(57)【要約】【課題】積み重ね工程数を減らして電極組立体の生産性を向上させることができる蓄電装置及び蓄電装置の製造方法を提供すること。【解決手段】二次電池１０の電極組立体１２は、電極ユニット３０を備える。電極ユニット３０は、１枚の正極電極１４と、この正極電極１４を挟む２枚の電極収納セパレータ１３とが、挟まれた正極電極１４の未塗工部１５ａの両面に貼着された両面テープ３１によって一体化されている。電極組立体１２は、電極ユニット３０と、電極ユニット３０とは別の正極電極１４とを交互に積層した層状構造である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極金属箔の両面に正極活物質層を備え、前記正極金属箔の露出した未塗工部を備える正極電極と、
負極金属箔の両面に負極活物質層を備える負極電極が袋状セパレータに収納された電極収納セパレータと、をそれぞれ複数有する電極組立体を備える蓄電装置であって、
前記電極組立体は、
１枚の前記正極電極と、該正極電極を挟む２枚の前記電極収納セパレータとが、挟まれた前記正極電極の前記未塗工部の両面と該両面に対向する前記袋状セパレータとに貼着された両面テープによって一体化された電極ユニットと、
前記正極電極と、
を交互に積み重ねた層状構造であることを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記電極ユニットの間に介在する前記正極電極と、前記電極ユニットとは非接合である請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記蓄電装置は二次電池である請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置。
【請求項４】
正極金属箔の両面に正極活物質層を備え、前記正極金属箔の露出した未塗工部を備える正極電極と、
負極金属箔の両面に負極活物質層を備える負極電極が袋状セパレータに収納された電極収納セパレータと、をそれぞれ複数有する電極組立体を備える蓄電装置の製造方法であって、
１枚の前記正極電極と、該正極電極を挟む２枚の前記電極収納セパレータとが、挟まれた前記正極電極の前記未塗工部の両面と該両面に対向する前記袋状セパレータとに貼着された両面テープによって一体化された電極ユニットと、前記正極電極とを交互に積み重ねることを特徴とする蓄電装置の製造方法。
【請求項５】
前記電極ユニットと、前記正極電極とは接合せずに積層する請求項４に記載の蓄電装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負極電極を収納した電極収納セパレータと、正極電極と、が交互に積層された電極組立体を備える蓄電装置及び蓄電装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの車両には、原動機となる電動機への供給電力を蓄える蓄電装置としてリチウムイオン電池などの二次電池が搭載されている。この種の二次電池としては、例えば矩形シート状の正極電極と、矩形シート状の負極電極と、これらを絶縁するセパレータとを、交互に積み重ねた積層型の電極組立体を備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１３０３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、電極組立体の積層構造は、正極電極、負極電極、及びセパレータを、順に積み重ねていく製造工程を経るので、積み重ね工程の数が多くなり、生産のタクトタイムが長く、生産性がよくないという課題があった。
【０００５】
本発明の目的は、積み重ね工程数を減らして電極組立体の生産性を向上させることができる蓄電装置及び蓄電装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題点を解決するための蓄電装置は、正極金属箔の両面に正極活物質層を備え、前記正極金属箔の露出した未塗工部を備える正極電極と、負極金属箔の両面に負極活物質層を備える負極電極が袋状セパレータに収納された電極収納セパレータと、をそれぞれ複数有する電極組立体を備える蓄電装置であって、前記電極組立体は、１枚の前記正極電極と、該正極電極を挟む２枚の前記電極収納セパレータとが、挟まれた前記正極電極の前記未塗工部の両面と該両面に対向する前記袋状セパレータとに貼着された両面テープによって一体化された電極ユニットと、前記正極電極と、を交互に積み重ねた層状構造であることを要旨とする。
