JP7031453B2 - 積層電極体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、積層電極体の製造方法に関する。

特許文献１，２には、正極板と負極板と多孔質セパレータとが積層方向に積層されて圧着された積層電極体の製造方法が開示されている。具体的には、圧着工程において、正極板と多孔質セパレータと負極板とが積層方向に積層された積層体に対し、積層方向に圧縮荷重を加えることによって、正極板と多孔質セパレータと負極板とを圧着して、積層電極体を作製する。
なお、特許文献１では、圧着工程において、積層体に対して圧縮荷重を加える直前に、積層体を加熱している。

また、特許文献２では、予め、負極板と多孔質セパレータとが積層方向に積層されて一体とされた多孔質セパレータ付き負極板を製造しておく。そして、この多孔質セパレータ付き負極板と正極板とを積層方向に積層することで、正極板と多孔質セパレータと負極板とが積層方向に積層された積層体を形成し、この積層体に対し、積層方向に圧縮荷重を加えることによって、正極板と多孔質セパレータと負極板とを圧着して、積層電極体を作製する。

特開平１１－６７２３４号公報 特開２０１７－６８９６２号公報

ところで、圧着工程において、正極板と多孔質セパレータと負極板とが積層方向に積層された積層体に対し、積層方向に圧縮荷重を加えると、多孔質セパレータが積層方向に圧縮されて変形し、多孔質セパレータの透気抵抗度が大きくなることがあった。特に、特許文献１の製造方法では、圧着工程において、積層体に対し圧縮荷重を加える直前に積層体を加熱しているため、多孔質セパレータが軟らかくなることで変形し易くなり、多孔質セパレータの透気抵抗度が著しく増加する虞があった。多孔質セパレータの透気抵抗度が増加することで、電池性能が低下する虞があった。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、圧着工程において多孔質セパレータの透気抵抗度を増加し難くできる、積層電極体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、正極板と負極板と多孔質セパレータとが積層方向に積層されて圧着された積層電極体の製造方法であって、前記正極板と前記多孔質セパレータと前記負極板とが前記積層方向に積層された積層体に対し、前記積層方向に圧縮荷重を加えることによって、前記正極板と前記多孔質セパレータと前記負極板とを圧着して、前記積層電極体を作製する圧着工程、を備え、前記積層電極体は、リチウムイオン二次電池の電極体として使用される積層電極体であり、前記多孔質セパレータは、ポリプロピレン及びポリエチレンの少なくともいずれかによって構成されており、前記圧着工程では、前記多孔質セパレータの温度を常温よりも低温にした状態で、前記積層体に対し前記圧縮荷重を加える積層電極体の製造方法である。

上述の製造方法では、圧着工程において、正極板と多孔質セパレータと負極板とが積層方向に積層された積層体に対し、積層方向に圧縮荷重を加えることによって、正極板と多孔質セパレータと負極板とを圧着して、積層電極体を作製する。従来、このような圧着工程では、多孔質セパレータが積層方向に圧縮されて変形し、多孔質セパレータの透気抵抗度が大きくなることがあった。

これに対し、上述の製造方法では、圧着工程において、多孔質セパレータの温度を常温よりも低温にした状態で、積層体（正極板と多孔質セパレータと負極板とが積層方向に積層されたもの）に対し圧縮荷重を加える。このように、多孔質セパレータの温度を常温よりも低温にすることで、多孔質セパレータが変形し難くなる（耐荷重性が増加する）ので、圧着工程において圧縮荷重を加えた際に、多孔質セパレータが圧縮変形し難くなり、多孔質セパレータの透気抵抗度が増加し難くなる。

以上説明したように、上述の製造方法によれば、圧着工程において多孔質セパレータの透気抵抗度を増加し難くできる。なお、多孔質セパレータの透気抵抗度とは、空気の透過し難さを表す値であり、「一定量の空気が、一定面積とした多孔質セパレータを厚み方向に透過するのに要する時間（秒）」で表される。

また、常温とは、２０℃±１５℃（５～３５℃）の範囲内の温度をいう。従って、上述の製造方法では、圧着工程において、多孔質セパレータの温度を５℃よりも低い温度にした状態で、積層体に対し圧縮荷重を加える。

また、上述の製造方法では、圧着工程に先立って、予め、負極板と多孔質セパレータとが積層方向に積層されて一体とされた多孔質セパレータ付き負極板を作製するようにしても良い。そして、圧着工程において、この多孔質セパレータ付き負極板と正極板とを積層方向に積層することで、正極板と多孔質セパレータと負極板とが積層方向に積層された積層体を形成し、この積層体に対し、積層方向に圧縮荷重を加えることによって、正極板と多孔質セパレータと負極板とを圧着して、積層電極体を作製するようにしても良い。

また、圧着工程における多孔質セパレータの温度は、多孔質セパレータを構成する１または複数種類の樹脂のうち最もガラス転移温度が高い樹脂のガラス転移温度Ｔｇ及びその近傍の温度に含まれる範囲内の温度Ｔａ（Ｔｇ－１０℃≦Ｔａ≦Ｔｇ＋１０℃）、または、その範囲内の温度Ｔａよりも低い温度にするのが好ましい。すなわち、圧着工程における多孔質セパレータの温度は、（Ｔｇ＋１０℃）以下にするのが好ましい。

具体的には、多孔質セパレータを構成する樹脂が１種類（例えば、ポリプロピレンのみ）の場合は、圧着工程における多孔質セパレータの温度は、多孔質セパレータを構成する樹脂のガラス転移温度Ｔｇ及びその近傍の温度に含まれる範囲内の温度Ｔａ（Ｔｇ－１０℃≦Ｔａ≦Ｔｇ＋１０℃）、または、その範囲内の温度Ｔａよりも低い温度にするのが好ましい。

