JP5492125B2 - 二次電池、および二次電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、二次電池、および二次電池の製造方法に関する。

二次電池として、正極板と負極板との間にセパレータを設けた発電電極体をコイル状に巻回し、容器内に収納させた形式のものが知られている。セパレータには電解液が含浸させてあり、容器上面に取り付けた蓋体で発電電極体を容器内に密封し、蓋体に設けられた正負の電極端子を通して充放電を行わせる。

二次電池は、基本的に発電電極体の面積に応じて充放電量が決定されることから、小型で充放電量の大きい二次電池を形成するには、発電電極体を多く容器内に収納することが望まれる。

一方多くの発電電極体を狭い容器内に収納すると、発電電極体を密に巻回し、正極板と負極板との隙間が減少して、電解液がセパレータ内部に浸透させにくくなる。

またセパレータは、巻回作業などを円滑に行わせるため、セパレータの長手方向に沿った方向の引っ張り強度を、繊維や分子を揃えるなどして幅方向の引っ張り強度より強くすることがある。すると、例えば繊維が並べられた長手方向には電解液が浸透し易いが、セパレータの幅方向には電解液がセパレータの内部に容易に浸透しにくくなるなど、縦方向と横方向とでは電解液の浸透性が異なる異方性を有することがある。

そのため、巻回した発電電極体を容器に収納し、セパレータに電解液を浸透させようとしたとき、密に巻回してあり、かつ発電電極体の上下端面には電解液が浸透し難い端縁が露出するため、電解液を供給してもセパレータの内部に電解液が浸透するのに多くの時間がかかることがあった。

そこで従来は、正極板の表面に凹部を設けたり、電極体を収納した容器内部の圧力を低減させたり、低減させた後高めたりして電解液のセパレータへの浸透速度を上昇させることが知られている。また、プレゲル電解質溶液に界面活性剤を含有させて電解液との濡れ性を向上させたり、巻回した正負の電極体に電圧を印加して電解液の浸透速度を早めたりしたものが知られている。

特開２０００−１０６２１３号公報 特開２００２−２５６１８号公報 特開２００２−３３１１４号公報 特開２００３−２２３９２６号公報 特開２０１０−１６５５９１号公報

しかしながら、上記各例を用いても発電電極体のセパレータの内部に所望の速度で電解液を浸透させることはできず、電解液をセパレータに含浸させる作業に多くの時間がかかり、二次電池の製造に多くの手間と時間を要していた。

上記課題を解決するため、二次電池の製造方法を次のように構成した。

二次電池の製造方法は、正極板と、負極板と、前記正極板と前記負極板との間に設けられたセパレータとからなる発電要素を、積層させて、外枠体内に収納した二次電池の製造方法において、前記発電要素を前記外枠体内に、前記正極板と前記負極板との間に設けられた前記セパレータに、前記電解液が所定の速度で浸透する状態で収納する工程と、前記外枠体内を減圧した状態で、前記外枠体内の前記セパレータに前記電解液を供給する工程と、前記電解液を供給した後、前記外枠体を密封する工程と、前記セパレータに前記電解液を含浸させる工程と、前記セパレータに前記電解液を含浸させた後、前記外枠体を、前記発電要素の積層方向に押圧して、前記外枠体の幅を所定の長さに圧縮し、前記外枠体および積層した前記発電要素を所定形状に形成する工程を有する。

二次電池の一実施形態を示す斜視図である。 同二次電池の押圧以前の状態を示す斜視図である。 二次電池の製造方法の一実施形態を示す分解斜視図である。 同製造方法の一実施形態を示す斜視図である。 同製造方法の一実施形態を示す斜視図である。 二次電池の発電電極体の一実施形態を示す斜視図である。 同二次電池の一実施形態を示す断面図である。 同二次電池の一実施形態を示す断面図である。

二次電池、および二次電池の製造方法の一実施形態について説明する。

図１に、二次電池１０を示す。二次電池１０は、扁平な直方体形状で、上面に正負それぞれの電極端子３２、３４を備えている。図３に、二次電池１０の分解図を示す。図３に示すように二次電池１０は、外枠体１２と発電電極体１４と蓋体１６などから構成されている。

外枠体１２は、金属材料からなり、発電電極体１４を収納可能な形状を有している。外枠体１２は、奥行き方向（矢印ａで示す。）の厚みが幅方向（矢印ｂで示す。）の長さより短く形成してあり、奥行きに沿って設けられた側壁２０には蛇腹構造を有する可変部２２を備えている。可変部２２は、外枠体１２の上下左右の全ての壁面に形成してあり、可変部２２の折り畳み作用により側壁２０は、奥行き方向に縮小可能となっている。

尚可変部２２は、奥行き方向の長さが変更可能であれば、蛇腹構造に限らず他の構造でもよい。また可変部２２は、側壁２０の両側でなく、いずれか一方のみに形成されていればよい。更に外枠体１２は、奥行き方向以外でも、幅さ方向（矢印ｂで示す。）、あるいは高さ方向に変形可能であっても、少なくとも発電電極体１４の積層方向に沿った可変部２２を備え、かかる方向に縮小可能であればよい。

