JP2012203993A - 電池の製造方法及びそれに使用される治具 - Google Patents

Abstract

【課題】扁平状の捲回体に外部端子等を接合するときに皺や折れの発生を抑えること。
【解決手段】捲回体が電解液と共に容器に収容されると共に、外部端子が容器に取り付けられた電池を製造するには、先ず、捲回体形成工程（１）で、正極シートと負極シートとの間にセパレータを挟んで捲き回して円筒状の捲回体を形成する。次に、扁平開き工程（２）で、円筒状の捲回体を扁平状に開く。次に、治具及び外部端子のセット工程（３）で、捲回体を挟む治具及び外部端子を所定の位置にセットする。次に、捲回体セット工程（４）で、扁平状の捲回体を治具にセットする。次に、プレス工程（５）で、治具に挟まれた捲回体を更に扁平状にプレスする。その後、接合工程（８）で、治具に挟まれた捲回体に外部端子を接合する。そして、容器組付工程（９）で、捲回体及び外部端子を治具から取り外し、捲回体を電解液と共に容器に収容し、外部端子を容器に固定する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、正極シートと負極シートとの間にセパレータを挟んで積層し、それを捲き回してなる捲回体を備えた電池の製造方法及びそれに使用される治具に関する。

従来、正極シートと負極シートの間にセパレータを挟んで積層し、それを捲き回してなる捲回体を、電解液と共に容器に収容して構成された電池（電池素子）が知られている。この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載される電池を挙げることができる。

ここで、捲回体は、正極シート、負極シート及びセパレータが円筒状に捲き回され、それが押し潰されることで扁平状に形成される。捲回体が扁平状に押し潰されるとき、捲回体には、皺や折れが発生するおそれがある。皺が発生すると、正極シート、負極シート及びセパレータの間が不均一になる。折れが発生すると、正極シートと負極シートの活物質が剥離してしまい、折れた部分のアルミ箔や銅箔の材料が破れてバリが生じるおそれがある。従って、捲回体に皺や折れが発生したまま電池を製造した場合、安定した電池性能が得られなくなる懸念がある。

そこで、例えば、下記の特許文献２には、断面８の字に仮成形された捲回体を上下の板バネの間で挟み持ち、プレスヘッドにより押し潰すことで、皺や折れを発生させることなく捲回体を扁平状に形成する方法及びそのための装置が記載されている。

ここで、図２０〜図２７に、電池の製造方法の一部をそれぞれ斜視図により示す。図２０に示すように、円筒状に捲き回された捲回体７１を取出しチャック７２に装着する。次に、図２１に示すように、捲回体７１を扁平状に開く。次に、開かれた捲回体７１を、図２２に示すように、上下一対をなす挟み板７３，７４により挟んで、更に扁平に仮潰しする。その後、仮潰しされた捲回体７１を、図２３に示すように、取出しチャック７２から取り外してから、上下一対の板バネ７５，７６により挟み、シリンダプレスにより押し潰して、断面８字状に成形する。次に、成形された捲回体７１を、図２４に示すように、サーボプレス装置にかけ、所定の厚みと、所定の高さを満たすための検査を行う。

その後、図２５に示すように、検査された捲回体７１を所定の厚さと高さを維持するようにクリップ７７で挟みながら、図２６に示すように、断面Ｕ字状をなすキャリア７８に挿入し、キャリア７８によって後工程へと搬送する。

搬送される捲回体７１は、その後、図２７に示すように、蓋接合機７９の手前にてチャック８０に挟み替え、チャック８０により蓋接合機７９へと搬送する。蓋接合機７９は、回転可能なタワー８１を備え、そのタワー８１の周囲には、等角度間隔に４つのホルダ８２が設けられる。蓋接合機７９へ搬送されて来た捲回体７１は、搬入ステーションＩＳにて、チャック８０からホルダ８２の一つへ移し替えられる。そして、タワー８１が段階的に回転することにより、ホルダ８２に保持された捲回体７１は、蓋接合ステーションＪＳへと搬送され、同ステーションＪＳにて、外部端子８３を備えた蓋８４が接合される。その後、タワー８１が更に回転することにより、蓋８４を接合した捲回体７１が、搬出ステーションＯＳにて、その後工程、すなわち、容器収容ステーションへと搬送される。

