JP5940854B2 - 電極積層装置および電極積層方法 - Google Patents

Description

本発明は、電極積層装置および電極積層方法に関する。

近年、様々な製品で二次電池が使用されている。二次電池は、正極、セパレータ、負極が積層された電池要素を含む。電池要素において、正極および負極がセパレータを介して、位置ズレせずに積層されることが重要である。積層ズレがあると、電池性能や電池の寿命の悪化の要因となるからである。

そこで、正極と負極の位置ズレを防止するために、正極を袋状のセパレータ内に配置し、袋状のセパレータと負極とを積層することで、高速かつ正確に正極と負極を積層する技術が提案されている（特許文献１参照）。この技術では、セパレータと負極が略同じ大きさに形成されており、外形辺を揃えて積層することによって、負極とセパレータ内の正極とを位置合せできる。

特許第３３８０９３５号公報

しかしながら、特許文献１記載の発明では、セパレータと負極との外形辺を揃えることは記載されているものの、具体的に揃える方法は示されていない。外形を揃えることがそもそも難しく、外形をうまく揃えられない場合、正極と負極とが正確に位置合わせされて積層されている保証はない。また、正確に外形を揃えようとすると、工数が多くなり、高速に積層できず、生産タクトも低減してしまう。

また、特許文献１記載の発明では、袋状のセパレータと負極との大きさが異なる場合では、正極と負極の位置合せを保証できない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、セパレータに袋詰めされた電極を、他の電極に適切に積層できる電極積層装置および電極積層方法を提供することを目的とする。

本発明の電極積層装置は、袋状に形成されたセパレータ内に第１電極が配置された袋詰電極と前記第１電極とは異なる極性の第２電極とを積層ステージ上で積層する電極積層装置であって、検出手段と位置調整手段と積層手段とを有する。前記検出手段は、電極供給テーブルに載置された前記袋詰電極の前記第１電極の位置を検出する。前記位置調整手段は、検出した前記第１電極の位置に基づいて、前記電極供給テーブルに載置された前記袋詰電極がピックアップされる時点での前記第１電極の位置が所定の位置となるように前記電極供給テーブルの位置を調整して、前記セパレータの位置とは無関係に前記第１電極の位置を調整する。前記積層手段は、前記位置調整手段によって位置が調整された前記電極供給テーブルから前記袋詰電極をピックアップして、前記積層ステージに載置された第２電極に積層する。

本発明の電極積層方法は、袋状に形成されたセパレータ内に第１電極が配置された袋詰電極と前記第１電極とは異なる極性の第２電極とを積層ステージ上で積層する電極積層方法であって、検出工程と位置調整工程と積層工程とを有する。前記検出工程では、電極供給テーブルに載置された前記袋詰電極の前記第１電極の位置を検出する。前記位置調整工程では、検出した前記第１電極の位置に基づいて、前記電極供給テーブルに載置された前記袋詰電極がピックアップされる時点での前記第１電極の位置が所定の位置となるように前記電極供給テーブルの位置を調整して、前記セパレータの位置とは無関係に前記第１電極の位置を調整する。前記積層工程では、前記位置調整工程によって位置が調整された前記電極供給テーブルから前記袋詰電極をピックアップして、前記積層ステージに載置された第２電極に積層する。

本発明の電極積層装置および電極積層方法によれば、セパレータに隠れている第１電極の位置を検出し、検出した第１電極の位置に基づいて、第２電極に袋詰電極を積層する。したがって、第１電極の位置を考慮して、袋詰電極を第２電極に積層できるので、第１電極と第２電極とを正確に位置合わせして積層できる。

リチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。 リチウムイオン二次電池の分解斜視図である。 負極および袋詰正極の平面図である。 袋詰正極に負極を重ねた様子を示す平面図である。 シート積層装置を示す概略平面図である。 シート積層装置を示す斜視図である。 図６の矢印方向に見た正極供給テーブルの正面図である。 正極供給テーブルの平面図である。 積層ロボットによる負極および袋詰正極の積層動作を説明するための図である。 積層ロボットによる負極および袋詰正極の積層動作を説明するための図である。 積層ロボットによる負極および袋詰正極の積層動作を説明するための図である。 袋詰正極内の正極の位置を確認する様子を示す概念図である。 検出された正極の位置を示す概念図である。 負極の位置を判定する様子を示す概念図である。 積層ステージ上のカメラを示す図である。 カメラの構造を示す図である。 袋詰正極内の正極の位置を確認する様子を示す概念図である。 辺の位置が特定された正極の様子を示す概念図である。 負極の位置を確認する様子を示す概念図である。 辺の位置が特定された負極の様子を示す概念図である。 正極と負極の相対位置を示す概念図である。 セパレータの透過特性を示す概略図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、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場合がある。

本発明は、二次電池の製造工程の一部に適用される電極位置検出装置に関する。本発明の一実施形態である電極位置検出装置を説明する前に、電池の構造および電池の発電要素を組み立てる構成であるシート積層装置について説明する。

（電池）
まず、図１を参照して、シート積層装置により形成されるリチウムイオン二次電池（積層型電池）について説明する。図１はリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図、図２はリチウムイオン二次電池の分解斜視図、図３は負極および袋詰正極の平面図、図４は袋詰正極に負極を重ねた様子を示す平面図である。

