(57)【要約】【課題】２枚のセパレータが軸芯に簡単且つ十分な強度で巻き付けられている電極群を有する二次電池を得ること。【解決手段】本発明の角形二次電池１は、セパレータ４３、４４を間に介して正極４１と負極４２が軸芯４０ａに捲回された電極群４０を有する角形二次電池１であり、セパレータ４３、４４は、第１セパレータ４３と第２セパレータ４４を有している。第１セパレータ４３は、第１セパレータ４３の巻き始め端部が軸芯４０ａに熱溶着されて捲回され、第２セパレータ４４は、第２セパレータ４４の巻き始め端部が第１セパレータ４３によって巻き込まれて第１セパレータ４３と共に捲回されている構成を有する。【選択図】図６
2014216252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを間に介して正極と負極が軸芯に捲回された電極群を有する角形二次電池であって、
前記セパレータは、第１セパレータと第２セパレータを有しており、
前記第１セパレータは、該第１セパレータの巻き始め端部が前記軸芯に熱溶着されて捲回され、
前記第２セパレータは、該第２セパレータの巻き始め端部が前記第１セパレータによって巻き込まれて前記第１セパレータと共に捲回されていることを特徴とする角形二次電池。
【請求項２】
前記第１セパレータと前記第２セパレータは、樹脂層と、該樹脂層の少なくとも一方の面に形成された耐熱層とを有し、
前記第１セパレータは、前記耐熱層が前記軸芯に対向して配置され、
前記第２セパレータは、該第２セパレータの耐熱層が前記第１セパレータの耐熱層に対向して配置されることを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
【請求項３】
前記第２セパレータの巻き始め端部は、前記第１セパレータと前記軸芯との間に挟持されていることを特徴とする請求項２に記載の角形二次電池。
【請求項４】
前記第１セパレータと前記第２セパレータは、前記樹脂層の両面に前記耐熱層が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の角形二次電池。
【請求項５】
前記第２セパレータの巻き始め端部は、前記軸芯に前記第１セパレータのみを１周以上巻き付けて前記第１セパレータの互いに対向する内面と外面との間に挟持されていることを特徴とする請求項２に記載の角形二次電池。
【請求項６】
セパレータを間に介して正極と負極が軸芯に捲回された電極群を有する角形二次電池の製造方法であって、
前記軸芯に第１セパレータの巻き始め端部を熱溶着する工程と、
前記第１セパレータを前記軸芯に捲回して前記第２セパレータの巻き始め端部を巻き込み、前記第２セパレータを前記第１セパレータと共に捲回する工程と、
を含むことを特徴とする角形二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸芯に電極を捲回する電極群を有する角形二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車等の動力源として、エネルギー密度の高い二次電池の開発が進められており、その一つとして、角形二次電池がある。角形二次電池は、正極電極と負極電極を間にセパレータを介在させて捲回した捲回式の電極群を有する。捲回式の電極群は、軸芯にセパレータの巻き始め端部を熱溶着して、セパレータに電極を重ね合わせて捲回した構造を有する。具体的には、軸芯に２枚のセパレータの巻き始め端部を重ね合わせて熱溶着し、正極電極と負極電極の間に各セパレータが介在されるように捲回することで構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１７５７４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来は、２枚のセパレータの巻き始め端部を重ね合わせて軸芯に熱溶着していたので、重ね合わせた厚さ分だけの加熱温度及び時間が必要であった。また、２枚に重ね合わされたセパレータのうち、外側のセパレータにヒータブロックを直接押し付けて溶融し、その熱により内側のセパレータを溶融して軸芯に熱溶着しているので、外側のセパレータの方が内側のセパレータよりも受ける熱量が多く、加熱温度の調整不足による外側のセパレータの溶け過ぎや、内側のセパレータの軸芯への溶着強度不足等の問題の発生を防ぐために、加熱温度の微妙な調整が必要であった。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、２枚のセパレータが軸芯に容易に且つ十分な強度で巻き付けられている電極群を有する角形二次電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する本発明の角形二次電池は、セパレータを間に介して正極と負極が軸芯に捲回された電極群を有する角形二次電池であって、前記セパレータは、第１セパレータと第２セパレータを有しており、前記第１セパレータは、該第１セパレータの巻き始め端部が前記軸芯に熱溶着されて捲回され、前記第２セパレータは、該第２セパレータの巻き始め端部が前記第１セパレータによって巻き込まれて前記第１セパレータと共に捲回されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、２枚のセパレータが軸芯に容易でかつ十分な強度で巻き付けられて、セパレータのずれのない電極群を有する二次電池を提供することができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本形態の形態に係わる二次電池の外観斜視図。
