JP2019125441A - 電極積層体の製造装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】第1セパレータ、第1電極板、第2セパレータ及び第2電極板からなる電極積層体に全体にわたる大きな反りが生じるのを抑制できる電極積層体の製造装置を提供すること。【解決手段】電極積層体1を製造する製造装置100は、一体化前の帯状電極積層体1w等をロール間隙部KG2において連続的に厚み方向DHに加圧し一体化させる一対の加圧ロール111,113と、一体化前の帯状電極積層体1w等に生じる厚み方向DHへの移動を規制する反り規制部材120とを備える。少なくとも一方の加圧ロール111,113のロール表面111a,113aに、軸方向LH1,LH2に延び、かつ、電極積層体1に圧縮部1pと非圧縮部1qとが搬送方向IHに交互に複数生じる配置で周方向SH1,SH2に分布する複数の軸方向溝111m,113mを有する。【選択図】図6

Description

本発明は、第1セパレータ、第1電極板、第2セパレータ及び第2電極板が、この順に積層されて一体化された矩形状の電極積層体を製造する電極積層体の製造装置に関する。
リチウムイオン二次電池などの電池の電極体として、各々矩形状をなす正極板及び負極板をセパレータを介して交互に複数積層した積層型電極体が知られている。このような積層型電極体は、例えば以下の手法により製造する。即ち、帯状をなす帯状負極板921xの両主面に帯状第1セパレータ941x及び帯状第2セパレータ931xを密着させて、これらの帯状複合体951xを形成する(図11参照)。
その後、この帯状複合体951xと複数の矩形状の正極板911とを一対の加圧ロール961,963により加圧して、帯状第1セパレータ941x、帯状負極板921x、帯状第2セパレータ931x、搬送方向(長手方向)に列置された複数の正極板911の順で積層されて一体となった帯状電極積層体901xを形成する。その後、この帯状電極積層体901xのうち、帯状第1セパレータ941x、帯状負極板921x及び帯状第2セパレータ931xを、長手方向に所定間隔毎に切断して、矩形状の電極積層体901を得る。そして、この電極積層体901を複数積み重ねて積層型電極体を形成する。
なお、関連する従来技術として、特許文献1が挙げられる。
特開平10−233209号公報
しかしながら、一対の加圧ロール961,963を用いて帯状複合体951xと正極板911とを加圧して帯状電極積層体901xを形成する際に、帯状電極積層体901xに反りが生じる。一般に帯状複合体951xと正極板911とでは、一対の加圧ロール961,963で加圧したときの変形し易さが異なる。例えば正極板911よりも帯状複合体951xが加圧時に変形し易い場合、加圧により正極板911よりも帯状複合体951xの方が大きく変形する。すると、正極板911のうち一対の加圧ロール961,963で挟まれた部分では、正極板911が帯状複合体951x側(図11中、下方)に移動するため、この正極板911全体で見ると、帯状複合体951x側に凸(図11中、下方に凸)の形態に反る。そして、この状態のまま、各正極板911と帯状複合体951xとが一体化されて帯状電極積層体901xが形成されるため、帯状電極積層体901xも帯状複合体951x側に凸の形態に、搬送方向(長手方向)の全体に大きく反る。更に、この帯状電極積層体901xを切断して得られる個々の電極積層体901も、全体にわたり大きく反ってしまう。
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、第1セパレータ、第1電極板、第2セパレータ及び第2電極板からなる電極積層体に、全体にわたる大きな反りが生じるのを抑制できる電極積層体の製造装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための本発明の一態様は、第1セパレータ、第1電極板、第2セパレータ及び第2電極板が、この順に積層され一体化された電極積層体を製造する電極積層体の製造装置であって、上記第1セパレータ、上記第1電極板、上記第2セパレータ及び上記第2電極板をこの順に積層したが一体化されていない一体化前の電極積層体を、または、切断により上記第1セパレータとなる帯状第1セパレータ、切断により上記第1電極板となる帯状第1電極板、切断により上記第2セパレータとなる帯状第2セパレータ、及び、搬送方向に列置された複数の上記第2電極板をこの順に積層したが一体化されていない一体化前の帯状電極積層体を、ロール間隙部において連続的に厚み方向に加圧し、一体化させる一対の加圧ロールと、上記ロール間隙部の挿入側に配置され、上記一対の加圧ロールによる加圧に伴って、上記ロール間隙部の上記挿入側で上記一体化前の電極積層体または上記一体化前の帯状電極積層体に生じる上記厚み方向への移動を規制する反り規制部材と、を備え、上記一対の加圧ロールのうち少なくとも一方の加圧ロールのロール表面に、上記加圧ロールの軸方向に延び、かつ、上記電極積層体に、上記一対の加圧ロールで加圧された圧縮部と、上記一対の加圧ロールで加圧されなかった非圧縮部とが、上記搬送方向に交互に複数生じる配置で、上記加圧ロールの周方向に分布する複数の軸方向溝を有する電極積層体の製造装置である。
上述の電極積層体の製造装置は、少なくとも一方の加圧ロールのロール表面に上述の複数の軸方向溝を有し、かつ、上述の反り規制部材を備える。加圧ロールに軸方向溝を設けたことにより、加圧後の電極積層体または帯状電極積層体には、一対の加圧ロールで加圧された圧縮部と、一対の加圧ロールで加圧されなかった(軸方向溝に挟まれて加圧されなかった)非圧縮部とが、搬送方向に交互に複数形成される。この電極積層体または帯状電極積層体のうち、圧縮部では加圧による変形が生じるが、非圧縮部では加圧による変形が生じないため、電極積層体または帯状電極積層体には、加圧による変形が生じる部分と加圧による変形が生じない部分とが搬送方向に交互に形成される。
