(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の一部に正極合剤が塗工された正極箔と、表面の一部に負極合剤が塗工された負極箔とをセパレータを介して、前記正極合剤及び負極合剤が塗工された部位が重なるように積層した状態で、前記正極合剤又は負極合剤が塗工されていない部位である合剤の未塗工部が互いに反対向きに突出するように捲回することにより形成される電極体を具備する電池を製造する方法であって、
前記電極体を捲回する際に、前記正極箔と前記負極箔との少なくとも一方における合剤の未塗工部に捲回軸心方向へ押圧力を付与してくせ付けを施すことによって、前記合剤未塗工部の前記電極体の径方向に周回の異なる複数枚を集箔する電池の製造方法。
【請求項２】
前記電極体の捲回軸に対して進退移動可能に構成されるくせ付けロールを用いて、
前記くせ付けロールを進退移動させつつ前記合剤未塗工部を押圧することによって、前記合剤未塗工部の集箔が周期的に行われるようにくせ付けを施す請求項１に記載の電池の製造方法。
【請求項３】
前記くせ付けロールは、前記電極体の捲回に伴う径方向の厚みの変化及び前記くせ付けの周期に応じて進退移動する請求項２に記載の電池の製造方法。
【請求項４】
前記くせ付けロールは、前記捲回軸に対して近接した位置に配置され、捲回途中の前記電極体を直接押圧可能である請求項２又は３に記載の電池の製造方法。
【請求項５】
前記くせ付けロールは、前記合剤未塗工部の先端側を底面とする円錐形状を有する請求項２〜４の何れか一項に記載の電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の製造方法に関し、より詳細には捲回体として形成される電極体を含む電池を製造する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、円筒型に構成されるリチウム二次電池等の電池は、円筒状の外装と、正極箔、負極箔、及びセパレータを積層状態で捲回して円筒状に形成される電極体とを具備する。電極体は、外装内に収容された状態で電解液を含浸させることによって、電池の充放電要素として機能する。
外装の外周には、電極端子が設けられる。電極端子は、集電板、リード端子等を介して電極体と接続されており、電池内部（電極体）と外部とを電気的に接続する経路である。
【０００３】
電極体を構成する正極箔及び負極箔の一部には、それぞれ電極合剤が塗工されており、正極箔と負極箔とは、各箔の塗工部分がセパレータを介して重なるように捲回されるとともに、各箔の未塗工部分が互いに反対向きに突出するように捲回される。つまり、正極箔及び負極箔の未塗工部は、捲回面から両側に向けて突出するように配置されているとともに、電極体の径方向に周回の異なる未塗工部が複数配置されている。
上記のように捲回面から突出した状態の未塗工部は、電極体の集電部として機能し、係る部位において集電板と接合される。
【０００４】
正極箔及び負極箔は薄い金属箔であることにより、これら正極箔又は負極箔と集電板との接合面積は小さくなることが知られている。このため、集電部と集電板との接合については円筒型電池における大きな課題となっている。
例えば、特許文献１には、集電部の束を収容可能な凹部を複数有する集電板を用いて、電極体を外装内に収容し、前記集電板を電極体の上方から接触させた状態で、集電板と電極体とを溶接接合する構成が開示されている。このように、集電板を正極箔又は負極箔の未塗工部の束に接触させることで、重力を利用して当該未塗工部を集電板の凹部内に集箔することが可能となる。そして、複数の未塗工部を束ねた状態で接合することにより、接合面積を大きくすることができ、強度を担保できる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示される技術では、電極体を捲回した後に集電部に外力を付与して変形を加えるため、変形時に箔が損傷する虞がある。例えば、集電部の突出量、間隔等にばらつきが生じた場合、箔に無理な負荷がかかって破れる、若しくは、集電部を折り曲げて短絡の原因となる等の不具合が生じる可能性があり、製品の品質保証の点で劣る。
