JP6739139B2 - 二次電池のセパレータ接合装置、二次電池および二次電池のセパレータ接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池（たとえば、リチウムイオン二次電池）のセパレータ接合装置、二次電池および二次電池のセパレータ接合方法に関する。

正極と負極の間をリチウムイオンが移動することで充電や放電を行う二次電池が従来から知られている。二次電池、たとえば、リチウムイオン二次電池は、ノートパソコン、携帯電話、スマートフォンなどの電子・電気機器に幅広く搭載され、市場規模も急速に拡大している。また、近年では、電気自動車などの交通機関の動力源としても実用化へ向けての研究が進められている。

二次電池は、電極（正極または負極）のいずれか一方を一対のセパレータで挟持して形成した、いわゆる袋詰電極と、他方の電極（負極または正極）とを交互に積層して構成されている。
セパレータは、たとえば矩形形状とされ、その片面にたとえば非導電性・耐熱性のセラミックが塗工されている。このようにセラミックの塗工されたセパレータをセラミックセパレータと呼ぶ。また、一対のセパレータ（セラミックセパレータ）は、正極と負極との間に電解質を保持しており、イオンの伝導性を担保している。
電極（正極、負極）は、矩形形状の集電体（正極集電体、負極集電体）と、電極端子（正極集電端子、負極集電端子）とを有して構成され、集電体の外縁の一部から電極端子が突出するように、つまり、全体がＬ字形状または凸型形状となるように形成されている。集電体は導電体からなり、その両面に活物質（正極活物質、負極活物質）が結着されている。もちろん、正極集電端子、負極集電端子は、互いに重複しないように互い違いの位置に積層されている。

電極の集電体はセラミックセパレータよりも一回り小さく形成されている。一対のセラミックセパレータが電極（正確には集電体）を挟持すると、セラミックセパレータの外縁の一部から電極端子が突出する。電極により生成された電力は、突出した電極端子から取り出される。
すなわち、一対のセラミックセパレータにより二次電池内部の正極、負極（集電体）が電気的（物理的）に隔離されて過熱や発火などが防止され、二次電池の安全性が確保されている。

電極の位置ズレを防止して電極を電気的（物理的）に確実に隔離するため、電極を挟持した一対のセラミックセパレータを適切に接合する方法、構成が提案されている。
たとえば、特開２０１５−１９７９７７号公報には、電極のうち相対的に大きい方の電極と、その電極を挟持するセラミックセパレータの一方とを、両面テープを介して固定する構成が記載されている。詳細には、まず、一対のセラミックセパレータのうち、一方の外周部に両面テープを貼り付け、電極のうち相対的に大きい電極（たとえば負極）とセラミックセパレータとを両面テープを介して重畳、接合させる。それから、他方のセラミックセパレータを負極の上から重畳することで、一対のセラミックセパレータで電極を挟持している。
両面テープの基材および接着剤には、絶縁性を備えた素材が使用される。両面テープを使用することで、一対のセラミックセパレータを簡単に接合することができる。
なお、両面テープの代わりに接着剤を、セラミックセパレータに直接塗工してもよい。

特開２０１５−１９７９７７号公報

電気自動車など二次電池を使用する製品によっては電池の周囲が１８０度以上もの高温になりやすいため、二次電池に高い耐熱性が要求される。特開２０１５−１９７９７７号公報では、両面テープや接着剤によりセラミックセパレータ、電極を重畳、接合させているが、１８０度以上もの高温に耐えうる両面テープの基材や接着剤を確保することは難しい。
また、経年劣化により両面テープや接着剤が劣化するおそれがある。両面テープや接着剤が劣化するとセラミックセパレータ、電極の接合が外れ、漏電、破損などにより二次電池の安全性が確保できない。

セラミックセパレータの接合に両面テープや接着剤を使用せず、電極（集電体）と重複しないセパレータの外縁などを熱溶着することも考えられる。しかし、上記のとおり二次電池には高い耐熱性が要求されており、高い耐熱性と、熱溶着可能な溶融性という相反する性質を持つセラミックを確保することは難しい。

本発明は、二次電池の安全性やセパレータ（セラミックセパレータ）の耐熱性を確保しつつ、確実かつ簡単に接合できる二次電池のセパレータ接合装置の提供を目的としている。
また、本発明は、二次電池の安全性やセパレータ（セラミックセパレータ）の耐熱性を確保しつつ、確実かつ簡単に接合して製造される二次電池の提供を別の目的としている。
そして、本発明は、二次電池の安全性やセパレータ（セラミックセパレータ）の耐熱性を確保しつつ、確実かつ簡単に接合できる二次電池のセパレータ接合方法の提供をさらに他の目的としている。

本発明では、二次電池の一対のセパレータにおいて、集電体と重複していない部分、すなわちセパレータの外周縁の一部またはすべてを圧接により接合している。
すなわち、請求項１、６に係る本発明によれば、集電体と、集電体の外縁の一部から突出して形成された電極端子とを備える電極を、一対のセパレータが挟持して接合し、セパレータは集電体よりも大きく形成され、一方の面にセラミックがそれぞれ塗工され、セパレータ接合装置（方法）は反転機構（工程）および圧接機構（工程）を備え、反転機構（工程）により、一対のセパレータのうち一方のセパレータが反転され、電極を積層した反転されない他方のセパレータのセラミック面と面合わせにされ、圧接機構（工程）により、集電体を挟持しない一対のセパレータの外周縁の一部またはすべてを圧接により接合して、セパレータに接合部を設けている。

請求項１、６に係る本発明では、集電体を挟持していない一対のセパレータの外周縁の一部またはすべてを圧接のみで接合しており、両面テープや接着剤などの部材を必要としない。そのため、一対のセパレータを簡単に接合することができる。そして、二次電池の周囲が高温になっても、両面テープなどのように接合した部分が変形、破損することはなく、セパレータの耐熱性、二次電池の安全性を確保することができる。

