JP2011204414A - 捲回電極体型電池とその製造方法及び車両及び機器及び電極捲回装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 正極芯材に正極合材層を形成された正極塗工部と正極合材層を形成されていない正極非塗工部とを有する正極板と,負極芯材に負極合材層を形成された負極塗工部と負極合材層を形成されていない負極非塗工部とを有する負極板とを,それらの間にセパレータをはさんだ状態で捲回する。その捲回の途中で捲回を一旦停止して部分捲回体とし,その捲回の停止時に押圧部材を当該部分捲回体の正極非塗工部または負極非塗工部に押圧することにより,凹部を形成するとともに,押圧された箇所の正極非塗工部群または負極非塗工部群を束状にする。正極集電体または負極集電体の挟持部を凹部に挿入して束状の正極非塗工部群または負極非塗工部群を挟持して接合する。
【選択図】図6
Description
本実施の形態に係るバッテリは,円筒型のリチウムイオン二次電池である。図2に,本形態のバッテリ100の断面図を示す。バッテリ100は,図2に示すように,電池容器101および蓋102により密閉された内部に,捲回電極体200と,正極集電板110と,負極集電板120とが内蔵されている。また,電池容器101の内部には電解液が注入されている。
図3は,捲回電極体200の捲回構造を示す展開図である。捲回電極体200は,図3に示すように,内側から正極板P,セパレータS,負極板N,セパレータTの順に積み重ねた状態で捲回されたものである。ここで,セパレータSとセパレータTとは同じ材質のものである。上記の捲回順の理解のために符号をS,Tとして区別しただけである。
本発明に係る捲回電極体型電池の製造方法について説明する。本発明に係る捲回電極体型電池の製造方法は,捲回工程に特徴のあるものである。そのためにまず,捲回工程に用いる捲回装置について説明する。
図5は,本発明に係るバッテリ100の捲回装置1000を示す概略構成図である。捲回装置1000は,図5に示すように,正極供給部1001と,負極供給部1002と,セパレータ供給部1003,1004と,巻取り部1005と,サーボモータ1006と,正極側押圧部材1007と,負極側押圧部材1008と,押圧部材制御装置1009とを有している。
捲回電極体型電池の製造工程について説明する。まず,正極芯材PBの両面の一部に正極活物質を含む合材を塗工しつつ,その塗工層を乾燥させる。その際に,塗工した箇所が図4に示した正極塗工部P1となる箇所であり,塗工していない箇所が正極非塗工部P2となる箇所である。そしてその後,塗工した正極箔にプレスを施し,正極合材層PAの厚みを薄くする。そしてその正極板の中央を長手方向に裁断する。これにより,図4に示した正極板Pが作成される。負極板Nについても同様に作成する。
本形態に係る捲回電極体型電池の製造方法により製造されたバッテリ100における正極集電板110に沿う正極側の箇所の断面図を図10に示す。図10は,捲回中心である中心Oと,各挟持部とを含む断面を示す断面図である。正極芯材束部PXは,複数枚の正極非塗工部P2が束状となっている非塗工部束部である。図10の正極芯材束部PXは,図9に示した挟持部111が図8に示した束211を挟んだ状態で接合されている。正極芯材束部PYは,正極芯材束部PXの外側,すなわち中心Oから遠い位置で複数枚の正極非塗工部P2が束状となっている非塗工部束部である。図10の正極芯材束部PYは,図9に示した挟持部112が図8に示した芯材束部212を挟んだ状態で接合されている。
θ1≒θ3 ………(1)
θ2>θ1 ………(2)
θ2>θ3 ………(3)
θ1:直線Iと最内正極芯材PX1とのなす角
θ2:直線Jと最外正極芯材PX2とのなす角
θ3:直線Kと最内正極芯材PY1とのなす角
