(57)【要約】【課題】最近の電池の更なる高エネルギー化に伴うセパレータの薄膜化により、極板群を捲芯から抜き取るときにセパレータのズレや損傷によって正・負極板間が短絡する可能性が増している。【解決手段】帯状の正極板と負極板とをセパレータを介して捲芯８を用いて渦捲状に捲回してなる極板群と電解液を有底ケースに収納し、この有底ケースの開口部を封口板により密閉する電池の製造方法であって、前記捲芯８および捲芯８により挟持される極板群の捲き始めのセパレータ部分９を極板群を捲芯８から抜き取るときに１０℃以下に冷却することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の正極板と負極板とをセパレータを介して捲芯を用いて渦捲状に捲回してなる極板群と電解液を有底ケースに収納し、この有底ケースの開口部を封口板により密閉する電池の製造方法であって、
前記捲芯および捲芯により挟持される極板群の捲き始めのセパレータ部分を、少なくとも極板群を捲芯から抜き取るときに１０℃以下に冷却することを特徴とした電池の製造方法。
【請求項２】
前記捲芯および捲芯により挟持される極板群の捲き始めのセパレータ部分を、極板群を捲き取るときは常温であり、極板群を捲芯から抜き取るときに１０℃以下に冷却することを特徴とした請求項１に記載の電池の製造方法。
【請求項３】
前記捲芯にスポットクーラーの冷風を吹き付けることを特徴とした請求項１〜２いずれかに記載の電池の製造方法。
【請求項４】
前記捲き始めのセパレータ部分にスポットクーラーの冷風を吹き付けることを特徴とした請求項１〜２いずれかに記載の電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は渦巻き状に捲回してなる極板群を備えた電池の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の高性能化に伴ってそれら電子機器に搭載される電池への小型、高容量化の要望が強まっている。これら電池の形状としては、ボタン型、円筒型あるいは角型電池などがある。
【０００３】
円筒型や角型電池などの捲回型と呼ばれる極板群を備えた電池の製造方法においては、一般的に正極板と負極板との間を隔てるセパレータを捲回機の捲芯に捲きつけた後、セパレータの両面にそれぞれ正極板と負極板とを配置して、捲回機がセパレータと両極板を同時に捲回することで渦巻状の極板群が構成される。捲回の終了時には、この極板群を捲回機の捲芯から抜き取り、有底ケースの内部に電解液とともに収納して、有底ケースの開口部を封口板により密閉することで電池が作製される。
【０００４】
上記の捲芯としては、角型電池の場合は平板状の捲芯が用いられ、これらはステンレス鋼やリボン鋼を加工したものであった。しかしながらこのような捲芯を用いた場合には、セパレータの代表的な材質であるポリエチレンやポリプロピレンなどとの摩擦抵抗が大きくなるため、渦巻状に捲回した極板群を捲芯から抜き取るときに抜き取りがスムーズに行えず、極板群がタケノコ状に型崩れするだけでなく、セパレータのズレや損傷により正・負極板間が短絡するおそれがあった。
【０００５】
この課題を解決するため、セパレータと接触する捲芯の表面にポリエステルのテープを貼り付けたり、あるいは捲芯の表面にシリコンの離型剤を塗布したりする方法がとられていた。
【０００６】
しかしながらこれらの方法では、捲芯とセパレータとの摩擦抵抗を十分に低減することができず、また、シリコンの離型剤を塗布する方法では捲回毎にセパレータと接触する捲芯の表面に塗布する必要があり、製造工程が煩雑になり好ましくない。そこで、セパレータと接触する捲芯の表面にフッ素樹脂層を設けたり、捲芯の表面に凹凸を設けることで捲芯とセパレータとの摩擦抵抗を低減する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１７１１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら上記従来の製造方法では、最近の電池の更なる高エネルギー密度化に伴うセパレータの薄膜化により、上記極板群を捲芯から抜き取るときにセパレータのズレや損傷によって正・負極板間が短絡する可能性が増していた。
