JP4775608B2 - 扁平形状巻回型電極体の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は扁平形状巻回型電極体の製造方法に関し、詳しくは、巻回型電極体を成形して扁平形状巻回型電極体を製造する扁平形状巻回型電極体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ノート型パソコン、小型携帯電話、携帯ビデオカメラなどの携帯機器の電源や、自動車のクリーンなエネルギー源として電池が注目を集めている。ここで、高性能化のために電池の小型化および軽量化といった、スペース的な効率の向上が求められている。このような要件を満たす電池として、実装効率がよい角型形状の電池が注目されている。
【０００３】
角型形状の電池としては、電極体を数層に積層させた積層型電極体を有する電池が広く普及している。さらに、積層した状態にある電極板を巻回させた巻回型電極体を有する電池が、高い生産性を有することから有用であることが知られている。
【０００４】
巻回型電極体は、シート状の正極板、負極板およびセパレータより構成され、セパレータを介して正極板と負極板とを積層させ、この積層体を巻回させて形成されたものである。この巻回型電極体は、通常は、その断面形状が真円もしくはそれに近い円状に形成される。
【０００５】
巻回型電極体を角型形状の電池に用いるためには、巻回型電極体が扁平化していることが求められる。すなわち、角型形状の電池容器に真円もしくはそれに近い円状の巻回型電極体をそのままの状態で収めることは、それぞれの電極板の密着度の低下や、電池容器内部でのスペースのロスが生じるためである。
【０００６】
扁平化された巻回型電極体を有する電池としては、円状に形成された巻回型電極体を径方向に圧縮させることで扁平形状とした扁平形状巻回型電極体を有する電池がある。
【０００７】
この電池に用いられる扁平形状巻回型電極体は、巻回型電極体を径方向に圧縮して形成しているため、電極板の巻回により形成された渦巻型電極体の中央透孔部がいびつな変形を示すという問題を有していた。すなわち、巻回型電極体の内周面側の周方向の長さと、圧縮された扁平形状巻回型電極体の扁平巻回形状の内周面側の周の長さとでは、圧縮前の巻回型電極体のほうが長かった。このため、巻回型電極体を径方向に圧縮すると、巻回型電極体の内周側に配された電極板は、いびつな変形を示すようになっていた。
【０００８】
巻回型電極体の内周側の電極板がいびつな変形を生じると、電極体の内周面近傍において、電極板の密接度および電極板間距離に不均一性が生じ、電極体の性能が低下するためである。また、この扁平形状巻回型電極体においては、巻回電極最内周近傍の電極板が最小のＲ（曲率半径）で折れ曲がり、この部分で電極活物質の剥離、滑落が生じるという問題もあった。すなわち、電極活物質の剥離、滑落が生じると、電極活物質がセパレータを破壊して内部短絡の原因となるためである。
【０００９】
この結果、このような径方向に圧縮して成形された扁平形状巻回型電極体を用いた電池の放電性能やサイクル特性に大きな問題を有していた。
【００１０】
さらに、扁平形状巻回型電極体を有する電池としては、たとえば、特開昭５８−２１８７６８号公報に楕円形状の巻芯に電極板を巻回させた扁平形状巻回型電極体を有する電池が、特開昭６０−２５１６４号公報に真円状の巻回型電極体の中央透孔部に芯体を配置した状態で所定の方向に押圧して形成する方法により扁平化された巻回型電極体の製造方法が、特開平６−２０３８７０号公報に中空金属パイプを巻芯として電極板を巻回させた状態で圧縮成形した扁平形状巻回型電極体を有する電池が、開示されている。
【００１１】
また、特開昭５８−２１８７６８号公報に記載の扁平形状巻回型電極体は、その製造時に楕円形状の巻芯にシート状の電極体を巻回させるため、巻回時に、シート状の電極体にバタツキが発生するという問題を有していた。
【００１２】
また、特開昭６０−２５１６４号公報に記載の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、スポット孔を確保するための製造方法であり、巻回型電極体を扁平化させた後に、外装缶に挿入し、芯体を除去しなければならなかった。このため、結果的に巻回型電極体の緊迫度が確保されないという問題を有していた。
【００１３】
さらに、特開平６−２０３８７０号公報に記載の製造方法は、電極体の中央透孔部に中空金属パイプを有するため、扁平化のために所定の方向に押圧する押圧力が大きくなっていた。加える荷重が大きくなると、電極板の電極活物質に割れ、クラック等が発生しやすくなる。さらに、押圧力が大きくかかることから、電極体の内部短絡が促進されるおそれもあった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、巻回型電極体を形成した後に扁平形状に成形する扁平形状巻回型電極体の製造方法において、電極間の密接度の不均一性から生じる電極板の割れ、破損等が防止され、かつ高い生産性を有する扁平形状巻回型電極体の製造方法を提供することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明者等は巻回型電極体を扁平形状に成形するときに電極板間に生じる摩擦を低減し、巻回体における電極板の位相にずれを生じさせることで上記課題を解決できることを見出した。
【００１６】
すなわち、本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、帯状の正極板および負極板を帯状のセパレータを介した状態で巻回して巻回型電極体を形成する巻回工程と、巻回型電極体の内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧しておよび／または外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧して扁平型状に成形する成形工程と、を有する扁平形状巻回型電極体の製造方法において、セパレータとして、極性基を有する樹脂よりなり、少なくとも一方の表面の粗度が最大表面高さ（Ｒｍａｘ）で１μｍ以上であり、かつセパレータの膜厚の５０％以下であるものを使用したことを特徴とする。
【００１７】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、セパレータの表面を粗面化することでセパレータと電極板との接触面積が減少させている。接触面積が減少することで、成形工程において電極板およびセパレータのすべり性が向上し、電極板およびセパレータの位相をずらすことで、内周側の電極板がいびつな変形が生じることを抑えることで、電極板間の密着度のばらつきを抑えることができる。
【００１８】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、帯状の正極板および負極板を帯状のセパレータを介した状態で巻回して巻回型電極体を形成する巻回工程と、巻回型電極体の内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧しておよび／または外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧して扁平型状に成形する成形工程と、を有する扁平形状巻回型電極体の製造方法において、成形工程は、巻回型電極体の正極板、負極板、セパレータの界面の少なくとも巻回型電極体の相背向する湾曲部に潤滑剤が配された状態で行われることを特徴とする。
【００１９】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、電極板およびセパレータの界面に潤滑剤を配することで、セパレータと電極板の間の摩擦を低減させている。この結果、成形工程における電極板およびセパレータのすべり性が向上し、電極板およびセパレータの位相がずれて、内周側の電極板がいびつな変形が生じることを抑えられ、電極板間の密着度にばらつきが生じることを抑えることができる。
【００２０】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、帯状の正極板および負極板を帯状のセパレータを介した状態で巻回して巻回型電極体を形成する巻回工程と、巻回型電極体の内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧しておよび／または外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧して扁平型状に成形する成形工程と、を有する扁平形状巻回型電極体の製造方法において、成形工程は、巻回型電極体に振動を付与した状態で行われることを特徴とする。
【００２１】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、成形工程を振動を付与した状態で行うことで、巻回型電極体の電極板間に生じる摩擦を低減させている。このため、電極板およびセパレータの位相がずれて、内周側の電極板がいびつな変形が生じることを抑えられ、電極板間の密着度にばらつきが生じることを抑えることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（セパレータ粗面化法）
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、巻回型電極体を形成する巻回工程と、巻回型電極体を押圧して扁平型状に成形する成形工程と、を有する扁平形状巻回型電極体の製造方法である。
【００２３】
巻回工程は、帯状の正極板および負極板を帯状のセパレータを介した状態で巻回して巻回型電極体を形成する工程である。ここで、巻回工程において形成される巻回型電極体は、帯状の正極板および負極板が帯状のセパレータを介した状態で巻回して形成されていればよく、断面が真円形状であっても楕円形状であってもよい。
【００２４】
また、巻回工程における巻回型電極体の形成は、特に限定されるものではなく、従来の巻回型電極体の形成方法を用いることができる。たとえば、帯状の正極板、負極板およびセパレータを積層させ、円筒もしくはオーバル形状の巻芯を用い、この巻芯の外周面側に正極板、負極板およびセパレータを巻回する。その後、巻芯を取り外すことで、巻回型電極体を形成する方法をあげることができる。
【００２５】
正極板および負極板は、集電体の両面に電極活物質層を有することが好ましい。集電体の両面に電極活物質層を有することで、電極板の電極反応に寄与する表面積が増大し、電極体の充放電性能が向上する。
【００２６】
また、巻回工程により形成される巻回型電極体の種類も特に限定されるものではなく、通常の巻回型電極体と同様な電極体でよい。このような巻回型電極体の例として、たとえば、リチウム二次電池用巻回型電極体をあげることができる。
【００２７】
成形工程は、巻回型電極体の内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧しておよび／または外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧して扁平型状に成形する工程である。すなわち、成形工程は、巻回型電極体を押圧して扁平形状に成形する工程である。
【００２８】
巻回型電極体の内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧するとは、巻回型電極体が扁平化され、扁平形状巻回型電極体が形成されたときに、扁平形状巻回型電極体の長径方向の対向した内周面の湾曲部を形成した部分を、互いに径方向外方に押圧することを示す。
【００２９】
また、成形工程において、外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧するとは、巻回型電極体が扁平化され、扁平形状巻回型電極体が形成されたときに、長径方向と垂直な扁平形状巻回型電極体の厚さ方向となる方向に、巻回型電極体を押圧することを示す。
【００３０】
ここで、巻回型電極体の押圧を内周面および外周面から行ったときには、内周面からの押圧方向と、外周面からの押圧方向とが互いに垂直な方向となる。
【００３１】
また、成形工程は、内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧するとともに外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧することが好ましい。外周面からおよび内周面からの押圧を行うことで、内周面からのみあるいは外周面からのみの押圧を行う場合に比べて、巻回型電極体に付与される応力を低減することができる。また、巻回型電極体にかかる応力が集中することが防止でき、正極板および負極板が損傷しにくくなる。
