JP5797610B2

JP5797610B2 - 二次電池

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Publication number: JP5797610B2
Application number: JP2012164705A
Authority: JP
Inventors: 裕樹破戸; 渡辺　聡; 聡渡辺; 稔之有賀; 飯塚　佳士; 佳士飯塚
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Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-07-25
Filing date: 2012-07-25
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2032-07-25
Also published as: JP2014026768A

Description

本発明は、軸芯に電極を捲回する電極群を有する二次電池に関する。

近年、電気自動車等の動力源として、エネルギー密度の高い二次電池の開発が進められており、その一つとして、正極電極と負極電極を間にセパレータを介在させて捲回した電極群を有するものがある。このようなエネルギー密度の高い二次電池では、大電流を流すため、電極群の正極電極が発熱することがあり、これに対して、セパレータの表面に耐熱層を設ける技術が考案されている。表面に耐熱層を有するセパレータを適用する場合、セパレータを溶着により接続させる製造においては課題が生じる。このうち、外周側のセパレータを溶着する際に、テープによる固定をしない技術が開示されている(特許文献１)。特許文献１では、セパレータの捲き終わり端部を内向きに折り返してセパレータの１周前の部分の外面に重ね合わせて樹脂層同士を対向させ、溶着させている。

特開２０１１−１７５７４９号公報

捲回式の電極群には、軸芯にセパレータの捲き始め端部を溶着して、セパレータに電極を重ね合わせて捲回した構造を有するものがある。具体的には、軸芯に２枚のセパレータの捲き始め端部を重ね合わせて溶着し、正極電極と負極電極の間に各セパレータが介在されるように捲回することで構成される。特許文献１では、軸芯とセパレータとの溶着に関しては考慮されていない。

軸芯に２枚のセパレータを溶着する際に、特に各セパレータの耐熱層が互いに対向して配置されていると、溶着温度を高くしなければならないなどの問題点がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐熱層が対向する２枚のセパレータが軸芯に十分な強度で接続された電極群を有する二次電池を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の二次電池は、樹脂層の少なくとも一方の面に耐熱層が形成された第１セパレータおよび第２セパレータと、第１セパレータの耐熱層と第２セパレータの耐熱層とを対向させて、軸芯に捲回し始める捲回群を有する二次電池であって、一方の端部を軸芯に接続し、且つ、もう一方の端部を第１セパレータ、第２セパレータとを重ねて接続する樹脂シートを有することを特徴とする。

本発明によれば、耐熱層が対向する２枚のセパレータを容易かつ十分な強度で軸芯に接続することができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本形態の形態に係わる二次電池の外観斜視図。図１に示された二次電池の分解斜視図。図２に示された電極群の詳細を示す、一部を展開した状態の外観斜視図。電極群製造装置の構成を示す図。実施例１の構成を説明する分解斜視図。実施例１の構成を説明する模式図。実施例１の構成において軸芯を半周回転させた状態を示す模式図。実施例２の構成を説明する分解斜視図。実施例２の構成を説明する模式図。実施例２の構成において軸芯を半周回転させた状態を示す模式図。実施例３の構成を説明する分解斜視図。実施例３の構成を説明する模式図。実施例３の構成において軸芯を半周回転させた状態を示す模式図。実施例４の構成を説明する分解斜視図。実施例４の構成を説明する模式図。実施例４の構成において軸芯を半周回転させた状態を示す模式図。

以下、本実施の形態について図面を用いて説明する。

まず、二次電池の全体構成について説明し、次いで、各実施例の特徴構成について説明する。なお、以下の実施の形態では、板状の軸芯に電極を捲回した扁平状の電極群を有する角形二次電池の場合を例に説明するが、二次電池の形状は角形に限定されるものではなく、例えば丸棒状の軸芯に電極を捲回した円筒状の電極群を有する円筒形二次電池に適用することもできる。

図１は、本実施形態における二次電池の外観斜視図、図２は、図１に示された二次電池の分解斜視図である。

二次電池１は、薄型のほぼ直方体形状の電池容器２内に、電極群４０が収容され、図示はしないが非水電解液が注入されて構成されている。電池容器２は、図１に示すように、電池蓋３と電池缶４を有している。電池蓋３および電池缶４は、例えば、アルミニウムあるいはアルミニウム合金などの金属製材料により構成されている。

電池蓋３には、図２に示すように、正極集電板２１、負極集電板３１等が一体的に組みつけられており、電池蓋ユニット１０として構成されている。電池蓋ユニット１０の正極集電板２１および負極集電板３１は、それぞれ、電極群４０の正極金属箔４１aまたは負極金属箔４２aに、例えば、超音波溶接により接合されることにより、電池蓋・発電ユニット５０とされ、電池缶４の上端部の開口部から収容される。

なお、図２においては、電池蓋・発電ユニット５０は、直接電池缶４内に収容される図となっているが、電池缶・発電ユニット５０を、一旦、電気的に絶縁性を有するシート等で包んでから収容する構造であってもよい。