特開２００４−３１９１０１号公報 特開２００９−２２４０５０号公報

ところで、特許文献２に記載の技術では、仮潰しされた捲回体７１を、上下の板バネ７５，７６により押し潰すときに、シートの皺や折れの発生を抑えることができるものの、その後工程における皺や折れの発生について何ら考慮されていなかった。例えば、捲回体７１を扁平状に押し潰した後、その捲回体７１に外部端子８３等を接合する際に、捲回体７１が緩み、捲回体７１に皺や折れが発生するおそれがあり、最終製品である電池の品質の点で問題があった。

この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、扁平状に押し潰された捲回体に外部端子を接合するときに、捲回体に皺や折れが発生しないようにすることを可能とした電池の製造方法及びそれに使用される治具を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、捲回体に外部端子が接合され、捲回体が電解液と共に容器に収容されると共に、外部端子が容器に取り付けられた電池の製造方法であって、正極シートと負極シートとの間にセパレータを挟んで捲き回すことにより円筒状の捲回体を形成する捲回体形成工程と、円筒状の捲回体を扁平状に開く扁平開き工程と、捲回体を挟むための治具及び外部端子を所定の位置にセットする治具等セット工程と、扁平状の捲回体を治具にセットする捲回体セット工程と、治具に挟まれた捲回体を更に扁平状にプレスするプレス工程と、治具に挟まれた捲回体に外部端子を接合する接合工程と、捲回体及び外部端子を治具から取り外し、捲回体を電解液と共に容器に収容し、外部端子を容器に取り付ける容器組付工程とを備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、捲回体形成工程で、正極シートと負極シートとの間にセパレータを挟んで捲き回すことにより円筒状の捲回体が形成される。次に、扁平開き工程で、円筒状の捲回体が扁平状に開かれる。次に、治具等セット工程で、捲回体を挟むための治具及び外部端子が所定の位置にセットされる。次に、プレス工程で、治具に挟まれた捲回体が更に扁平状にプレスされる。次に、接合工程で、治具に挟まれた捲回体に外部端子が接合される。次に、容器組付工程で、捲回体及び外部端子が治具から取り外され、捲回体が電解液と共に容器に収容され、外部端子が容器に取り付けられる。これにより、電池が得られる。従って、接合工程では、治具に挟まれた状態で、扁平状の捲回体に外部端子が接合されるので、捲回体に緩みが生じ難い。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、プレス工程と接合工程との間に、少なくとも捲回体の位置合わせをする位置合わせ工程を設けたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、少なくとも捲回体の位置合わせが行われるので、捲回体に対する外部端子の位置が正確に決まる。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電池の製造方法に使用される治具であって、捲回体を挟むための一対の挟み部材と、一対の挟み部材の間に捲回体を挟んだ状態で、一対の挟み部材を一体的に拘束する拘束部材と、拘束部材が、一対の挟み部材の少なくとも一方に回動可能に連結されることとを備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、治具を構成する一対の挟み部材が拘束部材により一体的に拘束されるので、一対の挟み部材が開いて捲回体が脱落することはない。また、拘束部材を挟み部材に対して回動できるので、拘束部材の操作が容易となる。

請求項１に記載の発明によれば、扁平状に押し潰された捲回体に外部端子等を接合するときに、捲回体に皺や折れが発生することを防止することができ、最終製品である電池の品質を確保することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、外部端子等を、捲回体に対して正確な位置に接合することができ、電池の性能の均一化を図ることができる。

