(57)【要約】  正極３１と負極３２とがセパレータ３３，３４を介在させて捲回された二次電池である。正極３１及び負極３２は、それぞれ金属箔３１ａ，３２ａと該金属箔３１ａ，３２ａ上に形成された合剤層３１ｂ，３２ｂとを有するとともに幅方向の一側に金属箔３１ａ，３２ａが露出した箔露出部３１ｃ，３２ｃを有する。正極３１又は負極３２は、合剤層３１ｂ，３２ｂを覆う絶縁層３５を有するとともに箔露出部３１ｃ，３２ｃに隣接して箔露出部３１ｃ，３２ｃへ向けて厚さが漸次薄くなる合剤層３２ｂのテーパ部３２ｔの先端が絶縁層３５から露出する。
2017130821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とがセパレータを介在させて捲回された二次電池であって、
前記正極及び前記負極は、それぞれ金属箔と該金属箔上に形成された合剤層とを有するとともに幅方向の一側に前記金属箔が露出した箔露出部を有し、
前記正極又は前記負極は、前記合剤層を覆う絶縁層を有するとともに前記箔露出部に隣接して前記箔露出部へ向けて厚さが漸次薄くなる前記合剤層のテーパ部の先端が前記絶縁層から露出することを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記合剤層及び前記絶縁層は、前記金属箔の表裏に形成され、
前記テーパ部の先端は、前記金属箔の表裏で前記絶縁層から露出することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記合剤層及び前記絶縁層は、前記金属箔の表裏に形成され、
前記テーパ部の先端は、前記金属箔の表裏のいずれか一方で前記絶縁層から露出することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項４】
前記負極が前記絶縁層を有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の二次電池。
【請求項５】
前記正極の前記合剤層は、前記正極と前記負極との積層方向において前記絶縁層に対向する範囲内に設けられることを特徴とする請求項４に記載の二次電池。
【請求項６】
前記正極の前記合剤層は、前記積層方向において前記絶縁層を介して前記負極の前記テーパ部の一部に対向することを特徴とする請求項５に記載の二次電池。
【請求項７】
前記負極の前記合剤層は、厚さが均一な平坦部を有し、
前記正極の前記合剤層は、前記絶縁層を介して前記負極の前記平坦部に対向することを特徴とする請求項５に記載の二次電池。
【請求項８】
前記正極が前記絶縁層を有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の二次電池。
【請求項９】
金属箔上に合剤層を形成するとともに該金属箔の幅方向の一側を露出させて箔露出部を形成して正極及び負極を作製する工程と、
前記正極又は前記負極の前記合剤層を覆う絶縁層を形成するとともに前記箔露出部に隣接して前記箔露出部へ向けて厚さが漸次薄くなる前記合剤層のテーパ部の先端を前記絶縁層から露出させる工程と、
前記正極と前記負極とをセパレータを介在させて捲回する工程と、を有することを特徴とする二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から正極活物質及びこれを担持する芯材を含む正極と、負極活物質及びこれを担持する芯材を含む負極と、非水溶媒を含む電解液とを具備するリチウムイオン二次電池が知られている（下記特許文献１を参照）。【０００３】
特許文献１には、正極と負極とを電気的に絶縁する樹脂製の微多孔性フィルムであるセパレータが、内部短絡の発生時の熱で収縮して短絡部を拡大させるのを抑制するために、無機フィラー及び樹脂バインダを含む多孔質絶縁層を電極活物質層に担持させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５１１２８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されたリチウムイオン二次電池によれば、内部短絡の発生時に多孔質絶縁層による短絡部の拡大を抑制する効果が得られる。しかし、電極活物質層は、概して白色の不透明な多孔質絶縁層によって覆われる。そのため、正極と負極とを積層して捲回する工程において、電極活物質層の端部の位置が特定できず、正極活物質層と負極活物質層の位置合わせ精度が低下する虞がある。【０００６】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、正極又は負極の合剤層上に絶縁層を有する二次電池において、正極の合剤層と負極の合剤層との位置合わせ精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成すべく、本発明の二次電池は、正極と負極とがセパレータを介在させて捲回された二次電池であって、前記正極及び前記負極は、それぞれ金属箔と該金属箔上に形成された合剤層とを有するとともに幅方向の一側に前記金属箔が露出した箔露出部を有し、前記正極又は前記負極は、前記合剤層を覆う絶縁層を有するとともに前記箔露出部に隣接して前記箔露出部へ向けて厚さが漸次薄くなる前記合剤層のテーパ部の先端が前記絶縁層から露出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、正極又は負極の合剤層上に絶縁層を有する二次電池において、正極の合剤層と負極の合剤層との位置合わせ精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態１に係る二次電池の外観斜視図。