電池蓋３には、非水電解液を注入するための注液口（図示せず）が設けられており、注液栓１１で密閉される。また、電池蓋３には過充電等でリチウムイオン二次電池１の内部圧力が予め設定された上限値を超えて上昇した際に、電池容器２を解放して圧力を抜くためのガス排出弁１２が設けられている。ガス排出弁１２には開裂用の破断溝１２aが形成されている。

非水電解液には、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを体積比で１：２の割合で混合した混合液中に六フッ化リン酸リチウム（LiPF_６）を１モル/リットルの濃度で溶解したものを用いることができる。

電池蓋３は、レーザー溶接によって電池缶４に接合されて、電池缶４の上端開口を閉塞する。そして、注液口（図示せず）から電解液を注入した後に、注液栓１１で注液口を塞ぎ、注液栓１１を電池蓋３にレーザー溶接して、外部から封口される。

電池蓋ユニット１０は、電池蓋３と正極側端子構成部２０と、負極側端子構成部３０を備える。正極側端子構成部２０は、外部正極端子２４、正極接続端子２５、正極端子板２６、絶縁板２７、ガスケット（図示せず）および正極集電板２１から構成される。外部正極端子２４、正極端子板２６、正極接続端子２５および正極集電板２１は、一体的に固定され、電池蓋３に取り付けられている。

正極側端子構成部２０を作成するには次のようにする。予め、正極集電板２１を正極接続端子２５にかしめて固定しておく。そして、電池蓋３の貫通孔にガスケットを嵌入しておく。そして電池蓋３上に絶縁板２７を、電池蓋３の貫通孔と絶縁板２７の貫通孔とを位置合わせして配置する。

次に、外部正極端子２４を正極端子板２６に設けられた貫通孔に嵌入し、絶縁板２７上で正極端子板２６に固定する。外部正極端子２４と正極端子板２６にかしめてもよい。また、正極集電板２１がかしめられた正極接続端子２５を電池蓋３の裏側からガスケットの貫通孔に挿入し、正極接続端子２５の先端部側を絶縁板２７および正極端子板２６の貫通孔に挿通する。正極接続端子２５の先端側は、正極端子板２６の貫通孔よりも僅かに小さい円筒形状を有しており、この正極接続端子２５の先端部分をかしめることにより、正極側端子構成部２０が電池蓋３に一体的に組み付けられる。

この状態において、正極集電板２１、正極接続端子２５、正極端子板２６および外部正極端子２４は、電気的に接続されている。また、正極集電板２１、正極接続端子２５、正極端子板２６および外部正極端子２４は、絶縁板２７およびガスケット（図示せず）によって電池蓋３と絶縁されている。

負極側端子構成部３０は、外部負極端子３４、負極接続端子３５、負極端子板３６、絶縁板３７、ガスケット（図示せず）および負極集電板３１から構成される。外部負極端子３４、負極端子板３６、負極接続端子３５および負極集電板３１は、電池蓋３に一体的に組み付けられている。

負極側端子構成部３０を作成するには次のようにする。予め、負極集電板３１を負極接続端子３５にかしめて固定しておく。そして、電池蓋３の貫通孔にガスケットを嵌入しておく。そして、電池蓋３上に絶縁板３７を、電池蓋３の貫通孔と絶縁板３７の貫通孔とを位置合わせして配置する。

次に、外部負極端子３４を負極端子板３６に設けられた貫通孔に嵌入し、絶縁板３７上で負極端子板３６に固定する。また、負極集電板３１がかしめられた負極接続端子３５を電池蓋３の裏側からガスケットの貫通孔に挿入し、負極接続端子３５の先端部側を絶縁板３７および負極端子板３６の貫通孔に挿通する。

負極接続端子３５の先端側は、負極端子板３６の貫通孔よりも僅かに小さい円筒形状を有しており、この負極接続端子３５の先端部分をかしめることにより、負極側端子構成部３０が電池蓋３に一体的に組み付けられている。

この状態において、負極集電板３１、負極接続端子３５、負極端子板３６および外部負極端子３４は、電気的に接続されている。また、負極集電板３１、負極接続端子３５、負極端子板３６および外部負極端子３４は、絶縁板３７およびガスケット（図示せず）により電池蓋３と絶縁されている。

電池蓋ユニット１０の正極集電板２１および負極集電板３１は、それぞれ、電極群４０の正極金属箔４１ａまたは負極金属箔４２ａに、超音波溶接により接合されて電気的に接続され、電池蓋・発電ユニット５０となる。

以上により、二次電池１は、外部正極端子２４および外部負極端子３４に接続された外部電子機器に対して、充放電が可能な構造となる。

図３は、図２に示された電極群の詳細を示し、一部を展開した状態の外観斜視図である。

電極群４０は、正極電極４１と、負極電極４２と、第１セパレータ４３と、第２セパレータ４４を重ね合わせた状態で、軸芯４０ａの周りに扁平状に捲回して形成されたものである。

