JP3435017B2 - リチウムポリマー電池用電極要素の製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムポリマー
電池用電極要素の製造装置に係り、さらに詳しくはリチ
ウムポリマー電池用電極要素を成す積層体のラミネーシ
ョン装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話機や携帯型ノートパソコ
ンなど電子機器のコードレス化、高性能化はめざまし
く、これら電子機器の電源となる二次電池においても、
小形、軽量、薄型化や大容量、高電圧などが求められて
いる。そして、このような要望に対して、正極層、ポリ
マ−電解質層および負極層を重ね合わせ、シート状（薄
型）に一体化した構成の電極要素を備えた厚さ 0.5mm程
度のリチウム非水溶媒電池も知られている（たとえば米
国特許第 5,296,318号明細書）。

【０００３】図２は、前記ポリマー電解質電池用電極要
素の一構成例の要部を断面的に示したものである。図２
において、１はセパレーターの機能をする電解質保持性
のポリマ−電解質系（たとえばヘキサフロロプロピレン
−フッ化ビニリデン共重合体などのポリマと、リチウム
塩などのエチレンカーボネート溶液…非水電解液…との
系）、２は金属酸化物などの活物質、非水電解液および
電解質保持性ポリマーを含む正極層を集電体に積層して
成る正極、３はリチウムイオンを吸蔵・放出する活物
質、非水電解液および電解質保持性ポリマーを含む負極
層を集電体に積層して成る負極である、そして、この電
極要素は、前記正極２および負極３の裏面側を樹脂フィ
ルムで被覆保護・シール層（封止層）するか、外装缶内
に封装することにより電池として組み立てられている。

【０００４】ここで、正極２の活物質としては、たとえ
ばリチウムマンガン複合酸化物、二酸化マンガン、リチ
ウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケルコバル
ト酸化物、リチウムを含む非晶質五酸化バナジウム、カ
ルコゲン化合物などが挙げられる。また、負極活物質と
しては、たとえばビスフェノール樹脂、ポリアクリロニ
トリル、セルローズなどの焼成物、コークスやピッチの
焼成物が挙げられ、これらは天然もしくは人口グラファ
イト、カーボンブラック、アセチレンブラック，ケッチ
ェンブラック、ニッケル粉末、ニッケル粉末などを含有
した形態を採ってもよい。

【０００５】さらに、電解質系１は、たとえばエチレン
カーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカー
ボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネー
ト、メチルエチルカーボネートなどの非水溶媒に、過塩
素酸リチウム、六フッ化リン酸リチウム、ホウ四フッ化
リチウム、六フッ化ヒ素リチウム、トリフルオロメタン
スルホン酸リチウムなどを 0.2〜 2mol/ l程度に溶解さ
せたものが挙げられる。 そして、この種の軽量、フレ
キシブルなリチウムポリマー電池の製造に当たっては、
電極要素のラミネーションが前提として行われる。すな
わち、電極要素である正極２、セパレータ（ポリマ−電
解質系）１および負極３を積層状に組み合わせ、この積
層体を加圧ローラ（ラミネーターローラー）間を通過さ
せる過程で一体化する。ここで、加圧ローラは、電熱も
しくは温水を熱源とした加温型に構成されており、ま
た、積層体は柔軟で加圧ローラにかける際、型崩れなど
起こし取り扱い難いため、テトラフロロエチレンフィル
ム（パッケージ）などで包み込み、機械的に補強した形
で加圧・一体化している。

【０００６】その後、一体化された電極要素を所定の形
状・寸法に切断分離し、所要の外部用リードを付設し、
たとえば電池外装缶内に装着する。次いで、要すれば電
解液を供給・注入した後、前記外部用リードを導出させ
ながら、電池外装缶の開口部を封止することによって、
リチウムポリマー電池を製造している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記電極部材
の積層体を一体化する工程においては、予め、前記積層
体をテトラフロロエチレンフィルム（パッケージ）など
で包み込むため、量産性が損なわれるという問題があ
る。すなわち、リチウムポリマー電池の試作段階、もし
くは少量生産段階ではさほどの不都合もないが、リチウ
ムポリマー電池の量産化の段階で、積層体をフィルムパ
ッケージ化することは、それだけ製造工程が繁雑化し、
コストアップを招来するだけでなく、歩留まりや信頼性
の確保のうえでも問題がある。特に、積層体のフィルム
パッケージ化を人手で行う場合は、フィルムパッケージ
化自体の信頼性など向上するが、量産・生産性が大幅に
低下することになる。

