JP7859397B2 - 蓄電セル及び電極体の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、蓄電セル及び電極体の製造方法に関する。

特開２００１－１０２０５０号公報には、複数の正極電極及び複数の負極電極をセパレータ介在させつつ交互に積層した積層型電極体と、積層型電極体を収容するケースと、を備える積層型電池が開示されている。セパレータには、電極を位置決めする位置決め部が形成されている。

特開２００１－１０２０５０号公報

特開２００１－１０２０５０号公報に記載される積層型電池では、振動等に起因して、セルケース内でセパレータ同士が互いに位置ずれする懸念がある。

本開示の目的は、セパレータに対する電極の位置ずれと、セパレータ同士の位置ずれと、の双方を抑制することが可能な蓄電セル及び電極体の製造方法を提供することである。

本開示の一局面に従った蓄電セルは、電極体と、前記電極体を収容するセルケースと、を備え、前記電極体は、一方向に並ぶように配置された複数の電極と、つづら折り状に形成されており、前記複数の電極の各々の間を絶縁するセパレータと、を備え、前記セパレータは、前記一方向に互いに隣接する一対の電極間に介在する介在部と、前記介在部から前記一方向に突出しており、前記介在部に対する前記電極の位置を決める一対の位置決め突部と、を有する。

本開示によれば、セパレータに対する電極の位置ずれと、セパレータ同士の位置ずれと、の双方を抑制することが可能な蓄電セル及び電極体の製造方法を提供することができる。

本開示の一実施形態における蓄電セルを概略的に示す斜視図である。 図１に示される蓄電セルの断面図である。 電極体を概略的に示す正面図である。 図３におけるＩＶ－ＩＶ線での断面図である。 電極体の変形例を概略的に示す断面図である。

本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、本開示の一実施形態における蓄電セルを概略的に示す斜視図である。図２は、図１に示される蓄電セルの断面図である。

図１及び図２に示されるように、蓄電セル１は、電極体１００と、セルケース２００と、電解液（図示略）と、一対の外部端子３００と、一対の連結部材４００と、絶縁部材５００と、を備えている。

図３は、電極体を概略的に示す正面図である。図４は、図３におけるＩＶ－ＩＶ線での断面図である。図３及び図４に示されるように、電極体１００は、複数の電極１１０，１２０と、セパレータ１３０と、を備えている。

複数の電極１１０，１２０は、一方向（図４における上下方向）に並ぶように配置されている。複数の電極１１０，１２０は、複数の正極電極１１０と、複数の負極電極１２０と、を有している。なお、図３では、負極電極１２０の外径が二点鎖線で示されている。

各正極電極１１０は、幅方向（一方向及び上下方向の双方と直交する方向）に長い矩形状に形成されている。図４に示されるように、各正極電極１１０は、正極集電箔１１２と、正極集電箔１１２の両面に設けられた正極活物質層１１４と、を有している。

図２及び図３に示されるように、正極集電箔１１２は、主領域１１２ａと、正極タブ１１２ｐと、を有している。主領域１１２ａは、正極活物質層１１４が設けられた領域である。なお、図３では、主領域１１２ａ及び正極活物質層１１４が斜線で示されている。主領域１１２ａは、矩形状に形成されている。主領域１１２ａは、後述の位置決め突部１３４に接している。正極タブ１１２ｐは、正極活物質層１１４が設けられていない領域である。正極タブ１１２ｐは、主領域１１２ａから一方向と直交する方向に向かって突出している。本実施形態では、正極タブ１１２ｐは、幅方向（図３における左右方向）における一方側（右側）に向かって突出している。

各負極電極１２０は、幅方向に長い矩形状に形成されている。各負極電極１２０の外形は、各正極電極１１０の外形よりも一回り大きい。各負極電極１２０は、負極集電箔１２２と、負極集電箔１２２の両面に設けられた負極活物質層１２４と、を有している。図２及び図３に示されるように、負極集電箔１２２は、負極活物質層１２４が設けられていない負極タブ１２２ｎを有している。負極タブ１２２ｎは、幅方向における他方側に向かって突出している。