軸芯４０ａは、合成樹脂材料からなり、一対の扁平面を有する矩形の平板部材によって構成されている。軸芯４０ａには、後述する樹脂シート４５（図５を参照）を間に介して第１セパレータ４３および第２セパレータ４４が接続されている。

正極電極４１は、例えば、アルミニウム箔等からなる正極金属箔４１aの表裏両面に正極合剤層４１ｂが塗布されたものである。正極合剤層４１ｂは、一側縁に、正極金属箔４１aが露出された正極合剤未処理部４１ｃが形成されるように正極金属箔４１ａに正極合剤が塗布されて形成される。

負極電極４２は、例えば、銅箔等からなる負極金属箔４２ａの表裏両面に負極合剤層４２ｂが塗布されたものである。負極合剤層４２ｂは、正極合剤未処理部４１ｃが配置された側縁と対向する側縁である他側縁に、負極金属箔４２ａが露出された負極合剤未処理部４２ｃが形成されるように負極金属箔４２ａに負極合剤が塗布されて形成される。

正極合剤層４１ｂは、正極活物質としてマンガン酸リチウム（化学式LiMn_２O₄）に対し、導電材として鱗片状黒鉛と結着材としてポリフッ化ビニリデン（以下、PVDFという）とを添加し、これに分散溶媒としてN-メチルピロリドン（以下、NMPという）を添加、混練して作成する。この正極合剤を厚さ20μｍのアルミニウム箔の両面に正極合剤未処理部４１ｃを残して塗布する。その後、乾燥、プレス、裁断してアルミニウム箔を含まない正極活物質塗布部の厚さ（表裏両面の合計）90μｍの正極電極４１を得る。

負極合剤層４２ｂは、負極活物質として非晶質炭素粉末に対して、結着材としてPVDFを添加し、これに分散溶媒としてNMPを添加、混練して作成する。この負極合剤を厚さ10μｍの銅箔の両面に負極合剤未処理部４２ｃを残して塗布する。その後、乾燥、プレス、裁断して銅箔を含まない負極活物質塗布部の厚さ（表裏両面の合計）70μｍの負極電極４２を得る。

第１セパレータ４３は、樹脂層４３ａと耐熱層４３ｂを有し、第２セパレータ４４は、樹脂層４４ａと耐熱層４４ｂを有する（例えば図５を参照）。耐熱層４３ｂ、４４ｂは、それぞれ樹脂層４３ａ、４４ａの少なくとも一方の面（片面）に形成されている。樹脂層４３ａ、４４ａは、例えばポリプロピレンの多孔質膜から形成されており、耐熱層４３ｂ、４４ｂは例えばセラミックフィラーを主成分としており、厚さ方向に連通する空孔を有している。樹脂層４３ａ、４４ａの厚みは、例えば２０μｍであり、耐熱層４３ｂ、４４ｂの厚みは、例えば５μmである（樹脂層：耐熱層＝４：１）。これら一対のセパレータである第１セパレータ４３と第２セパレータ４４は、互いの耐熱層４３ｂ、４４ｂを対向させて重ねた状態で軸芯４０ａに捲回される。

電極群４０を形成するには、軸芯４０ａに各捲き始め端部が接続された第１、第２セパレータ４３、４４の間に、それぞれ、負極電極４２の捲き始め端部と、正極電極４１の捲き始め端部を、負極電極４２が正極電極４１よりも内側に位置するように配置して捲回する。

この場合、負極合剤層４２ｂの幅、換言すれば、捲回軸方向の長さは、正極合剤層４１ｂの幅よりも広く形成されている。また、第１セパレータ４３の幅は、正極電極４１の正極合剤未処理部４１ｃを、一側縁において外部に露出させる寸法とされている。同様に、第２セパレータ４４の幅は、負極電極４２の負極合剤未処理部４２ｃを他側縁において外部に露出させる寸法とされている。

図４は、電極群製造装置の構成を説明する図である。電極群製造装置７３は、正極電極４１と、負極電極４２と、第１セパレータ４３と、第２セパレータ４４を重ね合わせた状態で扁平状の軸芯４０ａに捲回して角型二次電池１の電極群４０を製造する構成を有する。

電極群製造装置７３は、第１セパレータ４３および第２セパレータ４４を接続するヒータブロック７０と、軸芯４０ａを捲回軸回りに回転可能に保持する保持手段と、保持手段に保持された軸芯４０ａの扁平面に対して直交する方向にヒータブロック７０を押圧する押圧手段を有している。

保持手段は、図４に示すように、装置中央に扁平な軸芯４０ａを捲回軸方向両側から位置決め把持し、回転させる把持回転機構６６を備える。本実施形態では、把持回転機構６６は、水平方向に沿って軸芯４０ａの回転軸が配置されるように把持する。

押圧手段は、ヒータブロック７０を所定位置まで上昇させ、軸芯４０ａに押圧するヒータ昇降機構７１と、その押圧により軸芯４０ａが負けて曲がらないように軸芯４０ａを裏側から押さえる裏押さえ機構７２とを備える。

