JP2014086267A - Separator joining method and device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セパレータ接合方法およびセパレータ接合装置に関する。 The present invention relates to a separator bonding method and a separator bonding apparatus.
従来から、たとえば二次電池のような電気デバイスは、外装材で充放電が行われる発電要素を封止している。発電要素は、電極とセパレータとを積層して構成している。セパレータは、加熱されると収縮し易い。セパレータが収縮すると、電気的な短絡が局所的に発生して、電気デバイスの出力が低下する。 Conventionally, for example, an electric device such as a secondary battery seals a power generation element that is charged and discharged with an exterior material. The power generation element is configured by laminating an electrode and a separator. The separator easily contracts when heated. When the separator contracts, an electrical short circuit occurs locally and the output of the electrical device decreases.
そこで、耐熱性を有する耐熱層の両面にその耐熱層の融点よりも低い融点を有する熱溶融層が配置されたセパレータを用い、そのセパレータが加熱された場合でも収縮を防ぐ積層式電池の構成がある。積層式電池のセパレータの熱溶融層同士は、熱溶着によって固定している(例えば、特許文献1参照。)。 Therefore, a separator in which a heat-melting layer having a melting point lower than the melting point of the heat-resistant layer is used on both surfaces of the heat-resistant layer having heat resistance, and a laminated battery configuration that prevents shrinkage even when the separator is heated is provided. is there. The hot melt layers of the separator of the stacked battery are fixed by heat welding (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記特許文献1の構成では、加熱および加圧を兼ねる金属端子によってセパレータを加熱しながら加圧し、そのセパレータ同士を接合している。このような構成では、金属端子が接触している耐熱層を局所的に加熱しながら加圧することになる。金属端子が接触しているセパレータの耐熱層は、耐熱性を有していることから、金属端子からセパレータの熱溶融層までは熱が伝わり難いため、金属端子の押圧力を上げなければ、セパレータ同士を安定して溶着できない虞がある。 However, in the configuration of Patent Document 1, the separator is pressurized while being heated by a metal terminal that also serves as heating and pressurization, and the separators are joined to each other. In such a configuration, the heat-resistant layer in contact with the metal terminal is pressurized while being locally heated. Since the heat-resistant layer of the separator in contact with the metal terminal has heat resistance, it is difficult for heat to be transmitted from the metal terminal to the hot melt layer of the separator. There is a possibility that they cannot be welded stably.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、溶融材とその溶融材よりも溶融温度が高い耐熱材とを含むセパレータを用いる場合でも、そのセパレータ同士を安定して接合することができるセパレータ接合方法およびセパレータ接合装置の提供を目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and even when a separator including a molten material and a heat-resistant material having a melting temperature higher than that of the molten material is used, the separators are stably bonded to each other. An object of the present invention is to provide a separator bonding method and a separator bonding apparatus.
上記目的を達成する本発明に係るセパレータ接合方法は、電極と交互に積層するセパレータ同士を接合する接合方法である。このセパレータ接合方法では、溶融材と、溶融材よりも溶融温度が高い耐熱材と、を含むセパレータを用いる。さらに、セパレータ接合方法は加熱工程と加圧工程とを有している。加熱工程は、電極を加熱部材によって加熱する。加圧工程は、加熱工程の後に、加熱された電極を一対のセパレータで挟持し、電極を挟持した一対のセパレータを加圧部材によって挟持して加圧する。 The separator joining method according to the present invention that achieves the above object is a joining method for joining separators alternately stacked with electrodes. In this separator joining method, a separator including a molten material and a heat-resistant material having a melting temperature higher than that of the molten material is used. Furthermore, the separator joining method has a heating step and a pressurizing step. In the heating step, the electrode is heated by a heating member. In the pressurizing step, after the heating step, the heated electrode is sandwiched between a pair of separators, and the pair of separators sandwiched between the electrodes are sandwiched by a pressurizing member and pressurized.
上記目的を達成する本発明に係るセパレータ接合装置は、電極と交互に積層するセパレータ同士を接合する接合装置である。このセパレータ接合装置では、溶融材と、溶融材よりも溶融温度が高い耐熱材と、を含むセパレータを用いる。さらに、セパレータ接合装置は、加熱部と加圧部とを有している。加熱部は、電極を加熱部材によって加熱する。加圧部は、加熱された電極を一対のセパレータで挟持し、電極を挟持した一対のセパレータを加圧部材によって挟持して加圧する。 The separator joining apparatus according to the present invention that achieves the above object is a joining apparatus that joins separators alternately stacked with electrodes. In this separator joining apparatus, a separator including a molten material and a heat-resistant material having a melting temperature higher than that of the molten material is used. Furthermore, the separator bonding apparatus has a heating part and a pressure part. The heating unit heats the electrode with a heating member. The pressurizing unit sandwiches the heated electrode with a pair of separators, and presses the pair of separators with the electrodes sandwiched by a pressurizing member.
上記のように構成した本発明のセパレータ接合方法およびセパレータ接合装置では、まず、電極を加熱部材によって加熱した後、その加熱された電極を一対のセパレータで挟持し、電極を挟持した一対のセパレータを加圧部材によって挟持して加圧する。このようなセパレータの接合方法およびセパレータ接合装置によれば、加熱された電極を挟持することにより加熱されて軟化したセパレータを加圧部材によって加圧することができる。このため、本発明のセパレータ接合方法およびセパレータ接合装置では、セパレータに対する加圧部材の押圧力を軽減させることができる。したがって、本発明に係るセパレータ接合方法およびセパレータ接合装置は、溶融材とその溶融材よりも溶融温度が高い耐熱材とを含むセパレータを用いる場合でも、そのセパレータ同士を安定して接合することができる。 In the separator joining method and the separator joining apparatus of the present invention configured as described above, first, after heating the electrode with a heating member, the heated electrode is sandwiched between a pair of separators, and the pair of separators sandwiching the electrodes is provided. The pressure member is sandwiched and pressurized. According to such a separator bonding method and separator bonding apparatus, a separator softened by heating by sandwiching a heated electrode can be pressurized by a pressure member. For this reason, in the separator joining method and separator joining apparatus of the present invention, the pressing force of the pressure member on the separator can be reduced. Therefore, the separator bonding method and the separator bonding apparatus according to the present invention can stably bond the separators even when a separator including a molten material and a heat-resistant material having a higher melting temperature than the molten material is used. .
