JP5501066B2

JP5501066B2 - 電池組立治具

Info

Publication number: JP5501066B2
Application number: JP2010076998A
Authority: JP
Inventors: 伸泰藤田
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2030-03-30
Also published as: JP2011210529A

Description

積層型電池に用いられる電池組立治具および電池組立治具を用いた電池組立装置に関する。

積層型電池は、例えば次のような工程で組み立てられている。

まず、枚葉状の正極板と負極板をつづら折りされたシート状のセパレータに交互に挟み込み、セパレータの一端から正極板、負極板それぞれに設けられたタブを露出させて、積層する工程（積層工程）を行う。

次に、積層された積層体の上下を掴んで、積層工程からフォーミング・溶接工程に搬送する。積層体はハンドリング用チャック機構などで掴まれて搬送される。

次に、フォーミング・溶接工程では、積層体の電極タブを束ね、下側に位置するタブに上側のタブを重ねるように下側に曲げる（フォーミング工程）。フォーミングは正極、負極それぞれ行われる。フォーミングされた積層体は、タブ厚みが測定された後（タブ厚み測定工程）、タブ先端が所定長さにカットされ余剰部分が切り落とされる（タブ切断工程）。次に、超音波溶接器を用いてタブに引き出し用の電極板を溶接する（電極板溶接工程）。

次に、ショートチェック工程に積層体が搬送され、短絡などの不具合が発生していないか、絶縁チェックが行われる。

良品であった積層体は、アルミラミネートフィルムで上下から挟み、３辺がヒータシールされる。その後、ショートチェックを経て、溶液が注入され、更に、ヒータシールされて、完成品となる。

従来、このような組み立て工程では、積層体を積層工程からフォーミング・溶接工程まで順次、人手で搬送している。積層体に挟み込まれた正極板、負極板はセパレータに固定されていないため、各搬送にともなう位置ズレが発生する。そのため、フォーミング工程、タブ厚み測定工程、タブ切断工程、電極板溶接工程では、積層体が基台にセットされる毎にタブ位置を位置決めしてから作業が行われている。そのため、位置決め時間を要するようになり、生産性の低下を招いている。

このような組み立て工程において、溶接工程で用いられる治具として特許文献１に開示されているタブ溶接治具が知られている。特許文献１では、積層された積層体をプレートに載せ、電極タブが露出している以外の辺を、位置決めガイドで位置決めし、積層体の上面側から押圧して積層体を固定している。そして、超音波溶接のホーンで電極タブを掴み電極タブを溶接している。

特開２０００−２５１８８２号公報

このようなタブの溶接治具は、溶接時の位置決めに良好に働く。しかし、積層工程からフォーミング・溶接工程までの一連の工程では、各装置の基台にセットするたびに正極板、負極板、タブ位置それぞれを位置合わせしなければならない。これらは、工程ごとに位置決め作業を必要とし生産性の低下を招いている。

そこで、本発明の解決しようとする課題は、積層型電池に用いられる積層体を位置ズレなく積層工程からフォーミング、溶接工程までの各工程間で搬送でき、各工程で位置合わせを必要としない電池組立治具および、電池組立治具を用いた電池組立装置を提供することとする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
積層型電池に用いられる積層体の電池組立治具であって、
電池組立治具が、積層体の一方の積層面に接触する第１の挟み込み部材と、積層体の他方の積層面に接触する第２の挟み込み部材から構成され、積層体を第１の挟み込み部材と第２の挟み込み部材で挟み込む構成であり、
第１の挟み込み部材と第２の挟み込み部材には、積層体を位置決めする位置決め部材と、積層体に設けられた電極タブを束ねるフォーミング爪と、が設けられている電池組立治具である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
第１の挟み込み部材と第２の挟み込み部材に、積層体を移載する移載ハンドが退避するための切り込みが設けられている電池組立治具である。

