JP2013545244A - 積層するための新規装置およびそれを使用することによって作製される二次電池 - Google Patents

Abstract

本発明は、積層するための装置を提供し、それは、アノードおよびカソードがそれらの間に分離フィルムを備えて連続してスタックされる構造を有する電極アセンブリの熱接合を用いて積層するための装置であり、アノード、分離フィルムおよびカソードがスタックされる構造を有するウェブがその中に供給される入口部分と、ウェブを加熱し、アノード、分離フィルムおよびカソードの間で熱接合を誘起するための加熱部分と、熱接合されたウェブを送り出すための送出部分と、ウェブを入口部分、加熱部分、および送出部分を介して移送するための移送部分と、を含み、移送部分が、ウェブの上面かまたは下面と接触しながら移送駆動力をウェブに提供し、加熱部分が、ウェブへの熱接合のためのエネルギーを配送するために、移送部分がウェブに接触する領域を直接加熱する。

Description

本発明は、電極アセンブリを積層するための新規装置およびそれを使用して製造される二次電池に関する。より詳細には、本発明は、カソード、アノードおよびそれらの間に挿入されるセパレーターを含む電極アセンブリをこの順序で熱接合によって積層するための装置に関し、その装置は、カソード／セパレーター／アノード積層構造を有するウェブがそれを通って供給される入口と、ウェブを加熱し、それによってカソード、セパレーターおよびアノードの間で熱接合を誘起するためのヒーターと、熱接合されたウェブがそれを通って送り出される出口と、ウェブを入口、ヒーターおよび出口を通って輸送するためのトランスポーターと、を含み、トランスポーターがウェブの上部および下部の少なくとも１つに接触する状態で、トランスポーターが輸送駆動力をウェブに与え、ウェブに接触するトランスポーターの領域をヒーターが直接加熱し、それによって熱接合エネルギーをウェブに伝達する。

最近、再充電可能な二次電池は、無線携帯機器のエネルギー源または補助電源デバイスとして広く使用される。加えて、二次電池は、化石燃料を使用する従来のガソリン車、ディーゼル車および同様のものによって引き起こされる大気汚染を解決するための代替案として提案されている電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）および同様のものの電力源として大きな注目を集めている。

そのような二次電池は、電極アセンブリが電解質溶液と一緒に電池ケースに取り付けられる状態で製造される。製造方法に応じて、電極アセンブリは、スタック型、折畳み型、スタック−折畳み型および同様のものに分類される。スタック型またはスタック−折畳み型電極アセンブリの場合には、単位アセンブリは、カソードおよびアノードがこの順序でそれらの間にセパレーターが挿入されるように積層される構造を有する。

電極をセパレーターに結合するための積層プロセスは、そのような単位アセンブリを得るために必要とされる。

積層プロセスは一般に、単位アセンブリを加熱することによって電極をセパレーターに接着することを含む。積層プロセスのための加熱は一般に、放射および対流を使用する間接加熱によって行われる。二次電池を製造するためのそれぞれのプロセスは、互いに密接に結び付いているので、そのような間接加熱は、単位アセンブリの輸送中の積層を可能にする。

しかしながら、放射および対流による間接加熱は、熱が直接接触を通じて輸送される直接加熱と比べて、単位アセンブリを目標温度まで加熱するために長時間を必要とする。

一般に、プロセス速度を増加させるために、単位アセンブリは、長い距離を移動する。このため、不都合なことに、加熱装置の規模は、増大されなければならず、生産コストがそれ故に、増加する。

しかしながら、加熱時間の短い直接加熱が、この問題を解決するために使用されるときは、プロセス速度の低下および欠陥が発生するリスクの増加という問題が、単位アセンブリと加熱部分との間の摩擦に起因して生じる。

