JP5287255B2 - 袋状セパレータ、電極セパレータアセンブリ及び電極セパレータアセンブリの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、袋状セパレータ、電極セパレータアセンブリ及び電極セパレータアセンブリの製造方法に関する。

本発明に関連する二次電池の積層電極体は、正極リードを有する短冊状の正極と、負極リードを有する短冊状の負極とを、短冊状の負極と実質的に同じ形状で同じ大きさの短冊状の微孔性ポリエチレンフィルムからなるセパレータを介して必要な数だけ積層した構造となっている。この場合、充放電を繰り返すことにより短冊状負極の周縁部にリチウムが析出することを防止するために、正極の外周が負極の外周の内側となるように、即ち正極が負極の電極面内に位置するように、正極の周囲寸法を負極の周囲寸法よりも小さくなるようにしている。

しかしながら、短冊状の正極と負極とを積層する場合、リチウムイオン電池の場合は正極が負極よりも小さく、しかも負極に正極を積層するための基準となる部分が実質的に存在しないために、正極と負極との積層ずれが生じやすいという問題があった。

このような積層ずれが生ずると、正極と負極との一部の端部が揃ったり、正極の電極面が負極の電極面の外側に飛び出すことも考えられ、充放電の繰り返しによる電極端部へのリチウム析出、サイクル特性の低下、あるいは電池内でのショートの発生等の電池の信頼性を大きく低下させる現象が起こりやすくなるという問題がある。このため、積層ずれの検査工程や修正工程などの工程が必要となり、製造工程が繁雑となるという問題があった。

これに対して特開平７−３０２６１６号公報では、セパレータが袋状であり、その中で短冊状正極が位置決めされている角型リチウムイオン二次電池を開示している。また、袋状セパレータが短冊形状の微孔性プラスチックフィルムであって、その互いに隣接する少なくとも２つの辺部のそれぞれに少なくとも一つの熱融着部が形成されており、それらの熱融着部で短冊状正極が位置決めされているタイプや、袋状セパレータの４つの辺部のそれぞれに、少なくとも一つの熱融着部が形成されており、それらの熱融着部で短冊状正極が位置決めされているタイプも開示されている。

しかしながら、袋状のセパレータの場合、電極と重ね合わせた後に袋状セパレータの周辺部分を融着するようにすると、袋状セパレータ内での正極の位置決めが面倒となる場合がある。

具体的には、スペース効率を高めるためには電極とセパレータのサイズの差をできるだけ小さくする必要があるが、そのためにはセパレータの上に電極を置く際に、セパレータの外部から所定の治具などを使って電極を高精度に位置決めしておかなければならない。さらに、セパレータ／電極／セパレータの三者を互いに位置出しして載置した後にセパレータの周縁部分を加熱金具などを使って融着する際にも、加熱金具の当接位置精度としてはかなりの高精度が要求され、その精度が狂うと電極と重複する場所を熱プレスしてしまうなどの工程不良が増大する。

そこで、予め所定位置を融着して袋状にしたセパレータを用意しておき、そこに電極を挿入する手段をとれば、その融着部によって電極が自動的に位置出しされて収納できるので電極の位置出しの際のジグが不要になるとともに、電極と重複する位置を熱プレスしてしまう工程不良も防止できる。その融着箇所について考えてみると、隣接する２辺のみを融着してから正極を袋状セパレータ内に装入した場合、その後の工程中、あるいは電池完成後に袋状セパレータ内で正極がずれてしまう場合がある。この場合、特に、縦方向にも横方向にもずれが起こり得ることが問題となる。

この問題を回避するため、３辺を融着した後に残る１辺から正極を挿入する方式とすると位置ずれは生じにくい。しかしながら、本発明に関連する公知のものでは挿入口の広さが正極の幅に近かった。このため、挿入口の両脇の融着部分の摺動抵抗を強く受けたり、挿入し始めてから所定位置まで装填するまでの間に正極の姿勢を変化させることができないといったことから収納工程が困難である。また、２辺のみを融着したセパレータに正極を入れてから３辺目を融着することも考えられるが、３辺目の融着工程が実行されるまでの間に電極ずれが起こることは防止できない。

そこで、上記課題に鑑み、本発明は、袋状セパレータ内への電極の挿入及び袋状セパレータ内での所定位置までの電極の移動・装填を容易にするとともに、装填後の袋状セパレータ内での電極の位置ずれを防止することができる袋状セパレータ、電極セパレータアセンブリ及び電極セパレータアセンブリの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の袋状セパレータは、樹脂フィルムの周辺部が融着されて袋状に形成された矩形の袋状セパレータであって、それぞれが融着部を有する隣接した第一及び第二の融着辺と、電極を挿入可能な１つの挿入口を形成する隣接した第一及び第二の挿入口辺と、からなる４つのセパレータ辺を有する。前記第一の挿入口辺に融着部が設けられ、前記第一の挿入口辺は前記第一の融着辺に隣接している。前記第一の挿入口辺は、非融着部である第一の挿入口を有し、前記第二の挿入口辺は、非融着部である第二の挿入口を有し、該第一の挿入口と該第二の挿入口とは、前記隣接した第一及び第二の挿入口辺にわたって連続して前記１つの挿入口を形成している。前記第一の挿入口辺に設けられた融着部は、前記第二の挿入口辺と対向する第一の辺を有し、前記第一の融着辺に設けられた融着部は、前記第二の挿入口辺と対向する第二の辺を有している。そして、前記第一の辺は前記第二の辺よりも、前記第一の融着辺から離れた位置にあることを特徴とする。

