(57)【要約】【課題】作業性に優れ、安定に拘束された積層型電極体を製造可能な方法を提供する。【解決手段】ここに開示される積層型電極体の製造方法は、複数の正極シートおよび複数の負極シートが交互に積層されている積層体であって、各正極シートと各負極シートとの間にセパレータが介在している積層体を準備する工程Ｓ１０１と、前記積層体の積層方向に垂直であって互いに対向する一対の主面と、前記積層体の積層方向に平行であって互いに対向する一対の端面とを含む前記積層体の４つの面を、熱収縮フィルムで包囲する工程Ｓ１０２と、前記一対の主面を冷却板で挟持しながら、前記一対の端面を加熱して、前記一対の端面において前記熱収縮フィルムを収縮させる工程Ｓ１０３と、を包含する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の正極シートおよび複数の負極シートが交互に積層されている積層体であって、各正極シートと各負極シートとの間にセパレータが介在している積層体を準備する工程と、
前記積層体の積層方向に垂直であって互いに対向する一対の主面と、前記積層体の積層方向に平行であって互いに対向する一対の端面とを含む前記積層体の４つの面を、熱収縮フィルムで包囲する工程と、
前記一対の主面を冷却板で挟持しながら、前記一対の端面を加熱して、前記一対の端面において前記熱収縮フィルムを収縮させる工程と、
を包含する、積層型電極体の製造方法。
【請求項２】
前記熱収縮フィルムが切欠き部を有し、前記熱収縮フィルムで包囲する工程において、前記切欠き部を前記積層体の積層方向に平行な端面上に配置する、請求項１に記載の積層型電極体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型電極体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池（リチウム二次電池）等の非水電解質二次電池は、既存の電池に比べて軽量且つエネルギー密度が高いことから、近年、パソコンや携帯端末等のいわゆるポータブル電源や車両駆動用電源として用いられている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池は、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）等の車両の駆動用高出力電源として今後ますます普及していくことが期待されている。
【０００３】
非水電解質二次電池は、典型的には、正極シートおよび負極シートを備える電極体が、非水電解質と共に電池ケースに収容された構成を有する。電極体としては、積層型電極体および捲回型電極体が主に使用されている。
【０００４】
電極体のうち、積層型電極体は、正極活物質層を備える複数の正極シートと負極活物質層を備える複数の負極シートとが交互に積層されている構造を有し、各正極シートと各負極シートの間にはセパレータが介在している。積層型電極体においては、正極シート、負極シート、およびセパレータの位置が積層方向に垂直な面内においてずれてしまう積層ずれが生じやすい。そこで、積層ずれを防止して積層構造を維持するために、例えば特許文献１には、積層型電極体の積層方向に平行な４つの端面に積層ずれ防止テープを貼り付けて、積層型電極体を拘束することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−９３１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、テープを用いて積層ずれを防止する場合、テープと積層型電極体の最外層（例、電極、セパレータ）との接着部分において破損（特に、テープと活物質層との接着部分における活物質層の剥離）が起こり、作業中にテープが剥がれるおそれがある。また、作業中にテープが撓むことにより、拘束力が低下するおそれがある。したがって、作業中に積層型電極体を安定に拘束するという点において改善の余地がある。さらに、積層型電極体の製造時に積層構造を維持しながら複数個所にテープを貼り付ける作業は、効率面において改善の余地がある。
【０００７】
そこで本発明は、作業性に優れ、安定に拘束された積層型電極体を製造可能な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】
【０００８】
ここに開示される積層型電極体の製造方法は、複数の正極シートおよび複数の負極シートが交互に積層されている積層体であって、各正極シートと各負極シートとの間にセパレータが介在している積層体を準備する工程と、前記積層体の積層方向に垂直であって互いに対向する一対の主面と、前記積層体の積層方向に平行であって互いに対向する一対の端面とを含む前記積層体の４つの面を、熱収縮フィルムで包囲する工程と、前記一対の主面を冷却板で挟持しながら、前記一対の端面を加熱して、前記一対の端面において前記熱収縮フィルムを収縮させる工程と、を包含する。