請求項３に記載の発明によれば、一対の挟み部材の拘束及びその解除を容易に行うことができ、治具による捲回体等の挟み作業及び取り外し作業を能率的に行うことができる。

第１実施形態に係り、電池を示す断面図。 同実施形態に係り、電池の製造方法の内容を示すフローチャート。 同実施形態に係り、捲回体を取出しチャックに装着した状態を概略的に示す斜視図。 同実施形態に係り、捲回体を扁平状に開いた状態を概略的に示す斜視図。 同実施形態に係り、扁平状に開いた捲回体の中央部をクリップで掴んだ状態を概略的に示す斜視図。 同実施形態に係り、固定盤の上に第１挟み部材、蓋及び外部端子を載せてセットした状態を概略的に示す斜視図。 同実施形態に係り、捲回体等を第１挟み部材の上に更に載せてセットした状態を概略的に示す斜視図。 同実施形態に係り、捲回体等の上に第２挟み部材を更に載せた状態を概略的に示す斜視図。 同実施形態に係り、第２挟み部材の上から可動盤を動かして捲回体を治具ごと押し潰すところを概略的に示す斜視図。 同実施形態に係り、サーボプレス機により治具ごと捲回体の寸法を測定するときの状態を概略的に示す斜視図。 同実施形態に係り、治具に挟まれた捲回体等を概略的に示す正面図。 同実施形態に係り、治具に挟まれた捲回体等を概略的に示す側面図。 第２実施形態に係り、治具を示す正面図。 同実施形態に係り、治具を示す背面図。 同実施形態に係り、治具を示す左側面図。 同実施形態に係り、治具を示す平面図。 同実施形態に係り、治具を示す図１３のＡ−Ａ線断面図。 同実施形態に係り、治具を示す図１３のＢ−Ｂ線断面図。 同実施形態に係り、治具を示す図１３のＣ−Ｃ線断面図。 従来例に係り、捲回体を取出しチャックに装着した状態を概略的に示す斜視図。 従来例に係り、捲回体を扁平状に開いた状態を概略的に示す斜視図。 従来例に係り、扁平状に開いた捲回体を挟み板で挟んだ状態を概略的に示す斜視図。 従来例に係り、扁平状に開いた捲回体を板バネで挟んだ状態を概略的に示す斜視図。 従来例に係り、扁平状に開いた捲回体の寸法検査の状態を概略的に示す斜視図。 従来例に係り、検査された捲回体をクリップで挟んだ状態を概略的に示す斜視図。 従来例に係り、捲回体をキャリアに挿入した状態を概略的に示す斜視図。 従来例に係り、蓋接合機による捲回体への蓋等の接合の過程を概略的に示す斜視図。

＜第１実施形態＞
以下、本発明における電池の製造方法を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

この実施形態では、例えば、リチウムイオン二次電池の製造方法について説明する。図１に、この実施形態の電池１を断面図により示す。この電池１は、金属製の容器２と、その容器２の中に充填される電解液（図示略）と、その容器２の中に電解液と共に収容される電極用の捲回体３と、捲回体３に設けられる正極用の外部端子４と、負極用の外部端子５とを備える。各外部端子４，５の一部は、それぞれ容器２の外に突出して配置される。各外部端子４，５は、容器２の蓋６に固定される。

捲回体３は、正極シートと負極シートとの間にセパレータを挟んで積層し、それを捲き回し、扁平状にすることにより構成される。この捲回体３の中央部には、セパレータ７が露出し、そのセパレータ７の左右両側には、金属箔よりなる正極未塗布部８及び負極塗布部９が露出する。正極未塗布部８は、正極側の外部端子４が溶接部１０にて溶接される。同じく、負極未塗布部９は、負極側の外部端子４が溶接部１０にて溶接される。

次に、この電池１の製造方法について、図２〜１２を参照して説明する。図２に、この製造方法の内容をフローチャートにより示す。図３〜１２に、各工程の内容を概略的な斜視図等により示す。

