JP7020412B2 - 電極アセンブリおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
しかし、実際の打ち抜き加工では、通常、加工対象物の厚さが厚くなればなるほど、クリアランスは大きく設定される。電極を所定の形状に形成するための打ち抜き加工では、加工部分により厚さが異なるが、クリアランスの大きさを加工部分ごとに設定することは通常行われていない。よって、クリアランスを最適に設定し、発生するバリの高さを、セパレータ(絶縁層を有する電極の場合は絶縁層)とは接触するが、向かい合う電極の活物質層または集電体まで達しない程度まで抑制することは困難である。
正極用集電体と、前記正極用集電体の少なくとも片面の予め定められた領域に形成された正極用活物質層と、を含み、打ち抜き加工によるバリを有して予め定められた形状に形成された少なくとも1つの正極と、
前記正極と対向配置され、負極用集電体と、前記負極用集電体の少なくとも片面の予め定められた領域に形成された負極用活物質層と、を含み、打ち抜き加工によるバリを有して予め定められた形状に形成された少なくとも1つの負極と、
を有し、
前記正極および前記負極の少なくとも一方は、前記正極用活物質層および前記負極用活物質層の少なくとも一方を覆って形成された絶縁層をさらに含み、
前記正極および前記負極の少なくとも一方は、対向する前記正極と前記負極の前記正極の外周縁と前記負極の外周縁とが近接する部分での前記バリの最大高さが、前記正極の外周縁および前記負極の外周縁のうち前記近接する部分以外の部分での前記バリの最大高さよりも小さい。
電解液と、
前記電極アセンブリおよび前記電解液を封止する外装体と、
を有する。
負極用集電体と、前記負極用集電体の少なくとも片面の予め定められた領域に形成された負極用活物質層と、を含む負極を用意する工程と、
を有し、
前記正極および前記負極の少なくとも一方は、前記正極用活物質層および前記負極用活物質層の少なくとも一方を覆って形成された絶縁層をさらに含み、
前記正極を打ち抜き加工によって予め定められた形状に形成する工程と、
前記負極を打ち抜き加工によって予め定められた形状に形成する工程と、
予め定められた形状に形成された前記正極および前記負極の少なくとも一方を、前記正極と前記負極とを対向配置したときに前記正極の外周縁と前記負極の外周縁とが近接する部分において、前記打ち抜き加工と比較してバリの高さが抑制された方法で第2の打ち抜き加工を行う工程と、
前記第2の打ち抜き加工の後、前記正極と前記負極とを対向配置する工程と、をさらに有する。
具体的には、正極11の延長部110aの位置と、負極12の延長部110aの位置とは、正極11と負極12とが積層された状態において互いに重ならない位置とされる。ただし、正極11の延長部110a同士および負極12の延長部110a同士は、それぞれ互いに重なる位置とされる。このような延長部110aの配置により、複数の正極11は、それぞれの延長部110aが一つに集められて溶接されることによって正極タブ10aを形成する。同様に、複数の負極12は、それぞれの延長部110aが一つに集められて溶接されることによって負極タブ10bを形成する。正極端子31は正極タブ10aに電気的に接続され、負極端子32は負極タブ10bに電気的に接続される。
このような電極アセンブリ10の、正極11と負極12との位置関係の一例を図5に示す。図5に示す例では、正極11および負極12は、それぞれ電流取り出し用の延長部11a、12aを有する形状に打ち抜き加工されており、負極12の面積は正極11の面積よりも大きい。また、正極11および負極12は、図3Bに示した構造を有しているものとする。したがって、正極11および負極12の延長部11a、12aは、図3Bに示した集電体110の延長部110aに相当し、この延長部110aには活物質層111は形成されていないが、絶縁層112は延長部110aの一部まで延びて形成されている。
(a)第2の打ち抜き加工を行う部分の厚さが、1回目の打ち抜き加工を行う部分のうち2回目の打ち抜き加工を行う部分以外の部分の厚さよりも薄い場合は、全体の形状を形成する1回目の打ち抜き加工と比較してダイとパンチとの間のクリアランスを小さくして打ち抜き加工を行う。
(b)上下抜き法による打ち抜き加工を行う。
(c)カウンターブランキング法による打ち抜き加工を行う。
(d)平押し法におる打ち抜き加工を行う。
なお、以下の説明では、特に限定されるものではないが、リチウムイオン二次電池における各要素について説明する。
負極は、例えば、負極活物質が負極用結着剤によって負極集電体に結着され、負極活物質が負極活物質層として負極集電体上に積層された構造を有する。本実施形態における負極活物質は、充放電に伴いリチウムイオンを可逆的に吸蔵及び放出が可能な材料であれば、本発明の効果を著しく損なわない限り任意のものを用いることができる。通常は、正極の場合と同様に、負極も集電体上に負極活物質層を設けて構成されたものを用いる。なお、正極と同様に、負極も適宜その他の層を備えていてもよい。
