JP6007397B2 - 二次電池の製造方法および製造装置 - Google Patents

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Description

本発明は二次電池の製造方法および製造装置に関し、特にリチウムイオン二次電池の製造に適用して有用なものである。
リチウムイオン二次電池等の二次電池は、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極板群を有する。この極板群の製造装置の一つとして、セパレータの連続体をジグザグ折りし、その各谷溝内に正極板と負極板とを挿入し、扁平に押し潰すジグザグスタック方式の製造装置がある（例えば、特許文献１参照）。かかるジグザグスタック方式の製造装置では、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運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載せている。
本発明者等は、特許文献１のジグザグスタック方式の製造装置で更なるタクトタイムの短縮を図るべく、正負の電極およびセパレータの位置精度を向上させることができる二次電池の製造方法および製造装置を提案した（特許文献２参照）。これは、帯状のセパレータを上方から垂下させ、テンションフリーの状態にしてから、複数のガイド部材を列同士間で水平方向に交差させることによりセパレータ（または一方の電極板を２枚のセパレータで挟んでなる重畳体）をジグザグ折りし、これにより形成された各谷溝内に正極板及び負極板（重畳体の場合は、他方の電極板）を挿入することにより、正極板および負極板がセパレータを挟んで何層にも重畳された二次電池の極板群を製造するものである。ここで、前記セパレータは、ジグザグ折り手段の上方に配設された収容ケース内にその上部側が収容され、ローラを介して下方に垂下されるとともに、前記ジグザグ折り手段の下方に配設された同様の収容ケース内にその下部側が収容される。このように、上下の収容ケースにセパレータの上部側および下部側を収容することでセパレータをジグザグ折りする場合のバッファ部分（余長部分）を確保している。すなわち、ジグザグ折りする場合、左右のガイド部材が相寄る方向に移動して同方向にセパレータを引き込むが、この移動に追従させるためのセパレータ長を確保しておく必要がある。
特開２００４−２２４４９号公報 ＰＣＴ／ＪＰ２０１１／０５９５６７
上記特許文献２に係る二次電池の製造方法および製造装置では、ジグザグ折り手段におけるジグザグ折りに際し、相対向するガイド部材の間に垂下されたセパレータは、ジグザグ折り手段の上方の収容ケース内にその上部側が収容され、ローラを介して下方に垂下されるとともに、ジグザグ折り手段の下方の収容ケース内にその下部側が収容された状態で、幅方向の位置が何ら規制されることなくテンションフリーとなる。
この結果、特許文献２によれば、特許文献１に記載するよりも正負の電極およびセパレータの位置精度の向上は期待できるが、前記複数のガイド部材の移動によりセパレータをジグザグ折りする際に、セパレータがバタツキながらガイド部材に引き込まれる可能性がある。かかる可能性は、セパレータの幅、厚みおよび表面状態のバラツキに起因して高くなり、前記極板群としての精度が許容値内に収まらない場合が生起される。それ故、幅や厚み等のサイズの決められた特定のセパレータを使用する場合に適してはいるが、サイズの異なるセパレータを用いる場合にはセパレータのバタツキによる影響をよく注意しなければならない。
さらに、特許文献２では、ジグザグ折り手段のガイド部材間に垂下されるセパレータの上部側および下部側が収容ケースに収容された状態でテンションフリーの状態を作り出すためにジグザグ折り工程の一回分毎にセパレータを一回一回切断して用いている。このため切断部近傍において、必然的にセパレータの切断のためのマージン部分を確保する必要が生じる。
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、ジグザグ折りの際のセパレータのガイド部材による引き込みを円滑に行わせることにより、さらに製品精度を向上させることができ、同時にセパレータの歩留まりを可及的に向上させることができる二次電池の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
本発明の第１の態様は、
セパレータを、相対向して配設された複数列のガイド部材の間に吊下げローラを介して吊下げた状態で前記ガイド部材の移動によりジグザグ折りにする工程と、ジグザグ折りにされた前記セパレータの各谷溝内に正極板と負極板とを交互に挿入することにより、前記セパレータを介して前記正極板と前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、前記セパレータの各谷溝内から前記ガイド部材を抜去した後、前記積層体を前記正極板と前記負極板とが積層された方向に押圧して極板群を製造する工程と、を有し、
前記セパレータの搬送方向に関し前記吊下げローラの上流側の途中を、相対的な上流側と下流側とで支持する少なくとも２個の支持ローラ間に配設され、前記セパレータの一方の面に当接して垂直方向に昇降可能に配置された少なくとも１個のバッファローラを、前記セパレータと当接しながら所定の上昇位置あるいは下降位置に占位させた状態で、前記吊下げローラを介して前記ガイド部材間に前記セパレータを吊下げし、前記ガイド部材の移動によるジグザグ折り工程に際しては、前記バッファローラが下降あるいは上昇することを特徴とする二次電池の製造方法にある。
