(57)【要約】【課題】正負極板をセパレータを介して積層してなる電極体に対し、保護テープを効率よく配設できる角形電池の製造方法を提供する。【解決手段】ロール５から、ポリプロピレン等で構成される絶縁性の保護テープ材料２５１を繰り出し、端部２５２をチャック８で把持して、これを張架する。この状態で、保護テープ材料２５１を介して電極体２０と外装缶３０を対向させ、外装缶３０内部に電極体２０を保護テープ材料２５１とともに押下し、外装缶３０に収納する。そして、余分の保護テープ部分をヒートカッター１０で切断する。【選択図】図２
2006100213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正負極板をセパレータを介して重ねてなる電極体を、外装缶に収納する電極体収納ステップを経る角形電池の製造方法であって、
前記電極体収納ステップでは、
張架された保護テープに電極体を押下させ、保護テープを変形させながら電極体を外装缶開口部へ案内し、当該電極体と保護テープを外装缶に挿入する
ことを特徴とする角形電池の製造方法。
【請求項２】
前記電極体収納ステップでは、
ロール状の保護テープを繰り出してその一部を張架し、
電極体と保護テープを外装缶に挿入するとともに、保護テープの余分を切断することを特徴とする請求項１に記載の角形電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角形電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機や携帯情報端末（ＰＤＡ）などの携帯型電子機器が急速に普及している。これらの電子機器には高エネルギー密度の電源としてニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの角形外装缶を有する電池が多用されている。角形電池は、円筒形電池に比べてスペースを有効活用できるので、上記電子機器における小型化・省スペース化の要求に対して有利である。
【０００３】
角形電池には、一般に角形外装缶に電解液を含む発電素体が収納される。発電素体は、例えばいずれも短冊状のセパレータ、正極、負極とを重ねてなる直方体の電極体に電解液を含浸したものである。電極体の体積は、電池の高エネルギー密度を得るために外装缶の容積近くまで大きくされる。
上記構成を持つ角形外装缶を有する電池の製造方法では、一例として、まずニッケルメッキ鋼板からなる外装缶に電極体を収納する。その後、外装缶の開口部に封口体を装着し、外装缶と封口体の境界をレーザー溶接する。そして封口体に設けた注入口により必要量の電解液を注入し、注入口を封止栓で塞ぎ、電池内部を密閉する。
【０００４】
ここで、電極体を外装缶に挿入する際において、外装缶と電極体との若干の位置ずれ等の理由から、最外面に位置する電極体の下部が、外装缶開口部周辺と接触する場合がある。そして、このような接触により、外装缶側と接触した電極部分に塗布されていた活物質が削られるという問題が生じる。
このように削り取られた活物質は、外装缶開口部に付着すると製造時における封口体のレーザー溶接での封口性を低下させ、電解液の漏液原因となる。また、当該活物質が外装缶の内部に落下すれば、後に不要なショートの原因となりうるので好ましくない。
【０００５】
このような問題を解決する対策として、外装缶に最初に挿入される電極体部分（すなわち電極体の下部）に絶縁性の保護テープを貼着し、外装缶側に電極体が接触しても、活物質の剥離を防止する技術が考案されている。
【特許文献１】実開平６−５４２０８号公報
【特許文献２】特開平１０−２０８７６９号公報
【特許文献３】特許第３３５９４９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の保護テープを用いる製造方法によれば、前記保護テープは電極体に対して所定の位置に設けるため、一定の長さに切断した保護テープを各電極体に貼着するステップを必要とする。この貼着ステップが増えた分、角形電池の生産効率が低下するという問題がある。
また、電極体は電池の容量密度を上げる目的で電極体を外装缶と同程度の大きさに形成し、且つ外装缶に挿入しやすくするために当該電極体に保護テープを加圧して貼着させ、その厚みを薄くする場合があるが、このように電極体に貼着された保護テープは長時間にわたって形態を保持しにくい。これは、長時間経過するうちに保護テープが電極体の膨張力に負け、電極体が再び元の大きさに戻ろうとするためであって、これにより前記挿入が困難となる場合がある。
【０００７】