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面における各部材の大きさや比率は、説明の都合上誇張され実際の大きさや比率とは異なる場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The size and ratio of each member in the drawings are exaggerated for convenience of explanation and may be different from the actual size and ratio.
(第1実施形態)
第1実施形態に係るセパレータ接合方法について、図1〜図8を参照しながら説明する。
(First embodiment)
The separator joining method according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
まず、セパレータ接合方法によって接合した一対のセパレータ30を用いて製造した電気デバイス1の基本的な構成について、図1〜図4を参照しながら説明する。 First, a basic configuration of the electric device 1 manufactured using a pair of separators 30 joined by a separator joining method will be described with reference to FIGS.
図1は、セパレータ接合方法によって接合した一対のセパレータ30を用いて製造した電気デバイス1を示す斜視図である。図2は、セパレータ接合方法によって接合した一対のセパレータ30を用いて製造した電気デバイス1を示す分解斜視図である。図3は、セパレータ接合方法に用いるセパレータ30の一部を示す断面図である。図4は、セパレータ接合方法に用いる変形例のセパレータ30の一部を示す断面図である。 FIG. 1 is a perspective view showing an electrical device 1 manufactured using a pair of separators 30 joined by a separator joining method. FIG. 2 is an exploded perspective view showing the electrical device 1 manufactured using a pair of separators 30 joined by a separator joining method. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a part of the separator 30 used in the separator joining method. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a part of a modified separator 30 used in the separator joining method.
電気デバイス1は、図1に示すように、たとえば、リチウムイオン二次電池、ポリマーリチウム電池、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池に相当する。電気デバイス1は、図2に示すように、充放電が行われる発電要素200を外装材40で封止している。発電要素200は、正極10を一対のセパレータ30で挟持して接合した袋詰電極100と、負極20とを交互に積層して構成している。発電要素は、負極20を一対のセパレータ30で挟持して接合した袋詰電極と、正極10とを交互に積層して構成してもよい。 As shown in FIG. 1, the electric device 1 corresponds to, for example, a lithium ion secondary battery, a polymer lithium battery, a nickel-hydrogen battery, or a nickel-cadmium battery. As shown in FIG. 2, the electric device 1 has a power generation element 200 that is charged and discharged sealed with an exterior material 40. The power generation element 200 is configured by alternately laminating a packed electrode 100 in which the positive electrode 10 is sandwiched and bonded by a pair of separators 30 and the negative electrode 20. The power generation element may be configured by alternately laminating the packaged electrode in which the negative electrode 20 is sandwiched and bonded by the pair of separators 30 and the positive electrode 10.
正極10は、図2に示すように、導電体である正極集電体11の両面に正極活物質12を結着して形成している。電力を取り出す正極電極端子11aは、正極集電体11の一端の一部から延在して形成している。複数積層された正極10の正極電極端子11aは、溶接または接着によって互いに固定している。 As shown in FIG. 2, the positive electrode 10 is formed by binding a positive electrode active material 12 to both surfaces of a positive electrode current collector 11 which is a conductor. The positive electrode terminal 11 a for taking out electric power is formed to extend from a part of one end of the positive electrode current collector 11. A plurality of the positive electrode terminals 11a of the positive electrodes 10 stacked on each other are fixed to each other by welding or adhesion.
正極10の正極集電体11の材料には、たとえば、アルミニウム製エキスパンドメタル、アルミニウム製メッシュ、またはアルミニウム製パンチドメタルを用いている。正極10の正極活物質12の材料には、電気デバイス1がリチウムイオン二次電池である場合、種々の酸化物(LiMn2O4のようなリチウムマンガン酸化物;二酸化マンガン;LiNiO2のようなリチウムニッケル酸化物;LiCoO2のようなリチウムコバルト酸化物;リチウム含有ニッケルコバルト酸化物;リチウムを含む非晶質五酸化バナジウム)またはカルコゲン化合物(二硫化チタン、二硫化モリブテン)等を用いている。 As the material of the positive electrode current collector 11 of the positive electrode 10, for example, an aluminum expanded metal, an aluminum mesh, or an aluminum punched metal is used. The material of the positive electrode active material 12 of the positive electrode 10 includes various oxides (lithium manganese oxide such as LiMn2O4; manganese dioxide; lithium nickel oxide such as LiNiO2) when the electric device 1 is a lithium ion secondary battery. Lithium cobalt oxide such as LiCoO 2; lithium-containing nickel cobalt oxide; lithium-containing amorphous vanadium pentoxide) or chalcogen compound (titanium disulfide, molybdenum disulfide) or the like is used.
負極20は、図2に示すように、導電体である負極集電体21の両面に負極活物質22を結着して形成している。負極電極端子21aは、正極10に形成した正極電極端子11aと重ならないように、負極集電体21の一端の一部から延在して形成している。負極20の長手方向の長さは、正極10の長手方向の長さよりも長い。負極20の短手方向の長さは、正極10の短手方向の長さと同様である。複数積層された負極20の負極電極端子21aは、溶接または接着によって互いに固定している。 As shown in FIG. 2, the negative electrode 20 is formed by binding a negative electrode active material 22 to both surfaces of a negative electrode current collector 21 which is a conductor. The negative electrode terminal 21 a extends from a part of one end of the negative electrode current collector 21 so as not to overlap the positive electrode terminal 11 a formed on the positive electrode 10. The length of the negative electrode 20 in the longitudinal direction is longer than the length of the positive electrode 10 in the longitudinal direction. The length of the negative electrode 20 in the short direction is the same as the length of the positive electrode 10 in the short direction. A plurality of negative electrode terminals 21a of the negative electrode 20 stacked on each other are fixed to each other by welding or adhesion.
