(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電体である正電極シートに正極活物質を塗布した正電極板と、導電体である負電極シートに負極活物質を塗布した負電極板とをセパレータを介して相対向させた電極積層体における前記セパレータの幅方向の端部にクリップを装着するクリップ装着方法であって、
前記正電極板は前記正電極シートにおける前記正極活物質の未塗工部分であり、前記セパレータの幅方向の一端から突出している複数の正極側接続部を有し、前記負電極板は前記負電極シートにおける前記負極活物質の未塗工部分であり、前記セパレータの幅方向の他端から突出している複数の負極側接続部を有し、前記正極側接続部あるいは前記負極側接続部の少なくとも一方に対して当該接続部を一体的に纏めるクリップを取付けるクリップ取付け工程と、
前記クリップを溶接対象の前記接続部に溶接するクリップ溶接工程とを有し、
前記クリップ溶接工程では、超音波溶接機のアンビルとホーンで対象の前記接続部を挟み込む際に、予め記憶させてあるクリップの板厚を加算した規定の間隔より前記アンビルと前記ホーンの間隔が狭まったと判断される場合には、前記クリップが正規に取り付けられていないと判断して溶接作業を中止する一方、前記アンビルと前記ホーンとが前記規定の間隔以内であると判断される場合に所定の溶接を行うことを特徴とする電極積層体に対するクリップの装着方法。
【請求項２】
請求項１に記載する電極積層体に対するクリップの装着方法において、
前記アンビル上に載置された溶接の対象となる前記接続部に対して前記ホーンを下降させることで、前記クリップと溶接対象となる前記接続部を挟み込んで溶接するものであり、
前記クリップ溶接工程における前記ホーンの前記クリップに対する当接は、前記ホーンの下降に伴う反力により前記ホーン下降が停止されたことで検出し、この検出位置までのホーン下降量にて前記アンビルと前記ホーンとの間隔を認識することを特徴とする電極積層体に対するクリップの装着方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載する電極積層体に対するクリップの装着方法において、
前記クリップ溶接工程では、前記正極側接続部および前記負極側接続部のそれぞれに対して前記クリップ溶接工程を行うことを特徴とする電極積層体に対するクリップの装着方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載する電極積層体に対するクリップの装着方法において、
前記正極側接続部および前記負極側接続部への前記クリップ溶接工程を同時に行うことを特徴とする電極積層体に対するクリップの装着方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一つに記載する電極積層体に対するクリップの装着方法において、
前記クリップ溶接工程では、一つのクリップに対して複数回の溶接を行うことを特徴とする電極積層体に対するクリップの装着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電極積層体に対するクリップの装着方法に関し、特にリチウムイオン電池の製造工程においてセパレータの端部から突出する複数の電極接続部を一括してクリップで纏める場合に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池の一種として、正電極板と負電極板とを絶縁体であるセパレータを挟んで相対向させることにより単位発電要素を構成し、該発電要素の複数枚を一体化してスタック構造としたものがある。
【０００３】
図４はスタック構造のリチウムイオン二次電池の正電極板を示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図、図５は負電極板を示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。図４に記載する通り、正電極板１は、正電極シート３の両面上にそれぞれ正極活物質５を塗布して形成してあり、その端部（図４では左端部）には正極接続端子（図示せず）に接続するための正極側接続部７が形成されている。正極側接続部７は正極活物質５が塗布されていないタブとなっている。正電極シート３は、電気伝導性を有し、表面上に正極活物質５を塗布することができれば、特に限定されないが、例えばアルミ箔で形成されている。
【０００４】
一方、図５に示すように、負電極板２は、負電極シート４の両面上にそれぞれ負極活物質６を塗布して形成してあり、その端部（図５では右端部）には負極接続端子（図示せず）に接続するための負極側接続部８が形成されている。負極側接続部８は負極活物質６が塗布されていないタブとなっている。負電極シート４は、電気伝導性を有し、表面上に負極活物質６を塗布することができれば、特に限定されないが、例えば銅箔で形成されている。正極側接続部７、負極側接続部８については極性を限定しない表現として電極接続部と称することもある。
【０００５】
