JP6660569B2

JP6660569B2 - 組電池の製造方法

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Publication number: JP6660569B2
Application number: JP2018105927A
Authority: JP
Inventors: 圭一郎小林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-06-01
Filing date: 2018-06-01
Publication date: 2020-03-11
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Also published as: JP2018166103A

Description

本発明は複数の充放電可能な単電池（二次電池）が所定方向に配列され且つ該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束された組電池の製造方法に関する。

軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池その他の二次電池あるいはキャパシタ等の蓄電素子を単電池とし、該単電池を複数直列接続して成る組電池は高出力が得られる電源として、車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携帯端末の電源として好ましく用いられている。例えば車両搭載用組電池の一例として特許文献１には、リチウムイオン二次電池から成る同形状の単電池を複数個配列すると共に各単電池に設けられた正極端子および負極端子をそれぞれ直列に接続することにより構成された組電池が開示されている。

特開２０１４−１３７８８９号公報

ところで、自動車等の車両に搭載される組電池では、搭載スペースが制限されることに加えて振動が発生する状態での使用が前提となることから、例えば上記特許文献１にも記載されているように多数の単電池を配列し且つ拘束した状態（すなわち各単電池を相互に固定した状態）の組電池が構築される。かかる拘束時には組電池を構成する個々の単電池に相当な荷重が加えられることになる。

本発明者が得た知見によれば、組電池の製造に際して単電池を複数配列してその配列方向に荷重を加えて拘束した場合、該荷重により単電池の容器（すなわち内部に電極体を収容する外装体）に荷重方向への歪みや変形が生じる。そのため、所定の配列方向に荷重が加えられて拘束された状態における各単電池の配列方向の厚みは、容器内部の電極体の厚みに依存する。
しかしながら、一般に電極体の厚みには多少なりともばらつき（不揃い）がある。このように厚みにばらつきのある電極体を備えた多数の単電池を積層方向に配列して拘束すると、拘束状態の各単電池の配列方向の厚みにばらつきが生じ、それら単電池の厚みのばらつきが累積される結果、得られる組電池の配列方向の長さがばらついてしまう。このような組電池の配列方向長さ（外形サイズ）のばらつきは、該組電池を車両等に搭載する際に、予め用意された搭載スペースに組電池が収まらない、もしくは該搭載スペースに収めたときに余分な隙間が残る、等の不都合を生じ得る。あるいは外形サイズのばらつきを許容すべく組電池の外形寸法保証値の公差を大きくとる（すなわち組電池の周りに余分なスペースを設ける）といった設計上の不利益を発生させ得る。したがって、組電池の製造にあたっては配列方向長さのばらつきを低減することが望ましい。

本発明は、従来の組電池構築に関する上述した課題を解決すべく開発されたものであり、その目的とするところは、組電池を構成する各単電池内部に収容する電極体の形状の不揃いに起因して生じ得る組電池の配列方向の長さのばらつきを抑えて予め設定されているとおりの正確なサイズ（特に、組電池を構成する単電池の配列方向に対する該組電池の長さ寸法）を有する組電池を製造し得る方法を提供することである。

本発明によると、所定数の単電池が所定方向に配列され且つ該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束された組電池を製造する方法が提供される。その方法は、正極および負極を備える電極体と、該電極体を収容する容器とを備える単電池を複数用意する工程を含む。また、前記複数の単電池を、該単電池内に収容される前記電極体の前記配列方向の厚みに応じて複数の厚みランクに分類する工程を含む。また、前記単電池の所定数を前記配列方向に配列し且つ該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束することによって組電池を構築する工程を含む。ここで、前記組電池の構築工程は、前記分類した複数の厚みランクのうち２つ以上の厚みランクから前記組電池の構築に用いる所定数の単電池を選択して組み合わせることによって、前記組電池の前記配列方向の長さが予め設定された規定長さに適合するように行われる。

本明細書において「単電池」とは、組電池を構成するために相互に直列接続され得る個々の蓄電素子を指す用語であり、特に限定しない限り種々の組成の電池、キャパシタを包含する。また、「二次電池」とは、繰り返し充電可能な電池一般をいい、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池等のいわゆる蓄電池を包含する。リチウムイオン二次電池を構成する蓄電素子は、ここでいう「単電池」に包含される典型例であり、そのような単電池を複数備えて成るリチウムイオン二次電池モジュールは、ここで開示される「組電池」の一つの典型例である。ここに開示される技術は、扁平形状の外形を有する単電池（例えばリチウムイオン二次電池）の所定数を、その扁平面が積み重なる方向（積層方向）に配列し、それらの単電池の電極端子を直列または並列に接続してなる組電池に特に好ましく適用され得る。

