JP5974853B2 - 電池の製造方法 - Google Patents
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Description
セパレータとしては、多孔質で熱可塑性樹脂からなり、所定温度以上になると溶融して自身の空孔を塞ぐものを用いる。このセパレータを用いると、過充電などによって電極体が所定温度以上に異常発熱した場合に、セパレータが溶融して自身の空孔を塞ぐことにより、セパレータを介した電池反応を速やかにシャットダウンさせて、電極体が更に高温に発熱するのを抑制できるからである。
また、「セパレータ」は、正極板及び負極板とは独立したシート状のセパレータでもよいし、後述するように、正極板及び負極板の少なくともいずれかの主面上に塗布形成されたセパレータ層でもよい。
また、セパレータの厚みを、捲回型電極体の径方向内側に位置する部位ほど厚く、径方向外側に位置する部位ほど薄くする形態としては、セパレータの厚みをその長手方向に徐々に変化させた形態のほか、セパレータの厚みを長手方向に階段状に変化させた形態が挙げられる。
なお、2つのセパレータ層の具体的な配置形態としては、例えば、正極板の両主面上にそれぞれ形成した形態、負極板の両主面上にそれぞれ形成した形態、正極板の片方の主面上と負極板の片方の主面上にそれぞれ形成した形態が挙げられる。
更に、「セル」の具体的な形態としては、平面視矩形状、平面視六角形状等の平面視多角形状のほか、平面視円状、平面視楕円形状、平面視長円形状などの形態が挙げられる。
また、「凹溝」の具体的な形態としては、グラビアロールの周方向に平行に延びる凹溝、グラビアロールの周方向に対して斜めに延びる凹溝、グラビアロールの幅方向(軸線方向)に平行に延びる凹溝が挙げられる。また、これらの凹溝を組み合わせてもよい。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図1に、本実施形態1に係る円筒型の電池10を示す。図2〜図5に、この電池10を構成する円筒状の捲回型電極体30及びこれを展開した状態を示す。更に、図6に、両主面41a,41b上にセパレータ層51を有する負極板41を示す。この電池10は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両や、ハンマードリル等の電池使用機器に搭載される円筒型(18650型)のリチウムイオン二次電池である。その電池容量は、500mAhである。この電池10は、円筒状の電池ケース20と、この電池ケース20内に収容された円筒状の捲回型電極体30と、この捲回型電極体30に接続された正極集電板60及び負極集電板70等から構成されている(図1参照)。また、電池ケース20内には、非水系の電解液27が保持されている。
なお、以下では、負極板41の長手方向NYのうち、捲回型電極体30を構成した状態において、径方向内側VAに位置させる向きを長手内側方向NA、径方向外側VBに位置させる向きを長手外側方向NBとする。これによれば、セパレータ層51は、長手内側方向NAの部位から長手外側方向NBの部位に向かうにつれて(捲回型電極体30の径方向内側VAの部位から径方向外側VBの部位に向かうにつれて)、徐々に厚みtが薄くされていると言える。
塗工工程後は、乾燥工程において、負極板41の主面41a上に形成した絶縁ペースト層51pを熱風により乾燥させて、セパレータ層51を形成する。
次に、正極集電板60を用意し、この捲回型電極体30の正極集電部31mに溶接する。更に、リード部材61と蓋部材23を用意し、リード部材61の一端側を正極集電板60に、他端側の蓋部材23に溶接する。その際、絶縁板28を正極集電板60と蓋部材23との間に介在させておく。また、負極集電板70を用意し、捲回型電極体30の負極集電部41mに溶接する。更に、捲回型電極体30の周囲を絶縁フィルム29で覆う。
