(57)【要約】【課題】生産速度の向上を図ることのできる電極積層体の製造装置および製造方法の提供。【解決手段】正極Ｐ、負極がセパレータＳを間に挟んで交互に積層される電極積層体を製造する電極積層装置１であって、連続して水平方向に搬送されるセパレータシートＳＳを、該水平方向に延びる折り曲げ線に沿って折り曲げるシート折り曲げ装置１０と、上記折り曲げにより形成される上記セパレータシートＳＳの谷間に向けて、鉛直上方から鉛直方向に沿う姿勢で正極Ｐを順次供給する正極供給装置２０と、を有するという構成を採用する。【選択図】図１
2012204070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
極性の異なる電極がセパレータを間に挟んで交互に積層される電極積層体の製造装置であって、
連続して水平方向に搬送されるセパレータシートを、該水平方向に延びる折り曲げ線に沿って折り曲げるシート折り曲げ装置と、
前記折り曲げにより形成される前記セパレータシートの谷間に向けて、鉛直上方から鉛直方向に沿う姿勢で前記電極を順次供給する電極供給装置と、
を有することを特徴とする電極積層体の製造装置。
【請求項２】
前記電極が供給される位置において、前記セパレータシートの谷間の底を挟み込むロール対を有することを特徴とする請求項１に記載の電極積層体の製造装置。
【請求項３】
前記シート折り曲げ装置は、前記セパレータシートをさらに、前記折り曲げ線と前記セパレータシートの幅方向両端縁との間にそれぞれ延びる第２の折り曲げ線に沿って、前記折り曲げと逆に折り曲げることを特徴とする請求項１または２に記載の電極積層体の製造装置。
【請求項４】
極性の異なる電極がセパレータを間に挟んで交互に積層される電極積層体の製造方法であって、
連続して水平方向に搬送されるセパレータシートを、該水平方向に延びる折り曲げ線に沿って折り曲げる工程と、
前記折り曲げにより形成される前記セパレータシートの谷間に向けて、鉛直上方から鉛直方向に沿う姿勢で前記電極を順次供給する工程と、
を有することを特徴とする電極積層体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極積層体の製造装置および製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電極積層体の製造装置および製造方法として、例えば特許文献１には、２次電池の製造装置および製造方法が開示されている。この従来技術においては、リチウム２次電池の生産性を向上させるため、連続セパレータ（セパレータシート）に、複数の正極と負極から構成される電極を、電極毎に所定の間隔を保持して配置し、もう一つの連続セパレータを、電極が配置された連続セパレータに重ね合わせて、電極の周囲の連続セパレータ同士を溶着し、正極と負極が連続セパレータを介して交互に重なり合うようにつづら折りして、電極積層体を製造する手段を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−９９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術では、移載装置を用いて電極を一つずつセパレータシートの上に配置するために、セパレータシートの送りを間欠運転としている。このため、電極積層体の生産速度の向上が難しいという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、生産速度の向上を図ることのできる電極積層体の製造装置および製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明は、極性の異なる電極がセパレータを間に挟んで交互に積層される電極積層体の製造装置であって、連続して水平方向に搬送されるセパレータシートを、該水平方向に延びる折り曲げ線に沿って折り曲げるシート折り曲げ装置と、上記折り曲げにより形成される上記セパレータシートの谷間に向けて、鉛直上方から鉛直方向に沿う姿勢で上記電極を順次供給する電極供給装置と、を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、セパレータシートを水平方向に延びる折り曲げ線に沿って折り曲げ、当該折り曲げによって形成されるシートの谷間に、鉛直上方から鉛直方向に沿う姿勢で電極を順次供給することにより、電極の位置決めに重力を利用しつつ、セパレータシートの送りを止めることなく連続的に電極を挟み込むことができる。
【０００７】
