(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被捲回部材の周囲に電極体を捲回する、捲回工程と、
前記捲回工程で捲回された前記電極体を、その軸心方向と直交する方向にプレスすることにより、捲回された前記電極体を前記プレス方向と前記軸心方向とに直交する方向に偏平した偏平形状とする、偏平工程と、を備える、電池の製造方法であって、
前記捲回工程において、前記電極体を前記被捲回部材に捲回する途中で、前記軸心方向と平行となるように、捲回される前記電極体に、前記偏平方向と垂直であって前記電極体の軸心を通る平面上に棒状のスペーサを挿入し、
前記捲回工程と前記偏平工程との間で、捲回された前記電極体から前記スペーサを抜き出す、
ことを特徴とする、電池の製造方法。
【請求項２】
前記捲回工程において、捲回された前記電極体の軸心に関して対称となるように、一組又は二組以上の前記スペーサを配置する、
ことを特徴とする、請求項１に記載の電池の製造方法。
【請求項３】
前記捲回工程において、捲回された前記電極体の半径方向厚さを略均等に分割する部分に、前記スペーサを配置する、
ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の製造方法に関し、具体的には、電池内部における電極体を捲回して偏平させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電池の製造工程において、電極体を捲回した後にプレスして偏平させる技術が知られており、これについて開示する文献も存在する（例えば、特許文献１を参照）。また、電極体を捲回する際に、捲回された電極体の軸心方向と平行となるように棒状のスペーサを挿入し、捲回後の電極体に空隙を形成する技術について開示する文献も存在する（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１９８９８７号公報
【特許文献２】特開２００３−１５７８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１の如く形成する電極体によれば、プレス時に電極体に発生する応力が一部分に集中して、電極体にシワや歪みが発生する場合がある。このようなシワや歪みが残存すると、充放電時における電極体の膨張、収縮により、電池形状の変形や、体積エネルギー密度やサイクル特性などの電池品質の低下が発生する場合がある。
【０００５】
一方、前記特許文献２の如く、電極体にスペーサを挿入して、捲回後の電極体に空隙を形成する技術によれば、スペーサを電極体に挿入した状態でプレスを行うため、プレス時における電極体のシワや歪みの発生を効果的に防止することはできなかった。
【０００６】
本発明は、電極体を捲回した後にプレスして偏平させる際に、プレス時における電極体のシワや歪みの発生を効果的に低減させることにより、電池形状の変形や、体積エネルギー密度やサイクル特性などの電池品質の低下を防止することの可能な、電池の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
即ち、請求項１においては、被捲回部材の周囲に電極体を捲回する、捲回工程と、前記捲回工程で捲回された前記電極体を、その軸心方向と直交する方向にプレスすることにより、捲回された前記電極体を前記プレス方向と前記軸心方向とに直交する方向に偏平した偏平形状とする、偏平工程と、を備える、電池の製造方法であって、前記捲回工程において、前記電極体を前記被捲回部材に捲回する途中で、前記軸心方向と平行となるように、捲回される前記電極体に、前記偏平方向と垂直であって前記電極体の軸心を通る平面上に棒状のスペーサを挿入し、前記捲回工程と前記偏平工程との間で、捲回された前記電極体から前記スペーサを抜き出すものである。
【０００９】
請求項２においては、前記捲回工程において、捲回された前記電極体の軸心に関して対称となるように、一組又は二組以上の前記スペーサを配置するものである。