したがって、電極体に保護テープを貼着したのちは速やかに外装缶へ収納しなければならないが、生産管理の都合や、生産ラインの故障等により比較的長時間放置されると、電極体に貼着された保護テープが延びてしまうことがある。このように保護テープが延びると、外装缶に良好に収納することが困難になるほか、電極体がうまく収納できない製造不良が発生することにもなる。特にこの製造不良は、角形電池の寸法が薄いほど顕著になる傾向がある。
【０００８】
以上のことから、角形電池の製造方法について、未だ解決すべき課題が残されている。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、効率よい保護テープの配設と電極体の挿入を可能とする角形電池の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、正負極板をセパレータを介して重ねてなる電極体を、外装缶に収納する電極体収納ステップを経る角形電池の製造方法であって、前記電極体収納ステップでは、張架された保護テープに電極体を押下させ、保護テープを変形させながら電極体を外装缶開口部へ案内し、当該電極体と保護テープを外装缶に挿入するものとした。
【００１０】
ここで、前記電極体収納ステップでは、ロール状の保護テープを繰り出してその一部を張架し、電極体と保護テープを外装缶に挿入するとともに、保護テープの余分を切断することもできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の製造方法では、外装缶へ電極体を収納する前に、予め張架された保護テープを介して電極体を外装缶内部へ挿入する方法をとる。これにより保護テープは電極体に貼着しなくても、電極体の両主面と下部にわたりＵの字状に変形してこれを被覆するので、従来のように別途電極体へ保護テープを貼着するためのステップが不要となる。また、本発明では、予め保護テープが張架されているので、電極体の挿入時に保護テープの張力が作用し、電極体の下部に、前記Ｕの字状の変形に応じて電極体内部に沿って内向きの応力が発生する。このような各作用により、電極体の先端の形状が整えられるので、これを迅速に外装缶に収納することが可能となる。
【００１２】
さらに本発明によれば、外装缶への収納直前しか電極体が保護テープと接触しないので、長期間保護テープを電極体へ貼着するような過程が存在せず、保護テープの不要な延び等の問題を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
＜実施の形態１＞
１．角形電池の構成
図１は、本発明の角形電池の一適用例であるリチウムマンガン電池の主要構成を示す一部切欠図である。この図に示す構成は当然ながら一例であって、本発明はこの構成に限定されない。
【００１４】
当図のように、リチウムマンガン電池１（以下、単に電池１という）は、主として封口体１０、電極体２０、角形外装缶３０（以下、単に外装缶３０という）の各部品から構成される。ここで当該電池１は、一例として、縦３２ｍｍ（ｚ方向）×横３１ｍｍ（ｙ方向）×奥行（ｘ方向）９ｍｍのサイズに作製されている。
外装缶３０は、ニッケルメッキ鋼板を絞り加工してなる有底缶の角形筐体である。その内部には電極体２０が収納されるとともに、開口部３０１において、後述の封口体１０の周縁部１０５とレーザー溶接により封口される。
【００１５】
封口体１０は、ニッケルメッキ鋼板を打ち抜いてなる封口板１０４を主体とし、その電池内部側の主面にポリプロピレン製の絶縁板１０３、電池外側の主面中央に正極端子１０１をそれぞれ配した構成をもつ。前記周縁部１０５は、封口板１０４の周囲に確保されている。
絶縁板１０３は、外装缶３０内部で電極体２０が振動するのを防止する。
【００１６】
封口板１０４と絶縁板１０３の主面中央は穿孔加工されており、これにガスケット１０２を介して中空の正極リベット１０６がカシメ固定されている。正極リベット１０６は、外装缶３０の内部側において、導電性タブ（不図示）で電極体２０の正極板２０４と接続される。この正極リベット１０６の中空部が、電解液の注入口となる。
封口板１０４の上面（電池外面側）では、正極リベット１０６の中空部分を覆うようにして樹脂製の封止栓１０７が配され、正極リベット１０６の周囲が正極端子１０１と溶接されている。これにより、電池内部の電解液が漏れ出ないようになっている。また、封口板１０４の下面（電池内面側）は導電性タブ（不図示）で電極体２０の負極板２０３と接続される。
【００１７】
