JP2016170903A - セパレータ包み電極、セパレータ溶着機、及びセパレータ包み電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接部の内寸法を高い信頼性及び作業性をもって測定できるセパレータ包み電極、これに用いるセパレータ溶着機、及びセパレータ包み電極の製造方法を提供する。【解決手段】セパレータ包み電極１は、シート状の正極４と、正極４を挟む一対のシート状のセパレータ３，３と、を備えて構成されている。セパレータ包み電極１において、セパレータ３，３同士は、正極４を囲うように形成された溶着部６によって互いに結合され、溶着部６において、正極４を挟んで対向する対向辺の内側縁部１１，１２の一部にセパレータ３を貫通する貫通孔１３がそれぞれ設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、セパレータ包み電極、セパレータ溶着機、及びセパレータ包み電極の製造方法に関する。

リチウムイオン電池などの電池セルとして、シート状の正極及び負極を交互に積層してなる電極組立体をケース内に収容して構成されたものがある。このような電極組立体においては、例えば正極をセパレータで包んだ状態とすることにより、正極と負極との間の電気的な絶縁が実現されている。セパレータで包まれた電極（以下、「セパレータ包み電極」と称す）の形成にあたっては、例えば２枚の帯状のセパレータの間に電極を配置し、溶着機を用いてセパレータ同士を電極の周囲（タブを除く部分）で溶着する方式が用いられている（例えば特許文献１参照）。

近年では、二次電池に対する高容量化の要求が高まっており、電極組立体における正極、負極、セパレータの一層の位置精度の向上が求められている。セパレータ内での電極の位置は、電極の周囲に形成したセパレータの溶着部の内寸幅によって定まるため、作製したセパレータ包み電極の良否を判定する場合には、溶着部の内寸幅を測定する必要がある。

特開２００９−１１７２９１号公報 特開２０００−２１５８７０号公報

セパレータの幅寸法を測定する技術としては、例えば特許文献２に記載の良否判定方法がある。この良否判定方法では、光ファイバセンサ等の光学的手段によってセパレータで反射した反射光を検出し、検出結果に基づいてセパレータの幅寸法を測定している。

しかしながら、反射光を用いた測定方法をセパレータの溶着部に対して適用する場合、セパレータの他の部分に対する溶着部（すなわち溶着痕）のコントラストが得られ難いという問題がある。十分なコントラストが得られない場合、溶着部を検出するために検出器側の閾値を低く設定する必要があるため、ノイズやゴミの誤検出が多くなり、測定の信頼性が低下してしまうおそれがある。また、製造ロット間でセパレータの溶着状態が変化することもあり、その度に検出器側の設定を変更していると、工程の作業性が低下するおそれもある。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、溶接部の内寸法を高い信頼性及び作業性をもって測定できるセパレータ包み電極、これに用いるセパレータ溶着機、及びセパレータ包み電極の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明の一側面に係るセパレータ包み電極は、シート状の電極と、電極を挟む一対のシート状のセパレータと、を備え、セパレータ同士は、電極を囲うように形成された溶着部によって互いに結合され、溶着部において、電極を挟んで対向する対向辺の内側縁部の一部にセパレータを貫通する貫通孔がそれぞれ設けられている。

このセパレータ包み電極では、溶着部において、電極を挟んで対向する対向辺の内側縁部の一部にセパレータを貫通する貫通孔がそれぞれ設けられている。したがって、このセパレータ包み電極では、セパレータに検出光を照射することで、貫通孔を通過した検出光の間隔に基づいて溶着部の内寸幅を測定できる。貫通孔を通過した検出光を内寸幅の測定に用いることで、反射光を用いる場合と比較して溶着部に対するコントラストを十分に確保できるので、測定の信頼性の向上が図られる。また、製造ロット間でセパレータの溶着状態が変化した場合でも貫通孔を通過した検出光への影響はないので、検出器側の設定を測定の度に変更する必要も生じず、工程の作業性も確保できる。

また、貫通孔は、内側縁部に沿って延びる長孔となっていてもよい。この場合、貫通孔を通過した検出光の把握が容易となり、内寸幅の測定がより簡便なものとなる。

また、本発明の一側面に係るセパレータ溶着機は、重ね合された一対のシート状のセパレータに溶着部を形成する溶着ヘッドと、溶着部の形成の際に、溶着部の縁部の一部にセパレータを貫通する貫通孔を形成する孔形成部と、を備える。

