(57)【要約】【課題】扁平状巻回電極体の巻き緩みによる、抵抗増加を抑制する。【解決手段】巻回電極体が巻き芯に巻き取られた状態で、巻き芯上に積層された正極板同士および負極板同士をそれぞれ束ねて溶接することにより、溶接部を形成する。巻き芯が抜き取られた巻回電極体１００を、２枚の平板３０１，３０２の間に配置し、平板３０１，３０２によって巻回電極体１００を押圧することにより、巻回電極体１００を扁平状巻回電極体１０１に成形する。このとき溶接部ｗｐ１，ｗｐ２，ｗｐ３，ｗｐ４は、巻回電極体１００の中心を含みかつ２枚の平板３０１，３０２の主面と直交する平面内、および該中心を含みかつ該主面と平行な平面内の少なくともいずれかに配置される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻回電極体を扁平状に成形してなる扁平状巻回電極体を備える、リチウムイオン二次電池の製造方法であって、
帯状のセパレータ、帯状の正極板および帯状の負極板を準備するステップと、
前記セパレータを挟んで前記正極板と前記負極板とを積層し、かつ巻き芯に巻き取ることにより、前記巻回電極体を構成するステップと、
前記巻回電極体が前記巻き芯に巻き取られた状態で、前記巻き芯上に積層された前記正極板同士および前記負極板同士をそれぞれ束ねて溶接することにより、溶接部を形成するステップと、
前記溶接部が形成された前記巻回電極体から、前記巻き芯を抜き取るステップと、
前記巻き芯が抜き取られた前記巻回電極体を、２枚の平板の間に配置し、前記平板によって前記巻回電極体を押圧することにより、前記巻回電極体を前記扁平状巻回電極体に成形するステップと、を含み、
前記成形するステップにおいて、
前記溶接部は、前記巻回電極体の中心を含みかつ２枚の前記平板の主面と直交する平面内、および前記中心を含みかつ前記主面と平行な平面内の少なくともいずれかに配置される、リチウムイオン二次電池の製造方法。
【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の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００８−２０４７８１号公報（特許文献１）には、扁平状巻回電極体の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２０４７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、リチウムイオン二次電池の発電要素である、扁平状巻回電極体の製造に関して、次の手順が開示されている。まず、セパレータを挟んで正極板と負極板とを積層し、かつ巻き芯に巻き取ることにより、巻回電極体を構成する。次いで巻回電極体から巻き芯を抜き取る。その後、巻回電極体を２枚の平板で挟み、該平板で押圧することにより、該巻回電極体を扁平状に成形する。
【０００５】
しかしながら、当該手順によると、巻き芯を抜き取ってから、巻回電極体を成形するまでの間に、巻回電極体に巻き緩みが生じる可能性がある。巻き緩みにより、電極間に隙間が生じると、リチウムイオン二次電池の内部抵抗が増加することになる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の製造方法は、巻回電極体を扁平状に成形してなる扁平状巻回電極体を備える、リチウムイオン二次電池の製造方法である。当該製造方法は以下のステップを含む。
（１）準備ステップ：帯状のセパレータ、帯状の正極板および帯状の負極板を準備する。
（２）成形ステップ：セパレータを挟んで正極板と負極板とを積層し、かつ巻き芯に巻き取ることにより、巻回電極体を構成する。
（３）溶接ステップ：巻回電極体が巻き芯に巻き取られた状態で、巻き芯上に積層された正極板同士および負極板同士をそれぞれ束ねて溶接することにより、溶接部を形成する。
（４）抜き取りステップ：溶接部が形成された巻回電極体から、巻き芯を抜き取る。
（５）成形ステップ：巻き芯が抜き取られた巻回電極体を、２枚の平板の間に配置し、該平板によって該巻回電極体を押圧することにより、該巻回電極体を扁平状巻回電極体に成形する。
成形ステップにおいて、溶接部は、巻回電極体の中心を含みかつ２枚の平板の主面と直交する平面内、および該中心を含みかつ該主面と平行な平面内の少なくともいずれかに配置される。
【０００７】
上記の製造方法では、巻き芯を抜き取る前に、正極板同士および負極板同士をそれぞれ束ねて溶接する。これにより、正極板および負極板の巻き状態が拘束されるため、巻き芯を抜き取る際および抜き取った後における、巻回電極体の巻き緩みが抑制される。
【０００８】
ただし、巻回電極体における溶接部の配置は、特定の配置とする。すなわち、溶接部は、２枚の平板で巻回電極体を扁平状に成形する際、巻回電極体の中心を含みかつ該平板の主面と直交する平面内、および該中心を含み該主面と平行な平面内の少なくともいずれかに配置する必要がある。これら以外の位置では、巻回電極体を扁平状に成形する過程で、正極板および負極板の積層方向において、正極板および負極板の位置がずれるためである。