それに応じて、新規の積層装置を開発する必要性がある。

従って、本発明は、上記の問題およびまだ解決されなければならない他の技術的問題を解決するためになされた。

プロセス速度を低下させることなく比較的短時間内でセパレーターおよび電極の積層を可能にする積層装置を提供することが、本発明の１つの目的である。

その積層装置を使用して優れた動作特性を発揮する二次電池を提供することが、本発明の別の目的である。

本発明の一態様によると、カソード、アノードおよびそれらの間に挿入されるセパレーターを含む電極アセンブリをこの順序で熱接合によって積層するための装置が、提供され、その積層装置は、カソード／セパレーター／アノード積層構造を有するウェブがそれを通って供給される入口と、ウェブを加熱し、それによってカソード、セパレーターおよびアノードの間で熱接合を誘起するためのヒーターと、熱接合されたウェブがそれを通って送り出される出口と、ウェブを入口、ヒーターおよび出口を通って輸送するためのトランスポーターと、を含み、トランスポーターがウェブの上部および下部の少なくとも１つに接触する状態でトランスポーターが輸送駆動力をウェブに与え、ウェブに接触するトランスポーターの領域をヒーターが直接加熱し、それによって熱接合エネルギーをウェブに伝達する。

本発明によると、ヒーターは、ウェブに接触するトランスポーターの領域を直接加熱し、それによって熱接合エネルギーをウェブに伝達する。結果として、ウェブの加熱および輸送は、同時に行うことができ、プロセス速度の低下または欠陥の発生などの、摩擦によって引き起こされる問題はそれ故に、克服できる。

例えば、ウェブは、カソードおよびアノードがこの順序でそれらの間にセパレーターが挿入されるように積層される構造を有する電極アセンブリが、長手方向に延びるセパレーター上に配置される材料である。ここで、そのセパレーターは、先のセパレーターと同様に、多孔質構造を有し、それ故に製造された二次電池でカソードをアノードから電気的に分離しながらリチウムイオンなどのイオンの透過を可能にする。

そのようなウェブは、所定速度で移動される。それに応じて、ウェブを所定時間の間加熱するために、速度−時間−距離の関係式に従って、特定の長さ全体にわたる加熱が、必要とされる。それに応じて、トランスポーターが、所定の長さでウェブに接触し、加熱および輸送を同時に行う限りは、任意のトランスポーターが、本発明による積層装置に使用されてもよい。

好ましい実施形態では、トランスポーターは、一方向に回転する一対のローラーおよびウェブに接触しながらローラーによって回転する回転ベルトを含んでもよい。

この構造では、ローラーおよびローラーによって回転する回転ベルトは、ローラーの中心軸の長さを制御することによって加熱時間を制御することができる。

上で規定したように、トランスポーターがウェブの上部および下部の少なくとも１つに接触する状態でトランスポーターが輸送駆動力をウェブに与え、好ましくはトランスポーターがウェブの上部および下部に接触する状態でトランスポーターが輸送駆動力をウェブに与えてもよい。

トランスポーターがウェブの上部および下部の両方に接触する状態で輸送駆動力をウェブに与えることは、トランスポーターがウェブの上部かまたは下部に接触する状態と比べて、安定した輸送の観点から好ましい。

この構造では、セパレーターは好ましくは、ウェブの上部および下部の両方に配置される。電極が、ウェブで外側に露出されるときは、カソード材料およびアノード材料は、輸送中に分離されてもよい。

場合によっては、積層装置とセパレーターとの間の接着を防止するために、追加の保護フィルムが、ウェブと積層装置との間に配置されてもよい。

この場合には、保護フィルムが、積層温度で変化せず、セパレーターに接着しない限りは、任意の保護フィルムが、制限なく使用されてもよい。例えば、セパレーターは、ポリオレフィンフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリカーボネートフィルム、ゴムフィルムまたは同様のものであってもよい。

特定の実施形態では、トランスポーターは、ウェブの上部に配置される一対の第１のローラーおよびウェブの上部に接触し、第１のローラーによって回転する第１の回転ベルトと、ウェブの下部に配置される一対の第２のローラーおよびウェブの下部に接触し、第２のローラーによって回転する第２の回転ベルトとを含んでもよい。

