JP7037723B2 - 二次電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池の製造方法に関する。

従来より、正極と負極とを扁平形状に捲回または積層して電極体とし、この電極体を外装ケースに収納してなる二次電池が使用されている。電池ケースとしては、物理的強度が高いことから金属製のケースが用いられる場合がある。この場合、電極体と電池ケースとの絶縁を確保するために、電極体を袋状の絶縁フィルムに挿入して電池ケースに収容する構成が採用されている（例えば、特許文献１～３参照）。

特開２０１７－０９１７９２号公報 特開２０１０－２８７４５６号公報 特開２００９－０２６７０４号公報

ところで、例えば高出力や大容量が要求される用途の二次電池では、複数の電池を配列し接続して使用するために、電池ケースは扁平な角型（直方体）形状のものが好ましく採用される。この電池ケースは、典型的には、直方体のうち面積の広い一対の長側面を含む五面からなる有底角筒型のケース本体と、他の一面からなる蓋部材と、により構成される。そして絶縁フィルムに挿入した電極体をケース本体に収容するとき、絶縁フィルムがケース本体に接触するなどして皺になったり撚れたりすると、電極体に局所的な応力を加える原因となる。この局所的な応力は、電極表面における電流密度の不均一化や局所化を招き、電池性能（例えば、サイクル特性やハイレート特性等）を妨げる要因となる。

そのため、絶縁フィルムは、皺や撚れが発生し難いように、電極体の形状に対応した高い寸法精度が要求されている。例えば、絶縁フィルムは、扁平な直方体の上面が開口されており、この上面に対向する底面が一対の長側面を緩やかに繋ぐように曲面化されることで、短側面がフルート型シャンパングラスのような形状となるように形成されている。しかしながら、絶縁フィルムをこのような袋状に加工するには、絶縁フィルムの展開形状が複雑になるとともに、多数の工程と加工装置とが必要であった（例えば、図８、９参照）。また、電極体が捲回電極体の場合、その形状が特に安定し難いために、電池ケースへの収納に細心の注意と手間がかかるという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、電極体と外装ケースとの間を絶縁フィルムで絶縁する二次電池の簡便かつ改良された製造方法を提供することを目的とする。

ここに開示される技術は、扁平角型の電池ケースと電極体との間がフィルム部材で電気的に絶縁されている二次電池の製造方法を提供する。この製造方法は、シート状のフィルム部材を用意する工程と、長辺折り工程と、短辺折り工程と、斜折り工程と、組付け工程と、包み工程と、収容工程とを含む。フィルム部材を用意する工程は、長方形の底面部と、上記底面部の長辺に沿って上記底面部を挟むように設けられた一対の長側面部と、上記底面部の短辺である第一短辺に沿って上記底面部を挟むように設けられた一対の短側面垂れ部と、上記長側面部の短辺である第二短辺に沿って上記長側面部を挟むように設けられるとともに上記短側面垂れ部に連続する４つのマチ部と、を備え、上記長辺と、上記第一短辺と、上記第二短辺と、上記短側面垂れ部および上記マチ部の境界である垂線部と、上記長辺と上記第一短辺との交点から上記長辺と上記第一短辺の両方との為す角度が鈍角となる方向に延びる斜線部と、に設定される折線に沿ってハーフカット加工が施されたシート状のフィルム部材を用意する。長辺折り工程は、上記長辺に対応する上記折線に沿って、上記フィルム部材を山折または谷折のいずれか一方に折る。短辺折り工程は、上記第一短辺に対応する上記折線に沿って、上記フィルム部材を上記長辺折り工程と同じ上記一方に折り、上記垂線部に対応する折線に沿って、上記フィルム部材を上記長辺折り工程とは異なる他方に折る。斜折り工程は、上記斜線部に対応する上記折線に沿って、上記フィルム部材を上記長辺折工程と同じ上記一方に折る。組付け工程は、折られた上記フィルム部材の一対の上記長側面部の間に、上記電極体を挿入する。包み工程は、上記電極体が挿入された上記フィルム部材を、上記第二短辺に対応する上記折線に沿って上記長辺折り工程と同じ上記一方に折ることで、上記電極体を上記フィルム部材で包む。収容工程は、上記フィルム部材で包まれた上記電極体を上記電池ケースに収容する。