【図２】図１に示された二次電池の分解斜視図。
【図３】図２に示された電極群の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示す図。
【図５】実施例１におけるセパレータの巻き始め端部の構成を模式的に示す分解図。
【図６】実施例１におけるセパレータの巻き始め端部の構成を模式的に示す組立図。
【図７】実施例１におけるセパレータの捲回方法を説明する図。
【図８】実施例２におけるセパレータの捲回方法を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本実施の形態における角形二次電池の電極群は、樹脂層の少なくとも一方の面に耐熱層が形成された第１セパレータおよび第２セパレータを用いて、第１セパレータの耐熱層と第２セパレータの耐熱層とを対向させ、第２セパレータを軸芯側に配置し、第１セパレータは第２セパレータの巻き始めの端部を覆うように外側に配置し、第１セパレータの巻き始めの端部を軸芯に溶着し、第２セパレータは軸芯と第１セパレータに挟み込まれ、接触抵抗により溶着された第１セパレータと同様に捲回された構成を有している。
【００１０】
以下、本実施の形態について図面を用いて説明する。
まず、角形二次電池の全体構成について説明し、次いで、各実施例の特徴構成について説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態における二次電池の外観斜視図、図２は、図１に示された二次電池の分解斜視図である。
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などの金属製材料により構成されている。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等が一体的に組みつけられており、電池蓋ユニット１０として構成されている。
【００１２】
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の正極合剤未処理部４１ｃまたは負極合剤未処理部４２ｃ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。
【００１３】
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、電気的に絶縁性を有するシート等で包んでから収容する構造であってもよい。
【００１４】
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には過充電等で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を解放して圧力を抜くためのガス排出弁１２が設けられている。ガス排出弁１２には開裂用の破断溝１２aが形成されている。
【００１５】
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液中に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。
【００１６】
電池蓋３は、レーザー溶接によって電池缶４に接合されて、電池缶４の上端開口を閉塞する。そして、注液口３ａから電解液を注入した後に、注液栓１１で注液口３ａを塞ぎ、注液栓１１を電池蓋３にレーザー溶接して、外部から封口される。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。
【００１７】
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。
【００１８】
正極側端子構成部２０を作成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。
【００１９】
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を正極端子板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、正極接続端子２５に固定され、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。
【００２０】
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）によって電池蓋３と絶縁されている。
【００２１】
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。
【００２２】
負極側端子構成部３０を作成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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、負極端子板３６に固定され、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ている。
