JP6733190B2 - セパレータ溶着装置および積層型電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、セパレータ溶着装置および積層型電池の製造方法に関し、詳しくは、例えばリチウムイオン二次電池などの電池を構成する電極箔を間に挟み込んだセパレータどうしを熱溶着するためのセパレータ溶着装置、該セパレータ溶着装置を用いてセパレータを熱溶着することにより形成されるセパレータ付き電極箔を用いた積層型電池の製造方法に関する。

積層型電池は、例えば、複数枚の負極板と正極板（活物質などの電極材料を塗工した電極箔）をセパレータを介して交互に積層した極板群を電解液とともに外装体の内部に収容して構成されている。

そして、負極板と正極板の間にセパレータを介装して積層する方法として、正極板または負極板に袋状のセパレータを装着した状態で負極板と正極板を交互に積層する方法がある。

そして、袋状のセパレータ内に極板が収容された極板収容体を形成する方法として、特許文献１には、図８に示すように、負極板または正極板（極板）１０１の両面を覆うようにシート状のセパレータ１０２を配置し、極板１０１の周囲の、セパレータを接合すべき辺に沿って接合幅に対応する幅の熱板１１１の先端面を当てて熱溶着するとともに、セパレータ１０２の接合部の幅方向の略中央部に熱板１１１の先端面の突起部１１２を押し当ててセパレータ１０２を切断する工程を経て極板収容体を形成する方法（極板セパレータ装着方法）が提案されている。

特開２００２−２６０６２５号公報

しかしながら、上記従来の方法では、熱板１１１の先端面を押し当ててセパレータ１０２どうしを熱溶着する際に、熱板１１１の先端面が押圧される、熱溶着ステージ１１３の表面（受圧面）に傾きや段差、高低などがあったりすると、セパレータどうしを確実に熱溶着することが困難になり、製品の信頼性が低下するという問題点がある。

また、このような問題点を解決するためには、熱溶着ステージ１１３の表面を弾性材料で構成することが考えられるが、弾性材料は通常耐久性が低く、劣化しやすいため、セパレータの溶着強度が不安定になるという問題点がある。

本発明は、上記課題を解決するものであり、活物質などの電極材料が塗工された電極箔を両主面側から挟み込んだ一対のセパレータを所定位置で熱溶着するためのセパレータ溶着装置および該セパレータ溶着装置を用いてセパレータを熱溶着することにより形成されるセパレータ付き電極箔を用いた積層型電池の製造方法を提供する目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のセパレータ溶着装置は、
第１のセパレータに、表面に電極材料が塗工された電極箔が配置され、前記電極箔を覆うように第２のセパレータが重ねられた構造を有する被溶着体の、前記電極箔が存在しない周縁の所定領域において、前記第１のセパレータと前記第２のセパレータを互いに熱溶着するためのセパレータ溶着装置であって、
前記被溶着体を支持する熱溶着ステージと、
前記熱溶着ステージに配置された前記被溶着体の、前記第１のセパレータと前記第２のセパレータを互いに熱溶着する熱溶着ヘッドを備え、
前記熱溶着ヘッドは、
ヒータを備えるヘッド本体と、
前記ヘッド本体に設けられた収容部内に収容され、少なくとも可動範囲の最大位置のときには、前記収容部の内面と係合して、前記収容部からの脱落を阻止し、かつ、前記収容部の内面と面接触して、前記ヘッド本体から受熱する係合部と、前記被溶着体と当接する当接部とを備えるとともに、前記収容部の軸方向に対して軸心が傾くことが許容されるように構成された当接ピンと、
前記収容部内に収容され、前記当接ピン側に、前記収容部の軸心方向からみた場合における前記当接ピン側の中心位置が最も突出した状態となる形状を有する突出部を備え、前記突出部により前記当接ピンを前記軸心に沿って前記被溶着体に向かう方向に押圧する押圧体と、
前記収容部内に収容され、前記押圧体を所定の付勢力で付勢し、前記押圧体を介して前記当接ピンを前記被溶着体に押し付ける付勢手段であって、前記被溶着体からの反力が前記付勢手段の付勢力より大きくなるまでは、前記当接ピンの前記係合部を前記収容部の内面に面接触させ、前記被溶着体からの反力が、前記所定の付勢力より大きくなると、前記当接ピンが前記ヘッド本体との相対的な位置関係において前記被溶着体から離れる方向に移動し、前記収容部内に後退することを許容する付勢手段と
を備え、
前記係合部の外周面および前記係合部よりも前記熱溶着ステージに近い方に位置する軸状部の外周面と、前記収容部の内周面との間に間隙が存在することにより、前記当接ピンは、前記収容部の軸方向に対して軸心が傾くことが許容されるように構成されていること特徴としている。

また、本発明のセパレータ溶着装置においては、前記熱溶着ステージは、前記被溶着体を支持する金属プレートと、前記金属プレートに接して配設された樹脂プレートを備えた構成とされていることが好ましい。

