(57)【要約】 【課題】ハイレート放電特性に優れた電池の製造方法を提供する。【解決手段】帯状の電極芯体に活物質が塗着されてなる第１電極と、前記第１電極とは極性の異なる電極であって帯状の電極芯体に活物が塗着されてなる第２電極と、をセパレータを介して巻回して渦巻電極体となす渦巻電極体の製造方法において、前記第１電極の幅方向の少なくとも一方縁に活物質の塗着されていない芯体露出部が形成されており、当該第１電極とセパレータと第２電極とを、当該第１電極の芯体露出部をセパレータ幅を超えて幅方向前方に突出させた状態で重ね合わせ、前記三者を長手方向に巻回して、一方面に前記第１電極の芯体露出部が突出した巻取体を作製する巻取体作製ステップと、前記巻取体をその軸方向に上下運動させ、前記一方面をタッピングすることにより、突出した芯体露出部を巻取体の本体側に折り曲げて、前記一方面を平坦にするタッピングステップと、を備え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】
帯状の電極芯体に活物質が塗着されてなる第１電極と、前記第１電極とは極性の異なる電極であって帯状の電極芯体に活物質が塗着されてなる第２電極と、をセパレータを介して巻回して渦巻電極体となす渦巻電極体の製造方法において、
前記第１電極の幅方向の少なくとも一方縁に活物質の塗着されていない芯体露出部が形成されており、
当該第１電極とセパレータと第２電極とを、当該第１電極の芯体露出部をセパレータ幅を超えて幅方向前方に突出させた状態で重ね合わせ、前記三者を長手方向に巻回して、一方面に前記第１電極の芯体露出部が突出した巻取体を作製する巻取体作製ステップと、
前記巻取体をその軸方向に上下運動させ、前記一方面をタッピングすることにより、突出した芯体露出部を巻取体の本体側に折り曲げて、前記一方面を平坦にするタッピングステップと、
を備えることを特徴とする渦巻電極体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の渦巻電極体の製造方法において、
前記第２電極にも幅方向の少なくとも一方縁に活物質の塗着されていない芯体露出部が形成されており、
前記巻取体作製ステップは、一方面に前記第１電極の芯体露出部がセパレータ幅を超えて突出し、且つ他方面に前記第２電極の芯体露出部がセパレータ幅を超えて突出した巻取体を作製するステップであり、
前記タッピングステップは、前記一方面および他方面に芯体露出部が突出した巻取体を、その軸方向に上下運動させ、前記一方面および他方面をタッピングするステップである、
ことを特徴とすることを特徴とする渦巻電極体の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の渦巻電極体の製造方法において、
前記巻取体作製ステップの前に、巻取体作製ステップで使用する芯体露出部に折り曲げ線を形成する折り曲げ線形成ステップを更に備える、
ことを特徴とする渦巻電極体の製造方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の渦巻電極体の製造方法において、
前記巻取体作製ステップの後、前記タッピングステップの前に、前記芯体露出部の突出した巻取体の前記芯体露出部に巻取体外周から前記芯体露出部中心に向かう圧力を作用させ、前記芯体露出部に複数の溝を放射線状に形成する折り曲げ補助溝形成ステップを更に備える、
ことを特徴とする渦巻電極体の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の方法により得られた渦巻電極体の前記芯体露出部に、前記渦巻電極体から電流を取り出す集電板を溶接する、
ことを特徴とする密閉型電池の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の密閉型電池の製造方法おいて、
前記溶接が、抵抗溶接、超音波溶接、又は高エネルギー線による溶接である、
ことを特徴とする密閉型電池の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の密閉型電池の製造方法おいて、
前記高エネルギー線が、レーザ光又は電子ビームである、
