JP2000208137A - ポリマ―電池用電極要素の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 良好な緻密性ないし一体性を有する高性能な
ポリマー電池用電極要素を容易に、かつ歩留まりよく製
造できる製造装置の提供。 【解決手段】 ポリマー電池用電極部材を加熱する加熱
ユニット９に移動させる第１の搬送体8aと、前記加熱ユ
ニット９に続いて加圧ローラ4a，4bと、前記加圧ローラ
4a，4bを正逆回転させる正逆回転型の回転駆動源５と、
先端部を検出する位置検出センサ11と、電極部材を受け
る第２の搬送体8bと、前記加圧ローラ4a，4bの回転駆動
に応答したパルスを発生するエンコーダー７と、前記エ
ンコーダー７のパルス発生数で加圧ローラ4a，4bの周速
度、第２の搬送体8b側への移動量および加圧ローラ4a，
4bの正逆回転を制御する制御装置12とを具備しているこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポリマー電池用電
極要素の製造装置に係り、さらに詳しくはポリマー電池
用電極要素の圧着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話機や携帯型ノートパソコ
ンなど電子機器のコードレス化、高性能化はめざまし
く、これら電子機器の電源となる二次電池においても、
小形、軽量、薄型化や大容量、高電圧などが求められて
いる。そして、このような要望に対して、正極層、ポリ
マ−電解質層および負極層を重ね合わせ、シート状（薄
型）に一体化した構成の電極要素を備えた厚さ 0.5mm程
度のリチウム非水溶媒電池も知られている（たとえば米
国特許第 5,296,318号明細書）。

【０００３】図３は、前記ポリマー電解質電池用電極要
素の一構成例の要部を断面的に示したものである。図３
において、１はたとえばヘキサフロロプロピレン−フッ
化ビニリデン共重合体などのポリマと、リチウム塩など
のエチレンカーボネート溶液…非水電解液…との系のセ
パレーターの機能をする電解質保持性のポリマ−電解質
系シート、２は金属酸化物などの活物質、非水電解液お
よび電解質保持性ポリマーを含む正極層を集電体に積層
して成る正極シート、３はリチウムイオンを吸蔵・放出
する活物質、非水電解液および電解質保持性ポリマーを
含む負極層を集電体に積層して成る負極シートである。

【０００４】ここで、正極シート２の活物質としては、
たとえばリチウムマンガン複合酸化物、二酸化マンガ
ン、リチウム含有コバルト酸化物、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、カルコゲン化合物などが挙げられる。また、負極
活物質としては、たとえばビスフェノール樹脂、ポリア
クリロニトリル、セルローズなどの焼成物、コークスや
ピッチの焼成物が挙げられる。そして、これらは天然も
しくは人口グラファイト、カーボンブラック、アセチレ
ンブラック、ケッチェンブラック、ニッケル粉末などを
含有した形態を採ってもよい。

【０００５】さらに、電解質系シート１は、たとえばエ
チレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレ
ンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカー
ボネート、メチルエチルカーボネートなどの非水溶媒
に、過塩素酸リチウム、六フッ化リン酸リチウム、ホウ
四フッ化リチウム、六フッ化ヒ素リチウム、トリフルオ
ロメタンスルホン酸リチウムなどを 0.2〜 2mol/ l程度
に溶解させたものが挙げられる。

【０００６】ところで、この種の軽量、フレキシブルな
リチウムポリマー電池の製造に当たっては、電極要素の
圧着ないしラミネーションが前提として行われる。すな
わち、正極シート２や負極シート３などにおいて、活物
質（電極合剤）の充填・担持量の向上、あるいは電極要
素を形成する正極シート２、セパレータ（ポリマ−電解
質系）シート１および負極シート３を積層状に組み合わ
せ、この積層体を一対化するために、加圧ローラ（ラミ
ネーターローラー）間を挟着的に通過させる過程で圧着
する。

