(57)【要約】【課題】電極を積層する際に電極の損傷を防止する電極の積層方法を提供することを課題とする。【解決手段】電極を積層する積層空間を規定するガイド部材Ｍａと、積層された電極を載置する載置部Ｍｂとを有するマガジンＭに電極Ｅ１，・・・を積層する積層方法であって、吸着部３で吸着された電極Ｅ６をガイド部材Ｍａで規定される積層空間内に積層されている電極Ｅ１〜Ｅ５の頂部（又は載置部Ｍｂ）の上方の所定距離Ｄの位置まで搬送する電極吸着搬送工程と、電極吸着搬送工程で上方の所定距離Ｄの位置まで電極Ｅ６を搬送すると、吸着部３での吸着を停止する吸着停止工程と、吸着停止工程で吸着を停止すると、吸着部３で吸着されていた電極Ｅ６に先端が接した状態の押圧部４が電極Ｅ６を下方に押圧する押圧工程とを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を積層する積層空間を規定するガイド部材と、積層された電極を載置する載置部とを有するマガジンに電極を積層する積層方法であって、
吸着部で吸着された電極を前記ガイド部材で規定される前記積層空間内に積層されている電極の頂部又は前記載置部の上方の所定距離の位置まで搬送する電極吸着搬送工程と、
前記電極吸着搬送工程で前記上方の所定距離の位置まで電極を搬送すると、前記吸着部での吸着を停止する吸着停止工程と、
前記吸着停止工程で吸着を停止すると、前記吸着部で吸着されていた電極に先端が接した状態の押圧部が当該電極を下方に押圧する押圧工程と、
を含む、電極の積層方法。
【請求項２】
前記押圧工程では、前記吸着部の側方の両側にそれぞれ配置される前記押圧部が前記電極の両側を下方に押圧する、請求項１に記載の電極の積層方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マガジンに電極を積層する電極の積層方法に関する。
に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池等の電池の電極を製造した場合に同極の電極を積層する工程や電池の製造する際に正極電極と負極電極とを交互に積層する工程等の電極を積層する工程がある。特許文献１には、つづら折りされた連続セパレータの間に電極を積層する積層装置において、電極保持搬送手段で電極を吸着保持して搬送し、折り返されたセパレータ上に電極を積層することが開示されている。特に、電極保持搬送手段は複数の電極吸着部が配設された吸着プレートとその両側に配置される押さえ部材を備えており、この両側の押さえ部材でセパレータの折り曲げ部分を押さえつけつつ電極吸着部で吸着していた電極をセパレータの上に積層する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１０２８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
積層工程では、一般に、マガジンを利用して、マガジンに電極を積層していく。例えば、図３に示す積層装置１００では、搬送部１０１に吸着部１０２が取り付けられており、吸着部１０２で吸着された状態で搬送される電極ＥをマガジンＭの載置部Ｍｂ上における複数のガイド部材Ｍａで規定された積層空間内に積層していく。特に、吸着部１０２によって吸着されている電極Ｅ４が載置部Ｍｂ上に積層されている電極Ｅ１，・・・（積層体）の上方まで搬送されると、吸着部１０２から空気を逆向きに噴射して吸着破壊させ、電極Ｅ４を積層体の上に落としている。電極Ｅ４は、非常に薄いシート状なので、落下するときに積層体との間の空気層により略水平方向に滑り易い。電極Ｅ４が略水平方向に動くと、落ちる途中でガイド部材Ｍａに接触し、電極Ｅ４のエッジ部分（切断面）から粉落ちしたり、エッジ部分が凹んだりする場合がある。なお、積層する電極を積層体の上方で落とすのは、吸着部が積層体を押さえ付けることによる電極の活物質層の損傷（圧痕）等を防止するためである。
【０００５】
そこで、本技術分野においては、電極を積層する際に電極の損傷を防止する電極の積層方法が要請されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面に係る電極の積層方法は、電極を積層する積層空間を規定するガイド部材と、積層された電極を載置する載置部とを有するマガジンに電極を積層する積層方法であって、吸着部で吸着された電極をガイド部材で規定される積層空間内に積層されている電極の頂部又は載置部の上方の所定距離の位置まで搬送する電極吸着搬送工程と、電極吸着搬送工程で上方の所定距離の位置まで電極を搬送すると、吸着部での吸着を停止する吸着停止工程と、吸着停止工程で吸着を停止すると、吸着部で吸着されていた電極に先端が接した状態の押圧部が当該電極を下方に押圧する押圧工程とを含む。
