易に形成される。

ここに開示される二次電池の製造方法の効果的な一態様では、複数のタブの各々に形成されるスリットの位置は、各々のタブが集箔された際に一致する予定の位置に設定される。つまり、積層された複数のタブを集箔した際に、各々のタブに予め形成されているスリットの位置が近接するように、各々のタブにおけるスリットの位置が予め設定されている。従って、各々のタブの先端側が、スリットを介して切り取られるだけで、余剰部位となり得る部位が適切に除去される。

ここに開示される一態様の二次電池は、シート状の電極を、セパレータを介して捲回または積層させることで形成された電極体と、電極体の電極から外方に延び、且つ互いに集箔された複数のタブと、を備え、集箔された複数のタブの各々に、スリットを介して先端側が切り取られた切り取り部が形成されている。

本開示に係る二次電池では、集箔された複数のタブの各々の先端側が、スリットを介して切り取られている。従って、従来の二次電池とは異なり、複数のタブの先端側が余剰部位となり難い。また、前述したように、複数のタブを積層するよりも前に、各々のタブの長さを調整する場合に比べて、タブが折れ曲がる不具合の影響も生じにくい。

二次電池２０の斜視図である。 電極体３の斜視図である。 捲回される前の状態の正極板４の平面図である。 捲回される前の状態の負極板５の平面図である。 正極板、セパレータ、および負極板が捲回された直後の、積層された複数の正極タブ４０の近傍の部分拡大図である。 図５に示す複数の正極タブ４０が集箔された状態を示す部分拡大図である。 図６に示す複数の正極タブ４０の先端側が切り取られた状態を示す部分拡大図である。

以下、本開示における典型的な実施形態の１つについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚み等）は実際の寸法関係を反映するものではない。

（二次電池の概略構成）
図１および図２を参照して、本開示に係る二次電池２０の概略構成について説明する。図１に示すように、二次電池２０は、開口を有する有底角筒状の角形外装体１と、角形外装体１の開口を封口する封口板２とからなる電池ケース１００を備える。角形外装体１及び封口板２は、それぞれ金属製であることが好ましく、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、又は鉄合金からなることがより好ましい。角形外装体１は、底部１ａと、一対の第１側壁１ｂ、１ｃと、第２側壁１ｄ、１ｅとを有する。一対の第１側壁１ｂ、１ｃは、互いに平行に対向するように配置されている。一対の第２側壁１ｄ、１ｅは、互いに平行に対向するように配置されている。一対の第１側壁１ｂ、１ｃの面積は、一対の第２側壁１ｄ、１ｅの面積よりも小さい。

封口板２には、電解液注液孔（図示せず）が設けられている。電解液注液孔は、封止部材１６により封止されている。封口板２には、電池ケース１００内の圧力が所定値以上になったときに破断し、電池ケース１００内のガスを外部に排出するガス排出弁１７が設けられている。

角形外装体１内には、３つの電極体３（図２参照）が電解質と共に収容されている。電極体３は、シート状（本実施形態では帯状）のセパレータＳＰを介して捲回されたシート状の正極板４（図３参照）及びシート状の負極板５（図４参照）を含む、扁平形状の捲回電極体である。以下では、正極板４および負極板５を纏めて電極４、５と言う場合もある。電極体３は、その捲回軸が底部１ａと平行になる向きで、角形外装体１内に配置されている。なお、角形外装体１内に配置される電極体３の数は３つに限定されない。電極体３は、樹脂製シートからなる電極体ホルダ（図示せず）に覆われた状態で、角形外装体１内に配置されている。なお、電極体３は捲回電極体に限定されず、複数枚の正極板と複数枚の負極板がセパレータを介して積層された積層型電極体であってもよい。

図２に示すように、電極体３の捲回軸が延びる方向における一方の端部には、積層および集箔された複数の正極タブ４０が設けられている。各々の正極タブ４０は、正極板４から外方（図２における左方）に突出している。集箔された複数の正極タブ４０は、正極集電端子６に接合されている。また、電極体３の捲回軸が延びる方向における他方の端部（つまり、正極タブ４０が設けられている側と反対側の端部）には、積層および集箔された複数の負極タブ５０が設けられている。各々の負極タブ５０は、負極板５から外方（図２における右方）に突出している。集箔された複数の負極タブ５０は、負極集電端子７に接合されている。

