特許 6409546 リチウムイオン二次電池の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6409546

(24)【登録日】2018年10月5日

(45)【発行日】2018年10月24日

(54)【発明の名称】リチウムイオン二次電池の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/0585 20100101AFI20181015BHJP

   H01M 10/052 20100101ALI20181015BHJP

   H01M 4/13 20100101ALI20181015BHJP

   H01M 4/66 20060101ALI20181015BHJP

   H01M 4/70 20060101ALI20181015BHJP

   H01M 2/26 20060101ALI20181015BHJP

【ＦＩ】

   H01M10/0585

   H01M10/052

   H01M4/13

   H01M4/66 A

   H01M4/70 A

   H01M2/26 A

【請求項の数】1

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2014-250123(P2014-250123)

(22)【出願日】2014年12月10日

(65)【公開番号】特開2016-110947(P2016-110947A)

(43)【公開日】2016年6月20日

【審査請求日】2017年9月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(72)【発明者】

【氏名】水谷 英二

(72)【発明者】

【氏名】奥田 元章

(72)【発明者】

【氏名】秋山 泰有

【審査官】 宮田 透

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１１６０８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２２０１９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１０７２１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１９２２８５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１２／１３７９１７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ １０／０５−１０／０５８７

Ｈ０１Ｍ １０／０４

Ｈ０１Ｍ ２／２０− ２／３４

Ｈ０１Ｍ ４／６４− ４／８４

Ｈ０１Ｍ ４／１３− ４／１３９９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧延された金属箔から形成された長方形状の集電体と、前記集電体の長辺から突出するタブ部と、を有し、前記金属箔の圧延方向が前記集電体の短辺方向に沿っている複数の電極を用意する工程と、
前記複数の電極を、前記集電体の短辺方向が鉛直方向に沿った状態で積層する工程と、を備えるリチウムイオン二次電池の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１に記載されたリチウムイオン二次電池は、圧延された金属箔から形成された長方形状の集電体と、集電体の短辺から突出するタブ部と、を有する複数の電極を備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−５４３３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１のリチウムイオン二次電池において、集電体の短辺方向が鉛直方向に沿うように電極を配置した場合、集電体が自重により短辺方向にたわんでしまうことがある。この場合、電極の配置位置が目標位置からずれてしまうおそれがある。

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、集電体のたわみを抑制できるリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一側面に係るリチウムイオン二次電池は、少なくとも一対の電極を備えるリチウムイオン二次電池であって、電極は、圧延された金属箔から形成された長方形状の集電体と、集電体の長辺から突出するタブ部と、を有し、電極は、集電体の短辺方向が鉛直方向に沿うように配置されており、金属箔の圧延方向は、集電体の短辺方向に沿っている。

【0007】

このリチウムイオン二次電池では、金属箔の圧延方向が集電体の短辺方向に沿っている。圧延された金属箔は、圧延方向と直交する方向と比較して、圧延方向に沿う方向に曲がり難い。したがって、このリチウムイオン二次電池では、集電体が短辺方向に曲がり難くなっている。このため、集電体の短辺方向が鉛直方向に沿うように電極を配置したとしても、集電体が自重により短辺方向にたわむことが抑制される。

【0008】

また、本発明の一側面に係るリチウムイオン二次電池では、集電体とタブ部とは、一体に形成されていることが好ましい。この場合、部品点数を削減できると共に、集電体とタブ部とを接続する工程を省略できる。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、金属箔のたわみを抑制できるリチウムイオン二次電池を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の模式的断面図である。

【図2】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における模式的断面図である。

【図3】図３中の（ａ）（図３（ａ））は、負極の模式的斜視図であり、図３中の（ｂ）（図３（ｂ））は、集電体及びタブ部の模式的正面図であり、図３中の（ｃ）（図３（ｃ））は、図３（ｂ）のＣ部の拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

【0012】

図１は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池１の模式的断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における模式的断面図である。図３（ａ）は、負極３０の模式的斜視図であり、図３（ｂ）は、集電体３２及びタブ部３４の模式的正面図であり、図３（ｃ）は、図３（ｂ）のＣ部の拡大図である。図１及び図３（ｂ）において、矢印Ｄは鉛直方向を示している。

【0013】

図１及び図２に示すように、リチウムイオン二次電池１は、ケース１０と電極組立体２０とを備えている。ケース１０は、例えば略直方体状の筐体である。ケース１０は、例えばアルミニウム等の金属から形成されている。ケース１０は、鉛直上方に開口した本体部１２と、本体部１２の開口を塞ぐ蓋部１４と、を有している。

