JP4811767B2 - 二次電池の製造方法及び装置 - Google Patents

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本発明は、車両、電気機器等に用いられる二次電池を製造する方法及び装置に関する。
リチウムイオン二次電池等の電池における極板群は、正負の極板間にセパレータが介在するように、正極板と負極板を交互に重ね合わせることによって形成される。この極板群の代表的な製法には、(1)それぞれシート状に形成したセパレータ、正極板及び負極板を正極板と負極板との間にセパレータが介在するように交互に積み重ねる積み重ね方式(例えば、特許文献5参照。)、(2)それぞれ連続状に形成したセパレータ、正極板及び負極板を正極板と負極板との間にセパレータが介在するように重ねて渦巻状に巻回する巻回方式(例えば、特許文献5,6,7参照。)、(3)セパレータの連続体又はセパレータの連続体と負極板の連続体との重畳体をジグザグ折りし、その各谷溝内にシート状の正極板と負極板の双方又は正極板を挿入し、扁平に押し潰すジグザグスタック方式(例えば、特許文献1,2,3,4参照。)がある。
特開2004−22449号公報 特開平1−122572号公報 特開平1−100871号公報 特開2006−190531号公報 特開2002−329530号公報(図4、図5) 特開2000−223109号公報 特開平7−6783号公報
上記(1)の積み重ね方式は、正負の極板およびセパレータの位置精度を確保するのが難しく、位置がずれると正負の電極間で短絡するおそれがある。短絡を防ぐために精密に位置決め行うものとすると、それがタクトタイム(極板群1個当りの生産速度。)を遅くする原因となり、極板群ひいては電池の生産性が低下するという問題がある。
また、上記(2)の巻回方式は、極板群の巻回数が多いと極板群と電池ケースの角部との間がデットスペースとなり、電気容量が少なくなるという問題がある。
上記(3)のジグザグスタック方式は、上記(1)の積み重ね方式に比べ正負の極板及びセパレータの位置精度を高めることができ、タクトタイムも短縮することができ、上記(2)の巻回方式に比べデッドスペースを低減し電気容量を増大させることができるという利点がある。
しかし、従来のジグザグスタック方式は、特許文献1に記載のものにあっては、連続状のセパレータを一対のローラで挟み、この一対のローラを水平方向に往復移動させることによりセパレータをジグザグ折りし、一対のローラが一往復する都度正負の極板を交互にセパレータ上に乗せるものであるから、タクトタイムが遅く、生産性を高めることが難しい。また、特許文献2に記載のものにあっては、一定間隔で夫々保持された硬い正極板と負極板とで連続状のセパレータをジグザク状に挟みこんで極板群を形成しようというものであるから、セパレータに大きなテンション(負荷)が作用してセパレータが破断しやすくなり、また、極板が薄く柔らかい場合は製造が困難であるという問題がある。特許文献3に記載のものにあっては、鋸歯状の雌型に連続状のセパレータを乗せ、雌型の各溝に向かって一つの溝に合致する形を有した雄型を順に挿入することによってジグザグ状のセパレータを形成し、次にセパレータの各谷溝に正極板と負極板を交互に挿入し、最後にセパレータを正負の極板ごと押圧して扁平にすることにより極板群を製造しようというものであるから、タクトタイムが長く、生産性を高めることが難しい。特許文献4に記載のものにあっては、連続状のセパレータを連続状の正極板と負極板とで挟んだものを鋸歯状の雌雄型でジグザグ状にプレスし、このジグザグ状の重畳体をプレスすることにより極板群を製造しようというものであるから、極板群のジグザグ折りが細かくなり、電気容量が小さくなるという問題がある。また、正極板同士、負極板同士が接触する箇所が生じるので、正極板と負極板に発電に関与しない無駄な部分が生じるという問題もある。
従って、本発明は、比較的薄くて柔らかい極板を使用した電気容量の大きい二次電池を短いタクトタイムで製造することができる方法及び装置を提供することを目的とする。また、二次電池に適した極板群を短いタクトタイムで製造することができる方法及び装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は次のような構成を採用する。
すなわち、請求項1に係る発明は、鉛直方向にジグザグ状に配列された複数のガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)の一方の列と他方の列との間にセパレータの連続体を配置する工程と、上記ガイド棒を列同士間で水平方向に交差させることでジグザグ折りにされたセパレータの連続体(3)の各谷溝(3a)内に正極板(4)と負極板(5)を交互に挿入することにより、上記セパレータを介して上記正極板(4)と上記負極板(5)とが交互に重なり合う積層体を形成する工程と、上記連続体(3)の各谷溝(3a)内から上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)を抜去する工程と、上記積層体を上記鉛直方向に押圧する工程とを有することを特徴とする二次電池の製造方法である。
また、請求項2に係る発明は、鉛直方向にジグザグ状に配列された複数のガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f)の一方の列と他方の列との間に負極板の連続体を二条のセパレータの連続体で挟んだ重畳体を配置する工程と、上記ガイド棒を列同士間で水平方向に交差させることでジグザグ折りにされた上記重畳体(23)の各谷溝(23a)内に正極板(4)を挿入することにより、上記セパレータを介して上記正極板と上記負極板とが交互に重なり合う積層体を形成する工程と、上記重畳体(23)の各谷溝(23a)内から上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f)を抜去する工程と、上記重畳体(23)を上記鉛直方向に押圧する工程とを有することを特徴とする二次電池の製造方法である。
請求項に記載されるように、請求項1に記載の二次電池の製造方法において、上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)を列同士間で交差させることにより上記連続体(3)をジグザグ折りしつつ、上記各谷溝(3a)内に上記正極板(4)と上記負極板(5)を交互に挿入してもよい。
請求項に記載されるように、請求項2に記載の二次電池の製造方法において、上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f)を列同士間で交差させることにより上記重畳体(23)をジグザグ折りしつつ、上記各谷溝(23a)内に上記正極板(4)を挿入してもよい。
請求項に記載されるように、請求項乃至請求項のいずれかに記載の二次電池の製造方法において、上記ジグザグ状の連続体(3)又は重畳体(23)の各谷溝(3a,23a)内に上記正極板(4)と上記負極板(5)の双方又は上記正極板(4)を挿入した後に、上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)の各列内での間隔を狭めるようにしてもよい。
請求項に記載されるように、請求項1乃至請求項のいずれかに記載の二次電池の製造方法において、上記連続体(3)又は上記重畳体(23)の各谷溝(3a,23a)内に挿入された上記正極板(4)と上記負極板(5)の双方又は上記正極板(4)を上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)の長さ方向に押圧してもよい。
請求項に記載されるように、請求項1乃至請求項のいずれかに記載の二次電池の製造方法において、上記連続体(3)又は上記重畳体(23)の各谷溝(3a,23a)内から上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)を抜去する際に、上記積層体を上記鉛直方向に押圧してもよい。
請求項に記載されるように、請求項1乃至請求項のいずれかに記載の二次電池の製造方法において、上記連続体(3)又は上記重畳体(23)の各谷溝(3a,23a)内から上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)を抜去した後、上記積層体を上記鉛直方向に押圧する前に、上記正極板(4)と上記負極板(5)を各谷溝(3a,23a)内に更に押し込むようにしてもよい。
請求項に記載されるように、請求項1乃至請求項のいずれかに記載の二次電池の製造方法において、上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)を回転自在なローラとしてもよい。
請求項10に記載されるように、請求項1乃至請求項のいずれかに記載の二次電池の製造方法において、上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)を半円筒形としてもよい。
