(57)【要約】【課題】電極組立体のケースへの挿入を容易としながらも、生産性を向上させ、かつ容量や出力性能の低下を防止することができる蓄電装置及びその製造方法を提供すること。【解決手段】二次電池１０は、収容部Ｓを有する本体部材１３と、本体部材１３の開口を閉塞する蓋部材１４と、収容部Ｓに収容された電極組立体１２を有する。電極組立体１２の底側端面１２ａは、電解液の一成分であるエチレンカーボネートを常温固形化したカバー３０で覆われている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースに収容された蓄電要素としての電極組立体を備える蓄電装置の製造方法であって、
前記電極組立体において、少なくとも前記ケースへの挿入側端部を、電解液成分を常温固形化したカバーで覆い、
該電極組立体を前記カバー側から、前記ケースに挿入することを特徴とする蓄電装置の製造方法。
【請求項２】
前記電極組立体を収容した前記ケースに電解液組成物を注入する工程をさらに備えており、前記電解液組成物は、前記蓄電装置に収容される電解液の全成分量から前記カバーを構成する前記電解液成分の成分量だけ差し引いた量である請求項１に記載の蓄電装置の製造方法。
【請求項３】
蓄電装置のケースに収容される蓄電要素としての電極組立体であって、
前記電極組立体における少なくとも前記ケースの底部側の端部が、電解液成分を常温固形化したカバーで覆われていることを特徴とする電極組立体。
【請求項４】
前記電解液成分は、エチレンカーボネートである請求項３に記載の電極組立体。
【請求項５】
前記蓄電装置は、二次電池である請求項３又は請求項４に記載の電極組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケースに収容された蓄電要素としての電極組立体を備える蓄電装置の製造方法、及び電極組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）やＰＨＶ（Ｐｌｕｇ  ｉｎ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの車両には、走行用モータへの供給電力を蓄える蓄電装置としての二次電池が搭載されている。二次電池は、例えば両面に活物質層が形成された正極及び負極の電極シートを有し、これらがセパレータを間に挟んだ状態で積層された蓄電要素としての電極組立体を有し、この電極組立体はケース内に収容されている。なお、ケースは、一般に、内側に収容部を備える本体部材と、本体部材の開口を閉塞する蓋部材とからなる。また、電極組立体の表面は、絶縁フィルムで覆われ、この絶縁フィルムによって電極組立体とケースとの絶縁が図られている。
【０００３】
しかし、二次電池の大容量化が要求され、電極組立体が可能な限り大きくされているため、電極組立体における絶縁フィルムと、本体部材との間には寸法的な隙間がほとんどない。よって、電極組立体を本体部材の収容部に挿入するとき、本体部材の開口端部に電極組立体の挿入側端部が接触して、絶縁シートや電極シートが損傷を受けてしまったり、めくれて電極シート間の距離が広がったりしてしまう。
【０００４】
そこで、電極組立体の本体部材への挿入性を改善した二次電池として、例えば特許文献１が挙げられる。図７に示すように、特許文献１の非水電解質二次電池８０は、外装缶８１と、この外装缶８１内に挿入される電極体８２と、外装缶８１の開口部を閉塞する封口体８３と、を有する。そして、電極体８２を外装缶８１に挿入する際、電極体８２において外装缶８１に最初に挿入される側の端部を、押し込みガイド板８４で包み込んだ状態で電極体８２を外装缶８１に挿入する。なお、電極体８２と押し込みガイド板８４との間には絶縁材８５が介装されている。その結果、押し込みガイド板８４によって電極体８２の挿入側端部が保護され、電極体８２の挿入性が改善され、電極体８２が損傷を受けたりすることが防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１２０８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１においては、電極体８２を外装缶８１に挿入した後、押し込みガイド板８４は外装缶８１内から抜き取られるか、外装缶８１内に残されたままとされている。押し込みガイド板８４が外装缶８１内から抜き取られる場合、電極体８２が邪魔になり、その抜き取り作業が非常に行いにくく、しかも、非水電解質二次電池８０の製造工程に抜き取り工程が増えてしまい、生産性が悪い。
【０００７】
一方、押し込みガイド板８４を外装缶８１内に残した場合には、押し込みガイド板８４の配設された空間が電気的性能に関与しない部品用の空間、すなわちデッドスペースとなってしまい、デッドスペースがある分だけ非水電解質二次電池８０の容量や出力性能が低下してしまう。
