JP4571384B2

JP4571384B2 - 電極積層装置及びゲージング装置

Info

Publication number: JP4571384B2
Application number: JP2003203894A
Authority: JP
Inventors: 義広白川; 典之横田; 徳和冨樫; 心伊藤; 拓実花田
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2023-07-30
Also published as: JP2005050583A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウムイオン二次電池等の正極板と負極板とを積層して形成する電極積層装置及び正極板及び負極板の高精度の位置決めを行うゲージング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リチウムイオン二次電池は、正極材にリチウム含有金属酸化物、負極材に炭素材料を用い、その間に絶縁性の多孔性セパレータを交互に積層した構造体に電解液を含浸させ、ケース（金属缶、アルミラミネートフィルム等）で密閉した構造となっている。
【０００３】
このようなリチウムイオン二次電池は、例えば図１２に示すような工程で製造される。すなわち、ロール状の正極Ｐとロール状の負極Ｎを所定の長さに切断し、積層位置に移載する。一方、ロール状のセパレータＳをグリッパフィード方式で一定寸法巻き出して切断し、切断されたセパレータＳをトランスファで所定位置に移載する。そして、正極Ｐ、セパレータＳ、負極Ｎを積層位置において所定の順序で積層し構造体Ｌを形成する。次に、正極Ｐと負極Ｎに接続された電極Ｐａ，Ｎａを成形・切断し、タブＴを溶接する。
【０００４】
この構造体Ｌを別工程で成形したアルミラミネートＧに入れ、電解液を注液し、構造体Ｌに含浸させる。この後、仮シールを行い、ガス抜き穴部分を切断し、本シールを行って完成する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３１１７１２号公報（段落番号［００１３］，図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した電池製造工程における電極積層工程では次のような問題があった。すなわち、セパレータＳは、薄い材料で形成されていることからコシが無く、取り扱いが困難で、チャックするための機構が複雑になる等の問題があった。
【０００７】
また、正極Ｐ、負極Ｎ、セパレータＳを作業者が手作業で積層させていたため、僅かな位置ずれが生じ、電池の性能にばらつきが生じてしまう虞があった。
【０００８】
一方、電極板等のワークをゲージングする際に、可動ブロックによりワークを固定ブロックに突き当てる方式であると、薄い材料で形成されたワークの場合、可動ブロックと固定ブロックに挟まれて撓むことがあり、正確なゲージングが行えないという問題があった。
【０００９】
そこで本発明は、性能にばらつきが生じないように電極板とセパレータとを積層させることができる電極積層装置及び可撓性を有するワークであっても正確なゲージングを行うことができるゲージング装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の電極積層装置及びゲージング装置は次のように構成されている。
【００１１】
（１）電極及びセパレータを積層して構造体を形成する電極積層装置において、上記電極を積層して収納する電極マガジンと、上記電極が載置されるベッド部と、このベッド部の周囲に上記電極に対向して配置されるとともに上記電極の少なくとも一つの辺が当接する当接部と、この当接部側に上記電極を移動させる電極移動手段とを具備し、上記ベッド部の上記当接部側には、その上面が漸次高くなる傾斜面が形成された、上記電極の位置決めを行う電極位置決め機構と、上記電極マガジンから上記電極位置決め機構に上記電極を移載する電極移載機構と、記電極及び上記セパレータが載置される積層部と、上記セパレータを供給するセパレータ供給機構と、上記電極位置決め機構により位置決めされた電極を上記積層部に移載する積層用移載機構と、上記セパレータ供給機構により供給されたセパレータを上記積層部に移載するセパレータ移載機構とを備えていることを特徴とする。
【００１４】
