JP6638593B2

JP6638593B2 - 電極組立体の製造方法

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Inventors: 貴之弘瀬; 寛恭西原
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Description

本発明は、電極組立体の製造方法に関する。

特開２００７−２７０２７号公報に開示された２次電池は、複数の正極板と負極板とが薄膜状のセパレータを挟んで交互に積層された電極組立体を有する。この電極組立体は、予め別体として設けられた、セパレータで包まれた正極板と、負極板とを繰り返し重ね合わせて製造されている。

電極組立体を製造する際、セパレータで包まれた正極板と、負極板と、を積層ボックスに落下させて重ね合わせる場合がある。セパレータで包まれた正極板と、負極板とは、例えばそれらの辺が積層ボックスに当たるようにして積層ボックスに落下される。負極板は、セパレータで包まれておらず露出しているため、辺が当たった際の衝撃で当該負極板から活物質が剥がれる（粉落ちする）虞がある。

特開２００７−２７０２７号公報

正極板および負極板を積層ボックスに落下させた際に、正極板および負極板の両電極板から活物質が剥がれることを防止ないし抑制することが従来必要とされている。

本発明の１つの特徴によると、電極組立体の製造方法は、積層ボックスを用いて、正極板と負極板とがセパレータを介して交互に積層された電極組立体を作製する。電極組立体の製造方法では、正極板と、正極板よりも面積の大きい負極板と、負極板よりも面積の大きいセパレータである第１セパレータおよび第２セパレータと、を有し、正極板もしくは負極板の一方である第１電極板は、両面が第１セパレータと第２セパレータとでそれぞれ覆われた状態で第１セパレータおよび第２セパレータが互いに接合されることで第１セパレータおよび第２セパレータと一体とされており、正極板もしくは負極板の他方である第２電極板は、第２セパレータを介して第１電極板と対向し、かつ、第２セパレータと接合されて、第１セパレータと第１電極板と第２セパレータと一体とされている電極ユニットを複数用意する。また、積層ボックスを上に開放した状態で配置する。そして、複数の電極ユニットを、互いに、第１セパレータと第１電極板と第２セパレータと第２電極板との積層順および積層方向を一致させた状態で搬送方向に搬送し、かつ、第１セパレータもしくは第２セパレータの少なくとも一辺が積層ボックスに当たるように順に落下させる。そして、積層ボックスにて、複数の電極ユニットを、互いに第１セパレータと第１電極板と第２セパレータと第２電極板との積層順および積層方向を一致させた状態で重ね合わせて電極組立体を作製する。

上述の構成においては、第１電極板および第２電極板が第１セパレータおよび第２セパレータと一体とされた電極ユニットを積層ボックスに落下させる。その際、第１セパレータもしくは第２セパレータの辺が積層ボックスに当たる。そのため、第１電極板および第２電極板の辺がそれぞれ直接積層ボックスに当たる場合に比べて、両電極板にかかる衝撃が緩和される。したがって、両電極板から活物質が剥がれることが防止ないし抑制される。

他の特徴によると、電極組立体の製造方法では、積層ボックスの底面が、前記搬送方向の上流側が下流側よりも上方に位置するように、かつ、前記搬送方向と直交する水平方向の一方側が他方側よりも上方に位置するように、傾斜させて配置されている。

上述の構成においては、積層ボックスの底面における前記搬送方向の下流側の辺と、前記搬送方向と直交する水平方向の他方側の辺と、の交点が、積層ボックスの最下点となる。したがって、積層ボックスに落下した各電極ユニットは、この最下点に向けて一意に集まる。このため、各電極ユニットは、ばらけることなく一箇所にまとまって積層される。これによって、最終製造物である電極組立体を積層ボックスから回収することが容易となる。

他の特徴によると、電極組立体の製造方法では、積層ボックスが、前記搬送方向の下流側に下流側面を有する。下流側面は、第１セパレータもしくは第２セパレータの少なくとも一辺が当てられるガイド部を有する。ガイド部には緩衝部材が設けられている。

上述の構成においては、ガイド部に緩衝部材が設けられているため、第１セパレータもしくは第２セパレータの辺がガイド部に当たった際に第１電極板および第２電極板にかかる衝撃が緩和される。したがって、第１電極板および第２電極板から活物質が剥がれることが防止ないし抑制される。

他の特徴によると、電極組立体の製造方法では、第１電極板が、第１活物質層を有し、第２電極板が、第１電極板とは極性の異なる第２活物質層を有し、かつ、当該第２電極板の縁部に、第２活物質層が形成されていない第２活物質層非形成領域を有する。そして、電極ユニットの作製に際して、第１電極板の両面を第１セパレータと第２セパレータとでそれぞれ覆い、第２電極板を、第１電極板と対向するように第２セパレータの側から重ね、第１セパレータにおける第１電極板からはみ出した部分である第１接合部と、第２セパレータにおける第１電極板からはみ出した部分でありかつ第１接合部と対向する第２接合部と、第２電極板における第２活物質層非形成領域と、を一体に加熱して互いに溶着する。

上述の構成においては、第１接合部と第２接合部と第２活物質層非形成領域とが互いに溶着される。これによって、第１セパレータと第１電極板と第２セパレータと第２電極板と、が一体とされる。

他の特徴によると、電極組立体の製造方法では、第１電極板が正極板であり、第２電極板が前記負極板である。

したがって、正極板が両面から第１セパレータと第２セパレータとで覆われ、負極板が露出した電極ユニットが作製される。

電極組立体が収容された蓄電装置（２次電池）の外観斜視図である。電極ユニットの正面図である。電極ユニットを分解斜視図である。図２のIV-IV矢視方向の断面図である。電極ユニットの製造方法を表した工程説明図である。他の実施形態に係る電極ユニットの正面図である。他の実施形態に係る電極ユニットの正面図である。他の実施形態に係る電極ユニットの正面図である。他の実施形態に係る電極ユニットの正面図である。図９の電極ユニットの分解斜視図である。図９のXI-XI矢視方向の断面図である。他の実施形態に係る電極ユニットの正面図である。他の実施形態に係る電極ユニットの正面図である。他の実施形態に係る電極組立体の製造方法を表した工程説明図である。他の実施形態に係る積層ボックスの斜視図である。他の実施形態に係る積層工程を、搬送方向と直交する水平方向から視た平面図である。他の実施形態に係る積層工程を、搬送方向の上流側から視た平面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を用いて説明する。リチウムイオン２次電池である蓄電装置１０の内部には、図１に示すように、電極組立体２０と電解液（図示省略）とが収容されている。蓄電装置１０は、ケース１２の上面を貫通する２つの外部接続端子１４,１６を通じて、放電時においては外部に電力を供給し、充電時においては外部から電力が供給される。