図１に示すとおり、リチウムイオン二次電池１０は、扁平な矩形形状を有しており、正極リード１１および負極リード１２が外装材１３の同一端部から導出されている。外装材の内部には、充放電反応が進行する発電要素（電池要素）１５が収容されている。図２に示すとおり、発電要素１５は、袋詰正極２０と、負極３０とが交互に積層されて形成される。

袋詰正極２０は、図３（Ａ）に示すように、シート状の正極集電体の両面に正極活物質層２２が形成されてなる正極２４が、セパレータ４０により挟み込まれてなる。２枚のセパレータ４０は、端部において接合部４２により相互に接合されて、袋状に形成されている。正極２４は、タブ部分２６がセパレータ４０の袋から引き出されている。正極２４は、タブ部分２６以外の部分に正極活物質層２２が形成されている。

負極３０は、図３（Ｂ）に示すように、ごく薄いシート状の負極集電体の両面に負極活物質層３２が形成されてなる。負極３０は、タブ部分３４以外の部分に負極活物質層３２が形成されている。

袋詰正極２０に、負極３０を重ねると図４に示すようになる。図４に示すように、負極活物質層３２は、正極２４の正極活物質層２２よりも平面視して一回り大きく形成されている。

なお、袋詰正極２０と負極３０とを交互に積層してリチウムイオン二次電池を製造する方法自体は、一般的なリチウム二次電池の製造方法であるため、詳細な説明は省略する。

（シート積層装置）
次に、上記発電要素１５を組み立てるためのシート積層装置（電極積層装置）について説明する。

図５はシート積層装置を示す概略平面図、図６はシート積層装置を示す斜視図、図７は図６の矢印方向に見た正極供給テーブルの正面図、図８は正極供給テーブルの平面図である。

図５および図６に示すとおり、シート積層装置１００は、積層ロボット１１０、正極供給テーブル１２０、負極供給テーブル１３０、積層ステージ１４０、記憶部１５０および制御部１６０を有する。積層ロボット１１０、正極供給テーブル１２０、負極供給テーブル１３０、および積層ステージ１４０は、制御部１６０により制御される。また、制御部１６０の制御プログラムや各種データは記憶部１５０に記憶される。

積層ロボット１１０は、袋詰正極２０および負極３０を交互に積層して発電要素（積層体）１５を形成する。積層ロボット１１０は、Ｌ字状アーム１１２と、Ｌ字状アーム１１２の端部に設けられた第１および第２の吸着ハンド１１４、１１６とを有する。Ｌ字状アーム１１２は、水平方向に所定角、たとえば、本実施形態では９０度回動する。また、Ｌ字状アーム１１２は、鉛直方向に所定量移動することができる。第１の吸着ハンド１１４は、Ｌ字状アーム１１２の一方の端部に設けられ、袋詰正極２０を吸着保持または解放する。第２の吸着ハンド１１６は、Ｌ字状アーム１１２の他方の端部に設けられ、負極３０を吸着保持または解放する。

正極供給テーブル１２０は、Ｌ字状アーム１１２に袋詰正極２０を受け渡すためのテーブルである。正極供給テーブル１２０は、前工程で作成されて吸着コンベア６０により運搬されてきた袋詰正極２０を１枚ずつ受け取り、載置する。正極供給テーブル１２０も、吸着コンベアであり、吸着コンベア６０からの負圧が開放された袋詰正極２０を吸着して、略中央まで運び負圧により固定する。また、正極供給テーブル１２０は、袋詰正極２０の平面位置を調節できるように、平面方向に移動および回転可能である。正極供給テーブル１２０は、たとえば、ＸＹステージ１２２上に設けられており、ＸＹステージ１２２がＸ、Ｙ方向に移動または平面方向に回転することによって、平面位置が調整される。ＸＹステージ１２２は、３つのモータにより、平面方向の移動および回転が実現される。

正極供給テーブル１２０は、吸着コンベア６０よりも幅が狭く、袋詰正極２０の側方がはみ出るように、構成されている。図５、５では図示を省略しているが、図７および図８に示すように、正極供給テーブル１２０の両側には、透明な支持台１２４が設けられている。支持台１２４は、正極供給テーブル１２０からはみ出ている袋詰正極２０の端部を支持する。また、支持台１２４と対応する位置に、クランパ１２６が設けられる。クランパ１２６は、支持台１２４と共に袋詰正極２０の端部を挟んで固定する。支持台１２４およびクランパ１２６は共に可動式であり、正極供給テーブル１２０上に袋詰正極２０が載置されると、袋詰正極２０の端部を支持および固定するように、袋詰正極２０に接近する。

また、正極供給テーブル１２０の下方には光源７０が、上方にはカメラ８０が配置されている。光源７０は、透明な支持台１２４の下方に設置され、袋詰正極２０の端部に光を照射する。照射される光は、セパレータ４０を所定の透過率以上で透過し、正極２４を透過しない波長の光である。カメラ８０は、光源７０から投光され正極２４に遮断されつつもセパレータ４０を透過した光を受光し、正極２４の位置を撮像する。つまり、正極２４の影に基づいて、正極２４の位置を撮像する。カメラ８０により撮像された正極２４の位置に基づいて、正極２４（袋詰正極２０）の水平位置が調整される。この調整により、吸着ハンド１１４は、正極２４の位置が正確に位置決めされた袋詰正極２０を毎回ピックアップできる。