上記構成によると、フィルム部材は、電極体に対応した袋形状ではなく、電池ケースのキャビティ形状（内部空間の形状）に対応した袋状に折加工されている。換言すると、折り畳み加工のみによって成形されている。このことにより、フィルム部材の展開形状および立体形状を簡略化することができ、複雑な加工装置等の使用や、溶着等の加工を省略することができる。またこれに伴い、フィルム部材に施す前処理は、ハーフカット加工だけでよく、例えば、トリミング加工やスリット加工を省略することができる。さらに、電池ケースに収容された電極体は、電池ケースの内寸が許す限り形状が重力方向に緩和されて捲きが広がる。そのため、フィルム部材は広がった電極体によって電池ケースに押し付けられ、折り目が展開されることが抑制される。その結果、折上げた袋形状を溶着等により固定する手間を解消することができる。また、フィルム部材が袋形状に溶着されていないことにより、フィルム部材に電極体を挿入する操作が簡便化され、電極体の組付け性が格段に向上される。さらに、フィルム部材は、側面視がシャンパングラス状の袋形状ではなく、角部およびマチのある袋形状に折り加工されている。その結果、フィルム部材が電池ケースに好適に支持され電池が振動するなどしてケース内で電極体が相対的に移動する場合であっても、フィルム部材の位置ズレや折上げ形状の開放が好適に抑制される。

一実施形態に係る二次電池の製造方法のフローチャートである。 一実施形態に係る二次電池の構成を模式的に説明する切り欠き断面図である。 フィルム部材に設定する折線を示す模式図である。 図３の要部拡大図である。 一実施形態に係る二次電池の製造方法を模式的に説明する工程図である。 （ａ）～（ｃ）は、電極体挿入時のフィルム部材の形状変化を説明する模式図である。 従来の二次電池の製造方法のフローチャートである。 従来のフィルム部材の展開形状を示した模式図である。 従来の二次電池の製造方法を模式的に説明する工程図である。

以下、適宜図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を説明する。本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明し、重複する説明は省略または簡略化することがある。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は必ずしも実際の寸法関係を反映するものではない。なお、本明細書において数値範囲を示す「Ｘ～Ｙ」との表記は、原則「Ａ以上Ｂ以下」を示す。しかしながら、場合によっては、上限および下限の少なくとも一方を「Ａ超過」「Ｂ未満」としてもよい。

図１は、一実施形態に係る二次電池の製造方法のフローチャートである。図２は、製造対象である二次電池１の構成を説明する切り欠き断面図であり、図３～４はここに開示される方法で用意するフィルム部材としての絶縁フィルムの折線を説明する図である。また、図５は、図１のフローチャートに対応する工程模式図である。
図２に示すように、二次電池１は、扁平形状の捲回電極体２０と、電池ケース３０と、フィルム部材としての絶縁フィルム１０とを備えている。図２および図３中の符号Ｕ、Ｄ、Ｌ、Ｒは、それぞれ、上、下、左、右を意味し、符号Ｘ、Ｙ、Ｚは、それぞれ、電池ケースの厚み方向、幅方向、高さ方向を意味する。また、図３中の符号Ｘ’は絶縁フィルムの短辺方向を意味し、絶縁フィルムの長辺方向は幅方向Ｙに一致する。なお、本実施形態において、厚み方向Ｘ、幅方向Ｙおよび高さ方向Ｚはそれぞれ直交している。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、二次電池の配置、使用等の態様を何ら限定するものではない。例えば図５では、絶縁フィルムの底面部が図の上方に配置されるように描かれている。

［電池ケース３０］
本実施形態の電池ケース３０は、厚みの薄い（扁平な）直方体形状を有している。電池ケース３０は、ケース本体３２と、蓋部材３４とを備えている。ケース本体３２は、有底の角筒形であり、上面が開口した筐体である。蓋部材３４は、ケース本体３２の上面の開口に装着されて、ケース本体３２の開口を密閉する部材である。
蓋部材３４には、外部接続用の正極端子３６および負極端子３８が、蓋部材３４とは絶縁された状態で取り付けられている。正極端子３６および負極端子３８は、電池ケース３０（蓋部材３４）を貫通して電池ケース３０の外部に突出している。正極端子３６および負極端子３８は、電池ケース３０内で、正極接続端子３６ｉおよび負極接続端子３８ｉに電気的および機械的に接続されている。蓋部材３４には電池ケース３０内の内圧を開放するように設定された薄肉の安全弁（図示せず）と、非水電解液を注入するための注入口（図示せず）とが設けられている。

ケース本体３２は、捲回電極体２０およびを収容するための内部空間（キャビティ）を有している。ケース本体３２は、その上部の開口を介して絶縁フィルム１０および捲回電極体２０を内部空間に収容する。電池ケース３０の材質は、高強度であり軽量で熱伝導性が良好な金属材料であることが好ましく、好適には、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼等である。ケース本体３２は、一対の長側面３２Ｌと、一対の短側面３２Ｓと、底面３２Ｂとを有している。