ここで,本実施の形態に係る捲回電極体型電池の製造方法により製造されたバッテリ100と,従来の製造方法により製造されたバッテリ600との比較について説明する。従来のバッテリ600の製造方法では,背景技術の項で述べたように,捲回工程が終わって最終的に作成される捲回電極体が作成された後に,治具を用いて集電板差込用の穴を形成することとしている。本実施の形態の捲回電極体200のように隙間の大きいところがないので,治具挿入時に,正極芯材もしくは負極芯材を折り曲げてしまうことがあった。
6−1.集電板
ここで,本実施の形態の変形例について説明する。本実施の形態では,集電板の挟持部と,挟持部以外の部分とが一体であった。しかし,挟持部と,挟持部以外の部分とを別体とするようにしてもよい。つまり,図13に示すように,正極芯材PBの束を挟持する第1正極集電体(311等)と,第2正極集電体310とによる2段階での集電を行うのである。
本実施の形態では,円筒中心を傾けることにより押圧部材1007を捲回軸に対して首を振るように動かすこととした。しかし,図14に示すように,押圧部材1101を平行移動させるように動かしてもよい。図14では,矢印Eの向きに移動することにより,押圧部材1101が部分捲回体201を押圧した状態と押圧を解除した状態とをとることができるようになっている。このようにしても,凹部を形成できることに変わりないからである。
本形態のバッテリ100は,例えば,図17に示すように,車両400に搭載して使用することができる。この車両400は,エンジン440,モータ420を併用して駆動するハイブリッド自動車である。この車両400は,車体490,エンジン440,これに取り付けられたモータ420,ケーブル450,コントロールユニット430及び複数のバッテリ100を自身の内部に有する組電池401を有している。
以上詳細に説明したように,本実施の形態に係る捲回電極体型電池の製造方法では,捲回電極体200の捲回時に,押圧部材1007を押し当てることにより凹部を形成することとした。そのため,正極集電板110および負極集電板120を挿入するための穴を容易に形成することができるようになった。そしてその際に,正極非塗工部P2や負極非塗工部N2を折り曲げるようなおそれはほとんどない。本発明では正極集電板110や負極集電板120の一部を差し込むための隙間が十分に広いためである。
110…正極集電板
111a,111b,112a,112b,113a,113b…挟持部
120…負極集電板
200…捲回電極体
201…部分捲回体
211,212,213…芯材束部
310…第2正極集電体
311,312,313…第1正極集電体
400…車両
500…ハンマードリル
1000…電極捲回装置
1001…正極供給部
1002…負極供給部
1003,1004…セパレータ供給部
1005…巻取り部
1007…正極側押圧部材
1008…負極側押圧部材
P…正極板
PA…正極合材層
PB…正極芯材
P1…正極塗工部
P2…正極非塗工部
PX,PY…正極芯材束部
PX1,PY1…最内正極芯材
PX2…最外正極芯材
N…負極板
NA…負極合材層
NB…負極芯材
N1…負極塗工部
N2…負極非塗工部
S,T…セパレータ
O…中心
I,J,K…直線
X,Y…凹部
Claims (11)
- 帯状の正極芯材の少なくとも片側の面の一部に正極合材層が形成された正極塗工部と前記正極芯材の両面ともに正極合材層が形成されていない正極非塗工部とを備える正極板と,帯状の負極芯材の少なくとも片側の面の一部に負極合材層が形成された負極塗工部と前記負極芯材の両面ともに負極合材層が形成されていない負極非塗工部とを備える負極板と,前記正極板と前記負極板とを絶縁するセパレータとを,前記正極非塗工部を幅方向の一方に突出させるとともに前記負極非塗工部を幅方向の他方に突出させつつ捲回して捲回電極体とする捲回工程と,