上記構成とすることにより、平坦性に優れ、剛性の大きい金属プレートにより、セパレータと当接する当接ピン、押圧体、および付勢手段を備えた熱溶着ヘッドの押圧力を受けるため、確実な熱溶着を行うことが可能になるとともに、金属プレートに接するように、熱伝導度が低く、断熱性に優れた樹脂プレートが配設されているため、放熱を抑制することが可能になり、信頼性の高い熱溶着を行うことができる。

また、前記熱溶着ステージの前記金属プレートが、前記被溶着体を搬送するためのベルトコンベアを構成する金属製ベルトであり、前記樹脂プレート表面を前記金属製ベルトが摺動することが好ましい。

上記構成を備えることにより、セパレータおよび電極箔を搬送している過程で、セパレータの熱溶着を行うことが可能になり、本発明をより実効あらしめることができる。

また、前記熱溶着ステージとして、金属製で、前記被溶着体の熱溶着が行われる前記所定領域を支持する部分の厚みを他の部分の厚みよりも薄くした熱溶着ステージを用いることも可能である。

金属製で、被溶着体の熱溶着が行われる所定領域を支持する部分の厚みを他の部分の厚みよりも薄くした熱溶着ステージは、セパレータの熱溶着部を支持する部分においては厚みが薄く、熱が伝わりにくいため、効率よく精度の高い熱溶着を行うことが可能になる。また、金属製の熱溶着ステージは、平坦性などの形状精度を高くすることが可能で、耐久性にも優れているため、良好な熱溶着を長期間にわたって安定して行うことが可能になる。

また、前記当接ピンは、前記係合部と、前記被溶着体と当接する当接部との間に、前記当接部における前記被溶着体の主面と平行な方向の断面積よりも断面積が大きい領域を備えていることが好ましい。

上記構成を備えることにより、当接ピンの被溶着体と接する当接部の面積が小さい場合にも、当接ピンの熱容量を大きくすることができる。その結果、当接ピンが被溶着体に向かって押し付けられ、その反力が、所定の付勢力より大きくなって当接ピンが被溶着体から離れる方向に移動し、上記収容部内に後退して、当接ピンの係合部とヘッド本体の収容部の内面の面接触が解除された場合にも、当接ピン自体が必要な熱容量を有しているため、セパレータを確実に熱溶着することが可能になる。

なお、当接ピンが、被溶着体と当接する当接部における、被溶着体の主面と平行な方向の断面積よりも断面積が大きい領域を備えた構成の具体的な例としては、例えば、当接ピンの当接部から収容部側に向かって直径が徐々に大きくなるテーパー形状にしたり、段階的に直径が大きくなるような段部を備えた形状にしたりすることが挙げられるが、これに限られるものではない。

また、前記当接ピンが、前記収容部の外に位置し、前記係合部と前記被溶着体と当接する当接部との間の位置に、鍔状部材を備えていることが好ましい。

当接ピンが、係合部と被溶着体と当接する当接部との間の位置に鍔状部材を備えていることにより、例えば、熱溶着ヘッドや、熱溶着ヘッドを構成する当接ピンや押圧体などの動作に起因して発生する摩耗粉などの異物をこの鍔状部材で受けることにより、異物が製品に付着することを防止することができる。

また、本発明の積層型電池の製造方法は、上述の本発明のセパレータ溶着装置を用いて形成された、前記第１のセパレータと前記第２のセパレータの間に前記電極箔が挟み込まれ、前記第１および前記第２のセパレータの前記所定領域が熱溶着されたセパレータ付き電極箔と、極性の異なる電極箔であって、セパレータによって被覆されていない電極箔とを、交互に積層する工程を備えていることを特徴としている。

本発明のセパレータ溶着装置は、上述のように構成されており、付勢手段の付勢力で当接ピンを被溶着体に押し付けて、セパレータを熱溶着するようにしているので、当接ピンを所定の適切な押圧力でセパレータに押し付けることが可能になり、安定した熱溶着を行うことができる。

また、当接ピンが、少なくとも可動範囲の最大位置のときには、収容部の内面と係合して、収容部からの脱落を阻止するとともに、収容部の内面と面接触して、ヘッド本体から受熱する係合部を備えた構成とされているので、当接ピンが被溶着体に押圧されていない状態では、当接ピンがヘッド本体からの熱を安定して受けることができる。また、当接ピンが被溶着体に押圧されて、ヘッド本体の収容部内に後退することで、当接ピンが収容部内面と離間するが、それまでに当接ピンが蓄えた必要量の熱をセパレータに与えることができるので、過剰な熱を加えることなく、信頼性の高い熱溶着を行うことができる。

また、当接ピンが、収容部の軸方向に対して軸心が傾くことが許容されるように構成されているとともに、押圧体は、当接ピン側に、収容部の軸心方向からみた場合における当接ピン側の中心位置が最も突出した状態となる形状を有する突出部を備えているので、押圧体の突出部で、当接ピンの被溶着体と当接する面とは逆側の面を被溶着体に向かう方向に押圧することにより、セパレータの表面に傾斜や凹凸などがある場合に、当接ピンがセパレータの表面にならって傾斜した場合にも、当接ピンの略軸心に、押圧体を介して付勢手段の付勢力が加わるため、安定した押圧力でセパレータを押圧して信頼性の高い熱圧着を行うことが可能になる。
なお、セパレータの傾斜や凹凸は、セパレータ自身の平坦性や平滑性に起因する場合や、熱溶着ステージの表面の平坦性や平滑性に関連して生じる場合がある。

