(57)【要約】【課題】積層型二次電池の生産性を向上する。【解決手段】正極集電体に正極合剤層を塗布して、正極塗工部と正極未塗工部が形成されるように正極を作製する工程と、正極の上にセパレータを形成する工程と、負極集電体に負極合剤層を塗布して、負極塗工部と負極未塗工部が形成されるように負極を作製する工程と、負極の上にセパレータを形成する工程と、一方の電極塗工部と他方の電極塗工部とが重なるように、一方の電極未塗工部が他方の電極塗工部および電極未塗工部と重ならないように、正極および負極を積層する工程と、正極および負極を一度に打ち抜いて、正極の未塗工部および負極の未塗工部に正極タブおよび負極タブを作製する工程と、を含む積層型二次電池の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体に正極合剤層を塗布して、正極塗工部と正極未塗工部が形成されるように正極を作製する工程と、
前記正極の上にセパレータを形成する工程と、
負極集電体に負極合剤層を塗布して、負極塗工部と負極未塗工部が形成されるように負極を作製する工程と、
前記負極の上にセパレータを形成する工程と、
一方の電極塗工部と他方の電極塗工部とが重なるように、一方の電極未塗工部が他方の電極塗工部および電極未塗工部と重ならないように、前記正極および前記負極を積層する工程と、
前記正極および前記負極を一度に打ち抜いて、前記正極の未塗工部および前記負極の未塗工部に正極タブおよび負極タブを作製する工程と、を含む積層型二次電池の製造方法。
【請求項２】
請求項１の積層型二次電池の製造方法において、
レーザ光、放射線、または電子線により前記正極および前記負極を打ち抜く積層型二次電池の製造方法。
【請求項３】
請求項１の積層型二次電池の製造方法において、
打ち抜き凸金型と打ち抜き凹金型により前記正極および前記負極を打ち抜く積層型二次電池の製造方法。
【請求項４】
請求項３の積層型二次電池の製造方法において、
前記打ち抜き凸金型と前記打ち抜き凹金型の材質および硬度は同一である積層型二次電池の製造方法。
【請求項５】
請求項１の積層型二次電池の製造方法において、
打ち抜き刃および下敷板により前記正極および前記負極を打ち抜く積層型二次電池の製造方法。
【請求項６】
請求項５の積層型二次電池の製造方法において、
前記打ち抜き刃と前記下敷板の材質および硬度はは同一である積層型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、積層型二次電池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などの積層型の二次電池では、正極、負極およびセパレータが積層して構成されている。積層型二次電池に関する技術として、特許文献１には、電極用金属箔に活物質が塗布された活物質塗工部と活物質が塗布されていない活物質非塗工部とを備える電極シート６０を切断する電極の製造方法において、活物質非塗工部に切断が予定される非塗工部切断予定部７５〜７８を設定し、複数の電極シート６０を積み重ねることにより、電極シート６０の非塗工部切断予定部７５〜７８が重畳される電極シート群８３と、電極用金属箔よりも高い硬度を有し、電極シート群８３において最も外側に位置する電極シート６０の非塗工部切断予定部を覆う高硬度被覆体とを形成し、高硬度被覆体により覆われる非塗工部切断予定部７５〜７８を切断する、が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１００２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、正極と負極の電気絶縁のため、樹脂製のセパレータを間に挟んで積層している。樹脂製のセパレータは正極および負極の基材である金属箔と比べて機械的強度が弱いため、正極、負極と同時に打ち抜ことができず、別々に打ち抜き積層している。正極および負極を別々に積層して打ち抜いた後に、セパレータを挟んで正極および負極を積層させて積層型二次電池を作製した場合、電極の位置合わせをする必要があり、積層型二次電池の生産性が低下する。本発明は、積層型二次電池の生産性向上を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための本発明の特徴は、例えば以下の通りである。