請求項11に記載されるように、請求項1乃至請求項10のいずれかに記載の二次電池の製造方法において、上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)を列同士間で交差させる際に、上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)の表面から上記連続体(3)又は上記重畳体(23)に向けて空気を吐出するようにしてもよい。
請求項12に記載されるように、請求項1乃至請求項11のいずれかに記載の二次電池の製造方法において、上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)の上記連続体(3)又は上記重畳体(23)の接する表面に摩擦低減材層を形成しておくようにしてもよい。
また、請求項13に係る発明は、鉛直方向にジグザグ状に配列された複数のガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)を有し、上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)の一方の列と他方の列との間にセパレータの連続体(3)が配置されると、上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)が列同士間で水平方向に交差して上記連続体(3)をジグザグ折りするジグザグ折り手段と、上記ジグザグ折りされた連続体(3)の各谷溝(3a)内に正極板(4)と負極板(5)を交互に挿入する極板挿入手段(13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13j)と、上記連続体(3)の各谷溝(3a)内から上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)を抜去するガイド抜去手段と、上記セパレータを介して上記正極板と上記負極板とが交互に重なり合う積層体を上記鉛直方向に押圧するプレス手段(18)とを備えたことを特徴とする二次電池の製造装置である。
また、請求項14に係る発明は、鉛直方向にジグザグ状に配列された複数のガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f)を有し、上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f)の一方の列と他方の列との間に、上記セパレータの二条の連続体(3,3)で負極板の連続体(24)を挟んだ重畳体(23)が配置されると、上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f)が列同士間で水平方向に交差して上記重畳体(23)をジグザグ折りするジグザグ折り手段と、上記ジグザグ折りされた重畳体(23)の各谷溝(23a)内に正極板(4)を挿入する極板挿入手段(13a,13b,13c,13d,13e,13f)と、上記重畳体(23)の各谷溝(23a)内から上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f)を抜去するガイド抜去手段と、上記セパレータを介して上記正極板と上記負極板とが交互に重なり合う積層体を上記鉛直方向に押圧するプレス手段(18)とを備えたことを特徴とする二次電池の製造装置である。
請求項15に記載されるように、請求項13に記載の二次電池の製造装置において、上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)を列同士間で交差させることにより上記連続体(3)をジグザグ折りしつつ、上記極板挿入手段により各谷溝(3a)内に上記正極板(4)と上記負極板(5)を交互に挿入してもよい。
請求項16に記載されるように、請求項14に記載の二次電池の製造装置において、上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f)を列同士間で交差させることにより上記重畳体(23)をジグザグ折りしつつ、上記極板挿入手段(13a,13b,13c,13d,13e,13f)により各谷溝(23a)内に上記正極板(4)を挿入してもよい。
請求項17に記載されるように、請求項13乃至請求項16のいずれかに記載の二次電池の製造装置において、上記ジグザグ状の連続体(3)又は重畳体(23)の各谷溝(3a,23a)内に上記正極板(4)と上記負極板(5)の双方又は上記正極板(4)を挿入した後に、上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)の間隔を各列内で狭めるピッチ変更手段を備えたものとしてもよい。
請求項18に記載されるように、請求項13乃至請求項17のいずれかに記載の二次電池の製造装置において、上記連続体(3)又は上記重畳体(23)の各谷溝(3a,23a)内に挿入された上記正極板(4)と上記負極板(5)の双方又は上記正極板(4)を上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)の長さ方向に押圧するストッパ(16,17)を備えたものとすることができる。
請求項19に記載されるように、請求項13乃至請求項18のいずれかに記載の二次電池の製造装置において、上記連続体(3)又は上記重畳体(23)の各谷溝(3a,23a)内から上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)を抜去した後、上記積層体を上記鉛直方向に押圧する前に、上記正極板(4)と上記負極板(5)を各谷溝(3a,23a)内に更に押し込む押し部材(14,15)を備えたものとすることができる。
請求項20に記載されるように、請求項13乃至請求項19のいずれかに記載の二次電池の製造装置において、上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)を回転自在なローラとすることができる。
請求項21に記載されるように、請求項13乃至請求項19のいずれかに記載の二次電池の製造装置において、上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)を半円筒形としてもよい。
請求項22に記載されるように、請求項13乃至請求項21のいずれかに記載の二次電池の製造装置において、上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)を列同士間で交差させる際に、上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)の表面から上記連続体(3)又は上記重畳体(23)に向けて空気を吐出するノズル(10)が上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)に設けられものとすることができる。
請求項23に記載されるように、請求項13乃至請求項22のいずれかに記載の二次電池の製造装置において、上記ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)の上記連続体(3)又は上記重畳体(23)の接する表面に摩擦低減材層が形成されたものとすることができる。
請求項1に係る発明によれば、一つの二次電池に必要な個数の谷溝(3a)をセパレータの連続体(3)に同時に形成することができ、従ってタクトタイムを大幅に短縮することができる。また、セパレータはガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)を列同士間で交差させることによりジグザグ折りするので、それだけ深い谷溝(3a)が形成され、従って正極板(4)と負極板(5)を大きくして電気容量の大きい極板群(2)とすることができる。また、正極板(4)と負極板(5)が薄く柔らかいものであっても、セパレータの谷溝(3a)内に円滑に挿入することができる。
また、請求項2に係る発明によれば、一つの二次電池に必要な個数の谷溝(23a)を重畳体(23)に同時に形成することができ、従ってタクトタイムを大幅に短縮することができる。
また、請求項1に係る発明におけるよりも少ない本数のガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f)によって、請求項1に係る発明と同じ層数の極板群を形成することができ、あるいは、請求項1に係る発明におけると同じ本数のガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)を用いることにより、請求項1に係る発明に比し倍の層数の二次電池を形成することができる。
また、重畳体(23)はガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f)を列同士間で交差させることによりジグザグ折りするので、それだけ深い谷溝(23a)が形成され、従って正極板(4)を大きくして電気容量の大きい二次電池とすることができる。
請求項に記載される構成とした場合は、連続体(3)のジグザグ折りと正負の極板(4,5)の挿入とを同時に行うことができ、従ってタクトタイムをさらに短縮することができる。