このような構成によれば、熱収縮フィルムの熱収縮を利用して積層型電極体を拘束することによって正極シート、負極シート、およびセパレータの積層ずれを抑制するため、作業中のテープと積層型電極体の最外層との接着部分における破損や、作業中のテープの撓みによる拘束力の低下の問題を解消することができる。また、テープを複数個所貼り付ける煩雑な作業を行なわなくてよい。
したがって、このような構成によれば、優れた作業性で、安定に拘束された積層型電極体を製造することができる。
【０００９】
ここに開示される積層型電極体の製造方法の好ましい一態様においては、前記熱収縮フィルムが切欠き部を有し、前記熱収縮フィルムで包囲する工程において、前記切欠き部を前記積層体の積層方向に平行な端面上に配置する。
このような構成によれば、切欠き部によって積層型電極体の積層方向に平行な端面において開口部の面積を増やすことができる。これにより、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池を製造する際に、非水電解質の積層型電極体への含浸性が向上する。また、非水電解質二次電池の充放電時の非水電解質の吸収性および排出性が向上する。さらに、非水電解質二次電池の異常時に、積層型電極体からのガスの排出性が向上する。
また、様々な積層型電極体の設計に適合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る積層型電極体の製造方法の各工程を示すフローチャートである。
【図２】本発明の一実施形態に係る積層型電極体の製造方法の積層体準備工程の概略を模式的に示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る積層型電極体の製造方法の包囲工程の概略を模式的に示す斜視図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る積層型電極体の製造方法の加熱工程の概略を模式的に示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る積層型電極体の製造方法により完成した積層型電極体を模式的に示す斜視図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態の一変形例の概略を模式的に示す斜視図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態の別の変形例の概略を模式的に示す斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態のまた別の変形例の概略を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、本発明を特徴付けない積層型電極体の一般的な構成および製造プロセス）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。
【００１２】
以下、一実施形態を挙げて、本発明について詳細に説明するが、本発明をかかる実施形態に限定することを意図したものではない。
図１に、本実施形態に係る積層型電極体の製造方法の各工程を示す。本実施形態に係る積層型電極体の製造方法は、複数の正極シートおよび複数の負極シートが交互に積層されている積層体であって、各正極シートと各負極シートとの間にセパレータが介在している積層体を準備する工程（積層体準備工程）Ｓ１０１と、当該積層体の積層方向に垂直であって互いに対向する一対の主面と、当該積層体の積層方向に平行であって互いに対向する一対の端面とを含む当該積層体の４つの面を、熱収縮フィルムで包囲する工程（包囲工程）Ｓ１０２と、当該一対の主面を冷却板で挟持しながら、当該一対の端面を加熱して、当該一対の端面において当該熱収縮フィルムを収縮させる工程（加熱工程）Ｓ１０３と、を包含する。
【００１３】
まず、積層体準備工程Ｓ１０１について説明する。図２に当該工程Ｓ１０１の概略を模式的に示す。当該工程Ｓ１０１においては、複数の正極シート２０および複数の負極シート３０が交互に積層されている積層体１０であって、各正極シート２０と各負極シート３０との間にセパレータ４０が介在している積層体１０を準備する。
【００１４】
正極シート２０、負極シート３０、およびセパレータ４０は、従来の二次電池（特にリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池）に用いられているものと同様のものを特に制限なく使用することができる。
【００１５】
例えば、正極シート２０は、正極集電体２２の一面または両面（ここでは両面）に正極活物質層２４を備える。さらに、例えば正極シート２０は、正極活物質層２４が設けられずに正極集電体２２が露出した正極シート集電部２２ａを備える。
正極集電体２２には、例えばアルミニウム箔等を用いることができる。
