JP2002157990A

JP2002157990A - 電池用セパレータおよびそれを用いた電極群

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Publication number: JP2002157990A
Application number: JP2000354557A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamamura; 隆山村; Akira Otani; 彰大谷; Satoshi Uda; 敏宇田; Nobuyasu Morishita; 展安森下; Munehisa Ikoma; 宗久生駒; Masayoshi Iwase; 正宜岩瀬; Toshiyuki Sekimori; 俊幸関森
Original assignee: Nitto Denko Corp; Toyota Motor Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Nitto Denko Corp; Toyota Motor Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-11-21
Filing date: 2000-11-21
Publication date: 2002-05-31
Anticipated expiration: 2020-11-21
Also published as: JP4880113B2

Abstract

(57)【要約】【課題】製造効率に優れた電極群の製造方法を提供す
る。【解決手段】超高分子量ポリエチレン多孔性シート
を、その長手方向に屈曲してプリーツ状に加工して電池
用セパレータ１を作製する。前記電池用セパレータの一
面の各凹部に正極または負極を配置し、その他面の各凹
部に負極または正極を配置する。この配置において、集
電部は、前記凹部から突出するようにし、また電極のそ
の他の部分が前記電池用セパレータからはみ出ないよう
にする。そして、前記電池用セパレータをその長手方向
に圧縮し、幅方向の両縁部を加熱溶融して封止すること
により電極群を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池用セパレータ
およびそれを用いた電極群に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、二次電池としては、ニッケルカド
ミウム電池が主流であったが、高容量で安全性が高く、
しかもカドミウムを使用しないという理由から、ニッケ
ル水素電池が、それに代わりつつある。特に、ニッケル
水素電池は、円筒型や角型の小型二次電池として、携帯
電話、ノートブック型パソコン等に汎用されている。ま
た、ニッケル水素電池は、体積エネルギー密度が高いこ
とから、電気自動車用電池（走行用電池）や電力貯蔵用
二次電池としての使用が期待されている。

【０００３】電池では、正極および負極の短絡を防止す
るために、前記両極間に電池用セパレータを介在させて
いる。前記電池用セパレータの使用方法としては、例え
ば、シート状正極または負極の上にシート状電池用セパ
レータを積層し、この上にシート状負極または正極を積
層し、さらにこの上にシート状電池用セパレータを積層
し、この４層のシート状積層体を捲回し、この捲回体を
電池缶に挿入する方法がある。この他に、袋状の電池用
セパレータに、その集電部が露出する状態で正極または
負極を挿入し、この袋と袋の間に、前記袋に挿入された
電極とは異なる電極を配置して積層し、電極群を構成す
るという方法もある。このなかで、大型電池の場合は、
電池体積を小さくできるという理由から、前記捲回体よ
りも前記電極群の方が適している。

【０００４】前記袋状電池用セパレータは、通常、シー
ト状電池用セパレータを折り曲げて、開口部を残しその
縁部をヒートシールすることにより作製できるが、この
作業は、極めて煩雑である。また、電極を袋状電池用セ
パレータに挿入する作業や、２つの袋状電池用セパレー
タの間に電極を挟み、これらを積層する工程も煩雑な工
程である。このため、電極群の生産効率は、極めて低
く、特に大型電池では、多数の電極群を必要とするた
め、この電極群に起因する生産性の問題とコストの問題
があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、電極群を効率良く製造できる電池用セパレータ、そ
れを用いた電極群を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の電池用セパレータは、プリーツ状に屈曲し
た形状を有するという構成である。このような形状の本
発明の電池用セパレータを用いれば、後述のように、簡
単に電極群を製造できる。

