JP7816318B2 - Method for manufacturing an electricity storage device - Google Patents
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Description
本願は、蓄電装置の製造方法に関する。 This application relates to a method for manufacturing an electricity storage device.
蓄電装置の製造方法に関して、特許文献1には、『活物質層が設けられた複数の集電体と、前記集電体の厚さ方向から見て前記活物質層を囲う枠状を呈し前記集電体の外縁から外側へ延出する延出部分を有する複数の封止部材とを、前記複数の集電体のそれぞれの間に前記封止部材が配置されるように備えた積層体を準備する準備工程と、前記複数の封止部材を溶融させることで、前記複数の封止部材で構成され、かつ前記積層体の内外を連通する連通口を含む側面を形成する溶融工程と、前記複数の封止部材が溶融することで形成されている前記側面のうち前記連通口を取り囲む領域に、設備側ノズルが押当てられる成型面を形成する成型工程と、を備え、前記溶融工程では、非接触加熱によって前記複数の封止部材を溶融させ、前記成型工程では、前記封止部材が溶融している状態で、前記封止部材の融点よりも低い温度を有する押付部材を前記側面に押付けることで、前記成型面を形成する、蓄電装置の製造方法』が記載されている。 Regarding a method for manufacturing an electric storage device, Patent Document 1 describes a method for manufacturing an electric storage device, comprising: a preparation step of preparing a laminate including a plurality of current collectors each having an active material layer provided thereon; and a plurality of sealing members each having a frame shape surrounding the active material layer when viewed in the thickness direction of the current collector and extending outward from the outer edge of the current collector, with the sealing members disposed between the plurality of current collectors; a melting step of melting the plurality of sealing members to form a side surface composed of the plurality of sealing members and including a communication port connecting the inside and outside of the laminate; and a molding step of forming a molding surface against which an equipment-side nozzle is pressed in an area of the side surface formed by melting the plurality of sealing members and surrounding the communication port; wherein the melting step melts the plurality of sealing members using non-contact heating; and the molding step, while the sealing members are in a molten state, presses a pressing member having a temperature lower than the melting point of the sealing members against the side surface to form the molding surface.
特許文献1には、封止部材を溶融させる非接触加熱手段の例として、赤外線ヒータが記載されている。そうではあるが、加熱位置の精度、加工速度、及びエネルギー効率の観点からは、非接触加熱手段としてレーザー照射を用いることが望ましい。また、溶着後の封止部材は集電体と封止部材との間の気密性のために集電体の端部を覆うことが要求されるため、封止部材は十分に加熱されることが望ましい。しかしながら、封止部材をレーザー照射により溶着する場合、溶着後の封止部材が集電体の端部を覆うようにレーザー出力を上げると、集電体にしわが発生しやすい。 Patent Document 1 describes an infrared heater as an example of a non-contact heating means for melting the sealing member. However, from the standpoints of heating position accuracy, processing speed, and energy efficiency, it is preferable to use laser irradiation as the non-contact heating means. Furthermore, since the sealing member after welding is required to cover the edge of the current collector to ensure airtightness between the current collector and the sealing member, it is desirable for the sealing member to be heated sufficiently. However, when welding the sealing member using laser irradiation, increasing the laser output so that the welded sealing member covers the edge of the current collector is likely to cause wrinkles in the current collector.
本発明は、封止部材をレーザー照射により溶着して集電体と封止部材との間の気密を確保しながら、集電体のしわの発生を抑制することが可能な、蓄電装置の製造方法を提供する。 The present invention provides a method for manufacturing an electricity storage device that can suppress wrinkles in the current collector while ensuring airtightness between the current collector and the sealing member by welding the sealing member using laser irradiation.
本発明は、下記[1]~[3]の実施形態を包含する。
[1] 蓄電装置の製造方法であって、前記蓄電装置は、
積層された複数の集電体であって、各集電体の表面には活物質層が設けられている、複数の集電体と、
樹脂材料により形成され、前記複数の集電体のそれぞれの周縁部に溶着された、複数の封止部材であって、各封止部材は、前記集電体の厚さ方向から見て前記活物質層を囲う枠状の形状を有するとともに、前記集電体と重なる被覆部分と、前記集電体の外縁から外側へ延出する延出部分とを有する、複数の封止部材とを備え、
前記製造方法は、(a)レーザー照射により、前記封止部材を前記集電体に溶着する工程を含み、
前記工程(a)は、
(a1)前記集電体が一組の前記封止部材に挟まれた構造を有する積層体に対して、第1の単位面積当たりレーザー強度で第1のレーザー光を照射することにより、前記封止部材を溶着する工程であって、前記第1のレーザー光は、前記一組の封止部材の一方を透過して、前記集電体の少なくとも第1の領域に照射される、工程と、
(a2)前記積層体に対して、第2の単位面積当たりレーザー強度で第2のレーザー光を照射することにより、前記封止部材を溶着する工程であって、前記第2のレーザー光は、前記一組の封止部材の一方を透過して、前記集電体の第2の領域に照射される、工程と、を含み、
前記第2の領域は、前記集電体の外縁から内側に向けて枠状に画定され、
前記第1の領域は、前記集電体の前記第2の領域の内側に、前記第2の領域に隣接して枠状に画定され、
前記工程(a1)において、前記第1のレーザー光は、前記集電体の前記第2の領域にも照射されてもよく、
前記第2の単位面積当たりレーザー強度が、前記第1の単位面積当たりレーザー強度よりも大きいことを特徴とする、蓄電装置の製造方法。
The present invention includes the following embodiments [1] to [3].
[1] A manufacturing method of an electricity storage device, the electricity storage device comprising:
a plurality of stacked current collectors, each having an active material layer provided on a surface of the current collector;
a plurality of sealing members formed of a resin material and welded to peripheral edges of the plurality of current collectors, each of which has a frame shape surrounding the active material layer when viewed in a thickness direction of the current collector, and which has a covering portion overlapping the current collector and an extending portion extending outward from an outer edge of the current collector;
The manufacturing method includes: (a) welding the sealing member to the current collector by laser irradiation;
The step (a)
(a1) a step of irradiating a laminate having a structure in which the current collector is sandwiched between a pair of the sealing members with a first laser light at a first laser intensity per unit area, thereby welding the sealing members, wherein the first laser light is transmitted through one of the pair of sealing members and is irradiated onto at least a first region of the current collector;
(a2) irradiating the laminate with a second laser beam at a second laser intensity per unit area to weld the sealing member, wherein the second laser beam passes through one of the pair of sealing members and is irradiated onto a second region of the current collector;
the second region is defined in a frame shape extending inward from an outer edge of the current collector,
the first region is defined in a frame shape inside the second region of the current collector and adjacent to the second region,
In the step (a1), the first laser light may also be irradiated onto the second region of the current collector,
A method for manufacturing an electricity storage device, wherein the second laser intensity per unit area is greater than the first laser intensity per unit area.
[2] 前記工程(a)において、前記工程(a1)の後に前記工程(a2)が行われる、[1]に記載の蓄電装置の製造方法。 [2] The method for manufacturing an electricity storage device described in [1], wherein, in step (a), step (a2) is performed after step (a1).
