JP2000315518A - シート状電池要素の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 シート状電極を連続的に走行させ、高品質
で、かつ所定間隔に一次的な裁断がなされたシート状電
池要素を製造できる製造装置。 【解決手段】 他極性のシート状電極１１，１１′をセ
パレータ面に圧着する一対のダイヤル９，９′は、外周
面から突出するように径方向へ弾発的に進退可能にほぼ
等間隔で、かつ両端側にそれぞれ端縁部を突出して装着
され第２の切込み刃１３，１３′、および第１の切込み
刃１２，１２′に対して刃先同士が対向て外周面から突
出するようにダイヤル９，９′の両端側に非回転的に配
置され、かつ第２の切込み刃１３，１３′の突出する端
縁の内径側に係合して第２の切込み刃１３，１３′を進
退させる固定的なカム機構９ｄ，９ｄ′を備えている、
シート状電池要素の製造装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はシート状電極の製造
装置に係り、さらに詳しくは一極性のシート状電極の両
主面にセパレータを介して他極性のシート状電極を積層
・一体化するとともに、積層・一体化する他極性のシー
ト状電極に所定間隔で切込みを入れるこができる製造装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば携帯電話機、もしくは携帯型ノ
ートパーソナルコンピューターなどの電子機器のコード
レス化に当たっては、駆動電源として使用される二次電
池について、高容量化、小形化、軽量化などが求められ
ている。そして、この種の二次電池としては、鉛蓄電
池、ニッケルカドミウム二次電池、ニッケル水素二次電
池、リチウムイオン二次電池が一般的であるが、最近で
は、さらに軽量化を図ることができるポリマー電池に関
心が払われている。

【０００３】すなわち、シート状正極層、セパレータを
兼ねるシート状ポリマ−電解質層およびシート状負極層
を重ね合わせ、圧着により電池要素をシート状に一体化
構成し、各電極端子を導出させながら外装フイルムで液
密に封装して成るシート状のポリマー電池（ポリマー電
解質二次電池）が開発されつつある（たとえば米国特許
第 5,296,318号明細書）。

【０００４】ここで、正極層はリチウムイオンを吸蔵、
放出する炭素質材料（たとえばポリアニリン、ポリアセ
ン）や金属酸化物を含有する正極シート、負極層はリチ
ウムイオンの吸蔵、放出が可能な活物質を含むリチウム
金属、炭素質およびリチウム合金系シートである。な
お、正極層および負極層は、柔軟性などを付与するため
に電解質保持性のポリマーを適宜含有するとともに、集
電体を有している。

【０００５】図５は、従来のポリマー電池の要部構成を
断面的に示したもので、シート状負極１、シート状ポリ
マ−電解質系２、およびシート状正極３の積層体が電池
要素を形成する。すなわち、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を
含むの負極層を集電体に積層して成るシート状負極１、
前記シート状負極１の両主面側に配置されたセパレータ
の機能をする電解質保持性のシート状のポリマ−電解質
系（セパレータ）２、前記セパレータ２面上に配置され
たリチウムイオンを吸蔵、放出する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を含む正極
層を集電体に積層して成るシート状の正極３で形成され
ている。

【０００６】ここで、セパレータ（ポリマ−電解質系）
２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ーと、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…とで形成されてい
る。また、４，５は前記シート状正極３の裏面側を被覆
保護する外装・シール用樹脂フイルム（シート）、たと
えばポリイミド樹脂などの熱可塑性樹脂層であり、端縁
部をたとえば熱溶着させて気密に封着してある。

【０００７】なお、上記外装・シール用樹脂フイルム
４，５による全面的な気密・封着に先立って、所定量の
電解液が注入されており、また、図示を省略したがシー
ト状負極１およびシート状正極３の各集電体に電気的に
接続する電極端子が導出されている。

【０００８】ところで、上記電池要素は、一般的に、次
のような手段で製造している。すなわち、両面にセパレ
ータ２を張り合わせたシート状負極１の両面に、シート
状正極３を沿わせ積層体化し、この多層・積層体を熱圧
着・一体化した後、所定の寸法に裁断して電池要素を得
ている。