電極組立体２０は、図１に示すように、複数の電極ユニット３０を積層して構成されている。電極ユニット３０は、図２〜４で示すように、第１電極板である正極板４０と、正極板４０の第１面（図３において裏面側）の全域を覆う第１セパレータ５０と、正極板４０の第１面とは反対側の第２面の全域を覆う第２セパレータ６０と、第２セパレータ６０を間にして正極板４０の第２面全域と対向する第２電極板である負極板７０と、を有する。負極板７０は、図２に示す正面視で、後述の負極板タブ部７０Ｔの先端部を除く部分が両セパレータ５０,６０の範囲内に位置している。

電極ユニット３０の積層方向における電極組立体２０の両側のいずれにも負極板７０が配置されることが好ましい。例えば上述の電極ユニット３０を、負極板７０の側を前面側として順に積層していくと、積層された電極ユニット３０群の最後尾には、第１セパレータ５０を介して正極板４０が配置される。そこで、この積層された電極ユニット３０群の最後尾に負極板７０を一枚追加して配置することが好ましい。

正極板４０は、図３,４に示すように、略矩形の集電体４２を有する。集電体４２は、例えばアルミニウム箔といった金属箔である。集電体４２の両面の略全域には、第１活物質層である正極活物質層４４が形成されている。正極活物質層４４は、例えばリチウム含有金属酸化物といった正極活物質を集電体４２に塗工することで形成されている。正極板４０は、略矩形の一辺である正極板タブ辺４０ａから突出した略矩形の正極板タブ部（第１タブ部）４０Ｔを有する。正極板タブ部４０Ｔは、図２,４に示すように、両セパレータ５０,６０の上縁を越えて延びている。正極板タブ部４０Ｔの両面は、正極活物質層４４が形成されていない正極活物質層非形成領域（第１活物質層非形成領域）４０Ｎである。各正極板４０の正極板タブ部４０Ｔは、図１に示すように、１つにまとめられて一方の外部接続端子１４に接続されている。

負極板７０は、図３,４に示すように、集電体７２を有する。集電体７２は、正極板４０の集電体４２より一回り大きい略矩形に構成されている。集電体７２は、例えば銅箔といった金属箔である。集電体７２の両面の全域には、第２活物質層である負極活物質層７４が形成されている。負極活物質層７４は、例えば炭素といった負極活物質を集電体７２に塗工することで形成されている。負極板７０は、略矩形の一辺である負極板タブ辺７０ａから突出した略矩形の負極板タブ部（タブ部）７０Ｔを有する。負極板タブ部７０Ｔは、図２,４に示すように、両セパレータ５０,６０の上縁を越えて延びている。負極板タブ部７０Ｔの両面は、負極活物質層７４が形成されていない負極活物質層非形成領域（第２活物質層非形成領域）７０Ｎである。各負極板７０の負極板タブ部７０Ｔは、図１に示すように、１つにまとめられて一方の外部接続端子１６に接続されている。

第１セパレータ５０と第２セパレータ６０は、図２〜４に示すように、例えば絶縁性の有る樹脂材製の薄膜である。両セパレータ５０,６０は、負極板７０の集電体７２よりも一回り大きい略矩形に構成されている。

正極板４０と負極板７０と第１セパレータ５０と第２セパレータ６０は、図２,４に示すように、２つの接合領域（Ｆ１,Ｆ２）において接合されて一体となっている。接合領域（Ｆ１,Ｆ２）は、例えば第１セパレータ５０と第２セパレータ６０の一部がレーザなどによって溶融されることで形成される溶着領域である。一方の接合領域であるタブ辺溶着領域（接合領域）Ｆ１は、図２に示す正面視で、負極板タブ辺７０ａの外側を負極板タブ辺７０ａの全長に沿って連続し、かつ、負極板タブ辺７０ａの両端部を越えた位置まで延びている。他方の接合領域であるタブ対向辺溶着領域（接合領域）Ｆ２は、図２に示す正面視で、負極板タブ対向辺７０ｂの外側を負極板タブ対向辺７０ｂの全長に沿って連続し、かつ、負極板タブ対向辺７０ｂの両端部を越えた位置まで延びている。負極板タブ辺７０ａは、負極板タブ部７０Ｔが形成された負極板７０の１辺である。負極板タブ対向辺７０ｂは、負極板タブ辺７０ａと対向する負極板７０の他の１辺である。

タブ辺溶着領域Ｆ１は、図４に示すように第１タブ辺接合部（第１接合部または第１溶着部）５０ａと第２タブ辺接合部（第２接合部または第２溶着部）６０ａを有する。第１タブ辺接合部５０ａと第２タブ辺接合部６０ａは、例えば第１セパレータ５０と第２セパレータ６０をレーザによって溶融することで形成される。第１タブ辺接合部５０ａと第２タブ辺接合部６０ａは、タブ辺溶着領域Ｆ１全域（図２参照）に亘って連続して形成される。あるいは両タブ辺接合部５０ａ,６０ａは、タブ辺溶着領域Ｆ１（図２参照）において断続的に設けられる。第１タブ辺接合部５０ａと第２タブ辺接合部６０ａは、図４に示すように、正極板タブ部４０Ｔに対応する位置で、正極板タブ部４０Ｔと接合、例えば溶着されている。第２タブ辺接合部６０ａは、負極板タブ部７０Ｔと対応する位置で、負極板タブ部７０Ｔと接合、例えば溶着されている。図４では、太実線にて溶着（接合）箇所Ｙが示されている。

