JP2024107841A

JP2024107841A - 電池の製造方法

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Publication number: JP2024107841A
Application number: JP2023011977A
Authority: JP
Inventors: 英明堀江; 茉優下田; 悠祐江守; 祐一郎横山; 昌典島田
Original assignee: +APB CORPORATION; Sanyo Chemical Industries Ltd
Current assignee: +APB CORPORATION; Sanyo Chemical Industries Ltd
Priority date: 2023-01-30
Filing date: 2023-01-30
Publication date: 2024-08-09

Abstract

【課題】薄膜セパレータの裁断および搬送方法を含む電池の製造方法を提供する。【解決手段】セパレータロールから帯状セパレータを搬送し、第１の支持体上に載置させるステップと、前記第１の支持体上で、前記帯状セパレータを所定長さに裁断するステップと、前記裁断されたセパレータを電極体に貼合するステップと、を含む電池の製造方法を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、電池の製造方法に関し、詳細には薄膜セパレータの裁断および搬送方法を含む電池の製造方法に関する。

大型化、高容量、及び高エネルギー密度のリチウムイオン電池として、シート状の電極を積層する積層型二次電池が着目されている（特許文献１等参照）。

積層型二次電池は一般に、シート状電極間にセパレータを挟持して電極間の短絡を防止し、それをフィルム外装体で覆った後、電極とセパレータに電解液を含浸させ、フィルム外装体をシーリングして形成される。シート面積に対する電極面積が大きければ大きいほど、単セルあたりのエネルギー容量は大きくなる。

しかし、シート面積に対する電極面積を大きくすることにより、フィルム外装体のシーリング領域は小さくなる。また、セパレータは電極を十分に覆う大きさを有する必要があるが、セパレータがフィルム外装体のシーリング領域にまではみ出すと、シーリング領域の密着度を低下させ、十分な密閉性を提供できないおそれがある。

電極上にセパレータを積層する方法として、特許文献２では、正極帯状シートにセパレータ層を形成し、その後セパレータごと正極帯状シートを裁断する方法が開示されている。この方法では裁断面でセパレータと正極との寸法が一致することとなり、十分な内部短絡抑制ができないおそれがある。

また、特許文献３のように、セパレータ上に電極を設け、その後セパレータを裁断する方法も提案されているが、電極に影響のない位置での裁断はセパレータの無駄が多い。

さらに二次電池の電池容量を向上させるため、セパレータがより薄膜化することも予測されている（特許文献４等参照）。

特開２０１８－１７４０７４号公報特開２０１８－１３３３４４号公報国際公開第２０１９／０３９３２８号国際公開第２０１５／１９０２６５号

そのため、電極面積を大きくしながら十分なシーリング密閉性を有する積層型二次電池を提供するためには、薄膜のセパレータを精度よく裁断し、電極の上に適切に搬送する必要がある。

これらを鑑み、本発明は、薄膜のセパレータを精度よく裁断し、シート状電極の上に適切に搬送する方法を含む電池の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る一実施態様の電池を製造する方法は、セパレータロールから帯状セパレータを搬送し、第１の支持体上に載置させるステップと、前記第１の支持体上で、前記帯状セパレータを所定長さに裁断するステップと、前記裁断されたセパレータを電極体に貼合するステップと、を含む。

本発明は薄膜のセパレータを精度よく裁断し、シート状電極の上に適切に搬送する方法を含む電池の製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る電池の製造方法を表す模式図である。本発明の一実施形態に係る電池の製造方法におけるセパレータの裁断工程を表す模式図である。本発明の一実施形態に係る電池の製造方法におけるセパレータを載置する工程を表す模式図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下に説明する実施形態は、本発明を具体的に実現した形態を例示するものである。よって、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって、以下に説明される実施形態の構成は適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

１．電池の製造方法
本発明の一実施形態に係る電池の製造方法について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電池の製造方法を表す模式図である。図１に示されるように、本実施形態を実施する電池製造装置１００は、セパレータロール１０、移送ローラ２１～２５、ガイドローラ３０、カッター４０、第１の支持体５０、第１移送路５５、第２の支持体６０、第２移送路６５、および搬送治具７０を備える。第１の支持体５０および第２の支持体６０は、それぞれ第１移送路５５および第２移送路６５により移動することができる。