［捲回電極体２０］
捲回電極体２０は、長尺シート状の正極２２と、長尺シート状の負極２４とを、２枚の長尺シート状のセパレータ２６を介して重ね合わせ、正・負極２２、２４の長手方向に直交する幅方向を捲回軸として捲回され、断面が長円形となるように成形されている。捲回電極体２０は、捲回軸方向が電池ケース３０の幅方向Ｙに、断面の長円形の長軸が高さ方向（上下方向）Ｚとなるように、電池ケース３０内に収容される。ここで、捲回電極体２０の正極２２は正極接続端子３６ｉに、負極２４は負極接続端子３８ｉに固定されている。正極接続端子３６ｉおよび負極接続端子３８ｉは、捲回電極体２０を蓋部材３４から隔離した位置に安定的に支持する。これにより、捲回電極体２０は、電池ケース３０内での位置が規定されるとともに、蓋部材３４とは絶縁されつつ、正極端子３６と負極端子３８とにそれぞれ電気的に接続される。捲回電極体２０は、ここに開示される発明の電極体の一例である。

［絶縁フィルム１０］
捲回電極体２０と電池ケース３０の内壁との間には、当該捲回電極体２０と電池ケース３０とを隔離する絶縁フィルム１０が配置されている。この絶縁フィルム１０によって、発電要素である捲回電極体２０と電池ケース３０との直接的な接触が回避され、捲回電極体２０と電池ケース３０との電気的な絶縁が確保される。絶縁フィルム１０を構成する材料は特に制限されず、電気的絶縁性を有する各種の材料で構成される。典型的には、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等の柔軟なシート状樹脂を好ましく用いることができる。絶縁フィルム１０の平均厚みは、概ね１００μｍ程度であればよいが、所望の電池構成等にあわせて適宜変更することができる。例えば、絶縁フィルム１０の平均厚みは、３０μｍ以上２００μｍ以下であってよい。

［二次電池の製造方法］
この二次電池１は、以下の工程に沿って好適に製造することができる。なお、下記の工程Ｓ１～Ｓ７のうち、Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、順不同に実施することができる。Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、いずれか１つ以上を先に実施してもよいし、２つ以上を同時に実施してもよい。また、Ｓ１と、Ｓ２，Ｓ３およびＳ４とは、並行して実施することもできる。
（Ｓ１）絶縁フィルムを用意する工程
（Ｓ２）長辺折り工程
（Ｓ３）短辺折り工程
（Ｓ４）斜折り工程
（Ｓ５）電極体組付け工程
（Ｓ６）包み工程
（Ｓ７）電池ケース収容工程

工程Ｓ１では、捲回電極体２０を包むための絶縁フィルム１０を用意する。用意する絶縁フィルム１０は、図３に示すように一枚の矩形のシートである。絶縁フィルム１０は、折上げたときにケース本体３２の内寸に対応する有底の角筒型形状（以下、単に「袋状」という場合がある。）となるように、形状と寸法とが定められる。具体的には、絶縁フィルム１０は、一つの底面部Ｂと、一対の長側面部Ｌ１、Ｌ２と、一対の短側面垂れ部Ｓ_Ｒ、Ｓ_Ｌと、４つのマチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２、Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２とを有する。これらの各部は、全体として上記のとおり、連続した一枚の矩形を形成している。絶縁フィルム１０には、厚み方向に貫通するスリット（切り込み）は形成されていない。

底面部Ｂは、ケース本体３２の底面３２Ｂに対応した長方形である。底面部Ｂは、絶縁フィルム１０が折上げられて電池ケース３０に収容されたときに、長側面３２Ｌに対向配置される。底面部Ｂの長辺ｆａの長さはａ１であり、底面部Ｂの短辺ｆｂの長さはｂ１である。底面３２Ｂの長辺ｆａの長さはａ１と短辺ｆｂの長さｂ１とは、ケース本体３２の底面３２Ｂの内寸に概ね一致する。底面部Ｂの短辺ｆｂは、ここに開示される発明における第一短辺ｆｂである。

長側面部Ｌ１、Ｌ２は、ケース本体３２の長側面３２Ｌに対応した長方形である。一対の長側面部Ｌ１、Ｌ２は、絶縁フィルム１０が折上げられて電池ケース３０に収容されたときに、長側面３２Ｌに対向配置される。一対の長側面部Ｌ１、Ｌ２は、底面部Ｂの長辺ｆａに沿って底面部Ｂを挟むように連続して設けられる。したがって、長側面部Ｌ１、Ｌ２の長辺ｆａと底面部Ｂの長辺ｆａとは共通であり、その長さはａ１である。長側面部Ｌ１、Ｌ２の短辺ｆｃの長さｂ２は、ケース本体３２の長側面３２Ｌの高さ（短辺の長さ）よりも短く、捲回電極体２０の断面の長軸の長さと同じかそれ以上である。長側面部Ｌ１、Ｌ２の短辺ｆｃは、ここに開示される発明における第二短辺ｆｃである。

