JP2016143509A - 電極セパレータアッセンブリの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】袋状セパレータにタブが突出する状態で電極が収容されるとともに、袋状セパレータの4つの辺に形成された位置決め部で位置決め固定された電極セパレータアッセンブリの製造工程におけるマシンサイクルタイムを短縮する。
【解決手段】帯状の多孔質フィルム12に、電極(正極13)の3辺と当接する位置決め部(溶着部14a,14b)を形成して3辺で電極と当接する電極収容部16を形成する電極収容部形成工程と、電極収容部16に電極を挿入する電極挿入工程を備える。また、電極が挿入された状態の電極収容部16の残りの1つの辺を接合して電極を電極収容部16に固定する電極固定工程と、電極収容部16に電極が固定された後、袋状セパレータ18を帯状の多孔質フィルム12から切り離す袋状セパレータ切り離し工程とを備える。
【選択図】図3

Description

本発明は、電極セパレータアッセンブリの製造方法に係り、詳しくは袋状セパレータにタブが突出する状態で電極が収容されるとともに、袋状セパレータの4つの辺に形成された位置決め部で位置決め固定された電極セパレータアッセンブリの製造方法に関する。
二次電池やキャパシタのような蓄電装置は再充電が可能であり、繰り返し使用することができるため電源として広く利用されている。二次電池として、シート状の正極とシート状の負極が間にセパレータが介在する状態で積層された積層型の電極組立体を備えたものがある。シート状の正極及び負極は、矩形状の金属箔に活物質層が形成され、電極組立体からの電力の取り出しを行うためのタブを有する。
セパレータとして袋状のものを使用し、正極を袋状セパレータに収容して、正極及び負極を交互に積層した積層型の電極組立体もある。電池のスペース効率を高めるためには電極とセパレータのサイズの差をできるだけ小さくし、かつ袋状セパレータに収容された正極と、負極とが所定の位置関係で積層される必要がある。
電極セパレータアッセンブリの製造方法として、図8に示すように、2枚重ねた矩形の多孔質フィルムの4つのセパレータ辺51a,51b,51c,51dのうちの隣接した2つのセパレータ辺51b,51dに電極61の挿入口52を形成するように熱融着部53が形成された袋状セパレータ50を使用する方法が提案されている(特許文献1)。この方法では、熱融着部53が形成されてない2つのセパレータ辺51b,51dを挿入口52として電極61を図8に鎖線で示すように斜めに挿入した後、電極61を矢印方向に回動させて各熱融着部53で位置決めして真っ直ぐな状態に配置する。その後、セパレータ辺51bの挿入口52を分断する位置に抜け止め防止用の熱融着部55を形成する。その結果、電極61は、4つの辺の熱融着部53,55で位置決めされた状態で袋状セパレータ50に固定される。
特表2008−090824号公報
特許文献1の電極セパレータアッセンブリの製造方法では、2枚重ねた矩形の多孔質フィルムに熱融着部53を形成して1つずつ袋状セパレータ50を形成しては、その袋状セパレータ50に電極61を挿入した後、袋状セパレータ50の挿入口52を分断する位置に熱融着部55を形成している。そのため、電極セパレータアッセンブリの製造に時間がかかりすぎる。
本発明の目的は、袋状セパレータにタブが突出する状態で電極が収容されるとともに、袋状セパレータの4つの辺に形成された位置決め部で位置決め固定された電極セパレータアッセンブリの製造工程におけるマシンサイクルタイムを短縮することができる電極セパレータアッセンブリの製造方法を提供することにある。
上記課題を解決する電極セパレータアッセンブリの製造方法は、平面視矩形状の袋状セパレータに、端部にタブを有し、かつ平面視矩形状の電極が、前記電極のタブを、前記袋状セパレータから突出させた状態で収容されるとともに、前記袋状セパレータの4つの辺に形成された位置決め部で位置決め固定された電極セパレータアッセンブリの製造方法である。そして、帯状の多孔質絶縁材に、少なくとも前記電極の2辺と当接する前記位置決め部を形成して3辺で前記電極と当接する電極収容部を形成する電極収容部形成工程と、前記電極収容部に前記電極を挿入する電極挿入工程と、前記電極が挿入された状態の前記電極収容部の残りの1つの辺を接合して前記電極を前記電極収容部に固定する電極固定工程と、前記電極収容部に前記電極が固定された後、袋状セパレータを切り離す袋状セパレータ切り離し工程とを備える。
