JP2010157366A - 二次電池、二次電池の製造方法、及び二次電池製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】正極板及び負極板の積層後の位置精度を向上することができる二次電池、二次電池の製造方法、及び二次電池製造装置を提供すること。
【解決手段】二次電池１０は、内部に電解液を貯蔵する容器１１と、容器１１内に配されたシート状の正極板１２及び負極板１３と、帯状に形成され、長手方向に正極板１２と負極板１３とが交互に配された状態で正極板１２及び負極板１３を間に挟み、少なくとも一部で互いに接着された一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂと、を備え、一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂが、隣り合う正極板１２と負極板１３との間でつづら折に折り曲げられて容器１１内に配されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池、二次電池の製造方法、及び二次電池製造装置に関する。

充放電を繰り返し行うことができる二次電池は、近年、各種の分野で広範囲にわたって利用されている。例えば、小型タイプであれば、携帯電話やビデオカメラ等の電子機器の電源として利用され、大型タイプであれば、電気自動車の電源や家庭用の蓄電装置等として利用されている。このような二次電池として、積層型のリチウムイオン二次電池のような非水電解質二次電池が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。このような二次電池は、正極板及び負極板の少なくとも一方がセパレータで包装された状態で、正極板及び負極板が互いに交互に積層されている。
特開２００３−４５４９８号公報

しかしながら、上記従来の二次電池のように、正極板及び負極板の一方のみが包装されたものでは、正極板及び負極板の厚みが異なるため、ハンドリング調整を個別に行う必要が生じる。また、積層まで別々の工程となり、製造装置が大型化してしまう。さらに、正極板と負極板との双方がそれぞれ包装されたものであっても、それぞれを個別に配設するために積層後に電極の位置ずれが生じる可能性がある。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、正極板及び負極板の積層後の位置精度を向上することができる二次電池、二次電池の製造方法、及び二次電池製造装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る二次電池は、内部に電解液を貯蔵する容器と、該容器内に配されたシート状の正極板及び負極板と、帯状に形成され、長手方向に前記正極板と前記負極板とが交互に配された状態で前記正極板及び前記負極板を間に挟み、少なくとも一部で互いに接着された一対のセパレータと、を備え、前記一対のセパレータが、隣り合う前記正極板と前記負極板との間でつづら折に折り曲げられて前記容器内に配されていることを特徴とする。

本発明に係る二次電池の製造方法は、帯状に形成された一対のセパレータを長手方向に移動させながら、シート状の正極板と負極板とを前記一対のセパレータ間に交互に配して、前記一対のセパレータを少なくとも一部で互いに接着する接着工程と、隣り合う前記正極板と前記負極板との間で一対のセパレータをつづら折に折り曲げる折り曲げ工程と、を備えていることを特徴とする。

本発明に係る二次電池製造装置は、帯状に形成された一対のセパレータがそれぞれ巻回された一対のリール部と、該一対のリール部から前記一対のセパレータを互いに対向した状態で長手方向に繰り出す送出部と、一方のセパレータ上に正極板及び負極板を前記セパレータの長手方向に交互に配設する供給部と、前記正極板及び前記負極板が載置された前記一方のセパレータに他方のセパレータを重ね合わせる重ね合わせ部と、前記正極板及び前記負極板が間に挟持された前記一対のセパレータ同士を少なくとも一部で接着する接着部と、前記送出部、前記供給部、及び前記接着部を制御する制御部と、を備えていることを特徴とする。

これらの発明は、正極板及び負極板が一対のセパレータ間に挟まれて包装されているので、個別のハンドリングして積層していく必要がない。また、隣り合う正極板と負極板との間で一対のセパレータがつづら折に折り曲げられて連続しているので、積層後に正極板と負極板との間における電極位置ずれを好適に抑えることができる。

また、本発明に係る二次電池は、前記一対のセパレータの両側縁及び隣り合う前記正極板と前記負極板との間に、互いを接着する接着部が配されていることを特徴とする。

また、本発明に係る前記二次電池の製造方法は、前記接着工程が、隣り合う前記正極板と前記負極板との間で前記一対のセパレータを接着する第一接着工程と、前記一対のセパレータ同士を溶着することを特徴とする。