正極とは、電池内における高電位側の電極のことをいい、一例として、充放電に伴いリチウムイオンを可逆的に吸蔵、放出可能な正極活物質を含み、正極活物質が正極結着剤により一体化された正極活物質層として集電体上に積層された構造を有する。本発明の一形態において、正極は、単位面積当たりの充電容量を3mAh/cm2以上有し、好ましくは3.5mAh/cm2以上有する。また、安全性の観点などから単位面積当たりの正極の充電容量が、15mAh/cm2以下であることが好ましい。ここで、単位面積当たり充電容量とは、活物質の理論容量から計算される。すなわち、単位面積当たりの正極の充電容量は、(正極に用いられる正極活物質の理論容量)/(正極の面積)によって計算される。なお、正極の面積とは、正極両面ではなく片面の面積のことを言う。
(但し、0≦x<1、0<y≦1.2、MはCo、Al、Mn、Fe、Ti及びBからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素である。)
(材質および作製方法等)
絶縁層は、正極または負極の活物質層の一部を被覆するように絶縁層用スラリー組成物を塗布し、溶媒を乾燥除去することにより形成することができる。絶縁層は活物質層の片面のみに形成してもよいが、両面に絶縁層を形成した場合(特に対称構造として)、電極のソリを低減できるという利点がある。
次に、絶縁層の形成方法について説明する。絶縁層を形成するための材料としては、無機フィラー、バインダおよび溶媒を混合分散したペースト状(スラリー状またはインク状を含む。以下同じ。)のものが用いられる。
絶縁層の厚みは、1μm以上30μm以下であることが好ましく、2μm以上15μm以下であることがより好ましい。
電解液は、特に限定されないが、電池の動作電位において安定な非水電解液が好ましい。非水電解液の具体例としては、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、t-ジフルオロエチレンカーボネート(t-DFEC)、ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)等の環状カーボネート類;アリルメチルカーボネート(AMC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジプロピルカーボネート(DPC)等の鎖状カーボネート類;プロピレンカーボネート誘導体;ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸エチル等の脂肪族カルボン酸エステル類;γ―ブチロラクトン(GBL)等の環状エステル類、などの非プロトン性有機溶媒が挙げられる。非水電解液は、一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。また、スルホラン、フッ素化スルホラン、プロパンスルトン、プロペンスルトン等の含硫黄環状化合物を用いることが出来る。
セパレータを有する場合、セパレータとしては、特に制限されず、ポリプロピレン、ポリエチレン、フッ素系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート等の多孔質フィルムや不織布、また、これらを基材としてシリカやアルミナ、ガラスなどの無機物を、付着もしくは接合したものや、単独で不織布や布として加工したものを用いることができる。また、セパレータとしては、それらを積層したものを用いることもできる。
例えば、第1の打ち抜き加工では、正極11と負極12とを対向させたときに正極11の外周縁と負極12の外周縁とが近接する部分も含めて電極全体を打ち抜く。第1の打ち抜き加工では近接部分の形状は直線になる。第2の打ち抜き加工では近接部分だけを円弧の形状に打ち抜く。
複数の電池を組み合わせて組電池とすることができる。組電池は、例えば、本実施形態に係る2以上の電池を、直列および/または並列に接続した構成とすることができる。電池の直列数および並列数はそれぞれ、組電池の目的とする電圧および容量に応じて適宜選択することができる。
上述した電池またはその組電池は、車両に用いることができる。電池または組電池を利用できる車両としては、ハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バス等の商用車、軽自動車等)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)が挙げられる。なお、本実施形態に係る車両は自動車に限定されるわけではなく、他の車両、例えば電車等の移動体の各種電源として用いることもできる。このような車両の一例として、図9に電気自動車の模式図を示す。図9に示す電気自動車200は、上述した電池を複数、直列および並列に接続し、必要とされる電圧および容量を満たすように構成された組電池910を有する。