タブ対向辺溶着領域Ｆ２は、図４に示すように第１タブ対向辺接合部（第１接合部または第１溶着部）５０ｂと第２タブ対向辺接合部（第２接合部または第２溶着部）６０ｂを有する。第１タブ対向辺接合部５０ｂと第２タブ対向辺接合部６０ｂは、例えば第１セパレータ５０と第２セパレータ６０の一部をレーザによって溶融することで形成される。第１タブ対向辺接合部５０ｂと第２タブ対向辺接合部６０ｂは、タブ対向辺溶着領域Ｆ２全域（図２参照）に亘って連続して形成される。あるいは両タブ対向辺接合部５０ｂ,６０ｂは、タブ対向辺溶着領域Ｆ２において断続的に形成される。

図２,４に示すように、両タブ辺接合部５０ａ,６０ａは、タブ辺溶着領域Ｆ１において相互に溶着等によって接合されている。両タブ対向辺接合部５０ｂ,６０ｂは、タブ対向辺溶着領域Ｆ２において相互に溶着等によって接合されている。タブ辺溶着領域Ｆ１は、正極板タブ辺４０ａに沿って位置し、タブ対向辺溶着領域Ｆ２は、正極板タブ対向辺４０ｂに沿って位置する。両セパレータ５０,６０は、正極板４０の両側に位置する対向する２箇所で相互に溶着されている。そのため、正極板４０は両セパレータ５０,６０に包まれ、かつ、両セパレータ５０,６０と一体となっている。タブ辺溶着領域Ｆ１では、第２タブ辺接合部６０ａに負極板タブ部７０Ｔが溶着されている。そのため、負極板７０は、第２セパレータ６０によって正極板４０及び第１セパレータ５０と一体となっている。正極板タブ辺４０ａは、正極板タブ部４０Ｔが形成される正極板４０の１辺である。正極板タブ対向辺４０ｂは、正極板タブ辺４０ａと対向する正極板４０の他の１辺である。

正極板４０は、正極板４０を間にして対向する２箇所の接合部、すなわち、両タブ辺接合部５０ａ,６０ａと両タブ対向辺接合部５０ｂ,６０ｂとによって図２,４の上下方向への移動が規制される。これにより正極板４０は、両タブ辺接合部５０ａ,６０ａと両タブ対向辺接合部５０ｂ,６０ｂとの間に位置決めされている。正極板タブ部４０Ｔが両タブ辺接合部５０ａ,６０ａと溶着されることで、正極板４０が両セパレータ５０,６０に対して位置ズレすることが防止されている。なお、正極板タブ部４０Ｔは、両タブ辺接合部５０ａ,６０ａのうち、いずれか一方のみと溶着されていてもよい。

電極ユニット３０は、図５に示す各工程にて製造される。まず包み工程Ｓ１にて、所定間隔で一列に搬送される正極板４０が、上下両面からセパレータで覆われる。正極板４０は、その第１面が長尺状の第１セパレータ５０によって覆われ、第２面が長尺状の第２セパレータ６０によって覆われる。第１セパレータ５０および第２セパレータ６０は、それぞれ対応するロール体３０２から巻き出され、相対向する２つの押し付けロール３０４で正極板４０に押し付けられる。

この後、負極板重ね工程Ｓ２にて、両セパレータ５０,６０に挟まれた正極板４０に対して、第２セパレータ６０の側から負極板７０が重ねられる。負極板７０は、第２セパレータを間にして、当該負極板７０が正極板４０の第２面全域と対向するように第２セパレータ６０に重ねられる。

この後、溶着工程Ｓ３にて、タブ辺溶着領域Ｆ１とタブ対向辺溶着領域Ｆ２を形成する。溶着工程Ｓ３では、溶着可能な温度に加熱された一対の溶融具３０６が使用される。例えば、両溶融具３０６は円柱状の主部３０６ａを有するとともに、主部３０６ａの軸線方向の両端部に、主部３０６ａよりも径の大きい円盤部３０６ｂを有する。両溶融具３０６の円盤部３０６ｂが、重ねられた第１セパレータ５０と正極板４０と第２セパレータ６０と負極板７０とに対して、これらの積層方向の両側から、タブ辺溶着領域Ｆ１とタブ対向辺溶着領域Ｆ２との位置に押し付けられる。これによりタブ辺溶着領域Ｆ１とタブ対向辺溶着領域Ｆ２がそれぞれ溶融される。タブ辺溶着領域Ｆ１では、図４に示す両タブ辺接合部５０ａ,６０ａが溶融されるとともに、両タブ辺接合部５０ａ,６０ａと正極板タブ部４０Ｔとが溶着され、第２タブ辺接合部６０ａと負極板タブ部７０Ｔが溶着される。また、タブ対向辺溶着領域Ｆ２では、図４に示す両タブ対向辺接合部５０ｂ,６０ｂが溶着される。こうしてタブ辺溶着領域Ｆ１とタブ対向辺溶着領域Ｆ２とがそれぞれ形成されることで、第１セパレータ５０と正極板４０と第２セパレータ６０と負極板７０とが一体とされる。

両溶融具３０６の円盤部３０６ｂが、重ねられた第１セパレータ５０と正極板４０と第２セパレータ６０と負極板７０とに対して、回転しながら連続的に互いに押し付けられる。これによりタブ辺溶着領域Ｆ１とタブ対向辺溶着領域Ｆ２が連続して形成される。

溶着工程Ｓ３の後、切断工程Ｓ４が行われる。切断工程Ｓ４では、隣り合う負極板７０の間で、第１セパレータ５０と第２セパレータ６０が、例えばカッター装置（図示省略）にて切断される。こうして、第１セパレータ５０と正極板４０と第２セパレータ６０と負極板７０とが一体とされた電極ユニット３０が完成する。

この後、電極ユニット３０は、積層工程Ｓ５に送られて、順に積層される。積層工程Ｓ５では、積層装置３２０が使用される。積層装置３２０は、電極ユニット３０を積層するための積層ボックス３２４と、積層ボックス３２４の上方に位置して積層ボックス３２４に電極ユニット３０を落とし込むためのスライド面３２２を有する。積層ボックス３２４は、上に開放された直方体状であり、その底面３２４ａが水平面Ｗに対して所定角度Ｖで傾斜して配置されている。スライド面３２２から積層ボックス３２４に落とし込まれた電極ユニット３０は、下方側に位置する積層ボックス３２４の側面の上に順に積層されていく。各電極ユニット３０は、両タブ部４０Ｔ,７０Ｔが上方を向いた起立状態にて積層ボックス３２４に落とし込まれ、その起立状態のまま積層されていく。