また、本発明に係る二次電池製造装置は、前記接着部が、隣り合う前記正極板と前記負極板との間で前記一対のセパレータを接着する第一接着部と、前記一対のセパレータの両側縁をそれぞれ接着する第二接着部と、を備えていることを特徴とする。

この発明は、接着部によって正極板及び負極板を一対のセパレータ内に位置決めすることができる。

また、本発明に係る二次電池は、前記正極板と前記負極板との間にミシン目が配されていることを特徴とする。

また、本発明に係る二次電池の製造方法は、前記正極板と前記負極板との間で前記一対のセパレータにミシン目を付す付与工程を備えていることを特徴とする。

また、本発明に係る二次電池製造装置は、前記正極板と前記負極板との間にミシン目を付与するミシン目付与部を備えていることを特徴とする。

この発明は、ミシン目によって一対のセパレータを正極板と負極板との間で容易に折り曲げることができる。また、必要に応じて所望の箇所で、セパレータを容易に切断することができる。

本発明によれば、正極板及び負極板の積層後の位置精度を向上することができる。

本発明に係る一実施形態について、図１から図７を参照して説明する。
本実施形態に係る二次電池１０は、図１から図３に示すように、内部に電解液を貯蔵する容器１１と、容器１１内に配されたシート状の正極板１２及び負極板１３と、正極板１２及び負極板１３を間に挟む一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂと、を備えている。なお、図１及び図２では、正極板１２、負極板１３及びセパレータ１５Ａ，１５Ｂは、図を見やすくするために十分に厚さを有するものとして表示されているが、いずれもシート状のものとして構成されている。

容器１１は例えばアルミニウム製とされ、上部には正極端子１６、負極端子１７、及びアルミニウム製の安全弁１８がそれぞれ配されている。正極板１２及び負極板１３は、例えば、アルミニウム製の集電板１２Ａ，１３Ａを両側から挟むように活物質層１２Ｂ，１３Ｂが積層されてなる。そして、正極板１２及び負極板１３は、一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂに挟み込まれた状態で、電解液に浸漬するようにして交互に複数積層されている。正極板１２及び負極板１３の各縁部には、一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂにて挟まれた際に、一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂの一方の側縁１５ａから突出するよう、タブ１９Ａ，１９Ｂがそれぞれ配されている。ここで、正極板１２及び負極板１３において、各タブ１９Ａ，１９Ｂは、縁部中央よりもいずれかの側に偏るように配されており、正極板１２及び負極板１３は、互いのタブ１９Ａ，１９Ｂが重ならないようにして積層されている。そして、正極板１２のタブ１９Ａは正極端子１６と、負極板１３のタブ１９Ｂは負極端子１７とそれぞれ接続されている。

一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂは、ポリプロピレン等のシート状の樹脂製とされ、帯状に形成されている。正極板１２及び負極板１３は、一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂの長手方向に交互に配された状態で挟まれている。一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂの両側縁１５ａ，１５ｂ及び隣り合う正極板１２と負極板１３との間には、互いに接着された接着部となる溶着部２０Ａ，２０Ｂが配されている。溶着部２０Ｂには、ミシン目２１が配されている。正極板１２、負極板１３及び一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂは、正極板１２及び負極板１３間に配された溶着部２０Ｂのミシン目２１を中心につづら折に折り曲げられた状態で電解液とともに容器１１内に配されている。

このような二次電池１０の特に一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂによって挟持された正極板１２及び負極板１３を製造するため、二次電池製造装置３０を使用する。この二次電池製造装置３０について説明する。

二次電池製造装置３０は、図４から図６に示すように、テーブル３１と、一対のリール部３２，３３と、送出部３５と、供給部３６と、ラミネートロール（重ね合わせ部）３７と、接着部３８と、切断部４０と、送出部３５、供給部３６、接着部３８、及び切断部４０を制御する制御部４１と、テーブル３１下方に配された受け台４２と、を備えている。

一方のリール部３２には一方のセパレータ１５Ａが、他方のリール部３３には他方のセパレータ１５Ｂがそれぞれ巻回されている。一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂが互いに対向するように、一方のリール部３２は、テーブル３１の表面３１ａよりも下側に配され、他方のリール部４４は、テーブル３１よりも上方に配されている。

