JP2015210977A - 電極の搬送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極組立体の製造時間を短縮することができる電極の搬送方法を提供すること。
【解決手段】負極電極２１の搬送方法では、負極用テーブル３１上における移動開始位置に配置された吸着パット４２を負極電極２１に向けて下降させ、負極電極２１に対し予め規定された荷重が加わるまで基台４６を押し込む。そして、予め規定された荷重が負極電極２１に加わったタイミングでの移動開始位置からの吸着装置４１における基台４６の移動量を測定し、測定された移動量から負極電極２１の厚みを導出する。その後、負極電極２１を吸着装置４１で負極収納部に搬送する。
【選択図】図６

Description

本発明は、シート状の電極を、該電極の載置場所から目的の場所まで搬送する電極の搬送方法に関する。

ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの車両には、原動機となる電動機への供給電力を蓄える蓄電装置としてリチウムイオン電池などの二次電池が搭載されている。二次電池は、例えば両面に活物質層が形成された正極及び負極の電極がセパレータを間に挟んだ状態で積層された電極組立体を備える。

二次電池の製造時には、製造された各極の電極は、製造テーブルから各極の収納部に搬送され、収納される。その後、収納部に収納された各極の電極、及びセパレータが積層テーブルで積層され、電極組立体が形成される。製造された電極を、製造テーブルから収納部に搬送したり、収納部に収納された電極やセパレータを積層テーブルに搬送したりする際、電極やセパレータは、搬送装置に吸着される等して搬送される（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−５６６４８号公報

ところで、二次電池の製造において、電極が製造されてから電極組立体が完成するまでに要する時間を短縮することが望まれている。
本発明の目的は、電極組立体の製造時間を短縮することができる電極の搬送方法を提供することにある。

上記問題点を解決するための電極の搬送方法は、シート状の電極を、該電極の載置場所から目的の場所まで搬送する電極の搬送方法において、前記載置場所の上方における移動開始位置に配置された保持装置を、前記載置場所に載置された電極に向けて下降させ、電極に対し予め規定された荷重が加わるまで前記保持装置を押し込み、予め規定された荷重が電極に加わったタイミングでの前記移動開始位置からの保持装置の移動量を測定し、測定された移動量から電極の厚みを導出し、荷重を加えた後に、保持装置で保持した電極を載置場所から目的の場所まで搬送することを要旨とする。

これによれば、載置場所の上方に保持装置が位置した状態で、移動開始位置から保持装置を下降させ、保持装置を電極に対し押し込むと電極に荷重が加わる。そして、電極に加わる荷重を測定し、電極に対し規定された荷重が加わったタイミングで、保持装置の移動開始位置からの移動量を測定する。この移動量は電極の厚みに依存し、保持装置の移動量を把握することで電極の厚みを把握することができる。

よって、電極を載置場所から目的の場所まで搬送する工程において、その工程中に電極の厚みを把握することができる。すなわち、電極の搬送と、電極の厚み測定を同時に行うことができる。

電極組立体の製造においては、電極が製造されてから電極組立体が完成するまでに、電極組立体の積層方向への長さを把握する必要があり、今までは、例えば、電極の積層が完了した後に、電極組立体の積層方向への長さを実測していた。しかし、電極の搬送方法では、電極の搬送工程中に電極一枚毎に、その厚みを把握することができるため、把握した電極の厚みを、電極組立体の枚数分加算すれば、電極組立体の積層方向への長さを実測せずに把握することができる。よって、実測工程を減らすことができ、電極組立体の製造時間を短縮することができる。

また、電極の搬送方法について、前記保持装置は前記電極を吸着して保持する吸着面を有し、前記電極は前記吸着面によって押し込まれる。
これによれば、例えば、電極が湾曲していても、吸着面によって電極が押し込まれると、湾曲した電極を平坦状に均すことができる。このため、電極に対し、ほぼ等しく荷重を加えることができる。