好ましくは、トランスポーターの回転ベルトは、ヒーターによって加熱されてもよい。

この場合には、ヒーターは、回転ベルトを直接加熱し、それは、トランスポーターが直接ウェブに接触する領域であり、それによって、熱エネルギーの不必要な損失を最小限にする。

それに応じて、ヒーターは好ましくは、ウェブに接触する回転ベルト領域を加熱するように、ウェブに接触する回転ベルトの領域に隣接して配置される。

回転ベルトが、熱を伝導することができ、ローラーによって回転できる程度に柔軟性を有する限りは、任意の回転ベルトが、それの種類にかかわらず使用されてもよい。

好ましくは、回転ベルトは、金属材料でできていてもよい。加えて、装置の製造コスト、熱エネルギーの伝導、容易な維持管理および同様のものの観点から、ステンレス鋼が、金属材料の中でもより好ましい。

本発明による積層装置では、ヒーター温度は、好ましくは８０℃から１０５℃である。ヒーター温度が、８０℃よりも低いときは、積層温度に達するのに必要とされる時間が、長くなることもある。他方では、ヒーター温度が、１０５℃よりも高いときは、保護フィルムが、ガラス結晶化に起因してトランスポーターの表面に接着されることもあり、それ故に加工を不可能にする。

このため、ヒーター温度は、より好ましくは９０℃から１０３℃である。

本発明による積層装置では、ウェブの輸送速度は、好ましくは４００ｍｍ／ｓから４５０ｍｍ／ｓである。

ウェブの輸送速度は、プロセスに応じて適切に制御されてもよい。しかしながら、好ましくは、所望の積層は、積層プロセスが全プロセスのボトルネックとなるのを防止するためにウェブが上で規定した輸送速度で積層装置を通過することを可能にすることによって成し遂げられる。

この場合には、ヒーターによるウェブの温度上昇速度は、好ましくは２０℃／ｓｅｃ以上、より好ましくは３０℃／ｓｅｃから５０℃／ｓｅｃである。

その輸送速度で積層を行うためには、そのセパレーターまたは１．５秒内に室温から６４．５℃の目標温度に達するセパレーターの必要性がある。すなわち、１．５秒内に３０から４５℃だけ温度を上昇させるためには、その温度上昇速度が、必要とされる。

好ましい実施形態では、ヒーターおよびトランスポーターは、気密チャンバー中に配置され、チャンバー温度は、大気温度よりも２０℃から７０℃高く設定されてもよい。

ヒーターおよびトランスポーターが、外部に露出されるときは、熱エネルギーの損失が、生じることもある。それに応じて、そのような損失を防止するために、ヒーターおよびトランスポーターは、好ましくは気密チャンバー中に配置され、チャンバーの内部温度とヒーターおよびトランスポーターの温度との間の差によって引き起こされる熱エネルギーの損失を最小限にできるように、チャンバーの内部温度は、より好ましくは大気温度よりも２０℃から７０℃高く設定される。

本発明はまた、装置によって製造される電極アセンブリも提供する。

電極アセンブリは、カソードおよびアノードがそれらの間にセパレーターが挿入されるように積層される構造を有する。

例えば、カソードは、カソード活性材料を含有するカソード混合物をＮＭＰなどの溶媒と混合することによって準備されたスラリーをカソード電流コレクターに塗布し、その後に続いて乾燥および圧延することによって作製される。