【０００７】前記プリーツ形状を好ましく維持でき、ま
た本発明の電極群の製造時において必要となる剛性を有
するという理由から、本発明の電池用セパレータは、超
高分子量ポリオレフィンから形成されていることが好ま
しい。特に好ましくは、超高分子量ポリオレフィン粒子
が相互に連結し、前記粒子間の空隙により多孔構造が形
成された電池用セパレータである。なお、従来、アルカ
リ二次電池の電池用セパレータとして使用されていたポ
リオレフィン繊維不織布は、プリーツ状に加工すること
ができず、加工してもその直後にプリーツ形状を消失
し、また剛性も低い。前記超高分子量ポリオレフィンと
しては、例えば、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＰＥ）
または超高分子量ポリプロピレンがあるが、粘度平均分
子量が５０万以上のＵＨＰＥが好ましく、特に好ましく
は、粘度平均分子量が５０万〜１６００万の範囲のＵＨ
ＰＥである。本発明の電池用セパレータは、アルカリ二
次電池に使用することが好ましい。

【０００８】つぎに、本発明の電極群は、プリーツ状に
屈曲された電池用セパレータの一面の凹部に一方の電極
（正極または負極）が配置され、前記電池用セパレータ
の他面の凹部に他方の電極（負極または正極）が配置さ
れているという構成である。

【０００９】このような構成の本発明の電極群は、袋状
電池用セパレータを使用した従来の電極群に比べ、効率
良く生産できる。

【００１０】本発明の電極群において、電池用セパレー
タの凹部への前記電極の配置が、前記電極の集電部が前
記凹部から突出し、かつ前記電極のその他の部分が前記
電池用セパレータからはみ出ない状態での配置であるこ
とが好ましい。また、前記電池用セパレータの各凹部の
折り目方向両端が封止されていることが好ましい。前記
両端が封止されていれば、正極および負極が固定され、
信頼性に優れるようになる。また、前述と同様の理由に
より、前記電池用セパレータは、超高分子量ポリオレフ
ィンで形成されていることが好ましく、これの好ましい
例は前述と同様である。また、本発明の電極群は、アル
カリ二次電池に使用することが好ましい。

【００１１】つぎに、本発明の電極群の製造方法は、プ
リーツ状に屈曲している電池用セパレータを準備する工
程と、前記電池用セパレータの一面の凹部に一方の電極
を配置し、前記電池用セパレータの他面の凹部に他方の
電極を配置する工程とを有する方法である。

【００１２】このように、プリーツ状に屈曲した電池用
セパレータを用いれば、その凹部に電極を挿入すること
により、電極群が簡単に製造できる。

【００１３】本発明の電極群の製造方法は、前記電池用
セパレータの各凹部の折り目方向両端を封止する工程を
有することが好ましい。また、本発明の電極群の製造方
法は、プリーツ状に屈曲している前記電池用セパレータ
の各凹部の折り目方向一端を封止し、他端を広げる工程
を有していてもよい。このようにすると、電池用セパレ
ータの広がった方向から電極を容易に挿入することがで
き、生産効率がさらに良くなる。

【００１４】また、前記電池用セパレータの一面の凹部
に一方の電極を配置し、前記電池用セパレータの他面の
凹部に他方の電極を配置する工程において、前記両電極
を、前記電極の集電部が前記凹部から突出し、かつ前記
電極のその他の部分が前記電池用セパレータからはみ出
ない状態で配置することが好ましい。

【００１５】つぎに、本発明の電池は、電極群として、
前記本発明の電池を有する。前述のように、本発明の電
極群は、生産効率が高いため、これを用いれば、電池の
生産効率の向上およびコストの低減に寄与できる。な
お、本発明の電池は、アルカリ二次電池であることが好
ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の電極群は、例えば、以下
に示すようにして製造できる。

