JP6063131B2 - 電池押圧装置および電池押圧方法 - Google Patents

Description

本発明は、電池押圧装置および電池押圧方法に関する。

近年、様々な製品で電池セルが使用されている。電池セルは、正極、セパレータ、負極が積層された電池要素が外装内に配置されてなる。電池要素は、外装内において、電解液に浸漬されており、化学反応により電力を発生する。

このような電池セルを製造する過程においては、外装内に電池要素が配置された状態で、外装内に電解液が注入される。電解液は、電池要素の周りから内部に向かって次第に含浸していく。このため、電池要素の内部に空気が残ってしまう場合がある。

また、電解液を注入した後、化学反応により電解液の一部がガスになって、電池要素の内部に溜まる場合がある。

そこで、電池セルをロールプレスして、電池要素内部の気体を押し出し、電解液の含浸を高めることが知られている（特許文献１参照）。

特開２００２−１５１１５６号公報

しかしながら、特許文献１記載の発明では、電池セルの全面をローラによりプレスしている。これでは、プレスが余分な部分まで押圧してしまい、ローラにより電池セル表面を傷つけてしまう可能性がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電池セルの端部を除いて押圧する電池押圧装置および電池押圧方法を提供することを目的とする。

電池押圧装置は、電極およびセパレータが積層されてなる電池要素および電解液が外装内に含まれてなる電池セルを押圧する。前記電池セルは、前記電池要素の端部から前記外装外部に引き出された電極端子と、前記外装内部において前記電極端子に取り付けられ前記電極端子の短絡を防止する絶縁部材とを有する。電池押圧装置は、前記電池セルを、前記外装内部の前記絶縁部材は押圧しない範囲で、前記電池要素の積層方向から押圧する押圧部材を有する。

電池押圧方法は、電極およびセパレータが積層されてなる電池要素および電解液が外装内に含まれてなる電池セルを押圧するための方法である。前記電池セルは、前記電池要素の端部から前記外装外部に引き出された電極端子と、前記外装内部において前記電極端子に取り付けられ前記電極端子の短絡を防止する絶縁部材とを有する。電池押圧方法は、自動に制御される押圧部材により、前記電池セルを、外装内部の前記絶縁部材は押圧しない範囲で、前記電池要素の積層方向から押圧する。

電池押圧装置によれば、絶縁部材を押圧しない範囲で電池セルを押圧するので、不要な部分を加圧することなく、電池要素内の空気やガス等を除去でき、その代わりに電池要素内に電解液をより含浸できる。絶縁部材の部分を押圧しないので、押圧部材による外装表面への損傷を最小限に低減できる。

電池押圧方法によれば、電池セルを絶縁部材を押圧しない範囲で押圧するので、不要な部分を加圧することなく、電池要素内の空気やガス等を除去でき、押圧部材による外装表面への損傷を最小限に低減できる。

電池セルの外観を表した斜視図である。 電池セルの平面および側面を示す図である。 電池セルの分解斜視図である。 発電要素に絶縁部材が巻き回された様子を示す斜視図である。 電池押圧装置の構成を示す概略図である。 図５を矢印ＶＩ方向から見た概略図である。 図５を矢印ＶＩＩ方向からみた概略図である。 電池セルを搬送台上に載置した様子を示す側面概略図である。 図８の矢印ＩＸ方向から見た概略図である。 押圧部材として弾性体を用いた形態を示す図である。 電池押圧装置により清掃セルを押圧する様子を示す図である。

以下、添付した図面を参照して、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。また、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、電池セルの表面を押圧して、電池要素内部に溜まったガスや空気を押し出す電池押圧装置および電池押圧方法に関する。電池押圧装置および方法を説明する前に、押圧対象である電池の構造について説明する。

（電池）
図１は電池セルの外観を表した斜視図、図２は電池セルの平面および側面を示す図、図３は電池セルの分解斜視図、図４は発電要素に絶縁部材が巻き回された様子を示す斜視図である。

図１および図２に示すとおり、電池セル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は、たとえば、アルミシートの表面を樹脂コーティングしたものである。

