JP6022783B2 - 袋詰電極の製造装置および製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、袋詰電極の製造装置および製造方法に関する。

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、積層型の電池が使用されている。積層型電池は、正極、負極（以下、正極および負極を、電極と称する場合がある。）およびセパレータをシート状に形成し、正極、セパレータ、負極、セパレータの順に交互に積層して構成される。

このような積層型電池の製造に用いられる装置として、様々な装置が提案されており、例えば特許文献１に記載の装置が挙げられる。

特許文献１に記載の装置は、まず、上下に対向して配置される受け台および押え板の搬送方向への移動を停止させた状態で、受け台および押え板の各々にセパレータを吸引保持した後、下方の受け台に吸着されているセパレータの上に正極を載置する。次に、上方の押え板を下降させて押え板に吸着されているセパレータを正極の上に被せ、この状態で、正極の周囲で重なるセパレータの縁同士を熱接着して、袋状となるセパレータに正極が挟まれた袋詰正極を作製する。そして、受け台と押え板の間に袋詰正極を挟んだ状態のまま搬送した後、受け台と押え板の間から袋詰正極を取り出し、この袋詰正極を負極と交互に積層することで、正極、セパレータ、負極、セパレータの順に交互に積層した電池要素を構成している。

特開平２００７―３２９１１１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置は、停止した状態の受け台に吸着されているセパレータの上に正極を載置した後に、押え板を下降させて抑え板に吸着されたセパレータを正極に被せることで袋詰正極（袋詰電極）を作製しているため、電極に対して２枚のセパレータが異なるタイミングで重なり、製造時間が長くなる。

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、袋詰電極を高速に作製して電池の製造時間を短縮可能な袋詰電極の製造装置および製造方法を提供することを目的とする。

本発明の袋詰電極の製造装置は、一対の円柱状回転体と、電極を搬送する電極搬送部と、電極搬送部が搬送する電極の上下を挟むように設けられて、一対の円柱状回転体の間への電極の導入を補助する導入支持部と、セパレータ同士を接合する接合部とを有している。一対の円柱状回転体は、各々の外周面が対向して並び、一枚分に切り出されたセパレータを外周面に保持して回転することで搬送する。電極搬送部は、一対の円柱状回転体の間に向かって円柱状回転体の接線方向へ所定形状の電極を搬送する。接合部は、一対の円柱状回転体によって搬送される一対のセパレータの間に電極を挟んだ状態で、セパレータ同士を接合する。そして、本製造装置は、導入支持部によって導入されている状態の電極の両面へ、一対のセパレータを回転している円柱状回転体から同時に受け渡して積層し、電極の両面に受け渡された一対のセパレータ同士を接合部によって接合することで電極をセパレータによって袋詰めする。

また、本発明の積層方法は、各々の外周面が対向して並ぶ一対の円柱状回転体の外周面の各々に一枚分に切り出されたセパレータを保持して円柱状回転体を回転させて搬送しつつ、電極搬送部によって一対の円柱状回転体の間に向かって円柱状回転体の接線方向へ搬送している所定形状の電極の上下を、導入支持部によって挟み込んで補助した状態で円柱状回転体の間に導入する。そして、導入されている状態の電極の両面へ、一対のセパレータを回転している円柱状回転体から同時に受け渡して積層し、電極の両面に受け渡された一対のセパレータ同士を接合することで電極をセパレータによって袋詰めする。

本発明の袋詰電極の製造装置および製造方法によれば、電極を搬送しながら、しかも電極の両面へ一対のセパレータを同時に積層し、この積層した状態でセパレータ同士を接合することで電極をセパレータによって袋詰めするため、袋詰電極を高速に作製でき、電池の製造時間を短縮できる。

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を示す平面図である。 袋詰正極に負極を重ねた様子を示す平面図である。 袋詰電極の製造装置を示す概略斜視図である。 袋詰電極の製造装置の電気的構成を示す図である。 袋詰電極の製造装置の電極搬送部を示す側面図である。 袋詰電極の製造装置の電極搬送部を示す正面図である。 袋詰電極の製造装置の電極搬送部を示す平面図である。 袋詰電極の製造装置の回転搬送部を示す概略断面図である。 袋詰電極の製造装置による積層方法の工程を示す第１の説明図である。 袋詰電極の製造装置による積層方法の工程を示す第２の説明図である。 袋詰電極の製造装置による積層方法の工程を示す第３の説明図である。 袋詰電極の製造装置による積層方法の工程を示す第４の説明図である。 袋詰電極の製造装置による積層方法の工程を示す第５の説明図である。 袋詰電極の製造装置による積層方法の工程を示す第６の説明図である。 袋詰電極の製造装置による積層方法の工程を示す第７の説明図である。 袋詰電極の製造装置による積層方法の工程を示す第８の説明図である。 回転搬送部の動作を示すチャートである。 袋詰電極の製造装置の他の例を示す概略断面図である。 袋詰電極の製造装置の更に他の例を示す概略断面図である。

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、電池の製造工程の一部に適用される、電池の発電要素を組み立てるための袋詰電極の製造装置および製造方法に関する。本発明の一実施形態に係る袋詰電極の製造装置を説明する前に、電池の構造について説明する。

（電池）
まず、図１を参照して、製造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１３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、ごく薄いシート状の正極集電体（集電箔）の両面に正極活物質層が形成されてなる矩形形状の正極２２が、矩形形状のセパレータ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。セパレータ４０は、直線的に形成される辺４４Ａから正極２２の正極タブ２３が引き出され、辺４４Ａの反対の辺４４Ｂに、部分的に突出する係合部４３が形成されている。係合部４３は、部外装材１３内で外装材１３に係合することで、電池要素１５を外装材１３に対して固定する役割を果たす。正極２２は、正極タブ２３以外の部分に正極活物質層２４が形成されている。

