JP-2026077073-A - 電極の製造方法

Abstract

【課題】金属箔と樹脂材とを溶着する際の加工精度を高めた電極の製造方法を提供する。 【解決手段】本開示の一態様に係る電極の製造方法は、熱可塑性の樹脂材を用いて金属箔を被覆する電極の製造方法であって、金属箔の周縁部に樹脂材を積層する積層ステップと、樹脂材上の領域を、樹脂材の周方向と交差する方向に複数の領域を有するよう分割した際、当該複数の領域のうち第１の領域にレーザを照射し、樹脂材を溶融させ金属箔と樹脂材とを溶着させる第１溶着ステップと、第１溶着ステップの開始後、複数の領域のうち第１の領域と異なる第２の領域にレーザを照射し、樹脂材を溶融させ金属箔と樹脂材とを溶着させる第２溶着ステップと、を備える。 【選択図】図２

Inventors

• 笠原 幸治
• 簗瀬 孝一

Assignees

• トヨタ自動車株式会社

Dates

Publication Date

20260513

Application Date

20241025

Claims (4)

1. 熱可塑性の樹脂材を用いて金属箔を被覆する電極の製造方法であって、 前記金属箔の周縁部に前記樹脂材を積層する積層ステップと、 前記樹脂材上の領域を、前記樹脂材の周方向と交差する方向に複数の領域を有するよう分割した際、当該複数の領域のうち第１の領域にレーザを照射し、前記樹脂材を溶融させ前記金属箔と前記樹脂材とを溶着させる第１溶着ステップと、 前記第１溶着ステップの開始後、前記複数の領域のうち前記第１の領域と異なる第２の領域にレーザを照射し、前記樹脂材を溶融させ前記金属箔と前記樹脂材とを溶着させる第２溶着ステップと、を備える、 電極の製造方法。
2. 前記第１の領域が、前記第２の領域と比較して前記周方向と交差する方向内側に設けられる、 請求項１に記載の電極の製造方法。
3. 前記第１の領域における前記周方向と交差する方向の幅は、前記第２の領域における前記周方向と交差する方向の幅と比較して短い、 請求項２に記載の電極の製造方法。
4. 積層された前記金属箔と前記樹脂材とを、前記レーザを透過可能な材質で構成された固定部材を用いて固定する固定ステップをさらに備え、 前記第１溶着ステップ及び前記第２溶着ステップにおいて、前記レーザは前記固定部材を透過し前記樹脂材上の領域に照射される、 請求項１～３のいずれか１項に記載の電極の製造方法。

