JP2019021415A - 蓄電装置の製造方法 - Google Patents

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真也 木村
和雄 片山
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和雄 片山
康寿 松浦
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康寿 松浦
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Abstract

【課題】絶縁カバーの取付けが容易な蓄電装置の製造方法を提供する。【解決手段】蓄電装置1の製造方法は、正極タブ14bが突出する端面18aを有する電極組立体10と、開口31を有する有底箱状の絶縁部材とを準備する準備工程と、正極タブ14b(負極タブ16b)の少なくとも一部が絶縁部材30の開口31から突出するように、電極組立体10の一部を絶縁部材30内に配置する配置工程と、配置工程の後、絶縁部材30の開口31から突出した正極タブ14b(負極タブ16b)の部分に導電部材40とを溶接する溶接工程と、溶接工程の後、導電部材40が絶縁部材30の外部に位置した状態で、導電部材40に対して絶縁カバー50を取り付ける取付工程と、取付工程の後、電極組立体10、絶縁部材30、導電部材40、及び絶縁カバー50をケース20に収容する収容工程と、を含む。【選択図】図8

Description

本発明の一側面は、蓄電装置の製造方法に関する。
特許文献1には、例えば電気自動車等に搭載される二次電池が記載されている。この二次電池は、矩形状の電池缶と、正極板、負極板、及びセパレータが共に扁平状に捲回された発電要素群と、発電要素群と電池缶を電気的に絶縁する絶縁部材とを備えている。正極板及び負極板のそれぞれは、接続板を介して外部端子に接続されている。
特開2011−198663号公報
ところで、タブをそれぞれ有する複数の電極が積層された電極組立体を備える蓄電装置は、電極組立体をケースから絶縁する有底箱状の絶縁部材に加えて、タブに接続された導電部材をケースから絶縁するために導電部材に取り付けられた絶縁カバーを更に備える場合がある。このような蓄電装置の製造方法では、絶縁カバーを導電部材に取り付ける際に、導電部材の少なくとも一部が絶縁部材の内部に位置していると、絶縁部材と絶縁カバーとが干渉し、絶縁カバーの取付けが困難となる場合がある。
本発明の一側面は、絶縁カバーの取付けが容易な蓄電装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一側面に係る蓄電装置の製造方法は、タブをそれぞれ有する複数の電極が積層された電極組立体であり、タブが突出する端面を有する電極組立体と、開口を有する有底箱状の絶縁部材とを準備する準備工程と、タブの少なくとも一部が絶縁部材の開口から突出するように、電極組立体の一部を絶縁部材内に配置する配置工程と、配置工程の後、絶縁部材の開口から突出したタブの部分に導電部材を溶接する溶接工程と、溶接工程の後、導電部材が絶縁部材の外部に位置した状態で、導電部材に対して絶縁カバーを取り付ける取付工程と、取付工程の後、電極組立体、絶縁部材、導電部材、及び絶縁カバーをケースに収容する収容工程と、を含む。
この蓄電装置の製造方法では、配置工程及び溶接工程の後、導電部材が絶縁部材の外部に位置した状態で、導電部材に対して絶縁カバーを取り付ける。これにより、絶縁カバーを導電部材に取り付ける際に、絶縁部材と絶縁カバーとの干渉が抑制される。したがって、絶縁カバーの取付けを容易に行うことができる。
電極は、活物質層を有し、配置工程において、絶縁部材は、複数の電極の積層方向から見て、活物質層を覆うように配置されてもよい。この場合、活物質層に直接触れずに電極組立体のハンドリング等を行うことができる。
収容工程において、電極組立体、絶縁部材、導電部材、及び絶縁カバーがケースに収容された状態で、複数の電極の積層方向から見て絶縁部材と絶縁カバーとは互いに重なる部分を有してもよい。積層方向から見て絶縁部材と絶縁カバーとが互いに重なる部分を有している構造では、絶縁カバーを導電部材に取り付ける際に絶縁部材と絶縁カバーとの干渉が生じることが考えられる。そのような場合であっても、上記方法によれば絶縁部材と絶縁カバーとの干渉が抑制されるので、絶縁カバーの取付けを容易に行うことができる。