【００１７】まず、図１に示すようなプリーツ状に屈曲
した形状の電池用セパレータ１を準備する。この電池用
セパレータは、例えば、つぎのようにして作製できる。

【００１８】まず、超高分子量ポリオレフィン粉末を加
熱焼結して焼結体を作製し、この焼結体を切削旋盤等で
切削して多孔性シートを製造する。この多孔性シートで
は、複数の超高分子量ポリオレフィン粒子が相互に連結
し、前記粒子間の空隙により多孔構造が形成されてい
る。前記超高分子量ポリオレフィン粉末の平均粒径は、
特に制限されないが、例えば、１０〜２００μｍの範囲
である。また、前記加熱焼結は、予め、減圧した状態に
超高分子量ポリオレフィン粉末を置き、ここに前記超高
分子量ポリオレフィンの融点以上に加熱された水蒸気を
導入することによって行うことが好ましい。前記加熱焼
結温度は、例えば、１３０〜２００℃の範囲である。前
記多孔性シートは、帯状に成形するが、その幅は、電極
幅よりも大きくする。また、その全長は、配置する電極
数等により適宜決定される。

【００１９】前記多孔性シートにおいて、例えば、気孔
率は２０〜９０体積％の範囲であり、ＪＩＳＰ８１
１７に従って測定される通気度は２０ｓｅｃ／１００ｍ
ｌ以下であり、好ましくは、気孔率は３０〜７０体積％
の範囲であり、前記通気度は０．１〜２０ｓｅｃ／１０
０ｍｌの範囲である。前記気孔率（体積％）は、前記多
孔性シートの片面の面積Ｓ、厚みｄおよび重量ｍと、前
記超高分子量ポリオレフィンの比重ｒとから、下記の式
（数１）により算出できる。また、前記多孔性シート
は、プリーツ加工における折り目部分に割れを生じたり
すると、これが短絡の原因となるから、十分な強度を有
することが好ましく、例えば、長手方向の引張強度が
４．９ＭＰa（５０ｋｇ／ｃｍ²）以上であることが好ま
しく、特に好ましくは長手方向の引張強度が７．８４〜
２９．４ＭＰa（８０〜３００ｋｇ／ｃｍ²）の範囲であ
る。

【００２０】（数１）気孔率（体積％）＝［１−（（ｍ／ｒ）／（Ｓ×
ｄ））］×１００

【００２１】つぎに、前記多孔性シートを、プリーツ状
に加工し、これを電池用セパレータとする。前記プリー
ツ加工は、通常のプリーツ加工機を用いて実施できる。
この時の折幅は、電極の集電部が突出するように、電極
の高さ（全長）よりも小さくする。

【００２２】つぎに、図２に示すように、前記プリーツ
状に屈曲した電池用セパレータ１の一面の各凹部に負極
２を、その集電部２ａが前記凹部から突出し、かつ前記
負極２が前記電池用セパレータ１の幅方向にはみ出ない
状態で配置する。同様に、図３に示すように、前記電池
用セパレータ１の他面の各凹部に、正極３を、その集電
部３ａが前記凹部から突出し、かつ前記正極３が前記電
池用セパレータ１の幅方向にはみ出ない状態で配置す
る。これらの電極の配置は、容易にできるので、機械に
よって実施してもよい。

【００２３】所定枚数の電極を配置後、前記電池用セパ
レータを、その長手方向に圧縮して前記電池用セパレー
タと電極とを密着させる。そして、前記電池用セパレー
タの幅方向の両縁部を、前記超高分子量ポリオレフィン
の融点以上の温度で加熱して溶融させることにより、電
極が配置されている各凹部の折り目方向両端を封止す
る。この封止は、例えば、前記融点以上に加熱したプレ
ートに前記電池用セパレータの幅方向の両縁部を接触さ
せることにより実施できる。前記加熱温度は、例えば、
９０〜２００℃の範囲である。このようにして、目的と
する電極群を得ることができる。図４に、この電極群の
一例を示す。同図において、図１から図３と同一部分に
は同一符号を付しており、１ａは、電池用セパレータの
幅方向の一方の縁部を示す。また、前記電池用セパレー
タに電池複数個分の電極を配置し、前記電池用セパレー
タの幅方向両縁部を溶融して複数の電極群を一体として
作製し、それから、電極群ごとに切断してもよい。