[3] 前記工程(a)において、前記工程(a1)と前記工程(a2)とが同時に行われる、[1]に記載の蓄電装置の製造方法。 [3] The method for manufacturing an electricity storage device described in [1], wherein, in step (a), steps (a1) and (a2) are performed simultaneously.
本発明の蓄電装置の製造方法によれば、第2の領域に照射されるレーザー光の単位面積当たりレーザー強度が、第1の領域に照射されるレーザー光の単位面積当たりレーザー強度よりも大きいので、封止部材をレーザー照射により溶着する際に、溶着された封止部材が集電体端部を覆うように溶着を行って集電体と封止部材との間の気密を確保しながら、集電体のしわの発生を抑制することが可能である。 According to the manufacturing method for an electricity storage device of the present invention, the laser intensity per unit area of the laser light irradiated onto the second region is greater than the laser intensity per unit area of the laser light irradiated onto the first region. Therefore, when the sealing member is welded by laser irradiation, the welded sealing member is welded so that it covers the end of the current collector, ensuring airtightness between the current collector and the sealing member while suppressing the occurrence of wrinkles in the current collector.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。ただし、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。なお、図面は必ずしも正確な寸法を反映したものではない。また図では、一部の符号を省略することがある。本明細書においては特に断らない限り、数値A及びBについて「A~B」という表記は「A以上B以下」を意味するものとする。かかる表記において数値Bのみに単位を付した場合には、当該単位が数値Aにも適用されるものとする。また「又は」及び「若しくは」の語は、特に断りのない限り論理和を意味するものとする。また要素E1及びE2について「E1及び/又はE2」という表記は「E1若しくはE2、又はそれらの組み合わせ」を意味するものとし、要素E1、…、EN(Nは3以上の整数)について「E1、…、EN-1、及び/又はEN」という表記は「E1、…、EN-1、若しくはEN、又はそれらの組み合わせ」を意味するものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments. Note that the drawings do not necessarily reflect accurate dimensions. In addition, some reference numerals may be omitted in the drawings. In this specification, unless otherwise specified, the notation "A to B" for numerical values A and B means "greater than or equal to A and less than or equal to B." In such notation, if a unit is assigned only to numerical value B, the unit also applies to numerical value A. Furthermore, the words "or" and "or" mean a logical sum unless otherwise specified. Furthermore, the notation " E1 and/or E2" for elements E1 and E2 means " E1 or E2 , or a combination thereof," and the notation " E1 , ..., E N-1, and/or E N " for elements E1 , ..., E N-1 ( N is an integer of 3 or more) means " E1 , ..., E N-1 , or E N , or a combination thereof."
<蓄電装置の製造方法>
図1(a)~(g)は、蓄電装置の製造プロセスの一例を模式的に示す断面図である。図1(a)は、その表面に活物質層2、3が設けられた集電体1が一組の封止部材4、4(以下において単に「封止部材4」ということがある。)に挟まれた構造を有する積層体10を模式的に説明する断面図である。集電体1はシート状の導電部材であり、第1の面1a及び第2の面1bを有する。集電体1の第1の面1aの表面には正極活物質層2が設けられており、第2の面1bの表面には負極活物質層3が設けられている。
<Method of manufacturing electricity storage device>
1(a) to 1(g) are cross-sectional views schematically illustrating an example of a manufacturing process for an electricity storage device. FIG. 1(a) is a cross-sectional view schematically illustrating a laminate 10 having a structure in which a current collector 1 having active material layers 2 and 3 provided on its surface is sandwiched between a pair of sealing members 4 and 4 (hereinafter sometimes simply referred to as "sealing member 4"). The current collector 1 is a sheet-like conductive member having a first surface 1a and a second surface 1b. A positive electrode active material layer 2 is provided on the surface of the first surface 1a of the current collector 1, and a negative electrode active material layer 3 is provided on the surface of the second surface 1b.
集電体1は、例えば金属箔又は合金箔によって構成されている。金属箔としては、例えば銅箔、アルミニウム箔、チタン箔、ニッケル箔等が挙げられる。合金箔としては、例えばステンレス鋼箔(例えばJIS G 4305:2015にて規定されるSUS304、SUS316、SUS301等)、メッキ処理が施された鋼板(例えばJIS G 3141:2005にて規定される冷間圧延鋼板(SPCC等))、メッキ処理が施されたステンレス鋼板などが挙げられる。合金箔は、上記金属箔の材料として例示した金属の合金箔であってもよい。集電体1は、複数の金属箔が一体化又は積層されて形成されていてもよく、金属箔の表面に別の金属をメッキすることで形成されていてもよい。一の実施形態において、集電体1としては例えばアルミニウム層と銅層とを有するAl-Cu合箔を用いることができ、第1の面1aにAl層が現れ、第2の面1bにCu層が現れる。Al-Cu合箔は、アルミニウム箔と銅箔とが接合されたクラッド箔であってもよい。なお、集電体1の第1の面1aでは、アルミニウム層にクロメート処理が施されていてもよい。また、集電体1の第2の面1bでは、銅層にニッケルメッキが施されていてもよい。この場合、ニッケルメッキ層は、表面に微細突起が設けられた突起状メッキ面である粗化面であってよい。 The current collector 1 is composed of, for example, a metal foil or alloy foil. Examples of metal foils include copper foil, aluminum foil, titanium foil, and nickel foil. Examples of alloy foils include stainless steel foil (e.g., SUS304, SUS316, SUS301, etc., as defined in JIS G 4305:2015), plated steel sheet (e.g., cold-rolled steel sheet (SPCC, etc.) as defined in JIS G 3141:2005), and plated stainless steel sheet. The alloy foil may be an alloy foil of the metals listed above as examples of the metal foil material. The current collector 1 may be formed by integrating or laminating multiple metal foils, or by plating the surface of a metal foil with another metal. In one embodiment, the current collector 1 may be, for example, an Al-Cu alloy foil having an aluminum layer and a copper layer, with the Al layer appearing on the first surface 1a and the Cu layer appearing on the second surface 1b. The Al-Cu alloy foil may be a clad foil in which aluminum foil and copper foil are bonded together. The aluminum layer on the first surface 1a of the current collector 1 may be chromate-treated. The copper layer on the second surface 1b of the current collector 1 may be nickel-plated. In this case, the nickel-plated layer may be a roughened surface with fine protrusions on its surface.
正極活物質層2は、正極活物質と導電助剤と結着剤とを含む層状部材である。正極活物質としては、例えば複合酸化物、金属リチウム、及び硫黄等が挙げられる。複合酸化物の組成には、例えば鉄、マンガン、チタン、ニッケル、コバルト、及びアルミニウムの少なくとも1つと、リチウムとが含まれる。複合酸化物としては、オリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO4)、LiCoO2、LiNiMnCoO2等が挙げられる。 The positive electrode active material layer 2 is a layered member containing a positive electrode active material, a conductive additive, and a binder. Examples of the positive electrode active material include a composite oxide, metallic lithium, and sulfur. The composite oxide contains lithium and at least one of iron, manganese, titanium, nickel, cobalt, and aluminum. Examples of the composite oxide include olivine-type lithium iron phosphate ( LiFePO4 ), LiCoO2 , and LiNiMnCoO2 .
