(57)【要約】【課題】二次電池に用いられる捲回電極体において、平面部と曲面部との間に面圧差が生じる場合であっても、抵抗分布を低減し、電池の性能を向上させることが可能な構造を備える二次電池に用いられる捲回電極体の製造方法を提供する。【解決手段】捲回電極体１１の製造方法は、正極重ね合せ体１３Ａを形成する工程、および、負極重ね合せ体１７Ａを形成する工程の少なくともいずれか一方の工程においては、重ね合わせ時に加圧力を重ね合せ体に印加する加圧工程を含み、加圧工程は、重ね合せ体の捲回位置が内周側から外周側にかけて加圧力を増加させる工程を有する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池に用いられる捲回電極体の製造方法であって、
当該捲回電極体の製造方法は、
正極と正極用セパレータとを重ね合わせて正極重ね合せ体を形成する工程と、
負極と負極用セパレータとを重ね合わせて負極重ね合せ体を形成する工程と、
前記正極重ね合せ体と前記負極重ね合せ体とを重ねあわせて当該捲回電極体を形成する工程と、
を備え、
前記正極重ね合せ体を形成する工程、および、前記負極重ね合せ体を形成する工程の少なくともいずれか一方の工程においては、重ね合わせ時に加圧力を重ね合せ体に印加する加圧工程を含み、
前記加圧工程は、前記重ね合せ体の捲回位置が内周側から外周側にかけて前記加圧力を増加させる工程を有する、捲回電極体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、正極と負極とセパレータとが捲回されて構成された捲回電極体の製造方法。
【背景技術】
【０００２】
国際公開第２０１１／１１８０３２号（特許文献１）には、正極、負極、および、セパレータが捲回されて構成された捲回電極体を備えたリチウムイオン二次電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１１８０３２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
角形のリチウムイオン二次電池に用いられる捲回電極体の曲面部では、面圧が印加されないため、平面部と曲面部との面圧差に起因する抵抗分布が生じる課題が挙げられる。特許文献１に開示される技術によれば、曲面部の最内周の位置に材を挿入し、かつ、平面部を加圧することで、正極、負極、および、セパレータに発生する張力を利用して、平面部と曲面部との面圧を均一にすることが試みられている。
【０００５】
しかし、正極、負極、および、セパレータに発生させる張力では、十分な面圧を確保することができない場合が多い。また、曲面部においては、外周から内周にかけて、円周の長さが短くなる。つまり、加圧面積が小さくなる。そのため、単位面積で比較すると、外周では低面圧、内周では高面圧となる。特に、最外周では、平面部と曲面部との面圧差を解消すること困難であった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、二次電池に用いられる捲回電極体において、平面部と曲面部との間に面圧差が生じる場合であっても、抵抗分布を低減し、電池の性能を向上させることが可能な構造を備える二次電池に用いられる捲回電極体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】
【０００７】
この捲回電極体の製造方法においては、二次電池に用いられる捲回電極体の製造方法であって、正極と正極用セパレータとを重ね合わせて正極重ね合せ体を形成する工程と、負極と負極用セパレータとを重ね合わせて負極重ね合せ体を形成する工程と、上記正極重ね合せ体と上記負極重ね合せ体を重ねあわせて当該捲回電極体を形成する工程とを備る。
【０００８】
上記正極重ね合せ体を形成する工程、および、上記負極重ね合せ体を形成する工程の少なくともいずれか一方の工程においては、重ね合わせ時に加圧力を重ね合せ体に印加する加圧工程を含み、上記加圧工程は、上記重ね合せ体の捲回位置が内周側から外周側にかけて上記加圧力を増加させる工程を有する。
【０００９】
この工程を採用することにより、最外周の抵抗分布は大幅に減少させることが可能となる。一方、最内周では従来と変わらないため、最内周および最外周ともに、抵抗分布が減少した捲回体電極を得ることを可能としている。