本発明の実施例に係る二次電池の正面図を示す。 本発明の実施例に係る二次電池の分解斜視図を示す。 本発明の実施例に係る二次電池のセパレータ接合装置（本発明の実施例に係る二次電池のセパレータ接合方法を具体化した装置）の斜視図を示す。 （Ａ）は上型の圧接部、一対のセパレータ、下型の圧接部の部分斜視図、（Ｂ）は上型の圧接部におけるＷ部の部分拡大側面図、（Ｃ）はＸ部の部分拡大正面図、（Ｄ）は下型の圧接部におけるＹ部の部分拡大側面図、（Ｅ）はＺ部の部分拡大正面図をそれぞれ示す。 （Ａ）は圧接前、（Ｂ）は圧接時、（Ｃ）は圧接後における上型の圧接部、一対のセパレータ、下型の圧接部の部分拡大図をそれぞれ示す。 二次電池のセパレータ接合装置におけるセパレータ接合方法の流れを説明するフロー図を示す。

集電体と、集電体の外縁の一部から突出して形成された電極端子とを備える電極を、一対のセパレータが挟持して接合し、セパレータは集電体よりも大きく形成され、集電体を挟持しないセパレータの外周縁の一部またはすべてを圧接により接合している。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例を詳細に説明する。図１は本発明の実施例に係る二次電池の正面図、図２は本発明の実施例に係る二次電池の分解斜視図をそれぞれ示す。
二次電池１０は、電極２０（正極２１または負極２２）のいずれか一方を一対のセパレータ３０（３０Ａ、３０Ｂ）で挟持して形成した、いわゆる袋詰電極３２と、他方の電極２０（負極２２または正極２１）とを交互に積層して構成されている。図２では、一対のセパレータ３０（下のセパレータ３０Ａ、上のセパレータ３０Ｂ）が負極２２を挟持しており、上のセパレータの上面にはさらに正極２１が重畳（積層）されている。

図１、２を見るとわかるように、電極２０（正極２１または負極２２）は、矩形形状の集電体（正極集電体２１−１、負極集電体２２−１）と、電極端子（正極集電端子２１−２、負極集電端子２２−２）とを有して構成されている。
正極２１、負極２２は同様の構成であるため、まずは正極についてその構成を詳細に述べる。
正極２１は、矩形形状の正極集電体２１−１と、正極集電体の外縁の一部から突出した正極集電端子２１−２とを有して構成され、その全体はＬ字形状または凸型形状に形成されている。正極集電体２１−１は、その両面に正極活物質（電解質；図示しない）が結着されている。正極集電端子２１−２は、正極集電体２１−１から電力を取り出すための外部端子とされている。
正極２０（正極集電体２１−１、正極集電端子２１−２）が導電体とされることはいうまでもない。二次電池１０の正極集電体２１−１の材料として、たとえばリチウム遷移金属酸化物（ＬｉＣｏＯ₂など）が用いられるが、これに限定されない。

同様に、負極２２も、矩形形状の負極集電体２２−１と、負極集電体の外縁の一部から突出した負極集電端子２２−２とを有して構成され、その全体はＬ字形状または凸型形状に形成されている。負極集電体２２−１は、その両面に負極活物質（電解質；図示しない）が結着されている。負極集電端子２２−２は、負極集電体２２−１から電力を取り出すための外部端子とされている。
また、負極２２（負極集電体２２−１、負極集電端子２２−２）も、正極２１と同様に導電体とされている。二次電池１０の負極集電体２２−１の材料として、たとえばグラファイト（炭素材料；Ｃ）が用いられるが、これに限定されない。

図２を見るとわかるように、正極集電端子２１−２、負極集電端子２２−２は、互いに重複しないように互い違いの位置に積層されている。
なお、正極集電体２１−１および負極集電体２２−１の両面にそれぞれ結着される正極活物質および負極活物質（電解質；図示しない）として有機溶媒が用いられ、正極２１、負極２２間で電解質を介してリチウムイオンが出し入れ可能とされる。
また、電極２０の厚さ（高さ；図示しない）は、たとえば０．２ｍｍとされる。

一対のセパレータ３０（３０Ａ、３０Ｂ）は、たとえば矩形形状とされ、その片面にたとえば非導電性・耐熱性のセラミックが塗工され、セラミックセパレータと呼ばれる。実施例では、一対のセパレータ３０（３０Ａ、３０Ｂ）はセラミックセパレータとされるが、これに限定されない。
一対のセパレータ３０Ａ、３０Ｂそれぞれの厚さ（上下方向の高さ）α（図５参照）は、電極２０よりも薄く、たとえば０．０２ｍｍとされる。

図１、２を見るとわかるように、矩形形状のセパレータ３０（３０Ａ、３０Ｂ）は、同じく矩形形状の集電体（正極集電体２１−１、負極集電体２２−１）よりも一回り大きく形成されている。そのため、一対のセパレータ３０（３０Ａ、３０Ｂ）が、電極のうち電極端子を除いた集電体（図１、２では、負極２２から負極集電端子２２−２を除いた負極集電体２２−１）を被覆して上下から挟持している。集電体、たとえば負極集電体２２−１には負極活物質（電解質；図示しない）が結着しているため、一対のセパレータ３０（３０Ａ、３０Ｂ）が負極集電体を挟持することで、上のセパレータ３０Ｂの上に重畳された正極集電体２１−１（正極２１）と、負極集電体（負極２２）との間で電解質を保持して、イオンの伝導性を担保している。
また、一対のセパレータ３０（３０Ａ、３０Ｂ）が負極集電体２２−１を挟持すると、セパレータの外縁の一部から負極集電端子２２−２が突出する。電極により生成された電力は、突出した負極集電端子２２−２から取り出される。
そして、袋詰電極３２の上面にさらに正極２１を重畳（積層）すると、同様に、正極集電端子２１−２が突出する。電極により生成された電力は、正極集電端子２１−２からも取り出される。

特開２０１５−１９７９７７号公報で公知とされるように、一対のセパレータ（セラミックセパレータ）３０はそれぞれ、たとえば、溶融材に相当するポリプロピレン層（樹脂層、図示しない）と、ポリプロピレン層の一方の面にセラミックが塗工されたセラミック層（図示しない）とをそれぞれ備えて構成されている。
ポリプロピレン層は、たとえばポリプロピレンをシート状に形成したものであり、非水溶媒に電解質を溶解することで非水電解液が含浸されている。
セラミック層は、ポリプロピレン層よりも溶融温度が高い。図２を見るとわかるように、一対のセパレータ３０のセラミック層はそれぞれ対向するように負極２２（負極集電体２２−１）を上下から挟持し、負極活物質に当接している。つまり、一対のセパレータ３０が、セラミックの塗工された面（セラミック層のある面）を面合わせにして二次電池内部の電極（正極２１または負極２２。正確には、正極集電体２１−１または負極集電体２２−１。実施例では負極集電体）を挟持して、電極を電気的（物理的）に隔離している。
なお、一対のセパレータ（セラミックセパレータ）３０はこの構成に限定されず、電極２０を電気的（物理的）に隔離する構成であればよい。