結着剤は、活物質又は導電助剤を集電体1の表面に繋ぎ止め、電極中の導電ネットワークを維持する役割を果たすものである。結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂、アクリル酸やメタクリル酸などのモノマー単位を含むアクリル系樹脂、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸アンモニウム等のアルギン酸塩、水溶性セルロースエステル架橋体、デンプン-アクリル酸グラフト重合体等が挙げられる。これらの結着剤は、単独又は複数で用いることができる。導電助剤としては、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト等が挙げられる。正極活物質層2には、例えばN-メチル-2-ピロリドン(NMP)等の粘度調整溶媒が用いられていてもよい。 The binder serves to anchor the active material or conductive additive to the surface of the current collector 1 and maintain the conductive network within the electrode. Examples of binders include fluorine-containing resins such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, and fluororubber; thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene; imide resins such as polyimide and polyamideimide; alkoxysilyl group-containing resins; acrylic resins containing monomer units such as acrylic acid and methacrylic acid; styrene-butadiene rubber (SBR); carboxymethyl cellulose; alginates such as sodium alginate and ammonium alginate; water-soluble cellulose ester crosslinks; and starch-acrylic acid graft polymers. These binders can be used alone or in combination. Examples of conductive additives include acetylene black, carbon black, and graphite. The positive electrode active material layer 2 may contain a viscosity-adjusting solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP).
負極活物質層3は、負極活物質と導電助剤と結着剤とを含む層状部材である。負極活物質としては、例えば黒鉛、人造黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、金属化合物、リチウムと合金化可能な元素若しくは当該元素の化合物、ホウ素添加炭素等が挙げられる。リチウムと合金化可能な元素としては、シリコン(ケイ素)及びスズが挙げられる。導電助剤及び結着剤は、正極活物質層22に用いられるものと同様のものを用いることができる。 The negative electrode active material layer 3 is a layered member containing a negative electrode active material, a conductive additive, and a binder. Examples of negative electrode active materials include graphite, artificial graphite, highly oriented graphite, mesocarbon microbeads, hard carbon, soft carbon, and other carbons, metal compounds, elements or compounds of such elements that can be alloyed with lithium, and boron-doped carbon. Examples of elements that can be alloyed with lithium include silicon and tin. The conductive additives and binders used can be the same as those used in the positive electrode active material layer 22.
正極活物質層2及び負極活物質層3を集電体1に形成するには、例えばロールコート法、ダイコート法、ディップコート法、ドクターブレード法、スプレーコート法、カーテンコート法等の従来から公知の方法が用いられる。具体的には、活物質、溶剤、並びに必要に応じて結着剤及び導電助剤を混合してスラリー状の活物質層形成用組成物を製造し、当該活物質層形成用組成物を第1の面1a及び第2の面1bに塗布後、乾燥する。溶剤は、例えば、N-メチル-2-ピロリドン、メタノール、メチルイソブチルケトン、水である。電極密度を高めるべく、乾燥後のものを圧縮してもよい。 To form the positive electrode active material layer 2 and the negative electrode active material layer 3 on the current collector 1, conventional methods such as roll coating, die coating, dip coating, doctor blade coating, spray coating, and curtain coating are used. Specifically, an active material, a solvent, and, if necessary, a binder and a conductive additive are mixed to produce a slurry-like active material layer-forming composition. This active material layer-forming composition is then applied to the first surface 1a and the second surface 1b and dried. Examples of solvents include N-methyl-2-pyrrolidone, methanol, methyl isobutyl ketone, and water. The dried electrode may be compressed to increase electrode density.
図2(A)及び(B)をさらに参照する。図2(A)は、その表面に活物質層2、3が設けられている集電体1が一組の封止部材4、4に挟まれた構造を有する積層体10を模式的に説明する断面図であり、図1(a)を再掲したものである。図2(B)は図2(A)のB-B矢視透視平面図である。封止部材4は、後述する工程(a)において用いられる第1のレーザー光および第2のレーザー光に対して透過性を有する電気絶縁性の樹脂材料によって形成されており、集電体1の厚さ方向から見て活物質層2、3を囲う枠状の形状を有する。集電体1の厚さ方向から見て、封止部材4の外縁4oは、集電体1の外縁1cよりも外側に位置しており、封止部材4の内縁4iは、集電体1の外縁1cよりも内側に位置している。封止部材4は、集電体1の厚さ方向から見て、集電体1と重なる被覆部分4aと、集電体1の外縁1cから外側へ延出する延出部分4bと、を含んでいる。封止部材4の材料の例としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ABS樹脂、変性ポリプロピレン、アクリロニトリルスチレン樹脂等の、光透過性かつ電気絶縁性の熱可塑性樹脂を挙げることができる。 Referring further to Figures 2(A) and (B). Figure 2(A) is a cross-sectional view, reproducing Figure 1(a), that schematically illustrates a laminate 10 having a structure in which a current collector 1, on the surface of which active material layers 2 and 3 are provided, is sandwiched between a pair of sealing members 4 and 4. Figure 2(B) is a perspective plan view taken along the arrows B-B in Figure 2(A). The sealing member 4 is formed of an electrically insulating resin material that is transparent to the first and second laser beams used in step (a) described below, and has a frame-like shape that surrounds the active material layers 2 and 3 when viewed through the thickness of the current collector 1. When viewed through the thickness of the current collector 1, the outer edge 4o of the sealing member 4 is located outside the outer edge 1c of the current collector 1, and the inner edge 4i of the sealing member 4 is located inside the outer edge 1c of the current collector 1. When viewed in the thickness direction of the current collector 1, the sealing member 4 includes a covering portion 4a that overlaps the current collector 1 and an extending portion 4b that extends outward from the outer edge 1c of the current collector 1. Examples of materials for the sealing member 4 include optically transparent, electrically insulating thermoplastic resins such as polypropylene, polyethylene, polystyrene, ABS resin, modified polypropylene, and acrylonitrile-styrene resin.
図1(a)を再び参照する。本発明の蓄電装置の製造方法は、(a)レーザー照射により、封止部材4、4を集電体1に溶着する工程(以下において「工程(a)」又は「溶着工程」ということがある。)を含む。工程(a)が行われることにより、集電体1に溶着された封止部材41を備えるバイポーラユニット11が得られる(図1(b))。バイポーラユニット11においては、一組の封止部材4、4が集電体1に溶着されて、封止部材41となっている。バイポーラユニット11にセパレータ5を積層し(図1(c))、セパレータ5の周縁部を封止部材41に溶着することにより、バイポーラユニット12が得られる(図1(d))。 Referring again to Figure 1(a), the manufacturing method for the energy storage device of the present invention includes (a) a step of welding sealing members 4, 4 to a current collector 1 by laser irradiation (hereinafter sometimes referred to as "step (a)" or "welding step"). By performing step (a), a bipolar unit 11 is obtained, which includes a sealing member 41 welded to the current collector 1 (Figure 1(b)). In the bipolar unit 11, a pair of sealing members 4, 4 are welded to the current collector 1 to form the sealing member 41. A separator 5 is stacked on the bipolar unit 11 (Figure 1(c)), and the peripheral portion of the separator 5 is welded to the sealing member 41 to obtain a bipolar unit 12 (Figure 1(d)).
