JP2017041323A - 搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セパレータに打痕が生じることを抑制すること。【解決手段】搬送装置４１は、浮揚部４２と、搬送部５１とを備えている。浮揚部４２は、振動板４３と、振動を発生させる２つの振動子４４と、各振動子４４で発生された振動を増幅させつつ、振動板４３へ伝達する２つのホーン４５とを備え、振動板４３上の電極収納セパレータ２７を放射圧によって浮揚させる。搬送部５１は、吸着部５５と、吸着部５５を昇降させる昇降部５６とを備える。吸着部５５は、吸引によって電極収納セパレータ２７を吸着する。【選択図】図３

Description

本発明は、セパレータを搬送する搬送装置に関する。

二次電池では、活物質が塗布されたシート状の正極電極及び負極電極が間にセパレータが介在する状態で層をなすように積層された電極組立体がケースに収容されている。正極電極及び負極電極を積層して電極組立体を製造する電極積層装置としては、例えば、特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の電極積層装置は、正極電極、負極電極、及び、セパレータが積層される積層ステージを備えている。また、電極積層装置は正極電極及び負極電極を吸着して搬送する搬送部と、積層ステージを中心としてテープ状セパレータを往復移動させるセパレータ往復部とを備えている。搬送部は、吸着部を有しており、吸着部は吸引によって正極電極と負極電極とを吸着する。搬送部により高速で搬送を行う場合、吸着部による正極電極及び負極電極の吸着を短縮化するために、吸着部を正極電極及び負極電極に押し付けて吸着を行う。搬送部は、吸着部に吸着された正極電極及び負極電極を積層テーブルに交互に搬送していく。セパレータ往復部は、正極電極及び負極電極が積層される毎にテープ状セパレータを折り返し、これにより、正極電極と負極電極の間に連続的なセパレータが介在された状態で電極が積層される。

特開２０１０−１０２８７１号公報

ところで、正極電極と負極電極との間にセパレータが１枚ずつ介在された電極組立体を製造する場合、正極電極及び負極電極と同様に、セパレータを１枚ずつ吸着して搬送する必要がある。また、正極電極及び負極電極を積層するとき以外でも、電極組立体の製造時には、所定の形状に加工したセパレータを所定位置に搬送することがある。正極電極及び負極電極に比べてセパレータは軟らかいため、正極電極及び負極電極と同じように、セパレータに吸着部を押しつけると打痕が生じるおそれがある。セパレータに打痕が生じると、セパレータにイオン析出が生じる原因となる。

本発明の目的は、セパレータに打痕が生じることを抑制する搬送装置を提供することにある。

上記課題を解決する搬送装置は、セパレータ載置部上に載置されたセパレータを搬送先へ搬送する搬送装置であって、前記セパレータを吸引によって吸着する吸着部と、前記セパレータ載置部に対して前記吸着部を昇降させる昇降部と、前記吸着部を前記セパレータ載置部と前記搬送先との間で移動させる移動部と、前記セパレータ載置部に載置された前記セパレータに向けて放射圧を加えることで前記セパレータを前記セパレータ載置部から浮揚させる浮揚部と、を備える。

これによれば、吸着部にセパレータを吸着させる際には、昇降部によって吸着部をセパレータ載置部に向けて下降させて吸着部をセパレータに押し付ける。セパレータは浮揚部から加えられる放射圧によって浮揚し、セパレータとセパレータ載置部との間には空間が存在している。このため、下降してきた吸着部から下方に向けた力がセパレータに加わっても、セパレータは下方に移動することができる。このため、下降してきた吸着部によってセパレータがセパレータ載置部に押し付けられにくく、吸着部からの力がセパレータに加わりにくい。この結果、セパレータに打痕が生じることを抑制することができる。

上記搬送装置について、前記セパレータは、電極を収納した電極収納セパレータでもよい。
電極収納セパレータは、電極セパレータよりも硬い電極を収納している。このため、吸着部が電極収納セパレータに押し付けられたときに、電極収納セパレータの変形が電極によって規制される。電極収納セパレータが浮揚していない状態で吸着部が押し付けられると、電極収納セパレータが変形しにくく打痕が生じやすいが、電極収納セパレータを浮揚させてから吸着を行うことで、電極収納セパレータが変形しにくくても電極収納セパレータが下方に移動できるため打痕が生じにくい。

本発明によれば、セパレータに打痕が生じることを抑制することができる。

二次電池の斜視図。 電極組立体の分解斜視図。 搬送装置の概略構成図。 吸着パッドの下面を示す平面図。 （ａ）及び（ｂ）は搬送装置の作用図。

以下、搬送装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、二次電池１０は、例えばリチウムイオン二次電池である。二次電池１０は、電極組立体２０と、図示しない電解液と、電極組立体２０及び電解液を収容しているケース２８と、電極組立体２０と電気を授受するための２つの端子２９とを備えている。

