JP2018081776A - 積層電池製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不良品の第２電極箔短冊が良品とともに電極積層体中に含まれてしまうことを防止するようにした積層電池製造装置を提供すること。【解決手段】本積層電池製造装置は，第１電極箔反物１２を供給する第１電極箔供給部と，第１電極箔反物１２の上に第２電極箔短冊１３を間隔を開けて供給する第２電極箔供給部１９と，第１電極箔反物１２と第２電極箔短冊１３とをプレスして貼り合わせる貼り合わせロール５，１７と，第２電極箔短冊１３の欠陥の有無の情報を出力する欠陥情報出力部と，第２電極箔短冊１３を，第１電極箔反物１２の上に供給するか排除するかを切り替える進路切替部材２０と，欠陥情報出力部の情報に基づいて第１電極箔供給部および進路切替部材２０を制御する制御部とを有する。良品の第２電極箔短冊１３は第１電極箔反物１２の上に供給されるが，不良品の第２電極箔短冊は排除され，その間は第１電極箔反物１２の供給が停止される。【選択図】図２

Description

本発明は，いずれも短冊状の箔である第１電極および第２電極を交互に積層した構造の積層電池を製造する積層電池製造装置に関するものである。

従来から，２次電池その他の電池として，第１電極と第２電極とを交互に重ね合わせた電極積層体を内蔵するものが使用されている。このような電極積層体には，第１電極および第２電極としていずれも短冊状の箔を利用し，これらを平積み状に積層した構造のものがある。

このような積層構造の電極積層体を製造する先行技術として，特許文献１に記載されている積層体の作製装置および作製方法が挙げられる。同文献の技術では，短冊状の電極板である「シート状体３」が，その「供給機構７」から供給されるようになっている。「供給機構７」の下方には，「落下移動手段９」と「案内積層手段１１」とが配置されている。「落下移動手段９」は，重力を利用して「シート状体３」を「供給機構７」から「案内積層手段１１」へと落下移動させるものである。こうして，「シート状体３」が「案内積層手段１１」上に順次案内され，そこで積層されるようになっている（同文献の［００１５］〜［００１９］，図１，図３）。

特開２０１２−９１３７２号公報

しかしながら前記した従来の技術には，次のような問題点があった。「供給機構７」から供給される「シート状体３」は，不良品である場合がある。特許文献１の技術では，そのような不良品の「シート状体３」であっても，良品の「シート状体３」の場合と変わりなく「案内積層手段１１」上で積層されてしまう。このため，不良品の「シート状体３」を含む「積層体５」が得られてしまうことがある。「積層体５」は，その中に１枚でも不良品の「シート状体３」が含まれていれば全体が不良品として廃棄される。不良品の「積層体５」であってもその中には良品の「シート状体３」も相当数含まれているため，無駄が多かった。

本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，不良品の第２電極箔短冊が良品とともに電極積層体中に含まれてしまうことを防止するようにした積層電池製造装置を提供することにある。

本発明の一態様における積層電池製造装置は，第１電極箔反物と第２電極箔短冊とが積層された構造の電極積層体を製造する装置であって，第１電極箔反物をその長手方向に進行させて供給する第１電極箔供給部と，供給された第１電極箔反物の上に，第２電極箔短冊を長手方向に対して間隔を開けて配置されるように供給する第２電極箔供給部と，第１電極箔反物とその上の第２電極箔短冊とを厚み方向にプレスして貼り合わせる貼り合わせロールと，第２電極箔供給部から供給される第２電極箔短冊の欠陥の有無の情報を出力する欠陥情報出力部と，第２電極箔供給部と貼り合わせロールとの間に設けられ，第２電極箔短冊を，第１電極箔反物の上に供給するか，供給しないで排除するかを切り替える進路切替部材と，欠陥情報出力部の情報に基づいて第１電極箔供給部および進路切替部材を制御する制御部とを有しており，制御部は，第２電極箔短冊に欠陥がない場合には，進路切替部材により第２電極箔短冊を第１電極箔反物の上に供給させるとともに，第１電極箔供給部により第１電極箔反物を供給させ，第２電極箔短冊に欠陥がある場合には，進路切替部材により第２電極箔短冊を排除させるとともに，第１電極箔供給部による第１電極箔反物の供給を停止させるように構成されているものである。

上記態様における積層電池製造装置では，欠陥情報出力部からの情報に基づいて制御部が，進路切替部材の状態を切り替える。これにより，欠陥を含んでいない第２電極箔短冊のみが，進路切替部材により第１電極箔反物の上に供給され，貼り合わせロールにより第１電極箔反物とともにプレスされることとなる。欠陥を含んでいる第２電極箔短冊は，第１電極箔反物の上に供給されることなく，進路切替部材により排除される。またこのとき，第１電極箔反物の供給が一時的に停止される。こうして，不良品の第２電極箔短冊を含んでいない電極積層体が製造される。