カソード混合物はさらに、カソード活性材料に加えて導電性材料、バインダーまたはフィラーなどの成分を適宜含有してもよい。

カソード活性材料は、電気化学反応を引き起こす物質として、２つ以上の遷移金属を含むリチウム遷移金属酸化物であり、それの例は、１つまたは複数の遷移金属で置換されたリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ_２）またはリチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ_２）、１つまたは複数の遷移金属で置換されたリチウムマンガン酸化物、ＬｉＮｉ_１−ｙＭ_ｙＯ_２の分子式によって表されるリチウムニッケル酸化物（ただしＭ＝Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｂ、Ｃｒ、ＺｎまたはＧａ、リチウムニッケル酸化物はそれらの元素のうちの１つまたは複数の元素を含み、０．０１≦ｙ≦０．７）、Ｌｉ_１＋ｚＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２またはＬｉ_１＋ｚＮｉ_０．４Ｍｎ_０．４Ｃｏ_０．２Ｏ_２などのＬｉ_１＋ｚＮｉ_ｂＭｎ_ｃＣｏ_{１−（ｂ＋ｃ＋ｄ）}Ｍ_ｄＯ_{（２−ｅ）}Ａ_ｅによって表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（ただし−０．５≦ｚ≦０．５、０．１≦ｂ≦０．８、０．１≦ｃ≦０．８、０≦ｄ≦０．２、０≦ｅ≦０．２、ｂ＋ｃ＋ｄ＜１、Ｍ＝Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＳｉまたはＹ、Ａ＝Ｆ、ＰまたはＣｌ）、およびＬｉ_１＋ｘＭ_１−ｙＭ’_ｙＰＯ_４−ｚＸ_ｚの分子式によって表されるオリビンリチウム金属リン酸塩（ただしＭ＝遷移金属、好ましくはＦｅ、Ｍｎ、ＣｏまたはＮｉ、Ｍ’＝Ａｌ、ＭｇまたはＴｉ、Ｘ＝Ｆ、ＳまたはＮ、−０．５≦ｘ≦＋０．５、０≦ｙ≦０．５、および０≦ｚ≦０．１）などの層状化合物を含むが限定されない。

導電性材料は通常、カソード活性材料を含む混合物の全重量に基づいて１重量％から３０重量％の量を追加される。導電性材料が、電池で有害な化学変化を引き起こすことなく適切な導電率を有する限りは、任意の導電性材料が、特定の制限なく使用されてもよい。導電性材料の例は、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェン（Ｋｅｔｊｅｎ）ブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラックおよびサーマルブラックなどのカーボンブラック、炭素繊維および金属繊維などの導電性繊維、フッ化炭素粉末、アルミニウム粉末およびニッケル粉末などの金属粉末、酸化亜鉛およびチタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー、酸化チタンなどの導電性金属酸化物、ならびにポリフェニレン誘導体を含む、導電性材料を含む。

バインダーは、導電性材料および電流コレクターへの電極活性材料の接合を強化する成分である。バインダーは通常、カソード活性材料を含む混合物の全重量に基づいて１重量％から３０重量％の量を追加される。バインダーの例は、ポリビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、デンプン、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレンジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴムおよび様々な共重合体を含む。

フィラーは、電極の膨張を抑制するために適宜使用される成分である。フィラーが、製造された電池で有害な化学変化を引き起こさず、繊維状材料である限りは、任意のフィラーが、特定の制限なく使用されてもよい。フィラーの例は、ポリエチレンおよびポリプロピレンなどのオレフィン重合体、ならびにガラス繊維および炭素繊維などの繊維状材料を含む。

カソード電流コレクターは一般に、３μｍから５００μｍの厚さを有するように製造される。カソード電流コレクターが、製造された電池で有害な化学変化を引き起こすことなく適切な導電率を有する限りは、任意のカソード電流コレクターが、特定の制限なく使用されてもよい。カソード電流コレクターの例は、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼結炭素、および炭素、ニッケル、チタンもしくは銀で表面処理されたアルミニウムまたはステンレス鋼を含む。これらの電流コレクターは、電極活性材料への接着を強化するためにそれの表面に微細な凹凸を含む。加えて、電流コレクターは、フィルム、シート、フォイル、ネット、多孔質構造体、発泡体および不織布を含む様々な形で使用されてもよい。

例えば、アノードは、アノード活性材料を含有するアノード混合物をＮＭＰなどの溶媒と混合することによって準備されたスラリーをアノード電流コレクターに塗布し、その後に続いて乾燥することによって作製される。アノード混合物はさらに、上で述べたような導電性材料、バインダーまたはフィラーなどの成分を適宜含有してもよい。