この構成によれば、電極収容部形成工程において、帯状の多孔質絶縁材に、3辺で電極と当接する電極収容部が形成され、電極挿入工程で電極収容部に電極が挿入される。電極固定工程では、電極が挿入された状態の電極収容部の残りの1つの辺を接合して電極を電極収容部に固定する。袋状セパレータ切り離し工程では、電極収容部に電極が固定された後、袋状セパレータを切り離す。そのため、個片の袋状セパレータを形成した後、個片の袋状セパレータに電極を挿入し、その後、位置決め固定用の位置決め部を形成する方法と異なり、電極挿入工程、電極固定工程、袋状セパレータ切り離し工程の作業を並行して行うことが可能になる。したがって、袋状セパレータにタブが突出する状態で電極が収容されるとともに、袋状セパレータの4つの辺に形成された位置決め部で位置決め固定された電極セパレータアッセンブリの製造工程におけるマシンサイクルタイムを短縮することができる。
前記位置決め部の形成は、ローラによる熱溶着で連続的に行われることが好ましい。位置決め部の形成は、ローラによる熱溶着に限らず熱板溶着や、接着剤を用いた接着や、レーザー溶着等でも可能である。しかし、ローラによる熱溶着の方が、装置が簡単で、低コストで位置決め部を形成することができる。
隣接する前記電極収容部の間の位置決め部は同時に形成され、前記袋状セパレータ切り離し工程において前記位置決め部の中心部分で切り離されることが好ましい。帯状の多孔質絶縁材に、電極収容部を隣接して形成する場合、各電極収容部を構成する位置決め部をそれぞれ独立して形成することもできるが、隣接する位置決め部を一体形成する方が複数の位置決め部を効率良く形成することができる。
本発明によれば、袋状のセパレータにタブが突出する状態で電極が収容されるとともに、セパレータの4つの辺に形成された位置決め部で位置決め固定された電極セパレータアッセンブリの製造工程におけるマシンサイクルタイムを短縮することができる。
第1の実施形態の電極セパレータアッセンブリ製造装置の部分概略斜視図。 (a)は電極の3辺と当接する位置決め部を形成するローラの概略斜視図、(b)は残りの1辺に位置決め部を形成するローラの概略斜視図。 (a)〜(f)は電極セパレータアッセンブリの製造手順を示す模式図。 第2の実施形態における製造装置の部分概略斜視図。 (a)〜(c)は袋状セパレータへの電極の挿入及び抜け止め用の位置決め部を形成する手順を示す模式図。 (a)は別の実施形態の多孔質フィルムの模式斜視図、(b)は位置決め部が形成された状態の模式正面図。 (a)は別の実施形態の多孔質フィルムの模式斜視図、(b)は位置決め部が形成された状態の模式正面図。 従来技術の袋状セパレータに電極を挿入する状態を示す図。
(第1の実施形態)
以下、本発明を具体化した第1の実施形態を図1〜図3にしたがって説明する。
この実施形態では、電極収容部形成工程と、電極挿入工程と、電極固定工程と、袋状セパレータ切り離し工程とが連続して順に行われる。電極収容部形成工程は、帯状の多孔質絶縁材に、電極の3辺と当接する位置決め部を形成して3辺で電極と当接する電極収容部を形成する。電極挿入工程は、電極収容部形成工程で形成された電極収容部に電極を挿入する。電極固定工程は、電極が挿入された状態の電極収容部の残りの1つの辺を接合して電極を電極収容部に固定する。袋状セパレータ切り離し工程は、電極収容部に電極が固定された後、袋状セパレータを切り離す。
図1に示すように、電極収容部形成工程、電極挿入工程、電極固定工程及び袋状セパレータ切り離し工程を順に行う装置は、一対の第1の溶着ローラ11を備えている。両第1の溶着ローラ11は、帯状の多孔質絶縁材としての多孔質フィルム12の幅の約2/3の長さに形成されるとともに、上下方向に延びる状態で配置されている。
図1及び図2(a)に示すように、第1の溶着ローラ11には、下端の外周に沿って環状突部11aが形成され、環状突部11aに連続して、上端が第1の溶着ローラ11の上端まで延びる直線突部11bも形成されている。一対の第1の溶着ローラ11は、環状突部11a及び直線突部11bが加熱された状態で同期して回転され、重ねられた状態で一対の第1の溶着ローラ11間を通過する2枚の多孔質フィルム12を環状突部11a及び直線突部11bで押圧しつつ下流側へ送り出すようになっている。
