JP6292081B2 - セパレータ成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、セパレータ成形装置に関する。

従来から、長尺状のセパレータ用基材を切断してセパレータを成形する装置がある。例えば、電極の両面にセパレータをそれぞれ積層する形態において、長尺状の電極用基材を切断手段によって一定の間隔で切断しつつ、長尺状のセパレータ用基材を切断手段によって一定の間隔で切断しながら、互いに積層する装置がある（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、正極と負極とを離間させた状態で対向させた本体部から部分的に延在した延在部を設け、その延在部を外装材によって挟持させるようにセパレータを構成すると、そのセパレータが振動や衝撃を受けても位置がずれることなく、セパレータを介して隣り合う正極と負極の短絡を十分に防止することができる。このようなセパレータを成形するような場合、セパレータの一端を成形する第１切断刃と、一端に対向し延在部を備えたセパレータの他端を成形する第２切断刃が必要となる。

特開２０１２−１２９０９８号公報

しかしながら、上記特許文献１のような構成の切断手段において、単に第１切断刃と第２切断刃を用いた場合、その第１切断刃と第２切断刃の間の部分では、セパレータ用基材の切断に伴って切断塵となる端材が発生することから、延在部を備えたセパレータを成形するために必要なコストが増大してしまう虞がある。

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、セパレータ用基材から延在部を備えたセパレータを成形するために必要なコストを抑制することができるセパレータ成形装置の提供を目的とする。

上記目的を達成する本発明に係るセパレータ成形装置は、正極と負極とを電気的に隔離した状態で外装材によって封止させ、かつ、正極と負極とを離間させた状態で対向させた本体部から部分的に延在した延在部を外装材によって挟持させるセパレータを成形する装置である。セパレータ成形装置は、長尺状のセパレータ用基材を一定の間隔で切断してセパレータを成形する成形部を有している。成形部は、第１切断刃と第２切断刃を備えている。第１切断刃は、セパレータ用基材を切断して、セパレータの一端を成形する。第２切断刃は、延在部を成形する突出部を設け、セパレータ用基材を切断して、一端に対向し延在部を備えたセパレータの他端を成形する。ここで、第１切断刃と第２切断刃を、セパレータの延在部の先端を成形する部分において重複させている。

本発明のセパレータ成形装置は、セパレータの延在部の先端を成形する部分を重複させた第１切断刃と第２切断刃によって、セパレータ用基材を切断する。すなわち、セパレータ用基材からセパレータを成形するときに、セパレータの延在部の周囲に生じる端材を削減することができる。したがって、セパレータ成形装置は、セパレータ用基材から延在部を備えたセパレータを成形するために必要なコストを抑制することができる。

実施形態に係るセパレータを用いて構成したリチウムイオン二次電池を示す斜視図である。 図１のリチウムイオン二次電池を各構成部材に分解して示す分解斜視図である。 図１の袋詰電極を示す斜視図である。 図１中に示す４−４線に沿って示す部分断面図である。 実施形態に係るセパレータ成形装置を示す斜視図である。 図５のセパレータ成形装置の要部を示す斜視図である。 図５のセパレータ成形装置のセパレータ成形部を示す斜視図である。 図５のセパレータ成形装置のセパレータ成形部によってセパレータ用基材を切断してセパレータを成形する状態の要部を示す側面図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明に係る実施形態について説明する。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。図面における部材の大きさや比率は、説明の都合上誇張され実際の大きさや比率とは異なる場合がある。図１〜図８の全ての図において、Ｘ、Ｙ、およびＺで表す矢印を用いて、方位を示している。Ｘで表す矢印の方向は、セパレータ４０や正極２０等の最終的な搬送方向Ｘを示している。Ｙで表す矢印の方向は、搬送方向Ｘと交差した交差方向Ｙを示している。Ｚで表す矢印の方向は、セパレータ４０と正極２０の積層方向Ｚを示している。

（実施形態）
セパレータ成形装置１００によってセパレータ用基材４０Ａから成形するセパレータ４０は、図１〜図４のうち特に図２〜図４に示している。セパレータ４０は、例えばリチウムイオン二次電池１を構成している袋詰電極１１に用いるものである。

リチウムイオン二次電池１は、充放電が行われる発電要素１２を外装材５０（ラミネートシート５１および５２）で封止して構成している。発電要素１２は、正極２０を一対のセパレータ４０で挟持して接合した袋詰電極１１と、負極３０とを交互に積層して構成している。リチウムイオン二次電池１は、振動や衝撃を受けても、セパレータ４０に成形した延在部４０ｔをラミネートシート５１および５２によって挟持して固定することによって、セパレータ４０の移動を規制していることから、セパレータ４０を介して隣り合う正極２０と負極３０の短絡を防止できる。セパレータ４０を用いたリチウムイオン二次電池１の詳細は、後述する。