負極３０は、図３（Ｂ）に示すように、矩形形状で形成され、ごく薄いシート状の負極集電体（集電箔）の両面に負極活物質層３４が形成されてなる。負極３０は、負極タブ３３以外の部分に負極活物質層３４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３４は、正極２２の正極活物質層２４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。

（製造装置）
次に本発明の一実施形態に係る袋詰電極の製造装置について、図面を参照しつつ説明する。

本製造装置は、図５，６に示すように、正極用のシート素材Ｄから正極２２を切り出す正極切断部１００と、切り出された正極２２を搬送する電極搬送部２００と、電極搬送部２００の搬送方向下流側に設けられる回転搬送部３００と、回転搬送部３００の両側に設けられた溶着部４００（接合部に相当する）と、装置の全体を統括して制御する制御装置５００（制御部）とを備えてなる。本実施形態では、正極２２の搬送される方向を搬送方向Ｘ、正極２２の面と垂直な方向を上下方向Ｚ、上下方向Ｚおよび搬送方向Ｘと交差する方向を幅方向Ｙとして説明する。

正極切断部１００は、ロール状に巻回された正極用のシート素材Ｄを、打ち抜き加工等によって所定形状に切断することで、所定の形状の正極２２（シート部材）を切り出すものである。ここで切り出された正極２２は、矩形形状であって、正極タブ２３を有する。

電極搬送部２００は、図７〜９に示すように、正極切断部１００にて切り出された正極２２を搬送するコンベア２１０と、コンベア２１０上の正極２２を吸着して保持して回転搬送部３００（セパレータ搬送部）へ搬送する吸着搬送部２２０とを備えている。コンベア２１０の上方には、撮像カメラ２３０（位置検出部）と照明２３１が設けられている。

コンベア２１０は、無端状に形成された通気性を有するサクションベルト２１１と、搬送方向に並んで配置されてサクションベルト２１１を回転可能に保持する２つの回転軸２１２と、サクションベルト２１１の内部に配置される負圧発生部２１３とを備えている。

サクションベルト２１１には複数の空気吸引孔２１４が形成されており、空気吸引孔２１４を介して負圧発生部２１３により空気を吸引することにより、薄くて搬送が困難な正極２２をコンベア２１０上の平坦な設置面２１５（基準面）に吸引保持して搬送可能となっている。サクションベルト２１１の設置面２１５は、撮像カメラ２３０により正極２２との境界が認識しやすい色調となっており、本実施形態は白色となっている。

なお、本実施形態では、正極２２を略水平状態に設置可能な平坦な設置面２１５を備えるものとしてコンベア２１０を適用しているが、その他の装置を用いてもよい。

コンベア２１０の両側部には、サクションベルト２１１上の正極２２の側部を押圧して保持する押圧部２４０が設けられる。押圧部２４０は、制御装置５００により制御されるアクチュエータ２４１によってサクションベルト２１１上の設置面２１５（基準面）に対して近接または離間するクランパー２４２を備えている。クランパー２４２は、正極２２を設置面２１５に押圧することで正極２２の歪みを矯正するものである。特に、ロール状に巻回されたシート素材Ｄから切り出される正極２２は、巻き癖が残って丸まりやすい。また、正極２２、負極３０およびセパレータ４０は非常に薄い箔状の素材であり、特に自動車用電池等のような大型の電池では、非常に変形しやすい。なお、サクションベルト２１１は、設置面２１５に接触している部材を吸引して保持するものであるが、通常、設置面２１５から離れている部位を引き付けるほどの吸引力は備えていない。そこで、クランパー２４２によって正極２２を設置面２１５に押し付けることで、正極２２の変形を矯正する。これにより、撮像カメラ２３０による正極２２の位置の把握を高精度に行うことができ、かつ吸着搬送部２２０による吸着位置も高精度に設定でき、後の工程における加工精度が向上する。

クランパー２４２は、吸着搬送部２２０による正極２２の吸着位置を確保するために、サクションベルト２１１上の正極２２の搬送方向に沿う２側辺Ｈ２，Ｈ４（縁部）に沿う長尺な部位を押圧可能に形成されており、さらに撮像カメラ２３０により正極２２の４側辺Ｈ１〜Ｈ４（縁部）を撮像できるように、４側辺Ｈ１〜Ｈ４の縁部よりも内側（正極２２の中央側）を押圧可能となっている。なお、クランパー２４２は、押さえた正極２２をクランパー２４２を透過して撮像できるように、透明な部材で形成される。透明な部材には、例えばアクリル樹脂やガラス等を適用できるが、材料は特に限定されず、照明２３１の周波数や撮像カメラ２３０の撮像特性に応じて適宜設定できる。

吸着搬送部２２０は、駆動装置（不図示）に接続されて移動可能な装置本体２２１と、装置本体２２１の下部に設けられて負圧供給源（不図示）に接続されることで吸着力を発揮する吸着ヘッド２２２とを備えている。吸着ヘッド２２２は、駆動装置の動作に従って上下方向Ｚ、搬送方向Ｘおよび幅方向Ｙに３次元的に移動可能であり、さらに、水平面に沿って回転可能となっている。

コンベア２１０の上方に設けられる撮像カメラ２３０は、コンベア２１０により搬送されてくる正極２２を、クランパー２４２により押圧して保持した後、照明２３１が照射する光の元に撮像するものである。撮像カメラ２３０は、正極２２が所定位置まで搬送されて停止した際に撮像された正極２２の画像に基づく信号を制御装置５００に送信する。所定の信号を受け取った制御装置５００は、信号から正極２２の位置や状態を算出し、算出結果に基づいて吸着搬送部２２０の駆動装置の移動を制御し、正極２２の位置や姿勢を適正に修正して、後述する回転搬送部３００の隙間３４０（図５参照）に搬送する。