次いで、第2の実施の形態について説明する。本実施形態2に係る電池10の製造方法では、セパレータ層(セパレータ)51の形成における塗工工程及びこれに用いるグラビア塗工装置200が、実施形態1に係る塗工工程及びグラビア塗工装置100と異なる。それ以外は、実施形態1と同様であるので、実施形態1と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
このうちグラビアロール210は、外周表面210aに保持した絶縁ペーストZPを、負極板41の主面41a上に塗布する。この外周表面210aは、グラビアロール210の幅方向WH及び周方向SHのうち少なくとも周方向SHに延びる多数の凹溝212が一定間隔で並んだ凹凸パターン(彫刻)211を有する。本実施形態2では、各々の凹溝212は、断面がV字状で、周方向SHに対して斜めに直線的に延びる(θ=45°で交差する)形態を有する(図10参照)。各々の凹溝212は、一定間隔で並んでおり、外周表面210aの単位面積当たりの凹溝212の容量は、実施形態1に係るセル112の容量が周方向SHで変化するのとは異なり、場所によらず一定である。この凹凸パターン211も、レーザ彫刻によって形成されている。なお、母材を押し当てて凹凸パターンを作製する機械彫刻により凹凸パターン211を形成してもよい。
塗工工程後は、実施形態1と同様に乾燥工程を行って、負極板41の主面41a上に形成した絶縁ペースト層51pを乾燥させて、セパレータ層51を形成する。
次いで、実施形態1,2に係る電池10及びその製造方法の効果を検証するために行った試験の結果について説明する。実施例1として、実施形態1に係る電池10(18650型、電池容量500mAh)を製造した。この電池10は、前述のように、セパレータ層51の厚みtが、捲回型電極体30の径方向内側VAに位置する部位ほど厚く、径方向外側VBに位置する部位ほど薄くされている。具体的には、セパレータ層51のうち、最も径方向内側VAに位置する端部51aの厚みt1がt1=30μmであり、最も径方向外側VBに位置する端部51bの厚みt2がt2=25μmである。なお、負極板41の長手方向NYの寸法La(セパレータ層の長手方向の寸法)はLa=1000mmであり、正極板31の長手方向の寸法は990mmである。
また、実施例3に係る電池では、負極板の長手方向NYの寸法LaをLa=1200mm、正極板の長手方向の寸法を1190mmとした。また、負極板に形成するセパレータ層を、厚みtが捲回型電極体の径方向内側VAに位置する部位ほど厚く(最も径方向内側VAに位置する部位の厚みt1がt1=31μm)、径方向外側VBに位置する部位ほど薄くなる(最も径方向外側VBに位置する部位の厚みt2がt2=25μm)形態とした。
場所によらず一定で81.2cm3/m2 である。また、ポンプで絶縁ペーストZPに掛
かる液圧Pzを、最大3.1kPaから最小2.1kPaまで徐々に減少させて、外周表面に保持される絶縁ペーストZPの量を徐々に減少させた。それ以外は、実施例5と同様とした。その結果、厚みtが負極板41の一方側NAに位置する部位ほど厚く(最内側で29μm)、他方側NBに位置する部位ほど薄くなる(最外側で25μm)セパレータ層を形成できた。
例えば、実施形態1,2では、捲回型電極体として、円筒状の捲回型電極体30を例示したが、これに限らず、例えば扁平状の捲回型電極体とすることもできる。即ち、帯状の正極板と帯状の負極板とを帯状で多孔質の熱可塑性樹脂からなる2つのセパレータを介して交互に互いに重ねて、軸線回りに扁平状に捲回した捲回型電極体としてもよい。
30 捲回型電極体
31 正極板
41 負極板(被塗布電極板)
41a,41b (負極板の)主面
51 セパレータ層(セパレータ)
51p 絶縁ペースト層
100,200 グラビア塗工装置
110,210 グラビアロール
110a,210a (グラビアロールの)外周表面
111,211 (外周表面の)凹凸パターン
112 セル
212 凹溝
120,220 ドクターブレード
130,230 液槽
245 ポンプ
250 圧力計
AX (捲回型電極体の)捲回軸
VY (捲回型電極体の)径方向
