JP7402197B2 - 二次電池の製造方法及び二次電池 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池の製造方法及び二次電池に関する。

現在、電気自動車やハイブリッド車、プラグインハイブリッド車等の電気を利用する車両では、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池が採用されている。このような二次電池では、通常、短絡を防止するために、セパレータが正極板と負極板の間に配置される。

このような二次電池の一例として、特許文献１が開示する二次電池は、正極板と負極板の間にセパレータを配置すると共に、正極の活物質層の端部に絶縁層を形成することにより、短絡を防止することを意図している。

特開２０１１―２１６４０３号公報

しかしながら、特許文献１が開示する二次電池では、正極板と負極板がずれた状態で積層された場合、正極の金属箔が負極の活物質層に接触して短絡が生じるおそれがある。この問題を解決する方法として、セパレータを幅方向に延長して正極の金属箔と負極の活物質層の接触を防ぐ方法が考えられる。

通常、電極の金属箔は集電のために束ねられ、セパレータが、束ねられた一方の電極の金属箔と他方の電極の活物質層に挟まれた状態で固定される。そのため、電極の縁部からセパレータに応力が加わることにより、セパレータが破断するおそれがある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、短絡を防止すると共に、セパレータの破断を抑制可能な二次電池の製造方法及び二次電池を提供すること目的とする。

本発明の一実施形態に係る電極シート及びセパレータが積層される二次電池の製造方法は、
セパレータを形成する複数の絶縁層を重ねる第１の工程と、
電極シートの集電箔を集箔した場合に、電極シートと対向しないセパレータの部分である非対向部の少なくとも一部が剥離するように、セパレータの複数の絶縁層を互いに着ける第２の工程とを含む。

第２の工程は、電極シートの集電箔を集箔した場合に、複数の絶縁層が剥離していない状態において電極シートの積層方向と垂直な幅方向に電極シートの縁部からセパレータに加わる応力よりも、非対向部の少なくとも一部の剥離強度が小さくなるように、セパレータの複数の絶縁層を互いに着けることができる。非対向部の少なくとも一部の剥離強度は、０よりも大きい。

セパレータは、セパレータの破断強度が当該応力よりも大きくなるように構成することができる。

第２の工程は、電極シートと対向するセパレータの部分の絶縁層の剥離強度が、非対向部の剥離強度よりも大きくなるように、複数の絶縁層を互いに着けることができる。

複数の絶縁層が３層以上である場合、第２の工程は、非対向部の最内側の絶縁層と、最内側の絶縁層に隣接する絶縁層との間の剥離強度が、最内側の絶縁層以外の絶縁層の間の剥離強度よりも小さくすることができる。

本発明の一実施形態に係る電極シート及びセパレータが積層された二次電池では、
セパレータは、複数の絶縁層で形成されており、
電極シートと対向しないセパレータの部分である非対向部の少なくとも一部が剥離していることを特徴とする。

電極シートと対向するセパレータの部分の複数の絶縁層の剥離強度は、非対向部の複数の絶縁層の剥離強度よりも大きいことが好ましい。

本発明により、短絡を防止すると共に、セパレータの破断を抑制可能な二次電池の製造方法及び二次電池を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る二次電池を示す概略図である。 図１の断面線Ｉ－Ｉに沿った二次電池の水平断面を示す図である。 本発明の一実施形態に係るセパレータの剥離前後の二次電池の水平断面を示す図である。 本発明の一実施形態に係るセパレータの一部が剥離した状態を示す概略断面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る二次電池１を示す概略図である。二次電池１は、電極体（図示せず）と、正極集電部２と、負極集電部３とを備える。

電極体は、正極シート、負極シート及びセパレータを積層して形成される。電極体は、１つの正極シート、１つの負極シート及び１つのセパレータを重ねて捲回することによって形成することができる。また、電極体は、複数の正極シート、複数の負極シート及び複数のセパレータを積層して形成することもできる。

正極集電部２は、二次電池１内で正極集電側の正極シートを束ねる集箔部（図示せず）に接続され、当該集箔部から集電する。同様に、負極集電部３は、二次電池１内で負極集電側の負極シートを束ねる集箔部（図示せず）に接続され、当該集箔部から集電する。

図２は、図１の断面線Ｉ－Ｉに沿った二次電池の水平断面を示す図であり、正極集電側の電極体の一部を示す。電極体の負極集電側も同様の構成を有する。

正極シート１０は、正極の集電箔１１（アルミ等）に正極活物質１２（コバルト酸リチウム等）が塗布されて形成される。負極シート２０は、負極の集電箔２１（銅等）に負極活物質２２（グラファイト等）が塗布されて形成される。

