JP4199008B2 - 自動化されたリチウム２次電池製造システム用パッキング装置 - Google Patents

Description

（発明の背景）
（１．技術分野）
本発明は、自動化されたリチウム２次電池製造システム用パッキング装置に関するものであり、詳しくはフィルム状のセパレータ・ロールから供給され、水平経路に沿って移動する所定長さのセパレータの両面を多数の正極板及び負極板で積層した後、該積層されたセパレータは折り畳み工程で折り畳まれ、１単位のセパレータがセパレータ・ロールから供給された積層されたセパレータ束を切断し、セパレータ束をテーピングすることによって連続加工工程内で１単位のセパレータが製造され、該１単位のセパレータ毎にパッキングすることができる自動化されたリチウム２次電池製造システム用パッキング装置に関するものである。

（２．関連技術の説明）
一般に、ビデオカメラ、携帯電話、携帯用ＰＣなどのような携帯用電気製品の構造が軽量化または高機能化されるにつれ、このような電気製品の電源に用いられる電池に関する研究に焦点が向けられつつある。このような電池は、充放電によって連続的に使用することができる。
通常、電池は、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム２次電池などが電気製品の電源として用いられており、この中で寿命と容量を考えると、リチウム２次電池がもっとも凡用化されている。
前記リチウム２次電池は、電解質の種類によって液体電解質を用いるリチウム金属電池とリチウムイオン電池、及び高分子固体電解質を用いるリチウムポリマー電池に分けられる。また、リチウムポリマー電池は、高分子固体電解質の種類によって有機電解液が全く含有されていない完全固体型リチウムポリマー電池と、有機電解液を含有するゲル型高分子電解質を用いるリチウムイオンポリマー電池に分けられる。
前記リチウム２次電池は、電極と隔離膜との構造を持つ多数個の単位セルを容量に合わせて積層させ並んで連結し、これを電池缶に入れて、円筒形または角形電池を製造する。
しかし、従来の方式による電極板の配置方法は、過充電時、電圧が急激に上昇して発火するため、電池の性能及び安定性を低下させる問題点があった。また、単位セルを電気的に連結させるための電極タップの付着工程が複雑であるという問題点があった。
（発明の概要）

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたもので、両面に正極板と負極板が順次接着されて水平に供給されるセパレータに対し、セパレータを断面が「Ｚ」字状になるように連続的かつ自動化して折り畳むとともに、これを自動にテーピングしてパッキングする作業を一括処理できるように改善された構造を有する自動化されたリチウム２次電池製造システム用パッキング装置を提供することにその目的がある。

前記の目的を達成するための本発明は、フレームと、前記フレームに設けられ、一面には多数の正極板のみが所定間隔で接着され、他面には多数の負極板のみが所定間隔で接着された一単位のセパレータが収納される収納台が設けられたベース部材と、前記ベース部材に供給される前記セパレータが収納台から離脱することを防止するために、前記ベース部材の一端に選択的に近接して位置するように前記フレームに対して往復動可能に設けられたストッパー部材と、前記収納台に往復動可能に取り付けられるとともに、前記収納台と前記ストッパー部材で形成される収納空間に供給されるセパレータを所定時間加圧し、前記セパレータを「Ｚ」字状に折り畳み、正極板と負極板を交互に配置させるフォルダ部材と、「Ｚ」字状に折り畳まれたセパレータを所定区域に移動させて、極板が接着されていないセパレータの非極板領域で切断し、折り畳まれ切断されたセパレータをテーピングするための切断/テーピング部材とを備える。

本発明による自動化されたリチウム２次電池製造システム用パッキング装置であって、前記ベース部材は、供給されるセパレータをガイドするためにベースから突出されたガイド顎と、前記収納台の両側に形成された一対の凹部とを備える。

本発明による自動化されたリチウム２次電池製造システム用パッキング装置であって、前記ベース部材は、前記収納台に供給されるセパレータが「Ｚ」字状に折れ易いように、前記ストッパー部材の方向に前記セパレータを傾けるために、前記フレームに設けられたバイアス部材を更に備える。