短側面垂れ部Ｓ_Ｒ、Ｓ_Ｌは、底面３２Ｂを長辺方向Ｙに挟むように配置される矩形の部分である。短側面垂れ部Ｓ_Ｒ、Ｓ_Ｌは、絶縁フィルム１０が折上げられて電池ケース３０に収容されたときに、電池ケース３０の下方Ｄにおいて短側面３２Ｓに対向配置される。短側面垂れ部Ｓ_Ｒは、底面３２Ｂの右方Ｒの短辺ｆｂに沿って連続して設けられている。短側面垂れ部Ｓ_Ｌは、底面３２Ｂの左方Ｌの短辺ｆｂに沿って連続して設けられている。したがって、短側面垂れ部Ｓ_Ｒ、Ｓ_Ｌの短辺方向Ｘ’に沿う辺と底面部Ｂの短辺ｆｂとは共通であり、長さはｂ１である。

マチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２、Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２は長側面部Ｌ１、Ｌ２を長辺方向Ｙに挟むように配置される矩形の部分である。マチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２、Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２は、絶縁フィルム１０が折上げられて電池ケース３０に収容されたときに、電池ケース３０の短側面３２Ｓに対向配置される。マチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２は、それぞれ長側面部Ｌ１、Ｌ２の右方Ｒの短辺ｆｃに沿って連続して設けられている。マチ部Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２は、それぞれ長側面部Ｌ１、Ｌ２の左方Ｌの短辺ｆｃに沿って連続して設けられている。したがって、マチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２、Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２の短辺方向Ｘ’に沿う辺ｆｃと長側面部Ｌ１、Ｌ２の短辺ｆｃとは共通であり、長さはｂ２である。

また、マチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２は、短側面垂れ部Ｓ_Ｒを短辺方向Ｘ’に挟むように配置されている。マチ部Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２は、短側面垂れ部Ｓ_Ｌを短辺方向Ｘ’に挟むように配置されている。したがって、マチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２、Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２の長辺方向Ｙに沿う辺と、短側面垂れ部Ｓ_Ｒ、Ｓ_Ｌの長辺方向Ｙに沿う辺とは共通であり、長さはａ２である。以下、マチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２、Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２と短側面垂れ部Ｓ_Ｒ、Ｓ_Ｌとの境界に位置する辺を、垂線部ｆｄという。

ここで、マチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２およびＳ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２は、絶縁フィルム１０が電池ケース３０に収容されたときに、互いに一部重なり合い、隙間を設けることなく短側面３２Ｓに対向配置される。このことから、マチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２、Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２の垂線部ｆｄの長さａ２と、底面部Ｂの短辺ｆｂの長さｂ１とは、次式：１／２×ｂ１＜ａ２＜ｂ１；を満たすことが好ましい。なお、後で詳しく説明するが、底面部Ｂの短辺ｆｂの長さｂ１は、捲回電極体２０の厚み方向Ｘの寸法（以下、単に「厚み」という場合がある。）Ｅｘよりもやや小さいことが好ましい。したがって、長さａ２と、長さｂ１と、厚みＥｘとは、次式：１／２×ｂ１＜１／２×Ｅｘ＜ａ２＜ｂ１＜Ｅｘ；を満たすことが好ましい。

この絶縁フィルム１０は、後工程で適切な折線に沿って折上げることで、立体的な袋状に形作られる。図３、４においては、絶縁フィルム１０を袋状に成形するための折線を点線で示している。折線は、絶縁フィルム１０の各部の境界に設けられている。換言すると、折線は、長辺ｆａと、第一短辺ｆｂと、第二短辺ｆｃと、垂線部ｆｄとに設けられている。しかしながら、折線がこれだけでは絶縁フィルム１０の重なり部分がコンパクトに収まらない。そこで、折線として、長辺ｆａと第一短辺ｆｂとの交点から、これら長辺ｆａと第一短辺ｆｂの両方との為す角度が鈍角となる方向に延びる斜線部ｆｅが、マチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２、Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２に設けられている。この斜線部ｆｅを折線とすることで、第一短辺ｆｂおよび第二短辺ｆｃを折り曲げることで局所的に集中される短側面垂れ部Ｓ_Ｒ、Ｓ_Ｌとマチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２、Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２とが、もたついたり浮きあがったりするのを防ぎ、平坦に折り畳むことができる。これらの折線は、例えば、垂線部ｆｄに対応する折線を谷折とし、その他の折線を山折とすることで、シート状の絶縁フィルム１０を有底角筒型の袋状に成形することができる。なお、当然のことであるが、谷折と山折とを逆にして、垂線部ｆｄに対応する折線を谷折とし、その他の折線を山折としても、シート状の絶縁フィルム１０を同様の袋状に成形することができる。なお、必ずしもこれに限定されるものではないが、折加工をより容易に実現するために、図４に示す、斜線部ｆｅと垂線部ｆｄとのなす角度αは、４５°であることが好ましい。これにより、長辺ｆａと垂線部ｆｄとを直線上に配置することができ、折加工はもちろんのこと、後述のハーフカット加工も容易に行うことができる。