そして、把持回転機構６６の側方には、上方から下方に向かって順番に負極電極４２、第１セパレータ４３、正極電極４１、第２セパレータ４４が、それぞれロール状態で配置されており、これらを把持回転機構６６に供給できるようになっている。また、各々の電極やセパレータを所定の長さだけ供給する送りローラ６０ａ〜６０ｄと所定長さで切断するカッタ６１ａ〜６１ｄを備える。第１セパレータ４３と、第２セパレータ４４は、軸芯４０ａに捲回された際に、耐熱層４３ｂ、４４ｂが互いに対向して間に正極電極４１を挟み込むように把持回転機構６６に供給される。

第１セパレータ４３、第２セパレータ４４を、送り出し機構６０ａ、６０ｃで軸芯４０ａとヒータブロック７０の間に送り込んだ後、軸芯４０ａに第１セパレータ４３、第２セパレータ４４を押し付け仮位置決めするセパレータ仮押さえ６８を備える。

捲回は、まず、第１セパレータ４３と第２セパレータ４４を重ねて軸芯４０ａに一体的に接続する。このときに必要となる熱と押圧はヒータブロック７０によって得ることができる。次に、第１セパレータ４３の耐熱層４３ｂと第２セパレータ４４の耐熱層４４ｂとの間に正極電極４１を配置して捲回する。このとき、負極電極４２を正極電極４１よりも内側に挿入することで最内周の正極電極４１の内側に負極電極４２を配置できる。

電極群４０を捲回した後、解けないようにテープ６３を貼り付ける貼り付け手段６７を備える。テープ６３は送り出し機構６４を介し、カッタ６５で所定長さにカットされる。前述した送り機構６０ａ〜６０ｄは、捲回中に正極電極４１、第１セパレータ４３、負極電極４２、第２セパレータ４４に対し、バックテンションをかける役割も合わせ持つ。

（実施例１）
図５は、実施例１の構成を説明する分解斜視図、図６は、実施例１の構成を説明する模式図、図７は、実施例１において軸芯を半周回転させた状態を示す図である。

第１セパレータ４３および第２セパレータ４４は、樹脂層４３ａ、４４ａの片面にそれぞれ耐熱層４３ｂ、４４ｂを有する２層構造になっている。そして、互いの耐熱層４３ｂ、４４ｂが対向して軸芯４０ａに捲回される。第１セパレータ４３と第２セパレータ４４は、耐熱層４３ｂと耐熱層４４ｂを対向させて重ね合わせた状態とされ、互いの捲き始め端部が同じ位置に揃えられている。第１セパレータ４３および第２セパレータ４４は、第１セパレータ４３の捲き始め端部が軸芯４０ａ側（以下、内側という）に配置され、第２セパレータ４４の捲き始め端部が軸芯４０ａから離反する側（以下、外側という）に配置される。

第１セパレータ４３及び第２セパレータ４４と軸芯４０ａは、樹脂シート４５を介して一体に接続されている。樹脂シート４５は、捲き始め端部（一方端部）が軸芯４０ａに接続され、捲き終わり端部（他方端部）が第１セパレータ４３と第２セパレータ４４に重ねた状態で接続されている。樹脂シート４５の幅は、軸芯４０ａの捲回部分の幅以上でかつセパレータ４３、４４の幅以下の大きさに設定され、樹脂シート４５の長さは、軸芯４０ａの半周以上の捲回長さに設定されている。

樹脂シート４５は、第１セパレータ４３の捲き始め端部と第２セパレータ４４の捲き始め端部に重ねた状態で溶着される。この溶着領域では、第１セパレータ４３の捲き始め端部と第２セパレータ４４の捲き始め端部との間に樹脂シート４５の他方端部を介在させている。樹脂シート４５の捲き終わり端部は、第１セパレータ４３と第２セパレータ４４の互いに対向する耐熱層４３ｂと４４ｂとの間に挟み込まれる。そして、樹脂シート４５の捲き始め端部は、第１セパレータ４３の捲き始め端部および第２セパレータ４４の捲き始め端部より、捲回方向に突出して軸芯４０ａに接続されている。

樹脂シート４５を接続する順番は、第１セパレータ４３及び第２セパレータ４４と、軸芯４０ａの何れを先に行っても良く、本実施の形態では、最初に、第１セパレータ４３及び第２セパレータ４４に接続し、次いで、軸芯４０ａに接続している。

樹脂シート４５の捲き始め端部と軸芯４０ａとの接続は、図６に示すように、樹脂シート４５の捲き始め端部を軸芯４０ａの扁平面に重ね合わせて溶着することによって行われる。樹脂シート４５の捲き始め端部は、ヒータブロック７０のヒータヘッド７０ａを所定の押圧力で押し付けることによって部分的に加熱されて溶融され、その溶融した樹脂が軸芯４０ａに溶け込むことによって溶着され、その溶着強度は、捲回中のバックテンションによって剥がれない程度の所定の強度とされる。

