(57)【要約】【課題】極板フープが湾曲しても活物質が剥がれて脱落することを防止することができる極板フープの接続方法を提供する。【解決手段】極板の接続では、一方の極板フープから供給されている極板１ａの一面の末端部の上に、他方の極板フープから引き出した極板１ｂの一面の先端部を接触させて配置する。極板１ｂの先端を覆うように極板１ａと極板１ｂとを絶縁性の粘着テープ２を貼付して固定する。極板１ａの一面側に極板１ｂの先端が粘着テープ２で固定され極板１ａ、１ｂが接続される。供給ローラ３の通過時に極板１ｂが外側に位置しても、極板１ｂの先端部が外側に跳ね上がらず、極板１ａの末端が極板１ｂの表面に当接しない。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活物質が塗布された極板フープの末端部と次の極板フープの先端部とを接続する極板フープの接続方法であって、前記極板フープの末端部の上に前記次の極板フープの先端部を配置し、少なくとも前記次の極板フープの先端を覆うように前記極板フープと前記次の極板フープとを絶縁性粘着テープで固定することを特徴とする接続方法。
【請求項２】
活物質が塗布された極板フープの末端部と次の極板フープの先端部とを接続する極板フープの接続方法であって、前記極板フープの末端部の上に前記次の極板フープの先端部を配置し、少なくとも前記極板フープの末端を覆うように前記極板フープと前記次の極板フープとを絶縁性粘着テープで固定することを特徴とする接続方法。
【請求項３】
前記絶縁性粘着テープが、ポリイミド又はポリオレフィンを主体とする基材の片面にアクリル系粘着剤を主成分とする粘着剤が塗布されたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接続方法。
【請求項４】
前記極板フープの末端部と次の極板フープの先端部とが、前記絶縁性粘着テープによりローラの周面上で固定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は極板フープの接続方法に係り、特に、活物質が塗布された極板フープの末端部と次の極板フープの先端部とを接続する極板フープの接続方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、リチウムイオン二次電池に代表される捲回式電池の製造時には、捲回工程で、数百メートルの連続した正負極板が、供給装置に装着されたそれぞれの極板フープから捲回装置へ供給される。捲回装置では、正負極板がセパレータを介して組み合わされ一定長さ捲回された後、捲回方向（長手方向）に対してほぼ直角に正負極板及びセパレータが切断されて捲回群が作製される（例えば、特許文献１参照）。極板フープの残量が少なくなると手作業で正負極板が切断され、次の極板フープが供給装置に装着された後、切断された極板フープの末端部と次の極板フープの先端部とが接続される。
【０００３】
ところが、手作業では極板同士をまっすぐに接続することが難しく極板が曲がった状態で捲回されるため、正負極板の位置ズレが発生することとなる。正極板が負極板との対向位置から外れると、充電時に正極板から放出されたリチウムイオンを収容する負極板が対向していないため、近傍の負極板にリチウムイオンが集中する。このため、負極板に収容されないリチウムイオンが負極板表面で結晶化しこの結晶がセパレータを貫通して正負極板間で短絡を引き起こす、という問題があった。極板位置をセンサ等で検知し供給中の極板の末端部及び次の極板の先端部の位置を合わせた状態で両面テープにて極板表面同士を接続することで、極板をまっすぐにして位置ズレを防止することが可能である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２０２９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、両面テープで極板表面同士を接続する技術では、次の極板フープの先端が露出した状態、すなわち、次の極板フープの先端が極板フープの表面に固定されず極板フープ間に両面テープの厚さ分の隙間が形成された状態となる。このため、次の極板フープの先端部がローラ通過時等に外側に位置した場合、極板フープが湾曲すると次の極板フープの露出した先端が湾曲せず進行方向の前向きに、かつ、外側に跳ね上がるので、両面テープの接着面に力がかかり活物質が剥がれて脱落する。また、極板フープの末端部がローラ通過時等に内側に位置した場合、極板フープが湾曲すると露出した末端が次の極板フープの表面に当接するため、活物質が剥がれて脱落する。脱落した活物質が電池内に混入すると正負極間の内部短絡を招く、という問題がある。