【００３２】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、セパレータとして、極性基を有する樹脂よりなり、少なくとも一方の表面の粗度が最大表面高さ（Ｒｍａｘ）で１μｍ以上であり、かつセパレータの膜厚の５０％以下であるものを使用した。
【００３３】
セパレータが、極性基を有する樹脂よりなることで、表面を粗くしても十分な強度を発揮できる。ここで、セパレータが極性基を有するとは、セパレータを形成する樹脂の繰り返し単位中に極性基が含まれることを示す。また、極性基を有する樹脂をセパレータとして用いることで、電解液とのぬれ性が向上し、電極体の電極反応を阻害しなくなる。
【００３４】
セパレータは、微多孔性であることが好ましい。すなわち、セパレータが微孔を多数有することで、電池に扁平形状巻回型電極体が用いられたときに、電極反応を阻害しなくなる。
【００３５】
また、セパレータの少なくとも一方の表面の粗度が最大表面高さ（Ｒｍａｘ）で１μｍ以上であることで、セパレータの一方の表面と、この表面と対向した電極板の表面との間の接触面積が減少する。セパレータと電極板との接触面積が減少することで、両者の表面の摩擦力が減少する。この結果、成形工程において、巻回型電極体を押圧したときに、セパレータと粗面化された表面と対向した電極板とがすべりを生じるようになる。
【００３６】
また、セパレータの一方の表面が粗面化されていることで、電池として用いられたときに、この粗面化された表面の凹部に電解液を保持できることから、電極体の電極反応を十分に発揮させることができる。
【００３７】
セパレータは、最大表面高さ（Ｒｍａｘ）がセパレータの膜厚の５０％以下である。Ｒｍａｘがセパレータの膜厚の５０％以下であることで、セパレータとして十分な特性を発揮する。すなわち、Ｒｍａｘがセパレータの膜厚の５０％を超えると、セパレータの強度が低下し、成形工程においてセパレータが破損を生じるようになるためである。
【００３８】
セパレータは、一方の表面が露出した状態で正極板または負極板の表面に固定されることが好ましい。すなわち、セパレータが正極板または負極板の表面に固定されることで、巻回工程において巻回型電極体の形成を容易に行うことができる。また、セパレータが固定される電極板は、正極板であることが好ましい。
【００３９】
すなわち、巻回型電極体は、帯状の正極板および負極板を帯状のセパレータを介した状態で巻回して形成された電極体であり、２枚のセパレータと、両極板が必要となっていた。このため、巻回型電極体を形成するためには、４枚の帯状の部材を用いて巻回型電極体を形成していた。このため、セパレータを電極板の表面に固定することで、帯状部材の取り扱い枚数を減少させることができ、巻回工程における加工コストを低下させることができる。
【００４０】
また、電極板に固定されたセパレータが、一方の表面が露出した状態で固定されることで、成形工程におけるセパレータと電極板との間のすべり性が確保される。
【００４１】
セパレータを電極板の表面に固定する方法としては、たとえば、電極板に電極活物質層が形成されない未塗布部をもうけ、この未塗布部にセパレータを接合する方法をあげることができる。
【００４２】
本発明の扁平形状巻回型電極体に用いられるセパレータとしては、粗く形成された表面を有する型の表面上で形成された樹脂シートよりなることが好ましい。
【００４３】
極性基は、エステル基、エーテル基、アミド基、イミド基、水酸基、カルボキシル基より選ばれる少なくとも一種の官能基であることが好ましい。セパレータとしては、極性基を有することが好ましく、このような極性基としてエステル基、エーテル基、アミド基、イミド基、水酸基、カルボキシル基より選ばれる少なくとも一種の官能基が選ばれる。これらの官能基のうち、エステル基を有することがより好ましい。
【００４４】
また、強い極性基を有する樹脂は、原因が定かではないが特にすべり性が低く、一方の表面を粗面化することで電極板間の密着度が保持された電極体を形成できる。
【００４５】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、表面が粗面化されたセパレータを用いて扁平巻回型電極体を製造する製造方法であり、セパレータ以外の正極および負極は、特に限定されるものではなく、従来の扁平形状巻回型電極体に用いられている正極および負極を用いることができる。
【００４６】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、セパレータの表面を粗面化することでセパレータと電極板との接触面積が減少させている。接触面積が減少することで、成形工程において電極板およびセパレータの摩擦力が低減し、両者の間にすべり性が付与される。このため、応力が集中する前に、電極板およびセパレータがずれるようになる。この結果、扁平形状巻回型電極体の電極板が破損を生じることなく、高い密着度で電極板が密着した扁平形状巻回型電極体が製造される。
【００４７】
（潤滑剤付与法）
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、巻回型電極体を形成する巻回工程と、巻回型電極体を押圧して扁平型状に成形する成形工程と、を有する扁平形状巻回型電極体の製造方法である。
【００４８】
巻回工程は、帯状の正極板および負極板を帯状のセパレータを介した状態で巻回して巻回型電極体を形成する工程である。ここで、巻回工程において形成される巻回型電極体は、帯状の正極板および負極板が帯状のセパレータを介した状態で巻回して形成されていればよく、断面が真円形状であっても楕円形状であってもよい。
【００４９】
また、巻回工程における巻回型電極体の形成は、特に限定されるものではなく、従来の巻回型電極体の形成方法を用いることができる。たとえば、帯状の正極板、負極板およびセパレータを積層させ、円筒もしくはオーバル形状の巻芯を用い、この巻芯の外周面側に正極板、負極板およびセパレータを巻回する。その後、巻芯を取り外すことで、巻回型電極体を形成する方法をあげることができる。
【００５０】
正極板および負極板は、集電体の両面に電極活物質層を有することが好ましい。集電体の両面に電極活物質層を有することで、電極板の電極反応に寄与する表面積が増大し、電極体の充放電性能が向上する。
【００５１】
また、巻回工程により形成される巻回型電極体の種類も特に限定されるものではなく、通常の巻回型電極体と同様な電極体でよい。このような巻回型電極体の例として、たとえば、リチウム二次電池用巻回型電極体をあげることができる。
【００５２】
成形工程は、巻回型電極体の内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧しておよび／または外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧して扁平型状に成形する工程である。すなわち、成形工程は、巻回型電極体を押圧して扁平形状に成形する工程である。
【００５３】
巻回型電極体の内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧するとは、巻回型電極体が扁平化され、扁平形状巻回型電極体が形成されたときに、扁平形状巻回型電極体の長径方向の対向した内周面の湾曲部を形成した部分を、互いに径方向外方に押圧することを示す。
【００５４】
また、成形工程において、外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧するとは、巻回型電極体が扁平化され、扁平形状巻回型電極体が形成されたときに、長径方向と垂直な扁平形状巻回型電極体の厚さ方向となる方向に、巻回型電極体を押圧することを示す。
【００５５】
ここで、巻回型電極体の押圧を内周面および外周面から行ったときには、内周面からの押圧方向と、外周面からの押圧方向とが垂直な方向で押圧が行われる。
【００５６】
また、成形工程は、内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧するとともに外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧することが好ましい。外周面からおよび内周面からの押圧を行うことで、内周面からのみあるいは外周面からのみの押圧を行う場合に比べて、巻回型電極体に付与される応力を低減することができる。また、巻回型電極体にかかる応力が集中することが防止でき、正極板および負極板が損傷しにくくなる。
【００５７】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、成形工程が、巻回型電極体の正極板、負極板、セパレータの界面の少なくとも巻回型電極体の相背向する湾曲部に潤滑剤が配された状態で行われる。
【００５８】
巻回型電極体の正極板、負極板、セパレータの界面に潤滑剤が配されることで成形工程における押圧時に電極板とセパレータとの間に生じる摩擦力が低減され、巻回型電極体の内周側の電極板間の密着度にばらつきが生じることが抑えられる。さらに、潤滑剤を配することで、成形工程において巻回型電極体に付与される応力を低減させることができる。
【００５９】
また、成形工程において潤滑剤が配される少なくとも巻回型電極体の相背向する湾曲部とは、成形工程において扁平形状巻回型電極体の長径方向に対応する一対の湾曲部近傍が最も電極板とセパレータとの間に摩擦力が生じる部分であるため、この湾曲部に潤滑剤を配することで、電極板とセパレータとの摩擦力が低減され、電極板とセパレータとにすべり性が付与されるようになる。
【００６０】
潤滑剤は、正極板、負極板、セパレータの界面の全面に配されたことが好ましい。潤滑剤を正極板、負極板およびセパレータの全面に配することで、潤滑剤を配するための工程が簡便化されるようになる。すなわち、潤滑剤をあらかじめ電極板とセパレータの界面の全面に配した状態で巻回型電極体を形成することが好ましく、潤滑剤の付与に要するコストの上昇を抑えることができる。
【００６１】
潤滑剤は、脂肪族アミド、脂肪酸エステルより選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。これらの物質は、電極板とセパレータとの間にすべり性を付与できる。
【００６２】
また、潤滑剤は、電極板の電極反応を阻害しないことが好ましい。潤滑剤が電極板の電極反応を阻害しないと、成形後の電極体から潤滑剤を除去する必要がなくなり、電極体の製造に余計なコストがかからなくなる。すなわち、成形工程により成形された扁平形状巻回型電極体において、潤滑剤が電池内部に組み込まれ、電極板の電極反応を阻害すると、電極体の充放電特性が低下することとなり、電池の性能が低下するようになる。このため、成形工程後に潤滑剤を除去する熱処理等の除去工程が必要となる。このため、潤滑剤が電極反応を阻害しなければ、この工程が簡便化できる。
【００６３】
具体的な、潤滑剤としては、ステアリン酸アミド、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、メチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、ステアリン酸モノグリセライド、ステアリン酸ブチル、ペンタエリスリトールテトラステアレート、ステアリルステアレートの少なくとも一種をあげることができる。
【００６４】
セパレータは、正極板または負極板の表面に固定されたことが好ましい。セパレータが電極板に固定されることで、成形工程において、電極板とセパレータとの間のすべり性を付与される界面が減少することとなり、付与される潤滑剤の量を減量できる。さらに、セパレータを電極板に固定することで、巻回工程における帯状部材の取り扱いに要する手間を軽減することができる。また、セパレータが固定される電極板は、正極板であることが好ましい。
【００６５】
セパレータを電極板の表面に固定する方法としては、たとえば、電極板に電極活物質層が形成されない未塗布部をもうけ、この未塗布部にセパレータを接合する方法をあげることができる。
【００６６】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、電極板およびセパレータの界面に潤滑剤を配することで、セパレータと電極板の間の摩擦力を低減させている。この結果、電極板およびセパレータのすべり性が向上し、成形工程において、湾曲部などに応力が集中する前に、電極板とセパレータとがずれるようになる。この結果、扁平形状巻回型電極体の電極板が破損を生じることなく、高い密着度で電極板が密着した扁平形状巻回型電極体が製造される。
