JP2018055805A - 電極積層装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電極の損傷を低減することができる電極積層装置を提供する。【解決手段】電極積層装置２０は、電極としてのセパレータ付き正極１１及び負極９が交互に積層される積層部３４と、積層部３４を挟むように配置され、セパレータ付き正極１１及び負極９を積層部３４に向けてそれぞれ押し出す２つのプッシャー３６，３７と、プッシャー３６，３７を制御する制御ユニット６０とを備え、制御ユニット６０は、プッシャー３６，３７が電極に接触する前のプッシャー３６，３７の加速度よりもプッシャー３６，３７が電極に接触した後のプッシャー３６，３７の加速度が大きくなると共に、プッシャー３６，３７が電極に接触した後のプッシャー３６，３７の加速度よりもプッシャー３６，３７から電極を離すときのプッシャー３６，３７の減速度が小さくなるように、プッシャー３６，３７の速度を制御する速度制御部６１を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、電極積層装置に関する。

従来の電極積層装置としては、例えば特許文献１に記載されている装置が知られている。特許文献１に記載の電極積層装置は、正極板シートと負極板とを交互に積層する集積部を有する集積装置と、集積部の一方の側に配設された負極板搬送ベルトと、負極板搬送ベルトの基端側近傍に配設され、負極板搬送ベルトに負極板を供給する負極板供給装置と、負極板搬送ベルトの基端側上方に配設された正極板シート搬送ベルトとを備えている。集積部は、支持基板と、この支持基板の上面に対して垂直方向に立ち上がった第１の側板と、支持基板の上面に対して垂直方向に立ち上がると共に、第１の側板とのなす角が直角となった第２の側板とを有している。負極板供給装置から供給される負極板が負極板搬送ベルトに載置されると共に、正極板シート搬送ベルトにより供給される正極板シートが落下して負極板に重なる。そして、互いに重なった状態の負極板及び正極板シートは、負極板搬送ベルトの先端から飛び出し、集積部の第１の側板に突き当たった状態で集積部の支持基板上に積層される。

特開２０１４−１７９３０４号公報

しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、電極である負極板及び正極板シートの積層を高速化するために集積部への電極の搬送速度を上げると、電極が集積部の第１の側板に突き当たったときの衝撃が大きくなるため、電極が損傷しやすくなる。その結果、電極の表面に設けられた活物質の粉落ちが生じるおそれがある。

本発明の目的は、電極の損傷を低減することができる電極積層装置を提供することである。

本発明の一態様の電極積層装置は、電極としての正極及び負極が交互に積層される積層部と、積層部を挟むように配置され、正極及び負極を積層部に向けてそれぞれ押し出す２つのプッシャーと、プッシャーを制御する制御ユニットとを備え、制御ユニットは、プッシャーが電極に接触する前のプッシャーの加速度よりもプッシャーが電極に接触した後のプッシャーの加速度が大きくなると共に、プッシャーが電極に接触した後のプッシャーの加速度よりもプッシャーから電極を離すときのプッシャーの減速度が小さくなるように、プッシャーの速度を制御する速度制御部を有することを特徴とする。

このような電極積層装置においては、プッシャーが電極に接触する前のプッシャーの加速度よりもプッシャーが電極に接触した後のプッシャーの加速度が大きいので、プッシャーの速度が低い状態でプッシャーが電極に接触することになる。このため、プッシャーが電極に接触するときの衝撃が小さくなる。また、プッシャーが電極に接触した後のプッシャーの加速度よりもプッシャーから電極を離すときのプッシャーの減速度が小さいので、プッシャーが緩やかに減速した状態でプッシャーから電極が離れることになる。このため、電極が積層部に積層されるときの衝撃が小さくなる。以上により、電極の損傷が低減される。

プッシャーは、電極を押し付ける押付部材を有し、押付部材の先端部には、電極と接触する接触部が設けられており、積層部は、電極が載置される基台と、基台に立設され、電極の底縁を位置決めする第１側壁と、基台に互いに対向するように立設され、電極の側縁を位置決めする１対の第２側壁とを有し、第２側壁は、プッシャーにより押し出される電極が通過する第１スリットと、第１スリットと交差するように設けられ、接触部が入り込む第２スリットとを有してもよい。このような構成では、プッシャーにより電極が積層部に向けて押し出されると、電極が第２側壁の第１スリットを通過して基台上に積層される。このため、電極が第２側壁の上方を通るように電極を積層部に向けて押し出さなくても、電極を積層部に積層することが可能となる。従って、積層部における電極の落下距離が短くなるため、電極が積層部に積層されるときの衝撃が更に小さくなる。これにより、電極の損傷が更に低減される。

制御ユニットは、２つのプッシャーの一方により正極及び負極の一方を積層部に向けて押し出したときに、接触部が第２スリットに入り込んだ状態で２つのプッシャーの一方を停止させ、その状態で２つのプッシャーの他方により正極及び負極の他方を積層部に向けて押し出すように、プッシャーの押し出しタイミングを制御するタイミング制御部を有してもよい。この場合には、接触部は、反対側のプッシャーにより電極が積層部に向けて押し出されるときの電極の受け部として機能する。