上記構成の組電池製造方法によれば、組電池の構築に用いる所定数の単電池は、各単電池内の電極体の厚みのばらつき（ひいては拘束状態の各単電池の厚みのばらつき）を相殺して組電池の配列方向の長さが規定長さに適合するように選択して組み合わされているので、正確なサイズ（特に、組電池を構成する単電池の配列方向に対する該組電池の長さ寸法）の組電池を製造することができる。したがって、本発明の製造方法によると、外形サイズ（配列方向長さ）がよく揃った、搭載性のよい車両搭載用その他用途の組電池を提供することができる。

ここで開示される組電池製造方法の好ましい一態様では、前記電極体は、長尺な正極集電体上に正極活物質層を備える正極シートと、長尺な負極集電体上に負極活物質層を備える負極シートとが捲回されて成る扁平形状の捲回電極体である。
捲回電極体の厚みは、その捲回度合や状態により不揃いになりやすい。従って、かかる捲回電極体を備える単電池では、拘束時に該単電池の厚みが不均一になりやすいところ、上記構成の製造方法では組電池の配列方向の長さが基準長さに適合するように厚みランクが異なる単電池を選択して組み合わせることで、組電池の配列方向長さを上記規定値（規定長さ）に精度よく合致させた組電池を製造することができる。このため、本態様の製造方法によると、捲回電極体を構成要素とする複数の単電池を備え且つ搭載性に優れた組電池を製造することができる。

ここで開示される組電池製造方法の好ましい一態様では、前記単電池を複数用意する工程には、前記正極集電体上に単電池の複数個分に相当する長さの正極活物質層が長手方向に連続して形成された正極シート母材と、前記負極集電体上に単電池の複数個分に相当する長さの負極活物質層が長手方向に連続して形成された負極シート母材とを重ねて捲回しつつ、所定の長さ毎に切断することによって複数の捲回電極体を形成する処理が含まれる。かかる構成によれば、複数の捲回電極体を効率的に形成し得る一方で、得られた捲回電極体の形状は不揃いになりやすい。しかし、上記構成の製造方法によると、上記捲回電極体の形状の不揃いに起因して生じ得る組電池の配列方向の長さのばらつきを抑えて予め設定されているとおりの正確なサイズを有する組電池を製造することができる。このため、本態様の製造方法によると、外形サイズがよく揃った、搭載性のよい組電池を効率的に製造することができる。

ここで開示される組電池製造方法の好ましい一態様では、前記組電池を構成する単電池の数は３０個以上（好ましくは５０個以上）である。単電池の数が増えれば増えるほど組電池の高容量化に有利である一方で、電極体の形状の不揃いに起因して組電池の配列方向の長さにばらつきが生じやすい。しかし、上記構成の製造方法によると、多数の単電池内の電極体の厚みのばらつきにも拘わらず、各単電池内の電極体の厚みのばらつきを相殺して配列方向長さを上記規定値（規定長さ）に精度よく合致させた組電池を製造することができる。このため、本態様の製造方法によると、高容量で且つ搭載性のよい組電池を製造することができる。

一実施形態に係る組電池の構成を模式的に示す斜視図である。一実施形態に係る組電池の構成を模式的に示す側面図である。一実施形態に係る捲回電極体模式的に示す正面図である。一実施形態に係る単電池の容器内の状態を模式的に示す図である。一実施形態に係る捲回電極体の製造方法を模式的に示す説明図である。一実施形態に係る捲回電極体の製造方法を模式的に示す説明図である。電極体の厚みと拘束状態の単電池の厚みとの関係を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項（例えば、組電池の構成要素たる単電池の構造）以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、正極、負極およびセパレータの構成および製法、単電池の拘束方法、車両への組電池搭載方法）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
本発明に係る組電池は、特に自動車等の車両に搭載されるモーター（電動機）用電源として好適に使用し得る。従って、本発明は、かかる組電池を電源として備える車両（典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車）を提供する。

