JP2013178951A

JP2013178951A - 極板をセパレータで挟む装置

Info

Publication number: JP2013178951A
Application number: JP2012042132A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Miyazaki; 司宮崎; Seiji Yamaura; 誠司山浦
Original assignee: Nagano Automation Co Ltd
Current assignee: Nagano Automation Co Ltd
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2013-09-09

Abstract

【課題】極板をセパレータで挟んで袋詰めした製品を製造する装置を提供する。
【解決手段】袋詰め装置１は、第１のセパレータ帯１１を、第２のセパレータ帯１２との間に幅方向に延びる第１の溶着部分ｈ１を形成する第１の溶着位置Ｐ１へ供給する第１の搬送ユニット１１０と、第２のセパレータ帯１２を、第１の溶着位置Ｐ１へ、第１のセパレータ帯１１に対し角度をなすように供給する第２の搬送ユニット１２０と、極板１３を、第１の溶着位置Ｐ１へ、第１のセパレータ帯１１および第２のセパレータ帯１２の間で、それぞれに対し角度をなすように供給する第３の搬送ユニット１３０とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、正極シートまたは負極シートをセパレータで挟む装置に関するものである。

特許文献１の課題は、積層型リチウムイオン電池の大量生産技術を確立するため、単電池積層体を大量に効率よく製造する技術及び製造装置の提供、並びに大量生産が可能でコストが安く、自己放電率が低く品質のよい積層型リチウムイオン電池を提供することである。特許文献１には、ベルトコンベアと三種類のロールを組合せた装置により、「電極板を挿んだ熱接着状態のセパレータ帯」を形成し、ベルトコンベアの上にある引き取り装置を備えた「切断場所」の上でこの「電極板を挿んだ熱接着状態のセパレータ帯」を切断する製造方法で製造した袋入り正極板（又は負極板）と相対する裸の負極板（又は正極板）を交互に積層することにより、大量に且自動的に積層型リチウムイオン電池の単電池積層体を製造することが記載されている。

特開２００７−２４２５０７号公報

リチウム電池などに用いられる電極体は、セパレータを挟んで複数の正極シート（正極板）および負極シート（負極板）を積層することにより製造される。極板（電極板（電極シート）、正極板（正極シート）または負極板（負極シート））を予めセパレータにより挟んだ状態の部材、いわゆる、袋入りの極板を用いる製造方法において、袋状のセパレータ内の極板の位置精度がさらに高く、電極体の製造にさらに適した袋入りの極板を供給することが要望されている。

本発明の一態様は、第１のセパレータ帯を、第２のセパレータ帯との間に幅方向に延びる第１の溶着部分を形成する第１の位置へ供給する第１の搬送ユニットと、第２のセパレータ帯を、第１の位置へ、第１のセパレータ帯に対し角度をなすように供給する第２の搬送ユニットと、極板を、第１の位置へ、第１のセパレータ帯および第２のセパレータ帯の間で、それぞれに対し角度をなすように供給する第３の搬送ユニットとを有する装置である。

袋入りの極板を製造する場合、予め袋状に成形されたセパレータに対し極板を確実に挿入する方法は、極板に対しある程度大きなサイズの袋を形成する必要があるので、袋状のセパレータ内における極板の位置精度を向上することが難しい。極板をセパレータに搭載したり、挟んだ状態で袋状に成形する方法は、セパレータ内の極板を避けて、セパレータのみを溶着するためにある程度の誤差を見込む必要がある。したがって、この方法においても、袋状の（袋化された）セパレータ内における極板の位置精度を向上することが難しい。

一方、上記の装置においては、セパレータ同士を溶着する第１の位置へ、極板を異なる角度から供給する。したがって、予め袋状に成形されたセパレータに極板を挿入する必要はなく、また、極板を挟んだ状態でセパレータを溶着する必要がない。このため、袋状のセパレータ内における極板の位置精度を向上できる。さらに、セパレータ同士を溶着する第１の位置へ、極板を異なる角度から供給するので、セパレータを溶着する第１の位置に対し極板を供給するタイミングを制御することが容易となる。この点でも、袋状のセパレータ内における極板の位置精度を向上できる。

第３の搬送ユニットは、極板を断続的に、第１の位置へ、第１のセパレータ帯および第２のセパレータ帯の搬送速度よりも高速で供給するフィーダを含むことが望ましい。第１の位置で第１のセパレータ帯および第２のセパレータ帯が溶着された直後に極板の先端が第１の位置に到達するように、フィーダにより極板を供給することが可能であり、セパレータ同士を溶着する第１の溶着部分と極板とのクリアランスを小さくできる。したがって、袋状のセパレータ内における極板の位置精度を向上できる。このため、この装置は、第１の位置で第１のセパレータ帯および第２のセパレータ帯が溶着された直後に極板の先端が第１の位置に到達するように、フィーダにより極板を供給する機能を含む制御ユニットを有することが望ましい。