また、本発明の積層型電池の製造方法は、上述の本発明のセパレータ溶着装置を用いて形成された、第１のセパレータと第２のセパレータを熱溶着することにより形成されたセパレータ付き電極箔と、極性の異なる電極箔であって、セパレータによって被覆されていない電極箔とを、交互に積層する工程を備えており、本発明のセパレータ溶着装置を用いて形成されたセパレータ付き電極箔が、確実にセパレータが熱溶着された信頼性の高いものであることから、このセパレータ付き電極箔と、極性の異なる電極箔を交互に積層することにより、効率よく信頼性の高い積層型電池を製造することができる。

セパレータ付き電極箔を製造するための装置において用いられている本発明の実施形態１にかかるセパレータ溶着装置Ａ１を示す図である。 本発明の実施形態１において製造されるセパレータ付き電極箔（極板包装体）の構成を示す図である。 図２に示したセパレータ付き電極箔を用いて作製される積層型電池を模式的に示す図である。 本発明の実施形態１にかかるセパレータ溶着装置Ａ１の構成を説明するための図であって、溶着ピンをセパレータに押し当ててセパレータを溶着している状態を示す図である。 本発明の実施形態１にかかるセパレータ溶着装置Ａ１により、セパレータを溶着した後、熱溶着ヘッドを被溶着体から離れる方向に移動（上昇）させた状態を示す図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の実施形態１にかかるセパレータ溶着装置Ａ１を構成する当接ピンの変形例を示す図である。 本発明の実施形態２にかかるセパレータ溶着装置Ａ２を示す図である。 従来の、袋状のセパレータ内に極板が収容された極板収容体を形成する方法を示す図である。

以下に本発明の実施形態を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。

［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１にかかるセパレータ溶着装置Ａ１を示す図である。
この実施形態１にかかるセパレータ溶着装置は、図２に示すように、第１のセパレータ１１と第２のセパレータ１２の間に電極箔（極板）５を挟み込むことにより形成される構造体であるセパレータ付き電極箔（極板包装体）を製造するために用いられる溶着装置Ａ１である。

そして、図２に示すセパレータ付き電極箔１０は、図３に示すように、セパレータにより覆われていない極性の異なる電極箔（極板）１５と交互に積層されることにより形成される積層構造体６を、電解質７とともに外装体８の内部に収容することにより形成される積層型電池の製造に用いられるものである。なお、図３には示していないが、紙面奥側には、電極箔５および１５の集電タブおよび引き出し端子が形成されている。

そして、本発明の実施形態１にかかるセパレータ溶着装置Ａ１を備えた、上述のセパレータ付き電極箔を製造するために用いられる装置は、吸引孔（図示せず）を備えた薄い金属製の搬送ベルト３１と、金属製の搬送ベルト３１の被溶着体２０を支持する面とは逆の面側（この実施形態１では下面側）に配設され、その表面（上面）を搬送ベルト３１が摺動する樹脂プレート３２と、搬送ベルト３１を駆動するための駆動ローラ３３ａおよび従動ローラ３３ｂと、搬送ベルト３１を支持する樹脂プレート３２の搬送ベルト３１と対向する面とは逆側の面（この実施形態１では下面側）に配設された減圧チャンバー３５を備えている。
樹脂プレート３２にも、搬送ベルト３１の吸引孔および減圧チャンバー３５と連通する溝や孔（図示せず）が形成されている。なお、樹脂プレート３２としては多孔質構造の樹脂プレートを用いることも可能である。

また、長尺状のセパレータである第１のセパレータ１１を供給するための供給ローラ５０ａを備えた第１セパレータ供給部５０と、第１のセパレータ１１上に、表面に活物質などの電極材料が塗工された電極箔（極板）５を載置する電池用極板載置部５５と、第１のセパレータ１１と電極箔５とを覆うように長尺状の第２のセパレータ１２を供給するための供給ローラ６０ａを備えた第２セパレータ供給部６０と、第１のセパレータ１１と、電極箔５と、第２のセパレータ１２を備えた積層体である被溶着体２０の、第１および第２のセパレータ１１，１２を熱溶着するための熱溶着部６５を備えている。

そして、熱溶着部６５には、本発明の実施形態１にかかるセパレータ溶着装置Ａ１が用いられている。
すなわち、第１のセパレータ１１と、電極箔５と、第２のセパレータ１２を備えた積層体である被溶着体２０が、搬送ベルト３１に吸引保持されながら熱溶着部６５に搬送され、本発明の実施形態１にかかるセパレータ溶着装置Ａ１により熱溶着されるように構成されている。

