JP2017111966A - 蓄電装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性を向上し、蓄電装置が振動を受ける状態で使用されても、ケース内に収容された電極組立体の正極、負極及びセパレータの位置ずれが生じ難くする。【解決手段】蓄電装置の製造方法は、積層体１８の厚みを計測し、ケース１１の積層体１８の積層方向と対向する内面１２ａの間隔と、積層体１８の厚みとの差に対応する厚みの１／２の厚みを有する絶縁フィルム３３で、少なくとも積層体１８の積層方向の端面１８ａを覆った状態で、電極組立体１４をケース１１内に挿入する。【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電装置の製造方法に関する。

二次電池やキャパシタのような蓄電装置は再充電が可能であり、繰り返し使用することができるため電源として広く利用されている。例えば、ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）などの車両に搭載される蓄電装置としては、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池などがよく知られている。そして、蓄電装置は、集電体（例えば、金属箔）に活物質層が形成されたシート状の正極及びシート状の負極が、間にセパレータが存在する状態で層をなすように積層された電極組立体を備えている。

ところで、特に角型ケースを用いた蓄電装置では、ケースの内面とケース内に収容される電極組立体との間隙に、間隙の大きさに合わせて適切な枚数の薄いシート状の間隙充填材を挿入することによって、間隙を塞いでいる。

例えば、特許文献１には、図４に示すように、電極組立体（電極体）７０を収容するケース５０の内壁面５１と電極組立体７０との間に、ケース５０と電極組立体７０とを隔離する袋状の絶縁フィルム６０が配置された電池１００が記載されている。絶縁フィルム６０は、電極組立体７０の扁平面に対向する面に、電極組立体７０とケース５０の内壁面５１との間隙を塞ぐシート状の間隙充填部材８０を備える。間隙充填部材８０は、所定の厚みに形成され、電極組立体７０とケース５０の内壁面５１との間隙に対応して１枚もしくは複数枚接合して設けられる。また、複数枚の間隙充填部材８０は、絶縁フィルム６０に接合される前に予め相互に接合されて一体化されていると好ましい旨も記載されている。

特開２００９−４８９６６号公報

特許文献１のように、袋状の絶縁フィルム６０内に電極組立体７０を収容し、ケース５０の内壁面５１と電極組立体７０との隙間を塞ぐため、隙間の大きさに対応して複数枚のシート状の間隙充填部材８０を絶縁フィルム６０に接合した状態でケース５０内に挿入する構成では、間隙充填部材８０を絶縁フィルム６０に接合する工程が必要になる。複数枚のシート状の間隙充填部材８０を、絶縁フィルム６０に接合する前に予め相互に溶着して一体化すると、絶縁フィルム６０への接合作業は容易となるが、シート状の間隙充填部材８０を予め相互に溶着する作業が必要になる。即ち、間隙充填部材８０を絶縁フィルム６０と電極組立体７０との間に挿入する作業及びその準備作業の分、生産性が低下する。

また、間隙充填部材（厚み調整部材）を使用する場合は、ケースへの挿入物の厚みに対して間隙充填部材の厚み誤差が余分に付加されてしまう。そして、間隙充填部材が複数枚使用される場合は、厚み誤差は間隙充填部材の枚数倍になる。また、複数枚の間隙充填部材を接着剤で接合する場合は、接着剤の厚みも余分に付加されてしまう。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、生産性が向上し、蓄電装置が振動を受ける状態で使用されても、ケース内に収容された電極組立体の正極、負極及びセパレータの位置ずれが生じ難くなる蓄電装置の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決する蓄電装置の製造方法は、正極と負極とが、セパレータが間に存在する状態で積層された積層体を有する電極組立体が絶縁フィルムを介してケース内に収容された蓄電装置の製造方法である。そして、前記積層体の厚みを計測し、前記ケースの前記積層体の積層方向と対向する内面の間隔と、前記積層体の厚みとの差に対応する厚みの１／２の厚みを有する前記絶縁フィルムで、少なくとも前記積層体の積層方向の端面を覆った状態で、前記電極組立体を前記ケース内に挿入する。ここで、「積層体」とは、所謂積層型の電極組立体の場合のように、矩形状の複数の正極及び負極が間にセパレータが存在する状態で積層されたものに限らず、所謂巻回型の電極組立体の場合のように、帯状の正極及び負極が間にセパレータが存在する状態で積層されるとともに、巻回されたものも含む。また、「差に対応する厚み」とは、差と同じあるいは差より大きく、積層体を絶縁フィルムで覆って押圧した状態でケース内に挿入可能な厚み以下の厚みを意味する。

