JP2012160352A - 電極積層体の製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

【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の下面を支持すると共に正極Ｐを長手方向に間隔をあけて搬送するコンベア装置１０と、第１のセパレータロール２１から上記搬送と同期して上記長手方向に繰り出した第１のセパレータシートＳＳ１に正極Ｐの上面を貼り付けて、上記下面をコンベア装置１０から離間させる第１の貼付装置２０と、第２のセパレータロール３１から上記搬送と同期して上記長手方向に繰り出した第２のセパレータシートＳＳ２を、コンベア装置１０から離間した正極Ｐの下面側から第１のセパレータシートに貼り付ける第２の貼付装置３０と、を有する電極積層装置１を採用する。
【選択図】図１

Description

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。

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。

特開２００９−９９１９号公報

上記従来技術においては、電極とセパレータシートとの位置ずれ等の不良状態が一部でもあった場合、つづら折りした１セット分、例えば大容量化したものであれば１００層分の電極積層体が全て不良品となってしまう。このため、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上に精度よく配置するべく、セパレータシートの送りを間欠運転とする手段を採用しているが、そうすると、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。

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。

上記の課題を解決するために、本発明は、電極の一方の面を支持すると共に上記電極を長手方向に間隔をあけて搬送するコンベア装置と、第１のロールから上記搬送と同期して上記長手方向に繰り出した第１のセパレータシートに上記電極の他方の面を貼り付けて、上記一方の面を上記コンベア装置から離間させる第１の貼付装置と、第２のロールから上記搬送と同期して上記長手方向に繰り出した第２のセパレータシートを、上記コンベア装置から離間した上記電極の一方の面側から上記第１のセパレータシートに貼り付ける第２の貼付装置と、を有する電極積層体の製造装置を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、第１のロールから第１のセパレータシートが電極の搬送と同期して繰り出すので、電極の搬送を止めることなく連続的な貼り付けを行うことができる。また、電極を第１のセパレータシートに貼り付けた後、コンベア装置から離間させ、その離間した面側から、同じく電極の搬送と同期して第２のロールから繰り出した第２のセパレータシートを貼り付けることで、電極の搬送を止めることなく連続的な貼り付けを行うことができる。これにより、電極のセパレータシートによる挟み込みを連続的なものとすることができる。

また、本発明においては、上記第１のセパレータシートに上記電極の他方の面に貼り付ける前に、上記電極の他方の面の少なくとも一部に接着剤を供給する接着剤供給装置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、電極の他方の面の少なくとも一部に接着剤を供給することによって、電極の第１のセパレータシートへの貼り付けを確実に、且つ、コンベア装置から離間した後の電極と第１のセパレータシートとの位置ずれを防止することができる。

また、本発明においては、上記第１のセパレータシートに上記第２のセパレータシートを貼り付けた後に、上記電極毎に上記間隔において、上記第１のセパレータシートと共に上記第２のセパレータシートを切断し、上記電極がセパレータに挟み込まれたセルを形成するセル形成装置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、２つのセパレータシートを貼り合わせた後、電極毎に切断することで、位置ずれ等の不良状態が発生した一部のみを取り除くことができるため、歩留まりを向上させることができる。

また、本発明においては、上記セルと、上記電極とは極性の異なる第２の電極と、を交互に積層する積層装置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（例えば正極）がセパレータに挟み込まれたセルと極性の異なる第２の電極（例えば負極）とを交互に積層することで、電極と第２の電極とを一枚のセパレータを介して交互に重ね合わせることができる。

また、本発明においては、電極の一方の面を支持すると共に上記電極を長手方向に間隔をあけてコンベア装置によって搬送する搬送工程と、第１のロールから上記搬送と同期して上記長手方向に繰り出した第１のセパレータシートに上記電極の他方の面を貼り付けて、上記一方の面を上記コンベア装置から離間させる第１の貼付工程と、第２のロールから上記搬送と同期して上記長手方向に繰り出した第２のセパレータシートを、上記コンベア装置から離間した上記電極の一方の面側から上記第１のセパレータシートに貼り付ける第２の貼付工程と、を有する電極積層体の製造方法を採用する。

