(57)【要約】【課題】セパレータに対し電極を位置決めできるとともに位置が不適切な電極を容易に検出することができる蓄電装置および蓄電装置の製造方法を提供する。【解決手段】正極２０と負極３０とを、間にセパレータ４１，４２を介在させた状態で積層した電極組立体１０を有する。一対のセパレータ４１，４２に正極２０を挟んだ状態で、一対のセパレータ４１，４２を、正極２０の４つの隅を含んで溶着した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とを、間にセパレータを介在させた状態で積層した電極組立体を有する蓄電装置であって、
一対の前記セパレータに前記正極および前記負極のうちの矩形に形成された一方の電極を挟んだ状態で、前記一対のセパレータを、前記一方の電極の４つの隅のうちの少なくとも対角の２つの隅を含んで溶着したことを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記一対のセパレータを、前記一方の電極の４つの隅を含んで溶着したことを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記一対のセパレータを、前記一方の電極の周囲も含んで溶着したことを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電装置。
【請求項４】
正極と負極とを、間にセパレータを介在させた状態で積層した電極組立体を有する蓄電装置の製造方法であって、
一対の前記セパレータに前記正極および前記負極のうちの矩形に形成された一方の電極を挟んだ状態で、前記一対のセパレータを、前記一方の電極の４つの隅のうちの少なくとも対角の２つの隅を含んで溶着する溶着工程と、
前記溶着工程後において、正極と負極をセパレータを介在させた状態で積層する前に、前記溶着により可視化可能な前記一方の電極の４つの隅のうちの少なくとも対角の２つの隅の位置を検査する検査工程と、
を有することを特徴とする蓄電装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極組立体を有する蓄電装置および蓄電装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池の電池構造には積層型と捲回型があり、積層型では正極と負極とを間にセパレータを介在させた状態で複数枚積層する。一般に正極と負極とセパレータとは矩形に形成される。リチウムイオン電池では正極と負極の短絡を防止するとともにリチウム析出を防止する必要があることから、面積の大小関係を正極、負極、セパレータの順で大きくすることが知られている。さらに、正極はセパレータ間において所望の位置にズレなく配置されることが望ましい。特許文献１では２枚のセパレータの間に電極を挟み、セパレータ同士を接合して接合部で電極の移動を制限している。特許文献２では電極を２枚のセパレータで包むとともに融着して袋状にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−５９６９６号公報
【特許文献２】特開平１０−１８８９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、例えばセパレータ同士の接合部で電極の移動を制限する際に接合部の一部が接合されなかった場合には、セパレータに対し電極を位置決めできなかった。また、例えば製造装置に不具合があると、セパレータに包まれた電極（正極）に位置ズレが生じることがある。セパレータに包まれた電極（正極）の位置が不適切でも、容易に検出できなかった。そのため、セパレータに対し位置ズレが生じた不適切な電極が次工程で積層され、電池が製造される。電池は出荷前等において検査工程があり、不具合があれば検査工程で検出される。しかし、この段階で不具合が検出された場合、電池（セル）単位で不良品として廃棄される。
【０００５】
本発明の目的は、セパレータに対し電極を位置決めできるとともに位置が不適切な電極を容易に検出することができる蓄電装置および蓄電装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明では、正極と負極とを、間にセパレータを介在させた状態で積層した電極組立体を有する蓄電装置であって、一対の前記セパレータに前記正極および前記負極のうちの矩形に形成された一方の電極を挟んだ状態で、前記一対のセパレータを、前記一方の電極の４つの隅のうちの少なくとも対角の２つの隅を含んで溶着したことを要旨とする。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、一対のセパレータが、矩形に形成された一方の電極の４つの隅のうちの少なくとも対角の２つの隅を含んで溶着されているので、一対のセパレータに対し一方の電極を位置決めした状態で固定でき、セパレータに対し電極を位置決めできる。また、溶着により一方の電極における４つの隅のうちの少なくとも対角の２つの隅が可視化され、位置が不適切な電極を容易に検出することができる。