このセパレータ溶着機では、溶着ヘッドによる溶着部の形成の際に、溶着部の縁部の一部にセパレータを貫通する貫通孔が形成される。したがって、溶着されたセパレータにおいて、貫通孔を通過した検出光に基づく溶着部の内寸幅の測定を高い信頼性及び作業性の下で実施できる。

また、本発明の一側面に係るセパレータ包み電極の製造方法は、一対のシート状のセパレータ間にシート状の電極を配置する工程と、電極を囲うように溶着部を形成してセパレータ同士を結合すると共に、溶着部において、電極を挟んで対向する対向辺の内側縁部の一部にセパレータを貫通する貫通孔をそれぞれ形成する工程と、セパレータに検出光を照射し、貫通孔を通過した検出光の間隔に基づいて溶着部の内寸幅を測定する工程と、を備える。

このセパレータ包み電極の製造方法では、溶着部において、電極を挟んで対向する対向辺の内側縁部の一部にセパレータを貫通する貫通孔がそれぞれ形成する。そして、セパレータに検出光を照射することで、貫通孔を通過した検出光の間隔に基づいて溶着部の内寸幅を測定する。この方法では、貫通孔を通過した検出光を内寸幅の測定に用いることで、反射光を用いる場合と比較して溶着部に対するコントラストを十分に確保できるので、測定の信頼性の向上が図られる。また、製造ロット間でセパレータの溶着状態が変化した場合でも貫通孔を通過した検出光への影響はないので、検出器側の設定を測定の度に変更する必要も生じず、工程の作業性も確保できる。

本発明によれば、溶接部の内寸法を高い信頼性及び作業性をもって測定できる。

本発明の一実施形態に係るセパレータ包み電極を示す平面図である。 図１に示したセパレータ包み電極の製造工程の一例を示す斜視図である。 図２の後続の工程を示す図であり、（ａ）はセパレータの溶着の様子、（ｂ）は溶着後のセパレータの状態を示す。 図３の後続の工程を示す図であり、（ａ）は溶着部の内寸法の測定系、（ｂ）は測定系による溶着部の内寸法の測定の様子を示す図である。

以下、図面を参照しながら、セパレータ包み電極、セパレータ溶着機、及びセパレータ包み電極の製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るセパレータ包み電極を示す平面図である。同図に示すように、セパレータ包み電極１は、シート状の電極２と、電極２を挟む一対のシート状のセパレータ３，３と、を備えて構成されている。電極２は、ここではリチウムイオン電池の電池セルに用いられる正極４である。一対のシート状のセパレータ３，３は、互いに溶着されて袋状となっており、電極２は、袋状のセパレータ３，３の内部に包みこまれた状態となっている。セパレータ包み電極１は、もう一方の極性を有する電極（負極）と交互に積層されて電極組立体を構成する。

正極４は、例えばアルミニウム箔からなる金属箔と、金属箔の両面に形成された正極活物質層とによって形成され、平面視において矩形状をなしている。正極活物質層は、正極活物質とバインダとを含んで形成されている。正極活物質としては、例えば複合酸化物、金属リチウム、硫黄等が挙げられる。複合酸化物には、例えばマンガン、ニッケル、コバルト及びアルミニウムの少なくとも１つと、リチウムとが含まれる。また、正極４の一縁部には、正極端子との接続に用いるタブ２ａが形成されている。

セパレータ３は、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メチルセルロース等からなる織布又は不織布などによって形成され、平面視において正極４よりも一回り大きい矩形状をなしている。

セパレータ３，３の縁部には、タブ２ａに対応する部分を除いて、電極２を囲うように溶着部６が形成されている。本実施形態では、点状の溶着部分を所定の間隔をもってマトリクス状に形成することによって構成されている。この溶着部６は、セパレータ３，３の互いに対向する短辺７，７と、セパレータ３，３の互いに対向する長辺８，８とにそれぞれ形成されている。なお、タブ２ａに対応するように、一方の長辺８の片側には、溶着部６が形成されない非溶着部分９が設けられている。

電極２は、セパレータ３，３間において、非溶着部分９からタブ２ａの先端がセパレータ３の外方に突出した状態で溶着部６で囲まれる領域に配置されている。電極２の縁部と溶着部６の内側縁部との間は、ほぼ隙間の無い状態となっている。したがって、セパレータ３，３間での電極２の位置は、電極２を挟んで対向する対向辺の内寸幅、すなわち、短辺７，７に対応する溶着部６の内側縁部１１，１１間の内寸幅Ｗ１と、長辺８，８に対応する溶着部６の内側縁部１２，１２間の内寸幅Ｗ２とによって定まることとなる。

