JP2000357507A - ポリマー電池用電極要素の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ほぼ一様な組成系ないし緻密系で、高性能な
ポリマー電極要素を容易に、かつ歩留まりよく製造でき
る製造装置の提供。 【解決手段】 搬送されるポリマー電池用電極部材の積
層体５を加熱する加熱機構4a，4bと、前記加熱・供給さ
れた積層体５を両面側から回転・圧接して一体化する平
行に配設された一対の加圧ローラ6a，6bと、前記加圧ロ
ーラ対の一方の加圧ローラ6aを固定的に回転軸支する第
１の軸受機構13a と、前記固定的に回転軸支された加圧
ローラ6aに対して他方の加圧ローラ6bを接離可能に摺動
的に回転軸支する第２の軸受機構13b と、前記加圧ロー
ラ対を回転駆動するローラ回転駆動機構12と、前記第１
の軸受機構13a で軸支された加圧ローラ6a外周面側に、
第２の軸受機構13b で軸支された加圧ローラ6b外周面を
押圧する荷重負荷機構14と、前記荷重負荷機構14による
荷重を検出する荷重変換器16と、前記荷重変換器16から
の出力信号で荷重負荷機構14による荷重を制御する制御
装置17とを有す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。

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
用電極要素を成す積層体のラミネーション装置に関す
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、薄型化や大容量化、高電圧化などが求めら
れている。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４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４
において、１は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は正極シート、３は負極
シートである。

【０００４】ここで、ポリマ−電解質系シートは、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…との系で形成されている。ま
た、正極シート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
に積層した構成を採っており、さらに、負極シート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
積層した構成と成っている。

【０００５】なお、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、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、ニッケル粉末など
を含有した形態を採ってもよい。

【０００６】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。

【０００７】そして、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、電極要素のラ
ミネーションが前提として行われる。すなわち、電極要
素である正極シート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、この積層体を加圧ローラ（ラミネーターローラー）
間を通過させる過程で一体化する。なお、加圧ローラに
よる加圧・一体化に当たっては、エンドレス型ベルトで
搬送する過程において、積層体を所要の温度に加熱し、
加圧して一体化を行い易いようにしている。

【０００８】その後、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）するか、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
に封装する。そして、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、上記電極部材
の積層体を一体化する工程においては、一般的に、加圧
ローラにヒーターを内蔵させ、加圧ローラ間を通過する
際に熱圧着（圧接）して一体化するが、その加熱が短時
間であるため、熱圧着（圧接）による一体化を十分に行
えない場合がある。この対策として、加圧ローラの前段
に、固定型ヒーターユニット（加熱機構）を装備させ、
搬送過程で積層体を予備加熱することも知られている。

【００１０】すなわち、所要の電極部材シートを積層
し、全体的にほぼ一様な緻密性ないし組成系を有する電
極要素シートを製造し易くするため、熱圧着による一体
化に先立って、前記固定型ヒーターユニットで積層体を
所要の温度に加熱し、加圧ローラに供給する手段が試み
られている。しかし、この場合は、積層体が搬送過程で
固定型ヒーターユニット面に付着し易いため、積層体を
真鍮などの薄板で挟んで搬送し、かつ加圧ローラ間を通
過させて圧着して一体化する必要があり、長尺な電極部
材シートを連続的に、積層・一体化することができな
い。

【００１１】また、一対の加圧ローラ間を通過する段階
で、均質な熱圧着を行うために、積層体に所要の荷重を
加えるが、ここでの荷重は、いわゆる荷重負荷機構によ
る荷重だけでなく加圧ローラの自重も加わる。すなわ
ち、荷重負荷機構による荷重を加えない場合であって
も、加圧ローラ自体の重量が積層体に加わる。

【００１２】ここで、加圧ローラ径が小さい場合は余り
問題ないが、生産性や高品質を得やすいことなどから、
加圧ローラ（材質：鉄）径を大きく設定した場合、たと
えば加圧ローラ径 150mm程度、長さ 400mm程度にする
と、加圧ローラ自体の重量は加圧部のみで56kgf とな
る。したがって、幅 270mmの積層体を加圧した場合、荷
重負荷機構による荷重を加えなくても、加圧ローラの重
量だけで 2kgf/cmの圧力が加わることになり、圧力 2kg
f/cm未満で加圧することができない。