（２）上記（１）に記載された電極積層装置であって、上記電極移動手段は、上記ベッド部から離間し、かつ、上記ベッド部に載置された上記電極の法線に平行な軸を回動軸にして上記ベッド部を回動する回動機構を具備することを特徴とする。
【００１５】
（３）上記（２）に記載された電極積層装置であって、上記電極マガジンと上記積層機構とは上記回動軸を挟んで配置されていることを特徴とする。
【００１６】
（４）上記（１）に記載された電極積層装置であって、上記セパレータ供給機構は、上記長尺セパレータを供給するセパレータロール機構と、セパレータの面に対し平行となる吸着面を複数有し、上記セパレータロール機構から供給されたセパレータの先端側を巻き取るとともに、上記セパレータの一方の面を着脱自在に吸着するドラムと、上記吸着面に吸着された上記セパレータを切断する切断機構とを備えていることを特徴とする。
【００１７】
（５）上記（４）に記載された電極積層装置であって、上記吸着面は上記セパレータの一面と同一形状であることを特徴とする。
【００１８】
（６）シート状のワークの位置決めを行うゲージング装置において、上記ワークが載置されるベッド部と、このベッド部の周囲に上記ワークに対向して配置されるとともに上記ワークの少なくとも一つの辺が当接する当接部と、この当接部側に上記ワークを移動させるワーク移動手段とを備え、上記ベッド部の上記当接部側には、その上面が漸次高くなる傾斜面が形成されていることを特徴とする。
【００１９】
（７）上記（６）に記載された電極積層装置であって、上記ワーク移動手段は、上記ベッド部から離間し、かつ、上記ベッド部に載置された上記ワーク電極の法線に平行な軸を回動軸にして上記ベッド部を回動する回動機構を具備することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態に係る電極積層装置１０を示す斜視図、図２〜図４は正極マガジン２０から電極用トランスファ４０によって正極マガジン２０から電極を取り出す工程を示す説明図、図５及び図６は電極ゲージング機構５０の動作を示す図、図７はセパレータ供給機構９０を取り出して示す斜視図、図８〜図１１は積層テーブル８０における積層動作を示す説明図である。
【００２１】
図１に示すように、電極積層装置１０は、床面に設置された架台１１及び架台１２を備えている。架台１１上には、正極マガジン２０と、負極マガジン３０と、正極Ｐ及び負極Ｎを後述する電極ゲージング機構５０のテーブル５２へ移載する電極用トランスファ４０と、正極Ｐ及び負極Ｎの位置合わせを行う電極ゲージング機構５０と、積層用トランスファ７０と、積層テーブル８０とが設けられている。架台１２上には、シート状のセパレータＳを供給するセパレータ供給機構９０が設けられている。
【００２２】
正極マガジン２０は、正極Ｐを積層して収納するフレーム２１と、このフレーム２１内に配置され最下層の正極Ｐを支持するとともに、最上層の正極Ｐの高さ位置が一定となるように上下動させるリフト機構２２とを備えている。負極マガジン３０は、負極Ｎを積層して収納するフレーム３１と、このフレーム３１内に配置され最下層の負極Ｎを支持するとともに、最上層の負極Ｎの高さ位置が一定となるように上下動させるリフト機構３２とを備えている。
【００２３】
電極用トランスファ４０は、架台１１に設けられ後述するアーム４２を図１中Ｚ軸回りに回動させる支持部４１と、この支持部４１に支持された平面視がＬ字状のアーム４２と、このアーム４２の先端側にそれぞれ取付けられた正極Ｐ・負極板を持ち上げる一対の吸引機構４３とを備えている。
【００２４】
吸引機構４３は、図２〜図４に示すように、アーム４２に取付けられたヘッド４４と、このヘッド４４に取付けられ図示しない減圧ポンプ等により吸引力を発生する２つのバキュームヘッド４５と、これらバキュームヘッド４５を下方に付勢するコイルバネ４６と、これらバキュームヘッド４５の外側に設けられた電極押えロッド４７と、電極押えロッド４７を下方に付勢するコイルバネ４８とを備えている。なお、図２に示すように、無負荷状態において、電極押えロッド４７の下端は、バキュームヘッド４５の下端より下方に位置付けられるようになっている。
【００２５】
電極ゲージング機構５０は、架台１１に設けられ後述するテーブル５２を図１中Ｚ軸回りに回動させる支持部５１と、この支持部５１に支持されたテーブル５２と、このテーブル５２の両端に設けられた正極用及び負極用のゲージング機構６０とを備えている。なお、正極用のゲージング機構６０と負極用のゲージング機構６０は、正極Ｐ・負極Ｎの大きさに合せて多少寸法が異なっているが、機構上は同一に形成されている。以下、正極用のゲージング機構６０について説明する。