図５および図６に戻って、負極供給テーブル１３０は、Ｌ字状アーム１１２に負極３０を受け渡すためのテーブルである。負極供給テーブル１３０は、前工程で作成されて吸着コンベア６２により運搬されてきた負極３０を１枚ずつ受け取り、載置する。負極供給テーブル１３０も、吸着コンベアであり、吸着コンベア６２からの負圧が開放された負極３０を吸着して、略中央まで運び負圧により固定する。負極３０が第１の吸着ハンド１１６に吸着される際には、負極供給テーブル１３０は吸着を開放する。また、負極供給テーブル１３０は、負極３０の平面位置を調節できるように、平面方向に移動および回転可能である。負極供給テーブル１３０は、たとえば、ＸＹステージ１３２上に設けられており、ＸＹステージ１３２がＸ、Ｙ方向に移動または平面方向に回転することによって、平面位置が調整される。ＸＹステージ１３２は、３つのモータにより、平面方向の移動および回転が実現される。

また、負極供給テーブル１３０の上方には、光源７２およびカメラ８２が配置されている。光源７２は、負極３０に反射または吸収される波長の光を、負極３０に照射する。カメラ８２は、光源７２から投光されて負極３０に反射した光を受光、あるいは負極３０に吸収されずに周りに反射された光を受光して、負極３０の位置を撮像する。負極供給テーブル１３０は、カメラ８２により撮像された負極３０の位置に基づいて、負極３０の水平位置が調整される。この調整により、吸着ハンド１１６は、正確に位置決めされた負極を毎回ピックアップできる。

積層ステージ１４０は、袋詰正極２０および負極３０が交互に積層されるパレットを載置する載置部１４２と、載置部１４２を昇降する駆動部１４４と、載置部１４２の周縁部に配置される４つのクランパ１４６とを有する。

載置部１４２は、袋詰正極２０および負極３０が所定枚数積層されて発電要素１５が完成するまでは、積層体１５を保持し、完成すると、発電要素１５を、コンベア６４に払い出す。駆動部１４４は、載置部１４２の高さを調整する。詳細には、袋詰正極２０および負極３０が交互に積層され、積層体１５の高さが変動しても、積層体１５の最上面の高さが変わらないように、積層の進行に従って載置部１４２の位置を下げる。これにより、積層ロボット１１０は、積層の進行に関わらず、同じ動作を繰り返すだけで、発電要素１５の積層ができる。クランパ１４６は、積層体１５がずれないように、負極３０または袋詰正極２０を積層するたびに、積層体１５の４角を固定する。積層の進行に従って載置部１４２の高さが低く調整されるので、クランパ１４６も毎回同じストロークでクランプを繰り返せる。

（積層動作）
以上のとおり構成されるシート積層装置１００によれば、正極供給テーブル１２０および負極供給テーブル１３０上に位置調整して載置される袋詰正極２０および負極３０が、積層ロボット１１０によりピックアップされ、積層ステージ１４０に交互に提供される。以下、図９〜図１１を参照して、シート積層装置１００の積層動作について説明する。

図９〜図１１は、積層ロボットによる負極および袋詰正極の積層動作を説明するための図である。なお、以下では、積層ロボット１１０により積層ステージ１４０に袋詰正極２０を積層する際の動作から説明する。

図９（Ａ）に示すとおり、積層ステージ１４０には、袋詰正極２０および負極３０が載置されており、積層ステージ１４０の上方には、吸着ハンド１１４が位置している。袋詰正極２０および負極３０の積層体の最上層には負極３０が配置されており、吸着ハンド１１４は、袋詰正極２０を吸着保持している。一方、吸着ハンド１１６は、負極供給テーブル１３０の上方に位置している。負極供給テーブル１３０上には、負極３０が載置されている。

続いて、積層ロボット１１０のＬ字状アーム１１２が所定量だけ下降する（図９（Ｂ）参照）。Ｌ字状アーム１１２の下降に伴って、吸着ハンド１１６および吸着ハンド１１４は、負極供給テーブル１３０および積層ステージ１４０上にそれぞれ降下する。このとき、吸着ハンド１１６の底面には負圧が作用し、吸着ハンド１１６は、負極３０を吸着保持する。一方、吸着ハンド１１４には負圧が解除され、袋詰正極２０を解放する。

続いて、積層ロボット１１０のＬ字状アーム１１２が所定量だけ上昇する（図１０（Ｃ）参照）。Ｌ字状アーム１１２の上昇にともなって、吸着ハンド１１６は、テーブル１３０から負極３０を取り上げる。また、吸着ハンド１１６および吸着ハンド１１４は、負極供給テーブル１３０上および積層ステージ１４０の上方に移動する。

続いて、積層ロボット１１０のＬ字状アーム１１２が所定量だけ回動する（図１０（Ｄ）参照）。Ｌ字状アーム１１２が、水平方向に９０度回動することにより、吸着ハンド１１６が積層ステージ１４０の上方に位置し、吸着ハンド１１４がテーブル１２０の上方に位置するようになる。

