JP5929135B2 - 接着剤塗布方法および接着剤塗布装置 - Google Patents
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Description
本発明は、電池に適用される接着剤塗布方法および接着剤塗布装置に関する。
近年、自動車用電池、太陽電池および電子機器用電池など各種電池において、ラミネートシートからなる外装部材により電池要素を封止するとともに外装部材から電極端子を外部に導出した扁平型電池が使用されている。例えば特許文献１には、複数の扁平型電池を接着部材で接着しつつ積層した電池モジュールが記載されている。
しかしながら、例えば接着剤として加熱することで流動性を有するホットメルト型の接着剤を使用する場合、接着剤を塗布する際には接着剤が流動性を有している必要があるが、塗布する際の温度が高過ぎると、扁平型電池の内部の電池要素、例えば電解液に影響を及ぼし、電池性能が低下する虞がある。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、電池内の電池要素に影響を与えずに接着剤を塗布可能な接着剤塗布方法および接着剤塗布装置を提供することを目的とする。
本発明の接着剤塗布方法は、発電要素を外装部材で封止した電池の外表面に接着剤を塗布する接着剤塗布方法である。保持台に前記電池を載置する。接着剤を加熱して流動性を持たせ、前記接着剤を塗布するノズルに対して相対的に移動可能な担持体上に、前記担持体から距離を保つように設けられた前記ノズルから前記接着剤を塗布する。前記担持体上に塗布された前記接着剤の温度を当該担持体上で低下させる。前記担持体上の前記接着剤に対する前記電池の加圧力が一定になるように、前記保持台を移動させて前記電池を前記接着剤に加圧する加圧手段を制御し、前記接着剤を前記電池の外表面に転写する。
また、本発明の接着剤塗布装置は、発電要素を外装部材で封止した電池の外表面に接着剤を塗布する接着剤塗装置である。接着剤塗布装置は、加熱して流動性を持たせた接着剤を塗布するノズルと、前記ノズルに対して相対的に移動可能であって、前記ノズルと距離を保つように設けられ、前記ノズルから前記接着剤を塗布され、塗布された前記接着剤の温度を低下させた後に当該接着剤を前記電池の外表面に転写する担持体と、を有する。接着剤塗布装置は、さらに、前記電池を載置する保持台と、前記担持体上の前記接着剤に前記電池を加圧するように、前記保持台を移動可能な加圧手段と、前記電池に前記接着剤を転写する際に、前記担持体上の前記接着剤に対する前記電池の加圧力を一定に保つように前記加圧手段を制御する制御部と、を有する。
また、本発明の接着剤塗布装置は、発電要素を外装部材で封止した電池の外表面に接着剤を塗布する接着剤塗装置である。接着剤塗布装置は、加熱して流動性を持たせた接着剤を塗布するノズルと、前記ノズルに対して相対的に移動可能であって、前記ノズルと距離を保つように設けられ、前記ノズルから前記接着剤を塗布され、塗布された前記接着剤の温度を低下させた後に当該接着剤を前記電池の外表面に転写する担持体と、を有する。接着剤塗布装置は、さらに、前記電池を載置する保持台と、前記担持体上の前記接着剤に前記電池を加圧するように、前記保持台を移動可能な加圧手段と、前記電池に前記接着剤を転写する際に、前記担持体上の前記接着剤に対する前記電池の加圧力を一定に保つように前記加圧手段を制御する制御部と、を有する。
本発明の接着剤塗布方法および接着剤塗布装置によれば、加熱した接着剤を一旦担持体上に塗布し、担持体上に塗布された接着剤の温度を担持体上で低下させた後に電池の外表面に転写するため、電池の外装部材に転写する際の接着剤の温度を、電池の内部の電池要素に影響を与えない温度まで低下させた後に塗布することができる。
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる。
電池モジュール１は、図１および図２に示すように、ケース２の内部に、直列または並列に接続した複数（本実施形態では４つ）の扁平型電池１０（二次電池に相当する）を収納している。電池モジュール１は、単独で使用することが可能であるが、例えば、複数の電池モジュール１を更に直列化および／または並列化することによって、所望の電流、電圧、容量に対応した組電池を形成することができる。
扁平型電池１０は、図２に示すように、例えば、リチウムイオン二次電池であり、積層電極体３０が外装部材１１内に電解液とともに収納されている。扁平型電池１０は、外装部材１１から外部に導出される電極（以下、「タブ」という）１４，１５を有する。