ここに開示される技術を適用して製造される組電池は、単電池（典型的には、扁平形状の外形を有する単電池）を配列し該配列方向（積層方向）に拘束してなる組電池であればよく、各単電池の構成は特に制限されない。本発明の適用対象として好適な単電池の例として、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ等の二次電池が挙げられる。なかでもリチウムイオン二次電池を単電池とする組電池の製造方法として本発明を好ましく採用することができる。リチウムイオン二次電池は高エネルギー密度で高出力を実現できる二次電池であるため、高性能な組電池、特に車両搭載用組電池（電池モジュール）を構築することができる。また本発明は、それら配列された複数個の単電池が直列または並列（典型的には直列）に接続された形態の組電池の製造方法として好適である。

特に限定することを意図したものではないが、以下、扁平形状のリチウムイオン二次電池を単電池とし、該単電池の複数個を直列に接続してなる組電池を製造する場合を例として本発明を詳細に説明する。また、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することがある。

以下に示す実施形態で製造される組電池の構成要素として用いられる単電池は、従来の組電池に装備される単電池と同様、典型的には所定の電池構成材料（正負極それぞれの活物質、正負極それぞれの集電体、セパレータ等）を具備する電極体と、該電極体および適当な電解質を収容する容器とを備える。

一例として図１および図２に示すように、ここで開示される組電池１０は、複数（典型的には１０個以上（例えば１０〜１００個）、好ましくは３０個以上、より好ましくは５０個以上、さらに好ましくは６０個以上）の単電池１２を備える。単電池１２は、後述する扁平形状の捲回電極体を収容し得る形状（本実施形態では箱形）の容器１４を備える。

容器１４には、捲回電極体の正極と電気的に接続する正極端子１５および該電極体の負極と電気的に接続する負極端子１６が設けられている。図示するように、隣接する単電池１２間において一方の正極端子１５と他方の負極端子１６とが接続具１７によって電気的に接続される。このように各単電池１２を直列に接続することにより、所望する電圧の組電池１０が構築される。
なお、これら容器１４には、容器内部で発生したガス抜きのための安全弁等が従来の単電池容器と同様に設けられ得る。かかる容器１４の構成自体は本発明を特徴付けるものではないため、詳細な説明は省略する。

容器１４の材質は、従来の単電池で使用されるものと同じであればよく特に制限はない。車両等への搭載に適するという観点から、本発明の実施に好適なものとしては、比較的軽量である材質が挙げられる。例えば、金属（例えばアルミニウム、スチール）製の容器、合成樹脂（例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、あるいはポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド系樹脂等の高融点樹脂）製の容器等を好ましく用いることができる。あるいは、電池の外装体として従来使用されている樹脂フィルム製容器、例えば高融点樹脂（例えばポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド系樹脂等の高融点樹脂）から構成された外面（保護）層と、金属箔（例えばアルミニウム、スチール）から構成されたバリア層（すなわちガスや水分を遮断し得る層）と、熱融着性樹脂（比較的低融点である樹脂、例えばエチレンビニルアセテート、あるいはポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂）から構成された接着層との三層構造から成るラミネートフィルム製の容器であってもよい。本実施形態に係る容器１４は例えばアルミニウム製である。

図１および図２に示すように、複数の単電池１２は、それぞれの正極端子１５および負極端子１６が交互に一定の間隔で配置されるように一つずつ反転させつつ容器１４の幅広な面１４Ａ（即ち容器１４内に収容される後述する捲回電極体３０の扁平面に対応する面）が対向する方向に配列される。さらに、当該配列する単電池１２間ならびに単電池配列方向の両アウトサイドには、所定形状の冷却板１１が容器１４の幅広面１４Ａに密接した状態で配置されている。この冷却板１１は、使用時に各単電池内で発生する熱を効率よく放散させるための放熱部材として機能するものであって、単電池１２間に冷却用流体（典型的には空気）を導入可能なフレーム形状（例えば図示される櫛型のような側面からみて凹凸形状）を有する。熱伝導性の良い金属製もしくは軽量で硬質なポリプロピレンその他の合成樹脂製の冷却板１１が好適である。

