JP6217456B2 - 電極組立体の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電極組立体の製造方法に関する。
EV(Electric Vehicle)やPHV(Plug in Hybrid Vehicle)などの車両には、原動機となる電動機への供給電力を蓄える蓄電装置としてリチウムイオン二次電池などの二次電池が搭載されている。二次電池は、例えば両面に活物質層が形成されたシート状の電極がセパレータを間に挟んだ状態で積層された電極組立体を備えている。
二次電池の製造時には、例えば特許文献1に記載されるように、正極電極、セパレータ、及び負極電極を積層して電極組立体が形成される。特許文献1では、複数の電極が載置された載置台を傾斜させつつ振動させることにより、ストッパが有する当接面に電極の端部を当接させ、電極の位置合わせを行っている。
特開2007−8697号公報
しかしながら、特許文献1では、複数の電極を積み重ねた状態から振動させて位置合わせを行うことから、例えば摩擦や電極自体の重量によって電極の位置合わせが困難になる虞があった。
この発明は、上記従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、電極の位置合わせを容易にできる電極組立体の製造方法を提供することにある。
上記課題を解決する電極組立体の製造方法は、複数の電極を載置するための載置部と、前記載置部に載置された電極の第1縁部が接触する第1接触部と、前記載置部に載置された電極のうち前記第1縁部と角部を挟んで隣り合う第2縁部が接触する第2接触部と、を有する載置機構に対して電極を載置するとともに、前記載置部を前記第1接触部が延びる方向と前記第2接触部が延びる方向とが交差する部分に向かって傾斜させた状態で、前記電極を載置してから次の電極を載置する迄の期間毎に該期間の少なくとも一部の期間において前記載置部を振動させる電極組立体の製造方法において、前記電極を載置する毎に前記載置部の振動を開始するとともに停止させることを要旨とする。
この構成によれば、電極を載置してから次の電極を載置する迄の期間毎に該期間の少なくとも一部の期間において載置部を振動させることから、電極が載置部に載置される毎に、該載置された電極を第1接触部と第2接触部とに接触する位置へ移動させることができる。したがって、複数の電極を積み重ねた状態から振動させる場合と比較して、電極の位置合わせを容易にできる。
上記電極組立体の製造方法において、前記載置部は前記電極が載置される載置面を有し、前記載置面の面方向に沿って前記載置部を振動させるとよい。この構成によれば、載置部が載置面の面方向に沿って振動されることから、電極の位置合わせをさらに容易にできる。
上記電極組立体の製造方法において、電極を吸着する複数の吸着部を有する吸着装置により前記電極を吸着して前記載置部の上方へ搬送するとともに、前記複数の吸着部のうち第1吸着部よりも前記交差する部分に近接する第2吸着部から流体を先に吐出して前記電極を前記載置部に載置するとよい。
この構成によれば、全ての吸着部から流体を同時に吐出する場合と比較して、載置させるときの電極の傾斜角度と、載置部の傾斜角度とを近づけることができる。このため、電極を載置させるときに電極が折れ曲がったりすることを抑制できる。
本発明によれば、電極の位置合わせを容易にできる。
二次電池を模式的に示す斜視図。 電極組立体の構成要素を模式的に示す斜視図。 電極積層装置を模式的に示す図。 積層テーブルを模式的に示す斜視図。
以下、電極組立体の製造方法の一実施形態について説明する。
図1に示すように、蓄電装置としての二次電池10は、ケース本体11a及び蓋11bで構成されたケース11を備えるとともに、このケース11内に収容された電極組立体12を備える。なお、ケース11内には、図示しない電解液が収容されている。また、本実施形態の二次電池10は、その外観が角型をなす角型電池であり、リチウムイオン二次電池である。