【０００７】
この積層方法では、電極を吸着した状態で搬送し、マガジンのガイド部材で規定される積層空間内に電極を積層していく。特に、この積層方法の電極吸着搬送工程で、吸着部で吸着されている電極を、マガジンの積層空間内に積層されている電極（積層体）の頂部（積層体の最も上の電極）又は電極がまだ積層されていない場合にはマガジンの載置部の上方の所定距離の位置まで搬送する。そして、吸着停止工程で、この上方の所定距離の位置まで電極を搬送すると、吸着部での吸着を停止する。そして、押圧工程で、その吸着が停止された電極に対して先端が接した状態の押圧部によって下方に押圧する。これにより、押圧部によって電極には下方の押圧力（荷重）が付加されるので、電極が下方に押さえ付けられて吸着破壊する。その結果、電極が略水平方向に動くのを極力抑制でき、電極がガイド部材に接触することを防止できる。このように、この積層方法は、吸着停止後の電極を先端が接した状態の押圧部で下方に押圧することにより、電極の略略水平方向の動きを極力抑制でき、電極の損傷を防止することができる。
【０００８】
なお、電極の積層は、同極の電極を積層する場合、正極電極と負極電極とを交互に積層する場合のいずれの場合でもよい。正極電極と負極電極とを交互する場合は、その間にセパレータを積層する場合も含む。所定距離は、非常に短い距離であり(例えば、コンマ数ｍｍ、数ｍｍ)、接触している０ｍｍでもよい。吸着部での吸着を停止する際には、吸着を停止するだけでなく、吸着部から空気を噴射してもよい。
【０００９】
一形態の電極の積層方法の押圧工程では、吸着部の側方の両側にそれぞれ配置される押圧部が電極の両側を下方に押圧する。このように、複数の押圧部によって電極の両側に押圧力がそれぞれ加えられるので、電極に対する下方への押さ付け効果を向上させることができる。そのため、吸着破壊を電極の両側でバランス良くできる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電極を積層する際の電極の損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態に係る積層装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】図１の積層装置による電極の積層状況を模式的に示す図であり、（ａ）が吸着されている電極を積層体の上方まで搬送したときであり、（ｂ）が吸着停止後に電極を押圧しているときである。
【図３】従来の積層装置による電極の積層状況を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明に係る電極の積層方法の実施の形態を説明する。なお、各図において同一又は相当する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
本実施の形態では、本発明に係る電極の積層方法を、電池の電極を製造した際に同極の電極を積層する積層工程を含む製造方法に適用する。本実施の形態に係る積層工程では、積層装置を用いてマガジンに同極の電極を積層する。なお、製造される電極は、例えば、二次電池又は電気二重層キャパシタ等の蓄電装置に用いられる。二次電池としては、例えば、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。また、製造される電極は、一次電池に用いられてもよい。本実施の形態では、リチウムイオン二次電池に用いられる電極を製造する場合とする。
【００１４】
電極は、金属箔の表裏面の少なくとも一面に電極ペーストがそれぞれ塗工されて活物質層が形成されており、電極ペーストが塗工されていないタブも有している。金属箔は、例えば、銅箔、アルミニウム箔である。電極ペーストは、活物質、バインダ、溶剤等を含んでいる。活物質は、正極活物質及び負極活物質のいずれであってもよい。正極活物質としては、例えば、複合酸化物、金属リチウム、硫黄である。複合酸化物は、マンガン、ニッケル、コバルト及びアルミニウムの少なくとも１つとリチウムとを含む。負極活物質は、例えば、黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物、ホウ素添加炭素である。