発電電極体１４は、断面楕円の円筒状を有し、図６に示すように、正極板２６と、負極板２８と、セパレータ３０とからなる発電要素１３から構成されている。セパレータ３０には電解液が含浸してあり、正極板２６と負極板２８との間に電解液を含浸したセパレータ３０を挟み発電要素１３は充放電可能となっている。発電電極体１４は、連続した発電要素１３を楕円状に巻回して形成されている。セパレータ３０は、例えばガラス繊維や樹脂材からなり、電解液を含浸する素材から形成されている。

蓋体１６は、上述した正負それぞれの電極端子３２、３４を具え、外枠体１２の上面に取り付けられる。正の電極端子３２は発電電極体１４の正極板２６に、負の電極端子３４は負極板２８にそれぞれ接続している。発電電極体１４は巻回した状態で、外枠体１２内に収納され、蓋体１６が取り付けられた、容器としての外枠体１２内に密封されている。二次電池１０は、外部から電力が加えられると発電要素１３で電気化学反応を起こし蓄電し、負荷が接続されると逆反応により放電し、充放電が繰り返し行われる。

次に、二次電池１０を製造する二次電池の製造方法について説明する。

正極板２６の表面にセパレータ３０を配置し、セパレータ３０の表面に負極板２８を配置して発電要素１３を形成し、形成した発電要素１３を順次巻付部に巻きつける。巻付部は、断面楕円形で、駆動機構により回転駆動し、所定の引っ張り強度で発電要素１３を巻回して発電電極体１４を形成する。

発電要素１３を巻回する所定の引っ張り強度は、かかる引っ張り強度で発電要素１３を所定巻き数巻付部に巻き付け、発電電極体１４を形成した後、巻付部から発電電極体１４を外し、発電電極体１４の上下端面、つまり正極板２６と負極板２８とセパレータ３０との積層状態が露出している端面から電解液を所定の減圧下において供給したとき、セパレータ３０内に電解液が所定速度で浸透し、所定時間内に電解液がセパレータ３０の全体に含浸されるように正極板２６と負極板２８との間に隙間が形成される状態を構成する強度である。

かかる引っ張り強度で巻回した発電電極体１４を、図１に示すように外枠体１２内に収納する。外枠体１２は、押圧以前の拡大された形状の外枠体１２である。発電電極体１４を外枠体１２に収納したなら外枠体１２に蓋体１６を取り付ける。蓋体１６は、外枠体１２に密着させ、蓋体１６に設けられた注入口４０を残して外枠体１２の内部を密閉する。

蓋体１６を取り付けたら、発電電極体１４を収納した外枠体１２を、図４に示すように減圧装置４２内に収容し、減圧装置４２を作動させる。減圧装置４２は、バキュームポンプに接続しており、外枠体１２の内部を所定の減圧状態に保持する。減圧装置４２により減圧雰囲気を保持した状態で外枠体１２の内部に、蓋体１６に設けられた注入口４０を通して注入装置４４から電解液を注入する。電解液を外枠体１２内に注入した後、注入口４０を封じる。注入口４０は、外枠体１２における内外の圧力差には容易に開口しない強度で封口する。

発電電極体１４を収納し注入口４０を閉じた外枠体１２を減圧装置４２から取り出し、所定時間、例えば電解液がセパレータ３０全体に浸透したと推定される時間が経過した後プレス機４６にて押圧する。プレス機４６は、外枠体１２を奥行き方向に沿って押圧し、外枠体１２の奥行き幅を所定の長さに形成する。外枠体１２の形成は、外枠体１２の側壁２０に形成されている蛇腹構造の可変部２２がプレス機４６による押圧で変形して行う。それとともに外枠体１２内に収納されている発電電極体１４が、図７の状態から図８に示すようなより扁平な楕円状の形状に押圧変形される。

図１および図８に示す二次電池１０の状態は、二次電池１０として所望の形状、状態であり、かかる状態が二次電池１０として完成された形状である。したがって、上記二次電池の製造方法によれば、巻回された発電電極体１４が、外枠体１２内部に、電解液がセパレータ３０内に所定の速度で浸透する状態で収納されているので、供給した電解液をセパレータ３０に所定の時間で含浸させることができる。

これにより、電解液のセパレータ３０への含浸時間が所望の時間で完了し、二次電池を短時間、低コストで製造できる。二次電池１０は所定の形状に押圧成形されているので、所望の形状に小型化されている。