具体的には、所定位置でコンベア２１０を停止させ、撮像カメラ２３０によって撮像された画像から、正極２２の４辺に対応する側辺エリアＥ１〜Ｅ４の縁部を検出する。縁部は、サクションベルト２１１と正極２２の色調の差異から検出できる。この検出結果から、４辺の近似直線Ｌ１〜Ｌ４を最小二乗法等を用いて算出する。次に、４辺の近似直線Ｌ１〜Ｌ４の交点である四隅の角部Ｋ１〜Ｋ４を算出し、４つの角部Ｋ１〜Ｋ４の平均値を算出して、これを電極中心点Ｏの座標とする。なお、電極中心点Ｏの座標は、搬送方向Ｘおよび幅方向Ｙの座標で表される。そして、正極２２の搬送方向に沿う２側辺Ｈ２，Ｈ４の近似直線Ｌ２，Ｌ４の一方、または両方の平均値から、正極２２の水平面（基準面）における傾き角θを算出する。この後、電極中心点Ｏの座標と傾き角θから、水平面における正極２２の正規位置に対する位置および傾きの補正量を算出し、この補正量を矯正するように、吸着搬送部２２０（位置補正部）の駆動装置を制御して正極２２の位置および姿勢を補正しつつ、回転搬送部３００の隙間３４０に搬送する。

なお、本実施形態では、撮像カメラ２３０によって正極２２の位置や状態を認識しているが、その他のセンサも用いてもよく、例えば正極２２の先端部を検知する接触センサ等によって、正極２２の位置を認識することもできる。

吸着搬送部２２０は、コンベア２１０の所定位置に正極２２が搬送されて、クランパー２４２により正極２２の側部を押圧して正極２２の形状を矯正した状態で、垂直に下降して吸着ヘッド２２２により正極２２を吸着して保持する。そして、クランパー２４２による正極２２の拘束を開放し、正極２２の略水平状態を維持したまま上昇した後、算出した補正量に応じて正極２２の位置および姿勢を適正に修正して、回転搬送部３００の隙間３４０に搬送する。

回転搬送部３００の隙間３４０の近傍には、図１０に示すように、隙間３４０の上下を挟むように設けられて正極２２の回転搬送部３００への導入を補助する導入支持部２５０が設けられる。導入支持部２５０は、複数のローラ群からなり、吸着搬送部２２０により搬送されてきた正極２２を支持するとともに、回転搬送部３００の隙間３４０に送り出すものである。

導入支持部２５０は、１つのローラからなる上側導入支持部２５１と、複数のローラからなる下側導入支持部２５２とを備えている。上側導入支持部２５１は、上下方向Ｚに移動可能であり、上方へ移動した“開状態”から、下降して下側導入支持部２５２の搬送方向最下流側のローラとの間に正極２２を挟持する“閉状態”となることができ、かつ回転駆動することで挟持した正極２２を隙間３４０に送り出すことができる。

下側導入支持部２５２は、搬送方向上流側のローラが斜めに下降した“開状態”から、吸着搬送部２２０から正極２２を受け渡される際に、上昇して略水平となって“閉状態”となり、正極２２を搬送可能に支持する（図１４参照）。上側導入支持部２５１のローラと対をなす搬送方向最下流側のローラは、回転駆動が可能となっており、上側導入支持部２５１との間に正極２２を挟持した状態で回転することで、挟持した正極２２を隙間３４０に送り出すことができる。

したがって、吸着搬送部２２０により正極２２が搬送されてくると、上側導入支持部２５１を下降させて下側導入支持部２５２との間に正極２２の先端部を挟持し、かつ下側導入支持部２５２のローラを上昇させて略水平状態とし、正極２２の下面を支持する。この後、吸着搬送部２２０の吸着ヘッド２２２から正極２２を解放して、導入支持部２５０の回転によって正極２２を回転搬送部３００の隙間３４０に順次送り込む。

回転搬送部３００（セパレータ搬送部）は、シート状のセパレータ素材Ｓからセパレータ４０を切り出しつつ、吸着搬送部２２０によって搬送される正極２２に積層するものである。回転搬送部３００は、円柱状に形成された上下一対の積層ドラム３１０（円柱状回転体）、積層ドラム３２０（円柱状回転体）を備えている。

この上下一対の積層ドラム３１０，３２０は、回転軸が搬送方向Ｘに直交し、所定の隙間３４０を空けて外周面３１１同士が対向するように互いに平行に配置され、かつ水平面を基準に対称構造で構成される。

各々の積層ドラム３１０，３２０の外周面３１１には、セパレータ４０を吸着可能な吸着部が形成され、積層ドラム３１０，３２０の内部には、非回転的に設けられる内側構造部３３０が設けられる。積層ドラム３１０，３２０の幅（回転軸方向の長さ）は、セパレータ素材Ｓの両縁部が積層ドラム３１０，３２０の両端部からはみ出す程度となっている。

上下の積層ドラム３１０，３２０は、隙間３４０を空けて配置されており、この隙間３４０において、搬送方向Ｘの下流側へ向かって同方向に回転するようになっている。すなわち、上側に位置する積層ドラム３１０は、図１０の紙面上で左回りに回転することにより、外周面３１１に吸着保持したセパレータ４０を隙間３４０まで搬送する。また、下側に位置する積層ドラム３２０は、図１０の紙面上で右回りに回転することにより、外周面３１１に吸着保持したセパレータ４０を隙間３４０まで搬送する。なお、上側および下側の積層ドラム３１０，３２０は、制御装置５００により回転制御される駆動モータ（不図示）により駆動される。