【特許文献１】特開２００８−２５８１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、容易、かつ、高品質に集電部にくせ付けを施して集箔できる電池の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一態様である電池の製造方法は、表面の一部に正極合剤が塗工された正極箔と、表面の一部に負極合剤が塗工された負極箔とをセパレータを介して、前記正極合剤及び負極合剤が塗工された部位が重なるように積層した状態で、前記正極合剤又は負極合剤が塗工されていない部位である合剤の未塗工部が互いに反対向きに突出するように捲回することにより形成される電極体を具備する電池を製造する方法であって、前記電極体を捲回する際に、前記正極箔と前記負極箔との少なくとも一方における合剤の未塗工部にくせ付けを施すことによって、前記合剤未塗工部の前記電極体の径方向に周回の異なる複数枚を集箔する。
【０００８】
前記電池の製造方法においては、前記電極体の捲回軸に対して進退移動可能に構成されるくせ付けロールを用いて、前記くせ付けロールを進退移動させつつ前記合剤未塗工部を押圧することによって、前記合剤未塗工部の集箔が周期的に行われるようにくせ付けを施すことが好ましい。
【０００９】
前記くせ付けロールは、前記電極体の捲回に伴う径方向の厚みの変化及び前記くせ付けの周期に応じて進退移動することが好ましい。
【００１０】
前記くせ付けロールは、前記捲回軸に対して近接した位置に配置され、捲回途中の前記電極体を直接押圧可能であることが好ましい。
【００１１】
前記くせ付けロールは、前記合剤未塗工部の先端側を底面とする円錐形状を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電池の製造方法によれば、容易、かつ、高品質に集電部にくせ付けを施して集箔できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の電池の製造方法によって製造される電池を示す模式図である。
【図２】電池に含まれる電極体を示す図であり、（ａ）は電極体の斜視図を示し、（ｂ）は電極体の断面図を示す。
【図３】電極体に接続される集電板を示す斜視図である。
【図４】集電板の構成を示す図であり、（ａ）は平面図を示し、（ｂ）はＡ−Ａ線端面拡大図を示す。
【図５】電極体の集電部と集電板との接合形態を示す図である。
【図６】電極体を構成する電極要素の捲回工程を示す図である。
【図７】くせ付けロールによる押圧を示す図である。
【図８】集電部に施されるくせ付けの一実施形態を示す図である。
【図９】くせ付けロールの移動制御を示すマップである。
【図１０】くせ付けロールの一実施形態を示す図である。
【図１１】くせ付けロールの別実施形態を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下では、図１〜図３を参照して、電池１０について説明する。電池１０は、例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の二次電池に構成される。
図１に示すように、電池１０は、円筒型の電池であり、円筒状の外装２０、外装２０内に収容される電極体３０を具備する。電極体３０は、外部との電気的な接続経路である正極端子４１及び負極端子４２と電気的に接続される。
【００１５】
外装２０は、アルミニウム等の金属製の円筒状容器であり、その内部に電極体３０を収容する。外装２０の一端部には、正極端子４１が外方に向けて突出して設けられ、他端部には、負極端子４２が設けられている。
【００１６】
図２に示すように、電極体３０は、正極箔３１及び負極箔３２を、セパレータ３３を介して積層し、巻芯３４を中心軸として複数回捲回することによって形成される円筒状の捲回体である。
正極箔３１は、アルミニウム等の金属製の集電箔であり、表面の一部に活物質を含む電極材料である正極合剤が塗工されている。負極箔３２は、銅等の金属製の集電箔であり、表面の一部に活物質を含む電極材料である負極合剤が塗工されている。セパレータ３３は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン等からなる多孔性薄膜であり、正極箔３１と負極箔３２との間に介装され、これらの直接的な接触を防止する。
また、巻芯３４は、ポリプロピレン等の絶縁性を有する樹脂製の部材である。巻芯３４は、棒形状を有し、電極体３０を捲回する際に捲回軸として用いられる。
【００１７】