【０００６】
正極集電体に正極合剤層を塗布して、正極塗工部と正極未塗工部が形成されるように正極を作製する工程と、正極の上にセパレータを形成する工程と、負極集電体に負極合剤層を塗布して、負極塗工部と負極未塗工部が形成されるように負極を作製する工程と、負極の上にセパレータを形成する工程と、一方の電極塗工部と他方の電極塗工部とが重なるように、一方の電極未塗工部が他方の電極塗工部および電極未塗工部と重ならないように、正極および負極を積層する工程と、正極および負極を一度に打ち抜いて、正極の未塗工部および負極の未塗工部に正極タブおよび負極タブを作製する工程と、を含む積層型二次電池の製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、積層型二次電池の生産性を向上できる。上記した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】積層型二次電池の斜視図。
【図２】積層型二次電池の斜視図。
【図３】積層型二次電池の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【実施例１】
【００１０】
本実施例では、正極集電体２５２に正極合剤層２５１を塗布して、正極塗工部２５３と正極未塗工部（正極タブ２５４）が形成されるように正極２５０を作製する工程と、正極２５０の上にセパレータ（電解質層３００）を形成する工程と、負極集電体１５２に負極合剤層１５１を塗布して、負極塗工部１５３と負極未塗工部（負極タブ１５４）が形成されるように負極１５０を作製する工程と、負極の上にセパレータを形成する工程と、一方の電極の塗工部と他方の電極の塗工部とが重なるように、一方の電極の未塗工部が他方の電極の塗工部および未塗工部と重ならないように、正極２５０および負極１５０を積層する工程と、正極２５０および負極１５０の塗工部および未塗工部を一度に打ち抜いて、正極塗工部および負極未塗工部に正極タブ２５４および負極タブ１５４を作製する工程と、を含む積層型二次電池の製造方法、を採用している。
【００１１】
図１に積層型二次電池の斜視図を示す。積層型二次電池１０００は、正極２５０、電解質層３００、負極１５０を有する。以下では、正極２５０または負極１５０を電極と称する場合がある。
【００１２】
正極２５０は、二つの正極合剤層２５１、正極集電体２５２を有する。正極２５０において、正極集電体２５２の両面に正極合剤層２５１が形成されている。負極１５０は、負極合剤層１５１、負極集電体１５２を有する。負極１５０において、負極集電体１５２の両面に負極合剤層１５１が形成されている。
【００１３】
正極２５０、電解質層３００、負極１５０が積層されて電極体が構成される。複数の電極体が積層され、電極体中の正極集電体２５２同士および負極集電体１５２が接続されることで、積層型二次電池１０００は電気的に並列接続される構成を有する。複数の電極体が積層されて積層型二次電池１０００が構成される。
【００１４】
＜正極合剤層２５１＞
正極合剤層２５１には、少なくともＬｉの吸蔵・放出が可能な正極活物質が含まれている。正極活物質としては、ＬｉＣｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉ系複合酸化物、ＬｉＭｎ系複合酸化物、Ｌｉ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＰ系複合酸化物などが上げられる。正極合剤層２５１中に、正極合剤層２５１内の電子伝導性を担う導電材や、正極合剤層２５１内の材料間の密着性を確保するバインダ、さらには正極合剤層２５１内のイオン伝導性を確保するための固体電解質を含めてもよい。
【００１５】
正極合剤層２５１を作製する方法として、正極合剤層２５１に含まれる材料を溶媒に溶かしてスラリー化し、それを正極集電体２５２上に塗工する。塗工方法に特段の限定はなく、例えば、ドクターブレード法、ディッピング法、スプレー法などの従前の方法を利用できる。その後、溶媒を除去するための乾燥、正極合剤層２５１内の電子伝導性、イオン伝導性を確保するためのプレス工程を経て、正極合剤層２５１が形成する。