積層ドラム３１０，３２０には、外周面３１１に無数の通気孔３１２が形成されており、周方向の一部に、後述する切断部３５０に設けられるセパレータカッター３５１（切断刃）が侵入可能な凹部３１３（受け部）が形成されている。凹部３１３は、積層ドラム３１０，３２０の１８０度毎の２箇所に形成される。なお、凹部３１３が周方向に２箇所設けられるのは、積層ドラム３１０，３２０が１回転する毎に２枚のセパレータ４０を切り出すためであり、積層ドラム３１０，３２０の１回転の間に切り出すセパレータ４０の枚数に応じて、周方向の凹部３１３の数を変更できる。

そして、各々の積層ドラム３１０，３２０の周辺には、外周面３１１に近接して、シート状のセパレータ素材Ｓを供給または拘束する送出ローラ部３６０（ロック機構）と、積層ドラム３１０，３２０の外周面３１１上のセパレータ素材Ｓを切断する切断部３５０と、切断部３５０による切断で発生する不要の切取片Ｓ’（図１５参照）を回収するための切取片吸着部３７０とが設けられている。

回転搬送部３００の搬送方向下流側の斜め上方および斜め下方には、円柱状に形成された小型の送出ローラ部３６０が設けられている。

送出ローラ部３６０は、回転搬送部３００の搬送方向下流側の斜め上方および斜め下方に、円柱状に形成された一対の送出ローラ３６１，３６２が、所定の隙間を空けて配置されている。この送出ローラ部３６０は、セパレータロール（不図示）から搬送される一枚の連続したセパレータ素材Ｓを隙間に挟み込みつつ、回転することで回転搬送部３００に送り出し、停止することで送り出しを停止してセパレータ素材Ｓを拘束する。送出ローラ３６１，３６２は、制御装置５００によって制御されて、所定のタイミングで回転搬送部３００にセパレータ素材Ｓを送り出すようになっている。

切断部３５０は、回転搬送部３００の上方および下方に、それぞれセパレータカッター３５１を備えている。セパレータカッター３５１は、積層ドラム３１０，３２０の外周面３１１に吸着保持されたセパレータ素材Ｓを溶融させて所定形状に切り出す熱カッターである。具体的には、セパレータ４０が積層ドラム３１０，３２０の外周面３１１に吸着保持され搬送されて、積層ドラム３１０，３２０の凹部３１３がセパレータカッター３５１と対向する位置まで移動すると、セパレータカッター３５１が制御装置５００の指令を受けて積層ドラム３１０，３２０の凹部３１３に侵入するように移動し、セパレータ４０を溶融して図３（Ａ）に示すような所定形状に切り出す。セパレータ素材Ｓからセパレータ４０を連続的に切り出す際には、先に切り出すセパレータ４０の後端を係合部４３が形成される辺４４Ｂとし、次に切り出すセパレータ４０の前端を直線的な辺４４Ａとして、この形状の一致しない２辺４４Ａ，４４Ｂを切断部３５０によって同時に切り出すことで、余剰の切取片Ｓ’が発生する。

切取片吸着部３７０は、吸着力を発揮するカッター用吸着ヘッド３７１を備えており、セパレータカッター３５１がセパレータ素材Ｓを切断した後に凹部３１３から抜け出して後退するタイミングで、切断した部位に近接移動し、セパレータカッター３５１により切り出されたセパレータ４０の余剰の切取片Ｓ’を吸引して保持する。そして、切取片Ｓ’を吸引保持したままカッター用吸着ヘッド３７１を積層ドラム３１０，３２０の外周面３１１から離間させる。この後、カッター用吸着ヘッド３７１の吸引を停止して切取片Ｓ’を離し、積層ドラム３１０，３２０の外周面３１１から離間した位置に別途設けられる吸い込み口３７２によって切取片Ｓ’を吸い込んで回収する。すなわち、吸い込み口３７２のみで切取片Ｓ’を回収しようとすると、吸い込む過程で切取片Ｓ’が外周面３１１に残るセパレータ４０やセパレータ素材Ｓに接触してしまう虞があるが、カッター用吸着ヘッド３７１で一旦吸着して離間させた後に吸い込み口３７２で回収することで、切取片Ｓ’によるセパレータ４０やセパレータ素材Ｓの損傷を抑制しつつ回収できる。

各々の積層ドラム３１０，３２０の内部に設けられる内側構造部３３０には、装置の作動時に工程に応じて負圧の強度を調整可能な第１負圧室３３１と、装置の作動時に負圧が略一定に保たれる第２負圧室３３２とが非回転的に形成される。第１負圧室３３１および第２負圧室３３２は、圧力調整弁が設けられた負圧供給装置３３３に接続され、制御装置５００によって負圧供給装置３３３を制御することで内部の圧力を調整可能である。

第１負圧室３３１および第２負圧室３３２は、積層ドラム３１０，３２０の内周面によって外部と隔絶されており、したがって、積層ドラム３１０，３２０に形成される通気孔３１２を介して、積層ドラム３１０，３２０の外周面３１１に非回転的に負圧の領域を発生させる。この領域は、積層ドラム３１０，３２０が回転しても、回転することはない。第１負圧室３３１は、送出ローラ部３６０に対応する位置から、積層ドラム３１０，３２０の回転方向へ向かってセパレータカッター３５１に対応する位置までの範囲に形成される。第２負圧室３３２は、セパレータカッター３５１に対応する位置から、積層ドラム３１０，３２０の回転方向へ向かって隙間３４０に対応する位置までの略１８０度の範囲に形成される。

したがって、積層ドラム３１０，３２０の外周面３１１には、第１負圧室３３１に対応する位置で負圧が調整されて変化する滑り領域Ａ１（吸着力調整領域）と、第２負圧室３３２に対応する位置で負圧が略一定でセパレータ素材Ｓまたは切り出されたセパレータ４０を吸着して保持する吸着領域Ａ２とが形成される（図１１参照）。吸着領域Ａ２は、吸引力が強く、セパレータ素材Ｓまたは切り出されたセパレータ４０を吸引力により保持して、積層ドラム３１０，３２０の回転によりこれらを回転させることができる。これに対し、滑り領域Ａ１は、吸着領域Ａ２と同程度の吸引力に設定してセパレータ４０を回転させることができるとともに、吸引力を低下させることで、セパレータ素材Ｓを外周面３１１から離れない程度に保持しつつも、積層ドラム３１０，３２０が回転する際にセパレータ素材Ｓを回転させずに外周面３１１上で滑らせることができる。

