(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極とセパレータを重ね合わせて扁平状の軸芯に捲回した電極群を有する二次電池であって、
前記電極群は、前記軸芯に前記セパレータの先端部分が熱溶着された熱溶着部を有しており、該熱溶着部が前記軸芯に曲面形状の凹みを形成していることを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記凹みは、前記電極群の捲回軸方向に直交する方向に沿った断面が円弧形状を有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記凹みは、前記電極群の捲回軸方向に直交する方向に沿った断面が一対の円弧形状部分と該一対の円弧形状部分の間を前記軸芯の扁平面と平行な直線で結ぶ直線形状部分とを有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項４】
前記凹みは、前記電極群の捲回軸方向に直交する方向に沿った断面が楕円の円弧形状を有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項５】
前記凹みは、前記電極群の捲回軸方向に直交する方向に沿った断面が複数の直線形状部分を円弧状に連結して形成された近似円弧形状を有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項６】
前記凹みは、前記電極群の捲回軸方向に直交する方向に沿った断面が、底辺部分と、該底辺部分の両端から前記軸芯の扁平面側に移行するにしたがって互いに離反する一対の斜辺部分と、前記底辺部分と前記一対の斜辺部分との間に介在されて円弧状に湾曲する湾曲部分とを有する近似台形形状を有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項７】
前記凹みは、前記軸芯の扁平面との境界位置に形成される角部の内角が鈍角であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の二次電池。
【請求項８】
前記凹みは、前記電極群の捲回軸方向に所定間隔をおいて複数設けられていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の二次電池。
【請求項９】
前記凹みは、互いに前記捲回軸方向に離れて対向し、前記凹みの底方向に移行するにしたがって漸次接近する一対の傾斜面を有することを特徴とする請求項８に記載の二次電池。
【請求項１０】
電極とセパレータを互いに重ね合わせた状態で扁平状の軸芯に捲回して二次電池の電極群を製造する電極群製造装置であって、
前記セパレータを前記軸芯に押圧して熱溶着するヒータブロックを有し、
該ヒータブロックは、前記軸芯に押圧されるヒータ先端部が凸曲面形状を有することを特徴とする電極群製造装置。
【請求項１１】
前記軸芯を捲回軸回りに回転可能に保持する保持手段と、
該保持手段に保持された前記軸芯の扁平面に対して直交する方向に前記ヒータブロックを押圧する押圧手段と、を有し、
前記ヒータ先端部は、捲回軸方向に直交する方向の断面が円弧形状を有することを特徴とする請求項１０に記載の電極群製造装置。
【請求項１２】
前記ヒータ先端部は、捲回軸方向に直交する方向の断面が一対の円弧形状部分と該一対の円弧形状部分の間を前記押圧方向に直交する直線で結ぶ直線形状部分とを有することを特徴とする請求項１０に記載の電極群製造装置。
【請求項１３】
前記ヒータ先端部は、捲回軸方向に直交する方向の断面が楕円の円弧形状を有することを特徴とする請求項１０に記載の電極群製造装置。
【請求項１４】
前記ヒータ先端部は、捲回軸方向に直交する方向の断面が複数の直線形状部分を円弧状に連結して形成された近似円弧形状を有することを特徴とする請求項１０に記載の電極群製造装置。
【請求項１５】
前記ヒータ先端部は、捲回軸方向に直交する方向の断面が、前記押圧方向に直交する方向に直線状に延在する上辺部分と、該上辺部分の両端から前記ヒータ先端部の基端側に移行するにしたがって互いに離反する一対の斜辺部分と、前記上辺部分と前記一対の斜辺部分との間に介在されて円弧状に湾曲する湾曲部分とを有する近似台形形状を有することを特徴とする請求項１０に記載の電極群製造装置。
【請求項１６】
前記ヒータ先端部は、前記軸芯の扁平面に対向して捲回軸方向と平行に所定長さに亘って延在する形状を有することを特徴とする請求項１０から請求項１５のいずれか一項に記載の電極群製造装置。
【請求項１７】
前記ヒータ先端部は、捲回軸方向と平行な長さ方向に所定間隔をおいて複数の溝を有することを特徴とする請求項１６に記載の電極群製造装置。
【請求項１８】
