(57)【要約】【課題】  角形電池の製造工程における極板群の形成に際して巻回式の製造方法を採用する場合に、略長円形状に巻回する際の巻きズレを最小限に抑える製造技術を提供する。【解決手段】  正極板(1)における正極芯材および負極板(2)における負極芯材に対して活物質を充填または塗着する活物質充填工程と、正極板(1)および負極板(2)を所定の厚みとなるように圧延する圧延工程と、正極板(1)および負極板(2)におけるそれぞれの芯材露出部(4,5)を両極板(1,2)の対向部分から互いに反対方向へ突出させつつ断面が略長円形となるように巻回させる巻回工程とを備える。芯材露出部(4,5)には、巻回の周方向を長手方向とするガイド孔を等間隔に備える。  巻回工程においては、ガイド孔を貫通するピン状治具(8)によって巻回ごとにそのピン状治具(8)にガイド孔を貫通させる。 【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の正極板と帯状の負極板とを、前記正極板および前記負極板の間にセパレータを位置させて巻回させることによって電極群を製造する製造方法であって、
前記正極板における正極芯材および前記負極板における負極芯材に対して活物質を充填または塗着する活物質充填工程と、
前記正極板および前記負極板を所定の厚みとなるように圧延する圧延工程と、
前記正極板および前記負極板におけるそれぞれの芯材露出部を両極板の対向部分から互いに反対側へ突出させつつ断面が略長円形となるように巻回させる巻回工程とを備え、
前記正極板および前記負極板における芯材露出部には、巻回により重なり合った際に少なくとも一部が合致するガイド孔を形成しており、
前記巻回工程においては、一巻ごとに前記ガイド孔にピン状治具を挿通させながら巻回させていくことを特徴とする角形電池用電極群の製造方法。
【請求項２】
前記ガイド孔は、巻回方向を長手方向とする長円形孔であることを特徴とする請求項１に記載の角形電池用電極群の製造方法。
【請求項３】
前記正極板の活物質は水酸化ニッケルを主成分とし、前記負極板の活物質は水素吸蔵合金を主成分とすることを特徴とする請求項１および請求項２のいずれかに記載の角形電池用電極群の製造方法。
【請求項４】
前記正極板の活物質はリチウム含有金属化合物を主成分とし、前記負極板の活物質は炭素材料を主成分としたことを特徴とする請求項１および請求項２のいずれかに記載の角形電池用電極群の製造方法。
【請求項５】
帯状の正極板と帯状の負極板とを、前記正極板および前記負極板の間にセパレータを位置させて断面が略長円形となるように巻回させることによって製造する電極群であって、
前記正極板および前記負極板におけるそれぞれの芯材露出部を両極板の対向部分から互いに反対側へ突出させつつ巻回させるとともに、巻回により重なった際には少なくとも一部が合致するガイド孔が形成されていることを特徴とする角形電池用電極群。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯状の正極板と帯状の負極板と帯状のセパレータとが巻かれることによって形成される角形電池用電極群の製造方法および角形電池用電極群に関する。 
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、ノート型コンピュータなどの携帯情報機器が普及した。そして、それらの機器は更なる高性能化、軽量化、小型化を目指している。そのため、それら携帯情報機器の電源として用いられている二次電池に対しても、小型軽量化、エネルギー密度の高度化などが要求されている。
【０００３】
一方、ガソリン価格の高騰、地球温暖化への配慮などの外部環境から、電気自動車に対する期待が高まっている。また、動力源としてガソリンエンジンと電気モータとを併用するいわゆるハイブリッド車も市販されている。
【０００４】
言うまでもなく、電気自動車やハイブリッド車には、電源として二次電池が用いられている。そして、その二次電池に対しても、小型軽量化、エネルギー密度や出力の高度化、長寿命、低コスト、信頼性の向上などが要求されている。
【０００５】
携帯情報機器、電気またはハイブリッド車とも、収納スペースが限られている。
一方、従来の二次電池は円筒形をなしたものが多く、限られた収納スペースに収納するには隙間が生じてしまうため、好ましくない。
そこで、円筒形電池に代わって、角形電池が主流となっている。角形電池に関する代表的な技術としては、たとえば特許文献１に記載されたようなものがある。
【０００６】
