JP6782548B2 - 電気化学セル及び電気化学セルの製造方法 - Google Patents
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Description
このような電気化学セルにおいては、電池容量並びに充電電流及び放電電流を大きくする観点から、電気化学セル内で対向している電極同士の面積を大きくすることが必要である。電気化学セルの製造方法としては、一対の帯状の電極を帯状のセパレータを介して対向させてケースに収め、電解液を電極及びセパレータに含浸させる方法が知られている。例えば、帯状の電極及び帯状のセパレータを、巻回した後に筒状又はコイン状のケースに収容したり、扁平状に変形させた後にラミネートフィルムに収容したりしている。
近年、ウエアブル機器の薄型化の要求に対応して、帯状の電極及び帯状のセパレータをつづら折り形状とした構成も検討されている。例えば、特許文献1では、帯状の電極をセパレータ袋体に収容する技術が提案されている。特許文献1では、負極電極の端部に負極集電体が露出している。
[電池]
図1に示すように、電池1は、平面視円形をなしている。図2を併せて参照し、電池1は、積層体2と、積層体2に含浸される不図示の電解質溶液と、積層体2を収容する外装体10と、を備えている。
図3に示すように、積層体2は、つづら折り形状に折り畳まれた負極電極3と、負極電極3と互い違いに積層するように負極電極3と交差する方向につづら折り形状に折り畳まれた正極構造体4と、を備えている。
負極電極3は、帯状をなしている。負極電極3は、後述する正極電極5と同様、複数のくびれ部3aと、複数の張出し部3bと、を備えている。以下、負極電極3の長手方向と直交する方向を「負極電極3の幅方向」という。
図4に示すように、正極構造体4は、正極電極5と、正極電極5を覆うセパレータ6と、を備えている。正極構造体4は、正極電極5とセパレータ6とを一体化したものである。正極構造体4の外形は、負極電極3の外形と実質的に同じ大きさである。
正極電極5は、帯状をなしている。具体的に、正極電極5は、複数のくびれ部5aと、複数の張出し部5bと、を備えている。以下、正極電極5の長手方向と直交する方向を「正極電極5の幅方向」という。くびれ部5aは、正極電極5の幅方向内側に窪んでいる。図5の平面視で、張出し部5bは、正極電極5の長手方向でくびれ部5aと隣り合う位置に配置されている。張出し部5bは、正極電極5の幅方向でくびれ部5aよりも外側に張り出している。張出し部5bは、円板状をなしている。
図4に示すように、セパレータ6は、帯状をなしている。セパレータ6は、上述した正極電極5と同様、複数のくびれ部6aと、複数の張出し部6bと、を備えている。セパレータ6におけるくびれ部6a及び張出し部6bの外形は、負極電極3におけるくびれ部3a及び張出し部3bと実質的に同じ大きさである。
図6に示すように、負極集電体露出部20aと折曲げ部5vとの間には、リチウムイオン(イオン)を透過させないイオン不透過部50が設けられている。イオン不透過部50は、充電時に正極電極5から負極集電体露出部20aに向けて移動しようとするリチウムイオンを透過せずに遮る部分である。イオン不透過部50は、3つの折曲げ部5vのそれぞれに配置されている(図2参照)。なお、図6においては、便宜上、折曲げ部5vが実質的に直角に折り曲げられた状態を示している。
図1及び図2を併せて参照し、外装体10は、正極缶体11と、負極缶体12と、正極缶体11と負極缶体12との間を電気的に絶縁するガスケット13と、を備えている。
正極缶体11及び負極缶体12は、有底円筒状をなしている。正極缶体11の内径は、負極缶体12の外径よりも大きい。負極缶体12の筒状部が正極缶体11に挿入された状態で、積層体2は、負極缶体12の底面と正極缶体11の底面との間に挟まれている。
次に、上述した電池1の製造方法の一例について説明する。
図7に示すように、電池1の製造方法は、正極電極5を所定形状に加工する電極加工工程S1と、正極電極5をセパレータ6で覆う電極被覆工程S2と、正極電極5とセパレータ6とを一体化した正極構造体4とする正極構造体形成工程S3と、正極構造体4と負極電極3とをつづら折り形状に折り畳むつづら折り工程S4(折曲げ部形成工程)と、を含む。
そして、正極集電体30の両面に正極用スラリーを塗布する。その後、正極用スラリーを乾燥させる。これにより、正極集電体30の両面に正極活物質層32を形成して正極用シートを得る。そして、正極用シートをスリッター等で上述した帯状に切り出して正極電極5を得る(電極加工工程S1)。
なお、電極加工工程S1では(すなわち、電極被覆工程S2の前)、正極電極5の外形を、負極電極3の外形よりも小さくする。
次に、正極構造体4のくびれ部を折り曲げ部T2に沿って矢印の方向V1とは反対方向(不図示)に折り曲げる。次に、負極電極3のくびれ部3aを折り曲げ部U2に沿って矢印の方向V2とは反対方向(不図示)に折り曲げる。
次に、正極構造体4のくびれ部を、折り曲げ部T3に沿って矢印の方向V1に折り曲げる。次に、負極電極3のくびれ部3aを折り曲げ部U3に沿って矢印の方向V2に折り曲げる。