また、内側構造部３３０の、隙間３４０に対応する位置から、積層ドラム３１０，３２０の回転方向へ向かって送出ローラ部３６０に対応する位置までの範囲は、第１負圧室３３１および第２負圧室３３２のいずれも設けられないため、外周面３１１のこの範囲に対応する部位には、負圧が発生せずにセパレータ４０を吸着しない非吸着領域Ａ３が非回転的に形成される。

そして、回転搬送部３００は、積層ドラム３１０，３２０でセパレータ４０を切り出しつつ吸着保持して搬送し、積層ドラム３１０，３２０の回転と電極搬送部２００による電極２２の搬送の速度を同期させつつ、搬送方向Ｘの下流側から正極２２の両面にセパレータ４０を順次積層する。このとき、電極２２は、吸着搬送部２２０によって円柱形状の積層ドラム３１０，３２０の接線方向Ｔ（図１０参照）へ導入される。

溶着部４００は、正極２２の両面に積層されたセパレータ４０同士を溶着するものである（図３参照）。この溶着部４００は、積層ドラム３１０，３２０の回転軸方向の両端にそれぞれに、上下一対の溶着機４１０，４２０を備えている。

上下の溶着機４１０，４２０は、対向する面に搬送方向Ｘに沿って複数の突起４１１、３２０ａが設けられており、対向する突起４１１，４２１によってセパレータ４０同士を加圧しつつ加熱することで、溶着可能となっている。

溶着機４１０，４２０は、搬送方向Ｘ及び上下方向Ｚへ移動可能となっており、隙間３４０に搬送されて積層されたセパレータ４０および正極２２に同期するように搬送方向Ｘへ同速で移動しつつ互いに接近し、対向する突起４１１，４２１によって、積層されたセパレータ４０同士を接合して接合部４２を形成する。そして、セパレータ４０で袋状に包装された正極２２が所定位置まで搬送されると、溶着機４１０，４２０を離間させ、搬送方向上流側へ移動させた後、再び搬送方向Ｘへ同速で移動させつつ近接させて、他の接合部４２を溶着する。全ての接合部４２が接合された後、溶着機４１０，４２０同士が離間して、作製された袋詰正極２０が開放される。

なお、セパレータ４０同士を接合するには、上述の構造に限定されず、例えば１対の回転する加熱ローラの間で加熱しつつ溶着したり、加熱せずに加圧のみで圧着したり、または接着剤を用いて接合することも可能である。

制御装置５００は、図６に示すように、正極切断部１００、撮像カメラ２３０、押圧部２４０、コンベア２１０、吸着搬送部２２０、導入支持部２５０、送出ローラ部３６０、積層ドラム３１０，３２０、切断部３５０、切取片吸着部３７０、負圧供給装置３３３および溶着部４００の全てを統括して一体的に制御し、各々を同期させつつ作動させることができる。なお、制御装置５００は、電池を構成するための他の装置をも含めて、統括的に制御を行うこともできる。

次に本製造装置を用いた製造方法について、図１１〜図１９を参照しつつ説明する。

まず、ロール状に巻回された正極用のシート素材Ｄを、正極切断部１００にて切断し、正極２２を形成する。切り出された正極２２は、不図示の吸着パッドやコンベア等によって、コンベア２１０の設置面２１５上に載置される。また、送出ローラ部３６０はセパレータロールから送られてくる一枚の連続したセパレータ素材Ｓを隙間に挟み込んで拘束している。したがって、セパレータ素材Ｓの先端部は、図１１に示すように、回転搬送部３００の最上部または最下部に位置している。そして、第１負圧室３３１は、負圧が低く設定されて、外周面３１１の滑り領域Ａ１でセパレータ素材Ｓが引き出されることなく、積層ドラム３１０，３２０がセパレータ素材Ｓの内面上を滑りながら回転している。なお、本実施形態では、積層ドラム３１０，３２０の１回転で２枚のセパレータ４０を切り出すため、図１１にて２点鎖線で示すように、先に切り出されたセパレータ４０が、既に積層ドラム３１０，３２０の外周面３１１上に吸着されて搬送されている。

正極２２が載置されたコンベア２１０は、図１１に示すように、サクションベルト２１１の設置面２１５上の正極２２を、サクションベルト２１１によって吸着保持して捲れ等の発生を抑えつつ、搬送方向Ｘへ一列に並んで縦並び（タブが搬送方向Ｘの上流側に位置する並び）に搬送する。なお、正極２２を、横並び（タブが幅方向Ｙに位置する並び）で搬送してもよい。サクションベルト２１１は、所定の位置まで移動すると、正極２２を吸着保持した状態のまま移動を停止する。そして、図１２に示すように、押圧部２４０が作動して、クランパー２４２によって正極２２の２側辺Ｈ２，Ｈ４に沿う長尺な部位を押圧する（図８，９参照）。これにより、正極２２の丸まり等の変形が矯正される。そして、正極２２のサクションベルト２１１から浮いていた部分がサクションベルト２１１に近づくことで、サクションベルト２１１によって吸引されて、設置面２１５上に正極２２が密に付着することになる。