請求項１に記載の発明によれば、積層体が第１の挟み込み部材と第２の挟み込み部材で挟まれて搬送される。第１の挟み込み部材と第２の挟み込み部材には、積層体の位置決め部材が設けられているので、搬送中に位置ズレしない。さらに、フォーミング爪が、正極板および負極板に設けられた電極タブを束ねる様にしているので、電極タブが固定されて搬送中に位置ズレしない。そのため、各工程で短時間に精度良く作業を行うことが出来る。

請求項２に記載の発明によれば、第１の挟み込み部材と第２の挟み込み部材に移載ハンドが退避する切り込みが設けられているので、積層工程から移載ハンドを用いて電池組立治具に移載しても移載ハンドが第１、第２の挟み込み部材に干渉することがない。そのため、正極板と負極板の位置ズレを発生させることなく、移載を完了することが出来る。

本発明の実施の形態の電池組立治具の斜視図である。本発明の実施の形態で用いる積層体の斜視図である。本発明の電池組立治具に積層体を収納させる状態を説明する斜視図である。本発明の電池組立治具に積層体が収納された状態を説明する斜視図である。本発明のフォーミング爪の部分斜視図である。本発明の実施の形態で用いるタブ厚み測定器の斜視図である。本発明の実施の形態で用いるタブ切断器の斜視図である。本発明の実施の形態で用いる電極板溶接器の斜視図である。本発明の実施の形態の積層型電池と電池組立治具の斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。各図面において直交座標系の３軸をＸ，Ｙ，Ｚとし、ＸＹ平面は水平面、Ｚ軸方向は鉛直方向とする。

図１は、本発明の電池組立治具１の斜視図である。電池組立治具１は、第１の挟み込み部材１０と、第２の挟み込み部材１１とから構成されている。第１の挟み込み部材１０および第２の挟み込み部材１１は、板状部材で、積層体２を挟み込む構成となっている。第１および第２の挟み込み部材１０，１１に設けられた積層体２の収納部１２を囲むように、厚みを持ったコの字型の位置決め部材１３が設けられている。位置決め部材１３は、コの字を形成する３辺１３ａ、１３ｂ、１３ｃを用いて、積層体２の水平方向（ＸＹ方向）を規制して位置ズレを防止している。３辺１３ａ，１３ｂ，１３ｃは積層体２の垂直壁として位置している。なお、図１では、第２の挟み込み部材１１に設けられた位置決め部材は、下面側のため図示をしていない。

位置決め部材１３には複数の位置決めピン１４が立てられている。位置決めピン１４は、第２の挟み込み部材１１に設けられた穴１５に嵌合される。第１の挟み込み部材１０に第２の挟み込み部材１１をかぶせた際、第１の挟み込み部材１０と第２の挟み込み部材１１との位置合わせが出来るようになっている。

位置決め部材１３には複数の穴１６が設けられている。穴１６は、以下に説明する各工程で用いる装置の基台に設けられた位置決めピンと嵌合し、電池組立治具１の位置決めを行っている。

第１および第２の挟み込み部材１０，１１の一辺には、フォーミング爪１７が設けられている。フォーミング爪１７は、第１および第２の挟み込み部材１０，１１からＺ方向内側に伸びる爪で、爪同士が所定の間隔で位置するようになっている。所定の間隔は、積層体２の正極タブ６および負極タブ７の厚みである。フォーミング爪１７は、積層体２に設けられた正極タブ６および負極タブ７を、把持出来るように構成されている。

第１および第２の挟み込み部材１０，１１の一辺には、切り込み１８が設けられている。切り込み１８は、積層体２を搬送するハンドリング用チャック２０のハンド２３が通過することが出来る幅で形成されている。

図２に示すように、積層体２は、正極板３と負極板４がシート状のセパレータ５に交互に挟み込まれた状態のものである。セパレータ５をつづら折り状に折返し、正極板３と負極板４が挟み込まれている。正極板３および負極板４には、正極タブ６および負極タブ７が設けられ、セパレータ５の外側に位置するように配置されている。