【００１６】
＜正極集電体２５２＞
正極集電体２５２は、正極塗工部２５３および正極タブ２５４を有する。正極塗工部２５３上に正極合剤層２５１が形成されている。正極タブ２５４には正極合剤層２５１が形成されておらず、正極未塗工部となっている。正極タブ２５４は、発電した電気を外部に取り出すために配置されており、正極２５０の一辺から突出している。
【００１７】
積層型二次電池１０００中のそれぞれの正極タブ２５４は、積層型二次電池１０００を積層方向から見たとき重畳している。積層型二次電池１０００中の複数の正極タブ２５４同士は、例えば超音波接合で接合される。
【００１８】
正極集電体２５２には、アルミニウム箔や孔径０．１〜１０ｍｍのアルミニウム製穿孔箔、エキスパンドメタル、発泡アルミニウム板などが用いられる。材質は、アルミニウムの他に、ステンレス、チタンなども適用できる。正極集電体２５２の厚さは、好ましくは１０ｎｍ〜１ｍｍである。全固体電池のエネルギー密度と電極の機械強度両立の観点から１〜１００μｍ程度が望ましい。
【００１９】
＜負極合剤層１５１＞
負極合剤層１５１には、少なくともＬｉの吸蔵・放出が可能な負極活物質が含まれている。負極活物質としては、天然黒鉛、ソフトカーボン、非晶質炭素などの炭素系材料、Ｓｉ金属やＳｉ合金、チタン酸リチウム、リチウム金属などが上げられる。負極合剤層１５１中に、負極合剤層１５１内の電子伝導性を担う導電材や、負極合剤層１５１内の材料間の密着性を確保するバインダ、さらには負極合剤層１５１内のイオン伝導性を確保するための固体電解質を含めてもよい。
【００２０】
負極合剤層１５１を作製する方法として、負極合剤層１５１に含まれる材料を溶媒に溶かしてスラリー化し、それを負極集電体１５２上に塗工する。塗工方法に特段の限定はなく、例えば、ドクターブレード法、ディッピング法、スプレー法などの従前の方法を利用できる。その後、溶媒を除去するための乾燥、負極合剤層１５１内の電子伝導性、イオン伝導性を確保するためのプレス工程を経て、負極合剤層１５１が形成する。
【００２１】
＜負極集電体１５２＞
負極集電体１５２は、負極塗工部１５３および負極タブ１５４を有する。負極塗工部１５３および負極タブ１５４の構成は、概ね正極塗工部２５３および正極タブ２５４の構成と同様である。負極塗工部１５３上に負極合剤層１５１が形成されている。負極タブ１５４には負極合剤層１５１が形成されておらず、負極未塗工部となっている。
【００２２】
負極集電体１５２には、銅箔や孔径０．１〜１０ｍｍの銅製穿孔箔、エキスパンドメタル、発泡銅板などが用いられ、材質は、銅の他に、ステンレス、チタン、ニッケルなども適用できる。負極集電体１５２の厚さは、好ましくは１０ｎｍ〜１ｍｍである。全固体電池のエネルギー密度と電極の機械強度両立の観点から１〜１００μｍ程度が望ましい。
【００２３】
＜電解質層３００＞
正極合剤層２５１および負極合剤層１５１の表面に電解質層３００が形成されている。電解質層３００が正極合剤層２５１および負極合剤層１５１の表面に形成されていることで、正極２５０、電解質層３００、負極１５０の順に積層した状態で同一形状に一度で打ち抜くことができる。
【００２４】
電解質層３００には固体電解質が含まれる。固体電解質として、Ｌｉ１０Ｇｅ２ＰＳ１２、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５などの硫化物系、Ｌｉ−Ｌａ−Ｚｒ−Ｏなどの酸化物系、イオン液体や常温溶融塩などを有機高分子や無機粒子などに担持させた半固体電解質等、全固体電池の動作温度範囲内で流動性を示さない材料が挙げられる。電解質層３００は、粉体の圧縮、結着材との混合、スラリー化した固体電解質層の離型材への塗布や担持体への含浸などにより形成する。電解質層３００の厚さは全固体電池のエネルギー密度、電子絶縁性の確保等の観点から数ｎｍ〜数ｍｍのサイズとなる。
【００２５】