正極活物質層２４は、正極活物質を含む。正極活物質としては、例えばリチウム遷移金属酸化物（例、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＦｅＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４等）、リチウム遷移金属リン酸化合物（例、ＬｉＦｅＰＯ４等）等が挙げられる。正極活物質層２４は、正極活物質以外の成分、例えば導電材やバインダ等を含み得る。導電材としては、例えばアセチレンブラック（ＡＢ）等のカーボンブラックやその他（例、グラファイト等）の炭素材料を好適に使用し得る。バインダとしては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等を使用し得る。
正極シート２０は、公知方法に従い作製することができる。
【００１６】
例えば、負極シート３０は、負極集電体３２の一面または両面（ここでは両面）に負極活物質層３４を備える。さらに、例えば負極シート３０は、負極活物質層３４が設けられずに負極集電体３２が露出した負極シート集電部３２ａを備える。
負極集電体３２には、例えば銅箔等を用いることができる。
負極活物質層３４は、負極活物質を含む。負極活物質としては、例えば黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素材料を使用し得る。負極活物質層３４は、負極活物質以外の成分、例えばバインダや増粘剤等を含み得る。バインダとしては、例えばスチレンブタジエンラバー（ＳＢＲ）等を使用し得る。増粘剤としては、例えばカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等を使用し得る。
負極シート３０は、公知方法に従い作製することができる。
【００１７】
セパレータ４０には、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の樹脂から成る多孔性シート（フィルム）を用いることができる。かかる多孔性シートは、単層構造であってもよく、二層以上の積層構造（例えば、ＰＥ層の両面にＰＰ層が積層された三層構造）であってもよい。
セパレータ４０の表面には、耐熱層（ＨＲＬ）が設けられていてもよい。
セパレータ４０は、公知方法に従い作製することができる。
【００１８】
積層体１０は、公知方法に従って作製することができる。例えば、積層体１０は、図２に示すように、正極シート２０と、負極シート３０とを、これらの間にセパレータ４０を介在させながら交互に積層することにより作製することができる。
なお、図２は当該工程Ｓ１０１を模式的に示すものであり、正極シート２０、負極シート３０、およびセパレータ４０の実際の積層数を示すものではない。正極シート２０、負極シート３０、およびセパレータ４０の積層数は、積層体１０の設計に応じて適宜決定すればよい。
また、積層体１０の最外層は、正極シート２０、負極シート３０、およびセパレータ４０のいずれであってもよい。
また、絶縁のために、積層体１０の周囲に、セパレータ４０と同様の材質の多孔性シートを巻きつけてもよい。
【００１９】
次に、包囲工程Ｓ１０２について説明する。図３に当該工程Ｓ１０２の概略を模式的に示す。当該工程Ｓ１０２においては、積層体１０の積層方向に垂直であって互いに対向する一対の主面１２と、積層体１０の積層方向に平行であって互いに対向する一対の端面１４とを含む積層体１０の４つの面を、熱収縮フィルム５０で包囲する。
【００２０】
本実施形態では、図３に示すように、チューブ状の熱収縮フィルム５０が用いられている。
従来のようにテープにより積層体を固定する場合には、テープ固定部において段差が形成される。しかしながら、本実施形態のようにチューブ状の熱収縮フィルム５０を用いた場合には、段差の発生を防止することができる。
【００２１】
熱収縮フィルム５０には、例えば、ポリエチレンテレフタレート系収縮フィルム、ポリスチレン系収縮フィルム、ポリオレフィン系収縮フィルム、ポリ塩化ビニル系収縮フィルム、ポリカーボネート系収縮フィルム等を用いることができる。
本明細書において「熱収縮フィルム」とは、８０℃の温水中に１０秒間フィルムを浸漬したときのフィルムの主収縮方向の収縮率が１０％以上であるフィルムのことをいう。熱収縮フィルムの、８０℃温水中に１０秒間浸漬したときの主収縮方向の熱収縮率は、好ましくは、１５％〜１００％であり、より好ましくは２０％〜８５％である。
熱収縮率は、例えば、次のようにして求めることができる。フィルムを１０ｃｍ×１０ｃｍの正方形に裁断し、８０℃の温水中に無荷重状態で１０秒間浸漬して熱収縮させる。次いで、２５℃の水中に１０秒間浸漬して冷却する。水中から取り出したフィルムの縦および横方向の寸法を測定し、下記式に従い熱収縮率を算出する。
熱収縮率＝｛（収縮前の長さ−収縮後の長さ）／収縮前の長さ｝×１００（％）
なお、縦および横方向のうち、熱収縮率の大きい方を主収縮方向とする。
この熱収縮率に関し、熱収縮フィルム５０の積層体１０の４つの面を包囲する方向における熱収縮率は、１０％以上であることが好ましい。
また、熱収縮フィルムの主収縮方向は、熱収縮フィルム５０の積層体１０の４つの面を包囲する方向であることが好ましい。
