JP3766321B2

JP3766321B2 - 電気二重層キャパシタセルの製造方法及び製造装置

Info

Publication number: JP3766321B2
Application number: JP2001362012A
Authority: JP
Inventors: 雅二水村; 剛松井
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2001-11-28
Filing date: 2001-11-28
Publication date: 2006-04-12
Anticipated expiration: 2021-11-28
Also published as: JP2003163140A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気二重層キャパシタセルの製造方法及び製造装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種の蓄電装置として、急速充電が可能で充放電サイクル寿命が長い、電気二重層キャパシタの適用技術が注目されている。
【０００３】
電気二重層キャパシタセルは、同数の正極体と負極体をこれらの間にセパレータを介在させて交互に積層して構成される（特許第３００５９９２号，特開平７−９４３７４号、参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、このような電気二重層キャパシタの従来技術を踏まえつつ、電気二重層キャパシタセルを自動的に積層する製造方法およびその製造装置の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、正極体と負極体及びセパレータを積層した積層体を備える電気二重層キャパシタセルの製造方法において、帯の上に積層体を積層する積層機構として、帯および積層体を載せるベースと、このベース上にて帯を吸着支持する吸着プレートと、ベースから出没可能に突出する昇降セットピンを用い、この昇降セットピンは帯がベースに置かれるときに引き込まれ、帯が吸着プレートに吸着支持された後にベース上に突出して帯を折り曲げる構成とし、帯の上に積層体を積層する積層工程と、帯の両端部を合わせて結束する結束工程とを順に行うものとした。
【０００６】
第２の発明は、正極体と負極体及びセパレータの積層体を備える電気二重層キャパシタセルの製造装置において、帯の上に積層体を積層する積層機構として、帯および積層体を載せるベースと、このベース上にて帯を吸着支持する吸着プレートと、ベースから出没可能に突出する昇降セットピンを備え、この昇降セットピンは帯がベースに置かれるときに引き込まれ、帯が吸着プレートに吸着支持された後にベース上に突出して帯を折り曲げる構成とし、帯の両端部を合わせて結束する結束機構を備えるものとした。
【０００９】
第３の発明は、第２の発明において、複数のベースを積層作業位置または結束作業位置に移動する移動テーブルを備えるものとした。
【００１０】
第４の発明は、第２または３の発明において、結束機構として、積層体を押さえるクランパーと、帯の両端部を巻き込んで合わせる一対の巻き込みローラと、合わされた帯の両端部を溶着するヒートシールとを備えるものとした。
【００１１】
【発明の作用および効果】
第１の発明において、二重層キャパシタセルを積層した後、帯によって結束することにより、積層体を精度良く積層することが可能となり、生産性を高められる。
【００１２】
第２の発明において、製造装置によって積層体を積層して結束する作業の自動化が可能となり、この製造装置を含む製造ラインをグローブボックス内に収めることにより、電気二重層キャパシタセルを外気にさらすことなく製造することが可能となり、品質の安定化がはかれる。
【００１３】
第２の発明において、ベース上にて吸着プレートが帯を吸着支持することにより帯が所定位置に保持されるとともに、帯の上にて位置決め機構によって積層体を精度良く積層することができる。
【００１４】
第２の発明において、帯が吸着プレートに吸着支持された後に昇降セットピンがベース上に突出することにより、帯を所定位置に保持して折り曲げることができる。
【００１５】