上記のとおりの本発明の袋状セパレータは、袋状セパレータの隣接する２辺にわたって形成された挿入口とすることで挿入口を広くしている。このため、本発明の袋状セパレータは、電極の挿入が容易となる。また、本発明の袋状セパレータは、挿入口辺の一部に熱融着部を形成している。これにより、本発明の袋状セパレータは、電極を挿入しにくくなる問題を回避しつつ、収納後に電極が位置ずれすることを効果的に防止できる。

また、本発明の袋状セパレータは、挿入口が広いので、熱融着部と電極との間の摺動抵抗は小さく、また、挿入しながら袋状セパレータ内での電極の姿勢を変化させることができる。このため、本発明の袋状セパレータは、セパレータ内での電極の移動が容易となり、最終位置まで詰め込みやすい。

さらには、本発明の袋状セパレータは、２つのセパレータ融着辺の熱融着部と、挿入口辺の一部に形成された熱融着部とにより電極の位置ずれ防止が可能となる。すわなち、本発明の袋状セパレータは、回転方向のずれが起こらない限り、横方向のずれは防止される。これにより、本発明の袋状セパレータは、電極挿入の容易性を維持したまま、製造工程における電極挿入後の工程や、完成後において、袋状セパレータ内で電極が位置ずれを起こすのを防止することができる。

本発明の電極セパレータアセンブリは、前述した構成の袋状セパレータと、袋状セパレータの内部に収容された電極と、を有する。

本発明の電極セパレータアセンブリの製造方法は、樹脂フィルムの周辺部が融着されて袋状に形成された矩形の袋状セパレータの内部に電極を収納した電極セパレータアセンブリを製造する方法であって、
前記袋状セパレータの４つのセパレータ辺のうち、隣接した２つのセパレータ辺に融着部を形成することにより、隣接した第一及び第二の融着辺を形成する第１の工程と、
残りの隣接した２つの前記セパレータ辺を使って、前記電極を挿入可能な１つの挿入口を形成する隣接した第一及び第二の挿入口辺を形成する第２の工程であって、前記第一の挿入口辺は前記第一の融着辺に隣接し、前記第一の挿入口辺に融着部が設けられ、前記第一の挿入口辺は、非融着部である第一の挿入口を有し、前記第二の挿入口辺は、非融着部である第二の挿入口を有し、該第一の挿入口と該第二の挿入口とは、前記隣接した第一及び第二の挿入口辺にわたって連続して前記１つの挿入口を形成しており、前記第一の挿入口辺に設けられた融着部は、前記第二の挿入口辺と対向する第一の辺を有し、前記第一の融着辺に設けられた融着部は、前記第二の挿入口辺と対向する第二の辺を有し、前記第一の辺は前記第二の辺よりも、前記第一の融着辺から離れた位置にあることを含む、前記第２の工程と、
前記第１の工程及び前記第２の工程を経て得られた前記袋状セパレータ内に、前記挿入口から前記電極を挿入する工程と、を含む。

また、本発明の電極セパレータアセンブリの製造方法は、電極が袋状セパレータ内に挿入され、かつ位置決めがなされた後に、挿入口辺の、挿入口を分断する位置に熱融着部を形成する工程を含むものであってもよい。この場合、後から追加した熱融着部により電極の位置ずれ防止をより確実なものとすることができる。

本発明によれば、広く形成された挿入口により電極の挿入が容易となる。また、挿入口辺に形成された熱融着部は一部にのみ形成しているので、熱融着部と電極との間の摺動抵抗は小さく、また、袋状セパレータ内での電極の姿勢を変化させることができ、セパレータ内での電極の移動が容易となる。さらには、２つのセパレータ融着辺の熱融着部と、挿入口辺の一部に形成された熱融着部とにより電極の位置決めが可能となるため、電極挿入後の工程や、完成後において、袋状セパレータ内で電極が位置ずれを起こすのを防止することができる。

本発明の第１の実施形態における袋状セパレータの平面図である。 熱融着部の位置関係を説明するための図である。 熱融着部の位置関係を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態における電極セパレータアセンブリの平面図である。 本発明の第１の実施形態の電極の平面図である。 本発明の第１の実施形態の袋状セパレータに電極を挿入口から傾けて挿入する工程を示した図である。 本発明の第１の実施形態の袋状セパレータ内にて、電極が位置決めされた状態を示す図である。 本発明の第１の実施形態の電極の平面図である。 本発明の第１の実施形態の袋状セパレータに電極を挿入口からまっすぐ挿入する工程を示した図である。 本発明の第１の実施形態の袋状セパレータ内にて、電極が位置決めされた状態を示す図である。 本発明の第２の実施形態の電極の平面図である。 本発明の第２の実施形態の袋状セパレータに電極を挿入する工程を示した図である。 本発明の第２の実施形態の袋状セパレータ内にて、電極が位置決めされた状態を示す図である。 本発明の電極セパレータアセンブリを備えたフィルム外装電池の構成例を示す分解斜視図である。