この状態で、撮像カメラ２３０が正極２２の４側辺Ｈ１〜Ｈ４を撮像し、制御装置５００に所定の信号を送信する。制御装置５００は、受信した信号から、前述した方法で電極中心点Ｏの座標と傾き角θを算出し、正極２２の正規位置に対する位置および傾きの補正量を算出する。なお、撮像の際には、クランパー２４２は正極２２の４側辺Ｈ１〜Ｈ４の縁部よりも内側（正極２２の中央側）を押圧するため、撮像カメラ２３０によって４側辺Ｈ１〜Ｈ４を確実に撮像できる。また、クランパー２４２が透明な材料で形成されているため、撮像範囲にクランパー２４２が入っても、クランパー２４２を透過して正極２２を撮像できる。

次に、サクションベルト２１１の上方に位置する吸着搬送部２２０の吸着ヘッド２２２を下降させて、吸着ヘッド２２２を正極２２の上面に押し付ける。これにより、正極２２は吸着ヘッド２２２に吸着保持される。なお、正極２２はサクションベルト２１１にも吸着されているが、吸着ヘッド２２２の吸着力をサクションベルト２１１よりも高く設定するか、若しくはサクションベルト２１１による吸着を一旦停止することで、吸着ヘッド２２２によって正極２２をサクションベルト２１１から引き離すことができる。

そして、積層ドラム３１０，３２０が回転し、セパレータカッター３５１に対応する位置へ向かって回転移動している凹部３１３がセパレータカッター３５１の位置まで所定角度αとなった際に、制御装置５００によって第１負圧室３３１の負圧を高めて滑り領域Ａ１の吸着力を強め、かつ送出ローラ部３６０を回転させて一対の送出ローラ３６１，３６２の間にセパレータ素材Ｓを挟みながら順次送り出し、セパレータ素材Ｓの供給を開始する（図１９のＴ１を参照）。これにより、負圧が高まった滑り領域Ａ１および吸着領域Ａ２において積層ドラム３１０，３２０の外周面３１１にセパレータ素材Ｓが吸着保持されて、セパレータ素材Ｓが積層ドラム３１０，３２０の回転にしたがって順次引き出されることになる。なお、所定角度αは、切り出される１枚のセパレータ４０の長さに対応した角度である。

この後、吸着搬送部２２０は、図１３に示すように、正極２２を略水平状態に維持したまま上昇した後、搬送方向Ｘに移動し、回転搬送部３００の隙間３４０へ搬送する。このとき、吸着搬送部２２０は、制御装置５００によって駆動装置が制御されて、正極２２を吸着してから回転搬送部３００へ受け渡すまでの間に、補正量に基づいて正極２２の位置および姿勢を補正する。これにより、正極２２の位置が常に高精度に保たれ、後の工程における積層の精度が向上する。

吸着搬送部２２０により搬送された正極２２が、回転搬送部３００の隙間３４０の手前に設けられる“開状態”の導入支持部２５０に到達すると、導入支持部２５０は、図１４に示すように、上側導入支持部２５１を下降させて下側導入支持部２５２との間に正極２２の先端部を挟持し、かつ下側導入支持部２５２のローラを上昇させて略水平状態として“閉状態”となり、正極２２の下面を支持する。この後、吸着搬送部２２０の吸着ヘッド２２２から正極２２を解放して、導入支持部２５０の回転によって正極２２を回転搬送部３００の隙間３４０に順次送り込む。

また、回転搬送部３００では、回転開始から積層ドラム３１０，３２０が角度αだけ回転すると、積層ドラム３１０，３２０の回転を停止する（図１９のＴ２を参照）。このとき、セパレータ素材Ｓが一枚分のセパレータ４０に対応する角度αだけ積層ドラム３１０，３２０上に引き出されており、凹部３１３が切断部３５０のセパレータカッター３５１に対向して位置する。そして、制御装置５００の指令によってセパレータカッター３５１をセパレータ素材Ｓに押し付けて、セパレータ素材Ｓを所定の形状に切断してセパレータ４０を切り出す。切り出されたセパレータ４０は、積層ドラム３１０，３２０の吸着領域Ａ２（図１１参照）に位置しているため、積層ドラム３１０，３２０に吸着して保持される。

そして、セパレータカッター３５１がセパレータ素材Ｓを切断した後に凹部３１３から抜け出して後退するタイミング（図１９のＴ３を参照）で、図１５に示すように、制御装置５００の指令によってカッター用吸着ヘッド３７１が余剰の切取片Ｓ’に近接し、吸引して保持した後、元の位置へ戻る。この後、カッター用吸着ヘッド３７１の吸引を停止して切取片Ｓ’を離し、吸い込み口３７２（図１０参照）によって切取片Ｓ’を吸い込んで回収する。

そして、吸着搬送部２２０の吸着ヘッド２２２から正極２２を解放した後、導入支持部２５０の回転により正極２２を積層ドラム３１０，３２０の隙間３４０に順次送り込む。更に、積層ドラム３１０，３２０を再び回転させて（図１９のＴ４を参照）、切り出されたセパレータ４０を吸着したまま回転させ、隙間３４０に搬送する。なお、積層ドラム３１０，３２０を再び回転させる際には、制御装置５００によって第１負圧室３３１の負圧を低下させて滑り領域Ａ１の吸着力を弱め、かつ送出ローラ部３６０によりセパレータ素材Ｓを拘束した状態とする（図１８参照）。これにより、外周面３１１の滑り領域Ａ１でセパレータ４０が引き出されることなく、積層ドラム３１０，３２０がセパレータ素材Ｓの内面上を滑りながら回転する。

