JP3435030B2 - 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、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、シート状の正
極層、ポリマ−電解質層および負極層を重ね合わせ、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、前記ポリマー電池用電極要素、た
とえば正極シートの要部構成を拡大して断面的に示した
ものである。図２において、１はたとえば銅箔などから
成る集電体層、2a，2bは集電体層１の両面に、それぞれ
一体的に配置・積層（圧着）された正極層であり、この
圧着・一体化により正極３を形成している。ここで、正
極層2a，2b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シートである。

【０００４】なお、正極１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。

【０００５】また、前記形成された正極シート３は、図
３に要部構成を断面的に示すごとく、セパレーターの機
能をする電解質保持性のポリマ−電解質系シート（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）４、およびリチウムイ
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
極シート５の積層体を一体的に・圧着することにより電
極要素を製造している。

【０００６】そして、前記一体化された電極要素は、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、たとえば電極要素を樹脂フィルムで被覆保護・
シール層（封止層）することによって、あるいは、電
池外装缶内に装着し、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、それぞれポリマー電池化
している。

【０００７】なお、前記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。

【０００８】また、電解質系シート４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。

【０００９】いずれにしても、前記ポリマー電池の製造
に当たっては、電極用部材３，４，５のラミネーション
が前提として行われる。たとえば、電極要素を構成する
正極シート３、セパレータ（ポリマ−電解質系）シート
４および負極シート５を積層状に組み合わせ、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、積
層体を一体化する。ここで、加圧ローラは、一般的に、
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。

【００１０】

【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。

【００１１】また、電極部材の積層体化に当たっては、
電極部材の位置合わせが重要で、たとえば正極シート３
と負極シート５との積層位置ズレがあると、両シート
３，５間の短絡が発生したりするため、結果的に、製造
歩留まりが低下したり、あるいは電極要素の信頼性が損
なわれ易いという問題がある。この位置ズレ問題は、上
記積層体をフイルムパッケージ化する工程などで助長さ
れ易いので、電極要素の製造歩留まりに影響する。特
に、集電体層１の両面に、正極層2a，2bを一体的に配置
・積層して、この積層体を熱圧着して正極シート３など
を形成する場合、集電体層１との位置ズレは、決定的な
不良原因となる恐れがある。

【００１２】本発明は、このような事情に対してなされ
たもので、積層位置ズレを回避して、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製造で
きる製造装置の提供を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、シー
ト状のポリマー電池用電極部材を位置決め・積層する位
置決め・積層機構と、前記位置決め・積層された積層体
を少なくとも２か所で熱圧着し仮固定する熱圧着機構
と、前記仮固定された積層体を挟持的に搬送するほぼ平
行に配置され一対の搬送機構と、前記搬送機構により搬
送される積層体を両面側から加熱する一対の加熱ユニッ
トと、前記搬送機構で搬送・加熱された積層体の両面側
を圧接通過させ、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ポリマー電池用電極要素の
製造装置である。

【００１４】請求項２の発明は、請求項１記載のポリマ
ー電池用電極要素の製造装置において、一対の加圧ロー
ラは、少なくとも外周部がゴム硬度80〜98の弾性体で形
成されていることを特徴とする。

【００１５】請求項３の発明は、請求項１もしくは請求
項２記載のポリマー電池用電極要素の製造装置におい
て、一対の加圧ローラは、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。

【００１６】本発明において、シート状のポリマー電池
用電極部材を位置決め・積層する位置決め・積層機構
は、たとえば搬送機構系に、各電極部材をそれぞれ供給
し、予め穿設しておいた孔を利用するピン挿入方式や光
学的方式、あるいはパターン認識方式などで位置決めす
る一方、所定の順序に積層配置するものである。また、
熱圧着機構は、たとえば前記位置決め・積層機構に連接
して搬送機構系に配置される。つまり、搬送機構系の一
方の面側に固定型の加熱体を、他方の面側に対向させて
可動型の加熱体を配置し、この可動型の加熱体の進退に
よって、位置決め・積層された積層体について少なくと
も２か所で熱圧着し仮固定するように構成される。

【００１７】本発明において、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搬送機構は、た
とえばエンドレス型ベルトであり、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、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ある。また、この搬送過程
で、ポリマー電池用電極部材の積層体に所要の圧着温度
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。

【００１８】さらに、前記一対のエンドレス型ベルト
は、駆動源となる駆動ローラ、走行をガイドするガイド
ローラを有する走行駆動機構で、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しながら加圧ローラ側に搬送する。
なお、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、積層体が変形や損傷など起こさずに搬送させ
るため、両エンドレス型ベルト主面の間隔を加圧ユニッ
トで調整するすることが望ましい。すなわち、一方のエ
ンドレス型ベルトを押圧する形に、可動型加圧ユニット
を進退可能に配置し、この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て、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ることが好ましい。