【図２】図１に示す二次電池の分解斜視図。
【図３】図２に示す二次電池の電極群の分解斜視図。
【図４】図３に示すIV-IV線に沿う正極、負極、及びセパレータの模式的な断面図。
【図５】負極を作製する工程及び絶縁層を形成する工程の一例を示すフロー図。
【図６】スラリー塗布／乾燥工程に用いられる塗布乾燥装置の模式図。
【図７】ダイヘッドに設けられたスリットの一例を示す平面図。
【図８】スラリー塗布／乾燥工程後の負極の模式的な断面図。
【図９】プレス加工工程に用いられるロールプレス機の斜視図。
【図１０】スリット加工工程に用いられるスリット機の斜視図。
【図１１】図３に示す電極群を捲回するための捲回装置の概略図。
【図１２】本発明の実施形態２に係る二次電池の図４に相当する模式的な断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の二次電池及びその製造方法の実施形態を説明する。
【００１１】
［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係る二次電池１００の外観斜視図である。図２は、図１に示す二次電池１００の分解斜視図である。
【００１２】
本実施形態の二次電池１００は、例えば車載用途等に使用されるリチウムイオン二次電池であり、扁平角形の電池容器１０と、電池容器１０の外部に配置される外部端子２０と、電池容器１０の内部に収容される電極群３０と、電極群３０を構成する正極３１及び負極３２（図３参照）をそれぞれ外部端子２０に接続する集電板４０とを備えている。詳細については後述するが、本実施形態の二次電池１００は、電極群３０を構成する負極３２の合剤層３２ｂとその合剤層３２ｂを覆う絶縁層３５との位置関係に特徴を有している（図４参照）。
【００１３】
電池容器１０は、上部に開口部１１ａを有する有底角筒状の電池缶１１と、電池缶１１の開口部１１ａを閉塞する矩形板状の電池蓋１２とを有している。電池缶１１及び電池蓋１２の素材は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金等の金属である。電池缶１１は、例えば板材に深絞り加工を施すことによって矩形箱状に形成され、電池蓋１２に対向する矩形平板上の底面１１ｂと、底面１１ｂの長手方向に沿う比較的面積が広い広側面１１ｗと、底面の短手方向に沿う比較的面積が狭い狭側面１１ｎと、を有している。
【００１４】
電池蓋１２は、例えば板材にプレス加工を施すことによって矩形平板状に形成され、電池缶１１の上部の開口部１１ａを閉塞し、例えばレーザ溶接によって電池缶１１の開口部１１ａに接合され、電池缶１１の開口部１１ａを密閉する。電池蓋１２は、外側の面の長手方向の両端部にそれぞれ外部端子２０が配置され、一対の外部端子２０の間にガス排出弁１３と注液孔１４が設けられている。
【００１５】
一対の外部端子２０のうち、一方は正極外部端子２０Ｐであり、他方は負極外部端子２０Ｎである。外部端子２０は、それぞれ絶縁部材２１を介して電池蓋１２上に配置されることで、電池蓋１２と電気的に絶縁されている。図示を省略するが、外部端子２０は、電池蓋１２を貫通する接続端子を介して電池容器１０の内部の集電板４０に接続される。
【００１６】
ガス排出弁１３は、例えばプレス加工によって電池蓋１２を薄肉化することによって設けられ、二次電池１００の異常によって電池容器１０の内圧が所定の圧力を超えて上昇したときに開裂して電池容器１０の内部のガス等を放出することで、電池容器１０の内圧を低下させる。なお、ガス排出弁１３は、例えば、電池蓋１２に貫通孔を形成し、レーザ溶接によって貫通孔に薄膜部材を接合することによって作製してもよい。
【００１７】
注液孔１４は、電池蓋１２に設けられた貫通孔であり、電池缶１１の開口部１１ａから電池缶１１の内部に電極群３０及び集電板４０を収容し、電池缶１１の開口部１１ａに電池蓋１２を接合した後に、電池容器１０内に電解液を注入するのに用いられる。注液孔１４は、注液栓１５によって閉塞され、例えばレーザ溶接によって注液栓１５が接合されることで密閉される。電解液としては、たとえば、エチレンカーボネート等の炭酸エステル系の有機溶媒に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）等のリチウム塩が溶解された非水電解液を用いることができる。
【００１８】
図３は、図２に示す電極群３０の模式的な分解斜視図である。
【００１９】
電極群３０は、二次電池１００の発電要素であり、帯状の正極３１と帯状の負極３２とが帯状のセパレータ３３，３４を介在させて捲回された捲回電極群である。電極群３０の中心軸Ｃは、正極３１及び負極３２の幅方向Ｗに平行である。正極３１及び負極３２は、それぞれ、金属箔３１ａ，３２ａと、該金属箔３１ａ，３２ａ上に形成された合剤層３１ｂ，３２ｂと、を有するとともに、幅方向の一側に金属箔３１ａ，３２ａが露出した箔露出部３１ｃ，３２ｃを有している。
