電極積層型電池の電極積層体、および該電極積層体の製造方法
【課題】電極とセパレータを積層する電極積層構造において、電極とセパレータの位置ずれおよび、電極同士の短絡の発生を防止すること。
【解決手段】本願は、複数の電極2,3を該電極2,3の間にセパレータ4を配して積層してなる、電極積層型電池の電極積層体1に係るものである。各セパレータ4の少なくとも片側面に、電極2,3の積層方向に突出する凸部が設けられている。該凸部は、電極の積層方向とは垂直な方向に関して各電極2,3の移動を規制している。隣接するセパレータ4の該凸部が互いに接合されることで、接合部5が形成されている。
【解決手段】本願は、複数の電極2,3を該電極2,3の間にセパレータ4を配して積層してなる、電極積層型電池の電極積層体1に係るものである。各セパレータ4の少なくとも片側面に、電極2,3の積層方向に突出する凸部が設けられている。該凸部は、電極の積層方向とは垂直な方向に関して各電極2,3の移動を規制している。隣接するセパレータ4の該凸部が互いに接合されることで、接合部5が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、積層された電極対を有する電気化学デバイスに関し、特に電極積層型電池を構成する電極積層体、および、該電極積層体の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
携帯用電子機器の普及に伴い、小型、軽量で薄く、なおかつ長時間の連続稼働が可能なリチウム二次電池等の電気化学デバイスが求められている。従来の二次電池は金属の外装缶を使用していた。しかし最近、金属の外装缶に替えて、薄くて軽いフィルムの外装体を用いることによって、電池重量を減らし、電子機器設計の自由度を増大させることが可能になっている。このような電池に使用される外装体は、主に複数の樹脂をアルミ箔にラミネートしたフィルムであり、このアルミラミネートフィルムを使用することで、従来の金属外装缶を用いた電池よりも薄く、軽くすることができる。
【0003】
外装体に収納する電極群を作製する方法として、帯状の電極を捲回する方法と多枚数の電極を積層する方法がある。
【0004】
前者の捲回法は円筒型電池の発展型として設備をそのまま流用できるが、電池の形状に制限があり、立方体、直方体や円柱型以外の形の電池を作ることが困難である。また、薄形電池を作ろうとした場合、捲回の際に電極にクラックが発生したり、切れたりする可能性があるため、厚く密度の高い電極が使用できず、エネルギー密度の面で不利である。
【0005】
後者の積層法は電池の形状が比較的自由にでき、また、巻く必要がないため厚く密度の高い電極が使用でき、より薄く、よりエネルギー密度の高い電池を作ることが可能である。また、積層法は正極と負極の面積比を一定できるというメリットがある。しかし、積層構造自体には電極とセパレータの位置を固定する機構がないため、位置ずれや短絡が発生する要因となっていた。このような電極の位置ずれや短絡は電池の特性劣化や故障の原因となりうる。そのため、電極の積層時に、例えば電極にテープを貼って位置ずれを防止する方法がとられている。
【0006】
また、積層法で位置ずれや短絡が発生しづらい電池を設計するため、数々の提案がなされている。その一つに袋工法がある。特開平6−36801号公報,特開平9−213377号公報及び特開平10−55795号公報などで開示されているように、一般的には二枚のセパレータの間に電極を挟み、続いて、両セパレータの周辺部を熱融着して袋詰め状の電極を作製する。次に、この袋詰め状の電極を積層して、金属缶または外装体に収納し電池としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開平6−36801号公報
【特許文献2】特開平9−213377号公報
【特許文献3】特開平10−55795号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、従来の工法においては、以下の問題がある。
【0009】
その問題点とは、電極とセパレータを交互に積層する従来の工法においては、電池特性の劣化や、短絡が発生しやすいことである。この原因は、各層を積層する工程において電極とセパレータの相対位置を固定する機構を持たないことに起因する。その理由は、電極とセパレータの位置ずれが発生し、正極と負極の正対面積の低下により電池特性が劣化する、もしくは、その位置ずれにより電極同士が接触し短絡するためである。
【0010】
また、上記問題点を解決するために、従来、一方の電極(例えば正極)をセパレータで袋状に覆いそれを他方の電極(例えば負極)と交互に積層する工法が考案されている。しかし、この工法においても、位置ずれや短絡の発生は完全には解決されていない。その原因は、袋状に覆われた電極を積層する工程において、セパレータで袋状に覆った電極と該セパレータとの相対位置を固定する機構を持たない、ことに起因する。
【0011】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、電極とセパレータを積層する電極積層構造において、電極とセパレータの位置ずれおよび、電極同士の短絡の発生を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明は、複数の電極を該電極の間にセパレータを配して積層してなる電極積層体を含む電極積層型電池の前記電極積層体に係るものである。その一態様では、各セパレータの少なくとも片側面に、電極の積層方向に突出する凸部が設けられており、該凸部は、電極の積層方向とは垂直な方向に関して前記電極の移動を規制している。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、複数の電極を該電極の間にセパレータを配して積層してなる、電極積層型電池の電極積層体において、該セパレータに設けられた凸部によって該電極の移動を該電極の積層方向とは垂直な方向に関して規制しているため、電極の位置ずれによる特性劣化および短絡の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】電極積層型電池に用いられる本発明の電極積層体の一例を示す斜視図。