【０００８】
請求項２に記載のように、請求項１に記載の蓄電装置において、前記一対のセパレータを、前記一方の電極の４つの隅を含んで溶着した構成とするとよい。
請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の蓄電装置において、前記一対のセパレータを、前記一方の電極の周囲も含んで溶着した構成とするとよい。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、正極と負極とを、間にセパレータを介在させた状態で積層した電極組立体を有する蓄電装置の製造方法であって、一対の前記セパレータに前記正極および前記負極のうちの矩形に形成された一方の電極を挟んだ状態で、前記一対のセパレータを、前記一方の電極の４つの隅のうちの少なくとも対角の２つの隅を含んで溶着する溶着工程と、前記溶着工程後において、正極と負極をセパレータを介在させた状態で積層する前に、前記溶着により可視化可能な前記一方の電極の４つの隅のうちの少なくとも対角の２つの隅の位置を検査する検査工程と、を有することを要旨とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明によれば、溶着工程においては、一対のセパレータに正極および負極のうちの矩形に形成された一方の電極を挟んだ状態で、一対のセパレータが、一方の電極の４つの隅のうちの少なくとも対角の２つの隅を含んで溶着される。ここで、一対のセパレータが、一方の電極の４つの隅のうちの少なくとも対角の２つの隅を含んで溶着されるので、一対のセパレータに対し一方の電極を位置決めした状態で固定でき、セパレータに対し電極を位置決めできる。
【００１１】
検査工程においては、溶着工程後において、正極と負極をセパレータを介在させた状態で積層する前に、溶着により可視化可能な一方の電極の４つの隅のうちの少なくとも対角の２つの隅の位置が検査される。ここで、溶着により可視化可能な一方の電極の４つの隅のうちの少なくとも対角の２つの隅の位置を検査することにより、位置が不適切な電極を容易に検出することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、セパレータに対し電極を位置決めできるとともに位置が不適切な電極を容易に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】電極組立体を模式的に示す分解斜視図。
【図２】（ａ）は正極を収納したセパレータを示す平面図、（ｂ）は正極を収納したセパレータを示す側面図。
【図３】製造工程を説明するための溶着前の平面図。
【図４】溶着領域を説明するための平面図。
【図５】製造工程を説明するための溶着後の平面図。
【図６】別例の溶着領域を説明するための平面図。
【図７】別例の溶着領域を説明するための平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、蓄電装置としてのリチウムイオン二次電池は電極組立体１０を有している。電極組立体１０はケース内に配置されている。また、ケース内には電解液が注入されている。
【００１５】
電極組立体１０は、正極２０と負極３０とを、間に袋状セパレータ４０（セパレータ４１，４２）を介在させた状態で積層している。
図２に示すように、正極２０は、矩形の金属箔２１を備えており、長辺Ｌ１，Ｌ３と短辺Ｌ２，Ｌ４を有する（図３参照）。正極２０は、集電体としての金属箔２１における両面に正極用活物質層２２が形成されている。
【００１６】
図１に示すように、負極３０は、矩形の金属箔３１を備えている。負極３０は、集電体としての金属箔３１における両面に負極用活物質層３２が形成されている。正極２０の金属箔２１は、例えばアルミニウムからなり、負極３０の金属箔３１は、例えば銅からなる。
【００１７】
また、正極２０の金属箔２１には打ち抜き加工して矩形をなす正極タブ部２５が上方に向かって延出形成されている。負極３０の金属箔３１には打ち抜き加工して矩形をなす負極タブ部３５が、幅方向において正極タブ部２５と異なる位置で、上方に向かって延出形成されている。タブ部２５，３５の表面には、活物質層が形成されていない。
【００１８】
正極２０は、袋状セパレータ４０内に正極タブ部２５が外部に延びるように収納されている。袋状セパレータ４０は、一対（２枚）のセパレータ４１，４２で構成されている。セパレータ４１，４２は樹脂（例えばポリプロピレン）からなる。セパレータ４１，４２は、電解液を含浸し、イオンが通過できる多数の細孔を有する多孔質体であり、不透明に近い半透明又は不透明のシート状である。
【００１９】