この装置は、さらに、第１の位置で第１の溶着部分を形成するロータリータイプの第１の溶着ユニットと、第１の位置の下流の第２の位置で第１のセパレータ帯と第２のセパレータ帯と間に、少なくとも一方の縁に沿って延びる第２の溶着部分を形成するロータリータイプの第２の溶着ユニットと、第２の位置の下流の第３の位置で第１のセパレータ帯および第２のセパレータ帯を搬送する搬送ローラーと、第１の溶着ユニット、第２の溶着ユニットおよび搬送ローラーをドロー制御するユニットとを有することが望ましい。第１の位置で袋状のセパレータ内における極板の位置が精度よく決まった状態で、ドロー制御された第１のセパレータ帯および第２のセパレータ帯に極板を挟み込んで第２の位置に搬送できる。このため、セパレータ帯の縁に沿って精度よく溶着（縦溶着）することができる。

この装置は、さらに、第１の溶着部分の通過を検出するセンサー群を有し、ドロー制御するユニットは、第１の溶着部分の通過によりドロー値を判断する機能を含むことが望ましい。セパレータにインクジェットなどの方法によりマーキングしてもよく、マーク用の切り込みなどを入れてもよい。しかしながら、第１の溶着部分とマーキングとの位置精度を高める必要があり、切り込みなどを入れると張力により分断される可能性がある。セパレータを溶着した部分は、色、透光性または反射性が変わる。したがって、光学センサーにより第１の溶着部分を直に検出でき、第１の溶着部分の通過によりドロー値を制御することが可能である。

さらに、この装置は、第３の位置の下流の第４の位置で、第１の溶着部分を検出し、第１の溶着部分のほぼ中央で第１のセパレータ帯および第２のセパレータ帯をカットするカッターを有することが望ましい。上述したように光学センサーで第１の溶着部分を検出できる。このため、カッターの直前で第１の溶着部分を検出してほぼ中央でカットすることにより、袋状のセパレータ内における極板の位置精度をさらに向上できる。

本発明の他の態様の１つは、上記の装置の制御方法である。この制御方法は、第１の位置で第１のセパレータ帯および第２のセパレータ帯が溶着された直後に極板の先端が第１の位置に到達するように、フィーダにより極板を供給することを含む。また、第１の溶着ユニット、第２の溶着ユニットおよび搬送ローラーを含む装置の制御方法は、これら第１の溶着ユニット、第２の溶着ユニットおよび搬送ローラーをドロー制御することを含むことが望ましい。

本発明の異なる他の態様の１つは、極板を挟んだ状態で第１のセパレータおよび第２のセパレータが極板の周囲の少なくとも一部で溶着された部品（袋入りの極板）を、上記の装置により製造することを含む電池の製造方法である。この製造方法の、上記部品を製造することは、第１の位置で第１のセパレータ帯および第２のセパレータ帯が溶着された直後に極板の先端が第１の位置に到達するように、フィーダにより極板を供給することを含む。

第１の溶着ユニット、第２の溶着ユニット、および搬送ローラーを有する装置を用いた製造方法において、上記部品を製造することは、第１の溶着ユニット、第２の溶着ユニットおよび搬送ローラーをドロー制御することを含むことが望ましい。さらに、上記部品を製造することは、第３の位置の下流の第４の位置で、第１の溶着部分を検出し、第１の溶着部分のほぼ中央で第１のセパレータ帯および第２のセパレータ帯をカットすることを含むことが望ましい。

袋詰め装置の概略配置を示す図。袋詰め装置のブロック図。図３（ａ）〜（ｄ）は極板がセパレータにより袋詰めされる過程を示す図。袋詰め装置を制御する工程を示すフローチャート。

図１に極板を袋詰めする装置の概略構成を示している。この袋詰め装置１は、極板１３を第１のセパレータ帯１１および第２のセパレータ帯１２で挟んで、端を第１の溶着ユニット１０および第２の溶着ユニット２０により溶着し袋詰めにする装置である。極板１３は典型的には正極板（正極シート）であり、負極板（負極シート）であってもよい。この装置１は、第１のセパレータ帯１１を第１の溶着ユニット１０により横溶着される第１の位置Ｐ１に供給する第１の搬送ユニット１１０と、第２のセパレータ帯１２を第１の位置Ｐ１に供給する第２の搬送ユニット１２０と、極板１３を第１の位置Ｐ１に供給する第３の搬送ユニット１３０と、第３の搬送ユニット１３０の下流に配置された袋詰めユニット１４０とを含む。

第１の搬送ユニット１１０は、上流側より順番に配置された、セパレータロール１１１の引き出し量を制御するテンションコントローラー１１９と、セパレータ帯１１を大気圧放電プラズマにより処理するイオナイザ１１８と、テンションセンサー１１７と、セパレータ継ぎ部１１５と、ガイドローラー１１３および１１２とを備えている。テンションコントローラー１１９は、エッジポジション制御機能付きであり、エッジ位置を検出するセンサー１１９ａと、エッジ位置制御用駆動部１１９ｂと、テンション制御用モーター１１９ｃと、テンション制御用のパウダークラッチ１１９ｄと、セパレータロール１１１の回転を制御するエアシャフト１１９ｅとを含む。テンションセンサー１１７は、段差ローラータイプであり、セパレータ帯１１に対して適度なテンション（バックテンション、張力）が与えられるように複数のローラーの相対的な位置を制御する。セパレータ継ぎ部１１５には複数のセパレータ押さえシリンダ１１５ａが配置されており、セパレータ帯１１を一時的に保持してロール１１１を交換したり、継いだりすることができるようになっている。

