(57)【要約】【課題】セパレータの溶着を良好に行うこと。【解決手段】電極収納セパレータ２０を構成する第１セパレータ及び第２セパレータの一辺に沿うように並列された複数の溶着部３３を溶着位置に押し当てる際、制御部３８が、各溶着部３３の付与荷重を均等に制御して溶着させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１セパレータと、前記第１セパレータと対峙する第２セパレータと、電極を収納する収納部と、を有し、前記収納部と前記第１セパレータ及び前記第２セパレータの端縁との間で前記第１セパレータと前記第２セパレータとを溶着してなる電極収納セパレータの製造方法であって、
前記第１セパレータ、及び前記第２セパレータの一辺に沿うように、並列された複数の溶着部を加熱した状態で押し当て、各溶着部の付与荷重を均等に制御して溶着する電極収納セパレータの製造方法。
【請求項２】
前記電極は、該電極の端縁から延在したタブを有し、
前記収納部に収納された電極の前記タブには、前記第１セパレータと前記第２セパレータの対向する面に重なる重なり部を有し、
前記第１セパレータと、前記第２セパレータとが重なる位置に前記溶着部を加熱した状態で押し当てて溶着し、
前記第１セパレータと、前記第２セパレータと、前記重なり部とが重なる位置にも前記溶着部を加熱した状態で押し当てて溶着する請求項１に記載の電極収納セパレータの製造方法。
【請求項３】
前記電極は、該電極の端縁から延在したタブを有し、
前記収納部に収納された電極の前記タブには、前記第１セパレータと前記第２セパレータの対向する面に重なる重なり部を有し、
前記第１セパレータと前記第２セパレータとが重なる位置には前記溶着部を加熱した状態で押し当てて溶着し、
前記第１セパレータと、前記第２セパレータと、前記重なり部とが重なる位置には前記溶着部を非加熱の状態で押し当て、前記第１セパレータと、前記第２セパレータと、前記タブとを溶着しない請求項１に記載の電極収納セパレータの製造方法。
【請求項４】
前記第１セパレータ、及び前記第２セパレータの対向する２辺のそれぞれに複数の溶着部を並列し、前記２辺を同時に溶着する請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載の電極収納セパレータの製造方法。
【請求項５】
第１セパレータと、前記第１セパレータと対峙する第２セパレータと、電極を収納する収納部と、を有し、前記収納部と前記第１セパレータ及び前記第２セパレータの端縁との間で前記第１セパレータと前記第２セパレータとを溶着してなる電極収納セパレータの製造装置であって、
前記第１セパレータ、及び前記第２セパレータの一辺に沿うように並列された複数の溶着部と、
各溶着部を加熱する加熱部と、
各溶着部を押し当てる押圧部と、
各溶着部の付与荷重を均等に制御する制御部と、を備えたことを特徴とする電極収納セパレータの製造装置。
【請求項６】
前記第１セパレータ、及び前記第２セパレータの対向する２辺のうち、一方の辺に沿うように並列された複数の溶着部を有する第１溶着装置と、
他方の辺に沿うように並列された複数の溶着部を有する第２溶着装置と、を備えた請求項５に記載の電極収納セパレータの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置の電極を収納した電極収納セパレータの製造方法、及び電極収納セパレータの製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの車両には、原動機となる電動機への供給電力を蓄える蓄電装置としてリチウムイオン電池などの二次電池が搭載されている。この種の二次電池は、例えば、特許文献１に開示されている。二次電池は、正極電極と負極電極を備え、両電極の間をセパレータで絶縁し、これら積層して層状とした電極組立体を有する。そして、特許文献１では、両電極を絶縁するセパレータを袋状とし、何れか一方の電極を袋状のセパレータに収納している。このような袋状のセパレータは、二つ折りしたセパレータの端部を接着や溶着して接合する方法や、２枚のセパレータを重ね合わせて端部を接着や溶着して接合する方法で作られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５９−５６３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