送出部３５は、一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂを間に挟んで対向する一対の繰出ロール３５Ａ，３５Ｂと、一方の繰出ロール３５Ａを回転駆動させるロール駆動部３５Ｃと、を備えている。そして、一対の繰出ロール３５Ａ，３５Ｂが一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂを押圧しながら互いに反対方向に回転することによって、一方のリール部３２から一方のセパレータ１５Ａを、かつ、他方のリール部３３から他方のセパレータ１５Ｂを長手方向にそれぞれ繰り出す。なお、一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂを長手方向に繰り出す送出部の構成としては、上記に限られず、例えば一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂを把持して、引っ張り出すようにする構成としても良い。

供給部３６は、テーブル３１上に繰り出された一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂ間に正極板１２及び負極板１３を一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂの長手方向に交互に配設する。この供給部３６は、正極板１２を一方のセパレータ１５Ａ上に載置する正極板供給部３６Ａと、負極板１３を同様に載置する負極板供給部３６Ｂと、正極板１２及び負極板１３を、それぞれ輸送するベルトコンベア３６Ｃ，３６Ｄと、を有している。正極板供給部３６Ａ及び負極板供給部３６Ｂは、例えば、テーブル３１と、ベルトコンベア３６Ｃ，３６Ｄとの間を移動可能なアームと、アーム先端に設けられて正極板１２または負極板１３を真空吸着可能な吸着パッドとによって構成されている。

ラミネートロール３７は、他方のリール部３３からテーブル３１に向かって垂下された他方のセパレータ１５Ｂを一方のセパレータ１５Ａと同一方向へ移動するように方向転換させて、一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂを互いに対向させる。この際、正極板１２及び負極板１３が載置された一方のセパレータ１５Ａに他方のセパレータ１５Ｂを重ね合わせて、ラミネートロール３７とテーブル３１との間で押圧することができるように、ラミネートロール３７が好適な位置に配されている。

接着部３８は、第一ヒートシール（第一接着部）３８Ａと、第一ヒートシール３８Ａを上下駆動させる第一シール駆動部３８Ｂと、第二ヒートシール（第二接着部）３８Ｃと、第二ヒートシール３８Ｃを上下駆動させる第二シール駆動部３８Ｄと、を備えている。第一ヒートシール３８Ａは、正極板１２及び負極板１３が間に挟持された一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂ同士を隣り合う正極板１２と負極板１３との間で溶着して溶着部２０Ｂを形成させる。第一ヒートシール３８Ａは、ミシン目付与部として、合わせてミシン目を形成可能とされている。第二ヒートシール３８Ｃは、一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂの両側縁１５ａ，１５ｂをそれぞれ溶着して溶着部２０Ａを形成させる。

切断部４０は、カッター４０Ａと、カッター４０Ａを上下駆動するカッター駆動部４０Ｂと、を備えている。カッター４０Ａは、溶着部２０Ｂを切断可能に溶着部２０Ｂと略平行に配されている。受け台４２は、内部で一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂがつづら折りされるようにテーブル３１の下方にて、ベルトコンベア４３上に載置されている。

この二次電池製造装置３０を使用しての二次電池、特に一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂによって挟まれた正極板１２及び負極板１３を製造する際の製造方法について説明する。
この製造方法は、図７に示すように、合わせ工程（Ｓ０１）と、 第一接着工程（Ｓ０２）と、付与工程（Ｓ０３）と、第二接着工程（Ｓ０４）と、折り曲げ工程（Ｓ０５）と、を備えている。

合わせ工程（Ｓ０１）では、まず、一方のリール部３２に巻回された一方のセパレータ１５Ａがテーブル３１、ラミネートロール３７、一対の繰出ロール３５Ａ，３５Ｂ間を経由するように、一方のリール部３２の一方のセパレータ１５Ａを引き出して配設する。また、他方のリール部３３に巻回された他方のセパレータ１５Ｂがラミネートロール３７、テーブル３１、一対の繰出ロール３５Ａ，３５Ｂ間を経由するように、他方のリール部３３の他方のセパレータ１５Ｂを引き出して配設する。このとき、一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂ同士を対向させる。