特許文献１には、『多数の正極板と多数の負極板を、セパレータを介して積層した極板群において、正極板と負極板の互いに反対側の側縁部を極板の対向部分から突出させ、突出部をリード部とすることにより、極板の全面から集電板までの平均距離を短くする。それにより、電池内部の抵抗値を低減するとともに電極活物質の利用率を高めて電池出力を向上させる。』という技術が記載されている。
【０００７】
また、特許文献２には、『帯状の正極板と帯状の負極板と帯状のセパレータを介して巻かれることにより形成された電極群の両端部に一対の集電体を備える。それにより、極板の対向面積を増加させ、電池内部の抵抗値を低減させる。』という技術が記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−９３５０８号公報
【特許文献２】特開２００１−２６６９２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述した特許文献1（特開２００１−９３５０８号公報）に提案されている角形電池は、セパレータを介して所定寸法の正極板および負極板を積層して極板群を構成させる技術である。この技術を用いて高出力化に対する要望を実現するためには、極板の枚数を増加させることによって、正極板と負極板との反応面積を増大させることとなる。極板の枚数を増加させることは、極板加工の工程数が増えることとなり、製造コストを増大させることになってしまう。
【００１０】
前述した特許文献２（特開２００１−２６６９２８号公報）に提案されている技術は、巻回式の極板群を構成させる技術が開示されている。この技術がそのまま利用できれば、特許文献1に開示された技術の欠点となる極板加工の工程数を大幅に増やすことにはならず、高出力化に対する要望を低コストで実現できることとなる。
【００１１】
しかしながら、角形電池用の巻回式の極板群を構成させる製造工程は、巻回工程にて「巻きズレ」が発生するおそれが大きいことが把握されている。図３から図５を用いて説明する。
図３および図４には、帯状の正極板１と帯状の負極板２と帯状のセパレータ３を介して巻かれることにより形成された電極群１７を示している。また、図５には、電極群１７における芯材露出部４，５の端面に一対の集電体１２，１２を接合する様子を示している。
【００１２】
「巻きズレ」とは、長い帯状の正極板１、負極板２，セパレータ３が巻かれていく最中に、正極板１、負極板２，セパレータ３の長手方向に直角な方向（図５における紙面の上下方向）にずれて巻かれてしまうことである。
【００１３】
この巻きズレが発生してしまうと、電極群１７の芯材露出部４，５の端面には凹凸が存在するので、集電板１２，１２を接合する際に接合不良が発生してしまう。更に好ましくない状態としては、集電板１２，１２を接合する前に短絡（ショート）が発生してしまうおそれもある。
【００１４】
本発明が解決すべき課題は、角形電池の製造工程における極板群の形成に際して巻回式の製造方法を採用する場合に、略長円形状に巻回する際の巻きズレを最小限に抑える製造技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決する手段として、本出願は、以下の発明を開示する。
【００１６】
（請求項１）
請求項１に記載の発明は、帯状の正極板(1)と帯状の負極板(2)とを、前記正極板(1)および前記負極板(2)の間にセパレータ(3)を位置させて巻回させることによって電極群を製造する製造方法に係る。
すなわち、前記正極板(1)における正極芯材および前記負極板(2)における負極芯材に対して活物質を充填または塗着する活物質充填工程と、  前記正極板(1)および前記負極板(2)を所定の厚みとなるように圧延する圧延工程と、  断面が略長円形となるように前記正極板(1)および前記負極板(2)におけるそれぞれの芯材露出部(4,5)を両極板(1,2)の対向部分から互いに反対側へ突出させつつ断面が略長円形となるように巻回させる巻回工程とを備える。  前記正極板(1)および前記負極板(2)における芯材露出部(4,5)には、巻回により重なり合った際に少なくとも一部が合致するガイド孔(6)を形成している。  そして、前記巻回工程においては、一巻ごとに前記ガイド孔(6)にピン状治具(8)を挿通させながら巻回させていくこととした角形電池用電極群の製造方法である。
【００１７】
一巻回ごとに芯材露出部(4,5)におけるガイド孔(6)にピン状治具(8)がはまり、極板の長手方向に垂直な方向へのズレ、すなわち電極群の巻ズレをほとんど抑制することができる。
巻ズレの発生を抑えることができれば、正極板(1)と負極板(2)との接触面積の減少を無くし、それに伴う出力低下を防止できる。また、電極群に対する集電体の溶接時に、接触不足などに基づく溶接のばらつきを抑えることに寄与し、最終的な角形電池の出力特性を安定させることにもなる。