【図2】図1の電極積層体の構成要素を示した分解図。
【図3】正極、負極、およびセパレータを積層し、隣接するセパレータの周辺部を接合した状態の電極積層体の断面を示した図。
【図4】接合される各セパレータの周辺部の構成例を示す平面図。
【図5】本実施例の電池を構成する電極積層体の組立フローを示す図。
【図6】本実施例による電極積層体を所定の位置で組立てる際に正極、負極、およびセパレータを該位置に供給する態様を示した図。
【図7】本実施例の、セパレータ成型部が設けられたセパレータの断面構造を示す図。
【図8】本実施例におけるセパレータ成型部の作製方法および作製装置を示す図。
【図9】本実施例における、セパレータ成型部が設けられた複数のセパレータ、複数の正極、および複数の負極を用いて電極積層体を製造する方法、および電極積層体の製造装置を示す図。
【図10】本発明の電池に用いられる電極積層体の製造方法および製造装置の別の例(袋詰めされた電極構造を用いた電極積層体)を説明するための図。
【図11】本発明の電池に用いられる電極積層体の製造方法および製造装置の別の例(袋詰めされた電極構造を用いた電極積層体)を説明するための図。
【図12】本発明の電池に用いられる電極積層体の製造方法および製造装置の別の例(袋詰めされた電極構造を用いた電極積層体)を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【0015】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0016】
図1は本発明の電極積層型電池における電極積層体の一例を示す斜視図である。図2は図1の電極積層体の構成要素を示した分解図である。
【0017】
本実施例の電池を構成する図1の電極積層体1は、図2に示すように四角形の平板状の正極2、負極3、およびセパレータ4が積層されてなる。セパレータ4は正極2と負極3の間を仕切るように配置されており、図2では、下から正極2、セパレータ4、負極3、セパレータ4、正極2、セパレータ4、負極3という順番で、それらが上下方向に積み重ねられている。正極2と負極3の短絡を防止するために、セパレータ4は正極2および負極4よりも大きな外形を有することが一般的である。 またセパレータ4は熱可塑性樹脂からなる。
【0018】
図3は、このように正極2、負極3、およびセパレータ4を積層し、隣接するセパレータ4の周辺部を接合した状態の電極積層体1の断面を示している。この図において、正極2および負極3はセパレータ4でそれぞれ仕切られた状態で対面している。全てのセパレータ4は、各セパレータ4の周辺部にて互いに接合されており、こうして出来た接合部5によって、全セパレータ4の接合後の態様は、図3のような断面で見て梯子状に成っている。
【0019】
図4には、各セパレータ4の接合における周辺部の構成例が示されている。この図のように、各セパレータ4の、接合部5にされる周辺部の一部には、セパレータ4自体を成型してなるセパレータ成型部9が設けられている。セパレータ成型部9は正極2(又は負極3)の、電極積層方向とは垂直な方向の移動を規制する形状を有する。本例のセパレータ成型部9は、四角形の正極2(又は負極3)の四隅の角を成す2辺に沿った平面視L字形の凸条部になっている。尚、セパレータ成形部9の形状については点、線、その他任意に設定することが可能であり、その位置についても任意に設定することが可能である。
【0020】
本発明では、セパレータ成型部9が設けられた各セパレータ4の周辺部どうしを接合することで、袋状に覆われた電極を作製している。
【0021】
次に、本発明による電極積層体1の製造方法について詳述する。
【0022】
図5は、電極積層体1の組立フローを示す図である。この図に示すように、正極2の上に既に搭載されたセパレータ4の上に、負極3を搭載し、この上にセパレータ4を搭載し、さらに、この上に正極2を搭載することで、1組の電極対が得られる。このような積層を繰り返して複数組の電極対を構成することによって、電極積層体1の構造が得られる。
【0023】
図6には、電極積層体1を所定の位置で組立てる際に電極(正極2と負極3)およびセパレータ4を該位置に供給する態様が示されている。この図のように、正極2、負極3、およびセパレータ4は、帯状に連続する正極2を捲回してなる正極原反10、帯状に連続する負極3を捲回してなる負極原反11、および帯状に連続するセパレータ4を捲回してなるセパレータ原反12よりそれぞれ切り出されて供給される。供給された正極2、負極3、およびセパレータ4は、図5の工程フローを経て、図1に示す電極積層体1にされる。
【0024】
図7に、前述したセパレータ成型部9が設けられたセパレータ4の断面構造を示す。セパレータ4の周辺部の一部にはセパレータ成型部9(図4)が設けられている。セパレータ成型部9は、セパレータ原反12から切り出されたセパレータ4の周辺部の一部を熱圧着法で成型することによって形成されたものである。
【0025】
セパレータ成型部9は、図4に例示したように四角形の正極2(又は負極3)の四隅の角を成す2辺に沿ったL字形に形成されており、これによって、正極2又は負極3の、電極積層方向とは垂直な方向への移動を規制することが可能となっている。セパレータ成型部9の、電極積層方向の厚さは、正極1や負極2の厚さと等しくなっていることが望ましい。
【0026】
図8に、セパレータ成型部9の作製方法および作製装置を示す。
【0027】
セパレータ成型部9の作製する際、まず、図8(a)に示すように、積層ステージ8の上面にセパレータ4を搭載する。そして、図8(b)に示すように、積層ステージ8の上面に対して垂直な方向にて、セパレータ4を、セパレータ押さえ部材13で積層ステージ8の上面に押さえつける。
【0028】
続いて、図8(c)に示すように、セパレータ成型機構14が駆動される。セパレータ成型機構14は積層ステージ8の上面に沿って移動可能に設けられており、セパレータ成型機構14は、セパレータ成型機構14自身の内側面とセパレータ押さえ部材13の外周端面との間に、セパレータ成型部9を形成するための空間を確保できるようになっている。そして、駆動されたセパレータ成型機構14とセパレータ押さえ部材13の間に位置するセパレータ4の周辺部を、熱圧着手段によって成型し、セパレータ成型部9を形成する。この熱圧着手段はセパレータ成型機構14に設けられることが好ましく、例えばヒータが内部に配置された金属ブロックである。
