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JP2009289418A - 積層型二次電池の製造方法 - Google Patents

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Abstract


【課題】 生産性に優れた、材料の使用量を低減できる積層型二次電池の製造方法を提供する。
【解決手段】 セパレータ１の巻き出し方向に対して直角に正極板４を整列させて載せたあと、セパレータ１を１８０度折り返して正極板４を封止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は積層型二次電池の製造方法に関し、詳しくはセパレータと正極板および負極板との密着性に優れた積層型二次電池の製造方法に関する。
近年、電気自動車の普及やハイブリット自動車の普及に伴ってリチウムイオン二次電池の高容量化と共に充放電サイクルにおける容量等電気的特性の向上への要求も高まっている。
リチウムイオン二次電池の中でも積層型リチウムイオン二次電池は、正極および負極の各電極板がそれぞれ引き出し端子に接続されている独特の積層構造を持つことから内部抵抗が低い構造となっており、充放電レート特性が比較的優れていて、充放電サイクル特性や急速充放電特性にも優れたものとして近年注目されている。このような積層型リチウムイオン二次電池は、金属箔などからなる集電体上に活物質層を形成したシート状の正極板と負極板をセパレータを介して積層し、高いバリア性のラミネート外装材で覆ったのち、電解液を注液、封止する構造で構成される。
この正極板と負極板はセパレータを介して積層されるが、従来は２枚の同形状のセパレータを重ね合わせて３辺の外周部を熱溶着して袋状に形成させた後、正極板を挿入させる構造で、負極板とその正極板が入った袋状セパレータを交互に重ねて積層を行なっていた(例えば特許文献１〜４参照)。
図６は従来の積層型二次電池の製造工程を示す図であり、図６（ａ）は袋状セパレータを示す斜視図であり、図６（ｂ）は正極板入り袋状セパレータを示す斜視図である。従来、積層型二次電池の製造においては、図６（ａ）に示すように２枚のセパレータ１を上下重ねて３辺に溶着部１ａを形成して袋状セパレータを作製した後に、図６（ｂ）に示すように、袋状のセパレータ１１に正極板４を挿入し、その後、負極板と交互に積層して積層型二次電池を組み立てていた。
特開平７−２７２７６１号公報 特開平９−１２９２１１号公報 特開２００６−５９７１７号公報 特開２００８−９１１００号公報
従来方法で電池を作製する場合、図６に示すように２枚のセパレータを貼り合せた袋状のセパレータに正極板を挿入するが、正極板の端面とセパレータが接触して擦れると正極板に形成されている電極材料の滑落が生じる可能性があった。正極板の電極材料は正極活物質と導電剤に少量のバインダを混合して正極集電体上に塗布したのち、乾燥圧縮したものであるため、正極活物質の活物質同士あるいは正極集電体との結合力はバインダの結合力に依存している。またバインダの混合量は正極の重量に占める割合が重量比で少ないことから正極内での活物質同士の結合力は弱く、わずかな接触等でも活物質が滑落する状態となっている。この滑落した活物質の形状は０．１〜２．０ｍｍ程度の鋭角状の粒子状であり、滑落したあと、電極の上に存在している場合、セパレータを突き破り、正極と負極間が短絡する可能性を有しているため、負極間とのショートの原因となる生産性上の問題点を有していた。
また、従来方法で積層型電池を作製する場合、セパレータで作製した袋の内側へ正極板を入れた後、積層を行なっていくが、正極板のずれを防ぐために挿入辺側を除いた３辺を熱溶着するため、３辺の熱溶着部分を余分に使用することとなる。また、セパレータで袋を作製してから正極板を挿入するために挿入時の作業性を考慮してセパレータの熱溶着部の位置は正極板寸法よりも幅広とするため、袋状セパレータ内で、正極板の位置のばらつきが生じ、またその挿入代分セパレータの面積が大きくなることから、セパレータの使用量が多くなる問題があった。
本発明の課題は、生産性に優れた、材料の使用量を低減できる積層型二次電池の製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するため本発明の積層型二次電池の製造方法は、平板上にセパレータを配置し、その上にセパレータの巻き出し方向に対して直角に正極板を整列させて載せたあと、セパレータを１８０度折り返して正極板を封止する方法であり、即ち、帯状のセパレータ上に複数の矩形状の正極板を整列して配置する工程と、前記セパレータを、前記正極板を挟み込むように前記正極板の底辺部で折り返す工程と、前記正極板の側辺部に沿って前記セパレータに間欠的に溶着部を形成する工程と、前記溶着部に沿って前記セパレータを切断し正極板入り袋状セパレータを形成する工程と、前記正極板入り袋状セパレータと矩形状の負極板を積層する工程とを含むことを特徴とする。