本態様によれば、昇降可能に配置したバッファローラの上昇によりジグザグ折りされるセパレータの引き込み長さを補完することができるので、セパレータを事前に切断することなく、連続した状態で所定のジグザグ折りを行うことができる。かくして、ジグザグ折りは、実質的なテンションフリー状態で行われる。この結果、ガイド部材によるセパレータ等の引き込みの際にセパレータが幅方向に移動してバタツクという現象を抑制してガイド部材によるセパレータの引き込みを円滑に行わせることができる。
しかも、セパレータは、ジグザグ折りするより前に所定の長さに切断しておく必要がなく、連続した状態で所定のジグザグ折りを行うことができるので、セパレータの歩留まりを可及的に向上させることができる。
本発明の第２の態様は、
正負の電極板の一方を２枚のセパレータで挟んだ重畳体を、相対向して配設された複数列のガイド部材の間に吊下げローラを介して吊下げた状態で前記ガイド部材の移動によりジグザグ折りにする工程と、ジグザグ折りにされた前記重畳体の各谷溝内に前記電極板の他方を挿入することにより、前記セパレータを介して正極板と負極板とが交互に重なり合う積層体を形成する工程と、さらに前記重畳体の各谷溝内から前記ガイド部材を抜去した後、前記積層体を前記正極板と前記負極板とが積層された方向に押圧して極板群を製造する工程と、を有し、
前記重畳体の搬送方向に関し前記吊下げローラの上流側の途中を、相対的な上流側と下流側とで支持する少なくとも２個の支持ローラ間に配設され、前記重畳体の一方の面に当接して垂直方向に昇降可能に配置された少なくとも１個のバッファローラを、前記重畳体に当接しながら所定の上昇位置あるいは下降位置に占位させた状態で、前記吊下げローラを介して前記ガイド部材間に前記重畳体を吊下げし、前記ガイド部材の移動によるジグザグ折りに際しては前記バッファローラが下降あるいは上昇することを特徴とする二次電池の製造方法にある。
本態様によれば、第１の態様と同様の作用・効果に加え、重畳体に一方の電極板のみを挿入すれば良いので、第１の態様と同じ性能の極板群を製造する場合、重畳体の谷溝の数が半分になり、ガイド部材等の個数も略半数に減らすことができ、装置の簡略化や歩留りの向上が期待できる。
本発明の第３の態様は、
第１または第２の態様に記載する二次電池の製造方法において、
前記支持ローラのうち最下流の支持ローラと前記吊下げローラとの間では、この間を移動する前記セパレータまたは重畳体の下面側から気体を吹付けて前記セパレータまたは重畳体を支持することを特徴とする二次電池の製造方法にある。
本態様によれば、物理的な接触を行うことなくセパレータまたは重畳体を支持することができるので、セパレータまたは重畳体の所定の搬送を良好に行うことができる。
本発明の第４の態様は、
第３の態様に記載する二次電池の製造方法において、
前記気体はイオンエアーであることを特徴とする二次電池の製造方法にある。
本態様によれば、イオンエアーによる除電効果によりセパレータまたは重畳体の帯電も防止あるいは除去することができるので、ジグザグ折り工程において隣接するセパレータまたは重畳体同士の静電力による吸着を未然に防止することができる。
本発明の第５の態様は、
第１〜第４の態様のいずれか１つに記載する二次電池の製造方法において、
前記支持ローラのうち最下流の支持ローラと前記吊下げローラとの間では、前記セパレータまたは重畳体が前記支持ローラから前記吊下げローラに向けて上昇するように傾斜させて搬送するようにしたことを特徴とする二次電池の製造方法にある。
本態様によれば、支持ローラから吊下げローラに向けて搬送されるセパレータまたは重畳体の走行に伴う運動エネルギーを位置エネルギーに変換して制動することができる。この結果、ジグザグ折り工程においてセパレータが急激に引き込まれても所定の位置で良好に停止させることができる。
本発明の第６の態様は、
鉛直方向にジグザグ状に配列された複数のガイド部材を有し、前記ガイド部材の一方の列と他方の列との間に吊下げローラを介して吊下げられたセパレータを、前記ガイド部材を列同士間で水平方向に交差させてジグザグ折りするジグザグ折り手段と、
所定枚数の正極板が載置される正極板用の極板搬送部材と所定枚数の負極板が載置される負極板用の極板搬送部材をそれぞれ備え、前記正極板用と前記負極板用の極板搬送部材とを前記セパレータの各谷溝内に移動させることで各谷溝内に前記正極板と前記負極板とを交互に挿入する極板挿入手段と、
前記セパレータの搬送方向に関し前記吊下げローラの上流側の途中を、相対的な上流側と下流側とで支持する少なくとも２個の支持ローラと、該支持ローラの間に配設されるとともに前記セパレータの一方の面に当接させて垂直方向に可能に配置された少なくとも１個のバッファローラとを備えたセパレータ供給手段と、を有し、
前記バッファローラは、前記セパレータと当接しながら所定の上昇位置あるいは下降位置に占位させた状態のとき、前記吊下げローラを介して前記ガイド部材間に前記セパレータが吊下げられるとともに、前記ガイド部材の移動に伴うジグザグ折りに際しては、前記バッファローラが下降あるいは上昇することを特徴とする二次電池の製造装置にある。
本態様によれば、昇降可能に配置したバッファローラの上昇によりジグザグ折りされるセパレータの引き込み長さを補完することができるので、事前にセパレータを切断することなく、連続した状態で所定のジグザグ折りを行うことができる。かくして、ジグザグ折りは、実質的なテンションフリー状態で行われる。この結果、ガイド部材によるセパレータ等の引き込みの際にセパレータが幅方向に移動してバタツクという現象を抑制してガイド部材によるセパレータの引き込みを円滑に行わせることができる。
しかも、セパレータは、ジグザグ折りする前に所定の長さに切断しておく必要がなく、連続した状態で所定のジグザグ折りを行うことができるので、セパレータの歩留まりを可及的に向上させることができる。
本発明の第７の態様は、
鉛直方向にジグザグ状に配列された複数のガイド部材を有し、前記ガイド部材の一方の列と他方の列との間に吊下げローラを介して吊下げられた、正負の電極板の一方を２枚のセパレータで挟んだ重畳体を、前記ガイド部材を列同士間で水平方向に交差させてジグザグ折りするジグザグ折り手段と、
