JP5099822B2 - 積層型電池の製造方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は積層型電池の製造方法及び装置に関し、特に積層型電池要素の積層位置を保持するための方法及び装置に関する。

リチウムイオン２次電池等の積層型電池として、平板状の正極電極と負極電極とをセパレータを介して積層した積層体からなる電池要素を外装容器に収納したものが知られている。図４に一般的な積層型電池の構造を示す。図４に示すように、このような積層型電池は、最下層の負極箔１２とセパレータ１３の組の上に正極箔１４とセパレータ１３の組が積層され、その後それらが交互に積層され、最上層に負極箔１２が配置される構造である。

従来、このような積層型電池を積層する際には、ある基準面に電極端面を接触させたのちに積層体を固定し、積層ずれを防止する方法がとられていた（例えば特許文献１など）。

図５は、従来の積層型電池の製造方法の説明図である。図５に示すように、まず、電池組立治具２０の基準面２１Ａおよび２１Ｂを基準とし、両基準面に負極箔１６の端面が接するように負極箔１６を載置する。次いで、セパレータ１７と正極箔及び負極箔の位置ずれを防止するため、予め正極箔１５の正極活物質非塗布部に塗布した絶縁性物質層２０Ａ、２０Ｂ（図示せず）にセパレータ１７を接着して固定した後に、絶縁性物質層２０Ａ、２０Ｂ（図示せず）の端面を、それぞれ基準面２１Ａ、２１Ｂに接するように載置する。以上のように、セパレータ１７を接着した正極箔１５と負極箔１６の所定の個数を積層した後に、固定テープ穴２２Ａ、２２Ｂに装着した固定テープ２３でずれが生じないように固定していた。

特開２００６−２３６９９４号公報

しかし、従来の積層型電池の積層方法では、積層体へ異物が混入し、さらにその異物によってセパレータを損傷させてしまうという問題があった。特に、積層体上方に駆動部が存在すると、そこが発塵源となり、異物混入しやすくなる。さらに、電極箔に塗布されている活物質層は電極本体から剥離し易く、電極箔端面で最も顕著に剥離する。これが積層体間へ混入した場合、異電極間ショートや放電が発生するため、電極箔に接触する際には接触部位を最小限にし、活物質層の剥離を極力小さくしなければならなかった。

しかし図５の治具を用いた従来の積層方法では、電極箔端面を位置決めの基準面へ押し当てるため、上述の活物質層が剥がれやすく、たとえクリーンルームのダウンブロー区画で積層工程を実施した場合でも積層体への異物の混入が発生していた。

したがって、本発明は、上記の課題を解決し、積層体への異物混入がない、信頼性の高い積層型電池の製造方法及び装置を提供することにある。

本発明の積層型電池の製造方法は、正極箔と負極箔とが交互に積層され、且つ正・負電極間にセパレータが挟まれる構造の積層型電池の製造方法において、積層状態を保持する少なくとも２つの爪と、積層ベースを設け、積層動作時の爪は保持力を積層体上の２ヶ所のみに与えることを特徴とする。また、本発明は、前記爪の動作は積層面に対し垂直方向と平行方向の自由度を持つことを特徴とする。また、本発明は、前記爪の上下動作の軌跡は円弧もしくは楕円弧を描くことも可能なことを特徴とする。また、本発明は、前記爪は駆動部を少なくとも２箇所以上有し、駆動部は積層体より下部に設置することを特徴とする。また、本発明は、積層型電池の積層状態を保持するための爪と、積層ベースと、爪を動作させる駆動部を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、矩形状の正極箔と負極箔とをセパレータを介して積層した積層体を含む積層型電池の製造方法において、駆動部によりそれぞれ動作する、前記正極箔、前記負極箔及び前記セパレータの四隅を保持する４つの爪のうち、２つの爪により前記正極箔、前記負極箔及び前記セパレータの互いに対角となる位置で交互に保持し、ベース上に前記正極箔、前記負極箔及び前記セパレータを積層して、前記積層体を形成することを特徴とする積層型電池の製造方法が得られる。

また、本発明によれば、前記爪は前記ベースの積層面に対し垂直方向と平行方向に動作することを特徴とする上記の積層型電池の製造方法が得られる。

また、本発明によれば、前記駆動部は前記積層体より下部に設置することを特徴とする上記の積層型電池の製造方法が得られる。

また、本発明によれば、矩形状の正極箔と負極箔とをセパレータを介して積層した積層体を含む積層型電池の製造装置において、前記正極箔、前記負極箔及び前記セパレータを積層するベースと、前記正極箔、前記負極箔及び前記セパレータの四隅を保持するための４つの爪と、前記４つの爪をそれぞれ動作させる駆動部とを備え、前記４つの爪のうち２つの爪により、前記正極箔、前記負極箔及び前記セパレータの互いに対角となる位置で交互に保持し、前記積層体を形成することを特徴とする積層型電池の製造装置が得られる。