電極体２０は、それぞれ短冊状の正極板２０４、セパレータ２０２、負極板２０３、セパレータ２０２を順次積層させたものである。なお、電池１のエネルギー密度を出来るだけ高くするために、電極体２０の体積は外装缶３０の容積近くまで確保するのが望ましい。
電極体２０は、電池１の内部で電解液（ここでは非水電解液）に含浸される。
【００１８】
正極板２０４は、ステンレス等の正極芯体表面に、正極活物質である二酸化マンガンを主体として、導電剤と結着剤を混合した正極合剤を塗布してなる。当該正極板２０４は、外装缶３０の内部において、正極端子１０１と導電性タブ（不図示）で電気的に接続される。
負極板２０３は、リチウム金属材料を打ち抜き加工してなる。
【００１９】
セパレータ２０２は、ポリプロピレン製の不織布であって、正極板２０４と負極板２０３の絶縁に用いられる。その耐熱温度は１２０℃程度に設定されている。なお図１でセパレータ２０２は便宜上、正負極板２０３、２０４とほぼ同サイズの短冊状に図示しているが、実際にはこれを袋状とし、当該袋の中に正極板２０４を入れることで、負極板２０３と絶縁を図っている。
【００２０】
ここで、直方体状の電極体２０の両面にあたる負極板２０３等の表面には、これらを電極体２０の下部を通してＵ字断面状に覆うように、保護テープ２５０が設けられている。この保護テープ２５０はポリプロピレン等絶縁性の材料等からなるフィルム材料や不織布を電極体２０の幅にあわせて加工してなるものであって、外装缶３０内部に対して電極体２０の表面を保護する役目を持つ。すなわち、当該保護テープ２５０は電池製造ステップにおいて、電極体２０の下部が外装缶開口部３０１等と接触し、電極体２０の最外面に位置する電極（この場合正極板２０３）の活物質が欠落するのを防止するために設けられるものである。
【００２１】
保護テープ２５０のサイズとしては、少なくとも電極体２０の下部とその付近の極板（この場合負極板２０３）の表面を被覆する程度あればよいが、図１に示すように、電極体２０の最外面の極板全面をほぼ覆うように設けると、極板と外装缶３０との接触にかかる問題を効果的に防止できるのでさらに好適である。保護テープの材料としては、電解液に対して耐性を持つ各種絶縁材料を用いることが可能である。
【００２２】
ここで本発明の特徴は、当該保護テープ２５０の配設方法を含む電極体２０の外装缶３０への収納ステップ（電極体収納ステップ）にある。本発明では、従来のように電極体収納ステップに先立ち、予め所定の大きさに切断された保護テープ２５０を電極体２０に貼着するステップを要しない。このため、電極体２０に起因する保護テープ２５０の変質を防ぐとともに、電池の製造効率を向上させる効果が期待できる。
【００２３】
以下、この特徴について、全体的な電池の製造方法とともに説明する。
２。角形電池の製造方法
（１）正極板の作製
活物質としての二酸化マンガンと、導電剤としてのカーボンブラックと、これら両者の結着剤としてのフッ素樹脂とを、質量比８５：１０:５で混合し、正極合剤を得る。この正極合剤をパンチングメタル（ステンレス製）よりなるロール状導電性芯体の両面に塗着し、２５０℃で乾燥する。その後、これを所定の大きさ（一例として幅２９ｍｍ×高さ２２ｍｍ×厚み２．６ｍｍ）に切断する。これにより正極板２０４が完成する。この正極板２０４を複数作製し、各正極板２０４の表面の活物質を一部剥離して導電性タブを配設する。
（２）負極板の作製ステップ
圧延打ち抜き加工により、リチウム金属からなる短冊状の負極板２０３（幅２６ｍｍ×高さ１９ｍｍ×厚み１.０ｍｍ）を作製する。この負極板２０３を複数作製し、各負極板２０３にニッケル製の導電性タブを配設する。
（３）電極体の作製ステップ
上記作製した各正極板２０４を、ポリプロピレンを主体とする不織布からなる袋状のセパレータ２０２（厚み０.１ｍｍ）で被包し、これと各負極板２０３とを交互に重ねることにより、最外面に負極板２０３が位置し、且つ、負極板３枚の間に２枚の正極板２０４を配した積層体としての電極体２０を作製した。その後、各極性の導電性タブ同士を溶接した。
（４）電極体収納ステップ
図２は、電極体収納ステップの様子を示す模式図である。図２（ａ）から（ｃ）に共通して、５は保護テープ材料を巻回してなるロール、２５１はロール５から繰り出された保護テープ材料、２５２は保護テープ材料２５１の端部、６および７は保護テープ材料２５１を案内するローラ、８は伸縮自在のアームに支えられたクランプ状チャック（治具）である。また９は、電極体２０を外装缶３０に収納するための挿入治具である。
【００２４】