前記溝は、互いに捲回軸方向と平行な長さ方向に離れて対向し、前記溝の底方向に移行するにしたがって漸次接近する一対の傾斜面を有することを特徴とする請求項１７に記載の電極群製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極とセパレータを重ね合わせて扁平状の軸芯に捲回した電極群を有する二次電池と、その電極群を製造する電極群製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は、電池容器内に、電極群が収容され、電解液が注入された構造を有している。電極群は、正・負極の電極を、セパレータを間に介在させて軸芯に捲回することによって形成されている。電極群を形成する場合に、軸芯にセパレータの巻取り側端部を溶着させてから、軸芯にセパレータを巻き付けることが従来から行われている。
【０００３】
例えば、円筒形の二次電池に用いられる円筒電極群では、軸芯に複数枚のセパレータの各巻取り側端部を溶着し、その後回転させて巻き取る過程で、各セパレータの間に正極電極と負極電極を差し入れて捲回し、電極群を形成する方法が紹介されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、軸芯とセパレータの溶着方法としては、樹脂性の円柱形の軸芯にセパレータを重ね、その状態でヒータブロックを押し付けて熱溶着する方法が紹介されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１８５２２０号公報
【特許文献２】特開２００９−２５９７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１、２による方法は、円筒電極群に関するものである。円筒電極群に用いられる軸芯は、断面が円形であり、溶着する際の軸芯の回転角（回転停止位置）がいかなる角度であっても、軸芯に押圧される溶着ヒータとの接触状態は変わらない。したがって、円筒電極群に用いられる軸芯の場合は、セパレータと軸芯の溶着強度に影響を与えることはなく、常に一定の溶着面積でセパレータを溶着させることができる。
【０００７】
しかしながら、例えば角形二次電池の扁平電極群に用いられる扁平状の軸芯は、断面が非円形であるので、僅かでも回転角に誤差が生じると、軸芯に押圧される溶着ヒータとの接触状態が変化する。すなわち、扁平な電極群の軸芯とセパレータをヒータで溶着する際、軸芯とヒータの接触角度のずれで溶着が不安定となる。
【０００８】
したがって、接触状態によっては、接合強度が低下して、セパレータの溶着部が剥離しやすくなるおそれがある。軸芯からセパレータの溶着部が剥離すると、セパレータが正極と負極の間の所定の場所から位置ずれし、短絡や電圧低下を引き起こす可能性があり、電池の安全性および性能の信頼性が低下する課題があった。また、溶着部と非溶着部の界面でセパレータにやぶれが生じ、その結果、電池の短絡や電圧低下が生じるおそれがある。
【０００９】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、扁平状の軸芯にセパレータが常に安定した強度で溶着された電極群を有する二次電池、及び、電極群製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明の二次電池は、電極とセパレータを重ね合わせて扁平状の軸芯に捲回した電極群を有する二次電池であって、電極群は、軸芯にセパレータの先端部分が熱溶着された熱溶着部を有しており、その熱溶着部が軸芯に曲面形状の凹みを形成していることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の電極群製造装置は、電極とセパレータを互いに重ね合わせた状態で扁平状の軸芯に捲回して二次電池の電極群を製造する電極群製造装置であって、セパレータを軸芯に押圧して熱溶着するヒータブロックを有し、ヒータブロックは、軸芯に押圧されるヒータ先端部が凸曲面形状を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の二次電池および二次電池の製造方法によれば、セパレータを軸芯に安定した強度で接合でき、かつセパレータのやぶれも防止できるので、接合不良ややぶれによりセパレータが所定の場所にない場合に生じる短絡や電圧低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施の形態に係わる角形二次電池の外観斜視図。
【図２】図１に示された角形二次電池の分解斜視図。
【図３】図２に示された電極群の詳細を示し、一部を展開した状態の外観斜視図。
【図４】電極群製造装置の構成を説明する図。
【図５】電極群製造装置の動作フローを示す図。
【図６】電極群製造装置のヒータブロックの斜視図。
【図７】図６のＡ方向矢視断面図。
【図８】図６のＢ方向矢視断面図。
【図９】図４の電極群の製造装置の溶着時の拡大図。
【図１０】図４の電極群の製造装置の溶着時の拡大図。
【図１１】ヒータブロックの他の実施形態
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本実施の形態について、角形のリチウムイオン二次電池の場合を例として図面を用いて詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本実施の形態における角形二次電池の外観斜視図、図２は、図１に示された角形二次電池の分解斜視図である。
【００１６】