ガイドローラー１１３および１１２は、セパレータ帯１１の供給方向を制御するローラーである。ガイドローラー１１３は、セパレータ帯１１の供給方向を後述する極板１３の供給方向Ｘに対し直交する方向Ｙに変換し、Ｙ方向の上側から下側に向かって搬送されるように変更する。ガイドローラー１１２は、セパレータ帯１１の供給方向を供給方向Ｘに対して時計方向に角度θ（＋θ）だけ傾いた方向になるように変換する。

第２の搬送ユニット１２０は、第１の搬送ユニット１１０と共通した構成であり、セパレータロール１２１の引き出し量を制御するテンションコントローラー１１９と、セパレータ帯１２を大気圧放電プラズマにより処理するイオナイザ１１８と、テンションセンサー１１７と、セパレータ継ぎ部１１５と、ガイドローラー１２３および１２２とを備えている。ガイドローラー１２３は、セパレータ帯１２の供給方向を、極板１３の供給方向Ｘに対し直交する方向Ｙで、セパレータ帯１１の供給方向と逆の、下側から上側に向かって搬送されるように変更する。ガイドローラー１２２は、セパレータ帯１２の供給方向を供給方向Ｘに対して反時計方向に角度θ（−θ）だけ傾いた方向になるように変換する。

極板１３を、セパレータ同士を溶着する第１の位置Ｐ１へ供給する第３の搬送ユニット１３０は、切断された極板１３を断続的に供給する供給コンベア１３９と、第１の位置Ｐ１へ極板１３を高速で供給する極板フィーダ１３１と、極板コンベア１３９から極板フィーダ１３１へ極板１３を供給する際のバッファリング機能とアライメント調整機能とを備えたエア浮上微傾斜テーブル（エア浮上テーブル）１３５と、供給コンベア１３９からエア浮上テーブル１３５へ極板１３が供給されるタイミングを制御する第１の極板エスケープシリンダ（第１のゲート）１３８と、エア浮上テーブル１３５から極板フィーダ１３１へ極板１３が供給されるタイミングを制御する第２の極板エスケープシリンダ（第２のゲート）１３３とを含む。

エア浮上微傾斜テーブル１３５は、極板１３のエッジの位置を決める凸状のガイド１３５ｃに向かって微小な角度で傾斜した傾斜面１３５ｂと、この傾斜面１３５ｂの上で極板１３を浮上させて極板フィーダ１３１に向けて搬送する極板エアーブロー用のノズル１３５ａとを含む。エア浮上微傾斜テーブル１３５では、ノズル１３５ａから傾斜面１３５ｂに沿って搬送方向（Ｘ方向）に放出された圧縮空気により、ガイド１３５ｃによりアライメントされた極板１３が浮上した状態で極板フィーダ１３１に向けていつでも放出できる状態で待機する。

極板フィーダ１３１は、フィードローラー１３１ａと、フィードローラー１３１ａを回転駆動するサーボモーター１３１ｂと、補助ローラー１３１ｃとを含む。極板フィーダ１３１は、フィードローラー１３１ａなどが常時回転しており、第２のゲート１３３が開いてエア浮上テーブル１３５から極板１３が送られてくると、フィードローラー１３１ａと補助ローラー１３１ｃとで極板１３を挟み、セパレータ帯１１および１２よりも早い速度で極板１３を、溶着する第１の位置Ｐ１に向けて送り出す。

第３の搬送ユニット１３０は、さらに、供給コンベア１３９の上の極板１３のエッジを検出する第１のセンサー１５１と、エア浮上テーブル１３５の上の極板１３のエッジを検出する第２のセンサー１５２と、極板フィーダ１３１から供給された極板１３のエッジを検出する第３のセンサー１５３とを含む。これらのセンサー１５１〜１５３は、極板１３の先端または後端を光学的に検出する。センサー１５１〜１５３は、極板１３の位置を画像解析により、あるいはメカ的に検出するものであっても良い。

袋詰めユニット１４０は、第３の搬送ユニット１３０により搬送された極板１３を、第１の搬送ユニット１１０により上方から供給された第１のセパレータ帯１１と、第２の搬送ユニット１２０により下方から供給された第２のセパレータ帯１２とにより袋詰めする。袋詰めユニット１４０は、極板１３を第１のセパレータ帯１１と第２のセパレータ帯１２とにより挟み込んでセパレータ同士を溶着する溶着ライン１４１と、溶着されたセパレータ同士をカットするカッティング部１４５とを含む。

溶着ライン１４１は、最初の溶着する位置（第１の位置）Ｐ１から下流に向かって順番に、セパレータ同士を幅方向に溶着する部分（第１の溶着部分）ｈ１を形成する第１の溶着ユニット（横溶着ユニット）１０と、セパレータ同士の縁（エッジ）を供給方向（Ｘ方向）に溶着する部分（第２の溶着部分）ｈ２を形成する第２の溶着ユニット（縦溶着ユニット）２０と、溶着されたセパレータ帯１１および１２を極板１３を含めて搬送するフィルム送りユニット（フィルムフィーダ）３０とを含む。

カッティング部１４５は、溶着ライン１４１の動きと下流のロータリーカッター５０の動きとを連携させる同期制御用のロータリエンコーダ４０と、溶着された第１のセパレータ帯１１および第２のセパレータ帯１２を第１の溶着部分ｈ１でカットするロータリーカッター５０と、カットされた袋詰め電極１５を取り出すコンベア６０とを含む。