このような積層体２を電池組立治具１に収納させる状態を、図３に示す。ハンドリング用チャック２０は、基台２１と基台２１に設けられた昇降スライド機構２２とハンド２３とから構成されている。基台２１には、位置決めピン２４が立てられている。まず、電池組立治具１の第１の挟み込み部材１０に設けられた位置決め用の穴１６を、ハンドリング用チャック２０の位置決めピン２４に合わせ、基台２１に載せる。次に、ハンドリング用チャック２０のハンド２３が、積層体２を掴み、電池組立治具１の収納部１２に積層体２を昇降スライドして移載する。移載が完了すると、第１の挟み込み部材１０の位置決めピン１４に第２の挟み込み部材１１の穴１５合わせ、第１の挟み込み部材１０に第２の挟み込み部材を被せる。被せた状態を図４に示す。

第１の挟み込み部材１０および第２の挟み込み部材１１には、切り込み１８が設けられている。そのため、図４の状態の後、他の部材に干渉することなく積層体２のチャックを解放しハンド２３を進退することが出来る。

また、基台２１に位置決め用のピン２４を設けているので、電池組立治具１を精度良く位置決めできる。

電池組立治具１のフォーミング爪１７の状態を図５に示す。積層体２に設けられた正極タブ６と負極タブ７は、フォーミング爪１７で束ねられる。フォーミング爪１７は、セパレータ５に挟まれた正極板３，負極板４の位置ズレも防止している。フォーミング爪１７で正極タブ６と負極タブ７が支えられているためである。

次に、積層体２が収納された電池組立治具１は、図６に示すタブ厚み測定器３０に搬送される。タブ厚み測定器３０は、基台３１と、エアシリンダで昇降する厚み測定部３２とから構成されている。厚み測定部３２には、デジタルマイクロメータが取り付けられている。基台３１には、位置決め用のピン３３が立てられている。まず、電池組立治具１の第１の挟み込み部材１０に設けられた位置決め用の穴１６を、タブ厚み測定器３０の位置決め用のピン３３に合わせ、基台３１に載せる。次に、厚み測定部３２を下降させてフォーミング爪１７に束ねられた正極タブ６と負極タブ７のそれぞれの厚みを測定する。厚みの測定が完了し、厚み測定部３２が待機位置に戻り、タブ厚み測定工程が完了する。

電池組立治具１に収納された積層体２は、フォーミング爪１７で正極タブ６と負極タブ７を把持した状態でタブ厚み測定器３０にセットされる。そのため、積層体２の正極タブ６や負極タブ７の位置ズレが発生することがない。さらに、位置決め用のピン３３を用いて電池組立治具１の位置決めが完了するので、積層体２の位置決めに要する時間を短縮することができる。

次に、積層体２が収納された電池組立治具１は、図７に示すタブ切断器４０に搬送される。タブ切断器４０は、基台４１と基台の設けられたレール４２に沿って水平移動するスライダベース４３と余剰タブカット部４４とから構成されている。スライダベース４３には位置決め用のピン４５が立てられている。余剰タブカット部４４は切断用刃をフレームに沿って昇降し正極タブ６と負極タブ７の余剰部分を切断する構成となっている。まず、電池組立治具１の第１の挟み込み部材１０に設けられた位置決め用の穴１６を、タブ切断器４０の位置決め用のピン４５に合わせ、スライダベース４３に載せる。次に、両手スイッチ（図示せず）を操作者が押すと、スライダベース４３が余剰タブカット部４４側に移動し、切断刃が下降し正極タブ６と負極タブ７の余剰部分が切断される。次に、切断刃が上昇し、スライダベース４３が待機位置に戻り、タブ切断工程が完了する。

電池組立治具１に収納された積層体２は、フォーミング爪１７で正極タブ６と負極タブ７を把持した状態でタブ切断器４０のスライダベース４３にセットされる。そのため、積層体２の正極タブ６や負極タブ７の位置ズレが発生することがない。さらに、位置決め用のピン４５を用いて電池組立治具１の位置決めが完了するので、積層体２の位置決めに要する時間を短縮することができる。