【０００７】ここで、加圧ローラは少なくとも一方の加
圧ローラに、たとえばエアーシリンダーによって荷重が
加えられている。また、加圧ローラによる加圧・一体化
（圧着）に当たっては、たとえばカートリッジヒータ内
蔵のヒーターブロックなどの加熱手段によって、搬送・
走行する過程で電極シートあるいは電極要素の積層体を
所要の温度に加熱・加温し、圧着を行い易いようにして
いる。

【０００８】その後、電極要素を構成する電極シートの
積層・一体化が行われ、さらに、一体化された電極要素
を所定の形状・寸法に切断分離し、所要の外部用リード
を付設し、前記正極シート２および負極シート３の裏面
側を樹脂フィルムで被覆保護・シール層（封止層）す
る。あるいは電極要素中に含まれている可塑剤を抽出し
た後、電池外装缶内に封装し、要すれば電解液を供給・
注入した後、外部用リードを導出させながら、電池外装
缶の開口部を封止することにより電池化している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記電極シー
トの圧着工程、あるいは電極部材の積層体を圧着・一体
化する手段の場合、次のような問題が懸念される。すな
わち、前記電極シートの圧着工程や電極部材のラミネー
ション（積層体を圧着・一体化）工程は、一度の加熱お
よび圧着であるため、圧着・充填の程度が不十分であっ
たり、あるいは圧着・一体化の程度が不十分で、結果的
に、電極の性能向上を図れない場合もあった。

【００１０】こうした問題に対して、加熱の程度や加圧
ローラの圧着力（加圧力）を増大・制御することも考え
られる。しかし、電極シートもしくは電極シート類積層
体の走行・蛇行対策、電極シートなどの材質や厚さなど
に対し、温度や圧力など条件を適切に設定しないと、電
極要素としての性能が損なわれたりする恐れもある。し
たがって、上記電極シートの圧着工程後、あるいは電極
部材のラミネーション後において、圧着や圧着・一体化
が不十分と判定した場合は、前記圧着工程やラミネーシ
ョン工程を、いわゆる手作業方式で繰り返しているのが
実情である。この手作業方式は、省力化に反するだけで
なく、生産性の低減、コストアップなどを招来してお
り、この改善策の確立が待たれている。

【００１１】本発明は、このような事情に対してなされ
たもので、良好な緻密性ないし一体性を有する高性能な
ポリマー電池用電極シートもしくは電極要素を容易、か
つ歩留まりよく製造できる製造装置の提供を目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ポリ
マー電池用電極部材を加熱する加熱ユニットに第１のフ
ィードローラを介して移動させる第１の搬送体と、前記
加熱ユニットに続いて配置され、ポリマー電池用電極部
材を両面側から挟着的に圧着するため対向間隔をほぼ平
行に配置させた一対の加圧ローラと、前記加圧ローラを
正逆回転させる正逆回転型の回転駆動源と、前記加圧ロ
ーラで挟着的に圧着されたポリマー電池用電極部材の先
端部を検出する位置検出センサと、前記先端部を検出し
たポリマー電池用電極部材を移動させる第２のフィード
ローラと、前記第２のフィードローラを介してポリマー
電池用電極部材を受ける第２の搬送体と、前記加圧ロー
ラの回転駆動に応答したパルスを発生するエンコーダー
と、前記エンコーダーのパルス発生数で加圧ローラの周
速度、第２の搬送体側への移動量および加圧ローラの正
逆回転を制御する制御装置とを具備していることを特徴
とするポリマー電池用電極要素の製造装置である。

【００１３】請求項２の発明は、請求項１記載のポリマ
ー電池用電極要素の製造装置において、少なくとも一方
の加圧ローラは積層体の加熱補助用の加熱源を内蔵して
いることを特徴とする。

【００１４】請求項３の発明は、請求項１もしくは請求
項２記載のポリマー電池用電極要素の製造装置におい
て、一対の加圧ローラは少なくとも一方の加圧ローラが
対向する他の加圧ローラに対し間隔を摺動的に離接でき
るように軸支されていることを特徴とする。

【００１５】請求項４の発明は、請求項１ないし請求項
３いずれか一記載のポリマー電池用電極要素の製造装置
において、積層体を加熱する加熱ユニットは積層体を両
面から加熱するように配置されていることを特徴とす
る。