続いて、積層ロボット１１０のＬ字状アーム１１２が所定量だけ下降する（図１１（Ｅ）参照）。Ｌ字状アーム１１２の下降にともなって、吸着ハンド１１６および吸着ハンド１１４は、積層ステージ１４０および正極供給テーブル１２０上にそれぞれ到達する。このとき、吸着ハンド１１６の負圧が解除され、吸着ハンド１１６は、積層ステージ１４０上の積層体の最上面で負極３０を解放する。一方、吸着ハンド１１４の底面には負圧が発生し、吸着ハンド１１４は、テーブル１２０上の袋詰正極２０を吸着保持する。

続いて、積層ロボット１１０のＬ字状アーム１１２が所定量だけ上昇する（図１１（Ｆ）参照）。Ｌ字状アーム１１２の上昇にともなって、吸着ハンド１１６は、積層ステージ１４０の上方に移動する。一方、吸着ハンド１１４は、テーブル１２０から袋詰正極２０を取り上げる。

続いて、積層ロボット１１０のＬ字状アーム１１２が所定量だけ回動する。Ｌ字状アーム１１２が、水平方向に−９０度回動することにより、吸着ハンド１１６がテーブル１３０の上方に位置し、吸着ハンド１１４が積層ステージ１４０の上方に位置するようになる（図９（Ａ）参照）。

以上の動作が繰り返されることにより、積層ステージ１４０上で袋詰正極２０および負極３０が交互に積層される。袋詰正極２０および負極３０が所定枚数積層されることにより、発電要素１５としての積層体が形成される。

（電極位置検出装置）
次に、上記シート積層装置１００に適用される電極位置検出装置２００について説明する。

図５および図６に戻って、電極位置検出装置２００の構成について説明する。

電極位置検出装置２００は、光源７０、カメラ８０、ＸＹステージ１２２および制御部１６０、を有する。光源７０、カメラ８０は、それぞれ、制御部１６０に接続されており、制御部１６０によって動作が制御される。電極位置検出装置２００は、上述のシート積層装置１００と共通の構成も含む。

光源７０は、投光手段として、正極供給テーブル１２０の下方に設置される。カメラ８０は、受光手段として、袋詰正極２０に対して光源７０とは反対側に設置される。カメラ８０は、袋詰正極２０中の正極２４を撮像する。光源７０は、袋詰正極２０に向かって、セパレータ４０には透過し正極２４を透過しない（反射または吸収される）波長の光、たとえば赤色光を投光する。光源７０の光は、透明な支持台１２４を通過して、袋詰正極２０の端部に投光される。袋詰正極２０の中央部分は、正極供給テーブル１２０によって隠れているので、光源７０の光は照射されない。なお、光の波長が長くなる程、透過率が高くなることが知られているが、透過率は材料によっても異なる。セパレータ４０の材料に基づいて、投光する光の波長は適宜設定する必要がある。投光する光の波長をどのように設定するかについて、詳細は後述する。

制御部１６０は、検出手段として、カメラ８０による撮像に基づいて、正極２４の位置を検出する。以下、正極２４の位置を検出する際の、電極位置検出装置２００の作用（電極位置検出方法）について説明する。

図１２は袋詰正極内の正極の位置を確認する様子を示す概念図、図１３は検出された正極の位置を示す概念図、図１４は負極の位置を判定する様子を示す概念図である。

まず、正極供給テーブル１２０上に袋詰正極２０が載置され、透明な支持台１２４によって袋詰正極２０の端部が支持され、クランパ１２６によって固定される。固定後、電極位置検出装置２００は、吸着ハンド１１４によって袋詰正極２０が吸着される前に、光源７０によって投光する。

投光された光は、セパレータ４０の端部を透過して、正極２４を透過しない。カメラ８０は、セパレータ４０を透過した光を受光する。すなわち、カメラ８０は、正極２４を介して、正極２４の部分が影になった光を受光する。影の輪郭を検出することで、正極２４の位置を検出できる。ただし、正極２４が正極供給テーブル１２０によって隠れている部分は元々光が透過しないので、正極２４の位置は検出できない。たとえば、図１２に着色して示されるように、正極２４の端部の形状、位置が確認される。

カメラ８０によって、図１２のような画像が得られると、制御部１６０は、画像を解析し、図中両矢印に示される範囲の正極２４の辺を特定する。特定した辺を延長して、正極２４の全体の辺の位置を特定する。正極２４は、タブ部分２６を有しているが、図１２に示すように活物質層２２が形成された塗工部分の辺を特定する。したがって、全体の辺の位置が特定された正極２４は、図１３に示すように矩形として特定される。

矩形に特定された正極２４は、図１３に点線で示すように、辺の交点から矩形の四角Ｃが算出される。さらに、算出された四角Ｃの位置を平均することによって、正極２４の中心点が算出される。加えて、特定した辺の姿勢に基づいて、平面方向における正極２４の傾きも算出される。算出された正極２４の中心点Ｏの位置情報および傾きは記憶部１５０に記憶される。

制御部１６０は、記憶部１５０から正極２４の中心点Ｏの位置情報および傾きを読み出し、中心点Ｏを所定の位置とし、正極２４が一定の姿勢となるように、ＸＹステージ１２２を制御する。ＸＹステージ１２２は、袋詰正極２０を平面方向に移動／回転させて、正極２４の位置を調整する。すなわち、ＸＹステージ１２２は、位置調整手段として機能する。ここで、正極２４の位置は、積層ステージ１４０における正極２４および負極３０の正確な積層のために、吸着ハンド１１４が袋詰正極２０をピックアップする基準位置となるように調整される。