また、本発明によれば、前記爪は前記ベースの積層面に対し垂直方向と平行方向に動作することを特徴とする上記の積層型電池の製造装置が得られる。

また、本発明によれば、前記駆動部は前記積層体より下部に設置することを特徴とする上記の積層型電池の製造装置が得られる。

上記のような構成を採用することにより、本発明では、電池要素の積層体への異物混入がない、信頼性の高い積層型電池の製造方法を提供することができる。

また、上記のような構成を採用することにより、本発明では、積層位置ずれ防止の為のセパレータと正極箔間を固定する前工程が必要無いため、製作コストを大幅に削減することができる。

以下に、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の積層型電池の製造装置における積層位置保持機構での正極箔の移送状態を示す説明図であり、図１（ａ）は、正極箔が移送されてきた直後の状態の平面図、図１（ｂ）は、正極箔が移送されてきた直後の状態の側面図、図１（ｃ）は、第１の爪、第４の爪が移動した状態の平面図、図１（ｄ）は、第１の爪、第４の爪が移動した状態の側面図である。図２は、本発明の積層型電池の製造装置における積層位置保持機構でのセパレータの移送状態を示す説明図であり、図２（ａ）は、セパレータが移送されてきた直後の状態を示す平面図、図２（ｂ）は、セパレータが移送されてきた直後の状態を示す側面図、図２（ｃ）は、第２の爪、第３の爪が移動した状態を示す平面図、図２（ｄ）は、第２の爪、第３の爪が移動した状態を示す側面図である。図３は、本発明の積層型電池の製造装置における積層位置保持機構での負極箔の移送状態を示す説明図であり、図３（ａ）は、負極箔が移送されてきた直後の状態を示す平面図、図３（ｂ）は、負極箔が移送されてきた直後の状態を示す側面図、図３（ｃ）は、第１の爪、第４の爪が移動した状態を示す平面図、図３（ｄ）は、第１の爪、第４の爪が移動した状態を示す側面図である。

この実施の形態では、図１〜図３に示すように、ベース９上に矩形状の正極箔８、セパレータ６、負極箔７、セパレータ６の順に積層する例を示す。本発明の積層型電池の製造装置における積層位置保持機構は、図１に示すように、ベース９と、４つの爪１と、これらの爪を駆動する駆動部とを備える。爪１は、第１の爪１ａと、第２の爪１ｂと、第３の爪１ｃと、第４の爪１ｄとからなる。矩形状の正極箔８等の１つの長辺側に第１の爪１ａと第４の爪１ｄが設けられ、他の長辺側に第２の爪１ｂと第３の爪１ｃが設けられている。また、矩形状の正極箔８等の長手方向の中心軸に対して、第１の爪１ａと第２の爪１ｂ、第３の爪１ｃと第４の爪１ｄが対向するように位置している。上記第１の爪１ａ〜第４の爪１ｄが電極およびセパレータに接触する表面はＲａ（算術平均表面粗さ）＝０．２μｍまで加工してあり、ロボット１０の推力に起因する摩擦力により電極及びセパレータが損傷するのを防ぐと同時に、活物質層の飛散を防止している。また、軸受け３及びローラ４の潤滑には低発塵タイプのグリースを用い、動作時のグリース飛散による発塵を低減している。また、ロボット１０、シリンダ５には部品内部からの発塵を抑制したＩＳＯクラス４以下の清浄度をもつ部品を使用している。

また、駆動部は、軸受け３、ロボット１０、シリンダ５およびローラ４からなり、積層体より下部に設置されている。第１の爪１ａ〜第４の爪１ｄの下部には積層方向に対して平行にシャフト２が取り付けてあり、このシャフト２は軸受け３に沿って回動自在に取り付けてある。上記爪１のもう一方の下部にはロボット１０が取り付けてある。このロボット１０は積層方向に対して垂直動作が可能であり、ロボット１０の動作端は多点位置決め機能より任意の位置を保持できる。従って、ロボット１０を動作させることにより、第１の爪１ａ〜第４の爪１ｄは軸受け３に沿って積層方向の任意の高さに移動、位置保持することができる。このロボット１０の取り付け端側にシリンダ５の取り付けブラケット１１がローラ４を介して水平回動自在に連結してある。従って、シリンダ５を動作させることにより、任意の高さに保持された第１の爪１ａ〜第４の爪１ｄをローラ４に沿って積層方向に対し水平に所定の位置まで移動させることができる。また、シャフト２、ロボット１０、ブラケット１１、ローラ４、シリンダ５の各部品は各々第１の爪１ａ〜第４の爪１ｄにそれぞれ設けられている。上記機構により、第１の爪１ａ〜第４の爪１ｄは積層体の積層面に対してそれぞれ水平、垂直方向に独立して動作させることができる。また、ロボット１０、シリンダ５の動作を円弧補間することにより、第１の爪１ａ〜第４の爪１ｄの各動作の軌跡が、円弧または楕円弧を描くようにすることも可能である。