【００２５】
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（図示せず）により電池蓋３と絶縁されている。
【００２６】
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の正極電極箔４１ａまたは負極電極箔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となる。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
電極群４０は、正極電極４１と、負極電極４２と、第１セパレータ４３と、第２セパレータ４４を重ね合わせた状態で、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。
【００２９】
軸芯４０ａは、第２セパレータ４４を熱溶着可能な合成樹脂製の絶縁材料からなり、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セパレータ４３の巻き始め端部が熱溶着されて第１セパレータ４３が捲回されており、その軸芯４０ａに捲回される第１セパレータ４３によって第２セパレータ４４の巻き始め端部が巻き込まれて第２セパレータ４４が第１セパレータ４３と共に捲回されている。すなわち、第１セパレータ４３は、その巻き始め端部が軸芯４０ａに熱溶着されて固定されており、軸芯４０ａの周りに捲回されている。そして、第２セパレータ４４は、その巻き始め端部が、軸芯４０ａに捲回される第１セパレータ４３に巻き込まれて挟み込まれ、摩擦によって固定されており、第１セパレータ４３と共に軸芯４０ａの周りに捲回されている。
【００３０】
そして、第１セパレータ４３と第２セパレータ４４が間に介在されるように、正極電極４１と負極電極４２が捲回されている。
【００３１】
正極電極４１は、例えば、アルミニウム箔等からなる導電性の正極電極箔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、正極電極箔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電極箔４１ａに正極合剤が塗布されて形成される。
【００３２】
負極電極４２は、例えば、銅箔等からなる導電性の負極電極箔４２ａの表裏両面に負極合剤層４２ｂが形成されたものである。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、負極電極箔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電極箔４２ａに負極合剤が塗布されて形成される。
【００３３】
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）に対し、導電材として鱗片状黒鉛と結着材として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-メチルピロリドン（以下、NMPという）を添加、混練して作成する。この正極合剤を正極電極箔４１ａである厚さ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。
【００３４】
負極合剤層４２ｂは、負極活物質として非晶質炭素粉末に対して、結着材としてPVDFを添加し、これに分散溶媒としてNMPを添加、混練して作成する。この負極合剤を負極電極箔４２ａである厚さ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。
【００３５】
第１セパレータ４３と第２セパレータ４４は、電解液を透過可能な絶縁性のシート部材からなる。第１セパレータ４３は、樹脂層４３ａと耐熱層４３ｂを有し、第２セパレータ４４は、樹脂層４４ａと耐熱層４４ｂを有する（例えば図５を参照）。耐熱層４３ｂ、４４ｂは、それぞれ樹脂層４３ａ、４４ａの少なくとも一方の面（片面）に形成されている。樹脂層４３ａ、４４ａは、例えばポリプロピレンの多孔質膜から形成されており、耐熱層４３ｂ、４４ｂは例えばセラミックフィラーを主成分としており、厚さ方向に連通する空孔を有している。樹脂層４３ａ、４４ａの厚みは、例えば２０μｍであり、耐熱層４３ｂ、４４ｂの厚みは、例えば５μmである（樹脂層：耐熱層＝４：１）。
【００３６】
負極合剤層４２ｂの幅（捲回軸方向の長さ）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、一側縁において外部に露出させる寸法とされている。同様に、第２セパレータ４４の幅は、負極電極４２の負極合剤未処理部４２ｃを他側縁において外部に露出させる寸法とされている。
【００３７】
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、第１セパレータ４３と、第２セパレータ４４を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。
【００３８】