【００１０】
請求項３においては、前記捲回工程において、捲回された前記電極体の半径方向厚さを略均等に分割する部分に、前記スペーサを配置するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１２】
本発明により、電池の製造工程において電極体を捲回した後にプレスして偏平させる際に、プレス時における電極体のシワや歪みの発生を効果的に低減させることにより、電池形状の変形や、体積エネルギー密度やサイクル特性などの電池品質の低下を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】捲回工程で電極体を捲回している状態を示した図。
【図２】（ａ）は捲回前の電極体とスペーサの挿入位置との関係を示した図、（ｂ）は捲回後の電極体を軸心に垂直な面で切断した断面図。
【図３】（ａ）はプレス中の電極体を軸心に垂直な面で切断した断面図、（ｂ）はプレス後の電極体を軸心に垂直な面で切断した断面図。
【図４】第一実施形態に係る電池の製造方法の結果を示した図。
【図５】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ第一実施形態に係る電池の製造方法におけるプレス後戻り量及びシワのレベルを示した図。
【図６】第二実施形態に係る電池の製造方法の結果を示した図。
【図７】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ第二実施形態に係る電池の製造方法におけるプレス後戻り量及びシワのレベルを示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の第一実施形態に係る電池の製造方法は、図示しない電池ケースに収容する電極体２１を図１に示す如く被捲回部材１１の周囲に捲回する捲回工程と、捲回した電極体２１を図３（ａ）及び（ｂ）に示す如く偏平させる偏平工程とを有する。
【００１５】
電極体２１は正極板と負極板とを多孔質体からなるセパレータを介して積層した帯状部材として構成される。そして、図１中の矢印Ｒに示す如く、捲回工程で電極体２１を円柱状部材である被捲回部材１１の周囲に複数回捲回することにより、被捲回部材１１と軸心方向（図１中の矢印に示した方向）を同じくする円筒状の捲回体として構成されるのである。
【００１６】
正極板及び負極板の積層部分には、それぞれ正極活物質又は負極活物質を含む合材が担持されている。換言すれば、電極体２１では、正極板の合材担持部と負極板の合材担持部とがセパレータを介して積層されており、電極体２１は係る積層部分における正極板・負極板間の化学反応により充放電するように構成されているのである。
【００１７】
なお、本実施形態における正極板は、厚さ１５μｍの電子伝導性アルミニウム箔における表面の一部に、Ｌｉ（Ｎｉ−Ｍｎ−Ｃｏ）Ｏ2を正極活物質として、バインダーであるポリフッ化ビニリデンとアセチレンブラックからなる導電材を８９：８：３の割合で混練した合材を塗布した後、厚さ１５２μｍで所望の幅となるように加工している。
【００１８】
また、本実施形態における負極板は、厚さ１０μｍの電子伝導性銅箔における表面の一部に、黒鉛をバインダーであるＳＢＲと増粘材となるＣＭＣを９８：１：１の割合で混練した合材を塗布した後、厚さ１５５μｍで所望の幅となるように加工している。さらに、セパレータは厚さ２８μｍのものを使用している。このように、電極体２１は、一層あたりの正極板、負極板、及び、セパレータの厚さの合計が３３５μｍとして構成されている。
【００１９】
次に、偏平工程においては、前記の如く捲回工程で捲回した電極体２１を被捲回部材１１から離間させて（捲回した電極体２１から被捲回部材１１を抜き取って）、その軸心方向と直交する方向（図３（ａ）中の矢印に示したプレス方向）に図示しないプレス装置で図３（ａ）中の矢印Ｐの如くプレスする。これにより、捲回された電極体２１（以下、「捲回された電極体２１」を、適宜「捲回体」と記載する）をプレス方向と軸心方向とに直交する方向（図３（ｂ）中の矢印に示した偏平方向）に偏平した偏平形状とする。