セパレータを溶着する際には、加熱した溶着部を押し当て荷重を与えながら行う。しかしながら、セパレータを重ね合わせた状態において、セパレータに皺が生じていた場合や、厚みが均等になっていない場合などには、溶着部が片当りし、溶着不良の要因となる。
【０００５】
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、セパレータの溶着を良好に行い得る電極収納セパレータの製造方法、及び製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する電極収納セパレータの製造方法は、第１セパレータと、前記第１セパレータと対峙する第２セパレータと、電極を収納する収納部と、を有し、前記収納部と前記第１セパレータ及び前記第２セパレータの端縁との間で前記第１セパレータと前記第２セパレータとを溶着してなる電極収納セパレータの製造方法であって、前記第１セパレータ、及び前記第２セパレータの一辺に沿うように、並列された複数の溶着部を加熱した状態で押し当て、各溶着部の付与荷重を均等に制御して溶着する。これによれば、各溶着部の付与荷重を均等に制御して溶着することで、溶着部の片当りを要因とする溶接不良を抑制できる。したがって、セパレータの溶着を良好に行うことができる。
【０００７】
上記製造方法において、前記電極は、該電極の端縁から延在したタブを有し、前記収納部に収納された電極の前記タブには、前記第１セパレータと前記第２セパレータの対向する面に重なる重なり部を有し、前記第１セパレータと、前記第２セパレータとが重なる位置に前記溶着部を加熱した状態で押し当てて溶着し、前記第１セパレータと、前記第２セパレータと、前記重なり部とが重なる位置にも前記溶着部を加熱した状態で押し当てて溶着することができる。これによれば、第１セパレータ、第２セパレータ及びタブが重なる位置と、第１セパレータ、第２セパレータ及びタブが重ならない位置とで厚みが異なる場合でも、各溶着部の付与荷重を均等に制御することで溶着部の片当りを要因とする溶接不良を抑制できる。したがって、セパレータの溶着を良好に行うことができる。
【０００８】
上記製造方法において、前記電極は、該電極の端縁から延在したタブを有し、前記収納部に収納された電極の前記タブには、前記第１セパレータと前記第２セパレータの対向する面に重なる重なり部を有し、前記第１セパレータと前記第２セパレータとが重なる位置には前記溶着部を加熱した状態で押し当てて溶着し、前記第１セパレータと、前記第２セパレータと、前記重なり部とが重なる位置には前記溶着部を非加熱の状態で押し当て、前記第１セパレータと、前記第２セパレータと、前記タブとを溶着しないようにすることもできる。これによれば、各溶着部の付与荷重を均等に制御することで、第１セパレータ、第２セパレータ及びタブが重ならない位置を溶着するに際して、当該位置よりも厚くなる第１セパレータ、第２セパレータ及びタブが重なる位置の影響を受けずに溶着を行うことができる。したがって、セパレータの溶着を良好に行うことができる。
【０００９】
上記製造方法において、前記第１セパレータ、及び前記第２セパレータの対向する２辺のそれぞれに複数の溶着部を並列し、前記２辺を同時に溶着することが好ましい。これによれば、溶着の作業効率を向上させることができる。
【００１０】
上記課題を解決する電極収納セパレータの製造装置は、第１セパレータと、前記第１セパレータと対峙する第２セパレータと、電極を収納する収納部と、を有し、前記収納部と前記第１セパレータ及び前記第２セパレータの端縁との間で前記第１セパレータと前記第２セパレータとを溶着してなる電極収納セパレータの製造装置であって、前記第１セパレータ、及び前記第２セパレータの一辺に沿うように並列された複数の溶着部と、各溶着部を加熱する加熱部と、各溶着部を押し当てる押圧部と、各溶着部の付与荷重を均等に制御する制御部と、を備えている。これによれば、各溶着部の付与荷重を均等に制御して溶着することで、溶着部の片当りを要因とする溶接不良を抑制できる。したがって、セパレータの溶着を良好に行うことができる。
【００１１】
上記製造装置において、前記第１セパレータ、及び前記第２セパレータの対向する２辺のうち、一方の辺に沿うように並列された複数の溶着部を有する第１溶着装置と、他方の辺に沿うように並列された複数の溶着部を有する第２溶着装置と、を備えることが好ましい。これによれば、溶着の作業効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、セパレータの溶着を良好に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】二次電池の外観を示す斜視図。