図2に示すように、電極組立体12は、電極としての複数の正極電極14と、正極電極14とは異なる極の電極としての複数の負極電極15とが、両者の間にセパレータ16が介在する状態で交互に積層された積層型の電極組立体である。正極電極14は、矩形状の正極用金属箔(本実施形態ではアルミニウム箔)14aと、正極用金属箔14aの両面に設けられた矩形状の正極用の活物質層14bと、を有する。矩形状である正極電極14の4辺となる第1縁部14c、第2縁部14d、第3縁部14e、及び第4縁部14fのうち、第3縁部14eには、正極用の集電タブ14gが突出している。なお、第1縁部14cと、第2縁部14dとは、角部を挟んで隣り合う2辺となる。
負極電極15は、矩形状の負極用金属箔(本実施形態では銅箔)15aと、負極用金属箔15aの両面に設けられた矩形状の負極用の活物質層15bと、を有する。矩形状である負極電極15の4辺となる第1縁部15c、第2縁部15d、第3縁部15e、及び第4縁部15fのうち、第3縁部15eには、負極用の集電タブ15gが突出している。なお、第1縁部15cと、第2縁部15dとは、角部を挟んで隣り合う2辺となる。
本実施形態において、正極電極14は、集電タブ14gが突出する状態で袋状のセパレータ16に収容されている。即ち、正極用の集電タブ14gは、矩形状であるセパレータ16の4辺となる第1縁部16c、第2縁部16d、第3縁部16e、及び第4縁部16fのうち、第3縁部16eから突出している。本実施形態のセパレータ16は、正極電極14の一部を構成していると把握することもできる。
本実施形態のセパレータ16と負極電極15とは、電極組立体12における各電極14,15の積層方向から見た場合において、集電タブ15gを除いて一致する形状及び大きさである。したがって、電極組立体12において、負極電極の各縁部15c〜15fは、セパレータ16の各縁部16c〜16fとそれぞれ重なる。
図1に示すように、正極電極14の集電タブ14gは、タブ群18pとして正極用の導電部材19に溶接で接続されている。また、負極電極15の集電タブ15gは、タブ群18nとして負極用の導電部材20に溶接で接続されている。正極用の導電部材19は、蓋11bを貫通する正極端子21と一体に形成されている。負極用の導電部材20は、蓋11bを貫通する負極端子22と一体に形成されている。なお、正極端子21及び負極端子22は、ケース11と電気的に絶縁されている。
次に、セパレータ16で包まれた正極電極14と、負極電極15とを積層する電極積層装置30について説明する。
図3に示すように、電極積層装置30は、セパレータ16に収容された正極電極14を、集電タブ14gが同じ方向に揃った状態で複数積層して収納する箱状の正極収納部31を備える。また、電極積層装置30は、複数の負極電極15を、集電タブ15gが同じ方向に揃った状態で積層して収納する箱状の負極収納部32を備える。
電極積層装置30は、セパレータ16に収容された正極電極14、及び負極電極15が載置される積層テーブル33を備え、この積層テーブル33は正極収納部31及び負極収納部32の間に配置されている。また、積層テーブル33は、支持台39上に支持されている。
図4に示すように、積層テーブル33は、正極電極14及び負極電極15が載置される載置面34aを有する矩形板状の載置部34を有する。載置部34の第1縁部34bには、該第1縁部34bの全体にわたって壁状である第1接触部としての第1壁36が立設されている。即ち、第1壁36は、第1縁部34bに沿って延在している。第1壁36は、載置部34に載置されたセパレータ16の第1縁部16c、及び負極電極15の第1縁部16cが接触する接触面36aを有する。
載置部34において、第1縁部34bと角部を挟んで隣り合う第2縁部34cには、該第2縁部34cの全体にわたって壁状である第2接触部としての第2壁37が立設されている。即ち、第2壁37は、第2縁部34cに沿って延在している。第2壁37は、載置部34に載置されたセパレータ16の第2縁部16d、及び負極電極15の第2縁部15dが接触する接触面37aを有する。
そして、載置部34(積層テーブル33)は、第1壁36と第2壁37との接続部38に向かって傾斜した状態で支持台39上に支持されている。接続部38は、第1壁36が延びる方向と第2壁37が延びる方向とが交差(本実施形態では直交)する部分となる。載置部34は、第1縁部34bが延びる方向において、水平方向に対して角度θ1で傾斜している。また、載置部34は、第2縁部34cが延びる方向において、水平方向に対して角度θ2で傾斜している。本実施形態の角度θ1、及び角度θ2は、例えば1°以上10°以下である。したがって、垂直方向において、積層テーブル33のうち接続部38は最も下方に位置する一方で、接続部38と対角線上に位置する角部は最も上方に位置する。