負極20の負極集電体21の材料には、たとえば、銅製エキスパンドメタル、銅製メッシュ、または銅製パンチドメタルを用いている。負極20の負極活物質22の材料には、電気デバイス1がリチウムイオン二次電池である場合、リチウムイオンを吸蔵して放出する炭素材料を用いている。このような炭素材料には、たとえば、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、または有機前駆体(フェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、またはセルロース)を不活性雰囲気中で熱処理して合成した炭素を用いている。 As the material of the negative electrode current collector 21 of the negative electrode 20, for example, a copper expanded metal, a copper mesh, or a copper punched metal is used. When the electric device 1 is a lithium ion secondary battery, a carbon material that occludes and releases lithium ions is used as the material of the negative electrode active material 22 of the negative electrode 20. For such carbon materials, for example, natural graphite, artificial graphite, carbon black, activated carbon, carbon fiber, coke, or organic precursors (phenol resin, polyacrylonitrile, or cellulose) are heat-treated in an inert atmosphere and synthesized. Carbon is used.
セパレータ30は、図2に示すように、正極10と負極20の間に設けられ、その正極10と負極20とを電気的に隔離している。セパレータ30は、正極10と負極20との間に電解液を保持して、イオンの伝導性を担保している。セパレータ30は、矩形状に形成している。セパレータ30の長手方向の長さは、負極電極端子21aの部分を除いた負極20の長手方向の長さよりも長い。 As illustrated in FIG. 2, the separator 30 is provided between the positive electrode 10 and the negative electrode 20, and electrically isolates the positive electrode 10 and the negative electrode 20. The separator 30 holds an electrolytic solution between the positive electrode 10 and the negative electrode 20 to ensure ion conductivity. The separator 30 is formed in a rectangular shape. The length in the longitudinal direction of the separator 30 is longer than the length in the longitudinal direction of the negative electrode 20 excluding the portion of the negative electrode terminal 21a.
このセパレータ30は、図3に示すように、たとえば、溶融材31と耐熱材32とを積層して形成する。耐熱材32は、溶融材31よりも溶解温度が高い。このような量産性に優れたセパレータ30を用い、互いの溶融材31が対向するように配設した一対のセパレータ30を安定して接合することができる。 As shown in FIG. 3, the separator 30 is formed by, for example, laminating a melting material 31 and a heat-resistant material 32. The heat-resistant material 32 has a higher melting temperature than the molten material 31. Using such a separator 30 with excellent mass productivity, a pair of separators 30 disposed so that the molten materials 31 face each other can be stably joined.
一方、セパレータ30は、図4に示すように、溶融材33と耐熱材34とを混在させて形成してもよい。耐熱材34は、溶融材33よりも溶解温度が高い。このようなセパレータ30を用い、互いのセパレータ30の溶融材33を一定の割合で当接させるように配設した一対のセパレータ30を安定して接合することができる。 On the other hand, the separator 30 may be formed by mixing a molten material 33 and a heat-resistant material 34 as shown in FIG. The heat-resistant material 34 has a melting temperature higher than that of the molten material 33. Using such a separator 30, a pair of separators 30 arranged so that the molten material 33 of the separators 30 abuts at a constant rate can be stably joined.
セパレータ30の溶融材31の材料には、たとえば、ポリエチレンまたはポリプロピレンのポリオレフィン系微多孔質から構成される材料を用いている。溶融材31には、非水溶媒に電解質を溶解することによって調製した非水電解液を含浸させている。非水電解液を保持するために、ポリマーを含有させている。セパレータ30の耐熱材32および34の材料は、たとえば、無機化合物を高温で成形したセラミックスを用いている。具体的には、セラミックスは、シリカ、アルミナ、ジルコニウム酸化物、チタン酸化物等のセラミック粒子とバインダーの結合により形成される多孔質からなる。耐熱材32および34の材料は、セラミックスに限定されることはなく、溶融材31および33よりも溶解温度が高ければよい。 As the material of the melting material 31 of the separator 30, for example, a material composed of polyolefin microporous material of polyethylene or polypropylene is used. The molten material 31 is impregnated with a nonaqueous electrolytic solution prepared by dissolving an electrolyte in a nonaqueous solvent. In order to hold the non-aqueous electrolyte, a polymer is included. As the material of the heat-resistant materials 32 and 34 of the separator 30, for example, ceramics formed by molding an inorganic compound at a high temperature is used. Specifically, the ceramic is made of a porous material formed by bonding ceramic particles such as silica, alumina, zirconium oxide, titanium oxide and the like and a binder. The material of the heat-resistant materials 32 and 34 is not limited to ceramics, and it is sufficient that the melting temperature is higher than that of the melting materials 31 and 33.
外装材40は、図2に示すように、たとえば、内部に金属板を備えたラミネートシート41および42から構成し、発電要素200を両側から被覆して封止している。ラミネートシート41および42で発電要素200を封止する際は、周囲の一部を開放して、その他の周囲を熱溶着などによって封止する。ラミネートシート41および42の開放されている部分から電解液を注入し、セパレータ30等に電荷液を含浸させる。ラミネートシート41および42の開放部から内部を減圧することで空気を抜きつつ、その開放部も熱融着して完全に密封する。 As shown in FIG. 2, the exterior material 40 includes, for example, laminate sheets 41 and 42 each having a metal plate therein, and covers and seals the power generation element 200 from both sides. When the power generation element 200 is sealed with the laminate sheets 41 and 42, a part of the periphery is opened and the other periphery is sealed by heat welding or the like. An electrolyte solution is injected from the open portions of the laminate sheets 41 and 42, and the separator 30 and the like are impregnated with the charge solution. While decompressing the inside from the open portions of the laminate sheets 41 and 42, the open portions are also heat-sealed and completely sealed.
ラミネートシート41および42の材料には、たとえば、積層した3種類の材料を用いている。具体的には、負極20に隣接する1層目の熱融着性樹脂の材料には、たとえば、ポリエチレン(PE)、アイオノマー、またはエチレンビニルアセテート(EVA)を用いている。2層目の金属箔には、たとえば、Al箔またはNi箔を用いている。3層目の樹脂フィルムには、たとえば、剛性を有するポリエチレンテレフタレート(PET)またはナイロンを用いている。 As the material of the laminate sheets 41 and 42, for example, three kinds of laminated materials are used. Specifically, for example, polyethylene (PE), ionomer, or ethylene vinyl acetate (EVA) is used as the material of the first layer of the heat-fusible resin adjacent to the negative electrode 20. For example, Al foil or Ni foil is used for the second layer metal foil. For example, rigid polyethylene terephthalate (PET) or nylon is used for the third layer resin film.