この絶縁フィルム１０は、容易に袋状に折上げることが可能なように、予め折線に沿ってハーフカット加工を施しておくことが好ましい。ハーフカット加工とは、シート状の絶縁フィルム１０に対し、厚み方向に貫通させることなく、厚み方向の一部にのみ切込みを入れることをいう。換言すると、ハーフカット加工では、絶縁フィルム１０は切断されない。そしてハーフカット加工が施されていることで、次工程の折加工において絶縁フィルム１０を折り曲げる際に、絶縁フィルム１０が切込み位置において自然に折り曲げられる。このため、折り位置を容易に折線の位置に正確に決定することができる。また、絶縁フィルム１０が折り曲げられたときに当該切込み部が開くか、あるいは、ズレたり潰れたりして、折り目の内側に発生する圧縮応力と折り目の外側に発生する引張応力とを好適に緩和することができる。

ハーフカット加工における切込み深さは特に制限されず、例えば、絶縁フィルム１０の厚みの１／４～１／２程度とすることができる。ハーフカット加工のカット線は、連続線であってもよいし、点線や鎖線などの不連続線であってもよい。ハーフカット加工は、絶縁フィルム１０の一方の面にのみ施されていてもよいし、両面に施されていてもよい。ハーフカット加工は、折加工による折り目の山となる位置に施すことが好ましい。しかしながら、ハーフカット加工は、折り目の谷となる位置に施してもよい。ハーフカット加工の条件は、絶縁フィルム１０の素材の性状と、絶縁フィルム１０の折曲げ量等に応じて適宜設定することができる。

工程Ｓ２では、底面部Ｂと長側面部Ｌ１、Ｌ２との境界に位置する長辺ｆａに対応する折線に沿って、絶縁フィルム１０を山折または谷折のいずれか一方に折る。本例では、以下、長辺ｆａを山折する場合を例に説明するが、山折と谷折とを入れ替えてもよい。折上げ状態において、底面部Ｂと長側面部Ｌ１、Ｌ２との為す角度は９０°である。したがって、長辺位置において、絶縁フィルム１０は必ずしも１８０°の方向まで折り畳む必要はなく、９０°あるいはその近傍（例えば、６０°～１２０°）の角度で折り曲げることでよい。なお、上記の通り、絶縁フィルム１０にハーフカット加工を施している場合は、絶縁フィルム１０はこのハーフカット線に沿って容易に折れ曲がる。そのため、折加工に際する加工精度は、特に管理せずとも高精度を確保することができる。また、短辺折り工程および斜折り工程に先行して最初に折加工を行うことで、絶縁フィルム１０の形状が安定し、続く短辺折り工程および斜折り工程の施工が容易になるために好ましい。

工程Ｓ３では、底面部Ｂと短側面垂れ部Ｓ_Ｒ、Ｓ_Ｌとの境界に位置する第一短辺ｆｂに対応する折線に沿って絶縁フィルム１０を山折りする。また、短側面垂れ部Ｓ_Ｒ、Ｓ_Ｌとマチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２、Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２との境界に位置する垂線部ｆｄに対応する折線に沿って絶縁フィルム１０を谷折する。ここで、折上げ状態において、底面部Ｂと短側面垂れ部Ｓ_Ｒ、Ｓ_Ｌとの為す角度は９０°である。したがって、第一短辺ｆｂにおいて、絶縁フィルム１０は必ずしも１８０°の方向まで折り畳む必要はなく、９０°あるいはその近傍（例えば、６０°～１２０°）の角度で折り曲げることでよい。一方で、折上げ状態において、短側面垂れ部Ｓ_Ｒ、Ｓ_Ｌとマチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２、Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２との為す角度は０°である。したがって、垂線部ｆｄにおいて、絶縁フィルム１０は１８０°の方向まで折り畳むことが好ましい。垂線部ｆｄの折加工は、全折加工のうちで他の折線における折加工とは異なる方向に折り曲げる。これにより、垂線部ｆｄ周辺の絶縁フィルム１０をコンパクトに収めて折り畳むことができる。

工程Ｓ４では、マチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２、Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２に設けられた斜線部ｆｅに対応する折線に沿って、絶縁フィルム１０を山折する。斜線部ｆｅを介して折られるマチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２、Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２の為す角度は０°である。したがって、マチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２、Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２は斜線部ｆｅに沿って１８０°に折り畳むことが好ましい。ここで、折り畳まれて重なり合うマチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２、Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２の面積は小さく、通常の折加工を施し難い。したがって、斜線部ｆｅにおける折加工には、例えば、加工しごき折曲げ加工装置等を用いたしごき曲げ加工を施すとよい。これにより、マチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２、Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２を好適に１８０°に折り畳むことができ、斜線部ｆｅ周辺の絶縁フィルム１０をコンパクトに収めることができる。