接触部は、緩衝材で形成されていてもよい。この場合には、プッシャーの押付部材が電極を押し付けるときの衝撃が接触部によって緩和される。これにより、電極の損傷が一層低減される。

タイミング制御部は、２つのプッシャーの一方により正極及び負極の一方を積層部に向けて押し出したときに、接触部が第２スリットに入り込んで接触部の先端面が第２側壁の内壁面よりも内側に位置した状態で２つのプッシャーの一方を停止させるように、プッシャーの押し出しタイミングを制御してもよい。この場合には、反対側のプッシャーにより電極が積層部に向けて押し出されると、電極が第２側壁に当たらずに接触部に当たって基台上に積層されることになる。これにより、電極の損傷がより一層低減される。

本発明によれば、電極の損傷を低減することができる。

本発明の実施形態に係る電極積層装置を適用して製造される蓄電装置の内部を示す断面図である。 図１のII−II線断面図である。 本発明の一実施形態に係る電極積層装置を示す側面図（一部断面を含む）である。 図３に示された積層部の外観を示す斜視図である。 図３に示された正極プッシャー及び負極プッシャーによって電極を積層部に向けて押し出す様子を示す概略平面図である。 図５に示された押付部材により電極を積層部に積層する様子を示す断面図である。 図６のVII−VII線断面図である。 本実施形態におけるプッシャーの速度パターンを示すグラフである。 比較例としてのプッシャーの速度パターンを示すグラフである。 図５に示された正極プッシャーの押付部材の移動経路の変形例を示す概略平面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る電極積層装置を適用して製造される蓄電装置の内部を示す断面図である。図２は、図１のII−II線断面図である。図１及び図２において、蓄電装置１は、積層型の電極組立体を有するリチウムイオン二次電池である。

蓄電装置１は、例えば略直方体形状のケース２と、このケース２内に収容された電極組立体３とを備えている。ケース２は、例えばアルミニウム等の金属により形成されている。ケース２の内部には、図示はしないが、例えば非水系（有機溶媒系）の電解液が注液されている。ケース２は、上部に開口部を有するケース本体２ａと、開口部を塞ぐようにケース本体２ａに溶接により固定された蓋２ｂとからなっている。蓋２ｂには、正極端子４及び負極端子５が互いに離間して配置されている。正極端子４は、絶縁リング６を介して蓋２ｂに固定され、負極端子５は、絶縁リング７を介して蓋２ｂに固定されている。また、図示はしないが、例えば電極組立体３とケース２の内側の側面及び底面との間には絶縁フィルムが配置されており、絶縁フィルムによってケース２と電極組立体３との間が絶縁されている。

電極組立体３は、複数の正極８と複数の負極９とが袋状のセパレータ１０を介して交互に積層された構造を有している。正極８は、袋状のセパレータ１０に包まれている。袋状のセパレータ１０に包まれた状態の正極８は、セパレータ付き正極１１として構成されている。従って、電極組立体３は、複数のセパレータ付き正極１１と複数の負極９とが交互に積層された構造を有している。なお、電極組立体３の両端に位置する電極は、負極９である。

正極８は、例えばアルミニウム箔からなる金属箔１４と、この金属箔１４の両面に形成された正極活物質層１５とを有している。金属箔１４は、平面視矩形状の箔本体部１４ａと、この箔本体部１４ａと一体化されたタブ１４ｂとを有している。タブ１４ｂは、箔本体部１４ａの長手方向の一端部近傍の縁から突出して、セパレータ１０を突き抜けている。タブ１４ｂは、導電部材１２を介して正極端子４に接続されている。なお、図２では、便宜上タブ１４ｂを省略している。

正極活物質層１５は、箔本体部１４ａの両面に形成されている。正極活物質層１５は、正極活物質とバインダとを含んで形成された多孔質の層である。正極活物質としては、例えば複合酸化物、金属リチウムまたは硫黄等が挙げられる。複合酸化物には、例えばマンガン、ニッケル、コバルト及びアルミニウムの少なくとも１つとリチウムとが含まれる。

負極９は、例えば銅箔からなる金属箔１６と、この金属箔１６の両面に形成された負極活物質層１７とを有している。金属箔１６は、平面視矩形状の箔本体部１６ａと、この箔本体部１６ａと一体化されたタブ１６ｂとを有している。タブ１６ｂは、箔本体部１６ａの長手方向の一端部近傍の縁から突出している。タブ１６ｂは、導電部材１３を介して負極端子５に接続されている。なお、図２では、便宜上タブ１６ｂを省略している。

負極活物質層１７は、箔本体部１６ａの両面に形成されている。負極活物質層１７は、負極活物質とバインダとを含んで形成された多孔質の層である。負極活物質としては、例えば黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物またはホウ素添加炭素等が挙げられる。

セパレータ１０は、平面視矩形状を呈している。セパレータ１０の材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、或いはポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メチルセルロース等からなる織布または不織布等が例示される。

