(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧加振部と当該加圧加振部に対向した位置にある冶具受部とのうち少なくとも一方に凸部を有している溶着冶具により、樹脂材料からなる複数のセパレーター層の間に耐熱層を配置して積層した構造を有する被溶着部分を、前記積層方向から挟んで加圧しつつ振動を加えることで、前記被溶着部分の中にある前記耐熱層を破壊して、当該破壊部分で接する前記セパレーター層の樹脂を溶着することを特徴とする二次電池の製造方法。
【請求項２】
前記凸部は、先端が円弧形状または面取り加工されていることを特徴とする請求項１記載の二次電池の製造方法。
【請求項３】
前記凸部は、前記加圧加振部および前記冶具受部の両方の互いに対向する位置に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の二次電池の製造方法。
【請求項４】
前記被溶着部分は、樹脂材料からなる複数のセパレーター層の間に耐熱層を配置して積層した構造を有する部分の積層方向の端にさらに表面に樹脂層を有する外装材が配置されており、前記加圧加振部および前記冶具受部は、前記外装材の前記積層方向の外側の面から挟み込んで加圧しつつ振動を加えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の二次電池の製造方法。
【請求項５】
前記被溶着部分は、樹脂材料からなる複数のセパレーター層の両面に耐熱層がコーティングされた耐熱層付きのセパレーターを複数積層した構造を有する部分であり、前記加圧加振部および前記冶具受部は、前記積層方向の外側から前記重ね合わされている前記耐熱層付きのセパレーター同士を挟み込んで加圧しつつ振動を加えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の二次電池の製造方法。
【請求項６】
表面に樹脂層を有する外装材と、
前記外装材によって覆われている発電要素と、を有し、
前記発電要素は、
樹脂材料からなるセパレーター層に耐熱層がコーティングされている耐熱層付セパレーターを有していて、
前記耐熱層付セパレーターの端部の一部は、前記耐熱層が前記外装材に向かい合う側に位置するように前記外装材の周辺の一部で前記外装材に挟まれていて、当該挟まれている部分に位置する前記耐熱層が破片となっていて、当該破片の間で前記外装材の樹脂層と前記耐熱層付セパレーターの前記樹脂材料とが溶着していることを特徴とする二次電池。
【請求項７】
正極または負極のうちいずれかの一方の電極が袋状に形成された２枚の耐熱層付セパレーターの間に収納された袋詰電極を有し、
前記耐熱層付セパレーターは樹脂材料からなるセパレーター層に耐熱層がコーティングされたものであり、
前記袋状に形成された前記耐熱層付セパレーターは、前記収納した電極よりも外側で前記耐熱層付セパレーター同士が重ね合わされていて、当該重ね合わされている部分では一方の前記耐熱層付セパレーターの前記耐熱層が他方の前記耐熱層付セパレーターに向き合う側に位置していて、当該重ね合わされている部分の一部に位置する前記耐熱層が破片となっていて、当該破片の間で前記重ね合わされている部分の前記耐熱層付セパレーターの前記樹脂材料同士が溶着していることを特徴とする二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の製造方法、二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から二次電池の中には、正極と負極とをセパレーターを介して積層した積層電極体を有する二次電池がある。近年、このような二次電池の一つとして、二次電池内部の耐熱性を向上させるために、一方の電極（たとえば正極）に相対する面に耐熱層を設けたセパレーターを用いて、正極、耐熱層付セパレーター、負極の順に積層した二次電池がある（特許文献１）。
【０００３】
また、二次電池の他の技術として、セパレーターが二次電池内部で移動することを防止するために、セパレーターの端部を外装材に挟み込むようにして外装材ごと熱到着して固定した二次電池がある（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許３５８４５８３号公報
【特許文献２】特開２００４−１５８３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のような耐熱層付きのセパレーターを用いて、特許文献２のごとくこの耐熱層付きのセパレーターの端部を外装部に挟み込み溶着しようとすると、耐熱層は熱に強く、樹脂材料からなる外装材やセパレーターを熱溶着させる程度の温度では溶けない。このため耐熱層付きのセパレーターを用いると、端部を外装材とともに溶着して固定することが難しいという問題がある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、樹脂材料からなるセパレーターとともに耐熱層が設けられている二次電池においても、耐熱層付きセパレーターと外装材、および耐熱層付きセパレーター同士を確実に溶着することのできる二次電池の製造方法を提供することである。