外装材１３の内部には、図３に示すように、充放電反応が進行する発電要素（電池要素）１５および電解液が収容されている。発電要素１５は、間にシート状のセパレータ２０を挟みつつ、正極３０と、負極４０とが交互に積層されて形成される。発電要素１５を外装材１３内部に配置し電解液を加えた状態や初回充電を行った状態では、電池要素１５内部（セパレータ２０）に空気やガスなどが溜まることがある。たとえば、図２に点線で示す丸い領域にガスや空気が溜まる。

正極３０は、シート状の正極集電体の両面に正極活物質層３２が形成されてなる。正極活物質層３２は、正極３０のタブ部分３４には形成されていない。正極３０の各タブ部分３４は、発電要素１５の積層方向から見て、重なる位置に設けられている。複数のタブ部分３４は、正極リード１１と接続される。この際、各タブ部分３４の接続の確保のためおよび電極の短絡を防止するために、図４に示すように、絶縁テープ（絶縁部材）５０が発電要素１５の端部に巻き回されている。絶縁テープ５０が巻き回されているので、外装材１３内に発電要素１５を収納すると、外装材１３が内部から絶縁テープ５０に押されて変形し、凸部１４が形成される。

負極４０は、シート状の負極集電体の両面に負極活物質層４２が形成されてなる。負極活物質層４２は、負極４０のタブ部分４４には形成されていない。負極４０の各タブ部分４４は、発電要素１５の積層方向から見て、重なる位置であって、正極３０のタブ部分３４とは重ならない位置に設けられている。

正極３０のタブ部分３４および負極４０のタブ部分４４の接続の確保のために、および電極の短絡を防止するために、図４に示すように、絶縁テープ（絶縁部材）５０が発電要素１５の端部に巻き回されている。絶縁テープ５０が巻き回されているので、外装材１３内に発電要素１５を収納すると、外装材１３が内部から絶縁テープ５０に押されて変形し、凸部１４が形成される。

なお、セパレータ２０、正極３０および負極４０を積層して発電要素１５を形成し、正極リード１１および負極リード１２を引き出しつつ、外装材１３内に電池要素１５を密閉し、電解液を注入して電池セルを製造する方法自体は、一般的である。したがって、電池セル１０の製造方法の詳細な説明は省略する。

（第１実施形態）
次に、上述の電池セル１０を押圧する電池押圧装置の第１実施形態について説明する。

図５は電池押圧装置の構成を示す概略図、図６は図５を矢印ＶＩ方向から見た概略図、図７は図５を矢印ＶＩＩ方向からみた概略図である。

本実施形態では、電池セル１０は、図５および図７に示すように、外装材１３の一辺が搬送用受け６０により保持されている。搬送用受け６０は、外装材１３の一辺を挟持しつつ移動することによって、電池セル１０を搬送する。

第１実施形態の電池押圧装置７０は、少なくとも一対のローラ７２、位置センサ７４、回転センサ７６および制御部７８を有する。

一対のローラ７２は、電池セル１０を間に位置して、相互に電池セル１０に向かって接近し、または、電池セル１０から離間する。ローラ７２が相互に接近して電池セル１０挟んだ場合、押圧部材として機能し、電池セル１０内の電池要素１５を外装材１３を介して積層方向両側から押圧できる。一対のローラ７２は、電池セル１０を押圧する際、同期して回転駆動する駆動ローラである。ローラ７２の回転速度は、好ましくは、搬送用受け６０が電池セル１０を搬送する速さと同期している。

位置センサ７４は、たとえば、電池セル１０に取り付けられた光電センサであり、信号を発信する送信機７４ａと、信号を受信する受信機７４ｂとを含む。送信機７４ａは、たとえば電池セル１０の負極リード１２に取り付けられる。受信機７４ｂは、制御部７８に接続されており、電池セル１０の搬送に伴い送信機７４ａの信号を受信する。位置センサ７４は、電池セル１０がローラ７２により押圧するのに適した位置に到達したかどうかを監視するために用いられる。押圧するのに適した位置とは、ローラ７２が、電池セル１０内部の絶縁テープ５０を押圧せずに、すなわち、外装材１３上の凸部１４を押圧せずに、電池セル１０と接触できる位置である。図５の白抜き矢印で示される方向に電池セル１０が相対的に進行する場合、位置センサ７４は、凸部１４の進行方向直後（図中右側）をローラ７２により挟める位置まで電池セル１０が搬送されたかを監視する。

