(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
EV(Electric Vehicle)やPHV(Plug in Hybrid Vehicle)などの車両には、原動機となる電動機への供給電力を蓄える蓄電装置としてリチウムイオン電池などの二次電池が搭載されている。二次電池は、例えば両面に活物質層が形成された矩形状の正極電極と負極電極がセパレータを間に挟んだ状態で積層された電極組立体を備える。
【0003】
二次電池のうち、角型の二次電池の製造時には、正極電極、セパレータ、及び負極電極を積層して電極組立体を形成した後、電極組立体は、その積層方向に荷重を加えた状態で拘束され、その拘束状態での積層方向への長さが測定される。そして、積層方向への長さが所定の値の範囲内にあるか否かが判断される。電極組立体の積層方向への長さが所定の値の範囲内にないと、例えば、ケース内にて、電極組立体の積層方向の端面と、端面に対向するケースの壁部の内面との間の隙間が大きくなりすぎ、電極組立体がケース内で積層方向へ移動したりし、好ましくない。
【0004】
このため、角型の二次電池では、電極組立体とケースとの隙間に対し、電極組立体に厚み調整部材を重ねて挿入し、隙間を無くす構造も提案されている(例えば、特許文献1)。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、製造工程の初期、正極電極又は負極電極は、長尺の帯状をなしており、巻芯に巻き取られたロールの状態で保管又は搬送される。このため、正極電極又は負極電極は、非拘束状態において、反りを有している。厚み調整部材を用いる場合は、厚み調整部材を重ねるためには、電極組立体に荷重を加えた状態を一度解除しなければならない。このため、電極組立体に荷重を加えた状態を解除する際や、解除した後に厚み調整部材を重ねる際に、正極電極、セパレータ、及び負極電極が、前述の反りなどに起因し、活物質層の面に沿う方向へずれてしまう積層ずれが生じてしまう虞がある。
【0007】
本発明は、厚み調整部材を用いつつも電極組立体の積層ずれを抑制することができる蓄電装置、及び蓄電装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記問題点を解決するための蓄電装置は、
矩形シート状の正極電極と
矩形シート状の負極電極とがセパレータを間に介在させた状態で
複数積層され
ることで構成された
1つの電極組立体がケース内に収容され、前記電極組立体の積層方向の少なくとも一端に位置する端面と該端面に対向した前記ケースの壁部との間に厚み調整部材が配置された蓄電装置であって、
前記1つの電極組立体を構成する複数の前記正極電極、前記負極電極、及び前記セパレータを一体に保持する第1の保持テープを有するとともに、
前記第1の保持テープにて保持された前記電極組立体と前記厚み調整部材を一体に保持する第2の保持テープを有することを要旨とする。
【0009】
これによれば、電極組立体は、第1の保持テープにより積層ずれが抑制されている。また、電極組立体と厚み調整部材は、第2の保持テープにより積層ずれが抑制されている。よって、電極組立体に厚み調整部材を重ねる構成としても、電極組立体は第1の保持テープにより独立して保持されているため、厚み調整部材を重ねる際の電極組立体の積層ずれが抑制できる。
【0010】
また、前記蓄電装置は二次電池である。
また、蓄電装置の製造方法は、
矩形シート状の正極電極と
矩形シート状の負極電極とがセパレータを間に介在させた状態で
複数積層され
ることで構成された
1つの電極組立体がケース内に収容され、前記電極組立体の積層方向の少なくとも一端に位置する端面と該端面に対向した前記ケースの壁部との間に厚み調整部材が配置された蓄電装置の製造方法であって、
複数の前記正極電極、前記セパレータ、及び前記負極電極を積層し
て前記1つの電極組立体とし、前記電極組立体の積層方向に荷重を加えた状態で前記電極組立体を第1の保持テープで保持
した後、前記電極組立体の少なくとも一方の前記端面に前記厚み調整部材を重ね、かつ前記厚み調整部材及び前記電極組立体に前記荷重を加えた状態で、前記電極組立体と前記厚み調整部材を第2の保持テープで保持することを要旨とする。