【0029】
最後に、セパレータ押さえ部材13とセパレータ成型機構14が退避することによって、セパレータ成型部9が設けられたセパレータ4が完成する。
【0030】
尚、セパレータ押さえ部材13およびセパレータ成型機構14は、セパレータ成型部9が電極積層方向とは垂直な方向に関して正極2(又は負極3)の移動を規制する形状(図4参照)となるように、設定されていることが望ましい。
【0031】
さらに、セパレータ成型部9が設けられた複数のセパレータ4、複数の正極2、および複数の負極3を用いて電極積層体1を製造する方法、および電極積層体1の製造装置について図9を基に述べる。
【0032】
まず、セパレータ成型部9が設けられたセパレータ4を、吸着搬送機構16を用いて搬送してステージ7の上面に搭載する。そして、このセパレータ4の上に、図9(a)に示すように、吸着搬送機構16を用いて負極3を搭載する。このとき、負極3は、セパレータ4に沿った方向の移動がセパレータ成型部9によって規制される。その後、セパレータ4に積層された負極3の上に、吸着搬送機構16を用いて、セパレータ成型部9が設けられた他のセパレータ4を搭載する(図9(b))。この際、他のセパレータ4の、セパレータ成型部9が設けられていない側の面が負極3に接触させられる。それから、吸着搬送機構16に装備されている接合機構17を用いて、重ねられたセパレータ成型部9同士を加熱し接合することで、図9(c)に示すように接合部5が形成される。再び吸着搬送機構16を用いて、他のセパレータ4の上に、図9(d)〜(f)に示すように正極2を搭載する。尚、接合機構17はセパレータを熱で接合するための熱圧着手段を含むものである。また、一のセパレータ4の上に他のセパレータ4を積層する際にセパレータ同士の位置合わせが容易になるように、上下に位置するセパレータ成型部9が互いに嵌まり合う形状にされていることが望ましい。例えば、セパレータ成型部9の上面に凹部を形成し、該凹部に嵌合する凸部をセパレータ成型部9の下面に形成する。
【0033】
以上の作業を正極2および負極3に対して交互に繰り返すことで、図3に示したように梯子状の断面形状を持つセパレータ構造が得られる。つまり、図3の構造は、片側面におけるセパレータ成型部9の内側に正極1もしくは負極が配置された複数のセパレータ4を、セパレータ成型部9同士を接合して接合部12を形成しながら積層することにより形成される。
【0034】
また、上記した電極積層体1の製造方法および製造装置に替えて、図10〜図12に示すような態様であってもよい。すなわち、一方の電極(例えば正極)をセパレータで袋状に覆いそれを他方の電極(例えば負極)と交互に積層することで電極積層体1を作製する場合において本発明を適用することができる。
【0035】
図10に、電極をセパレータで袋詰めにした構造を示す。この構造は、負極3(もしくは正極2)をセパレータ4およびセパレータ成型部9で覆って袋詰めにした構造である。電極を挟んで対向するセパレータ4は、電極積層方向の厚みが電極と等しいセパレータ成型部9において接合されていることが望ましい。また、セパレータ成型部9は、電極積層方向とは垂直な方向に関して正極2(又は負極3)の移動を規制する形状(図4参照)になっていることが望ましい。
【0036】
図11に、図10の袋詰め状の電極構造を作製する作製方法および作製装置を示す。まず、セパレータ成型部9が設けられたセパレータ4を、図8に示したように作製する。その後、ステージ8において、セパレータ4の上に、図11(a)に示すように、負極3を搭載する。このとき、負極3は、セパレータ4に沿った方向への移動がセパレータ成型部9によって規制されている。次に、セパレータ成型部9で移動が規制された負極3の上に、他のセパレータ4を、吸着搬送機構15を用いて搭載する(図11(b))。その後、図11(c)に示すように、セパレータ成型機構14の熱圧着手段(不図示)を用いて、負極3を挟むセパレータ4同士を接合する。最後に、セパレータ成型機構14と吸着搬送機構15が退避することによって、図10に示したような袋詰め状の電極構造が形成される(図11(d))。
【0037】
さらに、正極2または負極3を袋詰めしてなる電極構造、複数の正極2、および複数の負極3を用いて電極積層体1を製造する方法、および電極積層体1の製造装置について図12を基に述べる。
【0038】
まず、袋詰めされた負極3をステージ7の上面に搭載する。そして、この袋詰めされた負極3の上に正極2を搭載する。続いて、この正極2の上に、図12(a)〜(b)に示すように吸着搬送機構16を用いて、他の袋詰めされた負極3を積層する。その際に、吸着搬送機構16に装備されている接合機構17を用いて、重ねられたセパレータ成型部9同士を加熱し接合することで、図12(c)に示すように接合部5が形成される。
【0039】
なお、袋詰めされた二つの負極3を正極2を介して積層した状態において、セパレータ成型部9同士はその正極2の厚さ分だけ接触せず、ギャップが生じている。しかし、セパレータ成型部9の厚さを電極積層方向に十分に厚くしておくことにより、接合機構17によってセパレータ成型部9が加熱された際に軟化もしくは溶融し、セパレータ成型部9同士のギャップを埋めて接合部5を形成することが可能である。
【0040】
以上の動作を正極2および負極3に対して交互に繰り返すことでセパレータ梯子成型構造が形成される。
【0041】
以上、本発明の実施形態を示して図とともに説明したが、本発明は、図に示した形態に限定されず、その他の形態についても、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で含まれるものである。
【0042】
したがって、正極2および負極3はセパレータ4を挟んで交互に対面するように積層されればよく、積層の順序は入れ替わってもよい。
【0043】
セパレータ成型部9を接合するための接合機構17は、吸着搬送機構16に連結されてもステージ7に連結されていてもよく、また、それらとは独立に駆動されても良い。
【0044】