一方で、ロール間隙部の挿入側において、反り規制部材により、一体化前の電極積層体または一体化前の帯状電極積層体の厚み方向への移動が規制されるため、加圧後の電極積層体または帯状電極積層体の全体で見ると、加圧ロールに軸方向溝が存在しない場合や製造装置が反り規制部材を有しない場合に比べて、電極積層体または帯状電極積層体に搬送方向の全体にわたる大きな反りが生じるのを抑制できる。更に、帯状電極積層体を切断して得られる個々の電極積層体も、それぞれ複数の圧縮部及び非圧縮部を有する。このため、各々の電極積層体についても、全体にわたる大きな反りが生じるのを抑制できる。
なお、加圧ロールのロール表面には、前述の軸方向溝以外の溝、例えば、加圧ロールの周方向に延び、かつ、加圧ロールの軸方向に分布する複数の周方向溝などが設けられていてもよい。
また、「一体化前の電極積層体」の形成方法としては、例えば、先に第1電極板の両主面に第1セパレータ及び第2セパレータを密着させた複合体を形成しておき、その後、この複合体と第2電極板とを重ねて、一体化前の電極積層体を形成することができる。また、先に、第1セパレータと第1電極板とを密着させた第1複合体と、第2セパレータと第2電極板とを密着させた第2複合体とをそれぞれ形成しておき、その後、これら第1複合体と第2複合体とを重ねて、一体化前の電極積層体を形成してもよい。また、上記のような複合体を予め形成することなく、第1セパレータ、第1電極板、第2セパレータ及び第2電極板を互いに重ねて、一体化前の電極積層体を形成してもよい。
また、「一体化前の帯状電極積層体」の形成方法としては、例えば、先に帯状第1電極板の両主面に帯状第1セパレータ及び帯状第2セパレータを密着させた帯状複合体を形成しておき、その後、この帯状複合体と複数の第2電極板とを重ねて、一体化前の帯状電極積層体を形成することができる。また、先に、帯状第1セパレータと帯状第1電極板とを密着させた帯状第1複合体と、帯状第2セパレータと複数の第2電極板とを密着させた帯状第2複合体とをそれぞれ形成しておき、その後、これら帯状第1複合体と帯状第2複合体とを重ねて、一体化前の帯状電極積層体を形成してもよい。また、上記のような帯状複合体を予め形成することなく、帯状第1セパレータ、帯状第1電極板、帯状第2セパレータ及び複数の第2電極板を互いに重ねて、一体化前の帯状電極積層体を形成してもよい。
また、他の態様は、第1セパレータ、第1電極板、第2セパレータ及び第2電極板が、この順に積層され一体化された電極積層体の製造方法であって、上記第1セパレータ、上記第1電極板、上記第2セパレータ及び上記第2電極板をこの順に積層したが一体化されていない一体化前の電極積層体を、または、切断により上記第1セパレータとなる帯状第1セパレータ、切断により上記第1電極板となる帯状第1電極板、切断により上記第2セパレータとなる帯状第2セパレータ、及び、搬送方向に列置された複数の上記第2電極板をこの順に積層したが一体化されていない一体化前の帯状電極積層体を、一対の加圧ロールのロール間隙部において連続的に厚み方向に加圧し、一体化させる加圧工程であって、上記一対の加圧ロールのうち少なくとも一方の加圧ロールのロール表面に、上記加圧ロールの軸方向に延び、かつ、上記電極積層体に、上記一対の加圧ロールで加圧された圧縮部と、上記一対の加圧ロールで加圧されなかった非圧縮部とが、上記搬送方向に交互に複数生じる配置で、上記加圧ロールの周方向に分布する複数の軸方向溝を有する上記加圧ロールと、上記ロール間隙部の挿入側に配置され、上記一対の加圧ロールによる加圧に伴って、上記ロール間隙部の上記挿入側で上記一体化前の電極積層体または上記一体化前の帯状電極積層体に生じる上記厚み方向への移動を規制する反り規制部材と、を用いて、上記反り規制部材で上記一体化前の電極積層体または上記一体化前の帯状電極積層体の上記厚み方向への移動を規制しつつ、上記一体化前の電極積層体または上記一体化前の帯状電極積層体を一体化させて、上記電極積層体または帯状電極積層体を形成する加圧工程を備える電極積層体の製造方法である。
上述の電極積層体の製造方法は、上述の加圧ロール及び反り規制部材を用いた加圧工程を備える。加圧ロールは上述の軸方向溝を有するので、加圧後の電極積層体または帯状電極積層体には、前述のように、圧縮部と非圧縮部とが搬送方向に交互に複数形成される。このうち圧縮部では加圧による変形が生じるが、非圧縮部では加圧による変形が生じないため、電極積層体または帯状電極積層体には、加圧による変形が生じる部分と加圧による変形が生じない部分とが搬送方向に交互に形成される。
一方で、ロール間隙部の挿入側において、反り規制部材により、一体化前の電極積層体または一体化前の帯状電極積層体の厚み方向への移動が規制されるため、加圧後の電極積層体または帯状電極積層体の全体で見ると、軸方向溝が存在しない加圧ロールを用いる場合や反り規制部材を用いない場合に比べて、電極積層体または帯状電極積層体に搬送方向の全体にわたる大きな反りが生じるのを抑制できる。更に、帯状電極積層体を切断した個々の電極積層体についても、それぞれ複数の圧縮部及び非圧縮部を有するため、全体にわたる大きな反りが生じるのを抑制できる。
更に、上記の電極積層体の製造方法であって、前記加圧工程は、前記帯状電極積層体を形成する工程であり、上記帯状電極積層体のうち、上記帯状第1セパレータ、上記帯状第1電極板及び上記帯状第2セパレータを、長手方向に所定間隔毎に切断して、上記電極積層体を形成する切断工程を、更に備える電極積層体の製造方法とするのが好ましい。