このように、多孔質セパレータの温度を、当該多孔質セパレータを構成する樹脂のガラス転移温度、または、その近傍の温度、あるいは、それ以下の温度にすることで、多孔質セパレータが極めて変形し難くなる（耐荷重性が大きく増加する）ので、圧着工程において圧縮荷重を加えた際に、多孔質セパレータが極めて圧縮変形し難くなり、多孔質セパレータの透気抵抗度が極めて増加し難くなる。

また、多孔質セパレータが複数種類の樹脂（例えば、ポリプロピレンとポリエチレン）によって構成されている場合は、圧着工程における多孔質セパレータの温度は、多孔質セパレータを構成する複数の樹脂のうち最もガラス転移温度が高い樹脂（例えば、ポリプロピレン）のガラス転移温度Ｔｇ及びその近傍の温度に含まれる範囲内の温度Ｔａ（Ｔｇ－１０℃≦Ｔａ≦Ｔｇ＋１０℃）、または、その範囲内の温度Ｔａよりも低い温度にするのが好ましい。

このように、多孔質セパレータの温度を、当該多孔質セパレータを構成する複数の樹脂のうち最もガラス転移温度が高い樹脂のガラス転移温度、または、その近傍の温度、あるいは、それ以下の温度にすることで、多孔質セパレータを構成する複数の樹脂のうち最もガラス転移温度が高い樹脂が極めて変形し難くなるので、多孔質セパレータ全体としても変形し難くなる（耐荷重性が増加する）。これにより、圧着工程において積層体に圧縮荷重を加えた際に、多孔質セパレータが圧縮変形し難くなり、多孔質セパレータの透気抵抗度が増加し難くなる。

また、前記の積層電極体の製造方法であって、前記圧着工程では、前記多孔質セパレータの温度を、前記多孔質セパレータを構成する１または複数種類の樹脂のうち最もガラス転移温度が高い樹脂のガラス転移温度よりも１０℃高い第１温度以下にした状態で、前記積層体に対し前記圧縮荷重を加える積層電極体の製造方法とするのが好ましい。

上述の製造方法では、圧着工程において、多孔質セパレータの温度を、多孔質セパレータを構成する１または複数種類の樹脂のうち最もガラス転移温度が高い樹脂のガラス転移温度Ｔｇよりも１０℃高い第１温度Ｔ１（＝Ｔｇ＋１０℃）以下にした状態で、積層体に対し圧縮荷重を加える。これにより、圧着工程において積層体に圧縮荷重を加えた際に、多孔質セパレータが圧縮変形し難くなり、多孔質セパレータの透気抵抗度が増加し難くなる。

また、前記いずれかの積層電極体の製造方法であって、前記圧着工程では、前記積層体に対し前記圧縮荷重を加える前（直前）に、前記多孔質セパレータを冷却して、前記多孔質セパレータの温度を、前記多孔質セパレータを構成する１または複数種類の樹脂のうち最もガラス転移温度が高い樹脂のガラス転移温度よりも１０℃高い第１温度以下にする積層電極体の製造方法とするのが好ましい。

上述の製造方法では、圧着工程において、積層体に対し圧縮荷重を加える前（直前）に多孔質セパレータを冷却することで、多孔質セパレータの温度を第１温度Ｔ１（＝Ｔｇ＋１０℃）以下にする。これにより、圧着工程において積層体に圧縮荷重を加えた際に、多孔質セパレータが圧縮変形し難くなり、多孔質セパレータの透気抵抗度が増加し難くなる。

また、前記いずれかの積層電極体の製造方法であって、前記圧着工程では、前記積層体に対し前記圧縮荷重を加える前（直前）に、前記多孔質セパレータを冷却して、前記多孔質セパレータの温度を、前記多孔質セパレータを構成する１または複数種類の樹脂のうちいずれかの樹脂のガラス転移温度にする積層電極体の製造方法とするのが好ましい。

上述の製造方法では、圧着工程において、積層体に対し圧縮荷重を加える前（直前）に多孔質セパレータを冷却することで、多孔質セパレータの温度を、多孔質セパレータを構成する１または複数種類の樹脂のうちいずれかの樹脂のガラス転移温度Ｔｇにする。これにより、圧着工程において積層体に圧縮荷重を加えた際に、多孔質セパレータが圧縮変形し難くなり、多孔質セパレータの透気抵抗度が増加し難くなる。

なお、上述の製造方法は、圧着工程において、多孔質セパレータの温度を、多孔質セパレータを構成する１または複数種類の樹脂のうち、最もガラス転移温度が高い樹脂のガラス転移温度にする場合、最もガラス転移温度が低い樹脂のガラス転移温度にする場合、及び、ガラス転移温度がこれらの間の温度である樹脂のガラス転移温度にする場合が含まれる。

実施形態にかかる積層電極体の概略平面図である。 同積層電極体の概略断面図であって、図１のＢ－Ｂ断面図である。 同積層電極体の概略断面図であって、図１のＣ－Ｃ断面図である。 負極板の概略断面図である。 正極板の概略断面図である。 実施形態にかかる積層電極体の製造方法の流れを示すフローチャートである。 多孔質セパレータ付き負極板の概略断面図である。 実施形態にかかる圧着工程を説明する図である。 実施形態にかかる切断工程を説明する図である。 切断した積層電極体を複数積層した高容量電極体の概略断面図である。 多孔質セパレータの透気抵抗度を比較する図である。 多孔質セパレータの密着強度を比較する図である。