【００２０】
そして、図３（ｂ）に示す如く偏平させた捲回体を、電極体２１よりもやや大きい偏平形状に形成された電池ケースに収容することにより、電池を構成する。このように構成した電池において、電池ケースから外部に突出する正極及び負極を、正極板及び負極板とそれぞれ電気的に接続することにより、捲回体が発生させた電力を電池ケースから取出す構成としているのである。
【００２１】
本実施形態に係る電池の製造方法によれば図１及び図２（ａ）、（ｂ）に示す如く、捲回工程において、電極体２１を被捲回部材１１に捲回する途中で、捲回される電極体２１の軸心方向と平行となるように、電極体２１に棒状のスペーサ２５・２５を挿入する構成としている。具体的には、電極体２１を捲回している途中でスペーサ２５・２５を電極体２１に近接させて、その後さらに電極体２１の捲回を続行することにより、電極体２１にスペーサ２５・２５を挿入する（図２（ｂ）を参照）。これにより、捲回することにより積層される電極体２１と電極体２１との間に各スペーサ２５が介在することとなる。
その後、電極体２１を捲回して構成された捲回体からスペーサ２５・２５を抜き出した後に、偏平工程で電極体２１をプレスするのである（図３（ａ）を参照）。
【００２２】
本実施形態に係る電池の製造方法によれば、スペーサ２５・２５を前記捲回体から抜き出した際に、図３（ａ）に示す如く、捲回体におけるスペーサ２５・２５が挿入されていた部分の電極体２１・２１間に間隙Ｓ・Ｓが発生する。このため、偏平工程における捲回体のプレス時に、電極体２１に発生する応力を分散させることができる。即ち、捲回体における電極体２１の応力が一部分に集中することを防止することにより、電極体２１におけるシワや歪みの発生を抑止できるのである。このようにシワや歪みを抑制することで、充放電時に電極体２１が膨張や収縮をしても、電池形状の変形や、体積エネルギー密度やサイクル特性などの電池品質の低下が発生し難くなるのである。
【００２３】
上記の如く、本実施形態に係る電池の製造方法は、電極体２１を捲回して捲回体を構成した後にプレスして偏平させる際に、プレス時における電極体２１のシワや歪みの発生を効果的に低減させている。これにより、電池形状の変形や、体積エネルギー密度やサイクル特性などの電池品質の低下を防止することが可能となるのである。
【００２４】
なお、上記の如く捲回体をプレスして偏平させる際には、不要な隙間が発生しないようにする必要がある。このため、スペーサ２５・２５の直径は適切な大きさに設定されることが好ましい。
【００２５】
また、本実施形態に係る電池の製造方法によれば、捲回工程において、図２（ｂ）に示す如く偏平方向と垂直であって捲回される電極体２１の軸心２５ａを通る平面Ｐｓ上に、スペーサ２５・２５を配置している。つまり、偏平工程における捲回体のプレスにより、当該捲回体の電極体２１・２１間に発生した間隙Ｓ・Ｓが偏平方向（図３における左右方向）に均等に分散するようにしているのである。
【００２６】
これにより、電極体２１に発生する応力を偏平方向に均等に分散させることができるため、電極体２１におけるシワや歪みの発生をより抑止できるのである。
【００２７】
また、本実施形態に係る電池の製造方法によれば、捲回工程において、捲回される電極体２１の軸心２５ａに関して対称となるように、換言すれば、軸心２５ａからの距離が略均等になるように、一組（二本）のスペーサ２５・２５を配置している。
【００２８】
これにより、捲回体の電極体２１に発生する応力を、軸心２５ａを挟んだプレス方向（図３における上下方向）に同様に分散させることができるため、電極体２１におけるシワや歪みの発生をより抑止できるのである。
なお、本実施形態においては一組のスペーサ２５・２５を配置する構成としているが、二組（四本）以上のスペーサを配置する構成とすることも可能である。
【００２９】