本構成によれば，不良品の第２電極箔短冊が良品とともに電極積層体中に含まれてしまうことを防止するようにした積層電池製造装置が提供されている。

実施の形態に係る積層電池製造装置の構成を示す模式図である。 負極反物切断機構による切断と貼り合わせロールによるプレスの部分を示す斜視図である。 進路切替爪の作用を示す正面図である。 積層電池製造装置の制御系の構成を示すブロック図である。

以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，図１に示す積層電池製造装置１として，本発明を具体化したものである。そこでまず，積層電池製造装置１について説明する。

図１の積層電池製造装置１は，正極反物供給部２と，負極反物供給部３と，正極反物切断機構４と，貼り合わせロール５と，負極反物切断機構６と，台座７と，プレスロール８とを有している。正極反物供給部２には，正極箔反物コイル９が取り付けられており，正極箔反物１０が巻き出されるようになっている。負極反物供給部３には，負極箔反物コイル１１が取り付けられており，負極箔反物１２が巻き出されるようになっている。正極箔反物１０および負極箔反物１２はいずれも，長尺箔状のものであり，集電箔の表面上に電極活物質層が形成された構造のものである。負極箔反物１２の表面上にはさらに，セパレータ層も形成されている。正極箔反物１０および負極箔反物１２はいずれも，その長手方向に進行して貼り合わせロール５へ向かうようになっている。また，正極反物供給部２からの正極箔反物１０の供給経路上には，欠陥センサ２３が設けられている。

正極反物切断機構４は，正極箔反物１０を幅方向に切断することで，カード状の正極箔短冊１３とするものである。貼り合わせロール５は，負極箔反物１２と正極箔短冊１３とを貼り合わせるものである。このため貼り合わせロール５に対して，負極箔反物１２はそのまま，正極箔反物１０は切断されて正極箔短冊１３となってから，供給されるようになっている。正極箔短冊１３はさらに，貼り合わせロール５に対して，負極箔反物１２の長手方向に間隔を置いて供給されるようになっている。

負極反物切断機構６は，負極箔反物１２を幅方向に切断するものである。この切断により，正極箔短冊１３と負極箔短冊とが１枚ずつ積層された電極箔ペア短冊１４が得られる。台座７は，得られた電極箔ペア短冊１４を置くためのものである。プレスロール８は，台座７の上に多数枚積層された電極箔ペア短冊１４を厚み方向にプレスするものである。なお，負極反物切断機構６のすぐ上流側には，負極箔反物１２と正極箔短冊１３とを搬送するニップロール１６が設けられている。

次に，上記の積層電池製造装置１の作用を説明する。積層電池製造装置１により電極積層体１５を製造する際には，貼り合わせロール５に対して，負極箔反物１２と，正極箔短冊１３とが供給される。負極箔反物１２は前述のように，負極反物供給部３から供給され，長手方向に進行することにより貼り合わせロール５に至る。正極箔短冊１３は，正極反物供給部２および正極反物切断機構４により貼り合わせロール５に供給される。貼り合わせロール５にて正極箔短冊１３は，負極箔反物１２の上に，長手方向に対して間隔を開けて配置される。

そして貼り合わせロール５により，正極箔短冊１３および負極箔反物１２が厚み方向に軽く押し付けられる。この状態で正極箔短冊１３は，負極箔反物１２に対して軽く接着されている。負極箔反物１２のセパレータ層にある程度の接着性があるからである。このためこれ以後，振動等で容易に正極箔短冊１３の位置が負極箔反物１２に対してずれてしまうことはない。

貼り合わせロール５より下流側における正極箔短冊１３および負極箔反物１２は，負極箔反物１２の上に，正極箔短冊１３が長手方向に対して間隔を開けて配置された状態となっている。このような状態の正極箔短冊１３および負極箔反物１２が，貼り合わせロール５から負極反物切断機構６へ向かう。負極反物切断機構６に至った負極箔反物１２は，幅方向に切断される。負極反物切断機構６が切断するのは，負極箔反物１２のうち，正極箔短冊１３のない箇所である。