以上のように構成された蓄電装置１を製造する場合は、まずセパレータ付き正極１１及び負極９を製作した後、セパレータ付き正極１１と負極９とを交互に積層し、セパレータ付き正極１１及び負極９をテープ等で固定することで電極組立体３を得る。そして、予めケース２の蓋２ｂと導電部材１２，１３と正極端子４及び負極端子５とを組み立てて一体化した状態で、セパレータ付き正極１１のタブ１４ｂを導電部材１２を介して正極端子４に接続すると共に、負極９のタブ１６ｂを導電部材１３を介して負極端子５に接続する。そして、電極組立体３をケース本体２ａ内に収容し、ケース本体２ａと蓋２ｂとを溶接する。

図３は、本発明の一実施形態に係る電極積層装置を示す側面図（一部断面を含む）である。本実施形態の電極積層装置２０は、セパレータ付き正極１１と負極９とを交互に積層する装置である。

電極積層装置２０は、正極搬送ユニット２１と、負極搬送ユニット２２と、正極供給用コンベア２３と、負極供給用コンベア２４と、積層ユニット２５とを備えている。正極搬送ユニット２１及び負極搬送ユニット２２は、Ｘ方向に並んで配置されている。

正極搬送ユニット２１は、セパレータ付き正極１１を貯めながら順次搬送するユニットである。正極搬送ユニット２１は、上下方向（Ｚ方向）に延びるループ状の循環部材２６と、この循環部材２６の外周面に取り付けられ、セパレータ付き正極１１を支持する複数の断面Ｕ字状の支持部２７と、循環部材２６を駆動する駆動部２８とを有している。なお、Ｚ方向は、Ｘ方向に垂直な方向である。

循環部材２６は、例えば無端状のベルトで構成されている。循環部材２６は、上下方向に離間して配置された２つのプーリー２６ａに架け渡され、各プーリー２６ａの回転に伴って連れ回る。このように循環部材２６が回転（周回）することで、各支持部２７が循環移動する。また、循環部材２６は、上下方向に移動可能である。

駆動部２８は、循環部材２６を回転させると共に、循環部材２６を上下方向に移動させる。このとき、駆動部２８は、循環部材２６を電極積層装置２０の前側（図３の紙面表側）から見て時計回り（図示矢印方向）に回転させる。従って、正極供給用コンベア２３側の支持部２７は循環部材２６に対して上昇し、積層ユニット２５側の支持部２７は循環部材２６に対して下降する。なお、電極積層装置２０の前後方向は、Ｘ方向及びＺ方向に垂直なＹ方向である。

負極搬送ユニット２２は、負極９を貯めながら順次搬送するユニットである。負極搬送ユニット２２は、上下方向（Ｚ方向）に延びるループ状の循環部材２９と、この循環部材２９の外周面に取り付けられ、負極９を支持する複数の断面Ｕ字状の支持部３０と、循環部材２９を駆動する駆動部３１とを有している。

循環部材２９は、循環部材２６と同様に、例えば無端状のベルトで構成されている。循環部材２９は、上下方向に離間して配置された２つのプーリー２９ａに架け渡され、各プーリー２９ａの回転に伴って連れ回る。このように循環部材２９が回転（周回）することで、各支持部３０が循環移動する。また、循環部材２９は、上下方向に移動可能である。

駆動部３１は、循環部材２９を回転させると共に、循環部材２９を上下方向に移動させる。このとき、駆動部３１は、循環部材２９を電極積層装置２０の前側（図３の紙面表側）から見て反時計回り（図示矢印方向）に回転させる。従って、負極供給用コンベア２４側の支持部３０は循環部材２９に対して上昇し、積層ユニット２５側の支持部３０は循環部材２９に対して下降する。

正極供給用コンベア２３は、セパレータ付き正極１１を正極搬送ユニット２１に向けて水平方向に搬送し、正極搬送ユニット２１の支持部２７にセパレータ付き正極１１を供給する。正極供給用コンベア２３は、正極供給用コンベア２３の循環方向に沿って等間隔に設けられた複数の爪部３２を有している。爪部３２は、セパレータ付き正極１１の搬送方向後側の端部に当接する。従って、セパレータ付き正極１１は、正極搬送ユニット２１に対して一定の間隔で供給される。

負極供給用コンベア２４は、負極９を負極搬送ユニット２２に向けて水平方向に搬送し、負極搬送ユニット２２の支持部３０に負極９を供給する。負極供給用コンベア２４は、負極供給用コンベア２４の循環方向に沿って等間隔に設けられた複数の爪部３３を有している。爪部３３は、負極９の搬送方向後側の端部に当接する。従って、負極９は、負極搬送ユニット２２に対して一定の間隔で供給される。

積層ユニット２５は、正極搬送ユニット２１と負極搬送ユニット２２との間に配置されている。積層ユニット２５は、電極としてのセパレータ付き正極１１及び負極９が交互に積層される複数段（ここでは４段）の積層部３４と、これらの積層部３４を上下方向に移動させる駆動部３５とを有している。積層部３４の構成については、後で詳述する。