【００６７】
（振動法）
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、巻回型電極体を形成する巻回工程と、巻回型電極体を押圧して扁平型状に成形する成形工程と、を有する扁平形状巻回型電極体の製造方法である。
【００６８】
巻回工程は、帯状の正極板および負極板を帯状のセパレータを介した状態で巻回して巻回型電極体を形成する工程である。ここで、巻回工程において形成される巻回型電極体は、帯状の正極板および負極板が帯状のセパレータを介した状態で巻回して形成されていればよく、断面が真円形状であっても楕円形状であってもよい。
【００６９】
また、巻回工程における巻回型電極体の形成は、特に限定されるものではなく、従来の巻回型電極体の形成方法を用いることができる。たとえば、帯状の正極板、負極板およびセパレータを積層させ、円筒もしくはオーバル形状の巻芯を用い、この巻芯の外周面側に正極板、負極板およびセパレータを巻回する。その後、巻芯を取り外すことで、巻回型電極体を形成する方法をあげることができる。
【００７０】
また、巻回工程により形成される巻回型電極体の種類も特に限定されるものではなく、通常の巻回型電極体と同様な電極体でよい。このような巻回型電極体の例として、たとえば、リチウム二次電池用巻回型電極体をあげることができる。
【００７１】
正極板および負極板は、集電体の両面に電極活物質層を有することが好ましい。集電体の両面に電極活物質層を有することで、電極板の電極反応に寄与する表面積が増大し、電極体の充放電性能が向上する。
【００７２】
セパレータは、特に限定されるものではなく、従来の扁平形状巻回型電極体に用いられたものを用いることができる。
【００７３】
成形工程は、巻回型電極体の内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧しておよび／または外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧して扁平型状に成形する工程である。すなわち、成形工程は、巻回型電極体を押圧して扁平形状に成形する工程である。
【００７４】
巻回型電極体の内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧するとは、巻回型電極体が扁平化され、扁平形状巻回型電極体が形成されたときに、扁平形状巻回型電極体の長径方向の対向した内周面の湾曲部を形成した部分を、互いに径方向外方に押圧することを示す。
【００７５】
また、成形工程において、外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧するとは、巻回型電極体が扁平化され、扁平形状巻回型電極体が形成されたときに、長径方向と垂直な扁平形状巻回型電極体の厚さ方向となる方向に、巻回型電極体を押圧することを示す。
【００７６】
ここで、巻回型電極体の押圧を内周面および外周面から行ったときには、内周面からの押圧方向と、外周面からの押圧方向とが垂直な方向で押圧が行われる。
【００７７】
また、成形工程は、内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧するとともに外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧することが好ましい。外周面からおよび内周面からの押圧を行うことで、内周面からのみあるいは外周面からのみの押圧を行う場合に比べて、巻回型電極体に付与される応力を低減することができる。また、巻回型電極体にかかる応力が集中することが防止でき、正極板および負極板が損傷しにくくなる。
【００７８】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、成形工程が、巻回型電極体に振動を付与した状態で行われる。成形工程が振動を付与した状態で行われることで成形工程時の押圧中の電極体に、電極板とセパレータの間に生じる摩擦力を低減できる。
【００７９】
成形工程は、巻回型電極体が押圧される応力の方向に往復動する振動が付与されることが好ましい。成形工程において付与される振動が、巻回型電極体が押圧される時に付与される応力の方向に往復動する振動となることで、成形工程における電極板とセパレータとの間に生じる摩擦力を低減させることができる。
【００８０】
巻回型電極体を押圧する押圧部材を往復動させて振動が付与されることが好ましい。巻回型電極体に付与される振動を、成形工程における押圧部材により付与することで、振動の付与を特別な装置を用いることなく行うことができる。
【００８１】
セパレータは、正極板または負極板の表面に固定されたことが好ましい。セパレータが電極板に固定されることで、成形工程において、電極板とセパレータとの間のすべり性を付与される界面が減少することとなり、付与される潤滑剤の量を減量できる。さらに、セパレータを電極板に固定することで、巻回工程における帯状部材の取り扱いに要する手間を軽減することができる。また、セパレータが固定される電極板は、正極板であることが好ましい。
【００８２】
セパレータを電極板の表面に固定する方法としては、たとえば、電極板に電極活物質層が形成されない未塗布部をもうけ、この未塗布部にセパレータを接合する方法をあげることができる。
【００８３】
なお、本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法において巻回型電極体に付与される振動の振幅、周期、押圧力などの条件は、巻回型電極体の巻回数、電極板の厚さ、電極活物質層の密度などにより異なるため一概に決定できるものではない。
【００８４】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、成形工程を振動を付与した状態で行うことで、巻回型電極体の電極板間に生じる摩擦力を低減させている。この結果、電極板およびセパレータのすべり性が向上し、成形工程において、湾曲部などに応力が集中する前に、電極板とセパレータとがずれるようになる。この結果、扁平形状巻回型電極体の電極板が破損を生じることなく、高い密着度で電極板が密着した扁平形状巻回型電極体が製造される。
【００８５】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【００８６】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法の実施例として、扁平形状巻回型電極体を有する電池を製造した。
【００８７】
（実施例１）
実施例１の電池は、図１にその構成が示された電池である。
【００８８】
実施例１の電池は、帯状の正極板４１および負極板４２と、正極板４１の両面に固定されたセパレ−タ４３とが巻回された状態で扁平形状に形成された偏平形状巻回型電極体４と、偏平形状巻回型電極体４の軸長方向に垂直な方向に配設された正極端子１および負極端子２と、偏平巻回型電極体４を内部に保持するケース３と、を有する。
【００８９】
正極板４１は、帯状のアルミニウムシートからなる正極集電体４１３の両面に正極活物質層４１２が形成されるとともに、正極集電体４１３の幅方向の一方の端部側に正極活物質層４１２が形成されていない第一辺縁部４１４と、他方の端部側に第一辺縁部４１４の幅より短く形成された正極活物質層４１２が形成されていない第二辺縁部４１５と、を有する。
【００９０】
負極板４２は、帯状の銅のシートからなる負極集電体４２３の両面に負極活物質層４２２が形成されるとともに、負極集電体４２３の幅方向の一方の端部側に負極活物質層４２２が形成されていない第一辺縁部４２４を有する。
【００９１】
セパレ−タ４３は、両極板４１、４２の電極活物質層４１２、４２２が形成された領域よりも帯の幅が長く、かつ長さも両極板４１、４２よりも長い帯状に形成されている。また、セパレータ４３は、正極板４１の第二辺縁部４１５に融着されることで、正極板４３に固定されている。なお、セパレータ４３は、正極板４１の両面に固定された。なお、セパレータ４３は、膜厚が２５μｍであり、かつ正極板４１に固定された状態で露出した表面の粗度の最大高さ（Ｒｍａｘ）が８μｍであった。
【００９２】
偏平巻回型電極体４は、正極板４１および負極板４２の第一辺縁部４１４、４２４が互いに軸方向の反対方向にセパレータ４３から突出し、突出端部４１１、４２１を形成している。各突出端部４１１、４２１は、各第一辺縁部４１４、４２４が積層した状態で互いに圧縮された状態で形成されている。
【００９３】
正極端子１および負極端子２は、偏平形状巻回型電極体４の突出端部４１１、４２１に接合される軸部１１、２１と、電池のケース３と当接するフランジ部１２、２２と、組電池化の際の連結に用いることができるとともに正極端子１および負極端子２をケース３に固定することができるネジが形成された他端部１３、２３と、を有している。また、正極端子１はアルミニウムで、負極端子２は銅合金により形成されている。
【００９４】
正極端子１および負極端子２は、フランジ部１２、２２とケース３との間に絶縁体からなるガスケット６を介した状態で、ナット７を用いてケース３に固定されている。
【００９５】
ケース３は、ステンレスにより形成され内部を封止することができる槽状容器であり、電解液には、エチレンカーボネートとジエチレンカーボネートが３：７の割合で混合した混合溶媒にＬｉＰＦ6を１ｍｏｌ／Ｌの割合で添加した溶液が用いられた。
【００９６】
（電池の製造方法）
実施例１の電池は、正極板４１および負極板４２をセパレータを介して巻回させた巻回型電極体８を形成し、その後、巻回型電極体８を扁平形状に成形することで偏平巻回型電極体４を形成した。その後、この偏平巻回型電極体４の突出端部４１１、４２１に正極端子１および負極端子２を溶接した後に、ケース３内に電解液とともに封入することで製造することができる。
【００９７】
詳しくは、以下に説明する。
【００９８】
まず、正極板４１および負極板４２を作成した。
【００９９】
正極板４１の製造は、まず、Ｎメチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）にフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ニッケル酸リチウム、ケッチェンブラックを溶解させた正極合剤ペーストを調整した。この正極合剤ペーストを正極集電体４１３の両面に塗布し、乾燥処理を施した後に、プレスを行って正極活物質層４１２を正極集電体４１３の両面に圧着させることで正極板４１が製造された。
【０１００】
負極板４２の製造は、まず、ＮＭＰにフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、グラファイトを溶解させた負極合剤ペーストを調整した。その後、この負極合剤ペーストを負極集電体４２３の両面に塗布し、乾燥処理を施した後に、プレスを行って負極活物質層４２２を負極集電体４２３の両面に圧着させて負極板４２が製造された。
【０１０１】
セパレータ４３の製造は、まず、飽和ポリエステル（東洋紡績製、バイロンＫＳ００１Ｈ）３重量部をＮＭＰ７０重量部に混合させた後に１２５℃に加熱して飽和ポリエステル溶解液を調整した。
【０１０２】
つづいて、加熱したスリットダイにより離型フィルム上に塗布した後、水中に５分間保持し、乾燥処理を施すことで離型フィルム上に多孔質膜を形成させた。ここで、飽和ポリエステル溶解液が塗布される離型フィルムの表面は、Ｒｍａｘが９．５μｍであった。
【０１０３】
この多孔質膜を離型フィルム表面に形成された状態で、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン（信越化学製、ＫＢＭ５１０３）１重量部、水５重量部、エタノール８９重量部からなる混合溶液に１分間浸漬した。その後、乾燥処理により水とエタノールを除去し、窒素雰囲気中で１５０℃で３時間保持する熱処理を施し、架橋させた。その後、多孔質膜を離型フィルムから取り外し、一方の表面のＲｍａｘが８μｍに形成されたセパレータ４３が製造された。なお、セパレータ４３の他方の面は、特に表面が粗面化されていない。すなわち、離型フィルムに塗布された状態で飽和ポリエステル溶解液により自然に形成された表面となっている。
【０１０４】
つづいて、正極板４１の表面にセパレータ４３を熱融着により固定した。
【０１０５】