【００２６】
図５の（ａ），（ｂ）は、ゲージング機構６０を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。ゲージング機構６０は、テーブル５２に固定され、正極Ｐの下面を支持するベッド部６１と、このベッド部６１の周囲に配置された４つのゲージングブロック６２〜６５とを備えている。ベッド部６１はほぼ水平に形成された水平部６１ａと、この水平部６１ａの一方側に緩い角度で斜面が形成された傾斜部６１ｂとを備えている。
【００２７】
ゲージングブロック（固定押し当て側）６２は、傾斜部６１ｂの端部に設けられており、正極Ｐの一端が当接する。ゲージングブロック（固定基準側）６３は、テーブル５２に固定され、正極Ｐの側端に当接するように配置されている。ゲージングブロック（可動基準側）６４は、正極Ｐの他端に当接するとともに、ゲージングブロック６２側に移動するように設けられている。ゲージングブロック（可動押し当て側）６５は、正極Ｐの側端に当接するとともに、ゲージングブロック６３側に移動するように設けられている。
【００２８】
積層用トランスファ７０は、架台１１に設けられ後述するアーム７２を図１中Ｚ軸回りに回動させる支持部７１と、この支持部７１に支持された平面視がＬ字状のアーム７２と、このアーム７２の先端側にそれぞれ取付けられた正極Ｐ・負極Ｎ・セパレータＳを持ち上げる一対の吸引機構７３とを備えている。
【００２９】
積層テーブル８０は、図８〜図１１に示すように、正極Ｐ・負極Ｎ・セパレータＳが載置される支持テーブル８１と、この支持テーブル８１の周囲に設けられ支持テーブル８１上に載置された正極Ｐ・負極Ｎ・セパレータＳの上面を押える爪部８２とを備えている。
【００３０】
セパレータ供給装置９０は、図７に示すように、シート状のセパレータＳが巻回されているロール９１と、シート状のセパレータＳに一定の張力を付与する張力調整機構９２と、シート状のセパレータＳを所定の長さに切断するセパレータカット装置９３とを備えている。
【００３１】
セパレータカット装置９３は、角柱状に形成されるとともに各面に個別の配管経路を介して吸引力を発生する吸引孔９４ａを有するサクションドラム９４と、このサクションドラム９４を図７中Ｒ方向に９０度ずつ間欠回転させる回転機構（不図示）と、サクションドラム９４の角部に対向して設けられたヒートカット９５とを備えている。ヒートカット９５は、サクションドラム９４に巻回されたシート状のセパレータＳを切断する機能を有している。
【００３２】
このように構成された電極積層装置１０にあっては、次のようにして正極Ｐ・負極Ｎ・セパレータＳの積層を行う。最初に正極Ｐ及び負極Ｎの供給及びゲージングについて説明する。
【００３３】
予め、リフト機構２２により最上層の正極Ｐを所定の高さまで上昇させる。また、リフト機構３２により最上層の負極Ｎを所定の高さまで上昇させる。次に、電極用トランスファ４０を作動させ、一方の吸引機構４３が正極マガジン２０の上方に位置決めする。
【００３４】
吸引機構４３では、図２に示すように、ヘッド４４を下降させる。そして、図３に示すように、バキュームヘッド４５を正極マガジン２０の保持された最上層の正極Ｐを吸引させる。このとき、バキュームヘッド４５のコイルバネ４６及び電極押えロッド４７のコイルバネ４８が圧縮される。
【００３５】
次に、ヘッド４４を上昇させると、コイルバネ４６，４８の圧縮力が解放されて、バキュームヘッド４５及び電極押えロッド４７が下方へ突出する。このとき、正極Ｐの中央部はバキュームヘッド４５に吸引され、正極Ｐの周辺部は電極押えロッド４７に下方へ押し出される。すなわち、図４に示すように、上に凸となるように湾曲する。このため、最上層の正極Ｐとその下の正極Ｐとの隙間に空気が入り、容易に分離する。すなわち、正極Ｐの２枚取りを防止することができる。
【００３６】
電極用トランスファ４０は、アーム４２を回動させ、吸引機構４３に吸引された正極Ｐを電極ゲージング機構５０のゲージング機構６０のベッド部６１上に移載する。
【００３７】
