(57)【要約】【課題】正極板及び負極板を容易に精度よく積層できる多層の接合体の製造方法及び積層型電池を提供する。【解決手段】本発明は、正極板２と負極板７との間にセパレータ６を介装させつつ交互に積層して形成される多層の接合体１の製造方法であって、複数の正極板２を積層して複数の正極板２の一端部１３を接合して閉じ正極板積層体５を形成する工程と、複数の負極板７を積層して複数の負極板７の一端部２１を接合して閉じ負極板積層体１０を形成する工程と、正極板積層体５の一の正極板をめくった後に該正極板上にセパレータ６を積層し、次いで負極板積層体１０の一の負極板７をめくりセパレータ６上に積層する工程と、負極板積層体１０の一の負極板７をめくった後に該負極板７上にセパレータ６を積層し、次いで正極板積層体５の一の正極板２をめくりセパレータ６上に積層する工程とを交互に行う正負極板積層工程とを有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板との間にセパレータを介装させつつこれら正極板と負極板とを交互に積層して形成される多層の接合体の製造方法であって、
複数の前記正極板を積層するとともに、これら複数の正極板の一端部を接合して閉じ、他端部を開放端とする正極板積層体を形成する工程と、
複数の前記負極板を積層するとともに、これら複数の負極板の一端部を接合して閉じ、他端部を開放端とする負極板積層体を形成する工程と、
前記正極板積層体の一の前記正極板をめくった後に該正極板上にセパレータを積層し、次いで前記負極板積層体の一の前記負極板をめくり前記セパレータ上に積層する工程と、前記負極板積層体の一の前記負極板をめくった後に該負極板上にセパレータを積層し、次いで正極板積層体の一の前記正極板をめくり前記セパレータ上に積層する工程とを交互に行う正負極板積層工程とを有することを特徴とする多層の接合体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の多層の接合体の製造方法であって、
前記正極板又は負極板のいずれか一方又は双方の前記一端部は、正極活物質層又は負極活物質層が形成されていない接合代とされていることを特徴とする多層の接合体の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の多層の接合体の製造方法であって、
前記正負極板積層工程において、ロール状に形成された前記セパレータを積層された前記正極板又は前記負極板上に向けて延出し、このセパレータを該積層された前記正極板と前記負極板との上方で切断又は折曲して積層することを特徴とする多層の接合体の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の多層の接合体の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする積層型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池等に用いられる多層の接合体の製造方法及び積層型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、リチウムイオン二次電池は、正極活物質が正極集電体に塗工された正極板と、負極活物質が負極集電体に塗工された負極板とを、これらの間にセパレータを介装させて積層し、これら正極板、セパレータ及び負極板を積層させた該積層体を電解液と共にケース内に密封するとともに、積層体の正極板と負極板のそれぞれに接続された電極端子をケースから突出させて概略構成されたものであり、前記積層体の製造方法としては、従来より下記特許文献１に開示された方法が提案されている。
【０００３】
特許文献１に記載された積層体の製造方法は、ロール状に巻回された不織布等の電気絶縁性のシートからなるセパレータを、積層ステージ上でつづら折りになるようにジグザグに折り畳むとともに、折り畳むたび毎に正極板及び負極板を該セパレータ上に交互に配置して挟み込むというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１０２８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１の積層体の製造方法によれば、正極板及び負極板を１枚ずつ保持し積層ステージ上に移動して該ステージ上でセパレータを挟み込みながら積層しているだけで、正極板、負極板及びセパレータが互いに連結しておらず固定されていない。したがって、積層時に正極板、セパレータ及び負極板を正確に位置決めしなければならず、また、正確に位置決めしても、正極板、セパレータ及び負極板が位置ずれして積層不良となることがあり、該積層体の製造効率が悪いという問題があった。