【００１３】しかしながら、ポリマー電極要素を構成す
る各シート類の材質、あるいはポリマー電極要素自体の
構成によっては、加圧ローラ間を通過する段階での圧力
を 2kgf/cm未満に設定したい場合もある。この対策とし
て、加圧ローラの回転軸受部に圧縮コイルスプリングを
介してボルトを装着し、このボルトの締め付け具合によ
り、圧縮コイルスプリングの反発力を利用して加圧ロー
ラの自重をキャンセルすることも試行されているが、荷
重を高精度に制御すること困難である。

【００１４】本発明は、このような事情に対してなされ
たもので、ほぼ一様な組成系ないし緻密系で、高性能な
ポリマー電極要素を容易に、かつ歩留まりよく製造でき
る製造装置の提供を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、搬送
されるポリマー電池用電極部材の積層体を加熱する加熱
機構と、前記加熱・供給された積層体を両面側から回転
・圧接して一体化する平行に配設された一対の加圧ロー
ラと、前記加圧ローラ対の一方の加圧ローラを固定的に
回転軸支する第１の軸受機構と、前記固定的に回転軸支
された加圧ローラに対して他方の加圧ローラを接離可能
に摺動的に回転軸支する第２の軸受機構と、前記加圧ロ
ーラ対を回転駆動するローラ回転駆動機構と、前記第１
の軸受機構で軸支された加圧ローラ外周面側に、第２の
軸受機構で軸支された加圧ローラ外周面を押圧する荷重
負荷機構と、前記荷重負荷機構による荷重を検出する荷
重変換器と、前記荷重変換器からの出力信号で荷重負荷
機構による荷重を制御する制御装置とを有することを特
徴とするポリマー電池用電極要素の製造装置である。
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、ポリマー電池用電極部材の積
層体を加熱する加熱機構が、搬送される積層体を挟むよ
うに配置された少なくとも一対の加熱ユニットであるこ
とを特徴とする。 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、加圧ローラは、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ことを特徴とす
る。

【００１６】請求項１ないし請求項３の発明において、
ポリマー電池用電極部材の積層体を一体化する加圧ロー
ラは、要すれば電気抵抗発熱、電磁誘導発熱、温水もし
くは水蒸気などを熱源として内蔵するセラミック製、金
属製もしくは耐熱樹脂製などである。ここで、加圧ロー
ラは幅（長さ） 100〜 300mm程度，径 100〜 300mm程度
であり、加圧一体化するポリマー電池用電極部材の積層
体に対応して設定する。また、加圧ローラに付設する熱
源の熱容量は、搬送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。

【００１７】この加圧ローラによる加圧一体化のため、
予め、ポリマー電池用電極部材の積層体を加熱する加熱
機構は、ヒーター内蔵のブロックなどであり、一般的に
は搬送供給路に沿って配置される。たとえば加圧ローラ
の上流側に、ヒーター内蔵型のブロック対を隣接配置
し、搬送されるポリマー電池用電極部材の積層体を挟む
ように配置して、積層体を連続的に供給・加熱する構成
が好ましい。

【００１８】また、加圧ローラ対は、搬送・供給される
ポリマー電池用電極部材の積層体を、常時、一様に積層
・一体化するために、加圧ローラ対の間隔を調整できる
構成と成っている。すなわち、加圧ローラ対は、一方側
の加圧ローラが固定的に第１の軸受機構によって回転可
能に軸支され、また、他方側の加圧ローラが摺動的に第
２の軸受機構で回転可能に軸支されている。そして、前
記第１の軸受機構で軸支された加圧ローラ外周面に対
し、第２の軸受機構で軸支された加圧ローラ外周面が接
離可能に設置されている。

【００１９】すなわち、第２の軸受機構で軸支された加
圧ローラは、第２の軸受機構に負荷される荷重負荷機構
によって、第１の軸受機構に軸支された加圧ローラ側へ
の押圧やその押圧解除で、対向する外周面間隔が調節さ
れる構成と成っている。ここで、荷重負荷機構として
は、進退可能な可動型加圧ユニット、エアーシリンダー
もしくはオイルシリンダーなどが挙げられる。

【００２０】なお、前記荷重負荷機構によって、第２の
軸受機構で軸支された加圧ローラに加えられる荷重は、
たとえばロードセルなどの荷重変換器によって検出し、
常時、適正な荷重を負荷できるようになっている。すな
わち、制御装置からは信号変換器および荷重変換器を介
して荷重負荷機構へ所定の一定荷重信号を送り出す一
方、実際の、加圧ローラの荷重量を荷重変換器で検出
し、その信号出力を制御装置にフィードバックする。そ
して、制御装置での演算処理で、実際の加圧ローラの荷
重量が、所定（一定）の荷重量と異なっていると、加圧
ローラに所定（一定）の荷重が加わるように制御され
る。ここで、制御装置は、一定荷重信号を送り出す信号
変換手段（信号変換器）および荷重変換器の検出に対応
して荷重量を調整する荷重コントローラを内蔵してい
る。