次に、図面を参照しながら本発明について説明する。
（第１の実施形態）

図１に本実施形態の袋状セパレータの平面図を示す。また、図２Ａ、図２Ｂに熱融着部の位置関係を示す図を示し、図３に本実施形態の電極セパレータアセンブリの平面図を示す。

袋状セパレータ１０は多孔質フィルムを２枚貼り合わせて袋状に形成したものである。袋状セパレータ１０の形状は矩形であり、４つのセパレータ辺を有する。袋状セパレータ１０は、厚さ１μｍ〜１００μｍ、好ましくは１０μｍ〜５０μｍの、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂フィルム、あるいはポリエステル系樹脂フィルムなどを多孔質化したものからなる。当該フィルムは、延伸、未延伸のどちらでもよいが、延伸したもののほうが引っ張り強度が高いため好ましい。１軸延伸の多孔質セパレータを用いた場合、融着部を有する挿入口辺からその対向辺に向かう方向（挿入口辺１０ｂからセパレータ融着辺１０ａに向かう方向）に延伸方向が向くようにすると、熱融着部４と熱融着部１との間で電極がはさまれているため、引っ張り強度の強い方向で電極を保持できる。

４つのセパレータ辺のうち、２つの隣接したセパレータ辺であるセパレータ融着辺１０ａ、１０ｃには熱融着部１、３、２が形成されている。セパレータ融着辺１０ａは２箇所の熱融着部１、３で融着されており、セパレータ融着辺１０ｃは中央部分の熱融着部２で融着されている。残る２つの隣接したセパレータ辺である挿入口辺１０ｂ、１０ｄは電極３０を挿入可能な挿入口を構成している。挿入口辺１０ｂの一部には熱融着部４が形成されている。

なお、袋状セパレータ１０は１枚の多孔質フィルムをセパレータ融着辺１０ａあるいはセパレータ融着辺１０ｃのいずれかで折り返して形成したものであってもよい。

電極３０を袋状セパレータ１０内に挿入するための挿入口１１は、幅ｌ_１の第１の挿入口１１ａと、幅ｌ_２の第２の挿入口１１ｂとからなる。第１の挿入口１１ａは、挿入口辺１０ｂ側に形成されている。第２の挿入口１１ｂは、挿入口辺１０ｂに隣接する挿入口辺１０ｄに形成されている。第１の挿入口１１ａと第２の挿入口１１ｂとは連続的に形成されて、広い１つの挿入口１１を形成している。このため、袋状セパレータ１０は、図中矢印Ａで示す斜め方向から電池３０を袋状セパレータ１０内に挿入することができる。

各熱融着部１、２、３、４は、２枚の多孔質フィルムを貼り合わせている。さらに各熱融着部１、２、３、４は、袋状セパレータ１０内での電極の位置決め及び位置ずれを防止する機能を有する。

熱融着部１、３は、セパレータ融着辺１０ａの両端に近い側に配置されている。また、熱融着部１、３は、後述する電極３０の長辺３０ａよりも短い間隔で配置されている。本実施形態では熱融着部１はセパレータ融着辺１０ｃに近い側に配置されている。熱融着部３は挿入口辺１０ｄに近い側に配置されている。

熱融着部１と熱融着部３とは同形状に形成されている。挿入口辺１０ｂの方を向く熱融着部１の対向辺１ａと、挿入口辺１０ｂの方を向く熱融着部３の対向辺３ａとはセパレータ融着辺１０ａから同じ距離になるように形成されている。挿入口辺１０ｂは、熱融着部１、３が形成されたセパレータ融着辺１０ａに対向する辺である。

すわなち、熱融着部１、３は、電極３０の長辺３０ａをこれら対向辺１ａ、３ａに当接させてＸ方向の位置決めする機能を有する。また、熱融着部１、３は、電極３０を袋状セパレータ１０内に挿入する際のガイドとしても機能する。なお、熱融着部１と熱融着部３との間に、同じように熱融着部を設ける構成としてもよい（例えば、図３に示す熱融着部５）。

セパレータ融着辺１０ｃには、本実施形態では熱融着部２のみが形成された例を示しているが、これに限定されるものではなく、複数形成されているものであってもよい。

挿入口辺１０ｂの一部には、セパレータ融着辺１０ｃに近い側に熱融着部４が１つのみ配置されている。熱融着部４は、熱融着部４の対向辺４ａと熱融着部１の対向辺１ａとの間の距離が、袋状セパレータ１０に挿入される電極３０の幅ｌ_３よりもわずかに広くなるように配置されている。これは、袋状セパレータ１０に挿入される電極３０の挿入代を確保しつつ、電極３０のＸ方向の位置決めをするためである。対向辺４ａは、セパレータ融着辺１０ａの方を向いている。セパレータ融着辺１０ａは、熱融着部４が形成された挿入口辺１０ｂに対向する辺である。