図１に示すように、封口板２には、正極端子８及び負極端子９が取り付けられている。正極端子８は、正極集電端子６（図２参照）を介して、各電極体３の正極タブ４０と電気的に接続されている。正極端子８には、正極外部導電部材８０が接続されている。なお、正極外部導電部材８０を省略することもできる。正極集電端子６及び正極端子８は、金属製であることが好ましく、アルミニウム又はアルミニウム合金製であることがより好ましい。負極端子９は、負極集電端子７（図２参照）を介して、各電極体３の負極タブ５０に電気的に接続されている。負極端子９には、負極外部導電部材９０が接続されている。なお、負極外部導電部材９０を省略することもできる。負極集電端子７及び負極端子９は、金属製であることが好ましく、銅又は銅合製であることがより好ましい。なお、負極端子９は、負極集電端子７と接続される領域が銅又は銅合金からなり、封口板２より外側に突出する部分がアルミニウム又はアルミニウムからなるようにすることができる。

（正極板・負極板の構成）
図３および図４を参照して、捲回される前の状態の正極板４および負極板５について説明する。図３は、捲回される前の状態の正極板４の平面図である。正極板４は、シート状（帯状）である正極芯体４ａの両面に形成された正極活物質層４ｂを有する。正極板４の幅方向（図３における左右方向）の一方の端部（図３では左側の端部）には、正極芯体４ａからなる正極タブ４０が複数設けられている。正極タブ４０は、正極活物質層４ｂが塗工されていない未塗工部となっている。各々の正極タブ４０は、正極板４の正極芯体４ａから外方（図３では左方）に突出している。また、各々の正極タブ４０の位置は、積層および集箔されて正極集電端子６に接続される状態を考慮して設定されている。つまり、正極板４および負極板５がセパレータＳＰを介して捲回され、且つ扁平形状とされた際に、複数の正極タブ４０が積層されるように、各々の正極タブ４０は、電極体３（図２参照）の上部および下部のＲ部に配置される位置（図３における「Ｒ」で示す位置）を避けるように形成されている。

各々の正極タブ４０には、突出方向に対して交差する方向に延びるスリット４１が形成されている。スリット４１は、各々の正極タブ４０における先端側を切り取ることを容易にする。例えば、スリット４１はミシン目状に形成されてもよい。つまり、複数の微小なスリットが線上に沿って間欠的に形成されることで、１つのスリット４１が形成されてもよい。また、スリット４１は、正極タブ４０を厚み方向に貫通しない溝状に形成されていてもよい。

図４は、捲回される前の状態の負極板５の平面図である。負極板５は、シート状（帯状）負極芯体５ａの両面に形成された負極活物質層５ｂを有する。負極板５の幅方向の両端部のうち、正極板４の正極タブ４０が形成される側とは反対側の端部（図４では右側の端部）には、負極芯体５ａからなる負極タブ５０が複数設けられている。負極タブ５０は、負極活物質層５ｂが塗工されていない未塗工部となっている。各々の負極タブ５０は、負極板５の負極芯体５ａから外方（図４では右方）に突出している。また、各々の負極タブ５０の位置は、前述した正極タブ４０の位置と同様に、積層および集箔されて負極集電端子７に接続される状態を考慮して設定されている。つまり、正極板４および負極板５がセパレータＳＰを介して捲回され、且つ扁平形状とされた際に、複数の負極タブ５０が積層されるように、各々の負極タブ５０が形成されている。負極タブ５０は、電極体３（図２参照）の上部および下部のＲ部に配置される位置（図３における「Ｒ」で示す位置）を避けるように形成されている。

各々の負極タブ５０には、突出方向に対して交差する方向に延びるスリット５１が形成されている。スリット５１は、各々の負極タブ５０における先端側を切り取ることを容易にする。負極タブ５０のスリット５１には、前述した正極タブ４０のスリット４１と同様の構成を採用できるので、この詳細な説明は省略する。

（二次電池の製造工程）
図３～図７を参照して、本実施形態における二次電池２０の製造工程（特に、電極体３の製造工程）について説明する。なお、図３および図４に示すように、本実施形態では、正極板４における正極タブ４０およびスリット４１の構成と、負極板５における負極タブ５０およびスリット５１の構成は、捲回軸方向について対称な構成となっている。従って、以下では、電極体３における正極タブ４０の近傍の製造過程等について重点的に説明を行い、負極タブ５０の近傍の製造過程等についての説明は簡略化する。本実施形態における二次電池２０の製造方法は、電極原板製造工程、タブ形成工程、タブ積層工程、および、タブ集箔部形成工程を含む。