第３の発明において、一方のベースが積層作業位置にあるとき、他方のベースは結束作業位置にあり、積層作業と結束作業を並行して行うことが可能となり、生産性を高められる。
【００１６】
第４の発明において、積層体はクランパーによって押さえられた後、巻き込みローラによってもクランパーを介してさらに押さえられた状態でヒートシールが帯の両端部に押し付けられることにより、帯の両端部が溶着によって結合される。このとき、クランパーが帯の溶着部と電極シートの間に介在していると、電極シートが保護されるとともに、ヒートシールによる押し付け力が均一化されて溶着が確実に行われる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１に示すように、電気二重層キャパシタセルは、同数の正極体１ａと負極体１ｂと、これらを１個ずつ挟み込む二つ折りのセパレータ４とが積層される。電気二重層キャパシタは、この電気二重層キャパシタセルの積層体６が電解液と共に密閉容器の中に収容される。
【００１９】
正極体１ａおよび負極体１ｂは、集電極２の両面に分極性電極３を備える同一の電極シート１から構成される。電極シート１は集電極２とその両面に重合する活性炭電極３（分極性電極）とから組成される。集電極２は、矩形状の金属箔（例えば、アルミ箔）からなり、その矩形平面の一辺に片側へ寄せて帯状のリード部２ａが一体に形成される。
【００２０】
電極シート１を挟み込むセパレータ４は、生地（テフロン（登録商標）やポリプロピレンなどの樹脂製または紙製の多孔質膜に作られる）を二つ折りに形成される。電極シート１はセパレータ４の内側に差し込まれ、二つ折りの折れ曲げ線４ａを基準に位置決めされる。二つ折りのセパレータ４は、集電極２のリード２ａの一部（先端側）を露出させる一方、電極シート１の両面（分極性電極３）を覆うと共にその周囲の三辺（折れ曲げ線４ａに直交する二辺と折れ曲げ線４ａと平行な一辺）に所定幅の余白（半面どうしの重なり合う部分）を生じる、大きさ（展開面積）に設定される。
【００２１】
偶数の電極シート１（同数の正極体と負極体）は、図１のように１個ずつ二つ折りのセパレータ４に挟み込まれ、所定数の積層体６（電気二重層キャパシタセル）に構成される。電極シート１は、集電極２の一辺の片側へ寄るリード部２ａとの関係から、交互に表裏を反転させることにより、正極体のリード部２ａが集電極２の一辺の片側、負極体のリード部２ａがその反対側、に並ぶ積層状態に組み付けられる。集電極２のリード部２ａは、同極どうしが結束され、容器の内部において、１対の端子にそれぞれ対応する極性の結束部（リード部２ａの重合部）が接合される。
【００２２】
このような構成により、二つ折りのセパレータ４において、その折れ曲げ線４ａを基準に電極シート１の位置決めが可能となる。例えば、電極シート１を挟み込む二つ折りのセパレータ４をその折れ曲げ線４ａが水平な下辺となる縦置き状態で積層などを処理すると、二つ折りのセパレータ４の折れ曲げ線４ａが電極シート１の位置を規制するため、製造過程における、薄物どうし（正極体１ａおよび負極体１ｂとこれらの間に介在させるセパレータ４と）のズレが防止される。
【００２３】
正極体１ａおよび負極体１ｂとセパレータ４との間にズレを生じると、正極体１ａと負極体１ｂとの絶縁が不完全となり、短絡する可能性も考えられる。この点、二つ折りのセパレータ４により、正極体１ａおよび負極体１ｂとのズレを簡便に防止され、製品（電気二重層キャパシタ）の歩留まりが大いに高められるのである。また、正極体１ａおよび負極体１ｂについては、同一の電極シート１が共用され、これらの製作コストを大幅に低減できる効果も得られる。
【００２４】
図２は、別の実施形態（積層体６の構成）を説明するものであり、二つ折りのセパレータ４は、正極体１ａまたは負極体１ｂの一方にのみ組み付けられる。積層体６の１個置きに電極シート１は二つ折りのセパレータ４に挟み込まれ、各正極体１ａの活性炭電極３と各負極体１ｂの活性炭電極３との間にそれぞれ二つ折りのセパレータ４の半面が介在（１対の活性炭電極間を絶縁）する形になる。
【００２５】
この場合、図３の例（積層体６を構成する全ての電極シート１に二つ折りのセパレータ４が組み付けられる）に比較すると、二つ折りのセパレータ４が半減するので、電極シート１に対する二つ折りのセパレータ４の位置決めについては、その機能が半減するものの、二つ折りのセパレータ４の半面どうしの重なりが解消され、電気二重層キャパシタセルの厚みを減らしてコンパクト化がはかれるとともに、電気二重層キャパシタセルの静電容量を増やすことができる。