次に、熱融着部４と熱融着部２との位置関係について、図１及び図２Ａ、図２Ｂを用いて説明する。

熱融着部４は、熱融着部２に対して各図において上方に位置するように配置されており、熱融着部４の全体が熱融着部２より下方に配置されることはない。換言すれば、セパレータ融着辺１０ｃから熱融着部４の角側辺４ｂまでの距離ｔ_４が、セパレータ融着辺１０ｃから熱融着部２の対向辺２ａまでの距離ｔ_２よりも遠くなるところに位置している。なお、角側辺４ｂとは、熱融着部４の外周辺のうち、挿入口辺１０ｂ、１０ｄにより形成される角部１０ｅに近い側の辺を指す。

このように、熱融着部４の形成される位置を熱融着部２の幅（距離ｔ_２に相当）以下とせずに、熱融着部２の幅からはみ出た位置（はみ出し量ｔ_４−ｔ_２＞０）とすることで、挿入された電極３０のＸ方向へのずれが防止される。また、はみ出し量ｔ_４−ｔ_２を出来るだけ少なくすることで、第１の挿入口１１ａの幅ｌ_１をできるだけ広く確保することができることとなり、矢印Ａ方向からの電極３０の挿入しやすくなる。

なお、熱融着部４の形状は、図１や図２Ａに示すようにセパレータ融着辺１０ｃから離れた位置に形成されていてもよいし、図２Ｂに示すようにセパレータ融着辺１０ｃまで延びた形状であってもよい。

図２Ａ、図２Ｂを用いて熱融着部４と熱融着部２との位置関係をまとめると、挿入口辺１０ｂに形成された熱融着部４は、熱融着部４の外周辺のうち、挿入口辺１０ｂに対向するセパレータ融着辺１０ａのほうを向いた対向辺４ａ及び対向辺４ａを挿入口辺１０ｂに隣接するセパレータ融着辺１０ｃに向けて延長した延長線４ａ１のいずれか一方が、挿入口辺１０ｂに隣接するセパレータ融着辺１０ｃに形成された熱融着部２の外周辺のうち、セパレータ融着辺１０ｃに対向する挿入口辺１０ｄのほうを向いた対向辺２ａの延長線２ａ１と交差する位置に形成されている、という位置関係になる。

袋状セパレータ１０に挿入される電極３０はその一辺に延出部４０が取り付けられている。延出部４０は後述する集電部を形成するためのものである。

次に、本実施形態の電極セパレータアセンブリの製造方法について図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ及び図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃを用いて説明する。

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、電極３０を挿入口１１から傾けて袋状セパレータ１０内に挿入する工程を示した図である。なお、以下では、袋状セパレータ１０は熱融着部１、３の間に熱融着部５が形成されているものを例に説明する。

図４Ａは電極３０の平面図である。

まず、この電極３０を、短辺３０ｃ側から、図４Ｂの矢印（１）で示す方向に向けて第１の挿入口１１ａと第２の挿入口１１ｂの両挿入口を跨ぐようにして、傾けて袋状セパレータ１０内に挿入する。図４Ｂではこの状態の電極３０が破線で示されている。熱融着部４は第１の挿入口１１ａの幅ｌ_１をできるだけ広く確保する位置に形成されている。このため、挿入に際して熱融着部４が邪魔になることはなく、また、袋状セパレータ１０に挿入しようとしている電極３０の傾き加減の自由度は高い。

続いて、短辺３０ｃ側が部分的に挿入され傾いた状態の電極３０を回転させて（矢印（２））、電極３０の長辺３０ａを熱融着部３、５の対向辺３ａ、５ａに当接させる。本実施形態の袋状セパレータ１０は、第２の挿入口１１ｂが形成されているため、電極３０に延出部４０が予め設けられていたとしても、袋状セパレータ１０に電極を差し込んだ状態でこのような回転動作が可能となる。

続いて、熱融着部３、５の対向辺３ａ、５ａをガイドとして電極３０を図４Ｃの矢印（３）の方向に滑り込ませる。この際、熱融着部４はガイドとしては機能していない。電極３０を図４Ｃの矢印（３）の方向にさらに滑り込ませると、熱融着部１と熱融着部４とが電極３０を両側からガイドする。つまり、これまでガイドされていなかった電極３０の長辺３０ｂが、熱融着部４によってガイドされる。電極３０は、熱融着部１、４でガイドされながら熱融着部２の辺２ａに突き当たるまで矢印（３）の方向に滑り込む。

熱融着部２に突き当てられた電極３０は、熱融着部２によってＹ方向の位置決めがなされ、熱融着部１、３、４、５でＸ方向の位置決めがなされる。

図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃは、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃが電極３０を傾けて袋状セパレータ１０に差し込み、その後、回転させてから熱融着部２に突き当たるまで挿入したのに対し、電極３０の回転動作を伴わずに袋状セパレータ１０内に挿入する方法を示した工程図である。