前記捲回電極体から突出した前記正極非塗工部に正極集電体を取り付けるとともに,前記捲回電極体から突出した前記負極非塗工部に負極集電体を取り付ける集電体取付工程とを有する捲回電極体型電池の製造方法において,
前記捲回工程では,捲回の途中で,捲回を一旦停止し,停止中に捲回済み部分の前記正極非塗工部および前記負極非塗工部の少なくとも一方の一部を半径方向外側から押圧部材で押圧することにより,凹部を形成するとともに,押圧された箇所の非塗工部群を束状に集中した非塗工部束部とする凹部形成工程を複数回繰り返して行い,
前記集電体取付工程では,前記正極集電体または前記負極集電体として,前記凹部形成工程で形成された凹部の位置に対応する位置に前記非塗工部束部を挟持する挟持部を有するものを用い,前記凹部に前記挟持部を挿入し,前記挟持部で前記非塗工部束部を挟持することにより前記正極非塗工部または前記負極非塗工部に前記正極集電体または前記負極集電体を取り付けることを特徴とする捲回電極体型電池の製造方法。 - 請求項1に記載の捲回電極体型電池の製造方法において,
前記凹部形成工程は,
前記捲回電極体の中心からみて少なくとも1方向に列状に前記凹部が配置されるように前記凹部を形成する工程であることを特徴とする捲回電極体型電池の製造方法。 - 帯状の正極芯材の少なくとも片側の面の一部に正極合材層が形成された正極塗工部と前記正極芯材の両面ともに正極合材層が形成されていない正極非塗工部とを備える正極板と,帯状の負極芯材の少なくとも片側の面の一部に負極合材層が形成された負極塗工部と前記負極芯材の両面ともに負極合材層が形成されていない負極非塗工部とを備える負極板と,前記正極板と前記負極板とを絶縁するセパレータとが,前記正極非塗工部を幅方向の一方に突出させるとともに前記負極非塗工部を幅方向の他方に突出させた状態で捲回された捲回電極体と,
前記捲回電極体から突出した前記正極非塗工部に取り付けられた正極集電体と,
前記捲回電極体から突出した前記負極非塗工部に取り付けられた負極集電体とを有する捲回電極体型電池において,
突出している前記正極非塗工部の前記正極芯材または前記負極非塗工部の前記負極芯材が束状に集中している複数の非塗工部束部が形成されており,
前記正極集電体または前記負極集電体に,前記非塗工部束部の前記正極芯材または前記負極芯材を挟持する挟持部が設けられており,
前記挟持部と捲回中心とを含む断面にて,
前記非塗工部束部における捲回中心から最も外側に位置する前記正極芯材または前記負極芯材のうち前記挟持部に挟持されていない部分と,当該非塗工部束部における捲回中心から最も外側に位置する前記正極塗工部の前記正極芯材または前記負極塗工部の前記負極芯材とがなす角の角度が,
当該非塗工部束部における捲回中心から最も内側に位置する前記正極芯材または前記負極芯材のうち前記挟持部に挟持されていない部分と,当該非塗工部束部における捲回中心から最も内側に位置する前記正極塗工部の前記正極芯材または前記負極塗工部の前記負極芯材とがなす角の角度よりも大きいことを特徴とする捲回電極体型電池。 - 請求項3に記載の捲回電極体型電池において,
捲回中心と前記挟持部とを含む断面にて,
前記非塗工部束部における捲回中心から最も外側に位置する前記正極芯材または前記負極芯材のうち前記挟持部に挟持されていない部分と,当該非塗工部束部における捲回中心から最も外側に位置する前記正極塗工部の前記正極芯材または前記負極塗工部の前記負極芯材とがなす角の角度が,
当該非塗工部束部における捲回中心から最も内側に位置する前記正極芯材または前記負極芯材のうち前記挟持部に挟持されていない部分と,当該非塗工部束部における捲回中心から最も内側に位置する前記正極塗工部の前記正極芯材または前記負極塗工部の前記負極芯材とがなす角の角度よりも5°以上大きいことを特徴とする捲回電極体型電池。 - 請求項3または請求項4に記載の捲回電極体型電池において,
