7245813 電池セルおよびその製造方法

(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】

(24)【登録日】2023-03-15

(45)【発行日】2023-03-24

(54)【発明の名称】電池セルおよびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/04 20060101AFI20230316BHJP

   H01M 50/533 20210101ALI20230316BHJP

【ＦＩ】

H01M4/04 Z

H01M50/533

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020187805

(22)【出願日】2020-11-11

(65)【公開番号】P2022077128

(43)【公開日】2022-05-23

【審査請求日】2021-12-01

(73)【特許権者】

【識別番号】520184767

【氏名又は名称】プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中井 晴也

(72)【発明者】

【氏名】城田 亮介

(72)【発明者】

【氏名】河合 秀将

(72)【発明者】

【氏名】塩崎 勝也

(72)【発明者】

【氏名】前田 和宏

【審査官】村岡 一磨

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１３５９７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２３５６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１５６８３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０２１２１４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ４／００－４／６２

Ｈ０１Ｍ ５０／５０－５０／５９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

長尺の芯材上の一部に導電材を含むスラリーを塗布することにより、前記芯材上に活物質層と未塗工部とを形成する工程と、
前記芯材に張力を作用させながら圧縮ロールにより前記活物質層に圧縮力を加える工程とを備え、
前記活物質層に前記圧縮力を加える工程において、前記圧縮ロールと前記未塗工部とが離間し、
前記活物質層に前記圧縮力を加える工程において、前記未塗工部における前記活物質層に隣接する部分に前記長尺の長手方向に対して斜め方向に延びる凹凸が形成され、
前記凹凸の深さが０．０２５ｍｍ以上０．０５５ｍｍ以下であり、
前記活物質層に前記圧縮力を加える工程の後、前記長尺の前記芯材を切断して、本体部および前記本体部から突出する電極タブを有する電極板を切り出す工程をさらに備えた、電池セルの製造方法。

【請求項2】

前記電極板は正極板である、請求項１に記載の電池セルの製造方法。

【請求項3】

芯材上に設けられた活物質層と未塗工部とを含み、本体部および前記本体部から突出する電極タブを有する電極板を備え、
前記電極タブの根元部に位置する前記未塗工部に凹凸が形成され、
前記凹凸は、前記本体部と前記電極タブとの境界に対して斜め方向に延び、
前記凹凸の深さは０．０２５ｍｍ以上０．０５５ｍｍ以下である、電池セル。

【請求項4】

前記電極板は正極板である、請求項３に記載の電池セル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本技術は、電池セルおよびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特開２０１５－１７６７７３号公報（特許文献１）には、電極板の未塗工部に直線上に延びる複数の皺（凹凸）を形成することが示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－１７６７７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本体部と電極タブとを有する電極板において、電極タブの折り曲げに対する強度を向上させることが求められている。特許文献１に記載の電池は、捲回型の電極体構造を有するものであり、電極タブを有する電極体とは前提構成が全く異なる。従来の構造は、電極タブの折れ曲がりを抑制する観点から、必ずしも十分なものではない。

【0005】

本技術の目的は、電極タブの折れ曲がりが抑制された電池セルおよびそ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】

【0006】

本技術に係る電池セルの製造方法は、長尺の芯材上の一部に導電材を含むスラリーを塗布することにより、芯材上に活物質層と未塗工部とを形成する工程と、芯材に張力を作用させながら圧縮ロールにより活物質層に圧縮力を加える工程とを備える。活物質層に圧縮力を加える工程において、圧縮ロールと未塗工部とが離間する。

【0007】

１つの局面では、本技術に係る電池セルは、芯材上に設けられた活物質層と未塗工部とを含み、本体部および本体部から突出する電極タブを有する電極板を備える。電極タブの根元部に位置する未塗工部に凹凸が形成されている。

【0008】

他の局面では、本技術に係る電池セルは、第１領域および第２領域を有する芯材、芯材の第１領域上に設けられた活物質層、および芯材の第２領域に位置する未塗工部を含む電極板を備える。電極板は、芯材の第１領域を含む本体部と、芯材の第２領域を含む電極タブとを有する。第１領域と第２領域とにおいて電極板の引張破断強度が互いに異なる。