上記配列させた単電池１２および冷却板１１の両アウトサイドに配置された冷却板１１のさらに外側には、一対のエンドプレート１８、１９が配置されている。そして、上記単電池群およびエンドプレート１８、１９の全体が、両エンドプレート１８、１９を架橋（連結）するように取り付けられた複数の締め付け用拘束バンド２１によって、該被拘束体２４の積層方向（配列方向）に荷重が加えられた状態で拘束されている。

そして、このように単電池１２の積層方向に配列された単電池群、冷却板１１およびエンドプレート１８、１９の全体（以下「被拘束体」ともいう。）が、両エンドプレート１８、１９を架橋するように取り付けられた締め付け用の拘束バンド２１によって、該被拘束体の積層方向に規定の拘束圧Ｐで拘束されている。より詳しくは、図２に示すように、拘束バンド２１の端部をビス２２によりエンドプレート１８に締め付け且つ固定することによって、上記被拘束体２４がその配列方向に規定の拘束圧Ｐ（例えば容器１４の壁面が受ける面圧が２×１０^６〜５×１０^６Ｐａ程度）が加わるように拘束されている。かかる規定拘束圧Ｐで拘束された組電池１０の配列方向の長さ（図１、２に示す例ではエンドプレート１８、１９の外側端の間の長さ）は、規定長さＬＴである。ここで本明細書において「規定長さＬＴ」とは、組電池を構成する所定数の単電池の配列方向に沿う該組電池の長さをいい、典型的には公差を含めて許容される長さの範囲として把握され得る。例えば、規定長さＬＴがＸｃｍという場合、公差±αを含むＸ±αの範囲として把握され得る。

本例に係る製造方法では、以下のようにして、上記構成を有する組電池１０を規定長さＬＴが安定して実現されるように効率よく製造する。以下、その製造方法につき図３〜図６に示す模式図を参照しつつ説明する。
まず、組電池１０の構築に使用する単電池１２を複数用意する工程につき述べる。この単電池１２は、正極および負極を備える電極体３０を備える。この実施形態では、電極体３０は、長尺な正極集電体上に正極活物質層を備える正極シート３２と、長尺な負極集電体上に負極活物質層を備える負極シート３４とセパレータ３６とが捲回されて成る扁平形状の捲回電極体３０である。

かかる捲回電極体３０を構成する材料および部材自体は、従来のリチウムイオン電池の電極体と同様でよく、特に制限はない。例えば、正極シート３２は長尺状の正極集電体の上にリチウムイオン電池用正極活物質層が付与されて形成され得る。正極集電体にはアルミニウム箔（本実施形態）その他の正極に適する金属箔が好適に使用される。正極活物質は従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２等のリチウム遷移金属酸化物が挙げられる。例えば、長さ２ｍ〜４ｍ（例えば２．７ｍ）、幅８ｃｍ〜１２ｃｍ（例えば１０ｃｍ）、厚み５μｍ〜２０μｍ（例えば１５μｍ）程度のアルミニウム箔を集電体として使用し、その表面の所定領域に正極活物質層を形成することによって好適な正極シート３２が得られる。

一方、負極シート３４は長尺状の負極集電体の上にリチウムイオン電池用負極活物質層が付与されて形成され得る。負極集電体には銅箔（本実施形態）その他の負極に適する金属箔が好適に使用される。負極活物質は従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、グラファイトカーボン、アモルファスカーボン等の炭素系材料、リチウム遷移金属酸化物や遷移金属窒化物等が挙げられる。例えば、長さ２ｍ〜４ｍ（例えば２．９ｍ）、幅８ｃｍ〜１２ｃｍ（例えば１０ｃｍ）、厚み５μｍ〜２０μｍ（例えば１０μｍ）程度の銅箔を使用し、その表面の所定領域に負極活物質層を形成することによって好適な負極シート３４が得られる。

また、正負極シート３２、３４間に使用される好適なセパレータシート３６としては多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成されたものが例示される。例えば、長さ２ｍ〜４ｍ（例えば３．１ｍ）、幅８ｃｍ〜１２ｃｍ（例えば１１ｃｍ）、厚み５μｍ〜３０μｍ（例えば２５μｍ）程度の合成樹脂製（例えばポリエチレン等のポリオレフィン製）の多孔質セパレータシートを好適に使用し得る。