図3に示すように、本実施形態の支持台39は、積層テーブル33を振動させる振動装置39aを有する。振動装置39aは、載置部34の載置面34aの面方向に沿って積層テーブル33を振動させる。なお、本実施形態において、正極電極14及び負極電極15は、正極の集電タブ14gが積層方向に沿って列状に配置され、且つ正極の集電タブ14gと重ならない位置にて負極の集電タブ15gが積層方向に沿って列状に配置されるように、積層テーブル33に積層されるようになっている。そして、積層テーブル33では、セパレータ16に収納された正極電極14と、負極電極15とが交互に積層されて積層体23が形成される。本実施形態では、積層テーブル33、支持台39、及び振動装置39aを含んで載置機構59が構成される。
また、正極収納部31と、負極収納部32と、積層テーブル33は、同一直線上に並んでいる。電極積層装置30は、正極収納部31、積層テーブル33、及び積層テーブル33の上方に配置されたガイドレール35を備える。
電極積層装置30は、ガイドレール35に沿って移動可能な正極移送装置40を備える。正極移送装置40は、セパレータ16と共に正極電極14を吸着する吸着装置としての正極用吸着装置41を備える。正極用吸着装置41は、正極用吸着パット42と、正極用吸着パット42に吸引力を発生させる正極用ポンプ43と、を有する。
図4に示すように、正極用吸着パット42の正極用吸着面42aは矩形状であり、正極用吸着面42aには複数の吸着部としての吸引孔47a〜47fが配設されている。吸引孔47a〜47fは、正極用吸着面42aの長手方向及び短手方向に沿って複数配置されている。正極用吸着装置41では、正極用ポンプ43を駆動させることにより、吸引孔47a〜47f内を減圧して吸着力を発生させたり、吸引孔47a〜47fから流体としての空気を吐出させたりできる。また、正極用吸着装置41では、垂直方向から見た場合において、接続部38に近接する第2吸着部としての吸引孔47a〜47cと、これら吸引孔47a〜47cよりも接続部38から離間する第1吸着部としての吸引孔47d〜47fとで、独立して空気の吸引及び吐出を可能である。
図3に示すように、正極移送装置40は、正極用吸着装置41を昇降させる正極用シリンダ44を備える。正極用シリンダ44の正極用ロッド45の一端は正極用吸着装置41に連結され、正極用ロッド45の他端には図示しないピストンが連結されている。ピストンは正極用シリンダ44のシリンダチューブ46内で移動可能に収容され、ピストンの移動に伴い正極用ロッド45がシリンダチューブ46に対し出没する。そして、正極用シリンダ44への空気の給排を制御することにより、シリンダチューブ46に対する正極用ロッド45の出没が制御されるとともに、正極用吸着パット42が昇降する。
電極積層装置30は、ガイドレール35に沿って移動可能な負極移送装置50を備える。負極移送装置50は、負極電極15を吸着する吸着装置としての負極用吸着装置51を備える。負極用吸着装置51は負極用吸着パット52と、負極用吸着パット52に吸引力を発生させる負極用ポンプ53と、を有する。
図4に示すように、正極用吸着パット42と同様に、負極用吸着パット52の負極用吸着面52aは矩形状であり、負極用吸着面52aには複数の吸着部としての吸引孔57a〜57fが配設されている。吸引孔57a〜57fは、負極用吸着面52aの長手方向及び短手方向に沿って複数配置されている。負極用吸着装置51では、負極用ポンプ53を駆動させることにより、吸引孔57a〜57f内を減圧して吸着力を発生させたり、吸引孔57a〜57fから空気を吐出させたりできる。また、負極用吸着装置51では、垂直方向から見た場合において、接続部38に近接する第2吸着部としての吸引孔57a〜57cと、これら吸引孔57a〜57cよりも接続部38から離間する第1吸着部としての吸引孔57d〜57fとで、独立して空気の吸引及び吐出を可能である。