以上のように、本実施形態では、袋状に形成されたセパレータ４０内に配置された正極２４自体の位置を検出する。したがって、セパレータ４０ではなく、検出された正極２４の位置に基づいて、袋詰正極２０の位置を調整できる。正極２４は常に所定の位置で吸着ハンド１１４に受け渡される。結果として、積層ロボット１１０は、正極２４を積層体１５からずれることなく正確に積層できる。つまり、間接的に負極３０と正確に位置決めできる。ハンド１１４とＸＹステージ１２２とは、連携して、積層手段として、検出された正極２４の位置に基づいて、袋詰正極２０を負極３０に適切に積層できる。

なお、上記電極位置検出装置２００では、正極２４の位置だけでなく、負極３０の位置も検出する。ここで、電極位置検出装置２００は、光源７２、カメラ８２およびＸＹステージ１３２をさらに有する。

電極位置検出装置２００は、負極供給テーブル１３０に載置された負極３０に対して、光源７２から光を投光する。投光する光は、負極３０を透過しない（反射または吸収される）波長の光であれば、どのような光でもよい。たとえば、白色光が投光される。投光された光は、負極３０に反射する。カメラ８２は、負極３０を介して反射光を受光し、負極３０を撮像する。撮像された負極３０は、図１４に示す通りである。制御部１６０は、撮像結果に解析して、負極３０の各辺を検出する。さらに、制御部１６０は、検出した各辺の交点として負極３０の四角ｃの位置を算出する。制御部１６０は、算出した四角ｃの位置の平均を求め、負極３０の中心点ｏを算出する。加えて、特定した辺の姿勢に基づいて、平面方向における正極２４の傾きも算出される。算出された負極３０の中心点ｏの位置情報および傾きは記憶部１５０に記憶される。

制御部１６０は、記憶部１５０から負極３０の中心点ｏおよび傾きを読み出し、中心点ｏが所定の位置に位置し、負極３０が一定の姿勢となるように、ＸＹステージ１３２を制御する。ＸＹステージ１３２は、負極３０を平面方向に移動／回転させて、負極３０の位置を調整する。ＸＹステージ１３２は、位置調整手段として機能する。これにより、上述の正極２４だけでなく、負極３０も毎回同じ位置で吸着ハンド１１６に受け渡される。ここで、負極３０の位置は、積層ステージ１４０における正極２４および負極３０の正確な積層のために、吸着ハンド１１６が負極３０をピックアップする基準位置となるように調整される。

以上のように、正極２４および負極３０の両方が吸着ハンド１１４、１１６からそれぞれ毎回同じ位置で取られる。したがって、積層ステージ１４０においても、毎回同じ位置に負極３０および正極２４が積層されることになり、発電要素１５の正確な積層が達成できる。

なお、正極２４および負極３０の正確な積層とは、積層ずれがないと判定される積層であり、その判定は、次の電極位置検出装置３００により、以下のように行われる。

図１５は積層ステージ上のカメラを示す図、図１６はカメラの構造を示す図、図１７は袋詰正極内の正極の位置を確認する様子を示す概念図、図１８は辺の位置が特定された正極の様子を示す概念図、図１９は負極の位置を確認する様子を示す概念図、図２０は辺の位置が特定された負極の様子を示す概念図、図２１は正極と負極の相対位置を示す概念図である。なお、図１７（Ａ）は、袋詰電極の正極の位置を確認する際の積層体を正面から見た概念図であり、図１７（Ｂ）は積層体を平面から見た概念図である。図１９（Ａ）は、負極の位置を確認する際の積層体を正面から見た概念図であり、図１９（Ｂ）は積層体を平面から見た概念図である。

図５、図１５、図１６を参照して、電極位置検出装置３００について説明する。

電極位置検出装置３００は、光源７６、カメラ８４、および制御部１６０を有する。光源７６およびカメラ８４は、図６では図示が省略されているが、積層ステージ１４０の上方に設置されている。光源７６およびカメラ８４は、それぞれ、制御部１６０に接続され、制御部１６０によって動作が制御される。

光源７６は、投光手段として、積層ステージ１４０の上方に配置される。光源７６は、積層体１５の最上層に載置された袋詰正極２０または負極３０に向かって、セパレータ４０は透過し、正極２４および負極３０には反射する波長の光、たとえば近赤外光を投光する。なお、光の波長が長くなる程、透過率が高くなることが知られているが、透過率は材料によっても異なる。セパレータ４０の材料に基づいて、投光する光の波長は適宜設定する必要がある。投光する光の波長をどのように設定するかについて、詳細は後述する。

本実施形態では、光源７６は、図１６に示すように、カメラ８４の周囲にリング状に設けられている。光源７６は、少なくとも対応する正極２４（袋詰正極２０）または負極３０の四隅に向かって投光する。

カメラ８４は、図１５に示すように、受光手段として、積層ステージ１４０の上方に配置され、積層ステージ１４０上で形成される発電要素１５を積層方向真上から撮像する。本実施形態では、カメラ８４は４台設けられ、正極２４（袋詰正極２０）または負極３０の四隅をそれぞれ撮像する。