【００１８】
ピン状治具(8)は、正極板(1)の芯材露出部(4)および負極板(2)における芯材露出部(5)の巻回方向に沿った両側に設けることが望ましい。ピン状治具(8)が両側にあれば、片側よりも巻ズレを防止しやすいからである。
また、ピン状治具(8)は、両側にそれぞれ２本ずつ設けることがより望ましい。巻ズレを効果的に防止できるからである。１本ずつの場合、対角位置に設けることが望ましい。
【００１９】
ピン状治具(8)は、面取りされた板状の巻き芯を芯材として略長円形をなすように巻回させる場合には、例えば、その巻き芯をなす板状体に立設させておくと取り扱いやすく便利である。（なお、図１においては、上記の巻き芯は図示を省略している。）。ただし、本願発明は、この方法に限らない。
【００２０】
（請求項２）
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の角形電池用電極群の製造方法を限定したものであり、
前記ガイド孔(6)は、巻回方向を長手方向とする長円形孔であることを特徴とする。
【００２１】
ガイド孔(6)を「長円形」としたのは、巻回工程においてピン状治具(8)が貫通しやすいようにするためである。
なお、ピン状治具(8)の直径は、長円形孔からなるガイド孔(6)における短直径以下であるが、短直径に近いほど、巻ズレの防止に寄与するため、好ましい。
【００２２】
（請求項３）
請求項３に記載の発明は、請求項１および請求項２のいずれかに記載の角形電池用電極群の製造方法を限定したものであり、
前記正極板(1)の活物質は水酸化ニッケルを主成分とし、前記負極板(2)の活物質は水素吸蔵合金を主成分とすることを特徴とする角形電池用電極群の製造方法に係る。
すなわち、本願発明は、ニッケル水素電池用の角形電池用電極群の製造方法として適している。
【００２３】
（請求項４）
請求項４に記載の発明は、請求項１および請求項２のいずれかに記載の角形電池用電極群を限定したものであり、
前記正極板(1)の活物質はリチウム含有金属化合物を主成分とし、前記負極板(2)の活物質は炭素材料を主成分としたことを特徴とする。
すなわち、本願発明は、リチウムイオン電池用の角形電池用電極群の製造方法としても適している。
【００２４】
（請求項５）
請求項５に記載の発明は、帯状の正極板(1)と帯状の負極板(2)とを、前記正極板(1)および前記負極板(2)の間にセパレータ(3)を位置させて断面が略長円形になるように巻回させることによって製造する電極群に係る。
すなわち、前記正極板(1)および前記負極板(2)におけるそれぞれの芯材露出部(4,5)を両極板の対向部分から互いに反対側へ突出させつつ巻回させるとともに、巻回により重なった際には少なくとも一部が合致するガイド孔(6)が形成されていることを特徴とする角形電池用電極群である。
【００２５】
前記正極板(1)の活物質が水酸化ニッケルを主成分としたものであり、前記負極板(2)の活物質が水素吸蔵合金を主成分としたものであれば、ニッケル水素電池の角形電池用電極群となる。
【００２６】
前記正極板(1)の活物質がリチウム含有金属化合物を主成分としたものであり、前記負極板(2)の活物質が炭素材料を主成分としたものであれば、リチウムイオン電池用の角形電池用電極群となる。
【発明の効果】
【００２７】
本願発明によれば、正極板および負極板における芯材露出部には、巻回によって重なり合った際に少なくとも一部が合致するガイド孔を備え、ピン状治具を一巻回ごとに前記ガイド孔に挿通させることとしたので、角形電池の製造工程における極板群の形成に際して巻ズレを最小限に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本願発明に係る角形電池用の電極群の製造手順を示す斜視図である。
本実施形態では、図５に示すような所定の寸法に裁断した正極板、セパレータおよび負極板を積層させるのではなく、正極板１、セパレータ３および負極板２それぞれを帯状とし、セパレータ３を介して巻回させることによって形成する。
【００２９】
前記正極板１および前記負極板２における芯材露出部４，５には、巻回の周方向を長手方向とする長円形をなすガイド孔６を等間隔に備えている。前記正極板１および前記負極板２における芯材露出部４，５は、巻回ごとにそのピン状治具８に前記ガイド孔６を貫通させる。
【００３０】
図１では図示を省略しているが、面取りされた板状の巻き芯を芯材として略長円形をなすように巻回させることとしており、前記ピン状治具８は、その巻き芯をなす板状体に立設させている。その位置は、対角位置に１本ずつである。