本発明は上記課題を解決するためになされ、捲芯とセパレータとの磨耗抵抗を低減し、渦巻状の極板群を捲回機の捲芯からスムーズに抜き取り、極板群がタケノコ状に型崩れすることやセパレータのズレや損傷を低減して正・負極板間が短絡することのない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】
【０００８】
上記の目的を達成するために本発明は、帯状の正極板と負極板とをセパレータを介して捲芯を用いて渦捲状に捲回してなる極板群と電解液を有底ケースに収納し、この有底ケー
スの開口部を封口板により密閉する電池の製造方法であって、前記捲芯および捲芯により挟持される極板群の捲き始めのセパレータ部分を少なくとも極板群を捲芯から抜き取るときに１０℃以下に冷却することを特徴とする。
【０００９】
この製造方法によれば、捲芯および捲芯により挟持される極板群の捲き始めのセパレータ部分を少なくとも極板群を捲芯から抜き取るときに１０℃以下に冷却することにより、捲き始めのセパレータ部分と捲芯との摩擦抵抗を低減できるため、渦捲状に捲回した極板群を捲芯からスムーズに抜き取ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、捲芯および捲芯により挟持される極板群の捲き始めのセパレータ部分を少なくとも極板群を捲芯から抜き取るときに１０℃以下に冷却することにより、この捲き始めのセパレータ部分と捲芯との摩擦抵抗を低減できるため、渦捲状に捲回した極板群を捲芯からスムーズに抜き取ることができ、極板群がタケノコ状に型崩れすることなく、セパレータのズレや損傷による正・負極板間の短絡を抑制できる効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の形態においては、帯状の正極板と負極板とをセパレータを介して捲芯を用いて渦捲状に捲回してなる極板群と電解液を有底ケースに収納し、この有底ケースの開口部を封口板により密閉する電池の製造方法であって、前記捲芯および捲芯により挟持される極板群の捲き始めのセパレータ部分を少なくとも極板群を捲芯から抜き取るときに１０℃以下に冷却することを特徴とする。
【００１２】
この製造方法によれば、セパレータと捲芯との摩擦抵抗を低減できるため、捲芯から極板群をスムーズに抜き取ることができ、極板群がタケノコ状に型崩れすることや、セパレータのズレや損傷による正・負極板間での短絡の発生を抑制することができる。
【００１３】
また、前記捲芯および捲芯により挟持される極板群の捲き始めのセパレータ部分を、極板群を捲き取るときは常温であり、極板群を捲芯から抜き取るときに１０℃以下に冷却しても良い。
【００１４】
この製造方法によれば、極板群を捲き取るときはセパレータと捲芯との摩擦抵抗は特に低減されないためセパレータと捲芯とが滑ることなく安定して巻き取ることができ、極板群を捲芯から抜き取るときにのみセパレータと捲芯との摩擦抵抗を低減して極板群をスムーズに抜き取ることができる。また、極板群を捲芯から抜き取るときにのみ１０℃以下に冷却するため、極板群を巻き取るときにのみ冷却する方法や連続して冷却する方法と比べて効率的であり経済性にも優れる。
【００１５】
また、前記捲芯にスポットクーラーの冷風を吹き付け、その熱伝導により捲き始めのセパレータ部分を冷却する方法が望ましい。
【００１６】