【００２４】つぎに、この他の電極群の製造方法の一例
について説明する。

【００２５】前述と同様にして、プリーツ状に屈曲した
電池用セパレータを準備する。そして、この電池用セパ
レータにおいて、その幅方向の一方の縁部を溶融して各
凹部の折り目方向の一端を封止する。また、前記電池用
セパレータの幅方向の他方の縁部を広げ、前記電池用セ
パレータを扇状に広げる。このようにすれば、広げた方
から電極を容易に挿入することができる。図５に、扇状
に広げた状態の電池用セパレータ１を示す。この電池用
セパレータ１の一面の各凹部には、集電部２ａが突出し
た状態で負極２が配置されている。そして、前記電池用
セパレータの両面の各凹部に電極を配置した後、前記電
池用セパレータを、その長手方向に圧縮して扇が閉じた
状態にする。この状態で、前記電池用セパレータの幅方
向の他方の縁部を溶融して各凹部の折り目方向の他端を
封止する。このようにしても、目的とする電極群を得る
ことができる。なお、前記各溶融封止は、前述と同様の
方法により実施できる。

【００２６】このようにして得られた電極群は、通常の
方法によって電池に組み込むことができる。

【００２７】

【実施例】つぎに、実施例について比較例と併せて説明
する。

【００２８】（実施例１）ＵＨＰＥ粉末（粘度平均分子
量５００万、融点１３５℃、平均粒径１５０μｍ、メッ
シュ分級品）を保形具に充填した。この保形具は、金属
製円筒状金型と、この金型の底部に配置され、これを固
定する固定型とから構成される。前記金属製円筒状金型
は、多数の孔を有し、またその内周面には、ポリテトラ
フルオロエチレン多孔質フィルムが貼着されている。こ
の保形具を、金属製耐熱耐圧容器（水蒸気の導入管とそ
の開閉バルブを備える）に入れ、真空ポンプにより内部
雰囲気圧を１０Ｔｏｒｒとした。この時要した時間は３
０分であった。そして、真空ポンプを停止後、前記バル
ブを開き、水蒸気（温度１６０℃、圧力０．４９ＭＰａ
（５ｋｇ／ｃｍ²））を導入し、このまま１時間加熱焼
結した後、冷却し、円柱状のＵＨＰＥ多孔質体を得た。
この多孔質体を切削旋盤により厚み１７５μｍのシート
状に切削し、気孔率５７体積％のＵＨＰＥ多孔性シート
を得た。このＵＨＰＥ多孔性シートを帯状にカットし、
これをプリーツ加工機によりプリーツ加工し、目的とす
る電池用セパレータを作製した。

【００２９】前記電池用セパレータにおいて、その一面
の各凹部に正極を配置し、その他面の各凹部に負極を配
置した。この時、各電極が前記電池用セパレータからは
み出ないように注意し、また各電極の集電部が前記電池
用セパレータの凹部から突出するようにした。そして、
この状態の前記電池用セパレータを、その長手方向に圧
縮し、その幅方向の両縁部を約１７０〜１８０℃に加熱
したプレートに接触させて溶融し、前記各凹部の折り目
方向両端を封止して、目的とする電極群を作製した。こ
の電極群の製造は、効率よく簡単に行うことができた。

【００３０】（実施例２）実施例１と同じ方法により、
プリーツ状に屈曲した電池用セパレータを作製した。そ
して、この電池用セパレータを長手方向に圧縮し、その
幅方向の一方の縁部を約１７０〜１８０℃に加熱したプ
レートに接触させて溶融させて各凹部の折り目方向の一
端を封止した。そして、前記電池用セパレータの幅方向
の他方を広げて扇状にし、その一面の各凹部に正極を配
置し、その他面の各凹部に負極を配置した。そして、こ
の電池用セパレータを長手方向に圧縮して扇が閉じた状
態にし、前記幅方向の他方の縁部を前述と同様にして溶
融して各凹部の折り目方向他端を封止した。このように
して、目的とする電極群を作製した。この電極群の製造
は、実施例１よりもさらに効率よく簡単に行うことがで
きた。