バインダは、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリノレ基含有樹脂である。溶剤は、例えば、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）、メタノール、メチルイソブチルケトン等の有機溶剤、水である。また、電極ペーストは、カーボンブラック、黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラック（登録商標）等の導電助剤を含んでいてもよい。また、電極ペーストは、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等の増粘剤を含んでいてもよい。
【００１５】
電極を製造する場合、上記各物質を混練して電極ペーストを生成する工程、電極ペーストを帯状の金属箔に塗布する工程、その塗布された電極ペーストを乾燥して帯状の金属箔に活物質層を形成する工程、この活物質層が形成された帯状の金属箔から個々の電極を切断して打抜く工程、製造した電極を検査する工程等がある。さらに、この検査工程で良品と判定された同極の電極をマガジンに積層する工程がある。このマガジンに積層された同極の電極は、例えば、電池の電極組立体を生成する際に正極電極と負極電極とを交互に積層する工程のときに用いられる。
【００１６】
図１を参照して、本実施の形態に係る積層装置１について説明する。図１は、本実施の形態に係る積層装置の構成を模式的に示す図である。
【００１７】
積層装置１は、製造された良品の電極Ｅを、マガジンＭのガイド部材Ｍａで規定される積層空間内に積層されている電極（以下、「積層体」と記載）の頂部（積層体の最も上の電極）又は電極がまだ積層されていない場合には載置部Ｍｂの上方まで吸着した状態で搬送し、積層体又は載置部Ｍｂの上に積層する。特に、積層装置１は、積層体の頂部又は載置部Ｍｂの上方の所定距離の位置で電極Ｅに対する吸着を停止するとともに先端が接した状態の押圧部によって電極Ｅに対して下方の押圧力を付加して吸着破壊する。そのために、積層装置１は、搬送部２、吸着部３、押圧部４、位置センサ５、制御部６を備えている。
【００１８】
なお、マガジンＭは、上下方向（鉛直方向）に沿って電極Ｅを積層した状態で収容するための装置である。マガジンＭは、複数のガイド部材Ｍａが載置部Ｍｂに垂直に設けられている。複数のガイド部材Ｍａは、電極Ｅを積層する空間を規定するとともに、積層された電極Ｅをガイドするための部材である。複数のガイド部材Ｍａは、電極Ｅの外形状よりも少し大きい形状線上に配置される。ガイド部材Ｍａは、積層体の最大時の高さよりも長い長さを有し、例えば、棒状である。載置部Ｍｂは、積層体を載置する部材である。載置部Ｍｂは、電極Ｅよりも十分に大きい平面を有している。
【００１９】
搬送部２は、吸着部３（ひいては、吸着部３で吸着されている電極Ｅ）を、製造された良品の電極Ｅが置かれている場所からマガジンＭのガイド部材Ｍａで規定される積層空間内の積層体の頂部又は載置部Ｍｂの上方の位置まで搬送する。この上方の位置は、吸着部３で吸着されている電極Ｅの下面と積層体の最も上の電極Ｅの上面又は載置部Ｍｂの上面との間が所定距離となる位置である。この搬送後、搬送部２は、吸着部３（電極を吸着していない吸着部３）を、積層体の頂部又は載置部Ｍｂの上方から製造された良品の電極が置かれている場所まで搬送する。搬送部２は、水平方向及び鉛直方向に移動できる機構を備える装置であり、従来の周知の装置が適用される。搬送部２の先端部には、吸着部３が取り付けられている。搬送部２は、制御部６によって水平方向の移動及び鉛直方向の移動が制御される。
【００２０】
吸着部３は、製造された良品の電極が置かれている場所にある電極Ｅを吸着（吸引して負圧で吸着）し、マガジンＭにおける積層体の頂部又は載置部Ｍｂの上方の所定距離の位置で電極Ｅに対する吸着を停止（または、吸着を停止するとともに空気を吸引とは逆方向に噴射）する。所定距離は、積層体の最も上の電極Ｅの上面又は載置部Ｍｂの上面に吸着部３で吸着されている電極Ｅの下面が接しない程度の非常に短い距離であり、例えば、コンマ数ｍｍ、数ｍｍである。また、所定距離は、０ｍｍでもよい（すなわち、積層体の最も上の電極Ｅの上面又は載置部Ｍｂの上面に吸着部３で吸着されている電極Ｅの下面が接した状態となる場合である）。吸着部３としては、従来の周知の装置が適用され、例えば、空気を吸引及び噴射できる吸着パッドを複数備える装置である。吸着部３は、搬送部２の先端部に取り付けられる。吸着部３は、制御部６によって空気の吸引／吸引停止及び空気の噴射／噴射停止が制御される。