Description

本開示は、電極の製造方法に関する。 特許文献１には、集電箔上に配置された樹脂材を加熱し集電箔と樹脂材とを溶着する際に、加熱装置を樹脂材に対し相対的に移動させることで、樹脂材が加熱される位置を移動させながら集電箔と樹脂材とを溶着させる電極の製造方法が開示されている。 特開２０２４－０６８４４７号公報 （ａ）本開示の実施形態に係る電極の概略斜視図である。（ｂ）本開示の実施形態に係る電極の上面図である。（ｃ）本開示の実施形態に係る電極の断面図である。本開示の実施形態に係る電極の製造方法のフローチャートである。（ａ）本開示の実施形態に係る電極の製造方法における固定ステップの断面図である。（ｂ）本開示の実施形態に係る電極の製造方法における第１溶着ステップの断面図である。（ｃ）本開示の実施形態に係る電極の製造方法における第１溶着ステップ実行後の断面図である。本開示の実施形態に係る電極の製造方法における樹脂材上の分割された領域を示す上面図である。（ａ）本開示の実施形態に係る電極の製造方法における第２溶着ステップの断面図である。（ｂ）本開示の実施形態に係る電極の製造方法における第２溶着ステップ実行後の断面図である。従来の電極の製造方法における溶着ステップの断面図である。 以下、本開示の具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本開示が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載および図面は、適宜、簡略化されている。 ＜電極の構成＞ 図１（ａ）は、本開示の実施形態に係る電極の概略斜視図である。図１（ｂ）は、本開示の実施形態に係る電極の上面図である。図１（ｃ）は、本開示の実施形態に係る電極の断面図である。 なお、図１（ａ）に示した右手系ｘｙｚ直交座標は、構成要素の位置関係を示すための便宜的なものである。図１（ａ）において、ｚ軸正方向が鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面であり、後述する図３～図６も含め、図１及び図３～図６間で共通である。 電極１は、活物質層１１、集電箔１２、樹脂材１３を備える。ここで、集電箔１２は金属箔である。 電極１は、複数積層することで、例えばリチウムイオン二次電池又はニッケル水素電池等の二次電池に用いる電極積層体を構成可能な電極である。電極１の大きさは、目的とする２次電池の大きさに合わせて適切に決定される。 活物質層１１は、集電箔１２の表面に形成される。活物質層１１は活物質を含み、例えば活物質層１１を正極とする場合、活物質層１１はコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム又はマンガン酸リチウム等の正極活物質を含む。他方、活物質層１１を負極とする場合、活物質層１１はカーボン、グラファイト又はチタン酸リチウム等の負極活物質を含む。また、活物質層１１は、さらに任意に、電解質、導電助剤、バインダーを含んでいてもよい。 活物質層１１のｘｙ平面方向大きさは、目的とする電極１の大きさに合わせて適切に決定される。また、活物質層１１のｚ軸方向厚さは、電極１を複数積層し電極積層体を構成した際に、樹脂材１３が電極積層体の封止材としての役割を果たすことが可能な厚さである。すなわち、電極１を複数積層した際、集電箔１２間の距離が樹脂材１３の厚さと等しくなり、活物質層１１の厚さが層間距離以下となることが好ましい。 なお、図１（ｃ）では集電箔１２のｚ軸正方向側表面にのみ活物質層１１が形成されているが、ｚ軸負方向側表面に活物質層１１が形成されていてもよい。また、集電箔１２のｚ軸正方向側表面及びｚ軸負方向側表面に活物質層１１が形成されていてもよい。このとき、例えば集電箔１２のｚ軸正方向側表面に正極活物質を含む活物質層１１が形成され、ｚ軸負方向側表面に負極活物質を含む活物質層１１が形成されることで、電極１は全体としてバイポーラ電極を構成する。 集電箔１２は、表面に活物質層１１が形成される。また、集電箔１２の周縁部には、図１（ｃ）に示すように樹脂材１３が溶着される。集電箔１２の大きさは、目的とする電極１の大きさに合わせて適切に決定される。集電箔１２の材質は、例えばアルミニウム又は銅等の金属である。 樹脂材１３は、集電箔１２の周縁部に溶着される。樹脂材１３は、電極１を複数積層し電極積層体を構成した際に、活物質層１１周辺の空間に注入される電解液の漏液を防ぐことが可能な封止材として機能する。樹脂材１３は、熱可塑性を有する樹脂を含有する。熱可塑性を有する樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタラート、アクリル樹脂等が挙げられる。 なお、樹脂材１３は、電極１を複数積層し電極積層体を構成した際に、樹脂材１３が電極積層体の封止材としての役割を適切に果たすことが可能な大きさ及びｚ軸方向厚さを有する。また、図１（ａ）及び図１（ｃ）では集電箔１２周縁部のｚ軸正方向側及びｚ軸負方向側に樹脂材１３が溶着されているが、集電箔１２周縁部のｚ軸正方向側及びｚ軸負方向側のいずれか一方に樹脂材１３が溶着されていてもよい。また、図１（ａ）及び図１（ｃ）では集電箔１２の端面が露出しているが、端面が樹脂材１３で覆われていてもよい。 ＜電極の製造方法＞ 次に、図２～図６を参照して、本開示の実施形態に係る電極の製造方法を説明する。図２は、本開示の実施形態に係る電極の製造方法のフローチャートである。なお、図３～図６には、図１（ｃ）に示す電極１のｙ軸負方向側端部の拡大図が示されている。 まず、集電箔１２の周縁部に樹脂材１３を積層する（ステップＳ１）。例えば図１（ｃ）に示すように集電箔１２周縁部のｚ軸正方向側及びｚ軸負方向側に樹脂材１３を溶着する場合、第１の樹脂材１３と、集電箔１２と、第２の樹脂材１３とをこの順に積層する。ステップＳ１は、例えば集電箔１２と樹脂材１３とを把持可能な把持部を有する製造装置によって実行される。 