図２に示すように、セパレータ４０（４１，４２）は、矩形に形成されている。袋状セパレータ４０は一対のセパレータ４１，４２を溶着することにより構成されている。一対のセパレータ４１，４２に、矩形に形成された正極２０を挟んだ状態で、一対のセパレータ４１，４２を、正極２０の４つの隅Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を含んで溶着している。また、一対のセパレータ４１，４２を正極２０の周囲も含んで溶着している。この溶着により、図２（ａ）において正極２０における４つの隅Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の三角領域Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４、および、タブ部２５の根元の長方形領域Ｚ５が可視化され、視認できるようになっている。溶着領域においては、セパレータ４１とセパレータ４２とが接合されるとともに正極２０がセパレータ４１，４２と接合されている。なお、正極２０におけるセパレータの溶着部は、本実施形態では、活物質層２２の塗工部である。
【００２０】
次に、本実施形態のリチウムイオン二次電池の製造方法において、特に電極組立体１０の組立に関る工程について、その作用とともに図２，３，４，５にしたがって説明する。なお、正極２０、負極３０、および、２枚のセパレータ４１，４２の各々の製造方法、及び電極組立体の製造後、電極組立体のケースへの封缶、又は電解液を注入する工程などは、公知の方法を用いる為、説明を省略する。
【００２１】
まず、正極２０、負極３０、および、２枚のセパレータ４１，４２を用意する。正極２０は矩形に形成され、集電体としての金属箔２１の両面に活物質層２２が形成され、タブ部２５が延出形成されている。負極３０は矩形に形成され、集電体としての金属箔３１の両面に活物質層３２が形成され、タブ部３５が延出形成されている。２枚のセパレータ４１，４２は、それぞれ、矩形に形成されている。
【００２２】
面積の大小関係は正極２０、負極３０、セパレータ４１，４２の順で大きくなっており、正極２０と負極３０の短絡を防止するとともにリチウム析出を防止している。
そして、図３に示すように、正極２０を一対のセパレータ４１，４２に挟む。
【００２３】
この状態で、図４にハッチングを付した溶着する領域Ｚ１０にヒータを押し当てる。領域Ｚ１０は、平面視において矩形の正極２０の４つの隅Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を含むとともに長方形の正極２０の４つ辺Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の周囲を含んでいる。
【００２４】
より詳しくは、領域Ｚ１０は、図４に示すように、外側の縁が矩形のセパレータ４１，４２の外側の縁と同一である。また、領域Ｚ１０の内側の縁は、４つの直線部Ｌ１０，Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３と、４つの斜状部Ｌ１４，Ｌ１５，Ｌ１６，Ｌ１７を有する。直線部Ｌ１０は、矩形の金属箔２１の長辺Ｌ１に対して所定距離ΔＬ１だけ外側において金属箔２１の長辺Ｌ１と平行に延びている。直線部Ｌ１１は、矩形の金属箔２１の短辺Ｌ２に対して所定距離ΔＬ２だけ外側において金属箔２１の短辺Ｌ２と平行に延びている。直線部Ｌ１２は、矩形の金属箔２１の長辺Ｌ３に対して所定距離ΔＬ３だけ外側において金属箔２１の長辺Ｌ３と平行に延びている。直線部Ｌ１３は、矩形の金属箔２１の短辺Ｌ４に対して所定距離ΔＬ４だけ外側において金属箔２１の短辺Ｌ４と平行に延びている。また、斜状部Ｌ１４は、直線部Ｌ１０と直線部Ｌ１１により構成される角部において矩形の正極２０の隅Ｃ１の内側において真っ直ぐ延びている。斜状部Ｌ１５は、直線部Ｌ１１と直線部Ｌ１２により構成される角部において矩形の正極２０の隅Ｃ２の内側において真っ直ぐ延びている。斜状部Ｌ１６は、直線部Ｌ１２と直線部Ｌ１３により構成される角部において矩形の正極２０の隅Ｃ３の内側において真っ直ぐ延びている。斜状部Ｌ１７は、直線部Ｌ１３と直線部Ｌ１０により構成される角部において矩形の正極２０の隅Ｃ４の内側において真っ直ぐ延びている。
【００２５】
ヒータによる一対のセパレータ４１，４２における領域Ｚ１０の加熱により、一対のセパレータ４１，４２を、矩形に形成された正極２０の４つの隅Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を含んで正極２０の周囲を溶着する。このとき、正極２０の基準となる形状部分である４つの隅Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を含めて溶着することで、図５に示すように、袋状セパレータ４０（セパレータ４１，４２）の中の正極２０における４つの隅Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の三角領域Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４、および、タブ部２５の根元の長方形領域Ｚ５が可視化され、領域Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４，Ｚ５で正極２０が見えるようになる。