【0014】

電極組立体２０は、ケース１０内に収容されている。電極組立体２０は、負極３０及び正極４０（一対の電極）と、負極３０と正極４０との間に配置されたセパレータ５０と、を有している。負極３０及び正極４０は、互いの間にセパレータ５０を介しつつ、水平方向に沿って交互に積層されている。セパレータ５０は、例えば微多孔膜であり、電解液を保持している。電解液は、例えば有機溶媒系又は非水系の電解液である。また、ケース１０の内部の空間は、電解液で満たされていてよい。

【0015】

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、負極３０は、長方形状の集電体３２と、タブ部３４と、を有している。集電体３２及びタブ部３４は、金属箔（例えば銅箔）から形成されている。タブ部３４は、例えば長方形状（矩形状）である。タブ部３４は、集電体３２の長辺３２Ａから突出している。より具体的には、タブ部３４は、集電体３２の長辺方向（長辺３２Ａが延びる方向）における一方側から突出している。また、タブ部３４は、集電体３２の短辺方向（短辺３２Ｂが延びる方向）に沿って鉛直上方へ突出している。タブ部３４は、タブ部３４の長辺方向が集電体３２の短辺方向に沿うように設けられている。この例では、集電体３２とタブ部３４とは、一体に形成されている。具体的には、集電体３２及びタブ部３４は、例えば、圧延された金属箔から一括して切り出されることにより形成されている。

【0016】

図１に示すように、負極３０は、集電体３２の短辺方向が鉛直方向Ｄに沿うように配置されている。負極３０は、タブ部３４において導電部材６０に電気的に接続されている。この導電部材６０は、ケース１０の蓋部１４を貫通するように配置された負極端子６２に電気的に接続されている。すなわち、負極３０は、導電部材６０を介して負極端子６２に電気的に接続されている。蓋部１４と負極端子６２との間は、絶縁部材６４Ａ及び絶縁部材６４Ｂによって絶縁されている。

【0017】

また、負極３０は、集電体３２を覆う負極活物質層３６を有している。負極活物質層３６は、集電体３２の片面又は両面を覆ってよく、この例では両面を覆っている。負極活物質層３６は、例えば、グラファイト若しくはハードカーボン等の炭素系材料、リチウムと合金化する元素（Ｓｎ若しくはＳｉ）、リチウムと合金化する元素を有する元素化合物、又は、ポリアセチレン若しくはポリピロール等の高分子材料から形成される。負極活物質層３６は、集電体３２に活物質ペーストを塗工し、乾燥させることにより形成される。

【0018】

集電体３２及びタブ部３４は、上述したように、圧延された金属箔から形成されている。ここで、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、集電体３２及びタブ部３４を構成する金属箔の圧延方向Ｒは、集電体３２の短辺方向に、すなわち鉛直方向Ｄに沿っている。金属箔の圧延方向とは、圧延工程において、一対のロール間に金属箔を通過させて加圧する際に金属箔が延びる方向を意味する。金属箔の圧延方向Ｒと鉛直方向Ｄとは、例えば平行であってもよい。つまり、金属箔の圧延方向Ｒと鉛直方向Ｄとは、一致していてもよい。なお、負極３０は、例えば、圧延された金属箔から切り出された集電体３２上に活物質ペーストを塗工し、乾燥させることにより形成されてもよい。或いは、負極３０は、活物質ペーストが塗工された金属箔を一対のロール間に通過させて圧延した後、金属箔を集電体３２及びタブ部３４の形状に切り出すことにより形成されてもよい。

【0019】

図３（ｃ）に示すように、圧延された金属箔においては、金属箔を構成する結晶粒７０が圧延方向Ｒに沿って延ばされている。これにより、例えば、圧延方向Ｒの結晶粒径（圧延方向における結晶粒７０の最大長さ）が、圧延方向Ｒと直交する方向の結晶粒径（圧延方向と直交する方向における結晶粒７０の最大長さ）よりも長くなっている。金属箔の圧延方向Ｒは、結晶粒７０の配向方向と言い換えてもよい。

【0020】

続いて、正極４０について説明する。正極４０は、負極３０と左右対称な形状を有している。以下、正極４０について、負極３０と異なる点について説明し、同一である点については説明を省略する。