アノード活性材料の例は、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛、炭素繊維、硬質炭素、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、ペリレン、活性炭などの炭素および黒鉛材料、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｐｄ、ＰｔおよびＴｉなどの、リチウムと合金化可能な金属およびこれらの元素を含有する化合物、金属およびそれの化合物との炭素および黒鉛材料の複合物、ならびにリチウム含有窒化物を含む。これらのうちで、炭素を基にした活性材料、シリコンを基にした活性材料、スズを基にした活性材料、またはシリコン炭素を基にした活性材料が、より好ましい。材料は、単独でまたはそれらの２つ以上の組合せで使用されてもよい。

アノード電流コレクターは一般に、３μｍから５００μｍの厚さを有するように製作される。アノード電流コレクターが、電池で有害な化学変化を引き起こすことなく適切な導電率を有する限りは、任意のアノード電流コレクターが、特定の制限なく使用されてもよい。アノード電流コレクターの例は、銅、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼結炭素、および炭素、ニッケル、チタンもしくは銀で表面処理された銅またはステンレス鋼、ならびにアルミニウムカドミウム合金を含む。カソード電流コレクターと同様に、アノード電流コレクターは、電極活性材料への接着を強化するためにそれの表面に微細な凹凸を含む。加えて、電流コレクターは、フィルム、シート、フォイル、ネット、多孔質構造体、発泡体および不織布を含む様々な形で使用されてもよい。

セパレーターは、カソードとアノードとの間に挿入される。セパレーターとしては、高いイオン透過性および機械的強度を有する絶縁薄膜が、使用される。セパレーターは典型的には、０．０１μｍから１０μｍの孔径および５μｍから３００μｍの厚さを有する。セパレーターとしては、耐化学性および疎水性を有する、ポリプロピレンもしくはポリエチレンなどのオレフィン重合体および／またはガラス繊維でできたシートまたは不織布が、使用される。ポリマーなどの固体電解質が、電解質として用いられるときは、固体電解質はまた、セパレーターおよび電解質として両方の機能を果たしてもよい。

本発明はまた、電極アセンブリが電池ケースにリチウム塩含有非水電解質と一緒に密封される構造を有する二次電池も提供する。

リチウム塩含有非水電解質は、非水電解質およびリチウム塩から成り、好ましい電解質の例は、非水有機溶媒、有機固体電解質、無機固体電解質および同様のものを含む。

非水溶媒の例は、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、ガンマブチロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロキシフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、１，３−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、ギ酸メチル、酢酸メチル、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エーテル、プロピオン酸メチルおよびプロピオン酸エチルなどの非プロトン性有機溶媒を含む。

有機固体電解質の例は、ポリエチレン誘導体、ポリエチレンオキシド誘導体、ポリプロピレンオキシド誘導体、リン酸エステル重合体、撹拌ポリリシン（ｐｏｌｙ ａｇｉｔａｔｉｏｎ ｌｙｓｉｎｅ）、ポリエステル硫化物、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、およびイオン性解離基（ｉｏｎｉｃ ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｇｒｏｕｐ）を含有するポリマーを含む。

無機固体電解質の例は、Ｌｉ_３Ｎ、ＬｉＩ、Ｌｉ_５ＮＩ_２、Ｌｉ_３Ｎ−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、ＬｉＳｉＯ_４、ＬｉＳｉＯ_４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ_２ＳｉＳ_３、Ｌｉ_４ＳｉＯ_４、Ｌｉ_４ＳｉＯ_４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨおよびＬｉ_３ＰＯ_４−Ｌｉ_２Ｓ−ＳｉＳ_２などのリチウムの窒化物、ハロゲン化物および硫酸塩を含む。

リチウム塩は、上述の非水電解質に容易に溶解できる材料であり、それの例は、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＢ_１０Ｃｌ_１０、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣＦ_３ＣＯ_２、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＡｌＣｌ_４、ＣＨ_３ＳＯ_３Ｌｉ、ＣＦ_３ＳＯ_３Ｌｉ、（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２ＮＬｉ、クロロボランリチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、リチウムテトラフェニルホウ酸およびイミドを含む。