積層電極体３０は、正極３１、負極３２およびセパレータ３３を順に積層して形成される。正極３１は、例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４等のリチウム−遷移金属複合酸化物からなる正極活物質層を有する。負極３２は、例えば、カーボンおよびリチウム−遷移金属複合酸化物からなる負極活物質層を有する。セパレータ３３は、例えば、電解質を浸透し得る通気性を有するポーラス状のＰＥ（ポリエチレン）から形成される。
外装部材１１は、軽量化および熱伝導性の観点から、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属（合金を含む）をポリプロピレンフィルム等の絶縁体で被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルムなどのシート材からなる。外装部材１１は、積層電極体３０を覆う本体部１２と、本体部１２の周縁に伸びる外周部１３とを有しており、外周部１３の一部または全部が、熱融着により接合されている。
タブ１４および１５は、積層電極体３０から電流を引き出すための部材であり、扁平型電池１０の一方側に延長している。
互いに重なる扁平型電池１０同士は、滑り等を防止するためにホットメルト型の接着剤Ａによって接着されており、扁平型電池１０同士の間には、接着剤Ａが硬化した接合部材２０が設けられる（図１参照）。
ホットメルト型の接着剤Ａは、加熱することで溶融して流動可能となり、冷却して常温とすることで硬化する接着剤であり、例えば熱可塑性の合成樹脂やゴム等を主成分として構成される。本実施形態では、ホットメルト型の接着剤Ａとして、変性オレフィン系の熱可塑性樹脂を主成分とした東亜合成株式会社製のアロンメルト（登録商標）ＰＰＥＴ５００４を使用する。
次に、本実施形態に係る接着剤塗布装置１００について説明する。
接着剤塗布装置１００は、扁平型電池１０の外装部材１１の外表面の一方面に、前述のホットメルト型の接着剤Ａを塗布する装置である。接着剤塗布装置１００は、図３に示すように、接着剤Ａを塗布するための塗布部１１０と、扁平型電池１０を搬送するための搬送部１２０と、装置全体を統括的に制御する制御部１８０とを備えている。
塗布部１１０は、加熱溶融させた接着剤Ａを吐出するノズル１３０（塗布手段）と、ノズル１３０から吐出された接着剤Ａを一旦表面に担持するベルト１４０（担持体）と、ベルト１４０上に空気等の気体を吹き付けて接着剤Ａおよびベルト１４０を冷却させる冷却手段１５０と、を備えている。
ノズル１３０は、ベルト１４０の表面に向かって加熱溶融させた接着剤Ａを吐出するものである。なお、ノズル１３０は、ベルト１４０の表面からの距離を調整できることが好ましい。
ベルト１４０は、環状に形成され、２つのプーリ１４１によって回転可能に保持されており、モータ等の駆動源（不図示）によって回転駆動する少なくとも一方のプーリ１４１から回転力を受けて回転移動する。ベルト１４０の外周面１４３は、シリコーン樹脂やフッ素樹脂等の低摩擦材料によって形成されている。駆動源は、制御部１８０によって制御されて、ベルト１４０の移動速度を調整可能となっている。ベルト１４０の接着剤Ａが塗布される外周面１４３全体の面積は、扁平型電池１０の接合部材２０の面積以上であることが好ましい。また、ベルト１４０は、ベルト１４０に対して進退可能なテンション調整プーリ１４２によって、張力を調整可能となっている。
搬送部１２０は、扁平型電池１０を載置するパレット１２１を保持可能な保持台１６０と、保持台１６０を搬送方向Ｘ（水平方向）および加圧方向Ｙ（鉛直方向）の２方向へ移動させることが可能な移動手段１７０（加圧手段）とを備えている。
移動手段１７０は、駆動源であるモータ（不図示）を備え、当該モータを制御部１８０によって制御することで、水平方向に延びるガイドレール１７３に沿って搬送方向Ｘへ移動可能である。また、移動手段１７０は、上方に保持している保持台１６０を、加圧方向Ｙへ移動させるための駆動源であるモータ１７２を備えている。モータ１７２は、制御部１８０によってトルク制御されて、加圧方向Ｙへの移動量および加圧力を任意に調整することが可能となっている。なお、保持台１６０を加圧方向Ｙへ移動させるための駆動源は、モータに限定されず、例えば油圧シリンダやエアシリンダ等でもよい。
次に、本実施形態に係る接着剤塗布装置１００を用いた接着剤Ａの塗布方法を説明する。