つぎに、正極10を加熱する方法について、図5および図6を参照しながら説明する。正極10は、その正極10を一対のセパレータ30で挟持する前に加熱する。 Next, a method for heating the positive electrode 10 will be described with reference to FIGS. 5 and 6. The positive electrode 10 is heated before the positive electrode 10 is sandwiched between the pair of separators 30.
図5は、正極10を加熱する方法を示す斜視図である。図6は、図5のA−A’線における断面図である。 FIG. 5 is a perspective view showing a method for heating the positive electrode 10. 6 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG. 5.
図5および図6に示すように、加熱部材300は、正極10の長手方向の側面に、その正極10から離間して、合計2個配設している。したがって、加熱部材300は、後でセパレータ30越しに押圧される正極10の端部に近接することができる。このため、一対のセパレータ30に挟持される正極10を効率良く加熱することができる。加熱部材300には、たとえば、電熱線やヒータ電球を用い、正極10の長手方向に沿って長尺からなる板状に形成している。加熱部材300は、加熱された正極10を挟持する一対のセパレータ30の溶融材31が溶融し、耐熱材32が溶融しない温度に設定している。 As shown in FIG. 5 and FIG. 6, a total of two heating members 300 are disposed on the side surface in the longitudinal direction of the positive electrode 10 so as to be separated from the positive electrode 10. Therefore, the heating member 300 can be close to the end of the positive electrode 10 that is pressed through the separator 30 later. For this reason, the positive electrode 10 sandwiched between the pair of separators 30 can be efficiently heated. For example, a heating wire or a heater bulb is used as the heating member 300 and is formed in a long plate shape along the longitudinal direction of the positive electrode 10. The heating member 300 is set to a temperature at which the molten material 31 of the pair of separators 30 sandwiching the heated positive electrode 10 is melted and the heat-resistant material 32 is not melted.
つぎに、セパレータ30同士を加圧する方法について、図7および図8を参照しながら説明する。セパレータ30同士は、予め加熱され軟化した状態で加圧する。 Next, a method for pressurizing the separators 30 will be described with reference to FIGS. The separators 30 are pressurized while being heated and softened in advance.
図7は、セパレータ30を加圧する方法を示す斜視図である。図8は、図7のB−B’線における断面図である。 FIG. 7 is a perspective view showing a method for pressurizing the separator 30. FIG. 8 is a sectional view taken along line B-B ′ of FIG. 7.
図7に示すように、正極10の上方および下方に、セパレータ30をそれぞれ配設する。一対のセパレータ30は、互いに溶融材31が対向するように配設している。加圧部材400は、一対のセパレータ30の長手方向の両端の上方および下方に、その一対のセパレータ30を挟み込むように配設している。加圧部材400は、図示せぬ駆動部によって上下に可動する。加圧部材400は、たとえば、ステンレスや銅からなり、長方体形状に形成している。 As shown in FIG. 7, separators 30 are respectively disposed above and below the positive electrode 10. The pair of separators 30 are disposed so that the molten material 31 faces each other. The pressure member 400 is disposed above and below both ends in the longitudinal direction of the pair of separators 30 so as to sandwich the pair of separators 30 therebetween. The pressure member 400 is moved up and down by a drive unit (not shown). The pressure member 400 is made of, for example, stainless steel or copper, and is formed in a rectangular shape.
図8(a)に示すように、複数の加圧部材400を、一対のセパレータ30の長手方向の両端を上下方向から挟み込むように配設する。図8(a)に断面図で示す構成は、図7に斜視図で示す構成に相当する。 As shown to Fig.8 (a), the several pressurization member 400 is arrange | positioned so that the both ends of the longitudinal direction of a pair of separator 30 may be inserted | pinched from an up-down direction. The configuration shown in the cross-sectional view of FIG. 8A corresponds to the configuration shown in the perspective view of FIG.
図8(b)に示すように、複数の加圧部材400を図中のP1に示す方向に駆動することにより、加圧部材400が一対のセパレータ30の長手方向の両端を上下方向から挟持して、その一対のセパレータ30を接合する。すなわち、予め加熱部材300によって溶融された溶融材31が加圧部材400によって加圧されて、セパレータ30同士が接合する。予め加熱部材300によって加熱され軟化した一対のセパレータ30を加圧部材400によって加圧している。このため、セパレータ30に対する加圧部材400の押圧力を軽減させることができる。したがって、溶融材31と、その溶融材31よりも溶融温度が高い耐熱材32とを含むセパレータ30を用いる場合でも、そのセパレータ30同士を安定して接合することができる。 As shown in FIG. 8B, by driving the plurality of pressure members 400 in the direction indicated by P1 in the figure, the pressure members 400 hold both ends in the longitudinal direction of the pair of separators 30 from above and below. Then, the pair of separators 30 are joined. That is, the molten material 31 previously melted by the heating member 300 is pressurized by the pressure member 400, and the separators 30 are joined. A pair of separators 30 that have been heated and softened in advance by the heating member 300 are pressurized by the pressure member 400. For this reason, the pressing force of the pressure member 400 against the separator 30 can be reduced. Therefore, even when the separator 30 including the molten material 31 and the heat-resistant material 32 having a higher melting temperature than the molten material 31 is used, the separators 30 can be stably bonded.
図8(c)に示すように、複数の加圧部材400を図中のP2に示す方向に駆動し、接合した一対のセパレータ30から離間する。図7および図8を参照しながら上述したセパレータ接合方法では、予め加熱部材300によって加熱された一対のセパレータ30を加圧部材400で加圧している。このように構成したセパレータ接合方法は、量産性や品質の面から優れた、所謂、袋詰電極100を形成する方法に相当する。 As shown in FIG. 8C, the plurality of pressure members 400 are driven in the direction indicated by P <b> 2 in the drawing to be separated from the pair of separators 30 that are joined. In the separator joining method described above with reference to FIGS. 7 and 8, the pair of separators 30 previously heated by the heating member 300 are pressurized by the pressure member 400. The separator joining method configured in this way corresponds to a method for forming a so-called packaged electrode 100 which is excellent in terms of mass productivity and quality.
上述した第1実施形態に係るセパレータ接合方法によれば、以下の作用効果を奏する。 The separator bonding method according to the first embodiment described above has the following effects.