この構成によれば、電極組立体と絶縁フィルムとの間に間隙充填部材を設けないため、間隙充填部材の挿入工程が不要になり、その分、生産性が向上する。また、ケースの積層体の積層方向と対向する内面の間隔と、積層体の厚みとの差に対応する厚みの１／２の厚みを有する絶縁フィルムで、少なくとも積層体の積層方向の端面を覆った状態で、電極組立体がケース内に挿入される。そのため、蓄電装置が車両に搭載されるなど、振動を受ける状態で使用されても、ケース内に収容された電極組立体は、絶縁フィルムによって、正極、負極及びセパレータが位置ずれせずにケース内に保持される。したがって、生産性が向上し、蓄電装置が振動を受ける状態で使用されても、ケース内に収容された電極組立体の正極、負極及びセパレータの位置ずれが生じ難くなる。

前記絶縁フィルムは、前記積層体の前記積層方向の端面をそれぞれ覆う二つの積層方向端面覆い部と、二つの前記積層方向端面覆い部を接続する接続部とを備えた平面コ字状に形成されていることが好ましい。この構成によれば、絶縁フィルムが少なくとも袋状の場合に比べて、絶縁フィルムの面積が小さい状態で、正極、負極及びセパレータが位置ずれせずにケース内に保持される。

前記絶縁フィルムは、袋状に形成されていてもよい。この構成によれば、積層体とケース内面との間の絶縁が絶縁フィルムによって確保されるため、ケースの横方向の寸法も小さくすることができる。

前記積層体は、積層された前記正極、前記負極及び前記セパレータの位置ずれを抑制する固定用のテープを設けずに、前記絶縁フィルムに覆われた状態で前記ケースに挿入される。この構成によれば、絶縁フィルムは、積層体の積層方向の端面と、ケースの内面との間に積層体の積層方向の端面を均一に押圧した状態で存在するため、電極組立体がケース内に収容された状態において、積層体の積層方向の端面に存在する部材の位置ずれがより発生し難くなる。

本発明によれば、生産性が向上し、蓄電装置が振動を受ける状態で使用されても、ケース内に収容された電極組立体の正極、負極及びセパレータの位置ずれが生じ難くなる。

一実施形態の二次電池の模式分解斜視図。 別の実施形態の絶縁フィルムと電極組立体を示す模式斜視図。 （ａ），（ｂ）は別の実施形態の絶縁フィルムの模式斜視図。 従来技術の電池の模式断面図。

以下、本発明を、蓄電装置としての二次電池（リチウムイオン二次電池）の製造方法に具体化した一実施形態を図１にしたがって説明する。
図１に示すように、二次電池１０は、ケース本体１２及びその開口部を覆う蓋１３とで構成された四角箱状のケース１１内に、積層型の電極組立体１４及び図示しない電解液が収容される。電極組立体１４は、集電体（金属箔）の少なくとも片面に活物質層が形成された正極１５と負極１６とが、セパレータ１７が間に存在する状態で積層された積層体１８を有する。ケース本体１２と蓋１３は、何れも金属製（例えば、ステンレス製やアルミニウム製）である。

各正極タブ１９は互いに溶接された状態で正極導電部材２０に接合されている。正極導電部材２０には、電極組立体１４と電気を授受する正極端子２１が接合されている。各負極タブ２２は互いに溶接された状態で負極導電部材２３に接合されている。負極導電部材２３には、電極組立体１４と電気を授受する負極端子２４が接合されている。正極端子２１及び負極端子２４は蓋１３を貫通してケース１１外に突出するとともに、正極端子２１及び負極端子２４は、蓋１３に形成された孔１３ａに嵌合固定された絶縁リング２５によって蓋１３から絶縁されている。

電極組立体１４を構成する多数の正極１５と、負極１６と、セパレータ１７とは、積層体１８の上側端部に貼付された固定用のテープ３１と、底部側端部に貼付された固定用のテープ３２とにより、相互に固定されている。