図3に示すように、負極移送装置50は、負極用吸着装置51を昇降させる昇降装置としての負極用シリンダ54を備える。負極用シリンダ54の負極用ロッド55の一端は負極用吸着装置51に連結され、負極用ロッド55の他端には図示しないピストンが連結されている。ピストンは負極用シリンダ54のシリンダチューブ56内で移動可能に収容され、ピストンの移動に伴い負極用ロッド55がシリンダチューブ56に対し出没する。そして、負極用シリンダ54への空気の給排を制御することにより、シリンダチューブ56に対する負極用ロッド55の出没が制御されるとともに、負極用吸着パット52が昇降する。
また、電極積層装置30は、振動装置39a、正極用ポンプ43、正極用シリンダ44、負極用ポンプ53、及び負極用シリンダ54の動作を制御する制御装置60を備えている。振動装置39a、正極用ポンプ43、正極用シリンダ44、負極用ポンプ53、及び負極用シリンダ54は、制御装置60に信号接続されている。制御装置60は、図示しない記憶部を備えている。この記憶部には、振動装置39a、正極用ポンプ43、正極用シリンダ44、負極用ポンプ53、及び負極用シリンダ54の制御プログラムが記憶されている。
次に、電極積層装置30を用いた電極組立体12の製造方法について、その作用とともに説明する。電極組立体12の製造方法は、複数の正極電極14(セパレータ16で包まれている)、及び複数の負極電極15を積層する積層工程を含む。積層工程において、制御装置60は、記憶部に記憶された制御プログラムを実行することにより、振動装置39a、正極用ポンプ43、正極用シリンダ44、負極用ポンプ53、及び負極用シリンダ54を動作させる。制御装置60は、積層工程中、継続して載置部34が載置面34aの面方向に沿って振動されるように振動装置39aを制御する。
図3に示すように、積層工程では、負極移送装置50を負極収納部32上に移動させ、負極用ロッド55をシリンダチューブ56から突出させて負極用吸着パット52を負極収納部32内に移動させる。そして、負極用ポンプ53を駆動させて負極用吸着パット52(吸引孔57a〜57f)に吸引力を発生させ、負極用吸着パット52により、負極収納部32の最上層の負極電極15を吸着させる。
次に、負極用ロッド55をシリンダチューブ56に没入させて負極用吸着パット52を上昇させ、そのまま負極移送装置50をガイドレール35に沿って積層テーブル33上まで移動させる。そして、負極用ロッド55をシリンダチューブ56から突出させて負極用吸着パット52を積層テーブル33に向けて下降させる。
そして、積層テーブル33(積層体23)に対し、負極電極15を積層する。このとき、負極用吸着パット52の吸引孔57a〜57fのうち、垂直方向から見た場合に、接続部38に近接する吸引孔57a〜57cから先に空気を吐出するとともに、その後に残る吸引孔57d〜57fから空気を吐出する。これにより、全ての吸引孔57a〜57fから同時に空気を吐出する場合と比較して、載置部34に負極電極15を載置させるときの負極電極15の傾斜角度と、載置部34の傾斜角度とを近づけることができる。なお、負極用吸着パット52と載置部34とは、載置部34が接続部38に向かって傾斜していることから、積層テーブル33のうち接続部38において最も離間し、接続部38と対角線上に位置する角部において最も近接する。
そして、負極電極15は、仮に第1縁部15cと接触面36aとが離間した位置や、第2縁部15dと接触面37aとが離間した位置に載置(落下)された場合であっても、載置部34が傾斜し、且つ振動装置39aによって振動されていることから、接続部38に向かって容易に移動する。このため、負極電極15は、第1縁部15cと接触面36aとが接触し、且つ第2縁部15dと接触面37aとが接触した位置に位置決めされる。
ここで、例えば、複数の電極14,15を積層してから載置部34を振動させる場合には、積層された電極の重量や、電極及びセパレータの相互間で発生する摩擦などにより位置合わせが困難となる。これに対して、本実施形態では、電極を載置してから次の電極を載置する迄の期間毎に該期間の少なくとも一部の期間(本実施形態では全部の期間)において載置部34を振動させることから、電極が載置部34に載置される毎に第1壁36及び第2壁37に接触する位置へ移動させることができる。その後、負極用シリンダ54によって負極用吸着パット52を上昇させるとともに、負極移送装置50を積層テーブル33上から移動させる。