このように、正極構造体4のくびれ部と、負極電極3のくびれ部3aとを、互い違いに交互に折り曲げていく。このようにつづら折りすることにより、上述した積層体2(図3参照)を得る。
図11は、第2実施形態に係る積層体の断面を示す、図6に相当する要部拡大図である。
第2実施形態では、イオン不透過部250は、負極集電体露出部20aと折曲げ部205vとの間に配置された樹脂層251である。折曲げ部205vには、正極活物質層非形成部32s(図6参照)が設けられていない。これらの点で、第2実施形態は第1実施形態と異なる。
図11に示すように、イオン不透過部250は、負極集電体露出部20aと折曲げ部205vとの間に配置された樹脂層251である。樹脂層251は、折曲げ部205vとセパレータ6との間に配置されている。負極電極3の法線方向において、樹脂層251の長さL21は、折曲げ部205vの長さL22と実質的に同じ長さとなっている。すなわち、負極電極3の法線方向において、樹脂層251の長さL21は、負極集電体露出部20aの長さL3(厚み)よりも十分に長くなっている。なお、図11においては、便宜上、折曲げ部205vが実質的に直角に折り曲げられた状態を示している。
図12に示すように、第2実施形態では、電極加工工程S201において、正極電極205のうち折曲げ部205vとなる部分(すなわち、正極電極205の展開状態におけるくびれ部5a)に正極活物質層非形成部32s(図6参照)を形成しない。また、電極加工工程S201の後かつ電極被覆工程S203の前に樹脂層設置工程S202を更に含む。また、つづら折り工程S205では、負極集電体露出部20aと折曲げ部205vとの間にイオン不透過部250として樹脂層251を配置する。これらの点で、第2実施形態は第1実施形態と異なる。
図15は、第3実施形態に係る積層体の断面を示す、図11に相当する要部拡大図である。
第3実施形態では、イオン不透過部350は、負極集電体露出部20aと折曲げ部205v(具体的には、正極構造体304の折曲げ部)との間に配置された樹脂層351である。この点で、第3実施形態は第2実施形態と異なる。
図15に示すように、イオン不透過部350は、負極集電体露出部20aと正極構造体304の折曲げ部(すなわち、セパレータ6の折曲げ部)との間に配置された樹脂層351である。すなわち、正極構造体304の内部には、樹脂層251(図11参照)は配置されていない。樹脂層351は、セパレータ6のうち折曲げ部205vと対向する部分と、負極集電体露出部20aとの間に配置されている。負極電極3の法線方向において、樹脂層351の長さL31は、正極構造体304の折曲げ部(すなわち、セパレータ6の折曲げ部)の長さL32と実質的に同じ長さとなっている。すなわち、負極電極3の法線方向において、樹脂層351の長さL31は、負極集電体露出部20aの長さL3(厚み)よりも十分に長くなっている。なお、図15においては、便宜上、正極構造体304の折曲げ部が実質的に直角に折り曲げられた状態を示している。
図16に示すように、第3実施形態では、電極加工工程S301の後かつ電極被覆工程S303の前ではなく、正極構造体形成工程S303の後であってつづら折り工程S305の前に樹脂層設置工程S304を更に含む。この点で、第3実施形態は第2実施形態と異なる。
図18は、第4実施形態に係る電池の製造方法のフローチャートである。
図12に示すように、第2実施形態では、電極加工工程S201の後に樹脂層設置工程S202を行っていた。これに対し、第4実施形態では、図18に示すように、電極加工工程S402の前に樹脂層設置工程S401を行う。この点で、第4実施形態は第2実施形態と異なる。
図19に示すように、樹脂層設置工程S401では、平面視長方形状の正極用シート405Aのうち折曲げ部205v(図11に相当)となる部分(すなわち、図13に示す正極電極205の展開状態におけるくびれ部5a)に樹脂層451を設置する。具体的に、正極用シート405Aのうち折曲げ部205vの内面(図11に示すつづら折り状態においてセパレータ6と対向する面)となる部分にのみ樹脂層451を設置する。例えば、樹脂層設置工程S401では、正極用シート405Aのうち折曲げ部205vの内面となる部分にのみエポキシ樹脂接着剤をスクリーン印刷することにより樹脂層451を形成する。なお、正極シート405Aのうち折曲げ部205vの内面となる部分にのみポリイミドテープ又はPETテープを貼付することにより樹脂層451を形成してもよい。
図20は、第5実施形態に係る電池の製造方法のフローチャートである。
図16に示すように、第3実施形態では、正極構造体形成工程S303の後に樹脂層設置工程S304を行っていた。これに対し、第5実施形態では、図20に示すように、正極構造体形成工程S504の前に樹脂層設置工程S503を行う。この点で、第5実施形態は第3実施形態と異なる。