【００２１】請求項１〜３の発明では、ポリマー電池用
電極部材の積層体は、加熱・加圧により一体化する過程
で、加圧ローラによる圧着は、一定の荷重に制御されさ
れる。つまり、加圧ローラによる圧着や一定荷重制御が
相俟って、積層体の圧着・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歩留まりよく、また、容易に
提供できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図１、図２および図３を参
照して実施例を説明する。

【００２３】図１および図２は、実施例に係る電極要素
製造装置の概略構成を示す縦・横の断面図、図３は動作
・制御を説明するためのブロック図である。図１および
図２において、4a，4bはポリマー電池用電極部材の積層
体５を加熱する加熱機構、6a，6bは前記加熱機構4a，4b
でされた積層体５を両面側から回転・圧接して一体化す
る平行に配設された一対の加圧ローラである。

【００２４】ここで、加熱機構4a，4bは、基台（図示省
略）に固定的に配置された対を成す支持体7a，7bに回転
可能にそれぞれ軸支された駆動ローラ8a、回転ガイドロ
ーラ8b，8c，8dなどでエンドレス型に対向して走行する
一対のエンドレスベルト9a，9bと、このエンドレスベル
ト9a，9bをそれぞれ加熱する加熱ユニット 10a， 10bで
構成されている。

【００２５】また、加圧ローラ6a，6bは、たとえば工具
鋼製で直径50〜 200mm程度、ローラ幅 200〜 400mm程度
であり、前記加熱機構4a，4bにおける移動ないし搬送速
度とほぼ同じ周速度で回転する構成を採っている。つま
り、この加圧ローラ6a，6bは、モータ 11aを動力源と
し、ギアーなどを動力伝達機構 11bとした加圧ローラ回
転駆動機構12によって回転駆動する。なお、加圧ローラ
6a，6bは、図示を省略した温度制御機構に接続する電熱
体を電気絶縁的に内蔵し、加圧ローラ6a，6bを30〜 200
℃程度に加熱・保持するような構成と成っている。

【００２６】さらに、加圧ローラ6aの回転軸は固定さ
れ、加圧ローラ6bの回転軸は、荷重の負荷によって、若
干、加圧ローラ6a側へ摺動的に移動できる軸受で支持さ
れている。すなわち、加圧ローラ対の一方の加圧ローラ
6aを固定的に第１の軸受機構 13aで回転軸支されてお
り、また、前記固定的に回転軸支された加圧ローラ6aに
対して他方の加圧ロラーラ6bを接離可能に、第２の軸受
機構 13bによって摺動的に回転軸支されている。

【００２７】また、14は前記第１の軸受機構で軸支され
た加圧ローラ外周面側に第２の軸受機構で軸支された加
圧ローラ外周面を押圧する荷重負荷機構である。すなわ
ち、前記したように、摺動的に移動できる第２の軸受機
構 13bで軸支された加圧ローラ6bを対向する加圧ローラ
6a側へ押圧したり、その押圧を解除するように作用する
荷重負荷機構（たとえばエアーシリンダー）である。

【００２８】ここで、荷重負荷機構14による荷重は、プ
レート部材15を介して第２の軸受機構 13bを押圧するよ
うに作用し、加圧ローラ6a，6bの対向周面間の間隔、換
言するとポリマー電池用電極部材の積層体５を加圧一体
化するときの圧力を調節（調整）する。そして、この荷
重負荷機構14の負荷量（荷重量）は、プレート部材15に
配置したロードセルなどの荷重変換器16により検出され
る。

【００２９】すなわち、荷重変換器16で実際の加圧ロー
ラ荷重量を検出し、その信号出力を荷重コントローラを
介して制御装置17にフィードバックし、荷重負荷機構14
へ制御装置17から信号変換器を介して送り出す一定の荷
重信号とを制御装置で演算処理し、実際の加圧ローラの
荷重量が所定（一定）の荷重量と異なっていると、加圧
ローラに所定（一定）の荷重が加わるように制御する構
成と成っている。

【００３０】なお、図２において、18はポリマー電池用
電極部材の積層体５を加熱機構4a，4bに供給する搬送系
（たとえばエンドレス型ベルト）、19は一体化した積層
体を取り出す排出部、20は前記一対の支持体7a，7bに支
持され、荷重負荷機構14を装着・支持する支持板であ
る。