【０００６】
上記事案に鑑み本発明は、極板フープが湾曲しても活物質が剥れて脱落することを防止することができる極板フープの接続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】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、活物質が塗布された極板フープの末端部と次の極板フープの先端部とを接続する極板フープの接続方法であって、前記極板フープの末端部の上に前記次の極板フープの先端部を配置し、少なくとも前記次の極板フープの先端を覆うように前記極板フープと前記次の極板フープとを絶縁性粘着テープで固定することを特徴とする。
【０００８】
第１の態様の接続方法では、極板フープの末端部の上に次の極板フープの先端部を配置し、少なくとも次の極板フープの先端を覆うように極板フープと次の極板フープとを絶縁性粘着テープで固定することで、極板フープの一方の面に固定された次の極板フープの先端が絶縁性粘着テープで覆われるため、連続体のフープを搬送するローラによりフープ搬送時に湾曲しても、次の極板フープが外側に位置し先端部が外側に跳ね上がらず活物質が剥がれて脱落することを防止することができる。
【０００９】
また、本発明の第２の態様は、活物質が塗布された極板フープの末端部と次の極板フープの先端部とを接続する極板フープの接続方法であって、前記極板フープの末端部の上に前記次の極板フープの先端部を配置し、少なくとも前記極板フープの末端を覆うように前記極板フープと前記次の極板フープとを絶縁性粘着テープで固定することを特徴とする。
【００１０】
第２の態様の接続方法では、極板フープの末端部の上に次の極板フープの先端部を配置し、少なくとも極板フープの末端を覆うように極板フープと次の極板フープとを絶縁性粘着テープで固定することで、次の極板フープの一方の面に固定された極板フープの末端が絶縁性粘着テープで覆われるため、連続体のフープを搬送するローラによりフープ搬送時に湾曲しても、極板フープが内側に位置し末端が次の極板フープの表面に当接せず活物質が剥がれて脱落することを防止することができる。
【００１１】
第１、第２の態様において、絶縁性粘着テープを、ポリイミド又はポリオレフィンを主体とする基材の片面にアクリル系粘着剤を主成分とする粘着剤が塗布されたものとしてもよい。また、極板フープの末端部と次の極板フープの先端部とを絶縁性粘着テープによりローラの周面上で固定するようにしてもよい。このようにすれば、ローラの周面がベースとなるので、絶縁性粘着テープでの固定を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の第１の態様によれば、極板フープの末端部の上に次の極板フープの先端部を配置し、少なくとも次の極板フープの先端を覆うように極板フープと次の極板フープとを絶縁性粘着テープで固定することで、フープ搬送時に湾曲しても、次の極板フープの先端部が外側に跳ね上がらず活物質が剥がれて脱落することを防止することができ、本発明の第２の態様によれば、極板フープの末端部の上に次の極板フープの先端部を配置し、少なくとも極板フープの末端を覆うように極板フープと次の極板フープとを絶縁性粘着テープで固定することで、フープ搬送時に湾曲しても、極板フープの末端が次の極板フープの表面に当接せず活物質が剥がれて脱落することを防止することができる、という効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明を円筒型リチウムイオン二次電池に適用した実施の形態について説明する。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態の円筒型リチウムイオン二次電池２０は、電池容器となるニッケルメッキを施されたスチール製で有底円筒状の電池缶６及び円筒状の巻芯１０の周囲に帯状の正負極板がセパレータを介して断面渦巻き状に捲回された捲回群１５を有している。
【００１５】
捲回群１５の上側には、巻芯１０のほぼ延長線上に正極板からの電位を集電するための正極集電リング５が配置されている。正極集電リング５は、正極集電リング５を支持する正極集電リング支えを介して巻芯１０の上端部に固定されている。正極集電リング５の周囲から一体に張り出している鍔部周縁には、正極板から導出された正極リード片の端部が溶接されている。正極集電リング５の上方には、円盤状の上蓋４が配置されている。正極集電リング５の上部には、複数枚のアルミニウム製リボンを重ね合わせて構成した正極リード板の一端が固定されている。上蓋４の下面には、上蓋リード板の一端が溶接されている。正極リード板及び上蓋リード板の他端同士は溶接で接合されている。