また、本実施形態に係る電池の製造方法によれば、捲回工程において、捲回体の半径方向における捲回体厚さＣ（図２（ｂ）中に示す幅Ｃ）を略均等に分割する部分に、スペーサ２５・２５を配置している。換言すれば、捲回体におけるスペーサ２５・２５よりも内側の内側厚さＥ（図２（ｂ）中に示す幅Ｅ）と、スペーサ２５・２５よりも外側の厚さとが略同一となるようにスペーサ２５・２５を配置しているのである。
【００３０】
これにより、捲回体の電極体２１のうち片側に発生する応力を、スペーサ２５を挟んだ半径方向（図３における上下方向）に同様に分散させることができるため、電極体２１におけるシワや歪みの発生をより抑止できるのである。
なお、本実施形態においては捲回体の半径方向における捲回体厚さＣを等分する位置に一組のスペーサ２５・２５を配置する構成としているが、例えば二組（四本）のスペーサを配置する場合は、捲回体の半径方向における捲回体厚さＣを三等分する位置にスペーサを配置すれば良い。
【００３１】
次に、本実施形態に係る電池の製造方法において、スペーサ２５・２５の配置条件を変えて行った比較試験の結果について、図４及び図５を用いて説明する。
比較試験は、前記の如く構成した捲回体において、正極板の長さを１４９０ｍｍ、被捲回部材１１の軸心直径Ｂ（図２（ｂ）中に示す幅Ｂ）を２８．５ｍｍ、捲回体の半径方向における捲回体厚さＣを５．４ｍｍ、とした。
【００３２】
そして、スペーサ２５・２５の直径Ａ（図２（ｂ）中に示す幅Ａ）、捲回体の半径方向におけるスペーサ２５を挿入後の捲回体厚さＤ（図２（ｂ）中に示す幅Ｄ）、捲回体におけるスペーサ２５・２５よりも内側の内側厚さＥとし、電極体２１の巻き始め（内側）からの長さ方向における第一・第二スペーサ位置をそれぞれＸ１・Ｘ２（図２（ａ）中に示す幅Ｘ１・Ｘ２）とし、それぞれの数値を図４に示す如く変更して構成した捲回体をそれぞれ比較例１から比較例４として行った。なお、比較対象として、スペーサ２５・２５を挿入せずに電極体を捲回して構成した捲回体も準備して同様に試験を行った。
【００３３】
比較試験においては、偏平工程におけるプレス荷重を８００ｋｇｆとし、それぞれの捲回体が１０．５ｍｍの厚さの状態で１０秒間維持するプレスを行った。
【００３４】
図５（ａ）は、スペーサなしの捲回体と、比較例１から比較例４の捲回体とにおける、スペーサ位置率Ｅ／Ｄとプレス戻り量との関係を示した試験結果である。スペーサ位置率Ｅ／Ｄは、スペーサ２５を挿入後の捲回体厚さＤに対するスペーサ２５・２５よりも内側の内側厚さＥの比率である。スペーサなしの捲回体は、スペーサ位置率Ｅ／Ｄを１００％として記載している。
プレス戻り量は、偏平工程で捲回体をプレスしてから５分後の捲回体の厚みを測定し、どれだけの厚みが増加したか（戻ったか）を測定した数値である。
【００３５】
図５（ａ）に示す如く、本実施形態に係る電池の製造方法における比較例１から比較例４の捲回体は、いずれもスペーサなしの捲回体と比較してプレス戻り量を小さくすることができた。特に、第一・第二スペーサ位置Ｘ１・Ｘ２を小さくして、スペーサ２５・２５を他の比較例と比べて内側に配置した比較例２は、プレス後戻り量をより小さくすることができた。また、スペーサ直径Ａを２．０とした比較例４は、スペーサ直径Ａを１．５とした比較例１よりもプレス後戻り量を小さくすることができた。
【００３６】
図５（ｂ）は、スペーサなしの捲回体と、比較例１から比較例４の捲回体とにおける、スペーサ位置率Ｅ／Ｄとシワのレベルの関係を示した試験結果である。シワのレベルは、偏平工程で捲回体をプレスした後に、捲回体の電極体２１に生じたシワを目視でレベル分けしたものである。
【００３７】
具体的には、シワが目視で確認でき、正極板や負極板における芯材（アルミニウム箔及び銅箔）がＺ字型に折れている場合をレベル１としている。また、シワが目視で確認でき、正極板や負極板における芯材がＶ字型に折れている場合をレベル２としている。また、シワが目視で確認でき、正極板や負極板における芯材折れていないもののＵ字状に曲がっている場合をレベル３としている。また、ライトで照らしたときにシワが目視で確認できる場合をレベル４としている。また、シワが目視で確認できない場合をレベル５としている。