図５に示すように、ベッド部６１において、正極Ｐのほぼ全体は水平部６１ａに載置されるが、その一部が傾斜部６１ｂに載置されることとなる。そして、図６に示すように、ゲージングブロック６４をゲージングブロック６２側に移動させ、正極Ｐの他端に当接させる。このとき、正極Ｐの一端がゲージングブロック６２に当接し、基材が露出した腰の弱い部位Ｐｂを撓ませた状態で、ゲージングブロック６４は停止する。なお、傾斜部６１ｂの存在により、ゲージングブロック６４で他端が押された正極Ｐは、腰の弱い部位Ｐｂで撓みやすくなり、この撓みが元に戻ろうとする力とゲージングブロック６４の押圧力とによってもゲージングが行えるため、正極Ｐの一端がゲージングブロック６２に当接しなくともゲージングブロック６４の移動方向でのゲージングは充分に行える。
【００３８】
一方、ゲージングブロック６５はゲージングブロック６３側に移動し、正極Ｐの一方の側端に当接させ、続いて正極Ｐの他方の側端をゲージングブロック６３に当接させる。これらの動作により、正確なゲージングが完了する。
【００３９】
なお、一連のゲージング動作を行うと同時に、アーム４２を回動させ、正極Ｐが載置されたゲージング機構６０を積層用トランスファ７０側に移動させる。負極Ｎも正極Ｐと同様にして電極用トランスファ４０によりゲージング機構６０に移載し、ゲージングを行いながら積層用トランスファ７０側に移動させる。
【００４０】
上述した電極ゲージング機構５０では、ゲージングブロック６５を正極Ｐの側端に当接させるようにしているが、テーブル５２を、支持部５１をして図１中Ｚ軸回り、すなわちベッド部６１に載置された正極Ｐの法線に平行な軸を回動軸として回動させるときに発生する遠心力により正極Ｐの側端をゲージングブロック６３に押し当ててゲージングするようにしてもよい。
【００４１】
上述したようにしてゲージングされた正極Ｐは、積層用トランスファ７０を作動させ、アーム７２を回動し、吸引機構７３でゲージング機構６０上の正極Ｐを吸着する。
【００４２】
吸着された正極Ｐは、図８に示すように、積層テーブル８０の支持テーブル８１上に移載される。このとき、予め爪部８２は下降し、既に積層されたセパレータＳ等の上面を押えている。次に、吸引機構７３は図９に示すように正極Ｐを吸着したまま下降し、セパレータＳの上に正極Ｐ上に重ねるとともに軽く押圧する。このとき、正極Ｐの端部は爪部８２の上に乗った状態となる。
【００４３】
次に、図１０に示すように、爪部８２を上昇させると、正極Ｐは可撓性を有していることから、爪部８２の下に回り込み、正極ＰとセパレータＳとが完全に重なり合う。そして、図１１に示すように爪部８２を下降させ、既に積層された正極Ｐの上面を押え、その後、吸引機構７３による吸引力を解除して上昇させる。このようにすることで、既に積層された正極Ｐ・負極Ｎ・セパレータＳの位置ずれを防止することができる。
【００４４】
次に、セパレータＳの供給について説明する。ロール９１からシート状のセパレータＳをセパレータカット装置９３に導入し、シート状のセパレータＳをサクションドラム９４で巻き取る。なお、シート状のセパレータＳは吸引孔９４ａからの吸引力により表面に吸着されている。そして、ヒートカット９５によりシート状のセパレータＳを溶融し切断する。
【００４５】
この状態で、積層用トランスファ７０を作動させ、アーム７２を回動し、吸引機構７３でサクションドラム９４に吸着されている切断されたシート状のセパレータＳを吸着する。続いて、吸引孔９４ａによる吸引力を解除し、吸引機構７３に吸着されたセパレータＳ（図７に斜線を付した部分）を正極Ｐと同様にして、積層テーブル８０の支持テーブル８１上に移載され、積層が行われる。この後、サクションドラム９４は、図７中Ｒ方向に９０度回転される。
【００４６】
このような正極Ｐ・負極Ｎ・セパレータＳを各極間にセパレータＳが位置するように順次積層し、設計枚数に達した時点で構造体Ｌが完成する。
【００４７】
上述したように、本実施の形態に係る電極積層装置１０によれば、手作業を必要とすることなく、正極Ｐ・負極Ｎ・セパレータＳの積層作業を行うことができるので、位置ずれが発生せず、均質な性能を有する電池を製造することが可能となる。また、正極Ｐ・負極Ｎのゲージングを行う際に、可撓性の材質であっても正確に行うことができる。
【００４８】
上述した電極ゲージング機構５０は、電極積層装置における正極Ｐ又は負極Ｎ等の電極板のゲージングのために用いているが、電極積層装置の電極板に限られず、他のワーク、特に薄いワーク等のゲージング手段としても適用できる。