本発明によれば、電極の一方の面を支持すると共に上記電極を長手方向に間隔をあけて搬送するコンベア装置と、第１のロールから上記搬送と同期して上記長手方向に繰り出した第１のセパレータシートに上記電極の他方の面を貼り付けて、上記一方の面を上記コンベア装置から離間させる第１の貼付装置と、第２のロールから上記搬送と同期して上記長手方向に繰り出した第２のセパレータシートを、上記コンベア装置から離間した上記電極の一方の面側から上記第１のセパレータシートに貼り付ける第２の貼付装置と、を有する電極積層体の製造装置を採用することによって、電極のセパレータシートによる挟み込みを連続的なものとすることができる。
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。

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。 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平面図である。 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。 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平面図である。 本発明の別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。

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、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。

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。
電極積層装置１は、正極シートＰＳを繰り出す正極ロール２と、正極ロール２から繰り出された正極シートＰＳから正極（電極）Ｐを切り出すカッター装置３とを有する。また、正極ロール２とカッター装置３との間には、搬送ローラー対４が設けられている。また、カッター装置３の下流側には、ガイド５と、ニップローラー６とが設けられている。

正極ロール２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２から繰り出された正極シートＰＳは、カッター装置３によって切断される。

図２は、本発明の実施形態におけるカッター装置３で切り出された正極Ｐを示す平面図である。なお、図２における一点鎖線は、カットラインを示す。
カッター装置３は、カットラインＣ１に沿って正極シートＰＳの幅方向の一端部の一部を切り落とし、タブＰ１を形成する。なお、切り落とし片Ｐ２は、図１に示すトレイ７に落下する。また、カッター装置３は、カットラインＣ２に沿って正極シートＰＳを切断し、長手方向において正極Ｐを分離させる。正極Ｐの大きさは、概ねＡ４サイズである。

図１に戻り、電極積層装置１は、切り出された正極Ｐを長手方向（図１において紙面左右方向）の一端部１０ａにおいてニップローラー６との間で挟み込むと共に、長手方向の一端部１０ａから他端部１０ｂまで正極Ｐを搬送するコンベア装置１０を有する。コンベア装置１０は、長手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１０は、正極Ｐの下面（一方の面）を支持する支持面１１を有し、正極Ｐを長手方向に間隔をあけて所定速度で搬送する（搬送工程）。

コンベア装置１０による搬送経路途中には、検査カメラ１２と、接着剤供給装置１３とが設けられている。検査カメラ１２は、コンベア装置１０の支持面１１に支持された正極Ｐ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Ｐの姿勢、形状、活物質の剥がれ、穴等の不良状態の有無を検査する。

接着剤供給装置１３は、正極Ｐがコンベア装置１０の長手方向の他端部１０ｂに至る前に、正極Ｐの上面（他方の面）の少なくとも一部に接着剤を供給する構成となっている。本実施形態の接着剤供給装置１３は、コンベア装置１０の支持面１１に支持された正極Ｐに対し、上方から所定の粘度を有する接着剤を滴下するディスペンサ１４を有する。ディスペンサ１４は、少なくともタブＰ１を外した正極Ｐの上面の四隅に接着剤を滴下する。

電極積層装置１は、コンベア装置１０の搬送と同期して長手方向に繰り出した第１のセパレータシートＳＳ１に正極Ｐの上面を貼り付けて、正極Ｐの下面をコンベア装置１０から離間させる第１の貼付装置２０を有する（第１の貼付工程）。第１の貼付装置２０は、第１のセパレータシートＳＳ１を繰り出す第１のセパレータロール２１と、繰り出された第１のセパレータシートＳＳ１を正極Ｐの上面側に押し付ける押し付けローラー２２とを有する。