【０００８】
本発明は、電極組立体のケースへの挿入を容易としながらも、生産性を向上させ、かつ容量や出力性能の低下を防止することができる蓄電装置の製造方法及び電極組立体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ケースに収容された蓄電要素としての電極組立体を備える蓄電装置の製造方法であって、前記電極組立体において、少なくとも前記ケースへの挿入側端部を、電解液成分を常温固形化したカバーで覆い、該電極組立体を前記カバー側から、前記ケースに挿入することを要旨とする。
【００１０】
これによれば、電極組立体において、ケースに最初に挿入される端部（挿入側端部）が、カバーによって保護されている。このため、電極組立体をケースに挿入するとき、カバーによって電極組立体の挿入側端部がケースに直接接触することが防止され、電極組立体が損傷を受けることを防止できる。したがって、電極組立体のケースへの挿入が容易となる。
【００１１】
また、カバーは、電解液成分を常温固形化したものであるため、常温より高い温度に曝される、あるいは電解液組成物を構成する溶媒、例えばより低温な溶媒との混合により融解する。このため、電極組立体をケースに収容した後は、カバーは融解して無くなり、電解液組成物と混ざり合って電解液の一部を構成する。したがって、電極組立体の挿入後、カバーをケースから抜き取る工程を必要としないため、背景技術のように押し込みガイド板の抜き取り工程を必要とした場合と比べると、蓄電装置の生産性を向上させることができる。
【００１２】
また、前記電極組立体を収容した前記ケースに電解液組成物を注入する工程をさらに備えており、前記電解液組成物は、前記蓄電装置に収容される電解液の全成分量から前記カバーを構成する前記電解液成分の成分量だけ差し引いた量である。
【００１３】
これによれば、カバーは、融解した後は電解液成分として電解液組成物と混ざり合い、ケース内の電解液を所定の組成にすることができる。
請求項３に記載の発明は、蓄電装置のケースに収容される蓄電要素としての電極組立体であって、前記電極組立体における少なくとも前記ケースの底部側の端部が、電解液成分を常温固形化したカバーで覆われていることを要旨とする。
【００１４】
これによれば、電極組立体におけるケースの底部側の端部は、電極組立体をケースに挿入する際に、ケースに最初に挿入される端部（挿入側端部）である。そして、電極組立体において、その挿入側端部がカバーによって保護されている。このため、電極組立体をケースに挿入するとき、カバーによって電極組立体の挿入側端部がケースに直接接触することが防止され、電極組立体が損傷を受けることを防止できる。したがって、電極組立体のケースへの挿入が容易となる。
【００１５】
また、カバーは、電解液成分を常温で固形化したものであるため、常温より高い温度に曝される、あるいは電解液組成物を構成する溶媒、例えば、より低融点な溶媒との混合により融解する。このため、電極組立体をケースに収容した後は、カバーは融解して無くなり、電解液組成物と混ざり合って電解液を構成する。したがって、電極組立体の挿入後、カバーをケースから抜き取る工程を必要としないため、背景技術のように押し込みガイド板の抜き取り工程を必要とした場合と比べると、蓄電装置の生産性を向上させることができる。
【００１６】
また、カバーが融解することにより、電極組立体の挿入当初に、ケース内でカバーが占めていた空間は、電解液を収容するための空間として利用される。したがって、カバーが占めていた空間は、蓄電装置の電気的性能に関与する空間として利用されることになり、デッドスペースとなることはない。よって、カバーを用いて電極組立体の挿入性を良好にしながらも、蓄電装置の容量や出力性能の低下を防止することができる。
【００１７】
また、前記電解液成分は、エチレンカーボネートであってもよい。
これによれば、エチレンカーボネートの融点は、常温よりわずかに高いため、常温でのカバーのハンドリングを可能としつつ、電解液組成物を構成する溶媒との混合により、カバーを確実に融解させ、電解液の全成分量を所定量にすることができる。
【００１８】
前記蓄電装置は、二次電池である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電極組立体のケースへの挿入を容易としながらも、生産性を向上させ、かつ容量や出力性能の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】二次電池の分解斜視図。
【図２】二次電池の外観を示す斜視図。
【図３】電極組立体を本体部材に挿入する状態を示す斜視図。