【００２６】
図３は、電気二重層キャパシタの製造工程（一部分）を説明するものであり、（ａ）〜（ｃ）は電極シート１を製作する工程、（ｄ）〜（ｆ）は二つ折りのセパレータ４を製作する工程、（ｇ）は電極シート１を二つ折りのセパレータ４に挟み込む（組み付ける）工程、を表す。
【００２７】
（ａ）において、１０は電極シート１に加工されるシートであり、ロールに巻いて搬送される。シート１０は、金属箔（集電極２の構成材質）の両面に分極性電極３の構成材質としてペースト状の活性炭（結着剤を含む混合物）を塗布するか、または板状に成形した活性炭（結着剤を含む混合物）を貼り合わせることにより製作される。（ｂ）において、シート１０はロールから引き伸ばされ、所定の大きさ（サイズ）のシート１１に裁断される。（ｃ）において、所定の大きさのシート１１は、プレスにより型抜き加工され、所定形状（矩形平面の一辺に集電極２のリード部２ａを備える）の電極シート１に成形される。なお、（ｂ）および（ｃ）において、１２は金属箔の一側（両面）に集電極２のリード部２ａの形成領域となる露出部であり、（ａ）において、シート１０に設定される。
【００２８】
（ｄ）において、セパレータ４の生地（テフロン（登録商標）やポリプロピレンなどの樹脂製または紙製の多孔質膜に作られる）は、所定の大きさに裁断される。（ｅ）において、所定の大きさの生地１３は、既定の折り曲げ線４ａ（生地４の縦を２等分する）で二つ折りのセパレータ４に形成される。
【００２９】
（ｆ）において、二つ折りのセパレータ４は、その折り曲げ線４ａと直交する折り曲げ線４ｂをもって折り返し部４ｃが設けられる。なお、これら折り返し部４ｃは、二つ折りのセパレータ４（所定の大きさの生地１３）において、その折り曲げ線４ａの形成する一辺と交わる二辺に形成される。
【００３０】
（ｇ）において、（ｃ）の電極シート１に（ｆ）のセパレータ４が組み付けられる。電極シート１は、開放される（折り曲げのない）一辺からセパレータ４の内側へ差し入れられるのである。
【００３１】
このような工程により、正極体１ａおよび負極体１ｂは、シート１０から型抜き加工することにより、所定形状の電極シート１に容易かつ能率的に作成される。二つ折りのセパレータ４に折り返し部４ｃが加わるため、二つ折りの折れ曲げ線４ａおよび折り返し部４ｃの折り曲げ線４ｂを基準に電極シート１は縦横の２方向に位置決め可能となり、薄物どうし（正極体および負極体とこれらの間に位置されるセパレータ４と）のズレが適確に防止される。
【００３２】
図４は電極シート１を積層する製造工程を示す説明図であり、（１）〜（７）の各工程を順に経て折られる。
【００３３】
（１）、（２）、（３）において、帯５の上に電極シート１を積層する工程が行われる。
【００３４】
（４）、（５）、（６）において、帯５の両端部を合わせて電極シート１の積層体６を結束する工程が行われる。
【００３５】
次に、図５〜図８は電極シート１を自動的に積層する製造装置を示している。この製造装置は、帯５の上の所定位置に電極シート１を積層する積層機構３０と、帯５の両端部を結合して電極シート１の積層体６を結束する結束機構４１とを備える。
【００３６】
積層機構３０は、帯５および電極シート１を載せる一対のベース２１と、ベース２１上にて帯５を吸着支持する吸着プレート２７と、積層される電極シート１を囲む位置決め機構２０とを備える。
【００３７】
各ベース２１が移動テーブル２２上に固定される。移動テーブル２２は本体２３に対してテーブルリフタ２４を介して昇降可能に支持されるとともに、テーブルリフタ２４に対してロータリアクチュエータ２５を介して垂直軸まわりに回動可能に支持される。各ベース２１は移動テーブル２２の回動中心軸に対して対称となる位置に設けられる。各ベース２１は電極シート１の積層が行われる積層作業位置から１８０°回動すると、帯５による結束が行われる結束作業位置に移動する。これにより、一方のベース２１が積層作業位置にあるとき、他方のベース２１は結束作業位置にあり、積層作業と結束作業が並行して行われるようになっている。
【００３８】
吸着プレート２７は多孔質材によって形成され、図示しない配管を介して吸引ポンプからの負圧が導かれることにより、帯５を接触させて吸着支持するようになっている。