【０００６】
また、正極板及び負極板を保持、移動する機構及びセパレータを移動及び積層するための機構が大掛かりとなるため、装置が大型化して装置のスペース効率が悪くなるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みて、正極板、セパレータ及び負極板を精度よく位置決めして効率よく積層できるとともに、製造装置をコンパクトにすることができる多層の接合体の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、正極板と負極板との間にセパレータを介装させつつこれら正極板と負極板とを交互に積層して形成される多層の接合体の製造方法であって、複数の前記正極板を積層するとともに、これら複数の正極板の一端部を接合して閉じ、他端部を開放端とする正極板積層体を形成する工程と、複数の前記負極板を積層するとともに、これら複数の負極板の一端部を接合して閉じ、他端部を開放端とする負極板積層体を形成する工程と、前記正極板積層体の一の前記正極板をめくった後に該正極板上にセパレータを積層し、次いで前記負極板積層体の一の前記負極板をめくり前記セパレータ上に積層する工程と、前記負極板積層体の一の前記負極板をめくった後に該負極板上にセパレータを積層し、次いで正極板積層体の一の前記正極板をめくり前記セパレータ上に積層する工程とを交互に行う正負極板積層工程とを有することを特徴とする。
本発明では、複数の正極板がその一端部において接合されており、複数の負極板もその一端部において接合されているため、正極板と負極板との積層時に位置ずれし難い。また、正極板と負極板とをセパレータを挟みつつ積層するにあたっても、正極板及び負極板がそれぞれ一端部において接合されているため、積層を重ねるに応じて互いに堅固に噛み合って、積層された正極板、セパレータ及び負極板が位置ずれし難い。また更に、積層して接合された正極板積層体と負極板積層体とを交互に積層するものであるため、多層の接合体の製造装置をコンパクトにし易い。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の多層の接合体の製造方法であって、前記正極板又は負極板のいずれか一方又は双方の前記一端部は、正極活物質層又は負極活物質層が形成されていない接合代とされていることを特徴とする。
本発明では、正極板又は負極板のいずれか一方又は双方の前記一端部が、正極活物質層又は負極活物質層が形成されていない接合代とされているため、接合部分間で導通が確保されることにより、抵抗溶接や導電性ペーストによる接着などの容易な溶接方法を採用することができるとともに、一端部同士を確実に接合することができる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の多層の接合体の製造方法であって、前記正負極板積層工程において、ロール状に形成された前記セパレータを積層された前記正極板又は前記負極板上に向けて延出し、このセパレータを該積層された前記正極板と前記負極板との上方で切断又は折曲して積層することを特徴とする。
本発明では、セパレータがロール状に形成されており、該セパレータの切断又は折曲と積層とを積層された前記正極板と前記負極板との上方で同時に行うため、セパレータの介装を容易かつ効率的に行うことができる。
【００１１】
請求項４の発明は、積層型電池に関する発明であって、請求項１から３のいずれか一項に記載の多層の接合体の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする。
本発明では、多層の接合体が位置ずれしにくい製造方法で製造されているため、積層型電池の積層状態が良好となりかつ製造費用を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る多層の接合体の製造方法によれば、上記した解決手段によって以下の効果を奏する。