図５Ａは電極３０の平面図である。

まず、この電極３０を長辺３０ａ側から図５Ｂの矢印（１）で示す方向に向けて、第１の挿入口１１ａよりまっすぐに差し込む。本実施形態の袋状セパレータ１０は、第２の挿入口１１ｂが形成されているため、電極３０に延出部４０が予め設けられていたとしても問題なく差し込むことができる。

電極３０の長辺３０ａが熱融着部３、５に突き当たるまで差し込んだ後、熱融着部３、５をガイドとして電極３０を矢印（２）の方向に滑り込ませ、最終的に熱融着部２に突き当てて位置決めがなされる（図５Ｃ）。

以上のとおり、本実施形態の場合、袋状セパレータ１０の挿入口１１が、隣接する２辺にわたって形成された第１の挿入口１１ａ及び第２の挿入口１１ｂからなるため、広い。また、第１の挿入口１１ａの幅ｌ_１ができるだけ広くなるように、挿入口辺１０ｂの全部ではなく一部に熱融着部４が配置されている。これらにより、本実施形態の袋状セパレータ１０は、袋状セパレータ１０への電極３０の差し込み方向や姿勢の自由度が高く、よって、電極３０の挿入動作が極めて容易となる。

また、本実施形態の場合、電極３０は熱融着部２に突き当たる少し手前までは、電極３０は熱融着部３、５によって片側のみガイドされながら袋状セパレータ１０内を進む。そして、その後、電極３０は熱融着部２に突き当たる少し手前から熱融着部１、４でガイドされる。つまり、挿入口辺１０ｂの全部ではなく一部に熱融着部４が配置されていることから、電極３０の位置決めが完了する直前まで袋状セパレータ１０内にて電極３０は傾いた姿勢をとることができる。また、熱融着部２に突き当たる少し手前までは電極３０の両側に熱融着部が存在しないので熱融着部４と電極３０との間の摺動抵抗は生じず、袋状セパレータ１０内での電極３０の移動動作が極めて容易となる。

さらに、本実施形態の場合、袋状セパレータ１０に挿入された電極３０が熱融着部１〜５によって、Ｘ、Ｙ方向の位置決めがなされている。このため、後工程あるいは電池が完成した後に電極３０が袋状セパレータ１０内でずれてしまうのを防止することができる。なお、位置決めをさらに確実にするため、図４Ｃのように、袋状セパレータ１０内で電極３０が位置決めされた後、熱融着部３、５と対向する位置に熱融着部３’、５’を設けるようにしてもよい。熱融着部３’、５’は、挿入口１１を分断する位置に形成される。しかしながら、熱融着部３’、５’は、電極３０が袋状セパレータ１０内に既に挿入され、位置決めがなされた後に形成される。このため、熱融着部３’、５’が、電極３０の袋状セパレータ１０への差し込み易さ、あるいは袋状セパレータ１０内での移動のし易さに影響を及ぼすことはない。

なお、幅ｌ_１の好ましい長さは、その辺の全体の長さに対して５０％から９９％の範囲内、より好ましくは７０％から９９％の範囲内、さらに好ましくは９０％から９９％の範囲内である。幅ｌ_１の割合が小さすぎると、電極が最終的に収納される位置まで詰め込むときに摺動抵抗の高い状態で移動させる量が増えて収納しづらくなるためである。また、幅ｌ_１の割合が大きすぎると引っかかりが小さくなりすぎて、横方向のずれに対する防止効果が得られなくなってしまうためである。
（第２の実施形態）

図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは、本実施形態の電極３０を挿入口１１から傾けて袋状セパレータ１０内に挿入する工程を示した図である。なお、本実施形態の説明において、第１の実施形態と同じ構成の部材に関しては同じ符号を用いて説明するものとする。

第１の実施形態の電極３０は、短辺３０ｄの幅ｌ_３にわたる幅を有する延出部４０が短辺３０ｄに取り付けられていた。これに対し、本実施形態の場合、図６Ａに示すように、短辺３０ｄの幅ｌ_３よりも狭い幅ｌ_４の延出部４１が、長辺３０ｂ側に偏って設けられている。延出部４１は電極をトリミングするときに延出部４１を含む形状、すわなち、クランク形状を含む形でトリミングすることによって形成してもよい。また、電極の１次トリミングで電極材料非塗装部がわずかに露出するように矩形にトリミングした後、その幅よりも細い幅の矩形の金属箔を、その露出部に溶接してもよい。この場合、矩形の部材のみとなりクランク形状の切断工程はなく直線切断工程のみで部材を用意できるので製造しやすい。

また、本実施形態の袋状セパレータ１０は、図６Ｂに示すように、熱融着部のうち、熱融着部２がセパレータ融着辺１０ａ側に偏って形成されている点が第１の実施形態と異なる。また、本実施形態の袋状セパレータ１０は、挿入口辺１０ｄにもその一部に熱融着部６がセパレータ融着辺１０ａ側に偏って形成されている点も第１の実施形態と異なる。