【００２６】
詳しくは、三角領域Ｚ１は、金属箔２１の長辺Ｌ１と、短辺Ｌ２と、領域Ｚ１０の斜状部Ｌ１４により、三角形状をなしている。三角領域Ｚ２は、金属箔２１の短辺Ｌ２と、長辺Ｌ３と、領域Ｚ１０の斜状部Ｌ１５により、三角形状をなしている。三角領域Ｚ３は、金属箔２１の長辺Ｌ３と、短辺Ｌ４と、領域Ｚ１０の斜状部Ｌ１６により、三角形状をなしている。三角領域Ｚ４は、金属箔２１の短辺Ｌ４と、長辺Ｌ１と、領域Ｚ１０の斜状部Ｌ１７により、三角形状をなしている。
【００２７】
また、図４における所定距離ΔＬ１に対応する部位、即ち、領域Ｚ１０の内側の縁における直線部Ｌ１０と矩形の金属箔２１の長辺Ｌ１との間の部位は溶着されていない空隙ＡＧ１となる。図４における所定距離ΔＬ２に対応する部位、即ち、領域Ｚ１０の内側の縁における直線部Ｌ１１と矩形の金属箔２１の短辺Ｌ２との間の部位は溶着されていない空隙ＡＧ２となる。図４における所定距離ΔＬ３に対応する部位、即ち、領域Ｚ１０の内側の縁における直線部Ｌ１２と矩形の金属箔２１の長辺Ｌ３との間の部位は溶着されていない空隙ＡＧ３となる。図４における所定距離ΔＬ４に対応する部位、即ち、領域Ｚ１０の内側の縁における直線部Ｌ１３と矩形の金属箔２１の短辺Ｌ４との間の部位は溶着されていない空隙ＡＧ４となる。
【００２８】
この溶着工程において、一対のセパレータ４１，４２が、正極２０の４つの隅Ｃ１，Ｃ２．Ｃ３，Ｃ４を含んで溶着される。よって、一対のセパレータ４１，４２に対し正極２０を位置決めした状態で固定できる。その結果、セパレータ４１，４２に対し正極２０を位置決めできる。また、正極２０の周囲が溶着部で囲われるので位置がズレにくい。
【００２９】
また、電極（正極）の基準となる形状部分が溶着（溶解）することでセパレータの中の電極が見える。即ち、セパレータ４１，４２が溶着されると、正極２０の四隅の三角領域Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４では、樹脂が溶融し内部の細孔が潰れることによりセパレータ４１，４２が透けて、正極２０における４つの隅Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の位置を確認することが可能となる。
【００３０】
そして、溶着工程後において、正極と負極をセパレータを介在させた状態で積層する前に、溶着により可視化可能な正極２０の４つの隅Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の位置を検査する。このように、検査工程において、溶着により可視化可能な正極２０の４つの隅Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の位置を検査することにより、位置が不適切な正極２０を容易に検出することができる。
【００３１】
その後、正極と負極をセパレータを介在させた状態で積層して電極組立体を作製する。このとき、位置を確認した正極２０の隅を基準にして積層することができる。特に、正極２０の隅は基準にし易い。
【００３２】
例えば製造装置に不具合があることにより、セパレータに包まれた正極に位置ズレが生じてセパレータに包まれた電極（正極）の位置が不適切となった場合、従来は、容易に検出できず、そのため、セパレータに対し位置ズレが生じた不適切な電極が次工程で積層され、電池が製造されてしまう。そして、電池の出荷前等の検査工程において不具合が検出されるが、この段階で不具合が検出された場合、電池（セル）単位で不良品として廃棄される。
【００３３】
これに対し、本実施形態ではセパレータ４１，４２に対し位置決めされた正極２０をセパレータ４１，４２で挟んだ状態で溶着した後に、直ちに、セパレータ４１，４２に対し正極２０の位置が許容値から外れたものを検出することができる。よって、電極（正極）の位置が不適切なものを容易に検出することができ、位置がズレた正極２０（およびセパレータ４１，４２）を後工程に流すことを防止できる。
