JP4951876B2

JP4951876B2 - 角型非水電解液電池の製造法

Info

Publication number: JP4951876B2
Application number: JP2005140924A
Authority: JP
Inventors: 真也山平; 健一鈴木; 綾司大▲崎▼
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2025-05-13
Also published as: JP2006318787A

Description

本発明は、角型非水電解液電池の製造法に関し、特にその正極板と負極板とをセパレータを介して捲回し、極板群を構成する際の巻芯形状に関するものである。

従来の角型非水電解液電池では、捲回するための巻芯形状を平板に近づけたものが使用されていたが、捲回時の角速度の変動が大きく、極板テンションの変動が大きくなり、捲回速度を上げることができないため、生産性の低下を発生していた。

そのため、さまざまな形状の巻芯が提案されている。例えば、極板群の捲回に際して、菱形巻芯、あるいは、巻芯形状を略六角形状にし、略六角形の向かい合う２辺の中央を通る溝を持つ巻芯が使用されていた。（特許文献１または特許文献２参照）
特開２００２−７５４２９号公報特開２００１−２０２９８６号公報

しかしながら、前記従来の巻芯では、内周のセパレータ量が増大、あるいは、中央部に大きなスペースが発生するなどの問題があり、また、集電用のリードの位置がバラツキなどの課題があった。

これらの従来の課題を解決するために、本発明による角型非水電解液電池の製造法は、使用する巻芯の形状が、１組の平行な長辺と２組の平行な短辺とからなる３組の平行な直線を辺とした略六角形状であり、かつ前記巻芯形状を六角形状に近似した場合の近似六角形の各頂点間を結ぶ最も長い対角線である最長対角線と前記長辺とが平行であり、前記巻芯溝は、前記最長対角線とその隣接する隣接対角線の間に配置され、前記巻芯溝により分割された巻芯部分同士は非線対称であり、かつ点対称であることを特徴とする。

本発明の略六角形状とは、近似六角形の頂点をＲ形状もしくは、Ｃ面取りを行ったものを含む。また、巻芯溝とは、第１の巻芯と第２の巻芯との組み合わせにより構成される巻芯であれば第１の巻芯と第２の巻芯が組み合わさったときにできる巻芯間のすき間のことであり、１本の巻芯で構成される巻芯であれば、巻芯に配する溝のことである。

本発明の点対称である巻芯を用いることによって、巻付け時に使用するセパレータの量を短尺化でき、かつ捲回群の形状が円形に近づくことにより、捲回速度を増加できるため、生産性を向上できることとなる。

さらに、巻芯の近似六角形は、前記最長対角線の長さＡと、前記最長対角線から前記長辺に下ろした垂線の長さＢの比Ａ／Ｂが、１．５以上２．５以下であることが好ましく、前記巻芯溝は直線形状であり、前記巻芯溝と前記最長対角線とのなす角は、５°〜３０°であることが好ましい。このような構成であると本発明の効果が顕著に表れる。

本発明によると、極板群の捲回において、捲回速度を増加できるだけでなく内周セパレータ量を減少させ、かつ集電用のリードの位置のバラツキを小さくできるため、生産性の良い角型非水電解液電池の製造法を提供することが出来る。

本発明の本旨は、極板群を構成する際の巻芯の形状が、１組の辺が長い略六角形状であり、かつ巻芯溝により分割された巻芯部分同士は非線対称であり、かつ点対称である１対の巻芯を使用することにより、集電用のリードの位置のバラツキを抑制でき、かつ巻付け時のセパレータの滑りを抑制できるため巻付け時に使用するセパレータの量を短尺化でき、かつ捲回群の形状が円形に近づくことにより、捲回速度を増加できるため、生産性を向上できることである。

本発明による巻芯を図１（ａ）に示し、巻付け前の巻芯挿入状態を図１（ｂ）、巻芯を約１２０°回転させ、負極を突入させた状態図を図１（ｃ）、巻芯を１８０°回転させた状態を図１（ｄ）、また巻芯に初期巻付けした状態を図１（ｅ）に示す。