【００３１】（比較例１）ポリプロピレン不織布製の電
池用セパレータ（厚み約２２０μｍ、市販品）を準備し
た。これについて、実施例１と同様にしてプリーツ加工
を行ったが、プリーツ形状を保持できなかった。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、本発明の電池用セパレー
タは、その形状がプリーツ状に屈曲した形状であり、こ
れを用いれば、本発明の電極群を効率よく簡単に製造で
きる。そして、本発明の電極群を用いれば、種々の電
池、特に、多数の電極群を必要とする大型電池（例え
ば、電気自動車の走行用電池）の生産効率の向上および
コストの低減に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電池用セパレータの一例の斜視図であ
る。

【図２】前記電池用セパレータの一面の各凹部に負極を
配置した状態を示す斜視図である。

【図３】前記電池用セパレータの他面の各凹部に正極を
配置した状態を示す斜視図である。

【図４】前記電池用セパレータの各凹部の折り目方向両
端を封止した状態を示す斜視図である。

【図５】本発明の電池用セパレータのその他の例におい
て、各凹部の折り目方向の一端を封止し、他端を広げた
状態を示す斜視図である。

【符号の説明】

１電池用セパレータ１ａ電池用セパレータの幅方向の一方の縁部２負極２ａ負極の集電部３正極３ａ正極の集電部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山村隆大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号日東電工株式会社内 (72)発明者大谷彰大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号日東電工株式会社内 (72)発明者宇田敏静岡県湖西市境宿555番地パナソニックイーブイエナジー株式会社内 (72)発明者森下展安静岡県湖西市境宿555番地パナソニックイーブイエナジー株式会社内 (72)発明者生駒宗久静岡県湖西市境宿555番地パナソニックイーブイエナジー株式会社内 (72)発明者岩瀬正宜愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者関森俊幸愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 5H021 AA06 CC19 EE04 HH07 5H050 AA19 BA11 DA19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プリーツ状に屈曲した形状を有する電池
用セパレータ。
【請求項２】超高分子量ポリオレフィンから形成され
ている請求項１記載の電池用セパレータ。
【請求項３】プリーツ状に屈曲している電池用セパレ
ータの一面の凹部に一方の電極が配置され、前記電池用
セパレータの他面の凹部に他方の電極が配置されている
電極群。
【請求項４】電池用セパレータの凹部への電極の配置
が、前記電極の集電部が前記凹部から突出し、かつ前記
電極のその他の部分が前記電池用セパレータからはみ出
ない状態の配置である請求項３記載の電極群。
【請求項５】電池用セパレータの各凹部の折り目方向
両端が封止されている請求項４記載の電極群。
【請求項６】電池用セパレータが、超高分子量ポリオ
レフィンで形成されている請求項３から５のいずれか一
項に記載の電極群。
【請求項７】プリーツ状に屈曲している電池用セパレ
ータを準備する工程と、前記電池用セパレータの一面の
凹部に一方の電極を配置し、前記電池用セパレータの他
面の凹部に他方の電極を配置する工程とを有する電極群
の製造方法。
【請求項８】電池用セパレータの各凹部の折り目方向
一端を封止し、他端を広げる工程を有する請求項７記載
の電極群の製造方法。
【請求項９】電池用セパレータの各凹部の折り目方向
両端を封止する工程を有する請求項７または８記載の電
極群の製造方法。
【請求項１０】電池用セパレータの一面の凹部に一方
の電極を配置し、前記電池用セパレータの他面の凹部に
他方の電極を配置する工程において、前記両電極の配置
が、前記電極の集電部が前記凹部から突出し、かつ前記
電極のその他の部分が前記電池用セパレータからはみ出
ない状態での配置である請求項７から９のいずれか一項
に記載の電極群の製造方法。
【請求項１１】電極群を有する電池であって、前記電
極群が請求項３から６のいずれか一項に記載の電極群で
ある電池。