本発明によれば、絶縁カバーの取付けが容易な蓄電装置の製造方法が提供される。
本発明の一実施形態によって製造される蓄電装置を示す斜視図である。 図1の蓄電装置を示す分解斜視図である。 電極組立体を示す分解斜視図である。 絶縁カバー付近を示す断面図である。 図1の蓄電装置の製造方法を説明するための図である。 図1の蓄電装置の製造方法を説明するための図である。 図1の蓄電装置の製造方法を説明するための図である。 図1の蓄電装置の製造方法を説明するための図である。 図1の蓄電装置の製造方法を説明するための図である。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付し、重複する説明を省略する。各図面にはXYZ直交座標系が示される場合がある。
図1は、本発明の一実施形態によって製造される蓄電装置を示す斜視図である。図2は、図1の蓄電装置を示す分解斜視図である。図1及び図2に示される蓄電装置1は、例えばリチウムイオン二次電池等といった非水電解質二次電池であり、ハイブリッド自動車又は電気自動車等の各種車両のバッテリとして用いられ得る。蓄電装置1は、複数の電極が積層された電極組立体10と、電極組立体10を収容するケース20と、電極組立体10をケース20から絶縁する絶縁部材30と、タブに接続される導電部材40と、導電部材40をケース20から絶縁する絶縁カバー50と、を備える。
図3に示されるように、電極組立体10は、それぞれが正極タブ14bを有する複数のシート状の正極(電極)11と、それぞれが負極タブ16bを有する複数のシート状の負極(電極)12と、を有する。正極11と負極12とは、例えばシート状のセパレータ13を介して交互に積層されている。正極11、負極12、及びセパレータ13のそれぞれは、例えば矩形状である。なお、セパレータ13は、シート状ではなく、袋状であってもよい。この場合、正極11はセパレータ13に包まれた状態で、負極12と交互に積層される。以降の説明では、複数の正極11及び複数の負極12が積層される方向を積層方向(X軸方向)として説明する。
正極11は、例えばアルミニウム等の導電性材料からなる正極集電体である金属箔14と、金属箔14の両面に形成された正極活物質層15と、を有する。金属箔14は、積層方向から見て矩形状の正極本体部14aと、正極本体部14aと一体に設けられた正極タブ14bとを有する。正極タブ14bは、正極本体部14aの上縁部14cから突出している。正極活物質層15は、正極本体部14aの表裏両面に形成されている。正極活物質層15は、正極活物質とバインダとを含んで形成された多孔質の層である。正極活物質としては、例えば複合酸化物、金属リチウム、又は硫黄等が挙げられる。複合酸化物には、例えばマンガン、ニッケル、コバルト、及びアルミニウムのうち少なくとも1つとリチウムとが含まれる。
負極12は、例えば銅等の導電性材料からなる負極集電体である金属箔16と、金属箔16の両面に形成された負極活物質層17と、を有する。金属箔16は、積層方向から見て矩形状の負極本体部16aと、負極本体部16aと一体に設けられた負極タブ16bとを有する。負極タブ16bは、負極本体部16aの上縁部16cから突出している。負極活物質層17は、負極本体部16aの表裏両面に形成されている。負極活物質層17は、負極活物質とバインダとを含んで形成された多孔質の層である。負極活物質としては、例えば黒鉛、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、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、SiOx(0.5≦x≦1.5)等の金属酸化物又はホウ素添加炭素等が挙げられる。
セパレータ13は、積層方向から見て矩形状を呈している。セパレータ13の材料としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、或いはポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、メチルセルロース等からなる織布又は不織布が例示される。