第１の溶着ユニット１０は、テープ状の第１のセパレータ帯１１および第２のセパレータ帯１２に幅方向（横方向）の溶着を施すロータリーヒーター（ヒートローラ）１６と、ロータリーヒーター１６を回転駆動するサーボモーター１７と、補助ローラー１８とを含む。ロータリーヒーター１６は、回転対称な位置に軸方向に延びた加熱領域（不図示）を備えている。なお、以下では、ロータリーヒーターを用いて溶着する例を説明するが、セパレータ同士を溶着する方法は加熱に限らず、超音波、レーザーなどの他の方法を用いるものであってもよい。

第２の溶着ユニット２０は、テープ状の第１のセパレータ帯１１および第２のセパレータ帯１２の端に沿って縦方向の溶着を施すロータリーヒーター（ヒートローラ）２６と、ロータリーヒーター２６を回転駆動するサーボモーター２７と、補助ローラー２８とを含む。ロータリーヒーター２６は、周方向に延びた加熱領域（不図示）を備えている。フィルムフィーダ３０は、駆動ローラー３１と、駆動ローラー３１を回転駆動するサーボモーター３２と、補助ローラー３３とを含む。ロータリーカッター５０は、回転対称な位置に軸方向に延びた歯を含むカッター５１と、カッター５１を回転駆動するサーボモーター５２と、補助ローラー５３とを含む。

袋詰めユニット１４０は、さらに、第２の溶着ユニット２０の上流に配置された第４のセンサー１５４と、フィルムフィーダ３０の上流に配置された第５のセンサー１５５と、ロータリーカッター５０の上流に配置された第６のセンサー１５６と、取り出しコンベア６０をモニタリングする第７のセンサー１５７とを含む。第４のセンサー１５４、第５のセンサー１５５および第６のセンサー１５６は、第１の溶着ユニット１０によりセパレータ帯１１および１２に幅方向（横方向）に形成された第１の溶着部分ｈ１を光学的に検出するセンサーである。

セパレータ帯１１および１２は、極板同士の短絡を防止するもので、電解液を保持する機能を備えてもよい。セパレータ帯１１および１２は、例えばポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン等から構成される微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって膜の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。セパレータは、ポリオレフィンなどの単層膜のみに限られず、ポリプロピレン層をポリエチレン層でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔膜と有機不織布などを積層したものも用いることができる。

セパレータ帯１１および１２を構成するこれらの素材は、溶着温度、たとえば１２０〜１４０℃以上に加熱されると、変色したり、不透明であったものが透光性を持つなどの変化を示す。したがって、第１の溶着部分ｈ１を、適当な光学センサーにより検出することが可能であり、第１の溶着部分ｈ１が通過したことを検出することにより、セパレータ帯１１および１２の移動速度をローカルであるいはリモートで検出できる。また、第１の溶着部分ｈ１が通過したことを検出することにより、ロータリーカッター５０で第１の溶着部分ｈ１を切断するタイミングを微調整することも可能である。

なお、リチウム電池用の電極体を構成する極板１３の１つは正極シート（正極板）であり、金属酸化物などの正極活物質に、カーボンブラックなどの導電材と、ポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョンなどの接着剤とを、重量比でたとえば１００：３：１０の割合で混合した正極活性材を、正極側集電体としてのアルミニウム箔などの金属箔の両面に塗着、乾燥させ、圧延したのち所定の大きさに切断したものである。正極活物質としては、例えばニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）などのリチウム複合酸化物や、カルコゲン（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）化物を挙げることができる。

極板１３の他の１つは負極シート（負極板）であり、負極活性材を、負極側集電体としてのニッケル箔或いは銅箔などの金属箔の両面に塗着、乾燥させ、圧延したのち所定の大きさに切断したものである。負極活性材は、例えば非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、または黒鉛などのように、正極活物質のリチウムイオンを吸蔵および放出する負極活物質に、有機物焼成体の前駆体材料としてのスチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンをたとえば固形分比１００：５で混合し、乾燥させたのち粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これに、アクリル樹脂エマルジョンなどの結着剤をたとえば重量比１００：５で混合したものである。極板１３、すなわち、正極シートまたは負極シートは、リチウム電池用に限定されず、他のタイプの電池であってもよく、燃料電池用の電極体であってもよい。

図２は袋詰め装置１のブロック図であり、袋詰め装置１は、第１の搬送ユニット１１０、第２の搬送ユニット１２０、第３の搬送ユニット１３０および袋詰めユニット１４０を構成する各装置を制御する制御ユニット２００を含む。制御ユニット２００は、ＣＰＵおよびメモリなどのコンピュータ資源を含み、プログラム（プログラム製品）により袋詰め装置１の各ユニットを制御する。制御ユニット２００は、極板１３を第１の溶着位置Ｐ１に適切なタイミングで極板フィーダ１３１により極板１３を送り込む極板供給制御機能（極板供給制御ユニット）２１０と、袋詰めユニット１４０の送り量を制御するドロー制御機能（ドロー制御ユニット）２２０とを含む。