この製造方法によれば、極板群を捲芯から抜き取るときにスポットクーラーの冷風を捲芯に容易に吹き付けることができるため、極板群を捲芯から抜き取るときに捲き始めのセパレータ部分を冷却する場合に適している。極板群を捲芯から抜き取るときに、捲き始めのセパレータ部分に冷風を直接吹き付ける方法と異なり、このように捲芯に吹き付ける方法であれば容易に実施できる。また、スポットクーラーの冷風を捲き始めのセパレータ部分に直接吹き付ける必要がないので、この冷風の吹き付けによって捲き始めのセパレータ部分の位置がずれた状態で極板群を構成し、極板群を捲芯から抜き取るときに極板群がタケノコ状に型崩れするという心配もない。
【００１７】
また、前記捲き始めのセパレータ部分にスポットクーラーの冷風を吹き付ける方法でも良い。
【００１８】
この製造方法によれば、スポットクーラーの冷風を捲き始めのセパレータ部分に直接吹き付けるので、このセパレータの温度を１０℃以下に効果的に短時間で冷却することができる。
【実施例】
【００１９】
以下に本発明の実施例について、図面を参照して説明する。ただし、本発明は以下に説明する実施例に限定されるものではない。
【００２０】
図１は本発明の角型リチウムイオン二次電池の一実施例を示した一部切欠斜視図、
図２、図３は本発明の実施例に用いた角型リチウムイオン二次電池の極板群の捲き始めの構成を示した模式図である。
【００２１】
角型リチウムイオン二次電池の極板群１は、コバルト酸リチウムを正極活物質として導電剤と結着剤とを混合した正極合剤をアルミニウム箔集電体に塗工、乾燥、圧延し、所定の寸法に切断して作製した帯状の正極板と、黒鉛を負極活物質として導電剤と結着剤とを混合した負極合剤を銅箔集電体に塗工、乾燥、圧延し、所定の寸法に切断して作製した帯状の負極板とをセパレータを介して捲芯８を用いて捲回後、極板群１を捲芯８から抜き取る工程を経て構成する。
【００２２】
渦捲状の極板群１の捲き始めは正極板、負極板が存在しない捲き始めのセパレータ部分９が２枚重なり合って存在し、この２枚重なり合った捲き始めのセパレータ部分９を２枚の平板状の金属からなる捲芯８により挟持した状態で捲回を開始する。捲芯８の捲き始めは捲き始めのセパレータ部分９のみが数周捲回され、次いで正極板と負極板とをセパレータを介して捲回した後、捲き始めのセパレータ部分９の挟持を緩めて極板群１を捲芯８から抜き取っている。
【００２３】
このように構成した極板群１は、正極リード２および負極リード３が各々正極板および負極板に電気的に接続されており、有底ケース４に収納した後、正極リード２と封口板５、および負極リード３と負極端子６を各々溶接する。
【００２４】
その後、封口板５と有底ケース４をレーザー溶接する。次いで所定量の非水電解液を注入口７より有底ケース４内に注入し、注入口７に封栓を挿入、レーザー溶接して角型リチウムイオン二次電池を作製する。
【００２５】
（実施例１）
図２に示すように、角型リチウムイオン二次電池用の捲芯８は、２枚の平板状の金属で構成されている。捲芯８の材質はステンレス鋼とし、表層部は厚さが１００μｍのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）層とした。この捲芯８を備えた捲回機の捲回部付近にスポットクーラーの吹き出し口１０を取り付け、捲き始めのセパレータ部分９に冷風を直接吹き付けることにより、捲き始めのセパレータ部分９の表面温度を冷却した。なお、捲回機周辺の環境温度は約２５℃に設定した。捲芯８はモーターによって駆動し、極板群を約３０個／分のタクトで構成する捲回機を用いた。
【００２６】
このようにスポットクーラーの吹き出し口１０から捲き始めのセパレータ部分９に冷風を直接吹き付けるように設定した捲回機を捲回機Ａと称する。この捲回機Ａを用いて角型リチウムイオン電池を以下のように作製した。
【００２７】