上述した電池またはその組電池は、蓄電装置に用いることができる。二次電池または組電池を利用した蓄電装置としては、例えば、一般家庭に供給される商用電源と家電製品等の負荷との間に接続され、停電時等のバックアップ電源や補助電源として使用されるものや、太陽光発電等の、再生可能エネルギーによる時間変動の大きい電力出力を安定化するための、大規模電力貯蔵用としても使用されるものが挙げられる。このような蓄電装置の一例を、図10に模式的に示す。図10に示す蓄電装置300は、上述した電池を複数、直列および並列に接続し、必要とされる電圧および容量を満たすように構成された組電池310を有する。
さらに、上述した電池またはその組電池は、携帯電話、ノートパソコンなどのモバイル機器の電源などとしてもとして利用できる。
正極用集電体と、前記正極用集電体の少なくとも片面の予め定められた領域に形成された正極用活物質層と、を含み、打ち抜き加工によるバリ(11b)を有して予め定められた形状に形成された少なくとも1つの正極(11)と、
前記正極と対向配置され、負極用集電体と、前記負極用集電体の少なくとも片面の予め定められた領域に形成された負極用活物質層と、を含み、打ち抜き加工によるバリ(12b)を有して予め定められた形状に形成された少なくとも1つの負極(12)と、
を有し、
前記正極(11)および前記負極(12)の少なくとも一方は、前記正極用活物質層および前記負極用活物質層の少なくとも一方を覆って形成された絶縁層をさらに含み、
前記正極(11)および前記負極(12)の少なくとも一方は、対向する前記正極(11)と前記負極(12)の前記正極(11)の外周縁と前記負極(12)の外周縁とが近接する部分での前記バリ(11b、12b)の最大高さが、前記正極(11)の外周縁および前記負極(12)の外周縁のうち前記近接する部分以外の部分での前記バリ(11b、12b)の最大高さよりも小さい電極アセンブリ。
前記負極(12)は、前記負極集電体が、前記負極用活物質層が形成された領域から延びた延長部(12a)を有しており、
前記正極(11)の延長部(11a)と前記負極(12)の延長部(12a)とは、前記電極アセンブリ(10)を前記正極(11)と前記負極(12)とが対向する方向から見たときに互いに重ならない位置に形成されている[付記1]または[付記2]に記載の電極アセンブリ。
電解液と、
前記電極アセンブリおよび前記電解液を封止する外装体と、
を有する電池。
正極用集電体と、前記正極用集電体の少なくとも片面の予め定められた領域に形成された正極用活物質層と、を含む正極(11)を用意する工程と、
負極用集電体と、前記負極用集電体の少なくとも片面の予め定められた領域に形成された負極用活物質層と、を含む負極(12)を用意する工程と、
を有し、
前記正極(11)および前記負極(12)の少なくとも一方は、前記正極用活物質層および前記負極用活物質層の少なくとも一方を覆って形成された絶縁層をさらに含み、
前記正極(11)を打ち抜き加工によって予め定められた形状に形成する工程と、
前記負極(12)を打ち抜き加工によって予め定められた形状に形成する工程と、
予め定められた形状に形成された前記正極(11)および前記負極(12)の少なくとも一方を、前記正極(11)と前記負極(12)とを対向配置したときに前記正極(11)の外周縁と前記負極(12)の外周縁とが近接する部分において、前記打ち抜き加工と比較してバリ(11b、12b)の高さが抑制された方法で第2の打ち抜き加工を行う工程と、
前記第2の打ち抜き加工の後、前記正極(11)と前記負極(12)とを対向配置する工程と、をさらに有する電極アセンブリの製造方法。
前記負極(12)を予め定められた形状に形成する工程は、前記電極アセンブリ(10)を前記正極(11)と前記負極(12)とが対向する方向から見たときに前記正極(11)の延長部(11a)と重ならない位置で、前記負極集電体が、前記負極活物質層が形成された領域から延びた延長部(12a)を有するように前記負極(12)を打ち抜き加工によって形成することを含む、[付記6]または[付記7]に記載の電極アセンブリの製造方法。
この出願は、2016年7月26日に出願された日本出願特願2016-146267を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
10 電極アセンブリ
10a 正極タブ
10b 負極タブ
11 正極
11a、12a 延長部
11b、12b バリ
12 負極
13 セパレータ
21、22 外装材
31 正極端子
32 負極端子
Claims (8)
- 電池用の電極アセンブリであって、
正極集電体と、前記正極集電体の少なくとも片面の予め定められた領域に形成された正極活物質層と、を含み、バリを有して予め定められた形状に形成された少なくとも1つの正極と、
前記正極と対向配置され、負極集電体と、前記負極集電体の少なくとも片面の予め定められた領域に形成された負極活物質層と、を含み、バリを有して予め定められた形状に形成された少なくとも1つの負極と、
を有し、