電極組立体１４は、積層体１８の積層方向における端面１８ａと、ケース本体１２の内面１２ａとの絶縁を確保するため、その外側を絶縁フィルム３３に覆われた状態でケース本体１２に挿入されて、ケース本体１２内に収容されるようになっている。絶縁フィルム３３は、ポリプロピレンなどの樹脂材料製であり、積層体１８の少なくとも正面、背面及び底面を覆うことが可能な大きさである。積層体１８の正面及び背面が積層体１８の積層方における端面１８ａとなる。絶縁フィルム３３が積層体１８の側面を覆わない場合は、積層体１８の側面とケース本体１２内面との絶縁を確保できる隙間を有する状態で、電極組立体１４が絶縁フィルム３３とともにケース１１内に収容されている。

絶縁フィルム３３は、積層体１８の積層方向の端面１８ａをそれぞれ覆う二つの積層方向端面覆い部３３ａと、二つの前記積層方向端面覆い部３３ａを接続する接続部３３ｂとを備えている。この実施形態では、接続部３３ｂは、電極組立体１４のケース本体１２の底部と対向する面を覆うように形成されている。

絶縁フィルム３３は、電極組立体１４とケース本体１２の内面１２ａとの隙間を塞ぎ、電極組立体１４とともに絶縁フィルム３３がケース本体１２に収容された状態で、積層体１８を構成する正極１５、負極１６及びセパレータ１７間のずれが生じないように積層体１８を押圧した状態になる厚さに形成されている。詳述すると、絶縁フィルム３３は、ケース１１の積層体１８の積層方向と対向する内面１２ａの間隔と、積層体１８の厚みとの差に対応する厚みの１／２の厚みを有する。ここで、「差に対応する厚み」とは、差と同じあるいは差より大きく、積層体１８を絶縁フィルム３３で覆って押圧した状態でケース１１内に挿入可能な厚み以下の厚みを意味する。

次に前記のように構成された二次電池１０の製造方法を説明する。
二次電池１０の製造方法のうち、正極１５、負極１６及びセパレータ１７の積層体１８は一般的な方法で製造されるため、製造された後の積層体１８を使用して積層体１８を加圧後固定して電極組立体１４とする電極組立体１４の製造工程と、電極組立体１４を絶縁フィルム３３と共にケース本体１２に挿入する際に、絶縁フィルム３３の厚みを調整する厚み調整工程について説明する。

電極組立体１４の製造工程は、正極１５及び負極１６をセパレータ１７とともに積層して形成された積層体１８を加圧後固定して電極組立体１４とする固定工程と、固定後の電極組立体１４に正極端子２１及び負極端子２４を含む蓋側構造体に接続する組付工程とを備える。

固定工程では、積層体１８に積層方向に荷重を加えた状態で、積層体１８の積層方向における両端面に複数の固定用のテープ３１，３２を貼り付けて固定し、テープ３１，３２によって積層体１８を保持し、正極１５、負極１６及びセパレータ１７をずれが抑制された状態とする。テープ３１，３２で固定された積層体１８は、組付工程で正極導電部材２０及び正極端子２１が正極タブ１９に電気的に接続され、負極導電部材２３及び負極端子２４が負極タブ２２に電気的に接続される。

厚み調整工程では、電極組立体１４の厚みが測定される。電極組立体１４の厚みは、正極端子２１、負極端子２４が接続される前の、テープ３１，３２によって固定された後の積層体１８の厚みを測定してもよいし、正極端子２１、負極端子２４が接続されて電極組立体１４となった後に測定してもよい。そして、測定された電極組立体１４の厚みと、ケース本体１２の内壁面間の距離とから、目的とする厚みの絶縁フィルム３３を準備する。「目的とする厚み」とは、絶縁フィルム３３がケース１１内面と電極組立体との間隙を塞ぐに適した厚みを意味する。

目的とする厚みの絶縁フィルム３３を準備する工程として、この実施形態では、予め厚みの異なる複数種の絶縁フィルム３３を準備しておき、その複数種の絶縁フィルム３３から目的とする厚みの絶縁フィルム３３を選択する。

そして、選択された目的とする厚みの絶縁フィルム３３が、電極組立体１４の正面、背面及び底面を覆った状態で、電極組立体１４と共にケース本体１２に挿入された後、蓋１３が溶接される。その後、電解液の注入等が行われて二次電池１０が製造される。