また、本発明においては、上記電極が供給される位置において、上記セパレータシートの谷間の底を挟み込むロール対を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、電極が供給される位置においてセパレータシートの谷間の底をロール対で挟み込んで抓むことで、電極を位置決めする際の衝撃に対する耐性を高めることができる。
【０００８】
また、本発明においては、上記シート折り曲げ装置は、上記セパレータシートをさらに、上記折り曲げ線と上記セパレータシートの幅方向両端縁との間にそれぞれ延びる第２の折り曲げ線に沿って、上記折り曲げと逆に折り曲げるという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、セパレータシートを谷折りした両側を逆に折り曲げて山折りにし、谷間を浅くすることにより、電極を谷間の底近傍までガイドすることができるため、電極の位置決め精度を高めることができる。
【０００９】
また、本発明においては、極性の異なる電極がセパレータを間に挟んで交互に積層される電極積層体の製造方法であって、連続して水平方向に搬送されるセパレータシートを、該水平方向に延びる折り曲げ線に沿って折り曲げる工程と、上記折り曲げにより形成される上記セパレータシートの谷間に向けて、鉛直上方から鉛直方向に沿う姿勢で上記電極を順次供給する工程と、を有するという手法を採用する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、極性の異なる電極がセパレータを間に挟んで交互に積層される電極積層体の製造装置であって、連続して水平方向に搬送されるセパレータシートを、該水平方向に延びる折り曲げ線に沿って折り曲げるシート折り曲げ装置と、上記折り曲げにより形成される上記セパレータシートの谷間に向けて、鉛直上方から鉛直方向に沿う姿勢で上記電極を順次供給する電極供給装置と、を有するという構成を採用することによって、セパレータシートを水平方向に延びる折り曲げ線に沿って折り曲げ、当該折り曲げによって形成されるシートの谷間に、鉛直上方から鉛直方向に沿う姿勢で電極を順次供給することにより、電極の位置決めに重力を利用しつつ、セパレータシートの送りを止めることなく連続的に電極を挟み込むことができる。
したがって、本発明では、電極積層体の生産速度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態における電極積層装置を示す構成図である。
【図２】図１における矢視Ａ−Ａ図である。
【図３】本発明の実施形態における正極供給装置を示す構成図である。
【図４】本発明の実施形態におけるカッター装置で切り出された正極を示す図である。
【図５】図１における矢視Ｂ−Ｂ図である。
【図６】本発明の実施形態における電極積層装置のもう一つのラインを示す構成図である。
【図７】本発明の実施形態におけるカッター装置で切り出された負極を示す図である。
【図８】本発明の別実施形態における電極が供給される位置のセパレータシートの谷間の底を示す図である。
【図９】本発明の別実施形態におけるシート折り曲げ装置により折り曲げられたセパレータシートを示す図である。
【図１０】本発明の別実施形態における電極の供給動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、本発明の電極積層体の製造装置および製造方法を、ラミネート型リチウム２次電池を製造する電極積層装置に適用した場合を例示する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態における電極積層装置１を示す構成図である。
図１に示すように、電極積層装置１は、セパレータシートＳＳを連続して繰り出すセパレータロール２を有する。セパレータロール２は、例えば厚さ８〜２５μｍ程度の絶縁性樹脂材のセパレータシートＳＳを繰り出す構成となっている。セパレータシートＳＳは、例えば多孔質のポリエチレンやポリエステルから形成されている。繰り出されたセパレータシートＳＳは、水平方向に搬送される。
【００１４】
セパレータロール２の搬送方向下流側には、シート折り曲げ装置１０が設けられている。シート折り曲げ装置１０は、連続して水平方向に搬送されるセパレータシートＳＳを、該水平方向に延びる折り曲げ線（後述する図２において符号Ｌ１で示す）に沿って折り曲げる構成となっている。シート折り曲げ装置１０は、第１のガイド板１１と、第２のガイド板１２と、ガイドロール対１３と、を有する。
【００１５】
図２は、図１における矢視Ａ−Ａ図を示す。
図２に示すように、第１のガイド板１１は、平行な２辺を構成する上底と下底を逆さまに配置した等脚台形形状の板部材であり、上底が下底に対して搬送方向下流側に位置するように傾斜して配置されている（図１参照）。セパレータシートＳＳは、第１のガイド板１１に沿って通過することにより、幅方向中央を中心として谷折りに、連続して折り曲げられる。