まず、ポリエチレン製の微多膜からなる捲き始めのセパレータ部分９の先端部を２枚の平板状のステンレス鋼からなる捲芯８によって挟持した状態で、スポットクーラーの吹き出し口１０から捲き始めのセパレータ部分９に冷風を直接吹き付けた。
【００２８】
捲き始めのセパレータ部分９の表面温度が設定した温度まで低下したことを検知してから捲回機Ａのモーターを駆動して捲芯８の捲回を開始し、捲芯８を約３回転した時点でスポットクーラーの吹き出しを停止した。このように捲芯８の捲き始めは捲き始めのセパレータ部分９のみを約３周捲回し、次いで正極板と負極板とをセパレータを介して捲回した。
【００２９】
所定の長さの正極板と負極板を捲回した後、両極板を切断し、外周をセパレータのみで約２周捲回してセパレータを切断し、この外周のセパレータを熱溶着して渦巻状の極板群１が解けないように固定した。
【００３０】
次に、２枚の平板状の捲芯８によって挟持していた捲き始めのセパレータ部分９の挟持を緩めて極板群１を捲芯８から抜き取った。
【００３１】
極板群１を捲き取るときに捲き始めのセパレータ部分９に直接吹き付けるスポットクーラーの吹き出し口１０から吹き出される冷風の温度は、極板群１を捲芯８から抜き取るときに捲き始めのセパレータ部分９の表面温度が５℃〜１０℃になるように設定した。
【００３２】
このように構成した極板群１を有底ケース４内に挿入し、非水電解液を注入した後、有底ケース４の開口部を封口板５で封口することにより作製した角型リチウムイオン二次電池を実施例１の電池Ａとした。
【００３３】
（実施例２）
極板群１を捲き取るときに捲き始めのセパレータ部分９に直接吹き付ける冷風の温度を、極板群１を捲芯８から抜き取るときに捲き始めのセパレータ部分９の表面温度が−５℃〜０℃になるように設定した以外は実施例１と同様に作製した角型リチウムイオン二次電池を実施例２の電池Ｂとした。
【００３４】
（実施例３）
極板群１を捲き取るときに捲き始めのセパレータ部分９に直接吹き付ける冷風の温度を、極板群１を捲芯８から抜き取るときに捲き始めのセパレータ部分９の表面温度が−１５℃〜−１０℃になるように設定した以外は実施例１と同様に作製した角型リチウムイオン二次電池を実施例３の電池Ｃとした。
【００３５】
（実施例４）
極板群１を捲き取るときに捲き始めのセパレータ部分９に直接吹き付ける冷風の温度を、極板群１を捲芯８から抜き取るときに捲き始めのセパレータ部分９の表面温度が−２５℃〜−２０℃になるように設定した以外は実施例１と同様に作製した角型リチウムイオン二次電池を実施例４の電池Ｄとした。
【００３６】
（比較例１）
極板群１を捲き取るときに捲き始めのセパレータ部分９に直接吹き付ける冷風の温度を、極板群１を捲芯８から抜き取るときに捲き始めのセパレータ部分９の表面温度が１５℃〜２０℃になるように設定した以外は実施例１と同様に作製した角型リチウムイオン二次電池を比較例１の電池Ｍとした。
【００３７】
（実施例５）
図３に示すように、スポットクーラーの吹き出し口１０から吹き出される冷風を捲芯８に吹き付け、その熱伝導により捲き始めのセパレータ部分９を冷却する構造の捲回機であって、極板群１を捲き取るときに冷風を吹き出すように設定した捲回機を捲回機Ｂと称する。
【００３８】
捲回機Ｂを用いて極板群１を捲き取るときに冷風を捲芯８に吹き付けた以外は実施例１と同様に、極板群１を捲芯８から抜き取るときに捲き始めのセパレータ部分９の表面温度が５℃〜１０℃になるように設定した。このように作製した角型リチウムイオン二次電池を実施例５の電池Ｅとした。
【００３９】
（実施例６）
捲回機Ｂを用いて極板群１を捲き取るときに捲芯８に吹き付ける冷風の温度を、極板群１を捲芯８から抜き取るときに捲き始めのセパレータ部分９の表面温度が−５℃〜０℃になるように設定した以外は実施例１と同様に作製した角型リチウムイオン二次電池を実施例６の電池Ｆとした。