矩形形状のセパレータ３０（３０Ａ、３０Ｂ）は、同じく矩形形状の集電体（正極集電体２１−１、負極集電体２２−１）よりも一回り大きく形成されている。そのため、図１に示すように、一対のセパレータ３０（３０Ａ、３０Ｂ）が負極集電体２２−１を被覆して上下から挟持すると、セパレータの外周縁は負極集電体と重畳しない部分、すなわち負極集電体を挟持しない部分３０Ａ’、３０Ｂ’となる。セパレータの外周縁３０Ａ’、３０Ｂ’では、セパレータのみが重畳されている。
なお、図１では、セパレータ３０の外周縁すべてが負極集電体２２−１を挟持しない（負極集電体と重畳しない）部分３０Ａ’、３０Ｂ’とされている。しかし、これに限定されず、たとえばセパレータの外周縁の一部が負極集電体２２−１を挟持しない部分としてもよい。

セパレータ３０には、負極集電体２２−１を挟持しない部分（外周縁）３０Ａ’、３０Ｂ’に接合部４０が形成されている。接合部４０は、電極２０（実施例では負極集電体２２−１）を挟持しない部分３０Ａ’、３０Ｂ’で一対のセパレータ３０を圧接により接合することで形成される。接合部４０により、重畳された一対のセパレータ３０、負極集電体２２−１が封止されていわゆる袋詰電極３２が形成される。
図１では、セパレータ３０の外周縁３０Ａ’、３０Ｂ’に合計８か所の接合部４０が形成されている。しかし、これに限定されず、たとえばセパレータの外周縁の周囲すべてに接合部４０を設けてもよい。
また、接合部４０は、後述する波型形状の上型の圧接面１６１−２’と下型の圧接面１６２−１との噛合により形成されるため、たとえば波型形状とされる（図４、５）。しかし、実際の接合部４０は微細なものであり、また、説明のしやすさのため、図１では線型形状で表している。

そして、図２に示すように、袋詰電極３２（一対のセパレータ３０、負極集電体２２−１）の上にさらに正極２１が重畳され、袋詰電極と正極とを交互に積層した積層構造が形成される。

一対の外装体５０は、二次電池１０の外装とされ、袋詰電極３２と正極２１との積層構造を上下から挟持して全体を被覆している。上下一対の外装体５０は、たとえばラミネートシートとされる。積層構造を挟持した上下一対の外装体５０は、その外周縁の一部から電解液が注入されて内部の一対のセパレータ３０に電解液が含浸され、それから外周縁を封止することで二次電池１０が形成される。

次に、図面を参照しながら、二次電池１０のセパレータ接合装置１００（二次電池のセパレータ接合方法を具体化した装置）について説明する。図３は、本発明の実施例に係る二次電池のセパレータ接合装置（本発明の実施例に係る二次電池のセパレータ接合方法を具体化した装置）の斜視図を示す。

二次電池１０のセパレータ接合装置１００は、たとえば、巻き出し機構１１０（巻き出し工程に相当）、切断機構１２０（切断工程に相当）、供給機構１３０（供給工程に相当）、反転機構１４０（反転工程に相当）、搬送機構１５０（搬送工程に相当）、圧接機構１６０（圧接工程に相当）を備えて構成されている。
なお、前後左右は筒状のセパレータロール（後述）から引き延ばされたセパレータ（セラミックセパレータ）の移送方向を前として、Ｆｒ（前；セパレータの経路の下流）、Ｒｒ（後；上流）、Ｌ（左）、Ｒ（右）で示す。

また、セパレータ接合装置１００はその右側に電極の積層機構（図示しない）を備えているが、積層機構自体は本発明の要旨ではないため、詳細は説明しない。

巻き出し機構１１０は、支持シャフト１１１と、各搬送ローラ１１２、１１３、１１４、１１５とを備えて構成されている。支持シャフト１１１に帯状のセパレータ３０をロール状に巻いたセパレータロール３０’が取り付けられている（セットされている）。支持シャフト１１１には送りモータ（図示しない）が取り付けられ、一定間隔でセパレータ３０を前方向へ送り出している。そして、セパレータ３０は、セパレータロール３０’からセパレータ接合装置１００内の各搬送ローラ１１２、１１３、１１４、１１５に掛け渡されて、前方へ延ばされている。
なお、説明のしやすさのため、実施例では、セパレータロール３０’から前方へ延ばされる帯状のセパレータ３０において、その上面３０Ｕｐにセラミックが塗工されている。しかし、セパレータはその構成に限定されない。

切断機構１２０は、巻き出し機構１１０の前方、すなわち引き延ばされたセパレータ３０の前部の上方に位置している。切断機構１２０は、セパレータロール３０’から前方へ延ばされた帯状のセパレータ３０を（前後方向の）一定の長さで左右方向に切断して個々のセパレータを形成するカッター１２１と、その下部に取り付けられたカッターを支持する支持部１２２と、その前面を支持部が左右方向に摺動可能に取り付けられた支持板１２３と、支持板を支持する左右一対の支持脚１２４とを備えて構成されている。
また、切断機構１２０の下方には、供給機構１３０の吸着プレート（第一の吸着プレート）１３１が配置されている。
カッター１２１は、たとえば円盤状とされ、その外周端でセパレータを切断可能としている。また、カッター１２１は、その回転中心となる中心軸１２１’が設けられている。
支持部１２２はその下部で、カッター１２１が中心軸１２１’を中心として回転可能となるように支持している。
支持板１２３は、引き延ばされたセパレータ３０の上方で左右方向に延びて架設されている。支持板１２３の前面には左右方向（セパレータの幅方向；セパレータ３０が引き延ばされる方向に直行する方向）に延びるレール１２３’、支持部１２２の上部後面にはレール上を摺動可能とする摺動部１２２’がそれぞれ設けられている。支持部の摺動部１２２’が支持板のレール１２３’上を摺動することで、カッター１２１が左右方向（セパレータの幅方向）に移動し、帯状のセパレータ３０を一定の長さで左右方向に切断して個々のセパレータ（たとえば、一対のセパレータ３０Ａ、３０Ｂ）を形成する。
左右一対の支持脚１２４は、引き延ばされたセパレータ３０の左右に配置、固定されて、支持板１２３の左右端部を支持している。