角形二次電池１は、薄型のほぼ直方体形状の電池容器２内に、電極群４０が収容され、図示はしないが非水電解液が注入されて構成されている。電池容器２は、図１に示すように、電池蓋３と電池缶４を有している。電池蓋３および電池缶４は、例えば、アルミニウムあるいはアルミニウム合金により形成されている。
【００１７】
電池蓋３には、図２に示すように、正極集電板２１、負極集電板３１等が一体的に組み付けられており、電池蓋ユニット１０として構成されている。電池蓋ユニット１０の正極集電板２１および負極集電板３１は、それぞれ、電極群４０の正極金属箔４１ａまたは負極集電箔４２ａに、例えば、超音波溶接により接合されることにより、電池蓋・発電ユニット５０とされ、電池缶４の上端部の開口部から収容される。
【００１８】
なお、図２においては、電池蓋・発電ユニット５０は、直接、電池缶４内に収容される図となっているが、電池蓋・発電ユニット５０を一旦、電気を絶縁するシートで包んでから電池缶４内に収容する構造であってもよい。
【００１９】
電池蓋３には、非水電解液を注入するための注液口（図示せず）が設けられており、注液栓１１で密閉される。また、電池蓋３には、過充電等によりリチウムイオン二次電池１の内部圧力が予め設定された上限値を超えて上昇した際に、電池容器２内を開放して圧力を抜くための開裂弁１２が設けられている。開裂弁１２には、開裂用の破断溝１２ａが形成されている。
【００２０】
非水電解液には、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを体積比で１：２の割合で混合した混合溶液中へ六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１モル／リットルの濃度で溶解したものを用いることができる。
【００２１】
電池蓋３は、レーザ溶接によって電池缶４に接合されて、電池缶４の上方開口を閉塞する。そして、注液口（図示せず）から電解液を注入した後に、注液栓１１で注液口を塞ぎ、注液栓１１を電池蓋３にレーザ溶接して、外部から封口される。
【００２２】
電池蓋ユニット１０は、電池蓋３と、正極側端子構成部２０と、負極側端子構成部３０を備える。正極側端子構成部２０は、外部正極端子２４、正極接続端子２５、正極端子板２６、絶縁板２７、ガスケット（図示せず）および正極集電板２１から構成される。外部正極端子２４、正極端子板２６、正極接続端子２５および正極集電板２１は、一体的に固定され、電池蓋３に取り付けられている。
【００２３】
正極側端子構成部２０を作製するには次のようにする。予め、正極集電板２１を正極接続端子２５にかしめて固定しておく。そして、電池蓋３の貫通孔にガスケットを嵌入しておく。そして、電池蓋３上に絶縁板２７を、電池蓋３の貫通孔と絶縁板２７の貫通孔とを位置合わせして配置する。
【００２４】
次に、外部正極端子２４を正極端子板２６に設けられた貫通孔に嵌入し、絶縁板２７上で正極端子板２６に固定する。外部正極端子２４と正極端子板２６にかしめてもよい。また、正極集電板２１がかしめられた正極接続端子２５を電池蓋３の裏側からガスケットの貫通孔に挿入し、正極接続端子２５の先端部側を絶縁板２７および正極端子板２６の貫通孔に挿通する。正極接続端子２５の先端側は、正極端子板２６の貫通孔よりも僅かに小さい円筒形状を有しており、この正極接続端子２５の先端部分をかしめることにより、正極側端子構成部２０が電池蓋３に一体的に組み付けられる。
【００２５】
この状態において、正極集電板２１、正極接続端子２５、正極端子板２６および外部正極端子２４は、電気的に接続されている。また、正極集電板２１、正極接続端子２５、正極端子板２６および外部正極端子２４は、絶縁板２７およびガスケット（図示せず）により電池蓋３と絶縁されている。
【００２６】
負極側端子構成部３０は、外部負極端子３４、負極接続端子３５、負極端子板３６、絶縁板３７、ガスケット（図示せず）および負極集電板３１から構成される。外部負極端子３４、負極端子板３６、負極接続端子３５および負極集電板３１は、電池蓋３に一体的に組み付けられている。
【００２７】
負極側端子構成部３０を作製するには次のようにする。予め、負極集電板３１を負極接続端子３５にかしめて固定しておく。そして、電池蓋３の貫通孔にガスケットを嵌入しておく。そして、電池蓋３上に絶縁板３７を、電池蓋３の貫通孔と絶縁板３７の貫通孔とを位置合わせして配置する。
【００２８】
次に、外部負極端子３４を負極端子板３６に設けられた貫通孔に嵌入し、絶縁板３７上で負極端子板３６に固定する。また、負極集電板３１がかしめられた負極接続端子３５を電池蓋３の裏側からガスケットの貫通孔に挿入し、負極接続端子３５の先端部側を絶縁板３７および負極端子板３６の貫通孔に挿通する。
【００２９】
負極接続端子３５の先端側は、負極端子板３６の貫通孔よりも僅かに小さい円筒形状を有しており、この負極接続端子３５の先端部分をかしめることにより、負極側端子構成部３０が電池蓋３に一体的に組み付けられる。
【００３０】
この状態において、負極集電板３１、負極接続端子３５、負極端子板３６および外部負極端子３４は、電気的に接続されている。また、負極集電板３１、負極接続端子３５、負極端子板３６および外部負極端子３４は、絶縁板３７およびガスケット７５により電池蓋３と絶縁されている。