しかしながら、本実施形態の袋状セパレータ１０は、挿入口１１として、袋状セパレータ１０の挿入口辺１０ｂ及び挿入口辺１０ｄのそれぞれに第１の挿入口１１ａ及び第２の挿入口１１ｂが形成されている点は第１の実施形態と同様である。

熱融着部４の位置関係は第１の実施形態で説明したとおりである。挿入口辺１０ｄの一部に形成された熱融着部６の位置関係も熱融着部４の位置関係と同じである。すわなち、セパレータ融着辺１０ａから熱融着部６の角側辺６ｂまでの距離ｔ_６が、セパレータ融着辺１０ａから熱融着部５の対向辺５ａまでの距離ｔ_２よりも遠くなるところに位置している。このように、熱融着部６の形成される位置を熱融着部５の幅（距離ｔ_５に相当）以下とせずに、熱融着部５の幅からはみ出た位置（はみ出し量ｔ_６−ｔ_５＞０）とすることで、挿入された電極３０のＹ方向へのずれが防止される。また、はみ出し量ｔ_６−ｔ_５を出来るだけ少なくすることで、第２の挿入口１１ｂの幅ｌ_２をできるだけ広く確保することができることとなり、電極３０の挿入しやすくなる。

熱融着部６と熱融着部５との位置関係をまとめると、挿入口辺１０ｄに形成された熱融着部６は、熱融着部６の外周辺のうち、挿入口辺１０ｄに対向するセパレータ融着辺１０ｃのほうを向いた対向辺６ａ及び対向辺６ａを挿入口辺１０ｄに隣接するセパレータ融着辺１０ａに向けて延長した延長線６ａ１のいずれか一方が、挿入口辺１０ｄに隣接するセパレータ融着辺１０ａに形成された熱融着部５の外周辺のうち、セパレータ融着辺１０ａに対向する挿入口辺１０ｂのほうを向いた対向辺５ａの延長線５ａ１と交差する位置に形成されている、という位置関係になる。

次に、本実施形態の電極セパレータアセンブリ５１の製造方法について図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃを用いて説明する。

図６Ａは延出部４１を有する電極３０の平面図である。

まず、図６Ｂに示すように、電極３０を第１の挿入口１１ａ及び第２の挿入口１１ｂから傾けた状態で、熱融着部２に電極３０の短辺３０ｃが突き当たるまで袋状セパレータ１０内に差し込む（矢印（１）方向）。この際、電極３０の長辺３０ｂと短辺３０ｃとの間の角部３０ｅが熱融着部２と熱融着部４との間のセパレータ融着辺１０ｃからはみ出す。

次に、熱融着部２に電極３０の短辺３０ｃを突き当てた状態で電極３０を矢印（２）の方向に回転させる。角部３０ｅがセパレータ融着辺１０ｃからはみ出すまで差し込んだ状態で回転させるので、角部３０ｅの対角である角部３０ｆが熱融着部６に当たってしまい電極３０の矢印（２）方向への回転が阻害される、といったことはない。

電極３０の長辺３０ａが熱融着部５に突き当たるまで回転させることで、電極３０の袋状セパレータ１０内への挿入及び位置決めは完了する。本実施形態の場合、Ｘ方向の位置決めは熱融着部４、５でなされ、Ｙ方向への位置決めは熱融着部２、６でなされる。また、延出部４１は短辺３０ｄの幅ｌ_３よりも狭い幅ｌ_４であるため、挿入及び位置決めが完了した状態でも、延出部４１が熱融着部６に干渉することはない。

本実施形態も第１の実施形態と同様に、袋状セパレータ１０の挿入口１１が、隣接する２辺にわたって形成された第１の挿入口１１ａ及び第２の挿入口１１ｂからなる。また、第１の挿入口１１ａの幅ｌ_１ができるだけ大きくなるように熱融着部４が配置されている。このような構成により、袋状セパレータ１０への電極３０の差し込みが極めて容易となる。

また、本実施形態の場合、電極３０は、熱融着部２、４、５、６で位置決めがされるまでは、これら各熱融着部によって動きが規制されることがなく袋状セパレータ１０内でフリーな状態である。このため、電極３０は、位置決めが極めて容易となる。

さらに、本実施形態の場合、袋状セパレータ１０に挿入された電極３０が熱融着部２〜６によって、Ｘ、Ｙ方向の位置決めがなされている。このため、後工程あるいは電池が完成した後に電極３０が袋状セパレータ１０内でずれてしまうのを防止することができる。なお、位置決めをさらに確実にするため、図６Ｃのように、袋状セパレータ１０内で電極３０が位置決めされた後、熱融着部５と対向する位置に熱融着部５’を設けるようにしてもよい。

なお、本実施形態の延出部４１を有する電極３０は、第１の実施形態で説明した図１に示す熱融着部１ないし４を有する袋状セパレータ１０に挿入することも可能である。また、その場合、電極３０の挿入後に図６Ｃに示す熱融着部５’および／または熱融着部６を設けるものであってもよい。
（フィルム外装電池）