短辺７，７に対応する溶着部６の内側縁部１１，１１の一部、及び長辺に対応する溶着部６の内側縁部１２，１２の一部には、セパレータ３，３を貫通する貫通孔１３が互いに正対するようにそれぞれ設けられている。貫通孔１３は、例えば断面略長方形状をなし、内側縁部１１，１２に沿って延びる長孔となっている。本実施形態のように、点状の溶着部分をマトリクス状に配置して溶着部６を構成する場合、貫通孔１３の幅（溶着部６の幅方向の長さ）は、点状の溶着部分の幅よりも小さい程度であることが好ましい。また、貫通孔１３の幅（溶着部６の延在方向の長さ）は、電極２の縁部の長さに比べて十分に小さく、かつ隣り合う点状の溶着部分の間隔よりも長い程度であることが好ましい。

続いて、上述したセパレータ包み電極１の製造方法について説明する。

セパレータ包み電極１の製造にあたっては、まず、図２に示すように、長尺の一対のシート状のセパレータ３，３間にシート状の電極２を所定の間隔をもって配置し、これらを重ね合わせる。次に、図３に示すように、セパレータ溶着機２１を用意し、電極２を囲うように溶着部６を形成してセパレータ３，３同士を結合する。

セパレータ３の溶着に用いるセパレータ溶着機２１は、図３に示すように、重ね合された一対のシート状のセパレータ３，３に溶着部６を形成する溶着ヘッド２２を有している。なお、図３では、セパレータ３，３間の電極２は省略している。溶着ヘッド２２は、図３（ａ）に示すように、例えば形成する溶着部６の幅と同程度の幅を持つヒータブロックであり、セパレータ３，３を加熱・加圧して溶着部６を形成する。

また、セパレータ溶着機２１は、図３（ａ）に示すように、溶着部６の形成の際に、溶着部６の縁部の一部にセパレータ３を貫通する貫通孔１３を形成する孔形成部２３を有している。本実施形態では、孔形成部２３は、溶着ヘッド２２の先端に設けられた突起部２４によって構成されている。突起部２４は、例えば針やシャーなどを用いて構成されている。

孔形成部２３は、溶着ヘッド２２がセパレータ３を加圧する際にセパレータ３，３を貫通し、図３（ｂ）に示すように、溶着部６の形成と同時に溶着部６の内側縁部１１，１２に貫通孔１３を形成する。この後、隣り合う電極２，２間を溶着部６の中央位置で切断することにより、図１に示したセパレータ包み電極１を複数得ることができる。

セパレータ包み電極１を得た後、得られたセパレータ包み電極１における溶着部６の内寸幅Ｗ１，Ｗ２を測定する工程を実施する。この工程では、図４（ａ）に示すように、光源３１と、撮像装置３２とを用いる。光源３１は、例えばセパレータ包み電極１の一面側に配置された蛍光灯であり、撮像装置３２は、例えばセパレータ包み電極１を挟んで光源３１の反対面側に配置された二次元ＣＣＤカメラである。

この工程では、光源３１からセパレータ包み電極１に向けて検出光Ｌを出射しながら、撮像装置３２によってセパレータ包み電極１を撮像する。このとき、光源３１から出射した検出光Ｌは、セパレータ３、溶着部６、電極２によって反射或いは吸収の影響を受けるが、溶着部６の内側縁部１１，１２に形成された貫通孔１３を通過した検出光Ｌは、反射或いは吸収の影響を受けずに撮像装置３２に到達する。したがって、撮像装置３２では、溶着部６又はセパレータ３の他の部分に比べて高いコントラストで、貫通孔１３を通過した検出光Ｌを撮像できる。

貫通孔１３を通過した検出光Ｌは、図４（ｂ）に示すように、貫通孔１３と実質的に同形状の像で撮像装置３２で撮像される。したがって、貫通孔１３を通過した検出光Ｌの像の間隔を画像解析等によって測定することにより、短辺７，７に対応する溶着部６の内側縁部１１，１１間の内寸幅Ｗ１と、長辺８，８に対応する溶着部６の内側縁部１２，１２間の内寸幅Ｗ２とを測定することができる。