加えて、充放電特性および難燃性を改善するために、例えば、ピリジン、亜リン酸トリエチル、トリエタノールアミン、環状エーテル、エチレンジアミン、ｎ−グリム、ヘキサホスホリックトリアミド、ニトロベンゼン誘導体、硫黄、キノンイミン染料、Ｎ−置換オキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ−置換イミダゾリジン、エチレングリコールジアルキルエーテル、アンモニウム塩、ピロール、２−メトキシエタノール、三塩化アルミニウムまたは同様のものが、非水電解質に加えられてもよい。もし必要ならば、不燃性を与えるために、非水電解質はさらに、四塩化炭素および三フッ化エチレンなどのハロゲン含有溶媒を含有してもよい。さらに、高温貯蔵特性を改善するために、非水電解質は、二酸化炭素ガスまたは同様のものをさらに含有してもよい。

電池ケースは、積層シートがそれに熱的に接合される円筒缶、矩形缶または袋であってもよい。これらのうちで、袋状ケースが一般に、低重量、低製造コストおよび容易な形状変更などの利点に起因して使用されてもよい。

積層シートは、熱接合がその中で行われる内部樹脂層、バリアー金属層、および耐久性を発揮する外部樹脂層を含む。

外部樹脂層は、外部環境への優れた耐性を有するべきであり、それ故に所定レベル以上の引張り強度および耐候性を必要とする。この点に関して、外部被覆層のためのポリマー樹脂は、優れた引張り強度および耐候性を示すポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）または配向ナイロンを含有してもよい。

加えて、外部被覆層は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）でできておりかつ／またはそれの外面にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）層を提供される。

ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）と比べて、薄い厚さでさえ優れた引張り強度および耐候性を示し、それ故に外部被覆層としての使用に適している。

内部樹脂層のためのポリマー樹脂は、熱接合性（熱接着性）を有し、その中への電解質溶液の浸透を防止するために電解質溶液の低吸湿性を有し、電解質溶液によって膨張も堆積もされないポリマー樹脂であってもよく、より好ましくは塩素化ポリプロピレン（ＣＰＰ）フィルムである。

好ましい実施形態では、本発明による積層シートは、５μｍから４０μｍの厚さを有する外部被覆層、２０μｍから１５０μｍの厚さを有するバリアー層、および１０μｍから５０μｍの厚さを有する内部シーラント層を含んでもよい。積層シートのそれぞれの層の厚さが、過度に薄いときは、材料のバリアー性能および強度の改善が、期待できず、他方では、その厚さが、過度に厚いときは、不都合なことに、加工可能性が、低下し、シートの厚さが、増加する。

そのような二次電池は、小型機器の電力源として使用される電池セルならびに高温安定性、長いサイクル特性および高速特性および同様のものを必要とする中型および大型機器の電力源として使用される複数の電池セルを含む中型および大型電池モジュールのための単位電池に使用されてもよい。

好ましい中型機器および大型機器の例は、電池駆動モーターによって動力を供給される動力工具、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）およびプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）を含む電動車両、電動バイク（Ｅ−バイク）、電動スクーター（Ｅ−スクーター）を含む電動二輪車、電動ゴルフカート、電力貯蔵システムならびに同様のものを含むが限定されない。

本発明の上記および他の目的、特徴ならびに他の利点は、添付の図面を併用する次の詳細な説明からより明確に理解されることになる。

本発明の一実施形態による積層装置を例示する概略図である。 接触加熱によるウェブの温度変化を示すグラフである。

今から、本発明は、次の例を参照してより詳細に述べられることになる。これらの例は、本発明を例示するためにだけ提供され、本発明の範囲および趣旨を限定すると解釈すべきでない。