電極原板製造工程では、正極タブ４０が形成される前の状態の正極板４の原板である正極原板、および、負極タブ５０が形成される前の状態の負極板５の原板である負極原板が製造される。正極板４の原板には、前述した正極活物質層４ｂ（図３参照）が形成されている。また、負極板５の原板には、負極活物質層５ｂ（図４参照）が形成されている。

タブ形成工程では、スリット４１を有する正極タブ４０が正極板４に形成されると共に、スリット５１を有する負極タブ５０が負極板５に形成される。正極タブ４０および負極タブ５０の各々の先端側は、後述するタブ集箔部形成工程において、スリット４１、５１を介して切り取られる。

詳細には、本実施形態のタブ形成工程は、スリット形成工程と切断工程を含む。スリット形成工程では、タブ（正極タブ４０または負極タブ５０）が形成される前の電極４、５の原板のうち、タブが形成される予定の所定位置に、スリット（スリット４１またはスリット５１）が予め形成される。切断工程では、スリットが予め形成された原板を切断することで、スリットを有するタブが電極４、５に形成される。この場合、先に形成された微小なタブに対してスリットが形成される場合に比べて、スリットを有するタブが容易に形成される。なお、原板にスリットを形成する方法、および、原板を切断してタブを形成する方法には、例えば、レーザ光等のエネルギー線の照射による方法、あるいは、カッターを用いる方法等を採用できる。また、各々のタブに形成されるスリットの位置については後述する。

タブ積層工程では、タブ（正極タブ４０または負極タブ５０）が形成されたシート状（帯状）の電極４、５が、シート状（帯状）のセパレータを介して捲回または積層（本実施形態では捲回）される。その結果、複数の正極タブ４０が積層されると共に、複数の負極タブ５０が積層される。ここで、各々のタブの先端側は未だ切り取られていないので、各々のタブの長さが確保された状態のまま（本実施形態では、各々のタブの長さが一致した状態のまま）、タブ積層工程が行われる。従って、各々のタブの中に短いタブが存在する場合に比べて、少なくともいずれかのタブが折れ曲がる可能性は低い。また、少なくともいずれかのタブが折れ曲がったか否かを検査することも容易である。

本実施形態では、図３に示す正極板４が捲回される場合、下部が電極体３の中心部に近い位置（捲回軸に近い位置）に配置される。正極板４が捲回されると、下方から順に数えて奇数番目の正極タブ４０と、偶数番目の正極タブ４０は、最も下方の正極タブ４０に対して交互に積層されていく。詳細には、正極板４が捲回されると、下方から順に数えて奇数番目の正極タブ４０は、最も下方の正極タブ４０に対して、電極体３の前後方向の一方の側に順に積層されていく。逆に、下方から順に数えて偶数番目の正極タブ４０は、最も下方の正極タブ４０に対して、奇数番目の正極タブ４０が積層される側の反対側に順に積層されていく。この積層順は、負極板５の負極タブ５０についても同様である。

図５は、正極板４、セパレータＳＰ、および負極板５が捲回された直後の、積層された複数の正極タブ４０の近傍の部分拡大図である。つまり、図５は、積層された正極タブ４０が集箔される前の状態を示す。前述したように、正極板４が捲回された際に、複数の正極タブ４０が積層されるように、正極板４の端部に形成される各々の正極タブ４０の位置が予め設定されている。従って、図５に示すように、正極板４が捲回されて扁平形状とされた直後では、複数の正極タブ４０が適切に積層された状態となる。負極板５の負極タブ５０も、同様に積層された状態となる。

タブ集箔部形成工程では、積層された正極タブ４０および負極タブ５０の各々に、タブ集箔部（例えば、図７に示す正極タブ集箔部４５）が形成される。タブ集箔部とは、積層された複数のタブ（正極タブ４０および負極タブ５０の各々）が、スリット（スリット４１またはスリット５１）を介して先端側を切り取られた状態で集箔された部位である。

図６および図７を参照して、本実施形態におけるタブ集箔部形成工程について詳細に説明する。まず、積層された複数の正極タブ４０および複数の負極タブ５０の各々が集箔される。本実施形態では、図６に示すように、積層された複数の正極タブ４０が、互いに集箔され、且つ、正極集電端子６に接合される。また、複数の負極タブ５０は、互いに集箔されて負極集電端子７に接合される。集箔および接合には、例えば、抵抗溶接またはレーザ溶接等の少なくともいずれかを用いればよい。