また本発明の他の目的は、この製造方法により製造することで耐熱層付きセパレーターと外装材、および耐熱層付きセパレーター同士が確実に固定されている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】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の二次電池の製造方法は、加圧加振部と、この加圧加振部に対向した位置にある冶具受部のうち少なくとも一方に凸部を有している溶着冶具を用いる。そしてこの加圧加振部と加圧加振部により、樹脂材料からなる複数のセパレーター層の間に耐熱層を配置して積層した構造を有する被溶着部分を、積層方向から挟んで加圧しつつ振動を加える。この加圧と振動により被溶着部分の中にある耐熱層を破壊して、破壊部分で接するセパレーター層の樹脂を溶着する。
【０００８】
また、上記目的を達成するための本発明の二次電池は、表面に樹脂層を有する外装材と、外装材によって覆われている発電要素と、を有する。そして発電要素は、樹脂材料からなるセパレーター層に耐熱層がコーティングされている耐熱層付セパレーターを有していて、耐熱層付セパレーターの端部の一部は、耐熱層が外装材に向かい合う側に位置するように外装材の周辺の一部で外装材に挟まれている。この外装材に挟まれている部分に位置する耐熱層が破片となっていて、破片の間で外装材の樹脂層と耐熱層付セパレーターの樹脂材料とが溶着している。
【０００９】
また、上記目的を達成するための本発明の二次電池は、正極または負極のうちいずれかの一方の電極が袋状に形成された２枚の耐熱層付きのセパレーターの間に収納された袋詰電極を有する。耐熱層付セパレーターは樹脂材料からなるセパレーター層に耐熱層がコーティングされたものである。この袋状に形成された耐熱層付セパレーターは、収納した電極よりも外側で耐熱層付セパレーター同士が重ね合わされていて、重ね合わされている部分では一方の耐熱層付セパレーターの耐熱層が他方の耐熱層付セパレーターに向き合う側に位置していて、重ね合わされている部分の一部に位置する耐熱層が破片となっていて、破片の間で重ね合わされている部分の耐熱層付セパレーターの樹脂材料同士が溶着している。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、樹脂材料からなる複数のセパレーター層が間に耐熱層を介して積層された構造を有する被溶着部分を、加圧しながら振動を加えることとした。この加圧と振動により被溶着部分にある耐熱層が破壊されるので、この破壊部分からセパレーター層の樹脂が互いに接して、振動による摩擦熱により樹脂が溶けて互いに溶着するようになる。このため、耐熱層が介在している被溶着部分を確実に溶着することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態における二次電池の外観を表した斜視図である。
【図２】本実施形態における二次電池の分解斜視図である。
【図３】本実施形態における二次電池に採用されている袋詰正極（袋詰電極）の説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図４】本実施形態における二次電池に採用されている負極の平面図である。
【図５】本実施形態における二次電池の内部構成を説明するための図で、図５（Ａ）は本実施形態における二次電池の内部構成を説明するための要部断面図であり、図５（Ｂ）は（Ａ）に示した二次電池の端部における係合部部分の拡大断面図である。
【図６】本実施形態における超音波溶着装置を説明するための概略図であり、図６（Ａ）は平面図、図６（Ｂ）は（Ａ）中の矢印Ｂ方向から見た側面図である。
【図７】上記超音波溶着装置の備えられている加圧加振部のワーク当接面を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）中の矢印Ｂ方向から見た側面図、（Ｃ）は（Ａ）中の矢印Ｃ方向から見た側面図である。
【図８】上記超音波溶着装置の備えられている溶着冶具にワークを挟んだ状態を示す拡大断面図であり、（Ａ）は加圧および加振前の状態を示す要部拡大断面図であり、（Ｂ）は加圧および加振後の状態を示す要部拡大断面図である。
【図９】剥離試験の方法を説明するための概略図である。
【図１０】剥離試験の結果を示すグラフである。
【図１１】上記超音波溶着装置の備えられている溶着冶具にワークを挟んだ状態を示す拡大断面図であり、（Ａ）は加圧および加振前の状態を示す要部拡大断面図であり、（Ｂ）は加圧および加振後の状態を示す要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面における各部材の大きさや比率は説明の都合上誇張されており、実際の大きさや比率とは異なることがある。
【００１４】
以下では、まず、本実施形態による二次電池について説明し、次にこの二次電池を製造する溶着装置とこの装置を用いた二次電池の製造方法および袋詰電極の製造方法について説明する。