ことを特徴とする密閉型電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦巻電極体の製造方法およびこれを用いた密閉型電池の製造方法に関し、より詳しくは渦巻電極体の電気接続方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、携帯電話、ノートパソコン等の移動情報端末の高機能化・小型化および軽量化が急速に進展している。これらの端末の駆動電源として、高いエネルギー密度を有し、高容量であるリチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池が広く利用されている。
【０００３】
特に帯状の電極芯体（集電体）に、正負活物質を塗着した正負極をセパレータを介して巻回してなる渦巻電極体を用いた電池は、ハイレート放電が必要とされる用途において広く使用されている。ニッケルカドニウム電池などのアルカリ蓄電池では、ハイレート放電を行うために、電極の巻取体の巻回軸方向端縁面に集電板が溶接されるものがある。ところが、リチウムイオン電池の電極芯体には、柔らかく且つ数十μｍ以下の非常に薄い材料が用いられているため（例えば、銅箔、アルミニウム箔）、電極芯体と集電板とを直接溶接することが困難である。渦巻電極体の側面をクランプして溶接する方法も考えられるが、巻き圧を充分に高めることができないので、巻きズレが生じてしまい、この方法においても電極芯体と集電板とを直接溶接することが困難である。
【０００４】
このようなことから、従来の電池においては、電極芯体の一部に集電タブを取り付け、このタブと集電板とを溶接固定していたが、この種の電池は、車椅子や電動工具の駆動電源など起動時に大出力を必要とする用途での利用が拡大しており、これらの用途においては特にハイレート放電特性に優れた電池が求められる。然るに、従来のタブ集電方式では短時に大電流を取り出し難いという問題がある。
【０００５】
ここで、電池の集電方法に関する技術としては、下記特許文献１〜１０が挙げられる。
【０００６】
【特許文献１】特開2000-294222号公報
【特許文献２】特開2000-323117号公報
【特許文献３】特開2000-40502号公報
【特許文献４】特開2002-170547号公報
【特許文献５】特開2002-75319号公報
【特許文献６】特開2004-139777号公報
【特許文献７】特開2004-95487号公報
【特許文献８】特開2006-12801号公報
【特許文献９】特開2006-32112号公報
【特許文献１０】特開2006-4729号公報
【０００７】
特許文献１は、極板群の両端に極板の集電体をそれぞれ突出させ、その突出部を押圧して集電体自身によって平坦部を形成し、この平坦部に集電板を接合する技術であり、この技術によると、集電効率を高くでき、充放電時の温度上昇を小さくできるとされる。
【０００８】
特許文献２は、渦巻状電極群の正極板端縁の芯体露出部あるいは負極板端縁の芯体露出部のうちの少なくとも一方の芯体露出部を折り曲げる技術であり、この技術によると、高率放電特性を高めることができるとされる。
【０００９】
特許文献３は、ゼリーロール状に巻き込まれた積層電極の両側端部からそれぞれ外方に向かって第１の電極と第２の電極とをそれぞれ突出させ、側端面に互いに平行な一対のスリットを形成し、そのスリットに仕切られた部分の電極を折り曲げて、積層電極の側端面よりも内方位置に電極面を形成し、この電極面に集電タブを接続する技術であり、この技術によると、集電能力を向上させることができるとされる。
【００１０】
特許文献４は、負極の面方向端部および正極の面方向端部のうちの一方に設けられた屈曲部を形成し、この屈曲部を集電板に対して面接触させる技術であり、この技術によると、負極および正極に負極集電板および正極集電板をより確実且つ簡単に接続できるとされる。
【００１１】
特許文献５は、負極の面方向端縁および前記正極の面方向端縁のうちの一方に折曲部を設ける技術であり、この技術によると、負極および正極の短絡を生じにくくできるとされる。
【００１２】
特許文献６は、電極体の上面および下面の少なくとも一方に、正極板および負極板のいずれかの芯材露出部を突出させ、この突出部の先端自身によって平坦部が形成し、この平坦部に集電板を接合する技術であり、この技術によると、ラフユースにあっても安定して優れた集電特性が得られるとされる。
【００１３】
特許文献７は、極板群の巻回幅方向に突出した正極側帯状集電部および／または負極側帯状集電部が、巻回軸心から放射状の配置で形成された切り込みまたは切欠きによって複数の接続片に分割され、且つ各接続片が巻回軸心に向け直角に折り曲げられ、この各接続片と集電体とを接合する技術であり、この技術によると、優れた耐落下特性が得られるとされる。
【００１４】