次に、積層テーブル33(積層体23)に、セパレータ16に収納された正極電極14を積層する。正極移送装置40において、正極用ロッド45をシリンダチューブ46から突出させて正極用吸着パット42を正極収納部31内に移動させる。そして、正極用ポンプ43を駆動させて正極用吸着パット42(吸引孔47a〜47f)に吸引力を発生させ、正極用吸着パット42により、セパレータ16に収納された正極電極14を吸着させる。次に、正極用ロッド45をシリンダチューブ46に没入させて正極用吸着パット42を上昇させ、そのまま正極移送装置40をガイドレール35に沿って積層テーブル33上まで移動させる。次に、正極用ロッド45をシリンダチューブ46から突出させて正極用吸着パット42を積層テーブル33に向けて下降させる。
そして、積層テーブル33上の積層体23に対し、セパレータ16に収納された正極電極14を積層する。このとき、正極用吸着パット42の吸引孔47a〜47fのうち、垂直方向から見た場合に、接続部38に近接する吸引孔47a〜47cから先に空気を吐出するとともに、その後に残る吸引孔47d〜47fから空気を吐出する。これにより、載置部34に正極電極14を載置させるときの正極電極14の傾斜角度と、載置部34の傾斜角度とを近づけることができる。なお、正極用吸着パット42と載置部34とは、載置部34が接続部38に向かって傾斜していることから、積層テーブル33のうち接続部38において最も離間し、接続部38と対角線上に位置する角部において最も近接する。
そして、正極電極14は、載置部34が傾斜し、且つ振動装置39aによって振動されていることから、接続部38に向かって容易に移動する。このため、正極電極14は、セパレータ16の第1縁部16cと接触面36aとが接触し、且つ第2縁部16dと接触面37aとが接触した位置に位置決めされる。したがって、電極積層装置30では、セパレータ16(正極電極14)が載置部34に載置される毎に第1壁36及び第2壁37に接触する位置へ移動させることができる。
そして、正極用吸着面42aから正極電極14を落下させると、正極用シリンダ44によって正極用吸着パット42を上昇させる。そして、正極移送装置40を積層テーブル33上から移動させる。その後、セパレータ16に収納された正極電極14及び負極電極15の積層が交互に繰り返し行われ、正極電極14及び負極電極15が所定枚数積層されて積層工程の全てが完了すると、電極組立体12が製造される。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)各電極14,15が載置部34に載置される毎に第1壁36と第2壁37とに接触する位置へ移動させることができる。このため、本実施形態では、複数の正極電極14及び負極電極15を積み重ねた状態から、載置部34を振動させる場合と比較して、各電極14,15の位置合わせを容易にできる。
(2)載置部34が載置面34aの面方向に沿って振動されることから、各電極14,15の位置合わせをさらに容易にできる。
(3)垂直方向から見た場合に、接続部38に近接する吸引孔から空気を吐出して各電極14,15を載置することから、各電極14,15を載置させるときに各電極14,15が折れ曲がったりすることを抑制できる。
(4)積層工程において、載置部34を継続して振動させている。したがって、電極14,15が載置される毎に載置部34の振動を停止させる場合と比較して、制御を簡略化できるとともに、各電極14,15の位置合わせをより確実にできる。
(5)正極電極14は、袋状のセパレータ16に予め収容されている。したがって、正極電極14とセパレータ16とを各別に積層する場合と比較して、積層工程を簡略化できる。
(6)セパレータ16と負極電極15とは、電極組立体12における各電極14,15の積層方向から見た場合において、集電タブ15gを除いて一致する形状及び大きさである。したがって、第1壁36及び第2壁37によって位置決めすることで、電極組立体12の縁部を簡便に整列させることができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 制御装置60は、各電極14,15を載置する毎に載置部34の振動を開始させるとともに停止させてもよい。即ち、電極を載置してから次の電極を載置する迄の期間毎に該期間の少なくとも一部の期間において載置部34を振動させればよい。
○ 積層テーブル33(載置部34)の角度θ1、及び角度θ2は、同一角度であってもよく、相互に異なる角度であってもよい。