図１（ａ）において、巻芯の形状は、１組の平行な長辺１１と２組の平行な短辺１２とからなる３組の平行な直線を辺とした略六角形状である。さらに巻芯形状を六角形状に近似した場合の近似六角形の各頂点間を結ぶ最も長い対角線である最長対角線１と長辺１１とが平行である。巻芯溝３は、最長対角線１とその隣接する隣接対角線１３の間に配置され、巻芯溝３により分割された巻芯部分２同士は非線対称であり、かつ点対称である。

図１（ａ）のように巻芯溝３を最長対角線１と、最長対角線１と隣接する隣接対角線１３の間に配置すると、巻芯を挿入した状態は図１（ｂ）に示されるようになる。これを巻付けを行う際に、巻芯下方向から、セパニップローラー７で挟持することにより、テンションを加え、上下方向からのテンションバランスを取ることにより、巻芯下に配置されているセパレータ５と巻芯上からのセパレータ５を捲きつけていく。

そして、巻芯が１２０°回転したところで、図１（ｃ）のように負極板８を突入させる。すると、負極テンションが加わるため、上方向へのテンションが増加する。

しかし、この時点では、セパニップローラー７にセパレータ５が挟持されているため、テンションバランスは保たれる。

そして、巻芯が１８０°回転すると、図１（ｄ）のようになり、巻芯下のセパレータ５の先端がセパニップローラー付近に達する。

さらに回転させ、セパニップローラーから、セパレータの先端が外れると下方向からのテンションがなくなる。この際に、上下のテンションバランスが崩れると、上方向からの巻き込みが停止し、巻芯の空回りが発生する。

これにより負極板８の位置ずれが発生し、集電用リード７位置のバラツキを発生していた。

しかし、巻芯溝３の頂点６に位置するセパレータ５がすぐ上に配置される負極板８と接することにより、下方向へのテンションが発生するため、負極板８を捲回していくことができる。この負極板８を突入させるまでの回転数により、初期の巻付け時のセパレータ使用量が変化する。

従来の巻芯では、負極突入までの回転数が２７０°以上必要としていた。しかし、本発明の巻芯を用いることにより、巻芯溝３の頂点６に位置するセパレータ５が1枚上に配置される負極板８と少ない回転数で接触できるため、初期の巻付け時のセパレータ使用量を削減できる。

また、巻芯形状を非線対称とすることにより、巻芯溝３を最長対角線１に対し傾けることができるため、巻芯溝３の頂点６に位置するセパレータがその上に配置される負極板８と接するまでに必要な回転角度を削減できる。

また、巻芯を非線対称とすることにより、巻芯溝３を最長対角線１と平行に近づけることが出来、図１（ｆ）のように、巻芯を抜いた後の内周の極板のたるみをセパレータ５で止めることができる。

さらに捲回群への加圧整形方向１０と巻芯溝３が垂直に近づくため、負極集電用リード９の位置のバラツキを抑制できる。

また、点対称とすることによりかつ捲回の際の回転中心は巻芯溝３上に設けることが出来るため、捲回の際の偏芯が無くなり、角速度の変動を小さく出来、捲回速度を増加でき、生産性を向上できる。

また、近似六角形は、最長対角線１の長さＡと、長辺１１に下ろした垂線の長さＢの比Ａ／Ｂが、２．５以下であると、巻芯形状がより円形に近づくため、捲回時の巻芯の角速度の変動が小さくなるため、捲回速度をさらに増加でき、生産性を向上できる点で好ましい。

ここで、２．５より大きくなると、捲回時の角速度の変動が大きくなり、捲回速度を低下させなければならないため、好ましくない。

また、１．５より小さいと、図１（ｅ）の群加圧整形方向へのスペースが増大するため、内周の極板のたるむスペースが増大するため、扁平形状としたときに集電用リード９の位置のバラつきを発生するため好ましくない。

また、巻芯溝３は直線形状であり、巻芯溝３と最長対角線１とのなす角４は、５°〜３０°であると、巻芯溝３に配置されるセパレータが捲回群の長辺方向に平行となるため、内周セパレータ重なり枚数を削減でき好ましい。

５°未満のときは、巻芯が抜けにくくなっていくため、巻芯を抜く複雑な機構が必要となるため好ましくなく、３０°以上のときは、巻芯溝に配置されるセパレータがその上に配置される負極板８と接するために必要な回転角度が増加するため、内周セパレータ使用量が増加し、また巻芯溝３に配置されるセパレータが捲回群の長辺方向に垂直となっていくため、加圧整形したときに、巻芯溝３に配置されるセパレータがＳ字状に折れるため、内周セパレータ重なり枚数が増加するため好ましくない。