第１のセパレータロール２１は、例えば厚さ８〜２５μｍ程度の絶縁性樹脂材の第１のセパレータシートＳＳ１を繰り出す構成となっている。第１のセパレータシートＳＳ１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。押し付けローラー２２は、コンベア装置１０の長手方向の他端部１０ｂとの間で、第１のセパレータシートＳＳ１及び正極Ｐを挟み込む構成となっている。

第１のセパレータロール２１及び押し付けローラー２２は、不図示の制御装置の制御の下、コンベア装置１０における正極Ｐの搬送と同期して回転駆動する。これにより、コンベア装置１０の長手方向の他端部１０ｂにおいて、第１のセパレータシートＳＳ１と正極Ｐとの相対速度差をゼロ若しくは殆ど無くし、相対的な位置ずれが生じないようにしながら、第１のセパレータシートＳＳ１に正極Ｐの上面を、その搬送を止めることなく連続的に押し付ける。

正極Ｐの上面には接着剤が滴下されているため、当該押し付けにより、正極Ｐを第１のセパレータシートＳＳ１側に貼り付けることができる。第１のセパレータシートＳＳ１が、コンベア装置１０の長手方向の他端部１０ｂよりも下流側に搬送されると、正極Ｐの下面がコンベア装置１０の支持面１１から離間する。なお、離間した第１のセパレータシートＳＳ１及び正極Ｐの下面側は、エアフロート装置２３によって非接触で支持される。

電極積層装置１は、コンベア装置１０の搬送と同期して長手方向に繰り出した第２のセパレータシートＳＳ２を、コンベア装置１０から離間した正極Ｐの下面側から第１のセパレータシートＳＳ１に貼り付ける第２の貼付装置３０を有する（第２の貼付工程）。第２の貼付装置３０は、第２のセパレータシートＳＳ２を繰り出す第２のセパレータロール３１と、繰り出された第２のセパレータシートＳＳ２を正極Ｐが貼付された第１のセパレータシートＳＳ１と共に挟み込む搬送ローラー対３２と、を有する。

第２のセパレータロール３１は、第１のセパレータシートＳＳ１と略同一の構成の第２のセパレータシートＳＳ２を繰り出す。なお、第２のセパレータシートＳＳ２の表面には、接着剤が塗布されており、下流側に配置された加熱溶融固定装置３３による加熱によって当該接着剤が溶融し、第１のセパレータシートＳＳ１と第２のセパレータシートＳＳ２とが溶着される。

第２のセパレータロール３１及び搬送ローラー対３２は、不図示の制御装置の制御の下、コンベア装置１０における正極Ｐの搬送と同期して、すなわち、第１のセパレータシートＳＳ１の繰り出しと同期して回転駆動する。これにより、搬送ローラー対３２の間において、第２のセパレータシートＳＳ２と第１のセパレータシートＳＳ１及び正極Ｐとの相対速度差をゼロ若しくは殆ど無くし、相対的な位置ずれが生じないようにしながら、第２のセパレータシートＳＳ２を、コンベア装置１０から離間した正極Ｐの下面側から第１のセパレータシートＳＳ１に、その搬送を止めることなく連続的に貼り付ける。

搬送ローラー対３２と加熱溶融固定装置３３との間には、検査カメラ３４，３５と、ニップローラー３６とが設けられている。検査カメラ３４は、第１のセパレータシートＳＳ１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。検査カメラ３５は、第２のセパレータシートＳＳ２を下方から撮像し、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、第１のセパレータシートＳＳ１及び第２のセパレータシートＳＳ２の縒れ、シワ、欠損（ピンホールや破れ）等の不良状態の有無を検査する。

検査カメラ３４，３５の下流側には、正極Ｐを挟んで貼り合わされた第１のセパレータシートＳＳ１及び第２のセパレータシートＳＳ２を、長手方向の一端部３７ａにおいてニップローラー３６との間で挟み込むと共に、長手方向の一端部３７ａから他端部３７ｂまでベルトが無端転動するコンベア装置３７を有する。コンベア装置３７による搬送経路途中には、加熱溶融固定装置３３が設けられている。加熱溶融固定装置３３は、加熱によって第２のセパレータシートＳＳ２の表面に塗布された接着剤を溶融させ、第１のセパレータシートＳＳ１と第２のセパレータシートＳＳ２とを溶着する。