本発明による自動化されたリチウム２次電池製造システム用パッキング装置であって、前記ストッパー部材は、前記ベース部材の両側を各々遮断するためのストッパー・フォークを有するとともに、ストッパー移動部材によって往復動される。
本発明による自動化されたリチウム２次電池製造システム用パッキング装置であって、前記フォルダ部材は、フォルダ移動部材によって往復動されるフォルダ・プレートを備える。

本発明による自動化されたリチウム２次電池製造システム用パッキング装置であって、前記切断/テーピング部材は、前記ベース部材の両側に接近して「Ｚ」字状に折り畳んだセパレータ束の両側を保持しテーピング位置に水平移動される一対のクランプ部材と、前記クランプ部材によってセパレータが移動された後、前記ベース部材の先端で前記セパレータを切断するために、前記フレームに移動可能に設けられた切断部材と、テープが巻かれたテープ・ローラーをテープ走行経路を通じて前記テーピング位置に走行させた後、前記テープの一端を前記セパレータ束に接着させるためにフレームに設けられたテープ供給部材と、テープの一端が接着されたセパレータ束を両端で回転させながら、前記セパレータ束をテーピングするために、前記クランプ部材を所定回転数で回転させるように前記フレームに設けられたクランプ回転部材と、前記クランプ回転部材によって回転されて、且つテープによってパッキングされたパックされたセパレータ束から延設されるテープのゆるみ端部分を切断するためにテープ供給部材に移動可能に取り付けられるテープ切断部材とを備える。

本発明による自動化されたリチウム２次電池製造システム用パッキング装置であって、前記切断/テーピング部材は、前記切断部材によってセパレータが切断される前に、前記セパレータのはためきを防ぐために、前記テープ供給部材に近接して前記セパレータの一面に接触されるように前記フレームに昇降可能に設けられたホルダ部材を更に備える。
（発明の詳細な説明）

以下、本発明の望ましい実施例による自動化されたリチウム２次電池製造システム用パッキング装置を添付した図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明の望ましい実施例による自動化されたリチウム２次電池製造システム用パッキング装置を概略的に示した斜視図である。
図１を参照すると、本発明のパッキング装置３５０は、セパレータ３１１が正極板１０２及び負極板１０４によって積層ユニットで積層された後、移送ユニットの下流端を通じて供給されたセパレータ３１１を折り畳み、セパレータ３１１を折り畳み工程で断面が「Ｚ」字状になるようにし（図２参照）テープで折り畳まれたセパレータ３１１をテーピングするものである。

図３ａ及び図３ｂは、図１のパッキング装置の正面図及び平面図である。
図１、図３ａ及び図３ｂを参照すると、前記パッキング装置３５０は、フレーム３０１と、多数の正極板１０２及び負極板１０４が両面に所定パターンで積層された１単位(１ ｂａｔｃｈ)のセパレータ３１１が供給されて収納されるベース部材２１０と、ベース部材２１０に収納されるセパレータ３１１が収納台２１２から離脱することを防ぐために、フレーム３０１に昇降自在に設けられたストッパー部材２２０と、収納台２１２とストッパー部材２２０が形成する収納空間２１４に供給されるセパレータ３１１を断面が「Ｚ」字状になるように、連続的に往復動するフォルダ部材２３０と、「Ｚ」字状に折り畳まれたセパレータ３１１を所定のテーピング位置に移動させ、極板が接着されていないセパレータ３１１の非極板領域を切断してテーピングするための切断/テーピング部材２４０とを備える。

前記フレーム３０１は、地面に対してパッキング装置３５０を支持できる柱３０９が設けられる下部フレームと、装置の構成要素が安定して固定される上部フレームとに分けられる。前記下部フレームには、装置を駆動するための各種駆動モ一タと、真空システム、エア・システム、電子システム、接着剤供給システムなどが設けられる。前記上部フレームは、水平を成すように位置調整されていることが望ましい。