なお、第１および第２のセパレータ１１，１２が通気性を有していること、第１および第２のセパレータ１１，１２の面積が電極箔５の面積より大きく、吸引力が第２のセパレータ１２にまで達することから、第１のセパレータ１１と、電極箔５と、第２のセパレータ１２を備えた積層体である被溶着体２０は、搬送ベルト３１に対して位置ずれを生じることなく搬送される。

さらに、本発明の実施形態１にかかるセパレータ溶着装置Ａ１を備えたセパレータ付き電極箔の製造装置は、熱溶着部６５で第１および第２のセパレータ１１と１２が熱溶着されることにより形成された多連状態のセパレータ付き電極箔をそれぞれのセパレータ付き電極箔１０に個片化するための切断刃７０と、切断ステージ７１とを備えた切断部（切断刃）７２を備えているとともに、個片化したセパレータ付き電極箔１０を移載するための移載ヘッド７３を備えている。

そして、本発明の実施形態１にかかるセパレータ溶着装置Ａ１は、図１、図４、図５に示すように、第１のセパレータ１１上に電極箔５が配置され、電極箔５を覆うように第２のセパレータ１２が重ねられた構造を有する被溶着体２０の、電極箔５が存在しない、個片に分割されたときに周縁部となる所定領域において、第１のセパレータ１１と第２のセパレータ１２を互いに熱溶着するように構成されている。

セパレータ溶着装置Ａ１は、被溶着体２０を支持する熱溶着ステージ２１と、熱溶着ステージ２１上の被溶着体２０の、第１のセパレータ１１と第２のセパレータ１２を互いに熱溶着する熱溶着ヘッド２２を備えている。

そして、この実施形態１にかかるセパレータ溶着装置Ａ１において、熱溶着ステージ２１は、上述の金属製の搬送ベルト（金属プレート）３１と、搬送ベルト３１の被溶着体２０を支持する面とは逆の面側（この実施形態１では下面側）に配設され、その表面を搬送ベルト３１が摺動しながら搬送される樹脂プレート３２とを備えた構成とされている。なお、熱溶着ステージ２１を構成する搬送ベルトは、厚みの薄い金属プレートであり、かつ、搬送ベルト３１の、被溶着体２０を支持する面とは逆の面側（下面側）に、金属に比べて熱伝導率の低い樹脂材料からなる樹脂プレート３２が配設されていることから、熱溶着ステージ２１からの放熱を抑えて、第１のセパレータ１１と第２のセパレータ１２を効率よく熱溶着することができる。

また、金属製の搬送ベルト３１は、形状安定性、耐久性に優れており、長期間にわたって安定した熱溶着を行うことが可能になる。なお、樹脂プレート３２が用いられているが、特に弾性を有するものであることを必要としないので、耐久性に優れた樹脂材料を用いることができる。

また、熱溶着ヘッド２２は、特に図示しないヒータを有するヘッド本体２３をを備えている。また、ヘッド本体２３に形成された収容部２４には、当接ピン２７、押圧体２８、および付勢手段２９が配設されている。
ヘッド本体２３は、例えば、ステンレスなどの金属材料から形成されるが、熱伝導率の高いアルミニウムを用いることにより、全体温度を均一にすることができる。

また、熱溶着ヘッド２２を構成する上記当接ピン２７は、ヘッド本体２３に設けられた収容部２４内に収容され、鍔状の係合部２５と、被溶着体２０と当接する当接部２６とを備え、係合部２５の、押圧体２８の突出部２８ａと当接する面とは逆側の面（下面）２５ａ（図４，５）がヘッド本体２３と面接触して、ヘッド本体２３から受熱し、かつ、収容部２４の軸方向に対して、軸心が傾くことができるように、係合部２５の外周面および係合部２５よりも被溶着体２０に近い方に位置する軸状部の外周面と、収容部２４の内周面との間に間隙Ｇが存在するように構成されている。この間隙Ｇは当接ピン２７のピン径と収容部の穴径とを０．２〜０．４ｍｍ程度の差をつけることで形成することができる。

また、当接ピン２７は、被溶着体２０の主面と平行な方向の断面積が、被溶着体２０と当接する当接部２６から係合部２５に至る所定の領域２７ａにおいて、係合部２５に向かって徐々に大きくなるテーパー形状とされている。すなわち、この実施形態１においては、当接ピン２７の被溶着体２０と当接する当接部２６から係合部２５に向かって、徐々に直径が大きく、断面積が大きくなる逆円錐台形状とされている。

なお、当接ピン２７の一部をテーパー形状としているのは、当接ピン２７が当接部２６から係合部２５まで全体に、当接部２６の平面面積と同じになるように形成されている場合に比べて、熱容量を大きくすることができることによる。その結果、当接ピン２７が被溶着体２０に向かって押し付けられて移動（上昇）し、収容部２４内に後退して、係合部２５の、押圧体２８の突出部２８ａと当接する面とは逆側の面（下面）２５ａ（図４，５）とヘッド本体２３との面接触がなくなった場合にも、当接ピン自体が必要な熱容量を有していて、セパレータを確実に熱溶着することができる。