既に説明したように、電極ユニット３０では、第１セパレータ５０と第２セパレータ６０とに一体に包まれた正極板４０と、負極板７０とが第２セパレータ６０を間において一体となっている。したがって、積層ボックス３２４にて電極ユニット３０を順に積層すると、複数の正極板４０と複数の負極板７０とがセパレータを間において交互に積層された電極組立体２０が製造される。このように電極ユニット３０を順に積層して電極組立体２０を製造する方法によると、セパレータに包まれた正極板と、負極板とを順に積層して電極組立体を製造する従来の方法に比べて、電極板の積層時間が短縮され、電極組立体の製造効率が向上する。

既に述べたように、電極ユニット３０の積層方向における電極組立体２０の両端部のそれぞれに負極板７０が配置されることが好ましい。電極ユニット３０を、図５に示すようにして負極板７０の側を前面側として順に重ねていくと、積層された電極ユニット３０群の最後尾においては、第１セパレータ５０を介して正極板４０が配置されることとなる。そこで、積層された電極ユニット３０群の最後尾に負極板７０を一枚追加して配置することが好ましい。

上述した電極ユニット３０の製造方法によれば、重ねられた第１セパレータ５０と正極板４０と第２セパレータ６０と負極板７０とに対して、タブ辺溶着領域Ｆ１とタブ対向辺溶着領域Ｆ２との位置を溶着する。この溶着の工程のみで、第１セパレータ５０と正極板４０と第２セパレータ６０と負極板７０とが一体とされる。これにより電極ユニット３０の製造効率がよい。

図２〜５に示す電極ユニット３０において、負極板７０を第１セパレータ５０の側から重ね合わせてもよい。この場合、負極板７０は、第１セパレータ５０を間において正極板４０の第１面全域と対向するように配置される。この場合、タブ辺溶着領域Ｆ１にて第１タブ辺接合部５０ａと負極板タブ部７０Ｔとが溶着される。

図２〜５に示す構成に代えて、第１セパレータ５０と第２セパレータ６０とで負極板７０を包み、第１セパレータ５０もしくは第２セパレータ６０の上に正極板４０を重ねてもよい。この場合、タブ辺溶着領域Ｆ１は、両タブ辺接合部５０ａ,６０ａ同士が溶着される部分と、両タブ辺接合部５０ａ,６０ａと負極板タブ部７０Ｔとが溶着される部分と、正極板タブ部４０Ｔと対向するセパレータのタブ辺溶着部と正極板タブ部４０Ｔとが溶着される部分とを有する。

図２〜５に示す電極ユニット３０に代えて、図６〜８に示す電極ユニット３０ａ〜３０ｃを採用してもよい。図６に示す電極ユニット３０ａは、図２に示すタブ辺溶着領域Ｆ１に代えて負極板タブ部７０Ｔの周囲のみに形成されたタブ辺溶着領域Ｆ３を有する。図７に示す電極ユニット３０ｂは、図２に示すタブ辺溶着領域Ｆ１に代えて負極板タブ部７０Ｔの周囲のみに形成されたタブ辺溶着領域Ｆ３を有し、図２に示すタブ対向辺溶着領域Ｆ２を有していない。図８に示す電極ユニット３０ｃは、タブ辺溶着領域Ｆ１を有するものの、図２に示すタブ対向辺溶着領域Ｆ２を有していない。図６〜８および、つぎに説明する図９〜１３において、図２〜５と同一もしくは均等な構成・機能を有する箇所には同一の符号を付すことで、重複した説明を省略する。

図２〜５に示す電極ユニット３０に代えて、図９〜１１に示す電極ユニット３０ｄを採用してもよい。図９〜１１に示すように、負極板７０における負極板タブ対向辺７０ｂの周囲である周囲部（タブ対向辺縁部周囲部）７６の両面は、負極活物質層非形成領域７０Ｎとなっている。周囲部７６の負極活物質層非形成領域７０Ｎは、負極板タブ対向辺７０ｂから所定幅Ｈを有し、かつ、負極板タブ対向辺７０ｂに沿って連続している。負極板タブ対向辺７０ｂは、図９,１０から明らかなように、負極板タブ部７０Ｔを有する縁部の反対側に位置している。

電極ユニット３０ｄのタブ対向辺溶着領域Ｆ４は、図１１に示すように、周囲部７６の負極活物質層非形成領域７０Ｎに対応した位置に設けられている。タブ対向辺溶着領域Ｆ４は、図９に示すように、正極板タブ対向辺４０ｂと負極板タブ対向辺７０ｂとの間で、両タブ対向辺４０ｂ,７０ｂの全長に沿って連続し、かつ、負極板タブ対向辺７０ｂの両端部を越えて延びている。

タブ対向辺溶着領域Ｆ４では、図９,１１に示すように、両タブ対向辺接合部５０ｃ,６０ｃが相互に溶着する。さらにタブ対向辺溶着領域Ｆ４では、第２タブ対向辺接合部６０ｃが周囲部７６の負極活物質層非形成領域７０Ｎと溶着する。

図９に示すようにタブ辺溶着領域Ｆ１が負極板７０の負極板タブ辺７０ａの近傍に位置し、タブ辺溶着領域Ｆ１において負極板タブ部７０Ｔが第２セパレータ６０と溶着されている。負極板タブ辺７０ａに対向する負極板タブ対向辺７０ｂの近傍に周囲部７６を有し、周囲部７６が第２セパレータ６０と溶着されている。したがって負極板７０の両端部が第２セパレータ６０に溶着される。これにより負極板７０は第２セパレータ６０に対して移動し難く、常に正極板４０と対向した状態が維持される。