図４ａ及び図４ｂは、図１のベース部材の部位を拡大して示した正面図及び平面図である。
図４ａ及び図４ｂを参照すると、前記ベース部材２１０は、フレーム３０１に設けられたベース・プレート２１６に設けられた平面形態の収納台２１２と、供給されるセパレータ３１１を収納台２１２側にガイドするためにベース・プレート２１６から突出されたガイド顎２１８と、収納台２１２の両側に形成された一対の凹部２１１を備える。前記ガイド顎２１８の上面は、走行経路３１３とほぼ平行に位置され、その表面は特に表面処理されていることが望ましい。前記凹部２１１は、切断/テーピング部材２４０のフィンガー部材(図６ａ及び図６ｂの２４５)が挿入される空間である。

また、前記ベース部材２１０は、収納台２１２に供給されるセパレータ３１１がほぼ「Ｚ」字状に折れ易いように、セパレータ３１１が供給される側と対向する方向、即ちストッパー部材２２０の方向にセパレータ３１１を傾けるためのバイアス部材２１３を備える。前記バイアス部材２１３は、送風力によってはためくセパレータ３１１をストッパー部材２２０の方向に空気で押すエア・ノズル２１５を備えることが望ましい。

図１に示したストッパー部材及びフォルダ部材の正面図及び右側面図である図５ａ及び図５ｂを参照すると、前記ストッパー部材２２０は、ベース部材２１０の側面を選択的に塞ぐことにより収納空間２１４を形成し、収納台２１２に供給されるセパレータ３１１が離脱することを防ぐために、フレーム３０１に設けられ、コントロール・ユニットによって制御されるストッパー移動部材２２２によってフレーム３０１に対して往復動可能に設けられている。前記ストッパー部材２２０は、一端に２個のストッパー・フォーク２２４を備え、その間には空間を形成することが望ましい。

前記フォルダ部材２３０は、収納空間２１４に供給されて傾けられたセパレータ３１１を、連続的に加圧して正極板１０２及び負極板１０４の両側部位のセパレータ３１１の断面が「Ｚ」字状になるように折り畳んで、正極板１０２及び負極板１０４を交互に配置するためのものである。フォルダ部材２３０は、収納空間２１４に対応する位置で昇降可能に配置されたフォルダ・プレート２３２と、フォルダ・プレート２３２を昇降させるために、ストッパー部材２２０に設けられ、コントロール・ユニットによって制御されるフォルダ・シリンダ２３４とを備える。従って、一単位のセパレータ束をパッキングする過程で、ストッパー部材２２０が１回往復動する間に、フォルダ・プレート２３２は電池の要する極板数、即ち交互する正極板と負極板の数と同じに往復動している。

図６ａ及び図６ｂを参照すると、前記切断/テーピング部材２４０は、ベース部材２１０の両側に近づいて、「Ｚ」字状に折り畳んだ一単位のセパレータ束の両側を各々保持するとともにテーピング位置に水平移動される一対のクランプ部材２４２と、クランプ部材２４２によりセパレータ束が移動された後、ベース部材２１０の上部でセパレータ３１１を切断するためにフレーム３０１に移動可能に設けられた切断部材２５０と、テープ２６２が巻き取られたテープ・ローラー２６４をテープ走行経路を通じてテーピング位置に走行させた後、テープ２６２の先頭をセパレータ束に接着させるためにフレーム３０１に設けられたテープ供給部材２７０と、テープ２６２のゆるみ端が接着されたセパレータ束を回転させながらセパレータ束をテーピングするため、クランプ部材２４２を所定回転数で回転させるようにフレーム３０１に設けられたクランプ回転部材２８０と、クランプ回転部材２８０により回転されてパッキングが終ったセパレータ束に連結されたテープ２６２を切断するために、フレーム３０１に移動可能に設けられたテープ切断部材２９０と、切断部材２５０によりセパレータ３１１が切断される前、セパレータのはためきを防止するためにテープ供給部材２７０に近づいてセパレータ３１１の下部表面に接触するようにフレーム３０１に昇降可能に設けられたホルダ部材２４４とを備える。