【０００９】
図１（ａ）および（ｂ）は、成形ステップにおける溶接部の位置を説明するための図である。図１（ａ）に示されるように、巻回電極体１００は、２枚の平板３０１，３０２の間に配置される。図１（ｂ）に示されるように、平板３０１，３０２によって、巻回電極体１００を押圧することにより、扁平状巻回電極体１０１が成形される。図１（ａ）において、正極板および負極板の積層方向に沿って、正極板または負極板にマーキングｍｋを付したとする。図１（ｂ）のように巻回電極体１００を押圧すると、巻回電極体の変形に伴って、各マーキングの積層方向の位置がずれる。こうした位置に溶接部を形成すると、溶接部が破損する等の不具合が生じることになる。
【００１０】
これに対して、図１（ａ）および（ｂ）において、巻回電極体１００の中心を含みかつ平板３０１，３０２の主面と直交する平面内、および該中心を含みかつ該主面と平行な平面内にある位置では、正極板および負極板の積層方向の位置が、成形の前後でずれていない。ゆえに本発明の製造方法では、当該位置に溶接部を配置している。
【００１１】
なおここで、「直交」および「平行」は、完全なる直交および平行のみを示すものではない。本明細書では、溶接部および巻回電極体の中心を含む平面と、平板の主面とのなす角が９０°±５°（好ましくは９０°±３°、より好ましくは９０°±１°）の範囲内にあれば、これらの平面は直交しているとみなすものとする。また溶接部および巻回電極体の中心を含む平面と、平板の主面とのなす角が０°±５°（好ましくは０°±３°、より好ましくは０°±１°）の範囲内であれば、これらの平面は平行であるとみなすものとする。これらの範囲内であれば、溶接部の破損等の不具合を抑制できるためである。
【発明の効果】
【００１２】
上記によれば、扁平状巻回電極体の巻き緩みによる、抵抗増加が抑制されたリチウムイオン二次電池が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１（ａ）および（ｂ）は、溶接部を説明するための図である。
【図２】本発明の実施形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図３】セパレータおよび電極準備ステップを説明するための図である。
【図４】図４（ａ）および（ｂ）は、巻回ステップおよび溶接ステップを説明するための図である。
【図５】図５（ａ）および（ｂ）は、成形ステップを説明するための第１概略図である。
【図６】成形ステップを説明するための第２概略図である。
【図７】実施例および比較例に係る電池の内部抵抗を示す図である。
【図８】実施例および比較例に係る電池の限界入力電流を示す図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は、第２参考形態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態（以下「本実施形態」と記す）について説明する。ただし、本実施形態は以下の説明に限定されるものではない。以下の説明では、リチウムイオン二次電池を単に「電池」と記す場合がある。
【００１５】
＜リチウムイオン二次電池の製造方法＞
図２は、本実施形態の製造方法の概略を示すフローチャートである。本実施形態の製造方法は、セパレータおよび電極準備ステップ（Ｓ０１）、巻回ステップ（Ｓ０２）、溶接ステップ（Ｓ０３）、抜き取りステップ（Ｓ０４）、成形ステップ（Ｓ０５）および電池製造ステップ（Ｓ０６）を含む。以下、各ステップを説明する。
【００１６】
《セパレータおよび電極製造ステップ（Ｓ０１）》
セパレータおよび電極製造ステップでは、帯状のセパレータ、帯状の正極板および帯状の負極板を準備する。
【００１７】
図３は、セパレータおよび電極準備ステップを説明するための図である。セパレータ３０は、たとえばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン材料から構成される微多孔膜セパレータでよい。
【００１８】
正極板１０は、正極集電体１１の表面に、正極活物質を含有する正極合材１２を塗着することにより、準備される。正極集電体は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）箔等である。正極活物質は、たとえばＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＭｎＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＮｉ1/3Ｃｏ1/3Ｍｎ1/3Ｏ2等のリチウム含有金属酸化物である。正極板１０では、正極板１０の幅方向の一方端に、正極集電体１１が正極合材１２から露出した集電体露出部が、長手方向に延びるように形成されている。後述の溶接部は、巻回電極体において集電体露出部を束ねて溶接した部分である。