【０００９】しかし、前記多層・積層体を裁断ないし切
断分離する際、電池要素が形崩れや損傷を起こし易いと
いう問題がある。つまり、前記シート状電池要素の多層
・積層体化は、必然的に厚みが増す一方、集電体の層も
多くなる。したがって、裁断ないし切断に比較的大きい
力を要するとともに、引き千切れ現象などを招来し易い
ので、セパレータ２を張り合わせたシート状負極１を所
定寸法に裁断し、この裁断片の両面に、予め所定寸法に
裁断したシート状正極３の片を積層して、熱圧着・一体
化する手法を採っている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記電池要素の製造手
段は、いわゆるバッチ方式であり、電池要素を所定の寸
法・形状に保持でき易いし、また、裁断面を中心とした
電池要素の損傷発生を回避できるが一方では、生産性が
低いという問題がある。すなわち、セパレータ２を張り
合わせたシート状負極１およびシート状正極３の走行・
供給が、不連続ないし間欠的であるため、生産性（量産
性）が大幅に劣り、コストアップなどを招来する。ま
た、シート状電極片１，３などの積層化は、ピックアン
ドプレースする方式で行われるために、位置決め操作が
必要となって、生産性などが損なわれる。

【００１１】本発明は上記事情に対処してなされたもの
で、シート状電極を定速に供給・走行させ、品質などを
損なわずに、かつ所定間隔で一次的な裁断がなされたシ
ート状電池要素を連続的に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、両面
にセパレータが配置された一極性のシート状電極を巻き
出す第１のシート状電極巻き出し機構と、前記第１のシ
ート状電極巻き出し機構から巻き出されるシート状電極
の巻き出し走行を修正する第１の走行修正機構と、前記
第１のシート状電極巻き出し機構から巻き出されるシー
ト状電極の両セパレーター面に沿わせるように他極性の
シート状電極を巻き出す一対の第２のシート状電極巻き
出し機構と、前記第２のシート状電極巻き出し機構から
巻き出されるシート状電極の巻き出し走行をそれぞれ修
正する一対の第２の走行修正機構と、前記両面側に沿わ
せた他極性のシート状電極をセパレータ面に圧着する一
対のダイヤルと、前記ダイヤルの外周面に対向して進退
可能に、かつ軸方向に延設・配置された第１の切込み刃
と、前記セパレータを介して圧着一体化したシート状電
極を巻き取るシート状電極巻き取り機構とを有するシー
ト状電池要素の製造装置であって、前記一対のダイヤル
は、外周面から突出するように径方向へ弾発的に進退可
能にほぼ等間隔で、かつ両端側にそれぞれ端縁部を突出
して装着され第２の切込み刃、および前記第１の切込み
刃に対して刃先同士が対向て外周面から突出するように
ダイヤルの両端側に非回転的に配置され、かつ第２の切
込み刃の突出する端縁の内径側に係合して第２の切込み
刃を進退させる固定的なカム機構を備えていることを特
徴とするシート状電池要素の製造装置である。

【００１３】請求項１の発明において、第１のシート状
電極巻き出し機構は、両面にセパレータが配置された一
極性のシート状電極、たとえば負極シート（シート状負
極）を巻き出すローラであり、巻き出されたシート状負
極は、対を成すダイヤルの対向する外周面間を通過し
て、巻き取り機構側に巻き取り・走行する。また、第２
のシート状電極巻き出し機構は、前記シート状負極に対
応する正極シート（シート状正極）を巻き出すローラで
あり、負極シートの両面に沿わせるため、それぞれダイ
ヤル側にそれぞれ巻き出す一対のローラが配置される。

【００１４】請求項１の発明において、前記第１のシー
ト状電極巻き出し機構および第２のシート状電極巻き出
し機構から、それぞれ巻き出されるシート状電極の巻き
出し走行を修正するため、ダイヤルの上流側に走行修正
機構がそれぞれ配置される。ここで、第１、第２の走行
修正機構は、ダイヤル側に供給・走行させる各シート状
電極のバッファー量（弛み量もしくは弛みの程度）に応
じて制御するものである。

【００１５】すなわち、ダイヤルと巻き出しローラとの
間に配置され、供給・走行させる各シート状電極の基準
バッファー量、上限・下限バッファー量などのバッファ
ー量の変化をバッファー量検出部で検出し、この検出し
たバッファー量に応じて巻し出し速度を調節する。ここ
で、バッファー量検出部は、たとえば、発光素子および
対向・離隔して配置された受光素子から成る検出器の複
数個を、供給・走行するシート状電極主面に対し、ほぼ
垂直な方向に一定の間隔で配置した構成を採ったもので
ある。