【００２１】
なお、吸着部３で空気を逆方向に噴射する場合、電極Ｅのエッジ部分に空気がかからないように、電極Ｅの外周端部周辺に空気が噴射されないようにする。例えば、複数の吸着パッドを備える吸着部３の場合、電極Ｅの中央部分に対して配置される吸着パッドのみで空気を逆方向に噴射する。このように電極Ｅのエッジ部分に空気がかからないようにするのは、電極Ｅのエッジ部分は打抜き工程で切断された切断面なので、噴射された空気がかかると切断面（特に、活物質層）から粉落ちし易いからである。特に、カーボン負極電極の場合、活物質層での密着力が小さいので、粉落ちし易い。
【００２２】
押圧部４は、吸着部３での電極Ｅに対する吸着が停止すると同時に、先端が接した状態で電極Ｅに対して下方に押圧力を付加して押え付ける。押圧部４は、電極Ｅの対向する端部の両側にそれぞれ押圧力を付加するために少なくとも２個あり、例えば、電極Ｅの対向する端部の中央部にそれぞれ押圧力を付加するために２個でもよいし、電極Ｅの四隅にそれぞれ押圧力を付加するために４個でもよい。複数の押圧部４は、吸着部３の側方の両側にそれぞれ配置され、取り付けられている。押圧部４は、上下方向（鉛直方向）に可動（伸縮）できる部材を有し、その可動できる部材によって電極Ｅに対して押圧力（荷重）を付加する装置であればよく、例えば、ピストン（所定の径を有する棒状の部材等）とシリンダを備え、油圧や空気圧によって押圧力を発生させる装置でもよいしあるいはばねの弾性力によって押圧力を発生させる装置でもよい。押圧部４の上下方向の可動（伸縮）量は、上記の所定距離よりも大きい量であり、例えば、数ｍｍ、１ｃｍである。押圧部４の上下方向に可動する部材の先端部（電極Ｅと接触する部分）は、押圧力の付加中に電極Ｅに損傷（例えば、圧痕）を与えない材料で形成され、例えば、樹脂性である。押圧部４は、制御部６によって下方の可動（伸長）及び上方への可動（収縮）が制御される。
【００２３】
なお、押圧部４で付加する押圧力（荷重）は、一定の押圧力でもよいが、可変の押圧力であってもよい。可変の場合、電極Ｅを押え付けているとき（特に、吸着部３の吸着停止後に電極Ｅと吸着部３とが離れるとき）に、押圧力が大きくなるようにするとよい。電極Ｅと吸着部３とが離れるときには（吸着部３が上方に移動する場合もある）、吸着部３と電極Ｅとの間に負圧が作用するので、電極Ｅをしっかりと押さえ付けるために大きな押圧力とするとよい。
【００２４】
位置センサ５は、マガジンＭにおける積層体の最も上の電極Ｅの上面の位置を検出する。この検出する位置は、高さ位置であり、例えば、載置部Ｍｂの上面からの高さである。位置センサ５は、従来の周知のセンサが適用される。位置センサ５は、検出した高さ位置の情報を制御部６に送信する。
【００２５】
制御部６は、搬送部２に対する水平方向及び鉛直方向の移動、吸着部３に対する空気の吸引／吸引停止及び空気の噴射／噴射停止、押圧部４に対する下方の可動（伸長）及び上方への可動（収縮）の各制御を行う。制御部６では、これらの各制御を行うために、搬送部２、吸着部３、複数の押圧部４に各指令をそれぞれ送信する。制御部６は、電極の製造ラインの制御装置の一機能でもよいし、あるいは、積層装置１自体が制御部を有している場合にはその制御部でもよい。
【００２６】
図１に加えて図２を参照して、積層装置１による積層に関する各工程（電極吸着搬送工程、吸着停止工程、押圧工程）を含む製造方法について説明する。図２は、積層装置１による電極Ｅの積層状況を模式的に示す図であり、（ａ）が吸着されている電極Ｅを積層体の上方まで搬送したときであり、（ｂ）が吸着停止後に電極Ｅを押圧しているときである。ここでは、搬送部２、吸着部３、複数の押圧部４は、制御部６からの各指令に応じて動作している。図２に示す例は、マガジンＭに電極Ｅ１〜Ｅ５が積層されて積層体が形成されており、その積層体に電極Ｅ６が積層されるときの例なので、この例に沿って各部２，３，４の動作を説明する。なお、図２では、電極や各部２，３，４の動作を判り易くするために、位置センサ５、制御部６を省略している。
【００２７】