（実施形態）
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は、実施形態にかかる積層電極体４０の概略平面図である。図２は、積層電極体４０の概略断面図であって、図１のＢ－Ｂ断面図である。図３は、積層電極体４０の概略断面図であって、図１のＣ－Ｃ断面図である。図４は、負極板１０の概略断面図である。図５は、正極板３０の概略断面図である。なお、本実施形態では、積層電極体４０、負極板１０、及び正極板３０について、長さ方向をＢＨ、幅方向をＣＨ、積層方向（厚み方向）をＤＨとする。

まず、本実施形態で製造される積層電極体４０について説明する。積層電極体４０は、図１及び図２に示すように、長さ方向ＢＨ（図２及び図１において左右方向）に延びる帯状をなし、帯状の正極板３０と帯状の負極板１０と帯状の多孔質セパレータ２１，２２とが積層方向ＤＨ（図１において紙面に直交する方向、図２において上下方向）に積層されて圧着された積層電極体である。本実施形態の積層電極体４０は、リチウムイオン二次電池の電極体（発電要素）として使用される。

負極板１０は、図４に示すように、負極集電箔１１と、この負極集電箔１１の表面（第１表面１１ｂと第２表面１１ｃ）に形成された負極合材層１３とを有している。なお、負極集電箔１１としては、例えば、銅箔を用いることができる。また、負極合材層１３としては、例えば、負極活物質と結着材とが混合された合材層を挙げることができる。また、負極板１０のうち、幅方向ＣＨの一方の端部（図１において上側の端部）は、負極集電箔１１の第１表面１１ｂ上及び第２表面１１ｃ上に負極合材層１３が形成されることなく、負極集電箔１１が露出した負極露出部１０ｍとなっている（図１参照）。

正極板３０は、図５に示すように、正極集電箔３１と、この正極集電箔３１の表面（第１表面３１ｂと第２表面３１ｃ）に形成された正極合材層３３とを有している。なお、正極集電箔３１としては、例えば、アルミニウム箔を用いることができる。また、正極合材層３３としては、例えば、正極活物質と導電材と結着材とが混合された合材層を挙げることができる。また、正極板３０のうち、幅方向ＣＨの一方の端部（図１において下側の端部）は、正極集電箔３１の第１表面３１ｂ上及び第２表面３１ｃに正極合材層３３が形成されることなく、正極集電箔３１が露出した正極露出部３０ｍとなっている（図１参照）。

多孔質セパレータ２１，２２は、電気絶縁性を有する多孔性樹脂フィルムからなる。なお、多孔質セパレータ２１と２２とは、同等（同一寸法）の多孔質セパレータである。本実施形態では、多孔質セパレータ２１，２２の材質として、ポリプロピレン樹脂を用いている。すなわち、本実施形態では、多孔質セパレータとして、当該多孔質セパレータを構成する樹脂が１種類（具体的には、ポリプロピレン樹脂）である多孔質セパレータ２１，２２を用いている。多孔質セパレータ２１，２２を構成するポリプロピレン樹脂のガラス転移温度Ｔｇは、－２０℃である。従って、多孔質セパレータ２１，２２のガラス転移温度Ｔｇも、－２０℃である。

なお、本実施形態では、負極合材層１３の面積（積層方向ＤＨについて平面視したときの面積）及び多孔質セパレータ２１，２２の面積（積層方向ＤＨについて平面視したときの面積）を、正極合材層３３の面積（積層方向ＤＨについて平面視したときの面積）よりも大きくしている。より具体的には、多孔質セパレータ２１，２２の面積（積層方向ＤＨについて平面視したときの面積）を、負極合材層１３の面積（積層方向ＤＨについて平面視したときの面積）よりも大きくしている。従って、本実施形態では、（多孔質セパレータ２１，２２の面積）＞（負極合材層１３の面積）＞（正極合材層３３の面積）という大小関係を満たすようにしている。

次に、本実施形態にかかる帯状の積層電極体４０の製造方法について説明する。図６は、実施形態にかかる積層電極体４０の製造方法の流れを示すフローチャートである。図７は、帯状の多孔質セパレータ付き負極板１の概略断面図である。図８は、実施形態にかかる圧着工程を説明する図であり、圧着工程の概略断面図である。図９は、実施形態にかかる切断工程を説明する図である。図１０は、切断した積層電極体４０を複数積層した高容量電極体５０の概略断面図である。

本実施形態では、図６に示すように、まず、ステップＳ１（多孔質セパレータ付き負極板の製造工程）において、帯状の多孔質セパレータ付き負極板１（図７参照）を製造する。帯状の多孔質セパレータ付き負極板１は、帯状の負極板１０と帯状の多孔質セパレータ２１，２２とが積層方向ＤＨに積層されて一体とされたものである（図７参照）。

具体的には、まず、帯状の多孔質セパレータ２１，２２を用意する。本実施形態では、多孔質セパレータ２１，２２として、ポリプロピレン樹脂からなる多孔質セパレータ（具体的には、多孔性のポリプロピレンフィルム）を用いる。なお、多孔質セパレータ２１，２２を構成するポリプロピレン樹脂のガラス転移温度Ｔｇは、－２０℃である。従って、多孔質セパレータ２１，２２のガラス転移温度Ｔｇも、－２０℃である。
次いで、多孔質セパレータ２１の第２表面２１ｃ、及び、多孔質セパレータ２２の第１表面２２ｂに、バインダ２３を塗布する。なお、バインダ２３としては、例えば、ＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）を用いることができる。