【００１９】本発明において、前記搬送機構によって挟
持搬送される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。

【００２０】また、前記搬送機構を通過したポリマー電
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、加圧
ローラは搬送機構、たとえば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。

【００２１】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。ま
た、少なくとも外周面がゴム硬度80〜98程度の弾性体で
構成した加圧ローラを使用した場合は、加圧ローラの撓
みに起因する不均一な圧着も回避され、全体的にほぼ一
様な積層一体化が達成される。

【００２２】請求項１および２の発明では、ポリマー電
池用電極部材の積層体が、予め位置決め・積層され、さ
らに、仮固定されて一対の搬送機構で、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、予め位置合わせ・積層された電極部材は、その位
置ズレが回避されるとともに、型崩れや変形などを起こ
さない状態で加圧ローラに供給され、加圧一体化される
ので、高品質な電極要素の歩留まり向上、生産性向上な
どが図られる。

【００２３】

【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。

【００２４】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側面図である。図１におい
て、６はシート状のポリマー電池用電極部材７を位置決
め・積層する位置決め・積層機構８、および前記位置決
め・積層された積層体７について少なくとも２か所で熱
圧着し仮固定する熱圧着機構９を有する位置合わせ機構
部である。

【００２５】ここで、位置決め・積層機構８は、たとえ
ばエンドレス型ベルトなどの搬送機構系10に、各電極部
材７をそれぞれ供給し、予め、電極部材７に穿設してお
いた孔を利用するピン挿入方式や光学的方式、あるいは
パターン認識方式などで位置決めする手段、たとえばパ
ターン認識カメラ8aを備えている。そして、位置合わせ
しながら、所定の順序に積層配置するか、あるいは所定
の順序に積層配置した後、位置合わせするものである。

【００２６】また、熱圧着機構９は、たとえば前記位置
決め・積層機構８に連接して搬送機構系10に配置されて
いる。すなわち、エンドレス型ベルト（搬送機構系）の
一方の面側に固定型の加熱体9aを、他方の面側に対向さ
せて可動型の加熱体9bを配置し、この可動型の加熱体9b
の進退によって、位置決め・積層された積層体について
少なくとも２か所で熱圧着し仮固定するように構成され
ている。ここで、可動型の加熱体9bの進退は、たとえば
エアーシリンダー9cによって行われる。

【００２７】なお、 10aはエンドレス型ベルト10の走行
駆動用ローラ、 10bはエンドレス型ベルト10のガイドロ
ーラであり、また、位置合わせ機構部６は、搬送機構部
11などと共通の基台12に固定的に配設されている。

【００２８】一方、搬送機構部11は、駆動可能に配設さ
れた一対の搬送機構、たとえば耐熱性エンドレス型ベル
ト 12a， 12b、この搬送機構 12a， 12bを走行駆動する
機構、および一対の加熱ユニット 13a， 13bを備えた構
成と成っている。ここで、一対の耐熱性エンドレス型ベ
ルト 12a， 12bは、たとえばテトラフロロエチレン繊維
製で、厚さ 0.2mm程度、幅27cm、全長70cm程度であり、
回転駆動用ローラ 14aおよび回転ガイドローラ 14bによ
って一定の方向に対向して走行するように構成されてい
る。

【００２９】また、前記一対の耐熱性エンドレス型ベル
ト 12a， 12b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、かつリポリマー電池用電極部材７を
挟持的に保持搬送するように成っている。なお、前記エ
ンドレス型ベルト 12a， 12bで挟持的に保持搬送される
ポリマー電池用電極部材７の厚さに対応して、エンドレ
ス型ベルト 12a， 12b面の間隔を調整できるようにして
おくことが好ましい。さらに、前記エンドレス型ベルト
12a， 12b間で挟持的に保持搬送されるポリマー電池用
電極部材７を両面側から加熱するため、エンドレス型ベ
ルト 12a， 12bの対向面内側に一対の加熱ユニット 13
a， 13bは、たとえば電熱体であり、前記エンドレス型
ベルト 12a， 12bを、80〜 180℃程度の温度に加熱保持
するように設定されている。

【００３０】さらにまた、積層体を圧着・一体化する機
構部15は、一対の加圧ローラ（ラミネートローラ） 16
a， 16bを有する構成と成っている。すなわち、一対の
加圧ローラ 16a， 16bが、前記エンドレス型ベルト 12
a， 12bに隣接して、基台12に固定的に配設されてお
り、前記エンドレス型ベルト 12a， 12bを搬送・通過し
たポリマー電池用電極部材の積層体７を圧着・一体化す
るように構成されている。ここで、加圧ローラ 16a， 1
6b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。

【００３１】また、前記加圧ローラ 16a， 16bは、前記
エンドレス型ベルト 12a， 12bの各駆動用ローラ 14a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 16a， 16b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 16a， 16bは、エン
ドレス型ベルト 12a， 12bの回転搬送に同期して、回転
駆動するようになっている。