極板供給制御機能２１０は、第３の搬送ユニット１３０を構成する機器を制御し、第１の溶着位置Ｐ１で第１のセパレータ帯１１および第２のセパレータ帯１２が溶着された直後に極板１３の先端１３ｅが第１の溶着位置Ｐ１に到達するように、極板フィーダ１３１により極板１３をＸ方向に搬送する。具体的には、極板供給制御機能２１０は、第３の搬送ユニット１３０のエア浮上テーブル１３５と極板フィーダ１３１との間の第２のゲート１３３を適切な時刻ｔ１に開ける。その結果、エア浮上テーブル１３５の上でエアー源１３４から供給されたエアーにより微小に浮上した状態でスタンバイしている極板１３が、極板フィーダ１３１に送り込まれる。極板フィーダ１３１に送り込まれた極板１３は、フィードローラー１３１ａおよび補助ローラー１３１ｃに挟み込まれた状態で加速され、Ｘ方向に搬送される。

第１の溶着ユニット１０のロータリーヒーター１６は、１または複数の溶着領域１６ａを含む。したがって、ロータリーヒーター１６の回転速度が事前に分かっていれば、所定の周期で第１の溶着位置Ｐ１において溶着（横溶着）が行われる。本例のロータリーヒーター１６は回転対称な位置（１８０度の位置）に２つの溶着領域１６ａを含み、ロータリーヒーター１６が半回転する度に溶着が行われ、第１および第２のセパレータ帯１１および１２が溶着され、幅方向に延びた第１の溶着部分ｈ１が形成される。

極板供給制御機能２１０は、第２のゲート１３３が開いてから、極板１３が極板フィーダ１３１により搬送され、極板１３の先端１３ｅが第１の溶着位置Ｐ１に到達するまでの時間Ｔが予めセットされている。極板供給制御機能２１０は、第１の溶着ユニット１０で定期的に溶着が行われ、第１の溶着部分ｈ１が形成されるタイミング（時刻）より時間Ｔだけ前の時刻ｔ１に第２のゲート１３３を開いて、極板フィーダ１３１に極板１３を供給する。

その結果、第１の溶着位置Ｐ１で第１の溶着部分ｈ１が形成されるのとほとんど時間差のないタイミング（ほぼ同時または直後）で、極板１３の先端１３ｅが第１の溶着位置Ｐ１に到達する。その後、第１の溶着ユニット１０はロータリーヒーター１６の溶着領域１６ａ以外の場所と、サブローラー１８により、第１のセパレータ帯１１および第２のセパレータ帯１２を挟みこんだ状態でＸ方向に送り出す。したがって、極板１３は、第１の溶着部分ｈ１に先端１３ｅがほぼ当たった状態で第１のセパレータ帯１１および第２のセパレータ帯１２に挟み込まれ、第１のセパレータ帯１１および第２のセパレータ帯１２とともに下流の第２の溶着ユニット２０に向けて搬送される。

極板供給制御機能２１０は、第１の溶着位置Ｐ１へ供給された極板１３が第１および第２のセパレータ帯１１および１２とともに搬送されている状態を第３のセンサー１５３により確認する機能を含む。極板供給制御機能２１０は、さらに、第２のゲート１３３の上流における極板１３の状態（スタンバイ状況）を第２のセンサー１５２で確認する機能と、第１のゲート１３８の上流における極板１３の状態を第１のセンサー１５１で確認する機能とを含む。

第１の溶着位置Ｐ１の上流では、第１の搬送ユニット１１０のガイドローラー１１２により、第１のセパレータ帯１１が、極板１３が供給されるＸ方向に対して時計方向に角度θだけ傾いて供給される。また、第２の搬送ユニット１２０のガイドローラー１２２により、第２のセパレータ帯１２が、極板１３が供給されるＸ方向に対して反時計方向に角度θだけ傾いて供給される。したがって、この袋詰め装置１においては、第２のセパレータ帯１２は、第１の溶着位置Ｐ１へ、第１のセパレータ帯１１に対し、Ｙ方向（極板１３の供給方向と直交する方向）に角度２θをなすように供給され、極板１３は、第１の溶着位置Ｐ１へ、第１のセパレータ帯１１および第２のセパレータ帯１２の間で、それぞれに対しＹ方向に角度θをなすように供給される。

このため、袋詰め装置１において、極板１３は、第１の溶着位置Ｐ１へ到達するまでの間、第１のセパレータ帯１１および第２のセパレータ帯１２と接触することなく、第１のセパレータ帯１１および第２のセパレータ帯１２とは独立して第１の溶着位置Ｐ１へ搬送される。したがって、極板１３を、セパレータ帯１１および１２の搬送速度と異なる、早い速度で、セパレータ帯１１および１２が溶着される第１の位置Ｐ１へ送り込むことが可能となり、セパレータ帯１１および１２が溶着された位置、すなわち、第１の溶着部分ｈ１に当たるあるいは近接する位置に、精度よく極板１３を収めることができる。このため、袋状になったセパレータ帯１１および１２の中における極板１３の位置精度を向上できる。