本実施例では、捲回機は、皆藤製作所製ＫＡＷ−４ＢＴＱＨ−Ｍを使用した。

巻芯は、図４で示すように、近似六角形の各頂点をＣ面取りした略六角形状の巻芯を用い、第１の巻芯部分２と第２の巻芯部分２により構成され、第１の巻芯部分２と第２の巻芯部分２が組み合わさったときのすき間により巻芯溝３が構成されている。

そして、最長対角線１と巻芯溝３のなす角４は、１２°である。
この巻芯を巻芯１とする。この巻芯１では、第１の巻芯部分２と第２の巻芯部分２が、組み合わせた場合に線対称では無く、すなわち非線対称でかつ点対称となっている。

さらに、最長対角線１の長さＡと、最長対角線１から長辺１１に下ろした垂線の長さＢの比Ａ／Ｂが、２．５である。

そして、比較例として従来公知の図３に示す平板巻芯を使用したものを巻芯２とする。

さらに、図２（ａ）で示す様に、巻芯１同様の略六角形状の巻芯を使用しているが、最長対角線と巻芯溝のなす角は、垂直（９０°）である巻芯を巻芯３とする。
この巻芯３は、巻芯１と違い、点対称であるが線対称にもなっている。

以上の巻芯１から３の巻芯を前述の捲回機で捲回した時の生産タクトと内周セパレータの使用量を表１に示し、また、リード位置を各３０個測定し、そのバラツキを同じく表１に示す。

表１より本発明の巻芯を使用することにより、生産タクトが増加し、また、内周のセパレータ使用量も短尺化できた。さらに、集電用リード位置が安定することを確認した。

この理由は、巻芯２のように平板巻芯では、リード位置は安定するものの、捲回時の角速度の変動が大きく、極板テンションの変動が大きくなり、捲回速度を上げることができないため、生産タクトが低下する。

また、巻芯３のように、垂直である巻芯を使用すると、図２（ｂ）と図１（ｅ）を比較すればわかるように、巻芯溝３の頂点６に位置するセパレータがその上に配置される負極板８と接するまでに必要な回転角度が増加するため、内周セパレータ使用量が増加し、セパレータを多く使用した極板群を捲回することになるためである。

そして巻芯３では、図２（ｃ）のように、加圧方向に平行な方向に内周セパレータがたるむため、極板が内側に倒れこみ、倒れこんだ状態で加圧していたため、リード位置のバラツキが発生する。

しかし、本発明の巻芯１では最も長い対角線に平行にセパレータが存在するため、内周のたるみによる極板のたるみを抑制できるため、加圧時の内周極板の位置が安定し、集電用リード位置が安定する。

本実施例においても、捲回機は、皆藤製作所製ＫＡＷ−４ＢＴＱＨ−Ｍを使用した。

実施例１の巻芯１と同様の略六角形状であるが、図５から図８に示すようにＡ／Ｂを変化させた巻芯４から７を作成した。
ここで、最長対角線１と巻芯溝３のなす角４は、すべて１２°である。

そこで、以上の巻芯４から７の巻芯を前述の捲回機で捲回した際の巻芯の縦横比と生産
タクトおよび、集電用リード位置のバラツキを表２に示す。

表２より、Ａ／Ｂ、１．５以上２．５以下にすることは、生産性をさらに向上でき、かつ群加圧整形後の集電用リード位置のバラツキを抑制できるため、さらに好ましい。

この理由はＡ／Ｂが、２．５以下にすることにより、巻芯形状が、より円形に近づくため、捲回時の角速度の変動が小さくなり、捲回速度を速くできるため、生産性をさらに向上でき、また、１．５以上とすると、群加圧整形後の集電用リード位置のバラツキが抑制されるからである。

本実施例においても、捲回機は、皆藤製作所製ＫＡＷ−４ＢＴＱＨ−Ｍを使用した。実施例１の巻芯１と同様の略六角形状であるが、図９に示すように、最長対角線１と巻芯溝３のなす角４を変化させた巻芯８から１６を作成した。