前述のように、帯状電極積層体を切断して得られる個々の電極積層体も、それぞれ複数の圧縮部及び非圧縮部を有する。このため、切断工程で形成される各々の電極積層体についても、全体にわたる大きな反りが生じるのを抑制できる。
更に、上記のいずれかに記載の電極積層体の製造方法であって、前記第1電極板の前記搬送方向の寸法よりも前記第2電極板の上記搬送方向の寸法が小さく、前記加圧工程は、前記電極積層体または前記帯状電極積層体のうち、上記第2電極板の上記搬送方向の両端部が位置する部位をいずれも加圧せず前記非圧縮部とする電極積層体の製造方法とするのが好ましい。
加圧工程において、第2電極板の搬送方向の端部をも加圧する、即ち、電極積層体または帯状電極積層体のうち、第2電極板の端部が位置する部位を圧縮部とした場合、加圧の際に第2電極板の端部(角部)に力が集中して、第2電極板の端部が第2セパレータまたは帯状第2セパレータを突き破って第1電極板または帯状第1電極板に接触し短絡するおそれがある。これに対し、上述の製造方法では、電極積層体または帯状電極積層体のうち、第2電極板の搬送方向の両端部が位置する部位をいずれも加圧せず非圧縮部とする。このため、加圧の際に第2電極板の端部には力が掛からないので、第2電極板の端部が第2セパレータまたは帯状第2セパレータを突き破って第1電極板または帯状第1電極板に接触し短絡するのを防止できる。
実施形態に係る電極積層体の平面図である。 実施形態に係る電極積層体の図1におけるA−A断面図である。 実施形態に係る電極積層体の図1におけるB−B断面図である。 実施形態に係る電極積層体の製造方法のフローチャートである。 実施形態に係り、帯状複合体を形成する様子を示す説明図である。 実施形態の電極積層体の製造装置により、帯状電極積層体を形成する様子を側方から見た説明図である。 実施形態の電極積層体の製造装置により、帯状電極積層体を形成する様子を上方から見た説明図である。 変形形態1の電極積層体の製造装置に係り、上方から見た図7に対応する説明図である。 変形形態2の電極積層体の製造装置に係り、側方から見た図6に対応する説明図である。 変形形態3に係る電極積層体の製造方法のフローチャートである。 従来技術に係り、帯状電極積層体に反りが生じる様子を示す説明図である。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図1に本実施形態に係る電極積層体1の平面図を、図2に図1におけるA−A断面図を、図3に図1におけるB−B断面図を示す。なお、以下では、電極積層体1の縦方向EH、横方向FH及び積層方向GHを、図1〜図3に示す方向と定めて説明する。
電極積層体1は、ハイブリッドカーやプラグインハイブリッドカー、電気自動車等の車両などに搭載される角型で密閉型のリチウムイオン二次電池の内部に収容される積層型電極体を構成するものである。即ち、この電極積層体1を積層方向GHに複数積み重ねることにより、直方体状の積層型電極体が形成される。
電極積層体1は、それぞれ矩形状をなす第1セパレータ41、負極板(第1電極板)21及び第2セパレータ31及び正極板(第2電極板)11が、この順に積層されて一体化されており(図2及び図3参照)、平面視矩形状(図1参照)を有する。
このうち正極板11は、矩形状のアルミニウム箔からなる正極集電箔12の両主面に、正極活物質を含む正極活物質層13,13を矩形状にそれぞれ設けてなる。正極板11のうち、図1及び図2中、左側の端部は、厚み方向DHに正極活物質層13が存在せず、正極集電箔12が厚み方向DHに露出した正極露出部11mとなっている。正極板11の縦方向EHの寸法EM1は、負極板21及び電極積層体1の縦方向EHの寸法EM2よりも小さくなっている。
負極板21は、矩形状の銅箔からなる負極集電箔22の両主面に、負極活物質を含む負極活物質層23,23を矩形状にそれぞれ設けてなる。負極板21のうち、図1及び図2中、右側の端部は、厚み方向DHに負極活物質層23が存在せず、負極集電箔22が厚み方向DHに露出した負極露出部21mとなっている。
第1セパレータ41は、負極板21のうち、正極板11側とは反対側(図2及び図3中、下方)の主面に接着している。この第1セパレータ41は、矩形板状でポリエチレンの多孔質膜からなるセパレータ本体42と、このセパレータ本体42の両主面に全面にわたりそれぞれ形成された多孔質の接着層43,43とから構成される。この接着層43は、ポリエチレン粒子と、このポリエチレン粒子同士及びポリエチレン粒子とセパレータ本体42とを結着する結着剤とからなる。
第2セパレータ31は、正極板11及び負極板21にそれぞれ接着した状態で、正極板11と負極板21との間に介在している。この第2セパレータ31は、矩形板状でポリエチレンの多孔質膜からなるセパレータ本体32と、このセパレータ本体32の両主面に全面にわたりそれぞれ形成された多孔質の接着層33,33とから構成される。この接着層33も、ポリエチレン粒子と結着剤とからなる。
この電極積層体1は、電極積層体1が積層方向GHに圧縮された圧縮部1pと、電極積層体1が積層方向GHに圧縮されていない非圧縮部1qとを、縦方向EH(後述する搬送方向IH及び長手方向BHと同じ方向)に交互に複数有する(図3参照)。各圧縮部1pでは、正極板11は圧縮されると共に図3中、下方に凹む(下方に凸の)形態に変形し、負極板21は正極板21よりも大きく圧縮される。一方、各非圧縮部1qは、圧縮されないため、圧縮部1pのような変形は生じない。そして、電極積層体1の全体で見ると、縦方向EHの全体にわたる大きな反りが発生するのが防止されている。