セパレータ5はシート状の部材であり、その平面形状の外縁は、積層方向から見て、封止部材4の内縁4iの外側、且つ、封止部材4oの外縁4oの内側に位置している。セパレータ5は、例えば、電解質を吸収保持するポリマーを含む多孔性シート又は不織布である。セパレータ5を構成する材料としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリオレフィン、ポリエステルなどが挙げられる。セパレータ5は、単層構造であってもよく、多層構造であってもよい。多層構造の場合、セパレータ5は、例えば、基材層及び一対の接着層を含み、一対の接着層により正極活物質層2及び負極活物質層2に接着固定されてもよい。セパレータ5は、耐熱層となるセラミック層を含んでもよい。セパレータ5は、フッ化ビニリデン樹脂化合物で補強されていてもよい。セパレータ5の周縁部を封止部材41に溶着するにあたっては、抵抗加熱等の公知の加熱手段を採用できる。 The separator 5 is a sheet-like member, and the outer edge of its planar shape is located outside the inner edge 4i of the sealing member 4 and inside the outer edge 4o of the sealing member 4o, when viewed from the stacking direction. The separator 5 is, for example, a porous sheet or nonwoven fabric containing a polymer that absorbs and retains electrolyte. Examples of materials that make up the separator 5 include polypropylene, polyethylene, polyolefin, and polyester. The separator 5 may have a single-layer structure or a multilayer structure. In the case of a multilayer structure, the separator 5 may include, for example, a substrate layer and a pair of adhesive layers, and may be bonded to the positive electrode active material layer 2 and the negative electrode active material layer 2 by the pair of adhesive layers. The separator 5 may also include a ceramic layer that serves as a heat-resistant layer. The separator 5 may be reinforced with a vinylidene fluoride resin compound. Known heating methods, such as resistance heating, can be used to weld the peripheral portion of the separator 5 to the sealing member 41.
セパレータ5に含浸される電解質としては、例えば、非水溶媒と非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む液体電解質(電解液)、又はポリマーマトリックス中に保持された電解質を含む高分子ゲル電解質などが挙げられる。セパレータ5に電解質が含浸される場合、その電解質塩として、LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(FSO2)2、LiN(CF3SO2)2等の公知のリチウム塩を使用できる。また、非水溶媒として、環状カーボネート類、環状エステル類、鎖状カーボネート類、鎖状エステル類、エーテル類等の公知の溶媒を使用できる。なお、これら公知の溶媒材料を二種以上組合せて用いてもよい。他の実施形態において、セパレータ5は、固体電解質を含んでいてもよく、そのような一の実施形態において、セパレータ5は非固体電解質が含浸されていなくてもよい。 Examples of the electrolyte impregnated into the separator 5 include a liquid electrolyte (electrolytic solution) containing a non-aqueous solvent and an electrolyte salt dissolved in the non-aqueous solvent, or a polymer gel electrolyte containing an electrolyte held in a polymer matrix. When the separator 5 is impregnated with an electrolyte, known lithium salts such as LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN(FSO 2 ) 2 , and LiN(CF 3 SO 2 ) 2 can be used as the electrolyte salt. Also, known solvents such as cyclic carbonates, cyclic esters, chain carbonates, chain esters, and ethers can be used as the non-aqueous solvent. Two or more of these known solvent materials may be used in combination. In another embodiment, the separator 5 may contain a solid electrolyte. In such an embodiment, the separator 5 may not be impregnated with a non-solid electrolyte.
バイポーラユニット12とスペーサ6とを交互に積層することにより、バイポーラユニット積層体13が得られる(図1(e)~(g))。バイポーラユニット積層体13に、正極エンドユニット14及び負極エンドユニット15をさらに積層することにより(図1(g))、セルスタック16が構成される(図1(h))。セルスタック16において、封止部材41とセパレータ5との隣接する各組を熱溶着することにより(熱溶着部7a、7b)、セルスタック16の積層構造が固定された積層電池である蓄電装置17が得られる(図1(h))。この際、封止部材41の内部で未溶着であった部分がさらに溶着され得る(熱溶着部7c)。 By alternately stacking bipolar units 12 and spacers 6, a bipolar unit stack 13 is obtained (Figures 1(e)-(g)). By further stacking positive end units 14 and negative end units 15 on the bipolar unit stack 13 (Figure 1(g)), a cell stack 16 is constructed (Figure 1(h)). By heat-welding adjacent pairs of sealing members 41 and separators 5 in the cell stack 16 (heat-welded portions 7a, 7b), a power storage device 17, which is a stacked battery with a fixed stack structure of the cell stack 16, is obtained (Figure 1(h)). At this time, previously unwelded portions of the sealing members 41 can be further welded (heat-welded portion 7c).
正極エンドユニット14の構成は、負極活物質層3を有しない以外は、バイポーラユニット12と同様とすることができる。また、負極エンドユニット15の構成は、正極活物質層2及びセパレータ5を有しない以外は、バイポーラユニット12と同様とすることができる。 The configuration of the positive electrode end unit 14 can be the same as that of the bipolar unit 12, except that it does not have the negative electrode active material layer 3. Furthermore, the configuration of the negative electrode end unit 15 can be the same as that of the bipolar unit 12, except that it does not have the positive electrode active material layer 2 or separator 5.
スペーサ6は、集電体1の厚さ方向から見て活物質層2、3を囲う枠状の部材である。スペーサ6、6、…は、バイポーラユニット12、12、…の隣接する各組の間、バイポーラユニット積層体13において負極活物質層3を外側に向けた端部に存在するバイポーラユニット12と正極エンドユニット14との間、及び、バイポーラユニット積層体13において正極活物質層2を外側に向けた端部に存在するバイポーラユニット12と負極エンドユニット15との間にそれぞれ配置される。 The spacer 6 is a frame-shaped member that surrounds the active material layers 2 and 3 when viewed in the thickness direction of the current collector 1. The spacers 6 are arranged between adjacent pairs of bipolar units 12, 12, between the bipolar unit 12 at the end of the bipolar unit stack 13 where the negative electrode active material layer 3 faces outward and the positive electrode end unit 14, and between the bipolar unit 12 at the end of the bipolar unit stack 13 where the positive electrode active material layer 2 faces outward and the negative electrode end unit 15.