所定枚数の前記電極板の他方が載置される極板搬送部材を備え、前記極板搬送部材を前記重畳体の各谷溝内に移動させることで各谷溝内に前記他方の電極板を挿入する極板挿入手段と、
前記重畳体の搬送方向に関し前記吊下げローラの上流側の途中を、相対的な上流側と下流側とで支持する少なくとも２個の支持ローラと、該支持ローラの間に配設されるとともに前記重畳体の一方の面に当接させて垂直方向に可能に配置された少なくとも１個のバッファローラとを備えたセパレータ供給手段と、を有し、
前記バッファローラは、前記重畳体と当接しながら所定の上昇位置あるいは下降位置に占位させた状態のとき、前記吊下げローラを介して前記ガイド部材間に前記重畳体が吊下げられるとともに、前記ガイド部材の移動によるジグザグ折りに際しては、前記バッファローラが下降あるいは上昇することを特徴とする二次電池の製造装置にある。
本態様によれば、第６の態様と同様の作用・効果に加え、重畳体に一方の電極板のみを挿入すれば良いので、第６の態様と同じ性能の極板群を製造する場合、重畳体の谷溝の数が半分になり、ガイド部材等の個数も略半数に減らすことができ、装置の簡略化や歩留りの向上が期待できる。
本発明の第８の態様は、
第６または第７の態様に記載する二次電池の製造装置において、
前記セパレータまたは重畳体の下面側から気体を吹付けて前記セパレータまたは重畳体を支持するエアー吹出手段を、前記支持ローラのうち最下流の支持ローラと前記吊下げローラとの間に配設したことを特徴とする二次電池の製造装置にある。
本態様によれば、物理的な接触を行うことなくセパレータまたは重畳体を支持することができるので、セパレータまたは重畳体の所定の搬送を良好に行うことができる。
本発明の第９の態様は、
第８の態様に記載する二次電池の製造装置において、
前記気体はイオンエアーであることを特徴とする二次電池の製造装置にある。
本態様によれば、イオンエアーによる除電効果によりセパレータまたは重畳体の帯電も防止あるいは除去することができるので、ジグザグ折り工程において隣接するセパレータまたは重畳体同士の静電力による吸着を未然に防止することができる。
本発明の第１０の態様は、
第６〜第９の態様のいずれか１つに記載する二次電池の製造装置において、
前記支持ローラのうち最下流の支持ローラと前記吊下げローラとの間では、前記セパレータまたは重畳体が前記支持ローラから前記吊下げローラに向けて上昇するように傾斜させて搬送するように構成したことを特徴とする二次電池の製造装置にある。
本態様によれば、支持ローラから吊下げローラに向けて搬送されるセパレータまたは重畳体の走行に伴う運動エネルギーを位置エネルギーに変換して制動することができる。この結果、ジグザグ折り工程においてセパレータが急激に引き込まれても所定の位置で良好に停止させることができる。
本発明によれば、セパレータまたは重畳体（以下、「セパレータ等」という）を連続した状態でジグザグ折り手段のガイド部材間に吊下げられ、実質的なテンションフリー状態でガイド部材が移動することによりジグザグ折り成形が行われるので、ガイド部材によるセパレータ等の引き込みの際にセパレータ等が幅方向に移動してバタツクという現象を抑制してガイド部材によるセパレータ等の引き込みを円滑に行わせることができる。この結果、セパレータ等の幅、厚み、表面状態が多少ばらついても、極板群の精度を充分許容値の範囲内に収めることができ、品質の向上に資することができる。
また、セパレータ等は、ジグザグ折りする前に所定の長さに切断しておく必要がなく、連続した状態で所定のジグザグ折りを行うことができるので、セパレータ等の歩留まりを可及的に向上させることができる。
本発明の実施の形態に係る極板群が収納された角形電池の概略を示す斜視図である。 図１に示す極板群の概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る二次電池製造装置における極板群製造手段を示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその正面図である。 図３に示す製造装置を用いたセパレータのジグザグ折工程の途中の態様を示す概略図である。 図３に示す製造装置を用いたセパレータのジグザグ折工程の途中の他の態様を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る二次電池製造装置におけるセパレータ供給手段を極板群製造手段との関係において示す概略図で、（ａ）がセパレータのジグザグ折りの前工程、（ｂ）がジグザグ折り工程の態様をそれぞれ示している。 本発明の実施の形態に係る製造装置を用いた二次電池の製造方法を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る製造装置を用いた二次電池の製造方法を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る製造装置を用いた二次電池の製造方法を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る製造装置を用いた二次電池の製造方法を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る製造装置を用いた二次電池の製造方法を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る製造装置を用いた二次電池の製造方法を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る製造装置を用いた二次電池の製造方法を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る製造装置を用いた二次電池の製造方法を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る製造装置で製造される他の極板群を示す概略図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１および図２に示すように、リチウムイオン二次電池である角形電池（二次電池）１は、角形ケース２を備え、この角形ケース２内には極板群３が収納されている。