【図４】二次電池内を示す図２の４−４線断面図。
【図５】二次電池内を示す図２の５−５線断面図。
【図６】（ａ）及び（ｂ）はカバーの別例を示す斜視図。
【図７】背景技術を示す分解斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を具体化した実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
図１及び図４に示すように、蓄電装置としての二次電池１０は、ケース１１に蓄電要素としての電極組立体１２が収容されている。ケース１１は、開口を有する直方体状の本体部材１３と、矩形平板状の蓋部材１４とからなる。本体部材１３は、矩形平板状の底部１３ａと、この底部１３ａの側縁から立設された四角筒状の周壁１３ｂと、を有している。そして、本体部材１３内には、底部１３ａと周壁１３ｂによって収容部Ｓが設けられている。
【００２２】
蓋部材１４は、本体部材１３の開口を閉塞する。また、蓋部材１４には注液孔１４ａが形成され、注液孔１４ａは栓１４ｂで密封されている。注液孔１４ａは、電解液の成分である電解液組成物２１を収容部Ｓに注入した後、栓１４ｂで密封される。ケース１１を構成する本体部材１３と蓋部材１４は、何れも金属製（例えば、ステンレスやアルミニウム）である。また、本実施形態の二次電池１０は、その外観が角型をなす角型電池である。また、本実施形態の二次電池１０は、リチウムイオン電池である。
【００２３】
電極組立体１２には、当該電極組立体１２から電気を取り出すための正極端子１５と負極端子１６が電気的に接続されている。そして、正極端子１５及び負極端子１６は、蓋部材１４を貫通してケース１１外に突出するとともに、正極端子１５及び負極端子１６には、ケース１１から絶縁するためのリング状の絶縁リング１７ａがそれぞれ取り付けられている。
【００２４】
電極組立体１２は、正極シート１８と、負極シート１９と、正極シート１８と負極シート１９の間を絶縁するセパレータ２０と、を有する。そして、電極組立体１２は、複数枚の正極シート１８と複数枚の負極シート１９との間にセパレータ２０を介在させて交互に積層して構成される。正極シート１８及び負極シート１９は、図示しない活物質層を両面に有する矩形状の金属箔で構成され、金属箔からはタブ１８ａ，１９ａが突出するように設けられている。正極シート１８のタブ１８ａには正極用導電部材１８ｂが溶接で接続され、負極シート１９のタブ１９ａには負極用導電部材１９ｂが溶接で接続されている。正極用導電部材１８ｂは、正極端子１５と一体に形成され、負極用導電部材１９ｂは、負極端子１６と一体に形成されている。
【００２５】
電極組立体１２において、正極シート１８及び負極シート１９の積層方向を短手方向とし、この短手方向に直交し、かつ正極シート１８及び負極シート１９の長手方向を、電極組立体１２の長手方向とする。また、図４及び図５に示すように、電極組立体１２において、タブ１８ａ，１９ａが設けられた側と反対側の端面であり、本体部材１３の底部１３ａ側を底側端面１２ａとし、電極組立体１２の短手方向に対向する一対の端面を第１端面１２ｂとする。さらに、電極組立体１２の長手方向に対向する一対の端面を第２端面１２ｃとする。
【００２６】
電極組立体１２は、四角箱状に組立てられた絶縁シート２７によって、底側端面１２ａ、両第１端面１２ｂ、及び両第２端面１２ｃが覆われている。絶縁シート２７は、タブ１８ａ，１９ａ、正極用導電部材１８ｂ、負極用導電部材１９ｂを絶縁シート２７外に突出させる開口部２７ａを有する。絶縁シート２７において、電極組立体１２の短手方向に対向し、かつ両第１端面１２ｂに対向する二つの側壁２７ｂには、開口部２７ａを跨ぐ粘着テープ２８が貼着されている。この粘着テープ２８によって、絶縁シート２７の四角箱状が維持されるとともに、絶縁シート２７が電極組立体１２に組み付けられている。
【００２７】
電極組立体１２は、カバー３０によって両第１端面１２ｂ及び底側端面１２ａが絶縁シート２７を介して覆われている。カバー３０は、矩形状の底板３１と、この底板３１の長手方向に延びる一対の側縁から立設された側板３２と、を有する。カバー３０は、電解液の一成分（電解液成分）であるエチレンカーボネートを常温固形化して形成されている。エチレンカーボネートは、融点が３７〜３９℃であり、３９℃以上で、融解し液状に相変化する。カバー３０は、３９℃以上に加熱して液状としたエチレンカーボネートを、カバー３０成形用の型に流し込み、３７℃より低温に冷却することで製造されている。カバー３０が固形状で収容部Ｓ内に配置されている状態では、収容部Ｓに収容された電解液組成物２１の成分量と、カバー３０の製造に使用されたエチレンカーボネートの成分量との和が、カバー３０の融解後に収容部Ｓ内に存在する電解液の全成分量となっている。よって、電解液は、融解したエチレンカーボネートと、電解液組成物２１とが混合して調整される。