なお、電極積層体1のうち、正極板11の縦方向EHの両端部11t,11tが位置する部位1t,1tを、それぞれ非圧縮部1q,1qとしている。このため、後述するように、圧縮により正極板11の端部11tが第2セパレータ31を突き破って負極板21に接触し短絡することが防止されている。
次いで、上記電極積層体1の製造方法について説明する(図4〜図7参照)。まず、「帯状正極板形成工程S1」(図4参照)において、切断により矩形状の正極板11となる帯状正極板(帯状第2電極板)11xを形成する。即ち、帯状のアルミニウム箔からなる正極集電箔12を用意し、その一方の主面に、正極活物質を含む正極ペーストを塗布し、加熱乾燥させて正極活物質層13を形成する。また、正極集電箔12の反対側の主面にも同様に上記正極ペーストを塗布し、加熱乾燥させて正極活物質層13を形成する。その後、この帯状正極板をロールプレス機でプレスして、正極活物質層13,13の密度を高める。これにより、帯状正極板11xが形成される。
また別途、「帯状負極板形成工程S2」において、切断により矩形状の負極板21となる帯状負極板(帯状第1電極板)21xを形成する。即ち、帯状の銅箔からなる負極集電箔22を用意し、その一方の主面に、負極活物質を含む負極ペーストを塗布し、加熱乾燥させて負極活物質層23を形成する。また、負極集電箔22の反対側の主面にも同様に上記負極ペーストを塗布し、加熱乾燥させて負極活物質層23を形成する。その後、この帯状負極板をロールプレス機でプレスして、負極活物質層23,23の密度を高める。これにより、帯状負極板21xが形成される。
また別途、「帯状第1セパレータ形成工程S3」において、切断により矩形状の第1セパレータ41となる帯状第1セパレータ41xを形成する。即ち、ポリエチレンの多孔質膜からなる帯状のセパレータ本体42を用意し、このセパレータ本体42の一方の主面に、ポリエチレン粒子及び結着剤を分散媒にさせた分散液を塗布し、加熱乾燥させて接着層43を形成する。また、セパレータ本体42の反対側の主面にも同様に上記分散液を塗布し、加熱乾燥させて接着層43を形成する。これにより、帯状第1セパレータ41xが形成される。
また別途、「帯状第2セパレータ形成工程S4」において、切断により矩形状の第2セパレータ31となる帯状第2セパレータ31xを形成する。即ち、帯状第1セパレータ形成工程S3と同様に、セパレータ本体32の一方の主面に、前述のポリエチレン粒子等を含む分散液を塗布し、加熱乾燥させて接着層33を形成する。また、セパレータ本体32の反対側の主面にも同様に上記分散液を塗布し、加熱乾燥させて接着層33を形成する。これにより、帯状第2セパレータ31xが形成される。
帯状正極板形成工程S1で得られた帯状正極板11xについては、「正極板形成工程S5」において、帯状正極板11xを長手方向BHに所定間隔毎に切断して、矩形状の正極板11を形成する。
一方、帯状負極板形成工程S2、帯状第1セパレータ形成工程S3及び帯状第2セパレータ形成工程S4でそれぞれ得られた、帯状負極板21x、帯状第1セパレータ41x及び帯状第2セパレータ31xについては、「帯状複合体形成工程S6」において、これらを密着させて帯状複合体51xを形成する。この帯状複合体51xの形成には、複合体製造装置200を用いる(図5参照)。この複合体製造装置200は、負極板供給部210と、第1セパレータ供給部220と、第2セパレータ供給部230と、ロールプレス部240とを備える。
このうち負極板供給部210には、巻出ロール211に巻かれた帯状負極板21xが取り付けられており、この負極板供給部210から帯状負極板21xが長手方向BHに送り出されるようになっている。
負極板供給部210の下方には、第1セパレータ供給部220が配置されている。この第1セパレータ供給部220には、巻出ロール221に巻かれた帯状第1セパレータ41xが取り付けられており、この第1セパレータ供給部220から帯状第1セパレータ41xが長手方向BHに送り出されるようになっている。
また、負極板供給部210の上方には、第2セパレータ供給部230が配置されている。この第2セパレータ供給部230には、巻出ロール231に巻かれた帯状第2セパレータ31xが取り付けられており、この第2セパレータ供給部230から帯状第2セパレータ31xが長手方向BHに送り出されるようになっている。
ロールプレス部240は、帯状第1セパレータ41x、帯状負極板21x及び帯状第2セパレータ31xをロールプレスにより加圧して密着させる部位である。このロールプレス部240は、ロール間隙部KG1を介して互いに平行に配置された一対の加圧ロール241,243を有する。
「帯状複合体形成工程S6」では、この複合体製造装置200を用いて、帯状第1セパレータ41x、帯状負極板21x及び帯状第2セパレータ31xがこの順に積層されて密着した帯状複合体51xを形成する。具体的には、負極板供給部210から送り出された帯状負極板21x、第1セパレータ供給部220から送り出された帯状第1セパレータ41x、及び、第2セパレータ供給部230から送り出された帯状第2セパレータ31xを、それぞれロールプレス部240のロール間隙部KG1に向けて搬送する。そして、ロール間隙部KG1において、帯状第1セパレータ41xと帯状第2セパレータ31xとの間に帯状負極板21xが重なった状態で、これらを長手方向BHに連続的に加圧して密着させて、帯状複合体51xを形成する。
次に、「加圧工程S7」(図4参照)において、帯状複合体51xと複数の矩形状の正極板11とを積層し、一体化して帯状電極積層体1xを形成する。この帯状電極積層体1xの形成には、電極積層体の製造装置(以下、単に「製造装置」ともいう)100を用いる(図6及び図7参照)。この製造装置100は、ロールプレス部110と反り規制部材120とを備える。