すなわち、本発明によれば、正極板及び負極板がそれぞれ一端部において接合されているため、正極板と負極板とをセパレータを挟みつつ積層するにあたって、位置ずれし難く、かつ積層を重ねるに応じて互いに堅固に噛み合って、積層された正極板、セパレータ及び負極板が位置ずれし難い。したがって、多層の接合体を簡便に製造することができるとともに、製造効率が高いという効果を奏する。また、積層して接合された正極板積層体と負極板積層体とを交互に積層するものであるため、多層の接合体の製造装置をコンパクトにし易いという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】は、本発明の一実施形態として示した製造方法を用いて製造された多層の接合体を示した斜視図である。
【図２】は、本発明の一実施形態として示した製造方法を用いて製造された多層の接合体の構成部材を示した図であり、（ａ）は正極板の平面図、（ｂ）はセパレータの平面図、（ｃ）は負極板の平面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態として示した多層の接合体の製造方法の各製造工程を示した模式図である。
【図４】は、本発明の一実施形態として示したリチウムイオン電池を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の製造方法により製造された多層の接合体を示した斜視図である。
【００１５】
図１に示すように、本発明の一実施形態の製造方法の対象となる多層の接合体１は、複数の正極板２，２・・を積層しこれら複数の正極板２，２・・の一端部を接合した該接合部３から端子用タブ４を突出させた正極板積層体５の正極板２と、セパレータ６，６・・と、複数の負極板７，７・・を積層しこれら複数の負極板７，７・・の一端部を接合した該接合部８から端子用タブ９を突出させた負極板積層体１０の負極板７とを交互に積層して形成されたものである。この多層の接合体１を筐体内に配置して電解液（不図示）で満たすことにより、例えばリチウムイオン二次電池等の積層型電池とされる。
【００１６】
図２（ａ）に示すように、正極板２は、例えば略長方形に形成されたアルミニウム箔からなる正極集電体１１に、短手方向の一端部１３を残して両面に正極活物質層を形成したものである。短手方向の一端部１３は、正極板２，２・・同士を接合する際の接合代となる部分であり、それ以外は電極塗工部１４となっている。
【００１７】
正極活物質層は、例えば正極活物質と、導電助剤、バインダーとなる結着剤を溶媒に分散させてなる正極用スラリーにより構成されたものであり、正極集電体１１の電極塗工部１４の両面に塗布されている。
【００１８】
正極活物質としては、例えば一般式ＬｉＭｘＯｙ（ただし、Ｍは金属であり、ｘ及びｙは金属Ｍと酸素Ｏの組成比である）で表される金属酸リチウム化合物が用いられている。具体的には、金属酸リチウム化合物としては、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム等が用いられている。
導電助剤としてはアセチレンブラック等が用いられ、結着剤としてはポリフッ化ビニリデン等が用いられている。
【００１９】
図１に示すように、この正極板２は、正極活物質層が形成されていない一端部１３を同方向に向けて複数積層されている。正極板２の一端部１３は、導通が確保されているため、例えば抵抗溶接や超音波溶接、テープによる貼着等の方法によって厚さ方向に接合された接合部３を形成しており、一端部１３以外の端部は正極板２が互いに分離した開放端１５を形成している。
正極板２の端子用タブ４は、正極板２の一端部１３を一体化した接合部３に接合されて外方に突出するように設けられたものであり、例えばアルミニウム等により形成されているが、正極活物質層が形成されていない接合部３を端子用タブ４として兼用させたものであってもよい。
【００２０】
図２（ｃ）に示すように、負極板７は、例えば略長方形に形成された銅（Ｃｕ）からなる負極集電体２０に、短手方向の一端部２１を残して両面に負極活物質層を形成したものである。短手方向の一端部２１は、負極板７，７・・同士を接合する際の接合代となる部分であり、それ以外は電極塗工部２２となっている。
【００２１】