図３（ａ）に、第１の溶着位置Ｐ１において溶着されたセパレータ帯１１および１２に極板１３が収納された様子を示している。第１の溶着部分ｈ１が第１の溶着位置Ｐ１において形成された直後に、極板１３は先端１３ｅが第１の溶着位置Ｐ１に到達するように送り込まれる。したがって、第１の溶着部分ｈ１と極板１３の先端１３ｅとの間隔Ｗｃを非常に狭くすることができ、たとえば、０．５ｍｍ以下にすることができる。第１の溶着部分ｈ１と極板１３の先端１３ｅとの間（クリアランス）を小さくすることにより、袋状になったセパレータ帯１１および１２の中における極板１３の位置精度を向上できる。たとえば、この袋詰め装置１において、第１の溶着部分ｈ１の幅（Ｘ方向の長さ）は約２．０ｍｍであり、隣り合う極板１３同士の間隔を３．０ｍｍ±０．５ｍｍに制御できる。

ドロー制御機能２２０は、第１の溶着ユニット１０、第２の溶着ユニット２０、フィルムフィーダ３０およびロータリーカッター５０のそれぞれのサーボモーター１７、２７、３２、５２の回転（送り量）を、ぞれぞれのユニット１０、２０、３０および５０において所定のドロー値（張りの程度）が得られるようにモーションコントロールする。たとえば、ドロー制御機能２２０は、ロータリーカッター５０のサーボモーター５２およびフィルムフィーダ３０のサーボモーター３２を、フィルムフィーダ３０のセパレータ帯１１および１２の送り速度に対して、ロータリーカッター５０の送り速度が若干早くなるように相対的に制御する。

同様に、ドロー制御機能２２０は、フィルムフィーダ３０のサーボモーター３２の速度、第２の溶着ユニット２０のサーボモーター２７の速度、第１の溶着ユニット１０のサーボモーター１７の速度を、上流の機器のセパレータ帯１１および１２の送り速度に対して下流の機器のセパレータ帯１１および１２の送り速度が大きくなるように相対的に制御する。ドロー制御機能２２０は、袋詰めユニット１４０の４つのサーボモーターのモーションコントロールをしてもよく、第１の搬送ユニット１１０のテンションコントローラー１１９のサーボモーター１１９ｃおよび第２の搬送ユニット１２０のテンションコントローラー１１９のサーボモーター１１９ｃを含めた、６つのサーボモーターのモーションコントロールをする機能を備えていてもよい。

ドロー制御機能２２０は、それぞれのユニット２０、３０および５０におけるセパレータ帯１１および１２の通過速度を第４のセンサー１５４、第５のセンサー１５５および第６のセンサー１５６により検出する機能を含む。これらのセンサー１５４〜１５６は、セパレータ帯１１および１２の中で色が変わった第１の溶着部分ｈ１を検出する。第１の溶着部分ｈ１は、セパレータ帯１１および１２に所定のピッチ（間隔）で形成されるので、第１の溶着部分ｈ１が検出される間隔（周期）を知ることにより、各ユニット２０、３０および５０におけるセパレータ帯１１および１２の速度（速度差）が判明する。このため、ドロー制御機能２２０は、各ユニット２０、３０および５０の間のセパレータ帯１１および１２に所定のドロー値（張力）が得られるようにドロー制御することができる。

袋詰めユニット１４０のサーボモーターをドロー制御することにより、袋詰めユニット１４０の各ユニット１０、２０、３０および５０を通過するセパレータ帯１１および１２には一定の張力が与えられる。したがって、セパレータ帯１１および１２は、極板１３を挟み込んだ状態で緩んだり撓んだり、さらには皺になったりすることなく、これらのユニット１０、２０、３０および５０の間を移動する。このため、袋状になったセパレータ帯１１および１２の内部における極板１３の位置精度を保持しながら、セパレータ帯１１および１２をロータリーカッター５０まで搬送できる。

図３（ｂ）に、第２の溶着ユニット２０により、セパレータ帯１１および１２の縁に沿って第２の溶着部分ｈ２を形成した状態を示している。第２の溶着ユニット２０のロータリーヒーター２６は、図２に示すように、セパレータ帯１１および１２の端（エッジ）の部分に当たる周方向に沿って設けられた溶着領域２６ａを含む。制御ユニット２００は、第２の溶着ユニット２０の上流の第４のセンサー１５４により、第１の溶着ユニット１０により形成された第１の溶着部分ｈ１を検出し、第１の溶着部分ｈ１に同期して第２の溶着ユニット２０により第２の溶着部分ｈ２を形成する溶着制御機能２１２を含む。

第１の溶着部分ｈ１を検出することにより、第２の溶着ユニット２０のサーボモーター２７がドロー制御されて速度が可変になっている場合であっても、セパレータ帯１１および１２の所定の場所に縦方向の第２の溶着部分ｈ２を形成できる。このため、セパレータ帯１１および１２に挟まれた極板１３を精度よく第１の溶着部分ｈ１および第２の溶着部分ｈ２で囲い、セパレータ帯１１および１２を袋化するとともに、袋状になったセパレータ帯１１および１２内の極板１３の位置精度を向上できる。セパレータから突き出る状態となる極板１３の端子部１３ａの側のセパレータ帯１１および１２の縁にも、セパレータ帯が延びた方向（縦方向）に溶着部分を形成してもよい。