【００４９】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。すなわち、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、性能にばらつきが生じないように電極板とセパレータとを積層させることが可能となる。また、可撓性を有するワークであっても正確なゲージングを行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電極積層装置を示す斜視図。
【図２】同電極積層装置に組み込まれた電極用トランスファによって正極マガジンから電極を取り出す工程を示す説明図。
【図３】同電極積層装置に組み込まれた電極用トランスファによって正極マガジンから電極を取り出す工程を示す説明図。
【図４】同電極積層装置に組み込まれた電極用トランスファによって正極マガジンから電極を取り出す工程を示す説明図。
【図５】同電極積層装置に組み込まれた電極ゲージング機構の動作を示す説明図。
【図６】同電極積層装置に組み込まれた電極ゲージング機構の動作を示す説明図。
【図７】同電極積層装置に組み込まれたセパレータ供給機構を取り出して示す斜視図
【図８】同電極積層装置に組み込まれた積層テーブルにおける積層動作を示す説明図。
【図９】同電極積層装置に組み込まれた積層テーブルにおける積層動作を示す説明図。
【図１０】同電極積層装置に組み込まれた積層テーブルにおける積層動作を示す説明図。
【図１１】同電極積層装置に組み込まれた積層テーブルにおける積層動作を示す説明図。
【図１２】リチウムイオン二次電池の製造工程の一例を示す説明図。
【符号の説明】
１０…電極積層装置、２０…正極マガジン、３０…負極マガジン、４０…電極用トランスファ、５０…電極ゲージング機構、６０…ゲージング機構、７０…積層用トランスファ、８０…積層テーブル、９０…セパレータ供給機構。

Claims

電極及びセパレータを積層して構造体を形成する電極積層装置において、
上記電極を積層して収納する電極マガジンと、
上記電極が載置されるベッド部と、このベッド部の周囲に上記電極に対向して配置されるとともに上記電極の少なくとも一つの辺が当接する当接部と、この当接部側に上記電極を移動させる電極移動手段とを具備し、上記ベッド部の上記当接部側には、その上面が漸次高くなる傾斜面が形成された、上記電極の位置決めを行う電極位置決め機構と、
上記電極マガジンから上記電極位置決め機構に上記電極を移載する電極移載機構と、
上記電極及び上記セパレータが載置される積層部と、
上記セパレータを供給するセパレータ供給機構と、
上記電極位置決め機構により位置決めされた電極を上記積層部に移載する積層用移載機構と、
上記セパレータ供給機構により供給されたセパレータを上記積層部に移載するセパレータ移載機構とを備えていることを特徴とする電極積層装置。
上記電極移動手段は、上記ベッド部から離間し、かつ、上記ベッド部に載置された上記電極の法線に平行な軸を回動軸にして上記ベッド部を回動する回動機構を具備することを特徴とする請求項１に記載の電極積層装置。
上記電極マガジンと上記積層機構とは上記回動軸を挟んで配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電極積層装置。
上記セパレータ供給機構は、上記長尺セパレータを供給するセパレータロール機構と、セパレータの面に対し平行となる吸着面を複数有し、上記セパレータロール機構から供給されたセパレータの先端側を巻き取るとともに、上記セパレータの一方の面を着脱自在に吸着するドラムと、上記吸着面に吸着された上記セパレータを切断する切断機構とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の電極積層装置。
上記吸着面は上記セパレータの一面と同一形状であることを特徴とする請求項４に記載の電極積層装置。
シート状のワークの位置決めを行うゲージング装置において、
上記ワークが載置されるベッド部と、
このベッド部の周囲に上記ワークに対向して配置されるとともに上記ワークの少なくとも一つの辺が当接する当接部と、
この当接部側に上記ワークを移動させるワーク移動手段とを備え、
上記ベッド部の上記当接部側には、その上面が漸次高くなる傾斜面が形成されていることを特徴とするゲージング装置。
上記ワーク移動手段は、上記ベッド部から離間し、かつ、上記ベッド部に載置された上記ワーク電極の法線に平行な軸を回動軸にして上記ベッド部を回動する回動機構を具備することを特徴とする請求項６に記載のゲージング装置。