制御部１６０は、検出手段として、カメラ８４による撮像に基づいて、正極２４および負極３０の位置を検出する。

正極２４および負極３０の位置を検出する際の、電極位置検出装置３００の作用（電極検出方法）について説明する。

積層ステージ１４０において、上記シート積層装置１００により袋詰正極２０および負極３０が交互に積層される。電極位置検出装置３００は、積層体１５の最上層にある袋詰正極２０または負極３０に光源７６から光を投射する。

図１７（Ａ）に示すように袋詰正極２０が最上層に積層されると、電極位置検出装置３００は、光源７６により袋詰正極２０に投光する。投光された光は、袋詰正極２０のセパレータ４０を透過して、正極２４に反射する。カメラ８４は、正極２４を介して、反射光を受光する。４台のカメラ８４は、たとえば、図１７（Ｂ）に点線で示す領域を撮像する。点線で示す領域内の画像が得られると、制御部１６０は、画像を解析し、図中両矢印に示される範囲の正極２４の辺の一部を特定する。制御部１６０は、特定された正極２４の辺の一部を延長し、正極２４の塗工部分である正極活物質層２２の辺の位置を特定する。これにより、特定された辺の位置は、図１８に示すように矩形に表現される。特定された正極活物質層２２の辺の位置情報は、正極２４の位置を表す情報として記憶部１５０に記憶される。なお、カメラ８４は、光源７６の光がない状態で袋詰正極２０を撮影することにより、セパレータ４０の位置も同様に特定できる。特定されたセパレータ４０の辺の位置情報も記憶部１５０に記憶してもよい。これにより、セパレータ４０を基準とした正極２４の相対位置も特定できる。なお、投光された光の一部は、正極２４の外側周辺部でセパレータ４０を透過して、さらにセパレータ４０を透過して負極３０に反射する。この場合、カメラ８４は、反射光を受光するが、正極２４を反射した反射光を受光するのに比べて弱い光を受光することになる。したがって、撮像で得られた画像は、正極２４の場合に比べて薄くなる。したがって、負極３０は正極２４と画像状態で確実に比較可能となる。

続けて、図１９（Ａ）に示すように積層体１５に負極が積層されると、電極位置検出装置３００は、光源７６により負極３０に投光する。投光された光は、負極３０に反射する。カメラ８４は、負極３０を介して、反射光を受光する。４台のカメラ８４は、たとえば、図１９（Ｂ）に点線で示す領域を撮像する。点線で示す領域内の画像が得られると、制御部１６０は、画像を解析し、図中両矢印に示される範囲の負極３０の辺の一部を特定する。制御部１６０は、特定された負極３０の辺の一部を延長し、負極３０の塗工部分である負極活物質３２の辺の位置を特定する。これにより、特定された辺の位置は、図２０に示すように矩形に表現される。特定された負極活物質層３２の辺の位置情報は、負極３０の位置を表す情報として記憶部１５０に記憶される。なお、カメラ８４は、光源７６の光がない状態で負極３０の下に積層された袋詰正極２０の端を撮影することにより、セパレータ４０の位置も特定できる。セパレータ４０は負極３０よりも大きいので、上に負極３０が積層されていても端だけならカメラ８４により撮影できる。撮影により特定されたセパレータ４０の辺の位置情報も記憶部１５０に記憶してもよい。これにより、セパレータ４０を基準とした負極３０の相対位置も特定できる。

制御部１６０は、上記のように、正極２４および負極３０の位置（セパレータ４０に対する正極２４の相対位置およびセパレータ４０に対する負極３０の相対位置）を順次検出し、記憶部１５０に記憶していく。制御部１６０は、積層体１５が電池要素として完成した後、または、積層体１５の積層中に、負極３０と正極２４に積層ずれがないか判定する。

積層ずれを判定する場合、制御部１６０は、記憶部１５０から正極２４および負極３０の辺の位置情報を読み出し、両者の相対的な位置関係を検出する。検出の際には、図１８および図２０の特定した正極２４および負極３０の位置を重ね合わせる。重ね合わせた概念図は、図２１に示す通りである。制御部１６０は、重ね合わせた結果を解析して、正極２４および負極３０の相対的な位置関係を判定する。詳細には、正極２４および負極３０の辺の位置を確認し、対応する辺が所定の範囲内にあるかを確認する。たとえば、セパレータ４０と重なる範囲において、正極２４の方が負極３０よりも小さい場合、正極２４の各辺が対応する負極３０の各辺よりも内側にあるか否かを確認する。そして、制御部１６０は、正極２４の全辺が負極３０よりも内側にある場合、積層ずれがないと判定する。辺が内側か外側かだけでなく、辺の距離を算出して、距離の範囲で積層ずれを判定してもよい。

また、上記実施形態では、正極２４の辺の一部を検出して、検出した辺から、辺全体を算出している。したがって、正極２４の一部が正極供給テーブル１２０によって隠れており光学的に正極２４の辺全長は検出できないにも関わらず、正極２４の輪郭を特定できる。