各封止部材41及び各スペーサ6の外縁は、バイポーラユニット12、正極エンドユニット14、及び負極エンドユニット15の積層方向(以下において単に「積層方向」ということがある。)から見て互いに一致又は略一致している。各封止部材4、41の内縁は、積層方向から見て互いに一致又は略一致している。各スペーサ6の内縁は、積層方向から見て互いに一致又は略一致している。各スペーサ6の内縁は、積層方向から見て各封止部材41の内縁よりも外側に位置している。各突出部材35の内縁は、Z軸方向から見て互いに一致又は略一致している。一の好ましい実施形態において、封止部材4、41、及びスペーサ6のそれぞれの材料は同一であり得る。 The outer edges of each sealing member 41 and each spacer 6 are aligned or approximately aligned with each other when viewed from the stacking direction (hereinafter simply referred to as the "stacking direction") of the bipolar unit 12, positive electrode end unit 14, and negative electrode end unit 15. The inner edges of each sealing member 4, 41 are aligned or approximately aligned with each other when viewed from the stacking direction. The inner edges of each spacer 6 are aligned or approximately aligned with each other when viewed from the stacking direction. The inner edges of each spacer 6 are located outside the inner edges of each sealing member 41 when viewed from the stacking direction. The inner edges of each protruding member 35 are aligned or approximately aligned with each other when viewed from the Z-axis direction. In one preferred embodiment, the sealing members 4, 41, and spacers 6 may be made of the same material.
再び図1(a)、図1(b)、及び図2(B)を参照する。工程(a):レーザー照射により封止部材4、4を集電体1に溶着する工程は、(a1)集電体1が一組の封止部材4、4に挟まれた構造を有する積層体10に対して、第1の単位面積当たりレーザー強度I1で第1のレーザー光L1を照射することにより、封止部材4、4を溶着する工程(以下において「工程(a1)」又は「第1溶着工程」ということがある。)と、(a2)積層体10に対して、第2の単位面積当たりレーザー強度I2で第2のレーザー光L2を照射することにより、封止部材4、4を溶着する工程(以下において「工程(a2)」又は「第2溶着工程」ということがある。)とを含む。工程(a1)において、第1のレーザー光L1は、一組の封止部材4、4の一方を透過して、集電体の少なくとも第1の領域R1に照射される。工程(a2)において、第2のレーザー光L2は、一組の封止部材4、4の一方を透過して、集電体1の第2の領域R2に照射される。図2(B)には、集電体1の第1の領域R1及び第2の領域R2が表れている。第2の領域R2は、集電体1の外縁1cから内側に向けて枠状に画定される。第1の領域R1は、集電体1の第2の領域R2の内側に、第2の領域R2に隣接して枠状に画定される。封止部材4、4の溶融物の量を増やして溶融物が集電体1の外縁1c端面に回り込みやすくする観点からは、第2の領域R2の幅は、集電体1の外縁1cから好ましくは例えば1mm以上、又は2mm以上とすることができ、一の実施形態において1~5mm、又は2~5mmとすることができる。 Referring again to Figures 1(a), 1(b), and 2(B). Step (a): The step of welding the sealing members 4, 4 to the current collector 1 by laser irradiation includes: (a1) a step of irradiating a laminate 10 having a structure in which the current collector 1 is sandwiched between a pair of sealing members 4, 4 with a first laser beam L1 at a first laser intensity per unit area I1 to weld the sealing members 4, 4 (hereinafter, this step may be referred to as "step (a1)" or "first welding step"); and (a2) a step of irradiating the laminate 10 with a second laser beam L2 at a second laser intensity per unit area I2 to weld the sealing members 4, 4 (hereinafter, this step may be referred to as "step (a2)" or "second welding step"). In step (a1), the first laser beam L1 passes through one of the pair of sealing members 4, 4 and is irradiated onto at least a first region R1 of the current collector. In step (a2), the second laser beam L2 passes through one of the pair of sealing members 4, 4 and is irradiated onto the second region R2 of the current collector 1. FIG. 2(B) shows the first region R1 and the second region R2 of the current collector 1. The second region R2 is defined in a frame shape extending inward from the outer edge 1c of the current collector 1. The first region R1 is defined in a frame shape inside the second region R2 of the current collector 1 and adjacent to the second region R2. From the perspective of increasing the amount of molten material in the sealing members 4, 4 and making it easier for the molten material to wrap around the end face of the outer edge 1c of the current collector 1, the width of the second region R2 can be preferably, for example, 1 mm or more or 2 mm or more from the outer edge 1c of the current collector 1, and in one embodiment, can be 1 to 5 mm or 2 to 5 mm.
図3(A)及び(B)は、工程(a)におけるレーザー光が照射される前後の、集電体1外縁近傍の模式的な部分拡大図であり、図3(A)はレーザー光照射前の状態を示す図であり、図3(B)はレーザー光照射後の状態を示す図である。図3(A)を参照すると、工程(a)において、積層体10が台101に載置され、積層体10のうち少なくとも封止部材4、4を含む領域が、台101と押さえ板102との間に挟まれる。台101と押さえ板102との間に圧力Pが適用されることにより、押さえ板102が、封止部材4の少なくとも集電体1と重なる被覆部分4a(図2(B)参照)と隙間なく接触する。押さえ板102を透過して、第1のレーザー光L1及び第2のレーザー光L2が照射される。 3(A) and (B) are schematic enlarged partial views of the vicinity of the outer edge of the current collector 1 before and after irradiation with laser light in step (a). FIG. 3(A) shows the state before laser light irradiation, and FIG. 3(B) shows the state after laser light irradiation. Referring to FIG. 3(A), in step (a), the laminate 10 is placed on a base 101, and an area of the laminate 10 including at least the sealing members 4, 4 is sandwiched between the base 101 and a presser plate 102. By applying pressure P between the base 101 and the presser plate 102, the presser plate 102 comes into tight contact with at least the covered portion 4a of the sealing member 4 that overlaps with the current collector 1 (see FIG. 2(B)). A first laser beam L1 and a second laser beam L2 are irradiated through the presser plate 102.