ここで二次電池製造装置３０を駆動するとともに、制御部４１の指示によってロール駆動部３５Ｃを駆動して、繰出ロール３５Ａを回転させる。これによって、一方のリール部３２から一方のセパレータ１５Ａが、かつ、他方のリール部３３から他方のセパレータ１５Ｂがそれぞれ長手方向に順次繰り出される。

このとき、制御部４１の指示により正極板供給部３６Ａ及び負極板供給部３６Ｂをそれぞれ駆動する。そして、ベルトコンベア３６Ｃ、３６Ｄによって供給された正極板１２及び負極板１３を一方のセパレータ１５Ａ上に交互に一枚ずつ配設する。この際、正極板１２及び負極板１３に配されたタブ１９Ａ，１９Ｂを一方のセパレータ１５Ａの一方の側縁から突出させておく。また、正極板１２及び負極板１３は、タブ１９Ａ，１９Ｂが同一側に偏るようにして配設していく。この状態でラミネートロール３７とテーブル３１との間を通過させることによって、正極板１２及び負極板１３を表裏面側から一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂにて挟み込む。

次に第一接着工程（Ｓ０２）では、制御部４１の指示により、第一シール駆動部３８Ｂを駆動して第一ヒートシール３８Ａによって一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂを挟んで溶着部２０Ｂを形成する。この際、付与工程（Ｓ０３）として第一のヒートシール３８Ａによって一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂにミシン目を付す。

第二接着工程（Ｓ０４）では、正極板１２及び負極板１３に配されたタブ１９Ａ，１９Ｂが、一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂの一方の側縁１５ａから突出した状態で第二シール駆動部３８Ｄを駆動して、第二ヒートシール３８Ｃによって、溶着部２０Ａを形成する。この際、タブ１９Ａ，１９Ｂ部分を除いて正極板１２及び負極板１３が、一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂによって個々に封止される。

折り曲げ工程（Ｓ０５）では、正極板１２及び負極板１３が挟まれた状態の一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂを一対の繰出ロール３５Ａ，３５Ｂによってテーブル３１端から下方に送り出す。この際、受け台４２にて隣り合う正極板１２と負極板１３との間で、一方のセパレータ１５Ａ同士及び他方のセパレータ１５Ｂ同士が互いに対向するよう、一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂがつづら折に折り曲げられるようにする。こうして、一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂによってラミネートされた正極板１２および負極板１３が受け台４２上に交互に積層される。この際、一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂにおいて、正極板１２と負極板１３との間にはミシン目が付与されているので、好適に折り曲げて積層することができる。また、合わせ工程（Ｓ０１）では、正極板１２と、負極板１３とを、タブ１９Ａ，１９Ｂが同一側となるように配設しているので、折り曲げた後では、互いに位置ズレした状態となりつつ、正極板１２のタブ１９Ａ同士、負極板１３のタブ１９Ｂ同士を重なり合わせた状態とすることができる。

所定の枚数の正極板１２及び負極板１３がつづら折りに積層されたら、制御部４１からの指示によりカッター駆動部４０Ｂが駆動して、溶着部２０Ｂをカッター４０Ａによって適宜切断される。その後、積層された正極板１２及び負極板１３をベルトコンベア４３により搬出し、容器１１の内部に電解液と共に入れることにより、二次電池１０が製造される。

この二次電池１０、二次電池の製造方法、及び二次電池製造装置３０によれば、正極板１２及び負極板１３が一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂ間に挟まれて包装されているので、個別のハンドリングして積層していく必要がない。また、隣り合う正極板１２と負極板１３との間で一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂがつづら折に折り曲げられて連続しているので、積層後に正極板１２と負極板１３との間における電極位置ずれを好適に抑えることができ、位置精度を向上することができる。