【００３９】
本体２１に水平面上に延びる一対の受け台２８が固定される。各受け台２８はそれぞれの間に積層作業位置にあるベース２１を挟むように配置される。ベース２１が積層作業位置にてテーブルリフタ２４によって受け台２８と同一高さに保持された状態で、図示しないロボットハンドを介して帯５が平らな状態で受け台２８とベース２１に渡る所定位置に置かれ、吸着プレート２７に吸着支持されるようになっている。
【００４０】
位置決め機構２０は、ベース２１から出没可能に突出するする４本の昇降セットピン３２と２本の固定セットピン３３および３本の可動セットピン３４とを備える。
【００４１】
４本の昇降セットピン３２は電極シート１の両側端（折り返し部４ｃが設けられる端部）を帯５を介して支持するように配置される。各昇降セットピン３２はベース２１に対してアクチュエータ３５を介して昇降する。各昇降セットピン３２は、帯５が受け台２８とベース２１に渡って置かれるときにベース２１内に引き込まれる一方、帯５が吸着プレート２７に吸着支持された後にベース２１上に突出して帯５をコの字形に折り曲げるようになっている。
【００４２】
２本の固定セットピン３３は電極シート１の後端（折れ曲げ線４ａが設けられる端部）を支持するように配置される。各固定セットピン３３はベース２１に固定される。
【００４３】
３本の可動セットピン３４は電極シート１の前端（リード部２ａが設けられる端部）を支持するように配置される。各可動セットピン３４はスプリング３６を圧縮しながら降下するようになっている。
【００４４】
結束機構４１は、電極シート１の積層体６を押さえるクランパー４２と、帯５の両端部を合わせる一対の巻き込みローラ４５と、合わされた帯５の両端部を溶着するヒートシール６１とを備える。
【００４５】
クランパー４７はステンレス板によって平板状に形成され、エアシリンダ４８を介して昇降する。電極シート１の積層体６上にある状態で、エアシリンダ４８が収縮することにより、クランパー４７が電極シート１の積層体６を押さえるようになっている。
【００４６】
各巻き込みローラ４５は結束作業位置にあるベース２１上を挟んで対向するように設けられ、エアシリンダ４６を介して電極シート１及び帯５の中央部を横切る線上を移動するようになっている。エアシリンダ４６のシリンダ部は本体２１上に固定される。
【００４７】
各巻き込みローラ４５の間に電極シート１の積層体６上にある状態で、一方のエアシリンダ４６を伸張した後、他方のエアシリンダ４６を伸張させる。これにより、各巻き込みローラ４５が順に移動して帯５の両端部を電極シート１の積層体６を包むように巻き込んで重ね合わせるようになっている。
【００４８】
ヒートシール６１はアクチュエータ６２を介して昇降する。ヒートシール６１が下降して帯５の両端部に押し付けられて加熱することにより、樹脂製の帯５の両端部が溶着によって結合される。
【００４９】
本体２１にレール６５に沿ってエアシリンダ６７を介して移動するスライドテーブル６６が設けられる。このスライドテーブル６６にクランパー４７のエアシリンダ４８が固定されるとともに、ヒートシール６１のアクチュエータ６２が固定される。これにより、スライドテーブル６６はクランパー４７およびヒートシール６１を図６に２点鎖線で示す結束作業位置と実線で示す待避位置の間で移動するように折り返し部４ｃが設けられるようになっている。
【００５０】
製造装置は以上のように構成され、次にその動作について説明する。
【００５１】
（１）受け台２８とベース２１が連続した積層作業位置にある状態で、平らな帯５が受け台２８とベース２１に渡る所定位置に置かれ、その中央部が吸着プレート２７に吸着支持される。
【００５２】
（２）各昇降セットピン３２をベース２１上に突出させて帯５をコの字形に折り曲げる。
【００５３】
（３）帯５の上に電極シート１を積層する。このとき、各電極シート１はベース２１上に突出した昇降セットピン３２と固定セットピン３３および可動セットピン３４の間に収まることにより位置決めされ、帯５の間に互いに整列して積層される。
【００５４】
（４）移動テーブル２２が積層作業位置にある状態から上昇し、続いて１８０°回動し、続いて下降して、結束作業位置へと移動させる。続いて、スライドテーブル６６を待避位置から結束作業位置へと移動させる。続いて、エアシリンダ４８を収縮させることにより、クランパー４７によって電極シート１の積層体６を押さえる。