【００３１】
ピン状治具８の直径は、長円形孔であるガイド孔６における短直径とほぼ同一とした。
巻回が終了したら、ピン状治具８を抜き、図示を省略した巻き芯も抜く。
【００３２】
さて、前記正極板１は、発泡ニッケル芯材に対して、水酸化ニッケルを主成分とする正極活物質を充填することによって形成されている。発泡ニッケル芯材の幅は４５mmであり、充填部分の幅は４０mmであり、幅方向の一方の端部には正極活物質が充填されない５mmの未塗工部（芯材露出部４）を設ける。そして、その未塗工部には、前記芯材露出部４と同一幅のニッケルリードを接合した後、前記ガイド孔６を等間隔に設ける。
なお、正極板１の容量は、７Ａｈ程度である。
【００３３】
負極板２は、負極活物質である水素貯蔵合金の微粉末を主成分とするペーストを塗着した金属多孔板（パンチングメタル）である。また、幅方向の一方の端部から５mmには負極活物質が塗着されていない未塗工部（芯材露出部５）を設ける。前記芯材露出部５には、前記ガイド孔６を等間隔に設けている。
負極板の容量は、１０Ａｈ程度である。
【００３４】
なお、正極板１、負極板２の芯材には、予めガイド孔６を有するものを採用することもできる。
【００３５】
本実施形態に係るセパレータ３は、スルホン化処理を施したポリプロピレン製の不織布にて形成されている。ポリアミド樹脂の不織布を採用することもできる。
【００３６】
正極板１と負極板２とは、セパレータ３を介して、それぞれの活物質の部分を相対向させつつ、正負の芯材露出部４，５を対向部分から互いに反対側へ突出させた状態で、巻高さが５０mmとなるように、面取りされた巻き芯（図示を省略）を芯材として略長円形をなすように巻回していく。また、一巻回ごとにピン状治具８をガイド孔６に挿入し、電極群を形成する。
【００３７】
前述した実施形態では、ニッケル水素電池を例示したが、本願発明は、リチウムイオン電池の製造技術にも用いることができる。
正極板の芯材としてアルミ箔、活物質としてリチウム含有金属化合物（たとえばコバルト酸リチウム）を、負極板の芯材として銅箔、活物質として炭素材料（たとえば黒鉛）を用いることに相違がある以外は、基本的な電極群構造が、ニッケル水素電池と同一だからである。
【実施例】
【００３８】
図２Ａは、前述の実施形態にて製造した電極群２０セルの巻高さ（総高）に関するばらつきを測定したものである。また、図２Ｂは、図３に示す従来の製造方法にて、製造した電極群２０セルの巻高さに関するばらつきを測定したものである。
【００３９】
図２Ａに示すように、前述の実施形態にて製造した電極群は、図２Ｂに示した従来の製造方法で製造した電極群と比較して、ばらつき（σ値）が半分以下に抑制されていることが分かる。
【００４０】
更に、上記電極群の芯材露出部の平面度（集電板を溶接する面の凹凸）を測定した結果を図２Ｃおよび図２Ｄに示す。先述した電極群の巻高さに関するデータと同様に、前述の実施形態にて製造した電極群の平面度は、図２Ｃに示すように、図２Ｄに示す従来の製造方法にて製造した電極群と比較して、ばらつきも小さく、０（mm）近傍である。つまり、凹凸が少なく、極めて平面に近いことが分かる。
【００４１】
以上の実施例から明らかなように、本発明に係る技術、すなわち、巻回工程において一回ごとにピン状治具をガイド孔に挿通していくことにより、極板のズレが抑制された。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、主に二次電池の製造分野、および二次電池の部品、部材の製造分野において利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る角型電池用電極群の製造手順を示す斜視図である。
【図２】実施例による実験結果を示す棒グラフである。
【図３】従来の角型電池用電極群の製造手順を示す斜視図である。
【図４】従来の角型電池用電極群を示す斜視図、および側面図である。
【図５】従来の角型電池ユニットの製造手順を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  正極板                ２  負極板
３  セパレータ            ４  芯材露出部（正極）
５  芯材露出部（負極）    ６  ガイド孔
８  ピン状治具
１２  集電板            １２１  集電板の上部
１２２  溶接部
１７  電極群
【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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