図１～３では、本実施形態の各工程での電池製造装置１００の機構を説明するための方向軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸が適宜用いられる。Ｘ軸は第１の支持体５０および第２の支持体６０の移動方向に沿った軸であり、後述する帯状セパレータ１５の裁断時における長手方向に該当する。Ｙ軸はＸ軸と水平面上で直行する軸であり、帯状セパレータ１５の短手方向に該当し、図面を画定する平面から垂直方向に突出する方向である。Ｚ軸はＸ軸及びＹ軸と直交する鉛直軸であって、被積層対象であるセパレータ１５の積層方向に等しい。また、電池製造装置１００の各機構の配置を説明するうえで、セパレータロール１０側が上流側となり、裁断されたセパレータ１５’が電極８０に積層される搬送治具７０側が下流側となる。

本実施形態に係る電池の製造方法において、帯状のセパレータ１５はセパレータロール１０から搬送され、第１の支持体５０に載置される。次いで、セパレータ１５は第１の支持体５０上で所定長さに裁断され、第２の支持体６０で移送され、電極８０と貼合される。以下、本実施形態の各工程について、図を用いて詳細に説明する。

（セパレータの裁断工程）
帯状セパレータ１５は、セパレータロール１０から引き出され、移送ローラ２１～２５を経て、ガイドローラ３０まで搬送される（図１および図２参照）。図２は帯状セパレータ１５の裁断工程を表す模式図である。なお、図２においては、セパレータロール１０および移送ローラ２１～２４ならびに第１移送路５５は省略する。

セパレータロール１０は帯状セパレータ１５をロール状にしたものであり、ロールの軸はＹ軸に平行である。帯状セパレータ１５は製造される電池の性能に関与するため、電解液含浸によりイオン透過性を有し、電気絶縁性、耐電解液性、耐酸化性に優れた材料で形成されていることが好ましい。例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素系樹脂、およびこれらの混合物を用いることができる、

また本実施形態において、帯状セパレータ１５の厚さは電極間を適切に短絡防止できるのであれば任意の厚さであってもよい。例えば、２０μｍ以下の厚さのフィルムを帯状セパレータ１５として用いることができる。好ましくは８～２０μｍの帯状セパレータ１５を用いることができる。

セパレータロール１０から引き出された帯状セパレータ１５は、移送ローラ２１～２５で搬送される。移送ローラの数は１つ以上であればよく、複数であってもよい。図１では５つの移送ローラを記載するが、これに限定されるものではない。

また、移送ローラのうち、少なくとも１つはヘリカルローラであることが好ましい。より好ましくは、複数の移送ローラがヘリカルローラであり、さらに好ましくは全ての移送ローラがヘリカルローラである。上述するように、帯状セパレータ１５は薄膜フィルム状であるため、搬送中にしわや蛇行が生じやすい。ヘリカルローラにより、搬送中の帯状セパレータ１５のしわや蛇行を改善し、帯状セパレータ１５の長手方向端部を常にＸ軸に平行に保つことができる。

また、本発明の一実施形態において、帯状セパレータ１５は、セパレータロール１０から帯状セパレータ１５の降伏点を超えない張力を負荷した状態で引き出されることが好ましい。帯状セパレータ１５張力を負荷せずに搬送すると、たるみが発生し、しわやねじれを生じさせる恐れがある。一方、帯状セパレータ１５の降伏点を超える張力で引き出した場合、帯状セパレータ１５自体が変形することとなり、寸法精度が低下するおそれがある。