供給機構１３０は、切断機構１２０の下方かつ前方に位置している。供給機構１３０は、第一の吸着プレート１３１と、第一の吸着プレートを前後方向（セパレータ３０が引き延ばされる方向）に移動可能とする駆動モータ（図示しない）とを備えて構成されている。
第一の吸着プレート１３１は、引き延ばされたセパレータ３０の前部の下方に、詳細には切断機構のカッター１２１の下方に位置し、カッター１２１による切断の台座にもされる。第一の吸着プレート１３１は、その上面にセパレータ３０の下面と当接してセパレータを吸着する複数の吸着口（図示しない）を有している。吸着口はたとえばエアポンプ（真空ポンプ；図示しない）に接続され、カッター１２１で切断された個々のセパレータ（たとえば、下のセパレータ３０Ａ）をエアポンプの真空圧により第一の吸着プレート１３１の上面に吸着する。図３では、第一の吸着プレート１３１の上面に下のセパレータ３０Ａが配設、吸着されている。
駆動モータ（図示しない）は、その駆動により、第一の吸着プレート１３１の上面に個々のセパレータを吸着した状態で第一の吸着プレートを前後方向に移動可能とするように取り付けられている。図３の破線の矢視は、第一の吸着プレート１３１の移動する方向を示す。図３の位置Ａは第一の吸着プレート１３１の可動範囲の後端、位置Ｂは第一の吸着プレートの可動範囲の前端を示す。図３を見るとわかるように、位置Ａは切断機構１２０の直下である。位置Ｂは第一の吸着プレートの可動範囲の前端であるとともに、反転機構１４０（詳細には反転プレート１４１）の回動範囲の後端および搬送機構１５０（詳細には第二の吸着プレート１５１）の可動範囲の後端とされる。
また、駆動モータ（図示しない）は、セパレータロール３０’の送りモータ（図示しない）と、たとえば電気信号により連動可能とされる。

反転機構１４０は、供給機構１３０の前方に位置している。反転機構１４０は、第一の吸着プレート１３１と同様にセパレータ３０を吸着可能とする反転プレート１４１と、反転プレートを下方から支持する前後の支持板１４２（前部の支持板１４２−１、後部の支持板１４２−２）と、後部の支持板の回動中心となる回動軸１４３と、回動軸の左右端を支持する左右一対の支持脚１４４と、回動軸を中心に後部の支持板を回動させるためのモータ（図示しない）とを備えて構成されている。
反転プレート１４１は、第一の吸着プレート１３１と同様に、その上面にセパレータ３０の下面と当接してセパレータを吸着する複数の吸着口（図示しない）を有している。吸着口はたとえばエアポンプ（真空ポンプ；図示しない）に接続され、個々のセパレータ（たとえば、上のセパレータ３０Ｂ）をエアポンプの真空圧により反転プレート１４１の上面に吸着する。図３の一点鎖線は、反転プレート１４１の上面に配設された上のセパレータ３０Ｂを表している。
支持板１４２は、前部の支持板１４２−１、後部の支持板１４２−２を有して構成されている。前部の支持板１４２−１は反転プレート１４１よりも後方に長く形成され、その前部上面に反転プレート１４１の下面が、その後部上面に後部の支持板１４２−２の下面がそれぞれ接続されている。後部の支持板１４２−２は、引き延ばされたセパレータ３０の前方で左右方向に延びて架設されている。
回動軸１４３は、後部の支持板１４２−２の回動中心となる軸であり、たとえば後部の支持板１４２−２の左右側面から延びる左右一対のピンとされる。
左右一対の支持脚１４４は、引き延ばされたセパレータ３０の延長上の左右に配置、固定され、回動軸（左右一対のピン）１４３の左右端を支持している。
モータ（図示しない）は、その駆動により、反転プレート１４１の上面に個々のセパレータを吸着した状態で、前後の支持板１４２−１、１４２−２を介して、回動軸１４３を中心として反転プレートを前後方向に回動可能とするように取り付けられている。
端的に言えば、反転プレート１４１は、回動軸１４３を中心として１８０°の範囲内で前後方向に回動可能とされる。図３の一点鎖線の矢視は、反転プレート１４１の回動する方向を示す。また、図３の位置Ｂは反転プレート１４１の回動範囲の後端、位置Ｃは反転プレート１４１の回動範囲の前端を示す。位置Ｂは、前述のとおり、第一の吸着プレート１３１の可動範囲の前端および搬送機構１５０の可動範囲の後端とされる。

搬送機構１５０は、供給機構１３０の前方に位置している。搬送機構１５０は、供給機構の第一の吸着プレート１３１および反転機構の反転プレート１４１と同様にセパレータ３０を吸着可能とする吸着プレート１５１（第二の吸着プレート）と、第二の吸着プレートを支持する左右一対の支持部１５２と、その内側面をそれぞれの支持部が前後方向（セパレータ３０が引き延ばされる方向）に摺動可能に取り付けられた左右一対の支持板１５３と、各支持板を支持する左右の支持脚１５４と、支持部を摺動可能とするためのモータ（図示しない）とを備えて構成されている。図３では、左の支持脚が省略されているが、右の支持脚１５４を左右対照とした構成とされる。
第二の吸着プレート１５１は、その下面にセパレータ３０の上面と当接する複数の吸着口（図示しない）を有している。吸着口はたとえばエアポンプ（真空ポンプ；図示しない）に接続され、個々のセパレータ（一対のセパレータ３０Ａ、３０Ｂ）をエアポンプの真空圧により第二の吸着プレート１５１の下面に吸着する。また、第二の吸着プレート１５１には、後述する上型の圧接部１６１−２の挿通可能な挿通孔１５１−１が、圧接部の個数分設けられている。図３では、挿通孔１５１−１が８個形成されているが、これに限定されず、上型の圧接部１６１−２に対応した個数が備えられていればよい。
左右一対の支持部１５２は、引き延ばされたセパレータ３０の延長上の左右に配置され、第二の吸着プレート１５１の左右両端を支持している。また、左右一対の支持部１５２は、その内側面に上下方向に延びるレール１５２−１を、その外側面上部に後述する支持板のレール１５３’上を摺動可能とする摺動部１５２−２をそれぞれ備えている。
左右一対の支持板１５３は、その内側面に前後方向に延びるレール１５３’を備えている。
支持脚１５４は、支持板１５３の外側面に取り付けられ、支持板を支持、固定している。