【００１６】
一方、捲回群１５の下側には負極板からの電位を集電するための負極集電リング７が配置されている。負極集電リング７は、負極集電リング７を支持する負極集電リング支えを介して巻芯１０の下端部に固定されている。負極集電リング７の外周縁には、負極板から導出された負極リード片の端部が溶接されている。負極集電リング７の下部には負極リード板が溶接されており、負極リード板は電池缶６の内底部に溶接されている。上蓋４は、電気絶縁性及び耐熱性の樹脂製ガスケット９を介して電池缶６の上部にカシメ固定されている。このため、リチウムイオン二次電池２０の内部は密封されている。また、電池缶６内には非水電解液が注液されており、捲回群１５はこの非水電解液に浸潤されている。
【００１７】
捲回群１５を構成する負極板は、負極集電体として銅箔を有している。銅箔の両面には、負極活物質の非晶質炭素粉末及びバインダ（結着材）のポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦと略記する。）を含む負極合剤が塗着されている。銅箔の長寸方向一側の側縁には、負極合剤の未塗着部が形成されている。未塗着部は櫛状に切り欠かれており、切り欠き残部で負極リード片が形成されている。一方、正極板は、正極集電体としてアルミニウム箔を有している。アルミニウム箔の両面には、正極活物質のリチウム遷移金属複合酸化物、導電材の黒鉛粉末及びバインダのＰＶＤＦを含む正極合剤が塗着されている。アルミニウム箔の長寸方向一側の側縁には、負極板と同様に正極合剤の未塗着部が形成されており、正極リード片が形成されている。正極板及び負極板は、それぞれフープに巻き取られている。
【００１８】
捲回群１５は、正極板と負極板とがこれら両極板が直接接触しないように、微多孔質ポリエチレン製のセパレータを介して巻芯１０の周囲に捲回されている。正極リード片と負極リード片とは、それぞれ捲回群１５の互いに反対側の両端面に配置されている。捲回群１５及び正極集電リング５の鍔部周面全周には、ポリイミド製の基材を用いた粘着テープで絶縁被覆が施されている。
【００１９】
捲回群１５は、以下のようにして作製されたものである。捲回群１５の作製には、正極板、負極板及びセパレータを捲回装置に連続的に供給する極板供給装置が使用される。極板供給装置には、正負極板（以下、単に、極板と記す。）がそれぞれ巻き取られた正負極板フープ（以下、単に、極板フープと記す。）及びセパレータがロール状に巻き取られたセパレータロールが２個ずつ装着されている。各２個の極板フープ及びセパレータロールはそれぞれ切替可能に装着されている。極板供給装置は、極板フープ及びセパレータロールから引き出された極板及びセパレータを捲回装置に供給するための供給ローラを有している。
【００２０】
捲回群１５の作製では、極板、セパレータを、それぞれ一方の極板フープ、セパレータロールから引き出しそれぞれ供給ローラを介して捲回装置に供給する。一方の極板フープの残量が少なくなったときは、他方の極板フープに切り替えて、一方の極板フープから供給されている極板の末端部に、他方の極板フープから引き出した極板の先端部を接続する。極板の接続は、図２に示すように、一方の極板フープから供給されている極板１ａの一面の末端部の上に、他方の極板フープから引き出した極板１ｂの一面の先端部を接触させて配置する。極板１ｂの先端を覆うように極板１ａと極板１ｂとを絶縁性の粘着テープ２を貼付して固定する。このとき、粘着テープ２の貼付は平板上で行う。このため、極板１ａの一面側に極板１ｂの先端が粘着テープ２で固定されて極板１ａ、１ｂが接続される。粘着テープ２は、ポリイミド又はポリオレフィンを主体とする基材の片面に粘着剤が塗布されている。粘着剤には、ヘキサメタアクリレート等を主成分とするアクリル系粘着剤が使用されている。なお、セパレータの接続は、粘着テープ等を使用せず熱容着で行う。
【００２１】
図３に示すように、接続した極板を、矢印Ａ方向に回転する供給ローラ３を介して捲回装置に供給する。捲回装置では、供給された極板、セパレータを、内側からセパレータ、正極板、セパレータ、負極板の順となるように巻芯１０の周囲に捲回する。このとき、正極リード片と負極リード片とがそれぞれ捲回群１５の互いに反対側の両端面に位置するように捲回する。
【００２２】
次に、本実施形態のリチウムイオン二次電池２０の作用について、極板の接続方法を中心に説明する。
【００２３】