また、電極の搬送方法について、前記荷重は、前記電極の複数箇所で測定されるのが好ましい。
これによれば、電極の面に沿って厚みがばらついていると、厚み毎に加わる荷重が異なる。複数箇所で荷重を測定することで、厚みのばらつきに基づいた荷重のばらつきを把握できる。よって、測定された複数の荷重の値から、電極に対する保持装置の押し込みを停止させるタイミングを好適なものとすることができる。

また、電極の搬送方法について、前記載置場所は、製造された電極が載置される場所であり、前記目的の場所は、製造された電極が複数収納される収納部であってもよい。
これによれば、製造された電極を収納部に搬送する工程中に、電極の厚みを把握することができる。よって、把握された電極の厚みが規定外の場合は、規定外の電極を収納部に搬送しないようにすることで、規定外の電極が収納部に収納されることを回避することができる。

本発明によれば、電極組立体の製造時間を短縮することができる。

実施形態の二次電池を示す斜視図。 電極組立体の構成要素を示す分解斜視図。 実施形態の電極搬送装置を示す平面図。 電極搬送装置の構成を示すブロック図。 吸着装置を示す側面図。 （ａ）は吸着装置が負極電極に接触した状態を示す側面図、（ｂ）は吸着装置を負極電極に押し込んだ状態を示す側面図。 負極電極を負極収納部に収納した状態を示す側面図。

以下、電極の搬送方法を具体化した一実施形態を図１〜図７にしたがって説明する。
図１に示すように、蓄電装置としての二次電池１０は、外観が角型をなす角型電池であり、リチウムイオン電池である。二次電池１０は、ケース１１内に電極組立体１２と電解液を有する。ケース１１は、有底四角筒状のケース本体１３と、当該ケース本体１３の開口部を閉塞する矩形平板状の蓋１４とからなる。電極組立体１２には、正極端子１６及び負極端子１７が電気的に接続される。正極端子１６及び負極端子１７には、ケース１１から絶縁するためのリング状の絶縁リング１８がそれぞれ取り付けられている。そして、正極端子１６と負極端子１７は、蓋１４からケース１１外に露出している。

図２に示すように、電極組立体１２は、後述する、袋状に接合された第１及び第２セパレータ２０ａ，２０ｂに正極電極１９を収納した、電極としてのセパレータ収納電極２０と、正極電極１９とは極性の異なる電極としての負極電極２１と、を有する。電極組立体１２は、規定枚数のセパレータ収納電極２０と、規定枚数の負極電極２１を交互に積層して層状とした構造である。

正極電極１９は、矩形シート状の正極金属箔（実施形態ではアルミニウム箔）２２と、正極金属箔２２の両面に設けられた正極活物質層２３と、を有する。正極電極１９は、その一辺に沿って活物質未塗工部２２ａを有し、活物質未塗工部２２ａは、正極活物質層２３が設けられず、かつ正極金属箔２２が露出した部分である。正極電極１９は、活物質未塗工部２２ａの一部に正極集電タブ２４を有する。正極集電タブ２４は、正極端子１６に電気的に接続される。

負極電極２１は、矩形シート状の負極金属箔（実施形態では銅箔）２５と、負極金属箔２５の両面に設けられた負極活物質層２６と、を有する。負極電極２１は、その一辺に沿って活物質未塗工部２５ａを有し、活物質未塗工部２５ａは、負極活物質層２６が設けられず、かつ負極金属箔２５が露出した部分である。負極電極２１は、活物質未塗工部２５ａの一部に負極集電タブ２７を有する。負極集電タブ２７は、負極端子１７に電気的に接続される。

セパレータは、互いに対峙する矩形シート状の第１セパレータ２０ａと矩形シート状の第２セパレータ２０ｂとから構成されている。第１セパレータ２０ａ及び第２セパレータ２０ｂは、何れも微多孔性フィルムからなる。第１セパレータ２０ａと第２セパレータ２０ｂは同サイズであり、正極電極１９よりも一回り大きなサイズである。セパレータ収納電極２０において、第１セパレータ２０ａと第２セパレータ２０ｂとは、溶着によって形成される接合部２９で接合されるとともに、第１セパレータ２０ａと第２セパレータ２０ｂは袋状に接合されている。また、正極電極１９の正極集電タブ２４は、第１セパレータ２０ａと第２セパレータ２０ｂの対向する面の間を通って第１セパレータ２０ａ及び第２セパレータ２０ｂの各端縁よりも突出している。