【００１５】
（二次電池）
図１は本実施形態における二次電池の外観を表した斜視図ある。図２は本実施形態における二次電池の分解斜視図である。図３は本実施形態における二次電池に採用されている袋詰正極（袋詰電極）の説明図であり、図３（Ａ）は平面図、図３（Ｂ）は（Ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図４は本実施形態における二次電池に採用されている負極の平面図である。図５は本実施形態における二次電池の内部構成を説明するための図で、図５（Ａ）は本実施形態における二次電池の内部構成を説明するための要部断面図であり、図５（Ｂ）は（Ａ）に示した二次電池の端部における係合部部分の拡大断面図である。
【００１６】
二次電池１０は、図１に示すとおり、扁平な矩形形状を有しており、正極リード１１および負極リード１２が外装材１３の同一端部から導出されている。外装材１３の内部には、充放電反応が進行する発電要素１５が収容されている。
【００１７】
発電要素１５は、図２に示すとおり、袋詰正極２０と負極３０とが交互に積層されて形成される。
【００１８】
袋詰正極２０は、図３に示すように、２枚の耐熱層付セパレーター４０の端部を接合して袋状にし、その中に正極２２を収納した構造となっている。すなわち樹脂材料からなるセパレーター層４８と正極２２の間に耐熱層４９がある。セパレーター層４８および耐熱層４９はあらかじめ樹脂材料からなるセパレーター材の両面に耐熱層４９となるセラミック（耐熱材）をコーティングした３層構造である。ここではこのセパレーター層の両面に耐熱層をコーティングしたものを耐熱層付セパレーター４０という。
【００１９】
セパレーター層４８は、たとえば、ポリエチレンまたはポリプロピレンなどのポリオレフィン系微多孔質樹脂によって形成されている。
【００２０】
正極２２は、ごく薄いシート状の正極集電体２１（集電箔）の両面に正極活物質層２４が形成されてなる矩形形状である。正極２２は、正極タブ２３以外の部分に正極活物質層２４が形成されている。
【００２１】
２枚の耐熱層付セパレーター４０は端部において接合部４２により相互に接合されて袋状に形成されている。したがって２枚の耐熱層付セパレーター４０は共に、正極２２よりも大きくできている（正極タブ２３部分を除く）。この袋詰正極２０の製造方法については後述する。
【００２２】
また、袋状の耐熱層付セパレーター４０の直線的に形成される辺４４Ａから正極タブ２３が引き出され、辺４４Ａの反対の辺４４Ｂに、部分的に突出する係合部４３が形成されている。係合部４３は、外装材１３内で外装材１３に係合することで、発電要素１５を外装材１３に対して固定する役割を果たす。
【００２３】
負極３０は、図４に示すように、矩形形状で形成され、ごく薄いシート状の負極集電体３１（集電箔）の両面に負極活物質層３４が形成されてなる。負極３０は、負極タブ３３以外の部分に負極活物質層３４が形成されている。
【００２４】
発電要素１５は、負極３０、袋詰正極２０が交互に積層されている。これにより、図５に示すように、負極３０と正極２２の間に耐熱層付セパレーター４０が介在して積層された構造となる。図５（Ａ）に示した端部では、外装材１３を封止する際に、外装材１３の間に耐熱層付セパレーター４０の係合部４３を挟んで接合し、封止している。積層された状態の正極タブ２３および負極タブ３３は、それぞれが正極リード１１および負極リード１２と共に接合している（図２参照）。なお、図５においては耐熱層付セパレーター４０のセパレーター層４８および耐熱層４９の構造は図示省略している。
【００２５】
袋詰正極２０に、負極３０を重ねると、負極活物質層３４は、正極２２の正極活物質層２４よりも平面視で一回り大きく形成されている。
【００２６】
図５（Ａ）に示した端部においては、耐熱層付セパレーター４０の係合部４３が外装材１３に挟み込まれて固定されている。図５（Ｂ）はこの係合部４３部分の拡大断面図である。
【００２７】
外装材１３は、たとえばラミネートシートである。ラミネートシートは、図示するように、金属の基材５０の両面に樹脂層５１がコーティングされている。このような外装材１３の封止は、通常、熱溶着により行われる。ラミネートシートの樹脂層５１が熱を加えることにより溶けて、重ね合わされている部分が溶着するのである。これは、従来（特許文献２）の場合にも同様であり、耐熱層のないセパレーターであれば、その端部が外装材１３に挟み込まれた状態で熱を加えることで、外装材１３の樹脂層５１とともにセパレーターの樹脂が溶けて溶着できる。これらの樹脂は、１３０〜１８０℃程度で溶ける。
【００２８】
一方、耐熱層４９はたとえば、多孔質セラミックでできており、電解液は透過するものの、その名のとおり、耐熱性があるため１３０〜１８０℃程度では溶けない。耐熱層の耐熱温度はたとえば８００℃以上である。
【００２９】
このためいくら熱を加えたとしても、耐熱層４９に阻まれたセパレーター層４８の樹脂と外装材１３の樹脂層５１、またはセパレーター層４８同士の樹脂が接触しないため溶着できないのである。
【００３０】