また、電極積層装置２０は、積層ユニット２５の各積層部３４を挟むように配置された正極プッシャー３６及び負極プッシャー３７を備えている。

正極プッシャー３６は、複数（ここでは４つ）のセパレータ付き正極１１を４段の積層部３４に向けて同時に押し出す。正極プッシャー３６は、４つのセパレータ付き正極１１を一緒に押し付ける１対の押付部材３８（図５参照）と、この押付部材３８を積層部３４に対して進退可能に移動させる駆動部３９とを有している。正極プッシャー３６の構成については、後で詳述する。

負極プッシャー３７は、複数（ここでは４つ）の負極９を４段の積層部３４に向けて同時に押し出す。負極プッシャー３７は、４つの負極９を一緒に押し付ける１対の押付部材４０（図５参照）と、この押付部材４０を積層部３４に対して進退可能に移動させる駆動部４１とを有している。負極プッシャー３７の構成については、後で詳述する。

正極搬送ユニット２１及び負極搬送ユニット２２は、セパレータ付き正極１１又は負極９が供給される間隔に同期して周期的な駆動、例えば間欠駆動を行う。また、正極搬送ユニット２１及び負極搬送ユニット２２の平常時の動作状態としては、循環動作、積層動作、復帰動作の３つの状態を含む。異常時、例えば正極供給用コンベア２３及び負極供給用コンベア２４からの電極の供給に欠品があった場合の運転状態については、ここでは説明を割愛する。

以下に、負極搬送ユニット２２についての動作状態を説明するが、正極搬送ユニット２１の動作も同様である。なお、この例ではわかりやすく、負極搬送ユニット２２は間欠駆動し、負極供給用コンベア２４より供給される負極９の移載を行っていない期間に、支持部３０を移動させるものとする。この期間を単位移動時間とする。また、単位移動時間に負極供給用コンベア２４側の支持部３０が移動する距離、すなわち各支持部３０間の間隔を、単位距離とする。

循環動作では、循環部材２９は、間欠駆動にて回転（循環）のみを行う。このとき、循環部材２９の高さは一定である。稼動直後の初期に行う動作（初期動作）は、電極積層装置２０に負極９が無い状態より、支持部３０に支持された負極９を積層部３４へ押し出すことが可能な位置まで搬送する動作である。

積層動作は、積層部３４に面する側で、支持部３０に支持されている負極９を積層部３４に押し出す動作である。積層部３４に面する側では、負極９を押し出し可能となるように支持部３０を停止させる。一方、負極供給用コンベア２４に面する側では、支持部３０を移動させながら、負極９を負極供給用コンベア２４から支持部３０に順次移載する。具体的には、単位移動時間内に、単位距離の１／２だけ循環部材２９の循環を行い、同時に同じ距離だけ循環部材２９を上昇させる。これにより、積層部３４に面した側では支持部３０は停止し、負極供給用コンベア２４に面した側では、支持部３０は単位距離分だけ上昇する。

復帰動作は、積層動作中に上昇した循環部材２９を下降させる、すなわち元の位置に復帰させると共に、負極９が支持された支持部３０を、積層可能となるように積層部３４に面する位置まで移動させる動作である。このため、単位移動時間内に循環部材２９を下降させると共に、循環部材２９の下降量に単位距離を加えた量だけ循環部材２９を循環させる。なお、循環部材２９の下降量は、積層一回あたりに同時に積層する枚数、積層に要する時間等による。本例では、積層部３４に面した側において、単位移動時間内に支持部３０を４単位距離分だけ下降させ、負極供給用コンベア２４に面した側において、単位移動時間内に支持部３０を単位距離分だけ上昇させている。このためには、循環部材２９を１．５単位移動距離だけ下降させ、且つ、循環部材２９を２．５単位移動距離だけ循環させる。

以上において、初期動作時（循環動作時）には、正極供給用コンベア２３から正極搬送ユニット２１の支持部２７に移載されたセパレータ付き正極１１は、循環部材２６の回転によって一旦上昇してから下降するように循環移動する。このとき、循環部材２６の上部においてセパレータ付き正極１１の表裏が反転する。また、負極供給用コンベア２４から負極搬送ユニット２２の支持部３０に移載された負極９は、循環部材２９の回転によって一旦上昇してから下降するように循環移動する。このとき、循環部材２９の上部において負極９の表裏が反転する。そして、セパレータ付き正極１１及び負極９が、積層ユニット２５の４段の積層部３４に対して積層可能な位置まで搬送される。

積層動作時には、積層部３４に面した支持部２７の高さ位置は一定となる。その状態で、正極プッシャー３６によって４つのセパレータ付き正極１１を４段の積層部３４に向けて同時に押し出すことにより、各セパレータ付き正極１１が各積層部３４に同時に積層される。セパレータ付き正極１１が積層部３４に積層され、正極プッシャー３６が元の位置に戻った後、復帰動作が行われる。復帰動作では、セパレータ付き正極１１が支持された支持部２７を、積層部３４に面した位置まで移動させる。負極９が各積層部３４に積層されるまでの動作についても同様である。