こうして電極箔ペア短冊１４が得られる。負極箔反物１２の進行とともに次々に電極箔ペア短冊１４が得られるので，台座７の上には多数枚の電極箔ペア短冊１４が積層されることとなる。台座７の上に積層された電極箔ペア短冊１４は，プレスロール８により，厚み方向にプレスされる。より詳細には，新たに１枚の電極箔ペア短冊１４が台座７の上に置かれるたびに，プレスロール８によるプレスが実施される。これにより，新たに供給された電極箔ペア短冊１４が，先に供給されてすでに台座７の上に積層されている電極箔ペア短冊１４に対して一体化される。前述のセパレータ層の接着性による。

このようにして所定の枚数の電極箔ペア短冊１４が台座７の上に積層されプレスロール８による一体化がなされると，電極積層体１５が得られる。電極積層体１５は，電池における発電要素として機能するものである。電極積層体１５は通常，電池容器内に電解液とともに収納される。

ここで，貼り合わせロール５の箇所での正極箔短冊１３と負極箔反物１２との合流について，図２によりさらに詳細に説明する。図２に示すように，貼り合わせロール５の下方には貼り合わせロール１７が設けられている。貼り合わせロール５と貼り合わせロール１７とでロール対をなしており，負極箔反物１２とその上の正極箔短冊１３とを厚み方向にプレスするものである。

図２中にはさらに，正極反物切断機構４より上流側の上流搬送ロール１８と，下流側の下流搬送ロール１９とが設けられている。上流搬送ロール１８および下流搬送ロール１９により，正極箔反物１０およびその先端の切断された正極箔短冊１３が貼り合わせロール５，１７に向かって搬送されるようになっている。

そして，下流搬送ロール１９と貼り合わせロール５，１７との間にさらに，進路切替爪２０が設けられている。進路切替爪２０は，正極箔短冊１３が良品か否かによりその進路を振り分けるものである。また，下流搬送ロール１９の下方には，ガイド板２１と廃材箱２２とが設けられている。進路切替爪２０は，図３に示すように２通りの姿勢を取るものである。上段に示される姿勢は，良品の正極箔短冊１３を貼り合わせロール５，１７へ向けて進行させる姿勢である。一方，下段の姿勢は，不良品の正極箔短冊１３Ｘを廃材箱２２の方へ向けて進行させる姿勢である。

図４に，積層電池製造装置１の制御系の構成を示す。この制御系は，制御部２４を中心に構成されている。制御部２４には，前述の欠陥センサ２３と進路切替爪２０とニップロール１６とが接続されている。欠陥センサ２３からの情報を制御部２４が受けて，それに基づいて進路切替爪２０およびニップロール１６が制御されるようになっている。

欠陥センサ２３は，正極箔反物１０の表面上の欠陥（ピンホール，異物等）の存在を光学的に検知するものである。図１では欠陥センサ２３が正極箔反物１０の片面側にのみ描かれているが，実際には両面いずれの欠陥でも検知できるものであることが望ましい。あるいは欠陥センサ２３は，欠陥そのものを検知する代わりに，欠陥の存在を示すマーキングを検知するものであってもよい。ただしその場合，正極反物供給部２に取り付けられる正極箔反物コイル９が，あらかじめ欠陥箇所にマーキングが付されたものである必要がある。その場合の欠陥センサ２３は，マーキングが付される面の側にのみ設けられていればよい。

制御部２４は，欠陥センサ２３から得られた欠陥情報に基づき，正極箔短冊１３が良品か否かを判定するようになっている。そして，良品と判定された正極箔短冊１３を貼り合わせロール５，１７に送り込む（図３の上段）一方で，不良品と判定された正極箔短冊１３Ｘを廃材箱２２へ導く（下段）ように，進路切替爪２０を制御する。また，良品の正極箔短冊１３を貼り合わせロール５，１７へ送り込むときには平常通り負極箔反物１２を搬送し，不良品の正極箔短冊１３Ｘを廃材箱２２へ送り込むときには負極箔反物１２の搬送を停止するように，ニップロール１６を制御する。

具体的には次のようになる。進路切替爪２０は，通常時は図３の上段の姿勢を取っている。欠陥センサ２３は，搬送される正極箔反物１０の表面を常に監視している。そして，欠陥（もしくはそのマーキング）があると，その旨を制御部２４に報知する。報知を受けた制御部２４では，報知があったタイミングと，正極箔反物１０の搬送速度と，欠陥センサ２３の検知位置から正極反物切断機構４の切断位置までの搬送距離とから，報知に係る欠陥がいつの時点で正極箔短冊１３に載ることになるかを予測する。搬送速度および搬送距離はいずれも，積層電池製造装置１の仕様による既知の値である。