【0011】
これによれば、蓄電装置の製造時、正極電極、セパレータ、及び負極電極を積層して電極組立体を形成した後、電極組立体は、その積層方向に荷重を加えた状態で拘束される。この拘束状態で第1の保持テープにより電極組立体を保持し、積層ずれを抑制した状態で積層方向への長さが測定される。そして、積層方向への長さが所定の値の範囲内にない場合は、電極組立体に加えた荷重を解除し、電極組立体に厚み調整部材を重ねる。荷重を解除するとき、及び厚み調整部材を重ねるとき、第1の保持テープにより、電極組立体の積層ずれが抑制できる。そして、厚み調整部材を重ねた後、再度、積層方向に荷重を加えた状態で電極組立体と厚み調整部材を積層方向に拘束する。この拘束状態で第2の保持テープにより、電極組立体と厚み調整部材を一体に保持し、積層ずれを抑制する。このため、荷重を解除したとき、第1の保持テープによって電極組立体の積層ずれが抑制でき、しかも、第2の保持テープによって厚み調整部材の積層ずれも抑制できる。
【0012】
また、蓄電装置の製造方法について、前記第2の保持テープの保持力と、前記第1の保持テープの保持力とを異ならせた。
これによれば、第1の保持テープと第2の保持テープに分けることで、それぞれを、保持するのに適した保持力で電極組立体及び厚み調整部材を保持することが可能になる。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、厚み調整部材を用いつつも電極組立体の積層ずれを抑制することができる。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、蓄電装置、及びその製造方法を二次電池、及び二次電池の製造方法に具体化した一実施形態を
図1〜
図7にしたがって説明する。
図1、
図2及び
図5に示すように、二次電池10はリチウムイオン二次電池であり、その外郭を構成する金属製のケース11を備えている。ケース11は、一面に開口部12aを備える有底直方体状の容器12と、開口部12aを塞ぐ蓋13とを備えている。容器12は、長方形状の底板12bと、底板12bの対向する一対の短側縁から立設された短側壁12cと、底板12bの対向する一対の長側縁から立設された長側壁12dとを備える。ケース11には、電極組立体14及び電解質としての電解液(図示略)が収容されている。電極組立体14は、容器12の内部空間が直方体形状であることに対応させて、全体として直方体形状である。
【0016】
図3に示すように、電極組立体14は、矩形シート状の正極電極21、及び矩形シート状の負極電極22と、樹脂製にて、電気伝導に係るイオン(リチウムイオン)が通過可能な多孔質膜で形成されたセパレータ23とを備えている。正極電極21は、矩形状の正極用金属箔(本実施形態ではアルミニウム箔)21aと、その正極用金属箔21aの両面(表面)に設けられた矩形状の正極活物質層21bと、を有する。正極活物質層21bの周囲には、正極用金属箔21a表面に活物質を有しない未塗工部(本実施形態では未塗工部は僅かであるため図示を略している)が形成される。正極電極21の第1の辺(上辺)21cの一部には、正極集電タブ41が、正極用金属箔21aの一部を突出する状態に形成して設けられている。正極電極21において、正極集電タブ41が設けられた第1の辺21cの対辺を第2の辺21eとし、第1の辺21cと第2の辺21eを繋ぐ一対の辺を第3の辺21fとする。
【0017】
負極電極22は、矩形状の負極用金属箔(本実施形態では銅箔)22aと、その負極用金属箔22aの両面(表面)に設けられた矩形状の負極活物質層22bと、を有する。負極活物質層22bの周囲には、負極用金属箔22a表面に活物質を有しない未塗工部(本実施形態では未塗工部は僅かであるため図示を略している)が形成される。負極電極22の第1の辺(上辺)22c一部には、負極集電タブ42が、負極用金属箔22aの一部を突出する状態に形成して設けられている。
【0018】
負極電極22において、負極集電タブ42が設けられた第1の辺(上辺)22cの対辺を第2の辺22eとし、第1の辺22cと第2の辺22eを繋ぐ一対の辺を第3の辺22fとする。また、セパレータ23において、正極集電タブ41及び負極集電タブ42側に配置される辺を、第1の辺23cとし、第1の辺23cの対辺を第2の辺23eとする。また、セパレータ23において、第1の辺23cと第2の辺23eを繋ぐ一対の辺を第3の辺23fとする。