【０００７】
これによれば、電極ユニットと、その電極ユニットに含まれない別の正極電極とを交互に積み重ねていくことで電極組立体が製造される。１つの電極ユニットを積むだけで、１枚の正極電極と２枚の負極電極とを同時に積層状態とすることができ、しかも正極電極と負極電極を袋状セパレータで絶縁した状態にできる。よって、正極電極と負極電極をセパレータで絶縁しながら１枚ずつ積み重ねて電極組立体を製造する場合と比べると、積み重ね工程数を減らし、積み重ねに要する時間を短縮して生産性を向上させることができる。
【０００８】
また、蓄電装置について、前記電極ユニットの間に介在する前記正極電極と、前記電極ユニットとは非接合であってもよい。
これによれば、例えば、電極ユニットと正極電極とを接合しながら積み重ねていく場合と比べると、接合工程を無くして、積み重ねに要する時間を短縮できる。
【０００９】
また、蓄電装置について、前記蓄電装置は二次電池である。
上記問題点を解決するための蓄電装置の製造方法は、正極金属箔の両面に正極活物質層を備え、前記正極金属箔の露出した未塗工部を備える正極電極と、負極金属箔の両面に負極活物質層を備える負極電極が袋状セパレータに収納された電極収納セパレータと、をそれぞれ複数有する電極組立体を備える蓄電装置の製造方法であって、１枚の前記正極電極と、該正極電極を挟む２枚の前記電極収納セパレータとが、挟まれた前記正極電極の前記未塗工部の両面と該両面に対向する前記袋状セパレータとに貼着された両面テープによって一体化された電極ユニットと、前記正極電極とを交互に積み重ねることを要旨とする。
【００１０】
これによれば、電極ユニットと正極電極とを交互に積み重ねていくことで電極組立体が製造される。１つの電極ユニットを積むだけで、１枚の正極電極と２枚の負極電極とを同時に積層状態とすることができ、しかも正極電極と負極電極を袋状セパレータで絶縁した状態にできる。よって、正極電極と負極電極をセパレータで絶縁しながら１枚ずつ積み重ねて電極組立体を製造する場合と比べると、積み重ね工程数を減らし、積み重ねに要する時間を短縮して生産性を向上させることができる。
【００１１】
また、蓄電装置の製造方法について、前記電極ユニットと、前記正極電極とは接合せずに積層してもよい。
これによれば、例えば、電極ユニットと正極電極とを接合しながら積み重ねていく場合と比べると、接合に要する時間が無く、積み重ねに要する時間を短縮できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、積み重ね工程数を減らして電極組立体の生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態の二次電池を示す断面図。
【図２】電極組立体の構成要素を示す分解斜視図。
【図３】電極ユニットを示す分解斜視図。
【図４】二次電池内を示す断面図。
【図５】電極ユニットと正極電極とを積む工程を示す斜視図。
【図６】別例の電極組立体を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、蓄電装置及び蓄電装置の製造方法を二次電池及び二次電池の製造方法に具体化した一実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
図１に示すように、蓄電装置としての二次電池１０は、直方体状のケース１１と、ケース１１内に収容された電極組立体１２と、を備える。ケース１１は、有底四角筒状の金属製（例えば、アルミニウム製又はアルミニウム合金製）のケース本体１１ａと、ケース本体１１ａの開口部を塞ぐ蓋１１ｂとを有する。ケース１１内には図示しない電解液が収容されている。本実施形態の二次電池１０は、リチウムイオン二次電池である。
【００１５】