図６ａ及び図６ｂを参照すると、上記一対のクランプ部材２４２は、各々セパレータ３１１の走行経路に対して対称、且つフレーム３０１と平行になるように設けられる。各々のクランプ部材２４２は、エル・エム・(ＬＭ)ガイド２４６及びガイド・レール２４８によって走行経路に平行するようにベース部材２１０とテーピング位置の間で往復動する移動ブロック２４１と、収納台２１２に収納されたセパレータ束の両側、即ち凹部２１１に位置されてエア・シリンダ２４３により動作されてセパレータ束を保持することができるように移動ブロック２４１に設けられたフィンガー部材２４５とを備える。

図７ａ及び図８ｂに示したように、前記切断部材２５０は、クランプ部材２４２によりテーピング位置に移動されたセパレータ束の非接着領域の先端を切断するためのものであり、熱ワイヤ２５２が設けられた加熱カッター２５８を備える。シリンダ２５４はフレーム３０１に備えられたブラケット２５２に保持されている。所定の温度に温められた熱ワイヤ２５２はセパレータ３１１を切断する。加熱カッター２５８はシリンダ２５４の一端に備えられ、走行経路３１３上方に配置される。加熱カッター２５８はセパレータ３１１と接触するためにシリンダ２５４によってベース部材２１０の方向に選択的に移動可能である。

図１、図８ａ及び図８ｂを参照すると、テープ供給部材２７０は、フレーム３０１に取り付けられるテープ供給ローラー２６４及び複数のテープ・ガイド・ローラー２６６を備える。更にテープ供給部材２７０は一対のテープ付着ローラー２７２を備える。テープ付着ローラーはシリンダ２６８によって昇降自在となるように、フレーム３０１に取り付けられたシリンダ２６８の一端に取り付けられる。このテープ付着ローラー２７２は、テープ２６２の走行経路に配置されている。これらのことによってテープ２６２の一端がセパレータ３１１の上側表面に選択的に接触するようになっている。

図９ａ及び図９ｂに示すように、前記ホルダ部材２４４は、テープ付着ローラー２７２と対応するように位置される。ホルダ部材２４２は、セパレータ束をテーピングする前に、セパレータ３１１を切断することにより生じるセパレータ３１１の非接着領域のはためきを防ぐためのものである。このため、ホルダ部材２４４は、フレーム３０１に設けられたブラケット２７４と、ブラケット２７４に設けられたシリンダ２７６によって、セパレータ３１１の下方表面に接触されるまで選択的に昇降可能に設けられたホールディング・ローラー２７８とを備える。

図６ａ及び図６ｂに示すように、クランプ回転部材２８０は、回転力によりフィンガー部材２４５を回転させるように、その回転軸がフィンガー部材２４５と同軸的に位置されるように移動ブロック２４１に設けられたステッピング・モータ２８２を備える。

図９ａ及び図９ｃに示すように、前記テープ切断部材２９０は、クランプ回転部材２８０（図６ａ、６ｂ参照）により回転されてパッキングが終ったセパレータ束にのびたテープ２６２のゆるみ端を切断する（図３ａ）ために、ホルダ部材２４４に近接してフレーム３０１に設けられる。前記テープ切断部材２９０は、フレーム３０１に設けられた切断ブラケット２９２と、このブラケット２９２に設けられるとともに走行経路の下方でコントロール・ユニットにより作動される切断シリンダ２９４によって昇降されて、テープ２６２を加熱させて切断する切断ワイヤ２９５を持つ切断本体２９６とを備える。