図２に示すように、電極組立体２０は、複数の正極電極２１と、複数の負極電極２２と、複数の袋状セパレータ２６と、を備えている。電極組立体２０は、正極電極２１と負極電極２２とが袋状セパレータ２６によって相互に絶縁された状態で積層されることで構成されている。

正極電極２１及び負極電極２２は、四角状の金属箔２３を備えている。正極電極２１の金属箔２３は、例えばアルミニウム箔である。負極電極２２の金属箔２３は、例えば銅箔である。金属箔２３の一辺にはタブ部２５が突出する状態で設けられている。正極電極２１及び負極電極２２は、金属箔２３の両面に活物質層２４を備えている。活物質層２４は、それぞれの極性用の活物質、バインダ、及び導電剤などを含有している。

正極電極２１は、袋状セパレータ２６に収容されている。袋状セパレータ２６は、第１セパレータ片２６ａと、第２セパレータ片２６ｂとを備えている。各セパレータ片２６ａ，２６ｂは、多孔質な絶縁体である。第１セパレータ片２６ａにおける正極電極２１の縁からはみ出した周縁部と、第２セパレータ片２６ｂにおける正極電極２１の縁からはみ出した周縁部とは、相互に熱溶着されている。タブ部２５は、袋状セパレータ２６の縁部から突出している。以下の説明において、正極電極２１を収納した状態の袋状セパレータ２６を電極収納セパレータ２７として説明を行う。

上記した電極組立体２０を製造するときには、まず、正極電極収納装置にて袋状セパレータ２６に電極としての正極電極２１を収納して電極収納セパレータ２７を製造した後、電極収納セパレータ２７と、負極電極２２とを交互に積層する。電極収納セパレータ２７と負極電極２２とを積層するときには、複数の電極収納セパレータ２７が載置された正極載置部と、複数の負極電極２２が載置された負極載置部から、電極収納セパレータ２７と負極電極２２とを交互に搬送し、積層を行う。本実施形態の搬送装置は、正極電極収納装置から、正極載置部にセパレータとしての電極収納セパレータ２７を搬送する。なお、以下の説明において上方とは鉛直方向上方であり、下方とは鉛直方向下方である。

図３に示すように、正極電極収納装置３１は、正極電極２１を袋状セパレータ２６に収納して電極収納セパレータ２７を製造する収納部３２と、収納部３２にて製造された電極収納セパレータ２７を搬送装置４１に搬送する正極搬送部３３とを備えている。収納部３２は、例えば、二つの長尺状のシート状セパレータ同士の間に正極電極２１を挟み、二つのシート状セパレータ同士を、正極電極２１を囲むように熱溶着させた後に所定の形状に加工することで電極収納セパレータ２７を製造する。正極搬送部３３は、例えば、ベルトコンベアや、ローラコンベアである。

搬送装置４１は、浮揚部４２と、搬送部５１とを備えている。浮揚部４２には、正極搬送部３３によって電極収納セパレータ２７が搬送される。浮揚部４２は、振動板４３と、振動を発生させる２つの振動子４４と、各振動子４４で発生された振動を増幅させつつ、振動板４３へ伝達する２つのホーン４５とを備える。正極搬送部３３によって浮揚部４２まで搬送された電極収納セパレータ２７は、振動板４３上に載置される。そして、各振動子４４が発振されることで、振動板４３から振動板４３上の電極収納セパレータ２７に向けて音波が照射される。本実施形態において、電極収納セパレータ２７が載置される振動板４３がセパレータ載置部となる。浮揚部４２の側方には、電極収納セパレータ２７の搬送先である正極載置部７１が配置されている。

搬送部５１は、浮揚部４２と正極載置部７１の上方において、浮揚部４２と正極載置部７１との間で延びるレール５２と、レール５２に沿って移動可能に支持された保持部材５３とを有する。搬送部５１は、保持部材５３をレール５２に沿って移動させる移動部５４を有する。移動部５４は、例えば、ステッピングモータであり、所定の制御信号を入力して動作する。

保持部材５３は、吸引によって電極収納セパレータ２７を吸着する吸着部５５と、吸着部５５を昇降させる昇降部５６とを有する。吸着部５５は、吸着パッド５７を有する。吸着パッド５７は、軟質な材料製である。軟質な材料としては、例えばスチレン系、オレフィン系、塩化ビニル系、ウレタン系、及びアミド系の熱可塑性エラストマーや、シリコーンゴム、及び天然ゴムもしくはチタン系のゴムメタルなどが採用できる。