【００１９】
負極板２０は、負極集電体２１の表面に、負極活物質を含有する負極合材２２を塗着することにより、準備される。負極集電体は、たとえば銅（Ｃｕ）箔等である。負極活物質は、たとえば黒鉛、易黒鉛化性炭素および難黒鉛化性炭素等の炭素材料、あるいは珪素（Ｓｉ）および錫（Ｓｎ）等を含有する合金系材料である。負極板２０でも、正極板１０と同様に、幅方向の一方端に、負極集電体２１が負極合材２２から露出した集電体露出部が、長手方向に延びるように形成されている。
【００２０】
《巻回ステップ（Ｓ０２）》
巻回ステップでは、セパレータを挟んで正極板と負極板とを積層し、かつ所定の巻き芯に巻き取ることにより、巻回電極体を構成する。図４（ａ）および（ｂ）は、巻回ステップおよび後述の溶接ステップを説明するための図である。巻回電極体１００は、セパレータ３０を挟んで、正極板１０と負極板２０とを積層し（図３を参照のこと）、さらに巻き芯３００に巻き取ることにより、構成される。このとき、正極板１０および負極板２０の集電体露出部は、巻回電極体１００の軸方向の両端部にそれぞれ配置される。
【００２１】
《溶接ステップ（Ｓ０３）》
溶接ステップでは、巻回電極体が巻き芯に巻き取られた状態で、巻き芯上に積層された正極板同士および負極板同士をそれぞれ束ねて溶接することにより、溶接部を形成する。
【００２２】
本実施形態では、正極板１０の集電体露出部（正極集電体１１）同士、ならびに負極板２０の集電体露出部（負極集電体２１）同士を溶接することにより、溶接部ｗｐ１，ｗｐ２，ｗｐ３，ｗｐ４を形成する。溶接方法は特に限定されない。たとえば超音波溶接、抵抗溶接等を行うことができる。このステップでは、図４（ｂ）に示されるように、溶接部ｗｐ１と溶接部ｗｐ２、および溶接部ｗｐ３と溶接部ｗｐ４を、巻回電極体１００の中心点を挟んで、対向する位置にそれぞれ配置するとよい。かかる位置に溶接部を配置することにより、巻き緩みを抑制する効果が大きい傾向にある。
【００２３】
正極板または負極板における溶接部の数は、それぞれ１個以上であればよい。正極板または負極板における溶接部の数は、好ましく２個以上であり、最も好ましくは４個である。正極板または負極板における溶接部の数が２個以上である場合、全数のうち少なくとも２個は、前述のように、巻回電極体の中心点を挟んで対向する位置に配置することが好ましい。
【００２４】
《抜き取りステップ（Ｓ０４）》
抜き取りステップでは、溶接部が形成された巻回電極体から、巻き芯を抜き取る。本実施形態では、前述の溶接部が形成されているため、抜き取りの際および抜き取りの後における、巻回電極体の巻き緩みが抑制される。
【００２５】
《成形ステップ（Ｓ０５）》
成形ステップでは、巻き芯が抜き取られた巻回電極体を、２枚の平板の間に配置し、該平板によって該巻回電極体を押圧することにより、該巻回電極体を扁平状巻回電極体に成形する。
【００２６】
図５（ａ）および（ｂ）は、成形ステップを説明するための第１概略図である。図５（ａ）に示されるように、巻回電極体１００は、２枚の平板３０１，３０２の間に配置される。このとき溶接部ｗｐ１，ｗｐ２，ｗｐ３，ｗｐ４が、巻回電極体１００の中心を含みかつ２枚の平板３０１，３０２の主面と直交する平面内に配置されるように、巻回電極体１００を配置する。
【００２７】
次いで、図５（ｂ）に示されるように、２枚の平板３０１，３０２によって、巻回電極体を押圧することにより、扁平状巻回電極体１０１が成形される。本実施形態では、溶接部ｗｐ１，ｗｐ２，ｗｐ３，ｗｐ４が、正極板および負極板の積層方向における位置ずれが生じない位置に配置されているため、溶接部の破損等の不具合が抑制される。押圧力は、たとえば１〜１０ｋＮ程度（典型的には５ｋＮ程度）である。
【００２８】
図６は、成形ステップを説明するための第２概略図である。図６に示されるように、成形ステップでは、溶接部ｗｐ１，ｗｐ２，ｗｐ３，ｗｐ４が、巻回電極体１００の中心を含みかつ２枚の平板３０１，３０２の主面と平行な平面内に配置されるように、巻回電極体１００を配置してもよい。こうした態様であっても、溶接部の破損等の不具合を抑制することができる。
【００２９】
すなわち、本実施形態の溶接部は、巻回電極体の中心を含みかつ２枚の平板の主面と直交する平面内、および該中心を含みかつ該主面と平行な平面内の少なくともいずれかに配置することができる。
【００３０】
《電池製造ステップ（Ｓ０６）》
電池製造ステップでは、上記で製造された扁平状巻回電極体を用いて電池を製造する。まず扁平状巻回電極体を電池ケースに収容する。電池ケースの外形は、典型的には角形である。収容時、扁平状巻回電極体は、電池ケースに設けられた外部端子と接続される。
【００３１】