電極群製造装置７３は、第１セパレータ４３の巻き始め端部のみを軸芯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。
【００３９】
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。本実施形態では、把持回転機構６６は、水平方向に沿って軸芯４０ａの回転中心が配置されるように軸芯４０ａを把持する。
【００４０】
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に押圧するヒータ昇降機構７１と、その押圧により軸芯４０ａが負けて曲がらないように軸芯４０ａを裏側から押さえる裏押さえ機構７２とを備える。
【００４１】
そして、把持回転機構６６の側方には、正極電極４１、第１セパレータ４３、負極電極４２、第２セパレータ４４が、それぞれロール状態で配置されており、これらを把持回転機構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の長さだけ供給する送り機構（ローラ）６０ａ〜６０ｄと所定長さで切断するカッタ６１ａ〜６１ｄを備える。第１セパレータ４３と、第２セパレータ４４は、軸芯４０ａに捲回された際に、耐熱層４３ｂ、４４ｂが互いに対向して間に正極電極４１を挟み込むように把持回転機構６６に供給される。
【００４２】
第１セパレータ４３、第２セパレータ４４を、送り機構６０ｄ、６０ｂ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セパレータ４３、第２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。そして、電極群４０を捲回した後、解けないようにテープ６３を貼り付ける貼り付け手段６７を備える。テープ６３は繰り出し機構６４を介し、カッタ６５で所定長さにカットされる。前述した送り機構６０ａ〜６０ｄは、捲回中に正極電極４１、第１セパレータ４３、負極電極４２、第２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。
【００４３】
電極群４０を形成するには、まず、軸芯４０ａに第１セパレータ４３の巻き始め端部を熱溶着して固定し、軸芯４０ａを回転させて第１セパレータ４３を軸芯４０ａに捲回し、その軸芯４０ａに捲回される第１セパレータ４３によって第２セパレータ４４の巻き始め端部を巻き込み挟み込んで固定し、第２セパレータ４４を第１セパレータ４３と共に捲回する。そして、負極電極４２の巻き始め端部と正極電極４１の巻き始め端部を、それぞれ第１セパレータ４３及び第２セパレータ４４と共に巻き込み、第１セパレータ４３と第２セパレータ４４が間に介在されるように負極電極４２と正極電極４１を一体に捲回することによって形成される。
【００４４】
電極群製造装置７３では、把持回転機構６６に軸芯４０ａが把持され、第２セパレータ４４の巻き始め端部が軸芯４０ａ側に配置され、第２セパレータ４４の巻き始め端部を覆うように外側に第１セパレータ４３が配置される。そして、高温に加熱されたヒータブロック７０を第１セパレータ４３の巻き始め端部に押し付けて、第１セパレータ４３の巻き始め端部のみを軸芯４０ａに熱溶着する。そして、軸芯４０ａを回転させて、第１セパレータ４３を軸芯４０ａに捲回し、第１セパレータ４３によって第２セパレータ４４の巻き始め端部を巻き込み、第２セパレータ４４を第１セパレータ４３と共に捲回する。
【００４５】
そして、第１セパレータ４３と第２セパレータ４４を軸芯４０ａに捲回しながら、第１セパレータ４３と第２セパレータ４４との間に負極電極４２の巻き始め端部を差し入れて負極電極４２を巻き込ませ、また、第１セパレータ４３と第２セパレータ４４との間でかつ負極電極４２が挟み込まれていない方に正極電極４１の巻き始め端部を差し入れて正極電極４１を巻き込ませる。負極電極４２は、第１セパレータ４３と第２セパレータ４４の互いに対向する樹脂層４３ａと４４ａとの間に挟み込まれるように巻き込まれ、正極電極４１は、第１セパレータ４３と第２セパレータ４４の互いに対向する耐熱層４３ｂと４４ｂとの間に挟み込まれるように巻き込まれる。
【００４６】
そして、正極電極４１及び負極電極４２を予め設定された長さだけ捲回した後、カッター６１ａ〜６１ｄによりカットされ、負極電極４２が正極電極４１の外周を覆い、さらにその外周を第１セパレータ４３と第２セパレータ４４の少なくとも一方が覆うように捲回された状態で、セパレータの端部に貼り付け手段６７によりテープ６３を貼り付けて解けないようにされる。
【００４７】
上記した角形二次電池１によれば、第１セパレータ４３は、第１セパレータ４３の巻き始め端部が軸芯４０ａに熱溶着されて固定されてから捲回され、第２セパレータ４４は、軸芯４０ａに捲回される第１セパレータ４３に第２セパレータ４４の巻き始め端部が巻き込まれて、第１セパレータ４３と共に捲回されている。したがって、電極群４０の組み立て製造時においては、軸芯４０ａに対して第１セパレータ４３を１枚のみ熱溶着すればよく、従来の２枚重ねて熱溶着していた場合と比較して、ヒータブロック７０の加熱温度を低くし、溶着時間を短縮することができる。したがって、従来よりも、低コストでかつタクトタイムを短くでき、熱溶着作業を容易化できる。