請求項に記載される構成とした場合は、重畳体(23)のジグザグ折りと正極板(4)の挿入とを同時に行うことができ、従ってタクトタイムをさらに短縮することができる。また、上述したと同様に、請求項に係る発明に比べ、少ない本数のガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f)でより多数の層を有した極板群を形成することができ、あるいは、請求項に係る発明と同数のガイドを用いることにより倍の層数の極板群を形成することができる。
請求項に記載される構成にした場合は、各谷溝(3a,23a)の開口を大きくして正負の極板(4,5)を挿入しやすくし、挿入後にガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)の各列内での間隔を狭めることによりジグザグ状の連続体(3)又は重畳体(23)を扁平にしやすくすることができる。
請求項に記載される構成とした場合は、連続体(3)又は重畳体(23)の各谷溝(3a,23a)内に挿入された正極板(4)又は負極板(5)をガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)の長さ方向で正確に位置決めすることができる。
請求項に記載される構成とする場合は、ジグザグ状に屈曲した連続体(3)又は重畳体(23)がガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)の抜去に伴い崩れないようにすることができる。
請求項に記載される構成にした場合は、連続体(3)又は重畳体(23)の各谷溝(3a,23a)内におけるガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)の存在した位置へと正極板(4)と負極板(5)が移動するので、正極板(4)と負極板(5)との重なり合う面積が増え、それだけ電気容量が増大し、電池としての性能が向上する。また、セパレータがより効率的に使用されることになる。
請求項に記載される構成とした場合は、連続体(3)又は重畳体(23)をジグザグ折りする際に連続体(3)又は重畳体(23)にかかる張力を緩和し、連続体(3)又は重畳体(23)の破断を防止することができる。
請求項10に記載される構成とした場合は、ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)の軽量化を図ることができる。
請求項11に記載される構成にした場合は、連続体(3)又は重畳体(23)をジグザグ折りする際に連続体(3)又は重畳体(23)とガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)との間の摩擦を軽減して連続体(3)又は重畳体(23)にかかる張力をさらに緩和し、ジグザグ折りに必要な時間を短縮することができ、また、連続体(3)又は重畳体(23)の破断をより適正に防止することができる。
請求項12に記載される構成とした場合は、連続体(3)又は重畳体(23)をジグザグ折りする際に連続体(3)又は重畳体(23)とガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)との間の摩擦を軽減して連続体(3)又は重畳体(23)にかかる張力をさらに緩和し、ジグザグ折りに必要な時間を短縮することができ、また、連続体(3)又は重畳体(23)の破断をより適正に防止することができる。
請求項13に係る発明によれば、一つの二次電池に必要な個数の谷溝(3a)をセパレータの連続体(3)に同時に形成することができ、従ってタクトタイムを大幅に短縮することができる。また、セパレータはガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)を列同士間で交差させることによりジグザグ折りするので、それだけ深い谷溝(3a)が形成され、従って正極板(4)と負極板(5)を大きくして電気容量の大きい極板群(2)とすることができる。また、正極板(4)と負極板(5)が薄く柔らかいものであっても、セパレータの谷溝(3a)内に円滑に挿入することができる。
また、請求項14に係る発明によれば、一つの二次電池に必要な個数の谷溝(23a)を重畳体(23)に同時に形成することができ、従ってタクトタイムを大幅に短縮することができる。
また、請求項13に係る発明におけるよりも少ない個数のガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f)によって、請求項13に係る発明と同じ層数の二次電池を形成することができ、あるいは、請求項13に係る発明におけると同じ個数のガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)を用いることにより、請求項13に係る発明に比し倍の層数の二次電池を形成することができる。
また、重畳体(23)はガイド(13a,13b,13c,13d,13e,13f)を列同士間で交差させることによりジグザグ折りするので、それだけ深い谷溝(23a)が形成され、従って正極板(4)及び負極板(24)の面積を大きくして電気容量の大きい二次電池とすることができる。
請求項15に記載される構成とした場合は、連続体(3)のジグザグ折りと正負の極板(4,5)の挿入とを同時に行うことができ、従ってタクトタイムをさらに短縮することができる。
請求項16に記載される構成とした場合は、重畳体(23)のジグザグ折りと正極板(4)の挿入とを同時に行うことができ、従ってタクトタイムをさらに短縮することができる。また、上述したと同様に、請求項15に係る発明に比べ、少ない本数のガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f)でより多数の層を有した極板群を形成することができ、あるいは、請求項15に係る発明と同数のガイドを用いることにより倍の層数の極板群を形成することができる。
請求項17に記載される構成とした場合は、各谷溝(3a,23a)の開口を大きくして正負の極板(4,5)を挿入しやすくし、挿入後にガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)の各列内での間隔を狭めることによりジグザグ状の連続体(3)又は重畳体(23)を扁平にしやすくすることができる。
請求項18に記載される構成とする場合は、連続体(3)又は重畳体(23)の各谷溝(3a,23a)内に挿入された正極板(4)又は負極板(5)をガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)の長さ方向で正確に位置決めすることができる。
請求項19に記載される構成とする場合は、連続体(3)又は重畳体(23)の各谷溝(3a,23a)内におけるガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)の存在した位置へと正極板(4)と負極板(5)が移動するので、正極板(4)と負極板(5)との重なり合う面積が増え、それだけ電気容量が増大し、電池としての性能が向上する。また、セパレータがより効率的に使用されることになる。
請求項20に記載される構成とする場合は、連続体(3)又は重畳体(23)をジグザグ折りする際に連続体(3)又は重畳体(23)にかかる張力を緩和し、連続体(3)又は重畳体(23)の破断を防止することができる。
請求項21に記載される構成とする場合は、ガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)の軽量化を図ることができる。
請求項22に記載される構成とする場合は、連続体(3)又は重畳体(23)をジグザグ折りする際に連続体(3)又は重畳体(23)とガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)との間の摩擦を軽減して連続体(3)又は重畳体(23)にかかる張力をさらに緩和し、ジグザグ折りに必要な時間を短縮することができ、また、連続体(3)又は重畳体(23)の破断をより適正に防止することができる。
請求項23に記載される構成とする場合は、連続体(3)又は重畳体(23)をジグザグ折りする際に連続体(3)又は重畳体(23)とガイド(6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j)との間の摩擦を軽減して連続体(3)又は重畳体(23)にかかる張力をさらに緩和し、ジグザグ折りに必要な時間を短縮することができ、また、連続体(3)又は重畳体(23)の破断をより適正に防止することができる。
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
<実施の形態1>
図1において、符号1はリチウムイオン二次電池の角形ケースを示し、符号2はこの角形ケース1内に収納された極板群を示す。角形ケース1の所定箇所には、図示しない正極端子と負極端子が設けられている。また、角形ケース1内には、有機溶媒にリチウム塩を配合してなる電解液が充填されている。
極板群2は、図2に示すように、セパレータのジグザグ折りされた連続体3と、この連続体3の各谷溝3a内に交互に挿入された正極板4と負極板5とを具備する積層体として構成される。正極板4と負極板5は、各々の間にセパレータが介在するように交互に重ね合わせられ、セパレータと共に扁平に畳まれた状態になっている。正極板4と負極板5にはセパレータから互いに反対側に突出するリード部4a,5aが設けられ、各極のリード部4a,5aは夫々束ねられて上記図示しない正極端子と負極端子にそれぞれ接続される。