工程Ｓ５では、折られた絶縁フィルム１０の一対の長側面部Ｌ１、Ｌ２の間に、捲回電極体２０を挿入して両者を組付ける。なお、図５のＳ５に省略して示すように、捲回電極体２０は、正極接続端子３６ｉおよび負極接続端子３８ｉを介して蓋部材３４に固定されている。また、工程Ｓ５に至るまでに、絶縁フィルム１０は、図５のＳ４に示されるように、面一の長側面部Ｌ１、Ｌ２およびマチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２、Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２と、底面部Ｂとにより、概ねコの字型形状に折られている。このように途中まで折られたコの字型の絶縁フィルム１０は、長辺方向Ｙに開放されている。コの字型の絶縁フィルム１０において、長辺方向Ｙに交わる方向には、十分に面積の小さい短側面垂れ部Ｓ_Ｒ、Ｓ_Ｌが下方Ｄに存在するのみである。また、短側面垂れ部Ｓ_Ｒ、Ｓ_Ｌが折られたことにより、マチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２、Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２は角が斜めに折られている。

このコの字型の絶縁フィルム１０を上方Ｕの開口側から見ると、例えば図６（ａ）に示す形状である。コの字型の絶縁フィルム１０は、折加工が施されているだけであり、各部は溶着等によって互いに固定されてはいない。したがって、コの字型の絶縁フィルム１０は、例えば図６（ｂ）に示すように、長側面部Ｌ１、Ｌ２の開口付近を厚み方向Ｘ（短辺方向Ｘ’）に開くことができる。このとき、マチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２、Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２と短側面垂れ部Ｓ_Ｒ、Ｓ_Ｌとは連続しているため、マチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２、Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２の開口付近が厚み方向Ｘに開くことで、短側面垂れ部Ｓ_Ｒ、Ｓ_Ｌの上方Ｕが底面部Ｂ側に向けて引っ張られる。その結果、短側面垂れ部Ｓ_Ｒ、Ｓ_Ｌは長辺方向Ｙに自動的に広がり、コの字型の絶縁フィルム１０は長辺方向Ｙにさらに開かれる。

なお、捲回電極体２０は、ごく薄い長尺の正・負極２２，２４とセパレータ２６とが断面長円形に幾層にも捲かれている。そのため、たとえ捲回軸方向の両端において正極接続端子３６ｉおよび負極接続端子３８ｉに固定されていたとしても、捲回電極体２０の断面の長軸方向が高さ方向Ｚとなるように立てて配置されると、重力の作用によって捲回電極体２０自体が断面の長円形を精密に維持することは困難である。例えば、捲回電極体２０は、捲回軸方向の中央付近において、厚みが広がる方向に変形し得る。ここで、上記のような折られたコの字型の絶縁フィルム１０に対しては、厚みが広がった捲回電極体２０であっても、絶縁フィルム１０と干渉することなく、長側面部Ｌ１、Ｌ２の間に容易に挿入することができる。また、捲回電極体２０の挿入は、開口から底面部Ｂに向けて高さ方向Ｚに沿って挿入することでもよいし、長側面部Ｌ１、Ｌ２の左右の一方の短辺ｆｃから反対の短辺ｆｃに向けて長辺方向Ｙ（捲回軸方向に同じ。）に沿って挿入することでもよいし、これらを適宜組み合わせて曲線軌道に沿って挿入することでもよい。なお、捲回電極体２０がコの字型の絶縁フィルム１０の所定の位置に収まると、一旦図６（ｂ）のように広がった絶縁フィルム１０は、再び図６（ａ）に示す形状に収束する。これにより、捲回電極体２０を従来にない高い自由度で絶縁フィルム１０に組付けることができる。