本発明の積層型二次電池の製造方法によれば電極材料の滑落がなく正極板をセパレータに収納するため生産性がよく、また、挿入代を不要とするためセパレータの使用量を削減できる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
先ず本発明に使用する正極板および負極板について説明する。正極板および負極板の集電体としてはアルミニウム箔、銅箔等の金属箔を用いる。集電体の厚さは５μｍ〜５０μｍ程度である。この集電体は帯状でロール形状に巻き取られている。電極材料の集電体上への形成は活物質、バインダ、導電剤と溶媒を混合してペースト状になったスラリーを集電体表面にコーティング装置にて連続塗布し、その後加熱して溶媒のみを除去し乾燥する。このコーティング装置の選定においては特に限定しないが、集電体が帯状になっているため、ロールコーター、グラビアコーター、カーテンコーター、ダイコーター等、連続塗工できる装置が望ましい。また、電池として活物質からエネルギーを取り出す際に集電体から外部への取り出し用に端子を溶接する必要があるため、未塗布部を形成する。そのため、コーティング装置としては間欠塗工できる装置が望ましい。この活物質の形成は集電体の表裏に対しておこなうため、集電体表面の形成が完了したあとは裏面側にも同様の工事が行なわれる。
集電体の両面にコーティング装置によって電極材料を塗布した後、形成された電極材料の密度を目的とする膜密度とするためプレス機にて塗布厚の４０％〜９０％までプレスを行ない、電極材料の圧縮を行なう。
電極材料の圧縮後、正極板、負極板共に所定の幅にスリッターにて裁断して巻取りを行なう。スリッターの切断寸法においては正極板よりも負極板の方が切断幅を１〜１０ｍｍ程度大きくすることが望ましい。
スリッティング加工後、正極板および負極板を所定の寸法にて打ち抜き、矩形状の電極板を作製する。打ち抜きにおいては各電極板を積層する際に、各電極の端子同士を溶接する必要があるため、未塗布部を含めて打ち抜き、未塗布部を端子部として使用するとよい。
次に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の積層型二次電池の製造方法におけるセパレータ上に正極板を配置する工程を示す斜視図である。
上述のように電極板に打ち抜いた後、正極板をセパレータの上に載せる。図１に示すようにセパレータは帯状に巻き取られた状態になっており、その巻取りロールからセパレータ１を引き出して、平面の盤上に配置しておく。引き出したセパレータ１の幅方向の寸法は打ち抜いた正極板(端子部となる未塗布部を除く)の２〜２．１倍程度が望ましい。上記平面上に配置されたセパレータ１の上に打ち抜いた正極板４を載せる。この際、正極板を載せる位置はセパレータの端面側にオフセットして載せ、端子部４ａをセパレータからはみ出すように整列させて配置することが望ましい。
図２は本発明の積層型二次電池の製造方法におけるセパレータを折り返す工程を示す斜視図である。上述のように正極板をセパレータに配置した後、正極板が配置されていない側のセパレータを１８０度折り曲げて正極板を挟むように正極板の上側に覆い被せる。この際、折り曲げ線は正極板の底辺部４ｂ(図１参照)に合わせることが望ましい。
図３は本発明の積層型二次電池の製造方法におけるセパレータに溶着部を形成する工程を示す斜視図である。セパレータを正極板の上に覆いかぶせた後、正極板とセパレータとの間に空隙ができないように密着させた後、正極板の側辺部４ｃ(図１参照)に沿ってヒートシール機２により間欠的に溶着部１ａを形成してセパレータの熱溶着を行なう。このヒートシールによるそれぞれの溶着部の寸法は長さ方向で５ｍｍ、幅方向で１ｍｍ程度が望ましい。
図４は本発明の積層型二次電池の製造方法におけるセパレータを切断する工程を示す斜視図である。セパレータの熱溶着を行なった後、正極板の側辺部に沿って形成された溶着部１ａと平行にセパレータをカッター３により切断し、正極板入り袋状セパレータを形成する。
上述のように作製された正極板入り袋状セパレータと所定の寸法に打ち抜かれた負極板を交互に端子部が対向辺から引き出されるように積層した後、正極板および負極板の端子部をそれぞれ超音波または抵抗、あるいはレーザー溶接等の接続手段で接続させて電池素子とする。その後外装材に電池素子を挿入して注液を行なった後、封止して積層型二次電池とする。なお正極板と負極板の端子部が対向辺から引き出される形態で説明したが、それぞれの端子部となる電極材料未塗布部を電極材料塗布部の半分より狭い幅として、それぞれの端子部を同一辺から引き出すこともできる。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図５は本発明の積層型二次電池の製造方法における正極板入り袋状セパレータを示す平面図である。