【００３２】次に、上記製造装置の動作例について説明
する。

【００３３】先ず、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シ
ートおよびアルミ箔から成る集電体シートを用意し、こ
れらを位置合わせ機構部６にそれぞれ供給し、位置決め
・積層機構８で、位置決めし、積層体化して、熱圧着機
構９に搬送する。

【００３４】熱圧着機構９に対する積層体の移行に応答
し、エアーシリンダー9cが動作して、たとえば 150℃程
度に加熱できる可動型の加圧体9bを進退させる。すなわ
ち、予め決められている積層体の少なくとも２か所を、
それぞれ 3秒間程度熱圧着して、位置決め・積層されて
いる負極シートおよび集電体シートを仮固定する。この
仮固定によって、積層配置された負極シートおよび集電
体シートの位置ズレ発生は回避され、前記位置決めされ
た状態のままで、搬送機構部11に供給される。

【００３５】次いで、前記仮固定された積層体に対応し
て、予め、対向面間隔が設定され、かつ所定の方向に走
行するエンドレス型ベルト 12a， 12bの対向面間に、前
記積層体を供給すると、エンドレス型ベルト 12a， 12b
によって挟持的な保持搬送が行われる。そして、この搬
送過程では、予め、発熱調整された加熱ユニット 13a，
13bによって、所定温度（一般的には80〜 180℃）に保
持されたエンドレス型ベルト 12a， 12bを介して仮固定
された積層体が加温される。なお、この時点では、エン
ドレス型ベルト 12a， 12bの対向面間が適正な間隔に保
持されているため、仮固定された積層体の摩擦・損傷な
ど発生する恐れもなく、また、型崩れや変形などの発生
も防止・抑制される。

【００３６】上記エンドレス型ベルト 12a， 12bの搬送
過程で、一次的に加熱された積層体は、前記エンドレス
型ベルト 12a， 12bの駆動・走行に同期して回転・駆動
する加圧ローラ 16a， 16bを有する圧着一体化部15に供
給され、加圧ローラ 16a， 16b周面の圧着作用によっ
て、加圧一体化が行われる。すなわち、一次的に一体化
されている積層体は、加圧ローラ 16a， 16b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 16a， 16b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）されたポリマー電池用電極要素が
容易に製造される。

【００３７】上記例示においては、電極部材としての負
極シートの製造について説明したが、 (a)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層に積層して成る正極シートと、
(b)セパレーターの機能をする電解質保持性のポリマ−
電解質系シート（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）
と、 (c)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シートとの積層体を、一体的に・
圧着して電極要素を製造することもできる。 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。
たとえば可動型の加熱ユニット9bの進退・駆動は、エア
シリンダー9c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。

【００３８】

【発明の効果】請求項１および２の発明によれば、高品
質な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、ポリマー電池用
電極要素のラミネーションにおいて、積層一体化する電
極用部材を精度よく位置決め・積層した状態で、加圧ロ
ーラによって加圧（圧着）・一体化されるため、信頼性
の高い高品質の電極要素を用意に提供することができ
る。特に、加圧ローラの外周面が弾性体で構成されてい
る場合は、加圧（圧着）の撓みなども解消されるため、
緻密性など質的にもバラツキのない、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
部切り欠き側面。

【図２】リチウムポリマー電池用正極シートの概略構成
を示す断面図。

【図３】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】

７……電極要素を形成する電極用部材 ８……位置決め・積層機構 8a……パターン認識カメラ ９……熱圧着機構 9a……固定型の加熱体 9b……可動型の加熱体 9c……エアーシリンダー 12a， 12b……エンドレス型ベルト（搬送機構） 13a， 13b……加熱ユニット 14a……走行駆動ローラ 16a， 16b……加圧ローラ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−213312（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−50300（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−45314（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−208775（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−129020（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−94171（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−67229（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 6/02 H01M 6/18 H01M 10/40

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シート状のポリマー電池用電極部材を位
   置決め・積層する位置決め・積層機構と、 前記位置決め・積層された積層体を少なくとも２か所で
   熱圧着し仮固定する熱圧着機構と、 前記仮固定された積層体を挟持的に搬送するほぼ平行に
   配置され一対の搬送機構と、 前記搬送機構により搬送される積層体を両面側から加熱
   する一対の加熱ユニットと、 前記搬送機構で搬送・加熱された積層体の両面側を圧接
   通過させ、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ポリマー電池用電極要素の製造装
   置。
2. 【請求項２】 一対の加圧ローラは、少なくとも外周部
   がゴム硬度80〜98の弾性体で形成されていることを特徴
   とする請求項１記載のポリマー電池用電極要素の製造装
   置。
3. 【請求項３】 一対の加圧ローラは、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もしくは請求項２記載のポリマー電池用電極要素の製
   造装置。