【0019】
負極用金属箔22a及び正極用金属箔21aは、各タブ41,42を除き、セパレータ23と同じ大きさに形成されている。しかしながら、負極活物質層22bの隣り合う2辺の各辺の長さ(長手方向の長さ及び短手方向の長さ)は、正極活物質層21bの隣り合う2辺の各辺の長さ(長手方向の長さ及び短手方向の長さ)よりも長く設定されている。つまり、負極活物質層22bは、正極活物質層21bの面を覆うことが可能な大きさに設定されている。また、正極活物質層21b及び負極活物質層22bの周りには未塗工部が形成されているため、セパレータ23は、負極活物質層22bの面及び正極活物質層21bの面の双方を覆うことが可能である。
【0020】
図1及び
図4に示すように、正極電極21と、負極電極22と、セパレータ23は、正極集電タブ41が積層方向に沿って列状に配置され、且つ正極集電タブ41と重ならない位置にて負極集電タブ42が積層方向に沿って列状に配置されるように積層される。そして、電極組立体14は、各第1の辺21c,22c,23cが寄せ集められて形成されたタブ側端面36を備え、このタブ側端面36では、各正極集電タブ41及び各負極集電タブ42は、電極組立体14における積層方向の一端から他端までの範囲内で集められた(束ねられた)状態で折り曲げられている。各正極集電タブ41が重なっている箇所を溶接することによって各正極集電タブ41が電気的に接続されるとともに、正極集電タブ41に正極導電部材61が接続されている。正極導電部材61には、電極組立体14から電気を取り出すための正極端子51が接続されている。
【0021】
同様に、各負極集電タブ42が重なっている箇所を溶接することによって各負極集電タブ42が電気的に接続されるとともに、負極集電タブ42に負極導電部材62が接続されている。負極導電部材62には、電極組立体14から電気を取り出すための負極端子52が接続されている。正極端子51及び負極端子52は蓋13を貫通してケース11外に突出するとともに、正極端子51及び負極端子52は絶縁リング13aによって蓋13から絶縁されている。
【0022】
電極組立体14の積層方向の長さLは、ケース11の内寸より僅かに小さい。これは、正極電極21と、負極電極22と、セパレータ23とを所定枚数積層する際に、実際の厚みが製造公差の最大値を取っても、電極組立体14がケース11内に収まるように、各々の厚みが設定されていることによる。
【0023】
また、電極組立体14は、各第2の辺21e,22e,23eが寄せ集められた底面37を備え、底面37は電極組立体14を挟んでタブ側端面36の反対側に位置している。さらに、電極組立体14は、各第3の辺21f,22f,23fを寄せ集めた一対の側面38を備える。一対の側面38は、電極組立体14において、底面37に繋がる面のうち、積層方向の両方の端面44を除く2つの面である。
【0024】
図1に示すように、電極組立体14では、多数の正極電極21と負極電極22とセパレータ23が、第1の保持テープ45,47により、相互に固定されている。電極組立体14の底面37側には、2つの第1の保持テープ45が底面37側から取り付けられている。各第1の保持テープ45は帯状で、かつ断面U字型に貼付されている。第1の保持テープ45は、長手方向の両端部が電極組立体14の両端面44に貼付されるとともに、底面37の一部を覆っている。電極組立体14において、底面37に沿って積層方向に直交する方向を幅方向とすると、2つの第1の保持テープ45は、電極組立体14の幅方向に離間している。
【0025】
電極組立体14の幅方向の両側である各側面38側には、別の第1の保持テープ47が各側面38を覆うように取り付けられている。各第1の保持テープ47は帯状で、かつ断面U字型に貼付されている。第1の保持テープ47は、長手方向の両端部が電極組立体14の両端面44に貼付されるとともに、側面38の一部を覆っている。
【0026】