かかる正電極板１および負電極板２は、図６に示すように、ジグザグ折りした絶縁体のセパレータ９を挟んで相対向するようにセパレータ９の各谷溝９Ａに挿入され、上下方向から押圧して図７に示すようなスタック構造の電極積層体Ｉに成型される。かかる電極積層体Ｉにおいてセパレータ９の両側部からそれぞれ突出している複数の正極側接続部７および負極側接続部８は、後工程で、正極側および負極側でそれぞれ一括して溶接等により接続端子に接続される。かかる後工程に先立ち、セパレータ９の両端部からそれぞれ突出している複数の正極側接続部７および負極側接続部８は、クリップ１０，１１を取付けて纏めてある（例えば、特許文献１参照）。クリップ１０，１１により複数の正極側接続部７および負極側接続部８を纏めておくことで、正電極シート３および負電極シート４の電極積層体Ｉの厚さ方向に広がろうとする力に抗して各正極側接続部７および負極側接続部８を厚さ方向の内側に撓ませて行う溶接を容易にすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２６４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術においては、クリップ１０、１１を取付けて複数の正極側接続部７および負極側接続部８を纏めた状態で、このクリップ１０，１１と正極側接続部７および負極側接続部８とを溶接する次の溶接工程に搬送しても、搬送の途中でクリップ１０，１１が正極側接続部７および負極側接続部８から外れてしまうか、あるいは取付け位置がずれてしまうという事態が発生していた。クリップ１０、１１が所定通りに取付けられていないまま、溶接等を行った場合には、金属箔である正極側接続部７および負極側接続部８を損傷してしまったり、正極側接続部７および負極側接続部８の一部しか溶接できないなど充分な溶接が行えないことがある。
【０００８】
本発明は、上記従来技術に鑑み、クリップの脱落を検出し、クリップの取付け状態が維持されていることを確認して溶接を行って確実にクリップを正極側接続部および負極側接続部の所定位置に固定し得る電極積層体に対するクリップの装着方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する本発明の第１の態様は、
導電体である正電極シートに正極活物質を塗布した正電極板と、導電体である負電極シートに負極活物質を塗布した負電極板とをセパレータを介して相対向させた電極積層体における前記セパレータの幅方向の端部にクリップを装着するクリップ装着方法であって、
前記正電極板は前記正電極シートにおける前記正極活物質の未塗工部分であり、前記セパレータの幅方向の一端から突出している複数の正極側接続部を有し、前記負電極板は前記負電極シートにおける前記負極活物質の未塗工部分であり、前記セパレータの幅方向の他端から突出している複数の負極側接続部を有し、前記正極側接続部あるいは前記負極側接続部の少なくとも一方に対して当該接続部を一体的に纏めるクリップを取付けるクリップ取付け工程と、
前記クリップを溶接対象の前記接続部溶接するクリップ溶接工程とを有し、
前記クリップ溶接工程では、超音波溶接機のアンビルとホーンで対象の前記接続部を挟み込む際に、予め記憶させてあるクリップの板厚を加算した規定の間隔より前記アンビルと前記ホーンの間隔が狭まったと判断される場合には、前記クリップが正規に取り付けられていないと判断して溶接作業を中止する一方、前記アンビルと前記ホーンとが前記規定の間隔以内であると判断される場合に所定の溶接を行うことを特徴とする電極積層体に対するクリップの装着方法にある。
【００１０】
本態様によれば、予め記憶させてあるクリップの板厚を加算した規定の間隔よりアンビルとホーンの間隔が狭まったと判断される場合には、クリップが正規に取付けられていないと判断するようになっているので、クリップの有無を確実に検出することができ、クリップが所定通りに取付けられていることを確認して所定の溶接作業を行うことができる。
【００１１】
本発明の第２の態様は、
第１の態様に記載する電極積層体に対するクリップの装着方法において、
前記アンビル上に載置された溶接の対象となる前記接続部に対して前記ホーンを下降させることで、前記クリップと溶接対象となる前記接続部を挟み込んで溶接するものであり、
前記クリップ溶接工程における前記ホーンの前記クリップに対する当接は、前記ホーンの下降に伴う反力により前記ホーン下降が停止されたことで検出し、この検出位置までのホーン下降量にて前記アンビルと前記ホーンとの間隔を認識することを特徴とする電極積層体に対するクリップの装着方法にある。
【００１２】
本態様によれば、ホーンの下降に伴うクリップに対する当接を、クリップからのホーンへの反力により検出しているので、かかる反力が検出されないことをもってホーンの下降量が所定量より増えるため、ホーンの下降路の途中にクリップが存在しないことを確実に検出することができる。
【００１３】
本発明の第３の態様によれば、
第１または第２の態様に記載する電極積層体に対するクリップの装着方法において、
前記クリップ溶接工程では、前記正極側接続部および前記負極側接続部のそれぞれに対して前記クリップ溶接工程を行うことを特徴とする電極積層体に対するクリップの装着方法にある。
【００１４】