正極板4は、アルミニウム箔等のシート状金属箔の両面にリチウム遷移金属複合酸化物等の正極活物質を塗布することにより形成される。負極板5は、銅箔等のシート状金属箔の両面に炭素材料等の負極活物質を塗布することにより形成される。セパレータの連続体3は、ポリオレフィン系樹脂等の合成樹脂からなる微細な孔が形成された多孔膜により作られる。
次に、上記極板群の製造装置について、図3乃至図8に基づいて説明する。
図3に示すように、この極板群2の製造装置は、鉛直方向にジグザグ状に配列された複数本のガイド棒6a,6b,6c,6d、6e,6f,6g,6h,6i,6jを有し、このガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの一方の列と他方の列との間にセパレータの連続体3が挿入されると、ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jが列同士間で水平方向に交差してセパレータの連続体3をジグザグ折りするジグザグ折り手段と、このジグザグ折りされたセパレータの連続体3の各谷溝3a(図2参照)内に正極板4と負極板5を交互に挿入する極板挿入手段と、セパレータの連続体3の各谷溝3a内からガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jを抜去するガイド棒抜去手段と、セパレータの連続体3をジグザグ方向に押圧し扁平にするプレス手段とを具備する。
ジグザグ折り手段のガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jは、セパレータの一条の連続体3に対して供給される正負の極板4,5の枚数と同じ本数か又はそれ以上の本数用意される。そして、基台7上に垂直方向に二列で各々水平に配列され、かつ列間でジグザクになるよう配列される。図4(A)(B)(C)に示すように、ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jはその列ごとに用意された縦フレーム8,9に夫々片持ち状に支持される。
各ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jはセパレータの連続体3を円滑にジグザグ折りすることができるように、回転自在なローラとして構成される。もちろん、各ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jはセパレータの連続体3を円滑に案内することができるならば、円筒形でなくとも半円筒形であってもよいし、回転しない丸棒であってもよい。
各ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jには、セパレータの連続体3をジグザグ折りする際にこの連続体3に向けて空気を吐出する多数の微小なノズル10が必要に応じて形成される。ノズル10は円形、溝形等所望の形状及び配列で形成される。ノズル10からの空気の吐出により、連続体3とガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jとの間の摩擦が軽減され、セパレータの連続体3のジグザグ折りが更に円滑化される。
また、各ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの表面には、必要に応じて摩擦低減材層(図示せず)が形成される。摩擦低減材層は、フッ素樹脂等を塗工することにより形成される。これにより、ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jとセパレータの連続体3との間の摩擦が低減し、セパレータの連続体3のジグザグ折りが円滑化される。
ジグザグ折り手段は、ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの一方の列と他方の列との間にセパレータの連続体3が挿入されると、ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jを列同士間で交差させてセパレータの連続体3をジグザグ折りするための駆動部を備える。この駆動部は、ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jを列ごと支持した上記縦フレーム8,9と上記基台7との間に介装されるボールネジとボールネジを回転させるモータ等により構成される。ボールネジ、モータ等を用いた駆動部は通常の送り手段であるから図示しない。
上記基台7上には、図6(B)(C)、図7(B)(C)に示すように、ジグザグ折りされるセパレータの連続体3を下方から受け止める定盤11が移動可能に設置される。また、定盤11の近傍には、図4(B)(C)に示すように、セパレータの連続体3の始端を把持するクランプ12が定盤11に干渉しないように移動可能に設けられる。定盤11の上方にはセパレータの連続体3を巻き取った図示しないロールが設けられる。ロールは連続体3の繰り出し方向になるべく負荷がかからないようにし、ジグザグ折りする箇所の連続体3に生じる張力を低減するようになっている。
極板挿入手段は、上記ジグザグ折り手段のガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jによりジグザグ折りされたセパレータの連続体3の各谷溝3a内に正極板4と負極板5を交互に挿入するための極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jを有する。極板搬送トレーは一つの極板群2に必要な正負の極板4,5の枚数と同数個用意され、それぞれ上記各ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの後方に水平に配置される。
極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jはガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの各列に対応してまとめられ、上記ジグザグ折り手段と同様な図示しない縦フレームに支持され、上記ジグザグ折り手段と同様な図示しないボールネジ等の駆動部により水平方向に移動可能である。極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jはガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jによる連続体3のジグザグ折りの後に移動させるようにしてもよいが、図5(A)(B)(C)に示すように、ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jが列同士間で交差しセパレータの連続体3をジグザグ折りすると同時に極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jを移動させるのが望ましい。これにより、セパレータの連続体3をジグザグ折りしつつ、正負の各極板4,5をセパレータの各谷溝3a内に挿入することが可能になり、さらにタクトタイムが短縮される。
図5(C)に示すように、極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jは正負の各極板4,5をセパレータの連続体3の各谷溝3a内に挿入した後、直ちにセパレータの連続体3の谷溝3aから後方に離脱するようになっている。この極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jの後退時に極板4,5をセパレータの連続体3の谷溝3a内に残留させるため、図3及び図5(A)(B)(C)に示すように、極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jを列ごとに左右両側から挟むように押し部材14,14,15,15が配置される。押し部材14,14,15,15は具体的には各極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jの左右両側から食み出た極板4,5の後縁に当接する縦棒として構成され、極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jの各列の左右に配置される。この押し部材14,14,15,15が各極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jの左右両側から食み出た極板4,5の後方に配置されることから、極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jがセパレータの連続体3の谷溝3aから後方に離脱する際、正負の極板4,5はセパレータ側の各谷溝3a内に留まることになる。押し部材14,14,15,15は基台7に図示しないピストン・シリンダ装置を介して連結され、極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jがセパレータの連続体3の谷溝3a内へと前進する際にこのピストン・シリンダ装置の駆動によって押し部材14,14,15,15も前進し、極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jが谷溝3a外へと後退した後も前進した位置に留まる。