次に、正極の検出のために投光する光の波長について説明する。

図２２はセパレータの透過特性を示す概略図である。図２２は、横軸が光の波長（ｎｍ）を示し、縦軸が光の透過率（％）を示す。

図２２では、３種類のセパレータ、すなわち、ポリプロピレンセパレータ、ポリエチレンセパレータ、セラミックセパレータの透過特性を示す。ポリプロピレンセパレータ、ポリエチレンセパレータは、それぞれポリプロピレン、ポリエチレンで形成されたポリマー骨格である。また、セラミックセパレータは、ポリプロピレンの基材上にシリカ、アルミナ、ジルコニウム酸化物、チタン酸化物等のセラミック粒子とバインダーの結合により形成される多孔膜をコートしたものである。

図２２を参照すると、セパレータ４０は材料によって、透過傾向が異なる。しかし、いずれの材料に対しても、長波長の光ほど、透過率が高くなることがわかる。上記実施形態では、正極２４を検出する場合、光源７０からは、セパレータ４０を透過する波長の光を投光する必要がある。カメラ８０の感度にもよるが、少なくともセパレータの透過率が５０％以上となるような波長の光が、光源７０から投光されることが好ましい。透過率が５０％以上だと、確実にセパレータ４０を透過させて、正極２４を検出できる。

なお、正極２４は、アルミニウムや銅などの金属から形成されているので、光はほぼ透過しない。したがって、セパレータ４０さえ透過する波長以上であれば、上限は特にない。

以上のように、セパレータ４０の材料に関わらず、セパレータ４０に対する透過率に基づいて、投光する光の波長を設定できる。すなわち、セパレータ４０に対する透過率（５０％以上）により波長の下限を設定できる。

たとえば、図２２の透過特性を有するセラミックセパレータを採用した場合、約１３００ｎｍ以上の波長の光、たとえば近赤外光を使用できる。セラミックセパレータは、ポリプロピレンセパレータやポリエチレンセパレータに比べて光が透過しにくいが、近赤外光を使用することによって、透過させることができる。

（変形例）
上記実施形態では、袋詰正極２０として、セパレータ４０に正極２４が袋詰めされた形態について説明した。しかし、袋詰めされるのは負極３０であってもよい。この場合、袋詰電極として、袋詰負極について、セパレータに対する負極の位置が検出される。

また、上記実施形態では、光源７０は、カメラ８０と対向する位置に設けられている。しかし、光源７０とカメラ８０の位置関係はこれに限定されない。光源７０とカメラ８０とは、袋詰正極２０に対して同側に設けられてもよい。この場合、光源７０から照射された光は、セパレータ４０を透過して、正極２４に反射し、カメラ８０に撮像される。つまり、カメラ８０は、正極２４の影ではなく、正極２４の反射光を撮像する。

また、上記実施形態では、図１に示すように、正極リード１１および負極リード１２が外装材１３の同一端部から導出されている場合について説明した。しかし、これに限定されない。正極リード１１および負極リード１２がたとえば反対の端部から導出されてもよい。この場合、二次電池１０の発電要素１５を形成する際には、タブ部分２６、３４が相互に反対向きになるように袋詰正極２０と負極３０が積層される。

また、上記実施形態では、吸着ハンド１１４が袋詰正極２０をピックアップするための正極２４の基準位置が予め設定されており、当該基準位置に正極２４が位置するように、袋詰正極２０の位置を補正している。しかし、これに限定されない。たとえば、負極３０の位置は、電極位置検出装置２００により検出され、位置が調整されている。負極３０の位置は記憶部１５０に記憶できる。記憶した負極３０の位置に基づいて、正極２４をピックアップするための基準位置を演算し、演算した基準位置に正極２４が位置するように袋詰正極２０の位置を調整してもよい。なお、基準位置と正極２４の位置とが一致している場合は、正極２４の位置を調整しなくても良いことはもちろんである。また、基準位置と正極２４の位置とのズレが所定の誤差範囲内である場合は、正極２４の位置を調整しなくてもよい。

１０ 二次電池、
１５ 発電要素、
２０ 袋詰正極、
２２ 正極活物質層、
２４ 正極、
２６ タブ部分、
３０ 負極、
３２ 負極活物質層、
３４ タブ部分、
４０ セパレータ、
４２ 接合部、
６０、６２、６４ 吸着コンベア、
７０、７２ 光源、
８０、８２ カメラ、
１００ シート積層装置、
１１０ 積層ロボット、
１１２ Ｌ字状アーム、
１１４、１１６ 吸着ハンド、
１２０ 正極供給テーブル、
１２２ ＸＹステージ、
１２４ 支持台、
１２６ クランパ、
１３０ 負極供給テーブル、
１３２ ＸＹステージ、
１４０ 積層ステージ、
１４２ 載置部、
１４４ 駆動部、
１４６ クランパ、
１５０ 記憶部、
１６０ 制御部、
２００ 電極位置検出装置。

Claims (19)