樹脂シート４５の捲き終わり端部と第１セパレータ４３及び第２セパレータ４４との接続は、樹脂シート４５の捲き終わり端部を第１セパレータ４３の捲き始め端部と第２セパレータ４４の捲き始め端部との間に挟み込んだ状態で溶着することによって行われる。

第１セパレータ４３及び第２セパレータ４４を捲回中のバックテンションに対しても剥がれることなく所定の強度で接続させるためには、ヒータブロック７０のヒータヘッド７０ｂの熱を第２セパレータ４４から第１セパレータ４３まで十分に伝達させる必要がある。

本実施形態では、第１セパレータ４３と第２セパレータ４４の間、すなわち、互いに対向する耐熱層４３ｂと４４ｂとの間に樹脂シート４５を介在させた状態で、ヒータブロック７０のヒータヘッド７０ｂと裏押さえ７０ｃとの間に挟み込み、ヒータヘッド７０ｂにより、第２セパレータ４４の樹脂層４４ａを部分的に加熱して溶融させる。

そして、その樹脂層４４ａの溶融樹脂を耐熱層４４ｂの空孔に溶け込ませて樹脂シート４５まで到達させ、樹脂層４４ａの溶融樹脂の熱を樹脂シート４５に伝達させ、その樹脂層４４ａの溶融樹脂の熱により樹脂シート４５を溶融させる。そして、その樹脂シート４５の溶融樹脂を第１セパレータ４３の耐熱層４３ｂの空孔に溶け込ませて樹脂層４３ａまで到達させ、樹脂シート４５の溶融樹脂の熱を樹脂層４３ａに伝達させ、その樹脂シート４５の溶融樹脂の熱により樹脂層４３ａを部分的に溶融させる。そして、樹脂シート４５の溶融樹脂を樹脂層４３ａの溶融樹脂に溶け込ませて樹脂シート４５を樹脂層４３ａに接続することができる。

したがって、耐熱層４３ｂ、４４ｂの空孔に、樹脂を十分な量だけ溶け込ませることができ、軸芯４０ａと第１セパレータ４３および第２セパレータ４４とを、樹脂シート４５を介して所定の強度で一体的に接続させることができる。第１セパレータ４３及び第２セパレータ４４と樹脂シート４５との溶着は、第１セパレータ４３及び第２セパレータ４４の幅方向に沿って溶接部分と非溶接部分が形成されるように行われる。以上により、耐熱層４３ｂ、４４ｂが対向する２枚のセパレータ４３、４４を容易かつ十分な強度で軸芯４０ａに接続することができる。したがって、図７に示すように、軸芯４０ａを回転させることによって２枚のセパレータ４３、４４を軸芯４０ａの周りに捲回することができる。

このとき、第１セパレータ４３の樹脂層４３ａと第２セパレータ４４の樹脂層４４ａの厚みは、一定であり、変化させる必要がないので、二次電池１の内部抵抗が上昇する懸念はない。

第２セパレータ４４の耐熱層４４ｂを第１セパレータ４３の耐熱層４３ｂに対向させて互いに重ねても、耐熱層４４ｂと耐熱層４３ｂの各空孔は必ずしも重ならないが、本実施例では、耐熱層４３ｂと４４ｂの間に樹脂シート４５を介在させているため、溶融樹脂が耐熱層４３ｂに溶け込む経路を十分に確保できる。

また、樹脂シート４５は、セパレータ４３、４４の樹脂層４３ａ，４４ａの厚さ２０μｍに対して、セパレータのように空孔を設ける必要が無い分だけ、その厚さを薄くすることができ、例えば10〜15μｍとすることができる。樹脂シート４５の材質は、例えばセパレータ４３、４４の樹脂層４３ａ，４４ａと同じポリプロピレンである。

電極群４０の製作過程において、セパレータの先捲きの後に、９０〜１００μmの厚みを有する負極電極４２、正極電極４１が挿入される。樹脂シート４５の厚みは、正極電極４１、負極電極４２の厚みに対し、十分に小さいため、電極群４０の形状及び性能への影響はない。したがって、接続部分の厚みは電極の厚みより小さければ良い。そして、本実施例では、樹脂シート４５の厚みは、第２セパレータ４４の耐熱層の厚さ以上の厚さに設定されている。

（実施例2）
図８は、実施例２の構成を説明する分解斜視図、図９は、実施例２の構成を説明する模式図、図１０は、実施例２において軸芯を半周回転させた状態を示す模式図である。

本実施形態において特徴的なことは、第１セパレータ４３よりも軸芯４０ａに対し内側、つまり軸芯４０ａに近接する方向に樹脂シート４５を配置させていることである。

第１セパレータ４３と第２セパレータ４４は、図８に示すように、耐熱層４３ｂと耐熱層４４ｂを対向させて重ね合わせかつ互いの捲き始め端部を同じ位置に揃えた状態とされ、軸芯４０ａに対して内側に第１セパレータ４３の捲き始め端部が配置され、外側に第２セパレータ４４の捲き始め端部が配置される。