図3(A)には、集電体1の第1の領域R1及び第2の領域R2、及び、第1のレーザー光L1の照射範囲(矢印L1)および第2のレーザー光L2の照射範囲(矢印L2)が表れている。工程(a1)において、第1のレーザー光L1は、少なくとも集電体1の第1の領域R1に対して照射され、第2の領域R2にもわたって照射されてもよく、さらに封止部材4の延出部分4b(図2(B)参照)にもわたって照射されてもよい。工程(a2)において、第2のレーザー光L2は、第2の領域R2に照射され、さらに封止部材4の延出部分4b(図2(B)も参照)にもわたって照射されてもよい。工程(a1)及び(a2)において、照射されたレーザー光L1、L2は、集電体1に吸収されてそれぞれ熱エネルギーとなり、近傍の封止部材4、4を部分的に溶融させる。封止部材4、4の溶融物は集電体1に封止部材4、4を溶着させる。さらに工程(a2)において、封止部材4、4の溶融物は流動して集電体1の外縁1cの外側に流出し、集電体1の外縁1cの端面を覆うように封止部材4、4の延出部分4b、4bを溶着し、封止部材4、4を一体の封止部材41とする(図3(B))。気密性を確実にする観点から、工程(a1)及び(a2)後の積層体11(図1(b)も参照)において、封止部材4、4同士が溶着された領域の(積層体11の平面視における)幅W1は、好ましくは100μm以上である。 3(A) shows the first region R1 and the second region R2 of the current collector 1, as well as the irradiation range of the first laser beam L1 (arrow L1) and the irradiation range of the second laser beam L2 (arrow L2). In step (a1), the first laser beam L1 is irradiated onto at least the first region R1 of the current collector 1, and may also be irradiated onto the second region R2, and may also be irradiated onto the extended portion 4b of the sealing member 4 (see FIG. 2(B)). In step (a2), the second laser beam L2 is irradiated onto the second region R2, and may also be irradiated onto the extended portion 4b of the sealing member 4 (see also FIG. 2(B)). In steps (a1) and (a2), the irradiated laser beams L1 and L2 are absorbed by the current collector 1 and converted into thermal energy, respectively, which partially melts the nearby sealing members 4 and 4. The molten sealing members 4, 4 fuse to the current collector 1. Furthermore, in step (a2), the molten sealing members 4, 4 flow and flow outside the outer edge 1c of the current collector 1, welding the extended portions 4b, 4b of the sealing members 4, 4 so as to cover the end faces of the outer edge 1c of the current collector 1, and the sealing members 4, 4 become an integrated sealing member 41 (FIG. 3(B)). To ensure airtightness, the width W1 (in a plan view of the laminate 11) of the region where the sealing members 4, 4 are welded together in the laminate 11 (see also FIG. 1(b)) after steps (a1) and (a2) is preferably 100 μm or greater.
台101としては、例えば、ガラス、金属、又はシリコーン樹脂等の耐熱性エラストマーで形成された台を用いることができる。押さえ板102としては、例えば強化ガラス等の、第1及び第2のレーザー光L1、L2に対して透過性を有し且つ付与される圧力Pに耐える材料を用いることができる。また、押さえ板と封止部材との間に、レーザー光透過性の高い透明シリコーン樹脂部材等を挟んでもよい。 The base 101 can be made of, for example, glass, metal, or a heat-resistant elastomer such as silicone resin. The pressure plate 102 can be made of a material such as tempered glass that is transparent to the first and second laser beams L1 and L2 and can withstand the applied pressure P. Alternatively, a transparent silicone resin member or other material with high laser light transparency can be sandwiched between the pressure plate and the sealing member.
第1の単位面積当たりレーザー強度I1は、封止部材4、4を集電体1の第1の領域R1に溶着させることのできる強度とすることができる。そのような単位面積当たりレーザー強度I1は、好ましくは例えば、0.5~5.0W/mm2とすることができる。第2の単位面積当たりレーザー強度I2は、封止部材4、4を集電体1の第2の領域R2に溶着させるとともに、封止部材4、4の溶融物に集電体1の外縁1cの端面を覆うように封止部材4、4の延出部分4b、4bを溶着させることのできる強度とすることができる。そのような単位面積当たりレーザー強度I2は、好ましくは例えば0.5~6.0W/mm2とすることができ、一の実施形態において3.3W/mm2以上、又は3.8W/mm2以上とすることができる。工程(a1)及び(a2)において、第2の単位面積当たりレーザー強度I2が、第1の単位面積当たりレーザー強度I1よりも大きい(I2>I1)。これにより、集電体1の端面を覆うように封止部材4、4を溶着させることができる。 The first laser intensity per unit area I1 can be set to an intensity sufficient to weld the sealing members 4, 4 to the first region R1 of the current collector 1. Such laser intensity per unit area I1 can be preferably set to, for example, 0.5 to 5.0 W/ mm² . The second laser intensity per unit area I2 can be set to an intensity sufficient to weld the sealing members 4, 4 to the second region R2 of the current collector 1 and to weld the extended portions 4b, 4b of the sealing members 4, 4 to the molten material of the sealing members 4, 4 so as to cover the end faces of the outer edges 1c of the current collector 1. Such laser intensity per unit area I2 can be preferably set to, for example, 0.5 to 6.0 W/ mm² , and in one embodiment, can be set to 3.3 W/ mm² or more, or 3.8 W/ mm² or more. In steps (a1) and (a2), the second laser intensity per unit area I2 is greater than the first laser intensity per unit area I1 (I2>I1). This allows the sealing members 4, 4 to be welded so as to cover the end faces of the current collector 1.
第1のレーザー光L1の波長および第2のレーザー光L1の波長は、同一でも相互に異なっていてもよく、好ましくは例えば250~1200nmとすることができる。第1のレーザー光L1を(少なくとも)第1の領域R1の全体に照射すること、及び、第2のレーザー光L2を第2の領域R2の全体に照射することは、それぞれ枠状の各領域の全体に枠状のレーザー光を照射することにより行ってもよく、所定のビーム幅を有するレーザー光で各領域を走査することにより行ってもよい。同一箇所に照射される第1のレーザー光L1の総エネルギー密度(すなわちレーザー強度の時間積分)は、封止部材4、4を集電体1の第1の領域R1に溶着させることを容易にする観点から、好ましくは例えば、0.05~0.40J/mm2とすることができる。また同一箇所に照射される第2のレーザー光L2の総エネルギー密度は、封止部材4、4の溶融物に集電体1の外縁1cの端面を覆うように封止部材4、4の延出部分4b、4bを溶着させることを容易にする観点から、好ましくは例えば、0.05~0.40J/mm2とすることができる。総エネルギー密度がこれらの範囲内になるように、ビーム形状および走査の線速度を調整することができる。工程(a1)において、第1のレーザー光L1の1点当たりの照射時間(ある点に対してレーザー光の照射が開始してから終了するまでの時間)は、封止部材4が集電体1の第1の領域R1に溶着されるための時間を十分に確保する観点から、好ましくは例えば20ms以上とすることができ、レーザー強度および生産性の観点から例えば500ms以下とすることができる。工程(a2)において、第2のレーザー光L2の1点当たりの照射時間は、封止部材4の溶融物が流動して集電体1の外縁1c端面に回り込むための時間を十分に確保する観点から、好ましくは例えば35ms以上、又は70ms以上、又は84ms以上とすることができ、レーザー強度および生産性の観点から例えば200ms以下とすることができる。 The wavelengths of the first laser light L1 and the second laser light L1 may be the same or different, and may preferably be, for example, 250 to 1200 nm. Irradiating (at least) the entire first region R1 with the first laser light L1 and the entire second region R2 with the second laser light L2 may be performed by irradiating each frame-shaped region with a frame-shaped laser light, or by scanning each region with a laser light having a predetermined beam width. The total energy density (i.e., the time integral of the laser intensity) of the first laser light L1 irradiated to the same location may be, for example, 0.05 to 0.40 J/ mm² , from the viewpoint of facilitating welding of the sealing members 4, 4 to the first region R1 of the current collector 1. The total energy density of the second laser beam L2 irradiated to the same location can be preferably, for example, 0.05 to 0.40 J/ mm² , from the viewpoint of facilitating welding of the extending portions 4b, 4b of the sealing members 4, 4 to the molten material of the sealing members 4, 4 so as to cover the end faces of the outer edges 1c of the current collector 1. The beam shape and the scanning linear velocity can be adjusted so that the total energy density falls within these ranges. In step (a1), the irradiation time per point of the first laser beam L1 (the time from the start to the end of irradiation of a point with the laser beam) can be preferably, for example, 20 ms or more, from the viewpoint of ensuring sufficient time for welding the sealing member 4 to the first region R1 of the current collector 1, and can be, for example, 500 ms or less, from the viewpoint of laser intensity and productivity. In step (a2), the irradiation time per point of the second laser light L2 can be preferably set to, for example, 35 ms or more, 70 ms or more, or 84 ms or more, from the viewpoint of ensuring sufficient time for the molten material of the sealing member 4 to flow and wrap around the end face of the outer edge 1c of the current collector 1, and can be set to, for example, 200 ms or less, from the viewpoint of laser intensity and productivity.