1. 袋状に形成されたセパレータ内に第１電極が配置された袋詰電極と前記第１電極とは異なる極性の第２電極とを積層ステージ上で積層する電極積層装置であって、
   電極供給テーブルに載置された前記袋詰電極の前記第１電極の位置を検出する検出手段と、
   検出した前記第１電極の位置に基づいて、前記電極供給テーブルに載置された前記袋詰電極がピックアップされる時点での前記第１電極の位置が所定の位置となるように前記電極供給テーブルの位置を調整して、前記セパレータの位置とは無関係に前記第１電極の位置を調整する位置調整手段と、
   前記位置調整手段によって位置が調整された前記電極供給テーブルから前記袋詰電極をピックアップして、前記積層ステージに載置された第２電極に積層する積層手段と、
   を有する電極積層装置。
2. 前記位置調整手段は、検出した前記第１電極の位置および前記第２電極との積層に求められる基準位置に基づいて、前記電極供給テーブルの位置を調整する請求項１に記載の電極積層装置。
3. 前記位置調整手段は、前記電極供給テーブルを平面方向に移動および回転の少なくとも一方が可能なステージである請求項２に記載の電極積層装置。
4. 前記検出手段は、
   前記セパレータを透過し前記第１電極を透過しない第１光を、前記袋詰電極に投射する第１投光手段と、
   前記セパレータを透過した前記第１光を受光する第１受光手段と、を含み、
   前記第１受光手段による受光結果に基づいて、前記第１電極の位置を検出する請求項１〜３のいずれか一項に記載の電極積層装置。
5. 前記第１投光手段によって投光される前記第１光は、前記セパレータの透過率が５０％以上となる波長の光である請求項４に記載の電極積層装置。
6. 前記セパレータはセラミックセパレータであり、前記第１光は近赤外光である請求項４または請求項５に記載の電極積層装置。
7. 前記検出手段は、前記第１電極の辺を検出し、当該辺の位置に基づいて、前記第１電極の位置を検出する請求項１〜６のいずれか一項に記載の電極積層装置。
8. 前記検出手段は、
   前記セパレータに反射する第２光を投射する第２投光手段と、
   前記セパレータに反射した前記第２光を受光する第２受光手段と、
   前記第１受光手段および前記第２受光手段による受光結果に基づいて、前記セパレータおよび前記第１電極の位置を検出し、前記セパレータに対する前記第１電極の相対位置を検出する検出手段と、
   を有する請求項４に記載の電極積層装置。
9. 前記検出手段は、前記セパレータに対する前記第１電極の相対位置の良否を判断する請求項８に記載の電極積層装置。
10. 前記セパレータはセラミックセパレータであり、前記第１光は近赤外光である請求項８または請求項９に記載の電極積層装置。
11. 前記第１投光手段および前記第２投光手段は、前記第１電極を介して、相互に反対側に配置されており、
    前記第１受光手段および前記第２受光手段は、共通の受光装置により実現され、
    前記第１電極の位置は、前記第１電極によって遮断された前記第１光の影に基づいて検出される請求項８〜１０のいずれか一項に記載の電極積層装置。
12. 前記検出手段は、前記セパレータおよび前記第１電極の辺を検出し、それぞれの辺の位置に基づいて、前記セパレータに対する前記第１電極の位置を検出する請求項８〜１１のいずれか一項に記載の電極積層装置。
13. 前記検出手段は、前記第２受光手段による受光結果に基づいて、袋状の前記セパレータにめくれが発生しているかを検査する請求項８〜１２のいずれか一項に記載の電極積層装置。
14. 袋状の前記セパレータは、２枚のセパレータの端辺を接合部により接合して形成されており、
    前記検出手段は、前記第１受光手段による受光結果に基づいて、前記接合部を検出し、前記接合部に対する前記第１電極の相対位置に基づいて、電極位置の良否を判断する請求項８〜１３のいずれか一項に記載の電極積層装置。
15. 前記第１投光手段によって投光される前記第１光は、前記セパレータの透過率が５０％以上となる波長の光である請求項８〜１４のいずれか一項に記載の電極積層装置。
16. 袋状に形成されたセパレータ内に第１電極が配置された袋詰電極と前記第１電極とは異なる極性の第２電極とを積層ステージ上で積層する電極積層方法であって、
    電極供給テーブルに載置された前記袋詰電極の前記第１電極の位置を検出する検出工程と、
    検出した前記第１電極の位置に基づいて、前記電極供給テーブルに載置された前記袋詰電極がピックアップされる時点での前記第１電極の位置が所定の位置となるように前記電極供給テーブルの位置を調整して、前記セパレータの位置とは無関係に前記第１電極の位置を調整する位置調整工程と、
    前記位置調整工程によって位置が調整された前記電極供給テーブルから前記袋詰電極をピックアップして、前記積層ステージに載置された第２電極に積層する積層工程と、
    を有する電極積層方法。
17. 前記位置調整工程は、検出した前記第１電極の位置および前記第２電極との積層に求められる基準位置に基づいて、前記電極供給テーブルの位置を調整する請求項１６に記載の電極積層方法。
18. 前記検出工程は、
    前記セパレータを透過し前記第１電極を透過しない第１光を、前記袋詰電極に投射する第１投光工程と、
    前記セパレータを透過した前記第１光を受光する第１受光工程と、
    前記第１受光工程による受光結果に基づいて、前記第１電極の位置を検出する工程と、
    を含む請求項１６または請求項１７に記載の電極積層方法。
19. 前記検出工程は、
    前記セパレータに反射する第２光を投射する第２投光工程と、
    前記セパレータに反射した前記第２光を受光する第２受光工程と、
    前記第１受光工程および前記第２受光工程における受光結果に基づいて、前記セパレータおよび前記第１電極の位置を検出し、前記セパレータに対する前記第１電極の相対位置を検出する請求項１８に記載の電極積層方法。