図４は、上述した積層ユニット２５の積層部３４の外観を示す斜視図である。図４において、積層部３４は、セパレータ付き正極１１及び負極９が載置される平面視矩形状の基台４２と、この基台４２の縁部に立設され、セパレータ付き正極１１及び負極９を位置決めする断面Ｕ字状の位置決め側板４３とを有している。

位置決め側板４３は、基台４２の１つの縁部に立設され、セパレータ付き正極１１の底縁１１ａ（図５参照）及び負極９の底縁９ａ（図５参照）を位置決めする側壁４４（第１側壁）と、基台４２の２つの縁部に互いに対向するように立設され、セパレータ付き正極１１の側縁１１ｂ（図５参照）及び負極９の側縁９ｂ（図５参照）を位置決めする側壁４５，４６（１対の第２側壁）とを有している。セパレータ付き正極１１の底縁１１ａは、セパレータ付き正極１１におけるタブ１４ｂとは反対側の縁である。負極９の底縁９ａは、負極９におけるタブ１６ｂとは反対側の縁である。

側壁４５は、正極プッシャー３６により押し出されるセパレータ付き正極１１が通過するスリット４７（第１スリット）と、このスリット４７に対して垂直方向に交差するように設けられ、正極プッシャー３６の接触部５４（後述）が入り込む２つのスリット４８（第２スリット）とを有している。スリット４７は、積層部３４の奥行方向（Ｙ方向）に延びている。スリット４８は、積層部３４の高さ方向（Ｚ方向）に延びている。

側壁４６は、負極プッシャー３７により押し出される負極９が通過するスリット４９（第１スリット）と、このスリット４９に対して垂直方向に交差するように設けられ、負極プッシャー３７の接触部５８（後述）が入り込む２つのスリット５０（第２スリット）とを有している。スリット４９は、積層部３４の奥行方向（Ｙ方向）に延びている。スリット５０は、積層部３４の高さ方向（Ｚ方向）に延びている。

図５は、上述した正極プッシャー３６及び負極プッシャー３７を積層部３４と共に示す概略平面図である。図５において、正極プッシャー３６は、上述したように、１対の押付部材３８と、駆動部３９とを有している。駆動部３９は、シリンダ３９ａと、このシリンダ３９ａにより伸縮可能な主ロッド５１と、この主ロッド５１に連結されたＬ字状の棒状体５２とを有している。押付部材３８は、主ロッド５１及び棒状体５２の先端にそれぞれ固定されると共に上下方向に延び、４段の積層部３４に対応する基部５３と、この基部５３に取り付けられ、セパレータ付き正極１１の一方の側縁１１ｂと接触する複数（ここでは４つ）の接触部５４とを有している。つまり、押付部材３８の先端部には、接触部５４が設けられている。

接触部５４は、例えばスポンジ、ゴムまたは樹脂等の緩衝材で形成されている。接触部５４は、各積層部３４の高さ位置に対応して上下方向（Ｚ方向）に等間隔で配置されている。接触部５４は、図６及び図７に示されるように、上下方向に延びるように四角柱形状を呈している。接触部５４は、積層部３４の側壁４５に設けられたスリット４８に入り込む。接触部５４の厚さは、側壁４５の厚さよりも大きい。

負極プッシャー３７は、上述したように、１対の押付部材４０と、駆動部４１とを有している。駆動部４１は、シリンダ４１ａと、このシリンダ４１ａにより伸縮可能な主ロッド５５と、この主ロッド５５に連結されたＬ字状の棒状体５６とを有している。押付部材４０は、主ロッド５５及び棒状体５６の先端にそれぞれ固定されると共に上下方向に延び、４段の積層部３４に対応する基部５７と、この基部５７に取り付けられ、負極９の一方の側縁９ｂと接触する複数（ここでは４つ）の接触部５８とを有している。つまり、押付部材４０の先端部には、接触部５８が設けられている。

接触部５８は、接触部５４と同様の緩衝材で形成されている。接触部５８は、各積層部３４の高さ位置に対応して上下方向（Ｚ方向）に等間隔で配置されている。接触部５８の形状及び寸法は、接触部５４と同様である。接触部５８は、積層部３４の側壁４６に設けられたスリット５０に入り込む。

図３に戻り、電極積層装置２０は、制御ユニット６０を更に備えている。制御ユニット６０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力インターフェース等から構成されている。制御ユニット６０は、正極搬送ユニット２１の駆動部２８、負極搬送ユニット２２の駆動部３１、積層ユニット２５の駆動部３５、正極プッシャー３６の駆動部３９及び負極プッシャー３７の駆動部４１を制御する。ここでは、制御ユニット６０による駆動部２８，３１，３５の制御については、説明を省略する。

制御ユニット６０は、速度制御部６１と、タイミング制御部６２とを有している。速度制御部６１は、図８に示されるような速度パターンに従って、正極プッシャー３６及び負極プッシャー３７の押し出し速度を制御するように駆動部３９，４１を制御する。