前記正極および前記負極の少なくとも一方は、前記正極活物質層および前記負極活物質層の少なくとも一方を覆って形成された絶縁層をさらに含み、
前記正極において、前記正極集電体が、前記正極活物質層が形成された領域から延びて、前記正極活物質層が形成されていない正極延長部を有し、
前記負極において、前記負極集電体が、前記負極活物質層が形成された領域から延びて、前記負極活物質層が形成されていない負極延長部を有しており、
前記正極延長部と前記負極延長部とは、前記電極アセンブリを前記正極と前記負極とが対向する方向から見たときに重ならない位置に形成されており、
前記正極延長部の外周縁である第一外周縁と前記負極の外周縁である第二外周縁が前記対向方向から見て交差する第一交差箇所において、前記第一外周縁と前記第二外周縁のうちの少なくとも一方におけるバリの最大高さが、前記第一交差箇所以外の前記正極の外周縁及び前記負極の外周縁の前記バリの最大高さよりも小さく、かつ、
前記負極延長部の外周縁である第三外周縁と前記正極の外周縁である第四外周縁が前記対向方向から見て交差する第二交差箇所において、前記第三外周縁と前記第四外周縁のうちの少なくとも一方における前記バリの最大高さが、前記第二交差箇所以外の前記正極の外周縁及び前記負極の外周縁の前記バリの最大高さよりも小さい電極アセンブリ。 - 前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に前記正極および前記負極のいずれか少なくとも一方の前記絶縁層を有するように、前記正極および前記負極が対向配置されている請求項1に記載の電極アセンブリ。
- 請求項1または2に記載の電極アセンブリと、
電解液と、
前記電極アセンブリおよび前記電解液を封止する外装体と、
を有する電池。 - 電池用の電極アセンブリの製造方法であって、
正極集電体と、前記正極集電体の少なくとも片面の予め定められた領域に形成された正極活物質層と、を含む正極を用意する工程と、
負極集電体と、前記負極集電体の少なくとも片面の予め定められた領域に形成された負極活物質層と、を含む負極を用意する工程と、
を有し、
前記正極および前記負極の少なくとも一方は、前記正極活物質層および前記負極活物質層の少なくとも一方を覆って形成された絶縁層をさらに含み、
前記正極を、前記正極集電体が、前記正極活物質層が形成された領域から延び、前記正極活物質層が形成されていない正極延長部を有するように前記正極を第1の打ち抜き加工によって形成し、
前記負極を、前記電極アセンブリを前記正極と前記負極とが対向する方向から見たときに前記正極延長部と重ならない位置で、前記負極集電体が、前記負極活物質層が形成された領域から延び、前記負極活物質層が形成されていない負極延長部を有するように前記負極を第1の打ち抜き加工によって形成し、
前記正極延長部の外周縁である第一外周縁と前記負極の外周縁である第二外周縁が前記対向方向から見て交差する第一交差箇所において、前記第一外周縁と前記第二外周縁のうちの少なくとも一方におけるバリの最大高さが、前記第一交差箇所以外の前記正極の外周縁及び前記負極の外周縁の前記バリの最大高さよりも小さくなるように第2の打ち抜き加工を行い、かつ、
前記負極延長部の外周縁である第三外周縁と前記正極の外周縁である第四外周縁が前記対向方向から見て交差する第二交差箇所において、前記第三外周縁と前記第四外周縁のうちの少なくとも一方における前記バリの最大高さが、前記第二交差箇所以外の前記正極の外周縁及び前記負極の外周縁の前記バリの最大高さよりも小さくなるように第2の打ち抜き加工を行い、
前記第2の打ち抜き加工の後、前記正極と前記負極とを対向配置する工程と、をさらに有する電極アセンブリの製造方法。 - 前記正極と前記負極とを対向配置する工程は、前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に前記正極および前記負極のいずれか少なくとも一方の前記絶縁層を有するように、前記正極および前記負極を対向配置することを含む請求項4に記載の電極アセンブリの製造方法。
- 前記第2の打ち抜き加工は、前記正極延長部の前記負極の外周縁と近接する部分および前記負極延長部の前記正極の外周縁と近接する部分の少なくとも一方に行う請求項4に記載の電極アセンブリの製造方法。
- 前記第2の打ち抜き加工では、ダイとパンチとのクリアランスが、前記正極を予め定められた形状に形成する打ち抜き加工および前記負極を予め定められた形状に形成する打ち抜き加工におけるダイとパンチとのクリアランスよりも小さいクリアランスで打ち抜き加工を行うことを含む請求項4から6のいずれか一項に記載の電極アセンブリの製造方法。
- 前記第2の打ち抜き加工は、上下抜き法、カウンターブランキング法、または平押し法のいずれかによって打ち抜き加工を行うことを含む請求項4から7のいずれか一項に記載の電極アセンブリの製造方法。
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