そこで、本実施形態では、耐熱層付セパレーター４０の係合部４３を挟み込んだ外装材１３の部分（被溶着部分）を、加圧しながら振動を加えることで耐熱層４９を破壊して、溶着することしたのである。
【００３１】
以下、圧力と振動を加えつつ耐熱層付セパレーター４０の係合部４３を外装材１３で挟み込んだ被溶着部分の溶着について説明する。なお、そのほか本実施形態で用いられている袋詰正極２０と負極３０とを交互に積層してリチウムイオン二次電池を製造する方法自体は、一般的なリチウムイオン二次電池の製造方法であるため、詳細な説明は省略する。また、リチウムイオン二次電池に使用される、正極活物質、負極活物質、集電箔などの部材も一般的なリチウムイオン二次電池に使用されている材料が用いられるため、これらの詳細な説明も省略する。
【００３２】
（溶着装置）
まず振動を加えつつ耐熱層付セパレーターの係合部を挟み込んだ状態の外装材を溶着するために用いる装置について説明する。ここではこの装置を、超音波振動を加えつつ溶着する物であるので、超音波溶着装置という。
【００３３】
図６は、本実施形態における超音波溶着装置を説明するための概略図であり、図６（Ａ）は平面図、図６（Ｂ）は（Ａ）中の矢印Ｂ方向から見た側面図である。
【００３４】
この超音波溶着装置１００は、ワークを載置するステージ１０１と、ステージ１０１上で、上下動可能な加振加圧部１１１と、加圧加振部１１１に対抗する位置にある冶具受部１１２と、加振加圧部１１１を振動させるための超音波振動器１３０を有する。なお、加圧加振部１１１と冶具受部１１２を合わせて溶着冶具１１０と称する。
【００３５】
ここでワークは、袋詰正極２０と負極３０が積層された発電要素１５を、それらの積層方向の両端でラミネートシートにより挟み込んだ物であり、外装材を密封前の状態の二次電池である。
【００３６】
そして加圧加振部１１１は、このワークの外装材１３を密封するために、その周囲を移動して外装材１３である樹脂を熱溶着する。この加圧加振部１１１には、加圧加振部１１１を振動させる超音波振動器１３０が備えられている。
【００３７】
加圧加振部１１１のワークとの当接面は凹凸面１２５となっていて凸部１２１が形成されている。図７は、この加圧加振部１１１のワーク当接面を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）中の矢印Ｂ方向から見た側面図、（Ｃ）は（Ａ）中の矢印Ｃ方向から見た側面図である。
【００３８】
図７に示すように、加圧加振部１１１のワーク当接面は凹凸面１２５となっていて、複数の凸部１２１を有する。各凸部１２１の先端は、円弧形状または面取り加工されている。これは後述するように、その丸みにより、破壊された耐熱層４９を部分的に排除して、樹脂であるセパレーター層４８同士を接触させやすくする。また、このような円弧形状や面取り加工は加圧、加振したときに外装材１３の表面を傷つけてしまわないようにする働きもある。
【００３９】
一つひとつの凸部１２１の大きさ（平面視の縦×横）および高さは、溶着する部分（被溶着部分）の厚さにより適宜設定するとよい。外装材１３ごと複数の耐熱層付セパレーター４０の係合部４３を溶着する場合は、それらの積層厚さと同じか、それより大きな高さであればよい。したがって、この凸部１２１の高さは、溶着する部分の厚さ以上であれば、装置として構成（製作）しやすい高さとすればよい。おおむね溶着する部分の厚さの２倍程度もあれば十分である。
【００４０】
凸部１２１の面取り加工は、凸部１２１の大きさや高さによってことなるが、上記のように加圧したときに、破壊された耐熱層が押しやられるような大きさとする。これは、セパレーター層４８が樹脂のため柔軟性があるので、硬い耐熱層４８が破壊されてばらばらになった破片は、凸部１２１の丸みに沿って押されて相対的に加圧力が少ない凸部１２１の周辺方向へ押しやられるのである。このような作用を考慮して、凸部１２１の面取り量を決定する。具体的には、たとえば、複数の耐熱層付セパレーターを２枚の外装材１３で挟んだ部分を溶着する場合、総厚さを７００μｍとすれば、凸部１２１の面取り量は１〜２ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００４１】
加圧加振部１１１全体の大きさ（ワークと当接する部分大きさ）は、外装材の周囲を溶着する場合は、外装材内部に位置する電極を破壊しないように、外装材１３内部の電極端から、外装材の端部までの間の距離より小さくする必要がある。なお、外装材１３端部から外へはみ出している分には差し支えない。
【００４２】
図６において加圧加振部１１１は、ステージ１０１上で移動可能となっており、ステージ１０１上で加圧加振部１１１とワークが相対的に外装材１３の外周に沿う方向に移動できるようにして、外装材１３の外周を封止できるようにしておく。
【００４３】