【００３１】
電池蓋ユニット１０の正極集電板２１および負極集電板３１は、それぞれ、電極群４０の正極金属箔４１ａまたは負極集電箔４２ａに、超音波溶接により接合されて電気的に接続され、電池蓋・発電ユニット５０とされる。
【００３２】
以上により角形二次電池１は、外部正極端子２４および外部負極端子３４に接続された外部電子機器に対して、充放電が可能な構造となる。
【００３３】
図３は、図２に示された電極群の詳細を示し、一部を展開した状態の外観斜視図である。
【００３４】
電極群４０は、正極電極４１と負極電極４２とを、それぞれの間に第１、第２のセパレータ４３、４４を介在させた状態で、軸芯４０ａの周りに扁平状に捲回して形成されたものである。
【００３５】
軸芯４０ａは、加熱されたヒータブロック７０によって第１のセパレータ４３の先端部分及び第２のセパレータ４４の先端部分を熱溶着可能な合成樹脂製材料からなり、一対の扁平面を有する矩形の平板部材によって構成されている。軸芯４０ａには、第１のセパレータ４３の先端部分及び第２のセパレータ４４の先端部分が互いに重ね合わされた状態で熱溶着されており、熱溶着部８０（図７を参照）が設けられている。熱溶着部８０は、後述するように軸芯４０ａに曲面形状の凹みを形成している。
【００３６】
正極電極４１は、例えば、アルミニウム箔等からなる正極金属箔４１ａの表裏両面に正極合剤層４１ｂが形成されたものである。正極合剤層４１ｂは、一側縁に、正極金属箔４１ａが露出された正極合剤未処理部４１ｃが形成されるように正極金属箔４１ａに正極合剤が塗工されて形成される。
【００３７】
負極電極４２は、例えば、銅箔等からなる負極金属箔４２ａの表裏両面に負極合剤層４２ｂが塗工されたものである。負極合剤層４２ｂは、正極合剤未処理部４１ｃが配置された側縁と対向する側縁である他側縁に、負極金属箔４２ａが露出された負極合剤未処理部４２ｃが形成されるように負極金属箔４２ａに正極合剤が塗工されて形成される。
【００３８】
正極合剤層４１ｂは、正極活物質としてマンガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ２Ｏ４）１００重量部に対し、導電材として１０重量部の鱗片状黒鉛と結着剤として１０重量部のポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦという。）とを添加し、これに分散溶媒としてＮ−メチルビロリドン（以下、ＮＭＰという。）を添加、混練して作製する。この正極合剤を厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に正極合剤未処理部４１ｃを残して塗布する。その後、乾燥、プレス、裁断してアルミニウム箔を含まない正極活物質塗布部の厚さ（表裏両面の合計）９０μｍの正極電極４１を得る。
【００３９】
負極合剤層４２ｂは、負極活物質として非晶質炭素粉末１００重量部に対して、結着剤として１０重量部のＰＶＤＦを添加し、これに分散溶媒としてＮＭＰを添加、混練して作製する。この負極合剤を厚さ１０μｍの銅箔の両面に負極合剤未処理部４２ｃを残して塗布する。その後、乾燥、プレス、裁断して銅箔を含まない負極活物質塗布部の厚さ（表裏両面の合計）７０μｍの負極電極４２を得る。
【００４０】
電極群４０を形成するには、軸芯４０ａに巻始め端部が溶着された第１、第２のセパレータ４３、４４の間に、それぞれ、負極電極４２の巻始め端部を、正極電極４１の巻始め端部よりも内側に位置するように配置して捲回する。
【００４１】
この場合、負極合剤層４２ｂの幅、換言すれば、捲回方向に直交する方向の長さ（捲回軸方向長さ）は、正極合剤層４１ｂの幅よりも広く形成されている。また、第１のセパレータ４３の幅は、正極電極４１の正極合剤未処理部４１ｃを一側縁側において外部に露出する寸法とされている。第２のセパレータ４４の幅は、負極電極４２の負極合剤未処理部４２ｃを他側縁側において外部に露出する寸法とされている。
【００４２】
図４は、電極群製造装置の構成を説明する図である。
電極群製造装置７３は、正極電極４１と負極電極４２との間に第１及び第２のセパレータ４３、４４を介在させて互いに重ね合わせた状態で扁平状の軸芯４０ａに捲回して角形二次電池１の電極群４０を製造する構成を有する。
【００４３】
電極群製造装置７３は、第１及び第２のセパレータ４３、４４を軸芯４０ａに押圧して熱溶着するヒータブロック７０と、軸芯４０ａを捲回軸回りに回転可能に保持する保持手段と、保持手段に保持された軸芯４０ａの扁平面に対して直交する方向にヒータブロック７０を押圧する押圧手段を有している。
【００４４】
保持手段は、図４に示すように、装置中央に、扁平な軸芯４０ａを捲回軸方向両側から位置決め把持し、回転させる把持回転機構６６を備える。本実施の形態では、把持回転機構６６は、水平方向に沿って軸芯４０ａの捲回軸が配置されるように把持する。
【００４５】
押圧手段は、ヒータブロック７０を所定位置まで上昇させ、軸芯４０ａに加圧するヒータ昇降機構７１と、その加圧により軸芯４０ａが負けて曲がらないようにする裏抑え機構７２を備える。ヒータブロック７０の詳細については後述する。