まず図２（ａ）にあるように、ローラ５から案内ローラ６，７の周面に案内させつつ、幅３０ｍｍ×厚み５０μmの保護テープ材料２５１（ポリエチレンテレフタレート製フィルム）を繰り出す。そして保護テープ材料２５１の端部２５２をチャック８で把持する。ここで、チャック８を端部２５２を下流側に引っ張るように付勢させることで、当該保護テープ材料２５１を張架するステップを行う。この状態で、保護テープ材料２５１を介して外装缶３０（幅３１ｍｍ×高さ３１ｍｍ×厚み９ｍｍ、材質：ニッケルメッキ鋼板・厚さ０.２５ｍｍ）と電極体２０とを対向配置（ここでは鉛直方向に配置）させ、所定の配置ステップを行う。外装缶３０は、開口部３０１が電極体２０を向くように配置する。
【００２５】
当該配置ステップが完了したら、次に挿入治具９を用い、電極体２０を保護テープ材料２５１を介したまま外装缶３０の開口部３０１側（すなわち鉛直方向）に押下する。これにより、図２（ｂ）に示すように電極体２０を保護テープ材料２５１の表面に対して押圧する。
ここで、前記配置ステップ直後では、保護テープ材料は電極体２０と非接触にあり、従来のように電極体２０に対して貼着されることはない。このため、当該貼着ステップにかかる手間が大幅に省略できる。
【００２６】
なお前記保護テープ材料２５１を張架するときの張力は２から４Ｎが好ましく、本例では３Ｎとしている。
次に電極体２０は、その下部が保護テープ材料２５１と接触してこれをＵ字断面状に撓ませることにより、保護テープ２５０が電極体２０の一部を包み込むように変形し、この変形部分で電極体２０が内側方向に加圧される。このため、電極体２０の下部が良好に形態を保たれ、外装缶３０の開口部３０１に案内され易い状態となり、スムーズに収納される効果がなされる。
【００２７】
その後、電極体２０は挿入治具９による押下を受け続け、保護テープ材料２５１とともに外装缶３０内部に挿入される（挿入ステップ）。その後、ある程度電極体２０が収納されると、余分な保護テープ材料２５１の部分はヒートカッター１０で切断される。これにより長尺状の保護テープ２５１から保護テープ２５０が形成され、この保護テープ２５０とともに電極体２０が外装缶３０内部に完全に収納される（図２（ｃ））。
【００２８】
このように本発明の電極体収納ステップによれば、外装缶３０へ電極体２０を収納する電極体収納ステップの前に、別途電極体２０へ保護テープを貼着するためのステップ、および貼着にかかる接着剤が不要となり、この貼着ステップにかかる手間・コストを大幅に削減できる。
さらに、本発明では、予め張架された保護テープ材料２５１を介して電極体２０を外装缶３０内部へ挿入する方法を採用しているので、この時点まで保護テープ２５１は電極体２０に接触せず、当該電極体２０による保護テープ２５０の不要な延び等の問題を回避できる。
【００２９】
また、この方法によれば、電極体２０の下部がＵの字状に被覆された保護テープ２５１より形態保持されているので、前記配設ステップから挿入ステップまでは、挿入治具９の押下により一気に各ステップを行うことができる。この点でも、本発明では迅速に作業を行えるため、製造効率の向上が期待できる。
上記のように電極体収納ステップが完了したのちは、封口体１０と負極の導電性タブを溶接し、正極の導電性タブを正極リベットに溶接する。
【００３０】
そして外装缶３０に所定の電解液を注液後、封口体１０の周縁部１０５と外装缶開口部３０１をレーザーによって溶接し、当該外装缶３０の内部を封止することで、電池１が完成する。
なお、本発明では上記した電極体収納ステップのプロセスの他に、例えば電極体と外装缶とを対向配置させる前に、張架した保護テープ材料の表面に電極体を押下して張力を加え、この状態で外装缶と電極体を対向配置させ、外装缶に挿入するというプロセスを取ってもよい。
【００３１】
３．実施例の作製
ここで、上記の如く作製した電池を実施例電池Ａとした。
そして、保護テープを電極体収納ステップ前に予め取り付けて作製した電池を比較例電池Ｂとし、保護テープのない電池を比較例電池Ｃとした。
これらの電池Ａ、Ｂ、Ｃについて以下の実験を行い、各性能を考察した。
【００３２】
３−１．漏液試験
各電池Ａ，Ｂ，Ｃで熱衝撃試験（−３０℃で２時間放置後、７０℃で２時間放置を１サイクルとして３０サイクル実施）を行い、その後の漏液率を調査した。この結果を次の表１に示す。
【００３３】
【表１】
2006100213.tif 000003
表１に示すように、保護テープを用いた実施例電池Ａおよび比較例電池Ｂでは、封口時のレーザー溶接不良による漏液が発生しないことがわかった。これは、保護テープの使用により極板の活物質が外装缶開口部に付着せず、良好にレーザー封口がなされたものと考えられる。
【００３４】
３−２．挿入試験