二次電池１０は、ケース１１の外側に突出する状態で蓋１１ｂに固定された正極端子１８ａと、ケース１１の外側に突出する状態で蓋１１ｂに固定された負極端子１９ａとを有する。正極端子１８ａは、正極導電部材１８ｂを介して電極組立体１２と電気的に接続されている。負極端子１９ａは、負極導電部材１９ｂを介して電極組立体１２と電気的に接続されている。二次電池１０は、負極導電部材１９ｂ及び正極導電部材１８ｂと、蓋１１ｂとを絶縁する絶縁部材２３をケース１１内に備える。
【００１６】
図２に示すように、電極組立体１２は、複数の正極電極１４と、複数の電極収納セパレータ１３と、を備える。電極組立体１２は、正極電極１４と、電極収納セパレータ１３とを交互に複数積層して層状とした積層型である。
【００１７】
正極電極１４は、矩形シート状の正極金属箔（例えばアルミニウム箔）１５と、正極金属箔１５の両面を覆う正極活物質層１６と、を備える。正極電極１４は、正極金属箔１５の長辺に沿う縁部のうちの一方の縁部に第１の縁部１４ａを備える。正極電極１４は、第１の縁部１４ａに沿う未塗工部１５ａを備える。未塗工部１５ａは、正極電極１４の第１の縁部１４ａに沿って正極金属箔１５の露出した部分である。未塗工部１５ａは、第１の縁部１４ａから突出した形状の正極タブ１７を含む。
【００１８】
本実施形態では、第１の縁部１４ａに沿う辺が正極電極１４の一辺となる。また、正極電極１４において、第１の縁部１４ａの対辺となる他方の長辺に沿う縁部を第２の縁部１４ｂとし、第１の縁部１４ａと第２の縁部１４ｂ同士を繋ぐ一対の短辺に沿う縁部をそれぞれ第３の縁部１４ｃとする。
【００１９】
電極収納セパレータ１３は、袋状セパレータ２０と、袋状セパレータ２０に収納された負極電極２４とを備える。負極電極２４は、矩形シート状の負極金属箔（例えば銅箔）２５と、負極金属箔２５の両面を覆う負極活物質層２６と、を有する。負極電極２４は、負極金属箔２５の長辺に沿う縁部のうちの一方の縁部に第１の縁部２４ａを備える。負極電極２４は、第１の縁部２４ａから突出した形状の負極タブ２７を有する。
【００２０】
本実施形態では、第１の縁部２４ａに沿う辺が負極電極２４の一辺となる。また、負極電極２４において、第１の縁部２４ａの対辺となる他方の長辺に沿う縁部を第２の縁部２４ｂとし、第１の縁部２４ａと第２の縁部２４ｂ同士を繋ぐ一対の短辺に沿う縁部をそれぞれ第３の縁部２４ｃとする。
【００２１】
負極電極２４の第１の縁部２４ａの長さは、正極電極１４の第１の縁部１４ａの長さより長く、負極電極２４の第２の縁部２４ｂの長さは、正極電極１４の第２の縁部１４ｂの長さより長い。さらに、負極電極２４の第３の縁部２４ｃの長さは、正極電極１４の第３の縁部１４ｃの長さより長い。よって、負極電極２４は、正極電極１４より一回り大きく、負極活物質層２６は、正極活物質層１６より一回り大きい。
【００２２】
袋状セパレータ２０は、互いに対峙する矩形シート状のセパレータ部材２１を含む。各セパレータ部材２１は、何れも絶縁性を有する樹脂製（例えばポリエチレン製）である。２枚のセパレータ部材２１は同形状、かつ同サイズであり、負極電極２４よりも一回り大きなサイズである。各セパレータ部材２１は、負極電極２４を重ねた状態において、負極電極２４の第１〜第３の縁部２４ａ〜２４ｃからはみ出したはみ出し部２２を有する。袋状セパレータ２０は、セパレータ部材２１のはみ出し部２２同士を溶着して製造されている。袋状セパレータ２０の溶着部は、負極電極２４の四辺である第１〜第３の縁部２４ａ〜２４ｃに沿ってはみ出し部２２を溶着して形成されている。
【００２３】
図３又は図４に示すように、電極組立体１２は、電極ユニット３０を備える。電極ユニット３０は、１枚の正極電極１４と、その正極電極１４を挟む２枚の電極収納セパレータ１３とを一体化した構造である。電極ユニット３０において、正極電極１４と電極収納セパレータ１３とは両面テープ３１によって一体化されている。
【００２４】
両面テープ３１は、未塗工部１５ａの両面と、未塗工部１５ａの両面に対向した袋状セパレータ２０とに貼着されている。両面テープ３１は、正極電極１４の未塗工部１５ａの全体に亘って貼着され、未塗工部１５ａの全面を覆っている。電極組立体１２の積層方向において、両面テープ３１は負極活物質層２６の一部に重なっている。しかし、負極活物質層２６において、両面テープ３１が重なった部分は、正極活物質層１６よりはみ出た部分であり、両面テープ３１は正極活物質層１６には重なっていない。そして、電極ユニット３０は、電極収納セパレータ１３と、正極電極１４と、電極収納セパレータ１３の３層構造である。