続いて、図３（ａ）に示すように積層された集電箔１２と樹脂材１３とを固定部材２１、２２を用いて固定する（ステップＳ２）。ステップＳ２では、例えば固定部材２１がｚ軸正方向側から加圧され、固定部材２２が平坦な面に設置されることで、集電箔１２と樹脂材１３とが固定される。ただし、集電箔１２と樹脂材１３とを固定する際に加えられる圧力値は適切に決定される。また、固定部材２１、２２はエアシリンダ等により加圧される。 また、固定部材２１の材質は、後述するステップＳ３においてｚ軸正方向側、すなわち固定部材２１側から照射されるレーザを透過可能な材質であることが好ましい。固定部材２１がレーザを透過することで、集電箔１２と樹脂材１３との溶着が容易になる。固定部材２１の材質は、例えば石英ガラス又はフッ素樹脂、アクリル樹脂等の透明樹脂等、後述するレーザ照射装置３が照射するレーザを吸収しない材質である。ただし、レーザがｚ軸負方向側、すなわち固定部材２２側から照射される場合、固定部材２２の材質がレーザを透過可能な材質であることが好ましい。すなわち、レーザが照射される側の固定部材２１、２２の材質がレーザを透過可能な材質であることが好ましい。 続いて、図３（ｂ）に示すように、レーザ照射装置３が樹脂材１３上の第１の領域にレーザを照射し、樹脂材１３を溶融させ集電箔１２と樹脂材１３とを溶着させる（ステップＳ３）。 ここで、樹脂材１３上の領域は、例えば図４に示すように、樹脂材１３の周方向と交差する方向内側から領域Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの４つの領域に分割される。ただし、領域の分割数は２～３つでも、５つ以上でもよい。また、ある領域と他の領域の一部が重なっていてもよい。また、それぞれの領域について樹脂材１３の周方向と交差する方向の幅が一定でなくともよい。 レーザ照射装置３は、これら分割された領域のそれぞれに対しレーザを照射する。例えば図３（ｂ）においては、第１の領域は領域Ａであり、当該領域Ａにレーザが照射されている。なお、必要に応じて複数のレーザ照射装置３を用いて複数の領域に同じタイミングでレーザ照射を行ってもよく、１つのレーザ照射装置３を用いて複数の領域に同じタイミングでレーザ照射を行ってもよい。また、レーザ照射装置３が固定部材２２側に配置されていてもよい。 図３（ｂ）に示すレーザの照射により、領域Ａ部分の集電箔１２が昇温し、領域Ａ部分の樹脂材１３が図３（ｃ）に示すように溶融する。樹脂材１３の溶融後、樹脂材１３が冷却され再度硬化することで、集電箔１２と樹脂材１３とが溶着する。 なお、レーザの波長は、集電箔１２を構成する金属が当該レーザを吸収可能な波長であればよい。また、レーザの照射時間及び照射強度は、樹脂材１３が適切に溶融するよう制御される。また、レーザの走査方式は電極１を製造する際の目的に応じて決定され、例えばＸＹプロッタ方式、ガルバノスキャニング方式、加工ステージ駆動方式、レーザ発振器駆動方式又はこれら走査方式を複合させた走査方式等が用いられる。 続いて、図５（ａ）に示すように、レーザ照射装置３が樹脂材１３上の領域において第１の領域と異なる領域にレーザを照射し、樹脂材１３を溶融させ集電箔１２と樹脂材１３とを溶着させる（ステップＳ４）。例えば図５（ａ）においては、領域Ｂ及びＣが第２の領域である。当該領域Ｂ及びＣにレーザが照射されることで、図５（ｂ）に示すように領域Ｂ及びＣ部分の樹脂材１３が溶融し、集電箔１２と樹脂材１３とが溶着する。 なお、ステップＳ３が終了する前にステップＳ４を開始してもよい。すなわち、ステップＳ３とステップＳ４とが同時に実行されるタイミングが存在していてもよい。 続いて、ステップＳ４において第１の領域と異なる領域にレーザを照射した後、レーザを照射する領域が他に存在するかどうかの判定を行う（ステップＳ５）。レーザを照射する領域が他に存在する場合（ステップＳ５でＹｅｓ）は、ステップＳ４に戻り、さらにレーザ照射を行う。例えばステップＳ３として領域Ａにレーザ照射を行い、ステップＳ４として領域Ｂにレーザ照射を行い、再度ステップＳ４を実行し領域Ｃにレーザ照射を行ってもよい。また、このとき領域Ｄのようにレーザが照射されない領域があってもよい。他方、レーザを照射する領域が他に存在しない場合（ステップＳ５でＮｏ）は、処理を終了する。 樹脂材１３に対するレーザ照射のタイミング及び照射領域を分割することで、集電箔１２と樹脂材１３との接触箇所において常に非溶融箇所が存在するように溶着ステップを実行できる（例えば図４（ｃ）における領域Ｂ及びＣ、図５（ｂ）における領域Ａ）。当該非溶融箇所が集電箔１２を拘束するため、集電箔１２の変形が抑制される効果が得られる。他方、図６に示すように集電箔１２と樹脂材１３との接触箇所全体を同時に溶融した場合は、集電箔１２が拘束されず、集電箔１２の変形を引き起こす。 なお、樹脂材１３上の複数の領域においてレーザを照射する順序は、集電箔１２と樹脂材１３とを高精度に溶着できるよう適切に決定される。ただし、ステップＳ３においてレーザが照射される領域が、ステップＳ４においてレーザが照射される領域と比較して樹脂材１３の周方向と交差する方向内側にあることが好ましい。すなわち、ステップＳ３で領域Ｂ及びＣにレーザを照射しステップＳ４で領域Ａにレーザを照射する順序と比較し、ステップＳ３で領域Ａにレーザを照射しステップＳ４で領域Ｂ及びＣにレーザを照射する順序がより好ましい。 この順序でレーザを照射することで、集電箔１２と樹脂材１３とを、樹脂材１３の周方向と交差する方向内側から溶着することが可能となる。これにより、まずステップＳ３で領域Ａを溶着し、領域Ａ部分の集電箔１２を拘束するため、領域Ａより樹脂材１３の周方向と交差する方向内側の集電箔１２の変形が抑制される。続いてステップＳ４で領域Ｂ及びＣを溶融させた際にも、領域Ａ部分の集電箔１２が拘束されているため、領域Ａより樹脂材１３の周方向と交差する方向外側の集電箔１２の変形が抑制