○ 昇降装置は、シリンダ44,54ではなく、モータでロッドを駆動させるものでもよい。
○ 正極電極14は、セパレータ16に収容されていなくてもよく、正極電極14そのものを正極用吸着パット42で吸着して移送するようにしてもよい。この場合、正極電極14と負極電極15とは、電極組立体12における各電極14,15の積層方向から見た場合において、集電タブ14g,15gを除いて一致する形状及び大きさに形成する。そして、セパレータ16は、別の吸着装置によって吸着され、別の移送装置によって積層テーブル33に移送される。
○ 電極積層装置30は、一つの移送装置と、一つの吸引装置と、一つのシリンダを有しており、正極電極14と負極電極15を交互に移送するようにしてもよい。
○ 正極収納部31と、負極収納部32と、積層テーブル33とは、ターンテーブル上に配置されていてもよい。
○ 蓄電装置は、二次電池10に限らず、例えば、電気二重層コンデンサ等の蓄電装置に具体化してもよい。
○ 電極組立体12を構成する正極電極14、及び負極電極15の枚数は適宜変更してもよい。
○ 正極電極14は、正極用金属箔14aの片面のみに活物質層14bを有していてもよい。同様に、負極電極15は、負極用金属箔15aの片面のみに活物質層15bを有していてもよい。
○ 二次電池10は、ニッケル水素二次電池などの他の二次電池であってもよい。要は、正極の活物質層14bと負極の活物質層15bとの間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであればよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
(イ)前記電極を載置する毎に前記載置部の振動を開始させるとともに停止させることが好ましい。
(ロ)複数の電極を載置するための載置部と、前記載置部に載置された電極の第1縁部が接触する第1接触部と、前記載置部に載置された電極のうち前記第1縁部と角部を挟んで隣り合う第2縁部が接触する第2接触部と、前記載置部を振動させる振動装置と、を備え、前記載置部は前記第1接触部が延びる方向と前記第2接触部が延びる方向とが交差する部分に向かって傾斜しており、前記振動装置は、前記電極を載置してから次の電極を載置する迄の期間毎に該期間の少なくとも一部の期間において前記載置部を振動させることを特徴とする電極組立体の製造装置。
14…正極電極(電極)、15…負極電極(電極)、15c…第1縁部、15d…第2縁部、34…載置部、34a…載置面、36…第1壁(第1接触部)、37…第2壁(第2接触部)、38…接続部、39a…振動装置、41…正極用吸着装置(吸着装置)、47a〜47c…吸引孔(吸着部、第2吸着部)、47d〜47f…吸引孔(吸着部、第1吸着部)、51…負極用吸着装置(吸着装置)、57a〜57c…吸引孔(吸着部、第2吸着部)、57d〜57f…吸引孔(吸着部、第1吸着部)、59…載置機構。

Claims (3)

  1. 複数の電極を載置するための載置部と、前記載置部に載置された電極の第1縁部が接触する第1接触部と、前記載置部に載置された電極のうち前記第1縁部と角部を挟んで隣り合う第2縁部が接触する第2接触部と、を有する載置機構に対して電極を載置するとともに、前記載置部を前記第1接触部が延びる方向と前記第2接触部が延びる方向とが交差する部分に向かって傾斜させた状態で、前記電極を載置してから次の電極を載置する迄の期間毎に該期間の少なくとも一部の期間において前記載置部を振動させる電極組立体の製造方法において、
    前記電極を載置する毎に前記載置部の振動を開始するとともに停止させることを特徴とする電極組立体の製造方法。
  2. 前記載置部は前記電極が載置される載置面を有し、前記載置面の面方向に沿って前記載置部を振動させる請求項1に記載の電極組立体の製造方法。
  3. 電極を吸着する複数の吸着部を有する吸着装置により前記電極を吸着して前記載置部の上方へ搬送するとともに、前記複数の吸着部のうち第1吸着部よりも前記交差する部分に近接する第2吸着部から流体を先に吐出して前記電極を前記載置部に載置する請求項1または2に記載の電極組立体の製造方法。
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