第二の吸着プレート１５１は、その左右端が支持部のレール１５２−１上を摺動することで、上下方向に移動（上昇および下降）可能とされる。また、支持部１５２は、その摺動部１５２−２が支持板のレール１５３’上を摺動することで、前後方向、詳細には供給機構１３０または反転機構１４０と、圧接機構１６０との間を移動可能とされる。つまり、第二の吸着プレート１５１は、支持部１５２、支持板１５３により前後および上下方向に自在に移動可能とされる。
このような自在な移動により、第二の吸着プレート１５１は、その下面に個々のセパレータ３０（一対のセパレータ３０Ａ、３０Ｂ）を吸着した状態で、供給機構１３０または反転機構１４０から圧接機構１６０へ個々のセパレータを移送することができる。

図４（Ａ）は上型の圧接部、一対のセパレータ、下型の圧接部の部分斜視図、（Ｂ）（Ｃ）は上型の圧接部の部分拡大側面図、部分拡大正面図、（Ｄ）（Ｅ）は下型の圧接部の部分拡大側面図、部分拡大正面図をそれぞれ示す。
圧接機構１６０は、搬送機構１５０の前部に位置している。圧接機構１６０は、それぞれ圧接面を持つ上下一対の型１６１、１６２（上下型；上型１６１、下型１６２）を備えて構成されている。
上型１６１は、その上面にピストン１６１−１が、その下面に圧接部１６１−２がそれぞれ設けられている。ピストン１６１−１は、その下端が上型１６１の上面に、その上端がたとえばセパレータ接合装置１００の天井面（図示しない）にそれぞれ接続されている。言い替えると、上型１６１は、セパレータ接合装置１００の天井面からピストン１６１−１を介して吊り下がって設置されている。上型１６１は、ピストン１６１−１の内部の空気圧により上下方向に移動（上昇および下降）可能とされる。上型の圧接部１６１−２はたとえば棒状の部材とされ、図４（Ａ）を見るとわかるように、下方に向かって先細りに形成されている。そして、上型の圧接部１６１−２の下端は、凹凸を持つ波型形状の圧接面１６１−２’を持っている。図４（Ｂ）（Ｃ）に示すように、上型の圧接部１６１−２の下端はテーパー加工が施され、側面のテーパー面１６１−２’ａ、正面（前面）のテーパー面１６１−２’ｂが形成されている。図４（Ｂ）に示すように、たとえば上型の圧接部の側面のテーパー面１６１−２’ａにおいて、テーパーの角度θ₁は１５°、高さε₁は０．２ｍｍとされる。また、図４（Ｃ）に示すように、たとえば上型の圧接部の正面（前面）のテーパー面１６１−２’ｂにおいて、テーパーの角度θ₂は１５°、高さε₂は０．２ｍｍとされる。
下型１６２は、たとえば平板上の部材とされ、左右方向に移動可能とされている。また、下型１６２は、上型１６１の直下に配置されるとともに、その上面に圧接部１６２’を有している。圧接部１６２’（下型１６２）は、その上面に圧接面１６２−１を持っている。また、圧接部１６２’は、２個の固定部材（ネジ）１６２−２によって下型１６２の上面に固定されているが、この構成に限定されず、下型の上面に圧接部が固定されていれば足りる。下型の圧接面１６２−１は、上型の圧接面１６１−２’と同様に凹凸を持つ波型形状に形成されて、上型の圧接面の直下に位置している。つまり、上型の圧接面１６１−２’と、下型の圧接面１６２−１とは、噛合可能な凹凸を持つ波型形状にそれぞれ形成されている。図４（Ｄ）（Ｅ）に示すように、上型の圧接部１６１−２の下端と同様に、下型の圧接部１６２’の上端もテーパー加工が施され、側面のテーパー面１６２’’ａ、正面（前面）のテーパー面１６２’’ｂが形成されている。図４（Ｄ）に示すように、たとえば下型の圧接部の側面のテーパー面１６２’’ａにおいて、テーパーの角度θ₃は３０°、高さε₃は０．５ｍｍとされる。また、図４（Ｅ）に示すように、たとえば下型の圧接部の正面（前面）のテーパー面１６２’’ｂにおいて、テーパーの角度θ₄は１５°、高さε₄は０．２ｍｍとされる。

なお、図３のように、第二の吸着プレート１５１の挿通孔１５１−１、上型の圧接部１６１−２、下型の圧接面１６２−１はそれぞれ８個備えられているが、これに限定されず、それぞれ対応した個数設けられていればよい。
また、テーパーを含む上型の圧接部１６１−２、下型の圧接面１６２−１の幅ζ（図４（Ａ）；左右の長さ）、すなわち接合部４０の幅はたとえば６ｍｍとされるが、これに限定されない。

図５（Ａ）は圧接前、（Ｂ）は圧接時、（Ｃ）は圧接後における上型の圧接部、一対のセパレータ、下型の圧接部の部分拡大図をそれぞれ示す。
図５（Ａ）のように、一対のセパレータ３０Ａ、３０Ｂそれぞれの厚さ（上下方向の高さ）α、セパレータに挟持される電極（負極２２）の厚さ（高さ；図示しない）を、たとえば０．０２ｍｍ、０．２ｍｍとそれぞれする場合、たとえば上型の圧接面１６１−２’および下型の圧接面１６２−１における１つの波型（凹凸）の厚さ（高さ）β₁は０．２ｍｍ、幅β₂は０．６５ｍｍとそれぞれされる。また、１つの波型（凹凸）により形成される角度δは、７３．７４°とされる。しかし、これらの厚さ、幅、角度に限定されるものではない。