加熱溶融固定装置３３の下流側には、第１のセパレータシートＳＳ１と第２のセパレータシートＳＳ２とを貼りつけた後に、正極Ｐ毎にその間隔において、第１のセパレータシートＳＳ１と共に第２のセパレータシートＳＳ２を切断し、正極ＰがセパレータＳに挟み込まれたセルＣを形成するカッター装置（セル形成装置）４０が設けられている。カッター装置４０は、第１のセパレータシートＳＳ１と共に第２のセパレータシートＳＳ２を焼き切るヒートカッターを有する。カッター装置４０の切断によって形成されたセルＣは、コンベア装置３７によって下流側に搬送される。

カッター装置４０の下流側には、移載装置５０が設けられている。移載装置５０は、セルＣを吸着把持可能な吸着ハンドを有する。移載装置５０は、不図示の制御装置の制御の下、検査カメラ１２，３４，３５における検査をクリアしたセルＣを経路４１でトレイ４２に移載してストックし、一方、検査カメラ１２，３４，３５における検査で不良状態と判断されたセルＣを経路４３で廃棄する。このように、第１のセパレータシートＳＳ１と第２のセパレータシートＳＳ２とを貼り合わせた後に切断し、セルＣを形成することで、位置ずれ等の不良状態が発生した一部のみを取り除くことができるため、歩留まりを向上させることができる。

図３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、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とを有する。また、負極ロール５２とカッター装置５３との間には、搬送ローラー対５４が設けられている。また、カッター装置５３の下流側には、ガイド５５と、ニップローラー５６とが設けられている。

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によって切断される。

図４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を示す平面図である。なお、図４における一点鎖線は、カットラインを示す。
カッター装置５３は、カットラインＣ３に沿って負極シートＮＳの幅方向の一端部の一部を切り落とし、タブＮ１を形成する。なお、切り落とし片Ｎ２は、図３に示すトレイ５７に落下する。また、カッター装置５３は、カットラインＣ４に沿って負極シートＮＳを切断し、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。

図３に戻り、電極積層装置１は、切り出された負極Ｎを長手方向の一端部６０ａにおいてニップローラー５６との間で挟み込むと共に、長手方向の一端部６０ａから他端部６０ｂまでベルトが無端転動するコンベア装置６０を有する。コンベア装置１０は、負極Ｎの下面（一方の面）を支持する支持面６１を有し、負極Ｎを長手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と、接着剤供給装置６３と、移載装置６５とが設けられている。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の姿勢、形状、活物質の剥がれ、穴等の不良状態の有無を検査する。

接着剤供給装置６３は、負極Ｎの上面の少なくとも一部に接着剤を供給する構成となっている。本実施形態の接着剤供給装置６３は、コンベア装置６０の支持面６１に支持された負極Ｎに対し、上方から所定の粘度を有する接着剤を滴下するディスペンサ６４を有する。ディスペンサ６４は、少なくともタブＮ１を外した負極Ｎの上面の四隅に接着剤を滴下する。

移載装置６５は、不図示の制御装置の制御の下、検査カメラ６２における検査をクリアした負極Ｎ上に、トレイ４２にストックしたセルＣを押し付け、両者を接着させると共に、経路６６でトレイ６７に移載し、セルＣと負極Ｎとを交互に積層する。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、検査カメラ６２における検査で不良状態と判断された負極Ｎは、コンベア装置６０の長さ方向の他端部６０ｂから落下し、廃棄される。

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６７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６７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の不図示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。