樹脂シート４５は、第１セパレータ４３の内側、すなわち第１セパレータ４３の樹脂層４３ａの上に重ねた状態で溶着される。この溶着領域では、第１セパレータ４３の捲き始め端部の軸芯側に樹脂シート４５の捲き終わり端部を配置している。そして、樹脂シート４５の捲き始め端部は、第１セパレータ４３の捲き始め端部および第２セパレータ４４の捲き始め端部より、捲回方向に突出している。

樹脂シート４５の捲き始め端部と軸芯４０ａとの接続は、実施例１と同様であるので説明を省略する。

樹脂シート４５の捲き終わり端部と第１セパレータ４３及び第２セパレータ４４との接続は、樹脂シート４５の捲き終わり端部を第１セパレータ４３の樹脂層４３ａに重ね合わせた状態で溶着することによって行われる。本実施形態では、第１セパレータ４３の樹脂層４３ａに樹脂シート４５を重ねた状態で、ヒータヘッド７０ｂと裏押さえ７０ｃとの間に挟み込み、ヒータヘッド７０ｂにより、第２セパレータ４４の樹脂層４４ａを部分的に加熱して溶融させる。

そして、その樹脂層４４ａの溶融樹脂を耐熱層４４ｂの空孔に溶け込ませて第１セパレータ４３との境界面まで到達させ、その境界面から第１セパレータ４３の耐熱層４３ｂの空孔に溶け込ませて第１セパレータ４３の樹脂層４３ａまで到達させる。そして、第１セパレータ４３の樹脂層４３ａに、樹脂層４４ａの溶融樹脂の熱を伝達させ、その樹脂層４４ａの溶融樹脂の熱により第１セパレータ４３の樹脂層４３ａを溶融させ、樹脂層４４ａの溶融樹脂を樹脂層４３ａの溶融樹脂に溶け込ませて第２セパレータ４４に第１セパレータ４３を溶着する。

そして、樹脂層４３ａの溶融樹脂の熱を樹脂シート４５に伝達させて、樹脂シート４５を部分的に溶融させる。そして、樹脂層４３ａの溶融樹脂を樹脂シート４５の溶融樹脂に溶け込ませて第１セパレータ４３を樹脂シート４５に溶着することができる。

したがって、耐熱層４３ｂ、４４ｂの空孔に、樹脂を十分な量だけ溶け込ませることができ、軸芯４０ａと第１セパレータ４３および第２セパレータ４４とを、樹脂シート４５を介して所定の強度で一体的に接続することができる。第１セパレータ４３及び第２セパレータ４４と樹脂シート４５との溶着は、第１セパレータ４３及び第２セパレータ４４の幅方向に沿って溶接部分と非溶接部分が形成されるように行われる。以上により、耐熱層４３ｂ、４４ｂが対向する２枚のセパレータ４３、４４を容易かつ十分な強度で軸芯４０ａに接続することができる。したがって、図１０に示すように、軸芯４０ａを回転させることによって樹脂シート４５を軸芯４０ａの周りに捲回し、続いて２枚のセパレータ４３、４４を捲回することができる。

第２セパレータ４４の耐熱層４４ｂを第１セパレータ４３の耐熱層４３ｂに対向させて互いに重ねても、耐熱層４４ｂと耐熱層４３ｂの各空孔は必ずしも重ならないが、本実施例では、第２セパレータ４４の樹脂層４４ａの溶融樹脂が、第２セパレータ４４の耐熱層４４ｂの空孔を通って、耐熱層４４ｂと耐熱層４３ｂとの境界面に流れ込み、境界面に沿って拡がることで、溶融樹脂が第１セパレータ４３の耐熱層４３ｂの空孔に溶け込む経路を十分に確保できる。

本実施例によれば、図１０に示すように、樹脂シート４５を凹凸なく軸芯４０ａの外周に沿って滑らかに捲回することができる。したがって、その外側に、第１セパレータ４３及び第２セパレータ４４、正極電極４１、負極電極４２を凹凸なく滑らかに捲回することができる。

（実施例3）
図１１は、実施例３の構成を説明する分解斜視図、図１２は、実施例３の構成を説明する模式図、図１３は、実施例３において軸芯を半周回転させた状態を示す図である。

本実施形態において特徴的なことは、第２セパレータ４４よりも軸芯４０aに対し外側、つまり軸芯４０ａから離反する側に樹脂シート４５を配置させていることである。

第１セパレータ４３と第２セパレータ４４は、図１１に示すように、耐熱層４３ｂと耐熱層４４ｂを対向させて重ね合わせかつ互いの捲き始め端部を同じ位置に揃えた状態とされている。樹脂シート４５は、第２セパレータ４４の外側、すなわち樹脂層４４ａの表面に樹脂シート４５の捲き終わり端部を重ねた状態で溶着される。この溶着領域では、第２セパレータ４４の捲き始め端部の外側に樹脂シート４５の捲き終わり端部を配置している。そして、樹脂シート４５の捲き始め端部は、第１セパレータ４３の捲き始め端部および第２セパレータ４４の捲き始め端部より、捲回方向に突出している。