次に、本発明の積層型電池の製造装置における積層動作を図１〜図３を用いて説明する。まず、装置に正極箔が移送されてくる。図１（ａ）、図１（ｂ）に正極箔８が移送されてきた直後の状態を示す。正極箔８は例えばベース９に吸着保持されていても良い。次に、図１（ｃ）、図１（ｄ）に示すように、ロボット１０が第１の爪１ａ、第４の爪１ｄを持ち上げ、シリンダ５が第１の爪１ａ、第４の爪１ｄを積層面に対し平行移動させる。さらに、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、ロボット１０が積層面に対し垂直移動し、第１の爪１ａ、第４の爪１ｄが正極箔８を保持する。同時に、セパレータ６が搬送され、図２（ｃ）、図２（ｄ）に示すように、第２の爪１ｂ、第３の爪１ｃが前述の第１の爪１ａ、第４の爪１ｄと同様の動作でセパレータ６を保持する。次に、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、第１の爪１ａ、第４の爪１ｄが図の左右に移動し、図３（ｃ）、図３（ｄ）に示すように搬送されてきた負極箔７を前述の動作で保持する。左右の動作時には第１の爪１ａ〜第４の爪１ｄを１ｍｍ程度上昇させ、電極箔、セパレータの損傷、および積層ずれ、および活物質層の飛散を防いでいる。このような動作を繰り返すことにより、正極箔、セパレータ、負極箔が順に積層される。

本発明の積層型電池の製造装置における積層位置保持機構での正極箔の移送状態を示す説明図。図１（ａ）は、正極箔が移送されてきた直後の状態を示す平面図。図１（ｂ）は、正極箔が移送されてきた直後の状態を示す側面図。図１（ｃ）は、第１の爪、第４の爪が移動した状態を示す平面図。図１（ｄ）は、第１の爪、第４の爪が移動した状態を示す側面図。 本発明の積層型電池の製造装置における積層位置保持機構でのセパレータの移送状態を示す説明図。図２（ａ）は、セパレータが移送されてきた直後の状態を示す平面図。図２（ｂ）は、セパレータが移送されてきた直後の状態を示す側面図。図２（ｃ）は、第２の爪、第３の爪が移動した状態を示す平面図。図２（ｄ）は、第２の爪、第３の爪が移動した状態を示す側面図。 本発明の積層型電池の製造装置における積層位置保持機構での負極箔の移送状態を示す説明図。図３（ａ）は、負極箔が移送されてきた直後の状態を示す平面図。図３（ｂ）は、負極箔が移送されてきた直後の状態を示す側面図。図３（ｃ）は、第１の爪、第４の爪が移動した状態を示す平面図。図３（ｄ）は、第１の爪、第４の爪が移動した状態を示す側面図。 積層型電池の構造を示す説明図。 従来の積層型電池の製造方法の説明図。

符号の説明

１ 爪
１ａ 第１の爪
１ｂ 第２の爪
１ｃ 第３の爪
１ｄ 第４の爪
２ シャフト
３ 軸受け
４ ローラ
５ シリンダ
６ セパレータ
７ 負極箔
８ 正極箔
９ ベース
１０ ロボット
１１ ブラケット
１２ 負極箔
１３ セパレータ
１４ 正極箔
１５ 正極箔
１６ 負極箔
１７ セパレータ
１８ 正極引出端子
１９ 負極引出端子
２０ 電池組立治具
２０Ａ 絶縁性物質層
２１Ａ、２１Ｂ 基準面
２２Ａ、２２Ｂ 固定テープ穴
２３ 固定テープ

Claims (6)

1. 矩形状の正極箔と負極箔とをセパレータを介して積層した積層体を含む積層型電池の製造方法において、駆動部によりそれぞれ動作する、前記正極箔、前記負極箔及び前記セパレータの四隅を保持する４つの爪のうち、２つの爪により前記正極箔、前記負極箔及び前記セパレータの互いに対角となる位置で交互に保持し、ベースに前記正極箔、前記負極箔及び前記セパレータを積層して、前記積層体を形成することを特徴とする積層型電池の製造方法。
2. 前記爪は前記ベースの積層面に対し垂直方向と平行方向に動作することを特徴とする請求項１に記載の積層型電池の製造方法。
3. 前記駆動部は前記積層体より下部に設置することを特徴とする請求項１又は２に記載の積層型電池の製造方法。
4. 矩形状の正極箔と負極箔とをセパレータを介して積層した積層体を含む積層型電池の製造装置において、前記正極箔、前記負極箔及び前記セパレータを積層するベースと、前記正極箔、前記負極箔及び前記セパレータの四隅を保持するための４つの爪と、前記４つの爪をそれぞれ動作させる駆動部とを備え、前記４つの爪のうち２つの爪により、前記正極箔、前記負極箔及び前記セパレータの互いに対角となる位置で交互に保持し、前記積層体を形成することを特徴とする積層型電池の製造装置。
5. 前記爪は前記ベースの積層面に対し垂直方向と平行方向に動作することを特徴とする請求項４に記載の積層型電池の製造装置。
6. 前記駆動部は前記積層体より下部に設置することを特徴とする請求項４又は５に記載の積層型電池の製造装置。

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