【０００８】本発明は、このような事情に対してなされ
たもので、電極部材の積層体をフィルムパッケージ化す
ることなく、加圧ユニットに対する電極の付着を解消・
回避でき、歩留まりよく高品質なリチウムポリマー電池
用の電極要素を容易に得ることができる製造装置の提供
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、対向
間隔を任意に設定できるようにほぼ平行に配置され、か
つリチウムポリマー電池用電極部材の積層体を挟持的に
搬送する一対のエンドレス型ベルトと、前記エンドレス
型ベルトを走行駆動する走行駆動機構と、前記エンドレ
ス型ベルトを押圧してリチウムポリマー電池用電極部材
積層体の挟持間隔を調整する加圧ユニットと、前記エン
ドレス型ベルトで挟持搬送されるリチウムポリマー電池
用電極部材の積層体を両面側から加熱する一対の加熱ユ
ニットと、前記エンドレス型ベルトで搬送されたリチウ
ムポリマー電池用電極部材の積層体を一体化する一対の
加圧ローラとを有することを特徴とするリチウムポリマ
ー電池用電極要素の製造装置である。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１記載のリチウ
ムポリマー電池用電極要素の製造装置において、加圧ロ
ーラは搬送機構の走行駆動機構に連動して回転駆動する
ことを特徴とする。

【００１１】請求項１および請求項２の発明において、
リチウムポリマー電池用電極部材の積層体を挟持的に保
持搬送する一対のエンドレス型ベルトは、一般的には、
少なくとも40〜 200℃程度の温度に耐える耐熱性が要求
される。ここで、エンドレス型ベルトは、リチウムポリ
マー電池用電極部材の積層体を、型崩れなどを起こさせ
ずに、いわば補強しながら加圧ローラへ搬送するもの
で、また、この搬送過程で、リチウムポリマー電池用電
極部材の積層体に所要の温度を伝達できる程度の厚さ、
材質、もしくは構造などが望まれる。たとえば、材質が
テトラフロロエチレン繊維の場合は、厚さ 0.1〜 0.5mm
程度のテープもしくはシート状が好ましい。 さらに、
前記一対のエンドレス型ベルトを走行駆動する走行駆動
機構は、駆動源となる駆動ローラ、走行をガイドするガ
イドローラを有するもので、これら一対の耐熱性エンド
レスベルトは、一定方向にほぼ等速度で走行させること
によって、前記積層体外周面の摩擦損傷の発生など回避
できる。

【００１２】さらにまた、加圧ユニットは、リチウムポ
リマー電池用電極部材の積層体が、前記一対のエンドレ
ス型ベルトによって挟持的に保持され、変形や損傷など
が起こらないように搬送するために、両エンドレス型ベ
ルト主面の間隔を調整するものである。つまり、一方の
エンドレス型ベルトを押圧する形に、進退可能に配置さ
れた可動型加圧ユニットの進退で対を成すエンドレス型
ベルトの対向間隔を調節し、エンドレス型ベルトで電極
部材の積層体を補強するように、挟持的に保持搬送する
構成を採っている。

【００１３】請求項１および請求項２の発明において、
前記エンドレス型ベルトによって挟持搬送されるリチウ
ムポリマー電池用電極部材の積層体を両面側から加熱す
る一対の加熱ユニットは、たとえば電気抵抗発熱や、温
水もしくは水蒸気などを熱源としたものである。

【００１４】また、前記エンドレス型ベルトを通過した
リチウムポリマー電池用電極部材の積層体を一体化する
一対の加圧ローラは、セラミック系、金属系もしくは耐
熱性樹脂系などであり、その幅や径などは、加圧一体化
するリチウムポリマー電池用電極部材の積層体に対応し
て設定する。ここで、この加圧ローラはエンドレス型ベ
ルトの走行方向に隣接配置され、エンドレス型ベルトで
挟持的に保持搬送されるリチウムポリマー電池用電極部
材の積層体が連続的に供給される構成が採られる。

【００１５】したがって、エンドレス型ベルトとほぼ等
速度にて回転することにより、前記積層体外周面の摩擦
損傷の発生など回避しながら、一体化することが可能と
なる。なお、加圧ローラの回転・駆動は、独立した回転
駆動源によって行ってもよいが、前記エンドレス型ベル
トの搬送駆動源を利用した構成とすることもできる。