このうちロールプレス部110は、帯状複合体51xと搬送方向IHに列置された複数の正極板11とが積層された一体化前の帯状電極積層体1wを、ロールプレスにより加圧して一体化させる部位である。このロールプレス部110は、ロール間隙部KG2を介して互いに平行に配置された一対の加圧ロール111,113を有する。
一方(図6中、上方)の加圧ロール111の周長CM1は、電極積層体1の縦方向EH(搬送方向IH,長手方向BH)の寸法EM2(図1参照)と同じ長さにされている(CM1=EM2)。また、この加圧ロール111のロール表面111aには、加圧ロール111の軸方向LH1に延び、かつ、加圧ロール111の周方向SH1に分布する複数の軸方向溝111mが設けられている。
これらの軸方向溝111mは、加圧ロール111の一端から他端まで形成されており、軸方向溝111mの長さ(軸方向LH1の寸法)LM1は、帯状電極積層体1xの幅方向の寸法、即ち、電極積層体1の横方向FHの寸法FM(図1参照)よりも長くされている(LM1>FM)。また、複数の軸方向溝111mは、周方向SH1に等しい間隔KM1でロール表面111aの全周にわたり形成されている。本実施形態では、各軸方向溝111mの周方向SH1の幅JM1を8.0mm、軸方向溝111m同士の周方向SH1の間隔KM1を16.0mmとしている。
他方(図6中、下方)の加圧ロール113の周長CM2も、電極積層体1の縦方向EH(搬送方向IH,長手方向BH)の寸法EM2(図1参照)と同じ長さにされている(CM2=CM1=EM2)。また、この加圧ロール113のロール表面113aにも、加圧ロール113の軸方向LH2に延び、かつ、加圧ロール113の周方向SH2に分布する、軸方向溝111mと同様な複数の軸方向溝113mが設けられている。
これらの軸方向溝113mは、加圧ロール113の一端から他端まで形成されており、軸方向溝113mの長さ(軸方向LH2の寸法)LM2も、帯状電極積層体1xの幅方向の寸法(電極積層体1の横方向FHの寸法FM)よりも長くされている(LM2>FM)。また、この軸方向溝113mも、周方向SH2に等しい間隔KM2でロール表面113aの全周にわたり形成されている。本実施形態では、各軸方向溝113mの周方向SH2の幅JM2も、JM2=JM1=8.0mm、軸方向溝113m同士の周方向SH2の間隔KM2も、KM2=KM1=16.0mmとしている。
また、これらの加圧ロール111,113は、ロール間隙部KG2において一方の加圧ロール111の軸方向溝111mと他方の加圧ロール113の軸方向溝113mとがそれぞれ対向するように、同期して回転するように構成されている。
反り規制部材120は、一対の加圧ロール111,113による加圧に伴って、ロール間隙部KG2の挿入側JAで一体化前の帯状電極積層体1wに生じる厚み方向DHへの移動を規制する部材である。この反り規制部材120は、ロール間隙部KG2の挿入側JAに配置されている。反り規制部材120は、それぞれ矩形板状をなし、一体化前の帯状電極積層体1wの上方に配置される上側規制部材121と、一体化前の帯状電極積層体1wの下方に配置される下側規制部材123とを有する。上側規制部材121は、その下方の一体化前の帯状電極積層体1w(正極板11)と僅かな隙間を空けて対向し矩形状で平坦な上側規制面121cを有する。また、下側規制部材123は、その上方の一体化前の帯状電極積層体1w(帯状第1セパレータ41x)と僅かな隙間を空けて対向し矩形状で平坦な下側規制面123cを有する。
「加圧工程S7」では、この電極積層体の製造装置100を用いて、帯状複合体51x及び複数の正極板11から帯状電極積層体1xを形成する。具体的には、帯状複合体51xのうち帯状第2セパレータ31xの上に、矩形状に切断された正極板11を重ねて、帯状複合体51x及び搬送方向IH(長手方向BH)に列置された複数の正極板11からなる一体化前の帯状電極積層体1wを形成する。そして、この一体前の帯状電極積層体1wをロールプレス部110のロール間隙部KG2に搬送し、ロール間隙部KG2おいて連続的に加圧して一体化させる。これにより、帯状第1セパレータ41x、帯状負極板21x、帯状第2セパレータ31x及び複数の正極板11がこの順に積層されて一体化された帯状電極積層体1xが形成される。
その際、ロール間隙部KG2おいて一方の加圧ロール111の軸方向溝111mと他方の加圧ロール113の軸方向溝113mとがそれぞれ対向するように、一対の加圧ロール111,113を同期して回転させる。このため、加圧後の帯状電極積層体1xには、一対の加圧ロール111,113で加圧された圧縮部1pと、一対の加圧ロール111,113で加圧されなかった(軸方向溝111m,113m同士の間に挟まれて加圧されなかった)非圧縮部1qとが、搬送方向IH(長手方向BH)に交互に複数形成される。
なお、加圧ロール111,113の周長CM1,CM2は、前述のように、電極積層体1の縦方向EH(搬送方向IH,長手方向BH)の寸法EM2(図1参照)と同じ長さであり(CM1=CM2=EM2)、加圧ロール111,113のロール表面111a,113aには、周方向SH1に複数の軸方向溝111m,113mが設けられている。このため、後述する切断工程S8で帯状電極積層体1xを切断して得られる個々の電極積層体1に、同じパターンで、上述の圧縮部1pと非圧縮部1qとが縦方向EH(搬送方向IH,長手方向BH)に交互に複数形成される。
一方で、ロール間隙部KG2の挿入側JAにおいて、反り規制部材120により、一体化前の帯状電極積層体1wの厚み方向DHへの移動が規制されるため、加圧後の帯状電極積層体1xの全体で見ると(図3参照)、搬送方向IH(長手方向BH)の全体にわたる大きな反りが発生するのが防止される。