環状突部11aは、重ねられた状態で両第1の溶着ローラ11の間に導入される2枚の多孔質フィルム12の幅方向の下端を溶着して、電極としての正極13に対して、タブ13aの突出側の辺と反対側の辺に当接する位置決め部としての溶着部14aを形成するようになっている。正極13は、金属箔の両面に活物質層(図示せず)が形成されている。
直線突部11bは、第1の溶着ローラ11が1回転することにより、多孔質フィルム12に、下端が溶着部14aの一端に連続した状態で多孔質フィルム12の幅方向に延びる溶着部14b、即ち溶着部14aに対して直角に延びる溶着部14bを間欠的に形成するようになっている。溶着部14aが、正極13のタブ13aの突出辺と反対側の辺と当接する位置決め部を構成し、溶着部14bが正極13のタブ13aの突出辺を挟む2辺と当接する位置決め部を形成する。直線突部11bの幅は環状突部11aの幅の2倍に形成されている。図3に示すように、溶着部14a,14bにより囲繞された部分が電極収容部16となる。
第1の溶着ローラ11より多孔質フィルム12の移動方向下流側には、一対の第2の溶着ローラ15が設けられている。第2の溶着ローラ15は、多孔質フィルム12の幅の1/2より短い長さに形成されるとともに、図2(b)に示すように、上端には突条15aが、タブ13aの幅より若干広い間隔Δを開けてほぼ全周にわたって延びるように形成されている。突条15aの幅は、環状突部11aの幅と同じに形成されている。
突条15aは、第2の溶着ローラ15が1回転することにより、多孔質フィルム12に、正極13のタブ13aを避けて、タブ13aの突出する側の辺と当接する位置決め部としての溶着部14cを形成するようになっている。
第1の溶着ローラ11及び第2の溶着ローラ15に挟まれた領域の上方には、多孔質フィルム12に形成された電極収容部16に正極13を挿入するためのガイド部材17が設けられている。ガイド部材17は、下端が電極収容部16から離脱した待機位置(図1に示す位置)と、下端が電極収容部16に挿入される下降位置とに昇降可能に設けられている。
第2の溶着ローラ15の多孔質フィルム12の移動方向下流側には、電極収容部16に正極13が挿入され、溶着部14cが形成された袋状セパレータ18を切り離す切り離し装置19が設けられている。切り離し装置19は、レーザー切断により多孔質フィルム12を溶着部14bの中心部分において切断して、正極13が電極収容部16に収容された袋状セパレータ18を多孔質フィルム12から切り離すようになっている。
次に前記のように構成された装置による電極セパレータアッセンブリの製造方法を説明する。
袋状セパレータ18を形成する材料となる2枚の帯状の多孔質フィルム12は、図示しない2個のアンコイラーから繰り出された後、合わされた状態で第1の溶着ローラ11間に導入される。そして、両第1の溶着ローラ11の回転に伴い、図3(a)に示すように、多孔質フィルム12上に溶着部14a,14bが形成される。そして、溶着部14a,14bにより囲繞された領域が、正極13のタブ13aの突出辺以外の3辺と当接して正極13を位置決めした状態で収容する電極収容部16となる。
次に図3(a),(b)に示すように、電極収容部16の上方から正極13が、電極収容部16に挿入される。正極13は、タブ13aの突出側の辺と反対側の辺から電極収容部16に挿入される。図3(c)に示すように、正極13はタブ13aの一部が電極収容部16から突出する状態で電極収容部16に収容される。
次に第1の溶着ローラ11及び第2の溶着ローラ15が同期して回転駆動され、図3(d)に示すように、正極13が収容された電極収容部16の上側に、正極13のタブ13a突出側の辺と当接して正極13の位置決めを行う溶着部14cが形成される。即ち、電極収容部16に正極13が収容され、かつ電極収容部16の上側に、正極13のタブ13a突出側の辺と当接して正極13の位置決めを行う溶着部14cが形成された袋状セパレータ18が形成される。また、正極13が収容された電極収容部16と隣接して、新たに電極収容部16が形成される。