タブ対向辺溶着領域Ｆ４は、負極板７０の長手方向全長あるいはセパレータ５０，６０の長手方向全長において形成されても良いし、負極板７０の端縁に沿って断続的に形成されても良い。換言すると、両タブ対向辺接合部５０ｃ,６０ｃの相互の溶着は、セパレータ５０，６０の端縁に沿って断続的であっても良い。第２タブ対向辺接合部６０ｃと周囲部７６の負極活物質層非形成領域７０Ｎとの溶着は、負極板７０の端縁に沿って断続的に形成されても良い。

図１２に示すように電極ユニット３０ｅは、負極板タブ部７０Ｔの周囲のみに形成されたタブ辺溶着領域Ｆ３と、負極板７０と第２セパレータ６０を溶着するタブ対向辺溶着領域Ｆ４を有していてもよい。図１３に示すように電極ユニット３０ｆは、図９等に示すタブ辺溶着領域Ｆ１を有さず、タブ対向辺溶着領域Ｆ４を有していてもよい。図１２,１３において、図９〜１１と同一もしくは均等な構成・機能を有する箇所には同一の符号を付すことで、重複した説明を省略する。

上述するように第２電極板は、第２活物質層非形成領域において、第１セパレータの第１接合部もしくは第２セパレータの第２接合部のいずれか一方と接合されている。例えば図４の負極板７０は、負極活物質層非形成領域７０Ｎにおいて、第２セパレータ６０の第２タブ辺接合部６０ａと溶着されている。図１３の負極板７０は、負極活物質層非形成領域７０Ｎにおいて、第２セパレータ６０の一部と溶着されている。これに代えて、第２電極板は、例えば第１接合部もしくは第２接合部に対して接着剤によって接着、接合両面テープによって接合されても良い。

電極組立体２０の製造工程においては、既に説明した包み工程Ｓ１、負極板重ね工程Ｓ２、溶着工程Ｓ３、切断工程Ｓ４の後、図１４に示す積層工程Ｓ５ａを採用してもよい。切断工程Ｓ４の後、電極ユニット３０は、搬送姿勢ＤＰにて搬送方向ＤＴに搬送される。搬送姿勢ＤＰにある電極ユニット３０は、水平に配置されており、かつ、正極板タブ辺４０ａ（正極板タブ対向辺４０ｂ）および負極板タブ辺７０ａ（負極板タブ対向辺７０ｂ）が搬送方向ＤＴと平行に配置されており、正極板タブ部４０Ｔおよび負極板タブ部７０Ｔが搬送方向ＤＴと直交する水平方向の一方側に突出している。また、搬送姿勢ＤＰにある電極ユニット３０は、第１セパレータ５０、正極板４０、第２セパレータ６０、負極板７０の順に下から上へ重ねられている。なお電極ユニット３０は、例えば、搬送方向ＤＴに直列に配置された複数の搬送ローラ５００によって搬送される。

積層工程Ｓ５ａでは、積層ボックス４００が使用される。積層ボックス４００は、図１５に示すように、上に開放された直方体状である。積層ボックス４００は、長方形状の底面４０２と、底面４０２の４辺４０２ａ，４０２ｂ，４０２ｃ，４０２ｄのそれぞれから立ち上がった上流側面４０４と下流側面４０６とタブ辺側面４０８とタブ対向辺側面４１０と、を有する。上流側面４０４は、底面４０２の第１辺４０２ａから立ち上がっており、搬送方向ＤＴの上流側に位置している。下流側面４０６は、底面４０２の第２辺４０２ｂから立ち上がっており、搬送方向ＤＴの下流側に位置している。上流側面４０４および下流側面４０６は、搬送方向ＤＴに直交している。タブ辺側面４０８は、底面４０２の第３辺４０２ｃから立ち上がっており、搬送姿勢ＤＰおよび後述の積層姿勢ＬＰにある電極ユニット３０の正極板タブ辺４０ａ（負極板タブ辺７０ａ）の側に位置している。タブ対向辺側面４１０は、底面４０２の第４辺４０２ｄから立ち上がっており、搬送姿勢ＤＰおよび後述の積層姿勢ＬＰにある電極ユニット３０の正極板タブ対向辺４０ｂ（負極板タブ対向辺７０ｂ）の側に位置している。タブ辺側面４０８およびタブ対向辺側面４１０は、搬送方向ＤＴと平行に配置されている。下流側面４０６とタブ対向辺側面４１０との境目は、位置決め辺４１２を構成している。

下流側面４０６およびタブ対向辺側面４１０は、図１５に示すように、底面４０２から第１立上幅Ｈ１を有する。上流側面４０４およびタブ辺側面４０８は、底面４０２から第２立上幅Ｈ２を有する。第１立上幅Ｈ１は、第２立上幅Ｈ２よりも大きい。下流側面４０６において、上流側面４０４およびタブ辺側面４０８よりも上方に延長された部分（図１５の一点差線よりも上方部分）は、下流側ガイド部（ガイド部）４０６ａを構成している。タブ対向辺側面４１０において、上流側面４０４およびタブ辺側面４０８よりも上方に延長された部分（図１５の一点差線よりも上方部分）は、タブ対向辺側ガイド部４１０ａを構成している。

下流側ガイド部４０６ａおよびタブ対向辺側ガイド部４１０ａにおいて、搬送される電極ユニット３０と対向する側の面には、緩衝部材Ｇが設けられている。緩衝部材Ｇは、例えばスポンジやゴムである。緩衝部材Ｇは、下流側面４０６の全域に亘って設けてもよい。緩衝部材Ｇは、タブ対向辺側面４１０の全域に亘って設けてもよい。

底面４０２は、電極ユニット３０よりも面積が大きい。底面４０２は、搬送方向ＤＴと、搬送方向ＤＴに直交する水平方向と、の２方向に対して傾斜した状態で配置されている。底面４０２は、図１６に示すように、搬送方向ＤＴの上流側の辺である第１辺４０２ａが下流側の辺である第２辺４０２ｂよりも上方に位置するように、水平面６００に対して第１傾斜角度Ａ１で傾斜した状態で配置されている。底面４０２は、図１７に示すように、搬送方向ＤＴと直交する水平方向の一方側の辺である第３辺４０２ｃが他方側の辺である第４辺４０２ｄよりも上方に位置するように、水平面６００に対して第２傾斜角度Ａ２で傾斜した状態で配置されている。底面４０２は、第２辺４０２ｂと第４辺４０２ｄと、の交点が最下点４０２ｅとなっている。