【００１６】
第２のガイド板１２は、第１のガイド板１１よりも搬送方向下流側に配置されている。第２のガイド板１２の下端は、第１のガイド板１１の上底よりも下方に突出しており、セパレータシートＳＳの幅方向中央を下方に押下げることが可能な構成となっている。セパレータシートＳＳは、第２のガイド板１２を通過することにより、幅方向中央が押下げられて折り曲げ線Ｌ１に沿って折り目が形成される。
【００１７】
図１に戻り、ガイドロール対１３は、第２のガイド板１２よりも搬送方向下流側に配置されている。ガイドロール対１３は、鉛直方向に延びる軸周りに回転可能に配置され、また、ロール周面に不図示のヒータ線を有する。セパレータシートＳＳは、ガイドロール対１３の間を通過することにより、その折り目からその幅方向両端縁までがロール間に挟み込まれ、幅方向中央で２つ折りに折り合わされると共に、不図示のヒータ線による熱溶着により、連続して閉じられる。
【００１８】
第２のガイド板１２とガイドロール対１３との間には、正極供給装置（電極供給装置）２０が配置されている。正極供給装置２０は、上記折り曲げにより形成されるセパレータシートＳＳの谷間に向けて、鉛直上方から鉛直方向に沿う姿勢で正極（電極）Ｐを順次供給する構成となっている。
【００１９】
図３は、本発明の実施形態における正極供給装置２０を示す構成図である。
正極供給装置２０は、正極シートＰＳを繰り出す正極ロール２２と、正極ロール２２から繰り出された正極シートＰＳから正極Ｐを切り出すカッター装置２３，２４と、切り出された正極ＰをセパレータシートＳＳの谷間に向けて供給する正極供給ロール対２５と、を有する。
【００２０】
正極ロール２２は、活物質としてリチウム含有金属酸化物が両面に印刷された（付着した）、例えば厚さ８〜２０μｍ程度の金属箔の正極シートＰＳを繰り出す構成となっている。正極シートＰＳは、例えばアルミニウム箔を基材に用い、粉末状のリチウム含有金属酸化物を基材の面上に配置する等して形成されている。正極ロール２２から繰り出された正極シートＰＳは、カッター装置２３，２４によって切断される。
【００２１】
なお、正極ロール２２とカッター装置２３との間の搬送経路途中には、検査カメラ２６が設けられている。検査カメラ２６は、正極シートＰＳを上方から撮像し、当該撮像により取得したデータを不図示の制御装置に伝送する構成となっている。不図示の制御装置では、撮像データを画像処理し、正極シートＰＳの不良状態（例えば、縒れ、シワ、欠損（穴や破れ）、活物質の剥がれ等）の有無を検査する。
【００２２】
カッター装置２３，２４は、周面に所定形状のカッター刃２３ａ，２４ａが設けられたロールを備え、ロールの回転によりカッター刃２３ａ，２４ａを、正極シートＰＳに押し当てることで、連続して正極Ｐを切り出す構成となっている。
図４は、本発明の実施形態におけるカッター装置２３，２４で切り出された正極Ｐを示す図である。なお、図４における一点鎖線は、カットラインを示す。
【００２３】
図４に示すように、カッター装置２３は、水平方向に繰り出された正極シートＰＳの幅方向の一端部の一部をカットラインＣ１に沿って切り落とし、タブＰ１に相当する部位を形成する（第１の切断）。なお、切り落とし片Ｐ２は、図３に示すトレイ２７に落下する。次に、カッター装置２４は、第１の切断の後、鉛直方向に沿って搬送される正極シートＰＳをカットラインＣ２に沿って切断し、長手方向において正極Ｐを分離させる（第２の切断）。正極Ｐの大きさは、概ねＡ４サイズである。
【００２４】
正極供給ロール対２５は、カッター装置２４の下方に配置され、切り出された正極Ｐを鉛直方向に沿う姿勢で挟持可能な構成となっている。正極供給ロール対２５の正極Ｐを供給するタイミングは、不図示の制御装置の制御の下に調整される。
図５は、図１における矢視Ｂ−Ｂ図を示す。
図５に示すように、正極供給ロール対２５によって所定のタイミングで供給された正極Ｐは、セパレータシートＳＳの谷間に向けて供給され、その谷間の底において位置決めされる。
【００２５】
図１に戻り、セパレータシートＳＳの谷間に落下し、位置決めされた正極Ｐは、ガイドロール対１３により挟み込まれる。ガイドロール対１３は、正極Ｐの外縁形状に沿う部分のセパレータシートＳＳを連続的あるいは断続的に熱溶着することにより、正極Ｐ毎に、正極Ｐをセパレータで包む袋構造を連続して形成し、搬送方向下流側に送る。
【００２６】
このように、１つのセパレータロール２から繰り出したセパレータシートＳＳを、折り曲げて、その底に切り出した正極Ｐを落とし込むことで、ロボットハンド等の移載装置を使わない連続動作の前処理が可能となり生産性が向上する。また、セパレータシートＳＳの折り曲げ部への落とし込みにより、正極Ｐの重力方向の位置が安定する。