角形ケース２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２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３は、ジグザグ折りされたセパレータ４と、このセパレータ４の各谷溝４ａ内に交互に挿入された一方の極板（例えば、正極板５）と他方の極板（例えば、負極板６）とを具備する。正極板５と負極板６とは、各々の間にセパレータ４が介在するように交互に重ね合わせられ、セパレータ４が扁平に畳まれた状態になっている。正極板５と負極板６とはセパレータ４から互いに反対側に突出するリード部５ａ，６ａを備え、各極のリード部５ａ，６ａはそれぞれ束ねられる。そして束ねられた正極板５のリード部５ａは上記正極端子に接続され、束ねられた負極板６のリード部６ａは上記負極端子に接続される。
このような構成の極板群３は、二次電池の製造装置で製造される。本実施の形態に係る製造装置は、セパレータ４をジグザグ折りして極板群３を製造するため、ジグザグ折り手段と極板挿入手段とを有して構成される極板群製造手段Ｉとジグザグ折りするためのセパレータ４を供給するセパレータ供給手段IIを有している。図３は、極板群製造手段Ｉを示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその正面図である。同図に示すように、ジグザグ折り手段２０は、鉛直方向にジグザグ状に配列された複数のガイド棒（ガイド部材）２１を有し、詳しくは後述するが、このガイド棒２１の一方の列２２Ａと他方の列２２Ｂとの間にセパレータ４を配置して、ガイド棒２１を列２２Ａ，２２Ｂ同士間で水平方向に交差させて、セパレータ４をジグザグ折りする。
ガイド棒２１は、セパレータ４に対して供給される正極板５および負極板６の枚数と同じ本数か、またはそれ以上の本数設けられている。これら複数本のガイド棒２１は、図示しない基台上に垂直方向に二列２２Ａ，２２Ｂで各々水平に配列される。また各ガイド棒２１は、列２２Ａ，２２Ｂ間でジグザクになるように、すなわち鉛直方向においてジグザグになるように配列される。これらのガイド棒２１は、列２２Ａ，２２Ｂごとに設けられた縦フレーム２３，２４にそれぞれ片持ち状に支持されている。
また、ジグザグ折り手段２０は、ガイド棒２１を水平方向に移動することにより、列２２Ａ，２２Ｂ間で交差させてセパレータ４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、例えば、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。なお、このようにボールネジ、モータ等で構成される駆動部は通常の送り手段であるから図示は省略する。
極板挿入手段３０は、ジグザグ折り手段２０を構成するガイド棒２１の各列２２Ａ，２２Ｂの後方に配される一対の極板搬送部材３１（３１Ａ，３１Ｂ）を備える。各極板搬送部材３１は、所定枚数の正極板５又は負極板６が載置される複数の極板搬送トレー３２を有する。図３においては、セパレータ４より左側に配置された極板搬送部材３１Ａの極板搬送トレー３２には正極板５が載置され、セパレータ４より右側に配置された極板搬送部材３１Ｂの極板搬送トレー３２には負極板６が載置されている。そして極板挿入手段３０は、これらの極板搬送トレー３２を、ガイド棒２１の水平方向への移動に同期させてセパレータ４に形成される谷溝４ａ（図２参照）内に移動させることで、各谷溝４ａ内に正極板５と負極板６とを交互に挿入する。
本形態では、極板挿入手段３０は、一方の極板（例えば、正極板５）を搬送する第１の極板搬送部材（例えば、正極板用極板搬送部材）３１Ａと、他方の極板（例えば、負極板６）を搬送する第２の極板搬送部材（例えば、負極板用極板搬送部材）３１Ｂと、を備えている。第１の極板搬送部材３１Ａは、極板群３に必要な一方の極板（例えば、正極板５）の枚数と同数個の極板搬送トレー３２を備えている。第１の極板搬送部材３１Ａの各極板搬送トレー３２は、一方の列２２Ａを構成するガイド棒２１の後方に、極板搬送トレー３２の電極板載置面が水平になるように配置され、その後端が支持フレーム３３Ａによって連結されている。同様に、第２の極板搬送部材３１Ｂも極板群３に必要な他方の極板（例えば、負極板６）の枚数と同数個の極板搬送トレー３２を備える。第２の極板搬送部材３１Ｂの各極板搬送トレー３２は、他方の列２２Ｂを構成するガイド棒２１の後方に、極板搬送トレー３２の電極載置面が水平になるように配置され、その後端が支持フレーム３３Ｂによって連結されている。
各支持フレーム３３Ａ，３３Ｂは、一方の極板としての正極板５または他方の極板としての負極板６の搬送方向に伸縮可能なピストン・シリンダ装置３４のピストンロッド３４ａにそれぞれ連結されている。また各ピストン・シリンダ装置３４は、正極板５または負極板６の搬送方向に往復移動可能な往復台３５にそれぞれ設置されている。
各往復台３５は、ボールネジ等からなる駆動部により水平方向に移動可能に構成されている。具体的には、各往復台３５は、図示しない基台上に回転可能に設置された送りネジであるネジ軸３６に螺合するナット３７に連結されている。ネジ軸３６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。ネジ軸３６が回転すると、回転方向に応じて、第１および第２の極板搬送部材３１Ａ，３１Ｂのそれぞれがセパレータ４に向かって、あるいはセパレータ４から離れる方向に移動される。
