(57)【要約】【課題】製造の際に電極体に印加する荷重を適切な荷重に保つことと共に、電池の厚さを所定の長さに保つことを可能とする電池の製造方法を提供すること。【解決手段】電極体１０と、ケース２０と、を備えた電池の製造方法において、ケース２０は、電極体１０を収容した際に電極体１０の平坦面１１Ａ、１１Ｂに対向する側面部に開口部２１Ｂ、２１Ｃが設けられているとともに、ケース２０の厚さ方向の内寸が電極体１０の厚さ以下の長さである。この製造方法では、電極体１０をケース２０に収容し、電極体１０をケース２０に収容後、ケース２０の開口部２１Ｂ、２１Ｃに、開口部２１Ｂ、２１Ｃと同じ形状を有するケースの側面用部材２３Ａ、２３Ｂを嵌合する。そして、側面用部材２３Ａ、２３Ｂを介して電極体１０に一定荷重を印加するとともに、ケース２０と側面用部材２３Ａ、２３Ｂとを摩擦撹拌接合する。【選択図】図３Ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極及び負極を含み、外周部において平坦面を有する電極体と、
前記電極体を収容するケースと、を備えた電池の製造方法であって、
前記ケースは、前記電極体を収容した際に前記平坦面に対向する前記ケースの側面部に開口部が設けられているとともに、前記ケースの厚さ方向の内寸が前記電極体の厚さ以下の長さであり、
前記電極体を前記ケースに収容し、
前記電極体を前記ケースに収容後、前記ケースの前記開口部に、前記開口部と同じ形状を有する前記ケースの側面用部材を嵌合し、
前記開口部に前記側面用部材を嵌合後、前記側面用部材を介して前記電極体に一定荷重を印加するとともに、前記ケースと前記側面用部材とを摩擦撹拌接合する、
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する。
【背景技術】
【０００２】
正極板及び負極板を捲き回すことにより電極体を形成し、その電極体をケースに挿入することにより電池を作成する技術が開示されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、電極捲回体が角形ハードケースに封入されることで構成される捲回型電池が開示されている。この電極捲回体は、電極シートとセパレータシートが捲き回されているものであり、２箇所の折り返し部と平坦部を有する。そして、折り返し部の頭頂部及び平坦部の両外面が角形ハードケースの内面に密着しており、電極シート及びセパレータシートは、折り返し部の外周のうち頭頂部以外の箇所で巻止めされている。巻止め箇所は電極捲回体と角形ハードケースとの間の隙間となるため、電池の充放電により電極捲回体が膨張しても、シートの巻き終わり端や巻止め部が電極捲回体に圧接されない。そのため、電極捲回体において圧力の集中箇所が生じない。これにより、捲回型電池の電池性能を高くし、寿命を長くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３３９９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電極体における電極板は、電極材料を金属箔に塗布し、塗布後の金属箔を乾燥することにより製造される。このため、電極板の厚さにはバラツキが生じる。各電極板における厚さのバラツキを少なく抑えたとしても、電極板を多数捲き回した電極体においては、厚さのバラツキは大きなものになってしまう。例えば、各電極板における厚さのバラツキを５μｍ以下程度に抑えても、電極体における厚さのバラツキは０．５ｍｍ程度にまでなってしまう。この電極体における厚さのバラツキが、電池セルの厚さのバラツキを生じさせる。このようにして製造された電池を複数組み合わせて積層電池を製造すると、厚さのバラツキはさらに大きくなる。例えば、電池セルの厚さのバラツキが０．５ｍｍ程度であれば、積層電池の厚さのバラツキは５〜１０ｍｍ程度になってしまう。
【０００６】