セパレータ接合方法は、電極(正極10および負極20)と交互に積層するセパレータ30同士を接合する接合方法である。このセパレータ接合方法では、溶融材(31または33)と、溶融材(31または33)よりも溶融温度が高い耐熱材(32または34)と、を含むセパレータ30を用いる。さらに、セパレータ接合方法は加熱工程と加圧工程とを有している。加熱工程は、正極10を加熱部材300によって加熱する。加圧工程は、加熱工程の後に、加熱された正極10を一対のセパレータ30で挟持し、正極10を挟持した一対のセパレータ30を加圧部材400によって挟持して加圧する。 The separator bonding method is a bonding method in which separators 30 alternately stacked with electrodes (the positive electrode 10 and the negative electrode 20) are bonded together. In this separator joining method, a separator 30 including a molten material (31 or 33) and a heat-resistant material (32 or 34) having a higher melting temperature than the molten material (31 or 33) is used. Furthermore, the separator joining method has a heating step and a pressurizing step. In the heating step, the positive electrode 10 is heated by the heating member 300. In the pressurizing step, after the heating step, the heated positive electrode 10 is sandwiched between a pair of separators 30, and the pair of separators 30 between which the positive electrode 10 is sandwiched is sandwiched between pressurizing members 400 and pressed.
このように構成したセパレータ接合方法によれば、図6に示すように加熱部材300によって正極10を加熱した後、図8に示すように加熱された正極10を挟持することにより加熱されて軟化したセパレータ30を加圧部材400によって加圧することができる。このため、セパレータ30に対する加圧部材400の押圧力を軽減させることができる。したがって、このセパレータ接合方法によれば、溶融材31または33と、その溶融材31または33よりも溶融温度が高い耐熱材32または34とを含むセパレータ30を用いる場合でも、そのセパレータ30同士を安定して接合することができる。 According to the separator joining method configured as described above, the positive electrode 10 is heated by the heating member 300 as shown in FIG. 6, and then heated and softened by sandwiching the heated positive electrode 10 as shown in FIG. The separator 30 can be pressurized by the pressure member 400. For this reason, the pressing force of the pressure member 400 against the separator 30 can be reduced. Therefore, according to this separator joining method, even when the separator 30 including the melting material 31 or 33 and the heat-resistant material 32 or 34 having a higher melting temperature than the melting material 31 or 33 is used, the separators 30 can be stabilized. And can be joined.
特に、このセパレータ接合方法では、熱伝導率が高い金属からなる正極10を加熱部材300により加熱しているため、正極10全体が万遍なく加熱され易い。さらに、軟化させる必要があるセパレータ30は、万遍なく加熱された正極10を挟持することから、正極10からセパレータ30に熱が伝導し易い。したがって、このセパレータ接合方法では、効率良くセパレータ30を加熱して軟化させることができる。 In particular, in this separator bonding method, since the positive electrode 10 made of a metal having high thermal conductivity is heated by the heating member 300, the entire positive electrode 10 is easily heated uniformly. Furthermore, since the separator 30 that needs to be softened sandwiches the positive electrode 10 heated uniformly, heat is easily conducted from the positive electrode 10 to the separator 30. Therefore, in this separator joining method, the separator 30 can be efficiently heated and softened.
さらに、セパレータ接合方法によれば、溶融材31と耐熱材32とを積層したセパレータ30を用いる構成としてもよい。 Furthermore, according to the separator joining method, the separator 30 in which the molten material 31 and the heat-resistant material 32 are stacked may be used.
このように構成したセパレータ接合方法によれば、図3に示すように、量産性に優れた溶融材31と耐熱材32とを積層して形成したセパレータ30を用い、たとえば、互いに溶融材31が対向するように配設した一対のセパレータ30を接合する構成とすることができる。したがって、正極10を挟持し加熱部材300によって溶融されるセパレータ30の溶融材31が、加圧部材400によって加圧されて安定して接合される。 According to the separator joining method configured as described above, as shown in FIG. 3, the separator 30 formed by laminating the melting material 31 and the heat-resistant material 32 excellent in mass productivity is used. It can be set as the structure which joins a pair of separator 30 arrange | positioned so that it may oppose. Therefore, the molten material 31 of the separator 30 that sandwiches the positive electrode 10 and is melted by the heating member 300 is pressurized by the pressure member 400 and stably joined.
さらに、セパレータ接合方法によれば、溶融材33と耐熱材34とを混在させたセパレータ30を用いる構成としてもよい。 Furthermore, according to the separator joining method, the separator 30 in which the molten material 33 and the heat-resistant material 34 are mixed may be used.
このように構成したセパレータ接合方法によれば、図4に示すように、対向するように配設した一対のセパレータ30において、互いのセパレータ30の溶融材33が一定の割合で当接する構成とすることができる。したがって、正極10を挟持し加熱部材300によって溶融されるセパレータ30の溶融材33が、加圧部材400によって加圧されて接合される。 According to the separator joining method configured in this way, as shown in FIG. 4, in the pair of separators 30 arranged so as to face each other, the molten material 33 of each separator 30 abuts at a constant rate. be able to. Therefore, the molten material 33 of the separator 30 that sandwiches the positive electrode 10 and is melted by the heating member 300 is pressurized and joined by the pressure member 400.
さらに、セパレータ接合方法によれば、加熱部材300は、正極10の側面の側に配設する構成としてもよい。 Furthermore, according to the separator bonding method, the heating member 300 may be arranged on the side surface side of the positive electrode 10.
このように構成したセパレータ接合方法によれば、図5に示すように、加熱部材300は、後でセパレータ30越しに押圧される正極10の端部に近接することができる。このため、一対のセパレータ30に挟持される正極10を加熱部材300によって効率良く加熱することができる。 According to the separator joining method configured as described above, as shown in FIG. 5, the heating member 300 can be brought close to the end of the positive electrode 10 to be pressed through the separator 30 later. For this reason, the positive electrode 10 sandwiched between the pair of separators 30 can be efficiently heated by the heating member 300.
(第2実施形態)
第2実施形態に係るセパレータ接合方法について、図9を参照しながら説明する。
(Second Embodiment)
A separator joining method according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
図9は、正極10を加熱する方法を示す斜視図である。 FIG. 9 is a perspective view showing a method for heating the positive electrode 10.