ただし、当接ピンの熱容量を大きくするための構成に特に制約はなく、上述のようにテーパー形状とする場合に限らず、例えば、段階的に直径が大きくなるような段部を備えた形状とすることも可能であり、さらに他の構成とすることも可能である。

さらに、収容部２４の外で当接ピン２７の被溶着体２０と当接する当接部２６と、ヘッド本体２３との間の位置に、上方から落下する異物を受ける鍔状部材（この実施形態１では、ゴム製のＯリング）３０が配設されている。これは、熱溶着ヘッド２２などの動作に起因して摺動部などで摩耗により発生する異物が製品に付着することを防止できることによる。

さらに、図示していないが、当接ピン２７とヘッド本体２３との摺動部に樹脂製のＯリングを配置させることで、摺動部における摩耗などによる異物の発生を抑制することができ、当接ピンのガタつきを抑えることで溶着位置のバラつきを小さくすることが可能になる。

なお、この実施形態１では、係合部として薄い板状の径方向の突出部である鍔状の係合部２５を備えた当接ピン２７を用いているが、例えば、図６（ａ）に示すように、棒状の当接ピン２７の所定の位置にテーパー形状の段部を設けて係合部とすることも可能である。また、図６（ｂ）に示すように、棒状の当接ピン２７の所定の位置に段部を設けて係合部２５とすることも可能である。本発明において、係合部２５の具体的な構成に特別の制約はなく、さらに他の構成とすることも可能である。

また、熱溶着ヘッド２２を構成する押圧体２８は、収容部内２４に収容されており、当接ピン２７側に、収容部２４の軸心方向からみた場合における当接ピン２７側の中心位置が最も突出した状態となる形状を有する突出部２８ａを備えている。突出部２８ａは、この実施形態１では半球状の突出部とされている。
そして、この押圧体２８は、突出部２８ａにより当接ピン２７の、押圧体２８の突出部２８ａと当接する面（上端面）を、収容部２４の軸心に沿って被溶着体２０に向かって押圧するように構成されている。

また、熱溶着ヘッド２２を構成する付勢手段２９は、収容部内２４に収容された押圧体２８を被溶着体２０に向かう方向（この実施形態１では下方）に所定の付勢力で付勢する機能を果たすもので、付勢手段２９により、押圧体２８を介して当接ピン２７が被溶着体２０に押し付けられた後、被溶着体２０からの反力が上記所定の付勢力より大きくなるまでは、当接ピン２７の係合部２５の係合部２５の、押圧体２８の突出部２８ａと当接する面とは逆側の面（下面）２５ａ（図４，５）が、ヘッド本体２３の収容部２４の内面に面接触し、被溶着体２０からの反力が上記所定の付勢力より大きくなると、当接ピン２７がヘッド本体２３との相対的な位置関係において被溶着体２０から離れる方向に移動移動（上昇）し、収容部２４内に後退することを許容するように構成されている。

さらに、この実施形態１において、セパレータ溶着装置Ａ１は、セパレータ１１，１２の溶着後に熱溶着ヘッド２２を被溶着体２０から離れる方向に移動（上昇）させたときに被溶着体２０が熱溶着ヘッド２２に付着して持ち上がってしまうことがないように、ストリッパー４１を備えている。

上述のように、この実施形態１のセパレータ溶着装置Ａ１においては、係合部２５の外周面および係合部２５よりも被溶着体２０に近い方に位置する軸状部の外周面と、収容部２４の内周面との間に間隙Ｇを存在させるとともに、押圧体２８が突出部（半球状の突出部）２８ａを備え、突出部２８ａにより当接ピン２７の、押圧体２８の突出部２８ａと当接する面が、被溶着体２０に向かう方向（下方）に押圧されるように構成しているので、被溶着体２０の表面を構成する第２のセパレータ１２の表面に傾斜や凹凸などがある場合において、当接ピン２７が被溶着体２０の表面にならって傾いた場合にも、当接ピン２７を略軸心に沿って押圧することが可能になる。

また、上述の付勢手段２９により、押圧体２８を介して当接ピン２７を被溶着体２０に対して押し付けるようにしているので、安定した押圧力で被溶着体２０を構成する第１および第２のセパレータ１１，１２を押圧して信頼性の高い熱圧着を行うことが可能になる。

次に、セパレータ溶着装置Ａ１により被溶着体２０の第１のセパレータ１１と第２のセパレータ１２を熱溶着して、セパレータ付き電極箔１０を作製する方法について説明する。

まず、第１セパレータ供給部５０から供給された第１のセパレータ１１と、第２セパレータ供給部６０から第２のセパレータ１２の間に、表面に活物質などの電極材料が塗工された電極箔（極板）５が挟み込まれた状態の被溶着体２０を、搬送ベルト３１によりセパレータ溶着装置Ａ１に対応する位置まで搬送する（図１参照）。