移送ローラ２１～２５によりガイドローラ３０まで搬送され、ガイドローラ３０に固定された帯状セパレータ１５は、第１の支持体５０に仮固定される（図２（ａ）参照）。第１の支持体５０は複数の空気孔が設けられた構造を有する。空気孔の上端は第１の支持体５０の表面に露出され、下端はエア配管（図示せず）に接続される。エア配管には負圧（Ｖａｃ）及び静圧（Ｐｒｓ）のエアが供給される。第１の支持体５０のエア配管に負圧がかけられることで、帯状セパレータ１５は第１の支持体５０に保持される。第１の支持体５０が帯状セパレータ１５を仮固定する際は、エア配管に第１の負圧がかけられる。

次いで、第１の支持体５０は、エア配管に第１の負圧をかけながら、第１移送路に沿って、X軸方向を負側に移動する（図２（ｂ）参照）。これにより、ガイドローラ３０と第１の支持体５０に挟持された帯状セパレータ１５は、第１の支持体５０表面を覆うように第１の支持体５０に載置される。帯状セパレータ１５は降伏点を超えない張力を負荷した状態を維持した状態で引き出されているため、しわを発生させることなく、また帯状セパレータ１５の長手方向端部をＸ軸に平行に保ったまま、第１の支持体５０に載置することができる。

第１の支持体５０表面を所定長さの帯状セパレータ１５が覆うと、第１の支持体５０は、エア配管に第１の負圧より圧力が低い第２の負圧をかけながら、帯状セパレータ１５を表面に保持したまま、第１移送路に沿ってＸ軸方向を正側に移動する（図２（ｃ）および（ｄ）参照）。

帯状セパレータ１５のカット位置とカッター４０の裁断位置とが一致したところで第１の支持体５０の移動を止め、カッター４０により、帯状セパレータ１５を所定の長さに裁断する（図２（ｅ）参照）。カッター４０はＸ軸と垂直、すなわちＹ軸と平行になるように帯状セパレータ１５を裁断する。裁断部が帯状セパレータ１５の長手方向端部に対し直角になるように、裁断位置をカメラで確認し、カッター４０と第１の支持体５０の角度を補正後に裁断を行ってもよい。帯状セパレータ１５の長手方向端部に対して直角になるように裁断することで、セパレータを高い寸法精度で裁断することができる。

次いで、裁断されたセパレータ１５’は、後述する電極貼合工程へと移動する（図２（ｆ）参照）。残りの帯状セパレータ１５はガイドローラ３０に固定され、図２（ａ）からの工程を繰り返すこととなる。

（セパレータ貼合工程）
裁断されたセパレータ１５’は、電極８０に貼合される。第２の支持体６０で移送され、電極８０と貼合される。図３は裁断されたセパレータ１５’の貼合工程を表す模式図である。なお、図３においては、第１移送路５５および第２移送路６５は省略する。

上述のように裁断されたセパレータ１５’（図３（ａ）参照）は、第１の支持体５０から、第２の支持体６０により電極８０上に移送される（図３（ｂ）～（ｄ）参照）。

第２の支持体６０は、第１の支持体５０と同様、複数の空気孔が設けられた構造を有する。空気孔の下端は第２の支持体６０の表面に露出され、上端はエア配管（図示せず）に接続される。エア配管には負圧（Ｖａｃ）及び静圧（Ｐｒｓ）のエアが供給される。

第１の支持体５０上の裁断されたセパレータ１５’と第２の支持体６０の表面とが相対する位置に移動した後（図３（ｂ）参照）、第２の支持体６０はＺ軸方向に降下し、裁断されたセパレータ１５’と接触する（図示せず）。次いで、第２の支持体６０のエア配管に負圧を掛けながら、第１の支持体５０のエア配管の負圧を解除し、裁断されたセパレータ１５’を第２の支持体６０表面に保持する。

裁断されたセパレータ１５’を保持した第２の支持体６０は第２移送路に沿ってＸ軸方向に移動させ、搬送治具７０上に載置された基材８１に形成された電極８０に相対させる（図３（ｃ）参照）。