【００２２】
当該包囲工程Ｓ１０２は、図３に示すように、チューブ状の熱収縮フィルム５０に積層体１０を挿入することにより、実施することができる。
熱収縮フィルム５０は、一対の主面１２および一対の端面１４の４つ面を包囲している限り、各面の一部を覆っていても全体を覆っていてもよい。好ましくは、積層体１０の正極シート２０の集電部および負極シート３０の集電部が露出するように、熱収縮フィルム５０は、一対の主面１２および一対の端面１４の一部を覆う。
【００２３】
次に、加熱工程Ｓ１０３について説明する。図４に当該工程Ｓ１０３の概略を模式的に示す。当該工程Ｓ１０３においては、積層体１０の一対の主面１２を冷却板６０で挟持しながら、一対の端面１４を加熱して、一対の端面１４において熱収縮フィルム５０を収縮させる。
【００２４】
具体的には、まず、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、一対の冷却板６０により、熱収縮フィルム５０で包囲された積層体１０の一対の主面１２を挟持する。したがって、主面１２上の熱収縮フィルム５０は、積層体１０と冷却板６０との間に挟まれる。
冷却条件については、当該工程Ｓ１０３において行なわれる加熱により、積層体１０の一対の主面１２上の熱収縮フィルム５０の収縮が起こらない程度に冷却することが好ましい。
冷却板６０により積層体１０を挟持する際には、所定の荷重を加えて積層体１０を所定の厚みまで圧縮させることが好ましい。このとき、積層体１０が圧縮された状態で、拘束を行なうことができるため、積層型電極体の生産効率が向上する。
【００２５】
冷却板６０により積層体１０を挟持した後、図４（ｃ）に示すように一対の端面１４を加熱する。加熱の方法としては、特に制限はなく、温風による加熱、加熱板による加熱、赤外線照射による加熱等が挙げられる。図４（ｃ）では、矢印の方向に温風を端面１４に当てることにより加熱を行なっている。
この加熱によって、一対の端面１４上にある熱収縮フィルム５０を収縮させる。熱収縮フィルム５０の収縮力により拘束力が発生し、正極シート２０、負極シート３０、およびセパレータ４０の積層ずれが抑制される。
したがって、加熱条件は、使用する熱収縮フィルム５０の熱収縮温度および熱収縮率に応じて適宜設定すればよい。
【００２６】
ここで、積層体１０の一対の主面１２は、冷却板６０により、冷却されている。したがって、積層体１０の一対の端面１４においてのみ熱収縮フィルム５０を収縮させることができるため、積層体１０の厚み（すなわち、積層方向の寸法）を均一に保つことができる。
また、積層体１０を構成するセパレータ４０は熱に対して比較的弱い部材である。したがって、積層体１０の一対の主面１２を冷却板６０により冷却することにより、セパレータ４０の熱による変性を防止することができる。
【００２７】
このようにして、図５に示す積層型電極体１００を得ることができる。
本実施形態によれば、熱収縮フィルム５０の熱収縮を利用して積層型電極体１００を拘束することによって正極シート２０、負極シート３０、およびセパレータ４０の積層ずれを抑制するため、作業中のテープと積層型電極体１００の最外層（例、電極、セパレータ）との接着部分における破損（特に、テープと活物質層との接着部分における活物質層の剥離）や、作業中のテープの撓みによる拘束力の低下の問題を解消することができる。
また、積層型電極体１００の端面１４上の部分の熱収縮フィルム５０に対して熱収縮が行なわれているため、収縮後の熱収縮性フィルム５０の形状を角柱状である積層型電極体１００の形状に保つことができる。これにより、積層型電極体１００の形状を安定させることができる。
また、局所的に張力を発生させるテープ固定とは異なり、比較的均一に張力を発生させることができるので、積層体１０（特に、正極シート２０の正極活物質層２４および負極シート３０の負極活物質層３４）への負担を低減することができる。
さらに、テープを複数個所貼り付ける煩雑な作業を行なわなくてよい。
よって、工程Ｓ１０１〜Ｓ１０３を経ることにより、作業効率良く、安定に拘束された積層型電極体１００を得ることができる。
【００２８】
次に本実施形態の変形例について説明する。
〔変形例１〕
本変形例１では、図６（ａ）に示すように、熱収縮フィルム５０Ａが切欠き部５２Ａを有する。図６（ｂ）に示すように、包囲工程Ｓ１０２において、切欠き部５２Ａを積層体１０の積層方向に平行な端面１４上に配置する。
具体的には、熱収縮フィルム５０Ａの、積層体の一対の端面１４上に配置される部分の中央部に、切欠き部が設けられている。
上述の積層体準備工程Ｓ１０１を実施した後、包囲工程Ｓ１０２において、熱収縮フィルム５０Ａの切欠き部５２Ａを積層体１０の積層方向に平行な端面１４上に配置する。そして上述の加熱工程Ｓ１０３を実施することにより、積層型電極体１００Ａを製造することができる。