セパレータ成形装置１００は、図５〜図７に示している。セパレータ成形装置１００は、長尺状のセパレータ用基材４０Ａからセパレータ４０を切り出して成形し、かつ、電極を挟持する一対のセパレータ４０を互いに接合する。

セパレータ成形装置１００は、電極（正極２０または負極３０）を搬送する電極搬送部１１０、正極２０の一面に積層するセパレータ４０のセパレータ用基材４０Ａを搬送する第１セパレータ搬送部１２０、および正極２０の他面に積層するセパレータ４０のセパレータ用基材４０Ａを搬送する第２セパレータ搬送部１３０を含んでいる。また、セパレータ成形装置１００は、長尺状のセパレータ用基材４０Ａを一定の間隔で切断してセパレータ４０を成形するセパレータ成形部１４０（成形部）、電極を挟持する一対のセパレータ４０を互いに接合するセパレータ接合部１５０、袋詰電極１１を搬送する袋詰電極搬送部１６０、および各構成部材の作動をそれぞれ制御する制御部１７０を含んでいる。セパレータ成形装置１００の詳細は、後述する。

先ず、セパレータ成形装置１００によってセパレータ用基材４０Ａから成形するセパレータ４０について、そのセパレータ４０を用いたリチウムイオン二次電池１の構成に基づき、図１〜図４を参照しながら説明する。

図１は、セパレータ４０を用いて構成したリチウムイオン二次電池１を示す斜視図である。図２は、図１のリチウムイオン二次電池１を各構成部材に分解して示す分解斜視図である。図３は、図１の袋詰電極１１を示す斜視図である。図４は、図１中に示す４−４線に沿って示す部分断面図である。

正極２０は、電極に相当し、導電体である正極集電体２１の両面に正極活物質２２を結着して形成している。電力を取り出す正極電極端子２１ａは、正極集電体２１の一端の一部から延在して成形している。複数積層された正極２０の正極電極端子２１ａは、溶接または接着によって互いに固定している。

正極２０の正極集電体２１の材料には、例えば、アルミニウム製エキスパンドメタル、アルミニウム製メッシュ、アルミニウム製パンチドメタルを用いている。正極２０の正極活物質２２の材料には、種々の酸化物（ＬｉＭｎ２Ｏ４のようなリチウムマンガン酸化物、二酸化マンガン、ＬｉＮｉＯ２のようなリチウムニッケル酸化物、ＬｉＣｏＯ２のようなリチウムコバルト酸化物、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物、またはリチウムを含む非晶質五酸化バナジウム）またはカルコゲン化合物（二硫化チタン、二硫化モリブテン）等を用いている。

負極３０は、正極２０と極性が異なる電極に相当し、導電体である負極集電体３１の両面に負極活物質３２を結着して形成している。負極電極端子３１ａは、正極２０に成形した正極電極端子２１ａと重ならないように、負極集電体３１の一端の一部から延在して成形している。負極３０の長手方向の長さは、正極２０の長手方向の長さよりも長い。負極３０の短手方向の長さは、正極２０の短手方向の長さと同様である。複数積層された負極３０の負極電極端子３１ａは、溶接または接着によって互いに固定している。

負極３０の負極集電体３１の材料には、例えば、銅製エキスパンドメタル、銅製メッシュ、または銅製パンチドメタルを用いている。負極３０の負極活物質３２の材料には、リチウムイオンを吸蔵して放出する炭素材料を用いている。このような炭素材料には、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、または有機前駆体（フェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、またはセルロース）を不活性雰囲気中で熱処理して合成した炭素を用いている。

セパレータ４０は、正極２０と負極３０の間に設けられ、その正極２０と負極３０を電気的に隔離している。セパレータ４０は、例えば、ポリプロピレンからなり、薄板状に形成している。セパレータ４０は、正極２０と負極３０とを離間させた状態で対向させた本体部４０ｓと、その本体部４０ｓから部分的に延在した延在部４０ｔを備えている。セパレータ４０の一端４０ｍは、正極２０の正極電極端子２１ａおよび負極３０の負極電極端子３１ａの基端部分に当接している。セパレータ４０の一端４０ｍに対向した他端４０ｎには、その他端４０ｎから部分的に延在させて成形した延在部４０ｔを備えている。セパレータ４０の延在部４０ｔは、ラミネートシート５１および５２によって挟持されて固定されている。したがって、セパレータ４０は、振動や衝撃を受けても、その位置がずれることなく、セパレータ４０を介して隣り合う正極２０と負極３０の短絡を十分に防止することができる。