電極吸着搬送工程では、搬送部２によって吸着部３を製造された良品の電極が置かれている場所にある電極Ｅ６の上方まで搬送し、吸着部３によって電極Ｅ６を吸引して負圧で吸着する。次に、電極吸着搬送工程では、吸着部３によって電極Ｅ６を吸着した状態で、搬送部２によって吸着部３をマガジンＭにおける積層体の上方まで搬送する。この際、位置センサ５によって積層体の最も上の電極Ｅ５の上面の高さ位置が検出されているので、その高さ位置に基づいて積層体の電極Ｅ５の上面と吸着部３で吸着されている電極Ｅ６の下面との間の距離が所定距離Ｄになるまで、搬送部２によって吸着部３（ひいては、吸着部３で吸着されている電極Ｅ６）が搬送される（図２（ａ）参照）。
【００２８】
吸着停止工程では、積層体の電極Ｅ５の上面と吸着部３で吸着されている電極Ｅ６の下面との間の距離が所定距離Ｄになると、吸着部３での電極Ｅ６に対する吸着を停止する（図２（ａ）参照）。この際、複数の押圧部４の先端部は、電極Ｅ６の上面の対向する各端部にそれぞれ接した状態である。なお、吸着部３での吸着を停止して、更に、空気を逆方向に噴射してもよい。
【００２９】
押圧工程では、吸着部３での電極Ｅ６に対する吸着を停止すると同時に、先端部が電極Ｅ６の上面の端部に接している複数の押圧部４の可動部材が下方にそれぞれ伸長し、電極Ｅ６の対向する両端部に下方への押圧力をそれぞれ付加して吸着破壊する（図２（ｂ）参照）。非常に薄いシート状の電極Ｅ６は、所定距離Ｄ分落下することになる。しかし、電極Ｅ６は、複数の押圧部４によって両端部が押さえ付けられているので、略水平方向の動きが抑えられ、略水平方向のずれが極力抑えられて（ずれが全くない場合もある）、積層体（最も上の電極Ｅ５）の上に積層される。この際、電極Ｅ６と吸着部３とは離れるので、電極Ｅ６と吸着部３との間に負圧が作用しても、電極Ｅ６が複数の押圧部４によって押さえ付けられているので、その負圧による略水平方向の動きも抑えることができる。さらに、吸着部３が上方に搬送され、電極Ｅ６と吸着部３との間がより離れ、負圧が大きくなる場合でも、電極Ｅ６が複数の押圧部４によって押さえ付けられているので、その負圧による略水平方向の動きを抑えることができる。その結果、電極Ｅ６が、ガイド部材Ｍａに接触するようなこともない。また、電極Ｅ６は、略水平方向のずれが極力抑えられて積層体に積層される。
【００３０】
積層装置１による上記各工程を含む積層方法によれば、吸着停止後の電極Ｅを先端部が接した状態の押圧部４によって下方に押圧して押え付けることにより、その電極Ｅの略水平方向の動きを極力抑制でき、電極Ｅの損傷を防止することができるとともに積層体の略水平方向のずれも防止できる。そのため、電極Ｅのエッジ部分（活物質層）からの粉落ちや電極Ｅのエッジ部分の凹み等を防止できる。
【００３１】
また、この積層方法によれば、複数の押圧部４によって電極Ｅの対向する両側の端部に押圧力をそれぞれ付加するので、電極Ｅに対する下方への押さ付け効果を向上させることができる。そのため、吸着破壊を電極Ｅの両側でバランス良くできる。
【００３２】
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
【００３３】
例えば、本実施の形態では電極を製造した後に同極の電極を積層する工程に適用したが、電池を製造する過程で正極電極と負極電極とを交互に積層する工程等の電極を積層する他の積層工程にも適用できる。
【００３４】
また、本実施の形態で複数の押圧部によって電極の対向する端部の中央箇所や四隅をそれぞれ押圧する構成としたが、１つの押圧部で電極を押圧するようにしてもよい。例えば、吸着部の中央部に押圧部を設け、電極の中央部を押圧する。また、吸着部の一方の側方に押圧部を設け、電極の一端部を押圧する。また、電極の外周形状に沿った全周をカバーする押圧部で押圧するようにしてもよい。
【００３５】
また、本実施の形態では位置センサを用いて積層体の最も上の電極の上面の高さ位置を検出し、その高さ位置から吸着部で吸着されている電極と積層体の最も上の電極（又は載置部）との間の距離を求める構成としたが、位置センサではなく、吸着部で吸着されている電極と積層体の最も上の電極との間の距離を直接検出する距離センサでもよい。また、このようなセンサを用いずに、積層体の電極の数から積層体の最も上の電極の上面の高さ位置を推測し、吸着されている電極と積層体の最も上の電極（又は載置部）との間の距離を求める構成としてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１…積層装置、２…搬送部、３…吸着部、４…押圧部、５…位置センサ、６…制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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