ここで、この加圧工程S7において、正極板11の搬送方向IH(長手方向BH,縦方向EH)の端部11tをも加圧する、即ち、帯状電極積層体1xのうち、正極板11の端部11tが位置する部位1tを圧縮部1pとした場合、加圧の際に正極板11の端部11tに力が集中して、正極板11の端部11tが帯状第2セパレータ31xを突き破って帯状負極板21xに接触し短絡するおそれがある。
これに対し、本実施形態では、帯状電極積層体1xのうち、正極板11の搬送方向IHの端部11tが位置する部位1tをいずれも加圧せず非圧縮部1qとしている。具体的には、加圧ロール111,113の周長CM1,CM2を、電極積層体1の縦方向EH(搬送方向IH,長手方向BH)の寸法EM2と同じ長さとし(CM1=CM2=EM2)、正極板11の両端部11t,11tが位置する帯状電極積層体1xの部位1t,1tが、それぞれ軸方向溝111m,113m同士の間に挟まれるように、加圧ロール111,113の回転及び一体化前の帯状電極積層体1wの搬送を制御している。このため、加圧の際に正極板11の端部11tには力が掛からないので、正極板11の端部11tが帯状第2セパレータ31xを突き破って帯状負極板21xに接触し短絡するのを防止できる。
次に、「切断工程S8」において、帯状電極積層体1xのうち、帯状第1セパレータ41x、帯状負極板21x及び帯状第2セパレータ31xを、長手方向BHに所定間隔毎に切断する。かくして、矩形状の電極積層体1(図1〜図3参照)が形成される。
なお、前述のように、個々の電極積層体1も、それぞれ複数の圧縮部1p及び非圧縮部1qを縦方向EH(搬送方向IH,長手方向BH)に交互に複数有する。このため、各々の電極積層体1についても、全体にわたる大きな反りが生じるのを防止できる。
以上で説明したように、電極積層体の製造装置100は、加圧ロール111,113のロール表面111a,113aにそれぞれ複数の軸方向溝111m,113mを有し、かつ、反り規制部材120を備える。加圧ロール111,113に軸方向溝111m,113mを設けたことにより、加圧後の帯状電極積層体1xには、一対の加圧ロール111,113で加圧された圧縮部1pと、一対の加圧ロール111,113で加圧されなかった非圧縮部1qとが、搬送方向IH(長手方向BH)に交互に複数形成される。この帯状電極積層体1xのうち、圧縮部1pでは加圧による変形が生じるが、非圧縮部1qでは加圧による変形が生じないため、帯状電極積層体1xには、加圧による変形が生じる部分と加圧による変形が生じない部分とが、搬送方向IH(長手方向BH)に交互に形成される。
一方で、ロール間隙部KG2の挿入側JAにおいて、反り規制部材120により、一体化前の帯状電極積層体1wの厚み方向DHへの移動が規制されるため、加圧後の帯状電極積層体1xの全体で見ると、加圧ロール111,113に軸方向溝111m,113mが存在しない場合や製造装置100が反り規制部材120を有しない場合に比べて、帯状電極積層体1xに搬送方向IH(長手方向BH)の全体にわたる大きな反りが生じるのを抑制できる。更に、帯状電極積層体1xを切断して得られる個々の電極積層体1も、それぞれ複数の圧縮部1p及び非圧縮部1qを有する。このため、各々の電極積層体1についても、全体にわたる大きな反りが生じるのを抑制できる。
また、本実施形態では、加圧工程S7で、帯状電極積層体1xのうち、正極板11の搬送方向IH(長手方向BH)の両端部11t,11tが位置する部位1t,1tを、いずれも非圧縮部1q,1qとしている。これにより、加圧の際に正極板11の両端部11t,11tに力が掛からないので、正極板11の端部11tが帯状第2セパレータ31xを突き破って帯状負極板21xに接触し短絡するのを防止できる。
(変形形態1)
次いで、上記実施形態の第1の変形形態について説明する。実施形態の電極積層体の製造装置100では、加圧ロール111,113のロール表面111a,113aに、軸方向溝111m,113mのみを形成した(図6及び図7参照)。これに対し、本変形形態1の電極積層体の製造装置300(図8参照)では、加圧ロール311,313のロール表面311a,313aに、軸方向溝311m,313mに加えて、周方向溝311n,313nも形成した点が異なる。
具体的には、本変形形態1の電極積層体の製造装置300では、加圧ロール311,313のロール表面311a,313aに、実施形態の加圧ロール111,113の軸方向溝111m,113mと同様に、軸方向LH1,LH2に延び、周方向SH1,SH2に分布する複数の軸方向溝311m,313mがそれぞれ形成されている。更に、本変形形態1では、これらのロール表面311a,313aに、周方向SH1,SH2にロール表面311a,313aの全周にわたって延び、かつ、軸方向LH1,LH2に所定間隔を空けて分布する複数の周方向溝311n,313nがそれぞれ形成されている。各周方向溝311n,313nの周方向SH1の幅JM3,JM4は、JM3=JM4=8.0mmである。なお、本変形形態1の製造装置300も、実施形態の製造装置100と同様の反り規制部材120を備える。
この製造装置300を用いて帯状電極積層体2xを形成した場合でも、帯状電極積層体2xには、一対の加圧ロール311,313で加圧された圧縮部2pと、一対の加圧ロール311,313で加圧されなかった(軸方向溝311m,313m同士の間に挟まれて加圧されなかった)非圧縮部2qとが、搬送方向IH(長手方向BH)に交互に複数形成される。また、本変形形態1でも、帯状電極積層体2xのうち、正極板11の搬送方向IHの端部11tが位置する部位2tを、いずれも加圧せず非圧縮部2qとする。