【００４６】
そして、上方から下方に向かって順番に正極電極４１、第１のセパレータ４３、負極４２、第２のセパレータ４４がロール状に配置されており、把持回転機構６６に供給できるようになっている。また、各々の電極やセパレータを所定長さ供給する送りローラ６０ａ〜６０ｄと所定の長さで切断するカッタ６１ａ〜６１ｄを備える。
【００４７】
第１のセパレータ４３、第２のセパレータ４４を、送り出し機構６０ａ、６０ｃで軸芯４０ａとヒータブロック７０の間に送り込んだ後、軸芯４０ａに第１のセパレータ４３、第２のセパレータ４４を押し付け仮位置決めするセパレータ仮押さえ６８を備える。
【００４８】
電極群４０を捲回した後、ほどけないようにテープ６３を貼る貼り付け手段６７を備える。テープ６３は送り出し機構６４を介し、カッタ６５で所定長さにカットされる。
【００４９】
前述した送り機構６０ａ〜ｄは、捲回中に正極電極４１、第１のセパレータ４３、負極電極４２、第２のセパレータ４４に対し、バックテンションをかける役割も合わせ持つ。
【００５０】
次に、製造装置の動作について図５を用いて説明する。
図５は、図４に示す製造装置の動作フローを示す図である。
予めロール状にした正極４１、第１のセパレータ４３、負極４２、第２のセパレータ４４を電極群製造装置７３にセットしておく。正極４１と負極４２は、正極合剤未処理部４１ｃと負極合剤未処理部４２ｃが、幅方向の反対側（捲回方向両側）の側縁に位置するようにセットする。この状態で、図５に示す自動スタートＳ１が開始されると、把持回転機構６６が開き、軸芯４０ａが位置決め固定されて両端からクランプ固定される。これにより、軸芯装着Ｓ２が完了する。
【００５１】
軸芯装着Ｓ２の完了後、把持回転機構６６は、軸芯４０ａが所定の回転角になるように回転し、予め設定された回転角度位置に停止させる。その後、第１のセパレータ４３、第２のセパレータ４４を送り機構６０ｂ、６０ｄにより所定量送り出し、軸芯４０ａとヒータブロック７０の間に挿入する。挿入したらセパレータ仮押さえ６８で軸芯４０ａの扁平面に第１のセパレータ４３、第２のセパレータ４４を押し付けて仮固定する。これによりセパレータセットＳ３が完了する。
【００５２】
その後、ヒータ昇降機構７１でヒータブロック７０を上昇させ、裏押さえ機構７２を下降させ、軸芯４０ａと第１のセパレータ４３、第２のセパレータ４４とを挟み込み加圧、加熱する。ヒータブロック７０の温度は、セパレータの材質によるが、例えばポリエチレンの場合は１８０℃から２４０℃程度が望ましい。ヒータ昇降機構７１は、サーボモータとボールねじを備えており、軸芯４０ａに対するヒータブロック７０の位置や加圧力を調整できるので、軸芯４０ａに溶かし込んで形成する凹みの深さＨ２（図７を参照）を調整することができる。尚、加圧、加熱保持時間は０．２〜２秒程度とした。このようにしてセパレータ熱溶着Ｓ４が完了する。
【００５３】
次に、把持回転機構６６を１回転〜８回転程回転させ、軸芯４０ａに第１のセパレータ４３、第２のセパレータ４４を巻き取り、一時停止してからこの２つのセパレータの間に負極４２を差し込む。送り機構６０ｄにより負極４２の巻始め端部を所定位置まで差し込むと負極挿入Ｓ５が完了する。
【００５４】
負極４２の巻始め端部を差し込む前に第１のセパレータ４３、第２のセパレータ４４を巻き取るのは、熱溶着にて発生した凹凸で捲回の巻きずれが生じないようにするためである。また、この凹凸が電極に局所的な応力を与え、合材膜が剥がれたりするのを防止させる役割も持つ。セパレータを巻き取る回数は多いほど凹凸が均されていく。また、この第１のセパレータ４３、第２のセパレータ４４の巻き取り時には送り機構６０ｂ，６０ｄによりバックテンションがかけられるので、溶着部はこの引張応力をかけても破れず、かつ接合部が剥離しない。
【００５５】
次に、把持回転機構６６を半回転〜3/4回転程回転させ、正極４１の巻始め端部を送り機構６０ａで第１のセパレータ４３、第２のセパレータ４４の間に挿入すると、正極挿入Ｓ６が完了する。尚、正極４１の巻始め端部を挿入する前に把持回転機構６６を回転させるのは、負極４２と第１のセパレータ４３、第２のセパレータ４４との間で生じる摩擦で、負極４２が抜けない安定な状態を作り出した後に正極４１を挿入するためである。この回転角は各々の材料に特有の摩擦係数に応じ選定すればよい。
【００５６】
次に、正極挿入Ｓ６完了後、負極挿入Ｓ５後と同様の理由で半回転〜3/4回転程回転程低速度で回転させて、正極４１と第１のセパレータ４３、第２のセパレータ４４との間に十分な摩擦が得られたら高速回転に切り替える。そして、高速回転で所定回転数だけ捲回すると捲回Ｓ７が完了する。尚、捲回する際は正極４１、第１のセパレータ４３、負極４２、第２のセパレータ４４各々のテンションと幅方向位置ずれを防止する機構を設け、制御するのが望ましい。
【００５７】
次に、捲回Ｓ７完了後、正極４１をカットし、その後、同様に負極４２、第１のセパレータ４３、第２のセパレータ４４の順にカットする。これにより、正極カットＳ８、負極カットＳ９、セパレータカットＳ１０が完了する。