一方、ステージ１０１上には、加圧加振部１１１と対向する位置に、治具受部１１１が設けられている。この治具受部１１１の表面は、加圧加振部１１１に設けられている凸部１２１と対向する位置に、同じく凸部１２１を有した凹凸面となっている。この治具受部１１２に設けた凸部１２１の大きさ、高さは、加圧加振部１１１側の凸部１２１と同様に、溶着する部分の厚さより高ければよい。治具受部１１１は加圧加振部１１１と対向する位置にあればよい。したがって、外装材１３の外周をすべて溶着することを考慮して、加圧加振部１１１だけを動かし、その軌跡上すべてに治具受部１１１を配置してもよい。また、加圧加振部１１１の移動と一緒に動くようにしてもよい。この場合、たとえば、ワークがステージ上に固定されて、その周囲を加圧加振部１１１と冶具受部１１２が一緒に移動する形態、または固定されている加圧加振部１１１と冶具受部１１２の間をステージ上に固定されたワークがステージ１０１ごと移動する形態などである。ただし、後者の場合、被溶着部分がステージからはみ出すように載置されて、そのはみ出した外周部分を加圧加振部１１１と冶具受部１１２で挟み込んで溶着することになる。
【００４４】
これにより、ワークの被溶着部分が加圧加振部１１１および冶具受部１１２によって挟み込まれて加圧されるとともに振動が加えられることになる。
【００４５】
超音波振動器１３０は、少なくとも加圧加振部１１１のワークとの当接面を振動させる。振動させる方向は、ワークの面に沿う方向（横方向という）と、ワークを加圧する方向（縦方向という）の２方向である。このような超音波振動器１３０としては、たとえば超音波溶接などに用いられている超音波振動装置が利用できるが、本実施形態では、上記のとおり２方向の振動ができるようにする。振動周波数および振幅は、この加圧加振部１１１により加圧加振している部分の耐熱層が破壊でき、かつその振動による摩擦熱で樹脂が溶ける程度の振動を与えられるものであればよい。
【００４６】
このように構成された超音波溶着装置１００は、袋詰電極２０を製造する際に、電極（本実施形態では正極２２）の外側で、２枚の耐熱層付セパレーター４０同士が重ね合わされた部分を溶着するのにも利用できる（図３の溶着部４２参照）。その場合、溶着する部分（被溶着部分）の厚さが、外装材１３ごと溶着する場合と異なるため、凸部１２１の高さ、面取り量などを、被溶着部分に合わせて変更する。
【００４７】
袋詰電極２０を製造する際の被溶着部分は、２枚の耐熱層付セパレーター４０同士が重ね合わされているだけである。１枚の耐熱層付セパレーターの厚さは２０〜３０μｍ程度である。したがって、被溶着部分は、４０〜６０μｍ程度ということになる。このため凸部１２１の高さは少なくとも２０μｍ以上あればよい（加圧加振部１１１と治具受部１１２ともに２０μｍ以上ずつで合計４０μｍ以上）。上限は、この場合も特に限定されず装置構成しやすい大きさであればよいが、加圧加振部１１１と治具受部１１２の凸部１２１の高さがそれぞれ２枚の耐熱層付セパレーター４０同士を重ね合わせた厚さの２倍程度もあれば十分である。
【００４８】
面取り量は、突起の大きさが小さいく、かつ排除する耐熱層の破片も薄く小さいので、少なくてよい。上記凸部１２１の高さを考慮して、破片を排除しやすい面取り量としては、その曲率半径が０．１〜１ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００４９】
このように袋詰電極２０の製造に用いる場合も、加圧加振部１１１全体の大きさ（ワークと当接する部分大きさ）は、袋になる２枚の耐熱層付セパレーター４０内部に位置する電極を破壊しないように、電極端から２枚の耐熱層付セパレーター４０の端部までの間の距離より小さくする。なお、２枚の耐熱層付セパレーター４０の端部から外へはみ出している分には差し支えない。
【００５０】
（二次電池の製造方法）
上記の超音波溶着装置１００を用いた二次電極の製造方法について説明する。
【００５１】
図８は、超音波溶着装置１００の溶着冶具１１０にワークを挟んだ状態を示す拡大断面図であり、図８（Ａ）は加圧および加振前の状態を示す要部拡大断面図であり、図８（Ｂ）は加圧および加振後の状態を示す要部拡大断面図である。図８に示されている部分は、２枚の外装材１３の間に複数の耐熱層付セパレーター４０の係合部４６を挟み込んだ部分を加圧している一つの凸部１２１（加圧加振部１１１と冶具受部１１２のそれぞれ１つの凸部１２１）を示している。
【００５２】
本実施形態では、まず、図８（Ａ）に示すように、上述した超音波溶着装置１００の加圧加振部１１１と冶具受部１１２の間にワークの溶着する部分（被溶着部分）をセットする。ここで、ワークの溶着する部分（被溶着部分）とは、２枚の外装材１３の間に複数の耐熱層付きセパレーター４０の係合部４３がはさまれている部分である。
【００５３】
その後図８（Ｂ）に示すように、加圧加振部１１１を下げて、この溶着する部分を加圧する（図中矢印P）。このとき加圧と同時に超音波振動器１３０によって加圧加振部１１１に振動を加える。これにより、外装材の両側から中の耐熱層が押されるとともに振動が加えられることになる。
【００５４】
この加圧と振動によって、複数積層されている耐熱層付セパレーター４０の積層方向中心部にある耐熱層４９まで、加圧されている微小領域において耐熱層４９が破壊される。またこの時の加圧によって、凸部１２１が破壊された耐熱層49の破片２１０を周囲へ押し出す。