【発明の効果】
【００１０】
この捲回電極体の製造方法によれば、平面部と曲面部との間に面圧差が生じる場合であっても、抵抗分布を低減し、電池の性能を向上させることが可能な構造を備える二次電池に用いられる捲回電極体の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態の二次電池の内部構造を示す平面図である。
【図２】実施の形態の捲回電極体の斜視図である。
【図３】図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。
【図４】実施の形態の捲回電極体の製造方法を示す模式図である。
【図５】重ね合せ体に印加する加圧工程において、重ね合せ体の捲回位置が内周側から外周側にかけて加圧力を増加させる工程を示す図である。
【図６】二次電池の内部構造を示す図である。
【図７】従来の製造方法で形成された捲回体電極の面圧分布を示す図である。
【図８】従来の捲回体電極の位置と抵抗との関係を示す抵抗分布図である。
【図９】従来の捲回体電極の抵抗値の面圧依存性を示す図である。
【図１０】実施の形態における捲回体電極の抵抗値の面圧依存性を示す図である。
【図１１】重ね合せ体に印加する加圧工程において、重ね合せ体の捲回位置が内周側から外周側にかけて加圧力を増加させる工程を示す図である。
【図１２】実施の形態の製造方法で形成された捲回体電極の面圧分布を示す図である。
【図１３】実施の形態の捲回体電極の位置と抵抗との関係を示す抵抗分布図である。
【図１４】実施の形態の捲回体電極のＬｉ析出に至る充電電流を示す図である。
【図１５】重ね合せ体に印加する加圧工程において、重ね合せ体の捲回位置が内周側から外周側にかけて加圧力を増加させる工程を示す他の図である。
【図１６】重ね合せ体に印加する加圧工程において、重ね合せ体の捲回位置が内周側から外周側にかけて加圧力を増加させる工程を示す他の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態における二次電池の製造方法について、以下、図面を参照しながら説明する。個数および量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数およびその量などに限定されない。同一の部品および相当部品には、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。各実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。また、長さ、幅、厚さ、深さ等の寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。
【００１３】
［二次電池の構成］
図１から図３を参照して、本実施の形態における二次電池の構成について説明する。図１は、本発明の一実施の形態の二次電池の内部構造を示す平面図である。図２は、本実施の形態の捲回電極体の斜視図である。図３は図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施の形態の二次電池では、電池ケース１のケース本体１Ａには捲回電極体１１と電解質又は電解液（不図示）とが設けられており、ケース本体１Ａの開口は電池ケース１の蓋体１Ｂによって蓋されている。
【００１５】
図２および図３に示すように、捲回電極体１１は、正極１３と正極用セパレータ１３Ｓとが重ね合せられ、および、負極１７とおよび負極用セパレータ１７Ｓとが重ね合わされた状態で捲回されている。図２に示すように、捲回電極体１１は側面視においてトラック型の形状を有し、図面の上下方向が長軸方向、図面の略前後方向が短軸方向、捲回電極体１１の捲回軸が延びる方向が、軸方向となっている。
【００１６】
捲回電極体１１の軸方向で見た場合にその両端部の一方端部には、正極１３が正極用セパレータ１３Ｓから露出する正極露出部１３Ｄが形成され、同様に、他方端部には、負極１７が負極用セパレータ１７Ｓから露出する負極露出部１７Ｄが形成されている。図３に示す断面図に示すように、捲回電極体１１は、上限端部には曲面部１１Ｒが形成され、上下の曲面部１１Ｒを結ぶ領域には、平面部１１Ｐが形成される。
【００１７】