この予測に基づき制御部２４は，正極反物切断機構４による切断がなされる都度，切断して得られた正極箔短冊１３に欠陥が含まれているか否かを判定する。欠陥が含まれていなければその正極箔短冊１３は良品であるから，貼り合わせロール５，１７へ送り込まれる（図３の上段）。むろんこのとき，負極箔反物１２の搬送は停止されない。

欠陥が含まれている場合にはその正極箔短冊１３Ｘは不良品であるから，進路切替爪２０が図３の下段の状態に切り換えられる。これにより不良品の正極箔短冊１３Ｘは廃材箱２２へ送り込まれる。またこのとき，負極箔反物１２の搬送が停止される。これにより，負極箔反物１２上に積層される良品の正極箔短冊１３間に異常に長い間隔が開いてしまうことを防止する。なお，図３の下段の状態の進路切替爪２０により進路を下方に曲げられた正極箔短冊１３Ｘは，まずガイド板２１に接触して，廃材箱２２の方へ導かれる。これにより，貼り合わせロール１７上の負極箔反物１２に正極箔短冊１３Ｘが当たって傷ついてしまうことが防止されている。不良品の正極箔短冊１３Ｘの次の正極箔短冊１３が良品であった場合には，進路切替爪２０が図３の上段の状態に戻されるとともに，負極箔反物１２の搬送が再開される。

これにより台座７の上には，良品の正極箔短冊１３を含む電極箔ペア短冊１４ばかりが積層されることとなる。このため，不良品の正極箔短冊１３Ｘが１枚混入することにより電極積層体１５全体を廃棄するような事態が防止される。

以上詳細に説明したように本実施の形態によれば，正極箔短冊１３の進路を切り替える進路切替爪２０を設けている。そして，正極箔短冊１３が良品か否かにより進路切替爪２０の姿勢を制御するようにしている。これにより，不良品の正極箔短冊１３Ｘが電極積層体１５に混入することを防止し，含まれる正極箔短冊１３がすべて良品であるような電極積層体１５が得られる積層電池製造装置１が実現されている。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，本形態では，欠陥センサ２３を設け，正極箔反物１０を実際に監視することにより欠陥の情報を得るようにしている。しかしこれに限らず，正極箔反物１０における欠陥の位置をあらかじめデータとして持っておき，そのデータに基づいて正極箔短冊１３が良品か否かを判定することとしてもよい。そのためには，正極箔反物１０における欠陥の位置を，正極箔反物コイル９の製造者側であらかじめ調べておいて，そのデータを用いるようにすればよい。なお，欠陥センサ２３を用いる場合のセンサの種類は，前述の光学式のものに限らず，欠陥もしくはそのマーキングを検知可能ないかなる種類のものでもよい。

１ 積層電池製造装置
２ 正極反物供給部
３ 負極反物供給部
４ 正極反物切断機構
５ 貼り合わせロール
６ 負極反物切断機構
７ 台座
８ プレスロール
１２ 負極箔反物
１３ 正極箔短冊
１４ 電極箔ペア短冊
１５ 電極積層体
１６ ニップロール
１７ 貼り合わせロール
１８ 上流搬送ロール
１９ 下流搬送ロール
２０ 進路切替爪
２３ 欠陥センサ
２４ 制御部

Claims (1)

1. 第１電極箔反物と第２電極箔短冊とが積層された構造の電極積層体を製造する積層電池製造装置であって，
   前記第１電極箔反物をその長手方向に進行させて供給する第１電極箔供給部と，
   供給された前記第１電極箔反物の上に，前記第２電極箔短冊を長手方向に対して間隔を開けて配置されるように供給する第２電極箔供給部と，
   前記第１電極箔反物とその上の前記第２電極箔短冊とを厚み方向にプレスして貼り合わせる貼り合わせロールと，
   前記第２電極箔供給部から供給される前記第２電極箔短冊の欠陥の有無の情報を出力する欠陥情報出力部と，
   前記第２電極箔供給部と前記貼り合わせロールとの間に設けられ，前記第２電極箔短冊を，前記第１電極箔反物の上に供給するか，供給しないで排除するかを切り替える進路切替部材と，
   前記欠陥情報出力部の情報に基づいて前記第１電極箔供給部および前記進路切替部材を制御する制御部とを有し，
   前記制御部は，
   前記第２電極箔短冊に欠陥がない場合には，前記進路切替部材により前記第２電極箔短冊を前記第１電極箔反物の上に供給させるとともに，前記第１電極箔供給部により前記第１電極箔反物を供給させ，
   前記第２電極箔短冊に欠陥がある場合には，前記進路切替部材により前記第２電極箔短冊を排除させるとともに，前記第１電極箔供給部による前記第１電極箔反物の供給を停止させるように構成されているものであることを特徴とする積層電池製造装置。

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