また、帯状の負極板１０（図４参照）を用意する。なお、帯状の負極板１０は、例えば、以下のようにして製造する。まず、帯状の銅箔からなる負極集電箔１１を用意する。次いで、負極集電箔１１の第１表面１１ｂに、負極活物質、結着剤、及び溶媒を混合してなる負極合材ペーストを塗布し、加熱乾燥させることで、負極合材層１３を形成する。さらに、負極集電箔１１の第２表面１１ｃにも、同様の負極合材ペーストを塗布し、加熱乾燥させることで、負極合材層１３を形成する。その後、負極合材層１３，１３をロールプレス機でプレスして、負極合材層１３，１３の密度を高める。これにより、帯状の負極板１０が製造される。

次いで、多孔質セパレータ２１の第２表面２１ｃに塗布したバインダ２３を、負極板１０の第１表面１０ｂに密着させると共に、多孔質セパレータ２２の第１表面２２ｂに塗布したバインダ２３を、負極板１０の第２表面１０ｃに密着させる。これにより、負極板１０が一対の多孔質セパレータ２１，２２によって挟まれる様にして、負極板１０と多孔質セパレータ２１，２２とが接着されて一体化する。これにより、図７に示すように、帯状の負極板１０と帯状の多孔質セパレータ２１，２２とが積層方向ＤＨ（図７において上下方向）に積層されて一体とされた帯状の多孔質セパレータ付き負極板１が形成される。

また、帯状の正極板３０（図５参照）を用意する。なお、帯状の正極板３０は、例えば、以下のようにして製造する。具体的には、まず、帯状のアルミニウム箔からなる正極集電箔３１を用意する。次いで、帯状の正極集電箔３１の第１表面３１ｂに、正極活物質、導電材、結着剤、及び溶媒を混合してなる正極合材ペーストを塗布し、加熱乾燥させることで、帯状の正極合材層３３を形成する。さらに、帯状の正極集電箔３１の第２表面３１ｃにも、同様の正極合材ペーストを塗布し、加熱乾燥させることで、帯状の正極合材層３３を形成する。その後、帯状の正極合材層３３，３３をロールプレス機でプレスして、帯状の正極合材層３３，３３の密度を高める。これにより、帯状の正極板３０が作製される。

次に、ステップＳ２（圧着工程）に進み、正極板３０と多孔質セパレータ２１，２２と負極板１０とが積層方向ＤＨに積層された積層体４０Ａに対し、積層方向ＤＨに圧縮荷重を加えることによって、正極板３０と多孔質セパレータ２１，２２と負極板１０とを圧着して、積層電極体４０を作製する。

なお、本実施形態では、先のステップＳ１（多孔質セパレータ付き負極板の製造工程）において、既に、負極板１０と多孔質セパレータ２１，２２とは、積層方向ＤＨに積層されて一体とされて、多孔質セパレータ付き負極板１（図７参照）を形成している。従って、ステップＳ２（圧着工程）では、多孔質セパレータ付き負極板１と正極板３０とが積層方向ＤＨに積層されることで、正極板３０と多孔質セパレータ２１，２２と負極板１０とが積層方向ＤＨに積層された積層体４０Ａとなる。この積層体４０Ａに対し、積層方向ＤＨに圧縮荷重を加えることによって、正極板３０と多孔質セパレータ２１，２２と負極板１０とを圧着して、積層電極体４０を作製する。

本実施形態では、図８に示すように、ロールプレス装置１００を用いて、ステップＳ２（圧着工程）を行う。ロールプレス装置１００は、対向して回転する一対のロール（第１ロール１１０と第２ロール１２０）を備える。第１ロール１１０と第２ロール１２０（一対のロール）は、積層体４０Ａの幅方向ＣＨ（図８において紙面に直交する方向）について平行に配置されている。また、第１ロール１１０と第２ロール１２０とは、積層体４０Ａの積層方向ＤＨ（図８において上下方向）について、隙間を空けて配置されている。第１ロール１１０と第２ロール１２０との間の隙間の大きさは、積層体４０Ａの厚み（積層方向ＤＨにかかる寸法）よりも小さくされている。

なお、第１ロール１１０と第２ロール１２０（一対のロール）の回転方向は、図８において矢印で示すように、２つのロールの回転方向が互いに逆方向となるように、すなわち、２つのロールが互いに順方向回転となるように設定されている。そして、第１ロール１１０と第２ロール１２０の対面箇所では、これらのロールの表面が回転により右向き（積層体４０Ａの搬送方向ＣＤに一致する方向）に移動するようになっている。

また、本実施形態では、図８に示すように、帯状の多孔質セパレータ付き負極板１と帯状の正極板３０とが、それぞれ、図示しない搬送装置によって、一対のロール（第１ロール１１０と第２ロール１２０）の間隙に向けて、それぞれの長さ方向ＢＨに沿って搬送されてゆき、一対のロール（第１ロール１１０と第２ロール１２０）の間隙の直前の位置で、帯状の多孔質セパレータ付き負極板１と帯状の正極板３０とが合流することで、多孔質セパレータ付き負極板１と正極板３０とが積層方向ＤＨに積層されて積層体４０Ａとなる。

なお、帯状の多孔質セパレータ付き負極板１と帯状の正極板３０とは、幅方向ＣＨ（図８において紙面に直交する方向）について、多孔質セパレータ付き負極板１（負極板１０）の負極露出部１０ｍと正極板３０の正極露出部３０ｍとが反対側を向くようにして、一対のロール（第１ロール１１０と第２ロール１２０）の間隙に向けて搬送される。従って、積層体４０Ａでは、幅方向ＣＨについて、負極板１０の負極露出部１０ｍと正極板３０の正極露出部３０ｍとが反対側を向いている。