【００１６】請求項１および２の発明では、リチウムポ
リマー電池用電極部材の積層体が一対のエンドレス型ベ
ルトとで、挟持的に保持されて加圧一体化する加圧ロー
ラに搬送・供給される。つまり、それ自体型崩れないし
変形などを起こし易いリチウムポリマー電池用電極部材
の積層体は、エンドレス型ベルトとで挟持的に保持さ
れ、型崩れないし変形などを起こさない状態で加圧一体
化する加圧ローラに供給される。したがって、加圧ロー
ラでの一体化に当たって、リチウムポリマー電池用電極
部材の積層体をパッケージ化なども省略できるので、生
産性などの向上が図られる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図１を参照して実施例を説
明する。

【００１８】図１は、実施例に係る電極要素製造装置の
概略構成を示す一部切り欠き斜視図である。図１におい
て、4a，4bは基台（図示省略）に固定的に配置された一
対の支持体、5a，5bは前記一対の支持体4a，4bによって
駆動可能に配設された一対の耐熱性エンドレス型ベルト
で、図示を省略した走行駆動機構によって、走行駆動す
る。ここで、一対の耐熱性エンドレス型ベルト5a，5b
は、たとえばテトラフロロエチレン繊維製で、厚さ 0.2
mm程度、幅27cm、全長70cm程度であり、回転駆動用ロー
ラ6aおよび回転ガイドローラ6b，6cによって一定の方向
に対向して走行する用に構成されている。また、一対の
耐熱性エンドレス型ベルト5a，5bは、対向間隔を任意に
設定できるようにほぼ平行に配置され、かつリチウムポ
リマー電池用電極部材の積層体７を挟持的に保持搬送す
るように成っている。

【００１９】さらに、８は前記エンドレス型ベルト5a，
5bで挟持的に保持搬送されるリチウムポリマー電池用電
極部材の積層体７の厚さに対応して、エンドレス型ベル
ト5a，5b面の間隔を調整する加圧ユニット、9a，9bは前
記エンドレス型ベルト5a，5bで挟持的に保持搬送される
リチウムポリマー電池用電極部材の積層体７を両面側か
ら加熱する一対の加熱ユニットである。

【００２０】ここで、加圧ユニット８は、たとえばエア
ーシリンダー10によって、エンドレス型ベルト5a，5bに
対向して進退できるように配置されている。つまり、加
圧ユニット８の反対面側にエアーシリンダー10を装着・
配置し、このエアーシリンダー10を固定したシリンダー
固定板8aが、アジャストユニット8bの調整によって進退
され、もって加圧ユニット８の進退を行って、所要のエ
ンドレス型ベルト5a，5b間隔の調整を行う。また、前記
加熱ユニット9a，9bは、たとえば電熱体であり、前記エ
ンドレス型ベルト5a，5bを、80〜 130℃程度の温度に加
熱保持用に設定されている。

【００２１】さらに、 11a， 11bは前記エンドレス型ベ
ルト5a，5bを通過したリチウムポリマー電池用電極部材
の積層体７を一体化する一対の加圧ローラ（ラミネート
ローラ）である。ここで加圧ローラ 11a， 11bは、たと
えば工具鋼製で直径 7〜15cm程度、ローラ幅25〜50cm程
度であり、ほぼ同じ周速度で回転する構成を採ってい
る。また、この加圧ローラ 11a， 11bは、前記エンドレ
ス型ベルト5a，5bの各駆動用ローラ6aの回転軸に装着し
た過負荷安全装置付きチエーンスプロケットと、チエー
ンと、加圧ローラ 11a， 11bの回転軸に装着したチエー
ンスプロケットとを介して回転する構成と成っている。
つまり、加圧ローラ 11a， 11bは、エンドレス型ベルト
5a，5bの回転搬送に同期して、回転駆動するようになっ
ている。

【００２２】次に、上記製造装置の動作について説明す
る。

【００２３】先ず、帯状でセパレーターの機能をする電
解質保持性のポリマ−電解質系（たとえばヘキサフロロ
プロピレン−フッ化ビニリデン共重合体などのポリマを
挟んで、帯状の正極（たとえば金属酸化物などの活物質
および電解質保持性ポリマーを含む正極層を集電体に積
層したもの）と、帯状の負極（たとえばリチウムイオン
を吸蔵・放出する活物質および電解質保持性ポリマーを
含む負極層を集電体に積層したもの）とを積層した積層
体７を用意する。