なお、第１および第２の極板搬送部材３１Ａ，３１Ｂそれぞれの極板搬送トレー３２の左右両側（電極載置面と水平な方向において、極板搬送トレー３２の移動方向とは直交する方向における両側）には、極板搬送トレー３２上に載置される極板の縁部に当接される一対の押し部材３８が設けられている。押し部材３８は、具体的には各極板搬送トレー３２の左右両側から突出した正極板５および負極板６の縁部に当接する一対の縦棒として構成され、各往復台３５に取り付けられている。
セパレータ４はジグザグ折り手段２０のガイド棒２１の相対向する列２２Ａ，２２Ｂ間に、セパレータ供給手段IIの吊下げローラ４１を介して吊下されている。
ここで、上述の如き極板群製造手段Ｉを用いて極板群３を製造する際の態様を説明する。図４および図５は、図３に示す極板群製造手段Ｉを用いたセパレータのジグザグ折り工程の途中の態様をそれぞれ示す概略図である。図４に示すように、ジグザグ状に配列されたガイド棒２１の列２２Ａ，２２Ｂ間にセパレータ４が吊下げられた状態で、ガイド棒２１の列２２Ａ，２２Ｂをセパレータ４側に向かってそれぞれ水平に移動させ、図５に示すように、ガイド棒２１を列２２Ａ，２２Ｂ間で交差させる。このとき、図示はしないが、同期してセパレータ供給手段IIのバッファローラが上方に移動し、ガイド棒２１に引き込まれる長さ分のセパレータ４を供給する。したがって、かかるセパレータ４のガイド棒２１による引き込みは、セパレータ４が実質的にテンションフリーの状態で円滑に行われる。なお、かかるセパレータ供給手段IIの動作に関しては後に詳述する。
ガイド棒２１の水平方向への移動に同期してネジ軸３６の回転により往復台３５が移動する。これにより、第１および第２の極板搬送部材３１Ａ，３１Ｂ、ならびに押し部材３８をセパレータ４に向かって移動させる。往復台３５の移動の開始はガイド棒２１の移動開始と同時、ガイド棒２１の移動開始後におけるガイド棒２１の移動中、あるいはガイド棒２１の移動終了と同時あるいは所定時間後のいずれでもよい。タクトタイムを考慮すると、ガイド棒２１の移動開始と同時あるいは移動開始から短い時間おいた後でガイド棒２１の移動中である方が望ましく、このタイミングを検知して同期した移動を行うようにするのがよい。この結果、ガイド棒２１を列２２Ａ，２２Ｂ間で交差するように水平方向に移動してセパレータ４に形成される谷溝４ａ内に向かって第１および第２の極板搬送部材３１Ａ，３１Ｂ、ならびに押し部材３８を水平方向に移動する。かくして、第１の極板搬送部材３１Ａの各極板搬送トレー３２に予め搭載された正極板５、および第２の極板搬送部材３１Ｂの各極板搬送トレー３２に予め搭載された負極板６が、ジグザグ折りされたセパレータ４の各谷溝４ａ内に交互に挿入される。この結果、セパレータ４を介して正極板５と負極板６とが交互に重なり合う積層体が形成される。その後、セパレータ４の各谷溝４ａ内からガイド棒２１が抜き取られ、押し部材３８を残して第１および第２の極板搬送部材３１Ａ，３１Ｂがセパレータ４から離れる方向に移動されることでセパレータ４の各谷溝４ａ内に正極板５と正極板６が残され、セパレータ４を介して正極板５と負極板６とが交互に積層された積層体が形成される。かかる積層体は正極板５と負極板６の積層方向で所定のプレス手段（図示せず）によって押圧（プレス）して一体化され、極板群３が形成される。
図６は、本形態に係る二次電池製造装置におけるセパレータ供給手段IIを極板群製造手段Ｉとの関係において示す概略図で、（ａ）がセパレータ４のジグザグ折りの前工程、（ｂ）がジグザグ折り工程の態様をそれぞれ示している。図６（ａ）に示すように、この状態では、ガイド棒２１の列２２Ａ，２２Ｂが離間されており、その間にセパレータ４が吊下げローラ４１を介して吊下げられている。ここで、セパレータ４は、ロール状に巻回されたロール部材４０として回転軸４８に回転可能に支持してある。ロール部材４０と吊下げローラ４１との間には支持ローラ４２，４３，４４および中心軸の位置が上下方向に移動可能に形成されたバッファローラ４５，４６を有している。バッファローラ４５，４６は支持ローラ４２，４３，４４の間に配置されており、図６に示されるように、図の水平方向において、支持ローラ４２，４３，４４とバッファローラ４５，４６が交互に配置されている。また、吊下げローラ４１側に移動して吊下げローラ４１とでセパレータ４を挟持する可動ローラ４９も図に示している。可動ローラ４９の動作、役割は後ほど述べる。
一方、図６（ｂ）は、ガイド棒２１の列２２Ａ，２２Ｂが相寄る方向に移動されてセパレータ４がジグザグ折りされるとともに、ジグザグ折りされたセパレータ４間に交互に正極板５および負極板６が挿入された状態を示している。このとき、バッファローラ４５，４６は、ガイド棒２１の列２２Ａ，２２Ｂの移動と同期して図６（ａ）に示す最下降位置から最上昇位置まで上昇させる。かかるバッファローラ４５，４６の上昇により支持ローラ４４から吊下げローラ４１を介して先端に至るセパレータ４の長さに余長分が供給される。つまり、バッファローラ４５，４６を最下降位置へ下降した際の支持ローラ４２，４３，４４とバッファローラ４５，４６とにより保持されたセパレータ４の余長分が、セパレータ４のジグザグ折りに際し、ガイド棒２１により水平に引き込まれるセパレータ４の量に相当するようにしている。この結果、ジグザグ折りの際のセパレータ４の引き込み量が、バッファローラ４５、４６の図６（ａ）に示す状態から図６（ｂ）に示す状態までの上昇距離の２倍までであれば、セパレータ４の引き込みに際してセパレータ４は実質的にテンションフリー状態で円滑に引き込まれてジグザグ折りされる。ここで、本形態は、２個のバッファローラ４５，４６を有するものとしたが、その数には特別な制限はない。各バッファローラの上下移動のストロークとバッファローラの数の積が、セパレータ４のジグザグ折りに際し、ガイド棒２１により水平に引き込まれるセパレータ４の寸法を確保できるような構成となっていれば良い。