したがって、上述の本実施形態によれば、正極Ｐの下面を支持すると共に正極Ｐを長手方向に間隔をあけて搬送するコンベア装置１０と、第１のセパレータロール２１から上記搬送と同期して上記長手方向に繰り出した第１のセパレータシートＳＳ１に正極Ｐの上面を貼り付けて、上記下面をコンベア装置１０から離間させる第１の貼付装置２０と、第２のセパレータロール３１から上記搬送と同期して上記長手方向に繰り出した第２のセパレータシートＳＳ２を、コンベア装置１０から離間した正極Ｐの下面側から第１のセパレータシートに貼り付ける第２の貼付装置３０と、を有する電極積層装置１を採用することによって、正極Ｐのセパレータシートによる挟み込みを連続的なものとすることができる。
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。

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。

例えば、上記実施形態では、正極Ｐを第１のセパレータシートＳＳ１及び第２のセパレータシートＳＳ２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。

また、例えば、セルＣをトレイ４２で積み上げず、一つずつそのまま図示しないコンベア装置で搬送し、移載装置６５のアクセス範囲に移動させても良いし、移載装置５０と移載装置６５とを同一の装置とする配置にしても良い。

また、例えば、図５に示す別実施形態のように、トレイ４２を、コンベア装置６０の支持面６１の上方に配置し、トレイ４２にストックされたセルＣを底部から一つずつ落下させるセル落下装置７０を設けても良い。セル落下装置７０は、セルＣの下面を支持するツメを有し、ツメが底部において左右に開くことで、セルＣを支持面６１に支持された負極Ｎ上に落下させる構成となっている。この構成によれば、正極Ｐをセパレータシートで挟み込むラインと、上記ラインで形成したセルＣと負極Ｎを重ねるラインとを、上記実施形態のように並列的でなく、直列的に運転させることができる。

１…電極積層装置（電極積層体の製造装置）、Ｃ…セル、Ｎ…負極（第２の電極）、Ｐ…正極（電極）、Ｓ…セパレータ、１０…コンベア装置、１３…接着剤供給装置、２０…第１の貼付装置、２１…第１のセパレータロール（第１のロール）、３０…第２の貼付装置、３１…第２のセパレータロール（第２のロール）、４０…カッター装置（セル形成装置）、ＳＳ１…第１のセパレータシート、ＳＳ２…第２のセパレータシート

Claims (5)

1. 電極の一方の面を支持すると共に前記電極を長手方向に間隔をあけて搬送するコンベア装置と、
   第１のロールから前記搬送と同期して前記長手方向に繰り出した第１のセパレータシートに前記電極の他方の面を貼り付けて、前記一方の面を前記コンベア装置から離間させる第１の貼付装置と、
   第２のロールから前記搬送と同期して前記長手方向に繰り出した第２のセパレータシートを、前記コンベア装置から離間した前記電極の一方の面側から前記第１のセパレータシートに貼り付ける第２の貼付装置と、を有することを特徴とする電極積層体の製造装置。
2. 前記第１のセパレータシートに前記電極の他方の面に貼り付ける前に、前記電極の他方の面の少なくとも一部に接着剤を供給する接着剤供給装置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。
3. 前記第１のセパレータシートに前記第２のセパレータシートを貼り付けた後に、前記電極毎に前記間隔において、前記第１のセパレータシートと共に前記第２のセパレータシートを切断し、前記電極がセパレータに挟み込まれたセルを形成するセル形成装置を有す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。
4. 前記セルと、前記電極とは極性の異なる第２の電極と、を交互に積層する積層装置を有することを特徴とする請求項３に記載の電極積層体の製造装置。
5. 電極の一方の面を支持すると共に前記電極を長手方向に間隔をあけてコンベア装置によって搬送する搬送工程と、
   第１のロールから前記搬送と同期して前記長手方向に繰り出した第１のセパレータシートに前記電極の他方の面を貼り付けて、前記一方の面を前記コンベア装置から離間させる第１の貼付工程と、
   第２のロールから前記搬送と同期して前記長手方向に繰り出した第２のセパレータシートを、前記コンベア装置から離間した前記電極の一方の面側から前記第１のセパレータシートに貼り付ける第２の貼付工程と、を有することを特徴とする電極積層体の製造方法。

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