図２（ｂ）に示すように、正極箔３１と負極箔３２とは、セパレータ３３を介して前記合剤が塗工された部位が重なるように捲回されるとともに、前記合剤が塗工されていない部位である合剤未塗工部３５・３６が互いに反対向きに突出するように捲回される。電極体３０の軸方向一端部（図２（ｂ）における上端部）には、径方向に周回の異なる合剤未塗工部３５が複数配置され、軸方向他端部（図２（ｂ）における下端部）には、径方向に周回の異なる合剤未塗工部３６が複数配置されている。
合剤未塗工部３５・３６は、各集電箔３１・３２の集電部として機能する部位であり、集電板３７・３８と接合される（図３参照）。集電板３７・３８は、図示せぬリード端子等を介して、各端子４１・４２と接続されている。このようにして、電極体３０と各端子４１・４２とが電気的に接続され、各端子４１・４２が電池１０の外部との電気的な接続経路として機能する。
【００１８】
以下では、図３〜図５を参照して、集電板３７・３８の構成及び集電板３７・３８と合剤未塗工部３５・３６との接合形態について説明する。なお、集電板３７・３８の構成は同一であるため、正極側の合剤未塗工部３５と接合される集電板３７について詳細に説明し、負極側の合剤未塗工部３６と接合される集電板３８の詳細な説明及び集電板３８と合剤未塗工部３６との接合形態についての詳細な説明は省略する。
【００１９】
図３及び図４（ａ）に示すように、集電板３７は、直線状に延びる金属製の部材であり、貫通孔３７ａ及び複数の（図示においては中央部分から一方向側に三つ、その反対方向側に三つ）孔部３７ｂ・３７ｂ・・・を具備する。
貫通孔３７ａは、巻芯３４が貫通可能な径を有する孔であり、集電板３７の中央部に配置される。つまり、孔部３７ｂ・・・は、貫通孔３７ａを中心として対称に配置されている。
【００２０】
孔部３７ｂは、図４（ｂ）に示すように、直線状に開口するスリット部３７ｃ、スリット部３７ｃを形成する挟持部３７ｄ・３７ｄを含む。
スリット部３７ｃは、所定の間隔に形成される開口であり、集電板３７の延在方向と直交する方向に直線状に形成される（図４（ａ）参照）。
挟持部３７ｄ・３７ｄは、集電板３７の厚み方向一側（図示において下側）に向けて延出され、端部において延出方向と反対側（図示において上側）に向けて曲げられる形状を有する。つまり、各挟持部３７ｄは、基端部及び中途部の二箇所にて曲げ加工を施すことによって形成される。
これにより、挟持部３７ｄ・３７ｄ間に挿入される部材の厚みがスリット部３７ｃの幅よりも大きい場合に挟持部３７ｄ・３７ｄに外力が加わって弾性変形が生じ、係る弾性変形に伴ってスリット部３７ｃに挿入される部材に挟持力が付与される。
【００２１】
図５に示すように、合剤未塗工部３５の径方向に周回の異なる複数枚を一つの束３５ａとして集箔することによって形成し、このようにして複数個形成される各束３５ａを各スリット部３７ｃの内部に挿入する。挟持部３７ｄ・３７ｄは、スリット部３７ｃ内に挿入された合剤未塗工部３５の束３５ａに挟持力を付与し、集箔された合剤未塗工部３５を密着する。
【００２２】
このようにスリット部３７ｃ内に合剤未塗工部３５を挿入した状態で、つまり孔部３７ｂ・３７ｂ・・・内に合剤未塗工部３５を嵌入した状態で、合剤未塗工部３５を集電板３７に接合する。ここでの接合は、例えばレーザ溶接、ろう付け等によって適宜行われる。
以上のように、複数の束３５ａ・３５ａ・・・に集箔された合剤未塗工部３５は、スリット部３７ｃ内に挿入されることでさらに密着し、各周回間の隙間がない状態で孔部３７ｂ・３７ｂ・・・に接合される。
【００２３】
なお、集電板３７と合剤未塗工部３５との接合箇所となる集電板３７の孔部３７ｂ・３７ｂ・・・の個数は、本実施形態の六つに限定されることはなく、接合時の工数、電極体３０との接合形態等を考慮して設定可能である。
例えば、孔部３７ｂの個数が少ない場合は、接合工数を削減して作業効率を向上でき、孔部３７ｂの個数が多い場合は、電極体３０と集電板３７との接合品質を向上できる。
また、集電板３７に設けられる孔部３７ｂのスリット部３７ｃの幅は、合剤未塗工部３５の厚み等を考慮して設定される。
【００２４】
以上のように、電極体３０の集電部である合剤未塗工部３５は、複数の束３５ａ・３５ａ・・・に集箔された状態で集電板３７と接合されている。つまり、電極体３０に対して合剤未塗工部３５を複数の束３５ａ・３５ａ・・・に集箔する工程が必要である。