正極板として打ち抜き後の寸法が電極材料塗布部として長さ２１９ｍｍ、幅１０９ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ、端子部となる電極材料未塗布部が長さ方向に１５ｍｍ引出されたものを用い、セパレータとしてＰＰ/ＰＥ/ＰＰの三層構造からなる厚さ２０μｍの幅４５０ｍｍのものを用いて、セパレータ上に正極板を１１２ｍｍ間隔で配置したのちセパレータを折り返して、正極板の側辺に沿ってセパレータを片側２箇所、両側で４箇所それぞれ長さ５ｍｍ、幅１ｍｍで溶着したのち切断し、正極板入り袋状セパレータを１００枚作製した。
本実施例の正極板入り袋状セパレータにおいて正極板とセパレータの位置関係について寸法測定した。図５に示すセパレータの溶着部１ａと正極板４との幅方向距離５は０．０〜０．５ｍｍであった。またセパレータの折り返し部と正極板４との長さ方向距離６は０．０〜０．５ｍｍであった。また、袋状セパレータの長さ寸法８は２２５ｍｍ、幅寸法７は１１２ｍｍであった。
(比較例)
図７は、従来の積層型二次電池の製造方法における正極板入り袋状セパレータを示す平面図である。正極板は実施例と同様のものを用いた。セパレータとしてＰＰ/ＰＥ/ＰＰの三層構造からなる厚さ２０μｍの長さ２３０ｍｍ幅１２０ｍｍのものを用いて、３辺にそれぞれ２箇所、それぞれ長さ５ｍｍ、幅１ｍｍで溶着部１ａを形成し袋状セパレータを作製した。この袋状セパレータに正極板を挿入した正極板入り袋状セパレータにの正極板とセパレータの位置関係について寸法測定した。図７に示すセパレータの溶着部１ａと正極板４との幅方向距離５は２．０〜４．０ｍｍであった。またセパレータの長さ方向の端部と正極板４との長さ方向距離６は３．０〜５．０ｍｍであった。また、袋状セパレータの長さ寸法８は２３０ｍｍ、幅寸法７は１２０ｍｍであった。
上記実施例と比較例で作製した正極板入り袋状セパレータにおけるセパレータの使用量について比較してみた。従来の袋状セパレータの寸法は長さ２３０ｍｍ、幅１２０ｍｍであり、その面積は２７６００ｍｍ2となった。本発明で作製した袋状セパレータの寸法は長さ２２５ｍｍ、幅１１２ｍｍでセレータを溶着することが可能となり、その面積は２５２００ｍｍ2となった。即ち本発明によるセパレータの使用量は比較例に対して９１．３％となり、従来の工法に対してセパレータの使用量を８．７％削減することができた。
また、従来は袋状セパレータ内に含有していた電極滑落物質について外観検査を行なったところ、３〜５％の割合でセパレータ袋内に電極滑落物質があることが判明している。本発明で作製した電池においてセパレータ内に電極滑落物質があるか確認したところ、電極滑落物質がある割合は０％であることが確認された。
本発明の積層型二次電池の製造方法におけるセパレータ上に正極板を配置する工程を示す斜視図。 本発明の積層型二次電池の製造方法におけるセパレータを折り返す工程を示す斜視図。 本発明の積層型二次電池の製造方法におけるセパレータに溶着部を形成する工程を示す斜視図。 本発明の積層型二次電池の製造方法におけるセパレータを切断する工程を示す斜視図。 本発明の積層型二次電池の製造方法における正極板入り袋状セパレータを示す平面図。 従来の積層型二次電池の製造工程を示す図、図６（ａ）は袋状セパレータを示す斜視図、図６（ｂ）は正極板入り袋状セパレータを示す斜視図。 従来の積層型二次電池の製造方法における正極板入り袋状セパレータを示す平面図。
符号の説明
１ セパレータ
１ａ 溶着部
２ ヒートシール機
３ カッター
４ 正極板
４ａ 端子部
４ｂ 底辺部
４ｃ 側辺部
５ 幅方向距離
６ 長さ方向距離
７ 幅寸法
８ 長さ寸法
９ 電極滑落物質

Claims (1)

  1. 帯状のセパレータ上に複数の矩形状の正極板を整列して配置する工程と、前記セパレータを、前記正極板を挟み込むように前記正極板の底辺部で折り返す工程と、前記正極板の側辺部に沿って前記セパレータに間欠的に溶着部を形成する工程と、前記溶着部に沿って前記セパレータを切断し正極板入り袋状セパレータを形成する工程と、前記正極板入り袋状セパレータと矩形状の負極板を積層する工程とを含むことを特徴とする積層型二次電池の製造方法。
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