次に、図面を参照しながら、二次電池１０のセパレータ接合装置１００におけるセパレータ接合方法について説明する。図６は、二次電池のセパレータ接合装置におけるセパレータ接合方法の流れを説明するフロー図を示す。
セパレータ接合方法は、巻き出し機構１１０による巻き出し工程、切断機構１２０による切断工程、供給機構１３０による供給工程、反転機構１４０による反転工程、搬送機構１５０による搬送工程、圧接機構１６０による圧接工程を含んでいる。

まず、巻き出し機構１１０において、各搬送ローラ１１２、１１３、１１４、１１５を介して、セパレータロール３０’から帯状のセパレータ３０が前方に引き出される（延出される；ステップＳ１）。なお、帯状のセパレータの上面３０Ｕｐにセラミックが塗工されている。第一の吸着プレート１３１は、その可動範囲の後端である位置Ａに位置している。

帯状のセパレータ３０の前部は、切断機構１２０の下方を超えて、位置Ａの第一の吸着プレート１３１の上面まで延ばされる。そして、セパレータロール３０’の送りモータ（図示しない）と、第一の吸着プレート１３１のエアポンプ（図示しない）とが連動し、エアポンプの吸引により帯状のセパレータ３０の前部が第一の吸着プレートの上面に配置される（ステップＳ２）。

切断機構１２０において、支持部の摺動部１２２’が支持板のレール１２３’上を摺動してカッター１２１が左右方向（セパレータの幅方向；セパレータ３０が引き延ばされる方向に直行する方向）に移動し、第一の吸着プレート１３１上の帯状のセパレータ３０の前部を一定の長さで左右方向に切断する（ステップＳ３）。ここではまず、一対のセパレータのうち下のセパレータ３０Ａが形成される（図３参照）。

搬送機構１５０において、搬送機構の第二の吸着プレート１５１のモータ（図示しない）が駆動して、左右一対の支持部１５２、左右一対の支持板１５３がそれぞれ摺動することで、第二の吸着プレートが供給機構の第一の吸着プレート１３１の上方、つまり位置Ｂまで反転機構１４０を超えて移動する。第二の吸着プレート１５１の移動と同時に、供給機構の駆動モータ（図示しない）が駆動して、第一の吸着プレート１３１が第二の吸着プレート１５１の可動範囲の後端の位置（位置Ｂ）まで移動する。第一の吸着プレート１３１が移動を停止すると、第一の吸着プレートのエアポンプが停止して、第一の吸着プレートの上面に配置された下のセパレータ３０Ａの吸引を一時停止する。第二の吸着プレート１５１がその可動範囲の後端の位置（位置Ｂ；第一の吸着プレート１３１の上方）まで移動すると、その位置で下降し、エアポンプ（図示しない）を作動させて、第一の吸着プレートの上面の下のセパレータ３０Ａを第二の吸着プレートの下面に吸着する（ステップＳ４）。

以下のステップＳ５−１〜Ｓ５−４は、下のセパレータ３０Ａに関する流れを示す。
第二の吸着プレート１５１は、下のセパレータ３０Ａを吸着した状態で、第一の吸着プレート１３１の上方（位置Ｂ）から圧接機構１６０まで移送する。そして、第二の吸着プレート１５１のエアポンプが停止し、下のセパレータ３０Ａは圧接機構の下型１６２の上面に配置される（ステップＳ５−１）。
圧接機構の下型１６２の上面に配置された下のセパレータは、下型の上面に配置されたまま下型が右方向に移動し、電極の積層機構（図示しない）に移送される（ステップＳ５−２）。積層機構自体は本発明の要旨ではないため、概略のみ述べると、積層機構に移送された下のセパレータ３０Ａはその上面に負極２２が積層され（ステップＳ５−３）、下型１６２が左方向に移動して下のセパレータ、負極は積層された状態で元の位置に戻される（ステップＳ５−４）。

以下のステップＳ６−１〜Ｓ６−６は、上のセパレータ３０Ｂに関する流れを示す。
ステップＳ４で、下のセパレータ３０Ａが第二の吸着プレート１５１に吸着されて第一の吸着プレート１３１から下のセパレータ３０Ａが除かれると、第一の吸着プレートが第一の吸着プレートの可動範囲の前端（位置Ｂ）の位置からその後端（位置Ａ）まで後方に移動する（ステップＳ６−１）。そして、第一の吸着プレート１３１が位置Ａに戻ると再度吸引を開始し、帯状のセパレータ３０の前部を吸着してセパレータを前方向に引き延ばす（ステップＳ６−２）。そして、ステップＳ２と同様に、エアポンプの吸引により帯状のセパレータ３０の前部を第一の吸着プレート１３１の上面に配置、固定する。それから、ステップＳ３と同様に、第一の吸着プレート１３１上で、カッター１２１が左右方向に移動して帯状のセパレータ３０の前部を切断することで、上のセパレータ３０Ｂが形成される（ステップＳ６−３）。

供給機構の駆動モータ（図示しない）が駆動して、第一の吸着プレート１３１が、上のセパレータ３０Ｂを上面に配置した状態で、反転機構の反転プレート１４１の回動範囲の後端の位置Ｂまで前方に移動する。第一の吸着プレート１３１が移動を停止すると、第一の吸着プレートのエアポンプが停止して、第一の吸着プレートの上面に配置された上のセパレータ３０Ｂの吸引を一時停止する。すると、反転プレート１４１は回動軸１４３を中心に、前方の位置Ｃから後方の位置Ｂまで１８０度回動する。そして、反転プレート１４１は、第一の吸着プレート１３１上のセパレータ３０Ｂに対して、エアポンプ（図示しない）を作動させて上のセパレータを吸着し、吸着した状態で後方の位置Ｂから前方の位置Ｃまで１８０度回動して戻される（ステップＳ６−４）。つまり、一対のセパレータ３０のうち一方のセパレータ（実施例では上のセパレータ３０Ｂ）は、反転機構１４０（詳細には反転プレート１４１）によりその表裏（上下）が反転されて、セラミック面が下面となる。