本実施形態のリチウムイオン二次電池２０の作製に使用した極板の接続方法では、極板１ａ、１ｂの一面同士を接触させた後、極板１ｂの先端を覆うように極板１ａと極板１ｂとが絶縁性の粘着テープ２で固定される（図２参照）。このため、例えば、供給ローラ３の通過時等の湾曲時に極板１ｂが外側に位置しても、極板１ｂの先端が極板１ａの一面に粘着テープ２で固定されているので、極板１ｂの先端部が外側に跳ね上がることを防止することができ、粘着テープ２の貼付部分で正負極合剤が剥がれて脱落することを防止することができる。また、極板１ａ、１ｂの一面同士が接触しているため、極板１ａの末端が極板１ｂの一面に当接しないので、極板１ｂの正負極合剤が剥がれて脱落することを防止することができる。従って、作製された捲回群１５には脱落した正負極合剤が混入しないので、得られるリチウムイオン二次電池２０の内部短絡を抑制することができる。
【００２４】
また、本実施形態で使用した極板の接続方法では、ポリイミド又はポリオレフィンを主体とする基材の片面にアクリル系粘着剤が塗布された粘着テープ２が使用される。ポリイミド又はポリオレフィンがリチウムイオン二次電池２０の非水電解液に対して不活性（溶解すること等がなく安定）であり、アクリル系粘着剤が非水電解液中で実質的に溶け出さないので、リチウムイオン二次電池２０内に粘着テープ２が存在しても電池容量の低下等を引き起こすことなく電池を使用することができる。更に、粘着テープ２が絶縁性のため、極板の接続部（厚さが他と異なる部分）がリチウムイオン二次電池２０内に存在しても、電流集中等による電池性能の低下を抑制することができる。
【００２５】
これに対して、従来のリチウムイオン二次電池の作製に使用される極板の接続方法では、図７に示すように、極板１ａの末端部と極板１ｂの先端部とが両面テープ１２で固定される。このため、極板１ａ、１ｂ間には両面テープ１２の厚さ分の隙間が形成され、極板１ａの末端、極板１ｂの先端はいずれも固定されていない状態となる。このような接続方法では、図８に示すように、矢印Ａ方向に回転する供給ローラ３の通過時に極板が湾曲すると、極板１ｂの先端が外側に跳ね上がるため、両面テープ１２の貼付面に力がかかり正負極合剤層が剥がれて脱落する。また、極板１ａの末端が極板１ａの内面側に当接するため、当接部分の正負極合剤層が剥がれて脱落する。脱落した正負極合剤が捲回群に混入すると、得られるリチウムイオン二次電池内で極板間の内部短絡が生じて電池性能の低下を招く。本実施形態で使用した極板の接続方法は、これらの問題を解決するものである。
【００２６】
なお、本実施形態では、極板の接続方法として、湾曲時に外側に位置する極板１ｂの先端を固定する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、湾曲時に内側に位置する極板１ａの末端を固定するようにしてもよい。このことは、図４に示すように、極板１ａの末端部と極板１ｂの先端部の一面同士を接触させた後、極板１ａの末端を覆うように極板１ａと極板１ｂとを粘着テープ２で固定することで実現することができる。これにより、図５に示すように、供給ローラ３の通過時等の湾曲時に、極板１ａの末端が極板１ｂの表面に当接しないので、正負極合剤が剥がれて脱落することを防止することができる。また、極板１ａ、１ｂ間には両面テープ等を使用していないため、極板１ｂの先端部が外側に跳ね上がっても正負極合剤が剥がれて脱落することはない。
【００２７】
また、本実施形態では、極板１ｂの先端又は極板１ａの末端を固定する例を示したが、図６に示すように、極板１ｂの先端、極板１ａの末端の両方をそれぞれ粘着テープ２で固定するようにしてもよい。このようにすれば、上述した極板１ｂの先端を固定したときの効果、及び、極板１ａの末端を固定したときの効果を同時に得ることができる。更に、本実施形態で使用した極板の接続方法は、湾曲時に極板１ａの末端部が外側に、極板１ｂの先端部が内側にそれぞれ位置する場合に適用することもできる。この場合でも、極板１ａの末端及び極板１ｂの先端の少なくとも一方を粘着テープ２で固定すればよい。
【００２８】
更に、本実施形態では、極板１ａの末端部と極板１ｂの先端部とを接続後、供給ローラ３を介して捲回装置に極板を供給する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、供給ローラ３の周面上で極板１ａ、極板１ｂを接続してもよい。このようにすれば、供給ローラ３の周面がベースとなるので、粘着テープ２を容易に貼付することができる。この場合、更に、極板供給装置に、供給ローラ３と対向させて粘着テープ２の固定用ローラを配置し、粘着テープ２の自動供給部、極板１ａの末端及び極板１ｂの先端を検知するセンサ等を配置してもよい。このようにすれば、極板１ａ、１ｂを位置あわせし粘着テープ２を自動供給した後、供給ローラ３及び固定用ローラ間を通過させて粘着テープ２を固定することで、連続的、自動的に極板を接続することが可能となる。