【００４８】
また、セパレータを１枚のみ熱溶着すればよいので、ヒータブロック７０の加熱温度の微妙な調整を不要とし、セパレータの溶け過ぎや、軸芯４０ａへの溶着強度不足等の問題の発生も防ぐことができ、常に一定強度で確実に熱溶着することができる。そして、軸芯４０ａに捲回される第１セパレータ４３によって第２セパレータ４４の巻き始め端部を巻き込ませて第２セパレータ４４を第１セパレータ４３と共に巻回させているので、２枚のセパレータ４３、４４を、軸芯４０ａに簡単かつ十分な強度で巻き付けることができる。
【００４９】
特に、電極群４０の軸芯４０ａは矩形の平板部材によって構成されており、軸芯４０ａの回転に応じて、第２セパレータ４４は軸芯４０ａの端部で折り曲げられる。したがって、軸芯４０ａとの間、あるいは第１セパレータ４３との間の接触抵抗が増大して、いわゆるエッジが効く状態となり、第２セパレータ４４の巻き始め端部を軸芯４０ａに確実に固定して、安定して捲回することができる。したがって、第２セパレータ４４のずれを防止しつつ軸芯４０ａに確実に巻き付けることができる。
【００５０】
例えば、エネルギー密度の高い二次電池では、大電流を流すため、電極群の正極電極が発熱することがあり、これに対して、セパレータの表面に耐熱層を設ける技術が考案されている。表面に耐熱層を有するセパレータを適用する場合、セパレータを溶着させる製造においては課題が生じる。このうち、外周側のセパレータを溶着する際に、テープによる固定をしない技術が開示されている(特許文献１)。特許文献１では、セパレータの巻き終わり端部を内向きに折り返してセパレータの１周前の部分の外面に重ね合わせて樹脂層同士を対向させ、溶着させている。特許文献１では、軸芯とセパレータとの溶着に関しては考慮されていない。軸芯に２枚のセパレータを溶着する際に、特に各セパレータの耐熱層が互いに対向して配置されていると、溶着温度を高くしなければならないなどの問題点がある。
【００５１】
このような問題点に対して、本実施の形態における角形二次電池１は、樹脂層４３ａ、４４ａの少なくとも一方の面に耐熱層４３ｂ、４４ｂが形成された第１セパレータ４３および第２セパレータ４４と、第１セパレータ４３の耐熱層４３ｂと第２セパレータ４４の耐熱層４４ｂとを対向させて捲回する軸芯４０ａとを有し、軸芯４０ａ側に配置された第２セパレータ４４の巻き始め端部を覆うように、第２セパレータ４４の巻き始め端部の外側に第１セパレータ４３の巻き始め端部が配置され、第１セパレータ４３の巻き始め端部のみが軸芯４０ａに溶着された電極群４０を有している。第１セパレータ４３の耐熱層４３ｂは軸芯４０ａに対向して配置され、第２セパレータ４４の耐熱層４４ｂは第１セパレータ４３の耐熱層４３ｂに対向して配置されている。本実施の形態では、軸芯４０ａに１枚のセパレータ（第１セパレータ４３）のみを溶着する構成を有しており、軸芯４０ａとの間には１つの耐熱層４３ｂのみが配置されているだけなので、溶着温度を高くする必要がなく、簡単に溶着することができる。
【００５２】
（実施例１）
図５及び図６は、実施例１におけるセパレータの巻き始め端部の構成を模式的に示す分解図及び組立図であり、図７は、実施例１におけるセパレータの捲回方法を説明する図である。
【００５３】
実施例１では、第１セパレータ４３および第２セパレータ４４は、図５に示すように、樹脂層４３ａ、４４ａの片面にそれぞれ耐熱層４３ｂ、４４ｂを有する２層構造になっている。そして、互いの耐熱層４３ｂ、４４ｂが対向するように重ね合わされる。なお、互いの耐熱層４３ｂ、４４ｂが離反するように重ね合わせてもよい。
【００５４】
第２セパレータ４４は、第２セパレータ４４の巻き始め端部が軸芯４０ａ側（以下、内側という）に配置され、第１セパレータ４３は軸芯４０ａから離反する側（以下、外側という）に配置されるが、図７（ａ）に示すように、第１セパレータ４３の巻き始め端部は、第２セパレータ４４の巻き始め端部よりも前に出されて、第１セパレータ４３によって第２セパレータ４４の巻き始め端部を覆い、第１セパレータ４３の巻き始め端部の耐熱層４３ｂが軸芯４０ａに接触できるように配置される。
【００５５】
そして、図６及び図７（ｂ）に示すように、この状態で第１セパレータ４３の巻き始め端部を軸芯４０ａに溶着させる。図中の×印は溶着箇所を示す。第１セパレータ４３の軸芯４０ａへの溶着は、加熱されたヒータブロック７０の押圧によって、第１セパレータ４３の樹脂層４３ａが熱せられて、溶融した樹脂が耐熱層４３ｂの空孔を通過して軸芯４０ａに到達し、その溶融樹脂が軸芯４０ａに溶け込むことによって行われ、捲回中のバックテンションによって剥がれない程度の所望の溶着強度とされる。第２セパレータ４４は、軸芯４０ａと第１セパレータ４３との間に巻き始め端部が挟み込まれた状態とされる。
【００５６】
そして、図７（ｃ）に示すように軸芯４０ａを回転させて、第１セパレータ４３を軸芯４０ａに捲回し、その軸芯４０ａに捲回される第１セパレータ４３によって第２セパレータ４４の巻き始め端部を巻き込み、第２セパレータ４４を第１セパレータ４３と共に捲回する。
【００５７】