図2に示されるように、電極組立体10は、複数の正極11の正極本体部14aと複数の負極12の負極本体部16aとがセパレータ13を介して交互に積層された組立体本体18と、複数の正極タブ14bが積層された正極タブ積層体19aと、複数の負極タブ16bが積層された負極タブ積層体19bと、を有する。
組立体本体18は、正極タブ積層体19a(正極タブ14b)及び負極タブ積層体19b(負極タブ16b)が突出する端面18aと、端面18aとは反対側の底面18bと、端面18a及び底面18bに交差する方向に延在する側面18c,18dとを有する。一対の側面18cは、X軸方向において組立体本体18を挟んで互いに反対側に配置される。一対の側面18dは、Y軸方向において組立体本体18を挟んで互いに反対側に配置される。正極タブ積層体19a(正極タブ14b)及び負極タブ積層体19b(負極タブ16b)は、端面18aから突出方向(Z軸方向)に突出している。正極タブ積層体19aと負極タブ積層体19bとは、Y軸方向に離間して配置されている。
ここで、積層方向(X軸方向)から見て、セパレータ13は、正極本体部14a及び負極本体部16aよりも大きく形成されている。正極11及び負極12は、正極本体部14a及び負極本体部16aのそれぞれがセパレータ13よりも内側に位置するように配置される。すなわち、組立体本体18の端面18aは、複数のセパレータ13の上縁部13cによって形成されている。
ケース20は、開口部21aを有する箱状の本体部21と、開口部21aを塞ぐ蓋部22とを有する。本体部21は、矩形平板状の底部21bと、底部21bの一対の短側縁からZ軸方向に延びる一対の第1側壁21cと、底部21bの長側縁からZ軸方向に延び、且つ一対の第1側壁21cに交差する一対の第2側壁21dとを有する。ケース20は、例えばアルミニウム等の金属材料によって形成されている。ケース20の内部には、例えば、非水系(有機溶媒系)の電解液が収容されている。
電極組立体10は、一対の側面18cがケース20の一対の第2側壁21dと対向し、一対の側面18dがケース20の一対の第1側壁21cと対向するように、ケース20内に収容されている。電極組立体10とケース20との間には、絶縁部材30が配置されている。絶縁部材30は、開口31を有する有底箱状を呈しており、電極組立体10を包んでいる。突出方向における絶縁部材30の寸法は、突出方向における組立体本体18の寸法より大きい。絶縁部材30は、例えばシート状の5枚のフィルムを組み合わせることによって形成される。また、絶縁部材30は、1枚のフィルムを有底箱状に成型することによって形成されてもよい。絶縁部材30は、例えば絶縁性樹脂材料によって構成されている。
蓋部22には、外部と電気的に接続可能な正極端子23及び負極端子24が互いに離間して配置されている。正極端子23及び負極端子24のそれぞれは蓋部22を貫通し、Z軸方向にケース20から突出している。正極端子23及び負極端子24のそれぞれは、シール部材25及び絶縁リング26を介して、ナット27によって蓋部22に固定されている。
導電部材40は、正極タブ積層体19aに接続される正極導電部材40aと、負極タブ積層体19bに接続される負極導電部材40bとを含む。正極導電部材40aは正極端子23に接続され、負極導電部材40bは負極端子24に接続されている。このように、電極組立体10の正極タブ積層体19aは正極導電部材40aを介して正極端子23と電気的に接続されている。負極タブ積層体19bは、負極導電部材40bを介して負極端子24と電気的に接続されている。
次に、図2及び図4を参照して、絶縁カバー50付近の構造について説明する。図4は、絶縁カバー付近を示すXZ断面図である。なお、図4は、蓄電装置1を2つの部分(正極タブ積層体19aを含む部分と負極タブ積層体19bを含む部分)に分けたときに、正極タブ積層体19aを含む部分の構造を示している。負極タブ積層体19bを含む部分の構造は、正極タブ積層体19aを含む部分の構造と同様であるので、負極タブ積層体19bを含む部分の構造の説明は省略する。