このように、本形態では、上下方向に移動可能に形成されたバッファローラ４５を支持ローラ４２，４３の間に配設するとともに、同様に上下方向に移動可能に形成されたバッファローラ４６を支持ローラ４３、４４の間に配設することでジグザグ折り工程におけるセパレータ４の引き込み量を確保するバッファ部を形成している。
また、本形態において、支持ローラ４４と吊下げローラ４１との間におけるセパレータ４の下面側には、エアー吹出手段４７が配設されており、このエアー吹出手段４７でセパレータ４の下面にエアーを吹付けてセパレータ４を下方から非接触で支持するようになっている。吹付けるエアーは搬送されるセパレータ４の帯電を防止あるいは除去する効果を奏するイオンエアーとしている。さらに、本形態における支持ローラ４４は、その垂直方向の位置が、吊下げローラ４１の垂直方向の位置よりも下方に配設されている。これに合わせて、エアー吹出手段４７は、そのエアー吹出面がセパレータ４の下面と平行になるよう、セパレータ４の供給側である上流側４７Ａよりも排出側である下流側４７Ｂを上方に位置させて図中右上がりに傾斜させて配設してある。
かかるエアー吹出手段４７は必ずしも必要なものではないが、このような非接触構造を採用することにより、ローラでセパレータ４を支持する場合等のようにセパレータ４との物理的な接触部分を排除し得る。ちなみに、セパレータ４が、ロール部材４０から引き出され、ローラ等に接触しつつ極板群製造手段Ｉに搬送されることで、引き出しやローラとの接触に伴う摩擦によりセパレータ４が帯電してしまう。このように、帯電したままでは静電気により、セパレータ４の搬送時に搬送方向を規定するためのガイド部（図示せず）に接触して正しい方向に搬送されなくなってしまったり、隣接するセパレータ４同士が吸着されてしまい、ガイド棒２１の移動によるセパレータ４の引き込みを円滑に行わせることができない。このため、吹付ける気体として、イオンエアーのような帯電を防止し、除電を行う気体を吹き付けることでセパレータ４が帯電することを防止するとともに帯電しているセパレータ４を除電することができる。エアー吹出手段４７からのエアーの吹出しは常時行うものとしてもよいし、セパレータ４が搬送されるときとその前後に吹出し、しばらく搬送しないようなときには吹出しを止めるようにするなど必要に応じて吹出しを制御するようにしてもよい。常時吹出すようにすれば、搬送されるセパレータ４全体に対しての除電を確実に行えるため、隣接するセパレータ４同士の吸着をより確実に抑制することが期待でき、搬送状況に応じて吹出しを制御するようにすれば、無用なイオンエアーの吹出し動作を減らすことができ、同一箇所に対して長時間イオンエアーを吹出し続けてしまうことによるセパレータ４の変形等の不具合を生ずる可能性も抑えることができる。
また、本形態では、上述の如く、セパレータ４が支持ローラ４４から吊下げローラ４１に向けて位置が上昇するように傾斜させてあるが、かかる構成を採用することも任意である。ただ、このように傾斜させることにより、吊下げローラ４１を介して極板群製造手段Ｉに引き込まれる際のセパレータ４を制動することができる。すなわち、セパレータ４が、ジグザグ折り工程でガイド棒２１の水平方向移動に伴い引き込まれる際、かかる引き込みが、セパレータ４の実質的なテンションフリー状態で行われるので、引き込み動作で加速されたセパレータ４が、引き込み動作が終了しても停止することができず、所定の停止位置を行き過ぎてしまう場合がある。かかる行き過ぎを防止すべく、本形態では、支持ローラ４４から吊下げローラ４１に向けてセパレータ４が図中右上がり方向に搬送されるように構成することにより、吊下げローラ４１を介して引き込まれるセパレータ４の運動エネルギーを支持ローラ４４と吊下げローラ４１との垂直方向高さの差に基づく位置エネルギーに変換して制動をかける構造としている。
ここで、図７〜図１４に基づき本形態に係る二次電池の製造装置を用いた二次電池の製造方法を説明する。図７は本形態に係る二次電池の製造装置を用いた極板群の製造方法を示す概略図である。同図は、前工程で極板群３の製造が完了した後の初期状態を示している。かかる初期状態では前工程で切断されたセパレータ４の先端部が吊下げローラ４１から吊下げられている。このとき、可動ローラ４９は吊下げローラ４１の方向に移動させてあり、吊下げローラ４１と可動ローラ４９とでセパレータ４が挟持された状態でセパレータ供給手段IIは、バッファローラ４５，４６（図６参照；以下同じ）の下降とともにロール部材４０が回転してセパレータ４が繰り出され、図６（ａ）に示す状態となっている。また、このとき極板群製造手段Ｉの相対向する列２２Ａ，２２Ｂは離間されている。
かかる状態から図８に示すように、可動ローラ４９を吊下げローラ４１から離間する方向に移動させて、セパレータ４を挟んでその両面側にそれぞれ配設されているクランプ部材５０Ａ、５０Ｂからなるクランプ５０でセパレータ４の先端部を挟持する。押圧部材５１は図１１の押圧部材５２とでジグザグ折りされた谷溝部に電極板が挿入されたセパレータ４の積層体に対して押圧処理を施すことにより極板群３を形成することに用いられるものである。
その後、図６（ａ）の状態でロール部材４０が回転してセパレータ４を繰り出しつつ、図９に示すように、セパレータ４の先端部をクランプしたままクランプ５０（図９には図示せず）を下方に移動させてセパレータ４が列２２Ａ，２２Ｂ間に配置されるように引き下げる。この後、セパレータ４からクランプ部材５０Ａ、５０Ｂを離間させてセパレータ４をクランプ状態から解放する。なお、図示していないが、この後クランプ５０は、図９における手前側あるいは奥側に移動して上昇し、次の処理に備えるように動作する。