次に、本発明の電極セパレータアセンブリを備えたフィルム外装電池の構成例を図７に示す。

フィルム外装電池１０１は、発電要素１０２と、発電要素１０２に設けられた正極集電部１０３ａおよび負極集電部１０３ｂと、発電要素１０２を電解液とともに収納する、２枚のラミネートフィルム１０５、１０６からなる外装体と、正極集電部１０３ａに接続された正極タブ１０４ａと、負極集電部１０３ｂに接続された負極タブ１０４ｂとを有する。

電極セパレータアセンブリ５０は、袋状セパレータ１０内に電極３０として説明した正極板が挿入されてなる。複数の電極セパレータアセンブリ５０と複数の負極板とが交互に積層されることで、正極板と負極板とがセパレータを介して積層され、これにより発電要素１０２が構成されている。なお、発電要素１０２は、これとは逆に、袋状セパレータ１０内に負極板が挿入され、正極板を袋状セパレータ１０内に挿入しないでこれらを積層する構成としてもよい。

各正極板はアルミニウム箔に正極電極が塗布されており、負極は銅箔に負極電極が塗布されている。正極板に取り付けられた延出部４０と負極板に取り付けられた延出部とは、正極板の延出部４０同士、および負極板の延出部同士がそれぞれ一括して超音波溶接されて、中継部である正極集電部１０３ａおよび負極集電部１０３ｂが形成される。これと同時に正極集電部１０３ａへの正極タブ１０４ａの接続、および負極集電部１０３ｂへの負極タブ１０４ｂの接続も超音波溶接がなされる。

外装体の互いに対向する２つの短辺から延出している正極タブ１０４ａおよび負極タブ１０４ｂは、アルミニウムおよび銅板からなる。

外装体は、発電要素１０２をその厚み方向両側から挟んで包囲する２枚のラミネートフィルム１０５、１０６からなる。各ラミネートフィルム１０５、１０６は、熱融着性を有する内側樹脂層、金属層、および外側樹脂層を積層してなるものであり、ＰＰ（ポリプロピレン）層が電池の内側の層となるようにしてラミネートフィルム１０５、１０６の周縁部を熱融着することで、発電要素１０２が封止される。

ラミネートフィルム１０５、１０６としては、電解液が漏洩しないように発電要素１０２を封止できるものであれば、この種のフィルム外装電池に用いられるフィルムを用いることができ、一般的には、金属薄膜層と熱融着性樹脂層とを積層したラミネートフィルムが用いられる。この種のラミネートフィルムとしては、例えば、厚さ１０μｍ〜１００μｍの金属箔に厚さ３μｍ〜２００μｍの熱融着性樹脂を貼りつけたものが使用できる。金属箔、すなわち、金属層の材質としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔｉ系合金、Ｆｅ、ステンレス、Ｍｇ系合金などが使用できる。熱融着性樹脂、すなわち、内側樹脂層としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、これらの酸変成物、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル等、ポリアミド、エチレン−酢酸ビニル共重合体などが使用できる。また、外側樹脂層としては、ナイロン等が好適である。

なお、発電要素１０２としては、正極、負極および電解質を含むものであれば、通常の電池に用いられる任意の発電要素が適用可能である。一般的なリチウムイオン二次電池における発電要素は、正極板としては、リチウム・マンガン複合酸化物、コバルト酸リチウム等の正極活物質をアルミニウム箔などの両面に塗布したものが用いられ、負極板としては、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料を銅箔などの両面に塗布したものが用いられ、これらをリチウム塩を含む電解液を含浸させて形成される。

発電要素１０２としては、この他に、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムメタル一次電池あるいは二次電池、リチウムポリマー電池等、他の種類の化学電池の発電要素が挙げられる。さらに、本発明は、電気二重層キャパシタなどのキャパシタや電解コンデンサなどに例示されるキャパシタ要素のような、電気エネルギを内部に蓄積し化学反応または物理反応でガスが発生しうる電気デバイス要素を外装フィルムで封止した電気デバイスにも適用可能である。

なお、本発明はフィルム外装電池を例に説明したが、本発明は、矩形のエンボス成形を行った金属板や箱形の金属容器を外装体として用いる電池にも適用可能である。

この出願は、２００７年１月２５日に出願された日本出願特願２００７−０１５２３６号を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示の全てを引用によって取り込む。

Claims (16)