そして、この積層体４０Ａが、長さ方向ＢＨに一致する搬送方向ＣＤ（図８において右方向）に搬送されると共に、回転する一対のロール（第１ロール１１０と第２ロール１２０）の間を通過してゆく。積層体４０Ａが第１ロール１１０と第２ロール１２０との間の間隙を通過するときに、積層体４０Ａに対して積層方向ＤＨ（図８において上下方向）に圧縮荷重が加えられ、多孔質セパレータ付き負極板１と正極板３０とが圧着される。これにより、多孔質セパレータ付き負極板１と正極板３０とが積層されて一体とされた積層電極体４０が形成される。

ところで、従来の圧着工程では、積層体に対して積層方向に圧縮荷重を加えることで、多孔質セパレータが積層方向に圧縮されて変形し、多孔質セパレータの透気抵抗度が著しく増加することがあった。

これに対し、本実施形態の製造方法では、圧着工程（ステップＳ２）において、多孔質セパレータ２１，２２の温度を常温よりも低温にした状態で、積層体４０Ａ（正極板３０と多孔質セパレータ２１，２２と負極板１０とが積層方向ＤＨに積層されたもの）に対し圧縮荷重を加えるようにしている。なお、常温とは、２０℃±１５℃（５～３５℃）の範囲内の温度をいう。従って、本実施形態の製造方法では、圧着工程（ステップＳ２）において、多孔質セパレータ２１，２２の温度を５℃よりも低い温度にした状態で、積層体４０Ａに対し圧縮荷重を加える。

このように、多孔質セパレータ２１，２２の温度を常温よりも低温にすることで、多孔質セパレータ２１，２２が変形し難くなる（耐荷重性が増加する）ので、圧着工程（ステップＳ２）において積層体４０Ａに圧縮荷重を加えた際に、多孔質セパレータ２１，２２が圧縮変形し難くなり、多孔質セパレータ２１，２２の透気抵抗度が増加し難くなる。

なお、本実施形態の製造方法では、圧着工程（ステップＳ２）において、多孔質セパレータ２１，２２の温度を、当該多孔質セパレータ２１，２２を構成するポリプロピレン樹脂のガラス転移温度Ｔｇ（具体的には、－２０℃）及びその近傍の温度（±１０℃の範囲内）に含まれる温度Ｔａ（Ｔｇ－１０℃≦Ｔａ≦Ｔｇ＋１０℃）、または、温度Ｔａよりも低い温度にしている。

具体的には、圧着工程（ステップＳ２）において、多孔質セパレータ２１，２２の温度を、当該多孔質セパレータ２１，２２を構成するポリプロピレン樹脂のガラス転移温度Ｔｇ（具体的には、－２０℃）よりも１０℃高い第１温度Ｔ１（＝Ｔｇ＋１０℃＝－１０℃）以下にした状態で、積層体４０Ａに対し圧縮荷重を加えるようにしている。

より具体的には、圧着工程（ステップＳ２）において、積層体４０Ａに対し圧縮荷重を加える直前（すなわち、第１ロール１１０と第２ロール１２０との間の間隙に進入する直前）に、多孔質セパレータ２１，２２を冷却することで、多孔質セパレータ２１，２２の温度を第１温度Ｔ１（＝Ｔｇ＋１０℃）以下にしている。詳細には、多孔質セパレータ２１，２２の温度を、多孔質セパレータ２１，２２を構成するポリプロピレン樹脂のガラス転移温度Ｔｇ（具体的には、－２０℃）にしている。

このように、多孔質セパレータ２１，２２の温度を、当該多孔質セパレータ２１，２２を構成する樹脂のガラス転移温度Ｔｇ（具体的には、－２０℃）にすることで、多孔質セパレータ２１，２２が極めて変形し難くなる（耐荷重性が大きく増加する）。これにより、圧着工程（ステップＳ２）において積層体４０Ａに圧縮荷重を加えた際に、多孔質セパレータ２１，２２が極めて圧縮変形し難くなり、多孔質セパレータ２１，２２の透気抵抗度が極めて増加し難くなる。

なお、本実施形態のロールプレス装置１００は、図８に示すように、多孔質セパレータ２１，２２を冷却するための冷却装置３１０，３２０を備えている。冷却装置３１０，３２０は、多孔質セパレータ付き負極板１の搬送方向ＣＤ（長さ方向ＢＨに一致する方向）について、一対のロール（第１ロール１１０と第２ロール１２０）よりも上流側の位置であって、一対のロール（第１ロール１１０と第２ロール１２０）の直ぐ近くに配置されている（図８参照）。

より具体的には、冷却装置３１０は、多孔質セパレータ付き負極板１のうち多孔質セパレータ２１の第１表面２１ｂに対向する位置に配置されている（図８参照）。この冷却装置３１０は、液体窒素を、多孔質セパレータ付き負極板１のうち多孔質セパレータ２１の第１表面２１ｂに塗布することで、多孔質セパレータ２１を冷却する。具体的には、多孔質セパレータ２１の温度を、多孔質セパレータ２１を構成するポリプロピレン樹脂のガラス転移温度Ｔｇ（具体的には、－２０℃）にまで低下させる。

一方、冷却装置３２０は、多孔質セパレータ付き負極板１のうち多孔質セパレータ２２の第２表面２２ｃに対向する位置に配置されている（図８参照）。この冷却装置３２０は、液体窒素を、多孔質セパレータ付き負極板１のうち多孔質セパレータ２２の第２表面２２ｃに塗布することで、多孔質セパレータ２２を冷却する。具体的には、多孔質セパレータ２２の温度を、多孔質セパレータ２２を構成するポリプロピレン樹脂のガラス転移温度Ｔｇ（具体的には、－２０℃）にまで低下させる。