回転センサ７６は、ローラ７２に取り付けられ、ローラ７２の回転数を測定できる。測定結果は、制御部７８に送信される。回転センサ７６は、たとえばエンコーダである。しかし、回転を計測できる装置であれば、回転センサ７６は、いかなる構成であってもよい。

制御部７８は、ローラ７２、位置センサ７４および回転センサ７６と接続されており、センサ７４、７６の検出結果に基づいて、ローラ７２を制御する。

電池押圧装置７０の作用について説明する。

制御部７８は、位置センサ７４により、電池セル１０の位置を監視する。ローラ７２により電池セル１０内の絶縁テープ５０を押圧することなく電池要素１５を押圧できる位置まで、電池セル１０が搬送されると、制御部は、ローラ７２を接近させる。図５〜図７の実線で示されるように、ローラ７２が電池セル１０の両面を押圧する。

制御部７８は、ローラ７２を回転駆動させて、搬送用受け６０が電池セル１０を進行させる速度と、ローラ７２の回転速度を同期させる。これにより、ローラ７２の回転表面の速度と電池セル１０の速度が一致し、電池セル１０の表面に対して進行方向への摩擦がない。ローラ７２からは、垂直方向（電池要素１５の積層方向）の押圧力だけが電池セル１０に加えられる。

電池セル１０が進行し、ローラ７２が回転する間、制御部７８は、回転センサ７６により、ローラ７２の回転数を計測する。ローラ７２の回転数が所定の閾値（回転数）に到達すると、制御部７８は、ローラ７２を電池セル１０から離間させる。ここで、所定の閾値とは、ローラ７２が電池セル１０内の電池要素１５を押圧するのに十分な回転数である。少なくとも、電池セル１０内のガスや空気が溜まる領域上をローラ７２が通過して電池セル１０表面を押圧できるように回転数が設定される。たとえば、図５および図６において、実線で示すローラ７２が電池セル１０に対して相対的に一点鎖線で示す位置に到達するまで、ローラ７２による加圧が実行される。図中、両矢印で示される範囲が加圧される。

以上のように、第１実施形態の電池押圧装置によれば、絶縁テープを押圧しない範囲で電池セル１０を押圧する。したがって、不要な部分を加圧することなく、電池要素１５内の空気やガス等を電池要素１５外部に押し出して除去でき、その代わりに電解液を電池要素１５内により含浸できる。ローラ７２により、絶縁テープ５０を押圧しないので、絶縁テープ５０の変形や破損による電極や電極リードの短絡を防止でき、加えて、ローラ７２による外装材１３表面への損傷を最小限に低減できる。

また、電池セル１０の両側からローラ７２により均等に線接触させて押圧するので、ローラ７２の加圧による電池要素１５の積層ずれが生じない。また、電池セル１０を両側から均等に押圧できるので、押圧後に電池セル１０が一方向に反ることもない。

電池セル１０を押圧する際に一対の駆動ローラ７２が駆動しているので、電池セル１０の押圧時にも電池セル１０を搬送できる。押圧前に電池セル１０を搬送している搬送速度のままで、駆動ローラ７２により電池セル１０を押圧できる。結果として、押圧時に電池セル１０を停止し、または減速する必要がないので、電池セル１０を停止、減速する場合に比べて、生産タクトを向上できる。

また、一対のローラ７２の両者が相互に同期しているので、電池セル１０には、ローラ７２から垂直方向にだけ力が加わり、水平方向の力が加わらない。加圧による電池要素１５の積層ずれが生じない。

位置センサ７４により電池セル１０の押圧開始位置を監視するので、押圧開始を高精度に設定できる。加えて、押圧開始後も、回転センサ７６により回転数を制御してローラ７２により押圧するストロークを一定に維持できる。

なお、上記実施形態では、一対のローラ７２が共に駆動ローラである場合を説明したが、両者とも回転駆動しない従動ローラであってもよく、一方だけが駆動ローラであってもよい。ローラ７２が両方とも従動ローラの場合、搬送用受け６０により移動する電池セル１０に従ってローラ７２が回転する。