【発明の効果】

【0009】

本技術によれば、電極タブの折れ曲がりが抑制された電池セルおよびその製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】角形二次電池の斜視図である。

【図2】図１におけるII－II断面図である。

【図3】電池セルの製造方法の第一工程を示す図である。

【図4】電池セルの製造方法の第二工程を示す図である。

【図5】電池セルの製造方法の第三工程を示す図である。

【図6】電池セルの製造方法の第四工程を示す図である。

【図7】電極タブ周辺の構造を示す拡大図である。

【図8】サンプル用の切り抜き部を示す図である。

【図9】環状サンプルの形成方法を示す図である。

【図10】環状サンプルに圧縮力を加える工程を示す図（その１）である。

【図11】環状サンプルに圧縮力を加える工程を示す図（その２）である。

【図12】環状サンプルに圧縮力を加えたときの反力の計測結果を示す図である。

【図13】芯材の第１領域および第２領域を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に、本技術の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

【0012】

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本技術にとって必ずしも必須のものではない。

【0013】

なお、本明細書において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含むが、当該構成以外の他の校正を含むことを除外しない。

【0014】

図１は、角形二次電池１の斜視図である。図２は、図１におけるII－II断面図である。

【0015】

図１，図２に示すように、角形二次電池１は、電池ケース１００と、電極体２００と、絶縁シート３００と、正極端子４００と、負極端子５００と、正極集電部材６００と、負極集電部材７００と、カバー部材８００とを含む。

【0016】

電池ケース１００は、開口を有する有底角筒状の角形外装体１１０と、角形外装体１１０の開口を封口する封口板１２０とからなる。角形外装体１１０および封口板１２０は、それぞれ金属製であることが好ましく、アルミニウムまたはアルミニウム合金製とすることが好ましい。

【0017】

封口板１２０には、電解液注液孔１２１が設けられる。電解液注液孔１２１から電池ケース１００内に電解液が注液された後、電解液注液孔１２１は、封止部材１２２により封止される。封止部材１２２としては、たとえばブラインドリベットおよびその他の金属部材を用いることができる。

【0018】

封口板１２０には、ガス排出弁１２３が設けられる。ガス排出弁１２３は、電池ケース１００内の圧力が所定値以上となった際に破断する。これにより、電池ケース１００内のガスが電池ケース１００外に排出される。

【0019】

電極体２００は、電解液とともに電池ケース１００内に収容されている。電極体２００は、枚葉状の正極板と枚葉状の負極板がセパレータを介して交互に積層されたものである。電極体２００と角形外装体１１０の間には樹脂製の絶縁シート３００が配置されている。

【0020】

電極体２００の封口板１２０側の端部には、正極板あるいは負極板から突出し、それらが積層されてなる正極積層タブ２１０および負極積層タブ２２０が設けられている。

【0021】

正極積層タブ２１０と正極端子４００とは、正極集電部材６００を介して電気的に接続されている。正極集電部材６００は、第１正極集電体６１０および第２正極集電体６２０を含む。なお、正極集電部材６００は、１つの部品から構成されてもよい。正極集電部材６００は、金属製であることが好ましく、アルミニウムまたはアルミニウム合金製とすることがより好ましい。

【0022】

負極積層タブ２２０と負極端子５００とは、負極集電部材７００を介して電気的に接続されている。負極集電部材７００は、第１負極集電体７１０および第２負極集電体７２０を含む。なお、負極集電部材７００は、１つの部品から構成されてもよい。負極集電部材７００は、金属製であることが好ましく、銅または銅合金製であることがより好ましい。

【0023】

正極端子４００は、樹脂製の外部側絶縁部材４１０を介して封口板１２０に固定されている。負極端子５００は、樹脂製の外部側絶縁部材５１０を介して封口板１２０に固定されている。

【0024】

正極端子４００は金属製であることが好ましく、アルミニウムまたはアルミニウム合金製であることがより好ましい。負極端子５００は金属製であることが好ましく、銅または銅合金製であることがより好ましい。負極端子５００が、電池ケース１００の内部側に配置される銅または銅合金からなる領域と、電池ケース１００の外部側に配置されるアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる領域を有するようにしてもよい。

【0025】

カバー部材８００は、第１正極集電体６１０と電極体２００との間に位置する。カバー部材８００は、負極集電体側に設けられてもよい。また、カバー部材８００は必須の部材ではなく、適宜省略が可能である。