次に前記と同様にして電極収容部16に正極13が挿入された後、第1の溶着ローラ11及び第2の溶着ローラ15が同期して回転駆動される。そして、図3(e)に示すように、多孔質フィルム12には、正極13が収容され、かつ電極収容部16の上側に、正極13のタブ13a突出側の辺と当接して正極13の位置決めを行う溶着部14cが形成された袋状セパレータ18が2個連続した状態となる。この状態で、多孔質フィルム12の先端側(図3の左側)に位置する1個の袋状セパレータ18が多孔質フィルム12から切り離されて、図3(f)に示すように、電極セパレータアッセンブリ20が完成する。
即ち、電極セパレータアッセンブリ20は、平面視矩形状の袋状セパレータ18に、端部にタブ13aを有し、かつ平面視矩形状の電極(正極13)が、電極のタブ13aを、袋状セパレータ18から突出させた状態で収容されるとともに、袋状セパレータ18の4つの辺に形成された位置決め部(溶着部14a,14b,14c)で位置決め固定されている。
以下、同様にして、多孔質フィルム12に袋状セパレータ18が2個連続した状態となると、多孔質フィルム12の先端側に位置する1個の袋状セパレータ18が多孔質フィルム12から切り離されて、電極セパレータアッセンブリ20が形成される。完成した電極セパレータアッセンブリ20は、次工程の電極組立体製造工程に順次搬送されて、負極と交互に積層されて積層型の電極組立体が形成される。
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
(1)電極セパレータアッセンブリ20の製造方法は、袋状セパレータ18にタブ13aが突出する状態で正極13が収容されるとともに、袋状セパレータ18の4つの辺に形成された位置決め部(溶着部14a,14b,14c)で位置決め固定された電極セパレータアッセンブリ20の製造方法である。そして、帯状の多孔質絶縁材(多孔質フィルム12)に、正極13の3辺と当接する位置決め部(溶着部14a,14b)を形成して3辺で正極13と当接する電極収容部16を形成する電極収容部形成工程と、電極収容部16に正極13を挿入する電極挿入工程を備える。また、正極13が挿入された状態の電極収容部16の残りの1つの辺を接合して正極13を電極収容部16に固定する電極固定工程と、電極収容部16に正極13が固定された後、袋状セパレータ18を切り離す袋状セパレータ切り離し工程とを備える。
この構成によれば、個片の袋状セパレータを形成した後、個片の袋状セパレータに電極を挿入し、その後、位置決め固定用の位置決め部を形成する方法と異なり、電極挿入工程、電極固定工程、袋状セパレータ切り離し工程の作業を並行して行うことが可能になる。したがって、袋状セパレータ18にタブ13aが突出する状態で正極13が収容されるとともに、袋状セパレータ18の4つの辺に形成された位置決め部(溶着部14a,14b,14c)で位置決め固定された電極セパレータアッセンブリ20の製造工程におけるマシンサイクルタイムを短縮することができる。
(2)電極収容部形成工程と、電極挿入工程と、電極固定工程と、袋状セパレータ切り離し工程とが連続して行われる。したがって、各工程を切り離して行う場合に比べて、設備を設けるスペースを小さくすることができる。
(3)袋状セパレータ切り離し工程で1個ずつ切り離されて製造された電極セパレータアッセンブリ20は、次工程の電極組立体工程へ順次搬送されて電極組立体が形成される。したがって、製造された電極セパレータアッセンブリ20を一時保管する保管場所を確保する必要がない。
(4)位置決め部(溶着部14a,14b,14c)の形成は、ローラ(第1の溶着ローラ11、第2の溶着ローラ15)による熱溶着で連続的に行われる。位置決め部の形成は、ローラによる熱溶着に限らず熱板溶着や、接着剤を用いた接着や、レーザー溶着等でも可能である。しかし、ローラによる熱溶着の方が、装置が簡単で、低コストで位置決め部を形成することができる。