次いで、電池ケースに所定の電解液を注入する。電解液は、非プロトン性溶媒に、Ｌｉ塩を溶解させた液体電解質である。非プロトン性溶媒は、たとえばエチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）およびエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等の混合物でよい。Ｌｉ塩は、たとえばＬｉＰＦ6等でよい。
【００３２】
電解液を注入した後、電池ケースを所定の手段で密閉する。以上より、リチウムイオン二次電池が製造される。
【００３３】
＜巻き緩みの評価＞
本実施形態に従う溶接部を形成して、巻回電極体（ａ）を構成した。また溶接部を形成せずに、巻回電極体（ｂ）を構成した。溶接部を形成した巻回電極体（ａ）では、電極積層部の厚さが、溶接部を形成しなかった巻回電極体（ｂ）に比し、０．５ｍｍ程度薄くなっていた。巻き緩みが抑制されることにより、電極間の隙間が低減されたためと考えられる。電極の積層数を考慮すると、巻回電極体（ａ）では、巻回電極体（ｂ）に比し、各電極間距離が平均して１０μｍ程度短縮されていると推定される。
【００３４】
実施例に係る電池として、巻回電極体（ａ）を扁平状に成形してなる扁平状巻回電極体を備える、リチウムイオン二次電池（Ａ）を製造した。比較例に係る電池として、巻回電極体（ｂ）を扁平状に成形してなる扁平状巻回電極体を備える、リチウムイオン二次電池（Ｂ）を製造した。図７は、実施例および比較例に係る電池の内部抵抗を示す図である。図７に示されるように、実施例では、比較例に比し、内部抵抗が３０％程度低減されている。巻き緩みの抑制により、電極間距離が短縮されたためと考えられる。
【００３５】
図８は、実施例および比較例に係る電池の限界入力電流を示す図である。「限界入力電流」とは、所定の通電時間の充電で、電池が上限電圧に達する充電電流を示す。所定の通電時間は、たとえば５〜１０秒程度の時間を示す。
【００３６】
たとえばリチウムイオン二次電池を搭載したハイブリッド車両（ＨＥＶ）では、回生ブレーキによる電力の回収が行われる。このとき、電池の限界入力電流が小さいと、電力の回収効率が低下することになる。限界入力電流を超える電流は、電池に入力（充電）できないためである。
【００３７】
図８に示されるように、実施例に係る電池では、内部抵抗の低減により、限界入力電流を約５％向上させることができた。これはＨＥＶの燃費にして、約０．５％の改善に相当する。
【００３８】
＜第１参考形態＞
溶接ステップにおける溶接部の形成に代えて、たとえば接着剤を用いて正極板同士および負極板同士をそれぞれ固定することも考えられる。また溶接部に相当する部分に貫通穴を形成し、該貫通穴にねじを挿入して、ねじ締めして固定することも考えられる。さらに固定治具を用いて、正極板同士および負極板同士をそれぞれ機械的に固定することも考えられる。
【００３９】
＜第２参考形態＞
巻回ステップにおいて、セパレータ、正極板および負極板の巻き取りに先行して、巻き芯に厚手の樹脂フィルム（たとえばＰＰフィルム）を巻きつけておくことも考えられる。樹脂フィルムの厚さは、たとえば２００μｍ程度である。
【００４０】
図９（ａ）〜（ｃ）は、第２参考形態を説明するための図である。この参考形態において、樹脂フィルム４００は、ぜんまいばねの如く作用する。すなわち、図９（ｃ）に示されるように、巻回された樹脂フィルム４００の復元力が、巻回電極体１００の中心から外周に向かって、巻回電極体１００に加わる。これにより巻回電極体１００が締め付けられ、巻き緩みが抑制される。
【００４１】
図９（ｃ）に示されるように、樹脂フィルム４００と共に、巻回電極体１００を成形することにより、巻き緩みが抑制された扁平状巻回電極体を製造することができる。樹脂フィルムは成形後に除去してもよい。樹脂フィルムが電解液に対する耐性を有する素材である場合（たとえばＰＰ等である場合）、そのまま残存させてもよい。
【００４２】
以上、本実施形態を説明したが、前述の実施形態および参考形態の構成を適宜組み合わせること、および様々に変更することも当初から予定している。本実施形態は、たとえば車載用途のリチウムイオン二次電池に好適である。上記のように、本実施形態では、限界入力電流の向上が期待できるためである。
【００４３】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４４】
１０  正極板、１１  正極集電体、１２  正極合材、２０  負極板、２１  負極集電体、２２  負極合材、３０  セパレータ、１００  巻回電極体、１０１  扁平状巻回電極体、３００  巻き芯、３０１，３０２  平板、４００  樹脂フィルム、ｍｋ  マーキング、ｗｐ１，ｗｐ２，ｗｐ３，ｗｐ４  溶接部。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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