【図２】電極組立体を構成する正極電極と負極電極を示す斜視図。
【図３】溶着装置の模式図。
【図４】溶着の様子を示す模式図。
【図５】溶着の様子を示す模式図。
【図６】溶着の様子を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、電極収納セパレータの製造方法及び製造装置を具体化した一実施形態を図１〜図６にしたがって説明する。
図１に示すように、蓄電装置としての二次電池１０は、ケース１１内に電極組立体１２と電解液が収容される。ケース１１は、有底四角筒状のケース本体１３と、当該ケース本体１３の開口部を閉塞する矩形平板状の蓋１４とからなる。電極組立体１２には、正極端子１６及び負極端子１７が電気的に接続される。正極端子１６及び負極端子１７には、ケース１１から絶縁するためのリング状の絶縁リング１８がそれぞれ取り付けられている。そして、正極端子１６と負極端子１７は、蓋１４からケース１１外に露出している。
【００１５】
図２に示すように、電極組立体１２は、袋状をなすとともにその内部に電極として正極電極１９を収納した電極収納セパレータ２０と、正極電極１９とは極性の異なる負極電極２１と、を有する。電極組立体１２は、複数の電極収納セパレータ２０と複数の負極電極２１を交互に積層して層状とした構造である。
【００１６】
正極電極１９は、四角シート状の正極金属箔（実施形態ではアルミニウム箔）２２と、正極金属箔２２の両面に正極活物質を含む正極活物質層２３を有する。正極電極１９の端縁１９ａからはタブとしての正極集電タブ２４が延在している。各正極電極１９の正極集電タブ２４は、正極端子１６に電気的に接続される。負極電極２１は、四角シート状の負極金属箔（実施形態では銅箔）２５と、負極金属箔２５の両面に負極活物質を含む負極活物質層２６を有する。負極電極２１の端縁２１ａからは負極集電タブ２７が延在している。各負極電極２１の負極集電タブ２７は、負極端子１７に電気的に接続される。
【００１７】
図２に示すように、電極収納セパレータ２０は、互いに対峙する四角シート状の第１セパレータ２０ａと四角シート状の第２セパレータ２０ｂとから構成されている。第１セパレータ２０ａ及び第２セパレータ２０ｂは、何れも微多孔性フィルムからなる。第１セパレータ２０ａと第２セパレータ２０ｂは同サイズであり、正極電極１９よりも一回り大きなサイズである。これにより、第１セパレータ２０ａと第２セパレータ２０ｂは、正極電極１９を重ねた状態において、正極電極１９の各端縁１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄからはみ出すはみ出し部２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄを有する。はみ出し部２８ａは、正極電極１９において正極集電タブ２４が延在している端縁１９ａからはみ出す。はみ出し部２８ｂは、正極電極１９の端縁１９ａに沿う辺の対辺側の端縁１９ｂからはみ出す。はみ出し部２８ｃは、端縁１９ａに沿う辺に直交する辺側の端縁１９ｃからはみ出す。はみ出し部２８ｄは、端縁１９ｃに沿う辺の対辺側の端縁１９ｄからはみ出す。
【００１８】
電極収納セパレータ２０は、第１セパレータ２０ａと第２セパレータ２０ｂの対向するはみ出し部２８ａ〜２８ｄ同士が、溶着によって形成される接合部２９で接合されている。第１セパレータ２０ａと第２セパレータ２０ｂは、全周で接合されている。また、正極電極１９の正極集電タブ２４は、第１セパレータ２０ａと第２セパレータ２０ｂの対向する面であるはみ出し部２８ａの面の間に位置し、その面の間を通って第１セパレータ２０ａ及び第２セパレータ２０ｂの各端縁よりも突出している。これにより、正極集電タブ２４は、第１セパレータ２０ａと第２セパレータ２０ｂの対向する面に重なる重なり部２４ａを有する。そして、正極集電タブ２４は、第１セパレータ２０ａ及び第２セパレータ２０ｂと重なる位置である重なり部２４ａにおいて接合部２９で接合されている。電極収納セパレータ２０は、第１セパレータ２０ａと第２セパレータ２０ｂが接合されることによって接合部２９の内側が電極の収納部Ｓとなり、その収納部Ｓと第１セパレータ２０ａ及び第２セパレータ２０ｂの端縁との間で溶着されている。
【００１９】
次に、電極収納セパレータ２０の製造装置を説明する。