図2及び図4に示されるように、絶縁カバー50は、導電部材40と蓋部22との間に配置されている。絶縁カバー50は、矩形状の本体部51を有する。本体部51は、電極組立体10の端面18aに沿って延在し、正極導電部材40a及び負極導電部材40bの両方を覆っている。このように、絶縁カバー50の本体部51は、蓋部22と正極タブ積層体19a(負極タブ積層体19b)との間に介在している。また、絶縁カバー50は、本体部51の長手方向に沿った一縁部から延びる第1側壁部52を有する。第1側壁部52はZ軸方向に沿って、電極組立体10に向けて突出している。第1側壁部52は、積層方向(X軸方向)の一端側に配置され、ケース20の第2側壁21dと導電部材40(正極導電部材40a及び負極導電部材40b)との間に配置されると共に、正極タブ積層体19a及び負極タブ積層体19bの折曲げ部を覆っている。このように、第1側壁部52は、絶縁部材30と正極タブ積層体19a(又は負極タブ積層体19b)との間に介在し、X軸方向から見て絶縁部材30とオーバーラップしている。すなわち、絶縁部材30と絶縁カバー50とは、互いに重なる部分を有している。
また、絶縁カバー50は、本体部51の長手方向に沿った他縁部から延びる第2側壁部53を有する。第2側壁部53はZ軸方向に沿って、電極組立体10に向けて突出している。第2側壁部53は積層方向の他端側に配置され、ケース20の第2側壁21dと導電部材40(正極導電部材40a及び負極導電部材40b)との間に配置されている。第2側壁部53とケースの第2側壁21dとの間には絶縁部材30が介在している。すなわち、X軸方向から見て第2側壁部53と絶縁部材30とはオーバーラップしている。このように絶縁カバー50を設けることにより、導電部材40、正極タブ積層体19a、及び負極タブ積層体19bはケース20から絶縁されている。
次に、図5〜図9を参照して、本発明の一実施形態に係る蓄電装置の製造方法について説明する。図5〜図9は、図1に示す蓄電装置の製造方法を説明するための図である。まず、図5(a)に示されるように、電極組立体10を準備し(準備工程)、絶縁部材30によって電極組立体10を包む。このとき、電極組立体10の正極タブ積層体19a及び負極タブ積層体19bが絶縁部材30の開口31側に位置し、積層方向から見て、正極タブ積層体19aの少なくとも一部、及び、負極タブ積層体19bの少なくとも一部が、絶縁部材30の開口31から突出するように、電極組立体10の一部を絶縁部材30内に配置する(配置工程)。より具体的には、正極導電部材40aが溶接される正極タブ積層体19aの部分、及び、負極導電部材40bが溶接される負極タブ積層体19bの部分が、共に絶縁部材30の外部に位置するように、電極組立体10の一部を絶縁部材30内に配置する。絶縁部材30の開口31側の縁部31aは、電極組立体の端面18aから突出した状態である。すなわち、電極組立体10の組立体本体18の全体が絶縁部材30内に配置されている。
次に、図5(b)に示されるように、絶縁部材30の縁部31aが電極組立体10の端面18aから突出しないように、電極組立体10の組立体本体18の一部を絶縁部材30内に配置する。このとき、例えば図5(a)に示される状態から絶縁部材30をずらすことにより、縁部31aが端面18aから突出しない状態とすることができる。ここで、「突出しない状態」とは、積層方向から見て、絶縁部材30の縁部31aが電極組立体10の端面18aよりも底面18b側に位置する状態、又は絶縁部材30の縁部31aと電極組立体10の端面18aとが一致している状態をいう。電極組立体10の底面18bと絶縁部材30との間には空隙が設けられる。絶縁部材30は、電極組立体10の端面18aの法線方向から見て電極組立体10を取り囲むように配置される。これにより、端面18aに沿った方向において、正極11、負極12、及びセパレータ13が位置ずれすることを抑制できる。このように、配置工程は、絶縁部材30の縁部31aが電極組立体10の端面18aから突出しない状態となるように、電極組立体10の一部を絶縁部材30内に配置する(絶縁部材30をずらす)ステップを含んでいてもよい。なお、図5(a)に示される状態を経ずに、図5(b)に示されるように絶縁部材30を配置してもよい。