図４に示すように、吸着パッド５７の下面５７ａは、電極収納セパレータ２７より一回り小さい四角形である。吸着パッド５７は、下面５７ａから下方に向けて突出する四角環状のリブ５８を有する。このリブ５８の突出量は極僅かであり、下面５７ａは略平坦面である。

吸着パッド５７は、下面５７ａに開口する複数の吸引孔５９を有する。複数の吸引孔５９は、リブ５８の内側に位置している。
図３に示すように、吸着部５５は、吸着部５５に吸着力を発生させる発生部６０を有する。発生部６０は、所定の制御信号を入力して動作する電磁弁などである。発生部６０には、例えば吸着部５５や吸着部５５とは別の場所に設置された吸引ポンプが接続されている。発生部６０は、吸引ポンプと吸引孔５９との連通路の開閉を行う。そして、発生部６０によって吸引ポンプを吸引孔５９に連通させることで、複数の吸引孔５９から気体（空気）を吸引し、吸着部５５に吸着力を発生させる。

昇降部５６は、例えば図示しないエアシリンダやステッピングモータなど、所定の制御信号を入力して動作するアクチュエータである。昇降部５６は、吸着部５５を昇降させる。

搬送装置４１は、保持部材５３及び移動部５４を制御する制御部５０を備える。制御部５０は、保持部材５３及び移動部５４に信号接続されている。また、制御部５０は、図示しないが浮揚部４２にも接続されており、浮揚部４２の制御も行う。制御部５０は、各種の演算処理を実行できる図示しない演算部と、演算部のプログラムや演算結果を記憶できる図示しない記憶部を備えている。

次に、本実施形態の搬送装置４１の作用について説明する。
正極電極収納装置３１から正極載置部７１に電極収納セパレータ２７を搬送するときには、保持部材５３が浮揚部４２の上方に位置するように制御部５０によって移動部５４が制御される。

正極電極収納装置３１にて、袋状セパレータ２６に収納された正極電極２１（電極収納セパレータ２７）は、正極搬送部３３によって浮揚部４２に向けて搬送される。振動板４３まで搬送された電極収納セパレータ２７には、振動板４３から音波が照射され、電極収納セパレータ２７には音波による放射圧が加わる。この放射圧によって電極収納セパレータ２７は振動板４３から浮揚する。電極収納セパレータ２７は、例えば、振動板４３から５ｍｍ〜数１０ｍｍ浮揚する。

制御部５０は、昇降部５６を制御することで吸着部５５を浮揚部４２に向けて下降させる。吸着部５５は、浮揚している電極収納セパレータ２７に当接するまで下降するとともに、吸着パッド５７が電極収納セパレータ２７に押し付けられる。また、制御部５０は、発生部６０を駆動させて、吸着部５５に吸着力を発生させる。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、電極収納セパレータ２７には、吸着パッド５７からの押し付け力によって下方に向けた力が作用し、この力によって、電極収納セパレータ２７は下方に向けて若干移動する。

電極収納セパレータ２７が下方に向けて移動することで、吸着部５５が電極収納セパレータ２７に当接したときの衝撃が緩和される。また、電極収納セパレータ２７が振動板４３に押し付けられず、振動板４３からの反力が電極収納セパレータ２７に加わらない。すなわち、電極収納セパレータ２７を浮揚させることで電極収納セパレータ２７と振動板４３との間に区画される空間がクッションとなって、電極収納セパレータ２７に加わる力が低減される。なお、昇降部５６を制御することで吸着部５５の下降速度を遅くして、電極収納セパレータ２７に対する吸着部５５からの力を低減させることも考えられる。しかしながら、吸着部５５の下降速度を遅くすることで電極収納セパレータ２７に加わる力を低減させると、電極収納セパレータ２７の正極電極収納装置３１から正極載置部７１への搬送速度の低下につながる。浮揚部４２によって電極収納セパレータ２７を浮揚させることで、搬送速度の低下を抑制しつつ、電極収納セパレータ２７に加わる力も低減させることができる。

吸着部５５によって電極収納セパレータ２７が吸着されると、制御部５０は昇降部５６を制御して吸着部５５を上昇させるとともに、移動部５４を駆動させることで保持部材５３を正極載置部７１の上方に移動させる。そして、制御部５０は、昇降部５６を制御することによって吸着部５５を正極載置部７１に向けて下降させるとともに、発生部６０を制御して吸着部５５に吸着力を発生させず、吸着部５５による吸着を解除する。すると、吸着パッド５７から電極収納セパレータ２７が離れ、正極載置部７１に電極収納セパレータ２７が載置される。これを繰り返し行うことで、正極載置部７１には複数の電極収納セパレータ２７が載置されていく。