ステップＳ６−４で後方から前方へ１８０度回動した反転プレート１４１は、前方の回動位置で上のセパレータ３０Ｂへの吸引を一時停止する。すると、第二の吸着プレート１５１が、反転プレート１４１の上方（位置Ｃ）まで移動し、反転プレートの上面に配置された上のセパレータ３０Ｂまで下降する。そして、第二の吸着プレート１５１のエアポンプ（図示しない）が作動し、第二の吸着プレートはその下面に上のセパレータ３０Ｂを吸着する（ステップＳ６−５）。
第二の吸着プレート１５１は、その下面に上のセパレータ３０Ｂを吸着した状態で、反転プレート１４１の上方（位置Ｃ）から圧接機構１６０まで上のセパレータ３０Ｂを移送する（ステップＳ６−６）。

ここで、ステップＳ５−４により、下型１６２はその元の位置に戻され、また、下型の上面には下のセパレータ３０Ａ、負極２２が積層された状態で配置されている。さらに、ステップＳ６−６により、第二の吸着プレート１５１の下面に吸着された上のセパレータ３０Ｂは下型１６２の上方（詳細には上型１６１、下型の間）まで移送されている。
下型１６２の上方まで移動した第二の吸着プレート１５１は下降し、吸着プレートの下面が下型の上面と接する。第二の吸着プレート１５１のエアポンプが停止し、上のセパレータ３０Ｂが第二の吸着プレートの下面から離反する。すると、上のセパレータ３０Ｂが、すでに下型１６２上に配置されていた負極２２の上に積層される。また、このとき、下のセパレータ３０Ａ、上のセパレータ３０Ｂは、それぞれのセラミック面を面合わせにされる。つまり、セラミック面を面合わせにして、上から順に、上のセパレータ３０Ｂ、負極２２、下のセパレータ３０Ａと積層された積層構造が形成される（ステップＳ７）。

第二の吸着プレート１５１の下面と下型１６２の上面とが接し、第二の吸着プレートと下型との間で一対のセパレータ３０、負極２２が積層している状態で、第二の吸着プレートの上方から上型１６１が下降する。上型の圧接部１６１−２が第二の吸着プレートの挿通孔１５１−１にそれぞれ挿通し、上型の圧接部の圧接面１６１−２’がセパレータの外周縁３０Ａ’、３０Ｂ’（詳細には負極集電体２２−１を挟持しない部分）を介して下型の圧接面１６２−１に上方から接近する（図５（Ａ））。そして、上型、下型の圧接面１６１−２’、１６２−１の波型形状が、セパレータの外周縁３０Ａ’、３０Ｂ’を介して噛合する（図５（Ｂ））。噛合により、セパレータの外周縁３０Ａ’、３０Ｂ’に接合部４０が形成される（ステップＳ８）。
そして、第二の吸着プレート１５１、上型１６１が上昇して下型１６２から離反することで上型、下型の圧接面１６１−２’、１６２−１の噛合が解除され、一対のセパレータの外周縁３０Ａ’、３０Ｂ’に接合部４０が残される（図５（Ｃ））。

なお、図５（Ｂ）に示す接合部４０の厚さ（上下方向の高さ）γは、計算上、たとえば
０．０２ｍｍ（一対のセパレータ３０Ａ、３０Ｂの厚さ（高さ）α）×２＋０．２ｍｍ（上型の圧接面１６１−２’および下型の圧接面１６２−１の凹凸の厚さ（高さ）β₁）＝０．２４ｍｍ
とされる。しかし、上型１６１が下型１６２から離反するときに一対のセパレータ３０の圧接（変形）が元に戻る現象、いわゆるスプリングバック現象が生じ、実際のγの値は０．２４ｍｍよりも小さく、より正確には、セパレータ３０に挟持された電極２０の厚さ（高さ；０．２ｍｍ）よりも小さくなる。つまり、接合部４０の厚さγは、セパレータ３０に挟持された電極２０（正極２１または負極２２）の厚さよりも薄く形成される。

上型、下型の圧接面１６１−２’、１６２−１の噛合により接合部４０が形成され、一対のセパレータ３０Ａ、３０Ｂが電極（実施例では負極２２）を挟持していわゆる袋詰電極３２が形成される。下型１６２は、袋詰電極３２を上面に配置した状態で再度右方向に移動して、袋詰電極を積層機構へ移送する。
積層機構自体は本発明の要旨ではないため、概略のみ述べると、積層機構に移送された袋詰電極３２はその上面に正極２１が積層され、それからステップＳ１〜Ｓ７の流れを繰り返して、袋詰電極と正極とを交互に積層した積層構造が形成される。そして、外装体５０（図２参照）で袋詰電極、正極を上下から挟持し、外装体の外周縁の一部から電解液を注入し、外周縁を封止することで、二次電池１０が形成される。

二次電池１０は、一対のセパレータのうち集電体を挟持していない部分（外周縁）３０Ａ’、３０Ｂ’で、上型の圧接部の圧接面１６１−２’、下型の圧接面１６２−１により圧接されて圧接部４０が形成されている。つまり、一対のセパレータ３０は、その外周縁（の一部またはすべて）を圧接のみで接合されている。１枚のセパレータ３０の厚さはたとえば０．０２ｍｍと十分薄いものであるため、一対（２枚）のセパレータを圧接のみで接合可能である。

そのため、両面テープや接着剤などの部材を必要とすることなく、一対（２枚）のセパレータ３０を圧接のみで簡単に接合することができる。つまり、上型の圧接部の圧接面１６１−２’、下型の圧接面１６２−１は互いに噛合可能な凹凸を持ち、圧接により互いの凹凸が確実に噛合することでセパレータ３０や電極２０（正極２１または負極２２）の位置が固定される。

さらに、上型の圧接部の圧接面１６１−２’、下型の圧接面１６２−１の圧接のみで接合しているため、両面テープや接着剤のように、長期間の使用により接合部が変形、破損することはなく、二次電池の安全性を確保することができる。そして、二次電池１０の周囲が高温になったり振動が伝達されたりしても、圧接面１６１−２’、１６２−１の噛合、つまり接合部４０の接合に影響はなく、セパレータの耐熱性などを十分確保することができる。