負極活物質層は、例えば炭素粉末や黒鉛粉末等からなる炭素材料と、ポリフッ化ビニリデンのような結着剤とを溶媒に分散させてなる負極用スラリーにより構成されたものであり、負極集電体２０の両面に塗布されている。
【００２２】
図１に示すように、この負極板７は、負極活物質層が形成されていない一端部２１を同方向に向けて複数積層されている。負極板７の前記一端部２１は、導通が確保されているため、例えば抵抗溶接や超音波溶接、テープによる貼着等の方法によって厚さ方向に接合された接合部８を形成しており、一端部２１以外の端部は負極板７が互いに分離した開放端２３を形成している。
負極板７の端子用タブ９は、一端部２１を一体化した接合部８に、更に接合されて外方に突出するように設けられたものであり、例えばニッケル等により形成されているが、負極活物質層が形成されていない接合部８を端子用タブ９として兼用させたものであってもよい。
【００２３】
図２（ｂ）に示すように、セパレータ６は、不織布等を基材として形成されたものであり、電解液が含浸される。
セパレータ６の材質としては、特に限定されないがポリオレフィン系樹脂(ポリプロピレン、ポリエチレン等)やポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂等が用いられる。
【００２４】
電解液は、非水電解液（すなわち、非水溶媒及び電解質塩)からなる。
非水溶媒は、γ−ブチロラクトン等のラクトン化合物；エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等の炭酸エステル化合物；ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル等のカルボン酸エステル化合物；テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン等のエーテル化合物；テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン等のエーテル化合物；アセトニトリル等のニトリル化合物；スルホラン等のスルホン化合物、ジメチルホルムアミド等のアミド化合物等、単独または２種類以上を混合して調製される。
電解質塩としては、特に限定されないが六フッ化リン酸リチウム、過塩素酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム等のリチウム塩等が使用できる。
【００２５】
次に、多層の接合体１の本実施形態の製造方法について図２，図３を用いて説明する。この多層の接合体１の製造方法は、（Ｉ）図３（ａ）に示すように、複数の正極板２，２・・を積層するとともに、これら複数の正極板２，２の一端部１３を抵抗溶接等により接合して閉じ、他端部を開放端１５とする正極板積層体５を形成する工程と、（ＩＩ）図３（ｂ）に示すように、複数の負極板７，７・・を積層するとともに、これら複数の負極板７，７・・の一端部２１を接合して閉じ、他端部を開放端２３とする負極板積層体１０を形成する工程と、（ＩＩＩ）図３（ｃ）に示すように、正極板積層体５の一の正極板２をめくった後に該正極板２上にセパレータ６を積層し、次いで負極板積層体１０の一の負極板７をめくりセパレータ６上に積層する工程と、負極板積層体１０の一の負極板７をめくった後に該負極板７上にセパレータ６を積層し、次いで正極板積層体５の一の正極板２をめくりセパレータ６上に積層する工程とを交互に行う正負極板積層工程とを備えている。
【００２６】
（Ｉ）正極板積層体を形成する工程
正極板積層体５を形成するに際しては、まず予め正極板２を形成しておく。正極板２は以下のようにして形成する。すなわち、アルミニウム箔等を用いて正極集電体１１とし、図２（ａ）に示すような該正極集電体１１に接合部３と電極塗工部１４とを設定する。そして、電極塗工部１４の両面に正極用スラリーを塗布し、乾燥させて正極集電体１１上に正極活物質層を設けロール状にした正極シートを作製しておく。この正極シートを延出し、所定の寸法で順次切断し又は打ち抜いて、図２（ａ）に示す正極板２を得る。なお、正極用スラリーの塗布後は、必要に応じてプレスを行ってもよい。
【００２７】