この固定は、まず、正極板４１の両面に形成された正極活物質層４１２を被覆するとともに正極板４１を挟むように２枚のセパレータ４３を配置した。このとき、セパレータ４３は、Ｒｍａｘが８μｍに形成された表面が露出した状態で配置された。セパレータ４３と正極板４１が積層した状態で、ブロックヒーターを用いて、第一辺縁部４１４および第二辺縁部４１５となる部分を加熱し、正極板４１と２枚のセパレータ４３を熱融着させた。
【０１０６】
つづいて、セパレータ４３が表面に固定された正極板４１と負極板４２を巻回させて、巻回型電極体８を形成した。この巻回型電極体８は、通常の巻回型電極体８の巻回方法を用いて巻回された。具体的には、まず、円筒もしくはオーバル形状の巻芯を用い、この巻芯の外周面側に正極板、負極板およびセパレータを巻回する。その後、巻芯を取り外すことで、パイプ状の巻回型電極体が製造された。なお、図２に、セパレータ４３が両面に融着された正極板４１および負極板４２を積層させた状態の図を示した。また、図３に電極板４１、４２およびセパレータ４３が巻回された巻回型電極体８を示した。
【０１０７】
つづいて、巻回型電極体８を扁平化させた。巻回型電極体８の扁平化は、巻回型電極体８の内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧するとともに外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧することで行われた。
【０１０８】
具体的には、パイプ状の巻回型電極体８の中心軸部である内周面側に、一対のガイド５、５を配置する。このガイド５、５は、お互いに相背向する面が巻回型電極体８の中心軸と平行になるように形成された棒状部材であり、巻回型電極体８の内周面の相対向する部分と当接する面の断面が曲率半径を有する略Ｕ字状の外周形状に形成されている。また、この一対のガイド５、５は、剛性を有する金属あるいは樹脂により形成されている。さらに、このガイド５の軸方向の長さは、巻回型電極体８の軸方向の長さより長く形成されている。ここで、巻回型電極体に一対のガイドが配置された状態を図４に示した。
【０１０９】
その後、巻回型電極体８を、一対のガイド５、５の略Ｕ字状に形成された方向に押圧するとともに、一対のガイド５、５により巻回型電極体８を押圧する方向と垂直な方向に押圧することで圧縮して扁平化した。なお、一対のガイド５、５の押圧する方向と垂直な方向の押圧は、図示されない押圧部材により行われた。ここで、巻回型電極体の扁平化の様子を図５に示した。
【０１１０】
なお、この一対のガイド５、５を、一対のガイド５、５が抜き取れるまでの限界、すなわち、巻回型電極体８の内周面の空洞部の厚さがガイド５の厚さとなるまで行った後に、一対のガイド５、５を巻回型電極体８から抜き取った。その後、ガイド５が抜き取られた状態で、さらに、巻回型電極体８の圧縮を行い、扁平化を行い、扁平形状巻回型電極体４が製造された。
【０１１１】
この扁平形状巻回型電極体４は、扁平形状巻回型電極体４を形成する電極板４１、４２が、径方向に緊密に密着している。また、最内周面側の電極板４２、４３は、径方向に密着している。
【０１１２】
その後、扁平巻回型電極体４の巻回軸の両端方向に配置された辺縁部４１４、４２４が積層した突出端部４１１、４２１に、所定の方向に配置された正極端部１および負極端子２の軸部１１、２１を接合した。
【０１１３】
この正極端子１および負極端子２の接合は、超音波接合で行われた。詳しくは、扁平形状巻回型電極体４の突出端部４１１、４２１に軸部１１、２１が接した状態の正極端子１あるいは負極端子２に、加圧力を付与しながら超音波振動を付与することで、突出端部４１１、４２１と軸部１１、２１とが接合された。このとき、突出端部４１１、４２１は、それぞれ積層した状態の正極板４１の辺縁部４１４あるいは負極板４２の辺縁部４２１同士も接合された。
【０１１４】
正極端子１および負極端子２が接合された扁平巻回型電極体４は、ケース３に納められ、正極端子１および負極端子２の他端部１３、２３にもうけられたねじ部をナット７で固定された。このとき、扁平巻回型電極体４は、ケース３の中で正極端子１および負極端子２により保持されている。
【０１１５】
その後、ケース３内に電解液を注入し、ケース３を封止することで実施例の電池が製造された。
【０１１６】
実施例１の電池は、扁平形状巻回型電極体４の電極活物質層４１２、４２２に割れや剥離が生じていないため、高い電池性能を示す。すなわち、セパレータ４３の表面のＲｍａｘを８μｍと粗くしたことで、巻回型電極体８を圧縮して扁平形状巻回型電極体４とするときに、セパレータ４３と負極板４２との間にすべりが生じることで摩擦力が低減されている。この結果、電極板４１、４２に異常なストレスがかからなくなっており、緊密に電極板が密着した扁平形状巻回型電極体４が得られた。
【０１１７】
（比較例１）
比較例１は、セパレータ４３の負極板４２と対向する表面のＲｍａｘが０．５μｍに形成された以外は、実施例１と同様な電池である。
【０１１８】
比較例１の電池は、扁平形状巻回型電極体４に電極板４１、４２に破損が確認された。この電極板４１、４２の破損は、巻回型電極体８を圧縮して扁平形状巻回型電極体４とするときに、セパレータ４３と負極板４２との間に生じる摩擦力により、圧縮時の応力が集中し、電極板４１、４２に破損が生じた。
【０１１９】
（比較例２）
比較例２は、セパレータ４３の負極板４２と対向する表面のＲｍａｘが１３μｍに形成された以外は、実施例１と同様な電池である。
【０１２０】
比較例２の電池は、扁平形状巻回型電極体４にセパレータに破損が確認された。比較例２の電池は、セパレータ４３のＲｍａｘが１３μｍと高く、膜厚の２５μｍの５０％を超えているため、セパレータ４３の強度が低下している。このため、巻回型電極体８を圧縮して扁平化するときに、応力が集中してセパレータ４３が破損した。
【０１２１】
（実施例２）
実施例２の電池は、セパレータ４３に表面が粗化されていないポリエステル製多孔質膜を用いるとともに、セパレータ４３と負極板４２との界面に潤滑剤を配した以外は、実施例１と同様の電池である。
【０１２２】
詳しくは、実施例２の電池に用いられたセパレータ４３は、Ｒｍａｘが０．５μｍであった。また、このセパレータ４３は、実施例１と同様の手段により作成され、離型フィルムの表面粗度のＲｍａｘは２μｍであった。
【０１２３】
また、潤滑剤は、オレイン酸アミドが用いられた。
【０１２４】
（電池の製造方法）
実施例２の電池の製造方法は、セパレータ４３が固定された正極板４１と負極板４２とを巻回して巻回型電極体８を形成するときに、セパレータ４３の表面に潤滑剤を塗布した以外は、実施例１と同様の手段により行われた。
【０１２５】
なお、潤滑剤の塗布は、オレイン酸アミド５重量部、エタノール９５重量部と、からなる混合溶液を調整し、この混合溶液をセパレータも表面に塗布し、その後、乾燥処理を行ってエタノールを除去することで行われた。
【０１２６】
実施例２の電池は、扁平形状巻回型電極体４の電極活物質層４１２、４２２に割れや剥離が生じていないため、高い電池性能を示す。すなわち、セパレータ４３の表面に潤滑剤を塗布しているため、巻回型電極体８を圧縮して扁平形状巻回型電極体４とするときに、セパレータ４３と負極板４２との間にすべりが生じることで摩擦力が低減されている。この結果、電極板４１、４２に異常なストレスがかからなくなっており、緊密に電極板４１、４２が密着した扁平形状巻回型電極体４が得られた。
【０１２７】
（実施例３）
実施例３の電池は、潤滑剤を用いていない以外は実施例２と同様な材料が用いられ、巻回型電極体８を圧縮するときに一対のガイド５、５を振動させて製造した以外は実施例２と同様な手段で製造された扁平形状巻回型電極体４を有する電池である。
【０１２８】
（電池の製造方法）
まず、実施例２の電池に用いられた正極板４１、負極板４２およびセパレータ４３からパイプ状の巻回型電極体８を形成した。なお、この巻回型電極体８の製造は実施例２と同様にして行われた。
【０１２９】
つづいて、得られたパイプ状の巻回型電極体８の内周面の相対向する部分を径方向外方に断続的に押圧するとともに外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧することで巻回型電極体８の扁平化を行い、扁平形状巻回型電極体４を製造した。
【０１３０】
なお、巻回型電極体８の内周面側を断続的に押圧する方法は、巻回型電極体８の中心軸部である内周面側に、一対のガイド５、５を配置し、この一対のガイド５、５を互いに対向する径方向に往復動させながら径方向外方に移動させた。すなわち、一対のガイド５、５により巻回型電極体８に圧力を掛けたり緩めたりした。このときの様子を図６に示した。
【０１３１】
その後、実施例２と同様に、扁平形状巻回型電極体４に正極端子１、負極端子２を接合し、電解液とともにケース３に封入して実施例３の電池が製造された。
【０１３２】
実施例３の電池は、扁平形状巻回型電極体４の電極活物質層４１２、４２２に割れや剥離が生じていないため、高い電池性能を示す。すなわち、巻回型電極体８を圧縮して扁平形状巻回型電極体４とするときに、一対のガイド５、５を往復動させているため、セパレータ４３と負極板４２との間の摩擦力が低減される。この結果、電極板４１、４２に異常なストレスがかからなくなっており、緊密に電極板４１、４２が密着した扁平形状巻回型電極体４が得られた。
【０１３３】
【発明の効果】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、正極板および負極板がセパレータを介した状態で巻回された巻回型電極体を扁平形状に成形する扁平形状巻回型電極体の製造方法であり、成形時に電極板とセパレータとの間に生じる摩擦力を低減させる。成形時のセパレータと電極板の摩擦力を低減させることで、成形時に電極板およびセパレータに摩擦力に起因する応力が集中することを抑えることができ、その結果として、電極板に割れや破損を生じさせることなく、緊密に電極板が密着した扁平形状巻回型電極体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１の電池を示した図である。
【図２】 正極板、負極板、セパレータが積層した状態を示した図である。
【図３】 実施例１の巻回型電極体を示した図である。
【図４】 実施例１の巻回型電極体に一対のガイドを挿入した状態を示した図である。
【図５】 実施例１の巻回型電極体を扁平化する状態を示した図である。
【図６】 実施例３の巻回型電極体の扁平化の様子を示した図である。
【符号の説明】
１…正極端子 ２…負極端子
１１、２１…軸部 １２、２２…フランジ部
１３、２３…他端部 ３…ケース
４…扁平巻回型電極体 ４１…正極板
４２…負極板 ４１１、４２１…突出端部
４１２…正極活物質層 ４１３…正極集電体 ４１４…第一辺縁部
４１５…第二辺縁部
４２２…負極活物質層 ４２３…負極集電体 ４２４…第一辺縁部
６…ガスケット ７…ナット
８…巻回型電極体
【発明の属する技術分野】
本発明は扁平形状巻回型電極体の製造方法に関し、詳しくは、巻回型電極体を成形して扁平形状巻回型電極体を製造する扁平形状巻回型電極体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ノート型パソコン、小型携帯電話、携帯ビデオカメラなどの携帯機器の電源や、自動車のクリーンなエネルギー源として電池が注目を集めている。ここで、高性能化のために電池の小型化および軽量化といった、スペース的な効率の向上が求められている。このような要件を満たす電池として、実装効率がよい角型形状の電池が注目されている。
【０００３】
角型形状の電池としては、電極体を数層に積層させた積層型電極体を有する電池が広く普及している。さらに、積層した状態にある電極板を巻回させた巻回型電極体を有する電池が、高い生産性を有することから有用であることが知られている。
【０００４】
巻回型電極体は、シート状の正極板、負極板およびセパレータより構成され、セパレータを介して正極板と負極板とを積層させ、この積層体を巻回させて形成されたものである。この巻回型電極体は、通常は、その断面形状が真円もしくはそれに近い円状に形成される。
【０００５】
巻回型電極体を角型形状の電池に用いるためには、巻回型電極体が扁平化していることが求められる。すなわち、角型形状の電池容器に真円もしくはそれに近い円状の巻回型電極体をそのままの状態で収めることは、それぞれの電極板の密着度の低下や、電池容器内部でのスペースのロスが生じるためである。
【０００６】
扁平化された巻回型電極体を有する電池としては、円状に形成された巻回型電極体を径方向に圧縮させることで扁平形状とした扁平形状巻回型電極体を有する電池がある。