工程Ｓ６では、捲回電極体２０を挟んだコの字型の絶縁フィルム１０において、長側面部Ｌ１、Ｌ２と面一であったマチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２、Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２を、短辺ｆｃに対応する折線に沿ってそれぞれ山折する。このことにより、絶縁フィルム１０を袋状に折上げることができる（図６（ｃ）参照）。折上げ状態において、長側面部Ｌ１、Ｌ２とマチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２、Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２との為す角度は９０°である。したがって、マチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２、Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２は短辺ｆｃに沿って１８０°の方向まで折り畳む必要はなく、９０°あるいはその近傍（例えば、６０°～１２０°）の角度で折り曲げることでよい。ここで、折り曲げ前の一対のマチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２は対向していた。また、折り曲げ前の一対のマチ部Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２は対向していた。そして折曲げ後のマチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２、Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２は、厚み方向Ｘの寸法がそれぞれａ２となる。マチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２、Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２の厚み方向Ｘの寸法ａ２と、コの字型の絶縁フィルム１０の寸法ｂ１と、電極体の厚みＥｘとは、上述のように、次式：ａ２＜ｂ１＜Ｅｘ＜２×ａ２；を満たすように設計されている。つまり、対向する一対のマチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２およびマチ部Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２は厚み方向において一部が重なり合う。これにより、長辺方向Ｙに沿って開放されていた絶縁フィルム１０を長辺方向Ｙにて閉じることができる。換言すると、捲回電極体２０を絶縁フィルム１０によって包むことができる。より詳細には、捲回電極体２０を、蓋部材３４が離間して存在する上方Ｕを除いて５つの方向で、絶縁フィルム１０によって包み込むことができる。

工程Ｓ７では、絶縁フィルム１０で包まれた捲回電極体２０を、電池ケース３０に収容する。ここで、折上げられた絶縁フィルム１０は、ケース本体３２に対応した有底角筒型の形状である。したがって、折上げられた絶縁フィルム１０の底面部Ｂをケース本体３２にわずかにでも挿入することで、ケース本体３２が絶縁フィルム１０の長側面部Ｌ１、Ｌ２およびマチ部Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２、Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２を全周で取り囲む。このことにより、折加工された絶縁フィルム１０が開く（展開する）ことを防止することができ、絶縁フィルム１０で包まれた捲回電極体２０をケース本体３２にスムーズに収容することができる。

捲回電極体２０は、蓋部材３４がケース本体３２の開口を塞ぐように嵌め合わされることで、所定の位置に収容される。この状態で、例えば、蓋部材３４の周縁をケース本体３２とレーザー溶接することで、電池ケース３０を気密に封止（封缶）することができる。なお、封止された電池ケース３０には、蓋部材３４に設けられた注入口を介して非水電解液を注入することができる。その後、正極端子３６および負極端子３８間に所定の電圧を加える初期充電を行うことで、電気化学的に活性な二次電池１を得ることができる。

なお、二次電池１の絶縁フィルムには、強度や絶縁性といった品質を向上させるための厚膜化の要求と、電池性能を向上させるための省デットスペース化という、相反する要求があった。また、例えば車両に搭載される二次電池１については、連続的に振動が発生しても、電池ケース内で絶縁フィルムがズレないことが求められる。これらの要求を満たすために、従来の絶縁フィルム１１０は、捲回電極体１２０の所望の形状に対応する、複雑で、かつ、高い寸法精度が要求される袋状に設計されていた。そのため、用意する展開状態の絶縁フィルム１１０は、折加工のためのハーフカット加工の他に、例えば図８に示すような複雑な外形へのトリミング加工や、スリット加工などの前処理が必須であった（図７および９のＳ’１参照）。このような前処理は手間がかかることに加え、複雑な形状の絶縁フィルム１１０の取り扱いは歩留まりを悪化させる要因となっていた。

また、図７および９に示すように、絶縁フィルム１１０の成形に際しては、捲回電極体に対応した形状のマンドレル１２１を用意し、前処理した絶縁フィルム１１０の長側面をマンドレル１２１に正確に吸着固定（Ｓ’２）させたのち短側面をマンドレル１２１に吸着固定（Ｓ’３）した状態で、短側面の重ね合わせ部を溶着（Ｓ’４）するという、吸着・溶着成型が必要であった。しかしながら、吸着成型は、装置が複雑で高価であるものの、安定して高い寸法精度を実現することが困難であった。また溶着も装置コストが嵩むことに加え、樹脂の糸引きが発生するという問題があった。そのため最終製品において絶縁フィルム１１０の形状ズレや、皺およびヨレ等が発生しがちであった。また、溶着後の絶縁フィルム１１０は袋形状が固定されているため、マンドレル１２１からの脱着や捲回電極体の挿入に際しては、上記絶縁フィルム１１０のスリット加工や高価な吸着ハンド１２２の採用等といった対策が不可欠であった（Ｓ’５）。加えて、捲回電極体は縦方向に配置すると重力により変形が避けられないため、上記精密形状の絶縁フィルム１１０に挿入する際には、捲回電極体の厚み方向の膨らみを抑えて矯正する矯正機構１２４の併用（Ｓ’６）も必須であり、絶縁フィルム１１０への捲回電極体の挿入性（Ｓ’７）は著しく劣ってしまっていた。