本態様によれば、正極側接続部および負極側接続部のそれぞれに対してアンビルとホーンの間隔を確認して溶接を行い得るので、各電極接続部に対して確実にクリップを溶接することができる。
【００１５】
本発明の第４の態様は、
第１〜第３の態様のいずれか一つに記載する電極積層体に対するクリップの装着方法において、
前記正極側接続部および前記負極側接続部への前記クリップ溶接工程を同時に行うことを特徴とする電極積層体に対するクリップの装着方法にある。
【００１６】
本態様によれば、正極側接続部および負極側接続部へのクリップ溶接工程を同時に行うことができるので、タクトタイムを短縮することができる。
【００１７】
本発明の第５の態様は、
第１〜第４の態様のいずれか一つに記載する電極積層体に対するクリップの装着方法において、
前記クリップ溶接工程では、一つのクリップに対して複数回の溶接を行うことを特徴とする電極積層体に対するクリップの装着方法にある。
【００１８】
本態様によれば、溶接を確実なものとすることができ、正極側接続部および負極側接続部の金属箔を傷めることなく確実な固定力を担保することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ワークであるクリップに向けて下降するホーンの下降量等に基づきアンビルとホーンとの間隔からクリップが脱落していることを検出し得る。この結果、正規にクリップが取付けられていることを確認して所定の溶接処理を行うことができる。
【００２０】
また、クリップがない状態で超音波溶接を行うとホーンに大きな負荷（過負荷）がかかってしまい、ホーンが損傷することがあるが、本発明により、ホーンへの過負荷を未然に防ぐことができ、ツール寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態におけるクリップの取付け工程を概念的に示す説明図である。
【図２】クリップを取付けた電極積層体の搬送工程と、これに続く超音波溶接工程を平面的に見て示す説明図である。
【図３】クリップの有無判定工程と超音波溶接工程とを概念的に示す説明図である。
【図４】スタック構造のリチウムイオン二次電池の正電極板を示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。
【図５】スタック構造のリチウムイオン二次電池の負電極板を示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。
【図６】ジグザグ折りしたセパレータの各谷溝に電極板を挿入する場合の態様を示す説明図である。
【図７】スタック構造の電極積層体を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、図４〜図７と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００２３】
図１は本発明の実施の形態におけるクリップの取付け工程を概念的に示す説明図である。当該取付け工程では、図１（ａ）に示すように、まず、図７に示す状態に成型された電極積層体Ｉの正極側接続部７および負極側接続部８（正極側接続部７および負極側接続部８はセパレータ９の幅方向の一方の端部および他方の端部からそれぞれ反対方向に突出しているが、両者とも図中左側に突出しているものとして説明する。以下、同じ。）を押圧機構３０の上部押圧部材３１と下部押圧部材３２の間に挟みこんで押圧する。このことにより正極側接続部７および負極側接続部８が束ねられるので、図１（ｂ）に示すように、束ねられた上部押圧部材３１、下部押圧部材３２に、それぞれの端部からクリップ１０，１１を取付ける。その後、再度押圧機構３０を用いて上部押圧部材３１と下部押圧部材３２の間でクリップ１０，１１を押圧することで、クリップ１０，１１を正極側接続部７，負極側接続部８それぞれに仮止めする。
【００２４】
図２に示すように、上述の如くクリップ１０，１１が仮止めされた電極積層体Ｉは、搬送台４０に載置されて搬送路４１上を超音波溶接機２０に向けて搬送される。超音波溶接機２０では、正極溶接部２０Ａで正極側接続部７に対しクリップ１０が、負極溶接部２０Ｂで負極側接続部８に対しクリップ１１が、それぞれ超音波溶接で溶接される。ここで、本形態では、搬送路４１の上流側でクリップ１０の溶接作業が行われ、下流側でクリップ１１の溶接が行われている。また、当該工程における電極積層体Ｉの搬送台４０への載せ替えや、搬送中にクリップ１０，１１が外れる可能性がある。そこで、次の溶接工程ではクリップ１０，１１の有無を検出している。
【００２５】
図３はクリップの有無判定工程と超音波溶接工程とを概念的に示す説明図である。同図（ａ）に示すように、当該溶接工程では、超音波溶接機２０のアンビル２２上に載置された正極側接続部７および負極側接続部８に対してホーン２１を下降させ、クリップ１０，１１の上面に当接するまでの実測移動距離を計測する。そして、実測移動距離と、超音波溶接機２０の制御部（図示せず）に予め記憶させてあるクリップ１０，１１の板厚を加算した規定下降量とを比較し、図３（ｂ）に示すように、ホーン２１のクリップ１０，１１に対する当接時点までの実測移動距離が規定移動距離以下の場合にはクリップ１０，１１が存在すると判断し、ホーン２１を発振させて所定の超音波溶接を行う。すなわち、クリップ１０，１１の板厚αをホーン２１の実測移動距離に加算し、この距離が規定移動距離以下の場合にはクリップ１０，１１が存在する。ここで、ホーン２１のクリップ１０，１１に対する当接は、ホーン２１に作用するクリップ１０，１１からの反力によりホーン２１の下降が停止された時点とする。また、溶接作業は一つのクリップ１０，１１毎に複数回（少なくとも２回）行う。このことで、一箇所当たりの溶接量が少なくても、溶接を確実なものとすることができ、正極側接続部７および負極側接続部８の金属箔を傷めることなく確実な固定力を発揮させることができる。