【００５５】
この耐熱層４９が破壊された部分（破壊部分２００）では、セパレーター層４８同士が接触するようになる。そして、このときの振動により、加圧している部分の外装材１３、耐熱層付セパレーター４０などが互いに擦れ合うことで発熱し、外装材１３の樹脂層５１とセパレーター層４８の樹脂が溶けて、これらが溶着して接合する。
【００５６】
これにより溶着が完了し、外装材１３に挟まれた係合部４３が確実に外装材１３に固着されることになる。
【００５７】
このような溶着作用は、一般的な超音波溶接の接合作用とは異なる。一般的な超音波溶接、たとえば２枚の金属板や樹脂材などを超音波溶接する場合は、超音波溶接装置のホーンによって振動が加えられて、２枚の金属板や樹脂材などが互いに擦れ合う。このときの摩擦で発熱するとともに、その擦れ合う部分で分子が結合して接合される。一方、本実施形態では、上述したように、加えられる振動は、耐熱層を破壊するための力となるもので、この振動による摩擦や加圧力は接合する部分における分子の結合を促すためのものではない。また、本実施形態において振動により擦れて発生する摩擦熱もそれ自体で摩擦面を接合する働きを有するものではなく、この摩擦熱は樹脂を溶かす働きを有するだけで、この点でも一般的な超音波溶接とは異なる
実際に、ラミネートシートの間に耐熱層付セパレーターを複数積層した物を挟んで溶着する実験を行った。
【００５８】
溶着部（外装材と耐熱層付セパレーターの合計）の溶着前の厚さは７００μｍであった。この溶着部のあつさと同じ高さの凸部１２１を有する加圧加振部１１１で溶着した。凸部１２１先端は曲率半径１．０ｍｍ（Ｒ＝１．０ｍｍ）で面取り加工してある。振動方向は横方向と縦方向の２方向である。
【００５９】
溶着を行った複数のサンプルについて、剥離試験を行った。剥離試験は、図９に示すように、外装材１３のうち溶着（接合）していない端の部分をチャックして互いに引き離す方向へ引っ張ることにより行った。
【００６０】
図１０は剥離試験の結果を示すグラフであり、横軸は引っ張り強度、縦軸は発生頻度である。
【００６１】
グラフ中、Ａ〜Ｄは本実施形態に基づいて作成したサンプルであり、Ｅは振動を加えずにワークとの当接面が平面な冶具で熱溶着したサンプルである。
【００６２】
グラフに示されているように、本実施形態により作成したサンプルＡ〜Ｄは、振動を加えないサンプルＥよりも引っ張り強度が高いことがわかる。
【００６３】
（袋詰電極の製造方法）
次に、上記の超音波溶着装置１００を用いた袋詰電極の製造方法について説明する。袋詰電極の製造も二次電池の製造方法に含まれるものであるが、袋詰電極の製造のみを個別に行ってもよい。
【００６４】
図１１は、超音波溶着装置１００の溶着冶具にワークを挟んだ状態を示す拡大断面図であり、図１１（Ａ）は加圧および加振前の状態を示す要部拡大断面図であり、図１１（Ｂ）は加圧および加振後の状態を示す要部拡大断面図である。図１１に示されている部分は、２枚の耐熱層付セパレーター４０を重ね合わせて、この部分を加圧している一つの凸部１２１を示している。
【００６５】
本実施形態では、まず、図１１（Ａ）に示すように、上述した超音波溶着装置１００の加圧加振部１１１と冶具受部１１２の間にワークの溶着する部分（被溶着部分）をセットする。ここで、ワークの溶着する部分（被溶着部分）とは、２枚の耐熱層付きセパレーター４０が重ね合わされている部分である。
【００６６】
その後図１１（Ｂ）に示すように、加圧加振部１１１を下げて、この溶着する部分を加圧する（図中矢印Ｐ）。このとき加圧と同時に、超音波振動器１３０によって加圧加振部１１１に振動を加える。これにより、耐熱層付きセパレーターの両側から中の耐熱層が押されるとともに振動が加えられることになる。この加圧と振動によって、耐熱層付セパレーター４０の耐熱層４９が、加圧されている微小領域において破壊される。またこの時の加圧によって、凸部１２１が破壊された耐熱層４９の破片２１０を周囲へ押し出す。
【００６７】
この耐熱層４９が破壊された部分（破壊部分２０１）では、セパレーター層４８同士が接触するようになる。そして、このときの振動により、加圧している部分の耐熱層付セパレーター４０同士が互いに擦れ合うことで発熱し、セパレーター層４８の樹脂が溶けて、これらが溶着（接合）することになる。
【００６８】
これにより溶着が完了し、袋詰電極２０となる袋状の耐熱層付セパレーター４０の周囲に接合部４２ができる。
【００６９】
このような溶着作用については、上述した二次電池の製造方法の場合と同じである。
【００７０】
実際に、２枚の耐熱層付セパレーターを重ね合わせて溶着する実験を行った。
【００７１】
溶着部（２枚の耐熱層付セパレーターの合計）の溶着前の厚さは５０μｍであった。この溶着部の厚さと同じ高さの凸部１２１を有する加圧加振部１１１で溶着した。凸部１２１の大きさは直径０．５ｍｍの円筒形とした。凸部１２１先端は曲率半径０．１ｍｍ（Ｒ＝０．１ｍｍ）で面取り加工してある。
【００７２】