【００４０】
（実施例７）
捲回機Ｂを用いて極板群１を捲き取るときに捲芯８に吹き付ける冷風の温度を、極板群１を捲芯８から抜き取るときに捲き始めのセパレータ部分９の表面温度が−１５℃〜−１０℃になるように設定した以外は実施例１と同様に作製した角型リチウムイオン二次電池を実施例７の電池Ｇとした。
【００４１】
（実施例８）
捲回機Ｂを用いて極板群１を捲き取るときに捲芯８に吹き付ける冷風の温度を、極板群１を捲芯８から抜き取るときに捲き始めのセパレータ部分９の表面温度が−２５℃〜−２０℃になるように設定した以外は実施例１と同様に作製した角型リチウムイオン二次電池を実施例８の電池Ｈとした。
【００４２】
（比較例２）
捲回機Ｂを用いて極板群１を捲き取るときに捲芯８に吹き付ける冷風の温度を、極板群１を捲芯８から抜き取るときに捲き始めのセパレータ部分９の表面温度が１５℃〜２０℃になるように設定した以外は実施例１と同様に作製した角型リチウムイオン二次電池を比較例２の電池Ｎとした。
【００４３】
（実施例９）
図３に示すように、スポットクーラーの吹き出し口１０から吹き出される冷風を捲芯８に吹き付け、その熱伝導により捲き始めのセパレータ部分９を冷却する構造の捲回機であって、極板群１を捲き終えた後、極板群１を捲芯８から抜き取る直前にスポットクーラーの吹き出し口１０から冷風を吹き出すように設定した捲回機を捲回機Ｃと称する。
【００４４】
捲回機Ｃを用いて極板群１を捲芯８から抜き取る直前に冷風を捲芯８に吹き付けた以外は実施例１と同様に、極板群１を捲芯８から抜き取るときに捲き始めのセパレータ部分９の表面温度が５℃〜１０℃になるように設定した。このように作製した角型リチウムイオン二次電池を実施例９の電池Ｉとした。
【００４５】
（実施例１０）
捲回機Ｃを用いて極板群１を捲芯８から抜き取る直前に捲芯８に吹き付ける冷風の温度を、極板群１を捲芯８から抜き取るときに捲き始めのセパレータ部分９の表面温度が−５℃〜０℃になるように設定した以外は実施例１と同様に作製した角型リチウムイオン二次電池を実施例１０の電池Ｊとした。
【００４６】
（実施例１１）
捲回機Ｃを用いて極板群１を捲芯８から抜き取る直前に捲芯８に吹き付ける冷風の温度を、極板群１を捲芯８から抜き取るときに捲き始めのセパレータ部分９の表面温度が−１５℃〜−１０℃になるように設定した以外は実施例１と同様に作製した角型リチウムイオン二次電池を実施例１１の電池Ｋとした。
【００４７】
（実施例１２）
捲回機Ｃを用いて極板群１を捲芯８から抜き取る直前に捲芯８に吹き付ける冷風の温度を、極板群１を捲芯８から抜き取るときに捲き始めのセパレータ部分９の表面温度が−２５℃〜−２０℃になるように設定した以外は実施例１と同様に作製した角型リチウムイオン二次電池を実施例１２の電池Ｌとした。
【００４８】
（比較例３）
捲回機にスポットクーラーを取り付けなかった捲回機を捲回機Ｄと称する。
【００４９】
捲回機Ｄを用いて捲き始めのセパレータ部分を冷却しなかった以外は実施例１と同様に作製した角型リチウムイオン二次電池を比較例３の電池Ｏとした。なお、捲回機周辺の環境温度は実施例１と同様に約２５℃に設定した。
【００５０】
＜評価＞
本発明の実施例１〜１２の電池Ａ〜Ｌ、および比較例１〜３の電池Ｍ〜Ｏを各１００個作製し、極板群がタケノコ状に型崩れしていないかを目視確認した。また、各極板群を捲芯から抜き取るために必要な力を調べた。
【００５１】
作製した各１００個の角型リチウムイオン二次電池は、環境温度２０℃において電圧４．２０Ｖまで定電流充電し、電圧４．２０Ｖに到達した後、充電時間の総計が２時間になるように定電圧４．２０Ｖで充電した。その後、６０℃の恒温槽に３日間保存し、６０℃の恒温槽から取り出した後、環境温度２０℃において電池温度が安定するまで６時間ほど保存した。電池温度が安定してから１回目の開路電圧を測定し、環境温度２０℃においてさらに２日間保存してから２回目の開路電圧を測定した。２回目の開路電圧が１回目の開路電圧より１００ｍＶ以上低下したものを開路電圧不良として判定した。