【００２６】
一方、図３（ｃ）に示すように、クリップ１０，１１が脱落している場合には実測移動距離が規定移動距離＋２αとなった時点でホーン２１の正極側接続部７および負極側接続部８に対する当接が検出されるので、この場合には、実測移動距離＞規定移動距離となる。かくして、クリップ１０，１１の脱落が検出される。この場合には、超音波溶接は行われることなく電極積層体Ｉは不良品として除去される。
【００２７】
かくして、クリップ１０，１１の存在が確認された電極積層体Ｉのみが次工程に搬送される。例えば、次工程として接続端子等の溶接作業が行われる。
【００２８】
本形態によれば、予め記憶させてあるクリップ１０，１１の板厚αを加算した規定下降量を超えてホーン２１が下降した場合には、クリップ１０，１１が正規に取付けられていないと判断するようになっているので、クリップ１０，１１の有無を確実に検出することができ、クリップ１０，１１が所定通りに取付けられている場合のみ所定の溶接作業が行われる。
【００２９】
上記実施の形態では、ホーン２１を下降させて、その下降量が既定量を超えるか否かにより、クリップ１０，１１が正規に取り付けられているか否かを判断するものとしたが、これに限らず、電極積層体Ｉを搭載したままアンビルをホーンに近づけるものとしてもよいし、アンビルとホーンそれぞれを移動させるものとしてもよい。つまり、本発明は、アンビルとホーンとで対象の電極接続部を挟み込む際に、予め記憶させてあるクリップの板厚を加算した規定の間隔よりアンビルとホーンの間隔が狭まったと判断される場合にはクリップが正規に取り付けられていないと判断して溶接をせずに溶接にかかる作業を中止するものとし、アンビルとホーンとは規程の間隔以内であると判断される場合には予定通りの所定の溶接を施すようにするものとしている。
【００３０】
また、上記実施の形態では、搬送路４１の上流側でクリップ１０の溶接作業を行い、下流側でクリップ１１の溶接を行うようにしたが、必ずしもこのようにする必要はない。クリップ１０およびクリップ１１に対し同時に溶接作業を行っても良い。この場合には、正極側接続部７および負極側接続部８に対して同時溶接を行い得るので、タクトタイムを短縮することができる。一方、上記実施の形態のように、正極側接続部７および負極側接続部８に対して別々のタイミングで溶接を行う場合には、上流側である一方の電極接続部に対する溶接時にクリップが正規に取り付けられていないと判断された場合には、その時点で溶接作業を中止することができるので、他方の電極接続部に対する溶接作業が無駄に行われるようなことを避けることができる。
【００３１】
また、上記実施の形態ではスタック構造の電極積層体Ｉに関して説明したが、電極積層体Ｉの構造をこれに限る必要はない。帯状の正電極と負電極とをセパレータを介して巻回することにより扁平に成型した電極積層体であっても、セパレータの幅方向の端部から電極接続部が突出している構造であれば勿論同様に適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は二次電池、特にリチウムイオン電池の製造を行う産業分野において有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
Ｉ                        電極積層体
１                        正電極板
２                        負電極板
３                        正電極シート
４                        負電極シート
５                        正極活物質
６                        負極活物質
７                        正極側接続部
８                        負極側接続部
９                        セパレータ
１０，１１                  クリップ
２０                        超音波溶接機
２１                        ホーン
２２                        アンビル
３０                        押圧機構
【図１】
0006304882.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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