【００１６】このバッファ量検出器は、シート状電極の
バッファー量（弛み量）によって、遮光もしくは通光の
いずれかに対応し、遮光もしくは通光に伴う検出信号を
出力するので、この信号出力でシート状電極の巻き出し
走行を制御する。

【００１７】請求項１の発明において、第１の切込み刃
は、前記第２の巻き出し機構から巻き出されるシート状
電極をダイヤルの外周面に抑圧し、かつ一定の間隔をお
いて幅方向に切り込みをいれ（切断し）るものである。
したがって、第１の切込み刃は、ダイヤルの外周面に対
向して進退可能に、かつ軸方向に延設・配置される。こ
こで、第１の切込み刃は、たとえば先端部が 5〜45°程
度の鋭角に尖ったもので、ダイヤル外周面に対して鉛直
方向に配置され、かつ間欠的に鉛直方向に進退するよう
設置される。

【００１８】請求項１の発明において、一対のダイヤル
は、外周面から突出するように径方向へ弾発的に進退可
能にほぼ等間隔で、かつ両端側にそれぞれ端縁部を内径
側に突出して装着され第２の切込み刃を備えている。ま
た、この第２の切込み刃が、前記第１の切込み刃に対し
て刃先同士が対向て外周面から突出するように、前記内
径側に突出する端縁部に係合し、第２の切込み刃を進退
させる固定的なカム機構を備えている。

【００１９】ここで、一対のダイヤルは、たとえば支持
軸と、この支持軸が挿入・装着される円筒状体（回転
体）とで構成し、円筒状体に第２の切込み刃を装着する
ために、円筒状体の内外径に通じるスリットを設けた構
成などが採られる。そして、第２の切込み刃は、たとえ
ば円筒状体の両端側内径に突設させた遊嵌支持可能な支
持体で、弾発的に支持装着する。

【００２０】一方、固定的なカム機構は、たとえば円筒
状体（ダイヤル）の両端側内径で、前記支持体の外側に
非回転的に配置され、間欠的に突出（進退）する第２の
切込み刃の端縁に係合し、第１の切込み刃の進退に同期
して第２の切込み刃を進退させる。つまり、第１の切込
み刃および第２の切込み刃は、同期して進退し、ダイヤ
ル面に沿わせて走行するシート状電極に対して、その幅
方向に両面から刃先を合わせた状態で切り込みを入れ分
離する構成と成っている。

【００２１】請求項１の発明では、対を成す各ダイヤル
外周面に沿って所定寸法に切断分離され、かつ各ダイヤ
ル外周面に担持された第２のシート状電極片が、ダイヤ
ル外周面間を抑圧的に通過する第１のシート状電極（搬
送体…キャリアー）の両セパレータ面に圧着一体化する
ような構成と成っている。つまり、第１のシート状電極
を搬送体として、連続的な走行・加工を可能にし、生産
性ないし量産性を確保する一方、所定寸法（長さ）に切
断・分離された第２のシート状電極片を両主面に圧着し
たテープ状の電極を形成することができる。しかも、上
記第２のシート状電極の走行および切断・分離、第１の
シート状電極の走行などは、第１、第２の走行修正機構
によって制御されるため、位置ズレなど発生する恐れも
なく、寸法・位置精度のすぐれた高品質のシート状電極
要素を得ることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図４を参照して実施
例を説明する。

【００２３】図１は、実施例に係るシート状電極要素の
製造装置の要部構成を示す断面図である。図１におい
て、６は両面にセパレータが配置された一極性のシート
状電極７を巻き出す第１のシート状電極巻き出し機構、
８は前記第１のシート状電極巻き出し機構６から巻き出
されるシート状電極７の巻き出し走行を修正する第１の
走行修正機構である。

【００２４】ここで、シート状電極７は、たとえば厚さ
1mm程度、幅50mm程度のシート状負極の両面に厚さ 0.2
mm程度、幅50mm程度の電解液（電解質）保持性のセパレ
ーターを貼着したものであり、巻き出し機構６から50〜
1000cm／min.程度の速度で巻き出す構成と成っている。
また、第１の走行修正機構８は、前記第１のシート状電
極巻き出し機構６と一対のダイヤル９，９′との間（バ
ッファー領域）に配置され、このバッファー領域におけ
るシート状電極７のバッファー量（弛みの程度）や走行
の方向を検出し、バッファー量などに対応した信号を出
力し、バッファー量や走行方向を修正するものである。