先ず、図２（１）に示す「捲回体形成工程」では、正極シートと負極シートとの間にセパレータを挟んで、それを捲き回すことにより、図３に示すような円筒状の捲回体３を形成する。

次に、図２（２）に示す「捲回体の扁平開き工程」では、図３に示すように、円筒状の捲回体３を、取出しチャック２１に装着する。また、図４に示すように、取出しチャック２１を拡げることにより、捲回体３を扁平状に開く。更に、図５に示すように、扁平状に開いた捲回体３から取出しチャック２１を取り外すと共に、捲回体３の中央部をクリップ２２により掴む。

次に、図２（３）に示す「治具及び外部端子のセット工程」では、図６に示すように、プレス機２３の固定盤２４の上に、治具３１を構成する第１挟み部材３２を載せると共に、蓋６及び外部端子４，５を載せてセットする。

次に、図２（４）に示す「捲回体のセット工程」では、図７に示すように、図５に示す捲回体３等を第１挟み部材３２の上に更に載せてセットする。

次に、図２（５）に示す「プレス工程」では、図８に示すように、捲回体３をクリップ２２で抑えたまま捲回体３等の上に治具３１を構成する第２挟み部材３３を更に載せる。また、図９に示すように、第２挟み部材３３の上からプレス機２３の可動盤２５を動かして、捲回体３を治具３１ごと押し潰す。

次に、図２（６）に示す「寸法計測工程」では、図１０に示すように、プレス機２３から取り外された捲回体３につき、サーボプレス機により、治具３１ごと捲回体３の厚みＴＨ、高さＨＩ及び幅ＷＩを測定する。

次に、図２（７）に示す「位置合わせ工程」では、図１０に示す治具３１に挟まれた捲回体３を、蓋接合機（図示略）にセットし、その蓋接合機と捲回体３の底面との間の距離を測定し、蓋６を、幅方向（図１１に示す矢印Ｘ１の方向）、高さ方向（図１２に示す矢印Ｙ１の方向）及び厚み方向（図１２に示す矢印Ｚ１の方向）の順で位置合わせする。

次に、図２（８）に示す「外部端子等の接合工程」では、蓋接合機を作動させて、捲回体３に外部端子４，５及び蓋６を接合する。

その後、図２（９）に示す「捲回体等の容器組付工程」では、捲回体３及び外部端子４，５及び蓋６を治具３１から取り外し、捲回体３を電解液と共に容器２に収容し、外部端子４，５及び蓋６を容器２に接合して固定する。これにより、図１に示すような電池１を得る。

以上説明したこの実施形態の電池の製造方法によれば、「捲回体形成工程」で、正極シートと負極シートとの間にセパレータを挟んで捲き回すことにより円筒状の捲回体３が形成される。次に、「捲回体の扁平開き工程」で、円筒状の捲回体３が扁平状に開かれる。次に、「治具及び外部端子のセット工程」で、捲回体３を挟むための治具３１及び外部端子４，５及び蓋６がプレス機２３の固定盤２４の所定の位置に載せられてセットされる。次に、「プレス工程」で、治具３１に挟まれた捲回体３が更に扁平状にプレスされる。その後、「寸法計測工程」及び「位置合わせ工程」を経て、「外部端子の接合工程」で、治具３１に挟まれた捲回体３に外部端子４，５及び蓋６が接合される。次に、「捲回体等の容器組付工程」で、捲回体３及び外部端子４，５及び蓋６が治具３１から取り外され、捲回体３が電解液と共に容器２に収容され、外部端子４，５及び蓋６が容器２に取り付けられる。これにより、図１に示す電池１が得られる。

従って、この実施形態の電池の製造方法によれば、「外部端子等の接合工程」では、治具３１に挟まれた状態で、扁平状の捲回体３に外部端子４，５及び蓋６が接合されるので、捲回体３に緩みが生じ難い。このため、扁平状に押し潰された捲回体３に外部端子４，５及び蓋６を接合するときに、捲回体３を構成する各シートにつき皺や折れの発生を防止することができる。この結果、最終製品である電池１の品質を確保することができる。