溶着を行った複数のサンプルについて、剥離試験を行った。剥離試験は、図９に示したものと同様に、２枚の耐熱層付セパレーター４０のうち溶着（接合）していない端の部分をチャックして互いに引き離す方向へ引っ張ることにより行った。
【００７３】
結果を表１に示す。ここでは、超音波振動させた時間に対して、引っ張り強度が所定値地以上となるかどうかを検証した。この所定値とは、耐熱層のないセパレーターを熱溶着（振動させずにワークと当接する面が平面な冶具で熱を加えただけで溶着）した場合と同程度である物をＯＫ、それより低い物をＬＯＷ、それより高い物をＨＩＧＨとして示した。すなわちＯＫおよびＨＩＧＨの場合は接合強度として十分である。振幅量は、凸部１２１全体に相当する移動量（すなわち移動量０．５ｍｍ）を１００％としたときの相対的な移動量である。振動方向は横方向と縦方向の２方向である（ともに振幅は同じ）。
【００７４】
【表１】
0005899938.tif 000002
【００７５】
表１からわかるように、振動時間を調整することで、耐熱層のないセパレーターを溶着した場合と同程度の、十分な接合強度が得られることがわかる。
【００７６】
以上説明した実施形態によれば下記の効果を奏する。
【００７７】
（１）本実施形態の二次電池の製造方法では、ワークとの当接面に凸部１２１を有する加圧加振部１１１と冶具受部１１２を有した溶着冶具１１０によって被溶着部分を挟んで加圧するとともに振動を加えることとした。このため耐熱層４９と樹脂からなるセパレーター層４８が積層された構造を有する被溶着部分では、凸部１２１による加圧だけでなく振動が加わって、耐熱層４９が破壊されることになる。そしてこの破壊部分で接する樹脂が振動による摩擦熱で溶けて溶着することになる。したがって、耐熱層４９が間に介在している被溶着部分であっても確実に溶着することができる。
【００７８】
（２）本実施形態の二次電池の製造方法では、凸部１２１の先端を円弧形状または面取り加工した形状とした。これにより、加圧振動によって破壊された耐熱層４９の破片が、凸部１２１の周囲に押しやられて、凸部１２１先端部分で特にセパレーター層４８や外装材１３の樹脂同士が接触しやすくなるので、その部分での溶着が促進する。
【００７９】
（３）本実施形態の二次電池の製造方法では、凸部１２１を加圧加振部１１１および冶具受部１１２の両方の互いに対向する位置に設けた。これにより、被溶着部分を両側から押し込んで加圧、加振することができるので、特に被溶着部分が厚い場合に積層方向の中心部まで確実に加圧するとともに振動を加えることができる。
【００８０】
（４）本実施形態の二次電池の製造方法では、複数の耐熱層付セパレーター４０の係合部４３を積層方向の両側から外装材１３で挟んだ部分を被溶着部分として溶着することとした。ここで、複数の耐熱層付セパレーター４０の積層数は、たとえば、数十〜数百層にも及ぶ場合があり、このように積層数が多い場合でも、加圧とともに振動を加えることで、確実に溶着することができる。
【００８１】
（５）本実施形態の二次電池の製造方法では、袋詰電極を製造する際に２枚の耐熱層付セパレーター４０が重ね合わされている部分を被溶着部分として溶着することとした。袋詰電極を製造する際には、必ず樹脂からなるセパレーター層４８の間に耐熱層４９が配置されることになるが、この部分を加圧するとともに振動を加えることで、セパレーター層４８の間に位置する耐熱層４９を破壊して、その部分でセパレーター層４８の樹脂を溶着することができる。
【００８２】
（６）本実施形態の二次電池では、複数の耐熱層付セパレーター４０の係合部４３を積層方向の両側から外装材１３で挟んだ部分を被溶着部分として溶着している。この被溶着部分では加圧とともに振動を加えて溶着したことで耐熱層４９が破壊されていてその部分で樹脂が溶けて溶着されている。したがって、外装材１３に耐熱層付セパレーター４０の係合部４３が強固に接合されていて、二次電池に振動や衝撃が加わっても、外装材１３の内部で発電要素が動いたりすることがなき。
【００８３】
（７）本実施形態の二次電池では、袋詰電極を製造する際に２枚の耐熱層付セパレーター４０が重ね合わされている部分を被溶着部分として溶着している。この被溶着部分では加圧とともに振動を加えて溶着したことで耐熱層４９が破壊されていてその部分で樹脂が溶けて溶着されている。したがって袋状となった耐熱層付セパレーター４０が確実に接合されている。
【００８４】
（８）本実施形態の溶着装置は、加圧加振部１１１と、この加圧加振部１１１に対向した位置にある冶具受部１１２とのうち少なくとも一方に凸部１２１を有している溶着冶具１１０と、少なくともこの加圧加振部１１１を振動させる超音波振動器とを有している。
【００８５】
そして、この装置は、溶着冶具１１０部分である加圧加振部１１１と冶具受部１１２に樹脂材料からなる複数のセパレーター層４８の間に耐熱層４９を配置して積層した構造を有する被溶着部分を挟んで加圧しつつ振動を加えることができる。これにより被溶着部分の中にある耐熱層４９を破壊して、この破壊部分で接するようになったセパレーター層４８の樹脂を溶着することができるので、したがって、この装置を用いることで、耐熱層付きのセパレーターを積層した構造であっても確実に溶着することができる。