また、上記実施形態では、ローラ７２の位置が固定されており、電池セル１０が搬送用受け６０により移動されていた。しかし、電池セル１０を停止し、ローラ７２を移動させてもよいし、電池セル１０およびローラ７２の両者を反対方向に移動してもよい。相対的に、ローラ７２が、図５の実線で示す位置から一点鎖線で示す位置まで移動すればよい。

（第２実施形態）
第１実施形態では、電池セル１０の一辺が搬送用受け６０により保持され、電池セル１０が立てられた状態で搬送されている例を説明した。第２実施形態では、電池セル１０を搬送台に載置して搬送し、ローラにより加圧する例を説明する。

図８は電池セルを搬送台上に載置した様子を示す側面概略図、図９は、図８の矢印ＩＸ方向から見た概略図である。図９では固定ガイドの図示は省略している。

第２実施形態の電池押圧装置８０は、ローラ８２、位置センサ８４、回転センサ８６、制御部８８および搬送台９０を有する。

ローラ８２は、第１実施形態の一対のローラ７２のうちの一方と同様に機能する。すなわち、電池セル１０に対して、近接および離間が可能であり、回転しながら電池セル１０を押圧する。

位置センサ８４および回転センサ８６も、第１実施形態の位置センサ７４および回転センサ７６と同様の構成である。たとえば、位置センサ８４の送信機８４ａが電池セル１０の凸部１４付近に取り付けられ、送信機８４ａの信号を受信する受信機８４ｂが制御部８８に接続されている。送信機８４ａは、第１実施形態のように、電極リード１１、１２に取り付けられてもよい。

制御部８８は、ローラ８２、位置センサ８４および回転センサ８６と接続されており、各構成を制御する。

搬送台９０は、台座部９２と、固定ガイド９４とを含む。台座部９２は、載置された電池セル１０を保持する。台座部９２には、凹部９３が形成されている。凹部９３は、電池セル１０が台座部９２に載置されたときに、外装材１３の凸部１４と対応する位置および大きさに形成されている。図８に示すように、電池セル１０の凸部１４が凹部９３に収納され、電池セル１０の全体が台座部９２により指示される。凹部９３に凸部１４が逃げるので、電池セル１０が水平に配置された状態で搬送される。

固定ガイド９４は、台座部９２上に配置され、電池セル１０の電極リード１１、１２や外装材１３の辺と当接して、電池セル１０の位置ズレを防止する。

次に、電池押圧装置８０の作用を説明する。

制御部８８は、位置センサ８４により、電池セル１０の位置を監視する。ローラ８２により電池セル１０内の絶縁テープ５０を押圧することなく電池要素１５を押圧できる位置まで、電池セル１０が搬送されると、制御部は、ローラ８２を接近させる。図８および図９の実線で示されるように、ローラ８２が電池セル１０の片面を押圧する。

制御部８８は、ローラ８２を回転駆動させて、搬送台９０が電池セル１０を進行させる速度と、ローラ８２の回転速度を同期させる。これにより、ローラ８２の回転表面の速度と電池セル１０の速度が一致し、電池セル１０の表面に対して進行方向への摩擦がない。ローラ８２からは、垂直方向（電池要素１５の積層方向）の押圧力だけが電池セル１０に加えられる。

電池セル１０が進行し、ローラ８２が回転する間、制御部８８は、回転センサ８６により、ローラ８２の回転数を計測する。ローラ８２の回転数が所定の閾値（回転数）に到達すると、制御部８８は、ローラ８２を電池セル１０から離間させる。たとえば、図８において、実線で示すローラ８２が電池セル１０に対して相対的に一点鎖線で示す位置に到達するまで、ローラ８２による加圧が実行される。図中、両矢印で示される範囲が加圧される。