積層工程Ｓ５ａの流れを説明する。まず電極ユニット３０は、ステップＳ５ａ１にて、搬送姿勢ＤＰのまま積層ボックス４００に向けて例えば高速で送り出される。詳細には、電極ユニット３０は、第１セパレータ５０における下流側の辺である下流側辺５０ａもしくは第２セパレータ６０における下流側の辺である下流側辺６０ａが下流側ガイド部４０６ａに当たるように、積層ボックス４００に送り出される。送り出された電極ユニット３０は、やや落下しながら下流側ガイド部４０６ａに当たる。電極ユニット３０は、両下流側辺５０ａ，６０ａがともに下流側ガイド部４０６ａに当たってもよい。電極ユニット３０は、第１セパレータ５０における正極板タブ対向辺４０ｂ（負極板タブ対向辺７０ｂ）に対応する辺であるセパレータタブ対向辺５０ｂ、もしくは第２セパレータ６０における正極板タブ対向辺４０ｂ（負極板タブ対向辺７０ｂ）に対応する辺であるセパレータタブ対向辺６０ｂがタブ対向辺側ガイド部４１０ａに当たってもよい。電極ユニット３０は、両セパレータタブ対向辺５０ｂ，６０ｂがともにタブ対向辺側ガイド部４１０ａに当たってもよい。

この後、電極ユニット３０は、ステップＳ５ａ２にて、下方へ落下する。両セパレータ５０，６０の下流側辺５０ａ，６０ａは、図１６に示すように、下流側面４０６に案内されながら、下方へ落下する。上述のステップＳ５ａ１にて、両セパレータ５０，６０のセパレータタブ対向辺５０ｂ，６０ｂ（図１７参照）の双方またはいずれか一方がタブ対向辺側ガイド部４１０ａに当たった場合、両セパレータタブ対向辺５０ｂ，６０ｂは、タブ対向辺側面４１０に案内されながら、下方へ落下する。そして、電極ユニット３０は、ひとつ前に落下した電極ユニット３１の上に重ねられる（一番初めの電極ユニットの場合、底面４０２に接触する）。この後、電極ユニット３０は、自重にて、底面４０２の最下点４０２ｅに向かうように動く。そして、両セパレータ５０，６０の下流側辺５０ａ，６０ａは、図１４に示すように、下流側面４０６に沿って位置決めされる。両セパレータ５０，６０のセパレータタブ対向辺５０ｂ，６０ｂは、タブ対向辺側面４１０に沿って位置決めされる。第１セパレータ５０における下流側辺５０ａとセパレータタブ対向辺５０ｂとの交点５０ｃと、第２セパレータ６０における下流側辺６０ａとセパレータタブ対向辺６０ｂとの交点６０ｃは、位置決め辺４１２にて位置決めされる。両セパレータ５０，６０の下流側辺５０ａ，６０ａ、セパレータタブ対向辺５０ｂ，６０ｂ、およびそれらの辺の交点５０ｃ，６０ｃが上述のようにそれぞれ位置決めされた状態が、電極ユニット３０の積層姿勢ＬＰである。

積層姿勢ＬＰにある電極ユニット３０は、底面４０２に沿って配置されており、水平面に対して傾斜している。積層姿勢ＬＰにある電極ユニット３０は、図１７に示すように、正極板タブ辺４０ａ（負極板タブ辺７０ａ）が正極板タブ対向辺４０ｂ（負極板タブ対向辺７０ｂ）に対して上方に配置されており、正極板４０における下流側の辺４０ｃ（負極板７０における下流側の辺７０ｃ）が上流側の辺４０ｄ（上流側の辺７０ｄ）に対して上方に配置されている。積層姿勢ＬＰにある電極ユニット３０は、正極板タブ辺４０ａ（負極板タブ対向辺７０ａ）および正極板タブ対向辺４０ｂ（負極板タブ対向辺７０ｂ）が、搬送方向ＤＴと平行に配置されている。また、積層姿勢ＬＰにある電極ユニット３０は、第１セパレータ５０、正極板４０、第２セパレータ６０、負極板７０の順に下から上へ積層されている。

以上に説明したステップＳ５ａ１およびステップＳ５ａ２は、複数の電極ユニット３０について順に繰り返される。つまり、各電極ユニット３０は、搬送姿勢ＤＰで積層ボックス４００に向けて順に送り出される。そして、各電極ユニット３０は、両セパレータ５０，６０のそれぞれもしくはいずれか一方の下流側辺５０ａ，６０ａが積層ボックス４００の下流側ガイド部４０６ａに当たり、積層ボックス４００内に落下する。各電極ユニット３０は、一つ前に落下した電極ユニット３０の上に重ねられると、積層ボックス４００の最下点４０２ｅに向けて動く。そして、各電極ユニット３０は、両セパレータ５０，６０のそれぞれの下流側辺５０ａ，６０ａ、セパレータタブ対向辺５０ｂ，６０ｂ、および交点５０ｃ，６０ｃが積層ボックス４００の下流側面４０６、タブ対向辺側面４１０、および位置決め辺４１２でそれぞれ位置決めされた積層姿勢ＬＰとなる。各電極ユニット３０は、積層姿勢ＬＰにて順に重ね合わせられる。こうして、電極組立体２０が作製される。

上述のとおり、搬送ローラ５００から送り出された各電極ユニット３０は、両セパレータ５０，６０のそれぞれもしくはいずれか一方の下流側辺５０ａ，６０ａが、積層ボックス４００の下流側ガイド部４０６ａに当たる。この場合、正極板４０および負極板７０におけるそれぞれの下流側の辺４０ｄ，７０ｄが直接下流側ガイド部４０６ａに当たる場合に比べて、両電極板４０，７０にかかる衝撃が緩和される。したがって、正極板４０および負極板７０の両電極板から活物質が剥がれることが防止ないし抑制される。なお、下流側ガイド部４０６ａには、緩衝部材Ｇが設けられている。そのため、両セパレータ５０，６０のそれぞれもしくはいずれか一方の下流側辺５０ａ，６０ａが下流側ガイド部４０６ａに当たった際に、正極板４０および負極板７０にかかる衝撃が緩和される。したがって、正極板４０および負極板７０の両電極板から活物質が剥がれることが防止ないし抑制される。