扁平型電池１０に接着剤Ａを塗布する際には、まず、図４に示すように、移動手段１７０によって保持台１６０を搬送方向Ｘの上流側に配置し、保持台１６０上に、扁平型電池１０を載置したパレット１２１を設置する。次に、ベルト１４０を回転させ、ベルト１４０の外周面１４３上に、溶融した接着剤Ａをノズル１３０から塗布する。このとき、ベルト１４０は、一定の速度で移動し、かつ接着剤Ａが流動性を有する温度であるため、ベルト１４０上に一定厚さの接着剤Ａが塗布される（塗布工程Ｓ０１）。接着剤Ａのベルト１４０上での厚さは、ベルト１４０の速度およびノズル１３０からの接着剤Ａの単位時間当たりの供給量等により決定され、一例として１００μｍ程度であるが、所望の厚さに適宜設定可能である。
ノズル１３０による接着剤Ａの供給は、ベルト１４０上の接着剤Ａの面積が、扁平型電池１０の外表面に必要な接着剤Ａの面積と同面積となるまで継続された後、停止される。
ベルト１４０上に塗布された接着剤Ａは、ノズル１３０が位置する塗布位置Ｐ１からベルト１４０の回転によって搬送され、扁平型電池１０の外表面に接する最下端（転写位置Ｐ２）に達するまでに、雰囲気に晒されて温度が低下する。本実施形態では、接着剤Ａの温度は、ノズル１３０から供給された際には約１６０度であり、転写位置Ｐ２に到達するまでに室温程度の約３０度まで低下する。温度の低下は、塗布する接着剤Ａの種類、厚さ、ベルト１４０の温度や材料、気温等にも依存し、必要であれば、冷却手段１５０により接着剤Ａおよびベルト１４０に気体を吹き付けて温度を低下させてもよい。接着剤Ａの温度を低下させることで、接着剤Ａをベルト１４０から剥がれやすくすることができる。
また、ベルト１４０に接着剤Ａを塗布する塗布工程Ｓ０１と並行して、扁平型電池１０を載置した保持台１６０を、搬送方向Ｘへ移動させる。そして、図５に示すように、扁平型電池１０の速度およびベルト１４０の速度を制御部１８０により同期させ、ベルト１４０上の接着剤Ａが転写位置Ｐ２に到達するタイミングで、扁平型電池１０の接着剤Ａを塗布する領域を、転写位置Ｐ２に到達させる（転写工程Ｓ０２）。ベルト１４０上の接着剤Ａが扁平型電池１０の外表面に接すると、ベルト１４０の外周面１４３が低摩擦材料により形成されているため、ベルト１４０を移動させ続けることで、接着剤Ａがベルト１４０から離れて扁平型電池１０の外表面に転写される。このとき、接着剤Ａの温度は室温程度まで低下しているため、扁平型電池１０の内部の電池要素、例えば電解液に影響を及ぼさず、電池性能が低下しない。
また、ベルト１４０上の接着剤Ａは、扁平型電池１０の外表面に到達した際には流動性をほとんど失っているが、接着剤Ａが既にベルト１４０上で均一な厚さとなっているため、転写するだけで扁平型電池１０の外表面に均一な厚さで接着剤Ａを塗布することができる。
そして、ベルト１４０上の接着剤Ａを扁平型電池１０の外表面に転写している間は、移動手段１７０（加圧手段）のモータ１７２を制御部１８０によって制御することで、保持台１６０の加圧方向Ｙへ加圧力を一定となるように制御する。これにより、外装部材１１がラミネートフィルムであり可撓性を有するために、扁平型電池１０の厚さにバラツキがあったり表面の形状が不均一な場合であっても、接着剤Ａを一定の圧力で押圧しながら扁平型電池１０の外表面に転写できる。このため、扁平型電池１０の外表面に、接着剤Ａを均一な厚さで塗布できる。また、ベルト１４０上の接着剤Ａの厚さが厳密に均一でなくとも、保持台１６０による加圧方向Ｙへの加圧力（または変位）を一定となるように制御することで、扁平型電池１０の外表面に転写される接着剤Ａの厚さを矯正してより均一な厚さとすることができる。
接着剤Ａを転写された扁平型電池１０は、移動手段１７０によって搬送方向Ｘへ搬送され、後の工程で他の扁平型電池１０と積層され、接着剤Ａが硬化して形成される接合部材２０により互いに接合されて、電池モジュールを構成する（図１参照）。このとき、接着剤Ａ（接合部材２０）が一定の厚さとなっているため、扁平型電池１０に局所的な圧力が作用せず、扁平型電池１０の内部の電池要素に影響を及ぼさず、電池性能が低下しない。また、接着剤Ａ（接合部材２０）が一定の厚さとなっているため、扁平型電池１０の間に隙間が形成され難くなり、良好に固定することができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、ホットメルト型の接着剤Ａを加熱して流動性を持たせ、扁平型電池１０に対して相対的に移動可能なベルト１４０上に塗布する（塗布工程Ｓ０１）。この後、ベルト１４０上に塗布された接着剤Ａの温度をベルト１４０上で低下させ、接着剤Ａを扁平型電池１０の外表面に転写することによって塗布する（転写工程Ｓ０２）。このため、加熱した接着剤Ａを一旦ベルト１４０上に塗布し、接着剤Ａの温度をベルト１４０上で低下させた後に扁平型電池１０の外表面に転写でき、扁平型電池１０の外表面に転写する際の接着剤Ａの温度を、扁平型電池１０の内部の電池要素に影響を与えない温度まで低下させることができる。