図３に示すように、製造装置は、溶着作業時に電極収納セパレータ２０を載置する載置台３０と、支持部３１に支持された複数の溶着機構３２を有する。溶着機構３２は、溶着作業時に溶着対象物に押し当てられるブロック状の溶着部３３と、溶着部３３に連結されるとともに伸縮するロッド３４と、ロッド３４を伸縮させるアクチュエータ３５と、を有する。アクチュエータ３５は、例えば、油圧や空圧によってロッド３４を伸縮させる装置や、モータによってロッド３４を伸縮させる装置である。各溶着部３３は、アクチュエータ３５がロッド３４を伸縮動作させることによって溶着対象物に対して接離移動する。この実施形態ではアクチュエータ３５とロッド３４により押圧部が構成される。また、アクチュエータ３５は、圧力センサなどの圧力検知機構を有する。
【００２０】
複数の溶着機構３２は、それぞれの溶着部３３が直線状に並列された状態で支持部３１に支持されている。これにより、溶着作業時には、複数の溶着部３３が、第１セパレータ２０ａ及び第２セパレータ２０ｂの一辺に沿うように配置され、その一辺を一度に溶着可能となっている。そして、この実施形態の製造装置は、複数の溶着機構３２を支持部３１に支持した第１溶着装置３６と、その第１溶着装置３６と同一構造の第２溶着装置３７を有し、これらの２組の溶着装置によって第１セパレータ２０ａ及び第２セパレータ２０ｂにおける対向する２辺を同時に溶着可能となっている。
【００２１】
また、製造装置は、アクチュエータ３５の動作を制御する制御部３８と、第１溶着装置３６及び第２溶着装置３７を所定の溶着位置に移動させる移動機構３９と、各溶着機構３２の溶着部３３を加熱する加熱部４０と、有する。
【００２２】
次に、製造装置の作用を、電極収納セパレータ２０の製造方法とともに説明する。
図４に示すように、溶着作業時には、第１セパレータ２０ａ及び第２セパレータ２０ｂの溶着位置に第１溶着装置３６と第２溶着装置３７とが配置される。図４は、正極電極１９の端縁１９ａ側とその端縁１９ａに対向する端縁１９ｂに、第１溶着装置３６と第２溶着装置３７をそれぞれ配置した状態を示す。
【００２３】
この配置において、各溶着部３３は、加熱部４０によって溶着に必要な温度に加熱される。そして、加熱した状態の各溶着部３３は、それぞれのアクチュエータ３５の動作によって第１セパレータ２０ａ及び第２セパレータ２０ｂを溶着対象物として押し当てられる。このとき、制御部３８は、各アクチュエータ３５の圧力検知機構の検知結果を監視し、各溶着機構３２を独立して制御する。具体的に言えば、制御部３８は、溶着部３３を押し当てた時の付与荷重が所定荷重に達すると、その溶着部３３のアクチュエータ３５の動作を停止させる。この制御により、制御部３８は、各溶着部３３の付与荷重が均等化されるように、各溶着部３３のアクチュエータ３５の動作を調整する。これにより、第１セパレータ２０ａと第２セパレータ２０ｂは、各溶着部３３の付与荷重が均等化された状態で溶着される。なお、この実施形態の製造装置では、端縁１９ａ側と端縁１９ｂ側の溶着が終了すると、第１溶着装置３６と第２溶着装置３７が端縁１９ｃ側とその端縁１９ｃに対向する端縁１９ｄにそれぞれ移動し、溶着が行われる。
【００２４】
図５に示すように、第１セパレータ２０ａと第２セパレータ２０ｂを重ね合わせた時に、その面の間に正極集電タブ２４の重なり部２４ａが位置する部位は、正極集電タブ２４が位置せずに第１セパレータ２０ａと第２セパレータ２０ｂが重なっている部位に比して厚みが厚くなっている。このように第１セパレータ２０ａと第２セパレータ２０ｂを重ねた時の厚みが異なる部位が存在している場合でも、この実施形態の製造装置では、前述のように各溶着部３３の付与荷重を均等に制御して溶着を行う。これにより、溶着部３３の付与荷重の偏りが回避され、局所的に付与荷重が大きくなったり、あるいは小さくなったりすることがない。
【００２５】
また、図６に示すように、例えば第１セパレータ２０ａ側に皺が生じている場合には、第１セパレータ２０ａと第２セパレータ２０ｂを重ね合わせた時の厚みが変動する。このような場合でも、この実施形態の製造装置では、前述同様に各溶着部３３の付与荷重を均等に制御して溶着を行う。
【００２６】
したがって、本実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）各溶着部３３の付与荷重を均等に制御することで、溶着部３３の片当りを要因とする溶接不良を抑制できる。したがって、電極収納セパレータ２０の溶着を良好に行うことができる。
【００２７】