以上説明したように、本実施形態の圧着工程（ステップＳ２）では、積層体４０Ａに対して圧縮荷重を加える直前（すなわち、第１ロール１１０と第２ロール１２０との間の間隙に積層体４０Ａが進入する直前）に、冷却装置３１０，３２０によって多孔質セパレータ２１，２２を冷却することで、多孔質セパレータ２１，２２の温度を、多孔質セパレータ２１，２２を構成するポリプロピレン樹脂のガラス転移温度Ｔｇ（具体的には、－２０℃）にしている。

これにより、本実施形態の圧着工程（ステップＳ２）では、積層体４０Ａに含まれる多孔質セパレータ２１，２２の温度を、多孔質セパレータ２１，２２を構成するポリプロピレン樹脂のガラス転移温度Ｔｇ（具体的には、－２０℃）にした状態で、一対のロール（第１ロール１１０と第２ロール１２０）によって、積層体４０Ａに対し圧縮荷重を加えることができる。これにより、帯状の多孔質セパレータ付き負極板１と帯状の正極板３０とが圧着されて、帯状の積層電極体４０が製造される。

次に、ステップＳ３（切断工程）に進み、帯状の積層電極体４０を、長さ方向ＢＨについて一定の間隔で（図９参照）切断して、積層電極体４０を作製する。なお、図９には、帯状の積層電極体４０の切断位置ＣＰを、二点鎖線で示している。切断位置ＣＰは、帯状の積層電極体４０の長さ方向ＢＨについて、一定の間隔を空けて並んでいる。

本実施形態では、図９に示すように、切断装置２００を用いて、ステップＳ３（切断工程）を行う。切断装置２００は、一対の刃（上刃２１０と下刃２２０）を備える。上刃２１０は、搬送方向ＣＤ（図９において右方向）に搬送される帯状の積層電極体４０の上方（積層方向ＤＨについて一方側）に位置し、下刃２２０は、搬送方向ＣＤに搬送される帯状の積層電極体４０の下方（積層方向ＤＨについて一方側）に位置している。この切断装置２００では、上刃２１０を下方に移動させると共に下刃２２０を上方に移動させて、上刃２１０の先端と下刃２２０の先端とを重ね合わせるようにすることで、積層電極体４０を切断する。

帯状の積層電極体４０は、図示しない搬送装置によって、当該積層電極体４０の長さ方向ＢＨに一致する搬送方向ＣＤ（図９において右方向）に搬送されると共に、一対の刃（上刃２１０と下刃２２０）の間を通過してゆく。そして、積層電極体４０の各々の切断位置ＣＰが、積層方向ＤＨについて一対の刃（上刃２１０と下刃２２０）と対向する位置に到達したとき（図９参照）、上刃２１０を下方に移動させると共に下刃２２０を上方に移動させて、切断位置ＣＰにおいて積層電極体４０を切断する。このような動作を繰り返し行うことで、短冊状の積層電極体４０を複数（多数）作製することができる。

その後、図１０に示すように、上述のようにして製造した短冊状の積層電極体４０を、複数、積層方向ＤＨに積層することで、複数の短冊状の積層電極体４０からなる高容量電極体５０を作製することができる。但し、積層方向ＤＨに隣接する２つの積層電極体４０について、一方の積層電極体４０の多孔質セパレータ２２と他方の積層電極体４０の正極板３０とが接触するようにして、複数の積層電極体４０を積層方向ＤＨに積層する。

（比較形態）
本比較形態では、実施形態と比較して、圧着工程のみが異なり、それ以外は同様にして、積層電極体を製造している。具体的には、比較形態では、圧着工程において、積層体４０Ａに含まれる多孔質セパレータ２１，２２を冷却することなく、多孔質セパレータ２１，２２の温度を常温（具体的には、２０℃）にした状態で、一対のロール（第１ロール１１０と第２ロール１２０）によって、積層体４０Ａに対し圧縮荷重を加えて、積層電極体４０を製造している。より具体的には、比較形態では、実施形態のロールプレス装置１００と比較して、冷却装置３１０，３２０を有しない点のみが異なるロールプレス装置（図示なし）を用いて、積層電極体４０を製造している。

（製造方法の評価）
次に、実施形態及び比較形態にかかる製造方法の評価を行った。具体的には、それぞれの製造方法によって製造した積層電極体について、多孔質セパレータ２１，２２の透気抵抗度を測定した。具体的には、公知の測定装置を用いて、一定量の空気が、一定面積に切り出した多孔質セパレータ２１，２２を厚み方向に透過するのに要する時間（透過時間［ｓ］とする）を測定した。この結果を図１１に示す。なお、図１１には、圧着工程（プレス）を行っていない多孔質セパレータ２１，２２の透気抵抗度（透過時間［ｓ］）を、「プレスなし」として示している。

図１１に示すように、比較形態にかかる多孔質セパレータ２１，２２は、圧着工程（プレス）を行っていない多孔質セパレータ２１，２２に比べて、一定量の空気が透過するのに要する時間（透過時間）が、約２５秒も長くなった。すなわち、比較形態にかかる多孔質セパレータ２１，２２は、圧着工程を行ったことで、多孔質セパレータ２１，２２の透気抵抗度が大きく増加した。