【００２９】
また更に、本実施形態では、捲回群１５の作製時に極板を接続する例を示したが、本発明の接続方法はこれに限定されるものではなく、例えば、極板をそれぞれ巻き取った複数の極板フープをつなぎ合わせて大型の極板フープを形成する場合や、極板フープ中の不良箇所を取り除く場合等に適用することができる。
【００３０】
更にまた、本実施形態では、有底円筒型のリチウムイオン二次電池２０を例示したが、本発明の接続方法は、電池形状、電池構造に制限されることなく適用可能である。また、正極活物質、負極活物質、導電材、結着剤、非水電解液についても、特に制限されるものではなく、通常使用される材料を使用することができる。更に、リチウムイオン二次電池以外に、例えば、ニッケル水素電池等の極板の接続に適用することもできる。
【実施例】
【００３１】
次に、本実施形態に従い作製したリチウムイオン二次電池２０の実施例について説明する。なお、比較のために作製した比較例の電池についても併記する。各実施例及び比較例では、極板の接続部が供給ローラを通過して湾曲したときの正負極合剤の脱落状況を観察した。
【００３２】
（実施例１）
実施例１では、極板の接続方法として、湾曲時に外側に位置する極板１ｂの先端を粘着テープ２で固定した（図２参照）。極板が湾曲しても極板１ｂの先端が固定されているため、外側に跳ね上がらず正負極合剤の脱落は認められなかった（図３参照）。
【００３３】
（実施例２）
実施例２では、極板の接続方法として、湾曲時に内側に位置する極板１ａの末端を粘着テープ２で固定した（図４参照）。極板が湾曲しても極板１ａの末端が固定されているため、極板１ｂの表面に当接せず正負極合剤の脱落は認められなかった（図５参照）。
【００３４】
（実施例３）
実施例３では、極板の接続方法として、湾曲時に外側に位置する極板１ｂの先端、及び、内側に位置する極板１ａの末端をそれぞれ粘着テープ２で固定した（図６参照）。極板が湾曲しても極板１ｂの先端及び極板１ａの末端がいずれも固定されているため、極板１ｂの先端が跳ね上がらず、極板１ａの末端が極板１ｂの表面に当接しないので、正負極合剤の脱落は認められなかった。
【００３５】
（比較例１）
比較例１では、極板の接続方法として、極板１ａの末端部及び極板１ｂの先端部の表面同士を両面テープ１２で固定した（図７参照）。極板が湾曲すると、極板１ｂの先端が跳ね上がり両面テープ１２の接着部で正負極合剤が脱落し、極板１ａの末端が極板１ｂの表面に当接して正負極合剤の脱落が認められた（図８参照）。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、極板フープが湾曲しても活物質が剥がれて脱落することを防止することができる極板フープの接続方法を提供するため、電池の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の円筒型リチウムイオン二次電池の断面図である。
【図２】湾曲時に外側に位置する極板の先端を粘着テープで固定したときの接続部の位置関係を示す断面図である。
【図３】外側の極板の先端を固定して接続した極板が供給ローラを通過するときの接続部を示す断面図である。
【図４】湾曲時に内側に位置する極板の末端を粘着テープで固定したときの接続部の位置関係を示す断面図である。
【図５】内側の極板の末端を固定して接続した極板が供給ローラを通過するときの接続部を示す断面図である。
【図６】湾曲時に外側に位置する極板の先端及び内側に位置する極板の末端をそれぞれ粘着テープで固定したときの接続部の位置関係を示す断面図である。
【図７】湾曲時に内側に位置する極板の末端部及び外側に位置する極板の先端部の表面同士を両面テープで固定した従来の極板の接続部の位置関係を示す断面図である。
【図８】表面同士を両面テープで固定して接続した極板が供給ローラを通過するときの接続部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１ａ  極板（極板フープ）
１ｂ  極板（次の極板フープ）
２  粘着テープ（絶縁性粘着テープ）
３  供給ローラ
２０  円筒型リチウムイオン二次電池
【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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