次に、積層体２が収納された電池組立治具１は、図８に示す電極板溶接器５０に搬送される。電極板溶接器５０は、基台５１と、基台５１に設けられた昇降ユニット５２と、昇降ユニット５２に載せられたＸＹテーブル５３と、ＸＹテーブル５３に設けられたレール５４に沿って水平移動するガイドプレート５５と、溶接器５６とから構成されている。溶接器５６は、超音波溶接器を用いることが出来る。ガイドプレート５５には位置決め用のピン５７が立てられている。ガイドプレート５５の正極タブ６および負極タブ７の接触位置には電極５８，５９が予め載置されている。まず、電池組立治具１の第１の挟み込み部材１０に設けられた位置決め用の穴１６を、電極板溶接器５０の位置決め用のピン５７に合わせ、ガイドプレート５５に載せる。次に、両手スイッチ（図示せず）を操作者が押すと、昇降ユニット５２，ＸＹテーブル５３が動作し、ガイドプレート５５の正極タブ６の位置を溶接器５６のホーン位置に位置合わせする。溶接器５６が動作し、正極タブ６に電極５８を接合する。正極タブ６の溶接が完了すると、負極タブ７が溶接器５６のホーン位置に位置合わせされ、負極タブ７と電極５９の溶接が行われる。それぞれの電極５８，５９の溶接では、溶接強度を確保するため複数箇所に溶接しても良い。電極５８，５９の溶接が完了すると、昇降ユニット５２、ＸＹテーブル５３が待機位置に戻り、電極板溶接工程が完了する。

電池組立治具１に収納された積層体２は、フォーミング爪１７で正極タブ６と負極タブ７を把持した状態で電極板溶接器５０のガイドプレート５５にセットされる。そのため、積層体２の正極タブ６や負極タブ７の位置ズレが発生することがない。さらに、位置決め用のピン５７を用いて電池組立治具１の位置決めが完了するので、積層体２の位置決めに要する時間を短縮することができる。

以上の工程が完了すると、電池組立治具１から積層体２を取り出し、次工程のショートチェック工程に搬送される。積層体２に電極５８，５９が取り付けられた状態を図９に示す。このように、積層体２は、各工程に搬送する間および、各工程の作業中において、フォーミング爪１７で正極タブ６および負極タブ７が把持され、位置ズレすることがない。また、積層体２は電池組立治具１の位置決め部材１３により第１の挟み込み部材１０と第２の挟み込み部材１１と位置決め部材１３で囲まれた空間に収納され、位置ズレすることがない。さらに、各工程の基台に設けられた位置決め用ピンを用いて電池組立治具１の位置決め穴１６を位置合わせしているので、短時間に電池組立治具１をそれぞれの機器に位置合わせできる。従い、短時間で積層型電池を生産できるようになり生産性が向上する。

１電池組立治具
２積層体
３正極板
４負極板
５セパレータ
１０第１の挟み込み部材
１１第２の挟み込み部材
１２収納部
１３位置決め部材
１４位置決め用のピン
１５穴
１６穴
１７フォーミング爪
１８切り込み
２０ハンドリング用チャック
２１基台
２２昇降スライド機構
２３ハンド
２４位置決め用のピン
３０タブ厚み測定器
３１基台
３２測定部
３３位置決め用のピン
４０タブ切断器
４１基台
４２レール
４３スライダベース
５０電極板溶接器
５１基台
５２昇降ユニット
５３ＸＹテーブル
５４レール
５５ガイドプレート
５６溶接器
５７位置決め用のピン
５８電極
５９電極

Claims

積層型電池に用いられる積層体の電池組立治具であって、
電池組立治具が、積層体の一方の積層面に接触する第１の挟み込み部材と、積層体の他方の積層面に接触する第２の挟み込み部材から構成され、積層体を第１の挟み込み部材と第２の挟み込み部材で挟み込む構成であり、
第１の挟み込み部材と第２の挟み込み部材には、積層体を位置決めする位置決め部材と、積層体に設けられた電極タブを束ねるフォーミング爪と、が設けられている電池組立治具。
請求項１に記載の発明において、
第１の挟み込み部材と第２の挟み込み部材に、積層体を移載する移載ハンドが退避するための切り込みが設けられている電池組立治具。