その理由は、比較形態にかかる製造方法では、圧着工程において、多孔質セパレータ２１，２２の温度を常温（具体的には、２０℃）にした状態で、一対のロール（第１ロール１１０と第２ロール１２０）によって圧縮荷重を加えているからであると考えられる。このために、圧着工程において、多孔質セパレータ２１，２２が積層方向ＤＨに大きく圧縮変形（空孔が大きく減少し）し、多孔質セパレータ２１，２２の透気抵抗度が大きく増加したと考えられる。

これに対し、実施形態にかかる多孔質セパレータ２１，２２は、圧着工程（プレス）を行っていない多孔質セパレータ２１，２２に比べて、一定量の空気が透過するのに要する時間（透過時間）が僅かに増加した程度（ほぼ同等）であった。すなわち、実施形態にかかる多孔質セパレータ２１，２２は、圧着工程を行ったにも拘わらず、圧着工程を行う前とほぼ同等の透気抵抗度を有していた。

その理由は、実施形態の製造方法では、圧着工程（ステップＳ２）において、多孔質セパレータ２１，２２の温度を常温よりも低温にした状態で、積層体４０Ａに対し圧縮荷重を加えるようにしているからである。より具体的には、実施形態の圧着工程（ステップＳ２）では、積層体４０Ａに含まれる多孔質セパレータ２１，２２の温度を、多孔質セパレータ２１，２２を構成するポリプロピレン樹脂のガラス転移温度Ｔｇ（具体的には、－２０℃）にした状態で、一対のロール（第１ロール１１０と第２ロール１２０）によって、積層体４０Ａに対し圧縮荷重を加えているからである。

このように、多孔質セパレータ２１，２２の温度を、当該多孔質セパレータ２１，２２を構成する樹脂のガラス転移温度Ｔｇ（具体的には、－２０℃）にすることで、多孔質セパレータ２１，２２が極めて変形し難くなる（耐荷重性が大きく増加する）。これにより、実施形態の製造方法では、圧着工程（ステップＳ２）において積層体４０Ａに圧縮荷重を加えた際に、多孔質セパレータ２１，２２が極めて圧縮変形し難くなり、多孔質セパレータ２１，２２の透気抵抗度が極めて増加し難くなったといえる。

なお、実施形態の積層電極体４０は、リチウムイオン二次電池の電極体（発電要素）として使用される。このため、多孔質セパレータ２１，２２の透気抵抗度が増加すると、多孔質セパレータ２１，２２のリチウムイオン透過性（透過し易さ）が低下することになり、リチウムイオン二次電池の性能低下に繋がる。これに対し、実施形態の製造方法によれば、圧着工程において、多孔質セパレータの透気抵抗度を増加し難くできるため、多孔質セパレータのリチウムイオン透過性（透過し易さ）を低下し難くすることができ、リチウムイオン二次電池の性能低下を抑制することができる。

また、実施形態及び比較形態の製造方法によって製造した積層電極体について、多孔質セパレータ２１の密着強度を調査した。具体的には、公知の剥離試験機を用いて、各々の積層電極体から、多孔質セパレータ２１と密着（圧着）している正極板３０を引き剥がしたときの最大荷重を、多孔質セパレータ２１の密着強度（Ｎ）として測定した。この結果を図１２に示す。

図１２に示すように、実施形態の製造方法によって製造した積層電極体４０と、比較形態の製造方法によって製造した積層電極体とは、多孔質セパレータ２１の密着強度（Ｎ）がほぼ同等であった。すなわち、実施形態では、多孔質セパレータ２１の温度を、当該多孔質セパレータ２１を構成する樹脂のガラス転移温度Ｔｇ（具体的には、－２０℃）にした状態で、多孔質セパレータ２１に対して正極板３０を圧着させているが、多孔質セパレータ２１の温度を常温にした状態で多孔質セパレータ２１に対して正極板３０を圧着させた比較形態と同程度に、正極板３０を多孔質セパレータ２１に密着させることができた。

以上の結果より、本実施形態の製造方法によれば、圧着工程において、正極板３０と多孔質セパレータ２１とを適切に密着させることができる（接合することができる）と共に、多孔質セパレータ２１，２２の透気抵抗度を増加し難くできるといえる。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。

例えば、実施形態では、冷却装置３１０，３２０により、液体窒素を、多孔質セパレータ２１の第１表面２１ｂ及び多孔質セパレータ２２の第２表面２２ｃに塗布することで、多孔質セパレータ２１，２２を冷却するようにした。

しかしながら、多孔質セパレータ２１，２２を冷却する方法は、このような方法に限定されるものではなく、いずれの冷却方法を採用しても良い。例えば、積層体４０Ａをプレスする第１ロール１１０と第２ロール１２０を冷却して低温にした状態で、積層体４０Ａを、第１ロール１１０と第２ロール１２０との間に通すようにしても良い。このようにすることで、第１ロール１１０及び第２ロール１２０によって、積層体４０Ａ（多孔質セパレータ付き負極板１）を構成する多孔質セパレータ２１，２２を冷却することができる。

また、実施形態では、ステップＳ１（多孔質セパレータ付き負極板の製造工程）において、多孔質セパレータ２１の第２表面２１ｃ及び多孔質セパレータ２２の第１表面２２ｂにバインダ２３を塗布し、このバインダ２３を介して、帯状の負極板１０と帯状の多孔質セパレータ２１，２２とが一体とされた帯状の多孔質セパレータ付き負極板１を製造した。
しかしながら、多孔質セパレータ２１の第２表面２１ｃ及び多孔質セパレータ２２の第１表面２２ｂにバインダ２３を塗布することなく、帯状の負極板１０と帯状の多孔質セパレータ２１，２２とを一体化させて、帯状の多孔質セパレータ付き負極板を製造するようにしても良い。