【００５５】
（５）各エアシリンダ４６を順に伸張させ、各巻き込みローラ４５が移動して帯５の両端部を電極シート１の積層体６を包むように巻き込んで重ね合わせる。このとき、電極シート１の積層体６は巻き込みローラ４５によってもクランパー４７を介してさらに押さえられる。
【００５６】
（６）ヒートシール６１が下降して帯５の両端部に押し付けられて加熱することにより、樹脂製の帯５の両端部が溶着によって結合される。このとき、クランパー４７が帯５の溶着部と電極シート１の間に介在しているため、電極シート１が保護されるとともに、ヒートシール６１による押し付け力が均一化されて溶着が確実に行われる。
【００５７】
（７）ヒートシール６１を上昇させ、続いて巻き込みローラ４５を電極シート１の積層体６上から移動し、続いてスライドテーブル６６を待避位置へと移動してクランパー４７を帯５と電極シート１の間から引き抜く。このとき、クランパー４７を昇降するエアシリンダ４８に導かれる空気圧が解除されている。
【００５８】
こうして電極シート１が積層された後、帯５の両端部を結合して電極シート１の積層体６を結束することが自動的に行われた後、吸着プレート２７に導かれる負圧を解除するとともに、ベース２１上に載った電極シート１をロボットハンドを介して搬送する。
【００５９】
以上のように構成され、電極シート１を積層して結束する精度を十分に確保できるとともに、生産性を高められる。
【００６０】
また、この製造装置を含む製造ラインをグローブボックス内に収めることにより、電気二重層キャパシタセルを外気にさらすことなく製造することが可能となり、品質の安定化がはかれる。
【００６１】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す電気二重層キャパシタセルの分解斜視図。
【図２】他の実施の形態を示す電気二重層キャパシタセルの分解斜視図。
【図３】電気二重層キャパシタセルの製造工程を示す説明図。
【図４】電極シートを積層して結束する製造工程を示す説明図。
【図５】製造装置を示す平面図。
【図６】同じく製造装置の側面図。
【図７】同じく製造装置の正面図。
【図８】同じく製造装置の背面図。
【符号の説明】
１電極シート
１ａ正極体
１ｂ負極体
２集電極
２ａリード部
４セパレータ
６積層体
２０位置決め機構
２１ベース
２２移動テーブル
２７吸着プレート
２８受け台
３０積層機構
４１結束機構
４５巻き込みローラ
４７クランパー
６１ヒートシール

Claims

正極体と負極体及びセパレータを積層した積層体を備える電気二重層キャパシタセルの製造方法において、帯の上に積層体を積層する積層機構として、前記帯および前記積層体を載せるベースと、このベース上にて帯を吸着支持する吸着プレートと、前記ベースから出没可能に突出する昇降セットピンを用い、この昇降セットピンは前記帯がベースに置かれるときに引き込まれ、帯が前記吸着プレートに吸着支持された後にベース上に突出して帯を折り曲げる構成とし、帯の上に積層体を積層する積層工程と、帯の両端部を合わせて結束する結束工程とを順に行うことを特徴とする電気二重層キャパシタセルの製造方法。
正極体と負極体及びセパレータの積層体を備える電気二重層キャパシタセルの製造装置において、帯の上に積層体を積層する積層機構として、前記帯および前記積層体を載せるベースと、このベース上にて帯を吸着支持する吸着プレートと、前記ベースから出没可能に突出する昇降セットピンを備え、この昇降セットピンは前記帯がベースに置かれるときに引き込まれ、帯が前記吸着プレートに吸着支持された後にベース上に突出して帯を折り曲げる構成とし、帯の両端部を合わせて結束する結束機構を備えたことを特徴とする電気二重層キャパシタセルの製造装置。
前記複数のベースを積層作業位置または結束作業位置に移動する移動テーブルを備えたことを特徴とする請求項２に記載の電気二重層キャパシタセルの製造装置。
前記結束機構として、前記積層体を押さえるクランパーと、前記帯の両端部を巻き込んで合わせる一対の巻き込みローラと、合わされた帯の両端部を溶着するヒートシールとを備えたことを特徴とする請求項２または３に記載の電気二重層キャパシタセルの製造装置。