セパレータ３０は、ポリオレフィン等の複数の絶縁層で形成される。図２には、３層の絶縁層で形成されたセパレータ３０が示されている。なお、セパレータ３０は、２層又は４層以上の絶縁層で形成することもできる。

セパレータ３０は、複数の絶縁層を重ねる第１の工程と、セパレータ３０の複数の絶縁層を互いに着ける第２の工程を実施することによって形成される。第２の工程では、電極シートの集電箔を集箔した場合に、非対向部の少なくとも一部が剥離するように、複数の絶縁層が互いに着けられる。非対向部とは、電極シートと対向しないセパレータ３０の部分である。複数の絶縁層は、熱を加えながら押圧することによって互いに着けることができる。また、複数の絶縁層は、接着剤を用いて互いに着けることもできる。

図３は、図１の断面線Ｉ－Ｉに沿った二次電池の水平断面を示す図であり、セパレータ３０の剥離前後の正極集電側の電極体に加わる応力を示す。負極集電側の電極体にも同様の応力が加わる。

セパレータ３０の絶縁層３１，３２，３３が剥離していない状態では、正極シート１０の集電箔１１を集箔した場合、負極シート２０の縁部２３から、非対向部におけるセパレータ３０の面に垂直な方向に、応力Ａがセパレータ３０に加わる。この場合、応力Ａｓｉｎθが、負極シート２０の縁部２３から、積層方向に垂直な幅方向にセパレータ３０に加わる。ここで、θは、対向部におけるセパレータ３０の面と、非対向部におけるセパレータ３０の面とが成す角度である。対向部とは、電極シートと対向するセパレータ３０の部分である。

例えば、応力Ａが１０Ｎであり、θが３０°である場合、セパレータ３０には、幅方向に５Ｎの応力が加わる。この場合、第２の工程では、絶縁層３１，３２，３３を剥離し得る最小限の力に相当する剥離強度Ｘが、５Ｎよりも小さくなるように、絶縁層３１，３２，３３を互いに着ける。換言すると、第２の工程では、非対向部の少なくとも一部の剥離強度Ｘが、応力Ａｓｉｎθよりも小さくなるように（Ｘ＜Ａｓｉｎθ）、絶縁層３１，３２，３３を互いに着けることができる。なお、剥離強度Ｘは、０よりも大きい（０＜Ｘ）。

このように絶縁層３１，３２，３３を互いに着けてセパレータ３０を形成することにより、電極シートの集電箔の集箔によって幅方向の応力Ａｓｉｎθがセパレータ３０に加わった場合、セパレータ３０の絶縁層３１，３２，３３の少なくとも一部が剥離する。図４は、セパレータ３０の絶縁層の一部が剥離した状態を示す概略断面図である。図４に示す例では、セパレータ３０の絶縁層３１と絶縁層３２の一部が剥離した状態を示す。

セパレータ３０の絶縁層３１，３２の少なくとも一部が剥離すると、最内側の絶縁層３１が幅方向外側に滑動し得るため、負極シート２０の縁部２３からセパレータ３０に加わる応力が図３のように変化する。図３は、負極シート２０の縁部２３から加わる応力Ａの方向が、積層方向内側にα°変化した状態を示す。この場合、非対向部におけるセパレータ３０の面に垂直な方向において、応力Ａｃｏｓαが負極シート２０の縁部２３からセパレータ３０に加わる。例えば、応力Ａが１０Ｎであり、αが３０°である場合、セパレータ３０には、セパレータ３０の面に垂直な方向に約８．６Ｎの応力が加わる。

従って、セパレータ３０の絶縁層３１，３２の少なくとも一部が剥離した場合にセパレータ３０の面の垂直方向に加わる応力Ａｃｏｓαは、絶縁層３１，３２が剥離する前に加わっていた応力Ａよりも小さくなる。このため、セパレータ３０が破断するリスクを低減することができる。

なお、電極シートの集電箔の集箔によってセパレータ３０の絶縁層３１，３２，３３が剥離しない場合であっても、電極シートが膨張することによって絶縁層３１，３２，３３が剥離する場合がある。この場合でも、セパレータ３０の面の垂直方向に加わる応力Ａｃｏｓαは、絶縁層３１，３２が剥離する前に加わっていた応力Ａよりも小さくなるため、セパレータ３０が破断するリスクを低減することができる。