そして、この位置で以下に説明するように、第１および第２のセパレータ１１，１２の熱溶着を行う。

セパレータ溶着装置Ａ１による熱溶着を行うにあたっては、図４に示すように、セパレータ溶着装置Ａ１のヘッド本体２３を被溶着体２０に向かう方向に移動させる。
これにより、ヘッド本体２３の収容部２４に収容された熱溶着ヘッド２２を構成する当接ピン２７、押圧体２８、付勢手段２９が被溶着体２０に向う方向に移動（下降）し、当接ピン２７が被溶着体２０の溶着すべき所定の領域に、付勢手段２９の付勢力により、適切な押圧力で押し付けられ、第１のセパレータ１１と第２のセパレータ１２の熱溶着が行われる。

なお、この実施形態１のセパレータ溶着装置Ａ１は、上述のように、付勢手段２９を備えており、付勢手段２９により当接ピン２７が所定の押圧力で被溶着体２０に押し付けられ、被溶着体２０からの反力が上記所定の付勢力より大きくなったときには、当接ピン２７がヘッド本体２３との相対的な位置関係において移動（上昇）し、収容部２４内に後退することを許容するように構成されているので、当接ピン２７を適切な押圧力で被溶着体２０に押し付けて、確実に熱溶着を行うことができる。

また、前述したように、係合部２５の外周面および係合部２５よりも被溶着体２０に近い方に位置する軸状部の外周面と、収容部２４の内周面との間に間隙Ｇを存在させるとともに、押圧体２８が突出部（半球状の突出部）２８ａを備え、突出部２８ａにより当接ピン２７の、押圧体２８の突出部２８ａと当接する面が、被溶着体２０に向かう方向に押圧されるように構成しているので、当接ピン２７は、被溶着体２０の表面を構成する第２のセパレータ１２の表面に傾斜や凹凸などがある場合において、ならい（倣い）ピンとして機能し、信頼性の高い熱溶着が行われる。

なお、熱溶着が終了すると、ストリッパー４１で被溶着体２０を抑えながら、ヘッド本体２３を被溶着体２０から離れる方向に移動（上昇）させた後、ストリッパー４１も被溶着体２０から離れる方向に移動（上昇）させる（図５参照）。

それから、被溶着体２０の熱溶着が行われた領域を、切断部７２に搬送し、切断する。

次に、切断された個片であるセパレータ付き電極箔１０を移載ヘッド７３により吸着保持して、例えば、積層工程などを含む、積層型電池の製造工程に搬送する。

この実施形態１にかかるセパレータ溶着装置Ａ１は、上述のように構成されており、当接ピンを所定の適切な押圧力でセパレータに押し付けることが可能になり、安定した熱溶着を行うことが可能になる。

また、当接ピンが当接する被溶着体からの反力が付勢手段の付勢力より大きくなるまでは、当接ピンの係合部の、押圧体２８の突出部２８ａと当接する面とは逆側の面が収容部の内面に面接触して、ヘッド本体から受熱するように構成されているので、当接ピンが被溶着体に押圧されて、ヘッド本体の収容部内に後退することで、当接ピンが収容部内面と離間するが、それまでに当接ピンが蓄えた必要量の熱をセパレータに与えることができるので、過剰な熱を加えることなく、信頼性の高い熱溶着を行うことができる。

また、押圧体の突出部が、外周面と収容部の内周面との間に間隙が存在するように構成された当接ピンの、押圧体の突出部と当接する面を被溶着体に向かって押圧するようにしているので、当接ピンが当接するセパレータの表面に傾斜や凹凸などがある場合にも、安定した押圧力セパレータを押圧して信頼性の高い熱圧着を行うことが可能になる。

また、上述のセパレータ溶着装置Ａ１を用いて形成された、第１のセパレータと第２のセパレータの間に電極箔が挟み込まれ、第１および第２のセパレータの所定領域が熱溶着されたセパレータ付き電極箔と、極性の異なる電極箔を交互に積層することにより、図３に示すような積層型電池を製造することができる。そして、上述のセパレータ溶着装置Ａ１を用いて形成されたセパレータ付き電極箔は、確実にセパレータが熱溶着された信頼性の高いものであることから、このセパレータ付き電極箔と、極性の異なる電極箔を交互に積層する工程を経て積層型電池を製造することにより、効率よく信頼性の高い積層型電池を得ることができる。

［実施形態２］
図７は、本発明の他の実施形態（実施形態２）にかかるセパレータ溶着装置Ａ２を示す図である。

上述の実施形態１のセパレータ溶着装置Ａ１では、いずれも長尺状の第１のセパレータ１１と第２のセパレータ１２の間に電極箔５を挟み込んだ被溶着体２０を、金属製の搬送ベルト（金属プレート）３１に載せてセパレータ溶着装置Ａ１に運んでセパレータの溶着を行った後、切断して個々のセパレータ付き電極箔を得るように構成した場合について説明したが、この実施形態２では、短冊状の第１のセパレータ１１と、短冊状の第２のセパレータ１２の間に電極箔５が挟み込まれた被溶着体２０の溶着を行うために用いられるセパレータ溶着装置Ａ２について説明する。