上記の正極板２を、図３（ａ）に示すように、一端部１３が一方向を向くようにして複数積層し、これら複数の正極板２，２・・の一端部１３，１３・・を抵抗溶接，導電性ペーストによる接着，超音波溶接，導電性の粘着剤を塗布した金属テープ等の導電性テープによる貼着等の方法により接合して正極板積層体５を得る。正極板積層体５において一体となるよう接合された接合部３には、例えばアルミニウム等よりなる端子用タブ４を溶接により接合し、正極板２の外方に向けて突出させるか、正極活物質層が形成されていない接合部３を端子用タブ４と兼用させる。
【００２８】
（ＩＩ）負極板積層体を形成する工程
負極板積層体１０は、正極板積層体５と略同様の方法で作製される。すなわち、まず、銅箔等を用いて、負極集電体２０とし、該負極集電体２０に図２（ｃ）に示すような接合部８と電極塗工部２２とを設定する。そして、電極塗工部２２の両面に負極用スラリーを塗布し、乾燥させて負極集電体２０上に負極活物質層を設けロール状にした負極シートを作製しておく。この負極シートを延出し、所定の寸法で順次切断し又は打ち抜いて、図２（ｃ）に示す負極板７を得る。なお、負極用スラリーの塗布後は、必要に応じてプレスを行ってもよい。
【００２９】
上記の負極板７を、図３（ｂ）に示すように、接合部８が一方向を向くようにして複数積層し、これら複数の負極板７，７・・の一端部２１，２１・・を抵抗溶接，導電性ペーストによる接着，超音波溶接，導電性テープによる貼着等の方法により接合して負極板積層体１０を得る。負極板積層体１０において、一体となるよう接合された接合部８には、例えばニッケル等よりなる端子用タブ９を溶接により接合し、負極板７の外方に向けて突出させるか、負極活物質層が形成されていない接合部８を端子用タブ９と兼用させる。
この負極板積層体１０の負極板７は、正極板積層体５の正極板２の積層よりも一枚多く積層しておく。
【００３０】
上記のようにして得られた正極板積層体５及び負極板積層体１０は、乾燥炉等で十分に水分を飛ばして乾燥し、電解液の充填を良好に行えるようにしておく。
【００３１】
（ＩＩＩ）正負極板積層工程
正負極板積層工程においては、水分を飛ばした正極板積層体５と負極板積層体１０とを、それぞれの接合部３と接合部８とを平行に対向させて配置し、図３（ｃ）に示すように、接合部３，８を軸として正極板２，２・・及び負極板７，７・・を反転させる。
そして、負極板積層体１０の最上部に位置する負極板７を捲り反転させて接合部３，８間に配置し、その後該負極板７の電極塗工部２２にセパレータ６を積層し、次いで、正極板積層体５の最上部に位置する正極板２をめくってセパレータ６上に積層する。この際、セパレータ６は、正極板２及び負極板７の電極塗工部１４，２２の全体を覆うように正極板２及び負極板７よりも大きく切り出したものを積層する。また、正極板２と負極板７とは、それぞれの電極塗工部１４、２２、すなわち正極活物質層と負極活物質層同士が互いに対向して重なり合うように積層する。
同様にして、正極板積層体５の正極板２をめくった後にセパレータ６を積層し、次いで該セパレータ６上に負極板７を捲って反転させ該負極板７を積層する。
【００３２】
このように、正極板２，セパレータ６，負極板７，セパレータ６，正極板２・・とセパレータ６を間に挟みながら正極板２と負極板７とを交互に積層していくことによって、図１に示す多層の接合体１を得る。この場合、負極板積層体１０には、正極板積層体５の正極板２の枚数よりも１枚多く負極板７が積層されているため、多層の接合体１の最外層に位置する電極板は、負極板７，７となる。
このようにして多層の接合体１を形成することにより、最外層に正極板２を位置させた場合に生じ得るリチウムの樹枝状析出物(デンドライト)の発生を防止してショート等の不具合を引き起こすおそれを回避することができる。なお、左記デンドライトの発生は、多層の接合体１の最外層に正極板２が位置し、かつ正極板２の外方を向く板面に正極活物質層が形成されている場合であるので、多層の接合体１の正極板２と負極板７の双方の枚数を調整せず正極板２を最外層に位置させる場合であっても、該最外層に位置する正極板２の外方を向く（すなわち負極板７に対向していない）板面に正極活物質層を形成しないことによっても、デンドライトの発生を防止してショート等の不具合を引き起こすおそれを回避することができる。