【０００７】
この電池に用いられる扁平形状巻回型電極体は、巻回型電極体を径方向に圧縮して形成しているため、電極板の巻回により形成された渦巻型電極体の中央透孔部がいびつな変形を示すという問題を有していた。すなわち、巻回型電極体の内周面側の周方向の長さと、圧縮された扁平形状巻回型電極体の扁平巻回形状の内周面側の周の長さとでは、圧縮前の巻回型電極体のほうが長かった。このため、巻回型電極体を径方向に圧縮すると、巻回型電極体の内周側に配された電極板は、いびつな変形を示すようになっていた。
【０００８】
巻回型電極体の内周側の電極板がいびつな変形を生じると、電極体の内周面近傍において、電極板の密接度および電極板間距離に不均一性が生じ、電極体の性能が低下するためである。また、この扁平形状巻回型電極体においては、巻回電極最内周近傍の電極板が最小のＲ（曲率半径）で折れ曲がり、この部分で電極活物質の剥離、滑落が生じるという問題もあった。すなわち、電極活物質の剥離、滑落が生じると、電極活物質がセパレータを破壊して内部短絡の原因となるためである。
【０００９】
この結果、このような径方向に圧縮して成形された扁平形状巻回型電極体を用いた電池の放電性能やサイクル特性に大きな問題を有していた。
【００１０】
さらに、扁平形状巻回型電極体を有する電池としては、たとえば、特開昭５８−２１８７６８号公報に楕円形状の巻芯に電極板を巻回させた扁平形状巻回型電極体を有する電池が、特開昭６０−２５１６４号公報に真円状の巻回型電極体の中央透孔部に芯体を配置した状態で所定の方向に押圧して形成する方法により扁平化された巻回型電極体の製造方法が、特開平６−２０３８７０号公報に中空金属パイプを巻芯として電極板を巻回させた状態で圧縮成形した扁平形状巻回型電極体を有する電池が、開示されている。
【００１１】
また、特開昭５８−２１８７６８号公報に記載の扁平形状巻回型電極体は、その製造時に楕円形状の巻芯にシート状の電極体を巻回させるため、巻回時に、シート状の電極体にバタツキが発生するという問題を有していた。
【００１２】
また、特開昭６０−２５１６４号公報に記載の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、スポット孔を確保するための製造方法であり、巻回型電極体を扁平化させた後に、外装缶に挿入し、芯体を除去しなければならなかった。このため、結果的に巻回型電極体の緊迫度が確保されないという問題を有していた。
【００１３】
さらに、特開平６−２０３８７０号公報に記載の製造方法は、電極体の中央透孔部に中空金属パイプを有するため、扁平化のために所定の方向に押圧する押圧力が大きくなっていた。加える荷重が大きくなると、電極板の電極活物質に割れ、クラック等が発生しやすくなる。さらに、押圧力が大きくかかることから、電極体の内部短絡が促進されるおそれもあった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、巻回型電極体を形成した後に扁平形状に成形する扁平形状巻回型電極体の製造方法において、電極間の密接度の不均一性から生じる電極板の割れ、破損等が防止され、かつ高い生産性を有する扁平形状巻回型電極体の製造方法を提供することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明者等は巻回型電極体を扁平形状に成形するときに電極板間に生じる摩擦を低減し、巻回体における電極板の位相にずれを生じさせることで上記課題を解決できることを見出した。
【００１６】
すなわち、本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、帯状の正極板および負極板を帯状のセパレータを介した状態で巻回して巻回型電極体を形成する巻回工程と、巻回型電極体の内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧しておよび／または外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧して扁平型状に成形する成形工程と、を有する扁平形状巻回型電極体の製造方法において、セパレータとして、極性基を有する樹脂よりなり、少なくとも一方の表面の粗度が最大表面高さ（Ｒｍａｘ）で１μｍ以上であり、かつセパレータの膜厚の５０％以下であるものを使用したことを特徴とする。
【００１７】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、セパレータの表面を粗面化することでセパレータと電極板との接触面積が減少させている。接触面積が減少することで、成形工程において電極板およびセパレータのすべり性が向上し、電極板およびセパレータの位相をずらすことで、内周側の電極板がいびつな変形が生じることを抑えることで、電極板間の密着度のばらつきを抑えることができる。
【００１８】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、帯状の正極板および負極板を帯状のセパレータを介した状態で巻回して巻回型電極体を形成する巻回工程と、巻回型電極体の内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧しておよび／または外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧して扁平型状に成形する成形工程と、を有する扁平形状巻回型電極体の製造方法において、成形工程は、巻回型電極体の正極板、負極板、セパレータの界面の少なくとも巻回型電極体の相背向する湾曲部に潤滑剤が配された状態で行われることを特徴とする。
【００１９】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、電極板およびセパレータの界面に潤滑剤を配することで、セパレータと電極板の間の摩擦を低減させている。この結果、成形工程における電極板およびセパレータのすべり性が向上し、電極板およびセパレータの位相がずれて、内周側の電極板がいびつな変形が生じることを抑えられ、電極板間の密着度にばらつきが生じることを抑えることができる。
【００２０】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、帯状の正極板および負極板を帯状のセパレータを介した状態で巻回して巻回型電極体を形成する巻回工程と、巻回型電極体の内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧しておよび／または外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧して扁平型状に成形する成形工程と、を有する扁平形状巻回型電極体の製造方法において、成形工程は、巻回型電極体に振動を付与した状態で行われることを特徴とする。
【００２１】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、成形工程を振動を付与した状態で行うことで、巻回型電極体の電極板間に生じる摩擦を低減させている。このため、電極板およびセパレータの位相がずれて、内周側の電極板がいびつな変形が生じることを抑えられ、電極板間の密着度にばらつきが生じることを抑えることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（セパレータ粗面化法）
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、巻回型電極体を形成する巻回工程と、巻回型電極体を押圧して扁平型状に成形する成形工程と、を有する扁平形状巻回型電極体の製造方法である。
【００２３】
巻回工程は、帯状の正極板および負極板を帯状のセパレータを介した状態で巻回して巻回型電極体を形成する工程である。ここで、巻回工程において形成される巻回型電極体は、帯状の正極板および負極板が帯状のセパレータを介した状態で巻回して形成されていればよく、断面が真円形状であっても楕円形状であってもよい。
【００２４】
また、巻回工程における巻回型電極体の形成は、特に限定されるものではなく、従来の巻回型電極体の形成方法を用いることができる。たとえば、帯状の正極板、負極板およびセパレータを積層させ、円筒もしくはオーバル形状の巻芯を用い、この巻芯の外周面側に正極板、負極板およびセパレータを巻回する。その後、巻芯を取り外すことで、巻回型電極体を形成する方法をあげることができる。
【００２５】
正極板および負極板は、集電体の両面に電極活物質層を有することが好ましい。集電体の両面に電極活物質層を有することで、電極板の電極反応に寄与する表面積が増大し、電極体の充放電性能が向上する。
【００２６】
また、巻回工程により形成される巻回型電極体の種類も特に限定されるものではなく、通常の巻回型電極体と同様な電極体でよい。このような巻回型電極体の例として、たとえば、リチウム二次電池用巻回型電極体をあげることができる。
【００２７】
成形工程は、巻回型電極体の内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧しておよび／または外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧して扁平型状に成形する工程である。すなわち、成形工程は、巻回型電極体を押圧して扁平形状に成形する工程である。
【００２８】
巻回型電極体の内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧するとは、巻回型電極体が扁平化され、扁平形状巻回型電極体が形成されたときに、扁平形状巻回型電極体の長径方向の対向した内周面の湾曲部を形成した部分を、互いに径方向外方に押圧することを示す。
【００２９】
また、成形工程において、外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧するとは、巻回型電極体が扁平化され、扁平形状巻回型電極体が形成されたときに、長径方向と垂直な扁平形状巻回型電極体の厚さ方向となる方向に、巻回型電極体を押圧することを示す。
【００３０】
ここで、巻回型電極体の押圧を内周面および外周面から行ったときには、内周面からの押圧方向と、外周面からの押圧方向とが互いに垂直な方向となる。
【００３１】
また、成形工程は、内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧するとともに外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧することが好ましい。外周面からおよび内周面からの押圧を行うことで、内周面からのみあるいは外周面からのみの押圧を行う場合に比べて、巻回型電極体に付与される応力を低減することができる。また、巻回型電極体にかかる応力が集中することが防止でき、正極板および負極板が損傷しにくくなる。
【００３２】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、セパレータとして、極性基を有する樹脂よりなり、少なくとも一方の表面の粗度が最大表面高さ（Ｒｍａｘ）で１μｍ以上であり、かつセパレータの膜厚の５０％以下であるものを使用した。
【００３３】
セパレータが、極性基を有する樹脂よりなることで、表面を粗くしても十分な強度を発揮できる。ここで、セパレータが極性基を有するとは、セパレータを形成する樹脂の繰り返し単位中に極性基が含まれることを示す。また、極性基を有する樹脂をセパレータとして用いることで、電解液とのぬれ性が向上し、電極体の電極反応を阻害しなくなる。
【００３４】
セパレータは、微多孔性であることが好ましい。すなわち、セパレータが微孔を多数有することで、電池に扁平形状巻回型電極体が用いられたときに、電極反応を阻害しなくなる。
【００３５】
また、セパレータの少なくとも一方の表面の粗度が最大表面高さ（Ｒｍａｘ）で１μｍ以上であることで、セパレータの一方の表面と、この表面と対向した電極板の表面との間の接触面積が減少する。セパレータと電極板との接触面積が減少することで、両者の表面の摩擦力が減少する。この結果、成形工程において、巻回型電極体を押圧したときに、セパレータと粗面化された表面と対向した電極板とがすべりを生じるようになる。
【００３６】
また、セパレータの一方の表面が粗面化されていることで、電池として用いられたときに、この粗面化された表面の凹部に電解液を保持できることから、電極体の電極反応を十分に発揮させることができる。
【００３７】