樹脂シート４５の捲き終わり端部と第１セパレータ４３及び第２セパレータ４４との接続は、樹脂シート４５の捲き終わり端部を第２セパレータ４４の樹脂層４４ａに重ね合わせた状態で溶着することによって行われる。本実施形態では、第２セパレータ４４の樹脂層４４ａに樹脂シート４５を重ねた状態で、ヒータヘッド７０ｂと裏押さえ７０ｃとの間に挟み込み、ヒータヘッド７０ｂにより、樹脂シート４５を部分的に加熱して溶融させる。

そして、第２セパレータ４４の樹脂層４４ａに、樹脂シート４５の溶融樹脂の熱を伝達させ、その熱により第２のセパレータ４４の樹脂層４４ａを溶融させ、樹脂シート４５の溶融樹脂を樹脂層４４ａの溶融樹脂に溶け込ませて樹脂シート４５を第２セパレータ４４に溶着する。

そして、樹脂層４４ａの溶融樹脂を耐熱層４４ｂの空孔に溶け込ませて第１セパレータ４３との境界面まで到達させ、その境界面から第１セパレータ４３の耐熱層４３ｂの空孔に溶け込ませて第１セパレータ４３の樹脂層４３ａまで到達させる。そして、第１セパレータ４３の樹脂層４３ａに、樹脂層４４ａの溶融樹脂の熱を伝達させ、その樹脂層４４ａの溶融樹脂の熱により第１セパレータ４３の樹脂層４３ａを溶融させ、樹脂層４４ａの溶融樹脂を樹脂層４３ａの溶融樹脂に溶け込ませて第２セパレータ４４に第１セパレータ４３を溶着する。

したがって、耐熱層４３ｂ、４４ｂの空孔に、樹脂を十分な量だけ溶け込ませることができ、軸芯４０ａと第１セパレータ４３および第２セパレータ４４とを、樹脂シート４５を介して所定の強度で一体的に接続することができる。第１セパレータ４３及び第２セパレータ４４と樹脂シート４５との溶着は、第１セパレータ４３及び第２セパレータ４４の幅方向に沿って溶接部分と非溶接部分が形成されるように行われる。以上により、耐熱層４３ｂ、４４ｂが対向する２枚のセパレータ４３、４４を容易かつ十分な強度で軸芯４０ａに接続することができる。したがって、図１３に示すように、軸芯４０ａを回転させることによって樹脂シート４５を軸芯４０ａの周りに捲回し、続いて２枚のセパレータ４３、４４を捲回することができる。

第２セパレータ４４の耐熱層４４ｂを第１セパレータ４３の耐熱層４３ｂに対向させて互いに重ねても、耐熱層４４ｂと耐熱層４３ｂの各空孔は必ずしも重ならないが、本実施例では、樹脂シート４５および第２セパレータ４４の樹脂層４４ａの溶融樹脂が、第２セパレータ４４の耐熱層４４ｂの空孔を通って、第２セパレータ４４の耐熱層４４ｂと第１セパレータ４３の耐熱層４３ｂとの境界面に流れ込み、境界面に沿って拡がることで、溶融樹脂が第１セパレータ４４の耐熱層４３ｂの空孔に溶け込む経路を十分に確保できる。

本実施例によれば、樹脂シート４５を第２セパレータ４４の外側、つまり軸芯４０ａに対し離反する方向に配置しているので、電極群製造装置７３を用いて製造する際に、樹脂シート４５のハンドリングが容易になる。したがって、電極群製造装置７３に簡単な構造のハンドリング装置を付加するだけで実現することができ、設備費やメンテナンス費等のコストを低く抑えることができる。

また、軸芯４０ａを半周回転させることによって、軸芯４０ａと樹脂シート４５との間に、第１セパレータ４３と第２セパレータ４４の各捲き始め端部を挟み込んで保持することができ、第１セパレータ４３と第２セパレータ４４を軸芯４０ａに確実に固定することができる。

（実施例4）
図１４は、実施例４の構成を説明する分解斜視図、図１５は、実施例４の構成を説明する模式図、図１６は、実施例４において軸芯を半周回転させた状態を示す図である。

本実施形態において特徴的なことは、両面に耐熱層を有する２枚のセパレータの間に樹脂シート４５を介在させた構成としたことである。第１セパレータ４３と第２セパレータ４４は、樹脂層４３ａ、４４ａの両面にそれぞれ耐熱層４３ｂ１、４３ｂ２、４４ｂ１、４４ｂ２が設けられた３層構造を有している。上記構成を有する第１セパレータ４３と第２セパレータ４４を重ねて接続する場合、必ず、互いの耐熱層同士が対向する。この領域において、対向する耐熱層４３ｂ２、４４ｂ１の間に、樹脂シート４５の捲き終わり端部を介在させている。樹脂シート４５の捲き始め端部は、第１セパレータ４３の捲き始め端部および第２セパレータ４４の捲き始め端部より、捲回方向に突出して配置される。