捲回電極体３０を構築するに際しては、通常のリチウムイオン二次電池の捲回電極体と同様、正極シート３２と、１枚目のセパレータ３６と、負極シート３４と、二枚目のセパレータ３６とをこの順で積層し、さらに当該正極シート３２と負極シート３４とをややずらしつつ、捲回する。そして、得られた捲回体を側面方向から押しつぶして拉げさせることによって扁平形状の捲回電極体３０を作製する。

好ましい一態様では、前記捲回電極体３０を製造するに際しては、長尺な正極集電体の上に正極活物質層を形成して正極シートを作製する。例えば、図５に示すように、正極活物質を主成分とする正極活物質形成用材料を適当な分散媒に分散させた組成物を正極集電体の長手方向における一端部（塗布開始点）から他端部（塗布終了点）に塗布・乾燥し、これをローラ６８に挟んでプレスすることにより、正極集電体上に単電池１２の複数個（例えば１００個〜５００個）分に相当する長さの正極活物質層が長手方向に連続して形成された正極シート母材３２ａを作製する。
同様にして、負極活物質を主成分とする負極活物質形成用材料を適当な分散媒に分散させた組成物を負極集電体の長手方向における一端部（塗布開始点）から他端部（塗布終了点）に塗布・乾燥し、これをローラに挟んでプレスすることにより、長尺な負極集電体上に単電池１２の複数個（例えば１００個〜５００個）分に相当する長さの負極活物質層が長手方向に連続して形成された負極シート母材３４ａを作製する。

そして、図６に示すように、正極シート母材３２ａをロール状に巻き取った正極ロール３３と、負極シート母材３４ａをロール状に巻き取った負極ロール３５と、セパレータロール（単電池１２の複数個分に相当する長さのセパレータシート母材３６ａがロール状に巻かれたもの）３７とを巻取装置にセットし、各ロール３３、３５、３７から正極シート母材３２ａ、負極シート母材３４ａおよび二枚のセパレータシート母材３６ａを引き出す。そして、正極シート母材３２ａ、一枚目のセパレータシート母材３６ａ、負極シート母材３４ａ、二枚目のセパレータシート母材３６ａをこの順で積層して所定量巻き取り、それぞれ巻き取り終了時に所定の長さ（単電池１個分の長さ）となるように終端位置で切断し、終端位置で切断された巻き終わり部分を巻き取ることにより、捲回電極体３０を作製する。この工程を繰り返すことにより、１本のロール３３、３５、３７から複数（例えば１００個〜５００個）の捲回電極体３０が連続的に形成され得る。

得られた扁平形状の捲回電極体３０は、図３に示すように、かかる捲回電極体３０の捲回方向に対する横方向において、ややずらしつつ捲回された結果として、正極シート３２および負極シート３４の端の一部がそれぞれ捲回コア部分３１（すなわち正極シート３２の正極活物質層形成部分と負極シート３４の負極活物質層形成部分とセパレータシート３６とが密に捲回された部分）から外方にはみ出ている。かかる正極側はみ出し部分（すなわち正極活物質層の非形成部分）３２Ａおよび負極側はみ出し部分（すなわち負極活物質層の非形成部分）３４Ａには、正極リード端子３２Ｂおよび負極リード端子３４Ｂが付設されており、それらのリード端子３２Ｂ，３４Ｂがそれぞれ上述の正極端子１５および負極端子１６と電気的に接続される。そして、かかる捲回電極体３０を、図４に示すように捲回軸が横倒しになるようにして容器１４内に収容するとともに、適当な支持塩（例えばＬｉＰＦ_６等のリチウム塩）を適当量（例えば濃度１M）含むジエチルカーボネートとエチレンカーボネートとの混合溶媒（例えば質量比１：１）のような非水電解質（電解液）を注入して封止することによって単電池１２が構築される。その後、各単電池１２に対して１回もしくは複数回の充放電を繰り返すことにより、組立後の単電池を活性化して実使用可能な状態にすることができる。