【００５８】
尚、このような順番で長さをずらしてカットすることにより、電極群４０の巻終り側は、最外周が第２のセパレータ４４となり、その内側が負極電極４２となる。従って、正極合剤層４１ｂは、巻始め側から巻終り側までの全長に亘り、幅方向においても、すべての部分が、負極合剤層４２ｂにより覆われ、負極合材層４２ｂはセパレータに覆われる。
【００５９】
最後に、巻き終わり部分がほどけないように巻止めのテープを貼付する巻止めテープ貼付Ｓ１１を行う。テープ６３は、送り出し機構６４を介して、カッタ６５で所定長さにカットされ、貼り付け手段６７で電極群４０の巻き終わりに貼られる。これら動作を経て、電極群製造装置７３による電極群４０の捲回動作は自動終了Ｓ１２となる。
【００６０】
図６は、図４に示す電極群製造装置のヒータブロックの外観斜視図である。
ヒータブロック７０は、一定のヒータ幅Ｗ１で一直線状に延在する長尺状のブロック形状を有しており、ヒータブロック７０の長手方向の長さであるヒータ長さＬは、軸芯４０ａの扁平面に対して捲回軸方向と平行に所定長さに亘って当接する長さ寸法に設定されており、例えば、負極合剤層４２ｂの横幅（捲回軸方向の長さ）とほぼ同一の長さ寸法に設定されている。
【００６１】
ヒータブロック７０は、軸芯に押圧される凸曲面形状のヒータ先端部７０Ａを有している。ヒータ先端部７０Ａは、ヒータブロック７０のヒータ長さＬに亘って設けられており、軸芯４０ａの扁平面に対向して捲回軸と平行に所定長さに亘って延在する形状を有している。
【００６２】
ヒータ先端部７０Ａは、ヒータブロック７０の短手方向に沿った断面、換言すると、捲回軸方向に直交する方向の断面が略円弧形状を有しており、例えば、一対の円弧形状部分と一対の円弧形状部分の間を押圧方向に直交する直線で結ぶ直線形状部分とを有している。具体的には、軸芯４０ａに押圧する押圧方向に直交する方向に延在する平面状のフラット部７０ａと、フラット部７０ａのヒータ幅Ｗ１方向両側に滑らかに連続する曲面状の第１のＲ部７０ｂと第２のＲ部７０ｃを有している。
【００６３】
ヒータ先端部７０Ａには、ヒータブロック７０の長手方向に所定間隔をおいて複数の溝７０Ｂが刻まれて設けられている。溝７０Ｂは、互いに捲回軸と平行な長さ方向、換言すると、ヒータブロック７０の長手方向に離れて対向し、溝７０Ｂの底方向に移行するにしたがって漸次接近する一対の傾斜面７０ｄ、７０ｅを有しており、本実施の形態では、断面が略Ｖ字の溝形状を有している。
【００６４】
ヒータブロック７０は、熱変形しにくい素材が望ましく、本実施例では冷間工具鋼を焼き入れしたものを用いた。ヒータブロック７０の各々の寸法は、ヒータ幅Ｗ１に対して、第１のＲ部７０ｂと第２のＲ部７０ｃの半径を０．６倍とした。また、フラット部７０ａの幅は、ヒータ幅Ｗ１の０．１倍とした。溝７０Ｂの傾斜面７０ｄと７０ｅの角度は６０度とした。
【００６５】
ヒータ先端部７０Ａの形状は、フラット部７０ａが無い完全なＲ形状、すなわち、捲回軸方向に直交する方向であるヒータブロック７０の短手方向の断面が円弧形状を有するものでもよいが、完全なＲ形状よりも、フラット部７０ａのように、やや平坦な部分を一部に設けた方が摩耗による接触状態の変化を抑制できるという長所がある。それから、もうひとつの理由としては、ヒータブロック７０の素材を熱処理した場合、歪みによりヒータ先端部７０Ａに歪みが発生することがあり、このような歪みが発生した場合に、ヒータ先端部７０Ａをやや平坦に再研磨した方が、ヒータ先端部７０Ａの精度が上がって接触状態が安定するからである。
【００６６】
図７及び図８は、ヒータブロック７０で軸芯４０ａに第１のセパレータ４３と第２のセパレータ４４を溶着した状態を示す横断面図と縦断面図である。図７の断面９０は、図６の矢視Ａ方向から見て、ヒータ凸部で切った断面であり、図８の断面９１は、図６の矢視Ｂ方向から見て、ヒータ中央で切った断面である。
【００６７】
電極群４０は、軸芯４０ａの扁平面に第１のセパレータ４３と第２のセパレータ４４の先端部分が重なり合った状態で熱溶着された熱溶着部８０を有しており、その熱溶着部８０が軸芯４０ａに曲面形状の凹みを形成している。熱溶着部８０は、ヒータブロック７０のヒータ先端部７０Ａの凸曲面形状にならった凹曲面形状の凹みを有している。凹みは、電極群４０の捲回軸方向に所定間隔をおいて複数設けられている。
【００６８】
凹みは、電極群４０の捲回軸方向に直交する方向に沿った断面が略円弧形状を有しており、例えば、一対の円弧形状部分とこれら一対の円弧形状部分の間を軸芯４０ａの扁平面と平行な直線で結ぶ直線形状部分とを有している。凹みは、具体的には、軸芯４０ａの扁平面に平行に延在する平面状のフラット部８０ａと、フラット部８０ａの両側に滑らかに連続する一対の円弧形状部分である第１のＲ部８０ｃ及び第２のＲ部８０ｂとを有している。
【００６９】
熱溶着部８０は、ヒータ昇降機構７１（図４参照）でヒータブロック７０の加圧力や押し付け時間を調整することにより、軸芯４０ａに対するヒータ先端部７０Ａの進入深さである溶着深さＨ２と、溶着幅Ｗ２が一定に保持される。
【００７０】