次に、電極搬送装置について説明する。
図３又は図４に示すように、電極搬送装置３０は、載置場所としての負極用テーブル３１を有し、負極用テーブル３１には、製造直後の負極電極２１が一枚だけ載置される。また、電極搬送装置３０は、目的の場所としての負極収納部３２を有し、負極収納部３２は、複数枚の負極電極２１を、負極集電タブ２７が同じ方向に揃った状態で積層して収納する。負極収納部３２は、矩形板状の底部３２ｂと、底部３２ｂから立設された複数本の規制棒３２ａと、を有する。規制棒３２ａは、負極電極２１の外形線に沿って配設されている。規制棒３２ａは、底部３２ｂ上に搬送された負極電極２１が、負極電極２１の面に沿う方向へ移動することを規制する。負極用テーブル３１と負極収納部３２は、後述する回動軸４４の周方向に沿って配置されている。

電極搬送装置３０は回動装置４５を有し、回動装置４５は、回動軸４４を回動可能に支持している。回動装置４５は、コントローラ５０に信号接続され、コントローラ５０によって回動装置４５の駆動が制御される。また、電極搬送装置３０は、モータ４９を有し、モータ４９の図示しないモータ軸には、ギヤ等を介して回動軸４４が連結されている。モータ４９は、コントローラ５０に信号接続され、コントローラ５０によってモータ４９の駆動が制御される。また、電極搬送装置３０は、回動軸４４の上端部に対し、基端部が連結されたアーム４３を有する。アーム４３は、その先端部が回動軸４４の径方向に沿って回動軸４４から離れた位置にある。電極搬送装置３０は、アーム４３の先端部に一体化された保持装置としての吸着装置４１を有する。吸着装置４１はコントローラ５０に信号接続され、コントローラ５０によって吸着装置４１の駆動が制御される。

そして、電極搬送装置３０では、回動装置４５によって回動軸４４を回動させることにより、アーム４３を介して、吸着装置４１を負極用テーブル３１と負極収納部３２の間で移動可能にする。また、電極搬送装置３０では、モータ４９によって回動軸４４を上下動させることにより、アーム４３を介して、吸着装置４１を負極用テーブル３１又は負極収納部３２に対し上下動させる。

図３及び図５に示すように、吸着装置４１は、矩形状の基台４６と、基台４６の下面に配置された矩形状の吸着パット４２と、基台４６と吸着パット４２を連結するコイルバネ４７とを有する。吸着パット４２の平面形状は、負極電極２１の平面形状と同じであり、吸着パット４２は、吸着面４２ａを下面に有する。吸着装置４１では、吸着パット４２の吸着面４２ａが減圧されることにより、吸着面４２ａに負極電極２１を吸着し、保持可能である。

吸着パット４２と基台４６とを連結するコイルバネ４７は、吸着パット４２の四隅付近に配置されるとともに、伸縮可能である。また、吸着装置４１は、各コイルバネ４７に対応した荷重センサ４８を基台４６に有し、荷重センサ４８は、コイルバネ４７の収縮量に基づき、コイルバネ４７に加わった荷重を検出する。そして、負極電極２１に対し吸着装置４１が押し込まれたとき、コイルバネ４７の収縮量に基づき、荷重センサ４８は負極電極２１に加わった荷重を検出する。

図４に示すように、荷重センサ４８はコントローラ５０に信号接続されている。荷重センサ４８は、検出した荷重をコントローラ５０に出力する。コントローラ５０は、４つの荷重センサ４８が検出した荷重の平均値が、予め規定された閾値に達したか否かを判定する。閾値は、負極電極２１の負極活物質層２６に加えることが可能な荷重の最大値より小さく設定されており、負極活物質層２６に過大な荷重が加わらないように閾値が設定されている。そして、コントローラ５０は、検出された４つの荷重の平均値が閾値に達すると、その旨の信号をモータ４９に出力する。