一の好ましい実施形態において、工程(a)において、工程(a1)の後に工程(a2)が行われる。かかる実施形態によれば、第1の領域R1の溶着が、第2の領域R2の溶着よりも先に行われる。これにより、第2の領域R2の溶着の際に、封止部材4、4の溶融物が第1の領域R1の側に流れることが抑制されるため、集電体1の端面を覆うように封止部材4、4を溶着させる観点から好適である。 In one preferred embodiment, in step (a), step (a2) is performed after step (a1). According to this embodiment, welding of the first region R1 is performed before welding of the second region R2. This prevents the molten material of the sealing members 4, 4 from flowing toward the first region R1 when welding the second region R2, which is advantageous from the perspective of welding the sealing members 4, 4 so as to cover the end faces of the current collector 1.
一の好ましい実施形態において、工程(a)において、工程(a1)と工程(a2)とが同時に行われる。かかる実施形態によれば、第1溶着工程(a1)と第2溶着工程(a2)とが同時に行われるので、溶着に要する時間を短縮することができ、生産性を高めることができる。 In one preferred embodiment, in step (a), steps (a1) and (a2) are performed simultaneously. According to this embodiment, the first welding step (a1) and the second welding step (a2) are performed simultaneously, thereby shortening the time required for welding and increasing productivity.
工程(a2)において、下記(i)及び(ii)のいずれかの要件を満たすことが好ましい:(i)同一箇所に照射される第2のレーザー光L2の総エネルギー密度が0.35J/mm2以上、第2のレーザー光L2の単位面積当たりレーザー強度I2が3.3W/mm2以上、第2のレーザー光L2の1点当たりの照射時間が70ms以上、かつ第2の領域R2の幅が2mm以上;又は、(ii)同一箇所に照射される第2のレーザー光L2の総エネルギー密度が0.40J/mm2以上、第2のレーザー光L2の単位面積当たりレーザー強度I2が3.8W/mm2以上、第2のレーザー光L2の1点当たりの照射時間70ms以上、かつ第2の領域R2の幅が1mm以上。工程(a2)が要件(i)(ii)のいずれかを満たすことにより、封止部材4の溶融物が集電体1の外縁1c端面に回り込む量をさらに増やし、封止部材4、4同士が溶着される幅W1をさらに増やして、気密性をさらに高めることが可能になる。 In step (a2), it is preferable that either of the following requirements (i) and (ii) be satisfied: (i) the total energy density of the second laser light L2 irradiated to the same location is 0.35 J/ mm2 or more, the laser intensity I2 per unit area of the second laser light L2 is 3.3 W/ mm2 or more, the irradiation time per point of the second laser light L2 is 70 ms or more, and the width of the second region R2 is 2 mm or more; or (ii) the total energy density of the second laser light L2 irradiated to the same location is 0.40 J/ mm2 or more, the laser intensity I2 per unit area of the second laser light L2 is 3.8 W/ mm2 or more, the irradiation time per point of the second laser light L2 is 70 ms or more, and the width of the second region R2 is 1 mm or more. By satisfying either of the requirements (i) or (ii) in the step (a2), it becomes possible to further increase the amount of the molten material of the sealing member 4 that wraps around the end face of the outer edge 1c of the current collector 1, further increase the width W1 over which the sealing members 4, 4 are welded to each other, and further improve the airtightness.
以下、実施例に基づき、本発明についてさらに具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail below based on examples. However, the present invention is not limited to these examples.
図4は、試験片およびレーザービームの形状を模式的に説明する透視平面図である。集電体1(Al-Cu張合箔、縦27.5mm、横110mm、厚さ70μm)の端部近傍を一組の封止部材4、4(ポリエチレン、縦30.5mm、横120mm、厚さ120μm)で挟むことにより、11個の試験片110を作製した。各試験片110に対して、試験片110を図3(A)におけるように台101と押さえ板102(強化ガラス製)との間に挟み、押さえ板102の側から同一の条件(半導体レーザー、ビーム幅23mm、ビーム進行方向奥行き42mm、レーザー波長1020nm、出力2000W、ビーム走査の線速度400mm/s、1点当たりの照射時間105ms、単位面積当たりレーザー強度2.0704W/mm2、総エネルギー密度:0.2174J/mm2)で工程(a1)のレーザー照射を行った。その後、種々の異なる条件で工程(a2)のレーザー照射(半導体レーザー、ビーム幅6mm、ビーム進行方向奥行き42mm、レーザー波長1020nm)を行った。図4に示すように、各試料について、集電体1の外縁1cから所定の幅の第2の領域R2が画定され、その内側に隣接して第1の領域R1が画定された。工程(a1)において、第1のレーザー光L1は集電体1が存在する領域全体にわたって(すなわち封止部材4の被覆部分の全体にわたって)照射された。また工程(a2)において、第2のレーザー光L2は第2の領域R2の全体と、封止部材4の延出部分とにわたって照射された。第1のレーザー光L1の照射領域と第2のレーザー光L2の照射領域とは、第2の領域R2において重複している。照射完了後、集電体1の外縁1cに沿って等間隔(5mm)に配置された15点で試料を切断し、デジタルマイクロスコープ(ハイロックス社製HRX-01、ズームレンズHR-5000E)で観察することにより、封止部材4、4同士が溶着された部分の幅W1(図3(B)参照)を測定し、15点の平均値を算出した。結果を工程(a2)の照射条件とともに表1に示す。また試料断面のデジタルマイクロスコープ写真の一つを図5に示す。 4 is a perspective plan view that schematically illustrates the shapes of the test pieces and the laser beam. Eleven test pieces 110 were fabricated by sandwiching the vicinity of an end of a current collector 1 (Al-Cu clad foil, length 27.5 mm, width 110 mm, thickness 70 μm) between a pair of sealing members 4, 4 (polyethylene, length 30.5 mm, width 120 mm, thickness 120 μm). For each test piece 110, the test piece 110 was sandwiched between a base 101 and a presser plate 102 (made of tempered glass) as shown in FIG. 3(A), and laser irradiation in step (a1) was performed from the presser plate 102 side under the same conditions (semiconductor laser, beam width 23 mm, depth in the beam traveling direction 42 mm, laser wavelength 1020 nm, output 2000 W, linear velocity of beam scanning 400 mm/s, irradiation time per point 105 ms, laser intensity per unit area 2.0704 W/mm 2 , total energy density: 0.2174 J/mm 2 ). Thereafter, laser irradiation in step (a2) (semiconductor laser, beam width 6 mm, depth in the beam traveling direction 42 mm, laser wavelength 1020 nm) was performed under various different conditions. As shown in FIG. 4, for each sample, a second region R2 of a predetermined width was defined from the outer edge 1c of the current collector 1, and a first region R1 was defined adjacent to and inside the second region R2. In step (a1), the first laser beam L1 was irradiated over the entire region where the current collector 1 was present (i.e., the entire portion covered by the sealing member 4). In step (a2), the second laser beam L2 was irradiated over the entire second region R2 and the extended portion of the sealing member 4. The region irradiated with the first laser beam L1 and the region irradiated with the second laser beam L2 overlapped in the second region R2. After irradiation was completed, the sample was cut at 15 points spaced equally apart (5 mm) along the outer edge 1c of the current collector 1. The width W1 (see FIG. 3(B)) of the portion where the sealing members 4, 4 were welded together was measured by observing the cuts with a digital microscope (HRX-01 manufactured by Hirox Corporation, zoom lens HR-5000E), and the average value of the 15 cuts was calculated. The results, along with the irradiation conditions for step (a2), are shown in Table 1. One of the digital microscope photographs of the sample cross section is shown in FIG. 5.