セパレータ１３０は、正極電極１１０及び負極電極１２０間を絶縁している。セパレータ１３０は、絶縁材料からなり、イオンの透過を許容する微小な空隙を有している。図４に示されるように、セパレータ１３０は、つづら折り状に形成されている。セパレータ１３０は、各電極１１０，１２０間につづら折り状に形成されながら配置される。

図４に示されるように、セパレータ１３０は、複数の介在部１３２ａと、複数の上折返し部１３２ｂと、複数の下折返し部１３２ｃと、位置決め突部１３４と、を有している。

各介在部１３２ａは、一方向に互いに隣接する一対の電極１１０，１２０間に介在している。つまり、各介在部１３２ａは、正極電極１１０及び負極電極１２０間を絶縁する機能を有している。各介在部１３２ａは、矩形状の領域で構成されている。

各上折返し部１３２ｂは、複数の介在部１３２ａのうちの一の介在部１３２ａの上端部と、複数の介在部１３２ａのうち一方向における一方側に前記一の介在部１３２ａに隣接する介在部１３２ａの上端部と、を互いに連結している。本実施形態では、上折返し部１３２ｂは、正極電極１１０の上方に配置されている。

各下折返し部１３２ｃは、複数の介在部１３２ａのうちの前記一の介在部の下端部と、複数の介在部１３２ａのうち一方向における他方側に前記一の介在部に隣接する介在部１３２ａの下端部と、を互いに連結している。本実施形態では、下折返し部１３２ｃは、負極電極１２０の下方に配置されている。換言すれば、負極電極１２０は、下折返し部１３２ｃ上に配置されている。

一対の位置決め突部１３４は、介在部１３２ａに対する電極１１０，１２０の位置を決める。各位置決め突部１３４は、介在部１３２ａから一方向に突出している。各位置決め突部１３４は、エンボス加工等によって形成されている。本実施形態では、一対の位置決め突部１３４は、正極電極１１０の位置を決めている。図３に示されるように、各位置決め突部１３４は、正極電極１１０のうち互いに正極電極１１０の対角線上に位置する角部に沿う形状を有している。図３に示されるように、一対の位置決め突部１３４は、正極電極１１０の主領域１１２ａに接している。各位置決め突部１３４は、正極タブ１１２ｐから離間している。図４に示されるように、各位置決め突部１３４の天面１３４ａは、介在部１３２ａのうち当該天面１３４ａと対向する部位に接着されている。

セルケース２００は、電極体１００を収容している。セルケース２００には、図示略の電解液が収容されている。セルケース２００は、密封されている。セルケース２００は、ケース本体２１０と、蓋２２０と、を有している。

ケース本体２１０は、上向きに開口する開口部を有している。ケース本体２１０は、アルミニウム等の金属からなる。図２に示されるように、ケース本体２１０は、底壁２１２と、周壁２１４と、を有している。底壁２１２は、矩形かつ平板状に形成されている。周壁２１４は、底壁２１２から起立している。周壁２１４は、四角筒状に形成されている。幅方向における周壁２１４の長さは、厚さ方向における周壁２１４の長さよりも長い。高さ方向における周壁２１４の長さは、厚さ方向における周壁２１４の長さよりも長い。

蓋２２０は、ケース本体２１０の開口部を閉塞している。蓋２２０は、溶接等によって開口部に接続されている。蓋２２０は、平板状に形成されている。蓋２２０は、アルミニウム等の金属からなる。蓋２２０は、圧力解放弁２２２と、封止部材２２４と、を有している。

圧力解放弁２２２は、蓋２２０の中央部に形成されている。圧力解放弁２２２は、セルケース２００の内圧が所定圧以上となると破断するように形成されている。圧力解放弁２２２が破断することで、セルケース２００内のガスが当該圧力解放弁２２２を通じてセルケース２００外に放出されるため、セルケース２００の内圧が低下する。

封止部材２２４は、蓋２２０に形成された注液口ｈを封止している。注液口ｈは、蓄電セル１の製造過程において、セルケース２００内に電解液を注入するための貫通孔である。注液口ｈは、当該注液口ｈを通じてケース本体２１０に電解液が注入された後、封止部材２２４によって封止される。