【００３１】次に、上記構成の製造装置の動作について
説明する。

【００３２】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５を用意する。

【００３３】次いで、前記ポリマー電池用電極要素を成
す積層体５を加熱機構4a，4bの対向面間に供給し、加熱
ユニット 10a， 10bによって加熱する一方、エンドレス
型ベルト9a，9bで挟持的な保持搬送を開始する。なお、
この時点では、加熱機構4a，4bの対向面間を適正な間隔
に保持すれば、積層体５の外周面に位置する電極の摩擦
・損傷など発生する恐れなく、また、変形などの発生も
防止・抑制される。

【００３４】上記加熱機構6a，6bを通過・搬送する過程
で、積層体５は加熱され、回転・駆動させた加圧ローラ
6a，6b側に供給され、加圧ローラ6a，6b外周面によっ
て、加圧一体化が行われる。すなわち、前記搬送・供給
の段階での加熱によって、ほぼ一様な柔軟性と、荷重負
荷機構14による加圧ローラ6bに対し、常時、一定の加圧
がなされる。

【００３５】図３を参照して、この点を詳述すると、制
御装置17から信号変換器および荷重変換器16を介して送
られた電気信号により、荷重負荷機構（たとえばエアー
シリンダー）14からエアー圧力（荷重）が加圧ローラ6b
に加えられる。一方、この加圧ローラ6bに実際加わって
いる荷重は、荷重変換器16で検出され、その信号出力が
荷重コントローラを介して、制御装置17にフィードバッ
クされ、制御装置17で演算処理される。

【００３６】そして、この演算処理で、実際の加圧ロー
ラ6bの荷重量が、荷重負荷機構14から加えられた荷重量
と異なる場合は、加圧ローラ6bに一定の荷重量が加わる
ように、信号変換器に連続敵に信号を出力し、また、荷
重変換器16での検出を行って、常時、荷重負荷機構14か
ら加圧ローラ6bに加えられ荷重量が一定に保持される。
したがって、ポリマー電池用電極要素を成す積層体５
は、常に、一定の圧着・一体化がなされ、厚さがほぼ一
様で、かつ均一な緻密性を採ったポリマー電池用電極要
素が歩留まりよく製造される。

【００３７】前記製造装置において、加圧ローラ6a，6b
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使用した場合は、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。

【００３８】なお、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。たとえば荷重負荷機構は、エアシ
リンダーの代りにオイルシリンダーなどを使用した構成
とすることもできる。

【００３９】

【発明の効果】請求項１ないし３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
電極要素のラミネーションにおいて、ラミネーション加
圧の選択範囲が広くなり、より適切な加圧ローラによる
圧着が行われるため、緻密性など質的にもバラツキのな
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
す縦断面図。

【図２】実施例に係る電極要素製造装置の要部構成を示
す横断面図。

【図３】実施例に係る電極要素製造装置における加圧ロ
ーラの荷重制御の動作例を示すブロック図。

【図４】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……加熱機構 ５……ポリマー電池用電極要素を成す積層体 6a，6b……加圧ローラ 9a，9b……エンドレス型ベルト 10a ，10b ……加熱ユニット 12……ローラ回転駆動機構 13a ……第１の回転軸受 13b ……第２の回転軸受 14……荷重負荷機構 15 ……プレート部材 16……負荷変換器 17……制御装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 搬送されるポリマー電池用電極部材の積
   層体を加熱する加熱機構と、 前記加熱・供給された積層体を両面側から回転・圧接し
   て一体化する平行に配設された一対の加圧ローラと、 前記加圧ローラ対の一方の加圧ローラを固定的に回転軸
   支する第１の軸受機構と、 前記固定的に回転軸支された加圧ローラに対して他方の
   加圧ローラを接離可能に摺動的に回転軸支する第２の軸
   受機構と、 前記加圧ローラ対を回転駆動するローラ回転駆動機構
   と、 前記第１の軸受機構で軸支された加圧ローラ外周面側
   に、第２の軸受機構で軸支された加圧ローラ外周面を押
   圧する荷重負荷機構と、 前記荷重負荷機構による荷重を検出する荷重変換器と、 前記荷重変換器からの出力信号で荷重負荷機構による荷
   重を制御する制御装置と、を有す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】 ポリマー電池用電極部材の積層体を加熱
   する加熱機構が、搬送される積層体を挟むように配置さ
   れた少なくとも一対の加熱ユニットであることを特徴と
   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】 加圧ローラは、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。