特許文献８は、セパレータの負極側が、電極群の中心方向に折り曲げられ、かつフレキシブルな基体を有する負極板が負極側端面の一部に、活物質がほとんど存在しない電極端部を有し、該電極端部の少なくとも一部を、折り曲げられた該セパレータから露出させ、該電極端部の露出している部分を、負極側集電板を介して、或いは直接、電池端子或いは電槽と電気的に接続した電極群を用いる技術であり、この技術によると、極板からの活物質脱落による短絡を防止できるとされる。
【００１５】
特許文献９は、正極板及び／又は負極板の集電体（電極芯体、以下同様）は、その幅方向の一方端側に活物質が塗着されない集電体露出部を形成し、集電体露出部はその幅方向の活物質塗着端からセパレータの幅と略同一位置に至るまでの部位を絶縁被覆し、前記極板群に形成したとき端部から突出した集電体露出部を押圧して折り曲げ形成された溶接面に集電板を溶接する技術であり、この技術によると、集電部と集電板との電気的な接続が安定で、しかも集電体と集電板との溶接強度を十分確保できるとされる。
【００１６】
特許文献１０は、帯状の集電体に活物質が塗着された正極板と、帯状の集電体に活物質が塗着された負極板との間に帯状のセパレータを配して巻回した極板群の上下両端面に集電体が突出するように構成し、巻回した最外周部位を除く他の部位を押圧して平坦部位を作成し、平坦部位に集電体を溶接した後に、最外周部位を集電体に溶接する技術であり、この技術によると、集電体と集電板との間の接合強度及び電流容量を向上できるとされる。
【００１７】
これらの技術では、集電体を折り曲げる必要があるが、薄く柔らかい集電体に力を加えて折り曲げようとすると、集電体の変形、破損により、平坦部位を作製できず、巻取体に集電板を良好な状態で溶接できないおそれがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、上記に鑑みなされたものであって、ハイレート放電特性に優れた電池を製造することのできる渦巻電極体の製造方法およびこれを用いた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】
【００１９】
上記課題を解決するための渦巻電極体の製造方法にかかる本発明は、帯状の電極芯体に活物質が塗着されてなる第１電極と、前記第１電極とは極性の異なる電極であって帯状の電極芯体に活物が塗着されてなる第２電極と、をセパレータを介して巻回して渦巻電極体となす渦巻電極体の製造方法において、前記第１電極の幅方向の少なくとも一方縁に活物質の塗着されていない芯体露出部が形成されており、当該第１電極とセパレータと第２電極とを、当該第１電極の芯体露出部をセパレータ幅を超えて幅方向前方に突出させた状態で重ね合わせ、前記三者を長手方向に巻回して、一方面に前記第１電極の芯体露出部が突出した巻取体を作製する巻取体作製ステップと、前記巻取体をその軸方向に上下運動させ、前記一方面をタッピングすることにより、突出した芯体露出部を巻取体の本体側に折り曲げて、前記一方面を平坦にするタッピングステップと、を備えることを特徴とする。
【００２０】
この構成では、タッピング法を用いるタッピングステップを有するが、タッピング法によると巻取体の一方面の全面（軸方向に直交する面の全面）に均等で適度な強さの力（電極体の自重による力）を作用させることができるので、前記一方面に突出させた第１電極の芯体露出部が、破断することなく、渦巻電極体の軸方向に略直交する方向に折り曲げられ巻取体の軸方向に広がった形状が形成される。この平坦面では、第1電極の芯体が占める面積（通電可能面積）が飛躍的に拡大する。したがって、この平坦面に電池集電板を当接させた場合、良好な状態で集電板を巻取体に溶接ができ、両者の接触面積が大きくなり、集電効率が高まるので、ハイレート放電特性が顕著に向上することになる。
【００２１】
上記構成において、前記第２電極にも幅方向の少なくとも一方縁に活物質の塗着されていない芯体露出部が形成されており、前記巻取体作製ステップは、一方面に前記第１電極の芯体露出部がセパレータ幅を超えて突出し、且つ他方面に前記第２電極の芯体露出部がセパレータ幅を超えて突出した巻取体を作製するステップであり、前記タッピングステップは、前記一方面および他方面に芯体露出部が突出した巻取体を、その軸方向に上下運動させ、前記一方面および他方面をタッピングするステップである構成とすることができる。
【００２２】
この方法を用いると、第２電極にも平坦面を形成することができ、両極で集電効率が高まるので、さらにハイレート放電特性を向上できる。
【００２３】