そして、第1の保持テープ45,47によって、正極電極21、負極電極22、及びセパレータ23が積層方向、幅方向、及び端面44に沿った全方位への移動(積層ずれ)が抑制された状態で一体に保持されている。よって、電極組立体14では、正極活物質層21bと負極活物質層22bがセパレータ23を挟んで対向している。
【0027】
また、第1の保持テープ45,47はポリプロピレン(PP)やポリフィニレンサルファイド(PPS)製の基材の一面に粘着層が設けられたものであり、破れにくい材質のものが使用される。
【0028】
図5に示すように、電極組立体14の一方の端面44と、一方の長側壁12dとの間には、厚み調整部材50が介装されている。厚み調整部材50は、所定の厚みの樹脂製のフィルムにて、電極組立体14の積層方向の長さLに対応し、1〜複数枚が重ねられる。
図5では、1枚の厚み調整部材50で記載されている。
【0029】
図4に示すように、厚み調整部材50は、第2の保持テープ48によって、電極組立体14と一体に保持されている。第2の保持テープ48は、電極組立体14の対向する面であるタブ側端面36側と底面37側から、電極組立体14と厚み調整部材50に貼付されている。第2の保持テープ48は帯状で、かつ断面U字型に貼付されている。第2の保持テープ48は、長手方向の一端部が電極組立体14の他方の端面44に貼付されるとともに、長手方向の他端部が厚み調整部材50に貼付されている。なお、第2の保持テープ48はポリプロピレン(PP)やポリフィニレンサルファイド(PPS)製の基材の一面に粘着層が設けられたものであり、破れにくい材質のものが使用される。
【0030】
そして、厚み調整部材50を用いることで、電極組立体14と厚み調整部材50を合わせた積層方向への長さが、予め決められた所定の値の範囲内に調整されている。厚み調整部材50が一体化された電極組立体14は、ケース11内では、厚み調整部材50により、積層方向への移動が規制されるとともに、積層方向へ拘束されている。
【0031】
次に、二次電池10の製造方法を作用とともに記載する。
図6(a)に示すように、載置台70上に、正極電極21、セパレータ23、及び負極電極22を交互に積層する。所定枚数の正極電極21、セパレータ23、及び負極電極22が積層されたら、電極組立体14の一方の端面44に、積層方向へ荷重Kを加える。
【0032】
次に、
図6(b)に示すように、荷重Kを電極組立体14に加えた状態で、電極組立体14の両端面44に第1の保持テープ45,47を貼付し、それら第1の保持テープ45,47によって電極組立体14を保持し、積層ずれを抑制した状態とする。このとき、電極組立体14を両端面44側から積層方向に挟持するために、第1の保持テープ45,47は、後述する第2の保持テープ48と比較し、強いテンションをかけながら貼付される。
【0033】
次に、荷重Kが加えられ、かつ積層方向に拘束された電極組立体14の積層方向への長さLを測定する。そして、測定された電極組立体14の積層方向への長さLに基づき、厚み調整部材50として用いるフィルムの枚数を決定する。
【0034】
次に、厚み調整部材50を電極組立体14に重ねる。このとき、第1の保持テープ45,47は、電極組立体14の両端面44に対し、一部に貼付されるのに対し、厚み調整部材50は、電極組立体14の両端面44において、各集電タブ41,42を除く全面に接する。そこで、
図7(a)に示すように、電極組立体14に荷重Kを加えた状態を解除し、次に、電極組立体14の一方の端面44に厚み調整部材50を重ねる。このとき、厚み調整部材50は、第1の保持テープ45,47上に重ねられる。
【0035】
その後、
図7(b)に示すように、厚み調整部材50に、積層方向への荷重Kを加え、荷重Kを加えた状態で、厚み調整部材50及び電極組立体14の他方の端面44に第2の保持テープ48を貼付し、厚み調整部材50を電極組立体14に固定する。すると、電極組立体14と厚み調整部材50が第2の保持テープ48により一体化され、電極組立体14と厚み調整部材50を合わせた積層方向への長さが、所定の値の範囲内の長さとなったか、確認される。
【0036】
その後、厚み調整部材50が一体化された電極組立体14を、開口部12aから容器12内に挿入し、開口部12aを蓋13で塞いで二次電池10が製造される。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