上述の積層工程Ｓ５ａにおいては、積層ボックス４００内に落下した各電極ユニット３０は、底面４０２の最下点４０２ｅに向けて一意に集まる。このため、各電極ユニット３０は、ばらけることなく一箇所にまとまって積層される。したがって、製造物である電極組立体２０を積層ボックス４００から回収することが容易である。なお図１４〜１７において、図１〜１３と同一もしくは均等な構成・機能を有する箇所には同一の符号を付すことで、重複した説明を省略する。

添付の図面を参照して詳細に上述した種々の実施例は、本発明の代表例であって本発明を限定するものではありません。詳細な説明は、本教示の様々な態様を作成、使用および／または実施するために、当業者に教示するものであって、本発明の範囲を限定するものではありません。更に、上述した各付加的な特徴および教示は、改良された電極ユニットおよび/またはその製造方法と使用方法を提供するため、別々にまたは他の特徴および教示と一緒に適用および／または使用され得るものです。

添付の図面を参照して詳細に上述した種々の実施例は、下記のような形態も含む。電極ユニットは、第１活物質層が形成された第１電極板と、第１電極板の第１面を覆う第１セパレータと、第１電極板の第１面とは反対側の第２面を覆う第２セパレータを有する。さらに電極ユニットは、第１セパレータもしくは第２セパレータを介して第１電極板と対向する第２電極板を有し、第２電極板には、第１電極板とは極性の異なる第２活物質層が形成されている。第１電極板は、第１セパレータの一部に形成された第１接合部と、第２セパレータの一部に形成された第２接合部と、が接合されることで第１セパレータと第２セパレータとに包まれて第１セパレータ及び第２セパレータと一体とされている。第２電極板の縁部には、第２活物質層が形成されていない第２活物質層非形成領域が設けられる。第２電極板は、第２活物質層非形成領域において、第１セパレータの第１接合部もしくは第２セパレータの第２接合部、のいずれか一方と接合されて、第１セパレータと第１電極板と第２セパレータと一体とされている。

したがって第１セパレータと第２セパレータとに一体に包まれた第１電極板と、第２電極板とが第１セパレータもしくは第２セパレータを介して一体となっている。この電極ユニットを順に積層することで、複数の第１電極板と複数の第２電極板とがセパレータを介して交互に積層された電極組立体を製造することができる。このようにして電極ユニットを順に積層して電極組立体を製造する方法によると、セパレータに包まれた第１電極板と、第２電極板とを順に積層して電極組立体を製造する従来の方法に比べて、電極板の積層時間が短縮され、電極組立体の製造効率が向上する。

他の形態において、第２活物質層非形成領域は、第２電極板の縁部から突出した形状のタブ部を含み得る。第２電極板は、タブ部において、第１セパレータの第１接合部、もしくは第２セパレータの第２接合部、のいずれか一方と接合され得る。

他の形態において、電極ユニットは、第１活物質層が形成された第１電極板と、第１電極板の第１面を覆う第１セパレータと、第１電極板の第１面とは反対側の第２面を覆う第２セパレータを有する。さらに電極ユニットは、第１セパレータもしくは第２セパレータを介して第１電極板と対向する第２電極板を有し、第２電極板には、第１電極板とは極性の異なる第２活物質層が形成されている。第１電極板は、第１セパレータの一部に形成された第１溶着部と、第２セパレータの一部に形成された第２溶着部と、が溶着されることで第１セパレータと第２セパレータとに包まれて第１セパレータ及び第２セパレータと一体とされている。第２電極板は、一方向に突出したタブ部を有する。タブ部は、第２活物質層が形成されていない第２活物質層非形成領域である。第２電極板は、タブ部において、第１セパレータの第１溶着部もしくは第２セパレータの第２溶着部、のいずれか一方と溶着されて、第１セパレータと第１電極板と第２セパレータと一体とされている。

他の形態において、第１セパレータの第１溶着部と第２セパレータの第２溶着部とのそれぞれは、第１電極板を第１面もしくは第２面に平行な方向に跨いで対向する箇所に設けられ得る。例えば溶着部は、第１電極板の上下両側、あるいは左右両側に位置する。そのため第１電極板の移動が溶着部によって規制される。そして第１電極板は、対向する溶着部の間で位置決めされる。

他の形態において、第１電極板は、一方向に突出した第１タブ部を有し得る。第１タブ部は、第１活物質層が形成されていない第１活物質層非形成領域である。第１タブ部は、第１セパレータの第１溶着部及び第２セパレータの第２溶着部と溶着されている。これにより第１電極板が両セパレータに対して位置ズレすることが防止される。

他の形態において、第２活物質層非形成領域は、第２電極板において、少なくとも、タブ部の突出方向に対して反対側の縁部の周囲であるタブ対向縁部周囲部と、タブ部とに設けられ得る。第２電極板のタブ対向縁部周囲部が、第１セパレータの第１溶着部もしくは第２セパレータの第２溶着部のいずれか一方と溶着され得る。

したがって第２電極板は、その面上における相反する方向側の端部箇所が、第１セパレータもしくは第２セパレータと溶着されている。例えば第２電極板の上下両側、あるいは左右両側が第１セパレータもしくは第２セパレータと溶着されている。これにより第２電極板は、自身が溶着されたセパレータに対して位置決めされ、自身が溶着されたセパレータを介して常に正極板と対向した状態が維持される。

他の形態においては、第１電極板が正極であり、第２電極板が負極であり得る。したがって電極ユニットを積層することで、正極と負極とが交互に重ねられた電極組立体が形成され得る。