モータ４９は、ステッピングモータである。モータ４９は、コントローラ５０からパルス信号が与えられると、図示しないモータ軸が断続的なステップ増加分に応じて回転する。このため、与えられたパルスの増加分を把握することで、コントローラ５０は、モータ４９の回転角度を把握できる。よって、モータ４９に与えられたパルスの増加分を把握することで、コントローラ５０は、吸着装置４１における基台４６の移動量、言い換えると回動軸４４の移動量が把握できる。

また、コントローラ５０は、把握した吸着装置４１（基台４６）の移動量に基づき、負極電極２１の厚みを把握可能である。吸着装置４１における基台４６の移動量と、負極電極２１の厚みとは、予め実験等により相関関係が決められており、吸着装置４１における基台４６の移動量と、負極電極２１の厚みとの相関関係はコントローラ５０に予め記憶されている。そして、コントローラ５０は、把握した吸着装置４１における基台４６の移動量から、負極電極２１の厚みを導出し、把握する。コントローラ５０は、把握した負極電極２１の厚みが、規定外の場合は、その旨の信号を回動装置４５及びモータ４９に出力する。

なお、図示しないが、セパレータ収納電極２０を搬送する電極搬送装置も備え、セパレータ収納電極２０用の電極搬送装置は、負極電極２１用の電極搬送装置３０と構成が同じである。このため、負極電極２１の電極搬送装置３０において、負極用テーブル３１を正極用テーブル、負極収納部３２を正極収納部、負極電極２１をセパレータ収納電極２０と読みかえれば、セパレータ収納電極２０用の電極搬送装置の構造の説明となる。

次に、電極搬送装置３０による負極電極２１の搬送及び厚み測定について説明する。
コントローラ５０は回動装置４５を駆動させる。そして、回動装置４５によって、吸着装置４１を負極用テーブル３１の上方まで移動させ、吸着装置４１（吸着面４２ａ）を移動開始位置に配置する。なお、移動開始位置とは、吸着装置４１を最上部となる位置まで回動軸４４によって移動させた位置である。

次に、コントローラ５０はモータ４９及び吸着パット４２を駆動させる。そして、図６（ａ）に示すように、モータ４９によって、回動軸４４を下降させ、吸着装置４１の吸着パット４２を負極用テーブル３１に載置された負極電極２１に向けて接近させる。吸着パット４２の吸着面４２ａが負極電極２１に接触した状態で、吸着面４２ａの全面に負極電極２１を吸着させるため、さらにモータ４９によって回動軸４４を下降させると、吸着パット４２に対し基台４６が押し込まれ、吸着パット４２から負極電極２１に荷重が加わり始める。

すると、図６（ｂ）に示すように、コイルバネ４７が圧縮されていくとともに、荷重センサ４８により、負極電極２１に加わった荷重が検出される。そして、４つの荷重センサ４８によって、負極電極２１に加わった荷重が検出されるとともに、荷重センサ４８からコントローラ５０に向けて検出した荷重が出力される。コントローラ５０は、入力された４つの荷重の平均値を算出し、算出された平均値が閾値に達すると、その旨の信号をモータ４９に出力する。その信号が入力されたモータ４９は駆動を停止させ、回動軸４４の下降、すなわち基台４６の押し込みを停止させる。よって、コントローラ５０は、予め規定された荷重が負極電極２１に加わったタイミングでモータ４９を停止させる。

コントローラ５０は、移動開始位置から、モータ４９を停止させたタイミングまでの間に変位したモータ４９の回転角度、すなわち、吸着装置４１における基台４６の移動量をパルスの増加分から把握する。さらに、コントローラ５０は、把握した基台４６の移動量から負極電極２１の厚みを導出する。