上記構成において、前記巻取体作製ステップの前に、巻取体作製ステップで使用する第１電極の芯体露出部に折り曲げ線を形成する折り曲げ線形成ステップを更に備える構成とすることができる。
【００２４】
この方法を用いると、タッピングステップにおいて円滑に折り曲げ線を基軸として集電体が電池中央方向側に折れ曲がるので、電気接続するのに好都合な平坦面を形成できる。
【００２５】
上記構成において、前記巻取体作製ステップの後、前記タッピングステップの前に、前記芯体露出部の突出した巻取体に巻取体外周から芯体露出部中心に向かう圧力を作用させ、芯体露出部に複数の溝を放射線状に形成する折り曲げ補助溝形成ステップを更に備える構成とすることができる。
【００２６】
この方法を用いると、タッピングによる折れ曲がり方向が、巻取体外周から中心に向かう圧力で変形させた方向に誘導されるため、円滑に電気接続するのに好都合な平坦面を形成できる。この折り曲げ補助溝は、３本以上であることが好ましく、より好ましくは４本以上とする。
【００２７】
上記課題を解決するための電池の製造方法にかかる本発明は、上記に記載の方法により得られた渦巻電極体の前記一方面に、前記渦巻電極体から電流を取り出す集電板を溶接することを特徴とする。
【００２８】
この構成によると、渦巻電極体の平坦面は、従来のタブよりも電気接続に利用し得る接触面積が格段に大きいので、電池の集電板との接触面積を飛躍的に増大させることができ、これによりハイレート放電特性が顕著に向上する。
【００２９】
この溶接としては、抵抗溶接、超音波溶接、又は高エネルギー線による溶接を用いることができ、前記高エネルギー線による溶接としては、レーザ光又は電子ビームを用いることができる。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したように、本発明によると、簡単な方法で渦巻電極体と集電板を良好な状態で溶接でき、ハイレート放電特性に優れた電池を歩留まりよく製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を、図面を用いて詳細に説明する。図１は渦巻電極体を作製するステップを示す説明図であり、図２はタッピング工程を示す説明図であり、図３は電極体と集電板との溶接工程を示す図である。
【００３２】
（巻取体作製ステップ）
図１（ａ）に示すように、幅方向の少なくとも一方縁に活物質の塗着されていない芯体露出部が形成されている負極（第１電極）に、ローラーを用いて折り曲げ線を形成する。この後、図１（ｂ）に示すように、負極とセパレータと正極とを、負極の芯体露出部をセパレータ幅を超えて幅方向前方に突出させた状態で重ね合わせ、この三者を長手方向に巻回して、一方面に負極の芯体露出部が突出した巻取体を作製する（図１(ｃ)参照）。
【００３３】
（折り曲げ補助溝形成ステップ）
この後、芯体露出部の突出した巻取体の一方面に、巻取体外周から中心に向かう圧力を作用させ、前記一方面に複数の溝を放射線状に形成する（図２（ｂ）、（ｃ）参照）。
【００３４】
（タッピングステップ）
この後、高さ約２０ｍｍの高さからタッピングを５０回程度行う。（図２（ｄ）参照）、放射状の折り曲げ補助溝を設けている為、一方面から突出した負極芯体が径方向外側には屈折せず、全体が略均等に逐次径方向内側に向けて折り曲がるように塑性変形されることになり、多少の皺を生じさせながらも全体として平坦な平坦面が形成されることになる。これにより渦巻電極体が完成する（図２（ｅ）参照）。
【００３５】
この後、図３に示すように、当該渦巻電極体の平坦面と集電板とを溶接する。この後、当該電極体を電池缶内に挿入し、集電板と電池缶とをレーザ溶接し、その後電解液を注液し、開口部を封口して、電池が完成する。
【００３６】
（実施例）
以下に、実施例を参照して、本発明をより具体的に説明する。
【００３７】
（正極の作製）
コバルト酸リチウムからなる正極活物質と、炭素からなる導電剤と、ポリビニリデンフルオライドからなる結着剤と、Ｎ−メチルピロリドンと、を混合して正極活物質スラリーを調整した。この正極活物質スラリーを、厚み１５μｍのアルミ箔から成る正極集電体の両面に塗布し、乾燥、圧延して、正極材料層が形成されたＬ２０５０ｍｍ×Ｗ５０ｍｍ×Ｔ０．０９ｍｍの寸法の正極板を得た。
【００３８】
（負極の作製）
人造黒鉛からなる負極活物質と、ポリビニリデンフルオライドからなる結着剤と、Ｎ−メチルピロリドンと、を混合して負極活物質スラリーを調整した。この負極活物質スラリーを、厚み１０μｍの銅箔から成る負極芯体の両面に一側縁部に幅７ｍｍの非塗工部を残した状態で塗布し、乾燥、圧延して、負極材料層が形成されたＬ２１５０ｍｍ×Ｗ６０ｍｍ×Ｔ０．０８ｍｍの寸法の負極板を得た。この後、図１（ａ）に示すようにローラーで折り曲げ基線を形成した。