接合機構17は熱圧着手段を含むものでなく、例えば接着剤を塗布して部材同士を接合するような別の手段を含んでいてもよい。
【0045】
接合機構17を、積層中の正極2、負極3およびセパレータ4をステージ7に固定する押さえとして機能させてもよい。
【0046】
袋詰め状の電極構造で、セパレータ4に袋詰めされる電極は、正極1および負極2のどちらでもよい。
【0047】
袋詰め状の電極構造を形成する際(図11参照)に、セパレータ成型部9を含むセパレータ4上に電極を介して搭載する他のセパレータ4は、セパレータ成型部9を含んでいてもよい。
【0048】
以上説明したような本発明の実施形態によれば、以下の効果を奏する。
【0049】
第1の効果としては、電極の位置ずれによる特性劣化および短絡の発生を防止することができる。セパレータ4に設けられたセパレータ成型部9により、正極2または負極3の、該電極の積層方向とは垂直な方向への移動を規制している電極積層構造(図3、4参照)にされているからである。
【0050】
第2の効果としては、電極とセパレータの積層を完了した後に電極とセパレータとの位置ずれを防止する目的で実施されていたテープ貼り等の電極固定工程を削減することができる。電極積層体の内部での正極2または負極3の移動がセパレータ4のセパレータ成型部9によって既に規制されているからである。
【0051】
第3の効果としては、セパレータ成型部9を含むセパレータ4、もしくは、2枚のセパレータ4で袋詰めされた電極を用いて電極積層体の作製を行うことにより、一の電極と一のセパレータを積層する度に電極とセパレータの相対位置を固定することが可能となる。よって、電極の位置ずれおよび短絡の発生を確実に防止することができる。
【0052】
第4の効果としては、セパレータ4をステージ7に搬送して吸着搬送機構16に、積層されたセパレータ4のセパレータ成型部9どうしを接合する接合機構17を装備したことで、ステージ7でのセパレータ4の積層と同時にセパレータ成型部9の接合を実施することができる。そのため、電極積層体の作製時間を短縮することが可能である。
【符号の説明】
【0053】
1 電極積層体
2 正極
3 負極
4 セパレータ
5 接合部
7、8 ステージ
9 セパレータ成型部
10 正極原反
11 負極原反
12 セパレータ原反
13 セパレータ押さえ部材
14 セパレータ成型機構
15、16 吸着搬送機構
17 接合機構
【技術分野】
【0001】
本発明は、積層された電極対を有する電気化学デバイスに関し、特に電極積層型電池を構成する電極積層体、および、該電極積層体の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
携帯用電子機器の普及に伴い、小型、軽量で薄く、なおかつ長時間の連続稼働が可能なリチウム二次電池等の電気化学デバイスが求められている。従来の二次電池は金属の外装缶を使用していた。しかし最近、金属の外装缶に替えて、薄くて軽いフィルムの外装体を用いることによって、電池重量を減らし、電子機器設計の自由度を増大させることが可能になっている。このような電池に使用される外装体は、主に複数の樹脂をアルミ箔にラミネートしたフィルムであり、このアルミラミネートフィルムを使用することで、従来の金属外装缶を用いた電池よりも薄く、軽くすることができる。
【0003】
外装体に収納する電極群を作製する方法として、帯状の電極を捲回する方法と多枚数の電極を積層する方法がある。
【0004】
前者の捲回法は円筒型電池の発展型として設備をそのまま流用できるが、電池の形状に制限があり、立方体、直方体や円柱型以外の形の電池を作ることが困難である。また、薄形電池を作ろうとした場合、捲回の際に電極にクラックが発生したり、切れたりする可能性があるため、厚く密度の高い電極が使用できず、エネルギー密度の面で不利である。
【0005】
後者の積層法は電池の形状が比較的自由にでき、また、巻く必要がないため厚く密度の高い電極が使用でき、より薄く、よりエネルギー密度の高い電池を作ることが可能である。また、積層法は正極と負極の面積比を一定できるというメリットがある。しかし、積層構造自体には電極とセパレータの位置を固定する機構がないため、位置ずれや短絡が発生する要因となっていた。このような電極の位置ずれや短絡は電池の特性劣化や故障の原因となりうる。そのため、電極の積層時に、例えば電極にテープを貼って位置ずれを防止する方法がとられている。
【0006】
また、積層法で位置ずれや短絡が発生しづらい電池を設計するため、数々の提案がなされている。その一つに袋工法がある。特開平6−36801号公報,特開平9−213377号公報及び特開平10−55795号公報などで開示されているように、一般的には二枚のセパレータの間に電極を挟み、続いて、両セパレータの周辺部を熱融着して袋詰め状の電極を作製する。次に、この袋詰め状の電極を積層して、金属缶または外装体に収納し電池としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開平6−36801号公報
【特許文献2】特開平9−213377号公報
【特許文献3】特開平10−55795号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、従来の工法においては、以下の問題がある。
【0009】
その問題点とは、電極とセパレータを交互に積層する従来の工法においては、電池特性の劣化や、短絡が発生しやすいことである。この原因は、各層を積層する工程において電極とセパレータの相対位置を固定する機構を持たないことに起因する。その理由は、電極とセパレータの位置ずれが発生し、正極と負極の正対面積の低下により電池特性が劣化する、もしくは、その位置ずれにより電極同士が接触し短絡するためである。
【0010】
また、上記問題点を解決するために、従来、一方の電極(例えば正極)をセパレータで袋状に覆いそれを他方の電極(例えば負極)と交互に積層する工法が考案されている。しかし、この工法においても、位置ずれや短絡の発生は完全には解決されていない。その原因は、袋状に覆われた電極を積層する工程において、セパレータで袋状に覆った電極と該セパレータとの相対位置を固定する機構を持たない、ことに起因する。