その後、電極搬送装置３０では、コントローラ５０は、モータ４９によって、回動軸４４を上昇させ、吸着装置４１を上昇させ、吸着した負極電極２１を持ち上げる。そして、導出された負極電極２１の厚みが、規定の厚みの場合は、コントローラ５０は、回動装置４５及びモータ４９によって、吸着装置４１を負極収納部３２に移動させ、図７に示すように、負極電極２１を負極収納部３２に収納する。一方、導出された負極電極２１の厚みが、規定外の場合は、コントローラ５０は、回動装置４５及びモータ４９によって、吸着装置４１を負極収納部３２とは別の場所に移動させ、規定外の負極電極２１を破棄する。その後、電極搬送装置３０は、負極電極２１を負極用テーブル３１から負極収納部３２に搬送する動作を継続させる。

なお、セパレータ収納電極２０用の電極搬送装置によって、セパレータ収納電極２０が正極収納部に搬送されるとともに、搬送されるセパレータ収納電極２０の厚みが導出される。

その後、負極収納部３２に収納された負極電極２１と、正極収納部に収納されたセパレータ収納電極２０が、図示しない積層テーブル上で積層され、規定枚数の負極電極２１とセパレータ収納電極２０が積層されると電極組立体１２が製造される。

次に、電極組立体１２の積層方向への長さを把握する作業を行う。電極組立体１２の積層方向への長さは、電極搬送装置３０による負極電極２１の搬送時に把握された負極電極２１の厚みと、セパレータ収納電極２０の搬送時に把握されたセパレータ収納電極２０の厚みとから計算によって算出される。すなわち、導出された負極電極２１の厚みを枚数分加算するとともに、導出されたセパレータ収納電極２０の厚みを枚数分加算して電極組立体１２の積層方向への長さを算出する。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）負極電極２１又はセパレータ収納電極２０を吸着面４２ａに吸着して搬送するため、吸着装置４１の吸着面４２ａは、負極電極２１又はセパレータ収納電極２０に押し込まれる。この押し込み動作を利用して負極電極２１又はセパレータ収納電極２０の厚みを把握するようにした。したがって、負極電極２１又はセパレータ収納電極２０を搬送する工程において、その工程中に負極電極２１又はセパレータ収納電極２０の厚みを導出し、把握することができる。すなわち、負極電極２１又はセパレータ収納電極２０の搬送と、厚み測定を同時に行うことができる。よって、負極電極２１又はセパレータ収納電極２０の搬送と、厚み測定を別工程で行う場合と比べて電極組立体１２の製造時間を短縮することができる。

（２）負極電極２１又はセパレータ収納電極２０の搬送工程中に、負極電極２１又はセパレータ収納電極２０の厚みを導出可能とした。そして、搬送工程中に把握した厚みを利用して電極組立体１２の積層方向への長さを把握することができる。したがって、電極組立体１２が製造された後に、その積層方向への長さを実測する工程を減らし、電極組立体１２の製造時間を短縮することができる。

（３）吸着装置４１において、吸着パット４２は４つのコイルバネ４７によって基台４６と連結されている。このため、４つのコイルバネ４７の伸縮により、吸着面４２ａを負極電極２１又はセパレータ収納電極２０の面に倣わせることができ、負極電極２１又はセパレータ収納電極２０のほぼ全面に対して荷重を加えることができる。

（４）吸着装置４１は複数のコイルバネ４７及び荷重センサ４８を有する。このため、負極電極２１又はセパレータ収納電極２０に加わる荷重を複数箇所で測定することができ、厚みのばらつきに基づいた荷重のばらつきを把握できる。よって、測定された複数の荷重の値から、吸着装置４１の押し込みを停止させるタイミングを適格なものとすることができる。

（５）吸着装置４１は平面状の吸着面４２ａを有する。このため、湾曲した負極電極２１又はセパレータ収納電極２０であっても、吸着面４２ａで負極電極２１又はセパレータ収納電極２０を平面状に均すことができ、均された負極電極２１又はセパレータ収納電極２０に対し荷重を加えることができる。

（６）吸着装置４１における基台４６の移動量は、モータ４９に与えられるパルス信号から把握でき、その基台４６の移動量から負極電極２１又はセパレータ収納電極２０の厚みを簡単に把握することができる。そして、モータ４９は回動軸４４を介して吸着装置４１を軸方向へ移動させる機器であるため、部品点数を増やすことなく負極電極２１又はセパレータ収納電極２０の厚みを把握することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、荷重センサ４８で検出された４つの荷重の平均値が閾値（予め規定された荷重）に達したタイミングで、吸着装置４１における基台４６の移動量を測定するようにしたが、これに限らない。例えば、４つの荷重センサ４８で検出された荷重のうち、少なくとも一つが閾値に達したタイミングで、吸着装置４１における基台４６の移動量を測定するようにしてもよい。