また、この実施形態では、「プレス工程」から「外部端子等の接合工程」までの間で、「寸法計測工程」及び「位置合わせ工程」が設けられ、捲回体３の位置合わせが行われるので、捲回体３に対する外部端子４，５及び蓋６の位置が正確に決まる。このため、外部端子４，５及び蓋６を、捲回体３に対して正確な位置に接合することができ、電池１の性能の均一化を図ることができる。

上記したように、「プレス工程」から「外部端子等の接合工程」までの間で「寸法計測工程」及び「位置合わせ工程」を設けることができるのは、「プレス工程」よりも前に、「治具及び外部端子のセット工程」及び「捲回体のセット工程」で、治具３１に捲回体３、外部端子４，５及び蓋６をセットしているからである。

この実施形態では、「プレス工程」から「外部端子等の接合工程」までの間で、捲回体３を治具３１により拘束し続けている。すなわち、「プレス工程」では、捲回体３を治具３１に挟んだ状態でプレスし、プレス解放後は、治具３１が捲回体３を拘束した状態を維持する。このため、「外部端子等の接合工程」より前の「寸法計測工程」及び「位置合わせ工程」でも、捲回体３に緩みが生じ難く、捲回体３に皺や折れが発生することを防止することができる。なお、捲回体３に外部端子４，５及び蓋６が接合された後は、捲回体３に皺や折れが発生することはない。

また、この実施形態では、捲回体３を治具３１に挟んで搬送するので、治具３１に対する捲回体３の位置ずれを防止することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明における電池の製造方法に使用される治具を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１３に、この実施形態の治具４１を正面図により示す。図１４に、同じく治具４１を背面図により示す。図１５に、同じく治具４１を左側面図により示す。図１６に、同じく治具４１を平面図により示す。図１７に、同じく治具４１を、図１３のＡ−Ａ線断面図により示す。図１８に、同じく治具４１を、図１３のＢ−Ｂ線断面図により示す。図１９に、同じく治具４１を、図１３のＣ−Ｃ線断面図により示す。

この実施形態の治具４１は、図１３〜図１９に示すように、捲回体３を挟むための一対をなす第１挟み部材４２及び第２挟み部材４３と、それら挟み部材４２，４３の間に捲回体３等を挟んだ状態で、それら挟み部材４２，４３を一体的に拘束する拘束部材としての一対をなすフックプレート４４，４５とを備える。図１３，１４に示すように、治具４１が捲回体３、外部端子４，５及び蓋６等を挟んだ状態では、治具４１の左右両側から、捲回体３及び蓋６等の左右両側部が外へはみ出ている。また、図１３及び図１８に示すように、第１挟み部材３２の上下両側部には、一対をなす位置決めピン４６，４７が設けられる。これら位置決めピン４６，４７は、捲回体３等が両挟み部材４２，４３により挟まれた状態で、先端部が第２挟み部材４３のピン穴４３ａに嵌合することで、両挟み部材４２，４３を互いに位置決めするようになっている。

各フックプレート４４,４５は、第１挟み部材４２の上下側部にて、スプリングピン４８，４９を介して回動可能に連結される。すなわち、各フックプレート４４，４５は、断面略Ｌ字状をなし、そのコーナ部分にてスプリングピン４８，４９を介して第１挟み部材４２に連結される。図１５、図１７〜図１９に示すように、各フックプレート４４，４５は、先端側の折れ曲がった鉤部４４ａ，４５ａが、それぞれ第２挟み部材４３に係合可能となっている。第１挟み部材４２と第２挟み部材４３との間に捲回体３等を挟んだ状態で、各フックプレート４４，４５を回動させて、各鉤部４４ａ，４５ａを第２挟み部材４３に係合させることにより、両挟み部材４２，４３が一体的に拘束される。