セパレータ４０は、正極２０と負極３０との間に電解液を保持することによって、リチウムイオンの伝導性を担保している。セパレータ４０には、非水溶媒に電解質を溶解することによって調製した非水電解液を含浸させている。非水電解液をセパレータ４０に保持するために、ポリマーを含有させている。一対のセパレータ４０によって、正極２０の両面を挟持するように積層して袋詰めし、袋詰電極１１を構成している。接合部４０ｈは、一対のセパレータ４０の長手方向に沿った両側において、たとえば両端部と中央部に合計３つずつ形成している。接合部４０ｈによって、袋詰電極１１内における正極２０の移動を抑制している。

外装材５０は、例えば、内部に金属板を備えたラミネートシート５１および５２から構成し、発電要素１２を両側から被覆して封止している。さらに、ラミネートシート５１および５２は、セパレータ４０の他端４０ｎから部分的に延在して成形された延在部４０ｔを挟持して固定している。ラミネートシート５１および５２で発電要素１２を封止する際に、そのラミネートシート５１および５２の周囲の一部を開放して、その他の周囲を熱溶着等によって封止する。ラミネートシート５１および５２の開放している部分から電解液を注入し、セパレータ４０等に電荷液を含浸させる。ラミネートシート５１および５２の開放部から内部を減圧することによって空気を抜きつつ、その開放部も熱融着して完全に密封する。

外装材５０のラミネートシート５１および５２は、例えば、それぞれ３種類の材料を積層して３層構造を形成している。１層目は、熱融着性樹脂に相当し、例えばポリエチレン（ＰＥ）、アイオノマー、またはエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）を用いている。１層目の材料は、負極３０に隣接させる。２層目は、金属を箔状に形成したものに相当し、例えばＡｌ箔またはＮｉ箔を用いている。３層目は、樹脂性のフィルムに相当し、例えば剛性を有するポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはナイロンを用いている。

次に、セパレータ成形装置１００の構成（電極搬送部１１０、第１セパレータ搬送部１２０、第２セパレータ搬送部１３０、セパレータ成形部１４０、セパレータ接合部１５０、袋詰電極搬送部１６０、および制御部１７０）について、図５〜図７を参照しながら順に説明する。

図５は、セパレータ成形装置１００を示す斜視図である。図６は、図５のセパレータ成形装置１００の要部を示す斜視図である。図７は、図５のセパレータ成形装置１００のセパレータ成形部１４０を示す斜視図である。

電極搬送部１１０は、図５に示し、長尺状の正極用基材２０Ａから正極２０を切り出して搬送する。

電極搬送部１１０の電極供給ローラ１１１は、正極用基材２０Ａを保持するものである。電極供給ローラ１１１は、円柱形状からなり、長尺状の正極用基材２０Ａを巻き付けている。搬送ローラ１１２は、正極用基材２０Ａを搬送ベルト１１３に導くものである。搬送ローラ１１２は、細長い円柱形状からなり、電極供給ローラ１１１に巻き付けられた正極用基材２０Ａに対して一定の張力をかけた状態で搬送ベルト１１３に導く。搬送ベルト１１３は、正極用基材２０Ａを搬送するものである。搬送ベルト１１３は、外周面に吸引口を複数設けた無端状のベルトからなり、正極用基材２０Ａを吸引した状態で搬送方向Ｘに沿って搬送する。搬送ベルト１１３は、搬送方向Ｘと交差した交差方向Ｙに沿った幅が、正極用基材２０Ａの幅よりも長い。回転ローラ１１４は、搬送ベルト１１３を回転させるものである。回転ローラ１１４は、交差方向Ｙに沿って、搬送ベルト１１３の内周面に複数配設し、搬送ベルト１１３を回転させる。複数の回転ローラ１１４のうち、一つが動力を設けた駆動ローラであり、その他が駆動ローラに従動する従動ローラである。搬送ローラ１１２および電極供給ローラ１１１は、搬送ベルト１１３の回転に従動して回転する。

電極搬送部１１０の切断刃１１５および１１６は、正極用基材２０Ａを切断して正極２０を成形するものである。切断刃１１５および１１６は、交差方向Ｙに沿って隣り合うように配設し、正極用基材２０Ａを所定の形状に切断して正極２０を成形する。切断刃１１５は、先端に直線状の鋭利な刃を設け、正極用基材２０Ａの一端を交差方向Ｙに沿って直線状に切断する。切断刃１１６は、先端に一部を屈折させ段違いに形成した鋭利な刃を設け、一端を切断された直後の正極用基材２０Ａの他端を、正極電極端子２１ａの形状に対応して切断する。受け台１１７は、正極用基材２０Ａを切断する切断刃１１５および切断刃１１６を受け止めるものである。受け台１１７は、搬送する正極用基材２０Ａを介して、切断刃１１５および切断刃１１６と対向して配設している。電極搬送部１１０は、正極用基材２０Ａから切り出した正極２０を、第１セパレータ搬送部１２０と第２セパレータ搬送部１３０との間を通過するように搬出する。