【００２５】なお、バッファー量や走行方向の修正は、
発光素子と受光素子の対をシート状電極７の走行方向に
沿わせ、かつ一定の間隔（たとえば15〜20cm程度）で垂
直方向に段差付けして配置するか、あるいは水平方向に
配置した構成を採っている。10，10′は前記第１のシー
ト状電極巻き出し機構６から巻き出されるシート状電極
７の両セパレータ面に沿わせるように他極性のシート状
電極11，11′を巻き出す一対の第２のシート状電極巻き
出し機構、12，12′は前記第２のシート状電極巻き出し
機構10，10′から巻き出されるシート状電極11，11′の
巻き出し走行をそれぞれ修正する一対の第２の走行修正
機構である。

【００２６】ここで、シート状電極11，11′は、たとえ
ば厚さ 1mm程度、幅50mm程度のシート状正極であり、巻
き出し機構10，10′から50〜1000cm／min.程度の速度で
巻き出す。また、第２の走行修正機構12，12′は、前記
第２のシート状電極巻き出し機構10，10′と一対のダイ
ヤル９，９′との間（バッファー領域）に配置され、こ
のバッファー領域におけるシート状電極11，11′のバッ
ファー量（弛みの程度）や走行の方向を検出し、バッフ
ァー量などに対応した信号を出力し、バッファー量や走
行方向を修正するもので、その構成・機能などは第１の
走行修正機構８の場合と同様である。

【００２７】13，13′は、前記一対のダイヤル９，９′
の外周面に対向して進退可能に、かつ軸方向に延設・配
置された第１の切込み刃であり、巻き出された他極性の
シート状電極11，11′を各ダイヤル９，９′外周面に沿
わせて切り込みを入れる。なお、第１の切込み刃13，1
3′は、後述する第２の切り込み刃14，14′との衝合に
よって、シート状電極11，11′を一定の長さに切断・分
離し、その切断・分離片は、ダイヤル９，９′外周面に
担持されてダイヤル９，９′外周面間を通過する一極性
のシート状電極７の両セパレーター面に圧着される。

【００２８】ここで、通過するシート状電極14の厚さ、
材質などを考慮して、ダイヤル９，９′外周面間（ギャ
ップ）を調整できるように調整機構を付設してもよい
し、また、この通過時のダイヤル９，９′外周面間の圧
着力は、同じく通過するシート状電極15の厚さ、材質な
どにもよるが、 0.1〜10kg／cm² 程度に設定する。尚図
１において、16はガイドローラーである。

【００２９】上記ダイヤル９，９′の構成を、その動作
態様を踏まえて模式的に示す図２、図３および図４を参
照して詳細に説明する。各ダイヤル９，９′は、支持軸
9a，9a′と、この支持軸9a，9a′に軸支された円筒状体
（回転体）9b，9b′と、この円筒状体9b，9b′の両端側
内径部に配置された第２の切り込み刃14，14′を進退可
能に装着する装着体9c，9c′と、第２の切り込み刃14，
14′を進退させるカム機構9d，9d′とを備えた構成とな
っている。

【００３０】ここで、支持軸9a，9a′は、鉄製であり、
この支持軸9a，9a′に対して摺動的に回転する円筒状体
9b，9b′は、外径 300mm程度、内径50mm程度の金属もし
くは樹脂製で、45°の等角度で軸方向に、幅80mm程度の
スリット9e，9e′が形設されている。そして、このスリ
ット9e，9e′に、第２の切り込み刃14，14′が摺動的に
進退可能に装着・配置されている。なお、支持軸9a，9
a′に対し、円筒状体9b，9b′を固定的に装着し、支持
軸9a，9a′を回転軸として回転させる構成を採ってもよ
い。

【００３１】より具体的には、第２の切り込み刃14，1
4′の刃先を円筒状体9b，9b′の外周面に露出させ、反
対（他端）側は円筒状体9b，9b′の内径面に露出し、装
着体9c，9c′によって弾発的（たとえばスプリング作
用）に支持・装着されている。そして、第２の切り込み
刃14，14′は、円筒状体9b，9b′の一定方向への回転
と、この回転する円筒状体9b，9b′内径面に係合するカ
ム機構9d，9d′との接離によって、第２の切り込み刃1
4，14′の刃先が、円筒状体9b，9b′の外周面に間欠的
に突出し、第１の切り込み刃13，13′の刃先と対接する
構成になっている。