【００２４】次いで、前記リチウムポリマー電池用電極
要素を成す積層体７に対応して、アジャストユニット8b
を調整し、加圧ユニット８を進退させてエンドレス型ベ
ルト5a，5bの対向面間隔を設定する。その後、走行機構
の各駆動用ローラ6aを駆動・回転させ、エンドレス型ベ
ルト5a，5bを所定の方向に走行させる一方、前記電極要
素を成す積層体７をエンドレス型ベルト5a，5bの対向面
間に供給し、挟持的な保持搬送を開始する。

【００２５】上記搬送過程では、予め、発熱調整された
加熱ユニット9a，9bによって、所定温度（一般的には80
〜 130℃）に保持されたエンドレス型ベルト5a，5bを介
して電極要素を成す積層体７が加温される。なお、この
時点では、加圧ユニット８の押圧がアジャストユニット
8bの調整で、エンドレス型ベルト5a，5bの対向面間が適
正な間隔に保持されているため、外周面に位置する電極
の摩擦・損傷など発生する恐れなく、また、型崩れや変
形などの発生も防止・抑制される。

【００２６】上記エンドレス型ベルト5a，5bの搬送過程
で、一次的に加熱された積層体７は、前記エンドレス型
ベルト5a，5bの駆動・走行に同期して回転・駆動する加
圧ローラ 11a， 11bに供給され、加圧ローラ 11a， 11b
周面によって、加圧一体化が行われる。すなわち、一次
的に一体化されている積層体７は、加圧ローラ 11a，11
b間を通過するとき、前記搬送・供給の段階での加熱に
よる柔軟性化と、加圧ローラ 11a， 11bによる加圧とが
相俟って、適正な厚さで、適正な組織・構造を採った全
体的に均一に加圧・圧着（熱融着）されたリチウムポリ
マー電池用電極要素が容易に製造される。

【００２７】上記例示において、電極要素を成す積層体
７をテープ状とし、連続的な搬送・供給、および加圧ロ
ーラ 11a， 11bによる同じく連続的な圧着・一体化した
帯状積層体を取り出し、適宜所要の寸法形状に切断して
もよい。

【００２８】なお、本発明は上記例示に限定されるもの
でなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形
を採ることができる。たとえば加圧ユニット12と加熱ユ
ニット 13a， 13bとを分離して構成とすることもできる
し、あるいは加圧ユニット11の進退・駆動は、エアシリ
ンダー14の代りにオイルシリンダーなど他の駆動源であ
ってもよい。

【００２９】

【発明の効果】請求項１および２の発明によれば、高品
質なリチウムポリマー電池の電極要素を歩留まりよく、
かつ量産的に提供することができる。すなわち、リチウ
ムポリマー電池用電極要素のラミネーションにおいて、
加圧ローラ幅が広い場合であっても、加圧ローラの撓み
が抑制され、かつ適正な荷重規制のもとにラミネーショ
ンが行われるため、緻密性など質的にもバラツキのな
い、一定性能の電極要素を製造することができる。そし
て、一定性能の電極要素を製造できることは、信頼性の
高いリチウムポリマー電池を量産的な提供を可能にす
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の電極要素製造装置の概略構成を示す一
部切り欠き斜視図。

【図２】リチウムポリマー電池用の電極要素の概略構成
を示す断面図。

【符号の説明】

5a，5b……エンドレス型ベルト 6a……駆動用ローラ ７……電極要素を形成する積層体 ８……加圧ユニット 8a……シリンダー固定板 8b……アジャストユニット 9a，9b……加熱ユニット 10……エアーシリンダー 11a， 11b……加圧ローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 6/02 H01M 6/18 H01M 10/40

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向間隔を任意に設定できるようにほぼ
   平行に配置され、かつリチウムポリマー電池用電極部材
   の積層体を挟持的に搬送する一対のエンドレス型ベルト
   と、 前記エンドレス型ベルトを走行駆動する走行駆動機構
   と、 前記エンドレス型ベルトを押圧してリチウムポリマー電
   池用電極部材積層体の挟持間隔を調整する加圧ユニット
   と、 前記エンドレス型ベルトで挟持搬送されるリチウムポリ
   マー電池用電極部材の積層体を両面側から加熱する一対
   の加熱ユニットと、 前記エンドレス型ベルトで搬送されたリチウムポリマー
   電池用電極部材の積層体を一体化する一対の加圧ローラ
   とを有することを特徴とするリチウムポリマー電池用電
   極要素の製造装置。
2. 【請求項２】 加圧ローラは、搬送機構の走行駆動機構
   に連動して回転駆動することを特徴とする請求項１記載
   のリチウムポリマー電池用電極要素の製造装置。