第２セパレータ４４は、第１セパレータ４３と軸芯４０ａとの間に巻き始め端部が挟み込まれた状態で軸芯４０ａが半周することによって、第１セパレータ４３と軸芯４０ａとの間に挟持される。そして、第１セパレータ４３と共に軸芯４０ａの端部で折れ曲がり、いわゆるエッジが効いた状態となり、接触抵抗により軸芯４０ａに確実に固定され、軸芯４０ａの回転に応じて引っ張られる。したがって、第２セパレータ４４は、初期の位置よりずれることが無く、第１セパレータ４３と同じ捲回の駆動力が伝わり、軸芯４０ａに捲回される。
【００５８】
そして、図７（ｄ）に示すように、第１セパレータ４３が１周捲回されたところで、樹脂層４３ａ、４４ａが互いに対向する面の間に負極電極４２が介在され、耐熱層４３ｂ、４４ｂが互いに対向する面の間に正極電極４１が介在される。その際、負極電極４２が正極電極４１よりも内周側（軸芯４０ａ側）に配置されるように、負極電極４２の巻き始め端部の方が正極電極４１の巻き始め端部よりも先に挟み込まれる。このように、負極電極４２の巻き始め端部よりも少し遅れて正極電極４１の巻き始め端部を巻き込ませることによって、最内周の正極電極４１の内側に負極電極４２を必ず配置できる。
【００５９】
本実施例によれば、第２セパレータ４４の巻き始め端部の外側を覆うように第１セパレータ４３を配置し、その第１セパレータ４３の巻き始め端部のみを軸芯４０ａに溶着するので、セパレータのハンドリングが容易になる。したがって、既存の電極群製造装置７３に対して、簡単な構造のハンドリング装置を付加するだけで実現することができ、設備費やメンテナンス費等のコストを低く抑えることができる。
【００６０】
なお、上述の各実施例では、樹脂層４３ａと４４ａとの厚さが同じであり、また、耐熱層４３ｂと４４ｂとの厚さが同じである場合を例に説明したが、これらの厚さは同一に限定されるものではなく、相違していてもよい。また、耐熱層を樹脂層の両面に有してもよい。
【００６１】
（実施例２）
次に、実施例２について図８を用いて以下に説明する。図８は、実施例２におけるセパレータの捲回方法を説明する図である。なお、実施例１と同様の構成要素には同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。
【００６２】
本実施例において特徴的なことは、第１セパレータ４３のみを軸芯４０ａに１周以上捲回した後に、第２セパレータ４４の巻き始め端部と、正極電極４１及び負極電極４２を合わせて巻き込む構成としたことである。
【００６３】
まず、図８（ａ）に示すように、第１セパレータ４３の巻き始め端部の耐熱層４３ｂが軸芯４０ａに接触できるように対向配置される。そして、図８（ｂ）に示すように、第１セパレータ４３の巻き始め端部を軸芯４０ａに溶着させる。そして、図８（ｃ）に示すように軸芯４０ａを回転させて、第１セパレータ４３のみを軸芯４０ａに１周以上捲回し、図８（ｄ）に示すように、その軸芯４０ａに捲回される第１セパレータ４３によって、第２セパレータ４４と、正極電極４１及び負極電極４２の各巻き始め端部を巻き込み、それぞれを第１セパレータ４３と共に一体に捲回する。
【００６４】
第２セパレータ４４は、軸芯４０ａの回転に応じて、第１セパレータ４３の互いに対向する内面と外面との間に巻き始め端部が挟持され、第１セパレータ４３と共に軸芯４０ａの端部で折れ曲がり、いわゆるエッジが効いた状態となり、接触抵抗により軸芯４０ａに確実に固定され、軸芯４０ａの回転に応じて引っ張られる。したがって、第２セパレータ４４は、初期の位置よりずれることが無く、第１セパレータ４３と同じ捲回の駆動力が伝わり、軸芯４０ａに捲回される。
【００６５】
そして、樹脂層４３ａ、４４ａが互いに対向する面の間に負極電極４２が介在され、耐熱層４３ｂ、４４ｂが互いに対向する面の間に正極電極４１が介在される。その際、負極電極４２が正極電極４１よりも内周側（軸芯４０ａ側）に配置されるように、負極電極４２の巻き始め端部の方が正極電極４１の巻き始め端部よりも先に挟み込まれる。このように、負極電極４２の巻き始め端部よりも少し遅れて正極電極４１の巻き始め端部を巻き込ませることによって、最内周の正極電極４１の内側に負極電極４２を必ず配置できる。
【００６６】
本実施例によれば、実施例１と同様に、第１セパレータ４３の巻き始め端部のみを軸芯４０ａに溶着するので、セパレータのハンドリングが容易になり、既存の電極群製造装置７３に対して、簡単な構造のハンドリング装置を付加するだけで実現することができ、設備費やメンテナンス費等のコストを低く抑えることができる。
【００６７】
そして、実施例１と比較して、軸芯４０ａに捲回される第２セパレータ４４の長さを１周分だけ短くすることができる。したがって、その分だけ、正極電極４１及び負極電極４２の捲回長さを長くすることができ、容量を増大させることができる。
【００６８】
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】
【００６９】
１  角形二次電池
４０  電極群
４０ａ  軸芯
４３  第１セパレータ
４３ａ  樹脂層
４３ｂ  耐熱層
４４  第２セパレータ
４４ａ  樹脂層
４４ｂ  耐熱層
【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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