【0011】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、電極とセパレータを積層する電極積層構造において、電極とセパレータの位置ずれおよび、電極同士の短絡の発生を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明は、複数の電極を該電極の間にセパレータを配して積層してなる電極積層体を含む電極積層型電池の前記電極積層体に係るものである。その一態様では、各セパレータの少なくとも片側面に、電極の積層方向に突出する凸部が設けられており、該凸部は、電極の積層方向とは垂直な方向に関して前記電極の移動を規制している。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、複数の電極を該電極の間にセパレータを配して積層してなる、電極積層型電池の電極積層体において、該セパレータに設けられた凸部によって該電極の移動を該電極の積層方向とは垂直な方向に関して規制しているため、電極の位置ずれによる特性劣化および短絡の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】電極積層型電池に用いられる本発明の電極積層体の一例を示す斜視図。
【図2】図1の電極積層体の構成要素を示した分解図。
【図3】正極、負極、およびセパレータを積層し、隣接するセパレータの周辺部を接合した状態の電極積層体の断面を示した図。
【図4】接合される各セパレータの周辺部の構成例を示す平面図。
【図5】本実施例の電池を構成する電極積層体の組立フローを示す図。
【図6】本実施例による電極積層体を所定の位置で組立てる際に正極、負極、およびセパレータを該位置に供給する態様を示した図。
【図7】本実施例の、セパレータ成型部が設けられたセパレータの断面構造を示す図。
【図8】本実施例におけるセパレータ成型部の作製方法および作製装置を示す図。
【図9】本実施例における、セパレータ成型部が設けられた複数のセパレータ、複数の正極、および複数の負極を用いて電極積層体を製造する方法、および電極積層体の製造装置を示す図。
【図10】本発明の電池に用いられる電極積層体の製造方法および製造装置の別の例(袋詰めされた電極構造を用いた電極積層体)を説明するための図。
【図11】本発明の電池に用いられる電極積層体の製造方法および製造装置の別の例(袋詰めされた電極構造を用いた電極積層体)を説明するための図。
【図12】本発明の電池に用いられる電極積層体の製造方法および製造装置の別の例(袋詰めされた電極構造を用いた電極積層体)を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【0015】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0016】
図1は本発明の電極積層型電池における電極積層体の一例を示す斜視図である。図2は図1の電極積層体の構成要素を示した分解図である。
【0017】
本実施例の電池を構成する図1の電極積層体1は、図2に示すように四角形の平板状の正極2、負極3、およびセパレータ4が積層されてなる。セパレータ4は正極2と負極3の間を仕切るように配置されており、図2では、下から正極2、セパレータ4、負極3、セパレータ4、正極2、セパレータ4、負極3という順番で、それらが上下方向に積み重ねられている。正極2と負極3の短絡を防止するために、セパレータ4は正極2および負極4よりも大きな外形を有することが一般的である。 またセパレータ4は熱可塑性樹脂からなる。
【0018】
図3は、このように正極2、負極3、およびセパレータ4を積層し、隣接するセパレータ4の周辺部を接合した状態の電極積層体1の断面を示している。この図において、正極2および負極3はセパレータ4でそれぞれ仕切られた状態で対面している。全てのセパレータ4は、各セパレータ4の周辺部にて互いに接合されており、こうして出来た接合部5によって、全セパレータ4の接合後の態様は、図3のような断面で見て梯子状に成っている。
【0019】
図4には、各セパレータ4の接合における周辺部の構成例が示されている。この図のように、各セパレータ4の、接合部5にされる周辺部の一部には、セパレータ4自体を成型してなるセパレータ成型部9が設けられている。セパレータ成型部9は正極2(又は負極3)の、電極積層方向とは垂直な方向の移動を規制する形状を有する。本例のセパレータ成型部9は、四角形の正極2(又は負極3)の四隅の角を成す2辺に沿った平面視L字形の凸条部になっている。尚、セパレータ成形部9の形状については点、線、その他任意に設定することが可能であり、その位置についても任意に設定することが可能である。
【0020】
本発明では、セパレータ成型部9が設けられた各セパレータ4の周辺部どうしを接合することで、袋状に覆われた電極を作製している。
【0021】
次に、本発明による電極積層体1の製造方法について詳述する。
【0022】
図5は、電極積層体1の組立フローを示す図である。この図に示すように、正極2の上に既に搭載されたセパレータ4の上に、負極3を搭載し、この上にセパレータ4を搭載し、さらに、この上に正極2を搭載することで、1組の電極対が得られる。このような積層を繰り返して複数組の電極対を構成することによって、電極積層体1の構造が得られる。
【0023】
図6には、電極積層体1を所定の位置で組立てる際に電極(正極2と負極3)およびセパレータ4を該位置に供給する態様が示されている。この図のように、正極2、負極3、およびセパレータ4は、帯状に連続する正極2を捲回してなる正極原反10、帯状に連続する負極3を捲回してなる負極原反11、および帯状に連続するセパレータ4を捲回してなるセパレータ原反12よりそれぞれ切り出されて供給される。供給された正極2、負極3、およびセパレータ4は、図5の工程フローを経て、図1に示す電極積層体1にされる。
【0024】
図7に、前述したセパレータ成型部9が設けられたセパレータ4の断面構造を示す。セパレータ4の周辺部の一部にはセパレータ成型部9(図4)が設けられている。セパレータ成型部9は、セパレータ原反12から切り出されたセパレータ4の周辺部の一部を熱圧着法で成型することによって形成されたものである。
【0025】