第１セパレータ搬送部１２０は、図５および図６に示し、セパレータ用基材４０Ａを搬送しながら、セパレータ成形部１４０によってセパレータ用基材４０Ａから切り出されたセパレータ４０を、正極２０の一面（裏面の側、図５中の積層方向Ｚに沿った下方）に積層しつつ、セパレータ接合部１５０に搬送する。

第１セパレータ搬送部１２０は、セパレータ用基材４０Ａを延長方向（搬送方向Ｘ）に沿って搬送する搬送部に相当する。

第１セパレータ搬送部１２０は、電極搬送部１１０よりも搬送方向Ｘの下流側であって、積層方向Ｚに沿った図５および図６中の下方に配設している。第１セパレータ供給ローラ１２１は、セパレータ用基材４０Ａを保持するものである。第１セパレータ供給ローラ１２１は、円柱形状からなり、長尺状のセパレータ用基材４０Ａを巻き付けている。第１加圧ローラ１２２と第１ニップローラ１２３は、セパレータ用基材４０Ａに対して一定の張力をかけた状態で第１搬送ドラム１２４に導くものである。第１加圧ローラ１２２と第１ニップローラ１２３は、対向して配設し、それぞれ細長い円柱形状からなる。

第１搬送ドラム１２４は、セパレータ用基材４０Ａをセパレータ接合部１５０に搬送するものである。第１搬送ドラム１２４は、セパレータ成形部１４０によって切断されたセパレータ４０を、電極搬送部１１０から搬出された正極２０の一面（裏面の側、図５中の積層方向Ｚに沿った下方）に近接させつつ積層する。セパレータ４０は、正極２０の一面に対向させている。第１搬送ドラム１２４は、円柱形状からなり、その外周面に吸引口を複数設けている。第１セパレータ搬送部１２０の第１搬送ドラム１２４を回転させると、第１加圧ローラ１２２と第１ニップローラ１２３に加えて第１セパレータ供給ローラ１２１が従動して回転する。

第２セパレータ搬送部１３０は、図５および図６に示し、セパレータ用基材４０Ａを搬送しながら、セパレータ成形部１４０によってセパレータ用基材４０Ａから切り出されたセパレータ４０を、正極２０の一面に対向した他面（表面の側、図５中の積層方向Ｚに沿った上方）に積層しつつ、セパレータ接合部１５０に搬送する。

第２セパレータ搬送部１３０は、第１セパレータ搬送部１２０と同様に、セパレータ用基材４０Ａを延長方向（搬送方向Ｘ）に沿って搬送する搬送部に相当する。

第２セパレータ搬送部１３０は、電極搬送部１１０よりも搬送方向Ｘの下流側であって、積層方向Ｚに沿った図５および図６中の上方に配設している。すなわち、第２セパレータ搬送部１３０は、第１セパレータ搬送部１２０と積層方向Ｚに沿って対面同一になるように対向して配設している。第２セパレータ搬送部１３０の第２セパレータ供給ローラ１３１、第２加圧ローラ１３２、第２ニップローラ１３３、および第２搬送ドラム１３４、は、第１セパレータ搬送部１２０の第１セパレータ供給ローラ１２１、第１加圧ローラ１２２、第１ニップローラ１２３、および第１搬送ドラム１２４と同様の構成からなる。

セパレータ成形部１４０は、図５〜図７に示し、長尺状のセパレータ用基材４０Ａを一定の間隔で切断してセパレータ４０を成形する。

セパレータ成形部１４０は、成形部に相当する。セパレータ成形部１４０は、切断部材１４１、駆動部材１４２、ヒータ１４３（加熱部材）、支持部材１４４、および吸引器１４５（回収部材）を含んでいる。切断部材１４１は、本体１４１ａ、第１切断刃１４１ｂ、第２切断刃１４１ｃ、および突出部１４１ｃａを備えている。以下、セパレータ成形部１４０の構成について順に説明する。