【００２５】
電極組立体１２は、電極ユニット３０と正極電極１４とが交互に積層された層状構造を有する。電極組立体１２において、積層方向に隣り合う電極ユニット３０と正極電極１４とは非接合状態である。ただし、電極組立体１２は、図示しない保持テープによって積層状態が保持され、正極活物質層１６の全面が、セパレータ部材２１を介して負極活物質層２６に対峙した状態が維持されている。
【００２６】
また、図１に示すように、電極組立体１２において、複数の電極ユニット３０と複数の正極電極１４とは、正極タブ１７同士が積層方向に沿って列状に配置され、かつ負極タブ２７同士が積層方向に沿って列状に配置される状態に積層される。積層された全ての正極タブ１７には、正極導電部材１８ｂを介して正極端子１８ａが接続され、積層された全ての負極タブ２７には、負極導電部材１９ｂを介して負極端子１９ａが接続されている。
【００２７】
図４に示すように、電極組立体１２の積層方向の両端には電極ユニット３０が位置し、電極組立体１２の積層方向の両端には、袋状セパレータ２０に収納された負極電極２４が位置している。このため、電極組立体１２の積層方向両端の負極電極２４は、袋状セパレータ２０によってケース１１から絶縁されている。電極組立体１２の積層方向に沿って、負極電極２４と正極電極１４とが交互に位置している。
【００２８】
次に、電極組立体１２の製造方法を記載する。
まず、電極ユニット３０を製造する。
図３に示すように、正極活物質層１６の全面が、セパレータ部材２１を介して負極活物質層２６に対峙する状態で、電極収納セパレータ１３と正極活物質層１６を重ねつつ、両面テープ３１により正極電極１４と２枚の電極収納セパレータ１３とを接合する。
【００２９】
次に、図５に示すように、積層テーブル４０上に電極ユニット３０を載せ、その電極ユニット３０の上に正極電極１４を載せて電極ユニット３０と正極電極１４を積み重ねる。このとき、負極活物質層２６に対し正極活物質層１６の全面が対峙する位置に正極電極１４を積み重ねる。次に、正極電極１４の上に電極ユニット３０を積み重ねる。このとき、正極活物質層１６の全面に対し、載置される電極ユニット３０の最下層の負極活物質層２６が対峙する位置に電極ユニット３０を積み重ねる。以下、予め決められた枚数の電極ユニット３０と正極電極１４とを上記と同様の方法で積み重ねていくと、電極組立体１２が製造される。
【００３０】
上記実施形態によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
（１）電極組立体１２は、電極ユニット３０と正極電極１４とを交互に積層した層状構造である。電極ユニット３０は、１枚の正極電極１４と、その正極電極１４を挟む２枚の電極収納セパレータ１３とを予め一体化した構造である。このため、１つの電極ユニット３０を積むだけで、１枚の正極電極１４と２枚の負極電極２４とを同時に積層した状態にすることができ、しかも正極電極１４と負極電極２４を袋状セパレータ２０で絶縁した状態にできる。よって、正極電極１４と負極電極２４との間にセパレータを介装させながら１枚ずつ積み重ねていく場合と比べると、積み重ね工程数を減らし、積み重ねに要する時間を短縮して電極組立体１２の生産性を向上させることができる。
【００３１】
（２）両面テープ３１は、正極電極１４における未塗工部１５ａに貼着され、正極活物質層１６には貼着されていない。このため、両面テープ３１によって正極活物質層１６の面積が減ることを無くし、二次電池１０の容量が減ることが無い。
【００３２】
（３）電極組立体１２において、電極ユニット３０と正極電極１４とは非接合である。このため、電極ユニット３０と正極電極１４とを積み重ねていく際に、両面テープ３１等の接合部材を電極ユニット３０や正極電極１４に貼着し、電極ユニット３０と正極電極１４を接合する工程が必要なく、積み重ねに要する時間を短縮できる。
【００３３】