二次電池１０として、ケース本体１２に電極組立体１４及び厚み調整部材を絶縁フィルムで覆う状態で挿入した場合に、ケース内に挿入される挿入物の実際の厚みは、次式により求められる。

挿入物の厚み＝積層体の厚み＋積層体厚み測定誤差＋（厚み調整部材厚み＋厚み調整部材厚み製造誤差）×厚み調整部材挿入枚数＋厚み調整部材接着剤厚み＋（絶縁フィルム厚み＋絶縁フィルム厚み製造誤差）×２
一方、厚み調整を絶縁フィルム３３のみで行う場合、ケース内に挿入される挿入物の厚みは次式により求められる。

挿入物の厚み＝積層体の厚み＋積層体厚み測定誤差＋（絶縁フィルム厚み＋絶縁フィルム厚み製造誤差）×２
したがって、絶縁フィルム３３のみで厚み調整を行う場合は、厚み調整部材で厚み調整を行う場合と比較して、「厚み調整部材厚み製造誤差×厚み調整部材挿入枚数」分の誤差を削減できることが分かる。

二次電池１０の使用中、発熱により電極組立体１４（積層体１８）が膨張しようとする。従来技術のように電極組立体１４と絶縁フィルム３３との間に厚み調整部材が存在すると、厚み調整部材に起因する厚みの誤差が大きくなって、電極組立体１４の膨張がケース１１により抑えられ難くなる。その結果、蓄電装置が車両に搭載されるなど、振動を受ける状態で使用された場合、電極組立体１４の正極１５、負極１６及びセパレータ１７の位置ずれが発生し易くなる。

一方、この実施形態の場合は、厚み調整部材を使用せず、電極組立体１４は正面及び背面が絶縁フィルム３３によって覆われた状態でケース１１に収容されており、絶縁フィルム３３は、ケース１１の内面１２ａと積層体１８の積層方向の端面との隙間を塞ぐ厚みに形成されている。そのため、積層体１８の膨張しようとする力が絶縁フィルム３３を介してケース本体１２に作用し、積層体１８の膨張しようとする力がケース１１により抑えられる。その結果、蓄電装置が車両に搭載されるなど、振動を受ける状態で使用されても、ケース１１内に収容された電極組立体１４は、絶縁フィルム３３によって、正極１５、負極１６及びセパレータ１７が位置ずれせずにケース１１内に保持される。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）二次電池１０（蓄電装置）の製造方法は、正極１５と負極１６とが、セパレータ１７が間に存在する状態で積層された積層体１８を有する電極組立体１４が絶縁フィルム３３を介してケース１１内に収容された蓄電装置の製造方法である。そして、積層体１８の厚みを計測し、ケース１１の積層体１８の積層方向と対向する内面１２ａの間隔と、積層体１８の厚みとの差に対応する厚みの１／２の厚みを有する絶縁フィルム３３で、少なくとも積層体１８の積層方向の端面を覆った状態で、電極組立体１４をケース１１内に挿入する。そのため、蓄電装置が車両に搭載されるなど、振動を受ける状態で使用されても、ケース１１内に収容された電極組立体１４は、絶縁フィルム３３によって、正極１５、負極１６及びセパレータ１７が位置ずれせずにケース１１内に保持される。したがって、生産性が向上し、蓄電装置が振動を受ける状態で使用されても、ケース１１内に収容された電極組立体１４の正極１５、負極１６及びセパレータ１７の位置ずれが生じ難くなる。

（２）積層体１８は、積層された正極１５、負極１６及びセパレータ１７の位置ずれを抑制する固定用のテープ３１，３２で固定されている。そのため、電極組立体１４を絶縁フィルム３３によって覆った状態でケース１１に挿入する際、電極組立体１４を押圧しつつ絶縁フィルム３３で覆う必要が無く、作業が容易になる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 図２に示すように、絶縁フィルム３３は、二つの積層方向端面覆い部３３ａと、二つの積層方向端面覆い部３３ａを接続する接続部３３ｂとが平面コ字状に形成されていてもよい。この構成によれば、絶縁フィルム３３を構成する二つの積層方向端面覆い部３３ａの上下方向の長さを、接続部３３ｂが電極組立体１４の底面を覆う前記実施形態の場合に比べて一定にし易い。また、絶縁フィルム３３が少なくとも袋状の場合に比べて、絶縁フィルム３３の面積が小さい状態で、正極１５、負極１６及びセパレータ１７が位置ずれせずにケース１１内に保持される。