ここで、本発明者が得た知見によれば、上述したように、組電池１０の製造に際して単電池１２を複数配列してその配列方向に拘束した場合、容器１４は可撓性であるため、当該容器１４に荷重方向への歪みや変形が生じ得る。そのため、所定の配列方向に荷重が加えられて拘束された状態における各単電池１２の配列方向の厚みは、非拘束時の容器１４の外形よりも容器１４内部の電極体３０の厚みに大きく依存する。
しかしながら、一般に電極体３０の厚みには、製造時における条件変動等に起因するばらつき（不揃い）が多少なりとも存在する。
このように厚みにばらつきのある電極体３０を備えた多数の単電池１２を積層方向に配列して拘束すると、図７に示すように、電極体３０の厚みのばらつきに起因して各単電池１２の配列方向の厚みにばらつきが生じ、それら単電池１２の厚みのばらつきが累積される結果、得られる組電池１０の配列方向の長さがばらつくこととなる。図７は、電極体の厚みと該電極体を備える単電池の厚み（拘束時）との関係を示すグラフである

ここに開示される製造方法においては、このような電極体３０の形状の不揃いに起因して生じ得る組電池１０の配列方向の長さのばらつきを収束するために、各単電池１２内の電極体３０の厚みのばらつきを相殺した複数の単電池１２を組み合わせて組電池１０を構築するようにしている。

すなわち、上述した単電池１２を複数用意する工程には、各単電池１２内に収容される電極体３０の配列方向の厚みＴを測定することが含まれる。
そして、電極体３０の配列方向の厚み（測定値）Ｔに応じて、複数の単電池１２のそれぞれを互いに厚み範囲（レンジ）の異なる複数の厚みランクに分類する（分類工程）。例えば、図７のグラフに基づくと、電極体３０の配列方向の厚みＴが目標電極体厚みＡ±０．２ｍｍの範囲（Ａ−０．２ｍｍ≦Ｔ≦Ａ＋０．２ｍｍ）にある電極体３０は、「Ａ」を代表値とする厚みランク２に、電極体３０の配列方向の厚みＴがＡ＋０．２ｍｍ＜Ｔ≦Ａ＋０．６ｍｍの範囲にある電極体３０は、「Ａ＋０．４ｍｍ」を代表値とする厚みランク１に、電極体３０の配列方向の厚みＴがＡ−０．６ｍｍ≦Ｔ＜Ａ−０．２ｍｍの範囲にある電極体３０は、「Ａ−０．４ｍｍ」を代表値とする厚みランク３に分類する。そして、組電池１０の構築に用いる所定数の単電池１２を上記厚みランク１〜３のうちの２つ以上の厚みランクから、組電池１０の配列方向の長さが予め設定された規定長さＬＴに適合するような組み合わせで選択する。

好ましい一態様では、組電池１０の構築に用いる所定数の単電池１２を上記厚みランク１〜３から、各単電池の属する厚みランクの代表値の合計が規定電極体長さＲＴとなるような組み合わせで選択する。具体的には、厚みランク１の単電池をＸ個、厚みランク２の単電池をＹ個、厚みランク３の単電池をＺ個、選択して組み合わせる場合、「Ａ＋０．４ｍｍ」×Ｘ＋Ａ×Ｙ＋「Ａ−０．４ｍｍ」×Ｚの合計値が規定電極体長さＲＴと一致するような組み合わせで選択する。上記規定電極体長さＲＴは、典型的には「目標電極体厚みＡ×所定数」から算出され、該規定電極体長さＲＴと組電池を構成する他の構成部材との合計厚みを有する被拘束体２４を規定の拘束圧Ｐで拘束することにより規定の配列方向長さＬＴの組電池が構成されるように設定されている。

上記で選択した所定数の単電池１２を冷却板１１と交互に配列し、さらに両端にエンドプレート１８、１９を配置して被拘束体を構築する。そして、図２に示すように、拘束バンド２１の端部をビス２２によりエンドプレート１８、１９に締め付け且つ固定することによって被拘束体２４をその配列方向に規定の拘束圧Ｐが加わるように拘束して組電池１０を構築する（組電池の構築工程）。