また、担持体としてベルト１４０を用い、ベルト１４０への接着剤Ａの塗布位置Ｐ１から、扁平型電池１０に接着剤Ａを転写する転写位置Ｐ２までベルト１４０を移動させるため、ベルト１４０の移動を利用してベルト１４０上の接着剤Ａの温度を低下させることができる。
また、ベルト１４０は、少なくとも扁平型電池１０の外表面に転写される接着剤Ａの面積よりも大きい面積を有するため、扁平型電池１０の外表面に所望する面積の接着剤Ａを一度に転写することができる。
（改変例）
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜改変することができる。例えば、ベルト１４０の面積は、扁平型電池１０の外表面に転写される接着剤Ａの面積よりも小さくてもよい。また、電池は、積層して接着剤Ａにより接着可能であれば、扁平型電池１０でなくてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜改変することができる。例えば、ベルト１４０の面積は、扁平型電池１０の外表面に転写される接着剤Ａの面積よりも小さくてもよい。また、電池は、積層して接着剤Ａにより接着可能であれば、扁平型電池１０でなくてもよい。
１０ 扁平型電池、
１１ 外装部材、
４０ 接合部材、
１００ 接着剤塗布装置、
１３０ ノズル（塗布手段）、
１４０ ベルト（担持体）、
１８０ 制御部、
Ｐ１ 塗布位置、
Ｐ２ 転写位置、
Ａ 接着剤、
Ｓ０１ 塗布工程、
Ｓ０２ 転写工程、
Ｘ 搬送方向、
Ｙ 加圧方向。
１１ 外装部材、
４０ 接合部材、
１００ 接着剤塗布装置、
１３０ ノズル（塗布手段）、
１４０ ベルト（担持体）、
１８０ 制御部、
Ｐ１ 塗布位置、
Ｐ２ 転写位置、
Ａ 接着剤、
Ｓ０１ 塗布工程、
Ｓ０２ 転写工程、
Ｘ 搬送方向、
Ｙ 加圧方向。
Claims (6)
- 発電要素を外装部材で封止した電池の外表面に接着剤を塗布する接着剤塗布方法であって、
保持台に前記電池を載置し、
接着剤を加熱して流動性を持たせ、前記接着剤を塗布するノズルに対して相対的に移動可能な担持体上に、前記担持体から距離を保つように設けられた前記ノズルから前記接着剤を塗布し、
前記担持体上に塗布された前記接着剤の温度を当該担持体上で低下させ、
前記担持体上の前記接着剤に対する前記電池の加圧力が一定になるように、前記保持台を移動させて前記電池を前記接着剤に加圧する加圧手段を制御し、前記接着剤を前記電池の外表面に転写する接着剤塗布方法。 - 前記担持体はベルトであり、前記接着剤を前記電池に転写する際は、前記ベルトへの前記接着剤の塗布位置から前記電池の外表面に前記接着剤を転写する転写位置まで前記ベルトを移動させて前記ベルト上で前記接着剤の温度を低下させる、請求項１に記載の接着剤塗布方法。
- 前記担持体は、少なくとも前記電池の外表面に転写される前記接着剤の面積よりも大きい面積を有する、請求項１又は請求項２に記載の接着剤塗布方法。
- 発電要素を外装部材で封止した電池の外表面に接着剤を塗布する接着剤塗装置であって、
加熱して流動性を持たせた接着剤を塗布するノズルと、
前記ノズルに対して相対的に移動可能であって、前記ノズルと距離を保つように設けられ、前記ノズルから前記接着剤を塗布され、塗布された前記接着剤の温度を低下させた後に当該接着剤を前記電池の外表面に転写する担持体と、
前記電池を載置する保持台と、
前記担持体上の前記接着剤に前記電池を加圧するように、前記保持台を移動可能な加圧手段と、
前記電池に前記接着剤を転写する際に、前記担持体上の前記接着剤に対する前記電池の加圧力を一定に保つように前記加圧手段を制御する制御部と、を有する接着剤塗布装置。 - 前記担持体はベルトであり、当該ベルトは、当該ベルトへの前記接着剤の塗布位置から前記電池の外表面に前記接着剤を転写する転写位置まで前記接着剤を担持して移動可能である、請求項４に記載の接着剤塗布装置。
- 前記担持体は、少なくとも前記電池の外表面に転写される前記接着剤の面積よりも大きい面積を有する、請求項４又は請求項５に記載の接着剤塗布装置。
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