図１では、正極塗工部２５３と負極塗工部１５３が重なるように、一方、正極タブ２５４と負極タブ１５４が互いに重ならないようにして正極２５０と負極１５０とが交互に積層されている。電極枚数は正極２５０が５枚、負極１５０が６枚で、積層型二次電池１０００の構成は１直１０並列である。
【００２６】
積層型二次電池１０００の積層体の上面から、正極タブ２５４と負極タブ１５４が含まれる電極打ち抜き線６に沿ってレーザ光５を照射し、正極２５０と負極１５０が同一形状になるように、電極体を一度に打ち抜く。打ち抜き後の電極体の正極タブ２５４と負極タブ１５４とそれぞれに電極端子を取付けパッケージングすることにより積層型二次電池１０００が完成する。
【００２７】
電極体の打ち抜きにレーザ光５を用いることで、電極端部が溶断されるため切断端部の曲がりやバリの発生が少なく、電極端部の電気的な短絡を防止できる。これにより、電極体を成形した後の電極端部短絡防止の作業が不要となり、製造時間を短縮できる。また、正極２５０と負極１５０を積層した後、電極を打ち抜くので、正極２５０と負極１５０の水平方向の位置合わせが不要となり、製造装置の位置合わせ機構を省略でき、装置を簡素化できる。電極体の打ち抜きにレーザ光の代わりに放射線、電子線を用いた場合にも同様に電極端部の短絡防止と製造装置の簡略化が可能となる。
【００２８】
正極２５０と負極１５０を別々に打ち抜き、樹脂セパレータを間に挟んだ後に打ち抜いた電極体の電極断面では、電極端部の曲がりが大きく、バリ発生も多く、切断部のミクロな凸凹が正極２５０と負極１５０で異なると考えられる。対して、本実施例のように打ち抜いた後の電極体の電極断面では、端部の曲がりが小さく、バリ発生も少なく、切断部のミクロな凸凹が正極２５０と負極１５０でほぼ同じになっていると考えられる。
【実施例２】
【００２９】
図２に、電極の打ち抜きにＳＵＳ製の凸凹金型を用いた場合の実施例を示す。正極と負極の構成は実施例１と同一である。
【００３０】
電極体の上面に電極打ち抜き線６に沿った形状の打ち抜き金型凸７、電極体の下面に打ち抜き金型凹８を設置した後、打ち抜き金型凸７に荷重を加えて電極体を打ち抜く。打ち抜き金型凸７と打ち抜き金型凹８はＳＵＳ製であり、同一材質、同一硬度であるため、電極の端部が金型の凸部側または凹部側の一方向に曲がることが無く、バリの発生も抑えられ、電極端部の短絡を防止できる。
【００３１】
本実施例により、電極の打ち抜きに金属製の凸凹金型を用いて電極体を打ち抜く方法を用いることにより、打ち抜き後の電極端部短絡防止作業が不要となり、電池の製造時間を短くでき、また、電極の位置合わせ作業が不要となり、製造装置の簡略化が図れる。
【００３２】
また、本実施例による製造方法を適用した場合、金型、打ち抜き刃に付着した切粉を分析すると、正極塗工部２５３と負極塗工部１５３に塗工された活物質、導電材、結着材、絶縁材料が同時に検出される。
【実施例３】
【００３３】
図３に、電極の打ち抜きにＳＵＳ製の打ち抜き刃および下敷板を用いた場合の実施例を示す。正極と負極の構成は実施例１と同一である。
【００３４】
電極体の上面に打ち抜き刃９、下面に下敷板１０を設置した後、打ち抜き刃９に荷重を加えて電極体を打ち抜く。打ち抜き刃９と下敷板１０が同一材質、同一硬度であるため、実施例２と同様に端部の曲がり、バリの発生を抑えられ、電池の製造時間の短縮、製造設備の簡略化が図れる。
【００３５】
尚、下敷板１０が平面であるため積層枚数が増加してくると電極端部の曲がりが無視できなくなると考えられ、比較的積層枚数が少ない場合に適した方法である。電池の積層枚数が多い場合には、実施例２の金型による打ち抜きがより適した方法である。
【符号の説明】
【００３６】
５    レーザ光
６    電極打ち抜き線
７    打ち抜き金型凸
８    打ち抜き金型凹
９    打ち抜き刃
１０    下敷板
１５０  負極
１５１  負極合剤層
１５２  負極集電体
１５３  負極塗工部
１５４  負極タブ
２５０  正極
２５１  正極合剤層
２５２  正極集電体
２５３  正極塗工部
２５４  正極タブ
３００  電解質層
１０００  積層型二次電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
2018113190.tif 000005