【００３９】
（巻取体作製ステップ）
上記正極板、負極板を、微多孔ポリエチレンフィルムから成る厚さ２２μｍのセパレータを介して互いに対向された状態（図１（ｂ）参照）に配置し、巻回して巻取体を作製した。
【００４０】
（折り曲げ補助溝形成ステップ）
図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、芯体露出部の突出した巻取体の一方面に巻取体外周から中心に向かう圧力を作用させ、８本の折り曲げ補助溝を放射線状に形成した。
【００４１】
（タッピングステップ）
この後、電極体を電極体より径が１ｍｍ程度大きい筒状の治具に入れ、高さ２０ｍｍの位置から５０回タッピングを行った（図２（ｄ）参照）。これにより、負極集電板が塑性変形され、平坦面が形成された（図２（ｅ）参照）。
【００４２】
（溶接）
図３に示すように、平坦面を形成した渦巻電極体の平坦面を集電板に押し付けるように、治具で配置して両者を圧接させた状態で、集電板の表面の複数箇所を中心部から外周まで放射状にレーザビームを照射することによって集電板と平坦部をレーザ溶接した。溶接条件は以下のとおり。
【００４３】
セパレータがズレることのない力で、集電板と圧接し、ＫＡＴＡＯＫＡ製ＫＬＹ−ＨＰ３００βのＹＡＧレーザを用いて、周波数１５０Ｈｚ、パルスレーザ出力１．０ｋＷ、加工速度２００ｍｍ／Ｓにて溶接。
【００４４】
（電池の組み立て）
この集電板を接合した仕掛品を電池缶内に挿入後、外装缶、電池蓋と溶接し、電解液とともに収容して真空含浸させ、電池蓋で密閉することにより、リチウムイオン二次電池を作製した。
【００４５】
（比較例）
上記折り曲げ補助溝形成ステップおよびタッピングを行わなかったこと以外は、実施例と同様にして比較例にかかる電池を作製した。
【００４６】
評価としては、外観確認後、集電板を引っ張り剥がして、集電板の状態、銅箔（負極集電体）の集電板への残存を確認した。また、断面を切断して、溶接状態を確認した。この結果を下記表１に示す。
【００４７】
【表１】
2008166030.tif 000003
【００４８】
上記表１から、実施例ではすべての電池において銅箔の集電板への残存がおきているのに対し、比較例ではすべてにおいて集電板の焦げ、穴開きが発生し、溶接箇所の銅箔残存もバラツキが生じていることがわかる。
【００４９】
このことは、次のように考えられる。実施例では、タッピングにより平坦面を形成しているため、集電体と集電板とが確実に溶接される。このため、集電板を引き剥がすと、溶接された集電体が集電板に残存する。他方、比較例では、平坦面が形成されていないため、集電体と集電板との溶接が十分に行われず、集電板の焦げ、穴開きが発生し、溶接箇所の銅箔残存もバラツキが生じる。
【００５０】
また、実施例では、平坦面が形成されているので、確実に当該平坦面と集電板とが溶接される。他方、比較例では、渦巻電極体と集電板とが十分に溶接されないため、レーザ照射により溶けた集電板が電極体の極板間の隙間に落ちて、焦げや穴開きが生じる。
【００５１】
以上のことから、本発明の製造方法では、集電体と集電板との安定した溶接が可能となり、電池性能、品質と生産性の向上に効果的であることが分かる。
【００５２】
なお、上記実施例では負極を折り曲げたが、正極を折り曲げる構成であってもよく、両者ともに折り曲げる構造であってもよい。また、本発明は、渦巻電極体を備える電池すべてに応用が可能であり、一次電池でもよく、二次電池でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上説明したように、本発明によると、ハイレート放電特性に優れた電池を低コストで提供できるので、産業上の意義は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、本発明電池の巻回ステップを説明する説明図である。
【図２】図２は、本発明電池のタッピングステップを説明する説明図である。
【図３】図３は、本発明電池のレーザ溶接方法を示す説明図である。
【図１】
2008166030.tif 000004
【図２】
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【図３】
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