一対の外部端子３００は、セルケース２００上に固定されている。一対の外部端子３００の一方は、正極の外部端子であり、他方は、負極の外部端子である。各外部端子３００は、後述の上絶縁部５１０を介して蓋２２０の上面に固定されている。各外部端子３００は、アルミニウム等の金属からなる。各外部端子３００は、例えば、直方体形状に形成される。各外部端子３００には、図示略のバスバーが溶接等によって接続される。

一対の連結部材４００は、複数の電極タブ１１２ｐ，１２２ｎと外部端子３００とを連結している。一方の連結部材４００は、複数の正極タブ１１２ｐと正極の外部端子３００とを連結しており、他方の連結部材４００は、複数の負極タブ１２２ｎと負極の外部端子３００とを連結している。一対の連結部材４００の各々は、実質的に互いに同じ構造を有しているため、以下では一方の連結部材４００について説明する。

連結部材４００は、集電タブ４１０と、サブタブ４２０と、連結ピン４３０と、を有している。

集電タブ４１０は、側方部４１２と、上方部４１４と、を有している。側方部４１２は、幅方向における電極体１００の側方に位置している。上方部４１４は、電極体１００の上方に位置している。上方部４１４は、側方部４１２の上端から幅方向における内側に向かって延びている。

サブタブ４２０は、複数の正極タブ１１２ｐを集電タブ４１０に接続している。サブタブ４２０の一端部４２２は、溶接等によって複数の正極タブ１１２ｐに接続されており、サブタブ４２０の他端部４２４は、溶接等によって集電タブ４１０の側方部４１２に接続されている。

連結ピン４３０は、集電タブ４１０と外部端子３００とを連結している。連結ピン４３０は、上方部４１４と外部端子３００とを連結している。具体的に、連結ピン４３０の下端部は、上方部４１４設けられた貫通孔に挿入された状態で上方部４１４に溶接等によって接続されており、連結ピン４３０の上端部は、外部端子３００に設けられた貫通孔に挿入された状態で溶接やカシメ等によって外部端子３００に接続されている。

絶縁部材５００は、セルケース２００と連結部材４００との間を絶縁している。絶縁部材５００は、上絶縁部５１０と、下絶縁部５２０と、インシュレータ５３０と、絶縁板５４０と、を有している。

上絶縁部５１０は、蓋２２０の上面に固定されている。上絶縁部５１０は、蓋２２０と外部端子３００との間に配置されている。上絶縁部５１０には、連結ピン４３０を挿通させる挿通孔が設けられている。

下絶縁部５２０は、蓋２２０の下面に固定されている。下絶縁部５２０は、蓋２２０と、上方部４１４及び連結ピン４３０の下部と、の間に配置されている。下絶縁部５２０には、連結ピン４３０を挿通させる挿通孔が設けられている。

インシュレータ５３０は、連結ピン４３０と蓋２２０との間に配置されている。インシュレータ５３０は、筒状に形成されており、連結ピン４３０を包囲している。

絶縁板５４０は、上方部４１４の下面に固定されている。絶縁板５４０は、電極体１００の上方に配置されている。絶縁板５４０のうち圧力解放弁２２２の下方に位置する部位、及び、注液口ｈの下方に位置する部位には、貫通孔が設けられている。

次に、蓄電セル１の製造工程について説明する。この製造方法は、突起形成工程と、載置工程と、折返し工程と、を含んでいる。

突起形成工程では、帯状に長いセパレータ１３０が搬送されつつ、そのセパレータ１３０のうち正極電極１１０が載置される部位にエンボス加工によって一対の位置決め突部１３４が形成される。

載置工程では、一対の位置決め突部１３４の内側に正極電極１１０が載置される。

折返し工程では、一対の位置決め突部１３４の内側に載置された正極電極１１０上にセパレータ１３０が重なるようにセパレータ１３０が折り返される。この工程により、上折返し部１３２ｂが形成される。