この際、一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂの両側縁及び隣り合う正極板１２と負極板１３との間に溶着部２０Ｂが配されているので、溶着部２０Ｂにより正極板１２及び負極板１３を一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂ内に位置決めすることができる。また、正極板１２及び負極板１３のタブ１９Ａ，１９Ｂが一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂの一方の側縁１５ａから突出するように配されているので、隣り合う正極板１２と負極板１３との間で一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂがつづら折に折り曲げられた際、同一方向に突出させることができる。さらに、溶着部２０Ｂにミシン目２１が配されているので、溶着部２０Ｂにて一対のセパレータ１５Ａ，１５Ｂをつづら折に折り曲げる際、容易に行うことができ、切断部４０による切断の際にも短時間で容易に切断することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

本発明の一実施形態に係る二次電池を示す一部破断斜視図である。 本発明の一実施形態に係る二次電池の要部抽出拡大断面図である。 図２の矢線III方向から見た図である。 本発明の一実施形態に係る二次電池製造装置を示す要部概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る二次電池製造装置を示す要部概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る二次電池製造装置を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る二次電池の製造方法を示すフロー図である。

符号の説明

１０ 二次電池
１１ 容器
１２ 正極板
１３ 負極板
１５Ａ，１５Ｂ 一対のセパレータ
１５ａ，１５ｂ 側縁
２０Ａ，２０Ｂ 溶着部
２１ ミシン目
３０ 二次電池製造装置
３２，３３ 一対のリール部
３５ 送出部
３６ 供給部
３７ ラミネートロール（重ね合わせ部）
３８ 接着部
３８Ａ 第一ヒートシール（第一接着部）
３８Ｃ 第二ヒートシール（第二接着部）
４１ 制御部

Claims (9)

1. 内部に電解液を貯蔵する容器と、
   該容器内に配されたシート状の正極板及び負極板と、
   帯状に形成され、長手方向に前記正極板と前記負極板とが交互に配された状態で前記正極板及び前記負極板を間に挟み、少なくとも一部で互いに接着された一対のセパレータと、
   を備え、
   前記一対のセパレータが、隣り合う前記正極板と前記負極板との間でつづら折に折り曲げられて前記容器内に配されていることを特徴とする二次電池。
2. 前記一対のセパレータの両側縁及び隣り合う前記正極板と前記負極板との間に、互いを接着する接着部が配されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
3. 前記正極板と前記負極板との間にミシン目が配されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二次電池。
4. 帯状に形成された一対のセパレータを長手方向に移動させながら、シート状の正極板と負極板とを前記一対のセパレータ間に交互に配して、前記一対のセパレータを重ね合わせる合わせ工程と、
   前記一対のセパレータを少なくとも一部で互いに接着する接着工程と、
   隣り合う前記正極板と前記負極板との間で一対のセパレータをつづら折に折り曲げる折り曲げ工程と、
   を備えていることを特徴とする二次電池の製造方法。
5. 前記接着工程が、隣り合う前記正極板と前記負極板との間で前記一対のセパレータを接着する第一接着工程と、
   前記一対のセパレータの両側縁の少なくとも一部をそれぞれ接着する第二接着工程とを有することを特徴とする請求項４に記載の二次電池の製造方法。
6. 前記正極板と前記負極板との間で前記一対のセパレータにミシン目を付す付与工程を備えていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の二次電池の製造方法。
7. 帯状に形成された一対のセパレータがそれぞれ巻回された一対のリール部と、
   該一対のリール部から前記一対のセパレータを互いに対向した状態で長手方向に繰り出す送出部と、
   一方のセパレータ上に正極板及び負極板を前記セパレータの長手方向に交互に配設する供給部と、
   前記正極板及び前記負極板が載置された前記一方のセパレータに他方のセパレータを重ね合わせる重ね合わせ部と、
   前記正極板及び前記負極板が間に挟持された前記一対のセパレータ同士を少なくとも一部で接着する接着部と、
   前記送出部、前記供給部、及び前記接着部を制御する制御部と、
   を備えていることを特徴とする二次電池製造装置。
8. 前記接着部が、隣り合う前記正極板と前記負極板との間で前記一対のセパレータを接着する第一接着部と、
   前記一対のセパレータの両側縁をそれぞれ接着する第二接着部と、
   を備えていることを特徴とする請求項７に記載の二次電池製造装置。
9. 前記正極板と前記負極板との間にミシン目を付与するミシン目付与部を備えていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の二次電池製造装置。

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