【００２０】
より詳細には、正極３１は、正極集電体である正極金属箔３１ａと、正極金属箔３１ａの表裏に形成された正極合剤層３１ｂを有している。正極３１は、幅方向Ｗの一側に、正極合剤層３１ｂが形成されず、正極金属箔３１ａが露出した正極箔露出部３１ｃを有している。正極金属箔３１ａの素材は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金である。正極合剤層３１ｂは、正極活物質として、例えばマンガン酸リチウムを含んでいる。
【００２１】
同様に、負極３２は、負極集電体である負極金属箔３２ａと、負極金属箔３２ａの表裏に形成された負極合剤層３２ｂを有している。負極３２は、幅方向Ｗの一側に、負極合剤層３２ｂが形成されず、負極金属箔３２ａが露出した負極箔露出部３２ｃを有している。負極金属箔３２ａの素材は、例えば銅又は銅合金である。負極合剤層３２ｂは、負極活物質として、例えば非晶質炭素粉末を含んでいる。
【００２２】
さらに、本実施形態の二次電池１００では、負極３２は、負極合剤層３２ｂを覆う絶縁層３５を有している。絶縁層３５は、例えば無機フィラーを樹脂によって結着させることによって形成された微多孔質の電気絶縁性を有する層である。
【００２３】
図４は、図３のIV−IV線に沿う正極３１、負極３２、及びセパレータ３３，３４の模式的な断面図である。
【００２４】
正極３１及び負極３２は、それぞれ、合剤層３１ｂ，３２ｂにテーパ部３１ｔ，３２ｔを有している。テーパ部３１ｔ，３２ｔは、正極３１及び負極３２の幅方向Ｗにおける合剤層３１ｂ，３２ｂの箔露出部３１ｃ，３２ｃ側の端部であり、箔露出部３１ｃ，３２ｃに隣接し、箔露出部３１ｃ，３２ｃへ向けて合剤層３１ｂ，３２ｂの厚さが漸次薄くなる部分である。また、正極３１及び負極３２は、それぞれ、合剤層３１ｂ，３２ｂに平坦部３１ｆ，３２ｆを有している。平坦部３１ｆ，３２ｆは、合剤層３１ｂ，３２ｂのテーパ部３１ｔ，３２ｔを除く部分であり、合剤層３１ｂ，３２ｂの厚さが概ね均一になっている部分である。
【００２５】
本実施形態の二次電池１００は、負極３２が負極合剤層３２ｂを覆う絶縁層３５を有し、負極合剤層３２ｂのテーパ部３２ｔの先端が絶縁層３５から露出することを特徴としている。ここで、テーパ部３２ｔの先端とは、正極３１及び負極３２の幅方向Ｗにおけるテーパ部３２ｔの箔露出部３２ｃ側の端部である。すなわち、絶縁層３５は、テーパ部３２ｔの先端を除く負極合剤層３２ｂの全体を覆うことができる。
【００２６】
本実施形態の二次電池１００において、正極３１は、正極金属箔３１ａの表裏に正極合剤層３１ｂを有している。また、負極３２は、負極金属箔３２ａの表裏に負極合剤層３２ｂ及び絶縁層３５を有し、負極金属箔３２ａの表裏で負極合剤層３２ｂのテーパ部３２ｔの先端が絶縁層３５から露出している。
【００２７】
なお、正極合剤層３１ｂは、正極３１と負極３２との積層方向Ｌにおいて、負極３２の絶縁層３５に対向する範囲内に設けることができる。換言すると、正極合剤層３１ｂは、正極３１及び負極３２の幅方向Ｗにおいて、負極３２に絶縁層３５が設けられている範囲内に形成することができる。また、正極合剤層３１ｂは、正極３１及び負極３２の幅方向Ｗにおいて、絶縁層３５の両端の間に収まるように設けることができ、例えば絶縁層３５の両端よりも幅方向Ｗの内側に設けてもよい。
【００２８】
本実施形態の二次電池１００において、正極合剤層３１ｂは、正極３１と負極３２との積層方向Ｌにおいて、絶縁層３５を介して負極３２のテーパ部３２ｔの一部に対向している。なお、正極合剤層３１ｂは、絶縁層３５を介して負極３２の平坦部３２ｆのみに対向してもよい。
【００２９】
正極３１と負極３２は、セパレータ３３，３４を介在させて積層され、幅方向Ｗの一端に正極箔露出部３１ｃが配置され、幅方向Ｗの他端に負極箔露出部３２ｃが配置されている。そして、図３に示すように、正極３１と負極３２は、セパレータ３３，３４を介在させた状態で、中心軸Ｃの周りに捲回されて成形され、扁平な電極群３０を構成している。正極箔露出部３１ｃと負極箔露出部３２ｃは、それぞれ、電極群３０の中心軸Ｃ方向の一端と他端で捲回されて積層され、図２に示すように、扁平な電極群３０の厚さ方向に圧縮されて束ねられ、例えば超音波圧接によって集電板４０に接合されている。
【００３０】
これにより、電極群３０が集電板４０を介して電池蓋１２に固定されるとともに、正極３１が正極集電板４０Ｐを介して正極外部端子２０Ｐに接続され、負極３２が負極集電板４０Ｎを介して負極外部端子２０Ｎに接続されている。また、電池蓋１２に集電板４０を介して固定された電極群３０は、集電板４０とともにケース状の絶縁シート５０によって覆われて、電池缶１１に対して電気的に絶縁された状態で、電池缶１１の開口部１１ａから電池缶１１の内部に収容されている。絶縁シート５０の素材は、例えばポリプロピレン等の絶縁性を有する樹脂である。
【００３１】