基材８１に形成された電極８０は、シート状電極であれば任意の電極を用いることができる。電極８０は正極であっても、負極であっても、どちらでもよい。

次いで電極８０と裁断されたセパレータ１５’の位置合わせを行い、電極８０上に裁断されたセパレータ１５’を貼合する（図３（ｄ）参照）。裁断されたセパレータ１５’の貼合は、電極８０に裁断されたセパレータ１５’を接触させた後、第２の支持体６０のエア配管の負圧を解除して行ってもよい。また、電極８０の近距離に裁断されたセパレータ１５’を配置し、第２の支持体６０のエア配管を負圧から静圧にすることで、裁断されたセパレータ１５’を電極８０に貼合してもよい。

電極８０と裁断されたセパレータ１５’の位置合わせは、アライメントカメラ（図示せず）により行われてもよい。

裁断されたセパレータ１５’は電極８０および基材８１の大きさに合わせ、高精度で裁断されているため、十分なシーリング密閉性を確保しながら、シート状電極８０の短絡を適切に防止することができる。

＜実施形態のまとめ＞
次に、以上説明した実施形態における符号などを援用して、本件発明を構成する発明特
定事項を連記する。なお、下記の各符号などは、特許請求の範囲における構成要素を実施
形態の記載を援用して説明するに過ぎず、その構成要素を具体的な部材等に限定するもの
ではないことは言うまでもない。

「１」電池の製造方法であって、
セパレータロールから帯状セパレータを搬送し、第１の支持体上に載置させるステップと、
前記第１の支持体上で、前記帯状セパレータを所定長さに裁断するステップと、
前記裁断されたセパレータを電極体に貼合するステップと、
を含む方法。

「２」前記セパレータは厚さが２０μｍ以下である、「１」に記載の方法。

「３」前記帯状セパレータの搬送がヘリカルローラにより行われ、前記帯状セパレータの裁断面は、前記帯状セパレータの進行方向に対して直角である、「１」または「２」に記載の方法。

「４」前記第１の支持体は前記セパレータを保持する機能を有する、「１」から「３」のいずれか一つに記載の方法。

「５」前記保持する機能は真空吸着である、「４」に記載の方法。

「６」前記帯状セパレータは前記セパレータロールから降伏点を超えない張力を負荷した状態で引き出される、「１」～［５］のいずれか一つに記載の方法。

「７」前記裁断されたセパレータは前記第１の支持体から第２の支持体に移送され、前記電極体上に移送されるステップをさらに含む、「１」～「６」のいずれか一つに記載の方法。

「８」前記裁断されたセパレータが前記電極体上に移送された後、前記電極体と前記裁断されたセパレータとの位置合わせが行われるステップをさらに含む、「７」に記載の方法。

以上に、本発明の実施形態およびその変形例を説明したが、実施形態および変形例における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

１０セパレータロール
１５帯状セパレータ
１５’裁断されたセパレータ
２１移送ローラ
２２移送ローラ
２３移送ローラ
２４移送ローラ
２５移送ローラ
３０ガイドローラ
４０カッター
５０第１の支持体
５５第１移送路
６０第２の支持体
６５第２移送路
７０搬送治具
８０電極
８１基材
１００電池製造装置

Claims

電池の製造方法であって、
セパレータロールから帯状セパレータを搬送し、第１の支持体上に載置させるステップと、
前記第１の支持体上で、前記帯状セパレータを所定長さに裁断するステップと、
前記裁断されたセパレータを電極体に貼合するステップと、
を含む方法。
前記セパレータは厚さが２０μｍ以下である、請求項１に記載の方法。
前記帯状セパレータの搬送がヘリカルローラにより行われ、前記帯状セパレータの裁断面は、前記帯状セパレータの進行方向に対して直角である、請求項１に記載の方法。
前記第１の支持体は前記セパレータを保持する機能を有する、請求項１に記載の方法。
前記保持する機能は真空吸着である、請求項４に記載の方法。
前記帯状セパレータは前記セパレータロールから降伏点を超えない張力を負荷した状態で引き出される、請求項１に記載の方法。
前記裁断されたセパレータは前記第１の支持体から第２の支持体に移送され、前記電極体上に移送されるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記裁断されたセパレータが前記電極体上に移送された後、前記電極体と前記裁断されたセパレータとの位置合わせが行われるステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。