【００５２】
評価結果を（表１）に示す。
【００５３】
【表１】
2008226695.tif 000003
【００５４】
この（表１）より明らかなように、本発明の実施例１〜１２の電池Ａ〜Ｌの各極板群を捲芯から抜き取るために必要な力は、比較例１〜３の電池Ｍ〜Ｏに比べて極めて小さくなった。特に捲き始めのセパレータ部分９の表面温度を、−２５℃〜−２０℃とした電池Ｄ、電池Ｈ、電池Ｌの各極板群を捲芯から抜き取るために必要な力は小さくなることがわかった。
【００５５】
また、実施例１〜１２の電池Ａ〜Ｌの各極板群はタケノコ状に型崩れすることなく、開路電圧不良の発生も皆無であった。一方、比較例１〜３の電池Ｍ〜Ｏの各極板群はタケノコ状に型崩れするものが１０〜１８％あり、開路電圧不良になるものが３〜５％あった。開路電圧不良となった角型リチウムイオン二次電池は、全て極板群がタケノコ状に型崩れしたものであり、電池を分解してセパレータを観察したところセパレータが大きくずれて損傷していることが確認できた。このセパレータの損傷により開路電圧不良になったと考えられる。
【００５６】
以上のように、捲き始めのセパレータ部分９の表面温度を１０℃以下に冷却すれば、極板群がタケノコ状に型崩れすることなく、セパレータのズレや損傷による正・負極板間の短絡を抑制できることがわかった。
【００５７】
これは捲き始めのセパレータ部分９と捲芯８との摩擦抵抗を低減できたため、渦捲状に捲回した極板群１を捲芯８からスムーズに抜き取ることができたと考えられる。
【００５８】
本実施例はポリエチレン製の微多孔膜からなるセパレータを用いたが、このようなポリオレフィン系の微多孔膜からなるセパレータは低温で硬化するため、低温側での摩擦抵抗が小さくなったと考えられる。
【００５９】
なお、本実施例において角型リチウムイオン二次電池を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、セパレータを介して正・負極板を捲回することにより得られる渦巻状の極板群からなる電池すべての製造方法に適応しうることは明らかである
。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明にかかる電池の製造方法は、渦捲状に捲回した極板群を捲芯からスムーズに抜き取ることができ、極板群がタケノコ状に型崩れすることなく、セパレータのズレや損傷による正・負極板間の短絡を抑制できる効果が得られ、小型、高容量の電池の製造に有用である。例えば、リチウムイオン二次電池やニカド電池、ニッケル水素電池、アルカリ乾電池などの製造に適している。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の角型リチウムイオン二次電池の一実施例を示した一部切欠斜視図
【図２】本発明の実施例に用いた角型リチウムイオン二次電池の極板群の捲き始めの構成を示した模式図
【図３】本発明の実施例に用いた角型リチウムイオン二次電池の極板群の捲き始めの他の構成を示した模式図
【符号の説明】
【００６２】
１    極板群
２    正極リード
３    負極リード
４    有底ケース
５    封口板
６    負極端子
７    注入口
８    捲芯
９    捲き始めのセパレータ部分
１０    スポットクーラーの吹き出し口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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