【００１６】請求項１ないし請求項４の発明において、
走行・搬送されるポリマー電池用電極部材（電極シー
ト）を圧着、もしくは電極部材の積層体を圧着・一体化
する正逆回転型の一対の加圧ローラは、たとえばセラミ
ック製、金属製もしくは耐熱性樹脂製などである。ま
た、加圧ローラの幅や径などは、圧着・一体化するポリ
マー電池用電極部材やその積層体に対応して設定され
る。

【００１７】ここで、加圧ローラが正逆回転型に構成さ
れているのは、圧着された電極部材などが、第２のフィ
ードローラ領域に移動された時点で、加圧ローラの逆回
転により、加圧ローラおよび加熱ユニットを介して第１
のフィードローラ領域側に戻し、定位置に停止させた後
に加圧ローラを正回転させて、再び加熱・圧着して第２
のフィードローラ領域側に移動させるためである。

【００１８】また、前記一対の加圧ローラは、少なくと
も一方の加圧ローラが対向する他の加圧ローラに対し間
隔（対向する外周面の間隔）を任意に離接できるよう
に、摺動的に軸支されていることが好ましい。たとえば
一方の加圧ローラを固定的に軸支し、対向する他方の加
圧ローラを摺動的に軸支して、この摺動的な軸支をスプ
リングバネおよびエアーシリンダーなどの負荷荷重機構
（手段）との組み合わせ作用で、前記固定軸支に対する
間隔を任意に設定する構成を採ってもよい。

【００１９】なお、加圧ローラは、電気抵抗発熱や、温
水もしくは水蒸気などを熱源として内蔵した構成を採っ
てもよく、ここで、加圧ローラが内蔵する熱源の熱容量
は、走行・供給過程での加熱温度から圧着・一体化時の
温度低下分を補充する程度でよい。また、加圧ローラの
少なくとも外周面が、耐熱・耐摩耗性のセラミックスで
構成されている場合は、良好な耐久性を呈するだけでな
く、圧着・一体化時において、負荷荷重機構からの荷重
も伝達し易くなる。さらに、加圧ローラの正逆回転する
正逆回転型の回転駆動源は、独立した回転駆動源によっ
て行ってもよいが、走行系の正逆回転型の走行駆動源を
利用した構成とすることもできる。

【００２０】請求項１ないし請求項４の発明において、
ポリマー電池用電極部材やその積層体の供給・収受に寄
与する第１および第２の搬送体は、離型性の良好なベル
トなどである。さらに、ポリマー電池用電極部材やその
積層体の反復的な移動・走行に寄与する第１および第２
のフィードローラは、電極シートなどを所定の方向に進
退させる機能を補助するもので、加圧ローラに供給する
電極シートなどを加熱する加熱ユニットの上流側、およ
び加圧ローラの下流側にそれぞれ配置されている。そし
て、両フィードローラは、加圧ローラの正逆回転に応答
して、電極シートなどの移動に寄与する。

【００２１】請求項１ないし請求項４の発明において、
ポリマー電池用電極部材（電極シート類）、もしくはそ
の積層体を加熱する加熱ユニットは、たとえば電気抵抗
発熱や、温水もしくは水蒸気などを熱源としたものであ
る。ここで、加熱ユニットは、電極シートなどを両面側
から加熱するため、一対の加熱ユニットを対向配置する
ことが好ましく、また、この加熱ユニットを電極シート
などの移動・走行に対し、任意に接離できるように設置
しておき、被圧着体の厚さや材質などに応じ易いように
設定おくのが望ましい。