セパレータは、最大表面高さ（Ｒｍａｘ）がセパレータの膜厚の５０％以下である。Ｒｍａｘがセパレータの膜厚の５０％以下であることで、セパレータとして十分な特性を発揮する。すなわち、Ｒｍａｘがセパレータの膜厚の５０％を超えると、セパレータの強度が低下し、成形工程においてセパレータが破損を生じるようになるためである。
【００３８】
セパレータは、一方の表面が露出した状態で正極板または負極板の表面に固定されることが好ましい。すなわち、セパレータが正極板または負極板の表面に固定されることで、巻回工程において巻回型電極体の形成を容易に行うことができる。また、セパレータが固定される電極板は、正極板であることが好ましい。
【００３９】
すなわち、巻回型電極体は、帯状の正極板および負極板を帯状のセパレータを介した状態で巻回して形成された電極体であり、２枚のセパレータと、両極板が必要となっていた。このため、巻回型電極体を形成するためには、４枚の帯状の部材を用いて巻回型電極体を形成していた。このため、セパレータを電極板の表面に固定することで、帯状部材の取り扱い枚数を減少させることができ、巻回工程における加工コストを低下させることができる。
【００４０】
また、電極板に固定されたセパレータが、一方の表面が露出した状態で固定されることで、成形工程におけるセパレータと電極板との間のすべり性が確保される。
【００４１】
セパレータを電極板の表面に固定する方法としては、たとえば、電極板に電極活物質層が形成されない未塗布部をもうけ、この未塗布部にセパレータを接合する方法をあげることができる。
【００４２】
本発明の扁平形状巻回型電極体に用いられるセパレータとしては、粗く形成された表面を有する型の表面上で形成された樹脂シートよりなることが好ましい。
【００４３】
極性基は、エステル基、エーテル基、アミド基、イミド基、水酸基、カルボキシル基より選ばれる少なくとも一種の官能基であることが好ましい。セパレータとしては、極性基を有することが好ましく、このような極性基としてエステル基、エーテル基、アミド基、イミド基、水酸基、カルボキシル基より選ばれる少なくとも一種の官能基が選ばれる。これらの官能基のうち、エステル基を有することがより好ましい。
【００４４】
また、強い極性基を有する樹脂は、原因が定かではないが特にすべり性が低く、一方の表面を粗面化することで電極板間の密着度が保持された電極体を形成できる。
【００４５】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、表面が粗面化されたセパレータを用いて扁平巻回型電極体を製造する製造方法であり、セパレータ以外の正極および負極は、特に限定されるものではなく、従来の扁平形状巻回型電極体に用いられている正極および負極を用いることができる。
【００４６】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、セパレータの表面を粗面化することでセパレータと電極板との接触面積が減少させている。接触面積が減少することで、成形工程において電極板およびセパレータの摩擦力が低減し、両者の間にすべり性が付与される。このため、応力が集中する前に、電極板およびセパレータがずれるようになる。この結果、扁平形状巻回型電極体の電極板が破損を生じることなく、高い密着度で電極板が密着した扁平形状巻回型電極体が製造される。
【００４７】
（潤滑剤付与法）
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、巻回型電極体を形成する巻回工程と、巻回型電極体を押圧して扁平型状に成形する成形工程と、を有する扁平形状巻回型電極体の製造方法である。
【００４８】
巻回工程は、帯状の正極板および負極板を帯状のセパレータを介した状態で巻回して巻回型電極体を形成する工程である。ここで、巻回工程において形成される巻回型電極体は、帯状の正極板および負極板が帯状のセパレータを介した状態で巻回して形成されていればよく、断面が真円形状であっても楕円形状であってもよい。
【００４９】
また、巻回工程における巻回型電極体の形成は、特に限定されるものではなく、従来の巻回型電極体の形成方法を用いることができる。たとえば、帯状の正極板、負極板およびセパレータを積層させ、円筒もしくはオーバル形状の巻芯を用い、この巻芯の外周面側に正極板、負極板およびセパレータを巻回する。その後、巻芯を取り外すことで、巻回型電極体を形成する方法をあげることができる。
【００５０】
正極板および負極板は、集電体の両面に電極活物質層を有することが好ましい。集電体の両面に電極活物質層を有することで、電極板の電極反応に寄与する表面積が増大し、電極体の充放電性能が向上する。
【００５１】
また、巻回工程により形成される巻回型電極体の種類も特に限定されるものではなく、通常の巻回型電極体と同様な電極体でよい。このような巻回型電極体の例として、たとえば、リチウム二次電池用巻回型電極体をあげることができる。
【００５２】
成形工程は、巻回型電極体の内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧しておよび／または外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧して扁平型状に成形する工程である。すなわち、成形工程は、巻回型電極体を押圧して扁平形状に成形する工程である。
【００５３】
巻回型電極体の内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧するとは、巻回型電極体が扁平化され、扁平形状巻回型電極体が形成されたときに、扁平形状巻回型電極体の長径方向の対向した内周面の湾曲部を形成した部分を、互いに径方向外方に押圧することを示す。
【００５４】
また、成形工程において、外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧するとは、巻回型電極体が扁平化され、扁平形状巻回型電極体が形成されたときに、長径方向と垂直な扁平形状巻回型電極体の厚さ方向となる方向に、巻回型電極体を押圧することを示す。
【００５５】
ここで、巻回型電極体の押圧を内周面および外周面から行ったときには、内周面からの押圧方向と、外周面からの押圧方向とが垂直な方向で押圧が行われる。
【００５６】
また、成形工程は、内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧するとともに外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧することが好ましい。外周面からおよび内周面からの押圧を行うことで、内周面からのみあるいは外周面からのみの押圧を行う場合に比べて、巻回型電極体に付与される応力を低減することができる。また、巻回型電極体にかかる応力が集中することが防止でき、正極板および負極板が損傷しにくくなる。
【００５７】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、成形工程が、巻回型電極体の正極板、負極板、セパレータの界面の少なくとも巻回型電極体の相背向する湾曲部に潤滑剤が配された状態で行われる。
【００５８】
巻回型電極体の正極板、負極板、セパレータの界面に潤滑剤が配されることで成形工程における押圧時に電極板とセパレータとの間に生じる摩擦力が低減され、巻回型電極体の内周側の電極板間の密着度にばらつきが生じることが抑えられる。さらに、潤滑剤を配することで、成形工程において巻回型電極体に付与される応力を低減させることができる。
【００５９】
また、成形工程において潤滑剤が配される少なくとも巻回型電極体の相背向する湾曲部とは、成形工程において扁平形状巻回型電極体の長径方向に対応する一対の湾曲部近傍が最も電極板とセパレータとの間に摩擦力が生じる部分であるため、この湾曲部に潤滑剤を配することで、電極板とセパレータとの摩擦力が低減され、電極板とセパレータとにすべり性が付与されるようになる。
【００６０】
潤滑剤は、正極板、負極板、セパレータの界面の全面に配されたことが好ましい。潤滑剤を正極板、負極板およびセパレータの全面に配することで、潤滑剤を配するための工程が簡便化されるようになる。すなわち、潤滑剤をあらかじめ電極板とセパレータの界面の全面に配した状態で巻回型電極体を形成することが好ましく、潤滑剤の付与に要するコストの上昇を抑えることができる。
【００６１】
潤滑剤は、脂肪族アミド、脂肪酸エステルより選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。これらの物質は、電極板とセパレータとの間にすべり性を付与できる。
【００６２】
また、潤滑剤は、電極板の電極反応を阻害しないことが好ましい。潤滑剤が電極板の電極反応を阻害しないと、成形後の電極体から潤滑剤を除去する必要がなくなり、電極体の製造に余計なコストがかからなくなる。すなわち、成形工程により成形された扁平形状巻回型電極体において、潤滑剤が電池内部に組み込まれ、電極板の電極反応を阻害すると、電極体の充放電特性が低下することとなり、電池の性能が低下するようになる。このため、成形工程後に潤滑剤を除去する熱処理等の除去工程が必要となる。このため、潤滑剤が電極反応を阻害しなければ、この工程が簡便化できる。
【００６３】
具体的な、潤滑剤としては、ステアリン酸アミド、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、メチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、ステアリン酸モノグリセライド、ステアリン酸ブチル、ペンタエリスリトールテトラステアレート、ステアリルステアレートの少なくとも一種をあげることができる。
【００６４】
セパレータは、正極板または負極板の表面に固定されたことが好ましい。セパレータが電極板に固定されることで、成形工程において、電極板とセパレータとの間のすべり性を付与される界面が減少することとなり、付与される潤滑剤の量を減量できる。さらに、セパレータを電極板に固定することで、巻回工程における帯状部材の取り扱いに要する手間を軽減することができる。また、セパレータが固定される電極板は、正極板であることが好ましい。
【００６５】
セパレータを電極板の表面に固定する方法としては、たとえば、電極板に電極活物質層が形成されない未塗布部をもうけ、この未塗布部にセパレータを接合する方法をあげることができる。
【００６６】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、電極板およびセパレータの界面に潤滑剤を配することで、セパレータと電極板の間の摩擦力を低減させている。この結果、電極板およびセパレータのすべり性が向上し、成形工程において、湾曲部などに応力が集中する前に、電極板とセパレータとがずれるようになる。この結果、扁平形状巻回型電極体の電極板が破損を生じることなく、高い密着度で電極板が密着した扁平形状巻回型電極体が製造される。
【００６７】
（振動法）
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、巻回型電極体を形成する巻回工程と、巻回型電極体を押圧して扁平型状に成形する成形工程と、を有する扁平形状巻回型電極体の製造方法である。
【００６８】
巻回工程は、帯状の正極板および負極板を帯状のセパレータを介した状態で巻回して巻回型電極体を形成する工程である。ここで、巻回工程において形成される巻回型電極体は、帯状の正極板および負極板が帯状のセパレータを介した状態で巻回して形成されていればよく、断面が真円形状であっても楕円形状であってもよい。
【００６９】
また、巻回工程における巻回型電極体の形成は、特に限定されるものではなく、従来の巻回型電極体の形成方法を用いることができる。たとえば、帯状の正極板、負極板およびセパレータを積層させ、円筒もしくはオーバル形状の巻芯を用い、この巻芯の外周面側に正極板、負極板およびセパレータを巻回する。その後、巻芯を取り外すことで、巻回型電極体を形成する方法をあげることができる。
【００７０】
また、巻回工程により形成される巻回型電極体の種類も特に限定されるものではなく、通常の巻回型電極体と同様な電極体でよい。このような巻回型電極体の例として、たとえば、リチウム二次電池用巻回型電極体をあげることができる。
【００７１】
正極板および負極板は、集電体の両面に電極活物質層を有することが好ましい。集電体の両面に電極活物質層を有することで、電極板の電極反応に寄与する表面積が増大し、電極体の充放電性能が向上する。
【００７２】
セパレータは、特に限定されるものではなく、従来の扁平形状巻回型電極体に用いられたものを用いることができる。