（２）例えば、溶着に際して局所的に荷重が加わると、溶け過ぎてしまう場合や、熱を必要以上に伝えてしまう場合などがある。このような場合にはセパレータの収縮によって所望のサイズの電極が得られないことや、セパレータに目詰まり（シャットダウン）が生じてしまうことなどがある。また、片当りなどによって十分な熱を加えることができなかった場合は、セパレータが溶けずに溶着できない。しかし、実施形態の構成によれば、各溶着部３３の付与荷重を均等に制御するので、上記のような事態の発生を回避できる。
【００２８】
（３）一辺を一度に溶着することで、溶着時におけるセパレータの収縮の影響を受け難く、良好な溶着を行うことができる。
（４）対向する２辺を同時に溶着することで、溶着の作業効率を向上させることができる。
【００２９】
（５）第１セパレータ２０ａ、第２セパレータ２０ｂ及び正極集電タブ２４が重なる位置と、第１セパレータ２０ａ、第２セパレータ２０ｂ及び正極集電タブ２４が重ならない位置とで厚みが異なる場合でも、各溶着部３３の付与荷重を均等に制御することで溶着部３３の片当りを要因とする溶接不良を抑制できる。したがって、電極収納セパレータ２０の溶着を良好に行うことができる。
【００３０】
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
○  第１セパレータ２０ａと、第２セパレータ２０ｂと、正極集電タブ２４とが重なる位置は溶着しなくても良い。この場合、上記実施形態の製造装置では、溶着機構３２を独立して制御することができるので、正極集電タブ２４に重なる位置の溶着機構３２については溶着部３３を非加熱の状態で押し当て、正極集電タブ２４を第１セパレータ２０ａ及び第２セパレータ２０ｂの何れにも溶着しないようにしても良い。この構成によれば、各溶着部３３の付与荷重を均等に制御することで、第１セパレータ２０ａ、第２セパレータ２０ｂ及び正極集電タブ２４が重ならない位置を溶着するに際して、当該位置よりも厚くなる第１セパレータ２０ａ、第２セパレータ２０ｂ及び正極集電タブ２４が重なる位置の影響を受けずに溶着を行うことができる。したがって、電極収納セパレータ２０の溶着を良好に行うことができる。また、正極集電タブ２４がある辺とない辺を溶着するための溶着装置の構造を同一構造とすることができる。なお、「非加熱」とは、如何なる熱エネルギーをも加えられていない状態を意味する場合に限らず、第１セパレータ２０ａ、及び第２セパレータ２０ｂの溶融温度よりも低い状態で加熱されており、第１セパレータ２０ａ、及び第２セパレータ２０ｂに押圧しても溶着されない温度で加熱されている状態も含む。
【００３１】
○  溶着時、溶着部３３は、第１セパレータ２０ａ及び第２セパレータ２０ｂの何れの側から押し当てても良い。
○  電極収納セパレータ２０は、１枚のセパレータを二つ折りにして構成しても良い。この場合は、溶着箇所を少なくできる。
【００３２】
○  電極収納セパレータ２０に収納する電極を負極電極２１に変更しても良い。
○  製造装置において、１組の支持部３１で支持される溶着機構３２の数は任意に設定することができる。溶着機構３２の数は、第１セパレータ２０ａと第２セパレータ２０ｂの接合強度などに応じて設定することができるが、個数が多いほど片当りなどによる溶接不良を抑制し易くなる。
【００３３】
○  支持部３１を環状の支持部とし、正極電極１９の四辺に沿うように複数の溶着部３３を配置し、四辺を同時に溶着させる構成としても良い。このように構成すれば、溶着時間の短縮を図ることができるとともに、溶着時におけるセパレータの収縮の影響を受け難く、良好な溶着を行うことができる。
【００３４】
○  また、製造装置に１組の溶着装置のみを設け、１辺ずつ溶着作業を行っても良い。
○  二次電池１０は、リチウムイオン二次電池でも良いし、他の二次電池であっても良い。要は、正極活物質層と負極活物質層との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであれば良い。また、蓄電装置としてキャパシタでも良い。
【００３５】
○  実施形態の二次電池１０は、車両電源装置として自動車に搭載しても良いし、産業用車両に搭載しても良い。また、定置用の蓄電装置に適用しても良い。
【符号の説明】
【００３６】
Ｓ…収納部、１９…正極電極、１９ａ…端縁、２０…電極収納セパレータ、２０ａ…第１セパレータ、２０ｂ…第２セパレータ、２４…正極集電タブ、２４ａ…重なり部、３３…溶着部、３６…第１溶着装置、３７…第２溶着装置、３８…制御部、４０…加熱部。
【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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