図８は、本実施形態におけるプッシャーの速度パターンを示すグラフである。グラフの横軸は、電極の押し出し方向におけるプッシャーのストロークを表し、グラフの縦軸は、プッシャーの速度を表している。グラフ中のＳ１は、プッシャーが電極に接触する位置であり、グラフ中のＳ２は、プッシャーによる電極の押し出し端の位置である。

具体的には、速度制御部６１は、正極プッシャー３６がセパレータ付き正極１１に接触する前の正極プッシャー３６の加速度（領域Ｐ参照）よりも正極プッシャー３６がセパレータ付き正極１１に接触した後の正極プッシャー３６の加速度（領域Ｑ参照）が大きくなると共に、正極プッシャー３６がセパレータ付き正極１１に接触した後の正極プッシャー３６の加速度（領域Ｑ参照）よりも正極プッシャー３６からセパレータ付き正極１１を離すときの正極プッシャー３６の減速度（領域Ｒ参照）が小さくなるように、正極プッシャー３６の速度を制御する。

また、速度制御部６１は、負極プッシャー３７が負極９に接触する前の負極プッシャー３７の加速度（領域Ｐ参照）よりも負極プッシャー３７が負極９に接触した後の負極プッシャー３７の加速度（領域Ｑ参照）が大きくなると共に、負極プッシャー３７が負極９に接触した後の負極プッシャー３７の加速度（領域Ｑ参照）よりも負極プッシャー３７から負極９を離すときの負極プッシャー３７の減速度（領域Ｒ参照）が小さくなるように、負極プッシャー３７の速度を制御する。

タイミング制御部６２は、正極プッシャー３６及び負極プッシャー３７の押し出しタイミングを制御するように駆動部３９，４１を制御する。

具体的には、タイミング制御部６２は、図６及び図７に示されるように、正極プッシャー３６によりセパレータ付き正極１１を積層部３４に向けて押し出したときに、接触部５４が側壁４５のスリット４８に入り込んだ状態で正極プッシャー３６を停止させ、その状態で負極プッシャー３７により負極９を積層部３４に向けて押し出すように、正極プッシャー３６及び負極プッシャー３７の押し出しタイミングを制御する。

このとき、タイミング制御部６２は、図６に示されるように、正極プッシャー３６によりセパレータ付き正極１１を積層部３４に向けて押し出したときに、接触部５４が側壁４５のスリット４８に入り込んで接触部５４の先端面５４ａが側壁４５の内壁面４５ａよりも内側（側壁４６側）に位置した状態で正極プッシャー３６を停止させるように、正極プッシャー３６の押し出しタイミングを制御する。

また、タイミング制御部６２は、負極プッシャー３７により負極９を積層部３４に向けて押し出したときに、接触部５８が側壁４６のスリット５０に入り込んだ状態で負極プッシャー３７を停止させ、その状態で正極プッシャー３６によりセパレータ付き正極１１を積層部３４に向けて押し出すように、正極プッシャー３６及び負極プッシャー３７の押し出しタイミングを制御する。

このとき、タイミング制御部６２は、負極プッシャー３７により負極９を積層部３４に向けて押し出したときに、接触部５８が側壁４６のスリット５０に入り込んで接触部５８の先端面５８ａが側壁４６の内壁面４６ａよりも内側（側壁４５側）に位置した状態で負極プッシャー３７を停止させるように、負極プッシャー３７の押し出しタイミングを制御する。

図９は、比較例としてのプッシャーの速度パターンの一例を示すグラフである。グラフの横軸及び縦軸、並びにグラフ中のＳ１，Ｓ２については、図８のグラフと同様である。図９に示される速度パターンは、プッシャーが電極に接触する直前に、プッシャーの速度が速度最大値に達するようにプッシャーが急加速し、その後プッシャーから電極を離すときに、プッシャーが速度最大値から急減速するように設定されている。このとき、プッシャーが電極に接触する直前のプッシャーの加速度と、プッシャーから電極を離すときのプッシャーの減速度とは等しい。

しかし、図９に示されるような速度パターンに従って、正極プッシャー３６及び負極プッシャー３７の速度が制御されると、以下の不具合が発生する。即ち、正極プッシャー３６がセパレータ付き正極１１に接触する直前に、正極プッシャー３６の速度が最大値に達するため、正極プッシャー３６が高速域でセパレータ付き正極１１に接触することになる。従って、正極プッシャー３６がセパレータ付き正極１１に接触するときの衝撃が大きくなる。また、正極プッシャー３６からセパレータ付き正極１１を離すときに、正極プッシャー３６が急減速するため、セパレータ付き正極１１が勢いよく積層部３４に接触する。従って、セパレータ付き正極１１が積層部３４に接触するときの衝撃が大きくなる。その結果、セパレータ付き正極１１に加わるダメージが大きくなる。負極プッシャー３７により負極９が積層部３４に向けて押し出されるときも同様である。