尚、外枠体１２の内部が減圧された状態を保持してプレス機４６で押圧されているので、プレス機４６による押圧変形により外枠体１２内の圧力が過大に上昇することはない。また、外枠体１２が所定形状の幅に押圧されるように、外枠体１２内への電解液の注入量を設定し、外枠体１２と蓋体１６との間に所定容量の空間を形成させてもよい。また、外枠体１２を金属製としたが、他の材質であってもよく、外枠体１２を他の材質で形成しても同様な効果を得ることが可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
正極板と、負極板と、前記正極板と前記負極板との間に設けられたセパレータとからなる発電要素を、外枠体内に積層させて収納した二次電池において、
前記発電要素を前記外枠体内に、前記セパレータに前記電解液が所定の速度で浸透する状態で収納し、
前記外枠体内を減圧した状態で、前記外枠体内の前記セパレータに前記電解液を供給するとともに、前記電解液を供給した後、前記外枠体を密封し、
前記セパレータに前記電解液を含浸させた後、前記外枠体を、前記発電要素の積層方向に押圧し、前記外枠体および積層した前記発電要素を所定形状に形成することを特徴とした二次電池の製造方法。
［２］
前記発電要素は、楕円形状に巻回され、巻回された前記発電要素を前記楕円形状の短径方向に押圧することを特徴とした［１］に記載の二次電池の製造方法。
［３］
前記発電要素は、前記セパレータに前記電解液を供給したとき、前記電解液が所定の速度で前記セパレータに浸透する張力で巻回させたことを特徴とする［１］または［２］に記載の二次電池の製造方法。
［４］
正極板と負極板と前記正極板と前記負極板との間に設けられたセパレータとからなる発電要素を積層して形成された発電電極体と、
前記発電電極体を積層した状態で収納する外枠体と、を備え、
前記外枠体内に、前記セパレータに電解液が所定の速度で浸透する状態で前記発電電極体を収納させ、減圧装置で前記外枠体内を減圧させた状態で、前記発電電極体に供給した前記電解液を前記セパレータに含浸させるとともに、減圧させた状態で蓋体により密封した前記外枠体を、押圧装置により前記発電要素の積層方向から押圧して、前記外枠体を所定形状に形成したことを特徴とする二次電池。
［５］
前記発電電極体は、前記発電要素を楕円状に連続して巻回して、該発電要素を積層させ、
前記外枠体は、該外枠体の外周面の内の少なくとも一面に、該一面と対向する対向面との間で、前記一面と前記対向面との間隔が変更されるように変形可能な可変部を前記一面の周縁に有し、
前記発電電極体を、前記発電要素が積層された方向と前記可変部の変形方向とを合わせて前記外枠体内に収納したことを特徴とする［４］に記載の二次電池。

１０…二次電池 １２…外枠体 １３…発電要素 １４…発電電極体 １６…蓋体 ２０…側壁 ２２…可変部 ２６…正極板 ２８…負極板 ３０…セパレータ ４０…注入口 ４２…減圧装置 ４４…注入装置 ４６…プレス機。

Claims (6)

1. 正極板と、負極板と、前記正極板と前記負極板との間に設けられたセパレータとからなる発電要素を、積層させて、外枠体内に収納した二次電池の製造方法において、
   前記発電要素を前記外枠体内に、前記正極板と前記負極板との間に設けられた前記セパレータに、前記電解液が所定の速度で浸透する状態で収納する工程と、
   前記外枠体内を減圧した状態で、前記外枠体内の前記セパレータに前記電解液を供給する工程と、
   前記電解液を供給した後、前記外枠体を密封する工程と、
   前記セパレータに前記電解液を含浸させる工程と、
   前記セパレータに前記電解液を含浸させた後、前記外枠体を、前記発電要素の積層方向に押圧して、前記外枠体の幅を所定の長さに圧縮し、前記外枠体および積層した前記発電要素を所定形状に形成する工程を有することを特徴とした二次電池の製造方法。
2. 前記発電要素は、楕円形状に巻回され、巻回された前記発電要素を前記楕円形状の短径方向に押圧することを特徴とする請求項１に記載の二次電池の製造方法。
3. 前記発電要素は、前記セパレータに前記電解液を供給したとき、前記電解液が所定の速度で前記セパレータに浸透する張力で巻回させたことを特徴とする請求項１または２に記載の二次電池の製造方法。
4. 正極板と負極板と前記正極板と前記負極板との間に設けられたセパレータとからなる発電要素を積層して形成された発電電極体と、
   前記発電電極体を積層した状態で収納する外枠体と、を備え、
   前記外枠体内に、前記正極板と前記負極板との間に設けられた前記セパレータに、電解液が所定の速度で浸透する状態で前記発電電極体を収納させ、減圧装置で前記外枠体内を減圧させた状態で、前記発電電極体に供給した前記電解液を前記セパレータに含浸させるとともに、減圧させた状態で蓋体により密封した前記外枠体を、押圧装置により前記発電要素の積層方向から押圧して、前記外枠体の幅を所定の長さに圧縮し、前記外枠体を所定形状に形成したことを特徴とする二次電池。
5. 前記発電電極体は、前記発電要素を楕円状に連続して巻回して、該発電要素を積層させ、
   前記外枠体は、該外枠体の外周面の内の少なくとも一面に、該一面と対向する対向面との間で、前記一面と前記対向面との間隔が変更されるように変形可能な可変部を前記一面の周縁に有し、
   前記発電電極体を、前記発電要素が積層された方向と前記可変部の変形方向とを合わせて前記外枠体内に収納したことを特徴とする請求項４に記載の二次電池。
6. 前記可変部は蛇腹構造であることを特徴とする請求項５に記載の二次電池。

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