切断部材１４１は、長尺状のセパレータ用基材４０Ａを切断するものである。切断部材１４１は、第１セパレータ搬送部１２０の第１搬送ドラム１２４および第２セパレータ搬送部１３０の第２搬送ドラム１３４に対して、交差方向Ｙに沿って隣り合うように１つずつ配設している。切断部材１４１は、例えば、金属からなり、角柱形状に形成している。切断部材１４１は、その長手方向に沿った側面から突出するように第１切断刃１４１ｂと第２切断刃１４１ｃをそれぞれ備えている。第１切断刃１４１ｂは、セパレータ用基材４０Ａを切断して、セパレータ４０の一端４０ｍを成形する。第２切断刃１４１ｃは、延在部４０ｔを成形する突出部１４１ｃａを設け、セパレータ用基材４０Ａを切断して、一端４０ｍに対向し延在部４０ｔを備えたセパレータ４０の他端４０ｎを成形する。第１切断刃１４１ｂと第２切断刃１４１ｃを、セパレータ４０の延在部４０ｔの先端を成形する部分において重複させている。すなわち、第１切断刃１４１ｂの中央部分と第２切断刃１４１ｃの突出部１４１ｃａを、重複させている。第１切断刃１４１ｂと第２切断刃１４１ｃは、本体１４１ａの側面を長手方向に沿って切削加工することによって、一体に形成している。

駆動部材１４２は、切断部材１４１を、第１セパレータ搬送部１２０の第１搬送ドラム１２４、および第２セパレータ搬送部１３０の第２搬送ドラム１３４に対して、それぞれ接近および離間させるものである。一対の駆動部材１４２は、各々の切断部材１４１を接合して配設している。駆動部材１４２は、例えば、ピストンや直進ステージから構成する。

ヒータ１４３は、第１切断刃１４１ｂおよび第２切断刃１４１ｃを加熱するものである。ヒータ１４３は、加熱部材に相当する。ヒータ１４３は、第１切断刃１４１ｂおよび第２切断刃１４１ｃに隣接した本体１４１ａに例えば２つ埋設している。ヒータ１４３は、例えば、電熱線や熱電対またはペルチェ素子等からなる。ヒータ１４３は、第１切断刃１４１ｂおよび第２切断刃１４１ｃを介して、セパレータ用基材４０Ａを加熱させる。

支持部材１４４は、第１切断刃１４１ｂおよび第２切断刃１４１ｃによってセパレータ用基材４０Ａが切断されるときに、セパレータ用基材４０Ａを支持するものである。支持部材１４４は、少なくとも第１切断刃１４１ｂおよび第２切断刃１４１ｃの間に配設し、伸縮性を備えている。支持部材１４４は、セパレータ用基材４０Ａを切断した場合に、端材４０ｃとなる部分を押圧する。支持部材１４４は、第１切断刃１４１ｂおよび第２切断刃１４１ｃの間において、突出部１４１ｃａを跨いで、１つずつ配設している。支持部材１４４は、切断部材１４１の本体１４１ａに接合している。支持部材１４４がセパレータ用基材４０Ａを支持することによって、第１切断刃１４１ｂおよび第２切断刃１４１ｃがセパレータ用基材４０Ａを押圧しながら切断しても、セパレータ用基材４０Ａが位置ずれることなく、引っ張られて切断し易い状態になる。さらに、支持部材１４４は、第１切断刃１４１ｂおよび第２切断刃１４１ｃがセパレータ用基材４０Ａに向かって移動しつつ切断するときに、切断部材１４１の本体１４１ａとセパレータ用基材４０Ａの間で若干縮む。

吸引器１４５は、第１切断刃１４１ｂと第２切断刃１４１ｃによってセパレータ用基材４０Ａが切断されたときに、第１切断刃１４１ｂと第２切断刃１４１ｃの間の部分で発生する端材４０ｃを回収するものである。端材４０ｃは、セパレータ用基材４０Ａの切断に伴って発生する切断塵に相当する。吸引器１４５は、回収部材に相当する。吸引器１４５は、切断部材１４１に近接し、切断部材１４１に対して第１搬送ドラム１２４および第２搬送ドラム１３４の円周上に沿って配設している。吸引器１４５は、第１搬送ドラム１２４および第２搬送ドラム１３４において、端材４０ｃが発生する位置に対向するように、交差方向Ｙに沿って２つずつ設けている。吸引器１４５は、端材４０ｃを吸引する真空ポンプ、端材４０ｃを一時的に収容する収容箱、端材４０ｃと共に吸引した空気中に含まれる切断塵を除去するフィルタを備えている。

セパレータ接合部１５０は、図５および図６に示し、一対のセパレータ４０の端部を挟持しつつ熱溶着によって接合する。

セパレータ接合部１５０は、第１セパレータ搬送部１２０および第２セパレータ搬送部１３０よりも搬送方向Ｘの下流側であって、搬送方向Ｘに沿った両端に一組ずつ配設している。セパレータ接合部１５０において、押圧部材１５１およびヒータ１５２は、一対のセパレータ４０よりも図６中の上方に配設している。一方、支持部材１５３は、一対のセパレータ４０よりも図６中の下方に配設している。