【0026】

図３～図６は、角形二次電池１の電極体２００の各製造工程を示す図である。なお、以下では、正極板について説明するが、負極板においても同様の構成を採用することが可能である。

【0027】

図３に示すように、長尺の芯材１０が準備される。芯材１０は、たとえばアルミニウム箔からなる。

【0028】

次に、図４に示すように、芯材１０上にスラリーが塗布され、正極活物質合剤層１１および保護層１２（両者を合わせて「活物質層」と称する場合がある。）が形成される。

【0029】

正極活物質合剤層１１は、芯材１０の両面に形成される。正極活物質合剤層１１は、正極活物質（たとえばリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物等）、結着材（ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等）、および導電材（たとえば炭素材料等）を含む。

【0030】

保護層１２は、芯材１０の両面に形成される。保護層１２は、アルミナ粒子、結着材、および導電材を含む。なお、保護層１２は形成されなくてもよい。

【0031】

正極活物質合剤層１１および保護層１２は、芯材１０表面の一部を残して形成される。正極活物質合剤層１１および保護層１２が形成されない領域は、未塗工部１３となる。

【0032】

さらに、図５に示すように、芯材１０に（図中左右方向および上下方向の）張力を作用させながら、圧縮ロール９００により活物質層（正極活物質合剤層１１および保護層１２）に圧縮力が加えられる。このとき、圧縮ロール９００の第１部分９１０は、正極活物質合剤層１１および保護層１２に当接し、圧縮ロール９００の第２部分９２０は、未塗工部１３と離間している。圧縮ロール９００の第２部分９２０の径は、第１部分９１０の径よりも小さい。

【0033】

この結果、正極活物質合剤層１１および保護層１２が形成された領域（第１領域）においては、芯材１０に圧縮力が加えられ、芯材１０を引き延ばす力が作用する。他方、未塗工部１３が位置する領域（第２領域）においては、芯材１０に圧縮力は加えられず、芯材１０を引き延ばす力が作用しない。より具体的には、第１領域（合材部）は第２領域（箔部）と比較して、０．６％以上１．０％以下程度長手方向に伸ばされる。この結果、保護層１２と未塗工部１３との境界部分、より具体的には未塗工部１３における保護層１２に隣接する部分に紋様１４（凹凸）が形成される。

【0034】

紋様１４は、長尺の長手方向（図５中左右方向）に対して斜め方向に延びる。紋様１４の延在方向は、長尺の長手方向（図５中左右方向）に対して好ましくは５°以上３０°以下程度傾斜する。紋様１４の凹凸の深さは、好ましくは０．０２５ｍｍ以上０．０５５ｍｍ以下程度である。紋様１４の（図５中上下方向の）幅は、好ましくは３ｍｍ以上１０ｍｍ以下程度である。

【0035】

そして、図６に示すように、保護層１２部分と未塗工部１３部分の芯材１０を切断し、本体部２００Ａおよび本体部２００Ａから突出する正極タブ２１０Ａ（電極タブ）が切り出される。そして本体部２００Ａの所定位置にて、長尺の長手方向に垂直（図５中上下方向）に切断して、枚葉状の正極板（電極板）を作成する。そして枚葉状の正極板は、別途形成される枚葉状の負極板と共にセパレータを介して交互に積層され、電極体２００が作製される。

【0036】

図７は、正極タブ２１０Ａ周辺の構造を示す拡大図である。図７に示すように、紋様１４は、正極タブ２１０Ａの根元部に位置する未塗工部１３に形成されている。

【0037】

図８は、サンプル用の切り抜き部１０Ａを示す図である。図８に示すように、本体部２００Ａおよび正極タブ２１０Ａを有する正極板を切り出す前の芯材１０から切り抜き部１０Ａが切り出される。切り抜き部１０Ａは、紋様１４を含む未塗工部１３から切り出される。

【0038】

図９は、正極タブ２１０Ａの折り曲げに対する強度を測定するためのサンプルの形成方法を示す図である。図９（ａ）に示される切り抜き部１０Ａを環状にすることで、図９（ｂ）に示される環状サンプル１０Ｂが形成される。