【００７３】
成形工程は、巻回型電極体の内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧しておよび／または外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧して扁平型状に成形する工程である。すなわち、成形工程は、巻回型電極体を押圧して扁平形状に成形する工程である。
【００７４】
巻回型電極体の内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧するとは、巻回型電極体が扁平化され、扁平形状巻回型電極体が形成されたときに、扁平形状巻回型電極体の長径方向の対向した内周面の湾曲部を形成した部分を、互いに径方向外方に押圧することを示す。
【００７５】
また、成形工程において、外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧するとは、巻回型電極体が扁平化され、扁平形状巻回型電極体が形成されたときに、長径方向と垂直な扁平形状巻回型電極体の厚さ方向となる方向に、巻回型電極体を押圧することを示す。
【００７６】
ここで、巻回型電極体の押圧を内周面および外周面から行ったときには、内周面からの押圧方向と、外周面からの押圧方向とが垂直な方向で押圧が行われる。
【００７７】
また、成形工程は、内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧するとともに外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧することが好ましい。外周面からおよび内周面からの押圧を行うことで、内周面からのみあるいは外周面からのみの押圧を行う場合に比べて、巻回型電極体に付与される応力を低減することができる。また、巻回型電極体にかかる応力が集中することが防止でき、正極板および負極板が損傷しにくくなる。
【００７８】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、成形工程が、巻回型電極体に振動を付与した状態で行われる。成形工程が振動を付与した状態で行われることで成形工程時の押圧中の電極体に、電極板とセパレータの間に生じる摩擦力を低減できる。
【００７９】
成形工程は、巻回型電極体が押圧される応力の方向に往復動する振動が付与されることが好ましい。成形工程において付与される振動が、巻回型電極体が押圧される時に付与される応力の方向に往復動する振動となることで、成形工程における電極板とセパレータとの間に生じる摩擦力を低減させることができる。
【００８０】
巻回型電極体を押圧する押圧部材を往復動させて振動が付与されることが好ましい。巻回型電極体に付与される振動を、成形工程における押圧部材により付与することで、振動の付与を特別な装置を用いることなく行うことができる。
【００８１】
セパレータは、正極板または負極板の表面に固定されたことが好ましい。セパレータが電極板に固定されることで、成形工程において、電極板とセパレータとの間のすべり性を付与される界面が減少することとなり、付与される潤滑剤の量を減量できる。さらに、セパレータを電極板に固定することで、巻回工程における帯状部材の取り扱いに要する手間を軽減することができる。また、セパレータが固定される電極板は、正極板であることが好ましい。
【００８２】
セパレータを電極板の表面に固定する方法としては、たとえば、電極板に電極活物質層が形成されない未塗布部をもうけ、この未塗布部にセパレータを接合する方法をあげることができる。
【００８３】
なお、本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法において巻回型電極体に付与される振動の振幅、周期、押圧力などの条件は、巻回型電極体の巻回数、電極板の厚さ、電極活物質層の密度などにより異なるため一概に決定できるものではない。
【００８４】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、成形工程を振動を付与した状態で行うことで、巻回型電極体の電極板間に生じる摩擦力を低減させている。この結果、電極板およびセパレータのすべり性が向上し、成形工程において、湾曲部などに応力が集中する前に、電極板とセパレータとがずれるようになる。この結果、扁平形状巻回型電極体の電極板が破損を生じることなく、高い密着度で電極板が密着した扁平形状巻回型電極体が製造される。
【００８５】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【００８６】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法の実施例として、扁平形状巻回型電極体を有する電池を製造した。
【００８７】
（実施例１）
実施例１の電池は、図１にその構成が示された電池である。
【００８８】
実施例１の電池は、帯状の正極板４１および負極板４２と、正極板４１の両面に固定されたセパレ−タ４３とが巻回された状態で扁平形状に形成された偏平形状巻回型電極体４と、偏平形状巻回型電極体４の軸長方向に垂直な方向に配設された正極端子１および負極端子２と、偏平巻回型電極体４を内部に保持するケース３と、を有する。
【００８９】
正極板４１は、帯状のアルミニウムシートからなる正極集電体４１３の両面に正極活物質層４１２が形成されるとともに、正極集電体４１３の幅方向の一方の端部側に正極活物質層４１２が形成されていない第一辺縁部４１４と、他方の端部側に第一辺縁部４１４の幅より短く形成された正極活物質層４１２が形成されていない第二辺縁部４１５と、を有する。
【００９０】
負極板４２は、帯状の銅のシートからなる負極集電体４２３の両面に負極活物質層４２２が形成されるとともに、負極集電体４２３の幅方向の一方の端部側に負極活物質層４２２が形成されていない第一辺縁部４２４を有する。
【００９１】
セパレ−タ４３は、両極板４１、４２の電極活物質層４１２、４２２が形成された領域よりも帯の幅が長く、かつ長さも両極板４１、４２よりも長い帯状に形成されている。また、セパレータ４３は、正極板４１の第二辺縁部４１５に融着されることで、正極板４３に固定されている。なお、セパレータ４３は、正極板４１の両面に固定された。なお、セパレータ４３は、膜厚が２５μｍであり、かつ正極板４１に固定された状態で露出した表面の粗度の最大高さ（Ｒｍａｘ）が８μｍであった。
【００９２】
偏平巻回型電極体４は、正極板４１および負極板４２の第一辺縁部４１４、４２４が互いに軸方向の反対方向にセパレータ４３から突出し、突出端部４１１、４２１を形成している。各突出端部４１１、４２１は、各第一辺縁部４１４、４２４が積層した状態で互いに圧縮された状態で形成されている。
【００９３】
正極端子１および負極端子２は、偏平形状巻回型電極体４の突出端部４１１、４２１に接合される軸部１１、２１と、電池のケース３と当接するフランジ部１２、２２と、組電池化の際の連結に用いることができるとともに正極端子１および負極端子２をケース３に固定することができるネジが形成された他端部１３、２３と、を有している。また、正極端子１はアルミニウムで、負極端子２は銅合金により形成されている。
【００９４】
正極端子１および負極端子２は、フランジ部１２、２２とケース３との間に絶縁体からなるガスケット６を介した状態で、ナット７を用いてケース３に固定されている。
【００９５】
ケース３は、ステンレスにより形成され内部を封止することができる槽状容器であり、電解液には、エチレンカーボネートとジエチレンカーボネートが３：７の割合で混合した混合溶媒にＬｉＰＦ6を１ｍｏｌ／Ｌの割合で添加した溶液が用いられた。
【００９６】
（電池の製造方法）
実施例１の電池は、正極板４１および負極板４２をセパレータを介して巻回させた巻回型電極体８を形成し、その後、巻回型電極体８を扁平形状に成形することで偏平巻回型電極体４を形成した。その後、この偏平巻回型電極体４の突出端部４１１、４２１に正極端子１および負極端子２を溶接した後に、ケース３内に電解液とともに封入することで製造することができる。
【００９７】
詳しくは、以下に説明する。
【００９８】
まず、正極板４１および負極板４２を作成した。
【００９９】
正極板４１の製造は、まず、Ｎメチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）にフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ニッケル酸リチウム、ケッチェンブラックを溶解させた正極合剤ペーストを調整した。この正極合剤ペーストを正極集電体４１３の両面に塗布し、乾燥処理を施した後に、プレスを行って正極活物質層４１２を正極集電体４１３の両面に圧着させることで正極板４１が製造された。
【０１００】
負極板４２の製造は、まず、ＮＭＰにフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、グラファイトを溶解させた負極合剤ペーストを調整した。その後、この負極合剤ペーストを負極集電体４２３の両面に塗布し、乾燥処理を施した後に、プレスを行って負極活物質層４２２を負極集電体４２３の両面に圧着させて負極板４２が製造された。
【０１０１】
セパレータ４３の製造は、まず、飽和ポリエステル（東洋紡績製、バイロンＫＳ００１Ｈ）３重量部をＮＭＰ７０重量部に混合させた後に１２５℃に加熱して飽和ポリエステル溶解液を調整した。
【０１０２】
つづいて、加熱したスリットダイにより離型フィルム上に塗布した後、水中に５分間保持し、乾燥処理を施すことで離型フィルム上に多孔質膜を形成させた。ここで、飽和ポリエステル溶解液が塗布される離型フィルムの表面は、Ｒｍａｘが９．５μｍであった。
【０１０３】
この多孔質膜を離型フィルム表面に形成された状態で、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン（信越化学製、ＫＢＭ５１０３）１重量部、水５重量部、エタノール８９重量部からなる混合溶液に１分間浸漬した。その後、乾燥処理により水とエタノールを除去し、窒素雰囲気中で１５０℃で３時間保持する熱処理を施し、架橋させた。その後、多孔質膜を離型フィルムから取り外し、一方の表面のＲｍａｘが８μｍに形成されたセパレータ４３が製造された。なお、セパレータ４３の他方の面は、特に表面が粗面化されていない。すなわち、離型フィルムに塗布された状態で飽和ポリエステル溶解液により自然に形成された表面となっている。
【０１０４】
つづいて、正極板４１の表面にセパレータ４３を熱融着により固定した。
【０１０５】
この固定は、まず、正極板４１の両面に形成された正極活物質層４１２を被覆するとともに正極板４１を挟むように２枚のセパレータ４３を配置した。このとき、セパレータ４３は、Ｒｍａｘが８μｍに形成された表面が露出した状態で配置された。セパレータ４３と正極板４１が積層した状態で、ブロックヒーターを用いて、第一辺縁部４１４および第二辺縁部４１５となる部分を加熱し、正極板４１と２枚のセパレータ４３を熱融着させた。
【０１０６】
つづいて、セパレータ４３が表面に固定された正極板４１と負極板４２を巻回させて、巻回型電極体８を形成した。この巻回型電極体８は、通常の巻回型電極体８の巻回方法を用いて巻回された。具体的には、まず、円筒もしくはオーバル形状の巻芯を用い、この巻芯の外周面側に正極板、負極板およびセパレータを巻回する。その後、巻芯を取り外すことで、パイプ状の巻回型電極体が製造された。なお、図２に、セパレータ４３が両面に融着された正極板４１および負極板４２を積層させた状態の図を示した。また、図３に電極板４１、４２およびセパレータ４３が巻回された巻回型電極体８を示した。
【０１０７】
つづいて、巻回型電極体８を扁平化させた。巻回型電極体８の扁平化は、巻回型電極体８の内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧するとともに外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧することで行われた。
【０１０８】
具体的には、パイプ状の巻回型電極体８の中心軸部である内周面側に、一対のガイド５、５を配置する。このガイド５、５は、お互いに相背向する面が巻回型電極体８の中心軸と平行になるように形成された棒状部材であり、巻回型電極体８の内周面の相対向する部分と当接する面の断面が曲率半径を有する略Ｕ字状の外周形状に形成されている。また、この一対のガイド５、５は、剛性を有する金属あるいは樹脂により形成されている。さらに、このガイド５の軸方向の長さは、巻回型電極体８の軸方向の長さより長く形成されている。ここで、巻回型電極体に一対のガイドが配置された状態を図４に示した。