再び、図１参照して、電池ケース１の内部においては、捲回電極体１１は、後述するように、ケース本体１Ａの側面部から捲回電極体１１の平面部１１Ｐが押圧されるようにして内装されている。捲回電極体１１の正極露出部１３Ｄには、正極集電板３１が当接している。この正極集電板３１は、絶縁部材３３，３５を介在させて、正極端子３に電気的に接続されている。同様に、捲回電極体１１の負極露出部１７Ｄには、負極集電板７１が当接している。この負極集電板７１は、絶縁部材７３，７５を介在させて、負極端子７に電気的に接続されている。
【００１８】
［捲回電極体１１の製造方法］
次に、図４および図５を参照して、本実施の形態における二次電池に用いられる捲回電極体１１の製造方法について説明する。図４は、捲回電極体１１の製造方法を示す概念図、図５は、重ね合せ体に印加する加圧工程において、重ね合せ体の捲回位置が内周側から外周側にかけて加圧力を増加させる工程を示す図である。
【００１９】
二次電池に用いられる捲回電極体１１の製造方法においては、正極１３と正極用セパレータ１３Ｓとを重ね合わせて正極重ね合せ体１３Ａを形成する工程と、負極１７と負極用セパレータ１７Ｓとを重ね合わせて負極重ね合せ体１７Ａを形成する工程と、を含んでいる。本実施の形態では、正極重ね合せ体１３Ａを形成する工程と負極重ね合せ体１７Ａを形成する工程とは、同時に行なわれているが、異なるタイミングでそれぞれの重ね合せ体を形成してもよい。
【００２０】
正極１３と正極用セパレータ１３Ｓとを重ね合わせて正極重ね合せ体１３Ａを形成する工程においては、予め、ロールプレス１１０Ｐを用いて、重ね合わせ時に加圧力が重ね合せ体に印加する加圧工程を含んでいる。同様に、負極１７と負極用セパレータ１７Ｓとを重ね合わせて負極重ね合せ体１７Ａを形成する工程においては、予め、ロールプレス１１０Ｐを用いて、重ね合わせ時に加圧力が重ね合せ体に印加する加圧工程を含んでいる。
【００２１】
本実施の形態においては、正極重ね合せ体１３Ａおよび負極重ね合せ体１７Ａのいずれにも、加圧工程を採用する場合について説明しているが、いずれか一方の重ね合せ体に対してのみ加圧工程を採用するようにしてもよい。
【００２２】
正極重ね合せ体１３Ａと負極重ね合せ体１７Ａは、捲回軸１２０を有する捲回体１２１の外周に捲き付けられ、捲回軸１２０を中心にして捲回体１２１を捲き回すことで、捲回電極体１１が製造される。
【００２３】
ここで、本実施の形態の捲回電極体１１においては、正極重ね合せ体１３Ａおよび負極重ね合せ体１７Ａの製造時には、所定のテンション（０．５ｋｇ／ｃｍ〜２．０ｋｇ／ｃｍ）をかけながら捲回されている。さらに、本実施の形態では、上記したうように、正極重ね合せ体１３Ａおよび負極重ね合せ体１７Ａを、ぞれぞれ捲回前に加圧する工程を含んでいる。
【００２４】
また、図５に示すように、この加圧する工程においては、捲回電極体１１を形成する際に、その内周から外周にかけて、加圧力を０ＭＰａから３ＭＰａに変更する工程を含んでいる。これにより、最内周から最外周にかけて二次電池（面圧に対する抵抗変化特性）が変わり、抵抗の分布差の発生を低減することを可能としている。図においては、加圧する圧力は、徐々に増加するように加える圧力を変化させている。
【００２５】
次に、図６から図８を参照して、捲回電極体１１の面圧分布、抵抗分布について説明する。図６に示す二次電池において、拘束部材１００による外部拘束力は、０．５ＭＰａを想定している。
【００２６】
図７を参照して、従来の製造方法で形成された捲回電極体１１の場合について検討する。捲回電極体１１の捲回時の張力によって、曲面部１１Ｒに面圧が印加される。しかし、曲面部１１Ｒは、その構造上、外周から内周にかけて、円周の長さが短くなる（加圧面積が小さくなっていく）。そのため、外周側では低面圧、内周側では高面圧となる。
【００２７】
その結果、最外周での圧力は、平面部１１Ｐと曲面部１１Ｒとでは、面圧差が大きくなる。これにより、図８に示すように、最外周における平面部と曲面部との抵抗差が大きくなり、結果として、平面部１１Ｐと曲面部１１Ｒとの間に抵抗分布を生じさせていた。
【００２８】
図９を参照して、抵抗分布は、面圧と抵抗との関係から求めることができる。抵抗値の面圧依存性について説明する。低面圧では、電極間の距離（ｈ１）が長く、イオン伝導抵抗が増加する。一方、高面圧では、電極間の距離（ｈ２）が短くなり、圧縮により空隙が減る。その結果、イオン拡散抵抗が増加する傾向がある。