電池缶１１の開口部１１ａは、図１に示すように、例えばレーザ溶接によって電池蓋１２が接合されて密閉され、電池容器１０が構成されている。また、電池容器１０の内部には、電池蓋１２に設けられた注液孔１４を介して電解液が注入されている。注液孔１４は、例えばレーザ溶接によって注液栓１５が接合されて密閉されている。
【００３２】
以上の構成を有する二次電池１００は、例えば、外部端子２０にバスバーが接合されて複数の二次電池１００が直列に接続され、二次電池モジュールとして車載用途に使用される。二次電池１００は、例えば、車両の発電装置から供給された電気エネルギーを電極群３０に蓄積し、又は、電極群３０に蓄積された電気エネルギーを車両の各装置へ供給することができる。
【００３３】
以下、本実施形態の二次電池１００の製造方法について説明する。
【００３４】
本実施形態の二次電池１００の製造方法は、正極３１及び負極３２を作製する工程と、正極３１又は負極３２に絶縁層３５を形成する工程と、正極３１と負極３２とをセパレータ３３，３４を介在させて捲回する工程を有することを特徴としている。本実施形態の二次電池１００の製造方法のその他の工程については、公知の製造方法を用いることができるので、ここでは説明を省略する。
【００３５】
正極３１及び負極３２を作製する工程では、まず、それぞれの金属箔３１ａ，３２ａ上に合剤層３１ｂ，３２ｂを形成するとともに、金属箔３１ａ，３２ａの幅方向Ｗの一側を露出させて箔露出部３１ｃ，３２ｃを形成する。なお、絶縁層３５は、正極３１又は負極３２の合剤層３１ｂ，３２ｂを覆うように形成することができるが、本実施形態の二次電池１００の製造方法では、負極３２の合剤層３２ｂを覆う絶縁層３５を形成する例について説明する。
【００３６】
図５は、負極３２を作製する工程及び絶縁層３５を形成する工程の一例を示すフロー図である。
【００３７】
本実施形態の二次電池１００の製造方法では、負極合剤層３２ｂを形成する工程と絶縁層３５を形成する工程と同時に行う。これにより、二次電池１００の生産性を向上させることができる。なお、負極合剤層３２ｂを形成する工程と、絶縁層３５を形成する工程とは、逐次行うこともできる。負極３２の合剤層３２ｂ及び絶縁層３５の形成は、例えば、以下の手順によって行うことができる。
【００３８】
まず、負極合剤スラリーを作製する工程Ｓ１を実施する。具体的には、負極活物質として、非晶質炭素の粉末１００重量部を用意し、これに結着剤として１０重量部のポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦという。）を添加する。さらに、これに分散溶媒としてＮ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰという。）を添加し、混練することで負極合剤スラリーを作製する。
【００３９】
なお、負極活物質は、非晶質炭素に限定されず、例えば、リチウムイオンを挿入、脱離可能な天然黒鉛、又は、人造の各種黒鉛材、コークスなどの炭素質材料、又は、ＳｉやＳｎなどの化合物（例えば、ＳｉＯ、ＴｉＳｉ２等）、又は、これらの複合材料を用いてもよい。負極活物質の粒子形状は、特に限定されないが、例えば、鱗片状、球状、繊維状、塊状等であってもよい。
【００４０】
また、負極合剤スラリーを作製する工程Ｓ１と並行して、絶縁層スラリーを作製する工程Ｓ２を実施する。具体的には、無機フィラーとして、アルミナ１００重量部を用意し、これに結着剤として３重量部のスチレンブタジエンゴム（以下、ＳＢＲ）を添加する。さらに、これに分散溶媒としてイオン交換水を添加し、混練することで絶縁層スラリーを作製する。
【００４１】
なお、絶縁性無機粒子である無機フィラーは、アルミナに限定されず、例えば、シリカ、ジルコニア、炭酸リチウム、ベーマイトなどの酸化物微粒子を用いることができる。また、無機フィラーの粒子形状は、特に限定されないが、例えば、鱗片状、球状、繊維状、塊状等であってもよい。
【００４２】
次に、作製した負極合剤スラリー及び絶縁層スラリーを負極金属箔３２ａ上に塗布して乾燥させる工程Ｓ３を実施する。
【００４３】
図６は、負極合剤スラリー及び絶縁層スラリーを負極金属箔３２ａ上に塗布して乾燥させる工程Ｓ３に用いられる塗布乾燥装置２００の模式図である。塗布乾燥装置２００は、巻出しローラ２０１と、搬送ローラ２０２と、ダイヘッド２０３と、乾燥炉２０４と、巻き取りローラ２０５と、を備えている。
【００４４】
巻出しローラ２０１は、金属箔３２ａのロールを支持して回転することで、ロールから帯状の金属箔３２ａを巻き出して送り出す。複数の搬送ローラ２０２は、ロールから巻き出された金属箔３２ａを支持して回転し、金属箔３２ａを搬送してダイヘッド２０３の近傍を通過させ、乾燥炉２０４に導入し、乾燥炉２０４から導出し、最終的に巻き取りローラ２０５まで金属箔３２ａを搬送する。図示を省略するが、ダイヘッド２０３は、金属箔３２ａの表裏にそれぞれ対向させて配置することができる。
【００４５】
図７は、ダイヘッド２０３に設けられたスリット２０３ａ，２０３ｂの一例を示す平面図である。
【００４６】