上記のようにして多層の接合体１を作成する場合には、一端部１３が接合されて連結固定された複数の正極板２，２・・と、一端部２１が接合されて連結固定された複数の負極板７，７・・とを用いて積層しているため、積層時に正極板２及び負極板７が位置ずれし難く、またセパレータ６を介装させて相互に挟み込んだ状態となるため、積層を重ねるにしたがって各正極板２及び負極板７が動き難くなり、交互に積層された正極板２及び負極板７の積層体自身が堅固に位置決めされた状態となる。
【００３３】
上記の方法で得られた多層の接合体１は、図４に示すように、正極板積層体５の接合部３と負極板積層体１０の接合部８との双方に接続された端子用タブ４，９を外方に突出させた状態で、例えばラミネートフィルム２５等のケースで包装し、外周を電解液注入口（不図示）を残して封止し、その後に電解液を充填した後に電解液注入口も封止してリチウムイオン二次電池Ａとなる。
【００３４】
以上のように、本発明の多層の接合体１の製造方法によれば、図１，図３に示すように、一端部１３が接合されて連結固定された複数の正極板２，２と、一端部２１が接合されて連結固定された複数の負極板７，７・・とをセパレータ６を介装させて積層するため、正極板２と負極板７の積層過程において位置ずれを生じ難く、積層を精度よく、簡単かつ効率的に行うことができるという効果が得られる。
【００３５】
また、積層を重ねるにしたがって相互に挟み込む状態となるため正極板２及び負極板７が一層動き難くなり、積層された多層の接合体１が位置ずれし難くなる。したがって、積層状態が良好な多層の接合体１を効率よく製造することができるという効果が得られる。
【００３６】
また、正極板２、セパレータ６及び負極板７の積層において、正極板２と負極板７との位置決めは、それぞれの接合部３，８を対向させるだけでよく、かつ、セパレータ６を介装させながら正極板積層体５の正極板２及び負極板積層体１０の負極板７をめくって重ねていくだけのシンプルな方法で積層が行われる。したがって、複雑な位置決め機構及び正極板２及び負極板７を保持及び移動させる機構が不用となり、多層の接合体１の製造装置をコンパクトにすることができ、設備のスペース効率を上げることができるという効果が得られる。
【００３７】
また、正極板積層体５及び負極板積層体１０を形成する工程と、固体又はゲル状のセパレータ６を介装させて多層の接合体１を形成する工程を分離して、作業を単純化させることができるため、作業効率を高められるという効果が得られる。
【００３８】
また、上記の作用及び効果を奏する多層の接合体１をリチウムイオン二次電池Ａ等の積層型電池に適用することにより、積層状態が良好で、かつ製造費用を抑えた好適な積層型電池を製造することができるという効果が得られる。
【００３９】
なお、上記の実施形態においては、セパレータ６は予め所定の寸法に切り出されたものを用いて正極板２又は負極板７上に積層されているが、この方法に代えて、例えば交互に積層される正極板２と負極板７との間方向に直交する方向からロール上に巻回されたセパレータ６の端部を延出し、これら正極板２又は負極板７上でセパレータ６を切断又は折曲して積層してもよい。
この方法によれば、セパレータ６の切り出し又は折曲と及び積層とを同時に行うことが可能となり、多層の接合体１の積層作業の効率を一層高めることが可能となる。
【００４０】
また、上記実施形態においては、正極板積層体５と負極板積層体１０の各接合部３，８を平行にして対向させた位置関係で正極板２と負極板７とを積層しているが、この位置関係に限定されるものではなく、正極板２と負極板７とを積層して電極塗工部１４，２２同士を重ね合わせることができるのであれば、例えば直交する方向など、接合部３と接合部８との間で角度を持たせた配置関係にして正極板２と負極板７とを交互に積層してもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１    多層の接合体
２    正極板
３    接合部
５    正極板積層体
６    セパレータ
７    負極板
８    接合部
１０  負極板積層体
１３  一端部（接合代）
１４  電極塗工部
１５  開口端
２１  一端部（接合代）
２２  電極塗工部
２３  開口端
Ａ    リチウムイオン二次電池
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図２】
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