1. 樹脂フィルムの周辺部が融着されて袋状に形成された矩形の袋状セパレータであって、
   それぞれが融着部を有する隣接した第一及び第二の融着辺と、電極を挿入可能な１つの挿入口を形成する隣接した第一及び第二の挿入口辺と、からなる４つのセパレータ辺を有し、
   前記第一の挿入口辺に融着部が設けられ、前記第一の挿入口辺は前記第一の融着辺に隣接しており、
   前記第一の挿入口辺は、非融着部である第一の挿入口を有し、前記第二の挿入口辺は、非融着部である第二の挿入口を有し、該第一の挿入口と該第二の挿入口とは、前記隣接した第一及び第二の挿入口辺にわたって連続して前記１つの挿入口を形成しており、
   前記第一の挿入口辺に設けられた融着部は、前記第二の挿入口辺と対向する第一の辺を有し、前記第一の融着辺に設けられた融着部は、前記第二の挿入口辺と対向する第二の辺を有しており、
   前記第一の辺は前記第二の辺よりも、前記第一の融着辺から離れた位置にあることを特徴とする袋状セパレータ。
2. 前記第一の辺から前記第二の挿入口辺までの距離は、前記第一の挿入口辺の全長の５０％から９９％の範囲内である、請求項１に記載の袋状セパレータ。
3. 前記樹脂フィルムを前記第一の融着辺あるいは前記第二の融着辺のいずれかで折り返して形成されている、請求項１または２に記載の袋状セパレータ。
4. 前記第一の挿入口辺に設けられた融着部は前記第一の融着辺まで延びた形状を有する、請求項１から３のいずれかに記載の袋状セパレータ。
5. 前記第二の挿入口辺に融着部が設けられている、請求項１から４のいずれかに記載の袋状セパレータ。
6. 前記第二の挿入口辺は融着部が無い辺である、請求項１から４のいずれかに記載の袋状セパレータ。
7. 前記第一の融着辺に設けられた融着部は、前記第一の挿入口辺より、前記第二の融着辺に近い位置に配置されている、請求項１から６のいずれかに記載の袋状セパレータ。
8. 請求項１に記載の矩形の袋状セパレータと、
   前記袋状セパレータの内部に収納された電極と、
   を有する電極セパレータアセンブリ。
9. 前記電極は、前記第一及び第二の融着辺それぞれに形成された前記融着部と前記第一の挿入口辺に形成された前記融着部とによって位置決めされている、請求項８に記載の電極セパレータアセンブリ。
10. 前記電極に設けられた延出部は前記電極の幅より狭く、かつ前記第一の挿入口辺の一部に形成された前記融着部と干渉しない位置に設けられている、請求項８または９に記載の電極セパレータアセンブリ。
11. 樹脂フィルムの周辺部が融着されて袋状に形成された矩形の袋状セパレータの内部に電極を収納した電極セパレータアセンブリを製造する方法であって、
    前記袋状セパレータの４つのセパレータ辺のうち、隣接した２つのセパレータ辺に融着部を形成することにより、隣接した第一及び第二の融着辺を形成する第１の工程と、
    残りの隣接した２つの前記セパレータ辺を使って、前記電極を挿入可能な１つの挿入口を形成する隣接した第一及び第二の挿入口辺を形成する第２の工程であって、前記第一の挿入口辺は前記第一の融着辺に隣接し、前記第一の挿入口辺に融着部が設けられ、前記第一の挿入口辺は、非融着部である第一の挿入口を有し、前記第二の挿入口辺は、非融着部である第二の挿入口を有し、該第一の挿入口と該第二の挿入口とは、前記隣接した第一及び第二の挿入口辺にわたって連続して前記１つの挿入口を形成しており、前記第一の挿入口辺に設けられた融着部は、前記第二の挿入口辺と対向する第一の辺を有し、前記第一の融着辺に設けられた融着部は、前記第二の挿入口辺と対向する第二の辺を有し、前記第一の辺は前記第二の辺よりも、前記第一の融着辺から離れた位置にあることを含む、前記第２の工程と、
    前記第１の工程及び前記第２の工程を経て得られた前記袋状セパレータ内に、前記挿入口から前記電極を挿入する工程と、を含む電極セパレータアセンブリの製造方法。
12. 前記第一の辺から前記第二の挿入口辺までの距離が、前記第一の挿入口辺の全長の５０％から９９％の範囲内であることを含む、請求項１１に記載の電極セパレータアセンブリの製造方法。
13. 前記電極を前記第二の融着辺に形成された前記融着部のみでガイドしながら前記袋状セパレータ内を移動させる工程と、
    前記第二の融着辺に形成された前記融着部と前記第一の挿入口辺に形成された前記融着部とによって前記電極をガイドしながら前記袋状セパレータ内を移動させる工程とを含む、請求項１１または１２に記載の電極セパレータアセンブリの製造方法。
14. 前記電極を、前記第二の融着辺に形成された前記融着部と前記第一の挿入口辺に形成された前記融着部とによって位置決めする工程を含む、請求項１１から１３のいずれかに記載の電極セパレータアセンブリの製造方法。
15. 前記電極の幅より狭く、かつ前記電極の、前記第一の挿入口辺に形成された前記融着部と干渉しない位置に延出部を予め設けておき、前記延出部が設けられた前記電極を前記袋状セパレータ内に挿入する工程を含む、請求項１１から１３のいずれかに記載の電極セパレータアセンブリの製造方法。
16. 前記電極が前記袋状セパレータ内に挿入され、かつ位置決めがなされた後に、前記第一及び第二の挿入口辺にわたって形成される前記挿入口の位置に融着部を形成する工程を含む請求項１１から１４のいずれかに記載の電極セパレータアセンブリの製造方法。

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