図3及び図5(A)(B)に示すように、ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの長さ方向の両側にはセパレータの連続体3の各谷溝3a内に挿入された正極板4と負極板5をガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの長さ方向で押圧するストッパ16,17が必要に応じて設けられる。各ストッパ16,17は図示しないピストン・シリンダ装置によりガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの長さ方向で往復移動可能であり、一方のストッパ16は一方の列の極板搬送トレー13a,13c,13e,13g,13iによりセパレータの各谷溝3a内に挿入されてセパレータの側縁から突出したすべての正極板4の側縁に当接し、他方のストッパ17は他方の列の極板搬送トレー13b,13d,13f,13h,13jによりセパレータの各谷溝3a内に挿入されてセパレータの反対側の側縁から突出したすべての負極板5の側縁に当接するようになっている。このストッパ16,17により、セパレータの連続体3の各谷溝3a内に挿入された正極板4と負極板5はガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの長さ方向で正確に位置決めされることになる。
図示しないが、ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jを支持する各縦フレーム8,9には、ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの鉛直方向での間隔を各列内で狭めるピッチ変更手段が設けられる。すなわち、各縦フレーム8,9には、ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの縦方向でのスライドを許容するガイド溝や、各ガイド棒を図3及び図5(B)(C)に示すピッチで保持するソレノイド等が設けられる。ソレノイドの吸着力により各ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jは図3及び図5(B)(C)に示すピッチで縦フレーム8,9に保持され、ソレノイドの吸着力が解除されると、各ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jは縦フレーム8,9に沿って落下し、図6(B)(C)に示すように鉛直方向で間隔が狭まることになる。これにより、各谷溝3a内に正極板4と負極板5の双方が挿入されたジグザグ状の連続体3はジグザグ方向で扁平になる。
上記ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jはガイド棒抜去手段により、図7(A)(B)(C)に示すように、セパレータの連続体3の各谷溝3a内から抜去可能である。ガイド棒抜去手段は、図示しないが例えばピストン・シリンダ装置により構成される。このピストン・シリンダ装置がガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの縦フレーム8,9と基台7との間に介装され、このピストン・シリンダ装置の伸縮動作に伴い、図7(A)(B)(C)に示すようにガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jがセパレータの連続体3の各谷溝3a外へ離脱したり、あるいは図3及び図4(A)(B)(C)に示す位置に復帰したりする。
上記押し部材14,14,15,15は、上述したように図示しないピストン・シリンダ装置を介して上記基台7に連結される。ジグザグ折りされたセパレータの連続体3の各谷溝3a内からガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jが抜去された後、このピストン・シリンダ装置が作動することにより、図8(A)(B)(C)に示すように押し部材14,14,15,15が更に前進し、正極板4と負極板5を各谷溝3a内に更に深く押し込む。
図8(A)(B)(C)に示すように、プレス手段は上記基台7上で垂直方向に昇降可能なプッシャー18として構成される。プッシャー18は上記押し部材14,14,15,15がガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j側に移動し、正極板4と負極板5を各谷溝3a内に更に深く押し込む際にセパレータの連続体3をジグザグ方向で押圧し扁平にする。これにより、セパレータは正極板4と負極板5を挟んだ状態で図2に示した極板群2の厚さ程度まで扁平にされる。
なお、図7(A)(B)(C)に示すように、セパレータの連続体3の各谷溝3a内からガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jを抜去する際に、上記プッシャー18で連続体3をジグザグ方向で軽く押圧するようにしてもよい。これにより、ジグザグ状に屈曲したセパレータの連続体3がガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの抜去に伴い崩れないようにすることができる。
上記極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jは、上述したように単なる水平板であってもよいが、図11(A)に示すように、上記ストッパ16が入り込み得る切欠19aが形成された極板搬送トレー19であってもよい。また、同図(B)に示すように、櫛歯状に形成された極板搬送トレー20であってもよいし、同図(C)に示すように、多数のローラ又はピン21が水平面上に配列されたものであってもよい。
上記極板群2は上記構成の製造装置により次のような手順で製造される。
(1) 図3及び図4(A)(B)(C)に示すように、ジグザグ状に配列されたガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの一方の列と他方の列との間にセパレータの連続体3が挿入され、この連続体3の先端がクランプ12により把持される。連続体3はこの連続体3を巻き取った図示しないロールから繰り出され、小さい張力で上下端のガイド棒6a,6j間に張られる。
(2) 図4(A)(C)中、矢印で示す水平方向にガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの列が移動し、図5(A)(B)(C)に示すように、ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jが列同士間で交差する。これにより、セパレータの連続体3がジグザグ折りされ、一つの極板群2に必要な個数の谷溝3aがセパレータの連続体3に同時に形成されることとなり、極板群2の製造に必要なタクトタイムが大幅に短縮される。また、セパレータはガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jを列同士間で交差させることによりジグザグ折りされるので、それだけ深い谷溝3aが形成され、大きい正極板4と負極板4の挿入が可能になり、電気容量の大きい極板群2の製造が可能になる。
各ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jは回転自在なローラであることから、セパレータの連続体3はその張力が緩和され、円滑にジグザグ折りされる。
また、ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jを列同士間で交差させる際に、ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの表面からセパレータの連続体3に向けてノズル10から空気が吐出される。これにより、セパレータの連続体3がジグザグ折りされる際に連続体3とガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jとの間の摩擦が軽減され、連続体3にかかる張力がさらに緩和される。その結果、セパレータの連続体3のジグザグ折りに必要な時間が短縮され、また、連続体3の破断がより適正に防止される。
(3) 図4(A)(C)中、矢印で示す水平方向にガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの列が移動すると同時に、極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jも矢印方向に移動する。一方の列の極板搬送トレー13a,13c,13e,13g,13iには予め正極板4がそれぞれ乗せられており、他方の列の極板搬送トレー13b,13d,13f,13h,13jには予め負極板5がそれぞれ乗せられている。これにより、図5(A)(B)(C)に示すように、ジグザグ折りされた連続体3の各谷溝3a内に正極板4と負極板5が交互に挿入される。