さらに、セパレータ３０は、電極シートの集電箔の集箔時にセパレータ３０を破断し得る最小限の力に相当する破断強度Ｙが、応力Ａｓｉｎθよりも大きくなるように構成することができる（Ａｓｉｎθ＜Ｙ）。例えば、応力Ａが１０Ｎであり、θが３０°である場合、セパレータ３０の破断強度Ｙが５Ｎよりも大きくなるように、セパレータ３０を構成することができる。セパレータ３０の破断強度Ｙは、セパレータ３０の各絶縁層３１，３２，３３の厚みや密度、構成成分の含有量等を調整することにより高めることができる。このように、セパレータ３０の破断強度Ｙを高めることにより、セパレータ３０が破断するリスクを一層低減することができる。特に、非対向部の最内側の絶縁層３１の破断を防ぐことにより、電極体が膨張した場合であっても、最内側の絶縁層３１が滑動し得るため、絶縁層３１，３２，３３の破断を防止することができる。

本発明は、上述した実施形態に限られたものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、他の実施形態に係る第２の工程では、電極シートと対向するセパレータ３０の部分、すなわち、対向部の絶縁層の剥離強度が、非対向部の剥離強度よりも大きくなるように、セパレータ３０の複数の絶縁層を互いに着けることができる。このようにして製造された二次電池１では、図３に示すように、セパレータ３０の対向部の絶縁層３１，３２，３３の剥離強度は、非対向部の絶縁層３１，３２，３３の剥離強度よりも大きい。これにより、セパレータ３０の対向部の絶縁層が剥離するのを防ぐことができる。

さらに、セパレータ３０の複数の絶縁層が３層以上である場合、第２の工程では、非対向部の最内側の絶縁層と、最内側の絶縁層に隣接する絶縁層との間の剥離強度が、最内側の絶縁層以外の複数の絶縁層の間の剥離強度よりも小さくなるように、セパレータ３０の複数の絶縁層を互いに着けることができる。例えば、図３に示すセパレータ３０の絶縁層３１と絶縁層３２との間の剥離強度が、絶縁層３２と絶縁層３３との間の剥離強度よりも小さくなるように、絶縁層３１，３２，３３を互いに着けることができる。これにより、非対向部の最内側の絶縁層３１と、絶縁層３１に隣接する絶縁層３２との間に剥離が生じ易くなる。

１ 二次電池
２ 正極集電部
３ 負極集電部
１０ 正極シート
１１ 正極の集電箔
１２ 正極活物質
２０ 負極シート
２１ 負極の集電箔
２２ 負極活物質
２３ 縁部
３０ セパレータ
３１ 絶縁層
３２ 絶縁層
３３ 絶縁層

Claims (6)

1. 電極シート及びセパレータが積層される二次電池の製造方法であって、
   前記セパレータを形成する複数の絶縁層を重ねる第１の工程と、
   前記電極シートの集電箔を集箔した場合に、前記電極シートと対向しない前記セパレータの部分である非対向部の少なくとも一部が剥離するように、前記セパレータの複数の絶縁層を互いに着ける第２の工程と
   を含み、
   前記第２の工程は、前記電極シートの集電箔を集箔した場合に、前記複数の絶縁層が剥離していない状態において前記電極シートの積層方向と垂直な幅方向に前記電極シートの縁部から前記セパレータに加わる応力よりも、前記非対向部の少なくとも一部の剥離強度が小さくなるように、前記セパレータの複数の絶縁層を互いに着けることを特徴とする、
   二次電池の製造方法。
2. 前記非対向部の少なくとも一部の剥離強度は、０Ｎよりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の二次電池の製造方法。
3. 前記セパレータは、前記セパレータの破断強度が前記応力よりも大きくなるように構成される、請求項１又は２に記載の二次電池の製造方法。
4. 前記第２の工程は、
   前記電極シートと対向する前記セパレータの部分の絶縁層の剥離強度が、前記非対向部の剥離強度よりも大きくなるように、前記複数の絶縁層を互いに着けることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の二次電池の製造方法。
5. 前記複数の絶縁層が３層以上である場合、前記第２の工程は、
   前記非対向部の最内側の絶縁層と、前記最内側の絶縁層に隣接する絶縁層との間の剥離強度が、前記最内側の絶縁層以外の絶縁層の間の剥離強度よりも小さいことを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の二次電池の製造方法。
6. 電極シート及びセパレータが積層された二次電池であって、
   前記セパレータは、複数の絶縁層で形成されており、
   前記電極シートと対向しない前記セパレータの部分である非対向部の少なくとも一部が剥離しており、
   前記電極シートと対向する前記セパレータの部分の前記複数の絶縁層の剥離強度は、前記非対向部の前記複数の絶縁層の剥離強度よりも大きいことを特徴とする、
   二次電池。

Images