また、図6に示されるように、配置工程において、絶縁部材30は、積層方向から見て、正極活物質層15(又は負極活物質層17)を覆うように配置される。すなわち、絶縁部材30の縁部31aは、正極タブ積層体19a(負極タブ積層体19b)における正極導電部材40a(負極導電部材40b)が溶接される部分と、正極11の正極本体部14a(又は負極12の負極本体部16a)の上縁部14cとの間の領域R内に位置するように配置される。なお、積層方向から見て、絶縁部材30の縁部31aは、正極本体部14a(又は負極12の負極本体部16a)の上縁部14cと一致していてもよい。
次に、図7(a)に示されるように、チャック70を用いて電極組立体10と絶縁部材30とを互いに固定する。これにより、絶縁部材30の縁部31aが電極組立体10の端面18aから突出しない状態から、電極組立体10と絶縁部材30との位置関係がずれることを抑制することができる。
次に図7(b)に示されるように、絶縁部材30の開口31から突出した正極タブ積層体19aの部分に正極導電部材40aを溶接し、絶縁部材30の開口31から突出した負極タブ積層体19bの部分に負極導電部材40bを溶接する(溶接工程)。溶接は、例えば、正極タブ積層体19aと正極導電部材40aとを重ね合わせ、レーザ光源80から出射されるレーザービームLを照射することによって行われる。溶接工程においても、絶縁部材30の縁部31aが電極組立体10の端面18aから突出しない状態が保たれている。
次に、図8に示されるように、溶接工程の後、絶縁部材30の縁部31aが電極組立体10の端面18aから突出しない状態、すなわち、導電部材40(正極導電部材40a及び負極導電部材40b)が絶縁部材30の外部に位置した状態で、導電部材40に対して絶縁カバー50を取り付ける(取付工程)。なお、「導電部材40が絶縁部材30の外部に位置した状態」とは、積層方向から見て、導電部材40と絶縁部材30とが互いに重なる部分を有していない状態である。導電部材40に対して絶縁カバー50を取り付けることにより、正極タブ積層体19a及び負極タブ積層体19bは湾曲した状態となる。
次に、図1に示されるように、電極組立体10、絶縁部材30、導電部材40、及び絶縁カバー50をケース20に収容する(収容工程)。まず、図9に示されるように、ケース20の本体部21内に電極組立体10及び絶縁部材30を挿入する。チャック70を電極組立体10から離すことによって、重力により電極組立体10が落下する。その結果、電極組立体10の底面18bが絶縁部材30に接触して、絶縁部材30の縁部31aが電極組立体の端面18aから突出した状態になる。絶縁部材30の縁部31aは、積層方向から見て絶縁カバー50とオーバーラップしている。その後、蓋部22に取り付けられた正極端子23及び負極端子24のそれぞれに対して導電部材40を接続する。最後に、ケース20内に電解液を注入し、本体部21と蓋部22とを接合してケース20を密閉する。以上の工程により、図1の蓄電装置1が得られる。
以上説明したように、蓄電装置1の製造方法では、溶接工程及び配置工程の後、導電部材40が絶縁部材30の外部に位置した状態で、導電部材40に対して絶縁カバー50を取り付ける。これにより、絶縁カバー50を導電部材40に取り付ける際に、絶縁部材30と絶縁カバー50との干渉が抑制される。したがって、絶縁カバー50の取付けを容易に行うことができる。
また、正極11は正極活物質層15を有し、負極12は負極活物質層17を有している。配置工程において、絶縁部材30は、正極11及び負極12の積層方向から見て、正極活物質層15又は負極活物質層17を覆うように配置されている。これにより、正極活物質層15又は負極活物質層17に直接触れずに電極組立体10のハンドリング等を行うことができる。
また、収容工程において、電極組立体10、絶縁部材30、導電部材40、及び絶縁カバー50がケースに収容された状態で、積層方向から見て絶縁部材30と絶縁カバー50とは互いに重なる部分を有している。積層方向から見て絶縁部材30と絶縁カバー50とが互いに重なる部分を有している構造では、絶縁カバー50を導電部材40に取り付ける際に絶縁部材30と絶縁カバー50との干渉が生じることが考えられる。そのような場合であっても、上記方法によれば絶縁部材30と絶縁カバー50との干渉が抑制されるので、絶縁カバー50の取付けを容易に行うことができる。