他の形態は、電極ユニットの製造方法に関する。該製造方法によると、所定間隔をあけて一列に並べられた複数の第１電極板の第１面を長尺状の第１セパレータで覆い、複数の第１電極板の第２面を長尺状の第２セパレータで覆う。第１セパレータもしくは第２セパレータを介して第２電極板を第１電極板と対向するように第１セパレータの側もしくは第２セパレータの側から重ねる。第１セパレータの第１溶着部と第２セパレータの第２溶着部との溶着を行う。隣り合う第１電極板の間で第１セパレータと第２セパレータとを切断する。第１セパレータと第１電極板と第２セパレータと第２電極板とが第１セパレータの第１溶着部及び第２セパレータの第２溶着部によって一体とされる。

したがって重ねられた第１セパレータと第１電極板と第２セパレータと第２電極板とにおいて、両セパレータの溶着部の溶着を行う。その後、隣り合う第１電極板の間で両セパレータを切断する。これにより電極ユニットが製造され得る。

他の形態において、電極ユニットの製造方法では、重ねられた第１セパレータと第１電極板と第２セパレータと第２電極板とに対して、これらの積層方向の両側から、第１セパレータの第１溶着部及び第２セパレータの第２溶着部の位置において、加熱状態の溶融具を押し付ける。これにより第１セパレータの第１溶着部と第２セパレータの第２溶着部とを溶着する。そして第１セパレータと第１電極板と第２セパレータと第２電極板とを一体とする。

したがって第１セパレータ及び第２セパレータの溶着部を溶着するのみで、第１セパレータと第１電極板と第２セパレータと第２電極板とが一体とされる。そのため電極ユニットの製造効率が向上する。

２０電極組立体
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆ電極ユニット
４０正極板（第１電極板）
４０ａ正極板タブ辺
４０ｂ正極板タブ対向辺
４０Ｔ正極板タブ部（第１タブ部）
４０Ｎ正極活物質層非形成領域（第１活物質層非形成領域）
４２集電体
４４正極活物質層（第１活物質層）
５０第１セパレータ
５０ａ第１タブ辺接合部（第１接合部または第１溶着部）
５０ｂ，５０ｃ第１タブ対向辺接合部（第１接合部または第１溶着部）
６０第２セパレータ
６０ａ第２タブ辺接合部（第２接合部または第２溶着部）
６０ｂ，６０ｃ第２タブ対向辺接合部（第２接合部または第２溶着部）
７０負極板
７０ａ負極板タブ辺
７０ｂ負極板タブ対向辺
７０Ｔ負極板タブ部（タブ部）
７０Ｎ負極活物質層非形成領域（第２活物質層非形成領域）
７２集電体
７４負極活物質層（第２活物質層）
７６周囲部（タブ対向辺縁部周囲部）
３０６溶融具
３２４，４００積層ボックス
４０２底面
４０６下流側面
４０６ａ下流側ガイド部（ガイド部）
ＤＴ搬送方向
Ｆ１，Ｆ３タブ辺溶着領域
Ｆ２，Ｆ４タブ対向辺溶着領域
Ｇ緩衝部材

Claims

積層ボックスを用いて、正極板と負極板とがセパレータを介して交互に積層された電極組立体を作製する、電極組立体の製造方法であって、
前記正極板と、前記正極板よりも面積の大きい前記負極板と、前記負極板よりも面積の大きいセパレータである第１セパレータおよび第２セパレータと、を有し、
前記正極板もしくは前記負極板の一方である第１電極板は、両面が前記第１セパレータと前記第２セパレータとでそれぞれ覆われた状態で前記第１セパレータおよび前記第２セパレータが互いに接合されることで前記第１セパレータおよび前記第２セパレータと一体とされており、
前記正極板もしくは前記負極板の他方である第２電極板は、前記第２セパレータを介して前記第１電極板と対向し、かつ、前記第２セパレータと接合されて、前記第１セパレータと前記第１電極板と前記第２セパレータと一体とされている電極ユニットを複数用意し、
前記積層ボックスを上に開放した状態で配置すると共に、前記積層ボックスの底面は、搬送方向の上流側が下流側よりも上方に位置するように、かつ、前記搬送方向と直交する水平方向の一方側が他方側よりも上方に位置するように、傾斜させて配置し、
複数の前記電極ユニットを、互いに、前記第１セパレータと前記第１電極板と前記第２セパレータと前記第２電極板との積層順および積層方向を一致させた状態で前記搬送方向に搬送し、かつ、前記第１セパレータもしくは前記第２セパレータの少なくとも一辺が前記積層ボックスに当たるように順に落下させ、
前記積層ボックス内に落下した複数の前記電極ユニットは、前記積層ボックスの底面における前記搬送方向の下流側の辺と前記搬送方向と直交する前記水平方向の前記他方側の辺との交点である最下点に向けて集められ、
前記積層ボックスにて、複数の前記電極ユニットを、互いに前記第１セパレータと前記第１電極板と前記第２セパレータと前記第２電極板との積層順および積層方向を一致させた状態で重ね合わせて前記電極組立体を作製する、
電極組立体の製造方法。
請求項１に記載の電極組立体の製造方法であって、
前記積層ボックスは、前記搬送方向の下流側に下流側面を有し、前記下流側面は、前記第１セパレータもしくは前記第２セパレータの少なくとも一辺が当てられるガイド部を有し、前記ガイド部には緩衝部材が設けられている、
電極組立体の製造方法。
請求項１又は請求項２に記載の電極組立体の製造方法であって、
前記第１電極板は、第１活物質層を有し、
前記第２電極板は、前記第１電極板とは極性の異なる第２活物質層を有し、かつ、当該第２電極板の縁部に、前記第２活物質層が形成されていない第２活物質層非形成領域を有し、
前記電極ユニットの作製に際して、
前記第１電極板の両面を前記第１セパレータと前記第２セパレータとでそれぞれ覆い、
前記第２電極板を、前記第１電極板と対向するように前記第２セパレータの側から重ね、
前記第１セパレータにおける前記第１電極板からはみ出した部分である第１接合部と、前記第２セパレータにおける前記第１電極板からはみ出した部分でありかつ前記第１接合部と対向する第２接合部と、前記第２電極板における前記第２活物質層非形成領域と、を一体に加熱して互いに溶着する、
電極組立体の製造方法。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電極組立体の製造方法であって、
前記第１電極板は、前記正極板であり、
前記第２電極板は、前記負極板である、
電極組立体の製造方法。