ここで、本実施形態の製造方法によれば、各単電池１２内の電極体３０の厚みのばらつきにも拘わらず、使用する所定数の単電池１２は、各単電池１２内の電極体３０の厚みのばらつき（ひいては拘束状態での各単電池の厚みのばらつき）を相殺して組電池１０の配列方向の長さが規定長さＬＴに適合するように、２つ以上の厚みランク１〜３から選択して組み合わされている。このことによって個々の電極体の厚みのばらつきを相殺し、配列方向長さが規定長さＬＴを満たす組電池１０を製造することができる。
したがって、従来の組電池のように、各単電池内の電極体の形状の不揃いに起因して組電池の配列方向の長さにばらつきが生じたときのような、予め用意された搭載スペースに組電池が収まらない、もしくは該搭載スペースに収めたときに余分な隙間が残る、等の不都合を回避することができる。また、組電池の外形サイズのばらつきを許容すべく組電池の外形寸法保証値の公差を大きくとる（すなわち組電池の周りに余分なスペースを設ける）必要がないため、組電池１０の搭載スペースを従来に比して小さく設計することができる。さらに、例えば厚みランク２に該当する単電池１２のみを組電池１０の製造に使用し、厚みランク１（厚め）または厚みランク３（薄め）に該当する単電池１２については不良品として排除する方法に比べて、本実施形態に係る製造方法によると単電池１２の不良率を減らして組電池１０の製造コストを削減することができる。

ここに開示される技術の好ましい適用対象として、前述した正極シート母材３２ａと負極シート母材３４ａとを用いて形成された捲回電極体３０を具備する組電池が挙げられる。かかる捲回電極体３０は効率的に形成し得る一方で、その形状は不揃いになりやすい。より詳細には、正極集電体上に単電池の複数個分に相当する長さの正極活物質層が連続して形成された正極シート母材３２ａ（図５）においては、正極集電体の長手方向の一端部（塗布開始点）から他端部（塗布終了点）に向けて正極活物質層の厚みが徐々に減少する傾向がある。同様に、負極集電体上に単電池１２の複数個分に相当する長さの負極活物質層が連続して形成された負極シート母材３４ａにおいては、負極集電体の長手方向の一端部（塗布開始点）から他端部（塗布終了点）に向けて負極活物質層の厚みが徐々に減少する傾向がある。そのため、図６に示すように、該正極シート母材３２ａおよび負極シート母材３４ａを用いて複数の捲回電極体３０を連続的に形成すると、正極シート母材３２ａおよび負極シート母材３４ａが同傾向の厚みばらつきを有するため、両者の厚い部分（もしくは薄い部分）同士が組み合わされ、捲回電極体３０の厚み差が大きくなりやすい。また、巻き取りの初期段階では比較的厚い捲回電極体３０が固まり、巻き取りの後期段階では比較的薄い捲回電極体３０が固まる傾向となる。
そして、このような形成順に固まった比較的厚い捲回電極体３０（もしくは比較的薄い捲回電極体３０）を具備する単電池同士を組み合わせて組電池を構築すると、組電池の配列方向の長さのばらつきが特に大きくなりやすい。
しかし、本態様によると、上記捲回電極体の形状の不揃いに起因して生じ得る組電池の配列方向の長さのばらつきを抑えて予め設定されているとおりの正確なサイズを有する組電池を製造することができる。このため、本態様の製造方法によると、外形サイズがよく揃った、搭載性のよい組電池を効率的に製造することができる。

上述した実施形態では、複数の単電池１２を電極体３０の厚みに応じて３つの厚みランク１〜３に分類する場合を例示したが、分類される厚みランクの数はこれに限定されない。例えば、厚みランクの数は、２つ以上であればよく、３つ以上でもよいし、５つ以上でもよい。厚みランクの数の上限は上述した効果が得られるのであれば、特に限定されないが、例えば１０つ以下にしてもよい。

また、上述した実施形態では、電極体３０の配列方向の厚みを測定し、その測定値に基づいて複数の厚みランクに分類したが、分類する基準は実測値に限定されない。例えば、電極体３０の作製に用いる正極シート３２および負極シート３４のシート厚を測定し、該シート厚から電極体３０の厚みを推定してもよい。電極体３０の厚みは、正極シート３２および負極シート３４の厚みに依存するため、該シート厚から電極体３０の厚みを推定し、その推定値に基づき複数の厚みランクに分類してもよい。ただし、上述した実施形態の如く、電極体３０の厚みの実測値に基づいて複数の厚みランクに分類した方が、上記分類を正確に行うことができ、規定の配列方向長さＬＴに適合する組電池１０を精度よく製造することができる。