ダイヘッド２０３は、例えば、帯状の金属箔３２ａの幅方向Ｗに伸びる２本のスリット２０３ａ，２０３ｂを備え、一方のスリット２０３ａから負極合剤スラリーを吐出し、他方のスリット２０３ｂから絶縁層スラリーを塗出する。ここで、負極合剤スラリーを塗出するスリット２０３ａは、絶縁層スラリーを塗出するスリット２０３ｂよりも、金属箔３２ａの搬送方向Ｄの上流側に配置することができる。また、帯状の金属箔３２ａの幅方向Ｗにおいて、絶縁層スラリーを吐出するスリット２０３ｂの両端部は、負極合剤スラリーを吐出するスリット２０３ａの両端部よりも内側に配置する。
【００４７】
金属箔３２ａの表裏に対向して配置されたダイヘッド２０３は、金属箔３２ａの搬送方向Ｄの上流側に配置されたスリット２０３ａから負極合剤スラリーを吐出するとともに、金属箔３２ａの搬送方向Ｄの下流側に配置されたスリット２０３ｂから絶縁層スラリーを吐出する。これにより、金属箔３２ａの表裏に負極合剤スラリーを塗布するとともに、塗布された負極合剤スラリーの層を覆うように、負極合剤スラリーの層上に絶縁層スラリーが塗布される。負極スラリーの層の厚さは、例えば５０μｍから２００μｍ程度であり、負極スラリーの層を覆う絶縁層スラリーの層の厚さは、例えば５μｍから２０μｍ程度である。
【００４８】
ここで、負極合剤スラリーは、箔露出部３２ｃとなる金属箔３２ａの幅方向Ｗの両端部を残して塗布される。このとき、負極合剤スラリーの層には、箔露出部３２ｃに隣接する金属箔３２ａの幅方向Ｗの両端部に、箔露出部３２ｃに向けて漸次厚さが薄くなるテーパ部が形成される。また、塗布された負極合剤スラリーの層を覆う絶縁層スラリーの層は、負極合剤スラリーの層のテーパ部の先端を除いて負極合剤スラリーの層を覆うように塗布される。負極合剤スラリーの層と絶縁層スラリーの層のこのような位置関係は、金属箔３２ａの幅方向Ｗにおける、負極合剤スラリーを塗出するスリット２０３ａの端部と、絶縁層スラリーを塗出するスリット２０３ｂの端部との間の間隔を調節することによって、実現することができる。
【００４９】
乾燥炉２０４は、搬送ローラ２０２によって導入された金属箔３２ａ上に塗布された負極合剤スラリー及び絶縁層スラリーに対し、例えば６０℃から１００℃程度の循環熱風を供給し、負極合剤スラリー及び絶縁層スラリーに含まれる溶媒成分を揮発させてこれらを乾燥させる。これにより、金属箔３２ａ上の負極合剤スラリーの層の厚さと絶縁層スラリーの層の厚さは、それぞれ約半分程度に減少する。
【００５０】
図８は、金属箔３２ａに負極合剤スラリー及び絶縁層スラリーを塗布して乾燥させる工程の終了後の負極３２の模式的な断面図である。以上の工程によって、金属箔３２ａの表裏に合剤層３２ｂが形成され、合剤層３２ｂのテーパ部３２ｔの先端を除く部分を覆う絶縁層３５が形成される。合剤層３２ｂと絶縁層３５のこのような位置関係は、例えば前述のように、図７に示すダイヘッド２０３の２本のスリット２０３ａ，２０３ｂの端部の位置関係、すなわち、負極合剤スラリーの吐出幅及び吐出位置、並びに、絶縁層スラリーの吐出幅及び吐出位置を調節することによって、任意に設定することができる。
【００５１】
表裏に合剤層３２ｂと絶縁層３５が形成された金属箔３２ａは、図６に示すように、巻き取りローラ２０５によってロール状に巻き取られる。なお、本実施形態の製造方法では、２つのダイヘッド２０３を用いて一工程で金属箔３２ａの表裏に合剤層３２ｂ及び絶縁層３５を形成する例について説明したが、合剤層３２ｂ及び絶縁層３５を形成する工程はこれに限定されない。例えば、金属箔３２ａの表側の面に合剤層３２ｂ及び絶縁層３５を形成した後、金属箔３２ａを巻き取りローラ２０５によって巻き取り、その後、再び金属箔３２ａのロールを巻出しローラ２０１に配置して、金属箔３２ａの裏側の面に合剤層３２ｂ及び絶縁層３５を形成するようにしてもよい。
【００５２】
金属箔３２ａに負極合剤スラリー及び絶縁層スラリーを塗布して乾燥させる工程Ｓ３の終了後は、図５に示すように、プレス加工工程Ｓ４とスリット加工工程Ｓ５を実施する。
【００５３】
図９は、プレス加工工程Ｓ４に用いられるロールプレス機３００の模式的な斜視図である。ロールプレス機３００は、２つの円柱状のプレスローラ３０１と搬送ローラ３０２を備え、表裏に合剤層３２ｂ及び絶縁層３５が形成された金属箔３２ａを、搬送ローラ３０２によって搬送し、２つのプレスローラ３０１の間に挟み込んでプレス加工を行う。このプレス加工では、プレスローラ３０１は、例えば６０℃から１２０℃程度に加熱され、金属箔３２ａの表裏に形成された合剤層３２ｂ及び絶縁層３５が、プレスローラ３０１によって加熱及び圧縮される。
【００５４】
図１０は、スリット加工工程Ｓ５に用いられるスリット機４００の模式的な斜視図である。スリット機４００は、スリット刃４０１を有する２つの円柱状の刃付ローラ４０２と搬送ローラ４０３を備え、プレス加工を経た合剤層３２ｂ及び絶縁層３５が表裏に形成された金属箔３２ａを、搬送ローラ４０３によって搬送し、刃付ローラ４０２のスリット刃４０１によって幅方向Ｗの中央で切断する。これにより、図３及び図４に示される帯状の負極３２が２本得られる。このように、本実施形態の製造方法では、２本の負極３２を同時に製造する、所謂、２条取りを行っている。
【００５５】