【0037】
(1)電極組立体14を積層し、荷重Kを加えた状態で第1の保持テープ45,47で電極組立体14を保持した。このため、電極組立体14に厚み調整部材50を重ねるために、電極組立体14に加えた荷重Kを解除したときや、厚み調整部材50を重ねるときに、第1の保持テープ45,47により電極組立体14の積層ずれを抑制することができる。
【0038】
(2)電極組立体14と厚み調整部材50を重ね、荷重Kを加えた状態で第2の保持テープ48で電極組立体14と厚み調整部材50を保持した。このため、厚み調整部材50を重ねて荷重Kを加えた後、その荷重を解除したときに、第2の保持テープ48により厚み調整部材50の積層ずれを抑制することができる。
【0039】
したがって、厚み調整部材50を用いた場合に、電極組立体14の積層ずれを抑制できる。また、厚み調整部材50を用いるため、電極組立体14の積層方向の両端面44と、対向する長側壁12dとの間に隙間が形成されず、電極組立体14の積層方向へ移動が抑制されるとともに、活物質層21b,22b同士をいずれの場所でもセパレータ23を挟んで対向させることができる。
【0040】
(3)電極組立体14を保持する第1の保持テープ45,47とは別に設けた第2の保持テープ48により、厚み調整部材50を電極組立体14に固定した。このため、第1の保持テープ45,47と第2の保持テープ48とで、保持力(テンション)を異ならせることが可能になる。したがって、電極組立体14での積層ずれを抑制するために、第1の保持テープ45,47は保持力を強くすることができる。一方、樹脂フィルム製の厚み調整部材50では、貼付に伴うシワの発生や撓みを抑制するために、第2の保持テープ48は保持力を弱くして貼付することができる。
【0041】
(4)電極組立体14を第1の保持テープ45,47で保持し、その電極組立体14に厚み調整部材50を第2の保持テープ48で一体に保持した。このため、電極組立体14と厚み調整部材50を一体化して容器12に挿入でき、電極組立体14と厚み調整部材50を別々に容器12に挿入する場合と比べて、挿入作業を簡単に行うことができる。
【0042】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 第1の保持テープ45,47を貼付する位置は、適宜変更してもよい。
○ 第2の保持テープ48を貼付する位置は、適宜変更してもよい。
【0043】
○ 厚み調整部材50は、異なる厚みのフィルムを用いてもよい。実施形態では、一定の厚みのフィルムを1〜複数枚用いて厚みを調整したが、例えば、厚みの異なるフィルムを複数枚用い、電極組立体14の積層方向の長さLに応じて、隙間に収まる適切なフィルムを選択するようにしてもよい。
【0044】
○ 厚み調整部材50は、樹脂製でなく金属製であってもよく、1枚の金属板であってもよいし、複数枚の金属シートを積層して構成されていてもよい。
○ 実施形態では、二次電池10において、電極組立体14の積層方向一方の端面44と、一方の長側壁12dとの間に厚み調整部材50を配置したが、これに限らない。例えば、電極組立体14の積層方向両方の端面44と、各長側壁12dとの間に厚み調整部材50を配置してもよい。この場合、両方の厚み調整部材50が、第2の保持テープ48によって電極組立体14に一体化される。
【0045】
○ 電極組立体14を構成する正極電極21、及び負極電極22の枚数は適宜変更してもよい。
○ 実施形態では、正極電極21は、正極用金属箔21aの両面に正極活物質層21bを有するとしたが、正極用金属箔21aの片面のみに正極活物質層21bを有していてもよい。同様に、負極電極22は、負極用金属箔22aの両面に負極活物質層22bを有するとしたが、負極用金属箔22aの片面のみに負極活物質層22bを有していてもよい。
【0046】
○ 蓄電装置としてのニッケル水素二次電池や、電気二重層キャパシタとして具体化してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について記載する。
【0047】
(イ)前記厚み調整部材は樹脂フィルム製である請求項1又は請求項2に記載の蓄電装置。