各挟み部材４２，４３の左右両側には、捲回体３の左右両側を押さえるための箔押さえ５０，５１がそれぞれ設けられる、各箔押さえ５０，５１は、六角穴付ボルト５２により各挟み部材４２，４３に締付可能となっている。

治具４１の上側中央には、外部端子４，５を取り付けた蓋６を押さえるための蓋押さえ５３が設けられる。蓋押さえ５３は、摘み５３ａつきのネジより構成され、捲回体３と蓋６等が両挟み部材４２，４３の間に挟まれた状態で、締め付けにより蓋６を第２挟み部材４３に対して固定するようになっている。

以上説明したこの実施形態の治具４１によれば、治具４１を構成する一対の挟み部材４２，４３が一対のフックプレート４４，４５により一体的に拘束されるので、一対の挟み部材４２，４３が開いて捲回体３が脱落することがない。また、各フックプレート４４，４５が第１挟み部材４２にスプリングピン４８，４９を介して回動可能に連結されるので、各フックプレート４４，４５を第１挟み部材４２に対して回動させることができ、各フックプレート４４，４５の操作が容易となる。すなわち、第１挟み部材４２に第２挟み部材４３を重ね、各位置決めピン４６，４７により位置決めした状態で、各フックプレート４４，４５を回動させて、それらの鉤部４４ａ，４５ａを第２挟み部材４３に係合させるだけで、両挟み部材４２，４３を一体的に拘束することができる。このため、両挟み部材４２，４３の拘束及びその解除を容易に行うことができ、治具４１による捲回体３等の挟み作業及び取り外し作業を能率的に行うことができる。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して実施することもできる。

例えば、前記第１実施形態では、リチウムイオン二次電池の製造方法について説明したが、例えば、ニッケル水素電池及びニッケルカドミウム電池等の二次電池の製造方法に具体化することもできる。

この発明は、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池及びニッケルカドミウム電池等の二次電池の製造に利用することができる。

１ 電池
２ 容器
３ 捲回体
４ 外部端子
５ 外部端子
６ 蓋
７ セパレータ
３１ 治具
３２ 第１挟み部材
３３ 第２挟み部材
４１ 治具
４２ 第１挟み部材
４３ 第２挟み部材
４４ 第１フックプレート（拘束部材）
４５ 第２フックプレート（拘束部材）

Claims (3)

1. 捲回体に外部端子が接合され、前記捲回体が電解液と共に容器に収容されると共に、前記外部端子が前記容器に取り付けられた電池の製造方法であって、
   正極シートと負極シートとの間にセパレータを挟んで捲き回すことにより円筒状の捲回体を形成する捲回体形成工程と、
   前記円筒状の捲回体を扁平状に開く扁平開き工程と、
   前記捲回体を挟むための治具及び前記外部端子を所定の位置にセットする治具等セット工程と、
   前記扁平状の捲回体を前記治具にセットする捲回体セット工程と、
   前記治具に挟まれた捲回体を更に扁平状にプレスするプレス工程と、
   前記治具に挟まれた捲回体に前記外部端子を接合する接合工程と、
   前記捲回体及び前記外部端子を前記治具から取り外し、前記捲回体を前記電解液と共に前記容器に収容し、前記外部端子を前記容器に取り付ける容器組付工程と
   を備えたことを特徴とする電池の製造方法。
2. 前記プレス工程と前記接合工程との間に、少なくとも前記捲回体の位置合わせをする位置合わせ工程を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電池の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の電池の製造方法に使用される治具であって、
   前記捲回体を挟むための一対の挟み部材と、
   前記一対の挟み部材の間に前記捲回体を挟んだ状態で、前記一対の挟み部材を一体的に拘束する拘束部材と、
   前記拘束部材が、前記一対の挟み部材の少なくとも一方に回動可能に連結されることと
   を備えたことを特徴とする治具。

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