前記正極集電体および前記負極集電体の少なくとも一方は複数の前記挟持部を有するものであり,
前記捲回電極体の中心からみて少なくとも1方向に列状に前記挟持部が配置されているものであることを特徴とする捲回電極体型電池。 - 帯状の正極芯材の少なくとも片側の面の一部に正極合材層が形成された正極塗工部と前記正極芯材の両面ともに正極合材層が形成されていない正極非塗工部とを備える正極板と,帯状の負極芯材の少なくとも片側の面の一部に負極合材層が形成された負極塗工部と前記負極芯材の両面ともに負極合材層が形成されていない負極非塗工部とを備える負極板と,前記正極板と前記負極板とを絶縁するセパレータとが,前記正極非塗工部を幅方向の一方に突出させるとともに前記負極非塗工部を幅方向の他方に突出させた状態で捲回された捲回電極体と,
前記捲回電極体から突出した前記正極非塗工部に取り付けられた正極集電体と,
前記捲回電極体から突出した前記負極非塗工部に取り付けられた負極集電体とを有する捲回電極体型電池において,
前記正極非塗工部および前記負極非塗工部の少なくとも一方の一部に,半径方向外側から捲回中心に向かう凹部が形成されており,
前記正極集電体または前記負極集電体の一部が,前記凹部に挿入された状態で前記正極非塗工部の前記正極芯材または前記負極非塗工部の前記負極芯材に取り付けられた取付部を有し,
前記取付部と捲回中心とを含む断面にて,
前記凹部のすぐ内側に位置する前記正極非塗工部の前記正極芯材または前記負極非塗工部の負極芯材と,前記凹部のすぐ内側に位置する正極塗工部の正極芯材または負極塗工部の負極芯材とがなす角の角度が,
前記凹部のすぐ外側に位置する前記正極非塗工部の前記正極芯材または前記負極非塗工部の負極芯材と,前記凹部のすぐ外側に位置する正極塗工部の正極芯材または負極塗工部の負極芯材とがなす角の角度よりも大きいことを特徴とする捲回電極体型電池。 - 請求項6に記載の捲回電極体型電池において,
前記取付部と捲回中心とを含む断面にて,
前記凹部のすぐ内側に位置する前記正極非塗工部の前記正極芯材または前記負極非塗工部の負極芯材と,前記凹部のすぐ内側に位置する正極塗工部の正極芯材または負極塗工部の負極芯材とがなす角の角度が,
前記凹部のすぐ外側に位置する前記正極非塗工部の前記正極芯材または前記負極非塗工部の負極芯材と,前記凹部のすぐ外側に位置する正極塗工部の正極芯材または負極塗工部の負極芯材とがなす角の角度よりも5°以上大きいことを特徴とする捲回電極体型電池。 - 請求項6または請求項7に記載の捲回電極体型電池において,
複数の前記凹部が形成されており,
前記捲回電極体の中心からみて少なくとも1方向に列状に前記凹部が配置されているものであることを特徴とする捲回電極体型電池。 - 請求項3から請求項8までのいずれかに記載の捲回電極体型電池を備えることを特徴とする車両。
- 請求項3から請求項8までのいずれかに記載の捲回電極体型電池を備えることを特徴とする機器。
- 捲回するための巻取り部と,
前記巻取り部に帯状の正極板を供給するための正極供給部と,
前記巻取り部に帯状の負極板を供給するための負極供給部と,
前記巻取り部にセパレータを供給するためのセパレータ供給部とを有する電極捲回装置において,
前記正極板もしくは前記負極板の非塗工部を前記捲回中心の向きに押圧する押圧部材を有し,
捲回の途中で,
捲回を一旦停止して部分捲回体とするとともに,
その捲回の停止時に前記押圧部材を前記部分捲回体の非塗工部に押圧して凹部を形成するものであることを特徴とする電極捲回装置。
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