セパレータ成型部9は、図4に例示したように四角形の正極2(又は負極3)の四隅の角を成す2辺に沿ったL字形に形成されており、これによって、正極2又は負極3の、電極積層方向とは垂直な方向への移動を規制することが可能となっている。セパレータ成型部9の、電極積層方向の厚さは、正極1や負極2の厚さと等しくなっていることが望ましい。
【0026】
図8に、セパレータ成型部9の作製方法および作製装置を示す。
【0027】
セパレータ成型部9の作製する際、まず、図8(a)に示すように、積層ステージ8の上面にセパレータ4を搭載する。そして、図8(b)に示すように、積層ステージ8の上面に対して垂直な方向にて、セパレータ4を、セパレータ押さえ部材13で積層ステージ8の上面に押さえつける。
【0028】
続いて、図8(c)に示すように、セパレータ成型機構14が駆動される。セパレータ成型機構14は積層ステージ8の上面に沿って移動可能に設けられており、セパレータ成型機構14は、セパレータ成型機構14自身の内側面とセパレータ押さえ部材13の外周端面との間に、セパレータ成型部9を形成するための空間を確保できるようになっている。そして、駆動されたセパレータ成型機構14とセパレータ押さえ部材13の間に位置するセパレータ4の周辺部を、熱圧着手段によって成型し、セパレータ成型部9を形成する。この熱圧着手段はセパレータ成型機構14に設けられることが好ましく、例えばヒータが内部に配置された金属ブロックである。
【0029】
最後に、セパレータ押さえ部材13とセパレータ成型機構14が退避することによって、セパレータ成型部9が設けられたセパレータ4が完成する。
【0030】
尚、セパレータ押さえ部材13およびセパレータ成型機構14は、セパレータ成型部9が電極積層方向とは垂直な方向に関して正極2(又は負極3)の移動を規制する形状(図4参照)となるように、設定されていることが望ましい。
【0031】
さらに、セパレータ成型部9が設けられた複数のセパレータ4、複数の正極2、および複数の負極3を用いて電極積層体1を製造する方法、および電極積層体1の製造装置について図9を基に述べる。
【0032】
まず、セパレータ成型部9が設けられたセパレータ4を、吸着搬送機構16を用いて搬送してステージ7の上面に搭載する。そして、このセパレータ4の上に、図9(a)に示すように、吸着搬送機構16を用いて負極3を搭載する。このとき、負極3は、セパレータ4に沿った方向の移動がセパレータ成型部9によって規制される。その後、セパレータ4に積層された負極3の上に、吸着搬送機構16を用いて、セパレータ成型部9が設けられた他のセパレータ4を搭載する(図9(b))。この際、他のセパレータ4の、セパレータ成型部9が設けられていない側の面が負極3に接触させられる。それから、吸着搬送機構16に装備されている接合機構17を用いて、重ねられたセパレータ成型部9同士を加熱し接合することで、図9(c)に示すように接合部5が形成される。再び吸着搬送機構16を用いて、他のセパレータ4の上に、図9(d)〜(f)に示すように正極2を搭載する。尚、接合機構17はセパレータを熱で接合するための熱圧着手段を含むものである。また、一のセパレータ4の上に他のセパレータ4を積層する際にセパレータ同士の位置合わせが容易になるように、上下に位置するセパレータ成型部9が互いに嵌まり合う形状にされていることが望ましい。例えば、セパレータ成型部9の上面に凹部を形成し、該凹部に嵌合する凸部をセパレータ成型部9の下面に形成する。
【0033】
以上の作業を正極2および負極3に対して交互に繰り返すことで、図3に示したように梯子状の断面形状を持つセパレータ構造が得られる。つまり、図3の構造は、片側面におけるセパレータ成型部9の内側に正極1もしくは負極が配置された複数のセパレータ4を、セパレータ成型部9同士を接合して接合部12を形成しながら積層することにより形成される。
【0034】
また、上記した電極積層体1の製造方法および製造装置に替えて、図10〜図12に示すような態様であってもよい。すなわち、一方の電極(例えば正極)をセパレータで袋状に覆いそれを他方の電極(例えば負極)と交互に積層することで電極積層体1を作製する場合において本発明を適用することができる。
【0035】
図10に、電極をセパレータで袋詰めにした構造を示す。この構造は、負極3(もしくは正極2)をセパレータ4およびセパレータ成型部9で覆って袋詰めにした構造である。電極を挟んで対向するセパレータ4は、電極積層方向の厚みが電極と等しいセパレータ成型部9において接合されていることが望ましい。また、セパレータ成型部9は、電極積層方向とは垂直な方向に関して正極2(又は負極3)の移動を規制する形状(図4参照)になっていることが望ましい。
【0036】
図11に、図10の袋詰め状の電極構造を作製する作製方法および作製装置を示す。まず、セパレータ成型部9が設けられたセパレータ4を、図8に示したように作製する。その後、ステージ8において、セパレータ4の上に、図11(a)に示すように、負極3を搭載する。このとき、負極3は、セパレータ4に沿った方向への移動がセパレータ成型部9によって規制されている。次に、セパレータ成型部9で移動が規制された負極3の上に、他のセパレータ4を、吸着搬送機構15を用いて搭載する(図11(b))。その後、図11(c)に示すように、セパレータ成型機構14の熱圧着手段(不図示)を用いて、負極3を挟むセパレータ4同士を接合する。最後に、セパレータ成型機構14と吸着搬送機構15が退避することによって、図10に示したような袋詰め状の電極構造が形成される(図11(d))。
【0037】
さらに、正極2または負極3を袋詰めしてなる電極構造、複数の正極2、および複数の負極3を用いて電極積層体1を製造する方法、および電極積層体1の製造装置について図12を基に述べる。
【0038】
まず、袋詰めされた負極3をステージ7の上面に搭載する。そして、この袋詰めされた負極3の上に正極2を搭載する。続いて、この正極2の上に、図12(a)〜(b)に示すように吸着搬送機構16を用いて、他の袋詰めされた負極3を積層する。その際に、吸着搬送機構16に装備されている接合機構17を用いて、重ねられたセパレータ成型部9同士を加熱し接合することで、図12(c)に示すように接合部5が形成される。
【0039】