【００２９】
次に、図１０を参照して、正極重ね合せ体１３Ａおよび負極重ね合せ体１７Ａの捲回前に加圧した場合について説明する。予め重ね合せ体に高面圧を印加することで、従来の特性に変化を加えることができる。
【００３０】
図１０では、予め重ね合せ体に３Ｍｐａを印加した場合を示す。正極重ね合せ体１３Ａおよび負極重ね合せ体１７Ａを、事前に３Ｍｐａで圧縮しておくと、低面圧（０．０２ＭＰａなど）でも、電極間距離が縮まりやすく、イオン伝導抵抗の増加を抑制することができる。しかし、高面圧では、つぶれが増加してしまうため、空隙が減り、拡散抵抗が増加してしまう。
【００３１】
ここで、図１１から図１４を参照して、本実施の形態における捲回電極体１１の面圧分布、抵抗分布について説明する。図１１に示す二次電池において、拘束部材１００による外部拘束力は、０．５ＭＰａを想定している。
【００３２】
上述のように、正極重ね合せ体１３Ａおよび負極重ね合せ体１７Ａを、事前に３Ｍｐａで圧縮した工程を採用することで、図１２に示すように、最外周の面圧は従来と変わらないものの、図１３に示すように、最外周の抵抗分布は大幅に減少する。また、最内周では従来と変わらないため、最内周および最外周ともに、抵抗分布が減少した捲回電極体１１を得ることを可能としている。
【００３３】
その結果、図１４に示すように、本実施の形態における捲回電極体１１においては、Ｌｉ析出に至る充電電流［Ａ］を約１０％向上させることを可能としている。
【００３４】
なお、図５に示した、プレス圧の増加においては、加圧力を０ＭＰａから３ＭＰａに加圧する圧力は、徐々に増加するように加える圧力を変化させているが、この加圧パターンに限定はされない。たとえば、図１５に示すように段階的に加える圧力を変化させてもよい。また、図１６に示すように、直線的に加える圧力を変化させてもよい。
【００３５】
なお、上述の二次電池は、好ましくは非水電解質二次電池であり、より好ましくはリチウムイオン二次電池である。
【００３６】
正極としては、リチウムイオン二次電池の正極として従来公知の構成を有することが好ましく、たとえばアルミニウム箔を用いることができる。正極集電板および正極端子についても同様のことが言え、たとえばアルミニウムからなることが好ましい。
【００３７】
負極としては、リチウムイオン二次電池の負極として従来公知の構成を有することが好ましく、たとえば銅箔を用いることができる。負極集電板および負極端子についても同様のことが言え、たとえば銅からなることが好ましい。
【００３８】
セパレータとしては、リチウムイオン二次電池のセパレータとして従来公知の構成を有することが好ましく、たとえばＰＥ（polyethylene）またはＰＰ（polypropylene）からなることが好ましい。
【００３９】
電解質又は電解液としては、それぞれ、リチウムイオン二次電池の電解質又は電解液として従来公知の構成を有することが好ましい。たとえば、電解質又は電解液はＬｉＰＦ６等のリチウム塩を含むことが好ましい。
【００４０】
以上、本発明に基づいた実施の形態について説明したが、今回開示された内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は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】
【００４１】
１  電池ケース、１Ａ  ケース本体、１Ｂ  蓋体、３  正極端子、７  負極端子、１１  捲回電極体、１１Ｐ  平面部、１１Ｒ  曲面部、１３  正極、１３Ａ  正極重ね合せ体、１３Ｓ  正極用セパレータ、１３Ｄ  正極露出部、１７  負極、１７Ａ  負極重ね合せ体、１７Ｄ  負極露出部、１７Ｓ  負極用セパレータ、３１  正極集電板、３３，３５  絶縁部材、７１  負極集電板、７３，７５  絶縁部材、１１０Ｐ  ロールプレス、１２０  捲回軸、１２１  捲回体。
【図１】
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【図２】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図３】
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