加熱部材300は、正極10の積層方向に配設している。具体的には、加熱部材300は、正極10の長手方向の両端であって、その正極10の上方および下方に対向するように、合計4個配設している。このようなセパレータ接合方法によれば、加熱部材300は、加圧部材400が押圧する方向と同じ方向から正極10を加熱することができる。正極10を挟持したセパレータ30を加圧する方法は、前述した第1実施形態に係るセパレータ接合方法における加圧方法と同様である。 The heating member 300 is disposed in the stacking direction of the positive electrode 10. Specifically, a total of four heating members 300 are disposed at both ends in the longitudinal direction of the positive electrode 10 so as to face the upper side and the lower side of the positive electrode 10. According to such a separator bonding method, the heating member 300 can heat the positive electrode 10 from the same direction as the direction in which the pressure member 400 presses. The method of pressurizing the separator 30 sandwiching the positive electrode 10 is the same as the pressurizing method in the separator joining method according to the first embodiment described above.
上述した第2実施形態に係るセパレータ接合方法によれば、前述した第1実施形態に係るセパレータ接合方法に係る作用効果に加えて、さらに以下の作用効果を奏する。 According to the separator joining method according to the second embodiment described above, in addition to the actions and effects related to the separator joining method according to the first embodiment described above, the following actions and effects are further exhibited.
セパレータ接合方法によれば、加熱部材300は、正極10の積層方向に配設する構成としている。 According to the separator joining method, the heating member 300 is arranged in the stacking direction of the positive electrodes 10.
このように構成したセパレータ接合方法によれば、図9に示すように、加熱部材300は、加圧部材400が後で正極10を挟持したセパレータ30を押圧する方向と同じ方向から正極10を加熱することになる。したがって、加熱部材300を用い、後でセパレータ30に挟持されることになる正極10を効率良く加熱することができる。正極10を挟持したセパレータ30を加圧する方法は、前述した第1実施形態に係るセパレータ接合方法における加圧方法と同様である。 According to the separator joining method configured in this way, as shown in FIG. 9, the heating member 300 heats the positive electrode 10 from the same direction as the pressure member 400 later presses the separator 30 that sandwiches the positive electrode 10. Will do. Therefore, by using the heating member 300, it is possible to efficiently heat the positive electrode 10 to be sandwiched between the separators 30 later. The method of pressurizing the separator 30 sandwiching the positive electrode 10 is the same as the pressurizing method in the separator joining method according to the first embodiment described above.
(第3実施形態)
第3実施形態に係るセパレータ接合方法について、図10を参照しながら説明する。
(Third embodiment)
A separator joining method according to the third embodiment will be described with reference to FIG.
図10は、セパレータを加圧する方法を示す斜視図である。 FIG. 10 is a perspective view showing a method of pressurizing the separator.
正極10を加熱する方法は、前述した第1または第2実施形態に係るセパレータ接合方法における加熱方法と同様である。正極10を挟持したセパレータ30同士を加圧する方法は、前述した第1および第2実施形態に係るセパレータ接合方法における加圧方法と基本的に同様である。一方、加圧部材410の形状は、前述した第1および第2実施形態に係る加圧部材400と異なる。加圧部材410は、一対のセパレータ30の長手方向の両端の上方および下方において、その一対のセパレータ30を長手方向の全長に亘って挟み込むように、長尺に形成している。すなわち、加圧部材410は、たとえば、断面が長方形状の棒状の部材で構成している。加圧部材410は、ステンレスや銅からなり、図示せぬ駆動部によって上下に可動する。棒状からなる加圧部材410をセパレータ30に均等に押圧するために、伸縮性を備えた封数のバネを用いて、加圧部材410をセパレータに対して付勢する構成としてもよい。 The method for heating the positive electrode 10 is the same as the heating method in the separator bonding method according to the first or second embodiment described above. The method of pressurizing the separators 30 sandwiching the positive electrode 10 is basically the same as the pressurizing method in the separator joining method according to the first and second embodiments described above. On the other hand, the shape of the pressure member 410 is different from the pressure member 400 according to the first and second embodiments described above. The pressure member 410 is formed in a long shape so as to sandwich the pair of separators 30 over the entire length in the longitudinal direction above and below both ends in the longitudinal direction of the pair of separators 30. That is, the pressurizing member 410 is constituted by, for example, a rod-shaped member having a rectangular cross section. The pressure member 410 is made of stainless steel or copper, and is movable up and down by a drive unit (not shown). In order to press the pressure member 410 having a rod shape evenly against the separator 30, a configuration may be adopted in which the pressure member 410 is urged against the separator by using a spring having a number of elasticity.
上述した第3実施形態に係るセパレータ接合方法によれば、前述した第1および第2実施形態に係るセパレータ接合方法に係る作用効果に加えて、さらに以下の作用効果を奏する。 According to the separator joining method according to the third embodiment described above, in addition to the effects related to the separator joining method according to the first and second embodiments described above, the following actions and effects are further exhibited.
セパレータ接合方法によれば、図10に示すように、加圧部材410は、長尺に形成し、一対のセパレータ30の端部に沿って配設する構成としている。したがって、一対のセパレータ30に対する加圧部材410の接触面積を十分に確保することができ、単位面積当たりの押圧力を軽減することができる。このため、一対のセパレータ30をより安定して接合することができる。 According to the separator joining method, as shown in FIG. 10, the pressure member 410 is formed in a long shape and is disposed along the end portions of the pair of separators 30. Therefore, a sufficient contact area of the pressure member 410 with the pair of separators 30 can be ensured, and the pressing force per unit area can be reduced. For this reason, a pair of separator 30 can be joined more stably.
(第4実施形態)
第4実施形態に係るセパレータ接合装置2について、図11を参照しながら説明する。
(Fourth embodiment)
A separator bonding apparatus 2 according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG.
図11は、セパレータ接合装置2を示す斜視図である。 FIG. 11 is a perspective view showing the separator joining device 2.
セパレータ接合装置2は、前述した第1実施形態に係るセパレータ接合方法を具現化したものであり、第1実施形態に係るセパレータ接合方法に係る作用効果を全て具備している。 The separator bonding apparatus 2 embodies the separator bonding method according to the first embodiment described above, and has all the operational effects related to the separator bonding method according to the first embodiment.