なお、袋詰めされた二つの負極3を正極2を介して積層した状態において、セパレータ成型部9同士はその正極2の厚さ分だけ接触せず、ギャップが生じている。しかし、セパレータ成型部9の厚さを電極積層方向に十分に厚くしておくことにより、接合機構17によってセパレータ成型部9が加熱された際に軟化もしくは溶融し、セパレータ成型部9同士のギャップを埋めて接合部5を形成することが可能である。
【0040】
以上の動作を正極2および負極3に対して交互に繰り返すことでセパレータ梯子成型構造が形成される。
【0041】
以上、本発明の実施形態を示して図とともに説明したが、本発明は、図に示した形態に限定されず、その他の形態についても、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で含まれるものである。
【0042】
したがって、正極2および負極3はセパレータ4を挟んで交互に対面するように積層されればよく、積層の順序は入れ替わってもよい。
【0043】
セパレータ成型部9を接合するための接合機構17は、吸着搬送機構16に連結されてもステージ7に連結されていてもよく、また、それらとは独立に駆動されても良い。
【0044】
接合機構17は熱圧着手段を含むものでなく、例えば接着剤を塗布して部材同士を接合するような別の手段を含んでいてもよい。
【0045】
接合機構17を、積層中の正極2、負極3およびセパレータ4をステージ7に固定する押さえとして機能させてもよい。
【0046】
袋詰め状の電極構造で、セパレータ4に袋詰めされる電極は、正極1および負極2のどちらでもよい。
【0047】
袋詰め状の電極構造を形成する際(図11参照)に、セパレータ成型部9を含むセパレータ4上に電極を介して搭載する他のセパレータ4は、セパレータ成型部9を含んでいてもよい。
【0048】
以上説明したような本発明の実施形態によれば、以下の効果を奏する。
【0049】
第1の効果としては、電極の位置ずれによる特性劣化および短絡の発生を防止することができる。セパレータ4に設けられたセパレータ成型部9により、正極2または負極3の、該電極の積層方向とは垂直な方向への移動を規制している電極積層構造(図3、4参照)にされているからである。
【0050】
第2の効果としては、電極とセパレータの積層を完了した後に電極とセパレータとの位置ずれを防止する目的で実施されていたテープ貼り等の電極固定工程を削減することができる。電極積層体の内部での正極2または負極3の移動がセパレータ4のセパレータ成型部9によって既に規制されているからである。
【0051】
第3の効果としては、セパレータ成型部9を含むセパレータ4、もしくは、2枚のセパレータ4で袋詰めされた電極を用いて電極積層体の作製を行うことにより、一の電極と一のセパレータを積層する度に電極とセパレータの相対位置を固定することが可能となる。よって、電極の位置ずれおよび短絡の発生を確実に防止することができる。
【0052】
第4の効果としては、セパレータ4をステージ7に搬送して吸着搬送機構16に、積層されたセパレータ4のセパレータ成型部9どうしを接合する接合機構17を装備したことで、ステージ7でのセパレータ4の積層と同時にセパレータ成型部9の接合を実施することができる。そのため、電極積層体の作製時間を短縮することが可能である。
【符号の説明】
【0053】
1 電極積層体
2 正極
3 負極
4 セパレータ
5 接合部
7、8 ステージ
9 セパレータ成型部
10 正極原反
11 負極原反
12 セパレータ原反
13 セパレータ押さえ部材
14 セパレータ成型機構
15、16 吸着搬送機構
17 接合機構
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の電極をそれぞれセパレータの間に配して積層してなる電極積層体を含む電極積層型電池の前記電極積層体であって、
前記各セパレータの少なくとも片側面に、前記電極の積層方向に突出する凸部が設けられており、該凸部は、前記電極の積層方向とは垂直な方向に関して前記電極の移動を規制していることを特徴とする電極積層体。
【請求項2】
請求項1に記載の電極積層体において、
前記セパレータの前記凸部が設けられた部分が、前記セパレータを積層した際に互いに嵌まり合う形状になっていることを特徴とする電極積層体。
【請求項3】
請求項1または2に記載の電極積層体であって、
前記セパレータの前記凸部によって前記電極の移動を規制した状態で、前記電極の積層方向に隣り合う前記セパレータが前記凸部の位置で互いに接合されていることを特徴とする電極積層体。
【請求項4】
請求項1から3のいずれか1項に記載の電極積層体であって、
前記凸部は前記セパレータの一部を用いて形成されていることを特徴とする電極積層体。
【請求項5】
請求項1から4のいずれか1項に記載の電極積層体であって、
前記電極の積層方向における前記凸部の厚さが前記電極の厚さと等しいことを特徴とする電極積層体。
【請求項6】
複数の電極をそれぞれセパレータの間に配して積層してなる電極積層体を含む電極積層型電池の前記電極積層体を製造する方法であって、
前記各セパレータの一部を成型して、前記各セパレータの片側面に、前記電極の積層方向とは垂直な方向に関して前記電極の移動を規制するための凸部を形成する工程と、
一の前記セパレータの片側面に前記電極を搭載しつつ、該電極の移動を前記凸部によって前記電極の積層方向とは垂直な方向に関して規制する工程と、
一の前記セパレータに搭載された前記電極の上に、他の前記セパレータを搭載する工程と、
前記一のセパレータと前記他のセパレータを前記凸部の位置で互いに接合する工程と、を含む、電極積層体の製造方法。
【請求項7】
請求項6に記載の電極積層体の製造方法であって、
一の前記セパレータに搭載された前記電極の上に、他の前記セパレータを搭載する工程と同時に、前記一のセパレータと前記他のセパレータを前記凸部の位置で接合する工程を行うことを特徴とする、電極積層体の製造方法。
【請求項8】
複数の電極をそれぞれセパレータの間に配して積層してなる電極積層体を含む電極積層型電池の前記電極積層体を製造する方法であって、
一の前記セパレータの一部を成型して、一の前記セパレータの片側面に、前記電極の積層方向とは垂直な方向に関して前記電極の移動を規制するための凸部を形成する工程と、