【００２７】
正極Ｐを挟み込んだセパレータシートＳＳは、ガイドロール対１３の搬送方向下流側において９０度姿勢変更され、縦向きから横向きとなる。これは、ガイドロール対１３の搬送方向下流側に配置される、例えば、ガイドロール対３１，３２の配置位相を９０度違えることで行うことができる。
【００２８】
ガイドロール対３２よりも搬送方向下流側には、検査カメラ３４，３５と、コンベア装置４０とが設けられている。検査カメラ３４，３５は、セパレータシートＳＳを上下から撮像し、当該撮像により取得したデータを不図示の制御装置に伝送する構成となっている。不図示の制御装置では、撮像データを画像処理し、セパレータシートＳＳの不良状態（縒れ、シワ、欠損（ピンホールや破れ）等）の有無を検査する。
【００２９】
コンベア装置４０は、水平方向に無端転動するベルトコンベアから構成されている。コンベア装置４０による搬送経路途中には、セパレータシートＳＳを切断し、セパレータＳ、正極Ｐ、セパレータＳからなる袋ユニットＣを形成するカッター装置４２が設けられている。カッター装置４２は、セパレータシートＳＳを焼き切るヒートカッター４２ａを有する。ヒートカッター４２ａは、ロール周面に設けられており、送りを止めることなくセパレータシートＳＳを焼き切る。
【００３０】
図６は、本発明の実施形態における電極積層装置１のもう一つのラインを示す構成図である。
電極積層装置１は、袋ユニットＣを形成するラインの他にもう一つのラインを有する。電極積層装置１のもう一つのラインは、負極シートＮＳを繰り出す負極ロール５２と、負極ロール５２から繰り出された負極シートＮＳから負極（電極）Ｎを切り出すカッター装置５３，５４と、切り出された負極Ｎを搬送するコンベア装置６０と、を有する。
【００３１】
負極ロール５２は、活物質として炭素材料が両面に印刷された（付着した）、例えば厚さ８〜２０μｍ程度の金属箔の負極シートＮＳを繰り出す構成となっている。負極シートＮＳは、例えば銅箔を基材に用い、粉末状の炭素を基材の面上に配置する等して形成されている。負極ロール５２から繰り出された負極シートＮＳは、カッター装置５３，５４によって切断される。
【００３２】
カッター装置５３，５４は、周面に所定形状のカッター刃５３ａ，５４ａが設けられたロールを備え、ロールの回転によりカッター刃５３ａ，５４ａを、負極シートＮＳに押し当てることで、連続して負極Ｎを切り出す構成となっている。
図７は、本発明の実施形態におけるカッター装置５３で切り出された負極Ｎを示す図である。なお、図７における一点鎖線は、カットラインを示す。
【００３３】
図７に示すように、カッター装置５３は、水平方向に繰り出された負極シートＮＳの幅方向の一端部の一部をカットラインＣ３に沿って切り落とし、タブＮ１を形成する。なお、切り落とし片Ｎ２は、図６に示すトレイ５７に落下する。また、カッター装置５４は、負極シートＮＳをカットラインＣ４に沿って切断し、長手方向において負極Ｎを分離させる。負極Ｎの大きさは、正極Ｐと同様概ねＡ４サイズである。
【００３４】
コンベア装置６０は、水平方向に無端転動するベルトコンベアから構成されている。コンベア装置６０は、負極Ｎの下面を支持する支持面６１を有し、負極Ｎを水平方向に間隔をあけて所定速度で搬送する。コンベア装置６０による搬送経路途中には、検査カメラ６２が設けられている。検査カメラ６２は、コンベア装置６０の支持面６１に支持された負極Ｎを上方から撮像し、当該撮像により取得したデータを不図示の制御装置に伝送する構成となっている。不図示の制御装置では、撮像データを画像処理し、負極Ｎの不良状態（姿勢、形状、活物質の剥がれ、破れ、穴等）の有無を検査する。
【００３５】
電極積層装置１は、不図示の制御装置の制御の下、袋ユニットＣと負極Ｎとを交互に積層するハンド装置７０を有する。制御装置は、ハンド装置７０によって把持した袋ユニットＣまたは負極Ｎが、検査カメラ２６、検査カメラ３４、検査カメラ３５、検査カメラ６２における検査をクリアしたものである場合は、トレイ７１に移載させ、姿勢を整えて、袋ユニットＣと負極Ｎとを交互に積層させる。これにより、正極Ｐと負極Ｎとを一枚のセパレータＳを介して交互に重ね合わせることができる。なお、制御装置は、検査カメラ２６、検査カメラ３４、検査カメラ３５、検査カメラ６２における検査で不良状態と判断された袋ユニットＣまたは負極Ｎを、トレイ７１に移載させずに廃棄させる。これにより、欠陥状態の袋ユニットＣまたは負極Ｎを積層前に廃棄でき、電池セル生産の歩留まりを向上させることができる。
【００３６】