（４）電極組立体１２において、正極電極１４の未塗工部１５ａは両面テープ３１によって覆われている。このため、二次電池１０に対し、電極組立体１２の積層方向に力が加わり、二次電池１０が積層方向に圧壊した際、正極電極１４の未塗工部１５ａが、負極電極２４の負極タブ２７と短絡することを両面テープ３１によって抑制できる。未塗工部１５ａと負極タブ２７とは、金属箔であり、短絡した場合には抵抗が小さく発熱量が大きくなりやすい。しかし、両面テープ３１によって短絡を抑制できることから、圧壊時の二次電池１０の発熱量が大きくなることを抑制できる。
【００３４】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  図６に示すように、電極ユニット５０を、電極収納セパレータ１３と、正極電極１４と、電極収納セパレータ１３と、正極電極１４の４層構造としてもよい。この場合、各正極電極１４の未塗工部１５ａと、各未塗工部１５ａに対向した電極収納セパレータ１３の袋状セパレータ２０とが両面テープ３１によって接合され、２枚の電極収納セパレータ１３と２枚の正極電極１４が一体化されている。
【００３５】
○  電極組立体１２の積層方向に隣り合う電極ユニット３０と正極電極１４とは両面テープ３１等の接合部材で接合されてもよい。この場合も、両面テープ３１は、正極電極１４の未塗工部１５ａに貼着される。このように構成した場合、二次電池１０が圧壊した際、正極電極１４の未塗工部１５ａが、負極電極２４の負極タブ２７と短絡することを両面テープ３１によって抑制できる。
【００３６】
○  両面テープ３１によって電極収納セパレータ１３と正極電極１４が一体化できれば、両面テープ３１は、未塗工部１５ａの全面を覆う状態に貼着されていなくてもよく、例えば、未塗工部１５ａの一部が露出する状態に両面テープ３１が貼着されていてもよい。
【００３７】
又は、複数枚の両面テープ３１によって電極収納セパレータ１３と正極電極１４が一体化されていてもよい。
○  両面テープ３１によって電極収納セパレータ１３と正極電極１４が一体化できれば、両面テープ３１は、未塗工部１５ａのうち正極タブ１７のみに貼着されていてもよい。
【００３８】
○  電極収納セパレータ１３は、一対のセパレータ部材２１における負極電極２４の第１〜第３の縁部２４ａ〜２４ｃからはみ出したはみ出し部２２全てを溶着し、負極電極２４の四辺に沿って溶着部を有する構造とした。しかし、電極収納セパレータ１３の構造はこれに限らない。例えば、長尺矩形状のセパレータ部材２１を長手方向の中間から折り曲げ、折り曲げ辺に負極電極２４の第２の縁部２４ｂを当接させ、負極電極２４を折り曲げたセパレータ部材２１で挟み込む。そして、セパレータ部材２１において、負極電極２４の両方の第３の縁部２４ｃからはみ出した部位を溶着して電極収納セパレータとしてもよい。
【００３９】
○  実施形態では、溶着部は、負極電極２４の第１〜第３の縁部２４ａ〜２４ｃの全体に沿うように形成したが、溶着部は、負極電極２４の第１〜第３の縁部２４ａ〜２４ｃに沿ってスポット的に形成されていてもよい。
【００４０】
○  電極ユニット３０と正極電極１４とを積み重ねる方法は、積層テーブル４０上に電極ユニット３０と正極電極１４とを積み重ねていく方法以外でもよい。例えば、電極ユニット３０と正極電極１４を自重により落下させて重ねていく方法でもよい。
【００４１】
○  二次電池１０は、リチウムイオン二次電池であったが、これに限らず、ニッケル水素化物電池といった他の二次電池であってもよい。要するに、正極活物質と負極活物質との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであればよい。
【００４２】
○  電気二重層キャパシタ等の蓄電装置に具体化してもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１０…蓄電装置としての二次電池、１２…電極組立体、１３…電極収納セパレータ、１４…正極電極、１５…正極金属箔、１５ａ…未塗工部、１６…正極活物質層、２０…袋状セパレータ、２４…負極電極、２５…負極金属箔、２６…負極活物質層、３０，５０…電極ユニット、３１…両面テープ。
【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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