そして、その樹脂層４４ａの溶融樹脂を耐熱層４４ｂ１の空孔に溶け込ませて樹脂シート４５まで到達させ、樹脂層４４ａの溶融樹脂の熱を樹脂シート４５に伝達させ、その樹脂層４４ａの溶融樹脂の熱により樹脂シート４５を溶融させ、樹脂層４４ａの溶融樹脂を樹脂シート４５の溶融樹脂に溶け込ませて第２セパレータ４４を樹脂シート４５に溶着する。

そして、樹脂シート４５の溶融樹脂を、第１セパレータ４３の耐熱層４３ｂ２の空孔に溶け込ませて樹脂層４３ａまで到達させ、樹脂シート４５の溶融樹脂の熱を樹脂層４３ａに伝達させて、樹脂層４３ａを部分的に溶融させる。そして、樹脂シート４５の溶融樹脂を樹脂層４３ａの溶融樹脂に溶け込ませて樹脂シート４５を第１セパレータ４３に溶着する。

したがって、耐熱層４３ｂ２、４４ｂ１の空孔に、樹脂を十分な量だけ溶け込ませることができ、軸芯４０ａと第１セパレータ４３および第２セパレータ４４とを、樹脂シート４５を介して所定の強度で一体的に接続させることができる。第１セパレータ４３及び第２セパレータ４４と樹脂シート４５との溶着は、第１セパレータ４３及び第２セパレータ４４の幅方向に沿って溶接部分と非溶接部分が形成されるように行われる。以上により、両面に耐熱層を有する２枚のセパレータ４３、４４を容易かつ十分な強度で軸芯４０ａに接続することができる。したがって、図７に示すように、軸芯４０ａを回転させることによって２枚のセパレータ４３、４４を軸芯４０ａの周りに捲回することができる。

第２セパレータ４４の耐熱層４４ｂ１を第１セパレータ４３の耐熱層４３ｂ２に対向させて互いに重ねても、耐熱層４４ｂ１と耐熱層４３ｂ２の各空孔は必ずしも重ならないが、本実施例では、耐熱層４３ｂ１と４４ｂ２の間に樹脂シート４５を介在させているため、溶融樹脂が耐熱層４３ｂに溶け込む経路を十分に確保できる。

前述の実施形態は、角形二次電池の構造を前提に説明したが、耐熱層を有するセパレータが軸芯に接続される構造であれば角形に拘る必要は無く、円筒形二次電池においても適用可能である。

また、上述の各実施例では、樹脂層４３ａと４４ａとの厚さが同じであり、また、耐熱層４３ｂと４４ｂとの厚さが同じである場合を例に説明したが、これらの厚さは同一に限定されるものではなく、相違していてもよい。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１二次電池
４０電極群
４０ａ軸芯
４３第１セパレータ
４３ａ第１セパレータの樹脂層
４３ｂ第１セパレータの耐熱層
４４第２セパレータ
４４ａ第２セパレータの樹脂層
４４ｂ第２セパレータの耐熱層
４５樹脂シート

Claims

樹脂層の少なくとも一方面に耐熱層が設けられ、該耐熱層が厚さ方向に連通する空孔を有する一対のセパレータを、互いの耐熱層を対向させて重ねた状態で軸芯に捲回した電極群を有する二次電池であって、
一方端部が前記軸芯に接続され、他方端部が前記一対のセパレータに重ねて接続された樹脂シートを有し、
前記一対のセパレータは、前記軸芯側に捲き始め端部が配置される第１セパレータと、該第１セパレータの捲き始め端部の外側に捲き始め端部が配置される第２セパレータと、を有し、
前記樹脂シートは、前記第１セパレータの捲き始め端部と前記第２セパレータの捲き始め端部に重ねた状態で溶着されることを特徴とする二次電池。
前記樹脂シートの他方端部と前記第１セパレータの捲き始め端部と前記第２セパレータの捲き始め端部とが重ねた状態で溶着される溶着領域において、前記第１セパレータの捲き始め端部と前記第２セパレータの捲き始め端部との間に前記樹脂シートの他方端部を介在させた構造を有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記樹脂シートの他方端部と前記第１セパレータの捲き始め端部と前記第２セパレータの捲き始め端部とが重ねた状態で溶着される溶着領域において、前記第１セパレータの捲き始め端部の前記軸芯側に前記樹脂シートの他方端部を配置した構造を有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記樹脂シートの他方端部と前記第１セパレータの捲き始め端部と前記第２セパレータの捲き始め端部とが重ねて接続される接続領域において、第２セパレータの捲き始め端部の前記軸芯から離れる側に前記樹脂シートの他方端部を配置した構造を有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記第１セパレータと前記第２セパレータは、前記樹脂層の両面に前記耐熱層が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の二次電池。