回転搬送部３００の隙間３４０にセパレータ４０の先端部が到達すると、図１６に示すように、まず２枚のセパレータ４０同士が積層された後、正極２２の先端部の両面にセパレータ４０が積層される。このとき、セパレータ４０および正極２２の速度が同速となり、かつセパレータ４０および正極２２が予め設定された適正な位置で重なるように、回転搬送部３００および吸着搬送部２２０の搬送位置（搬送のタイミング）及び搬送速度を制御装置５００によって制御する。次に、制御装置５００の指令により対の溶着機４１０，４２０が近接しつつ搬送方向Ｘへ移動し、セパレータ４０の両縁部の先端部のみを挟み込んで挟持する。そして、セパレータ４０および正極２２の搬送方向Ｘへの移動を保持したまま、突起４１１，４２１によって溶着する（図１９のＴ５を参照）。セパレータ４０は、隙間を過ぎると積層ドラム３１０，３２０の非吸着領域Ａ３に達するため、セパレータ４０は吸着力を受けることなしに積層ドラム３１０，３２０の外周面３１１から離れて、正極２２を間に挟んだ状態で搬送方向Ｘへ順次搬出される。そして、セパレータ４０の先端部が既に接合されているため、積層ドラム３１０，３２０の外周面３１１から離れても、セパレータ４０同士が離れることはない。この後も、積層ドラム３１０，３２０に同期して導入支持部２５０により正極２２が略水平状態で搬送方向Ｘに搬送され、積層ドラム３１０，３２０の外周面３１１に吸着保持されたセパレータ４０が積層ドラム３１０，３２０の回転に従って正極２２の両面に順次積層される。なお、このときには、次のセパレータ４０を切り出すために、滑り領域Ａ１の吸着力を再び強め、送出ローラ部３６０によるセパレータ素材Ｓの供給が開始されている（図１９のＴ６を参照）。

正極２２の両面にセパレータ４０が積層された状態で所定位置まで搬送した後、対の溶着機４１０，４２０を離間させて、搬送方向上流側へ移動させた後、図１７に示すように、再び搬送方向Ｘへ移動させつつ近接させて、他の接合部４２を溶着する。セパレータ４０の両縁部の全ての接合部４２が接合された後、図１８に示すように、溶着機４１０，４２０同士が離間して、作製された袋詰正極２０が開放される（図１９のＴ７を参照）。この後、図示しない他の溶着機によってセパレータ４０の辺４４Ｂの接合部４２も接合されて、袋詰正極２０となる。

そして、上記の工程を繰り返すことで、連続して袋詰正極２０を作製することができる。

作製された袋詰正極２０は、次の工程へ搬送されて、負極３０と交互に積層して電池要素１５となり、最終的に二次電池１０が製造される。

本実施形態によれば、正極２２を搬送しながら、しかも正極２２の両面へ一対のセパレータを同時に積層し、この積層した状態でセパレータの縁部同士を接合することで正極２２をセパレータによって袋詰めするため、袋詰正極２０を高速に作製でき、電池の製造時間を短縮できる。なお、ここでいうセパレータは、所定形状のセパレータ４０のみならず、セパレータ素材Ｓをも含み得る。

また、セパレータ４０および正極２２が所定の位置で重なるように積層ドラム３１０，３２０および電極搬送部２００の搬送位置（搬送のタイミング）および搬送速度を同期させる制御装置５００（同期手段）により、正極２２およびセパレータ４０をともに移動させつつ搬送方向Ｘの下流側から順次積層するため、袋状正極２０を高精度かつ高速に製造できる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。

図２０は、本実施形態に係る袋詰電極の製造装置の変形例を示すが、積層ドラム３１０，３２０の非吸着領域Ａ４として、積層ドラム３１０，３２０の内部に大気圧よりも圧力の高い加圧室３３４を設け、通気孔３１２から気体（流体）を吹き出す構成とすることができる。このような構成とすれば、セパレータ４０を積層ドラム３１０，３２０から離間させたいタイミングで、セパレータ４０に極力負荷を与えずに離間させることができる。

また、図２１は、本実施形態に係る袋詰電極の製造装置の他の変形例を示すが、円柱形状の積層ドラムではなく、柔軟に屈曲可能で通気孔３８２を有するサクションベルト３８０を複数の回転ローラ３８３で保持して構成される。このような構成とすれば、断面が円形に限定されず、外周面３８１を任意の形状とすることができ、設計自由度が向上する。特に、対となるサクションベルト３８０の間のセパレータ４０および正極２２を積層する領域Ｂを広く設定することで、溶着機による溶着が完了するまでサクションベルト３８０でセパレータ４０および正極２２を挟んで保持でき、溶着の精度を向上できる。なお、図２０および図２１では、本実施形態と同様の機能を有する部位については同一の符号を使用し、その説明を省略する。

また、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２２が袋詰めされた形態について説明したが、上記の袋詰電極の製造装置によって袋詰めされるのは、負極３０であってもよい。

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が、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、正極タブ２３と負極タブ３３が相互に反対向きになるように負極３０と袋詰正極２０が積層される。

また、本実施形態は、回転搬送部３００の上下一対の積層ドラム３１０，３２０の間に所定の隙間３４０を設けているが、積層ドラム３１０，３２０が互いに接して隙間がない状態であってもよい。この場合、回転搬送部３００の一方もしくは両方が、正極２２およびセパレータ４０の厚みに応じて追従する構造を備えることが好ましい。

また、電極搬送部２００において正極２２を略水平状態に搬送しているが、その他の方向で搬送してもよい。

また、一対の積層ドラム３１０，３２０を上下に配置するのではなく、その他の方向に配置してもよい。

また、本実施形態は、セパレータカッター３５１により一枚の連続したセパレータ素材Ｓを積層ドラム３１０，３２０の外周面３１１に吸着保持した状態で所定形状に切り出しているが、あらかじめ所定形状に切り出されたセパレータ４０を、積層ドラム３１０，３２０に供給して吸着しつつ搬送してもよい。

また、本実施形態では、一対の対称形状の積層ドラム３１０，３２０が設けられるが、対となる積層ドラム（セパレータ搬送部）の形状が、非対称であってもよく、例えば一方を円柱状の積層ドラムとし、他方を任意の形状のサクションベルトとしてもよい。