【００３４】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）蓄電装置としてのリチウムイオン二次電池の構成として、一対のセパレータ４１，４２に、正極および負極のうちの矩形に形成された一方の電極としての正極２０を挟んだ状態で、一対のセパレータ４１，４２を、正極２０の４つの隅Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を含んで溶着した。よって、一対のセパレータ４１，４２が、矩形に形成された正極２０の４つの隅Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を含んで溶着されているので、一対のセパレータ４１，４２に対し正極２０を位置決めした状態で固定でき、セパレータ４１，４２に対し正極２０を位置決めできる。また、溶着により正極２０における４つの隅Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が可視化され、位置が不適切な正極２０を容易に検出することができる。
【００３５】
（２）さらに、リチウムイオン二次電池の構成として、一対のセパレータ４１，４２を正極２０の４つの隅Ｃ１〜Ｃ４を含んで溶着したので、セパレータ４１，４２に対し正極２０をより確実に位置決めすることができる。
【００３６】
（３）さらに、リチウムイオン二次電池の構成として、一対のセパレータ４１，４２を、正極２０の周囲も含んで溶着したので、セパレータ４１，４２に対し正極２０が位置ズレしにくくできる。
【００３７】
（４）リチウムイオン二次電池の製造方法として、溶着工程と検査工程を有する。溶着工程では、一対のセパレータ４１，４２に、正極および負極のうちの矩形に形成された一方の電極としての正極２０を挟んだ状態で、一対のセパレータ４１，４２を、正極２０の４つの隅Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を含んで溶着する。検査工程では、溶着工程後において、正極と負極をセパレータを介在させた状態で積層する前に、溶着により可視化可能な正極２０の４つの隅Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の位置を検査する。よって、セパレータ４１，４２に対し正極２０を位置決めできるとともに、位置が不適切な正極２０を容易に検出することができる。
【００３８】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・一対のセパレータ４１，４２を正極２０の４つの隅を含んで溶着するとともに、一対のセパレータ４１，４２を正極２０の周囲も含んで溶着したが、これに限定されない。
【００３９】
例えば、図６に示すように、正極２０の４つの隅Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の周辺を溶着領域Ｚ２０，Ｚ２１，Ｚ２２，Ｚ２３とし、一対のセパレータ４１，４２を、正極２０の隅の周辺部以外は溶着しないようにしてもよい。
【００４０】
図７に示すように、正極２０の対角の２つの隅Ｃ１，Ｃ３を含めた領域を溶着領域Ｚ３０とし、一対のセパレータ４１，４２を正極２０における対角の２つの隅Ｃ１，Ｃ３を含んで溶着する。あるいは、一対のセパレータ４１，４２を正極２０における対角の２つの隅Ｃ２，Ｃ４を含んで溶着する。他にも、一対のセパレータ４１，４２を正極２０における３つの隅（例えば、隅Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）を含んで溶着する。
【００４１】
要は、一対のセパレータ４１，４２に正極２０を挟んだ状態で、一対のセパレータ４１，４２を、正極２０の４つの隅のうちの少なくとも対角の２つの隅を含んで溶着すればよい。
【００４２】
・前述の実施形態では、正極２０におけるセパレータの溶着部は、活物質層２２の塗工部としたが、これは未塗工部であってもよい。補足すると、リチウム析出を防止する為には、より正確には、正極活物質層の面積よりも、負極活物質層の面積を大きくすることが好ましい。したがって、正極の金属箔の面積を、負極の金属箔の面積と同じとし、代わりに正極活物質層を負極活物質層より、その面積が小さくなるように形成することもできる。このとき、正極活物質層の周囲４辺に、未塗工の金属箔が露出する部位を有する正極となる。例えば、このような正極を用いる場合には、セパレータに未塗工部が溶着されてもよい。
【００４３】
・一対のセパレータ４１，４２に正極２０を挟んだ状態で一対のセパレータ４１，４２を溶着したが、一対のセパレータ４１，４２に負極を挟んだ状態で一対のセパレータ４１，４２を溶着してもよい。
【００４４】
・蓄電装置としてリチウムイオン二次電池以外に適用してもよい。例えば、ニッケル水素二次電池等に適用してもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１０…電極組立体、２０…正極、３０…負極、４１…セパレータ、４２…セパレータ。
【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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