セパレータ接合装置2において、正極10は、一定の間隔で配設された搬送ローラ730上を搬送され、上下に並列して設けられた搬送ドラム510および520の隙間に向かう。一対のセパレータ30のうちの一のセパレータ30は、一定の間隔で配設された搬送ローラ710上を搬送され、円柱形状からなり吸引口が複数開口した搬送ドラム510に真空吸着された状態で反時計方向に回転される。一のセパレータ30は、搬送ドラム510に近接して設けられ先端に鋭利な切断刃を設けた切断部材610によって、一定の幅で切断される。同様に、一対のセパレータ30のうちの他のセパレータ30は、一定の間隔で配設された搬送ローラ720上を搬送され、円柱形状からなり吸引口が複数開口した搬送ドラム520に真空吸着された状態で反時計方向に回転される。他のセパレータ30は、搬送ドラム520に近接して設けられ先端に鋭利な切断刃を設けた切断部材620によって、一定の幅で切断される。 In the separator joining apparatus 2, the positive electrode 10 is transported on a transport roller 730 disposed at a constant interval, and heads for a gap between transport drums 510 and 520 provided in parallel in the vertical direction. One separator 30 of the pair of separators 30 is conveyed on a conveying roller 710 disposed at a constant interval, and is counteracted while being vacuum-adsorbed to a conveying drum 510 having a cylindrical shape and a plurality of suction ports. It is rotated clockwise. One separator 30 is cut at a certain width by a cutting member 610 provided in the vicinity of the transport drum 510 and provided with a sharp cutting blade at the tip. Similarly, the other separator 30 of the pair of separators 30 is conveyed on a conveying roller 720 disposed at a constant interval, and is vacuum-sucked to a conveying drum 520 having a columnar shape and a plurality of suction openings. It is rotated counterclockwise in the state. The other separator 30 is cut at a constant width by a cutting member 620 provided close to the transport drum 520 and provided with a sharp cutting blade at the tip.
加熱部材300は、正極10が搬送される一定の間隔で配設された搬送ローラ730の搬送方向の側方の両側に近接するように、合計2個配設している。加熱部材300には、たとえば、電熱線やヒータ電球を用い、セパレータの長手方向に沿って長尺からなる板状に形成している。搬送ドラム510および520の隙間の部位において、一対のセパレータ30で正極10を挟持するように、一のセパレータ30、正極10、および他のセパレータ30が積層される。 A total of two heating members 300 are disposed so as to be close to both sides of the conveyance direction of the conveyance roller 730 disposed at regular intervals through which the positive electrode 10 is conveyed. For example, a heating wire or a heater bulb is used as the heating member 300, and the heating member 300 is formed in a long plate shape along the longitudinal direction of the separator. One separator 30, the positive electrode 10, and the other separator 30 are stacked so that the positive electrode 10 is sandwiched between the pair of separators 30 in the gap between the transport drums 510 and 520.
加圧部材400は、正極10を挟持したセパレータ30の長手方向の両端の上方および下方に配設している。加圧部材400は、図示せぬ駆動部によって、加熱部材300によって加熱された正極10を挟持したセパレータ30を挟み込んでから離間するように上下に可動する。加圧部材400は、たとえば、ステンレスや銅からなり、長方体形状に形成している。正極10を挟持した一対のセパレータ30は、一定の間隔で配設された搬送ローラ740上を搬送される過程で、加圧部の加圧部材400で加圧されて互いに接合され、袋詰電極100が形成される。 The pressurizing member 400 is disposed above and below both ends in the longitudinal direction of the separator 30 sandwiching the positive electrode 10. The pressing member 400 is moved up and down by a driving unit (not shown) so that the separator 30 holding the positive electrode 10 heated by the heating member 300 is sandwiched and then separated. The pressure member 400 is made of, for example, stainless steel or copper, and is formed in a rectangular shape. The pair of separators 30 sandwiching the positive electrode 10 are pressed by the pressurizing member 400 of the pressurizing unit and joined to each other in the process of being transported on the transporting roller 740 disposed at a constant interval. 100 is formed.
上述した第4実施形態に係るセパレータ接合装置2によれば、以下の作用効果を奏する。 The separator joining device 2 according to the fourth embodiment described above has the following effects.
セパレータ接合装置2は、電極(正極10および負極20)と交互に積層するセパレータ30同士を接合する。このセパレータ接合装置2では、溶融材(31または33)と、溶融材(31または33)よりも溶融温度が高い耐熱材(32または34)と、を含むセパレータ30を用いる。セパレータ接合装置2は、加圧部と加熱部を有している。加熱部は、正極10を加熱部材300によって加熱する。加圧部は、加熱された正極10を一対のセパレータ30で挟持し、正極10を挟持した一対のセパレータ30を加圧部材400によって挟持して加圧する。 The separator joining apparatus 2 joins separators 30 that are alternately stacked with electrodes (the positive electrode 10 and the negative electrode 20). In this separator joining apparatus 2, a separator 30 including a molten material (31 or 33) and a heat-resistant material (32 or 34) having a higher melting temperature than the molten material (31 or 33) is used. Separator joining device 2 has a pressurizing part and a heating part. The heating unit heats the positive electrode 10 with the heating member 300. The pressurizing unit sandwiches the heated positive electrode 10 with a pair of separators 30, and sandwiches and pressurizes the pair of separators 30 with the positive electrode 10 sandwiched between them.
このように構成したセパレータ接合装置2によれば、図11に示すように加熱部の加熱部材310および320によって正極10を加熱した後、加熱された正極10を挟持することにより加熱されて軟化したセパレータ30を加圧部材400によって加圧することができる。このため、セパレータ30に対する加圧部材の押圧力を軽減させることができる。したがって、このセパレータ接合装置2によれば、溶融材31または33と、その溶融材31または33よりも溶融温度が高い耐熱材32または34とを含むセパレータ30を用いる場合でも、そのセパレータ30同士を安定して接合することができる。 According to the separator joining apparatus 2 configured as described above, the positive electrode 10 is heated by the heating members 310 and 320 of the heating unit as shown in FIG. 11, and then heated and softened by sandwiching the heated positive electrode 10. The separator 30 can be pressurized by the pressure member 400. For this reason, the pressing force of the pressure member on the separator 30 can be reduced. Therefore, according to this separator joining apparatus 2, even when the separator 30 including the melting material 31 or 33 and the heat-resistant material 32 or 34 having a higher melting temperature than the melting material 31 or 33 is used, the separators 30 are connected to each other. Stable joining is possible.