ここで、最長対角線１の長さＡと、最長対角線１から長辺１１に下ろした垂線の長さＢの比Ａ／Ｂが、すべて２．５である。

本発明の巻芯溝３と最長対角線１とのなす角４が変化することにより、内周のセパレータの長さ、あるいは加圧時のセパレータの折れ方による内周のセパレータ重なり枚数、さらには巻芯の抜け性が変わる。

内周セパレータ重なり枚数の増加は群厚みの増加、巻芯の抜け性は、工程不良の増大に影響する。

そこで、以上の巻芯８から１６の巻芯を前述の捲回機で捲回した際の内周セパレータ長、内周セパレータ重なり枚数、巻芯の抜け性の結果を表３に示す。

表３に示すように、内周のセパレータ長を短尺化でき、かつ巻芯抜け性を確保し、さらに内周セパレータ重なり枚数を抑制することができるため、本発明の巻芯溝と最長対角線とのなす角は、５°〜３０°にすることはさらに好ましい。

本発明の生産性の良い角型非水電解液電池の製造法より製造された角型非水電解液電池は、安価な民生用のポータブル機器の電源などに有用である。

（ａ）本発明の一実施の形態の巻芯の模式図、（ｂ）巻付け前の巻芯挿入状態の説明図、（ｃ）巻芯を１２０°回転させ、負極を突入させた状態の説明図、（ｄ）巻芯を1１８０°回転させた状態の説明図、（ｅ）巻芯にセパレータを巻きつけたときの説明図、（ｆ）巻芯をぬいたときの説明図（ａ）従来の巻芯の模式図、（ｂ）巻芯にセパレータを巻きつけたときの説明図、（ｃ）巻芯をぬいたときの説明図従来の第２の巻芯の模式図本発明の実施例で用いた第１の巻芯の模式図本発明の実施例で用いた第２の巻芯の模式図本発明の実施例で用いた第３の巻芯の模式図本発明の実施例で用いた第４の巻芯の模式図本発明の実施例で用いた第５の巻芯の模式図本発明の実施例で用いた第６の巻芯の模式図

符号の説明

１最長対角線
２巻芯部分
３巻芯溝
４角
５セパレータ
６頂点
７セパニップローラー
８負極板
９負極集電用リード
１０加圧整形方向
１１長辺
１２短辺
１３隣接対角線

Claims

正極板と負極板とをセパレーターを介し、巻芯溝を有する巻芯を用いて捲回構成した極板群と電解液をケース内に収容して作成する角型非水電解液電池の製造法において、
前記巻芯の形状が、１組の平行な長辺と２組の平行な短辺とからなる３組の平行な直線を辺とした略六角形状であり、かつ前記巻芯形状を六角形状に近似した場合の近似六角形の各頂点間を結ぶ最も長い対角線である最長対角線と前記長辺とが平行であり、前記巻芯溝は、前記最長対角線とその隣接する隣接対角線の間に配置され、前記巻芯溝により分割された巻芯部分同士は非線対称であり、かつ点対称であることを特徴とする角型非水電解液電池の製造法であって、前記近似六角形は、前記最長対角線の長さＡと、前記最長対角線から前記長辺に下ろした垂線の長さＢの比Ａ／Ｂが、１．５以上２．５以下であることを特徴とする角型非水電解液電池の製造法。
正極板と負極板とをセパレーターを介し、巻芯溝を有する巻芯を用いて捲回構成した極板群と電解液をケース内に収容して作成する角型非水電解液電池の製造法において、
前記巻芯の形状が、１組の平行な長辺と２組の平行な短辺とからなる３組の平行な直線を辺とした略六角形状であり、かつ前記巻芯形状を六角形状に近似した場合の近似六角形の各頂点間を結ぶ最も長い対角線である最長対角線と前記長辺とが平行であり、前記巻芯溝は、前記最長対角線とその隣接する隣接対角線の間に配置され、前記巻芯溝により分割された巻芯部分同士は非線対称であり、かつ点対称であることを特徴とする角型非水電解液電池の製造法であって、前記巻芯溝は直線形状であり、前記巻芯溝と前記最長対角線とのなす角は、５°〜３０°であることを特徴とする角型非水電解液電池の製造法。