一方で、反り規制部材120により、一体化前の帯状電極積層体1wの厚み方向DHへの移動が規制されるため、加圧後の帯状電極積層体2xの全体で見ると、加圧ロール311,313に軸方向溝311m,313mが存在しない場合や製造装置300が反り規制部材120を有しない場合に比べて、帯状電極積層体2xに搬送方向IH(長手方向BH)の全体にわたる大きな反りが生じるのを抑制できる。更に、帯状電極積層体2xを切断して得られる個々の電極積層体2も、それぞれ複数の圧縮部2p及び非圧縮部2qを有するため、全体にわたる大きな反りが生じるのを抑制できる。その他、実施形態と同様な部分は、実施形態と同様な作用効果を奏する。
(変形形態2)
次いで、上記実施形態の第2の変形形態について説明する。実施形態の電極積層体の製造装置100では、一対の加圧ロール111,113の両方に軸方向溝111m,113mを形成した(図6参照)。これに対し、本変形形態2の電極積層体の製造装置400(図9参照)では、一方の加圧ロール411のロール表面411aにのみ、軸方向溝411mを形成した点が異なる。
具体的には、本変形形態2の電極積層体の製造装置400は、一対の加圧ロール411,413を備える。このうち、一方(図9中、上方)の加圧ロール411は、実施形態の加圧ロール111と同じである。即ち、加圧ロール411のロール表面411aには、実施形態の軸方向溝111mと同様に、軸方向LH1に延び、周方向SH1に分布する複数の軸方向溝411mが形成されている。一方、他方(図9中、下方)の加圧ロール413のロール表面413aには、溝は形成されていない。なお、本変形形態2の製造装置400も、実施形態の製造装置100と同様の反り規制部材120を備える。
この製造装置400を用いて帯状電極積層体3xを形成した場合でも、帯状電極積層体3xには、一対の加圧ロール411,413で加圧された圧縮部3pと、一対の加圧ロール411,413で加圧されなかった(一方の加圧ロール411の軸方向溝411mと他方の加圧ロール413のロール表面413aとの間に挟まれて加圧されなかった)非圧縮部3qとが、長手方向BH(搬送方向IH)に交互に複数形成される。また、本変形形態2でも、帯状電極積層体3xのうち、正極板11の搬送方向IHの端部11tが位置する部位3tを、いずれも加圧せず非圧縮部3qとする。
一方で、反り規制部材120により、一体化前の帯状電極積層体1wの厚み方向DHへの移動が規制されるため、加圧後の帯状電極積層体3xの全体で見ると、加圧ロール411に軸方向溝411mが存在しない場合や製造装置400が反り規制部材120を有しない場合に比べて、帯状電極積層体3xに搬送方向IH(長手方向BH)の全体にわたる大きな反りが生じるのを抑制できる。更に、帯状電極積層体3xを切断して得られる個々の電極積層体3も、それぞれ複数の圧縮部3p及び非圧縮部3qを有するため、全体にわたる大きな反りが生じるのを抑制できる。その他、実施形態と同様な部分は、実施形態と同様な作用効果を奏する。
(変形形態3)
次いで、上記実施形態の第3の変形形態について説明する。実施形態では、加圧工程S7において、帯状複合体51x及び複数の矩形状の正極板11を用いて帯状電極積層体1xを形成した後、切断工程S8において、この帯状電極積層体1xを長手方向BHに所定間隔毎に切断して、矩形状の電極積層体1を製造した。これに対し、本変形形態3では、それぞれ予め矩形状とされた複合体51及び正極板11を用いて、矩形状の電極積層体1を製造する(帯状電極積層体を形成しない)点が異なる。
具体的には、実施形態(図4参照)と同様に、帯状正極板形成工程S1〜帯状第2セパレータ形成工程S4の各工程を行う(図10参照)。また、実施形態と同様に正極板形成工程S5を行って矩形状の正極板11を形成する。また、実施形態と同様に帯状複合体形成工程S6を行って帯状複合体51xを形成する。その後、本変形形態3では、複合体形成工程S16において、この帯状複合体51xを長手方向BHに所定間隔毎に切断して、矩形状の複合体51を得る。
次に、加圧工程S17において、矩形状の複合体51と矩形状の正極板11とから矩形状の電極積層体1を形成する。本変形形態2の加圧工程S17も、実施形態の電極積層体の製造装置100を用いて行う(図6及び図7参照)。具体的には、矩形状に切断済みの複合体51の第2セパレータ31の上に、矩形状に切断済みの正極板11を重ねて、一体化前の電極積層体1yを形成する。そして、この一体前の電極積層体1yを、製造装置100のロールプレス部110のロール間隙部KG2で連続的に加圧して一体化させる。これにより、矩形状の電極積層体1が形成される。
このようにして製造された電極積層体1にも、実施形態と同様に、圧縮部1pと非圧縮部1qとが縦方向EH(搬送方向IH,長手方向BH)に交互に複数形成される。その一方で、反り規制部材120により、一体化前の電極積層体1yの厚み方向DHへの移動が規制されるため、加圧後の電極積層体1の全体で見ると、大きな反りが生じるのを防止できる。
以上において、本発明を実施形態及び変形形態1〜3に即して説明したが、本発明は上述の実施形態及び変形形態1〜3に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
実施形態及び変形形態1,2では、予め帯状負極板21xに帯状第1セパレータ41x及び帯状第2セパレータ31xが接着した帯状複合体51xを形成しておき、加圧工程S7において、この帯状複合体51xに複数の正極板11を積層し、これを一体化させて帯状電極積層体1xを形成したが、これに限られない。