なお、本実施形態の「浮揚」とは、電極収納セパレータ２７に吸着部５５が当接したときに、電極収納セパレータ２７と振動板４３との間の空間がクッションとして機能する程度に振動板４３から電極収納セパレータ２７が離間している必要がある。このため、電極収納セパレータ２７に振動を加えることによって、振動板４３と電極収納セパレータ２７とが密着しない程度に離間していても、この離間は浮揚には含まれない。

したがって、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）搬送装置４１は、電極収納セパレータ２７を浮揚させる浮揚部４２を備える。電極収納セパレータ２７を吸着部５５によって吸着する際には、浮揚部４２によって、電極収納セパレータ２７を浮揚させることができる。このため、吸着部５５を電極収納セパレータ２７に押し付けても電極収納セパレータ２７と振動板４３との間に存在する空間によって電極収納セパレータ２７が振動板４３に押し付けられず、電極収納セパレータ２７に打痕が生じにくくなる。

（２）電極収納セパレータ２７は、袋状セパレータ２６と正極電極２１とを一体化したものであり、袋状セパレータ２６よりも硬い正極電極２１を収納している。このため、電極収納セパレータ２７は正極電極２１によって変形を規制される。電極収納セパレータ２７が浮揚していない状態で吸着部５５からの力を受けると電極収納セパレータ２７が変形しにくく打痕が生じやすいが、浮揚部４２によって電極収納セパレータ２７を浮揚させることで、電極収納セパレータ２７が変形しにくくても電極収納セパレータ２７が下方に移動できるため打痕が生じることを抑制することができる。

（３）また、電極収納セパレータ２７は、正極電極２１の重量分だけ袋状セパレータ２６より重量が重い。吸着部５５による吸着を行う場合、重量が重ければ重いほど、吸着力を強くする必要があり、吸着部５５が強く押し付けられる場合がある。したがって、電極収納セパレータ２７を浮揚させていない場合には、電極収納セパレータ２７に打痕が生じやすいが、浮揚部４２によって電極収納セパレータ２７を浮揚させることで、打痕が生じることを抑制することができる。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○搬送装置４１は、正極電極収納装置３１から正極載置部７１に電極収納セパレータ２７を搬送したが、これに限られない。例えば、搬送装置４１は、正極電極２１と負極電極２２との積層を行う積層テーブル上に正極載置部７１から電極収納セパレータ２７を搬送してもよい。

○搬送装置４１は、セパレータのみ、すなわち、電極を収納していないセパレータを搬送してもよい。この場合、例えば、搬送装置４１は、正極電極２１、負極電極２２、及び、矩形状のセパレータを順番に搬送し、正極電極２１、負極電極２２、及び、セパレータを積層する装置として用いられる。

○電極収納セパレータ２７は、電極としての負極電極２２を袋状セパレータ２６に収納したものでもよい。
○保持部材５３は、例えばロボットアームに支持されていてもよい。この場合、ロボットアームが吸着部５５を移動させる移動部になる。

○吸引孔５９は、一つであってもよい。
○振動板４３をセパレータ載置部として用いたが、これに限られない。振動板４３上に、振動板４３とは別体のセパレータ載置部を設けてもよい。

○移動部は、エアシリンダなどでもよい。この場合、エアシリンダが有するロッドの出没により、保持部材５３を移動させることができる。
○搬送装置は、リチウムイオン二次電池とは異なる蓄電装置に使用されるセパレータを搬送してもよい。例えば、ニッケル水素二次電池や、キャパシタに用いられるセパレータを搬送してもよい。

２１…正極電極、２２…負極電極、２７…電極収納セパレータ、４１…搬送装置、４２…浮揚部、４３…振動板、５５…吸着部、５６…昇降部。

Claims (2)

1. セパレータ載置部上に載置されたセパレータを搬送先へ搬送する搬送装置であって、
   前記セパレータを吸引によって吸着する吸着部と、
   前記セパレータ載置部に対して前記吸着部を昇降させる昇降部と、
   前記吸着部を前記セパレータ載置部と前記搬送先との間で移動させる移動部と、
   前記セパレータ載置部に載置された前記セパレータに向けて放射圧を加えることで前記セパレータを前記セパレータ載置部から浮揚させる浮揚部と、を備えた搬送装置。
2. 前記セパレータは、電極を収納した電極収納セパレータである請求項１に記載の搬送装置。