(5)隣接する電極収容部16の間の位置決め部(溶着部14b)は同時に形成され、袋状セパレータ切り離し工程において位置決め部の中心部分で切り離される。帯状の多孔質絶縁材に、電極収容部16を隣接して形成する場合、各電極収容部16を構成する位置決め部(溶着部14a,14b)をそれぞれ独立して形成することもできるが、隣接する位置決め部を一体形成する方が複数の位置決め部を効率良く形成することができる。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態を図4及び図5にしたがって説明する。この実施形態では、電極収容部形成工程が別に設けられ、正極13の3辺と当接する電極収容部16が複数形成された多孔質フィルム12の電極収容部16に、順次正極13を挿入する点が第1の実施形態と大きく異なっている。第1の実施形態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
図4及び図5に示すように、電極収容部16は、正極13を帯状の多孔質フィルム12の長手方向から挿入するように挿入口21が形成されている。電極収容部16は、正極13のタブ13a突出側の辺及びタブ13a突出側の辺と反対側の辺に挟まれた辺と当接して位置決めする位置決め部としての溶着部22aと、溶着部22aの両端に連続して多孔質フィルム12の長手方向に延びる2つの溶着部22bとで構成されている。挿入口21は、溶着部22a,22bが形成された後、2枚の多孔質フィルム12の一方の多孔質フィルム12を幅方向に切断することにより形成されている。
電極収容部16が形成された多孔質フィルム12は、図示しない供給リールから供給されるとともに、図4に示すように、ガイドローラ23により移動方向がほぼ垂直下方へ向かうように案内されるようになっている。ガイドローラ23の上方には、正極13を電極収容部16へ挿入するガイド部材24が設けられている。
図5(a)に示すように、正極13は、タブ13aが2枚の多孔質フィルム12の幅方向から突出する状態で電極収容部16に挿入される。その後、図5(b)に示すように、タブ13aが溶着部22bの先端と当接し、かつタブ13aの突出側の辺を挟んだ2辺のうちの一方の辺が溶着部22aと当接した状態で、他方の辺と当接するように溶着部22cが形成されて袋状セパレータ18が形成される。また、図5(b),(c)に示すように、それと並行して次の電極収容部16に対して正極13が挿入される。そして、第1の実施形態と同様に、袋状セパレータ18が順次多孔質フィルム12から切り離されて電極セパレータアッセンブリが形成される。
この実施形態では、第1の実施形態における(1)と同様の効果が得られる。また、製造された電極セパレータアッセンブリを次工程の電極組立体工程へ順次搬送して電極組立体を形成すれば、(3)と同様の効果が得られる。また、多孔質フィルム12に複数の電極収容部16を別工程で形成するため、電極収容部16を製造する方法の自由度が大きくなる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 電極セパレータアッセンブリ20の製造方法は、2枚の帯状の多孔質絶縁材(多孔質フィルム12)に電極の3辺と当接する位置決め部(溶着部14a,14b)を形成する方法に限らない。例えば、図6(a)に示すように、1枚の帯状の多孔質フィルム12をその幅方向の中心において長手方向に沿って2つに折り曲げた物を使用する。そして、図6(b)に示すように、多孔質フィルム12の長手方向と直交する状態で溶着部14bを所定間隔で形成する。この場合、隣接する溶着部14bと、多孔質フィルム12の折り曲げ部12aが正極13のタブ13a突出側と反対側の辺と当接して位置決めを行う位置決め部を構成する。そして、溶着部14bと折り曲げ部12aで囲繞された領域が電極収容部16となる。正極13は、一辺が折り曲げ部12aに位置決めされ、2辺が溶着部14bに位置決めされた状態で電極収容部16に収容され、タブ13a突出側の辺が溶着部14cと当接して位置決め固定される。
○ 図6(a)に示すように、1枚の帯状の多孔質フィルム12をその幅方向の中心において長手方向に沿って2つに折り曲げた物を使用する場合、図6(b)に示すように、予め多孔質フィルム12に多数の溶着部14bを所定間隔で形成する代わりに、第1の実施形態のように順次溶着部14bを形成するようにしてもよい。