このように、ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jを列同士間で交差させることにより連続体3をジグザグ折りしつつ、各谷溝3a内に正極板4と負極板5を交互に挿入することで、連続体3のジグザグ折りと正負の極板4,5の挿入とを同時に行うことができ、タクトタイムをさらに短縮することができる。
図5(A)(B)(C)に示すように、押し部材14,14,15,15も極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13j上の極板4,5の後縁にそれぞれ接触した状態で極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jと共にセパレータ側へと前進して停止する。
(4) 図5(C)中、二点鎖線で示すように、極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jは極板4,5をセパレータの谷溝3a内に挿入した後に直ちに元の位置へと後退する。
押し部材14,14,15,15は、前進位置に止まって極板4,5の後縁に当接した状態を維持する。このため、極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jの後退時に極板4,5は極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13j上から押し出されることとなり、極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jは空状態で後退し、極板4,5はセパレータの谷溝3a内に残留する。
(5) 図5(A)(B)(C)に示すように、極板4,5を乗せた極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jがセパレータの谷溝3a内に侵入すると、各ストッパ16,17がガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの長さ方向に進出する。そして、一方のストッパ16が一方の列の極板搬送トレー13a,13c,13e,13g,13iによりセパレータの各谷溝3a内に挿入されてセパレータの側縁から突出したすべての正極板4の側縁に当接する。また、他方のストッパ17が他方の列の極板搬送トレー13b,13d,13f,13h,13jによりセパレータの各谷溝3a内に挿入されてセパレータの反対側の側縁から突出したすべての負極板5の側縁に当接する。これにより、セパレータの連続体3の各谷溝3a内に挿入された正極板4と負極板5が、ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの長さ方向で正確に位置決めされる。
(6) ピッチ変更手段の作用によって各ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jは、図6(A)(B)(C)に示すように、縦フレーム8,9に沿って落下しガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j間の間隔を各列間で狭める。これにより、各谷溝3a内に正極板4と負極板5の双方が挿入されたセパレータのジグザグ状の連続体3はジグザグ方向に扁平になる。
このように、セパレータのジグザグ状連続体3の各谷溝3a内に正極板4と負極板5を挿入した後に、ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの各列内での間隔を狭めるようにすることで、各谷溝3aの開口を大きくして正負の極板4,5を谷溝3aに挿入しやすくし、挿入後にガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの各列内での間隔を狭めることによりジグザグ状の連続体3を扁平にしやすくすることができる。
なお、このピッチ変更工程およびピッチ変更手段は、各ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jが細いものである場合等においては省略可能である。
(7) 図7(A)(B)(C)に示すように、セパレータのジグザグ状連続体3の各谷溝3a内からガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jが抜き取られる。その際、プッシャー18により連続体3がジグザグ方向で軽く押圧される。これにより、ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの抜去に伴うジグザグ状の連続体3の崩れが防止される。
(8) 図8(A)(B)(C)に示すように、押し部材14,14,15,15がセパレータ側へ少しばかり前進し、正極板4と負極板5を各谷溝3a内に更に深く押し込む。これにより、連続体3の各谷溝3a内におけるガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの存在した位置へと正極板4と負極板5が移動し、正極板4と負極板5との重なり合う面積が増え、それだけ電気容量が増大し、電池としての性能が向上する。また、セパレータがより効率的に使用されることになる。
この正極板4と負極板5を各谷溝3a内に更に深く押し込む工程はガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jをセパレータのジグザグ状連続体3の各谷溝3a内から抜いた直後に行ってもよい。
(9) 図8(A)(B)(C)に示すように、押し部材14,14,15,15の前進と同期してプッシャー18がセパレータの連続体3をジグザグ方向に強く押圧する。これにより、セパレータはジグザグ状の屈曲部に折り目が付けられて更に扁平になり、この扁平なセパレータと正負の極板4,5とが交互に重なった扁平な積層体が形成される。
(10) セパレータの先端がクランプ12から解放され、後端が後続の連続体3から切断されることにより、図2に示す極板群2が完成する。この極板群2が図1に示すように電池のケース1内に収納される。
<実施の形態2>
図9に示すように、この実施の形態2に係る極板群22は、ジグザグ折りされた連続状の重畳体23と、この重畳体23の各谷溝23a内に挿入された正極板4とを具備する扁平な積層体として構成される。重畳体23は二条のセパレータの連続体3,3で負極板の連続体24を挟んでなる積層体である。このため、重畳体23の各谷溝23a内に挿入された正極板4はセパレータを介して負極板の連続体24と対峙することになる。正極板4と負極板の連続体24とには互いに逆向きにセパレータから突出するリード部4a,24aが設けられ、各極のリード部4a,24aはそれぞれ束ねられて電池ケース1(図1参照)の図示しない正極端子と負極端子にそれぞれ接続される。
図10に示すように、この極板群22を製造する装置は実施の形態1におけるものと同様にジグザグ状に配列された複数本のガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jその他を有する構成であるが、このガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの一方の列と他方の列との間には、上記連続状の重畳体23が挿入されるようになっている。また、すべての極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jは正極板4のみを重畳体23の谷溝23a内に搬送するようになっている。これらの点を除き、実施の形態1と同様な装置により同様な手順で極板群22が製造される。
この実施の形態2では、重畳体23に正極板4のみを挿入する谷溝23aを形成すればよいので、実施の形態1の極板群2と同様な性能の極板群22を製造するとすれば、重畳体23のジグザグ回数は実施の形態1の場合に比べ半数で足り、したがってガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6fや極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13fの個数も略半数に減らし、ひいてはタクトタイムをさらに短縮することができる。
その他、図9及び図10において実施の形態1の場合と同じ部分については同一符号を用いて示すこととし重複した説明を省略する。
<実施の形態3>
この実施の形態3では、ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの鉛直方向での間隔を各列内で狭めるピッチ変更手段として、図12に示すようなリンク機構25が用いられる。
このリンク機構は、同じ長さのリンク25a,25aをX字形に枢着したものを多数垂直方向にピン結合してなる平行運動機構である。X字形に結合したリンク25a,25aの対における各枢着点にガイド棒6a,6c,6e,6g,6iの軸26が通され、この軸26の一端が垂直方向に伸びるガイド部材27のガイド溝27aに挿入される。ガイド棒6a,6c,6e,6g,6iを水平に保持しやすくするために、必要に応じてこのリンク機構を複数列で配置することも可能である。