以上説明したように、このセパレータ包み電極１では、溶着部６において、電極２を挟んで対向する対向辺の内側縁部１１，１１の一部及び内側縁部１２，１２の一部にセパレータ３，３を貫通する貫通孔１３がそれぞれ設けられている。したがって、セパレータ包み電極１の製造工程において、セパレータ３に検出光Ｌを照射することで、貫通孔１３を通過した検出光Ｌの間隔に基づいて溶着部６の内寸幅Ｗ１，Ｗ２を測定できる。

貫通孔１３を通過した検出光Ｌを内寸幅Ｗ１，Ｗ２の測定に用いることで、反射光を用いる場合と比較して溶着部６に対するコントラストを十分に確保できるので、ノイズやゴミの誤検出を抑制でき、測定の信頼性の向上が図られる。また、製造ロット間でセパレータ３，３の溶着状態が変化した場合でも貫通孔１３を通過した検出光Ｌへの影響はないので、撮像装置３２側の設定を測定の度に変更する必要も生じず、工程の作業性も確保できる。

また、本実施形態では、貫通孔１３は、溶着部６の内側縁部１１，１２に沿って延びる長孔となっている。これにより、貫通孔１３を通過した検出光Ｌの把握が容易となり、内寸幅Ｗ１，Ｗ２の測定がより簡便なものとなる。また、貫通孔１３の幅は、電極２の縁部の長さに比べて十分に小さいので、貫通孔１３がセパレータ３，３内での電極２の位置精度に影響することも回避できる。

さらに、セパレータ包み電極１の製造方法に用いるセパレータ溶着機２１では、溶着ヘッド２２の先端に孔形成部２３が設けられており、溶着ヘッド２２による溶着部６の形成の際に、溶着部６の縁部の一部にセパレータ３，３を貫通する貫通孔１３が同時形成される。したがって、溶着されたセパレータ３において、貫通孔１３を通過した検出光Ｌに基づく溶着部６の内寸幅Ｗ１，Ｗ２の測定を高い信頼性及び作業性の下で実施できる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、貫通孔１３が内側縁部１１，１２に沿って延びる長孔となっているが、貫通孔１３は必ずしも長孔でなくともよく、矩形、円形などの他の形状であってもよい。また、上記実施形態では、貫通孔１３を形成する孔形成部２３として、溶着ヘッド２２の先端に設けた突起部２４を例示したが、孔形成部２３は、例えばレーザ照射手段などであってもよい。レーザ照射手段を用いる場合、溶着ヘッド２２を用いる代わりに、レーザの強度を制御する制御手段を用い、レーザの強弱によって溶着部６と貫通孔１３とを形成するようにしてもよい。また、ヒータブロックの加熱の強弱によって溶着部６と貫通孔１３とを形成するようにしてもよい。

１…セパレータ包み電極、２…電極、３…セパレータ、６…溶着部、７…短辺（対向辺）、８…長辺（対向辺）、１１，１２…内側縁部、１３…貫通孔、２１…セパレータ溶着機、２２…溶着ヘッド、２３…孔形成部、Ｌ…検出光、Ｗ１，Ｗ２…内寸幅。

Claims (4)

1. シート状の電極と、
   前記電極を挟む一対のシート状のセパレータと、を備え、
   前記セパレータ同士は、前記電極を囲うように形成された溶着部によって互いに結合され、
   前記溶着部において、前記電極を挟んで対向する対向辺の内側縁部の一部に前記セパレータを貫通する貫通孔がそれぞれ設けられているセパレータ包み電極。
2. 前記貫通孔は、前記内側縁部に沿って延びる長孔となっている請求項１記載のセパレータ包み電極。
3. 重ね合された一対のシート状のセパレータに溶着部を形成する溶着ヘッドと、
   前記溶着部の形成の際に、前記溶着部の縁部の一部に前記セパレータを貫通する貫通孔を形成する孔形成部と、を備えたセパレータ溶着機。
4. 一対のシート状のセパレータ間にシート状の電極を配置する工程と、
   前記電極を囲うように溶着部を形成して前記セパレータ同士を結合すると共に、溶着部において、前記電極を挟んで対向する対向辺の内側縁部の一部に前記セパレータを貫通する貫通孔をそれぞれ形成する工程と、
   前記セパレータに検出光を照射し、前記貫通孔を通過した前記検出光の間隔に基づいて前記溶着部の内寸幅を測定する工程と、を備えたセパレータ包み電極の製造方法。

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