ここで、金属箔３２ａの幅方向Ｗにおいて、合剤層３２ｂの両端部のテーパ部３２ｔの先端が絶縁層３５から露出している。そのため、スリット加工工程Ｓ５において、合剤層３２ｂの両端部の位置を正確に把握することができ、刃付ローラ４０２のスリット刃４０１の切断位置を、金属箔３２ａの幅方向Ｗにおける合剤層３２ｂの中心位置に正確に位置合わせすることができる。したがって、金属箔３２ａの幅方向Ｗにおいて、合剤層３２ｂの中央を正確に切断することが可能になり、均一な幅の合剤層３２ｂを有する負極３２を製造することができる。
【００５６】
本実施形態の二次電池１００の製造方法において、正極３１を作製する工程は、絶縁層３５を形成する工程を省略する以外は、前述の負極３２を作製する工程と同様に実施することができる。
【００５７】
なお、正極金属箔３１ａに塗布する正極合剤スラリーを作製する工程では、正極活物質として、マンガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ２Ｏ４）１００重量部を用意し、これに導電材として１０重量部の鱗片状黒鉛を添加し、結着剤として１０重量部のＰＶＤＦを添加する。さらに、これに分散溶媒としてＮＭＰを添加し、混練することで正極合剤スラリーを作製する。
【００５８】
正極活物質は、マンガン酸リチウムに限定されず、例えばスピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウム、並びに、一部を金属元素で置換又はドープしたリチウムマンガン複合酸化物、並びに、層状結晶構造を有するコバルト酸リチウム又はチタン酸リチウム及びこれらの一部を金属元素で置換またはドープしたリチウム−金属複合酸化物を用いることができる。
【００５９】
また、合剤層３１ｂ，３２ｂの結着材は、ＰＶＤＦに限定されず、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン、アクリル系樹脂などの重合体及びこれらの混合体等を用いることができる。
【００６０】
その後、前述の負極３２を作製する工程と同様に、正極合剤スラリーを正極金属箔３１ａの両面に箔露出部３１ｃを残して塗布して乾燥させ、プレス加工工程Ｓ４及びスリット加工工程Ｓ５を経て、例えば正極合剤層３１ｂの厚さが１００μｍから２００μｍの正極３１を作製することができる。以上のように、正極３１及び負極３２を作製する工程と、負極３２の合剤層３２ｂを覆う絶縁層３５を形成する工程が終了したら、正極３１と負極３２とを、セパレータ３３，３４を介在させて捲回する工程を実施する。
【００６１】
図１１は、電極群３０を捲回するための捲回装置５００の概略図である。捲回装置５００は、スピンドル５０１と、材料供給部５０２と、テープ貼付部５０３と、溶着部５０４と、仮押さえ部５０５と、図示を省略する制御部と、を備えている。
【００６２】
スピンドル５０１は、装置中央に回転可能に支持され、材料供給部５０２から供給される電極群３０の長尺帯状の材料、すなわち、負極３２、セパレータ３３、正極３１、及びセパレータ３４を捲回するための偏平板状の巻芯５０１ａを有している。スピンドル５０１及び巻芯５０１ａは、例えば、アルミニウム合金やステンレス鋼等の金属材料によって製作することができる。
【００６３】
材料供給部５０２は、支持ローラ５０２ａ〜５０２ｄと、送りローラ５０２ｅ〜５０２ｈと、カッター５０２ｉ〜５０２ｌと、正極用カメラ５０２ｍと、負極用カメラ５０２ｎと、セパレータ用カメラ５０２ｐ，５０２ｑを備えている。
【００６４】
支持ローラ５０２ａ〜５０２ｄは、それぞれ、ロール状に捲回された長尺帯状の正極３１、セパレータ３３、負極３２、及びセパレータ３４を支持して回転可能に設けられている。また、支持ローラ５０２ａ〜５０２ｄは、それぞれ、例えば駆動装置によって軸方向に移動可能に設けられている。
【００６５】
送りローラ５０２ｅ〜５０２ｈは、各材料のロールから各材料の端部を巻き出してスピンドル５０１に供給する。カッター５０２ｉ〜５０２ｌは、スピンドル５０１による電極群３０の各材料の捲回終了後に各材料を切断し、各材料の供給を停止する。
【００６６】
正極用カメラ５０２ｍは、正極３１の金属箔３１ａ上に形成された合剤層３１ｂの幅方向Ｗの端部の位置を認識し、制御部へ位置情報を出力する。負極用カメラ５０２ｎは、負極３２の金属箔３２ａ上に形成された合剤層３２ｂを覆う絶縁層３５から露出した合剤層３２ｂの幅方向Ｗにおける端部であるテーパ部３２ｔの先端の位置を認識し、制御部へ位置情報を出力する。
【００６７】
セパレータ用カメラ５０２ｐ，５０２ｑは、それぞれ、セパレータ３３，３４の幅方向Ｗの端部の位置を認識して、制御部へ位置情報を出力する。制御部は、入力された正極用カメラ５０２ｍ、負極用カメラ５０２ｎ、及びセパレータ用カメラ５０２ｐ，５０２ｑからの位置情報に基づいて、支持ローラ５０２ａ〜５０２ｄの駆動装置を駆動させ、正極３１、セパレータ３３、負極３２、及びセパレータ３４の積層位置を制御する。
【００６８】
テープ貼付部５０３は、テープ支持部５０３ａと、テープ供給部５０３ｂと、テープ押圧部５０３ｃと、テープカッター５０３ｄとを有している。テープ支持部５０３ａは、ロール状に捲回された長尺帯状の粘着テープを回転可能に支持している。テープ供給部５０３ｂは、スピンドル５０１による電極群３０の各材料の捲回が終了し、材料供給部５０２による各材料の供給が停止された後に、ロール状の粘着テープの端部を繰り出して、電極群３０の外周面に貼り付ける粘着テープを供給する。