例えば、帯状負極板21xに帯状第1セパレータ41xのみを接着して、第1帯状複合体を形成する一方、帯状第2セパレータ31xと複数の正極板11とを接着して、第2帯状複合体を形成しておく。その後、加圧工程S7において、これら第1帯状複合体と第2帯状複合体とを積層し、これを一体化させて、帯状電極積層体1xを形成してもよい。
また、上述のような帯状複合体を形成することなく、加圧工程S7において、帯状第1セパレータ41x、帯状負極板21x、帯状第2セパレータ31x及び複数の正極板11を積層し、これを一体化させて、帯状電極積層体1xを形成してもよい。
また、変形形態3では、予め負極板21に第1セパレータ41及び第2セパレータ31が接着した矩形状の複合体51を形成しておき、加圧工程S7において、この複合体51と正極板11とを積層し、これを一体化させて、矩形状の電極積層体1を形成したが、これに限られない。
例えば、負極板21に第1セパレータ41のみが接着した第1複合体と、第2セパレータ31と正極板11とが接着した第2複合体をそれぞれ形成しておく。そして、加圧工程S17において、これら第1複合体と第2複合体とを積層し、これを一体化させて、矩形状の電極積層体1を形成してもよい。
また、上述のような複合体を形成することなく、加圧工程S17において、それぞれ矩形状とされた第1セパレータ41、負極板21、第2セパレータ31及び正極板11を積層し、これを一体化させて、矩形状の電極積層体1を形成してもよい。
また、実施形態では、軸方向溝111m,113mの幅JM1,JM2を、いずれの軸方向溝111m,113mについても一律に同じ大きさ(8.0mm)としたが、軸方向溝111m,113mの幅JM1,JM2を異なる大きさとすることもできる。例えば、各軸方向溝111m,113mのうち、帯状電極積層体1xのうち正極板11の端部11tが位置する部位1tを非圧縮部1qとするための軸方向溝111m,113mの幅JM1,JM2については、搬送方向IHに隣り合う正極板11,11の端部11t,11t同士の間隙の大きさを考慮して、それ以外の軸方向溝111m,113mの幅JM1,JM2とは異なる大きさとすることができる。また、変形形態1,2に係る軸方向溝311m,313m,411mについても同様に、軸方向溝311m,313m,411mの幅JM1,JM2を異なる大きさとすることもできる。
また、実施形態では、軸方向溝111m,113m同士の周方向SH1,SH2の間隔KM1,KM2を、一律に同じ大きさ(16.0mm)としたが、軸方向溝111m,113m同士の間隔KM1,KM2を異なる大きさとすることもできる。また、変形形態1,2に係る軸方向溝311m,313m,411m同士の周方向SH1,SH2の間隔KM1,KM2についても同様に、軸方向溝311m,313m,411m同士の間隔KM1,KM2を異なる大きさとすることもできる。
1,2,3 電極積層体
1p,2p,3p 圧縮部
1q,2q,3q 非圧縮部
1x,2x,3x 帯状電極積層体
1t,2t,3t (正極板の端部が位置する)部位
1w 一体化前の帯状電極積層体
1y 一体化前の電極積層体
11 正極板(第2電極板)
11x 帯状正極板(帯状第2電極板)
11t (正極板の縦方向の)端部
21 負極板(第1電極板)
21x 帯状負極板(帯状第1電極板)
31 第2セパレータ
31x 帯状第2セパレータ
41 第1セパレータ
41x 帯状第1セパレータ
51 複合体
51x 帯状複合体
100,300,400 電極積層体の製造装置
111,113,311,313,411,413 加圧ロール
111a,113a,311a,313a,411a,413a ロール表面
111m,113m,311m,313m,411m 軸方向溝
311n,313n 周方向溝
120 反り規制部材
121 上側規制部材
123 下側規制部材
BH 長手方向
DH 厚み方向
EH 縦方向
IH 搬送方向
JA 挿入側
LH1,LH2 (加圧ロールの)軸方向
SH1,SH2 (加圧ロールの)周方向
EM1 (正極板の縦方向の)寸法
EM2 (負極板及び電極積層体の縦方向の)寸法
KG2 ロール間隙部
S5 正極板形成工程
S6 帯状複合体形成工程
S7,S17 加圧工程
S8 切断工程
S16 複合体形成工程

Claims (1)

  1. 第1セパレータ、第1電極板、第2セパレータ及び第2電極板が、この順に積層され一体化された電極積層体を製造する電極積層体の製造装置であって、
    上記第1セパレータ、上記第1電極板、上記第2セパレータ及び上記第2電極板をこの順に積層したが一体化されていない一体化前の電極積層体を、または、
    切断により上記第1セパレータとなる帯状第1セパレータ、切断により上記第1電極板となる帯状第1電極板、切断により上記第2セパレータとなる帯状第2セパレータ、及び、搬送方向に列置された複数の上記第2電極板をこの順に積層したが一体化されていない一体化前の帯状電極積層体を、
    ロール間隙部において連続的に厚み方向に加圧し、一体化させる一対の加圧ロールと、
    上記ロール間隙部の挿入側に配置され、上記一対の加圧ロールによる加圧に伴って、上記ロール間隙部の上記挿入側で上記一体化前の電極積層体または上記一体化前の帯状電極積層体に生じる上記厚み方向への移動を規制する反り規制部材と、を備え、
    上記一対の加圧ロールのうち少なくとも一方の加圧ロールのロール表面に、
    上記加圧ロールの軸方向に延び、かつ、
    上記電極積層体に、上記一対の加圧ロールで加圧された圧縮部と、上記一対の加圧ロールで加圧されなかった非圧縮部とが、上記搬送方向に交互に複数生じる配置で、上記加圧ロールの周方向に分布する複数の軸方向溝を有する
    電極積層体の製造装置。
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