図示しないが、反対側の列のガイド棒6b,6d,6f,6h,6jに対しても同様なリンク機構およびガイド部材が設けられる。
これにより、ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jは、図3及び図5(B)(C)に示すピッチで垂直方向に保持され、リンク機構が垂直方向に縮むと、各ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jは互いに一定の間隔を保ちつつ垂直方向に降下し、図6(B)(C)に示すように垂直方向で間隔が狭まることになる。この結果、各谷溝3a内に正極板4と負極板5の双方が挿入されたジグザグ状の連続体3がジグザグ方向で扁平になり、極板群2とされる。
<実施の形態4>
この実施の形態4では、図13(A)(B)(C)に示すように、極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jが、ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの各列に対応してまとめられ、各々の後端が縦フレーム28に連結される。
各縦フレーム28,28は各極板4,5の搬送方向に伸縮可能なピストン・シリンダ装置29,29のピストンロッド29aに夫々連結され、各ピストン・シリンダ装置29,29は各極板4,5の搬送方向に往復移動可能な往復台30,30に設置される。
往復台30は、基台7(図3、図10参照)上に回転可能に設置された送りネジであるボールネジ31に螺合するナット32に連結される。ボールネジ31は図示しないモータによって回転するようになっている。
また、押し部材14,14,15,15は、上記往復台30に取り付けられる。これにより、ボールネジ31の回転により往復台30が移動すると、押し部材14,14,15,15は、極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jと共に移動し、各ピストン・シリンダ装置29が伸縮動すると、極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jは押し部材14,14,15,15とは独立して往復運動をする。
次に、この極板群の製造装置の作用について説明する。
(1) 図13(A)の状態において、実施の形態1の場合と同様にして矢印で示す水平方向にガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの各列が移動を開始する。また、同時にボールネジ31がそれぞれ一方向に回転し、各往復台30上の極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jと押し部材14,14,15,15とが、それぞれ左右のグループごとに一体で矢印方向に移動する。
このとき、一方の列の極板搬送トレー13a,13c,13e,13g,13iには予め正極板4がそれぞれ乗せられており、他方の列の極板搬送トレー13b,13d,13f,13h,13jには予め負極板5がそれぞれ乗せられている。
(2) 図13(B)に示すように、ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jが列同士間で交差することによって、セパレータの連続体3がジグザグ折りされる。また、左右の往復台30,30が互いに接近することによって、連続体3の各谷溝3a内に正極板4と負極板5が交互に挿入される。往復台30,30は極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jの各先端がガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jに接近したところで停止する。
押し部材14,14,15,15も極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13j上の極板4,5の後縁にそれぞれ接触した状態で極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jと共にセパレータ側へと前進して停止する。
(3) 極板4,5を乗せた極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jがセパレータの谷溝3a内に侵入すると、実施の形態1、2と同様にして、各ストッパ16,17がガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの長さ方向に進出する。そして、一方のストッパ16が一方の列の極板搬送トレー13a,13c,13e,13g,13iによりセパレータの各谷溝3a内に挿入されてセパレータの側縁から突出したすべての正極板4の側縁に当接する。また、他方のストッパ17が他方の列の極板搬送トレー13b,13d,13f,13h,13jによりセパレータの各谷溝3a内に挿入されてセパレータの反対側の側縁から突出したすべての負極板5の側縁に当接する。これにより、セパレータの連続
体3の各谷溝3a内に挿入された正極板4と負極板5が、ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの長さ方向で正確に位置決めされる。ストッパ16,17は必要に応じて設けられる。
(4) その後、図13(C)に示すように、往復台30上のピストン・シリンダ装置29が縮動作し、極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jがセパレータの谷溝3a外へ離脱し、図13(C)中、実線で示す位置に後退する。
その際、押し部材14,14,15,15は、図13(B)に示す前進位置に止まって極板4,5の後縁に当接した状態を維持する。このため、極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jの後退時に極板4,5は極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13j上から押し出されることとなり、極板搬送トレー13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13jは空状態で後退し、極板4,5はセパレータの谷溝3a内に残留する。
(5) 必要に応じて、実施の形態1,2,3と同様に、ピッチ変更手段が設けられ、その作用によって各ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j間の間隔が各列間で狭められる。
(6) 図13(C)に示すように、セパレータのジグザグ状連続体3の各谷溝3a内からガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jが抜き取られる。
(7) ガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jが抜き取られると、図13(C)に示すように、ボールネジ31が回転して押し部材14,14,15,15をセパレータ側へ少しばかり前進させ、正極板4と負極板5を各谷溝3a内に更に深く押し込む。
これにより、連続体3の各谷溝3a内におけるガイド棒6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jの存在した位置へと正極板4と負極板5が高精度で移動し、正極板4と負極板5とが正確に重なり合い、それだけ電気容量が増大し、電池としての性能が向上する。また、セパレータがより効率的に使用されることになる。
(8) その後、実施の形態1と同様にして、セパレータが更に扁平に折り畳まれ、この扁平なセパレータと正負の極板4,5とが交互に重なった扁平な積層体である極板群2が形成される。
その他、図13(A)(B)(C)において実施の形態1の場合と同じ部分については同一符号を用いて示すこととし重複した説明を省略する。
なお、本発明は上記実施の形態1〜4に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々変更可能である。例えば、上記実施の形態1,2ではリチウムイオン2次電池として説明したが、本発明はリチウムイオン電池以外の二次電池にも適用可能である。また、上記実施の形態1,2ではガイド棒を列同士間で交差させる際に双方の列を移動させるものとしたが、一方の列のガイド棒を停止させて他方の列のガイド棒を移動させるようにしても同様なジグザグ折りを行うことができる。そのように構成すれば、ガイド棒の列を移動させる駆動部を少なくすることができ、コストダウンが可能になる。また、ガイド棒や極板搬送トレー等の個数は増減自在であり、上記実施の形態1,2に限定されるものではない。