以上のように、第２実施形態においても、電池セル１０内の絶縁テープ５０を押圧しない範囲で、電池セル１０を押圧している。したがって、第１形態と同様に、不要な部分を加圧することなく、電池要素１５内の空気やガス等を電池要素１５外部に押し出して除去でき、その代わりに電解液を電池要素１５内により含浸できる。ローラ８２により、絶縁テープ５０を押圧しないので、絶縁テープ５０の変形や破損による電極や電極リードの短絡を防止でき、加えて、ローラ８２による外装材１３表面への損傷を最小限に低減できる。

また、第２実施形態では、搬送台９０に電池セル１０を載置しているので、搬送台９０とローラ８２により電池セル１０を挟み込むことで、電池要素１５から空気、ガス等を抜ける。

また、搬送台９０には凹部９３が形成されているので、電池セル１０が水平方向に配置できる。仮に凹部９３がなければ、電池セル１０の凸部１４のために、電池セル１０全体が斜めになる。この状態で、ローラ８２により押圧すると、電池要素１５を垂直に押圧できず、電池要素１５の積層ズレが生じる可能性がある。加えて、電池セル１０が反ってしまったり、変形してしまったりする可能性がある。しかし、本実施形態では、電池セル１０の凸部１４を搬送台９０の凹部９３により収納するので、電池セル１０の姿勢を搬送台９０に対して水平できる。結果として、押圧部材８２により電池要素１５を垂直に押圧でき、電池要素１５の積層ズレが発生しない。凸部１４により押圧部材８２から電池セル１０に偏った力がかかることがなく、電池セル１０の反りや変形もない。

（第３実施形態）
第１実施形態および第２実施形態では、押圧部材としてローラを用いていた。第３実施形態ではローラの代わりに弾性体を用いる。

図１０は押圧部材として弾性体を用いた形態を示す図である。

図１０に示す形態は、第２実施形態とほぼ同様である。異なるのは、ローラ８２の代わりに、弾性体１０２が設けられている点である。第２実施形態と同じ構成には同じ参照番号を付している。

弾性体１０２は、形状が変形可能な弾性体により形成された押圧面を有する。弾性体１０２は、制御部８８に接続されている。制御部８８は、位置センサ８４による検出結果により、絶縁テープ５０を押圧せずに、弾性体１０２を電池要素１５に押圧するタイミングを決定する。弾性体１０２は回転しないので、制御部８８は、回転センサ８６による回転数の検出の代わりに、弾性体１０２の押圧時間を測定する。所定の押圧時間に到達すると、弾性体１０２は、電池セル１０から離間される。

第３実施形態では、弾性体１０２を押圧部材として用いるので、電池セル１０の表面形状に関わらず、確実に外装１３を介して電池要素１５を押圧できる。

なお、第３実施形態の弾性体１０２は、第１実施形態のように、両側から電池セル１０を押圧する場合にも使用できる。

（第４実施形態）
第４実施形態では、電池押圧装置のローラや弾性体を清掃するための清掃セル（ダミーセル）を適用した形態を説明する。

図１１は、電池押圧装置により清掃セルを押圧する様子を示す図である。

清掃セル１１０は、第１〜第３実施形態の電池セルと略同形状を有している。一方で、清掃セル１１０は、表面に粘着層１１２が設けられている。粘着層１１２は、塵や埃などのゴミを粘着可能な粘着性を有している。

電池押圧装置は、電池セル１０の代わりに、清掃セル１１０を押圧する。このとき、押圧の作用は、第１〜第３実施形態と同様である。図１１では、第１実施形態の電池押圧装置７０に、清掃セル１１０を適用している例を示している。清掃セル１１０は、搬送用受け６０により保持され、電池セル１０と同様に搬送される。

制御部７８は、清掃セル１１０に取れ付けられた位置センサ７４により、清掃セル１１０の位置を確認し、清掃セル１１０の押圧を開始する。制御部７８は、回転センサ７６により検出される回転数が所定の回転数に到達するまで、清掃セル１１０の押圧を続ける。ローラ８２が清掃セル１１０を押圧することによって、すなわち、ローラ７２が粘着層１１２と接触することによって、ローラ７２表面に付着したゴミが粘着層１１２に粘着除去される。ローラ７２の表面が清掃される。

これによって、後で実際に電池セル１０を押圧する際に、清掃後のローラ７２を使用できる。したがって、ローラ７２を電池セル１０に押圧する際に、ローラ７２表面のゴミが、電池セル１０の表面を損傷することを防止できる。