この状態から、図１０に示すように、各ガイド棒２１を水平方向に移動させ、ガイド棒２１の列２２Ａ，２２Ｂ同士間で交差させる。このとき、同期してセパレータ供給手段IIのバッファローラ４５，４６を上方に移動させる。この移動により、バッファローラ４５，４６それぞれの上昇量の加算値の２倍の長さのセパレータ４を余長分として繰り出すことができるので、ガイド棒２１に引き込まれる長さ相当分のセパレータ４が供給される。したがって、かかるセパレータ４のガイド棒２１による引き込み、およびジグザグ折りは、セパレータ４が実質的にテンションフリーの状態で円滑に行われる。特に、本形態ではセパレータ４がセパレータ供給手段IIから切断されることなく、連続した状態でジグザグ折り成形が行われるので、ガイド棒２１によるセパレータ４の引き込みの際にセパレータ４が幅方向に移動してバタツクという現象を可及的に抑制することができる。
セパレータ４のジグザグ折り成形が完了した後、図５に基づく説明と同様の態様で、ジグザグ折りされたセパレータ４の間に正極板５と負極板６とを交互に挿入してセパレータ４を挟んだ正極板５と負極板６との積層体を形成する。同時に積層体の上方から押圧部材５１を下降させ、積層体の上面に当接させることにより図１１に示す状態とする。
図１１に示す状態において、同様の押圧部材５２を下方から上昇させて積層体の下面に当接させる。
かくして、図１２に示すように、積層体を押圧部材５１，５２で上下から挟持する。かかる状態から、ガイド棒２１を退避させるとともに、第１および第２の極板搬送部材３１Ａ，３１Ｂを退避させる。その後、積層体を押圧部材５１，５２で挟持した状態で上昇させ、可動ローラ４９を吊下げローラ４１の方向に移動して吊下げローラ４１と可動ローラ４９とでセパレータ４を挟持し、図１３に示すように、上方の所定位置でカッタ５３によりセパレータ４の終端部を切り離す。切り離した積層体は極板群３に成形されて製品となる。
積層体の切り離しの結果、図１４に示すように、クランプ部材５０Ａ、５０Ｂがセパレータ４の先端部を挟持可能な位置に移動していき、極板群製造手段Ｉは図７に示す場合と同様の初期状態となる。一方、セパレータ供給手段IIは、図示はしないが、バッファローラ４５，４６が上昇位置にある。したがって、かかる状態からバッファローラ４５，４６を下降させつつロール部材４０を回転してセパレータ４を繰り出すことにより初期状態（図７の状態）となる。
図１５は本発明の他の実施の形態における極板群を示す概略図である。同図に示すように、本形態における極板群３Ａは、ジグザグ折りされた連続状の重畳体１００と、この重畳体１００の各谷溝１００ａ内に挿入された正極板５とを具備する積層体として構成される。重畳体１００は２枚のセパレータ４Ａで負極板６Ａを挟んで形成した積層体である。このため、重畳体１００の各谷溝１００ａ内に挿入された正極板５はセパレータ４Ａを介して負極板６Ａと対峙することになる。
かかる本形態の構成においても、図３〜図１４に基づき説明した前記実施の形態の場合と同様に、正極板５と負極板６Ａとには互いに逆向きにセパレータ４Ａから突出するリード部５ａ，６ａが設けられる（図２参照）。そして、各極のリード部５ａ，６ａはそれぞれ束ねられて角形ケース２（図１参照）の図示しない正極端子及び負極端子にそれぞれ接続される。
このような極板群３Ａを製造する製造装置は、基本的に、図３に示す前記実施の形態と同様の構成となっているが、セパレータ供給手段IIからはセパレータ４の代わりに重畳体１００が供給されて、ジグザグ折手段２０のガイド棒２１の列２２Ａ，２２Ｂ間に配置される。また、同時に、第１および第２の極板搬送部材３１Ａ，３１Ｂのそれぞれが、正極板５を重畳体１００の谷溝１００ａ内に搬送する。
かかる本形態によれば重畳体１００に正極板５のみを挿入する谷溝１００ａを形成すればよい。このため、前記実施の形態の極板群３と同様な性能の極板群３Ａを製造する場合、重畳体１００の谷溝１００ａの数は前記実施の形態の場合に比べ半数で足りる。したがってガイド棒２１や極板搬送トレー３２の個数も略半数に減らすことができ、ひいてはタクトタイムをさらに短縮することができるという効果を奏する。
なお、本形態における重畳体１００は２枚のセパレータ４Ａで負極板６Ａを挟んで形成した積層体であるが、負極板６Ａの代わりに正極板を挟んで形成したものであっても構わない。この場合には、第１および第２の極板搬送部材３１Ａ，３１Ｂのそれぞれが、負極板６を重畳体１００の谷溝１００ａ内に搬送する。
本発明は二次電池を電子機器等の非常用電源装置として利用する非常用電源システムを製造する産業分野や、二次電池をエネルギー源として利用する電気自動車の製造を行う産業分野において有効に利用することができる。
Ｉ 極板群製造手段
II セパレータ供給手段
１ 角形電池
２ 角形ケース
３ 極板群
４ セパレータ
４ａ 谷溝
５ 正極板
６ 負極板
５ａ，６ａ リード部
２０ ジグザグ折り手段
２１ ガイド棒
２３，２４ 縦フレーム
３０ 極板挿入手段
３１ 極板搬送部材
３２ 極板搬送トレー
３３ 支持フレーム
３８ 押し部材
４１ 吊下げローラ
４２，４３，４４ 支持ローラ
４５、４６ バッファローラ
４７ エアー吹出手段
４７Ａ 上流側
４７Ｂ 下流側
５０ クランプ
５３ カッタ

Claims (10)

  1. セパレータを、相対向して配設された複数列のガイド部材の間に吊下げローラを介して吊下げた状態で前記ガイド部材の移動によりジグザグ折りにする工程と、ジグザグ折りにされた前記セパレータの各谷溝内に正極板と負極板とを交互に挿入することにより、前記セパレータを介して前記正極板と前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、前記セパレータの各谷溝内から前記ガイド部材を抜去した後、前記積層体を前記正極板と前記負極板とが積層された方向に押圧して極板群を製造する工程と、を有し、