本発明1に係る方法及び装置により製造される極板群を収納した角形電池の部分切欠斜視図である。 本発明の実施の形態1に係る方法及び装置により製造される極板群の斜視図である。 本発明の実施の形態1に係る方法を実施するための装置の概略斜視図である。 本発明の実施の形態1に係る方法における第一の工程を示し、(A)は平面図、(B)は正面図、(C)は左側面図である。 本発明の実施の形態1に係る方法における第二の工程を示し、(A)は平面図、(B)は正面図、(C)は左側面図である。 本発明の実施の形態1に係る方法における第三の工程を示し、(A)は平面図、(B)は正面図、(C)は左側面図である。 本発明の実施の形態1に係る方法における第四の工程を示し、(A)は平面図、(B)は正面図、(C)は左側面図である。 本発明の実施の形態1に係る方法における第五の工程を示し、(A)は平面図、(B)は正面図、(C)は左側面図である。 本発明の実施の形態2に係る方法及び装置により製造される極板群の斜視図である。 本発明の実施の形態2に係る方法を実施するための装置の概略斜視図である。 (A)(B)(C)は、本発明の実施の形態1,2において用いることができる極板搬送トレーの夫々変形例の斜視図である。 本発明の実施の形態3に係るガイド棒のピッチ変更手段の一例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態4に係る極板搬送トレーおよび押し部材を駆動する装置の一例を示し、(A)はセパレータをジグザグ折りする前の状態を示す正面図、(B)はセパレータをジグザグ折りした後電極を谷溝内に挿入した状態を示す正面図、(C)は極板をセパレータの谷溝内に更に深く押し込んだ状態を示す正面図である。
2,22…極板群
3…セパレータの連続体
3a,23a…谷溝
4…正極板
5…負極板
6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6j…ガイド棒
10…ノズル
14,15…押し部材
16,17…ストッパ
18…プッシャー
23…重畳体
24…負極板の連続体

Claims (23)

  1. 鉛直方向にジグザグ状に配列された複数のガイド棒の一方の列と他方の列との間にセパレータの連続体を配置する工程と、
    上記ガイド棒を列同士間で水平方向に交差させることでジグザグ折りにされたセパレータの連続体の各谷溝内に正極板と負極板を交互に挿入することにより、上記セパレータを介して上記正極板と上記負極板とが交互に重なり合う積層体を形成する工程と、
    上記連続体の各谷溝内から上記ガイドを抜去する工程と、
    上記積層体を上記鉛直方向に押圧する工程と、
    を有することを特徴とする二次電池の製造方法。
  2. 鉛直方向にジグザグ状に配列された複数のガイド棒の一方の列と他方の列との間に負極板の連続体を二条のセパレータの連続体で挟んだ重畳体を配置する工程と、
    上記ガイド棒を列同士間で水平方向に交差させることでジグザグ折りにされた上記重畳体の各谷溝内に正極板を挿入することにより、上記セパレータを介して上記正極板と上記負極板とが交互に重なり合う積層体を形成する工程と、
    上記重畳体の各谷溝内から上記ガイドを抜去する工程と、
    上記重畳体を上記鉛直方向に押圧する工程と、
    を有することを特徴とする二次電池の製造方法。
  3. 請求項1に記載の二次電池の製造方法において、上記ガイドを列同士間で交差させることにより上記連続体をジグザグ折りしつつ、上記各谷溝内に上記正極板と上記負極板を交互に挿入することを特徴とする二次電池の製造方法。
  4. 請求項2に記載の二次電池の製造方法において、上記ガイドを列同士間で交差させることにより上記重畳体をジグザグ折りしつつ、上記各谷溝内に上記正極板を挿入することを特徴とする二次電池の製造方法。
  5. 請求項至請求項のいずれかに記載の二次電池の製造方法において、上記ジグザグ状の連続体又は重畳体の各谷溝内に上記正極板と上記負極板の双方又は上記正極板を挿入した後に、上記ガイドの各列内での間隔を狭めることを特徴とする二次電池の製造方法。
  6. 請求項1乃至請求項のいずれかに記載の二次電池の製造方法において、上記連続体又は上記重畳体の各谷溝内に挿入された上記正極板と上記負極板の双方又は上記正極板を上記ガイドの長さ方向に押圧することを特徴とする二次電池の製造方法。
  7. 請求項1乃至請求項のいずれかに記載の二次電池の製造方法において、上記連続体又は上記重畳体の各谷溝内から上記ガイドを抜去する際に、上記積層体を上記鉛直方向に押圧することを特徴とする二次電池の製造方法。
  8. 請求項1乃至請求項のいずれかに記載の二次電池の製造方法において、上記連続体又は上記重畳体の各谷溝内から上記ガイドを抜去した後、上記積層体を上記鉛直方向に押圧する前に、上記正極板と上記負極板を各谷溝内に更に押し込むことを特徴とする二次電池の製造方法。
  9. 請求項1乃至請求項のいずれかに記載の二次電池の製造方法において、上記ガイドを回転自在なローラとすることを特徴とする二次電池の製造方法。
  10. 請求項1乃至請求項のいずれかに記載の二次電池の製造方法において、上記ガイドを半円筒形とすることを特徴とする二次電池の製造方法。
  11. 請求項乃至請求項10のいずれかに記載の二次電池の製造方法において、上記ガイドを列同士間で交差させる際に、上記ガイドの表面から上記連続体又は上記重畳体に向けて空気を吐出することを特徴とする二次電池の製造方法。
  12. 請求項1乃至請求項11のいずれかに記載の二次電池の製造方法において、上記ガイドの上記連続体又は上記重畳体の接する表面に摩擦低減材層を形成しておくことを特徴とする二次電池の製造方法。
  13. 鉛直方向にジグザグ状に配列された複数のガイドを有し、上記ガイドの一方の列と他方の列との間にセパレータの連続体が配置されると、上記ガイドが列同士間で水平方向に交差して上記連続体をジグザグ折りするジグザグ折り手段と、
    上記ジグザグ折りされた連続体の各谷溝内に正極板と負極板を交互に挿入する極板挿入手段と、
    上記連続体の各谷溝内から上記ガイドを抜去するガイド抜去手段と、
    上記セパレータを介して上記正極板と上記負極板とが交互に重なり合う積層体を上記鉛直方向に押圧するプレス手段と、
    を備えたことを特徴とする二次電池の製造装置。
  14. 鉛直方向にジグザグ状に配列された複数のガイドを有し、上記ガイドの一方の列と他方の列との間に、セパレータの二条の連続体で負極板の連続体を挟んだ重畳体が配置されると、上記ガイドが列同士間で水平方向に交差して上記重畳体をジグザグ折りするジグザグ折り手段と、
    上記ジグザグ折りされた重畳体の各谷溝内に正極板を挿入する極板挿入手段と、
    上記重畳体の各谷溝内から上記ガイドを抜去するガイド抜去手段と、
    上記セパレータを介して上記正極板と上記負極板とが交互に重なり合う積層体を上記鉛直方向に押圧するプレス手段と、
    を備えたことを特徴とする二次電池の製造装置。
  15. 請求項13に記載の二次電池の製造装置において、上記ガイドを列同士間で交差させることにより上記連続体をジグザグ折りしつつ、上記極板挿入手段により各谷溝内に上記正極板と上記負極板を交互に挿入するようにしたことを特徴とする二次電池の製造装置。
  16. 請求項14に記載の二次電池の製造装置において、上記ガイドを列同士間で交差させることにより上記重畳体をジグザグ折りしつつ、上記極板挿入手段により各谷溝内に上記正極板を挿入するようにしたことを特徴とする二次電池の製造装置。
  17. 請求項13乃至請求項16のいずれかに記載の二次電池の製造装置において、上記ジグザグ状の連続体又は重畳体の各谷溝内に上記正極板と上記負極板の双方又は上記正極板を挿入した後に、上記ガイドの間隔を各列内で狭めるピッチ変更手段を備えたことを特徴とする二次電池の製造装置。
  18. 請求項13乃至請求項17のいずれかに記載の二次電池の製造装置において、上記連続体又は上記重畳体の各谷溝内に挿入された上記正極板と上記負極板の双方又は上記正極板を上記ガイドの長さ方向で押圧するストッパを備えたことを特徴とする二次電池の製造装置。
  19. 請求項13乃至請求項18のいずれかに記載の二次電池の製造装置において、上記連続体又は上記重畳体の各谷溝内から上記ガイドを抜去した後、上記積層体を上記鉛直方向に押圧する前に、上記正極板と上記負極板を各谷溝内に更に押し込む押し部材を備えたことを特徴とする二次電池の製造装置。
  20. 請求項13乃至請求項19のいずれかに記載の二次電池の製造装置において、上記ガイドが回転自在なローラであることを特徴とする二次電池の製造装置。
  21. 請求項13乃至請求項19のいずれかに記載の二次電池の製造装置において、上記ガイドが半円筒形であることを特徴とする二次電池の製造装置。
  22. 請求項13乃至請求項21のいずれかに記載の二次電池の製造装置において、上記ガイドを列同士間で交差させる際に、上記ガイドの表面から上記連続体又は上記重畳体に向けて空気を吐出するノズルが上記ガイドに設けられたことを特徴とする二次電池の製造装置。
  23. 請求項13乃至請求項22のいずれかに記載の二次電池の製造装置において、上記ガイドの上記連続体又は上記重畳体の接する表面に摩擦低減材層が形成されたことを特徴とする二次電池の製造装置。
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