【００６９】
テープ押圧部５０３ｃは、テープ供給部５０３ｂによって供給された粘着テープを、電極群３０の最外周に捲回されたセパレータ３４の終端部に押し付けて貼り付ける。テープカッター５０３ｄは、テープ押圧部５０３ｃによってセパレータ３４の終端部に貼り付けた粘着テープを所定の長さに切断する。これにより、電極群３０の最外周のセパレータ３４の終端部が、粘着テープによって電極群３０の最外周のセパレータ３４に固定され、電極群３０の各材料が解けることが防止される。
【００７０】
溶着部５０４は、ヒータヘッド５０４ａと、ヒータ移動機構５０４ｂとを有している。ヒータ移動機構５０４ｂは、ヒータヘッド５０４ａを移動させ、例えば、スピンドル５０１の巻芯５０１ａに捲回したセパレータ３３，３４にヒータヘッド５０４ａを押し付ける。ヒータヘッド５０４ａは、セパレータ３３，３４を加熱して巻芯５０１ａに捲回したセパレータ３３，３４の積層部分を溶着する。なお、溶着部５０４を、前述のテープ貼付部５０３に置き換えて、セパレータ３３，３４を粘着テープによって固定してもよい。
【００７１】
仮押さえ部５０５は、例えば、スピンドル５０１の巻芯５０１ａに捲回した各材料の切断時、又は粘着テープや熱溶着によるセパレータ３３，３４の固定時に、電極群３０の各材料が解けないように、各材料を巻芯５０１ａ上に仮押さえして保持する。
【００７２】
以下、本実施形態の二次電池１００及びその製造方法の作用について説明する。
【００７３】
捲回装置５００によって、電極群３０を作製するときには、まず、材料供給部５０２によって、セパレータ３４，３３、負極３２、及び正極３１を、順次、巻芯５０１ａに供給し、スピンドル５０１を回転させて捲回する。このとき、図３及び図４に示すように、正極３１と負極３２の積層方向Ｌにおいて、正極合剤層３１ｂの全体が負極合剤層３２ｂに重なるように、正極合剤層３１ｂと負極合剤層３２ｂとを正確に位置合わせする必要がある。
【００７４】
しかし、前記特許文献１に記載された蓄電素子のように、負極合剤層３２ｂの全体が不透明な絶縁層３５によって覆われている場合、正極３１と負極３２とを積層して捲回する工程において、負極合剤層３２ｂの位置が特定できず、正極合剤層３１ｂと負極合剤層３２ｂとの位置合わせ精度が低下する虞がある。正極合剤層３１ｂと負極合剤層３２ｂとの位置合わせ精度が低下すると、二次電池１００の容量低下等の問題が生じる虞がある。
【００７５】
そこで、本実施形態の二次電池１００の製造方法は、負極３２の合剤層３２ｂを覆う絶縁層３５を形成するとともに、箔露出部３２ｃに隣接して箔露出部３２ｃへ向けて厚さが漸次薄くなる合剤層３２ｂのテーパ部３２ｔの先端を、絶縁層３５から露出させる工程を有している。これにより、本実施形態の二次電池１００は、負極３２が、合剤層３２ｂを覆う絶縁層３５を有するとともに、合剤層３２ｂのテーパ部３２ｔの先端が絶縁層３５から露出している。
【００７６】
そのため、正極３１と負極３２とをセパレータ３３，３４を介在させて捲回する工程において、例えば、図１１に示す負極用カメラ５０２ｎによって負極合剤層３２ｂのテーパ部３２ｔの先端を認識し、正極用カメラ５０２ｍによって正極３１の幅方向Ｗにおける正極合剤層３１ｂの端部を認識することができる。これにより、例えば、捲回装置５００の制御部及び駆動装置によって支持ローラ５０２ａ，５０２ｃを軸方向に駆動させ、正極合剤層３１ｂと負極合剤層３２ｂとを正確に位置合わせした状態で、正極３１と負極３２とをセパレータ３３，３４を介在させて捲回することができる。したがって、二次電池１００の信頼性を向上させることができる。
【００７７】
また、図６に示す塗布乾燥装置２００において、金属箔３２ａの表側の面に合剤層３２ｂ及び絶縁層３５を形成した後、金属箔３２ａを巻き取りローラ２０５によって巻き取り、その後、再び金属箔３２ａのロールを巻出しローラ２０１に配置して、金属箔３２ａの裏側の面に合剤層３２ｂ及び絶縁層３５を形成する場合にも、金属箔３２ａの表裏の合剤層３２ｂを正確に位置合わせすることができる。具体的には、金属箔３２ａの表側の面に形成された合剤層３２ｂのテーパ部３２ｔの端部が絶縁層３５から露出しているので、表側の合剤層３２ｂのテーパ部３２ｔの端部を基準として、裏面側の合剤層３２ｂの位置を表面側の合剤層３２ｂの位置に正確に位置合わせすることができる。
【００７８】
さらに、負極合剤層３２ｂのテーパ部３２ｔの先端以外の部分が絶縁層３５によって覆われることで、負極合剤層３２ｂのテーパ部３２ｔの先端を除く部分をすべて正極合剤層３１ｂに対向させることが可能になる。すなわち、正極３１と負極３２の積層方向Ｌにおいて、負極合剤層３２ｂの平坦部３２ｆの全体に加えて、負極合剤層３２ｂのテーパ部３２ｔの一部に絶縁層３５を介して正極合剤層３１ｂを対向させることで、負極合剤層３２ｂと正極合剤層３１ｂとが対向する面積を増加させ、二次電池１００の容量を増加させることができる。
【００７９】