特に、このセパレータ接合装置2では、熱伝導率が高い金属からなる正極10を加熱部材300により加熱しているため、正極10全体が万遍なく加熱され易い。さらに、軟化させる必要があるセパレータ30は、万遍なく加熱された正極10を挟持することから、正極10からセパレータ30に熱が伝導し易い。したがって、セパレータ接合装置2を用いることにより、効率良くセパレータ30を加熱して軟化させることができる。 In particular, in this separator bonding apparatus 2, since the positive electrode 10 made of a metal having high thermal conductivity is heated by the heating member 300, the entire positive electrode 10 is easily heated uniformly. Furthermore, since the separator 30 that needs to be softened sandwiches the positive electrode 10 heated uniformly, heat is easily conducted from the positive electrode 10 to the separator 30. Therefore, by using the separator joining device 2, the separator 30 can be efficiently heated and softened.
そのほか、本発明は、特許請求の範囲に記載された構成に基づき様々な改変が可能であり、それらについても本発明の範疇である。 In addition, the present invention can be variously modified based on the configurations described in the claims, and these are also within the scope of the present invention.
また、本発明に係るセパレータ接合装置において、正極10を加熱する加熱部材を図11に示す搬送ローラ730に埋設する構成としてもよい。正極10は、搬送ローラ730を介して搬送されるため、その搬送ローラ730が加熱部材を兼ねることができる。 Moreover, in the separator joining apparatus according to the present invention, a heating member for heating the positive electrode 10 may be embedded in the transport roller 730 shown in FIG. Since the positive electrode 10 is conveyed through the conveyance roller 730, the conveyance roller 730 can also serve as a heating member.
また、本発明に係るセパレータ接合装置において、吸着コレットを備えた移載機で正極10を搬送し、正極10を挟持したセパレータ30同士を加圧して接合する構成としてもよい。このような場合、その移載機の内部に正極10を加熱する加熱部材を埋設してもよい。同様に、その移載機の近傍に加熱部材を配設して、移載機で移載される途中の正極10を加熱してもよい。 In the separator bonding apparatus according to the present invention, the positive electrode 10 may be transported by a transfer machine equipped with an adsorption collet, and the separators 30 sandwiching the positive electrode 10 may be pressed and bonded together. In such a case, a heating member for heating the positive electrode 10 may be embedded inside the transfer machine. Similarly, a heating member may be provided near the transfer machine to heat the positive electrode 10 being transferred by the transfer machine.
また、本発明に係るセパレータ接合方法およびセパレータ接合装置2では、正極10を一対のセパレータ30で挟持して接合し袋詰電極100を形成しているが、負極20を一対のセパレータ30で挟持して接合し袋詰電極を形成してもよい。このような場合には、正極10に換えて、一対のセパレータ30で挟持される前の負極20を予め加熱する。すなわち、一対のセパレータ30で挟持される前に加熱する電極は、正極10に限定されることはなく、負極20でもよい。 In the separator bonding method and the separator bonding apparatus 2 according to the present invention, the positive electrode 10 is sandwiched and joined by the pair of separators 30 to form the packaged electrode 100, but the negative electrode 20 is sandwiched by the pair of separators 30. To form a packaged electrode. In such a case, instead of the positive electrode 10, the negative electrode 20 before being sandwiched between the pair of separators 30 is heated in advance. That is, the electrode heated before being sandwiched between the pair of separators 30 is not limited to the positive electrode 10, and may be the negative electrode 20.
1 電気デバイス、
2 セパレータ接合装置、
10 正極、
11 正極集電体、
11a 正極電極端子、
12 正極活物質、
20 負極、
21 負極集電体、
21a 負極電極端子、
22 負極活物質、
30 セパレータ、
31,33 溶融材、
32,34 耐熱材、
40 外装材、
41,42 ラミネートシート、
100 袋詰電極、
200 発電要素、
300 加熱部材、
400,410 加圧部材、
510,520 搬送ドラム、
610,620 切断部材、
710,720,730,740 搬送ローラ。
1 electrical device,
2 Separator joining device,
10 positive electrode,
11 positive electrode current collector,
11a positive electrode terminal,
12 cathode active material,
20 negative electrode,
21 negative electrode current collector,
21a negative electrode terminal,
22 negative electrode active material,
30 separator,
31, 33 Molten material,
32, 34 heat resistant material,
40 exterior materials,
41, 42 Laminate sheet,
100 packed electrodes,
200 power generation elements,
300 heating element,
400, 410 pressure member,
510, 520 transport drum,
610, 620 cutting member,
710, 720, 730, 740 Conveying rollers.
Claims (7)
溶融材と、前記溶融材よりも溶融温度が高い耐熱材と、を含む前記セパレータを用い、
前記電極を加熱部材によって加熱する加熱工程と、
前記加熱工程の後に、加熱された前記電極を一対の前記セパレータで挟持し、前記電極を挟持した一対の前記セパレータを加圧部材によって挟持して加圧する加圧工程と、を有するセパレータ接合方法。 A joining method for joining separators alternately stacked with electrodes,
Using the separator containing a molten material and a heat-resistant material having a higher melting temperature than the molten material,
A heating step of heating the electrode with a heating member;
And a pressurizing step of holding the heated electrode between the pair of separators and pressing the pair of separators sandwiching the electrodes with a pressurizing member after the heating step.
溶融材と、前記溶融材よりも溶融温度が高い耐熱材と、を含む前記セパレータを用い、
前記電極を加熱部材によって加熱する加熱部と、
加熱された前記電極を一対の前記セパレータで挟持し、前記電極を挟持した一対の前記セパレータを加圧部材によって挟持して加圧する加圧部と、を有するセパレータ接合装置。 A joining device for joining separators alternately stacked with electrodes,
Using the separator containing a molten material and a heat-resistant material having a higher melting temperature than the molten material,
A heating section for heating the electrode by a heating member;
A separator joining apparatus, comprising: a pressurizing unit that sandwiches the heated electrode between the pair of separators, and sandwiches and presses the pair of separators sandwiching the electrode with a pressurizing member.
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