このように各電池セルの厚さにバラツキが生じると、積層電池を車両に搭載する際に、積層電池を搭載するためのスペースが余分に必要となる。また、積層電池において各電池セルの電極間を接続するバスバーや、積層電池を板金に固定する部品（エンドプレート）において、各電池セルを定寸の状態にして固定を行うために、厚さのバラツキを吸収する機構（例えば長穴）を設ける必要も生ずる。また、積層電池毎にバラツキが異なるため、厚さのバラツキを吸収するための機構は積層電池毎に異なる仕様にする必要がある。従って、自動的に機構を設けることができず、手作業で機構を設ける必要があるため、積層電池の製造及び組付けの作業が高コスト化する可能性があった。
【０００７】
このような課題を解決するため、各電池セルの厚さを同じにするように各電池セルを製造することも考えられる。しかしながら、上述の通り、電極体において厚さのバラツキが存在するため、各電池セルの厚さを同じにしようとすると、ハードケースに電極体を入れる際に電極体に印加される荷重が電池セル毎に異なるものとなってしまう。電池がリチウムイオン電池である場合、電池によっては、使用の際にリチウムが析出してしまう可能性もある。
【０００８】
特許文献１に開示された技術では、電極体の厚さを一定に揃える工程について開示されていないため、上述の課題を解決することができなかった。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、製造の際に電極体に印加する荷重を適切な荷重に保つことと共に、電池の厚さを所定の長さに保つことを可能とする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】
【００１０】
本発明にかかる電池の製造方法は、正極及び負極を含み、外周部において平坦面を有する電極体と、前記電極体を収容するケースと、を備えた電池の製造方法である。前記ケースは、前記電極体を収容した際に前記平坦面に対向する前記ケースの側面部に開口部が設けられているとともに、前記ケースの厚さ方向の内寸が前記電極体の厚さ以下の長さである。この電池の製造方法では、前記電極体を前記ケースに収容し、前記電極体を前記ケースに収容後、前記ケースの前記開口部に、前記開口部と同じ形状を有する前記ケースの側面用部材を嵌合し、前記開口部に前記側面用部材を嵌合後、前記側面用部材を介して前記電極体に一定荷重を印加するとともに、前記ケースと前記側面用部材とを摩擦撹拌接合する。
【００１１】
この製造方法により、電池を当該方法で複数製造しても、電池毎の電極体に印加される荷重を適切な一定値に保つことができる。そのため、電極体に印加される荷重が異なることによる電池の不具合を防止することができる。例えば、電池がリチウムイオン電池である場合、使用の際にリチウムが析出してしまう可能性を抑制することができる。また、ケースと側面用部材を摩擦撹拌接合した後、側面用部材を切削等することにより、電池の厚さを所定の長さに調整することができる。従って、電池を当該方法で複数製造した場合でも、電池の厚さのバラツキを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、製造の際に電極体に印加する荷重を所定の荷重に保つことと共に、電池の厚さを所定の長さに保つことを可能とする電池の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１にかかる電極体の斜視図である。
【図２】実施の形態１にかかるケースと側面用部材と蓋の斜視図である。
【図３Ａ】実施の形態１にかかる電池セルの斜視図である。
【図３Ｂ】実施の形態１にかかる電池セルの側面図である。
【図３Ｃ】実施の形態１にかかる電池セルの断面図である。
【図４Ａ】実施の形態１において、電極体をケースに挿入する際のケースの断面図である。
【図４Ｂ】実施の形態１において、電極体をケースに挿入した後のケースの断面図である。
【図４Ｃ】実施の形態１において、側面用部材をケースの開口部に嵌合する際のケースの断面図である。
【図４Ｄ】実施の形態１において、ケースと側面用部材とを摩擦撹拌接合する際のケースの断面図である。
【図４Ｅ】実施の形態１において、蓋をケース上部に取付ける際のケースの断面図である。
【図４Ｆ】実施の形態１において、側面用部材を切削する際のケースの断面図である。