また、実施形態では、多孔質セパレータ２１の第１表面２１ｂにバインダを塗布することなく、ステップＳ２（圧着工程）において、多孔質セパレータ２１の第１表面２１ｂに正極板３０を密着させるようにして、積層電極体４０を製造した。
しかしながら、多孔質セパレータ２１の第１表面２１ｂにバインダを塗布した状態で、ステップＳ２（圧着工程）において、バインダ２３を介して、多孔質セパレータ２１の第１表面２１ｂに正極板３０を密着させるようにして、積層電極体を製造するようにしても良い。

また、実施形態では、ステップＳ２（圧着工程）において、帯状の多孔質セパレータ付き負極板１と帯状の正極板３０とを圧着して帯状の積層電極体４０を製造した。すなわち、帯状の積層電極体として、帯状の多孔質セパレータ付き負極板１と帯状の正極板３０とを有する積層電極体４０を製造した。

しかしながら、帯状の正極板３０を、長さ方向ＢＨについて一定の間隔で切断して、一定の長さを有する短冊状の（平面視矩形状の）複数の正極板３０を作製し、切断した短冊状の正極板３０を、長さ方向ＢＨに一致する搬送方向ＣＤに搬送されてゆく帯状の多孔質セパレータ付き負極板１のうち帯状の多孔質セパレータ２１の第１表面２１ｂ上に、長さ方向ＢＨについて一定の間隙を空けて載置してゆくことで、短冊状の複数の正極板３０と帯状の多孔質セパレータ付き負極板１とが積層された積層体を形成し、この積層体に対し積層方向に圧縮荷重を加えることによって、積層電極体を製造するようにしても良い。

すなわち、ステップＳ２（圧着工程）において、帯状の多孔質セパレータ付き負極板１と、長さ方向ＢＨに間隙を空けて並ぶ複数の短冊状の正極板３０と、を有する帯状の積層電極体を製造するようにしても良い。
その後、ステップＳ３（切断工程）において、上述した帯状の積層電極体を、長さ方向ＢＨに間隙を空けて隣り合う２つの正極板３０，３０の間の位置で切断して、短冊状の積層電極体を複数作製するようにしても良い。

また、実施形態では、積層電極体を構成する多孔質セパレータとして、１種類の樹脂（具体的には、ポリプロピレン樹脂）からなる多孔質セパレータ２１，２２を使用した。しかしながら、積層電極体を構成する多孔質セパレータとして、２種類以上の樹脂からなる多孔質セパレータを使用しても良い。

なお、２種類以上の樹脂からなる多孔質セパレータを使用した場合は、圧着工程における多孔質セパレータの温度は、多孔質セパレータを構成する複数の樹脂のうち最もガラス転移温度が高い樹脂のガラス転移温度Ｔｇにすると良い。このようにすることで、多孔質セパレータを構成する複数の樹脂のうち最もガラス転移温度が高い樹脂が極めて変形し難くなるので、多孔質セパレータ全体としても変形し難くなる（耐荷重性が増加する）。これにより、圧着工程において積層体に圧縮荷重を加えた際に、多孔質セパレータが圧縮変形し難くなり、多孔質セパレータの透気抵抗度が増加し難くなる。

具体的には、例えば、ポリプロピレンとポリエチレンとによって構成されている多孔質セパレータを使用した場合は、多孔質セパレータの温度をポリプロピレンのガラス転移温度Ｔｇ（具体的には、－２０℃）にした状態で、圧着工程を行うようにすると良い。

また、実施形態では、圧着工程において、多孔質セパレータ２１，２２を冷却して、多孔質セパレータ２１，２２の温度を、多孔質セパレータ２１，２２を構成する樹脂（具体的には、ポリプロピレン）のガラス転移温度Ｔｇにした。
しかしながら、多孔質セパレータ２１，２２の温度を、多孔質セパレータ２１，２２を構成する樹脂（具体的には、ポリプロピレン）のガラス転移温度Ｔｇの近傍の温度（Ｔｇ±１０℃の範囲内）にしても良い。あるいは、それよりも低い温度にしても良い。

１ 多孔質セパレータ付き負極板
１０ 負極板
１１ 負極集電箔
１３ 負極合材層
２１，２２ 多孔質セパレータ
２３ バインダ
３０ 正極板
３１ 正極集電箔
３３ 正極合材層
４０ 積層電極体
４０Ａ 積層体
５０ 高容量電極体
１００ ロールプレス装置
１１０ 第１ロール
１２０ 第２ロール
２００ 切断装置
３１０，３２０ 冷却装置
Ｓ１ 多孔質セパレータ付き負極板の製造工程
Ｓ２ 圧着工程
Ｓ３ 切断工程
ＢＨ 長さ方向
ＣＤ 搬送方向
ＣＨ 幅方向
ＣＰ 切断位置
ＤＨ 積層方向

Claims (1)

1. 正極板と負極板と多孔質セパレータとが積層方向に積層されて圧着された積層電極体の製造方法であって、
   前記正極板と前記多孔質セパレータと前記負極板とが前記積層方向に積層された積層体に対し、前記積層方向に圧縮荷重を加えることによって、前記正極板と前記多孔質セパレータと前記負極板とを圧着して、前記積層電極体を作製する圧着工程、を備え、
   前記積層電極体は、リチウムイオン二次電池の電極体として使用される積層電極体であり、
   前記多孔質セパレータは、ポリプロピレン及びポリエチレンの少なくともいずれかによって構成されており、
   前記圧着工程では、前記多孔質セパレータの温度を常温よりも低温にした状態で、前記積層体に対し前記圧縮荷重を加える
   積層電極体の製造方法。

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