また、上述した実施形態では、単電池１２を複数用意する工程において、個々の電極体３０の厚みを全件（全数）測定する場合を例示したが、該厚みを測定する電極体３０の個数はこれに限定されない。例えばロット毎のサンプリング抽出により個々の電極体３０の厚みを把握してもよい。例えば、前述のように１つの正極シート母材３２ａおよび負極シート母材３４ａを用いて複数の捲回電極体３０を連続的に形成する場合、捲回電極体３０の厚みの分布は不規則（ランダム）にならず、捲回初期段階では比較的厚い捲回電極体３０が固まり、捲回後期段階では比較的薄い捲回電極体３０が固まる傾向がある。したがって、単電池１２を複数用意する工程において、個々の電極体３０の厚みを全数測定しなくても、形成順に固まった複数の捲回電極体のロット毎のサンプリング抽出により個々の電極体３０のおおよその厚みを把握し得、該ロット毎に複数の厚みランクに分類することができる。ここに開示される組電池製造方法にはこのような態様も包含され得る。

以上、本発明の組電池製造方法の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明をかかる具体的実施形態に限定する意図ではない。
例えば、上述の実施形態では捲回電極体３０の捲回軸が単電池１２の幅方向（図２における紙面厚み方向）となる向きで電極体３０を容器１４に収容しているが、上記捲回軸が単電池１２の高さ方向（図２の上下方向）となるように該電極体３０を配置してもよい。また、捲回タイプの電極体３０に代えて、複数枚の正極シートと複数枚の負極シートをセパレータシートとともに交互に積層してなる積層タイプの電極体を用いてもよい。積層タイプの電極体においても、製造時における条件変動等に起因する厚みのばらつき（不揃い）が存在し得る。ここに開示される発明は、種々の構成を有する電極体を容器に収容してなる単電池（特に、捲回タイプまたは積層タイプの電極体を、該電極体を構成するシートが単電池の積層方向に重なる向きで容器に収容してなる単電池）の複数個を積層方向に配列してなる組電池に好ましく適用され得る。

また、組電池を構成する単電池の種類は上述したリチウムイオン二次電池に限られず、電極体構成材料や電解質が異なる種々の内容の電池、例えばリチウム金属やリチウム合金を負極とするリチウム二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、或いは電気二重層キャパシタであってもよい。
また、図１に示す組電池１０は本発明を説明するために敢えてシンプルな構成としてあるが、本発明の構成および効果を損なわない限りにおいて様々な変形や装備の追加が行われ得ることは当業者には明らかである。例えば、自動車等の車両に搭載する場合、組電池の主要部（単電池群等）を保護するための外装カバー、車両の所定部位に当該組電池を固定するための部品、複数の組電池（電池モジュール）を相互に連結するための部品等が装備され得るが、このような装備の有無は本発明の技術的範囲を左右するものではない。

１０組電池
１１冷却板
１２単電池
１４容器
１５正極端子
１６負極端子
１７接続具
１８、１９エンドプレート
２１拘束バンド
３０捲回電極体
３２正極シート
３４負極シート
３６セパレータ

Claims

所定数の単電池が所定方向に配列され且つ該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束された組電池を製造する方法であって、
正極および負極を備える電極体と、該電極体を収容する容器であって前記荷重が加えられる方向に歪みまたは変形が生じ得る可撓性を有する容器とを備える単電池を複数用意する工程と、
前記複数の単電池を、該単電池内に収容される前記電極体の前記配列方向の厚みに応じて複数の厚みランクに分類する工程と、
前記単電池の所定数を前記配列方向に配列し且つ該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束することにより組電池を構築する工程と、
を包含し、
前記組電池の構築工程は、前記分類した複数の厚みランクのうち２つ以上の厚みランクから前記組電池の構築に用いる所定数の単電池を選択して組み合わせることによって、前記組電池の前記配列方向の長さが予め設定された規定長さに適合するように行われる、組電池の製造方法。
前記電極体は、長尺な正極集電体上に正極活物質層を備える正極シートと、長尺な負極集電体上に負極活物質層を備える負極シートとが捲回されて成る扁平形状の捲回電極体である、請求項１に記載の製造方法。
前記単電池を複数用意する工程には、前記正極集電体上に単電池の複数個分に相当する長さの正極活物質層が長手方向に連続して形成された正極シート母材と、前記負極集電体上に単電池の複数個分に相当する長さの負極活物質層が長手方向に連続して形成された負極シート母材とを重ねて捲回しつつ、所定の長さ毎に切断することによって、複数の捲回電極体を形成する処理が含まれる、請求項２に記載の製造方法。