【００２２】請求項１ないし請求項４の発明において、
加圧ローラの回転駆動に応答したパルスを発生するエン
コーダーは、加圧ローラの回転軸に接続配置される。位
置検出センサで検出後、加圧ローラの回転軸の回転数を
検出し、この結果を制御装置に入力して、被圧着体のフ
ィードローラ領域を含む搬送体側への移動量を検出・制
御する。つまり、エンコーダーおよび制御装置によっ
て、基準位置に到達した後の加圧ローラの回転数、換言
すると加圧ローラの外周面の移動量で、被圧着体が搬送
体側へ移動した移動量を検出する一方、加圧ローラの周
速度、搬送体側への移動量および加圧ローラの正逆回転
を、自動的に制御する構成に成っている。なお、被圧着
体の第２のフィードローラ側への移動は、第２のフィー
ドローラ側に配置した位置検出センサで確認に引き続い
て開始される。すなわち、前記加圧ローラで挟着的に圧
着されたポリマー電池用電極部材の先端部が、第２のフ
ィードローラ側に配置した位置検出センサによって、そ
の先端部を検出することで行われる。

【００２３】ここで、検出信号は制御装置に入力され、
前記エンコーダーが発生するパルスのカウントが始ま
り、予め設定されているパルスカウント値に到達する
と、ポリマー電池用電極部材の搬送が停止するように成
っている。さらに、位置検出センサは、たとえば発光素
子および受光素子から成る光学てきなセンサが例示され
る。 請求項１ないし４の発明では、ポリマー電池用電
極部材は、加熱されて圧着する過程で、少なくとも２回
の加熱・圧着を自動的に繰り返すことができる。つま
り、電極シートにおける活物質（電極合剤）層の圧着・
充填化の工程、あるいは正極シート、セパレーターシー
トおよび負極シートの材質ないし組成、あるいは圧着・
一体化の難易ないし圧着・一体化性などに応じて、積層
体に対して複数回、加熱および圧着・一体化の操作を、
自動的に繰り返して行うことができる。

【００２４】この加圧ローラによる圧着や一体化操作の
繰り返し、要すれば、積層体の加熱補助手段などの付設
に伴って、圧着・一体化作用が補強され、ほぼ一様な厚
さ、均一な緻密性（密着性）を採った高品質のポリマー
電池用電極要素を容易に製造できる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図１および図２を参照して
実施例を説明する。

【００２６】図１，２はこの実施例に係る電極要素製造
装置の概略構成を示すもので、図１は上面図、図２は側
面図である。図１および図２において、4a，4bは図示省
略基台に固定的に配置された一対の支持体に軸支された
一対の加圧ローラ（ラミネートローラ）である。ここ
で、加圧ローラ4a，4bは、加熱されたポリマー電池用電
極部材の積層体（図示省略）を圧着・一体化するもの
で、たとえば工具鋼製で直径50〜 350mm程度、ローラ幅
250〜 500mm程度であり、ほぼ同じ周速度で正逆回転で
きる構成を採っている。

【００２７】また、前記加圧ローラ4a，4bは、電熱体を
電気絶縁的に内蔵し、加圧ローラ4a，4bを30〜 150℃程
度に加熱・保持するとともに、たとえば加圧ローラ4aの
回転軸は固定され、加圧ローラ4bの回転軸は、荷重（た
とえばエアーシリンダー）５の負荷によって、若干、加
圧ローラ4a側へ摺動的に移動できる軸受で支持されてい
る。さらに、この加圧ローラ4a，4bは、回転駆動源５と
しての正逆回転型モーターの回転力がギヤ機構6a，6bを
介して伝達され、かつ選択によって正逆に回転する構成
と成っている。

【００２８】なお、この加圧ローラ4a，4bの正逆回転
は、加圧ローラ4aの回転軸に同軸的に固定エンコーダー
７の出力信号に基づいた制御により、正逆回転型モータ
ー７の回転が正・逆に切り換えられて行われる。

【００２９】また、8aはポリマー電池用電極部材を加熱
する加熱ユニット9a，9bに第１のフィードローラ10a 対
を介して移動させる第１の搬送体、11は前記加圧ローラ
4a，4bで挟着的に圧着されたポリマー電池用電極部材の
先端部を検出する位置検出センサ、10b は前記先端部を
検出したポリマー電池用電極部材を移動させる第２のフ
ィードローラの対、8bは前記第２のフィードローラ10b
を介してポリマー電池用電極部材を受ける第２の搬送体
である。