１０ 電池セル、
１１ 正極リード、
１２ 負極リード、
１３ 外装材、
１４ 凸部、
１５ 電池要素、
２０ セパレータ、
３０ 正極、
３２ 正極活物質層、
３４ タブ部分、
４０ 負極、
４２ 負極活物質層、
４４ タブ部分、
５０ 絶縁テープ、
６０ 搬送用受け
７０、８０ 電池押圧装置、
７２、８２ ローラ、
７４、８４ 位置センサ、
７６、８６ 回転センサ、
７８、８８ 制御部、
９０ 搬送台、
９２ 台座部、
９３ 凹部、
９４ 固定ガイド、
１０２ 弾性体、
１１０ 清掃セル、
１１２ 粘着層。

Claims (12)

1. 電極およびセパレータが積層されてなる電池要素および電解液が外装内に含まれてなる電池セルを押圧する電池押圧装置であって、
   前記電池セルは、前記外装内部において前記電池要素の端部に配置された絶縁部材を有し、
   前記電池セルを、前記電池要素の積層方向から押圧する押圧部材と、
   前記押圧部材が前記電池セルを押圧している間、前記押圧部材が前記電池セル内の前記絶縁部材を押圧しない範囲で、前記押圧部材を前記電池セルに対して相対的に移動させる移動手段と、
   を有する電池押圧装置。
2. 前記押圧部材は、一対のローラであり、当該一対のローラ間に前記電池セルを挟んで、前記電池要素を前記積層方向両側から押圧する請求項１記載の電池押圧装置。
3. 前記一対のローラの少なくとも一方は、回転駆動可能な駆動ローラであり、
   前記駆動ローラは、前記電池要素を押圧する際には、一方向に前記電池セルを送るように回転駆動する請求項２記載の電池押圧装置。
4. 前記一対のローラは、相互に同期して駆動する請求項３記載の電池押圧装置。
5. 前記移動手段は、前記電池セルを載置しつつ、当該電池セルを搬送する搬送台であり、
   前記押圧部材は、前記搬送台上の前記電池セルの表面を回転しながら押圧するローラである請求項１記載の電池押圧装置。
6. 前記搬送台は、前記絶縁部材によって前記外装に形成された凸部を収納する凹部を有する請求項５記載の電池押圧装置。
7. 前記電池セルの位置を検出する位置センサと、
   前記ローラの回転数を検出する回転センサと、
   をさらに有し、
   前記ローラは、前記位置センサにより前記電池セルが所定位置に位置することを検出すると、前記電池セルの押圧を開始し、前記回転センサにより検出された回転数が所定回転数に到達すると、前記電池セルの押圧を終了する請求項２〜６のいずれか一項に記載の電池押圧装置。
8. 前記押圧部材は、形状が変形可能な弾性体により形成された押圧面を有する請求項１に記載の電池押圧装置。
9. 前記電池セルと類似の形状を有し、表面に粘着部材が設けられた清掃セルをさらに有し、
   前記電池セルの代わりに前記清掃セルを前記押圧部材により押圧することで、当該押圧部材を清掃する請求項１〜８のいずれか一項に記載の電池押圧装置。
10. 電極およびセパレータが積層されてなる電池要素および電解液が外装内に含まれてなる電池セルを押圧する電池押圧方法であって、
    前記電池セルは、前記外装内部において前記電池要素の端部に配置された絶縁部材を有し、
    前記電池セルに対して相対的に移動される押圧部材により、前記電池セルを、当該電池セル内の前記絶縁部材を押圧しない範囲で、前記電池要素の積層方向から押圧する電池押圧方法。
11. 前記押圧部材は、一対のローラであり、当該一対のローラ間に前記電池セルを挟んで、前記電池要素を前記積層方向両側から押圧する請求項１０記載の電池押圧方法。
12. 前記押圧部材は、前記電池セルの表面を回転しながら押圧するローラであり、
    前記電池セルを搬送する搬送台上に当該電池セルを載置した状態で、前記ローラを前記電池セルに押圧する請求項１０記載の電池押圧方法。

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