この実施形態２のセパレータ溶着装置Ａ２では、図７に示すように、熱溶着ステージ１２１として、金属製で、被溶着体２０の熱溶着が行われる所定領域、すなわち、被溶着体２０の当接ピン２７が押し当てられる領域２０ａを支持する部分１２１ａの厚みＴが薄く形成され、かつ、被溶着体２０を吸着するための吸引孔１６と、減圧チャンバー３５とを一体に備えた構造体が用いられている。
具体的には、熱溶着ステージ１２１の、上記領域２０ａを支持する部分１２１ａの、被溶着体２０を支持する面とは逆の面側（この実施形態２では下側）に空洞１２１ｂを設けている。

この熱溶着ステージ１２１は、例えば、金属体を加工することにより作製してもよく、また、複数の金属部材を一体に組み合わせることにより作製してもよい。

なお、この実施形態２のセパレータ溶着装置Ａ２においても、熱溶着ヘッド２２は、実施形態１のセパレータ溶着装置Ａ１の熱溶着ヘッド２２と同様の構成を備えている。

次に、この実施形態２のセパレータ溶着装置Ａ２を用いて、短冊状の第１のセパレータ１１と短冊状の第２のセパレータ１２の間に電極箔５が挟み込まれた被溶着体２０の、上記第１および第２のセパレータ１１，１２を溶着する方法について説明する。

まず、短冊状の第１のセパレータ１１と短冊状の第２のセパレータ１２の間に電極箔５を挟み込んだ被溶着体２０を、セパレータ溶着装置Ａ２の熱溶着ステージ２１に載置し、減圧チャンバー３５を減圧にして被溶着体２０を熱溶着ステージ２１に吸引保持する。

なお、被溶着体２０を熱溶着ステージ１２１に位置させるにあたっては、例えば、熱溶着ステージ１２１の表面で、短冊状の第１のセパレータ１１、電極箔５、および短冊状の第２のセパレータ１２を積層して被溶着体２０を形成してもよく、また、他の場所で短冊状の第１のセパレータ１１、電極箔５、および短冊状の第２のセパレータ１２を積層して形成した被溶着体２０を、コンベアなどの搬送手段を用いて搬送し、熱溶着ステージ１２１に移載するようにしてもよい。

それから、セパレータ溶着装置Ａ２のヘッド本体２３を被溶着体２０に向かう方向（この実施形態２では下方）に移動させることにより、ヘッド本体２３の収容部２４に収容された熱溶着ヘッド２２を構成する当接ピン２７を被溶着体２０に向かう方向に移動（下降）させる。そして、当接ピン２７を被溶着体２０の溶着すべき所定の領域に、付勢手段２９の付勢力を介して、適切な押圧力で押し付けることで、第１および第２のセパレータ１１，１２を熱溶着して、セパレータ付き電極箔１０を形成する。

このとき、被溶着体２０の当接ピン２７が押し当てられる領域２０ａを支持する、熱溶着ステージ１２１の部分１２１ａの厚みＴが他の部分よりも薄く、熱容量が小さいため、放熱量を少なくすることが可能になり、効率のよい熱溶着を行うことができる。

それから、減圧チャンバーの減圧状態を解除し、ヘッド本体２３を被溶着体２０から離れる方向に移動（上昇）させ、第１および第２のセパレータ１１，１２を熱溶着することにより形成されたセパレータ付き電極箔１０を排出する。

この実施形態２のセパレータ溶着装置Ａ２の場合、実施形態１のセパレータ溶着装置Ａ１における熱溶着ステージ２１のように、樹脂プレート３２により断熱を行うような構成を必要とせずに、放熱量を少なくして、効率のよい熱溶着を行うことができる。

また、熱溶着ステージ１２１が、精度の高い加工を行うことが可能な金属材料から一体に構成されているので、平坦性や平滑性の高い熱溶着ステージ１２１を用いた熱溶着を行うことができる。また、金属製の熱溶着ステージ１２１は、耐久性に優れているため、より精度の高い熱溶着を、長期間にわたって安定して実施することができる。

また、上述の実施形態２のセパレータ溶着装置Ａ２を用いて形成された、第１のセパレータと第２のセパレータの間に電極箔が挟み込まれ、第１および第２のセパレータの所定領域が熱溶着されたセパレータ付き電極箔は、確実にセパレータが熱溶着された信頼性の高いものであることから、このセパレータ付き電極箔と、極性の異なる電極箔を交互に積層する工程を経て積層型電池を製造するようにした場合、効率よく信頼性の高い積層型電池を製造することができる。

本発明はさらにその他の点においても上記の各実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲内において種々の応用、変形を加えることが可能である。
例えば、上記各実施形態では熱溶着ヘッドの下方に被溶着体が配置された状態で説明されたが、特許文献１のように熱溶着ヘッドの上方に被溶着体が配置されて溶着を行うことも可能であり、相対的な位置関係は適宜設定することが可能である。