従来の電池の製造方法では、電極体を捲回した後に集箔する工程が行われていた。しかしながら、捲回後の集箔では、集電箔を傷付ける、又は破損する等の不具合が生じる虞があり、高精度での集箔作業が必要であった。
【００２５】
従来の電池の製造方法に対して、本実施形態では、電極体３０を捲回すると同時に集箔を行う捲回工程を具備する電池の製造方法を提供する。
以下では、図６〜図９を参照して、電池１０を製造する製造工程について説明する。
電池１０の製造工程は、電極体３０を構成する電極要素である正極箔３１、負極箔３２、及び、セパレータ３３を積層しつつ、巻芯３４を中心として捲回して電極体３０を形成する捲回工程、及び、捲回工程にて形成された電極体３０を外装２０内に収容し、電池１０を組み立てる組立工程等の適宜の下工程を含む。
【００２６】
本実施形態の捲回工程では、図６に示すように、巻芯３４側（捲回中心側）から正極箔３１、セパレータ３３、負極箔３２、セパレータ３３の順に配置し、正極箔３１、負極箔３２、及びセパレータ３３・３３の端部を巻芯３４の外周面に固定する。そして、巻芯３４を回転することで、前記固定箇所を各電極要素の積層始点とし、巻芯３４を中心軸として捲回された電極体３０が形成される。
このとき、正極箔３１及び負極箔３２の合剤未塗工部３５・３６が互いに反対方向に突出した状態を保ちつつ捲回されるように、各電極要素３１・３２・３３の軸方向における位置が調整される。なお、合剤未塗工部３５・３６が巻芯３４の軸方向反対側に突出するように捲回される。
【００２７】
図７及び図８に示すように、本実施形態の捲回工程では、くせ付けロール５０・５０を用いて、巻芯３４に各電極要素３１・３２・３３を捲回すると同時に合剤未塗工部３５・３６に対してくせ付けを行い、合剤未塗工部３５・３６をそれぞれ複数の束３５ａ・３５ａ・・・、束３６ａ・３６ａ・・・に集箔する。
くせ付けロール５０は、巻芯３４に近接した位置であって、各電極要素３１・３２・３３の積層始点（巻芯３４の外周において、各電極要素３１・３２・３３が固定される箇所）の対角側に配置されている。くせ付けロール５０は、巻芯３４に対して進退移動可能であり、巻芯３４の径方向に向けて直線的に移動する。
このくせ付けロール５０の移動は、直線的に進退移動する移動装置、当該移動装置の動作を制御し、くせ付けの形態を制御する制御装置等によって制御されている。
【００２８】
くせ付けロール５０は、巻芯３４の中心に対して相対的に位置を変更することにより合剤未塗工部３５・３６の捲回軸方向中途部に接触し、巻芯３４側に（軸心方向に）押圧する。これにより、合剤未塗工部３５・３６が軸心方向に傾斜するように変形される。このように、くせ付けロール５０により合剤未塗工部３５・３６を巻芯３４側へ押圧することにより、合剤未塗工部３５・３６を軸心方向に加圧し、所定の傾斜形状となるように変形させることを、「合剤未塗工部３５・３６に対するくせ付け」という。
図８に示すように、合剤未塗工部３５・３６は、くせ付けロール５０によってくせ付けが行われ複数の束３５ａ・３５ａ・・・、３６ａ・３６ａ・・・に集箔される。詳細には、合剤未塗工部３５・３６は、捲回内側から数えて複数周回ごとの一群（図示においては、五周ごとの一群）にまとめられて、群ごとに間隔を空けた状態で複数群に集箔される。言い換えれば、くせ付けロール５０を巻芯３４に対して進退移動させつつ合剤未塗工部３５・３６を押圧することによって、合剤未塗工部３５・３６の集箔が周期的に行われるくせ付けが施され、その結果、合剤未塗工部３５・３６には一定周期を有する複数の集箔部（束３５ａ・３５ａ・・・、及び束３６ａ・３６ａ・・・）が形成される。
【００２９】
なお、合剤未塗工部３５・３６に形成される集箔部（束３５ａ・３５ａ・・・、及び束３６ａ・３６ａ・・・）の形態（個数、形状等）は、集電板３７・３８との接合時の安定性等を考慮し、集電板３７・３８に設けられる孔部の個数、形状等の接合形態に応じて決定されることが好ましい。
【００３０】
各電極要素３１・３２・３３が捲回される際のくせ付けロール５０の巻芯３４に対する移動は、上記のように合剤未塗工部３５・３６に対して所望のくせ付けが行われるように制御されている。
このとき、各電極要素３１・３２・３３が捲回されるにつれて、これらの捲回体である電極体３０の径が大きくなる（図９に破線で示す曲線）。これに対して、合剤未塗工部３５・３６が所望の集箔形態を満足するように、くせ付けロール５０を合剤未塗工部３５・３６に接触・押圧させる必要がある（図９に鎖線で示す曲線）。