セパレータ接合部１５０の押圧部材１５１は、セパレータ４０を押圧しつつ、ヒータ１５２の熱をセパレータ４０に伝播させるものである。押圧部材１５１は、金属からなり、長方形状の本体部１５１ａと、その本体部１５１ａの隅から突出して形成した突起部１５１ｂを、一体に形成している。押圧部材１５１は、その突起部１５１ｂをセパレータ４０に押圧する。ヒータ１５２は、押圧部材１５１を介して、セパレータ４０を加熱させるものである。ヒータ１５２は、押圧部材１５１の本体部１５１ａに密着させている。ヒータ１５２は、例えば、熱電対やペルチェ素子からなる。ヒータ１５２から供給する熱によって、一対のセパレータ４０を互いに溶着する。支持部材１５３は、一対のセパレータ４０を介して押圧部材１５１と対向し、セパレータ４０を押圧する押圧部材１５１を支持する。支持部材１５３は、金属からなり、長方形状の本体部１５３ａと、その本体部１５３ａの隅から突出して形成した突起部１５３ｂを一体に形成している。支持部材１５３の突起部１５３ｂは、積層方向Ｚに沿って押圧部材１５１の突起部１５１ｂと対向するように配設している。

袋詰電極搬送部１６０は、図５および図６に示し、セパレータ接合部１５０等によって形成される袋詰電極１１を搬送する。

袋詰電極搬送部１６０は、電極搬送部１１０と搬送方向Ｘに沿って隣り合い、第１セパレータ搬送部１２０および第２セパレータ搬送部１３０よりも搬送方向Ｘの下流側に配設している。搬送ベルト１６１は、袋詰電極１１を搬送するものである。搬送ベルト１６１は、外周面に吸引口を複数設けた無端状のベルトからなり、袋詰電極１１を吸引した状態で搬送方向Ｘに沿って搬送する。搬送ベルト１６１は、搬送方向Ｘと交差した交差方向Ｙに沿った幅を、袋詰電極１１の幅よりも短く形成している。すなわち、袋詰電極１１の両端は、搬送ベルト１６１から交差方向Ｙに対して外方に突出している。このようにして、搬送ベルト１６１は、セパレータ接合部１５０との干渉を回避している。回転ローラ１６２は、搬送ベルト１６１を回転させるものである。回転ローラ１６２は、交差方向Ｙに沿って、搬送ベルト１６１の内周面に複数配設している。回転ローラ１６２は、セパレータ接合部１５０との干渉を回避するため、搬送ベルト１６１から突出させていない。複数の回転ローラ１６２のうち、一つが動力を設けた駆動ローラであり、その他が駆動ローラに従動する従動ローラである。

袋詰電極搬送部１６０の吸着パッド１６３は、袋詰電極１１を吸着するものである。吸着パッド１６３は、搬送ベルト１６１に載置された袋詰電極１１よりも積層方向Ｚの図５中に示す上方において、袋詰電極１１と対向するように位置している。吸着パッド１６３は、板状からなり、袋詰電極１１と当接する面に吸引口を複数設けている。伸縮部材１６４は、吸着パッド１６３を積層方向Ｚに沿って上下に移動させるものである。伸縮部材１６４は、その一端を吸着パッドに接合し、その他端をＸ軸ステージ１６５およびＸ軸補助レール１６６に係留させている。伸縮部材１６４は、エアーコンプレッサー等を動力として、積層方向Ｚに沿って伸縮自在である。Ｘ軸ステージ１６５およびＸ軸補助レール１６６は、吸着パッド１６３を接合した伸縮部材１６４を搬送方向Ｘに沿って移動させるものである。Ｘ軸ステージ１６５は、搬送方向Ｘに沿って配設し、伸縮部材１６４を搬送方向Ｘに沿って走査する。Ｘ軸補助レール１６６は、Ｘ軸ステージ１６５と並行に配設し、Ｘ軸ステージ１６５による伸縮部材１６４の走査を補助する。載置台１６７は、袋詰電極１１を一時的に載置して保管するものである。載置台１６７は、板状からなり、搬送ベルト１６１よりも、搬送方向Ｘに沿った下流側に配設している。

制御部１７０は、図５に示し、電極搬送部１１０、第１セパレータ搬送部１２０、第２セパレータ搬送部１３０、セパレータ成形部１４０、セパレータ接合部１５０、および袋詰電極搬送部１６０の作動をそれぞれ制御する。