前記一のセパレータの片側面に前記電極を搭載しつつ、該電極の移動を前記凸部によって前記電極の積層方向とは垂直な方向に関して規制した後、該電極の上に他の前記セパレータを搭載して前記一のセパレータの前記凸部と接合することにより、袋詰めされた電極を複数作製する工程と、
一の前記袋詰めされた電極の上に、袋詰めされていない前記電極を介して、他の前記袋詰めされた電極を搭載する工程と、
前記一の袋詰めされた電極を構成している前記セパレータと前記他の袋詰めされた電極を構成している前記セパレータとを前記凸部の位置で互いに接合する工程と、を含む、電極積層体の製造方法。
【請求項9】
請求項8に記載の電極積層体の製造方法であって、
一の前記袋詰めされた電極の上に、袋詰めされていない前記電極を介して、他の前記袋詰めされた電極を搭載する工程と同時に、
前記一の袋詰めされた電極を構成している前記セパレータと前記他の袋詰めされた電極を構成している前記セパレータとを前記凸部の位置で互いに接合する工程を行うことを特徴とする、電極積層体の製造方法。
【請求項10】
請求項6から9のいずれか1項に記載の電極積層体の製造方法であって、
前記セパレータどうしの接合は、熱圧着もしくは接着剤の塗布によって行われることを特徴とする電極積層体の製造方法。
【請求項1】
複数の電極をそれぞれセパレータの間に配して積層してなる電極積層体を含む電極積層型電池の前記電極積層体であって、
前記各セパレータの少なくとも片側面に、前記電極の積層方向に突出する凸部が設けられており、該凸部は、前記電極の積層方向とは垂直な方向に関して前記電極の移動を規制していることを特徴とする電極積層体。
【請求項2】
請求項1に記載の電極積層体において、
前記セパレータの前記凸部が設けられた部分が、前記セパレータを積層した際に互いに嵌まり合う形状になっていることを特徴とする電極積層体。
【請求項3】
請求項1または2に記載の電極積層体であって、
前記セパレータの前記凸部によって前記電極の移動を規制した状態で、前記電極の積層方向に隣り合う前記セパレータが前記凸部の位置で互いに接合されていることを特徴とする電極積層体。
【請求項4】
請求項1から3のいずれか1項に記載の電極積層体であって、
前記凸部は前記セパレータの一部を用いて形成されていることを特徴とする電極積層体。
【請求項5】
請求項1から4のいずれか1項に記載の電極積層体であって、
前記電極の積層方向における前記凸部の厚さが前記電極の厚さと等しいことを特徴とする電極積層体。
【請求項6】
複数の電極をそれぞれセパレータの間に配して積層してなる電極積層体を含む電極積層型電池の前記電極積層体を製造する方法であって、
前記各セパレータの一部を成型して、前記各セパレータの片側面に、前記電極の積層方向とは垂直な方向に関して前記電極の移動を規制するための凸部を形成する工程と、
一の前記セパレータの片側面に前記電極を搭載しつつ、該電極の移動を前記凸部によって前記電極の積層方向とは垂直な方向に関して規制する工程と、
一の前記セパレータに搭載された前記電極の上に、他の前記セパレータを搭載する工程と、
前記一のセパレータと前記他のセパレータを前記凸部の位置で互いに接合する工程と、を含む、電極積層体の製造方法。
【請求項7】
請求項6に記載の電極積層体の製造方法であって、
一の前記セパレータに搭載された前記電極の上に、他の前記セパレータを搭載する工程と同時に、前記一のセパレータと前記他のセパレータを前記凸部の位置で接合する工程を行うことを特徴とする、電極積層体の製造方法。
【請求項8】
複数の電極をそれぞれセパレータの間に配して積層してなる電極積層体を含む電極積層型電池の前記電極積層体を製造する方法であって、
一の前記セパレータの一部を成型して、一の前記セパレータの片側面に、前記電極の積層方向とは垂直な方向に関して前記電極の移動を規制するための凸部を形成する工程と、
前記一のセパレータの片側面に前記電極を搭載しつつ、該電極の移動を前記凸部によって前記電極の積層方向とは垂直な方向に関して規制した後、該電極の上に他の前記セパレータを搭載して前記一のセパレータの前記凸部と接合することにより、袋詰めされた電極を複数作製する工程と、
一の前記袋詰めされた電極の上に、袋詰めされていない前記電極を介して、他の前記袋詰めされた電極を搭載する工程と、
前記一の袋詰めされた電極を構成している前記セパレータと前記他の袋詰めされた電極を構成している前記セパレータとを前記凸部の位置で互いに接合する工程と、を含む、電極積層体の製造方法。
【請求項9】
請求項8に記載の電極積層体の製造方法であって、
一の前記袋詰めされた電極の上に、袋詰めされていない前記電極を介して、他の前記袋詰めされた電極を搭載する工程と同時に、
前記一の袋詰めされた電極を構成している前記セパレータと前記他の袋詰めされた電極を構成している前記セパレータとを前記凸部の位置で互いに接合する工程を行うことを特徴とする、電極積層体の製造方法。
【請求項10】
請求項6から9のいずれか1項に記載の電極積層体の製造方法であって、
前記セパレータどうしの接合は、熱圧着もしくは接着剤の塗布によって行われることを特徴とする電極積層体の製造方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2012−209072(P2012−209072A)
【公開日】平成24年10月25日(2012.10.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−72752(P2011−72752)
【出願日】平成23年3月29日(2011.3.29)
【出願人】(000004237)日本電気株式会社 (19,353)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年10月25日(2012.10.25)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年3月29日(2011.3.29)
【出願人】(000004237)日本電気株式会社 (19,353)
【Fターム(参考)】
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