○ コイルバネ４７及び荷重センサ４８の数、配置は適宜変更してもよい。
○ コイルバネ４７及び荷重センサ４８の代わりに、圧力センサを吸着面４２ａに設置し、圧力センサによって、負極電極２１又はセパレータ収納電極２０に加わる圧力を検出し、その圧力から荷重を検出するようにしてもよい。要は、荷重検出器は適宜変更してもよい。

○ 吸着装置４１（吸着面４２ａ）の移動開始位置は、吸着面４２ａが負極電極２１又はセパレータ収納電極２０に接触した位置でもよく、吸着装置４１（吸着面４２ａ）の移動開始位置は適宜変更してもよい。

○ 吸着装置４１における基台４６の移動量は、モータ４９に与えられるパルス信号から把握するのに限られず、その他のセンサ等によって検出してもよい。
○ コイルバネ４７の代わりにシリンダを用い、シリンダによって基台４６と吸着パット４２を連結し、シリンダにおけるピストンの変位量を磁気センサ等で検出し、ピストンの変位量から荷重及び基台４６の移動量を把握してもよい。

○ 負極電極２１又はセパレータ収納電極２０を保持する方法として吸着装置４１による吸着としたが、これに限らず、他の方法で負極電極２１又はセパレータ収納電極２０を保持してもよい。

○ 載置場所としての負極用テーブル３１から目的の場所である負極収納部３２まで負極電極２１を搬送する際に、負極電極２１の厚みを測定するようにしたが、これに限らない。例えば、載置場所として、収納部に載置された電極を、目的の場所としての積層テーブルに搬送する際に、収納部に載置された電極に荷重を加えつつ、その際の保持装置（吸着装置４１）の移動量を測定して、電極の厚みを把握するようにしてもよい。

○ 実施形態では、二次電池はリチウムイオン二次電池であったが、これに限られず、ニッケル水素等の他の二次電池であってもよい。
○ 正極電極１９は、正極金属箔２２の片面に正極活物質層２３が存在する構造でもよいし、負極電極２１は、負極金属箔２５の片面に負極活物質層２６が存在する構造でもよい。

○ 蓄電装置は、電気二重層コンデンサ等の他の蓄電装置であってもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）異なる極性の電極を互いに絶縁した状態で複数枚積層して電極組立体が製造され、導出された電極の厚みを枚数分加算して前記電極組立体の積層方向への長さを算出する電極の搬送方法。

２０…電極としてのセパレータ収納電極、２１…電極としての負極電極、３１…載置場所としての負極用テーブル、３２…目的の場所としての負極収納部、４１…保持装置としての吸着装置、４２ａ…吸着面。

Claims (4)

1. シート状の電極を、該電極の載置場所から目的の場所まで搬送する電極の搬送方法において、
   前記載置場所の上方における移動開始位置に配置された保持装置を、前記載置場所に載置された電極に向けて下降させ、電極に対し予め規定された荷重が加わるまで前記保持装置を押し込み、
   予め規定された荷重が電極に加わったタイミングでの前記移動開始位置からの保持装置の移動量を測定し、
   測定された移動量から電極の厚みを導出し、
   荷重を加えた後に、保持装置で保持した電極を載置場所から目的の場所まで搬送する電極の搬送方法。
2. 前記保持装置は前記電極を吸着して保持する吸着面を有し、前記電極は吸着面によって押し込まれる請求項１に記載の電極の搬送方法。
3. 前記荷重は、前記電極の複数箇所で測定される請求項１又は請求項２に記載の電極の搬送方法。
4. 前記載置場所は、製造された電極が載置される場所であり、前記目的の場所は、製造された複数の電極が積層された状態で収納される収納部である請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の電極の搬送方法。