VA (捲回型電極体の)径方向内側
VB (捲回型電極体の)径方向外側
NY (負極板の)長手方向
NA (負極板の)長手内側方向(一方側)
NB (負極板の)長手外側方向(他方側)
TY (負極板の)厚み方向
t (セパレータ層の)厚み
t1 (セパレータ層の長手内側方向の端の)厚み
t2 (セパレータ層の長手外側方向の端の)厚み
ZP 絶縁ペースト
La (負極板の長手方向の)寸法
Lb (グラビアロールの)外周長
SH (グラビアロールの)周方向
SA (周方向の)一方側
SB (周方向の)他方側
WH (グラビアロールの)幅方向
RA 回転進行方向側
Claims (4)
- 帯状の正極板と帯状の負極板とを帯状で多孔質の熱可塑性樹脂からなる2つのセパレータを介して交互に重ねて捲回した捲回型電極体を備え、
前記セパレータは、それぞれ、前記捲回型電極体の径方向内側に位置する部位ほど厚く、径方向外側に位置する部位ほど薄くされてなる
電池の製造方法であって、
グラビアロールを備えるグラビア塗工装置を用いて、熱可塑性樹脂粒子を溶媒に分散させた絶縁ペーストを、前記正極板及び前記負極板の少なくともいずれかの被塗布電極板の主面上に塗布し、絶縁ペースト層を形成する塗工工程と、
前記絶縁ペースト層を乾燥させて、前記セパレータであるセパレータ層を形成する乾燥工程と、を備え、
前記グラビアロールは、
その外周長が、前記被塗布電極板の長手方向の寸法以上の寸法を有し、
その外周表面は、少なくとも前記被塗布電極板の長手方向の寸法以上の範囲について、前記グラビアロールの周方向の一方側から他方側に進むにつれて、この外周表面に保持される前記絶縁ペーストの量が多く又は少なくなる凹凸パターンを有し、
前記塗工工程は、
前記グラビアロールにより、前記絶縁ペースト層の厚みが前記被塗布電極板の長手方向の一方側から他方側に進むにつれて厚く又は薄くなる形態に、前記絶縁ペースト層を形成する工程である
電池の製造方法。 - 請求項1に記載の電池の製造方法であって、
前記外周表面の前記凹凸パターンは、
互いに独立した多数のセルで構成され、前記外周表面の単位面積当たりの前記セルの容量が、前記グラビアロールの周方向の一方側から他方側に進むにつれて大きく又は小さくなる形態である
電池の製造方法。 - 請求項1または請求項2に記載の電池の製造方法であって、
前記外周表面の前記凹凸パターンは、レーザ彫刻により形成されてなる
電池の製造方法。 - 帯状の正極板と帯状の負極板とを帯状で多孔質の熱可塑性樹脂からなる2つのセパレータを介して交互に重ねて捲回した捲回型電極体を備え、
前記セパレータは、それぞれ、前記捲回型電極体の径方向内側に位置する部位ほど厚く、径方向外側に位置する部位ほど薄くされてなる
電池の製造方法であって、
グラビアロールを備えるグラビア塗工装置を用いて、熱可塑性樹脂粒子を溶媒に分散させた絶縁ペーストを、前記正極板及び前記負極板の少なくともいずれかの被塗布電極板の主面上に塗布し、絶縁ペースト層を形成する塗工工程と、
前記絶縁ペースト層を乾燥させて、前記セパレータであるセパレータ層を形成する乾燥工程と、を備え、
前記グラビアロールは、その外周表面に、前記グラビアロールの幅方向及び周方向のうち少なくとも周方向に延びる多数の凹溝が一定間隔で並んだ凹凸パターンを有し、
前記グラビア塗工装置は、
前記外周表面上の前記絶縁ペーストを掻き取るドクターブレードと、
前記グラビアロールと前記ドクターブレードとの間に貯められた前記絶縁ペーストに掛かる液圧を変化させるポンプと、を備え、
前記塗工工程は、
前記ポンプで前記液圧を変化させて、前記ドクターブレードで掻き取られた後の前記外周表面に保持される前記絶縁ペーストの量を増加又は減少させ、
前記絶縁ペースト層の厚みが前記被塗布電極板の長手方向の一方側から他方側に進むにつれて厚く又は薄くなる形態に、前記絶縁ペースト層を形成する工程である
電池の製造方法。
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