図１は、本発明の一実施形態による積層装置を例示する概略図である。

図１を参照すると、積層装置１００は、ウェブ２００がそれを通って供給される入口１１０と、ウェブ２００に接触して輸送を行う第１の回転ベルト１３１および第２の回転ベルト１３２と、第１および第２の回転ベルト１３１および１３２をそれぞれ回転させる第１および第２のローラー１２１ａ、１２１ｂ、１２２ａおよび１２２ｂと、第１および第２の回転ベルト１３１および１３２を加熱し、それによってウェブ２００を加熱するヒーター１４０と、ウェブ２００がそれを通って送り出される出口１５０と、を含む。

ウェブ２００は、電極アセンブリの単位セルがセパレーター上に配置される構成要素であり、単位セルは、フルセルまたはバイセル（図示せず）であってもよい。

単位セルとしては、フルセルは、カソードおよびアノードがセルの両側にそれぞれ配置されるカソード／セパレーター／アノードの単位構造を有する。そのようなフルセルの例は、カソード／セパレーター／アノードのセル（もっとも基本的な構造）、カソード／セパレーター／アノード／セパレーター／カソード／セパレーター／アノードおよび同様のものを含む。

加えて、単位セルとしては、バイセルは、カソード／セパレーター／アノード／セパレーター／カソード単位構造またはアノード／セパレーター／カソード／セパレーター／アノード単位構造などの、同一の電極がセルの両側に配置されるセルである。一般に、カソード／セパレーター／アノード／セパレーター／カソード構造を有するセルは、「Ｃ型バイセル」と呼ばれ、アノード／セパレーター／カソード／セパレーター／アノード構造を有するセルは、「Ａ型バイセル」と呼ばれる。すなわち、カソードがそれの両側に配置されるセルは、「Ｃ型バイセル」と呼ばれ、アノードがそれの両側に配置されるセルは、「Ａ型バイセル」と呼ばれる。

これらのバイセルを構成するカソード、アノードおよびセパレーターの数は、セルの両側に配置される電極が同一である限り特に限定されない。

ウェブ２００が、入口１１０を通って供給される前に、保護フィルム２１０が、ウェブ２００の上部および下部に配置される。保護フィルム２１０は、例えばウェブ２００の上部に配置された電極が直接回転ベルト１３１および１３２に接触するときに生じることもあるカソードおよびアノード材料の分離を防止し、ウェブ２００の下部に配置されたセパレーターの回転ベルト１３１および１３２への接着を防止する。そのような保護フィルム２１０は、積層されたウェブが出口１５０を通って送り出される前に、収集される。

第１のローラー１２１ａおよび１２１ｂは、反時計回りの方向に回転し、それ故に第１の回転ベルト１３１が反時計回りの方向に回転することを可能にし、それによって輸送力をウェブ２００の左から右へ印加する。加えて、第１のローラー１２１ａおよび１２１ｂとは逆に、第２のローラー１２２ａおよび１２２ｂは、時計回りの方向に回転し、それ故に第２の回転ベルト１３２が時計回りの方向に回転することを可能にし、それによって輸送力をウェブ２００の左から右へ印加する。

積層装置１００は、積層中はチャンバー３００を備えて気密状態にある。気密チャンバー３００中で積層を行うことによって、熱の不必要な損失を低減でき、より効果的な積層を達成できる。

熱損失を低減するために、チャンバー３００は、大気温度よりも２０から７０℃高い温度に設定される。

図２は、接触加熱に応じてウェブの温度変化を示すグラフである。

図２を参照すると、ヒーターとウェブとの間の距離が１ｍｍであるときは、理論分析値は、実験値に等しく、温度は、３秒内に５３℃まで上昇する。直接加熱の場合には、温度上昇についての理論分析値は、１．５秒内に８２℃であった。他方で、実際の直接加熱によって得られた実験値は、１．５秒内に６６℃であった。これらの結果から、直接（接触）加熱は、従来の間接加熱よりも２倍以上速い目標温度までの上昇を可能にし、それ故に積層時間を低減することがわかる。

本発明の好ましい実施形態が、例示目的で開示されたけれども、当業者は、様々な変更、追加および置換が、添付の特許請求の範囲で開示されるような本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく可能であることを理解するであろう。