詳細には、図６に示すように、積層された複数の正極タブ４０は、積層方向におけるいずれかの箇所（本実施形態では、図６における下端の正極タブ４０の箇所）に纏められた状態で集箔され、正極集電端子６に接合される。従って、重ねられた複数の正極タブ４０が折り曲げられる角度に差が生じるので、正極タブ４０の根元から集箔位置（図６では、正極集電端子６の位置）までの距離は、各々の正極タブ４０に応じて変化する。この状態では、各々の正極タブ４０のうち、集箔位置よりも先端側に位置する部位は、余剰部位となってしまう。

本実施形態では、図７に示すように、集箔された複数の正極タブ４０の先端側が、スリット４１（図３参照）を介して切り取られる。換言すると、二次電池２０の電極体３のうち、集箔された複数の正極タブ４０の各々に、スリット４１を介して先端側が切り取られた切り取り部４６（図７参照）が形成される。従って、複数の正極タブ４０の先端側が余剰部位となり難い。なお、図７に示す正極集電端子６は、電極体３に近づく方向に折り曲げられた後に、電池ケース１００に収容される。

図３、図５、および図６を参照して、各々のタブに形成されるスリットの位置について説明する。本実施形態では、複数のタブの各々に形成されるスリットの位置は、各々のタブが集箔された際に一致する予定の位置に設定される。つまり、積層された複数のタブを集箔した際に、各々のタブに予め形成されているスリットの位置が近接するように、各々のタブにおけるスリットの位置が予め設定されている。その結果、各々のタブの先端側がスリットを介して切り取られるだけで、余剰部位となり得る部位が適切に除去される。

図６に示すように、本実施形態では、正極タブ４０の根元から集箔位置（図６では、正極集電端子６の位置）までの距離は、各々の正極タブ４０に応じて異なる。従って、図５に示すように、各々の正極タブ４０に予め形成されるスリット４１の位置は、各々の正極タブ４０が集箔された際に一致する予定の位置（本実施形態では、図７に示す正極集電端子６よりも僅かに先端側に配置される位置）に設定される。また、前述したように、本実施形態では、図３における下方から数えて奇数番目の正極タブ４０と、偶数番目の正極タブ４０は、最も内側に位置する正極タブ４０に対して、互いに反対側から積層される。従って、図３に示す例では、奇数番目の正極タブ４０におけるスリット４１の位置の推移と、偶数番目の正極タブ４０におけるスリット４１の位置の推移は、逆になっている。

以上、具体的な実施形態を挙げて詳細な説明を行ったが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に記載した実施形態を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、上記実施形態では、正極タブ４０および負極タブ５０の各々の先端側が、スリット４１、５１を介して切り取られる。しかし、正極タブ４０および負極タブ５０の一方のみが、スリットを介して切り取られてもよい。この場合でも、タブの余剰部位は適切に減少する。また、積層される複数のタブのうちの一部に、スリットが形成されないタブが含まれていてもよいことは言うまでもない。つまり、スリットは、先端側が余剰部位となるタブに形成されれば十分である。

３ 電極体
４ 正極板（電極）
５ 負極板（電極）
２０ 二次電池
４０ 正極タブ
４１ スリット
４５ タブ集箔部
４６ 切り取り部
５０ 負極タブ
５１ スリット
１００ 電池ケース

Claims (3)

1. シート状の電極の端部から外方へ突出し、且つ、突出方向に対して交差する方向に延びるスリットを有するタブを、前記電極に形成するタブ形成工程と、
   前記タブが形成された前記電極を、セパレータを介して捲回または積層することで、複数の前記タブを積層するタブ積層工程と、
   積層された前記複数のタブが、前記スリットを介して各々の先端側を切り取られた状態で集箔されたタブ集箔部を形成するタブ集箔部形成工程と、
   を含む、二次電池の製造方法。
2. 前記タブ形成工程は、
   前記タブが形成される前の前記電極の原板のうち、前記タブが形成される予定の位置に、前記スリットを予め形成するスリット形成工程と、
   前記スリット形成工程において前記スリットが予め形成された前記原板を切断することで、前記スリットを有する前記タブを前記電極に形成する切断工程と、
   を含む、請求項１に記載の二次電池の製造方法
3. 前記複数のタブの各々に形成される前記スリットの位置は、各々の前記タブが集箔された際に一致する予定の位置に設定される、請求項１または２に記載の二次電池の製造方法。

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