これに対し本実施形態では、正極プッシャー３６がセパレータ付き正極１１に接触する前の正極プッシャー３６の加速度よりも正極プッシャー３６がセパレータ付き正極１１に接触した後の正極プッシャー３６の加速度が大きいので、正極プッシャー３６の速度が低い状態で正極プッシャー３６がセパレータ付き正極１１に接触することになる。このため、正極プッシャー３６がセパレータ付き正極１１に接触するときの衝撃が小さくなる。また、正極プッシャー３６がセパレータ付き正極１１に接触した後の正極プッシャー３６の加速度よりも正極プッシャー３６からセパレータ付き正極１１を離すときの正極プッシャー３６の減速度が小さいので、正極プッシャー３６が緩やかに減速した状態で正極プッシャー３６からセパレータ付き正極１１が離れることになる。このため、セパレータ付き正極１１が積層部３４に積層されるときの衝撃が小さくなる。負極プッシャー３７により負極９が積層部３４に向けて押し出されるときも同様である。以上により、セパレータ付き正極１１及び負極９の損傷が低減される。その結果、セパレータ付き正極１１の正極活物質及び負極９の負極活物質の粉落ちが低減される。従って、蓄電装置１の容量増大を図ることができると共に、蓄電装置１のリチウム析出を回避することができる。

また、本実施形態では、正極プッシャー３６によりセパレータ付き正極１１が積層部３４に向けて押し出されると、セパレータ付き正極１１が側壁４５のスリット４７を通過して基台４２上に積層される。このため、セパレータ付き正極１１が側壁４５の上方を通るようにセパレータ付き正極１１を積層部３４に向けて押し出さなくても、セパレータ付き正極１１を積層部３４に積層することが可能となる。従って、積層部３４におけるセパレータ付き正極１１の落下距離が短くなるため、セパレータ付き正極１１が積層部３４に積層されるときの衝撃が更に小さくなる。負極プッシャー３７により負極９が積層部３４に向けて押し出されるときも同様である。これにより、セパレータ付き正極１１及び負極９の損傷が更に低減される。

また、本実施形態では、正極プッシャー３６によりセパレータ付き正極１１を積層部３４に向けて押し出したときに、接触部５４が側壁４５のスリット４８に入り込んだ状態で正極プッシャー３６を停止させ、その状態で負極プッシャー３７により負極９を積層部３４に向けて押し出す。このとき、接触部５４は、負極プッシャー３７により負極９が積層部３４に向けて押し出されるときの負極９の受け部として機能する。なお、順序を逆にして、負極プッシャー３７により負極９を積層部３４に向けて押し出したときに、接触部５８が側壁４６のスリット５０に入り込んだ状態で負極プッシャー３７を停止させ、その状態で正極プッシャー３６によりセパレータ付き正極１１を積層部３４に向けて押し出してもよい。このとき、接触部５８は、正極プッシャー３６によりセパレータ付き正極１１が積層部３４に向けて押し出されるときのセパレータ付き正極１１の受け部として機能する。

また、本実施形態では、接触部５４，５８は緩衝材で形成されているので、正極プッシャー３６の押付部材３８がセパレータ付き正極１１を押し付けるときの衝撃が接触部５４によって緩和されると共に、負極プッシャー３７の押付部材４０が負極９を押し付けるときの衝撃が接触部５８によって緩和される。これにより、セパレータ付き正極１１及び負極９の損傷が一層低減される。

また、本実施形態では、正極プッシャー３６によりセパレータ付き正極１１を積層部３４に向けて押し出したときに、接触部５４が側壁４５のスリット４８に入り込んで接触部５４の先端面５４ａが側壁４５の内壁面４５ａよりも内側に位置した状態で正極プッシャー３６を停止させる。このとき、負極プッシャー３７により負極９が積層部３４に向けて押し出されると、負極９が側壁４５に当たらずに接触部５４に当たって基台４２上に積層されることになる。これにより、負極９の損傷がより一層低減される。また、負極プッシャー３７により負極９を積層部３４に向けて押し出したときに、接触部５８が側壁４６のスリット５０に入り込んで接触部５８の先端面５８ａが側壁４６の内壁面４６ａよりも内側に位置した状態で負極プッシャー３７を停止させる。このとき、正極プッシャー３６によりセパレータ付き正極１１が積層部３４に向けて押し出されると、セパレータ付き正極１１が側壁４６に当たらずに接触部５８に当たって基台４２上に積層されることになる。これにより、セパレータ付き正極１１の損傷がより一層低減される。

なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、正極プッシャー３６の駆動部３９はシリンダ３９ａを有し、負極プッシャー３７の駆動部４１はシリンダ４１ａを有しているが、駆動部３９，４１の構成としては、特にそれには限られず、シリンダに代えてモータ及びリンク機構等を有していてもよい。

また、上記実施形態では、正極プッシャー３６において１対の押付部材３８は１つの駆動部３９によって同時に駆動されているが、特にその形態には限られず、正極プッシャー３６は、１対の押付部材３８をそれぞれ独立して駆動する２つの駆動部を有していてもよい。この場合には、２つの駆動部によって１対の押付部材３８が同期して駆動される。負極プッシャー３７についても、同様である。