前述のことから明らかなように、本発明による積層装置は、直接ウェブに接触しながら加熱および輸送を同時に行い、それによって短時間内に積層を完了し、全プロセス効率の改善に寄与する。

１００ 積層装置
１１０ 入口
１２１ａ 第１のローラー
１２１ｂ 第１のローラー
１２２ａ 第２のローラー
１２２ｂ 第２のローラー
１３１ 第１の回転ベルト
１３２ 第２の回転ベルト
１４０ ヒーター
１５０ 出口
２００ ウェブ
２１０ 保護フィルム
３００ チャンバー

Claims (17)

1. カソード、アノードおよびそれらの間に挿入されるセパレーターを含む電極アセンブリをこの順序で熱接合によって積層するための装置であって、
   前記カソード／セパレーター／アノード積層構造を有するウェブがそれを通って供給される入口と、
   前記ウェブを加熱し、それによって前記カソード、前記セパレーターおよび前記アノードの間で熱接合を誘起するためのヒーターと、
   前記熱接合されたウェブがそれを通って送り出される出口と、
   前記ウェブを前記入口、前記ヒーターおよび前記出口を通って輸送するためのトランスポーターと、
   を含み、
   前記トランスポーターが前記ウェブの上部および下部の少なくとも１つに接触する状態で前記トランスポーターが輸送駆動力を前記ウェブに与え、前記ウェブに接触する前記トランスポーターの領域を前記ヒーターが直接加熱し、それによってわずかな熱接合エネルギーを前記ウェブに伝達する、装置。
2. 前記トランスポーターは、一方向に回転する一対のローラーおよび前記ウェブに接触しながら前記ローラーによって回転する回転ベルトを含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記トランスポーターが前記ウェブの前記上部および前記下部の両方に接触する状態で、前記トランスポーターが輸送駆動力を前記ウェブに与える、請求項１に記載の装置。
4. 前記トランスポーターは、
   前記ウェブの前記上部に配置される一対の第１のローラーおよび前記ウェブの前記上部に接触し、前記第１のローラーによって回転する第１の回転ベルトと、
   前記ウェブの前記下部に配置される一対の第２のローラーおよび前記ウェブの前記下部に接触し、前記第２のローラーによって回転する第２の回転ベルトと、
   を含む、請求項３に記載の装置。
5. 前記トランスポーターの前記回転ベルトは、前記ヒーターによって加熱される、請求項２に記載の装置。
6. 前記ヒーターは、前記ウェブに接触する前記回転ベルトの領域を加熱するように、前記ウェブに接触する前記回転ベルトの前記領域に隣接して配置される、請求項５に記載の装置。
7. 前記回転ベルトは、金属材料から製造される、請求項２に記載の装置。
8. 前記回転ベルトは、ステンレス鋼から製造される、請求項７に記載の装置。
9. 前記ヒーターの温度は、８０℃から１０５℃である、請求項１に記載の装置。
10. 前記ウェブの輸送速度は、４００ｍｍ／ｓから４５０ｍｍ／ｓである、請求項１に記載の装置。
11. 前記ヒーターによる前記ウェブの温度上昇速度は、２０℃／ｓｅｃ以上である、請求項１に記載の装置。
12. 前記ヒーターによる前記ウェブの温度上昇速度は、３０℃／ｓｅｃから５０℃／ｓｅｃである、請求項１１に記載の装置。
13. 前記ヒーターおよび前記トランスポーターは、気密チャンバー中に配置され、前記チャンバーは、大気温度よりも２０℃から７０℃高い温度に設定される、請求項１に記載の装置。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置を使用して製造される電極アセンブリ。
15. 請求項１４に記載の電極アセンブリが、電解質溶液と一緒に電池ケースに密封される、二次電池。
16. 単位電池として請求項１５に記載の二次電池の２つ以上を含む電池パック。
17. 前記電池パックは、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）または電力貯蔵システムの電力源として使用される、請求項１６に記載の電池パック。

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