制御部１７０のコントローラ１７１は、セパレータ成形装置１００を制御する。コントローラ１７１は、ＲＯＭ、ＣＰＵ、およびＲＡＭを含んでいる。ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）は、セパレータ成形装置１００に係る制御プログラムを格納している。制御プログラムは、電極搬送部１１０の回転ローラ１１４と切断刃１１５および１１６、第１セパレータ搬送部１２０の第１搬送ドラム１２４、および第２セパレータ搬送部１３０の第２搬送ドラム１３４の制御に関するものを含んでいる。さらに、制御プログラムは、セパレータ成形部１４０の駆動部材１４２とヒータ１４３および吸引器１４５、セパレータ接合部１５０のヒータ１５２、および袋詰電極搬送部１６０の回転ローラ１６２と吸着パッド１６３と伸縮部材１６４およびＸ軸ステージ１６５の制御に関するものを含んでいる。ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）は、制御プログラムに基づいてセパレータ成形装置１００の各構成部材の作動を制御する。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）は、制御中のセパレータ成形装置１００の各構成部材に係る様々なデータを一時的に記憶する。データは、例えば、セパレータ成形部１４０のヒータ１４３の温度である。

次に、セパレータ成形装置１００の動作について、図５〜図７に加えて図８を参照しながら説明する。

図８は、図５のセパレータ成形装置１００のセパレータ成形部１４０によってセパレータ用基材４０Ａを切断してセパレータ４０を成形する状態の要部を示す側面図である。

電極搬送部１１０は、図５に示すように、切断刃１１５および１１６によって、長尺状の正極用基材２０Ａを所定の形状に１枚ずつ切断して正極２０を成形する。電極搬送部１１０は、正極２０を、第１セパレータ搬送部１２０および第２セパレータ搬送部１３０の間に搬送する。

次いで、第１セパレータ搬送部１２０は、図５および図６に示すように、セパレータ用基材４０Ａを搬送しながら、セパレータ成形部１４０によってセパレータ用基材４０Ａから切り出されるセパレータ４０を、正極２０の一面（裏面の側、図５中の積層方向Ｚに沿った下方）に積層しつつ、セパレータ接合部１５０に搬送する。

同様に、第２セパレータ搬送部１３０は、図５および図６に示すように、第１セパレータ搬送部１２０の動作と連動し、セパレータ用基材４０Ａを搬送しながら、セパレータ成形部１４０によってセパレータ用基材４０Ａから切り出されるセパレータ４０を、正極２０の一面に対向した他面（表面の側、図５中の積層方向Ｚに沿った上方）に積層しつつ、セパレータ接合部１５０に搬送する。

次いで、セパレータ成形部１４０は、図５〜図８のうち、特に図６と図８に示すように、第１セパレータ搬送部１２０および第２セパレータ１３０の動作と連動し、長尺状のセパレータ用基材４０Ａを一定の間隔で切断してセパレータ４０を連続的に成形する。図８（Ａ）に、セパレータ用基材４０Ａを切断する直前の状態を示している。図８（Ｂ）に、第１切断刃１４１ｂおよび第２切断刃１４１ｃによって、セパレータ用基材４０Ａを切断してセパレータ４０を成形した直後の状態を示している。図８（Ｃ）に、第１切断刃１４１ｂおよび第２切断刃１４１ｃを後退させ、吸引器１４５によって端材４０ｃを回収している状態を示している。

セパレータ成形部１４０は、第１セパレータ搬送部１２０の第１搬送ドラム１２４によって搬送されるセパレータ用基材４０Ａに対して、切断部材１４１を押圧する。切断部材１４１は、第１切断刃１４１ｂによって正極２０の一面（裏面の側）に積層するセパレータ４０の一端４０ｍを成形しつつ、第２切断刃１４１ｃによって他端４０ｎを成形する。このように、セパレータ成形部１４０は、一のセパレータ４０の一端４０ｍと、一のセパレータ４０に隣接する他のセパレータ４０の他端４０ｎを同時に成形する。同様に、セパレータ成形部１４０は、第２セパレータ搬送部１３０の第２搬送ドラム１３４によって搬送されるセパレータ用基材４０Ａに対して、切断部材１４１を押圧する。切断部材１４１は、第１切断刃１４１ｂによって正極２０の他面（表面の側）に積層するセパレータ４０の一端４０ｍを成形しつつ、第２切断刃１４１ｃによって他端４０ｎを成形する。

次いで、セパレータ接合部１５０は、図５および図６に示すように、押圧部材１５１と支持部材１５３によって一対のセパレータ４０の端部を挟持しつつ、ヒータ１５２から供給する熱によって一対のセパレータ４０を互いに溶着する。

その後、袋詰電極搬送部１６０は、図５および図６に示すように、セパレータ接合部１５０によって形成された袋詰電極１１を搬送する。袋詰電極搬送部１６０は、袋詰電極１１を載置台１６７に載置して一時的に保管する。