【００２８】
底板３１の長手方向への長さは、底側端面１２ａ（電極組立体１２）の長手方向への長さより長く、底板３１の短手方向への長さは、底側端面１２ａ（電極組立体１２）の短手方向への長さより長く設定されている。また、側板３２の長手方向への長さは、電極組立体１２の長手方向への長さより長く、側板３２において、底板３１からの立設方向への長さは、電極組立体１２の底側端面１２ａからタブ１８ａ，１９ａの突設された端縁までの長さより長く設定されている。そして、電極組立体１２は絶縁シート２７を介して底側端面１２ａ全体が底板３１によって覆われるとともに、絶縁シート２７を介して両第１端面１２ｂ全体が側板３２によって覆われている。
【００２９】
そして、カバー３０は、本体部材１３の底部１３ａ上に支持されるとともに、電極組立体１２は、カバー３０の底板３１上に絶縁シート２７を介して支持されている。さらに、電極組立体１２の第１端面１２ｂと、周壁１３ｂの内面との間には、絶縁シート２７及び側板３２が介在されている。なお、電極組立体１２の第２端面１２ｃと、周壁１３ｂの内面との間には、絶縁シート２７だけが介在されている。また、電極組立体１２は電解液組成物２１に浸されている。
【００３０】
次に、二次電池１０の製造方法を作用とともに説明する。
図３に示すように、カバー３０によって電極組立体１２の底側端面１２ａ及び第１端面１２ｂが覆われた状態で、電極組立体１２を底側端面１２ａ側から収容部Ｓに挿入する。よって、本実施形態では、電極組立体１２の底側端面１２ａ側の端部が、収容部Ｓに最初に挿入される端部（挿入側端部）となる。電極組立体１２を本体部材１３の開口から収容部Ｓに挿入するとき、カバー３０によって、底側端面１２ａ及び第１端面１２ｂを覆う絶縁シート２７が周壁１３ｂの開口端に直接接触することが防止される。
【００３１】
そして、そのまま電極組立体１２を収容部Ｓに収容する。このときも、側板３２が周壁１３ｂの内面に摺接して、電極組立体１２を覆う絶縁シート２７が周壁１３ｂの内面に摺接することが防止される。そして、カバー３０の底板３１が、本体部材１３の底部１３ａに支持され、電極組立体１２が収容部Ｓに収容されたら、蓋部材１４を本体部材１３における周壁１３ｂの開口端に接合して、蓋部材１４によって本体部材１３の開口を閉塞する。次に、注液孔１４ａから収容部Ｓに電解液組成物２１を注入する。このとき、電解液組成物２１は、カバー３０が融解すると、電解液の一成分を構成することを考慮した量とする。すなわち、注入する電解液組成物２１の成分量は、カバー３０が融解して電解液を構成したときの電解液の全成分量（二次電池１０に収容される電解液の全成分量）から、カバー３０を形成しているエチレンカーボネートの成分量を差し引いた量である。そして、注液孔１４ａから電解液組成物２１が注入されたら、注液孔１４ａを栓１４ｂで封止すると、二次電池１０が組立てられる。
【００３２】
二次電池１０の組立て後は、二次電池１０を所定時間保存するエージング処理を行う。このエージング処理中、カバー３０が３９℃以上になる、あるいは電解液組成物２１を構成する溶媒（エチルメチルカーボネート及びジメチルカーボネート）との混合により、カバー３０は融解し、電解液組成物２１に混ざり合い、最終的には電解液を構成する。したがって、電極組立体１２を収容部Ｓに収容した当初に、収容部Ｓでカバー３０が占めていた空間は電解液が収容される。
【００３３】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）電極組立体１２において、収容部Ｓに最初に挿入される端部（挿入側端部）である底側端面１２ａ側をカバー３０で覆った。このため、電極組立体１２を本体部材１３の収容部Ｓに挿入するとき、底側端面１２ａ及び第１端面１２ｂが周壁１３ｂの開口端に直接接触することが防止される。このため、電極組立体１２を覆う絶縁シート２７が破れて正極シート１８及び負極シート１９が剥がれたり、積層間隔がずれたりすることが発生せず、電極組立体１２の収容部Ｓへの挿入を容易とすることができる。
【００３４】
また、カバー３０は、エチレンカーボネートを常温で固形化したものであるため、カバー３０が周壁１３ｂの開口端に接触しても、電極組立体１２及び絶縁シート２７が損傷を受けることを防止でき、電極組立体１２の内部短絡の発生を防止できる。したがって、電極組立体１２を収容部Ｓへ挿入する際、電極組立体１２が周壁１３ｂに接触しないように丁寧に挿入する必要がなく、その挿入を容易とすることができる。
【００３５】