上述する構成を持つ本発明の望ましい実施例による自動化されたリチウム２次電池製造システム用パッキング装置の動作を説明する。
先ず、装置３５０の電源をオンしてコントロール・ユニットに必要なデータをセットする。次いで、移送ユニット(図示せず)により両面に正極板と負極板が所定パターンで接着されたセパレータ３１１が、走行経路３１３を通じて供給され得るように用意する。また、ストッパー部材２２０を下降させてベース部材２１０の側面を塞いで、収納台２１２の周りに収納空間２１４を形成させる。
ここで、コントロール・ユニットのスタート・ボタンを押すと、移送ユニットを通ったセパレータ３１１は、ガイド顎２１８によってガイドされながら、収納台２１２側に供給され始める。この過程で、セパレータ３１１は、バイアス部材２１３のエア・ノズル２１５により発生される送風力によってストッパー部材２２０方向に傾けられる。

また、フォルダ部材２３０のフォルダ・プレート２３２は、収納空間２１４に供給されて傾けられたセパレータ３１１を所定回数で連続的に加圧させる。正極板１０２及び負極板１０４の両側部位のセパレータ３１１を断面「Ｚ」字状に折り畳んで、正極板１０２及び負極板１０４を交互に配置させる。フォルダ・プレート２３２は、セパレータ束３１１を収納台２１２にむかって押さえ、ストッパー部材２２０を上昇させる。次いで、切断/テーピング部材２４０のクランプ部材２４２をベース部材２１０の両側に接近させて、「Ｚ」字状に折り畳んだセパレータ束の両側を各々保持する。保持するとともにフォルダ・プレート２３２を上昇させる。

次に、クランプ部材２４２を作動させてセパレータ束をテーピング位置に水平移動させる。次いで、テープ供給部材２７０を作動させてテープ付着ローラー２７２にてテープ２６２の先端部をテーピング位置に置かれたセパレータ束の上側表面に接着させる。また同時に、ホルダ部材２４４を上昇させてホールディング・ローラー２７８をセパレータ３１１の下側表面に接触させる。従って、付着ローラー２７２とホールディング・ローラー２７８がセパレータを挟持することとなり、セパレータ３１１ははためかないようになる。
次いで、セパレータ束の非接着領域の先端を切断させるために切断部材２５０を下降させる。そして、所定温度で加熱された加熱カッター２５８がセパレータを切断する。

次に、テープ２６２の先端が接着されたセパレータ束を両端で回転させながら、セパレータ束をテーピングするためのクランプ回転部材２８０を可動させる。そうすると、ステッピング・モータ２８２によりフィンガー部材２４５が回転することになり、これとともにテープ供給部材２７０から供給されるテープ２６２は、セパレータ束を自然に巻くようになってテーピングすることができる。
次いで、セパレータ束に連結されたテープ２６２を切断するためにテープ切断部材２９０を可動させる。そうすると、切断ワイヤ２９５が移動してテープ２６２を熱により切断して最終的にパッキングが完了する。

詳述したように、本発明による自動化されたリチウム２次電池製造システム用パッキング装置は次のような効果を奏する。
第一、自動化された生産設備を用いるため、全体的な生産効率の向上が期待でき、２次電池の不良率が低減する。
第二、正極板と負極板が各々両面に接着されたセパレータを、その断面が「Ｚ」字状を持つように、収納台とストッパー部材及び密着プレートを連続的に動作させることによって生産性が大幅に向上される。
第三、折り畳んだセパレータ束を自動化されたロボット設備によって連続的に移動かつテーピングできるため、生産性の向上と工程の効率が増大される。

本発明は好適な実施形態について特に示され記述されているが、付加された請求項に定義されているような本発明の精神と範囲から離れることなくして、形式や詳細において多種多様な変化がなされうるということは、当業者によって理解されている。

本発明の望ましい実施例による自動化されたリチウム２次電池製造システム用パッキング装置を概略的に示した斜視図である。 図１に示したセパレータを「Ｚ」字状に折り畳む例を示した図面である。 図１に示したパッキング装置の正面図である。 図１に示したパッキング装置の平面図である。 図３に示したベース部材の部位を拡大して示した正面図である。 図３に示したベース部材の部位を拡大して示した平面図である。 図３に示したストッパー部材及びフォルダ部材の正面図である。 図３に示したストッパー部材及びフォルダ部材の右側面図である。 図３に示した一対のクランプ部材の部位を示した正面図である。 図３に示した一対のクランプ部材の部位を示した右側面図である。 図３に示した切断部材の部位を示した正面図及び右側面図である。 図３に示した切断部材の部位を示した正面図及び右側面図である。 図３に示したテープ供給部材の部位を示した正面図である。 図３に示したテープ供給部材の部位を示した右側面図である。 図３に示したホルダ部材の部位を示した図面である。 図３に示したホルダ部材の部位を示した図面である。 図３に示したホルダ部材の部位を示した図面である。