【0039】

図１０，図１１は、環状サンプル１０Ｂに圧縮力を加える工程を示す図である。図１０に示すように、治具２０のテーブル２１上に環状サンプル１０Ｂが載置され、テープ１０Ｃにより環状サンプル１０Ｂはテーブル２１に固定される。治具２０は、オートグラフにセットされる。オートグラフにより、押圧部材２２を介して環状サンプル１０Ｂに圧縮力が加えられる。図１１に示すように、環状サンプル１０Ｂはその高さがＨ（ｍｍ）になるまで圧縮される。

【0040】

図１２は、環状サンプル１０Ｂに圧縮力を加えたときの反力の計測結果を示す図である。図１２に示すように、Ｈ＝０．５ｍｍ，１．０ｍｍ，１．５ｍｍの各ケースについて、紋様１４の凹凸の深さを０ｍｍ～０．０７０ｍｍの間で変化させ（「０ｍｍ」は紋様１４無しを意味する。）、オートグラフにより押圧部材２２を移動させてＨが所定の値（０．５ｍｍ，１．０ｍｍ，１．５ｍｍ）となるまで環状サンプル１０Ｂを圧縮して変形させたときに計測される反力（Ｎ）を比較した結果、紋様１４の凹凸が０．０２５ｍｍおよび０．０５５ｍｍの場合において、相対的に高い反力を示すことが示された。これは、紋様１４の凹凸の深さが０．０２５ｍｍ以上０．０５５ｍｍ以下程度の範囲において、正極タブ２１０Ａの折り曲げに対する反力が高いを示している。

【0041】

図１３は、芯材１０の第１領域１０αおよび第２領域１０βを示す図である。第１領域１０αは、正極活物質合剤層１１が塗工された部分に位置する。第２領域１０βは、未塗工部１３に位置する。第１領域１０αおよび第２領域１０βは、互いに同じ形状を有する。

【0042】

図１３に示す第１領域１０αおよび第２領域１０βにおいて切り出されたサンプルの両端をオートグラフを用いて引っ張り、サンプルが破断したときの強度および伸びを測定した。その結果、第１領域１０αと第２領域１０βとにおいて、サンプルの引張破断強度は互いに異なる。より具体的には、芯材１０の第１領域１０αと第２領域１０βとは、互いに同じ形状を有するにも関わらず、第１領域１０αよりも第２領域１０βの引張破断荷重の方が大きい。これは、第１領域１０αにおいては、圧縮ロール９００により芯材１０が既に長手方向に圧延され、厚みが相対的に小さく（薄く）なっているのに対し、第２領域１０βにおいては、圧縮ロール９００の圧縮力が芯材１０に作用しておらず、芯材１０の厚みが第１領域１０αよりも相対的に大きい（厚い）からであると考えられる。

【0043】

このように、本実施の形態に係る角形二次電池１によれば、正極タブ２１０Ａの根元部に位置する未塗工部１３に形成された紋様１４により、正極タブ２１０Ａの折れ曲がりを抑制することが可能である。同様の効果は、負極タブにおいても得られる。

【0044】

以上、本技術の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本技術の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0045】

１ 角形二次電池、１０ 芯材、１０Ａ 切り抜き部、１０Ｂ 環状サンプル、１０Ｃ テープ、１０α 第１領域、１０β 第２領域、１１ 正極活物質合剤層、１２ 保護層、１３ 未塗工部、１４ 紋様、２０ 治具、２１ テーブル、２２ 押圧部材、１００ 電池ケース、１１０ 角形外装体、１２０ 封口板、１２１ 電解液注液孔、１２２ 封止部材、１２３ ガス排出弁、２００ 電極体、２００Ａ 本体部、２１０ 正極積層タブ、２２０ 負極積層タブ、２１０Ａ 正極タブ、３００ 絶縁シート、４００ 正極端子、４１０ 外部側絶縁部材、５００ 負極端子、５１０ 外部側絶縁部材、６００ 正極集電部材、６１０ 第１正極集電体、６２０ 第２正極集電体、７００ 負極集電部材、７１０ 第１負極集電体、７２０ 第２負極集電体、８００ カバー部材、９００ 圧縮ロール、９１０ 第１部分（圧縮部分）、９２０ 第２部分（離間部分）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】