○ 図３（ａ）に示すように、絶縁フィルム３３は、平面コ字状に形成され二つの積層方向端面覆い部３３ａ及び接続部３３ｂに加えて、電極組立体１４の底面を覆う底面覆い部３３ｃを備えてもよい。

○ 図３（ｂ）に示すように、絶縁フィルム３３は、袋状に形成されてもよい。この構成によれば、積層体１８の厚さ方向の端面、幅方向両側の端面及び底面と、ケース１１の内面との間の絶縁が絶縁フィルム３３によって確保されるため、ケース１１の横方向の寸法も小さくすることができる。

○ 接続部３３ｂは、必ずしも電極組立体１４（積層体１８）の積層方向の端面と直交する一つの端面全体を覆う必要はなく、一部を覆う大きさであってもよい。
○ 絶縁フィルム３３は、袋状の絶縁フィルム３３から電極組立体１４の底部を覆う底面覆い部３３ｃを除いた、四角筒状であってもよい。

○ 積層体１８は、積層された正極１５、負極１６及びセパレータ１７の位置ずれを抑制する固定用のテープ３１，３２を設けずに、絶縁フィルム３３に覆われた状態でケース１１に挿入されてもよい。この場合、絶縁フィルム３３は、積層体１８の積層方向の端面と、ケース１１の内面１２ａとの間に積層体１８の積層方向の端面を均一に押圧した状態で存在するため、電極組立体１４がケース１１内に収容された状態において、積層体１８の積層方向の端面に存在する部材の位置ずれがより発生し難くなる。

○ 測定した電極組立体１４の厚みに対応する目的とする厚みの絶縁フィルム３３を、その都度製造してもよい。この場合、予め準備した厚みの異なる複数種の絶縁フィルム３３の中から、使用する絶縁フィルム３３を選択する場合に比べて、目的とする厚みのいかんに拘わらず、目的とする厚みの絶縁フィルム３３を準備することができる。

○ 電極組立体１４は、積層型の電極組立体に限らず、帯状の正極と帯状の負極とが、同じく帯状のセパレータを介して巻回されて扁平な積層体が構成される巻回型の電極組立体であってもよい。

○ 積層型の電極組立体１４の場合、セパレータ１７として袋状のセパレータを使用する。そして、正極１５及び負極１６のいずれか一方の電極を収容したセパレータと、他方の電極とを交互に積層して積層体１８を構成してもよい。

○ 二次電池１０は、リチウムイオン二次電池に限らず、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池等の他の二次電池であってもよい。
○ 蓄電装置は、二次電池１０に限らず、例えば、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のようなキャパシタであってもよい。

１０…蓄電装置としての二次電池、１１…ケース、１２ａ…内面、１４…電極組立体、１５…正極、１６…負極、１７…セパレータ、１８…積層体、１８ａ…端面、３１，３２…テープ、３３…絶縁フィルム、３３ａ…積層方向端面覆い部、３３ｂ…接続部。

Claims (4)

1. 正極と負極とが、セパレータが間に存在する状態で積層された積層体を有する電極組立体が絶縁フィルムを介してケース内に収容された蓄電装置の製造方法であって、
   前記積層体の厚みを計測し、前記ケースの前記積層体の積層方向と対向する内面の間隔と、前記積層体の厚みとの差に対応する厚みの１／２の厚みを有する前記絶縁フィルムで、少なくとも前記積層体の積層方向の端面を覆った状態で、前記電極組立体を前記ケース内に挿入することを特徴とする蓄電装置の製造方法。
2. 前記絶縁フィルムは、前記積層体の前記積層方向の端面をそれぞれ覆う二つの積層方向端面覆い部と、二つの前記積層方向端面覆い部を接続する接続部とを備えた平面コ字状に形成されている請求項１に記載の蓄電装置の製造方法。
3. 前記絶縁フィルムは、袋状に形成されている請求項１に記載の蓄電装置の製造方法。
4. 前記積層体は、積層された前記正極、前記負極及び前記セパレータの位置ずれを抑制する固定用のテープを設けずに、前記絶縁フィルムに覆われた状態で前記ケースに挿入される請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の蓄電装置の製造方法。

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