次に、比較例電池Ｂについて電極体に保護テープを貼着した状態、実施例電池Ａは電極体のままで、それぞれ電極体を２４時間放置し、その後それぞれの方法で外装缶に収納した。そして、適切に外装缶を収納できた割合（挿入率）を目視で確認した。
その結果を表２に示す。
【００３５】
【表２】
2006100213.tif 000004
この表２に示されるように、実施例電池Ａは、挿入時に保護テープの張力により電極体下部の広がりが抑制されるので、良好に外装缶に収納できた。
これに対し、比較例電池５では外装缶収納前に保護テープを貼着したため、貼着後の放置間で電極体の下部が広がってしまうものが発生し、その分、挿入率が低下した。
【００３６】
このような各実験に基づく結果から、本発明の有効性が確認された。
＜その他の事項＞
上記実施の形態では、本発明をリチウムマンガン電池に適用する例について説明したが、当然ながら電池の種類はこれに限定されず、この他、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等、各種電池に適用してもよい。
【００３７】
また、上記実施の形態では、保護テープ材料を介して電極体を外装缶側に移動させて挿入するステップ例を示したが、本発明はこれに限定せず、電極体と外装缶とを相対的に移動させることで、電極体収納ステップを行えばよい。したがって、電極体を下方、外装缶を上方にそれぞれ配置させてもよい。
或いは、例えば電極体に対し、外装缶側を移動させて当該電極体を外装缶内部に挿入させるようにしてもよい。この場合、電極体は外装缶開口部周辺に張架された保護テープ材料と当接し、これによって外装缶内部に案内されやすく誘導される。しかしながら、より本発明の効果を良好に得るためには図２に示したように、長手方向に広く張架させた保護テープを利用しつつ、外装缶に対して電極体側を移動させて収納するのが望ましい。
【００３８】
さらに、上記実施の形態では、短冊（スタック）状の電極、セパレータを積層してなる電極体の構成について説明したが、本発明は、帯状の正負極板をセパレータを介して巻き回してなる巻回体構造の電極体に適用しても、一定の効果を望むことが可能である。
また、実施の形態１では保護テープの幅を電極体の極板幅と略同等のものを使用する例を示したが、本発明では図３（ａ）に示すバリエーションのように、極板幅よりも幅広の保護テープを使用することも可能である。このような幅広の保護テープを用いると、電極体の両主面部分に加え、その側部についても保護効果が得られるようになるので望ましい。
【００３９】
さらに、上記実施の形態１ではテープ材料の幅方向と電極体の幅方向とを一致させて外装缶に挿入する方法としているが（図２を参照）、本発明では図３（ｂ）に示すバリエーションのように、この方法から電極体の角度を９０度回転させ、テープ材料の長手方向と電極体の幅方向とを合わせるように配設してもよい。当該配設関係以外は、上記と同様に設定し、電極体を外装缶に収納させる。この方法によれば、上記のように電極体の両主面部分とその側部を良好に保護しつつ外装缶に挿入することが可能となるので好適である。ただし、この方法では電極体の積層方向に沿った内部に押圧力が比較的弱くなるので、この点で注意が必要である。
また、上記実施の形態では、ロールを用いた製造方法を示したが、保護テープ材料には当該ロールに限定されず、所定の長さに切断した保護テープを張架して用いても、同様の効果が奏される。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の角形電池の製造方法は、たとえば一般電源用の角形リチウムイオン電池等の製造方法に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一適用例である角形電池の組図である。
【図２】本発明の電極体収納ステップの模式図である。
【図３】本発明のバリエーションを示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    角形電池
５    ロール
６、７    案内ローラ
８    チャック（治具）
９    挿入治具
１０    封口体
２０    電極体
３０    外装缶
２０２    セパレータ
２０３    負極
２０４    正極
２５０    保護テープ
２５１    保護テープ材料
２５２    端部
３０１    開口部
【図１】
2006100213.tif 000005
【図２】
2006100213.tif 000006
【図３】
2006100213.tif 000007