【００３０】ここで、各搬送体8a，8bは、たとえばテト
ラフロロエチレン繊維製のベルトで、厚さ 0.2mm程度、
幅27cm、全長70cm程度であり、ポリマー電池用電極部材
（電極シート）や電極シートなど電極要素の積層体を載
置・搬送するように成っている。すなわち、第１の搬送
体8aに載置されたポリマー電池用電極部材は、第１のフ
ィードローラ10a によって、加熱ユニット９（9a，9b）
側に供給・搬送され、加熱後、加圧ローラ4a，4bによっ
て圧着されてから、第２のフィードローラ10bによって
第２の搬送体8bに移載される構造と成っている。

【００３１】そして、圧着されたポリマー電池用電極部
材の先端部が、位置検出センサ11に到達すると、エンコ
ーダー７のパルス信号が制御装置12に入力されてカウン
トを開始する。このカウント値が制御装置11に設定され
ているカウント値に達した時点で、前記ポリマー電池用
電極部材の移動（搬送）が停止する。このとき、ポリマ
ー電池用電極部材は、第２の搬送体8bに移載されてい
る。換言すると、エンコーダー７は、加圧ローラ4aの回
転速度に対応し手パルスを発生するため、そのパルス数
から加圧ローラ4a，4bの周速度、ましくは圧着されたポ
リマー電池用電極部材の送り速度（移動量）が算出さ
れ、これによってポリマー電池用電極部材の移動が制御
される。

【００３２】一方、第２の搬送体8bに移載されたポリマ
ー電池用電極部材は、加圧ローラ4a，4bの正回転から逆
回転で、加熱ユニット９を介して第１のフィードローラ
10a側ポリマー電池用電極部材を戻す。この戻し過程に
おいて、ポリマー電池用電極部材の後端部が位置検出セ
ンサ11で検出された時点で移動が停止される。その後、
再びエンコーダー７からのパルスが制御装置12に入力さ
れながら、加圧ローラ4a，4bは正回転に切り換えられ、
パルスカウント設定値に達するまで正回が続けられる。
つまり、位置検出センサ11の位置検出、発生パルスの入
力が相俟って、加圧ローラ4a，4bを正回転に切り換えて
再度圧着処理できるようになっている。

【００３３】次に、上記構成の製造装置の動作について
説明する。

【００３４】先ず、帯状でセパレーターの機能をする電
解質保持性のポリマ−電解質系（たとえばヘキサフロロ
プロピレン−フッ化ビニリデン共重合体などのポリマー
を挟んで、帯状の正極（たとえば金属酸化物などの活物
質および電解質保持性ポリマーを含む正極層を集電体に
積層したもの）と、帯状の負極（たとえばリチウムイオ
ンを吸蔵・放出する活物質および電解質保持性ポリマー
を含む負極層を集電体に積層したもの）とを積層した積
層体を用意する。

【００３５】次いで、前記ポリマー電池用電極要素を成
す積層体を、第１の搬送体8aに位置決め載置した後、回
転駆動源（たとえばモーター）５で正回転駆動する加圧
ローラ4a，4b側に搬送・供給する。このポリマー電池用
電極要素の搬送・供給で、ポリマー電池用電極要素は、
第１のフィードローラ10a ，10a 対、および加熱ユニッ
ト９を介して加圧ローラ4a，4bに到達し、ここで圧着・
一体化される。そして、圧着・一体化されたポリマー電
池用電極要素は、第２のフィードローラ10b ，10b 対を
介して、第２の搬送体8b側に搬送・供給される。

【００３６】この過程で、ポリマー電池用電極要素の進
行方向先端部を位置検出センサ11が検出した時点から、
加圧ローラ4a，4bの回転軸に設置されているエンコーダ
ー７の発するパルス数のカウントが開始され、制御装置
12に設定されいるパルスカウント値に達した時点で、加
圧ローラ4a，4bの正回転が停止し、その後に加圧ローラ
4a，4bが逆回転に切り換えられる。