【００３１】
以上のことより、図９に示すように、くせ付けロール５０の移動制御は、電極体３０の巻き太りを考慮して設定されている（図９に実線で示す曲線）。つまり、くせ付けロール５０の位置は、くせ付けロール５０と対面する巻芯３４の外周面をゼロ点とし、そのゼロ点からの距離（ａ）を制御する場合に、距離（ａ）が巻き取りに伴う厚みの時間変化（捲回体外周面と巻芯３４との距離の時間変化）、及び、くせ付けの周期に関する時間変化を合成した関数を満たすように制御される。
【００３２】
以上のように、本実施形態の捲回工程では、正極箔３１、負極箔３２、セパレータ３３・３３を積層状態で捲回すると同時に、合剤未塗工部３５・３６の集箔を行っている。
これにより、捲回後に集箔する工程が不要となり、集電箔の製造誤差、捲回誤差等に左右されない集箔が可能となる。
従って、集電部である合剤未塗工部３５・３６に対して容易、かつ、高品質にくせ付けを施して集箔することが可能となる。
【００３３】
さらに、くせ付けロール５０は、電極体３０の巻芯３４への巻き取り厚みの変化に応じて、巻芯３４との距離（ａ）が近接／離間するように制御される。
これにより、合剤未塗工部３５・３６のくせの大きさを高精度に制御でき、所望のくせ付け形態を容易に得ることができる。
従って、合剤未塗工部３５・３６と集電板３７・３８との接合品質を向上でき、電池１０の製品品質を担保できる。
【００３４】
また、くせ付けロール５０は、巻芯３４の外周面をゼロ点とし、当該ゼロ点から径方向に向けて進退移動する。つまり、くせ付けロール５０は、巻芯３４に近接した位置に配置されており、捲回中の合剤未塗工部３５・３６を直接押圧し、変形させることが可能である。
これによれば、くせ付けロール５０により集箔部の一群に含まれる部位に対して、複数周回に亘って同一箇所にて押圧する状態が連続するため、一群の内側に位置する合剤未塗工部３５・３６を確実に押圧することができ、くせ付けの精度を向上できる。
【００３５】
くせ付けロール５０の配置の別形態として、巻芯３４に近接した位置ではなく、巻芯３４に到達する前に各電極要素３１・３２の合剤未塗工部３５・３６にくせ付けロール５０を接触させることも可能であり、係る場合には、軸心側とその反対側との両方向へのくせ付けが可能となる利点がある。
【００３６】
図１０に示すように、くせ付けロール５０は、合剤未塗工部３５・３６の先端部を底面とする円錐形状を有する。つまり、くせ付けロール５０は、合剤未塗工部３５・３６の基端部から先端部に向けて大径となる円錐形状（又は円錐台形状）に形成されており、合剤未塗工部３５・３６の先端部側にかかる軸心方向の押圧力が、基端部にかかる押圧力よりも大きくなるように構成される。
これによれば、合剤未塗工部３５・３６を自然な傾斜形状に変形することができ、正極箔３１及び負極箔３２の合剤塗工部に加わる外力を最小限に留めることができる。従って、電極体３０の集電部を精度良く集箔できる。
【００３７】
また、くせ付けロール５０の形状の別形態としては、図１１に示すように、製造の容易性等を考慮し、球形状（図１１（ａ）参照）、円柱形状（図１１（ｂ）参照）としても良く、捲回時に合剤未塗工部３５・３６に対して径方向の押圧力を付与できる形態であれば適用可能である。
【００３８】
なお、本実施形態では、工程内での手間等を考慮して、長尺物として形成される正極箔３１、負極箔３２、及びセパレータ３３・３３を積層しつつ、巻芯３４に捲回する一工程としているが、正極箔３１、負極箔３２、セパレータ３３・３３を同様に積層し、積層体を形成する工程と、前記積層体を一体的に巻芯３４に捲回する工程とを含む複数の工程としても良く、係る場合には積層時の精度を向上できる。
また、くせ付けロール５０を巻芯３４より上流側に配置しても良く、係る場合には、巻芯３４の軸心方向とその反対方向の両方向にくせ付けを施すことが可能となり、所望のくせ付けを容易に実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、円筒型の電池を製造する方法に適用可能であり、特に電極体の集電部を高精度にくせ付けし、集箔する技術に適している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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