このとき、例えば図１０に示されるように、１対のＬ字形の押付部材７０の移動経路としては、特に平行でなくてもよく、一方の押付部材７０の移動経路Ｋ１が他方の押付部材７０の移動経路Ｋ２に対して傾斜していてもよい。

また、上記実施形態では、セパレータ付き正極１１は１対の押付部材３８で押し出され、負極９は１対の押付部材４０で押し出されているが、特にその形態には限られず、押付部材の寸法が大きければ、セパレータ付き正極１１及び負極９をそれぞれ１つの押付部材で押し出してもよい。

さらに、上記実施形態では、電極積層装置２０は、正極搬送ユニット２１と負極搬送ユニット２２とを備え、正極搬送ユニット２１により搬送されたセパレータ付き正極１１が正極プッシャー３６によって積層部３４に向けて押し出されると共に、負極搬送ユニット２２により搬送された負極９が負極プッシャー３７によって積層部３４に向けて押し出されているが、特にその形態には限られない。本発明は、例えばＰ＆Ｐ（ピック・アンド・プレース）方式により搬送された電極をプッシャーによって積層部に向けて押し出す電極積層装置にも適用可能である。

また、上記実施形態では、正極８が袋状のセパレータ１０に包まれた状態であるセパレータ付き正極１１と負極９とが交互に積層部３４に積層されているが、本発明は、正極と負極が袋状のセパレータに包まれた状態であるセパレータ付き負極とが交互に積層部に積層される電極積層装置にも適用可能である。

さらに、上記実施形態では、蓄電装置１がリチウムイオン二次電池であるが、本発明は、特にリチウムイオン二次電池には限られず、例えばニッケル水素電池等の他の二次電池、電気二重層キャパシタまたはリチウムイオンキャパシタ等の蓄電装置における電極の積層にも適用可能である。

９…負極（電極）、９ａ…底縁、９ｂ…側縁、１１…セパレータ付き正極（電極）、１１ａ…底縁、１１ｂ…側縁、２０…電極積層装置、３４…積層部、３６…正極プッシャー、３７…負極プッシャー、３８…押付部材、４０…押付部材、４２…基台、４４…側壁（第１側壁）、４５…側壁（第２側壁）、４５ａ…内壁面、４６…側壁（第２側壁）、４６ａ…内壁面、４７…スリット（第１スリット）、４８…スリット（第２スリット）、４９…スリット（第１スリット）、５０…スリット（第２スリット）、５４…接触部、５４ａ…先端面、５８…接触部、５８ａ…先端面、６０…制御ユニット、６１…速度制御部、６２…タイミング制御部。

Claims (5)

1. 電極としての正極及び負極が交互に積層される積層部と、
   前記積層部を挟むように配置され、前記正極及び前記負極を前記積層部に向けてそれぞれ押し出す２つのプッシャーと、
   前記プッシャーを制御する制御ユニットとを備え、
   前記制御ユニットは、前記プッシャーが前記電極に接触する前の前記プッシャーの加速度よりも前記プッシャーが前記電極に接触した後の前記プッシャーの加速度が大きくなると共に、前記プッシャーが前記電極に接触した後の前記プッシャーの加速度よりも前記プッシャーから前記電極を離すときの前記プッシャーの減速度が小さくなるように、前記プッシャーの速度を制御する速度制御部を有することを特徴とする電極積層装置。
2. 前記プッシャーは、前記電極を押し付ける押付部材を有し、
   前記押付部材の先端部には、前記電極と接触する接触部が設けられており、
   前記積層部は、前記電極が載置される基台と、前記基台に立設され、前記電極の底縁を位置決めする第１側壁と、前記基台に互いに対向するように立設され、前記電極の側縁を位置決めする１対の第２側壁とを有し、
   前記第２側壁は、前記プッシャーにより押し出される前記電極が通過する第１スリットと、前記第１スリットと交差するように設けられ、前記接触部が入り込む第２スリットとを有することを特徴とする請求項１記載の電極積層装置。
3. 前記制御ユニットは、前記２つのプッシャーの一方により前記正極及び前記負極の一方を前記積層部に向けて押し出したときに、前記接触部が前記第２スリットに入り込んだ状態で前記２つのプッシャーの一方を停止させ、その状態で前記２つのプッシャーの他方により前記正極及び前記負極の他方を前記積層部に向けて押し出すように、前記プッシャーの押し出しタイミングを制御するタイミング制御部を有することを特徴とする請求項２記載の電極積層装置。
4. 前記接触部は、緩衝材で形成されていることを特徴とする請求項３記載の電極積層装置。
5. 前記タイミング制御部は、前記２つのプッシャーの一方により前記正極及び前記負極の一方を前記積層部に向けて押し出したときに、前記接触部が前記第２スリットに入り込んで前記接触部の先端面が前記第２側壁の内壁面よりも内側に位置した状態で前記２つのプッシャーの一方を停止させるように、前記プッシャーの押し出しタイミングを制御することを特徴とする請求項４記載の電極積層装置。

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