【図５】実施の形態１において、ケースと側面用部材とを摩擦撹拌接合する際のケースの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。本発明にかかる電池は、正極板と負極板とセパレートシートを捲き回すことにより生成される電極体１０（電極捲回体）と、電極体１０を収容する略直方体形状のケース２０により構成される。電極体１０の外観は図１の通りである。電極体１０は、Ｘ軸方向に厚さが生じるように正極板と負極板とセパレートシートが捲き回されており、電極体１０の厚さはｘ１である。また、電極体１０は、平坦な領域である平坦面１１Ａと１１ＢがＸ軸方向に離間して外周部に設けられている。
【００１５】
なお、図１では、電極体１０の厚さ方向（側面方向）をＸ軸、奥行き方向をＹ軸、高さ方向をＺ軸で表している。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸で表される方向は、以降の図面でも同じである。また、本発明にかかる電池はリチウム二次電池であり、Ｘ軸方向に多数の電池が積層されることにより、積層電池を製造することができる。
【００１６】
図２は、ケース２０と、ケース２０に嵌合される蓋２２及び側面用部材２３Ａ、２３Ｂの斜視図である。ケース２０の厚さ方向の内寸ｘ２は、電極体の厚さｘ１以下の長さである。電極体が複数製造される場合、ケース２０の内寸ｘ２は、最も薄い電極体の厚さ以下の厚さに設定される。
【００１７】
ケース２０においては、その上部に開口部２１Ａが設けられているとともに、その側面に開口部２１Ｂ及び２１Ｃが設けられている。つまり、ケース２０の側面は中抜きされた状態となっている。開口部２１Ｂ及び２１Ｃは、厚さ方向（Ｘ軸方向）に離間して設けられている。開口部２１Ｂは、ケース２０が電極体１０を収容した際に、電極体１０の平坦面１１Ａに対向する箇所に設けられており、開口部２１Ｃは、ケース２０が電極体１０を収容した際に、電極体１０の平坦面１１Ｂに対向する箇所に設けられている。
【００１８】
蓋２２は、開口部２１Ａに嵌合する形状を有し、側面用部材２３Ａ、２３Ｂは、それぞれ開口部２１Ｂ、２１Ｃに嵌合する形状を有する。図２、３において、蓋２２及び開口部２１Ａは、Ｚ軸方向から見た際にそれぞれ略長方形の形状を有しており、開口部２１Ａ〜２１Ｃ、側面用部材２３Ａ、２３Ｂは、Ｘ軸方向から見た際にそれぞれ略長方形の形状を有している。
【００１９】
図３Ａは、ケース２０に電極体１０を収容し、蓋２２及び側面用部材２３Ａ、２３Ｂをケース２０に取付けることにより製造した電池セル３０の外観を示した斜視図である。また、図３Ｂは、電池セル３０の側面図である。蓋２２は、開口部２１Ａに嵌合した状態で接合されており、側面用部材２３Ａ、２３Ｂは、それぞれ開口部２１Ｂ、２１Ｃに嵌合した状態で接合されている。なお、電池セル３０には図示せぬ外部端子が設けられている。
【００２０】
そして、図３Ｃは、図３Ｂにおける切断線Ｄにより電池セル３０（ケース２０）を切断したときの電池セル３０の断面図である。電極体１０は、ケース２０と蓋２２と側面用部材２３Ａ、２３Ｂにより電池セル３０内に密封されている。
【００２１】
以下、電池セル３０を製造する具体的な工程について説明する。なお、以下の図４Ａ〜図４Ｇは、図３Ｂにおける切断線Ｄによりケース２０を切断したときの断面図である。
【００２２】
まず、図４Ａに示す通り、ケース２０の開口部２１Ａを通して、電極体１０をケース２０内部に挿入する。電極体１０を挿入後のケース２０の状態を図４Ｂにて示す。ここで、電極体１０の厚さｘ１は、ケース２０の内寸ｘ２よりも大きいため、電極体１０を挿入後、電極体１０の厚さはケース２０の内寸よりも大きい状態になる。つまり、電極体１０は側面方向（図４Ｂにおける矢印の方向）に広がる。次に、図４Ｃに示す通り、ケース２０の開口部２１Ｂ、２１Ｃに、それぞれ側面用部材２３Ａ、２３Ｂを嵌合させる。
【００２３】
開口部２１Ｂに側面用部材２３Ａが嵌合された後、押圧部材Ｐにより、側面用部材２３Ａの側面（Ｘ軸方向）に対して一定の荷重（圧力）を印加する。同様に、開口部２１Ｃに側面用部材２３Ｂが嵌合された後、押圧部材Ｐにより、側面用部材２３Ｂの側面（Ｘ軸方向）に対して一定の荷重を印加する。このようにして、側面用部材２３Ａ、２３Ｂを介して、電極体１０に一定荷重が印加される。荷重の印加は、図４Ｄにおいて矢印で示されている。
【００２４】