○ 第2の実施形態のように、正極13を帯状の多孔質フィルム12の長手方向から挿入するように挿入口21が形成されている電極収容部16を隣接して設ける場合にも、1枚の帯状の多孔質フィルム12をその幅方向の中心において長手方向に沿って2つに折り曲げた物を使用してもよい。例えば、図7(a)に示すように、2つに折り曲げた多孔質フィルム12に所定間隔で切れ目12bを幅方向全長にわたって形成する。そして、図7(b)に示すように、折り曲げ部12aと対向する側で正極13と当接して位置決めを行う溶着部22bと、溶着部22bと連続して多孔質フィルム12の幅方向に延びる溶着部22aとを形成して、電極収容部16を構成してもよい。
○ 袋状セパレータ18の溶着部14cがタブ13aの基端を覆う状態で溶着されてもよい。
○ 溶着部14a,14b,14cは連続的に形成された物に限らず、断続的に形成されてもよい。
○ 溶着部14a,14b,14cは、正極13の位置決めができればよく、2点以上で正極13と当接すればよい。例えば、正極13の挿入方向に沿って形成された溶着部14bの長さは、正極13の挿入補の長さの1/3程度であってもよい。
○ 正極13を袋状セパレータ18に収容する代わりに、負極を袋状セパレータ18に収容してもよい。
○ 位置決め部(溶着部14a,14b,14c)の形成は、2枚の多孔質フィルム12を接合して電極(正極13又は負極)の位置決めを行うことができればよく、ローラ(第1の溶着ローラ11、第2の溶着ローラ15)による熱溶着で連続的に行われる方法に限らない。例えば、熱板溶着や、接着剤を用いた接着や、レーザー溶着で形成してもよい。
○ 二つ折りにした多孔質フィルム12を使用する場合にも、折り曲げ部12aに沿って溶着部14aを形成してもよい。
○ 帯状の多孔質絶縁材は多孔質フィルムに限らず、多孔質のセラミックシートであってもよい。この場合、位置決め部は接着剤を使用した接着で形成される。
○ 電極(正極13及び負極)は、金属箔の少なくとも一方の面に活物質層が存在すればよく、金属箔の両面に活物質層を有する構成に限らず、金属箔の片面に活物質層を有する構成であってもよい。
○ 電極は、二次電池に限らず、例えば、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のようなキャパシタに使用してもよい。
以下の技術的思想(発明)は前記実施形態から把握できる。
(1)帯状の多孔質絶縁材として長手方向に沿って2つに折り曲げた多孔質フィルムを使用する請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の電極セパレータアッセンブリの製造方法。
11…ローラとしての第1の溶着ローラ、12…多孔質絶縁材としての多孔質フィルム、13…電極としての正極、13a…タブ、14a,14b,14c…位置決め部としての溶着部、15…ローラとしての第2の溶着ローラ、16…電極収容部、18…袋状セパレータ、20…電極セパレータアッセンブリ。

Claims (3)

  1. 平面視矩形状の袋状セパレータに、端部にタブを有し、かつ平面視矩形状の電極が、前記電極のタブを、前記袋状セパレータから突出させた状態で収容されるとともに、前記袋状セパレータの4つの辺に形成された位置決め部で位置決め固定された電極セパレータアッセンブリの製造方法であって、
    帯状の多孔質絶縁材に、少なくとも前記電極の2辺と当接する前記位置決め部を形成して3辺で前記電極と当接する電極収容部を形成する電極収容部形成工程と、
    前記電極収容部に前記電極を挿入する電極挿入工程と、
    前記電極が挿入された状態の前記電極収容部の残りの1つの辺を接合して前記電極を前記電極収容部に固定する電極固定工程と、
    前記電極収容部に前記電極が固定された後、前記袋状セパレータを前記帯状の多孔質絶縁材から切り離す袋状セパレータ切り離し工程と
    を備えることを特徴とする電極セパレータアッセンブリの製造方法。
  2. 前記位置決め部の形成は、ローラによる熱溶着で連続的に行われる請求項1に記載の電極セパレータアッセンブリの製造方法。
  3. 隣接する前記電極収容部の間の位置決め部は同時に形成され、前記袋状セパレータ切り離し工程において前記位置決め部の中心部分で切り離される請求項1又は請求項2に記載の電極セパレータアッセンブリの製造方法。
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