熱溶着部８０の凹みは、軸芯の扁平面との境界位置に形成される角部の内角が鈍角となる。具体的には、熱溶着部８０の第１のＲ部８０ｃの接線と軸芯４０ａの扁平面とがおりなす内角θ１、及び、溶着部８０の第２のＲ部８０ｂの接線と軸芯４０ａの扁平面とがおりなす内角θ２は、ヒータブロック７０のヒータ先端部７０ＡがＲ形状なので、ともに鈍角（９０度＜鈍角＜１８０度）に形成することができる。
【００７１】
そして、溶着部８０は、図８の断面９１に示されるように、軸芯４０ａの扁平面に、ヒータ先端部７０Ａの溝形状にならった凹みを有する。溶着部８０は、ヒータ先端部７０Ａの溝７０Ｂの傾斜面７０ｄと７０ｅの形状にならった形状である、溶着部８０の溝の面８０ｆと８０ｄと８０ｅを有している。
【００７２】
溝７０Ｂの傾斜面７０ｄと７０ｅは、ヒータ先端に移行するに従って開く形状になっているので、軸芯４０ａの表面と溝の面８０ｄがおりなす内角θ３、軸芯４０ａの表面と溝の面８０ｄがおりなす内角θ４は、全て鈍角に形成することができる。
【００７３】
このようにして、溶着部８０の内角θ１〜θ４は、すべて鈍角（９０度＜鈍角＜１８０度）に形成される。内角θ１〜θ４の頂点は、熱溶着部８０と非溶着部の界面である。セパレータに引張応力がかかった場合、これら界面には局所応力がかかる。
【００７４】
本発明のヒータブロック７０により形成されるこれらの界面は、すべて鈍角で構成されるので、巻き取り時に第１及び第２のセパレータ４３、４４に生じるバックテンションＦにより、引張応力を受けた場合に、かかる局所応力集中を緩和させることができる。そのため、第１及び第２のセパレータ４３、４４がやぶれにくくなり、セパレータの引張強度を向上させることができる。
【００７５】
図９、図１０は、図４に示す製造装置によって軸芯にセパレータを熱溶着する状態を説明する図である。
【００７６】
図９では、軸芯４０ａは、ヒータブロック７０の移動方向に対して直交する方向に扁平面が配置されている。より具体的には、軸芯４０ａは、上下方向に移動するヒータブロック７０の移動方向に対して扁平面が垂直となる回転角に配置されている。
【００７７】
そして、ヒータ昇降機構７１と裏押さえ機構７２を作動させて、ヒータブロック７０と裏押さえヘッドとの間に、軸芯４０ａと第１のセパレータ４３及び第２のセパレータ４４を挟み込み加圧しながらヒータブロック７０で加熱し、軸芯４０ａに第１のセパレータ４３及び第２のセパレータ４４を熱溶着している。
【００７８】
熱溶着後、回転把持機構６６が巻き取り動作をする際、送り出し機構６０ｂ，６０ｄ（図４参照）によりバックテンションＦ１、Ｆ２がかかる。尚、軸芯４０ａの扁平面であれば、Ｄ方向のどの位置に熱溶着してもよい。
【００７９】
図１０では、軸芯４０ａは、ヒータブロック７０の移動方向に対して直交する方向から僅かにずれた角度に扁平面が配置されており、例えば、回転角δが基準角度位置から３度ずれた場合を示す。
【００８０】
ヒータ先端部７０Ａは、ヒータブロック７０の短手方向に沿った断面が略円弧形状を有して突出する凸曲面形状（Ｒ形状）を有しているので、軸芯４０ａがヒータブロック７０の移動方向に対して直交する方向から３度ずれた場合でも、図９に示す場合と同様の接触状態が得られる。したがって、溶着部８０は、図９に示す場合と同一の溶着深さＨ２と溶着幅Ｗ２を有し（図７を参照）、常に一定の溶着面積を得ることができる。
【００８１】
これに対して、例えばヒータブロック７０のヒータ先端部が角型でフラットな形状の場合には、回転角がずれてしまうと、ヒータ先端部の角のみで加圧することになり、溶着面積が大きく低下してしまう。
【００８２】
本発明のヒータブロック７０を用いると、回転角のずれの有無にかかわらず、溶着部８０の溶着深さＨ２と溶着幅Ｗ２を常に一定にすることができ、一定の溶着面積を得ることができる。したがって、溶着強度を安定させることができる。
【００８３】
尚、裏押さえ機構７２の裏押さえヘッドは、回転角がずれた場合でも面で加圧できるように、図９及び図１０に示すように、軸芯４０ａの扁平面の角度に追従するように首振り可能な角度追従機構７２ａをもたせた方がよい。
【００８４】
ヒータの溶着で与えるべき熱量Ｑ（Ｊ）は、第１のセパレータ４３、第２のセパレータ４４の熱伝導率をλ（Ｗ／ｍＫ）、第１のセパレータ４３、第２のセパレータ４４の厚さをｂ（ｍ）、ヒータ温度をT２（Ｋ）、溶着前の第１のセパレータ４３、第２のセパレータ４４と軸芯の温度をＴ１（Ｋ）、ヒータブロック７０と軸芯４０ａ、第１のセパレータ４３、第２のセパレータ４４との接触面積をＳ(t)（ｍ２）、溶着時間をＭ（sec）とすると、下記の式（１）で表すことができる（積分区間は  時間ｔ＝0〜Ｍ）。
【００８５】
［数１］
Ｑ＝∫｛λＳ(t)（Ｔ2−Ｔ1）/２ｂ｝ｄｔ  …（式１）
【００８６】
上記の式（１）において、Ｍ、λ、T2,T1、ｂは一定なので、熱量Ｑは接触面積Ｓ(t)に依存する関数となる。即ち、この接触面積を安定にすると、ヒータブロック７０から伝達する熱量が安定するので、溶着が安定するといえる。
【００８７】