折返し工程では、折返し用の治具５と、ローラ（図示略）と、が用いられる。治具５は、位置決め突部１３４の外側に載置され、セパレータ１３０が折り返された後、引き抜かれる。なお、図４では、治具５が二点鎖線で示されている。ローラは、クラウン状に形成されている。すなわち、ローラは、当該ローラの回転軸方向における端部から中央部に向かうにしたがって拡径する形状に形成されている。このようにすれば、セパレータ１３０の折返し時に、幅方向（ローラの回転軸と平行な方向）におけるセパレータ１３０の中央部にシワが形成されることが抑制される。

そして、正極電極１１０上に載置されたセパレータ１３０（介在部１３２ａ）上に、負極電極１２０が載置される。このとき、図３及び図４に示されるように、負極電極１２０は、一対の位置決め突部１３４と重なる位置に載置される。

その後、セパレータ１３０のうち正極電極１１０が載置される部位に一対の位置決め突部１３４が形成され、その部位が負極電極１２０上に重なるようにセパレータ１３０が折り返される。この工程により、下折返し部１３２ｃが形成される。この工程においても、治具５とローラとが用いられる。

以上の工程が繰り返されることによって電極体１００が形成される。

次に、サブタブ４２０の一端部４２２を複数の電極タブ１１２ｐ，１２２ｎに溶接等によって接続する。その後、サブタブ４２０の一端部４２２が集電タブ４１０の側方部４１２に接するように、一端部４２２及び複数の電極タブ１１２ｐ，１２２ｎを折り曲げる。

続いて、複数の電極１１０，１２０及びセパレータ１３０の周面と底面とをまとめて絶縁フィルム（図示略）で被覆した後、電極体１００をケース本体２１０に挿入する。そして、蓋２２０の周縁部をケース本体２１０の開口部に溶接等によって接続する。

その後、注液口ｈを通じてセルケース２００内に電解液を供給し、注液口ｈを封止部材２２４で封止する。

以上に説明したように、本実施形態における蓄電セル１では、一対の位置決め突部１３４によってセパレータ１３０に対する正極電極１１０の位置ずれが抑制され、さらに、セパレータ１３０がつづら折り状に形成されているため、セルケース２００内での介在部１３２ａ同士の位置ずれも抑制される。

なお、図５に示されるように、各位置決め突部１３４は、介在部１３２ａとは別体で構成されており、介在部１３２ａに固定されていてもよい。位置決め突部１３４は、例えば、絶縁材料により形成される。一方向における位置決め突部１３４の厚みは、正極電極１１０の厚み以下に設定される。

この態様では、位置決め突部を巻き込むようにセパレータを折り返すことが可能となるため、セパレータのうち折り返された部位と位置決め突部との距離が短縮される。

上述した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

［態様１］
電極体と、
前記電極体を収容するセルケースと、を備え、
前記電極体は、
一方向に並ぶように配置された複数の電極と、
つづら折り状に形成されており、前記複数の電極の各々の間を絶縁するセパレータと、を備え、
前記セパレータは、
前記一方向に互いに隣接する一対の電極間に介在する介在部と、
前記介在部から前記一方向に突出しており、前記介在部に対する前記電極の位置を決める一対の位置決め突部と、を有する、蓄電セル。

この蓄電セルでは、一対の位置決め突部によってセパレータに対する電極の位置ずれが抑制され、さらに、セパレータがつづら折り状に形成されているため、セルケース内での介在部同士の位置ずれも抑制される。

［態様２］
各前記位置決め突部の天面は、前記介在部のうち当該天面と対向する部位に接着されている、態様１に記載の蓄電セル。

この態様では、互いに隣接する一対の介在部と位置決め突部とによって電極を包囲する空間が形成されるため、セパレータに対する電極の位置ずれがより確実に抑制される。

［態様３］
前記電極は、矩形状に形成されており、
各前記位置決め突部は、前記電極のうち互いに前記電極の対角線上に位置する角部に沿う形状を有する、態様１又は２に記載の蓄電セル。