図３（ｃ）に、ロータリーカッター５０により、セパレータ帯１１および１２が第１の溶着部分ｈ１のほぼ中心でカットされる様子を示している。制御ユニット２００は、ロータリーカッター５０の上流の第６のセンサー１５６により、第１の溶着ユニット１０により形成された第１の溶着部分ｈ１を検出し、第１の溶着部分ｈ１に同期してセパレータ帯１１および１２をカットするカッター制御機能２１４を含む。第１の溶着部分ｈ１を検出することにより、サーボモーター５２および上流のユニットのサーボモーターがドロー制御されて速度が可変になっている場合であっても、第１の溶着部分ｈ１の中央部分Ｃ１を認識し、その位置Ｃ１でセパレータ帯１１および１２をカットできる。

このため、図３（ｄ）に示すように、袋詰め装置１により、極板１３が袋状に加工されたセパレータ帯１１および１２に挟まれた、いわゆる袋入りの極板であって、寸法精度が高く、袋状のセパレータ内における極板の位置のばらつきの少ない製品１５を提供できる。

図４に、袋詰め装置１の制御方法をフローチャートにより示している。ステップ８１において、第１の溶着ユニット１０により第１の溶着位置Ｐ１で幅方向の溶着（横溶着）が行われるタイミングになると、ステップ８２において、極板供給制御機能２１０が第３の搬送ユニット１３０を制御し、極板フィーダ１３１を用いて極板１３を第１の溶着位置Ｐ１に送り込む。これにより、極板１３は、第１の溶着ユニット１０により形成される幅方向の第１の溶着部分ｈ１に先端１３ｅがほぼ当たるようセパレータ帯１１および１２の間に挿入され、セパレータ帯１１および１２内の所定の位置に精度よく（公差が少ない状態で）収納される。

ステップ８３において、ドロー値の調整が必要になると、ステップ８４においてドロー制御機能２２０は、袋詰めユニット１４０に属する各ユニット１０、２０、３０および５０のサーボモーターの速度を適宜制御する。ドロー制御機能２２０は、モーターの回転速度を制御してもよく、クラッチ、ギアなどを用いて各ユニットの搬送速度を制御してもよい。

ステップ８５において、第４のセンサー１５４による第１の溶着部分ｈ１の検出結果より、第２の溶着ユニット２０の搬送速度の調整が必要であれば、ステップ８６において、溶着制御機能２１２が第２の溶着ユニット２０のサーボモーター２７の搬送速度を制御する。これにより、第２の溶着ユニット２０は、第１の溶着部分ｈ１に対して所定の位置で、セパレータ帯１１および１２の端を溶着し、第２の溶着部分ｈ２を形成する。ステップ８６において第２の溶着ユニット２０の搬送速度を制御することによりステップ８３においてドロー値の調整が必要になれば、ステップ８４においてドロー制御機能２２０が各ユニットのサーボモーターを制御する。

ステップ８７において、第６のセンサー１５６による第１の溶着部分ｈ１の検出結果より、ロータリーカッター５０の搬送速度の調整が必要であれば、ステップ８８において、カッター制御機能２１４がロータリーカッター５０のサーボモーター５２の搬送速度を制御する。これにより、ロータリーカッター５０は、第１の溶着部分ｈ１の所定の位置でセパレータ帯１１および１２をカットし、外寸の精度および極板の位置精度の高い袋入りの極板１５を製造でき、この袋入りの極板１５を用いて電極体を形成し、リチウム電池を製造できる。

ステップ８８においてロータリーカッター５０の搬送速度を制御することによりステップ８３においてドロー値の調整が必要になれば、ステップ８４においてドロー調整機能２２０が各ユニットのサーボモーターを制御する。

なお、上記では、袋詰め装置１によりリチウムイオン電池用の電極体（セル）を製造するために適した袋入りの極板を製造する例を説明しているが、リチウムイオン電池に限らず、積層型の電極体を含む電池の製造に、この袋詰め装置１は好適である。また、セパレータに内蔵される極板は正極板に限らず、負極板であってもよい。

上記の袋詰め装置１においては、袋詰めユニット１４０に溶着ライン１４１に加えてカッティング部１４５を設け、袋入りの極板１５を極板単位で分離して製品として製造している。これに対し、カッティング部１４５を省略し、正極シートまたは負極シートを袋詰めしたセパレータ帯１１および１２の連続体を、負極シートまた正極シートを挟みながら折り重ねて電極体を製造する装置を提供することも可能であり、このような電極体の製造装置も本発明に含まれる。

また、カッティング部１４５に続いて、セパレータに袋詰めされカッティングされた正極シートまたは負極シートを、別途供給される負極シートまたは正極シートを積層して電極体を製造する装置を提供することも可能であり、このような積層装置も本発明に含まれる。