５ 電極箔（極板）
６ 積層構造体
７ 電解質
８ 外装体
１０ セパレータ付き電極箔
１１ 第１のセパレータ
１２ 第２のセパレータ
１５ 極性の異なる電極箔（極板）
１６ 吸引孔
２０ 被溶着体
２０ａ 被溶着体の当接ピンが押し当てられる領域
２１ 熱溶着ステージ
２２ 熱溶着ヘッド
２３ ヘッド本体
２４ 収容部
２５ 係合部
２５ａ 係合部の押圧体の突出部と当接する面とは逆側の面（下面）
２６ 当接部
２７ 当接ピン
２７ａ 当接ピンの当接部から係合部に至る所定の領域
２８ 押圧体
２８ａ 下方突出部（半球状の突出部）
２９ 付勢手段
３０ 鍔状部材（ゴム製のＯリング）
３１ 金属製の搬送ベルト
３２ 樹脂プレート
３３ａ 駆動ローラ
３３ｂ 従動ローラ
３５ 減圧チャンバー
４１ ストリッパ
５０ 第１セパレータ供給部
５５ 電池用極板載置部
６０ 第２のセパレータ供給部
７０ 切断刃
７１ 切断ステージ
７２ 切断部
７３ 移載ヘッド
１２１ 熱溶着ステージ
１２１ａ 熱溶着ステージの、被溶着体の当接ピンが押し当てられる領域を支持する部分
１２１ｂ 空洞
Ａ１，Ａ２ セパレータ溶着装置
Ｇ 間隙
Ｔ 部分１２１ａの厚み

Claims (7)

1. 第１のセパレータに、表面に電極材料が塗工された電極箔が配置され、前記電極箔を覆うように第２のセパレータが重ねられた構造を有する被溶着体の、前記電極箔が存在しない周縁の所定領域において、前記第１のセパレータと前記第２のセパレータを互いに熱溶着するためのセパレータ溶着装置であって、
   前記被溶着体を支持する熱溶着ステージと、
   前記熱溶着ステージに配置された前記被溶着体の、前記第１のセパレータと前記第２のセパレータを互いに熱溶着する熱溶着ヘッドを備え、
   前記熱溶着ヘッドは、
   ヒータを備えるヘッド本体と、
   前記ヘッド本体に設けられた収容部内に収容され、少なくとも可動範囲の最大位置のときには、前記収容部の内面と係合して、前記収容部からの脱落を阻止し、かつ、前記収容部の内面と面接触して、前記ヘッド本体から受熱する係合部と、前記被溶着体と当接する当接部とを備えるとともに、前記収容部の軸方向に対して軸心が傾くことが許容されるように構成された当接ピンと、
   前記収容部内に収容され、前記当接ピン側に、前記収容部の軸心方向からみた場合における前記当接ピン側の中心位置が最も突出した状態となる形状を有する突出部を備え、前記突出部により前記当接ピンを前記軸心に沿って前記被溶着体に向かう方向に押圧する押圧体と、
   前記収容部内に収容され、前記押圧体を所定の付勢力で付勢し、前記押圧体を介して前記当接ピンを前記被溶着体に押し付ける付勢手段であって、前記被溶着体からの反力が前記付勢手段の付勢力より大きくなるまでは、前記当接ピンの前記係合部を前記収容部の内面に面接触させ、前記被溶着体からの反力が、前記所定の付勢力より大きくなると、前記当接ピンが前記ヘッド本体との相対的な位置関係において前記被溶着体から離れる方向に移動し、前記収容部内に後退することを許容する付勢手段と
   を備え、
   前記係合部の外周面および前記係合部よりも前記熱溶着ステージに近い方に位置する軸状部の外周面と、前記収容部の内周面との間に間隙が存在することにより、前記当接ピンは、前記収容部の軸方向に対して軸心が傾くことが許容されるように構成されていることを特徴とするセパレータ溶着装置。
2. 前記熱溶着ステージは、前記被溶着体を支持する金属プレートと、前記金属プレートに接して配設された樹脂プレートを備えた構成とされていることを特徴とする請求項１記載のセパレータ溶着装置。
3. 前記熱溶着ステージの前記金属プレートが、前記被溶着体を搬送するためのベルトコンベアを構成する金属製ベルトであり、前記樹脂プレート表面を前記金属製ベルトが摺動することを特徴とする請求項２記載のセパレータ溶着装置。
4. 前記熱溶着ステージが、金属製で、前記被溶着体の熱溶着が行われる前記所定領域を支持する部分の厚みを他の部分の厚みよりも薄くしたものであることを特徴とする請求項１記載のセパレータ溶着装置。
5. 前記当接ピンは、前記係合部と、前記被溶着体と当接する当接部との間に、前記当接部における前記被溶着体の主面と平行な方向の断面積よりも断面積が大きい領域を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のセパレータ溶着装置。
6. 前記当接ピンは、前記収容部の外に位置し、前記係合部と前記被溶着体と当接する当接部との間の位置に、鍔状部材を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のセパレータ溶着装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のセパレータ溶着装置を用いて形成された、前記第１のセパレータと前記第２のセパレータの間に前記電極箔が挟み込まれ、前記第１および前記第２のセパレータの前記所定領域が熱溶着されたセパレータ付き電極箔と、極性の異なる電極箔であって、セパレータによって被覆されていない電極箔とを、交互に積層する工程を備えていることを特徴とする積層型電池の製造方法。

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