【０１０９】
その後、巻回型電極体８を、一対のガイド５、５の略Ｕ字状に形成された方向に押圧するとともに、一対のガイド５、５により巻回型電極体８を押圧する方向と垂直な方向に押圧することで圧縮して扁平化した。なお、一対のガイド５、５の押圧する方向と垂直な方向の押圧は、図示されない押圧部材により行われた。ここで、巻回型電極体の扁平化の様子を図５に示した。
【０１１０】
なお、この一対のガイド５、５を、一対のガイド５、５が抜き取れるまでの限界、すなわち、巻回型電極体８の内周面の空洞部の厚さがガイド５の厚さとなるまで行った後に、一対のガイド５、５を巻回型電極体８から抜き取った。その後、ガイド５が抜き取られた状態で、さらに、巻回型電極体８の圧縮を行い、扁平化を行い、扁平形状巻回型電極体４が製造された。
【０１１１】
この扁平形状巻回型電極体４は、扁平形状巻回型電極体４を形成する電極板４１、４２が、径方向に緊密に密着している。また、最内周面側の電極板４２、４３は、径方向に密着している。
【０１１２】
その後、扁平巻回型電極体４の巻回軸の両端方向に配置された辺縁部４１４、４２４が積層した突出端部４１１、４２１に、所定の方向に配置された正極端部１および負極端子２の軸部１１、２１を接合した。
【０１１３】
この正極端子１および負極端子２の接合は、超音波接合で行われた。詳しくは、扁平形状巻回型電極体４の突出端部４１１、４２１に軸部１１、２１が接した状態の正極端子１あるいは負極端子２に、加圧力を付与しながら超音波振動を付与することで、突出端部４１１、４２１と軸部１１、２１とが接合された。このとき、突出端部４１１、４２１は、それぞれ積層した状態の正極板４１の辺縁部４１４あるいは負極板４２の辺縁部４２１同士も接合された。
【０１１４】
正極端子１および負極端子２が接合された扁平巻回型電極体４は、ケース３に納められ、正極端子１および負極端子２の他端部１３、２３にもうけられたねじ部をナット７で固定された。このとき、扁平巻回型電極体４は、ケース３の中で正極端子１および負極端子２により保持されている。
【０１１５】
その後、ケース３内に電解液を注入し、ケース３を封止することで実施例の電池が製造された。
【０１１６】
実施例１の電池は、扁平形状巻回型電極体４の電極活物質層４１２、４２２に割れや剥離が生じていないため、高い電池性能を示す。すなわち、セパレータ４３の表面のＲｍａｘを８μｍと粗くしたことで、巻回型電極体８を圧縮して扁平形状巻回型電極体４とするときに、セパレータ４３と負極板４２との間にすべりが生じることで摩擦力が低減されている。この結果、電極板４１、４２に異常なストレスがかからなくなっており、緊密に電極板が密着した扁平形状巻回型電極体４が得られた。
【０１１７】
（比較例１）
比較例１は、セパレータ４３の負極板４２と対向する表面のＲｍａｘが０．５μｍに形成された以外は、実施例１と同様な電池である。
【０１１８】
比較例１の電池は、扁平形状巻回型電極体４に電極板４１、４２に破損が確認された。この電極板４１、４２の破損は、巻回型電極体８を圧縮して扁平形状巻回型電極体４とするときに、セパレータ４３と負極板４２との間に生じる摩擦力により、圧縮時の応力が集中し、電極板４１、４２に破損が生じた。
【０１１９】
（比較例２）
比較例２は、セパレータ４３の負極板４２と対向する表面のＲｍａｘが１３μｍに形成された以外は、実施例１と同様な電池である。
【０１２０】
比較例２の電池は、扁平形状巻回型電極体４にセパレータに破損が確認された。比較例２の電池は、セパレータ４３のＲｍａｘが１３μｍと高く、膜厚の２５μｍの５０％を超えているため、セパレータ４３の強度が低下している。このため、巻回型電極体８を圧縮して扁平化するときに、応力が集中してセパレータ４３が破損した。
【０１２１】
（実施例２）
実施例２の電池は、セパレータ４３に表面が粗化されていないポリエステル製多孔質膜を用いるとともに、セパレータ４３と負極板４２との界面に潤滑剤を配した以外は、実施例１と同様の電池である。
【０１２２】
詳しくは、実施例２の電池に用いられたセパレータ４３は、Ｒｍａｘが０．５μｍであった。また、このセパレータ４３は、実施例１と同様の手段により作成され、離型フィルムの表面粗度のＲｍａｘは２μｍであった。
【０１２３】
また、潤滑剤は、オレイン酸アミドが用いられた。
【０１２４】
（電池の製造方法）
実施例２の電池の製造方法は、セパレータ４３が固定された正極板４１と負極板４２とを巻回して巻回型電極体８を形成するときに、セパレータ４３の表面に潤滑剤を塗布した以外は、実施例１と同様の手段により行われた。
【０１２５】
なお、潤滑剤の塗布は、オレイン酸アミド５重量部、エタノール９５重量部と、からなる混合溶液を調整し、この混合溶液をセパレータも表面に塗布し、その後、乾燥処理を行ってエタノールを除去することで行われた。
【０１２６】
実施例２の電池は、扁平形状巻回型電極体４の電極活物質層４１２、４２２に割れや剥離が生じていないため、高い電池性能を示す。すなわち、セパレータ４３の表面に潤滑剤を塗布しているため、巻回型電極体８を圧縮して扁平形状巻回型電極体４とするときに、セパレータ４３と負極板４２との間にすべりが生じることで摩擦力が低減されている。この結果、電極板４１、４２に異常なストレスがかからなくなっており、緊密に電極板４１、４２が密着した扁平形状巻回型電極体４が得られた。
【０１２７】
（実施例３）
実施例３の電池は、潤滑剤を用いていない以外は実施例２と同様な材料が用いられ、巻回型電極体８を圧縮するときに一対のガイド５、５を振動させて製造した以外は実施例２と同様な手段で製造された扁平形状巻回型電極体４を有する電池である。
【０１２８】
（電池の製造方法）
まず、実施例２の電池に用いられた正極板４１、負極板４２およびセパレータ４３からパイプ状の巻回型電極体８を形成した。なお、この巻回型電極体８の製造は実施例２と同様にして行われた。
【０１２９】
つづいて、得られたパイプ状の巻回型電極体８の内周面の相対向する部分を径方向外方に断続的に押圧するとともに外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧することで巻回型電極体８の扁平化を行い、扁平形状巻回型電極体４を製造した。
【０１３０】
なお、巻回型電極体８の内周面側を断続的に押圧する方法は、巻回型電極体８の中心軸部である内周面側に、一対のガイド５、５を配置し、この一対のガイド５、５を互いに対向する径方向に往復動させながら径方向外方に移動させた。すなわち、一対のガイド５、５により巻回型電極体８に圧力を掛けたり緩めたりした。このときの様子を図６に示した。
【０１３１】
その後、実施例２と同様に、扁平形状巻回型電極体４に正極端子１、負極端子２を接合し、電解液とともにケース３に封入して実施例３の電池が製造された。
【０１３２】
実施例３の電池は、扁平形状巻回型電極体４の電極活物質層４１２、４２２に割れや剥離が生じていないため、高い電池性能を示す。すなわち、巻回型電極体８を圧縮して扁平形状巻回型電極体４とするときに、一対のガイド５、５を往復動させているため、セパレータ４３と負極板４２との間の摩擦力が低減される。この結果、電極板４１、４２に異常なストレスがかからなくなっており、緊密に電極板４１、４２が密着した扁平形状巻回型電極体４が得られた。
【０１３３】
【発明の効果】
本発明の扁平形状巻回型電極体の製造方法は、正極板および負極板がセパレータを介した状態で巻回された巻回型電極体を扁平形状に成形する扁平形状巻回型電極体の製造方法であり、成形時に電極板とセパレータとの間に生じる摩擦力を低減させる。成形時のセパレータと電極板の摩擦力を低減させることで、成形時に電極板およびセパレータに摩擦力に起因する応力が集中することを抑えることができ、その結果として、電極板に割れや破損を生じさせることなく、緊密に電極板が密着した扁平形状巻回型電極体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１の電池を示した図である。
【図２】 正極板、負極板、セパレータが積層した状態を示した図である。
【図３】 実施例１の巻回型電極体を示した図である。
【図４】 実施例１の巻回型電極体に一対のガイドを挿入した状態を示した図である。
【図５】 実施例１の巻回型電極体を扁平化する状態を示した図である。
【図６】 実施例３の巻回型電極体の扁平化の様子を示した図である。
【符号の説明】
１…正極端子 ２…負極端子
１１、２１…軸部 １２、２２…フランジ部
１３、２３…他端部 ３…ケース
４…扁平巻回型電極体 ４１…正極板
４２…負極板 ４１１、４２１…突出端部
４１２…正極活物質層 ４１３…正極集電体 ４１４…第一辺縁部
４１５…第二辺縁部
４２２…負極活物質層 ４２３…負極集電体 ４２４…第一辺縁部
６…ガスケット ７…ナット
８…巻回型電極体
Claims (11)
- 帯状の正極板および負極板を帯状のセパレータを介した状態で巻回して巻回型電極体を形成する巻回工程と、
該巻回型電極体の内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧しておよび／または外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧して扁平型状に成形する成形工程と、
を有する扁平形状巻回型電極体の製造方法において、
前記セパレータとして、極性基を有する樹脂よりなり、少なくとも一方の表面の粗度が最大表面高さ（Ｒｍａｘ）で１μｍ以上であり、かつ該セパレータの膜厚の５０％以下であるものを使用したことを特徴とする扁平形状巻回型電極体の製造方法。 - 前記セパレータは、前記一方の表面が露出した状態で前記正極板または前記負極板の表面に固定される請求項１記載の扁平形状巻回型電極体の製造方法。
- 前記極性基は、エステル基、エーテル基、アミド基、イミド基、水酸基、カルボキシル基より選ばれる少なくとも一種の官能基である請求項１記載の扁平形状巻回型電極体の製造方法。
- 帯状の正極板および負極板を帯状のセパレータを介した状態で巻回して巻回型電極体を形成する巻回工程と、
該巻回型電極体の内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧しておよび／または外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧して扁平型状に成形する成形工程と、
を有する扁平形状巻回型電極体の製造方法において、
該成形工程は、該巻回型電極体の該正極板、該負極板、該セパレータの界面の少なくとも該巻回型電極体の相背向する湾曲部に潤滑剤が配された状態で行われることを特徴とする扁平形状巻回型電極体の製造方法。 - 前記潤滑剤は、該正極板、該負極板、該セパレータの界面の全面に配された請求項４記載の扁平形状巻回型電極体の製造方法。
- 前記潤滑剤は、前記正極板、前記負極板、前記セパレータの表面に塗布された請求項４記載の扁平形状巻回型電極体の製造方法。
- 前記潤滑剤は、脂肪族アミド、脂肪酸エステルより選ばれる少なくとも一種を含む請求項４記載の扁平形状巻回型電極体の製造方法。
- 前記潤滑剤は、ステアリン酸アミド、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、メチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、ステアリン酸モノグリセライド、ステアリン酸ブチル、ペンタエリスリトールテトラステアレート、ステアリルステアレートの少なくとも一種を有する請求項７記載の扁平形状巻回型電極体の製造方法。
- 前記セパレータは、前記正極板または前記負極板の表面に固定された請求項４記載の扁平形状巻回型電極体の製造方法。
- 帯状の正極板および負極板を帯状のセパレータを介した状態で巻回して巻回型電極体を形成する巻回工程と、該巻回型電極体の内周面の相対向する部分を径方向外方に押圧しておよび／または外周面の相背向する部分を径方向内方に押圧して扁平型状に成形する成形工程と、を有する扁平形状巻回型電極体の製造方法において、該成形工程は、該巻回型電極体に振動を付与した状態で行われることを特徴とする扁平形状巻回型電極体の製造方法。
- 前記成形工程は、前記巻回型電極体が押圧される前記応力の方向に往復動する振動が付与される請求項１０記載の扁平形状巻回型電極体の製造方法。
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