このように製造された積層型電極体１００Ａは、図６（ｃ）に示すように、熱収縮フィルム５０Ａに包囲されていない積層体１０の一対の端面１６が開口している。さらに、熱収縮フィルム５０Ａの切欠き部により、積層体１０の積層方向に平行な端面１４の一部も開口している。よって、熱収縮フィルム５０Ａの切欠き部５２Ａにより積層型電極体１００Ａの積層方向に平行な端面１４において開口部の面積を増やすことができる。これにより、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池を製造する際に、非水電解質の積層型電極体１００Ａへの含浸性が向上する。また、非水電解質二次電池の充放電時の非水電解質の吸収性および排出性が向上する。さらに、非水電解質二次電池の異常時に、積層型電極体１００Ａからのガスの排出性が向上する。
なお、図６では、熱収縮フィルム５０Ａが２つの切欠き部を有しているが、熱収縮性フィルム５０Ａが有する切欠き部の数には特に制限はない。
例として、１つの切欠き部が設けられている熱収縮フィルムを用いた場合について説明する。積層型電極体を用いて非水電解質二次電池を製造する際に、非水電解質注入時の圧力で電極体が損傷することを防止するために、注入液直下の積層型電極体の端面に対しては切欠き部を設けない構成とする。そして、非水電解質二次電池の底面に対向する端面に、熱収縮性フィルムの切欠き部を配置し、これにより切欠き部による上記の利点を得ることができる。
【００２９】
〔変形例２〕
本変形例２では、図７（ａ）に示すように、熱収縮フィルム５０Ｂが２つの切欠き部５２Ｂを有する。また、図７（ｂ）に示すように、積層体１０Ｂが、電極（正極および負極）の集電タブ１８Ｂを積層方向に平行な端面１４Ｂ上に有する。
上述の積層体準備工程Ｓ１０１を実施した後、図７（ｃ）に示すように、包囲工程Ｓ１０２において、積層体１０Ｂの集電タブ１８Ｂが熱収縮フィルム５０Ｂから突き出るように、切欠き部５２Ｂを積層体１０Ｂの積層方向に平行な端面１４Ｂ上に配置する。そして上述の加熱工程Ｓ１０３を実施することにより、積層型電極体を作製することができる。
このように、切欠き部の数、大きさ、および位置は、積層型電極体を安定に拘束できる限り特に制限はなく、積層体の設計に応じて適宜設定することができる。
よって、熱収縮フィルムに切欠き部を設けることによって、様々な積層型電極体の設計に適合することができる。
【００３０】
〔変形例３〕
本変形例３では、図８に示すように、熱収縮フィルム５０Ｃはシート状のものを用いる。
上述の積層体準備工程Ｓ１０１を実施した後、図８に示すように、包囲工程Ｓ１０２において、積層体１０に熱収縮フィルム５０Ｃを巻き付けて、積層体１０の一対の主面１２と一対の端面１４とを熱収縮フィルム５０Ｃで包囲する。巻き付けは、例えば、積層体１０Ｃを包むように熱収縮シート５０Ｃを折りたたみ、積層体１０の一つの主面１２上で、粘着テープ７０で熱収縮シート５０Ｃの一方の端部と他方の端部を固定することにより容易に行なうことができる。そして上述の加熱工程Ｓ１０３を実施することにより、積層型電極体を作製することができる。
本変形例３では、シート状の熱収縮フィルム５０Ｃと粘着テープ７０の使用により、積層体１０Ｃの４つの面を熱収縮フィルム５０Ｃで包囲する作業が極めて容易となる。
【００３１】
以上のようにして製造した積層型電極体を用いて、二次電池（特にリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池）を作製することができる。例えば、常法に従い、積層型電極体に正極端子および負極端子を取り付け、非水電解質と共に電池ケースに収容することにより、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池を作製することができる。
以上のようにして製造した積層型電極体を用いた二次電池（特にリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池）は、各種用途に利用可能である。好適な用途としては、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）等の車両に搭載される駆動用電源が挙げられる。
なお、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、いわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する用語である。
【００３２】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【符号の説明】
【００３３】
１０  積層体
１２  主面
１４  端面
２０  正極シート
２２  正極集電体
２４  正極活物質層
３０  負極シート
３２  負極集電体
３４  負極活物質層
４０  セパレータ
５０  熱収縮フィルム
６０  冷却板
７０  粘着テープ
１００  積層型電極体
【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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