そして、この重ね合わせを繰り返し、セパレータＳ、正極Ｐ、セパレータＳ、負極Ｎを１セットとして、このセットを複数（例えば１００セット程度）積層することにより、トレイ７１上に、正極Ｐと負極ＮとをセパレータＳを間に挟んで積層した電極積層体を形成することができる。
その後、この電極積層体を載置したトレイ７１を他の場所に移動させ、所定の処理をする。具体的には、正極Ｐ及び負極Ｎのタブをそれぞれ溶接し、この電極積層体を例えばアルミニウムからなるラミネートフィルムに入れ、電解液を注液し、電極積層体を含浸させる。この後、シールして密閉することにより、ラミネート型電池セルが得られる。
【００３７】
したがって、上述の本実施形態によれば、正極Ｐ、負極ＮがセパレータＳを間に挟んで交互に積層される電極積層体を製造する電極積層装置１であって、連続して水平方向に搬送されるセパレータシートＳＳを、該水平方向に延びる折り曲げ線Ｌ２に沿って折り曲げるシート折り曲げ装置１０と、上記折り曲げにより形成される上記セパレータシートＳＳの谷間に向けて、鉛直上方から鉛直方向に沿う姿勢で正極Ｐを順次供給する正極供給装置２０と、を有するという構成を採用することによって、セパレータシートＳＳを水平方向に延びる折り曲げ線Ｌ２に沿って折り曲げ、当該折り曲げによって形成されるシートの谷間に、鉛直上方から鉛直方向に沿う姿勢で正極Ｐを順次供給することにより、正極Ｐの位置決めに重力を利用しつつ、セパレータシートＳＳの送りを止めることなく連続的に電極を挟み込むことができる。
したがって、本実施形態では、電極積層体の生産速度の向上を図ることができる。
【００３８】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３９】
例えば、図８に示すように、ロール対８１を設けて、正極Ｐが供給される位置において、セパレータシートＳＳの谷間の底を挟み込むという構成を採用してもよい。なお、符号８２は、シートガイド板を示す。
この構成によれば、正極Ｐが供給される位置においてセパレータシートＳＳの谷間の底をロール対８１で挟み込んで抓むことで、谷間の底を厚くし、正極Ｐを位置決めする際の衝撃に対する耐性を高めることができる。また、正極Ｐの切り出し時に形成されるバリ等による傷や穴あき等を確実に予防することができる。
【００４０】
また、例えば、シート折り曲げ装置１０にガイドプレートやロールを追加して設けて、図９に示すように、セパレータシートＳＳをさらに、折り曲げ線Ｌ１とセパレータシートＳＳの幅方向両端縁との間にそれぞれ延びる第２の折り曲げ線Ｌ２に沿って、幅方向中央の折り曲げと逆に折り曲げるという構成を採用してもよい。
この構成によれば、セパレータシートＳＳを谷折りした両側を逆に折り曲げて山折りにすることで、正極Ｐが供給される位置において、幅方向中央部の谷間を上記実施形態よりも半分程に浅くすることができる。これにより、例えば、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、正極供給ロール対２５によって、シートの谷間の底近傍まで正極Ｐをガイドすることができるため、正極Ｐの位置決め精度を高めることができる。
【００４１】
また、例えば、上記実施形態では、検査カメラ２６、検査カメラ３４、検査カメラ３５、検査カメラ６２における検査で不良状態と判断された袋ユニットＣまたは負極Ｎを、ハンド装置７０によって廃棄する構成について説明したが、例えば、コンベア装置４０、コンベア装置６０にプッシャやフック等を設けて廃棄する構成であっても良い。
【００４２】
また、例えば、正極シートＰＳの繰り出し方向は、最初から鉛直方向下向きでも良い。この場合、カッター装置２３で切り落とした切り落とし片Ｐ２を吸引等で回収する機構を設けることが好ましい。
【００４３】
また、例えば、上記実施形態では、正極ＰをセパレータシートＳＳで挟み込む構成について説明したが、負極Ｎを挟み込む構成であっても良い。
【符号の説明】
【００４４】
１…電極積層装置（電極積層体の製造装置）、１０…シート折り曲げ装置、２０…正極供給装置（電極供給装置）、８１…ロール対、Ｎ…負極（電極）、Ｐ…正極（電極）、Ｓ…セパレータ、ＳＳ…セパレータシート、Ｌ１…折り曲げ線、Ｌ２…第２の折り曲げ線
【図１】
2012204070.tif 000003
【図２】
2012204070.tif 000004
【図３】
2012204070.tif 000005
【図４】
2012204070.tif 000006
【図５】
2012204070.tif 000007
【図６】
2012204070.tif 000008
【図７】
2012204070.tif 000009
【図８】
2012204070.tif 000010
【図９】
2012204070.tif 000011
【図１０】
2012204070.tif 000012