これに対し、ここに開示される構成によると、絶縁フィルム１０は、電池ケース３０の内部空間に対応した有底角筒型のシンプルな袋状に形成する。その結果、例えば、絶縁フィルム１０の底面部Ｂにおける長辺ｆａ付近に捲回電極体２０は配置されず、絶縁フィルム１０の底面部Ｂの形状は捲回電極体２０の影響を受け難い。そして、絶縁フィルム１０には、折加工を施すのみであり、従来のように溶着等によって袋形状を固定しない。また、捲回電極体２０は、折加工の途中の折られた絶縁フィルム１０に挿入する。折られた絶縁フィルム１０は、マチ部がスリットされずに連続したまま折られていることにより、長側面部Ｌ１、Ｌ２が厚み方向Ｘに広がると、これに連動して短側面垂れ部Ｓ_Ｒ、Ｓ_Ｌが長辺方向Ｙに広げられる。このことにより、捲回電極体２０の形状にバラツキや緩みがあっても、絶縁フィルム１０への挿入性を確保することが可能とされる。また、電池ケース３０への収容に際しては、絶縁フィルム１０の底面部Ｂをケース本体３２に挿入することで、絶縁フィルム１０の開きが抑制される。これにより、絶縁フィルム１０を溶着していなくても、絶縁フィルム１０の折上げ形状を維持して捲回電極体２０をケース本体３２に挿入することができる。

また、ケース本体３２に収容された後の捲回電極体２０には、重力によって厚みが広がる方向に変形する力が作用するものの、捲回電極体２０の厚み方向Ｘの寸法はケース本体３２の寸法によって規制される。その結果、絶縁フィルム１０は捲回電極体２０によってケース本体３２に押圧される。また、絶縁フィルム１０は、ケース本体３２の内寸形状に対応した袋形状に折上げられている。したがって、絶縁フィルム１０の折上げ形状（例えば外寸）も電池ケース３０によって規制される。これにより、たとえ二次電池１が連続的に振動しても、電池ケース３０内で絶縁フィルム１０がズレたりヨレたりする虞が抑制される。

さらに、ここに開示される技術において、絶縁フィルム１０は、ハーフカット加工されていればよく、従来技術のように複雑なトリミング加工やスリット加工は必要ではなく、絶縁フィルム１０自体の取り扱い性が容易となる。さらに、マンドレル１２１や溶着機などの吸着・溶着成型のための装置や、吸着ハンド１２２および矯正機構１２４等が不要となり、低コストで簡便に絶縁フィルム１０を袋状に加工することができる。また、絶縁フィルム１０の形状および電池ケース３０内での配置が簡潔化されているため、厚膜化や省デットスペース化の要求にも無理なく柔軟に対応することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

１ 二次電池
１０ 絶縁フィルム
Ｂ 底面部
Ｌ１、Ｌ２ 長側面部
Ｓ_Ｒ、Ｓ_Ｌ 短側面垂れ部
Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２、Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２ マチ部
２０ 捲回電極体
３０ 電池ケース

Claims (1)

1. 扁平角型の電池ケースと電極体との間がフィルム部材で電気的に絶縁されている二次電池の製造方法であって、
   長方形の底面部と、前記底面部の長辺に沿って前記底面部を挟むように設けられた一対の長側面部と、前記底面部の短辺である第一短辺に沿って前記底面部を挟むように設けられた一対の短側面垂れ部と、前記長側面部の短辺である第二短辺に沿って前記長側面部を挟むように設けられるとともに前記短側面垂れ部に連続する４つのマチ部と、を備え、前記長辺と、前記第一短辺と、前記第二短辺と、前記短側面垂れ部および前記マチ部の境界である垂線部と、前記長辺と前記第一短辺との交点から前記長辺と前記第一短辺の両方との為す角度が鈍角となる方向に延びる斜線部であって前記垂線部との角度がほぼ４５°である斜線部と、に設定される折線に沿ってハーフカット加工が施されたシート状のフィルム部材であって前記底面部の第一短辺の長さが前記電極体の厚み方向の寸法よりも小さく形成されたフィルム部材を用意する工程と、
   前記長辺に対応する前記折線に沿って、前記フィルム部材を山折または谷折のいずれか一方に折る長辺折り工程と、
   前記第一短辺に対応する前記折線に沿って、前記フィルム部材を前記長辺折り工程と同じ前記一方に折り、前記垂線部に対応する折線に沿って、前記フィルム部材を前記長辺折り工程とは異なる他方に折る短辺折り工程と、
   前記斜線部に対応する前記折線に沿って、前記フィルム部材を前記長辺折工程と同じ前記一方に折る斜折り工程と、
   折られた前記フィルム部材の一対の前記長側面部の間に、前記電極体を挿入する組付け工程と、
   前記電極体が挿入された前記フィルム部材を、前記第二短辺に対応する前記折線に沿って前記長辺折り工程と同じ前記一方に折ることで、前記電極体を前記フィルム部材で包む包み工程と、
   前記フィルム部材で包まれた前記電極体を前記電池ケースに収容する工程と、
   を含む、二次電池の製造方法。

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