【0021】

正極４０は、長方形状の集電体と、タブ部４４と、を有している。正極４０の集電体及びタブ部４４は、金属箔（例えばアルミニウム箔）から形成されている。正極４０では、タブ部４４は、集電体の長辺方向における他方側（負極３０のタブ部３４が突出する側と反対側）から突出している。正極４０は、導電部材６０を介して正極端子６６に電気的に接続されている。蓋部１４と正極端子６６との間は、絶縁部材６４Ａ及び絶縁部材６４Ｂによって絶縁されている。また、正極４０は、集電体を覆う正極活物質層４６を有している。正極活物質層４６は、集電体の片面又は両面を覆ってよく、この例では両面を覆っている。正極活物質層４６は、例えば、リチウム及び遷移金属を含む複合酸化物（Ｌｉ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＭｎを含む酸化物等）から形成される。

【0022】

以上説明したリチウムイオン二次電池１の作用効果を説明する。以下、負極３０を参照して説明するが、正極４０についても同様の作用効果を奏する。

【0023】

リチウムイオン二次電池１では、集電体３２を構成する金属箔の圧延方向Ｒが集電体３２の短辺方向に沿っている。圧延された金属箔は、圧延方向Ｒと直交する方向と比較して、圧延方向Ｒに沿う方向に曲がり難い。したがって、リチウムイオン二次電池１では、集電体３２が短辺方向に曲がり難くなっている。このため、集電体３２の短辺方向が鉛直方向Ｄに沿うように負極３０（電極）を配置したとしても、集電体３２が自重により短辺方向にたわむことが抑制される。

【0024】

特に、リチウムイオン二次電池１では、製造時において負極３０及び正極４０を積層する際に、並べられた集電体３２が自重によって短辺方向にたわんでしまうことが考えられる。この点、リチウムイオン二次電池１によれば、積層時に集電体３２がたわんでしまうことを抑制できる。

【0025】

また、リチウムイオン二次電池１では、集電体３２とタブ部３４とが一体に形成されている。このため、例えば、集電体３２とタブ部３４とを別部材として用意し、接合等の後工程によって接続する場合と比較して、部品点数を削減できる。また、集電体３２とタブ部３４とを接続する工程を省略できる。

【0026】

また、リチウムイオン二次電池１では、タブ部３４は、集電体３２の長辺３２Ａから鉛直上方へ突出している。したがって、例えば、タブ部３４が集電体３２の短辺３２Ｂから水平方向へ突出する場合と比較して、ケース１０内において電極組立体２０の水平方向外側に形成されるデッドスペースを小さくすることができる。

【0027】

また、リチウムイオン二次電池１では、集電体３２の短辺方向が鉛直方向Ｄに沿っており、タブ部３４が集電体３２の長辺３２Ａから鉛直上方へ突出している。仮に、集電体３２の長辺方向が鉛直方向Ｄに沿うと共に、タブ部３４が集電体３２の短辺３２Ｂから鉛直上方へ突出する場合、集電体３２の下部とタブ部３４との距離が離れるので、集電体３２の下部においてはリチウムイオンが流れ難くなる。このため、集電体３２の下部が充放電に寄与し難くなる。一方、本実施形態では、集電体３２の短辺方向が鉛直方向Ｄに沿っており、タブ部３４が集電体３２の長辺３２Ａから鉛直上方へ突出していることから、集電体３２の鉛直方向Ｄにおける長さを小さくすることができる。つまり、集電体３２の下部とタブ部３４との距離を近くすることができる。これにより、リチウムイオンを集電体３２の下部にまで流れ易くすることができる。

【0028】

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではない。

【0029】

例えば、上記実施形態では、負極３０及び正極４０の双方において、集電体を構成する金属箔の圧延方向が集電体の短辺方向に沿っている例を説明したが、負極３０及び正極４０（一対の電極）の少なくとも一方において、金属箔の圧延方向が集電体の短辺方向に沿っていればよい。また、集電体３２とタブ部３４とが一体に形成されておらず、別部材として形成され、後工程において接続されてもよい。この場合、タブ部３４は、圧延された金属箔から形成されてもよいし、例えば電解金属箔から形成されてもよい。また、負極３０及び正極４０の一方のみの集電体が、圧延された金属箔から形成されてもよい。

【符号の説明】

【0030】

１…リチウムイオン二次電池、１０…ケース、２０…電極組立体、３０…負極（電極）、３２…集電体、３２Ａ…長辺、３２Ｂ…短辺、３４…タブ部、３６…負極活物質層、４０…正極（電極）、４４…タブ部、４６…正極活物質層、５０…セパレータ、６０…導電部材、６２…負極端子、６４Ａ，６４Ｂ…絶縁部材、６６…正極端子、７０…結晶粒、Ｄ…鉛直方向、Ｒ…圧延方向。

【図1】

【図2】

【図3】