また、電極組立体10における正極11、負極12、及びセパレータ13の位置ずれ等を抑制するために、絶縁テープが電極組立体10に貼付けられることがある。これに対し、電極組立体10を絶縁部材30で包むことにより、溶接工程、取付工程、及び収容工程において、絶縁部材30によって電極組立体10の位置ずれを抑制することができる。したがって、絶縁テープの数を低減することができ、蓄電装置1のコストを低減することが可能である。
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明されたが、本発明は上記実施形態に限定されない。
また、上記の実施形態では、取付工程の後に収容工程を行う例について説明したが、ケース20の本体部21内に電極組立体10、絶縁部材30、及び導電部材40を半分挿入した状態(導電部材40が本体部21の外側に位置する状態)で取付工程を行ってもよい。
また、上記の実施形態では、取付工程の後に、正極端子23及び負極端子24のそれぞれに対して導電部材40を接続する例について説明したが、取付工程の前に、正極端子23及び負極端子24のそれぞれに対して導電部材40を接続してもよい。この場合、例えば積層方向に沿って配列された2つの部分に分割可能な絶縁カバー50を用いて、積層方向の両側から導電部材40を挟み込むように、導電部材40に絶縁カバー50を取り付けることができる。また、この場合、例えば、蓋部22、正極端子23、負極端子24、及び導電部材40を含む蓋サブアッシーを形成した後に、正極タブ積層体19a(又は負極タブ積層体19b)と導電部材40とを溶接し、蓋部22を押すことにより電極組立体10の底面18bを絶縁部材30に接触させて電極組立体10及び絶縁部材30をケース20の本体部21内に挿入してもよい。
また、配置工程において、絶縁部材30は、正極活物質層15又は負極活物質層17を覆うように配置されることが好ましいが、正極活物質層15又は負極活物質層17が絶縁部材30から露出していてもよい。
また、上記の実施形態では、絶縁部材30の縁部31aが電極組立体10の端面18aから突出しないように、電極組立体10の組立体本体18の一部を絶縁部材30内に配置する例について説明したが、絶縁部材30の縁部31aが電極組立体10の端面18aから突出するように、電極組立体10の組立体本体18の全体を絶縁部材30内に配置してもよい。また、溶接工程及び取付工程も、絶縁部材30の縁部31aが電極組立体10の端面18aから突出するように、電極組立体10の組立体本体18の全体を絶縁部材30内に配置した状態で行われてもよい。
1…蓄電装置、10…電極組立体、11…正極(電極)、12…負極(電極)、13…セパレータ、14b…正極タブ(タブ)、15…正極活物質層(活物質層)、16b…負極タブ(タブ)、17…負極活物質層(活物質層)、18a…端面、20…ケース、30…絶縁部材、31a…縁部、40…導電部材、50…絶縁カバー。

Claims (3)

  1. タブをそれぞれ有する複数の電極が積層された電極組立体であり、前記タブが突出する端面を有する前記電極組立体と、開口を有する有底箱状の絶縁部材とを準備する準備工程と、
    前記タブの少なくとも一部が前記絶縁部材の前記開口から突出するように、前記電極組立体の一部を前記絶縁部材内に配置する配置工程と、
    前記配置工程の後、前記絶縁部材の前記開口から突出した前記タブの部分に導電部材を溶接する溶接工程と、
    前記溶接工程の後、前記導電部材が前記絶縁部材の外部に位置した状態で、前記導電部材に対して絶縁カバーを取り付ける取付工程と、
    前記取付工程の後、前記電極組立体、前記絶縁部材、前記導電部材、及び前記絶縁カバーをケースに収容する収容工程と、を含む、蓄電装置の製造方法。
  2. 前記電極は、活物質層を有し、
    前記配置工程において、前記絶縁部材は、前記複数の電極の積層方向から見て、前記活物質層を覆うように配置される、請求項1に記載の蓄電装置の製造方法。
  3. 前記収容工程において、前記電極組立体、前記絶縁部材、前記導電部材、及び前記絶縁カバーが前記ケースに収容された状態で、前記複数の電極の積層方向から見て前記絶縁部材と前記絶縁カバーとは互いに重なる部分を有する、請求項1又は2に記載の蓄電装置の製造方法。
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