また、セパレータ接合装置１００に反転機構１４０（あるいは、セパレータ接合方法に反転工程）を設けることで、一対のセパレータ３０のうち一方のセパレータ（実施例では上のセパレータ３０Ｂ）の表裏（上下）を反転することができる。つまり、反転機構１４０（反転工程）があればセパレータロール３０’は１本で足り、たとえば上下のセパレータを別々に形成するためにセパレータロールを２本設ける必要はない。

上述した実施例は、本発明を説明するためのものであり、本発明を何等限定するものでなく、本発明の技術範囲内で変形、改造等の施されたものも全て本発明に包含されることはいうまでもない。

セパレータロールから前方へ延ばされる帯状のセパレータにおいて、実施例ではセパレータの上面にセラミックが塗工されているが、下面にセラミックが塗工されていてもよい。セラミックが帯状のセパレータの下面に塗工されているとしても、一対のセパレータのうち一方が反転機構により反転されてセラミックの塗工された面が面合わせにされて電極を挟持すればよい。

本発明は、一対のセパレータが電極を挟持して接合される二次電池やそのセパレータ接合装置、セパレータ接合方法に広範囲に応用できる

１０ 二次電池
２０ 電極
２１ 正極
２１−１ 正極集電体
２２−１ 正極集電端子（正極の電極端子）
２２ 負極
２２−１ 負極集電体
２２−２ 負極集電端子（負極の電極端子）
３０（３０Ａ、３０Ｂ） セパレータ
３０Ａ’、３０Ｂ’ セパレータの外周縁（集電体を挟持しない部分）
４０ 接合部
１４０ 反転機構（反転工程）
１６１ 上型（一対の型の上型）
１６１−２’ 上型の圧接面
１６２ 下型（一対の型の下型）
１６２−１ 下型の圧接面

Claims (9)

1. 集電体と、集電体の外縁の一部から突出して形成された電極端子とを備える電極を、一対のセパレータが挟持して接合される二次電池のセパレータ接合装置において、
   セパレータは集電体よりも大きく形成され、一方の面にセラミックがそれぞれ塗工され、
   セパレータ接合装置は反転機構および圧接機構を備え、
   反転機構により、一対のセパレータのうち一方のセパレータが反転され、電極を積層した反転されない他方のセパレータのセラミック面と面合わせにされ、
   圧接機構により、集電体を挟持しない一対のセパレータの外周縁の一部またはすべてを圧接により接合して、セパレータに接合部を設けた二次電池のセパレータ接合装置。
2. 反転機構は、セパレータを吸着可能とし、セパレータの移送方向へ向けて回動可能とする反転プレートを少なくとも有する請求項１記載の二次電池のセパレータ接合装置。
3. セパレータ接合装置は切断機構、供給機構、搬送機構をさらに備え、
   切断機構は引き伸ばされた帯状のセパレータをその長手方向と直行する方向に一定の長さで切断し、
   供給機構は切断機構に続き、切断機構で切断したセパレータを吸着可能とし、移送する第一の吸着プレートを少なくとも有し、
   反転機構は供給機構に続き、供給機構から供給されたセパレータを吸着した反転プレートが回動し、セパレータを送り、
   搬送機構は反転機構に続き、セパレータを吸着可能とする第二の吸着プレートを少なくとも有し、供給機構により移送されたセパレータまたは反転機構で反転されたセパレータを交互に吸着し、移送して次の圧接機構へ送り、
   圧接機構は搬送機構に続き、供給機構から移送されたセパレータを下面、反転機構で反転されたセパレータを上面にして、面合わせされた一対のセパレータの外周縁の一部またはすべてを圧接により接合する請求項２記載の二次電池のセパレータ接合装置。
4. 圧接は、それぞれ圧接面を持つ一対の型により行われ、
   圧接面は噛合可能な凹凸を持つ波型形状にそれぞれ形成された請求項１〜３のいずれか記載の二次電池のセパレータ接合装置。
5. 接合部の厚さは、セパレータに挟持された電極の厚さよりも薄く形成される請求項１〜３のいずれか記載の二次電池のセパレータ接合装置。
6. 集電体と、集電体の外縁の一部から突出して形成された電極端子とを備える電極を、一対のセパレータが挟持して接合される二次電池のセパレータ接合方法において、
   セパレータは集電体よりも大きく形成され、一方の面にセラミックがそれぞれ塗工され、
   セパレータ接合方法は反転工程および圧接工程を備え、
   反転工程により、一対のセパレータのうち一方のセパレータが反転され、電極を積層した反転されない他方のセパレータのセラミック面と面合わせにされ、
   圧接工程により、集電体を挟持しない一対のセパレータの外周縁の一部またはすべてを圧接により接合して、セパレータに接合部を設けた二次電池のセパレータ接合方法。
7. 反転工程は、セパレータを吸着可能とし、セパレータの移送方向へ向けて回動可能とする反転プレートを少なくとも有する請求項６記載の二次電池のセパレータ接合方法。
8. セパレータ接合方法は切断工程、供給工程、搬送工程をさらに備え、
   切断工程は引き伸ばされた帯状のセパレータをその長手方向と直行する方向に一定の長さで切断し、
   供給工程は切断工程に続き、切断工程で切断したセパレータを吸着可能とし、移送する第一の吸着プレートを少なくとも有し、
   反転工程は供給工程に続き、供給工程から供給されたセパレータを吸着した反転プレートが回動し、セパレータを送り、
   搬送工程は反転工程に続き、セパレータを吸着可能とする第二の吸着プレートを少なくとも有し、供給工程により移送されたセパレータまたは反転工程で反転されたセパレータを交互に吸着し、移送して次の圧接工程へ送り、
   圧接工程は搬送工程に続き、供給工程から移送されたセパレータを下面、反転工程で反転されたセパレータを上面にして、面合わせされた一対のセパレータの外周縁の一部またはすべてを圧接により接合する請求項７記載の二次電池のセパレータ接合方法。
9. 圧接は、それぞれ圧接面を持つ一対の型により行われ、
   圧接面は噛合可能な凹凸を持つ波型形状にそれぞれ形成された請求項６〜８のいずれか記載の二次電池のセパレータ接合方法。