【００３２】なお、各ダイヤル９，９′の一部を成す回
転体9b，9b′においては、電極シート11，11′の切断・
分離片を外周面に担持し易くするため、第２の切り込み
刃14，14′を装着した領域外で、かつ外周面での担持搬
送領域内で、選択的に真空ないし減圧吸着てきるような
機構を付設しておくことが望ましい。

【００３３】前記電極シート７にセパレータを介して他
極性の電極シート11，11′片が圧着一体化された電極要
素シート15は、図示を省略した電極要素シートき取り機
構によって巻き取られる。

【００３４】なお、上記構成では、第１のシート状電極
巻き出し機構をシート状負極の巻き出し用とし、第２の
シート状電極巻き出し機構をシート状正極の巻き出し用
とした例を説明したが、第１のシート状電極巻き出し機
構をシート状正極の巻き出し用とし、第２のシート状電
極巻き出し機構をシート状負極の巻き出し用としてもよ
い。また、各シート状電極の走行修正機構も、上記例示
以外の手段であってもよい。

【００３５】本発明は、上記実施例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
採るこができる。たとえば、ダイアルの構成材質や構造
なども、他の材質や寸法などに変更することができる。

【００３６】

【発明の効果】上記説明したように、請求項１の発明に
よれば、シート状電池要素の製造工程において、各ダイ
ヤル外周面に沿わせた状態で、一極性のシート状電極を
同期して所定の寸法長さに連続的に切断・分離する。そ
して、その切断・分離片は、各ダイヤル外周面に担持さ
れて、走行する他極性のシート状電極両面にセパレータ
層を介して圧着一体化される。つまり、他極性のシート
状電極をキャリアないし搬送体とし、連続的な走行を行
いながら他極性のシート状電極の両面に、切断・分離さ
れた一極性のシート状電極片が、高精度に位置・対向し
て一体化されたシート状電池要素を歩留まりよく、ま
た、量産的に提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係るシート状電池要素の製造装置の要
部構成を示す断面図。

【図２】図１に図示した製造装置のダイヤルの一動作例
を模式的に示す断面図。

【図３】図１に図示した製造装置のダイヤルの他の動作
例を模式的に示す断面図。

【図４】図１に図示した製造装置のダイヤルにおける第
２の切り込み刃の装着状態を模式的に示す断面図。

【図５】シート状電池の要部構成例を示す断面図。

【符号の説明】

１……シート状負極 ２……シート状セパレータ ３，11，11′……シート状正極 ４，５……シール用樹脂フィルム ６，10，10′……シート状電極巻き出し機構 ７……両面セパレータ貼着のシート状負極 ８，12，12′……走行修正機構 ９，９′……ダイヤル 9a，9a′……支持軸 9b，9b′……円筒状体（回転体） 9c，9c′……装着体 9d，9d′……カム機構 9e，9e′……スリット 13，13′……第１の切り込み刃 14，14′……第２の切り込み刃 15……シート状電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両面にセパレータが配置された一極性の
   シート状電極を巻き出す第１のシート状電極巻き出し機
   構と、 前記第１のシート状電極巻き出し機構から巻き出される
   シート状電極の巻き出し走行を修正する第１の走行修正
   機構と、 前記第１のシート状電極巻き出し機構から巻き出される
   シート状電極の両セパレータ面に沿わせるように他極性
   のシート状電極を巻き出す一対の第２のシート状電極巻
   き出し機構と、 前記第２のシート状電極巻き出し機構から巻き出される
   シート状電極の巻き出し走行をそれぞれ修正する一対の
   第２の走行修正機構と、 前記両面側に沿わせた他極性のシート状電極をセパレー
   タ面に圧着する一対のダイヤルと、 前記ダイヤルの外周面に対向して進退可能に、かつ軸方
   向に延設・配置された第１の切込み刃と、 前記セパレータを介して圧着一体化したシート状電極を
   巻き取るシート状電極巻き取り機構とを有するシート状
   電池要素の製造装置であって、 前記一対のダイヤルは、外周面から突出するように径方
   向へ弾発的に進退可能にほぼ等間隔で、かつ両端側にそ
   れぞれ端縁部を突出して装着され第２の切込み刃、およ
   び前記第１の切込み刃に対して刃先同士が対向て外周面
   から突出するようにダイヤルの両端側に非回転的に配置
   され、かつ第２の切込み刃の突出する端縁の内径側に係
   合して第２の切込み刃を進退させる固定的なカム機構を
   備えていることを特徴とするシート状電池要素の製造装
   置。