上記構成を有する角形二次電池１５および電極群製造装置７３によれば、第１のセパレータ４３、第２のセパレータ４４を軸芯４０ａに安定した強度で接合でき、かつ、第１のセパレータ４３、第２のセパレータ４４のやぶれも防止できる。したがって、接合不良ややぶれにより第１のセパレータ４３、第２のセパレータ４４が所定の場所にない場合に生じる短絡や電圧低下を防止する電池を提供することができる。
【００８８】
図１１は、ヒータブロックの他の実施例を示した図である。
ヒータブロック１０１は、ヒータブロック７０と比較してヒータ先端部１０１ａにフラット部を有しておらず、断面が半径ｒ１を有する完全なＲ形状（円弧形状）を有している。そして、ヒータブロック１０２は、ヒータ先端部１０２ａの断面が長軸半径ｒ２と短軸半径ｒ３を有する楕円の円弧形状を有している。
【００８９】
ヒータブロック１０１、１０２のように、ヒータ先端部１０１ａ、１０２ａにフラット部を有していなくても、ヒータ先端部の摩耗や加工精度に問題が無ければ、ヒータブロック７０と同様の効果が得られる。摩耗はセパレータの材質やヒータの素材の硬度により大きく変化する。
【００９０】
ヒータブロック１０３は、ヒータ先端部１０３ａの断面が平坦な２面の先端を半径ｒ４でＲ加工して面取りした形状を有している。ヒータブロック１０４は、ヒータ先端部１０４ａの断面が完全なＲ形状ではなく、細分化された平坦面でＲ形状を模した形状を有しており、換言すると、複数の直線形状部分を円弧状に連結して形成された近似円弧形状を有している。
【００９１】
ヒータブロック１０３、１０４のように、ヒータ先端部１０３ａ、１０４ａの断面が円弧状を有していなくてもよく、ヒータ先端部を軸芯４０ａに一定の押圧力で押圧した場合に、回転角のずれの有無にかかわらず、溶着部８０の溶着深さＨ２と溶着幅Ｗ２を常に一定にすることができる形状を有するものであればよい。
【００９２】
図１１のヒータブロック１０１を用いた場合、熱溶着部８０の凹みは、断面が円弧形状となる。そして、ヒータブロック１０２を用いた場合、熱溶着部８０の凹みは、断面が楕円の円弧形状となる。また、ヒータブロック１０３、１０４を用いた場合、熱溶着部８０の凹みは、断面が近似円弧形状となる。
【００９３】
したがって、ヒータブロック１０１〜１０４の場合は、ヒータブロック７０と同様に、回転角のずれの有無にかかわらず、溶着部８０の溶着深さＨ２と溶着幅Ｗ２を常に一定にすることができ、一定の溶着面積を得ることができる。したがって、溶着強度を安定させることができる。また、ヒータブロック１０１、１０２により形成される熱溶着部８０の界面は、ヒータブロック７０と同様に、すべて鈍角で構成されるので、巻き取り時に第１及び第２のセパレータ４３、４４に生じるバックテンションＦにより、引張応力を受けた場合に、かかる局所応力集中を緩和させることができ、第１及び第２のセパレータ４３、４４がやぶれにくくなり、セパレータの引張強度を向上させることができる。
【００９４】
ヒータブロック１０５は、ヒータ先端部１０５ａの断面が先端角にＲを持つ台形形状を有しており、具体的には、押圧方向に直交する方向に直線状に延在する上辺部分と、その上辺部分の両端からヒータ先端部１０５ａの基端側に移行するにしたがって互いに離反する一対の斜辺部分と、これら一対の斜辺部分と上辺部分との間に介在されて円弧状に湾曲する湾曲部分とを有する近似台形形状を有している。そして、ヒータブロック１０５を用いた場合、熱溶着部８０の凹みは、断面が近似台形形状となる。
【００９５】
ヒータブロック１０５の場合、回転角の誤差による熱伝達量の安定化は小さくなるが、溶着部と非溶着部の界面の角度を鈍角にすることができるので、従来のようなフラットな面を有するヒータブロックよりも、熱溶着部８０では高い引張強度が得られる。
【００９６】
なお、上述の実施の形態では、ヒータ先端部７０Ａに溝７０Ｂを有するくし歯状のヒータブロックの場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、くし歯のない、かまぼこ状のヒータブロックであっても、本発明のＲ形状の効果は同様である。
【００９７】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００９８】
１  角形二次電池
２  電池容器
４０  電極群
４０ａ  軸芯
４１  正極電極（電極）
４２  負極電極（電極）
４３  第１のセパレータ（セパレータ）
４４  第２のセパレータ（セパレータ）
６０ａ〜６０ｄ  送り機構
６１ａ〜６０ｄ  カッタ
６４  テープ送り出し機構
６６  把持回転機構（保持手段）
６８  仮押さえ
７０、１０１〜１０５  ヒータブロック
７０Ａ、１０１ａ〜１０５ａ  ヒータ先端部
７０Ｂ  溝
７０ａ  フラット部（直線形状部分）
７０ｂ  第１のＲ部（円弧形状部分）
７０ｃ  第２のＲ部（円弧形状部分）
７１  ヒータ昇降機構（押圧手段）
７２  裏押さえ機構
７３  電極群製造装置
８０  熱溶着部
８０ａ  フラット部（直線形状部分）
８０ｂ  第２のＲ部（円弧形状部分）
８０ｃ  第１のＲ部（円弧形状部分）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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