なお、正極合剤層３１ｂは、絶縁層３５を介して負極合剤層３２ｂの平坦部３２ｆのみに対向させてもよい。この場合には、負極合剤層３２ｂのテーパ部３２ｔの一部に絶縁層３５を介して正極合剤層３１ｂを対向させる場合よりも二次電池１００の電池容量は低下するが、二次電池１００の安全性と信頼性をより向上させることができる。このように、正極合剤層３１ｂは、正極３１と負極３２との積層方向Ｌにおいて、負極３２の絶縁層３５に対向する範囲内に設けられている。これにより、正極３１と負極３２との間に絶縁層３５を確実に介在させ、二次電池１００の安全性及び信頼性を向上させることができる。
【００８０】
また、本実施形態の二次電池１００において、負極合剤層３２ｂ及び絶縁層３５は、負極金属箔３２ａの表裏に形成され、負極合剤層３２ｂのテーパ部３２ｔの先端は、負極金属箔３２ａの表裏で絶縁層３５から露出している。これにより、負極３２の表裏のいずれでも、負極合剤層３２ｂのテーパ部３２ｔの先端を認識することが可能になる。また、本実施形態の二次電池１００は、負極３２が絶縁層３５を有している。これにより、正極３１に絶縁層３５を設ける場合と比較して、金属の析出を防止する効果が高くなり、二次電池１００の寿命を長くすることができる。
【００８１】
以上説明したように、本実施形態の二次電池１００及びその製造方法によれば、正極合剤層３１ｂ又は負極合剤層３２ｂ上に絶縁層３５を有する二次電池１００において、正極合剤層３１ｂと負極合剤層３２ｂとの位置合わせ精度を向上させることができる。なお、本実施形態の二次電池１００及びその製造方法の効果は、二次電池１００の正極３１が正極合剤層３１ｂを覆う絶縁層３５を有し、正極合剤層３１ｂのテーパ部３１ｔの先端が絶縁層３５から露出する場合にも、同様に得ることができる。
【００８２】
［実施形態２］
次に、図１から図３及び図５から図１１を援用し、図１２を用いて本発明の二次電池及びその製造方法の実施形態２を説明する。図１２は、本発明の実施形態２に係る二次電池の図４に相当する模式的な断面図である。
【００８３】
本実施形態の二次電池は、負極３２の表裏の絶縁層３５のうちの一方が、負極合剤層３２ｂのテーパ部３２ｔを含む、負極合剤層３２ｂの全体を覆っている点で、前述の実施形態１の二次電池と異なっている。また、本実施形態の二次電池の製造方法は、負極３２に絶縁層３５を形成する工程において、負極３２の表裏の一方において、負極合剤層３２ｂのテーパ部３２ｔを含む、負極合剤層３２ｂの全体を覆う絶縁層３５を形成する点で、前述の実施形態１の二次電池１００の製造方法と異なっている。本実施形態の二次電池及びその製造方法のその他の点は、前述の実施形態１の二次電池１００及びその製造方法と同様であるため、同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００８４】
本実施形態の二次電池では、負極金属箔３２ａの表裏のいずれか一方で負極合剤層３２ｂのテーパ部３２ｔの先端が絶縁層３５から露出している。したがって、絶縁層３５から露出した負極合剤層３２ｂのテーパ部３２ｔを、例えば、負極用カメラ５０２ｎによってすることで、前述の実施形態１の二次電池１００及びその製造方法と同様の効果が得られる。
【００８５】
さらに、本実施形態の二次電池では、負極３２の表裏の絶縁層３５のうちの一方が、負極合剤層３２ｂのテーパ部３２ｔを含む、負極合剤層３２ｂの全体を覆っているため、二次電池の安全性及び信頼性をより向上させることができる。また、本実施形態の二次電池の製造方法では、負極合剤層３２ｂの全体が絶縁層３５によって覆われる負極３２の表裏のいずれか一方においては、負極合剤層３２ｂと絶縁層３５の精密な位置合わせが不要になるため、負極３２の製作が容易になり、生産性が向上する。
【００８６】
以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８７】
３１    正極
３１ａ  金属箔
３１ｂ  合剤層
３１ｃ  箔露出部
３１ｆ  平坦部
３１ｔ  テーパ部
３２    負極
３２ａ  金属箔
３２ｂ  合剤層
３２ｃ  箔露出部
３２ｆ  平坦部
３２ｔ  テーパ部
３３    セパレータ
３４    セパレータ
３５    絶縁層
１００  二次電池
Ｌ      積層方向
【図１】
2017130821.tif 000003
【図２】
2017130821.tif 000004
【図３】
2017130821.tif 000005
【図４】
2017130821.tif 000006
【図５】
2017130821.tif 000007
【図６】
2017130821.tif 000008
【図７】
2017130821.tif 000009
【図８】
2017130821.tif 000010
【図９】
2017130821.tif 000011
【図１０】
2017130821.tif 000012
【図１１】
2017130821.tif 000013
【図１２】
2017130821.tif 000014
【国際調査報告】
2017130821.tif 000015
2017130821.tif 000016
2017130821.tif 000017
2017130821.tif 000018