また、電極体１０に一定荷重を印加している間、ケース２０と側面用部材２３Ａの接合部をツールＴにより摩擦撹拌接合する。同様に、開口部２１Ｃに側面用部材２３Ｂが嵌合された後、ケース２０と側面用部材２３Ｂの接合部をツールＴにより摩擦撹拌接合する。ツールＴは円筒形の部材であり、その先端にはプローブが設けられている。ツールＴを回転させながらプローブをケース２０と側面用部材２３Ａの接合部に押し込むことにより、プローブ周辺の材料が塑性流動を起こすことで、プローブ周辺のケース２０の部材と側面用部材２３Ａの部材が接合される。そして、ケース２０と側面用部材２３Ａの接合部に沿ってツールＴを動かすことにより、ケース２０と側面用部材２３Ａ全体が接合される。図５は、ケース２０と側面用部材２３Ａの接合部をツールＴにより摩擦撹拌接合している状態を示すケース２０の側面図である。側面用部材２３Ｂについても同様に接合される。
【００２５】
なお、電極体１０（少なくとも平坦面１１Ａと１１Ｂ）にはフィルムを被せておくのが好ましい。これにより、開口部２１Ｂ、２１Ｃにそれぞれ側面用部材２３Ａ、２３Ｂを接合させる際に、電極体１０に異物が付着することを防ぐことができる。
【００２６】
電極体１０に一定荷重が印加され、ケース２０と側面用部材２３Ａ、２３Ｂがそれぞれ接合した後、図４Ｅに示すように開口部２１Ａを蓋２２で覆う。開口部２１Ａを蓋２２で覆った後、ケース２０と蓋２２の接合部を接合することによって、電池セル３０を封止する。なお、接合には、例えばレーザ溶接といった技術を用いる。
【００２７】
電池セル３０を封止後、切削部材Ｃを用いて側面用部材２３Ａ、２３Ｂを切削加工する。図４Ｆには、切削部材Ｃが側面用部材２３Ａを切削している状態が示されている。電池セル３０全体の厚さが外観上所定の厚さとなるように、側面用部材２３Ａ、２３Ｂは切削される。電極体１０の厚さのバラツキに応じて、側面用部材２３Ａ、２３Ｂの切削される長さが変化する。例えば、厚さが最大の電極体１０と厚さが最小の電極体１０があり、その厚さの差が０．５ｍｍであったとする。この場合、厚さが最大の電極体１０を封入した電池セル３０において、その側面用部材２３Ａ、２３Ｂは、厚さが最小の電極体１０を封入した電池セル３０における側面用部材２３Ａ、２３Ｂと比較して、それぞれ０．２５ｍｍずつ多く削られる。このようにして、電極体１０の厚さに関わらず、電池セル３０の厚さが一定の長さになるように側面用部材２３Ａ、２３Ｂは切削加工される。以上の工程により、図３Ｃに示す電池セル３０が完成する。
【００２８】
このような方法で電池セル３０を製造すると、電池セル３０を多数製造しても、各電池セル３０において電極体１０に印加される荷重を適切な値に保つことができる。そのため、電池セル３０を当該方法で複数製造した場合でも、電池セル３０の使用時におけるリチウム析出を抑制することができる。また、ケース２０と側面用部材２３Ａ、２３Ｂを摩擦撹拌接合した後、側面用部材２３Ａ、２３Ｂを切削することにより、電池セル３０の厚さを所定の長さに調整することができる。換言すれば、電池セル３０の厚さを精度良く製造することができる。従って、電池セル３０を当該方法で複数製造した場合でも、電池セル３０の厚さのバラツキを抑制することができる。電池セル３０を多数積層して積層電池を製造した場合においても、積層電池の厚さのバラツキが抑制される。また、積層電池において、各電池セルを定寸の状態にして固定を行うための特別な構造を設ける必要もない。
【００２９】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態にかかる製造方法で製造可能な電池は、リチウム二次電池に限られない。
【符号の説明】
【００３０】
１０  電極体
１１Ａ、１１Ｂ  平坦面
２０  ケース
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ  開口部
２２  蓋
２３Ａ、２３Ｂ  側面用部材
３０  電池セル
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５】
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