（２）カバー３０は、電解液の一成分であるエチレンカーボネートを常温固形化して形成されている。エチレンカーボネートは融点が３７〜３９℃であるため、二次電池１０の組立て後のエージング処理中に、カバー３０は融解して電解液を構成する。したがって、製造された二次電池１０の収容部Ｓにはカバー３０は残っておらず、収容部Ｓに二次電池１０の電気的性能に関与しない部品が残ることがない。そして、電極組立体１２の挿入当初に収容部Ｓでカバー３０が占めていた空間は、電解液を収容するための空間として利用され、電気的性能に関与することになり、カバー３０が占めていた空間がデッドスペースになることがない。よって、カバー３０を用いて収容部Ｓへの電極組立体１２の挿入を容易としながらも、二次電池１０の容量や出力性能の低下を防止することができる。
【００３６】
（３）カバー３０を、電解液の一成分であるエチレンカーボネートで形成した。エチレンカーボネートの融点は常温よりわずかに高いため、常温で固形化したカバー３０のハンドリングが可能となる。
【００３７】
（４）カバー３０は、エージング処理中に融解する。このため、電極組立体１２の活物質層が電解液と接触して膨潤しても、その膨潤がカバー３０によって妨げられることがない。
【００３８】
（５）二次電池１０の製造時、電極組立体１２の収容部Ｓへの挿入を容易とするためカバー３０を用いた。このカバー３０は、エージング処理中に融解するため、電極組立体１２を収容部Ｓに収容した後、カバー３０を収容部Ｓから取り除く工程を必要としない。よって、背景技術のように、押し込みガイド板を外装缶内から抜き取る工程を必要とする場合と比べると、二次電池１０の生産性を向上させることができる。
【００３９】
（６）電極組立体１２を本体部材１３の収容部Ｓに収容した後、電解液組成物２１が収容部Ｓに注入される。このとき、電解液組成物２１の注入量は、カバー３０が融解して電解液の一部を構成したときの量を考慮して決定される。したがって、カバー３０が融解した後は、二次電池１０には所定の組成及び成分量の電解液が収容されており、カバー３０を融解させる構成としても二次電池１０の容量及び出力性能の低下がない。
【００４０】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  実施形態では、カバー３０によって底側端面１２ａ全体及び第１端面１２ｂ全体を覆ったが、図６（ａ）に示すように、カバー３０によって、電極組立体１２の底側端面１２ａの四つ角及び第１端面１２ｂと第２端面１２ｃとの境界部を覆ってもよい。
【００４１】
また、図６（ｂ）に示すように、カバー３０によって第１端面１２ｂ全体を覆わず、底側端面１２ａと、第１端面１２ｂにおける底側端面１２ａ側のみを覆ってもよい。すなわち、カバー３０は、電極組立体１２を収容部Ｓに挿入する際、電極組立体１２の少なくとも挿入側端部を覆って保護できれば、その形状は適宜変更してもよい。例えば、電極組立体１２全体をカバー３０で覆ってもよい。
【００４２】
○  実施形態では、カバー３０を電解液の成分の一つであるエチレンカーボネートで製造したが、その他の成分で製造してもよい。その他の成分としては、例えば、スルホラン、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）やジメチルカーボネート（ＤＭＣ）等を一成分であるいは混合して用いてもよい。
【００４３】
○  実施形態では、カバー３０が全て融解するものとしたが、カバー３０の一部が溶け残っていてもよい。
○  実施形態では、エージング処理中にカバー３０を融解させたが、二次電池１０の組立て後に、二次電池１０を加熱してカバー３０を融解させてもよい。
【００４４】
○  二次電池１０を構成する電極組立体１２は、積層型の電極組立体１２に限らず、巻回型の電極組立体１２であってもよい。
○  正極シート１８及び負極シート１９は、金属箔の片面に活物質層が存在する構造でもよい。
【００４５】
○  正極シート１８、及び負極シート１９の枚数は適宜変更してもよい。
○  ケース１１の形状は、円柱状や、楕円柱状に形成してもよい。
○  蓄電装置は、二次電池１０に限らず、例えば、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のようなキャパシタであってもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０…蓄電装置としての二次電池、１１…ケース、１２…蓄電要素としての電極組立体、１２ａ…挿入側端部としての底側端面、１３ａ…底部、２１…電解液組成物、３０…カバー。
【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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