【００３８】
図５（ｂ）に示す如く、本実施形態に係る電池の製造方法における比較例１から比較例４の捲回体は、いずれもスペーサなしの捲回体と比較してシワのレベルを良好に（数値を大きく）することができた。特に、第一・第二スペーサ位置Ｘ１・Ｘ２を小さくして、スペーサ２５・２５を他の比較例と比べて内側に配置した比較例２や、スペーサ直径Ａを２．０とした比較例４は、他の比較例よりもシワのレベルを良好にすることができた。
【００３９】
次に、第二実施形態に係る電池の製造方法において、スペーサ２５・２５の配置条件を変えて行った比較試験の結果について、図６及び図７を用いて説明する。
比較試験は、第一実施形態と同様に構成した捲回体において、正極板の長さを５４７０ｍｍ、被捲回部材１１の軸心直径Ｂを３４．０ｍｍ、捲回体の半径方向における捲回体厚さＣを１２．３ｍｍ、とした。
【００４０】
また、本実施形態における正極板は厚さ１２６μｍとし、負極板は１３１μｍとし、セパレータは厚さ２６μｍのものを使用している。このように、電極体２１は、一層あたりの正極板、負極板、及び、セパレータの厚さの合計が１８３μｍとして構成されている。
【００４１】
そして、スペーサ２５・２５の直径Ａ、捲回体の半径方向におけるスペーサ２５を挿入後の捲回体厚さＤ、捲回体におけるスペーサ２５・２５よりも内側の内側厚さＥとし、電極体２１の巻き始め（内側）からの第一・第二スペーサ位置をそれぞれＸ１・Ｘ２とし、それぞれの数値を図６に示す如く変更して構成した捲回体をそれぞれ比較例１から比較例３として行った。なお、比較対象として、スペーサ２５・２５を挿入しない捲回体も準備して同様に試験を行った。また、比較例３はスペーサ２５を図６の如く二対（四本）配置して試験を行った。
【００４２】
比較試験においては、偏平工程におけるプレス荷重を１０００ｋｇｆとし、それぞれの捲回体が２４．５ｍｍの厚さの状態で１０秒間維持するプレスを行った。
【００４３】
図７（ａ）は、スペーサなしの捲回体と、比較例１から比較例３の捲回体とにおける、スペーサ位置率Ｅ／Ｄとプレス戻り量との関係を示した試験結果である。
図７（ａ）に示す如く、本実施形態に係る電池の製造方法における比較例１から比較例３の捲回体は、いずれもスペーサなしの捲回体と比較してプレス戻り量を小さくすることができた。特に、スペーサ２５を二対（四本）配置した比較例３は、プレス後戻り量を他の比較例と比較しても、より小さくすることができた。
【００４４】
図７（ｂ）は、スペーサなしの捲回体と、比較例１から比較例３の捲回体とにおける、スペーサ位置率Ｅ／Ｄとシワのレベルの関係を示した試験結果である。シワのレベルは前記第一実施形態と同様である。
【００４５】
図７（ｂ）に示す如く、本実施形態に係る電池の製造方法における比較例１から比較例３の捲回体は、いずれもスペーサなしの捲回体と比較してシワのレベルを良好に（数値を大きく）することができた。特に、スペーサ２５を二対（四本）配置した比較例３は、他の比較例よりもシワのレベルを良好にすることができた。
【００４６】
上記の如く、第一実施形態及び第二実施形態に係る電池の製造方法における比較試験によれば、プレス時において捲回体の電極体２１に発生する応力を分散させ、電極体２１の応力が一部分に集中することを防止することにより、電極体２１のシワや歪みの発生を効果的に低減させることができることが確認できたのである。
【符号の説明】
【００４７】
１１    被捲回部材
２１    電極体
２５    スペーサ
【図１】
0005708462.tif 000002
【図２】
0005708462.tif 000003
【図３】
0005708462.tif 000004
【図４】
0005708462.tif 000005
【図５】
0005708462.tif 000006
【図６】
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【図７】
0005708462.tif 000008