また、積層ドラム３１０，３２０は吸着力を備えているため、正極２２（または負極３０）の一方面に１枚のセパレータ４０を積層するような構成では、積層ドラムが１つでも十分に機能を発揮する。

また、導入支持部２５０は、その全てをローラからなるものとしたが、フラットな部材など、その他の部材で構成してもよい。

また、切断部３５０に設けられる切断刃は、熱カッターでなくてもよく、物理的に鋭利な切断刃であってもよい。また、受け部として凹部３１３を設けているが、受け部は必ずしも凹部３１３でなくてもよい。

また、積層ドラム３１０，３２０の滑り領域Ａ１において、負圧を調整することでセパレータ素材Ｓの外周面３１１での滑りと吸着を調整しているが、第１負圧室３３１の負圧を略一定に保ち、送出ローラ部３６０の拘束力のみで、セパレータ素材Ｓの供給と拘束を調整してもよい。なお、この際には、滑り領域Ａ１の吸着力は、吸着領域Ａ２の吸着力よりも低いことが好ましい。

また、積層ドラム３１０，３２０（セパレータ搬送部）に吸着力を与える方法は、負圧により吸着する方法に限定されず、例えば静電気により吸着してもよい。

また、本実施形態では、正極切断部１００、撮像カメラ２３０、押圧部２４０、コンベア２１０、吸着搬送部２２０、導入支持部２５０、送出ローラ部３６０、積層ドラム３１０，３２０、切断部３５０、切取片吸着部３７０、負圧供給装置３３３および溶着部４００を、制御装置５００（同期手段）により同期させているが、必ずしも全てが電気的に同期している必要はなく、例えば、少なくとも一部を機械的にリンクして同期させてもよい。

また、セパレータ４０の縁部同士を接合した接合部４２を示したが、接合部は、縁部に限られるものではなく、縁部以外であってもよい。

１０ 二次電池、
２０ 袋詰正極、
２２ 正極、
３０ 負極、
４０ セパレータ、
４２ 接合部、
２００ 電極搬送部、
３００ 回転搬送部、
３１０，３２０ 積層ドラム（円柱状回転体）、
３１１ 外周面、
４００ 溶着部（接合部）、
５００ 制御装置（同期手段）、
Ｓ セパレータ素材（セパレータ）、
Ｘ 搬送方向、
Ｙ 幅方向、
Ｚ 上下方向。

Claims (6)

1. 各々の外周面が対向して並び、一枚分に切り出されたセパレータを前記外周面に保持して回転することで搬送する一対の円柱状回転体と、
   一対の前記円柱状回転体の間に向かって当該円柱状回転体の接線方向へ所定形状の電極を搬送する電極搬送部と、
   前記電極搬送部が搬送する前記電極の上下を挟むように設けられて、一対の前記円柱状回転体の間への前記電極の導入を補助する導入支持部と、
   一対の前記円柱状回転体によって搬送される一対の前記セパレータの間に前記電極を挟んだ状態で前記セパレータ同士を接合する接合部と、を有し、
   前記導入支持部によって導入されている状態の前記電極の両面へ、一対の前記セパレータを回転している前記円柱状回転体から同時に受け渡して積層し、前記電極の両面に受け渡された一対の前記セパレータ同士を前記接合部によって接合することで前記電極を前記セパレータによって袋詰めする、袋詰電極の製造装置。
2. 前記セパレータおよび電極が所定の位置で重なるように前記円柱状回転体および前記電極搬送部の搬送位置および搬送速度を同期させる同期手段をさらに有し、
   前記同期手段によって前記電極およびセパレータをともに移動させつつ搬送方向の下流側から順次積層する、請求項１に記載の袋詰電極の製造装置。
3. 前記導入支持部は、前記電極の上側に設けられる上側導入支持部と、前記電極の下側に設けられ、回転駆動可能な複数のローラを備える下側導入支持部と、を有し、
   前記下側導入支持部は、前記複数のローラのうち、搬送方向の上流側のローラが斜めに下降した位置と、前記複数のローラのうち、搬送方向の上流側のローラが上昇して水平となって、前記電極を搬送可能に支持する位置と、の間で移動可能に構成される、請求項１または請求項２に記載の袋詰電極の製造装置。
4. 各々の外周面が対向して並ぶ一対の円柱状回転体の前記外周面の各々に一枚分に切り出されたセパレータを保持して前記円柱状回転体を回転させて搬送しつつ、電極搬送部によって一対の前記円柱状回転体の間に向かって当該円柱状回転体の接線方向へ搬送している所定形状の電極の上下を、導入支持部によって挟み込んで補助した状態で前記円柱状回転体の間に導入し、導入されている状態の前記電極の両面へ、一対の前記セパレータを回転している前記円柱状回転体から同時に受け渡して積層し、前記電極の両面に受け渡された一対の前記セパレータ同士を接合することで前記電極を前記セパレータによって袋詰めする、袋詰電極の製造方法。
5. 前記セパレータおよび電極が所定の位置で重なるように前記円柱状回転体および前記電極搬送部の搬送位置および搬送速度を同期させて、前記電極およびセパレータをともに移動させつつ搬送方向の下流側から順次積層する、請求項４に記載の袋詰電極の製造方法。
6. 前記導入支持部は、前記電極の上側に設けられる上側導入支持部と、前記電極の下側に設けられ、回転駆動可能な複数のローラを備える下側導入支持部と、を有し、
   前記電極搬送部から電極を受け渡される前は、前記下側導入支持部は、前記複数のローラのうち、搬送方向の上流側のローラは、斜めに下降した位置にあり、
   前記電極搬送部から電極を受け渡される際に、前記下側導入支持部は、前記複数のローラのうち、搬送方向の上流側のローラが、上昇して水平となり、前記電極を搬送可能に支持する位置に移動する、請求項４または請求項５に記載の袋詰電極の製造方法。