この態様では、一方向と直交する方向におけるセパレータに対する電極の位置ずれが抑制される。

［態様４］
各前記位置決め突部は、前記介在部とは別体で構成されており、前記介在部に固定されている、態様３に記載の蓄電セル。

この態様では、位置決め突部を巻き込むようにセパレータを折り返すことが可能となるため、セパレータのうち折り返された部位と位置決め突部との距離が短縮される。

［態様５］
前記複数の電極は、正極電極及び負極電極を有し、
前記正極電極は、
正極集電箔と、
前記正極集電箔に設けられた正極活物質層と、を有し、
前記正極集電箔は、
前記正極活物質層が設けられており、かつ、前記一対の位置決め突部に接する主領域と、
前記正極活物質層が設けられておらず、かつ、前記主領域から前記一方向と直交する方向に向かって突出する正極タブと、を有し、
前記正極タブは、各前記位置決め突部から離間している、態様１から４のいずれかに記載の蓄電セル。

［態様６］
セパレータを搬送しながら、当該セパレータに対する電極の位置を決める一対の位置決め突部を前記セパレータに形成する位置決め突部形成工程と、
前記一対の位置決め突部の内側に前記電極を載置する載置工程と、
前記一対の位置決め突部の内側に載置された前記電極上に前記セパレータが重なるように前記セパレータを折り返す折返し工程と、を備える、電極体の製造方法。

［態様７］
前記位置決め突部形成工程では、エンボス加工により前記一対の位置決め突部を形成する、態様６に記載の電極体の製造方法。

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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。

１ 蓄電セル、１００ 電極体、１１０ 正極電極、１１２ 正極集電箔、１１２ａ 主領域、１１２ｐ 正極タブ、１１４ 正極活物質層、１２０ 負極電極、１２２ 負極集電箔、１２２ｎ 負極タブ、１３０ セパレータ、１３２ａ 介在部、１３２ｂ 上折返し部、１３２ｃ 下折返し部、１３４ 位置決め突部、１３４ａ 天面、２００ セルケース、２１０ ケース本体、２２０ 蓋、３００ 外部端子、４００ 連結部材、４１０ 集電タブ、４２０ サブタブ、４３０ 連結ピン、５００ 絶縁部材、５１０ 上絶縁部、５２０ 下絶縁部、５３０ インシュレータ、５４０ 絶縁板。

Claims (5)

1. 電極体と、
   前記電極体を収容するセルケースと、を備え、
   前記電極体は、
   一方向に並ぶように配置された複数の電極と、
   つづら折り状に形成されており、前記複数の電極の各々の間を絶縁するセパレータと、を備え、
   前記セパレータは、
   前記一方向に互いに隣接する一対の電極間に介在する介在部と、
   前記介在部から前記一方向に突出しており、前記介在部に対する前記電極の位置を決める一対の位置決め突部と、を有し、
   各前記位置決め突部の天面は、前記介在部のうち当該天面と対向する部位に接着されている、蓄電セル。
2. 前記電極は、矩形状に形成されており、
   各前記位置決め突部は、前記電極のうち互いに前記電極の対角線上に位置する角部に沿う形状を有する、請求項１に記載の蓄電セル。
3. 各前記位置決め突部は、前記介在部とは別体で構成されており、前記介在部に固定されている、請求項２に記載の蓄電セル。
4. 前記複数の電極は、正極電極及び負極電極を有し、
   前記正極電極は、
   正極集電箔と、
   前記正極集電箔に設けられた正極活物質層と、を有し、
   前記正極集電箔は、
   前記正極活物質層が設けられており、かつ、前記一対の位置決め突部に接する主領域と、
   前記正極活物質層が設けられておらず、かつ、前記主領域から前記一方向と直交する方向に向かって突出する正極タブと、を有し、
   前記正極タブは、各前記位置決め突部から離間している、請求項１に記載の蓄電セル。
5. セパレータを搬送しながら、当該セパレータに対する電極の位置を決める一対の位置決め突部を前記セパレータに形成する位置決め突部形成工程と、
   前記一対の位置決め突部の内側に前記電極を載置する載置工程と、
   前記一対の位置決め突部の内側に載置された前記電極上に前記セパレータが重なるように前記セパレータを折り返す折返し工程と、を備え、
   前記位置決め突部形成工程では、エンボス加工により前記一対の位置決め突部を形成する、電極体の製造方法。