図21に示すように、樹脂層設置工程S503では、平面視長方形状の正極被覆体504Aのうち折曲げ部205v(図15に相当)と対向することとなる部分(すなわち、図17に示す正極構造体304の展開状態におけるセパレータ6のくびれ部6a)に樹脂層551を設置する。ここで、正極被覆体504Aは、正極活物質層非形成部が形成されていない正極電極205(図15に相当)を図13に示す第一セパレータ41と第二セパレータ42とで挟んで覆ったものである。
Claims (15)
- 正極電極と、
負極集電体が露出した負極集電体露出部を有する負極電極と、
前記正極電極と前記負極電極との間に配置されたセパレータと、を備え、
前記正極電極は、前記セパレータを介して前記負極電極を挟むように折り曲げられるとともに、前記負極集電体露出部と対向する折曲げ部を有し、
前記負極集電体露出部と前記折曲げ部との間には、イオンを透過させないイオン不透過部が設けられ、
前記正極電極は、前記セパレータと一体化した正極構造体とされ、
前記正極電極の外形は、前記負極電極の外形よりも小さく、
前記正極構造体の外形は、前記負極電極の外形と同じ大きさであることを特徴とする電気化学セル。 - 前記正極電極は、正極集電体と、前記正極集電体を覆う正極活物質層とを備え、
前記折曲げ部には、前記正極活物質層が形成されていない正極活物質層非形成部が設けられ、
前記イオン不透過部は、前記正極活物質層非形成部の位置において前記負極集電体露出部と前記折曲げ部との間に形成された空間であることを特徴とする請求項1に記載の電気化学セル。 - 前記イオン不透過部は、前記負極集電体露出部と前記折曲げ部との間に配置された樹脂層であることを特徴とする請求項1に記載の電気化学セル。
- 前記樹脂層は、前記折曲げ部と前記セパレータとの間に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の電気化学セル。
- 前記負極電極の法線方向における前記樹脂層の長さは、前記負極電極の法線方向における前記折曲げ部の長さと同じ長さであることを特徴とする請求項3又は4に記載の電気化学セル。
- 前記樹脂層は、前記セパレータのうち前記折曲げ部と対向する部分と、前記負極集電体露出部との間に配置されていることを特徴とする請求項3から5の何れか一項に記載の電気化学セル。
- 前記負極電極と前記正極構造体とは、互い違いに積層するように互いに交差する方向につづら折り形状に折り畳まれていることを特徴とする請求項1から6の何れか一項に記載の電気化学セル。
- 正極電極と、負極集電体が露出した負極集電体露出部を有する負極電極と、前記正極電極と前記負極電極との間に配置されたセパレータと、を備えた電気化学セルの製造方法であって、
前記セパレータを介して前記負極電極を挟むように前記正極電極を折り曲げて、前記負極集電体露出部と対向する折曲げ部を形成する折曲げ部形成工程を含み、
前記折曲げ部形成工程では、前記負極集電体露出部と前記折曲げ部との間に、イオンを透過させないイオン不透過部を形成し、
前記折曲げ部形成工程の前、前記正極電極を、前記セパレータと一体化した正極構造体とする正極構造体形成工程を更に含み、
前記正極構造体形成工程の前、前記正極電極の外形を、前記負極電極の外形よりも小さくし、
前記正極構造体形成工程では、前記正極構造体の外形を、前記負極電極の外形と同じ大きさにすることを特徴とする電気化学セルの製造方法。 - 前記正極電極は、正極集電体と、前記正極集電体を覆う正極活物質層とを備え、
前記折曲げ部形成工程の前、前記正極電極のうち前記折曲げ部となる部分に、前記正極活物質層が形成されていない正極活物質層非形成部を形成し、
前記折曲げ部形成工程では、前記正極活物質層非形成部の位置において前記負極集電体露出部と前記折曲げ部との間に前記イオン不透過部として空間を形成することを特徴とする請求項8に記載の電気化学セルの製造方法。 - 前記折曲げ部形成工程では、前記負極集電体露出部と前記折曲げ部との間に、前記イオン不透過部として樹脂層を配置することを特徴とする請求項9に記載の電気化学セルの製造方法。
- 前記折曲げ部形成工程の前、前記正極電極のうち前記折曲げ部となる部分に前記樹脂層を設置する樹脂層設置工程を更に含むことを特徴とする請求項10に記載の電気化学セルの製造方法。
- 前記折曲げ部形成工程の前、前記セパレータのうち前記折曲げ部と対向することとなる部分に前記樹脂層を設置する樹脂層設置工程を更に含むことを特徴とする請求項10に記載の電気化学セルの製造方法。
- 前記樹脂層設置工程では、前記樹脂層の長さを、前記折曲げ部となる部分の長さと同じ長さとすることを特徴とする請求項11又は12に記載の電気化学セルの製造方法。
- 前記折曲げ部形成工程では、前記負極電極と前記正極構造体とを、互い違いに積層するように互いに交差する方向につづら折り形状に折り畳むことを特徴とする請求項8から13の何れか一項に記載の電気化学セルの製造方法。
- 前記正極構造体形成工程では、前記正極電極を、前記セパレータを構成する樹脂製の第一セパレータと樹脂製の第二セパレータとで挟んで覆った後、前記第一セパレータ及び前記第二セパレータ同士を熱融着することを特徴とする請求項8から14の何れか一項に記載の電気化学セルの製造方法。
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