試料No.1~11のいずれにおいても、第2の単位面積当たりレーザー強度I2が第1の単位面積当たりレーザー強度I1(2.0704W/mm2)より大きい。試料No.1~11のいずれにおいても、封止部材4、4同士が溶着された部分の幅W1を安定的に確保できていた。中でも、第2のレーザー光L2の総エネルギー密度が0.40J/mm2以上であった試料No.7~9、及び、第2の領域R2の幅が2mm以上であった試料No.10及び11は、特に良好な封止が得られた。 In all of Samples No. 1 to 11, the second laser intensity per unit area I2 was greater than the first laser intensity per unit area I1 (2.0704 W/mm 2 ). In all of Samples No. 1 to 11, the width W1 of the portion where the sealing members 4, 4 were welded together was stably secured. Among them, Samples No. 7 to 9, in which the total energy density of the second laser light L2 was 0.40 J/mm 2 or more, and Samples No. 10 and 11, in which the width of the second region R2 was 2 mm or more, achieved particularly good sealing.
1:集電体、1a:第1の面、1b:第2の面、1c:外縁(端部)、2:正極活物質層、3:負極活物質層、4、41:封止部材、4a:被覆部分、4b:外延部分、4i:内縁、4o:外縁、R1:第1の領域、R2:第2の領域、5:セパレータ、6:スペーサ、7a、7b、7c:熱溶着部、11、12:積層体、13:バイポーラユニット積層体、14:正極エンドユニット、15:負極エンドユニット、101:台、102:押さえ板、L1:第1のレーザー光、L2:第2のレーザー光、W1:封止部材4、4同士が溶着された領域の幅 1: Current collector, 1a: First surface, 1b: Second surface, 1c: Outer edge (end), 2: Positive electrode active material layer, 3: Negative electrode active material layer, 4, 41: Sealing member, 4a: Covering portion, 4b: Outer extension portion, 4i: Inner edge, 4o: Outer edge, R1: First region, R2: Second region, 5: Separator, 6: Spacer, 7a, 7b, 7c: Thermally welded portion, 11, 12: Laminate, 13: Bipolar unit laminate, 14: Positive electrode end unit, 15: Negative electrode end unit, 101: Base, 102: Presser plate, L1: First laser beam, L2: Second laser beam, W1: Width of the region where the sealing members 4 and 4 are welded together
Claims (3)
前記蓄電装置は、
積層された複数の集電体であって、各集電体の表面には活物質層が設けられている、複数の集電体と、
樹脂材料により形成され、前記複数の集電体のそれぞれの周縁部に溶着された、複数の封止部材であって、各封止部材は、前記集電体の厚さ方向から見て前記活物質層を囲う枠状の形状を有するとともに、前記集電体と重なる被覆部分と、前記集電体の外縁から外側へ延出する延出部分とを有する、複数の封止部材と
を備え、
前記製造方法は、
(a)レーザー照射により、前記封止部材を前記集電体に溶着する工程
を含み、
前記工程(a)は、
(a1)前記集電体が一組の前記封止部材に挟まれた構造を有する積層体に対して、第1の単位面積当たりレーザー強度で第1のレーザー光を照射することにより、前記封止部材を溶着する工程であって、前記第1のレーザー光は、前記一組の封止部材の一方を透過して、前記集電体の少なくとも第1の領域に照射される、工程と、
(a2)前記積層体に対して、第2の単位面積当たりレーザー強度で第2のレーザー光を照射することにより、前記封止部材を溶着する工程であって、前記第2のレーザー光は、前記一組の封止部材の一方を透過して、前記集電体の第2の領域に照射される、工程と、
を含み、
前記第2の領域は、前記集電体の外縁から内側に向けて枠状に画定され、
前記第1の領域は、前記集電体の前記第2の領域の内側に、前記第2の領域に隣接して枠状に画定され、
前記工程(a1)において、前記第1のレーザー光は、前記集電体の前記第2の領域にも照射されてもよく、
前記第2の単位面積当たりレーザー強度が、前記第1の単位面積当たりレーザー強度よりも大きいことを特徴とする、蓄電装置の製造方法。 A method for manufacturing an electricity storage device, comprising:
The power storage device is
a plurality of stacked current collectors, each having an active material layer provided on a surface of the current collector;
a plurality of sealing members formed of a resin material and welded to peripheral edges of the plurality of current collectors, each of which has a frame shape surrounding the active material layer when viewed in a thickness direction of the current collector, and which has a covering portion overlapping the current collector and an extending portion extending outward from an outer edge of the current collector;
The manufacturing method includes:
(a) welding the sealing member to the current collector by laser irradiation,
The step (a)
(a1) a step of irradiating a laminate having a structure in which the current collector is sandwiched between a pair of the sealing members with a first laser light at a first laser intensity per unit area, thereby welding the sealing members, wherein the first laser light is transmitted through one of the pair of sealing members and is irradiated onto at least a first region of the current collector;
(a2) irradiating the laminate with a second laser beam at a second laser intensity per unit area to weld the sealing member, wherein the second laser beam passes through one of the pair of sealing members and is irradiated onto a second region of the current collector;
Including,
the second region is defined in a frame shape extending inward from an outer edge of the current collector,
the first region is defined in a frame shape inside the second region of the current collector and adjacent to the second region,
In the step (a1), the first laser light may also be irradiated onto the second region of the current collector,
A method for manufacturing an electricity storage device, wherein the second laser intensity per unit area is greater than the first laser intensity per unit area.
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