    前記セパレータの搬送方向に関し前記吊下げローラの上流側の途中を、相対的な上流側と下流側とで支持する少なくとも２個の支持ローラ間に配設され、前記セパレータの一方の面に当接して垂直方向に昇降可能に配置された少なくとも１個のバッファローラを、前記セパレータと当接しながら所定の上昇位置あるいは下降位置に占位させた状態で、前記吊下げローラを介して前記ガイド部材間に前記セパレータを吊下げし、前記ガイド部材の移動によるジグザグ折り工程に際しては、前記バッファローラが下降あるいは上昇することを特徴とする二次電池の製造方法。
  2. 正負の電極板の一方を２枚のセパレータで挟んだ重畳体を、相対向して配設された複数列のガイド部材の間に吊下げローラを介して吊下げた状態で前記ガイド部材の移動により、ジグザグ折りにする工程と、ジグザグ折りにされた前記重畳体の各谷溝内に前記電極板の他方を挿入することにより、前記セパレータを介して正極板と負極板とが交互に重なり合う積層体を形成する工程と、さらに前記重畳体の各谷溝内から前記ガイド部材を抜去した後、前記積層体を前記正極板と前記負極板とが積層された方向に押圧して極板群を製造する工程と、を有し、
    前記重畳体の搬送方向に関し前記吊下げローラの上流側の途中を、相対的な上流側と下流側とで支持する少なくとも２個の支持ローラ間に配設され、前記重畳体の一方の面に当接して垂直方向に昇降可能に配置された少なくとも１個のバッファローラを、前記重畳体と当接しながら所定の上昇位置あるいは下降位置に占位させた状態で、前記吊下げローラを介して前記ガイド部材間に前記重畳体を吊下げし、前記ガイド部材の移動によるジグザグ折り工程に際しては、前記バッファローラが下降あるいは上昇することを特徴とする二次電池の製造方法。
  3. 請求項１または請求項２に記載する二次電池の製造方法において、
    前記支持ローラのうち最下流の支持ローラと前記吊下げローラとの間では、この間を移動する前記セパレータまたは重畳体の下面側から気体を吹付けて前記セパレータまたは重畳体を支持することを特徴とする二次電池の製造方法。
  4. 請求項３に記載する二次電池の製造方法において、
    前記気体はイオンエアーであることを特徴とする二次電池の製造方法。
  5. 請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載する二次電池の製造方法において、
    前記支持ローラのうち最下流の支持ローラと前記吊下げローラとの間では、前記セパレータまたは重畳体が前記支持ローラから前記吊下げローラに向けて上昇するように傾斜させて搬送するようにしたことを特徴とする二次電池の製造方法。
  6. 鉛直方向にジグザグ状に配列された複数のガイド部材を有し、前記ガイド部材の一方の列と他方の列との間に吊下げローラを介して吊下げられたセパレータを、前記ガイド部材を列同士間で水平方向に交差させてジグザグ折りするジグザグ折り手段と、
    所定枚数の正極板が載置される正極板用の極板搬送部材と所定枚数の負極板が載置される負極板用の極板搬送部材をそれぞれ備え、前記正極板用と前記負極板用の極板搬送部材とを前記セパレータの各谷溝内に移動させることで各谷溝内に前記正極板と前記負極板とを交互に挿入する極板挿入手段と、
    前記セパレータの搬送方向に関し前記吊下げローラの上流側の途中を、相対的な上流側と下流側とで支持する少なくとも２個の支持ローラと、該支持ローラの間に配設されるとともに前記セパレータの一方の面に当接させて垂直方向に昇降可能に配置された少なくとも１個のバッファローラとを備えたセパレータ供給手段と、を有し、
    前記バッファローラは、前記セパレータと当接しながら所定の上昇位置あるいは下降位置に占位させた状態のとき、前記吊下げローラを介して前記ガイド部材間に前記セパレータが吊下げられるとともに、前記ガイド部材の移動によるジグザグ折りに際しては、前記バッファローラが下降あるいは上昇することを特徴とする二次電池の製造装置。
  7. 鉛直方向にジグザグ状に配列された複数のガイド部材を有し、前記ガイド部材の一方の列と他方の列との間に吊下げローラを介して吊下げられた、正負の電極板の一方を２枚のセパレータで挟んだ重畳体を、前記ガイド部材を列同士間で水平方向に交差させてジグザグ折りするジグザグ折り手段と、
    所定枚数の前記電極板の他方が載置される極板搬送部材を備え、前記極板搬送部材を前記重畳体の各谷溝内に移動させることで各谷溝内に前記他方の電極板を挿入する極板挿入手段と、
    前記重畳体の搬送方向に関し前記吊下げローラの上流側の途中を、相対的な上流側と下流側とで支持する少なくとも２個の支持ローラと、該支持ローラの間に配設されるとともに前記重畳体の一方の面に当接させて垂直方向に昇降可能に配置された少なくとも１個のバッファローラとを備えたセパレータ供給手段と、を有し、
    前記バッファローラは、前記重畳体と当接しながら所定の上昇位置あるいは下降位置に占位させた状態のとき、前記吊下げローラを介して前記ガイド部材間に前記重畳体が吊下げられるとともに、前記ガイド部材の移動によるジグザグ折りに際しては、前記バッファローラが下降あるいは上昇することを特徴とする二次電池の製造装置。
  8. 請求項６または請求項７に記載する二次電池の製造装置において、
    前記セパレータまたは重畳体の下面側から気体を吹付けて前記セパレータまたは重畳体を支持するエアー吹出手段を、前記支持ローラのうち最下流の支持ローラと前記吊下げローラとの間に配設したことを特徴とする二次電池の製造装置。
  9. 請求項８に記載する二次電池の製造装置において、
    前記気体はイオンエアーであることを特徴とする二次電池の製造装置。
  10. 請求項６〜請求項９のいずれか１つに記載する二次電池の製造装置において、
    前記支持ローラのうち最下流の支持ローラと前記吊下げローラとの間では、前記セパレータまたは重畳体が前記支持ローラから前記吊下げローラに向けて上昇するように傾斜させて搬送するように構成したことを特徴とする二次電池の製造装置。
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