Claims (7)

1. フレームと、
   前記フレームに設けられ、一面には多数の正極板のみが所定間隔で接着され、他面には多数の負極板のみが所定間隔で接着された一単位のセパレータが収納される収納台が設けられたベース部材と、
   前記ベース部材に供給される前記セパレータが収納台から離脱することを防ぐために、前記ベース部材の一端に選択的に近接して位置するように前記フレームに対して往復動可能に設けられたストッパー部材と、
   前記収納台に往復動可能に取り付けられると共に、前記収納台と前記ストッパー部材で形成される収納空間に供給されるセパレータを所定時間加圧し、前記セパレータを「Ｚ」字状に折り畳み、正極板と負極板を交互に配置させるフォルダ部材と、
   「Ｚ」字状に折り畳まれたセパレータを所定区域に移動させて、極板が接着されていないセパレータの非極板領域で切断し、折り畳まれて切断されたセパレータをテーピングする切断/テーピング部材とを備えることを特徴とする自動化されたリチウム２次電池製造システム用パッキング装置。
2. 前記ベース部材は、
   供給されるセパレータをガイドするためにベースから突出されたガイド顎と、
   前記収納台の両側に形成された一対の凹部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の自動化されたリチウム２次電池製造システム用パッキング装置。
3. 前記ベース部材は、前記収納台に供給されるセパレータが「Ｚ」字状に折れ易いように、前記ストッパー部材の方向に前記セパレータを傾けるために、前記フレームに設けられたバイアス部材を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の自動化されたリチウム２次電池製造システム用パッキング装置。
4. 前記ストッパー部材は、前記ベース部材の両側を各々遮断するためのストッパー・フォークを有すると共に、ストッパー移動部材によって往復動されることを特徴とする請求項１に記載の自動化されたリチウム２次電池製造システム用パッキング装置。
5. 前記フォルダ部材は、フォルダ移動部材によって往復動されるフォルダ・プレートを備えることを特徴とする請求項１に記載の自動化されたリチウム２次電池製造システム用パッキング装置。
6. 前記切断/テーピング部材は、
   前記ベース部材の両側に接近して「Ｚ」字状に折り畳まれだセパレータ束の両側を保持しテーピング位置に水平移動される一対のクランプ部材と、
   前記クランプ部材によってセパレータが移動された後、前記ベース部材の先端で前記セパレータを切断するために、前記フレームに移動可能に設けられた切断部材と、
   テープが巻かれたテープ・ローラーをテープ走行経路を通じて前記テーピング位置に走行させた後、前記テープの一端を前記セパレータ束に接着させるためにフレームに設けられたテープ供給部材と、
   テープの一端が接着されたセパレータ束を両端で回転させながら、前記セパレータ束をテーピングするために、前記クランプ部材を所定回転数で回転させるように前記フレームに設けられたクランプ回転部材と、
   前記クランプ回転部材によって回転されて、且つテープによってパッキングがされたパックされたセパレータ束から延設されるテープのゆるみ端部分を切断するために、テープ供給部材に移動可能に取り付けられるテープ切断部材とを備えることを特徴とする請求項１に記載の自動化されたリチウム２次電池製造システム用パッキング装置。
7. 前記切断/テーピング部材は、前記切断部材によってセパレータが切断される前に、前記セパレータのはためきを防ぐために、前記テープ供給部材に近接して前記セパレータの一面に接触されるように前記フレームに昇降可能に設けられたホルダ部材を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の自動化されたリチウム２次電池製造システム用パッキング装置。

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