【００３７】前記加圧ローラ4a，4bの逆回転切り換えに
伴って、ポリマー電池用電極要素は、加熱ユニット９、
および第１のフィードローラ10a ，10a 側に逆送され、
ポリマー電池用電極要素の進行方向後端部を位置検出セ
ンサ11が検出した時点から、加圧ローラ4a，4bの回転軸
に設置されているエンコーダー７の発するパルス数のカ
ウントが開始される。そして、制御装置12に設定されい
るパルスカウント値に達した時点で、加圧ローラ4a，4b
の逆回転が停止し、その後に加圧ローラ4a，4bが正回転
に切り換えられて、再び加熱・圧着が行われる。上記加
圧ローラ4a，4bの正・逆回転、ポリマー電池用電極要素
の移動（走行）の反復が、所要回数繰り返されると、前
記制御装置12によって繰り返し動作が停止される。

【００３８】なお、前記製造装置において、加圧ローラ
4a，4bの代りに、外周面を耐摩耗性、耐腐食性セラミッ
クスでコーティングした加圧ローラをしようした場合
は、加圧ローラに対する非付着性などに伴って、より容
易に、高品質な電池要素を得ることができる。

【００３９】本発明は上記例示に限定されるものでな
く、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を採
ることができる。

【００４０】

【発明の効果】請求項１ないし請求項４の発明によれ
ば、高品質なポリマー電池の電極要素を歩留まりよく、
かつ量産的に提供することができる。すなわち、ポリマ
ー電池用電極要素の圧着、またはポリマー電池用電極要
素のラミネーションにおいて、圧着や一体化の操作を反
復できるため、確実に、緻密性など質的なバラツキのな
い、一定性能の電極要素を製造することができる。そし
て、一定性能の電極要素を再現性よく製造できること
は、信頼性の高いポリマー電池を量産的な提供を可能に
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る電極要素製造装置の要部構成を示
す上面図。

【図２】実施例に係る電極要素製造装置の要部構成を示
す側面図。

【図３】ポリマー電池用の電極要素の概略構成を示す断
面図。

【符号の説明】

4a，4b……正逆回転型の加圧ローラ ５……負荷荷重機構 ６……回転駆動伝達機構（ギヤ） ７……エンコーダー 8a，8b……搬送体 ９……加熱ユニット 10a ，10b ……フィードローラ 11……位置検出センサ 12……制御装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリマー電池用電極部材を加熱する加熱
   ユニットに第１のフィードローラを介して移動させる第
   １の搬送体と、 前記加熱ユニットに続いて配置され、ポリマー電池用電
   極部材を両面側から挟着的に圧着するため対向間隔をほ
   ぼ平行に配置させた一対の加圧ローラと、 前記加圧ローラを正逆回転させる正逆回転型の回転駆動
   源と、 前記加圧ローラで挟着的に圧着されたポリマー電池用電
   極部材の先端部を検出する位置検出センサと、 前記先端部を検出したポリマー電池用電極部材を移動さ
   せる第２のフィードローラと、 前記第２のフィードローラを介してポリマー電池用電極
   部材を受ける第２の搬送体と、 前記加圧ローラの回転駆動に応答したパルスを発生する
   エンコーダーと、 前記エンコーダーのパルス発生数で加圧ローラの周速
   度、第２の搬送体側への移動量および加圧ローラの正逆
   回転を制御する制御装置と、を具備していることを特徴
   とするポリマー電池用電極要素の製造装置。
2. 【請求項２】 少なくとも一方の加圧ローラは、積層体
   の加熱補助用の加熱源を内蔵していることを特徴とする
   請求項１記載のポリマー電池用電極要素の製造装置。
3. 【請求項３】 一対の加圧ローラは、少なくとも一方の
   加圧ローラが対向する他の加圧ローラに対し間隔を摺動
   的に離接できるように軸支されていることを特徴とする
   請求項１もしくは請求項２記載のポリマー電池用電極要
   素の製造装置。
4. 【請求項４】 積層体を加熱する加熱ユニットは、積層
   体を両面から加熱するように配置されていることを特徴
   とする請求項１ないし請求項３いずれか一記載のポリマ
   ー電池用電極要素の製造装置。