１袋詰め装置、１４０袋詰めユニット

Claims

第１のセパレータ帯を、第２のセパレータ帯との間に幅方向に延びる第１の溶着部分を形成する第１の位置へ供給する第１の搬送ユニットと、
前記第２のセパレータ帯を、前記第１の位置へ、前記第１のセパレータ帯に対し角度をなすように供給する第２の搬送ユニットと、
極板を、前記第１の位置へ、前記第１のセパレータ帯および前記第２のセパレータ帯の間で、それぞれに対し角度をなすように供給する第３の搬送ユニットとを有する装置。
請求項１において、前記第３の搬送ユニットは、前記極板を断続的に、前記第１の位置へ、前記第１のセパレータ帯および前記第２のセパレータ帯の搬送速度よりも高速で供給するフィーダを含み、さらに、
前記第１の位置で前記第１のセパレータ帯および前記第２のセパレータ帯が溶着された直後に前記極板の先端が前記第１の位置に到達するように、前記フィーダにより前記極板を供給する機能を含む制御ユニットを有する、装置。
請求項１または２において、前記第１の位置で前記第１の溶着部分を形成するロータリータイプの第１の溶着ユニットと、
前記第１の位置の下流の第２の位置で前記第１のセパレータ帯と前記第２のセパレータ帯と間に、少なくとも一方の縁に沿って延びる第２の溶着部分を形成するロータリータイプの第２の溶着ユニットと、
前記第２の位置の下流の第３の位置で前記第１のセパレータ帯および前記第２のセパレータ帯を搬送する搬送ローラーと、
前記第１の溶着ユニット、前記第２の溶着ユニットおよび前記搬送ローラーをドロー制御するユニットとを有する、装置。
請求項３において、前記第１の溶着部分の通過を検出するセンサー群を有し、
前記ドロー制御するユニットは、前記第１の溶着部分の通過によりドロー値を判断する機能を含む、装置。
請求項３または４において、前記第３の位置の下流の第４の位置で、前記第１の溶着部分を検出し、前記第１の溶着部分のほぼ中央で前記第１のセパレータ帯および前記第２のセパレータ帯をカットするカッターをさらに有する、装置。
第１のセパレータ帯を、第２のセパレータ帯との間に幅方向に延びる第１の溶着部分を形成する第１の位置へ供給する第１の搬送ユニットと、
前記第２のセパレータ帯を、前記第１のセパレータ帯に対し角度をなすように前記第１の位置へ供給する第２の搬送ユニットと、
極板を、前記第１の位置へ、前記第１のセパレータ帯および前記第２のセパレータ帯の間で、それぞれに対し角度をなすように供給する第３の搬送ユニットとを有し、
前記第３の搬送ユニットは、前記極板を断続的に、前記第１の位置へ、前記第１のセパレータ帯および前記第２のセパレータ帯の搬送速度よりも高速で供給するフィーダを含む装置の制御方法であって、
前記第１の位置で前記第１のセパレータ帯および前記第２のセパレータ帯が溶着された直後に前記極板の先端が前記第１の位置に到達するように、前記フィーダにより前記極板を供給することを含む、制御方法。
請求項６において、前記装置は、さらに、
前記第１の位置で前記第１の溶着部分を形成するロータリータイプの第１の溶着ユニットと、
前記第１の位置の下流の第２の位置で前記第１のセパレータ帯と前記第２のセパレータ帯と間に、少なくとも一方の縁に沿って延びる第２の溶着部分を形成するロータリータイプの第２の溶着ユニットと、
前記第２の位置の下流の第３の位置で前記第１のセパレータ帯および前記第２のセパレータ帯を搬送する搬送ローラーとを有し、
当該制御方法は、
前記第１の溶着ユニット、前記第２の溶着ユニットおよび前記搬送ローラーをドロー制御することを含む、制御方法。
極板を挟んだ状態で第１のセパレータ帯および第２のセパレータ帯が前記極板の周囲の少なくとも一部で溶着された部品を、第１の装置により製造することを含む電池の製造方法であって、
前記第１の装置は、第１のセパレータ帯を、第２のセパレータ帯との間に幅方向に延びる第１の溶着部分を形成する第１の位置へ供給する第１の搬送ユニットと、
前記第２のセパレータ帯を、前記第１のセパレータ帯に対し角度をなすように前記第１の位置へ供給する第２の搬送ユニットと、
前記極板を、前記第１の位置へ、前記第１のセパレータ帯および前記第２のセパレータ帯の間で、それぞれに対し角度をなすように供給する第３の搬送ユニットとを有し、さらに、前記第３の搬送ユニットは、前記極板を断続的に、前記第１の位置へ、前記第１のセパレータ帯および前記第２のセパレータ帯の搬送速度よりも高速で供給するフィーダを含み、
前記製造することは、
前記第１の位置で前記第１のセパレータ帯および前記第２のセパレータ帯が溶着された直後に前記極板の先端が前記第１の位置に到達するように、前記フィーダにより前記極板を供給することを含む、製造方法。
請求項８において、前記第１の装置は、さらに、
前記第１の位置で前記第１の溶着部分を形成するロータリータイプの第１の溶着ユニットと、
前記第１の位置の下流の第２の位置で前記第１のセパレータ帯と前記第２のセパレータ帯と間に、少なくとも一方の縁に沿って延びる第２の溶着部分を形成するロータリータイプの第２の溶着ユニットと、
前記第２の位置の下流の第３の位置で前記第１のセパレータ帯および前記第２のセパレータ帯を搬送する搬送ローラーとを有し、
前記製造することは、
前記第１の溶着ユニット、前記第２の溶着ユニットおよび前記搬送ローラーをドロー制御することを含む、製造方法。
請求項９において、前記製造することは、さらに、前記第３の位置の下流の第４の位置で、前記第１の溶着部分を検出し、前記第１の溶着部分のほぼ中央で前記第１のセパレータ帯および前記第２のセパレータ帯をカットすることを含む、製造方法。