【００８６】
（９）本実施形態の溶着装置は、凸部１２１の先端を円弧形状または面取り加工した形状とした。これにより、加圧振動によって破壊された耐熱層４９の破片が、凸部１２１の周囲に追いやられて、凸部１２１先端部分で特にセパレーター層４８や外装材１３の樹脂同士が接触しやすくなるので、その部分での溶着が促進する。
【００８７】
以上本発明を適用した実施形態および実施例を説明したが、本発明は、このような実施形態、実施例に限定されるものではない。
【００８８】
たとえば、袋詰電極として、袋のなかに正極２２を入れた袋詰正極２０を例に説明したが、袋詰電極の内部にある電極としては負極３０であってもよい。
【００８９】
また、耐熱層付セパレーター４０は、耐熱層４９、セパレーター層４８、耐熱層４９の３層構造ではなく、セパレーター層４８の片面にのみ耐熱層４９を有する２層構造でもよい。耐熱層４９の役割は、既に説明したように、内部短絡が発生した場合に、それによる熱でセパレーター層４８が溶けても、その部分で正極２２と負極３０が直接接触するのを防止するものである。このためセパレーター層４８の片面にのみ耐熱層４９を有する２層構造の耐熱層付セパレーター４０で正極２２（または負極３０）を袋詰めして負極３０（または正極２２）と積層すれば正極２２と負極３０の間には必ず耐熱層４９が存在することになる。したがって２層構造の耐熱層付セパレーター４０を用いても耐熱層４９の役割を果たさせることができる。ただし、２層構造の耐熱層付セパレーター４０を用いた場合、接合部４２において２枚のセパレーター層４８の間に耐熱層４９がくるように向き合わせて接合（溶着）する。つまり、２枚ある２層構造の耐熱層付セパレーター４０のうち、少なくとも一方の耐熱層４９が電極側を向くように配置することになるのである。ただし、このような耐熱層付セパレーター４０としては発熱によるセパレーター層４８の溶解を防止する観点からは、樹脂であるセパレーター層４８の両面に設けていることが好ましい。
【００９０】
また、セパレーター層４８と電極の間に配置した耐熱層４９は、あらかじめセパレーター材に耐熱材をコーティングしたものではなく、セパレーター層４８と耐熱層４９が別部材となっているものを用いてもよい。
【００９１】
また、凸部１２１は、加圧加振部１１１または冶具受部１１２のいずれか一方にのみ設けられていてもよい。この場合、凸部１２１の高さは、一方の側に設けられているため、その凸部１２１だけで、少なくとも被溶着部位の厚さより高くする必要がある。なお、外装材１３ごと溶着する場合には、その厚さにもよるが、両方の互いに対向する位置に凸部１２１を設けることが好ましい。これは、外装材１３ごと溶着する場合に積層方向の厚さ増すことで、両方に凸部１２１を備えているほうが凸部１２１による食い込みが両方からくることになり、積層方向中心部まで加圧力および振動が加わることになるため好ましいのである。
【００９２】
また、上述した実施形態では、振動による摩擦熱によって樹脂を溶かして溶着することとしているが、摩擦熱が足りない場合は、溶接冶具のワークとの当接面が過熱されるように、この部分発熱体（電熱器や誘導加熱器など）を設けてもよい。
【００９３】
また、上述した実施形態では、二次電池としてリチウムイオン二次電池を例に説明したが、本発明はリチウムイオン二次電池に限定されることなくさまざまな二次電池において適用可能である。
【００９４】
そのほか、本発明は特許請求の範囲に記載された構成に基づきさまざまな改変が可能であり、それらについても本発明の範疇であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００９５】
１０  二次電池、
１１  正極リード、
１２  負極リード、
１３  外装材、
１５  発電要素、
２０  袋詰正極、
２１  正極集電体、
２２  正極、
２３  正極タブ、
２４  正極活物質層、
３０  負極、
３１  負極集電体、
３３  負極タブ、
３４  負極活物質層、
４０  耐熱層付セパレーター、
４２  接合部、
４３  係合部、
４８  セパレーター層、
４９  耐熱層、
１００  超音波溶着装置、
１０１  ステージ、
１１０  溶着冶具、
１１１  加圧加振部、
１１２  治具受部、
１２１  凸部、
１２５  凹凸面、
２００、２０１  破壊部分。
【図１】
0005899938.tif 000003
【図２】
0005899938.tif 000004
【図３】
0005899938.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
0005899938.tif 000008
【図７】
0005899938.tif 000009
【図８】
0005899938.tif 000010
【図９】
0005899938.tif 000011
【図１１】
0005899938.tif 000012
【図１０】
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