上述した実施形態によれば、以下の構成によって作用効果を奏する。

セパレータ成形装置１００は、正極２０と負極３０とを電気的に隔離した状態で外装材（ラミネートシート５１および５２）によって封止させ、かつ、正極２０と負極３０とを離間させた状態で対向させた本体部４０ｓから部分的に延在した延在部４０ｔを外装材（ラミネートシート５１および５２）によって挟持させるセパレータ４０を成形する。セパレータ成形装置１００は、長尺状のセパレータ用基材４０Ａを一定の間隔で切断してセパレータ４０を成形するセパレータ成形部１４０を有している。セパレータ成形部１４０は、第１切断刃１４１ｂと第２切断刃１４１ｃを備えている。第１切断刃１４１ｂは、セパレータ用基材４０Ａを切断して、セパレータ４０の一端４０ｍを成形する。第２切断刃１４１ｃは、延在部４０ｔを成形する突出部１４１ｃａを設け、セパレータ用基材４０Ａを切断して、一端４０ｍに対向し延在部４０ｔを備えたセパレータ４０の他端４０ｎを成形する。ここで、第１切断刃１４１ｂと第２切断刃１４１ｃを、セパレータ４０の延在部４０ｔの先端を成形する部分において重複させている。

このような構成によれば、セパレータ４０の延在部４０ｔの先端を成形する部分を重複させた第１切断刃１４１ｂと第２切断刃１４１ｃによって、セパレータ用基材４０Ａを切断する。すなわち、セパレータ用基材４０Ａからセパレータ４０を成形するときに、セパレータ４０の延在部４０ｔの周囲に生じる端材４０ｃを削減することができる。したがって、セパレータ成形装置１００は、セパレータ用基材４０Ａから延在部４０ｔを備えたセパレータ４０を成形するために必要なコストを抑制することができる。

また、このような構成によれば、セパレータ４０の延在部４０ｔの周囲に生じる端材４０ｃを削減することができることから、その端材４０ｃの廃棄処分に必要なコストやタクトも抑制することができる。

また、このような構成によれば、第１切断刃１４１ｂと第２切断刃１４１ｃを互いに重複させることによって、その重量を削減して、セパレータ用基材４０Ａの切断動作に要するエネルギーを抑制することができる。

また、このような構成によれば、第１切断刃１４１ｂと第２切断刃１４１ｃを互いに重複させることによって、その体積を削減して、セパレータ成形装置１００を小型化することができる。さらに、第１切断刃１４１ｂと第２切断刃１４１ｃの製造に必要なコストを削減することができる。

また、このような構成によれば、第１切断刃１４１ｂと第２切断刃１４１ｃを互いに重複させることによって、その外形形状を縮小して、他の構成部材との干渉を避け易くすることができる。したがって、第１切断刃１４１ｂと第２切断刃１４１ｃを設置する位置の自由度を向上させることができる。

さらに、セパレータ成形装置１００において、セパレータ成形部１４０は、第１切断刃１４１ｂと第２切断刃１４１ｃを、一体形成した構成とすることができる。

このような構成によれば、別体の第１切断刃と第２切断刃を互いに接合して形成する場合と比較して、第１切断刃１４１ｂと第２切断刃１４１ｃに応力が掛かったときに、互いに重複させている部分が劈開等することを防止できる。したがって、セパレータ４０の一端４０ｍおよび他端４０ｎを、その形状を十分に維持して成形することができる。

また、このような構成によれば、別体の第１切断刃と第２切断刃を互いに接合して形成する場合と比較して、第１切断刃１４１ｂと第２切断刃１４１ｃが重複している部分を、より精度良く形成することができる。したがって、セパレータ４０において、特に延在部４０ｔの形状を、より精度良く成形することができる。

さらに、セパレータ成形装置１００において、セパレータ成形部１４０は、第１切断刃１４１ｂの中央部分と第２切断刃１４１ｃの突出部１４１ｃａを、重複させた構成とすることができる。

このような構成によれば、セパレータ４０の他端４０ｎの中央部分に延在部４０ｔを成形することができ、その延在部４０ｔをラミネートシート５１および５２によって十分に挟持することができる。仮に、セパレータ４０に非常に大きい応力が掛かって位置ずれが生じることになった場合でも、その他端４０ｎの中心を基準にして位置がずれることから、セパレータ４０の四隅における位置ずれの最大距離を抑制することができる。

さらに、セパレータ成形装置１００は、少なくとも第１切断刃１４１ｂおよび第２切断刃１４１ｃのいずれか一方を加熱する加熱部材（ヒータ１４３）を有する構成とすることができる。

このような構成によれば、加熱した第１切断刃１４１ｂおよび第２切断刃１４１ｃによって、セパレータ用基材４０Ａを溶断して切断することができる。第１切断刃１４１ｂと第２切断刃１４１ｃが互いに重複して体積を減少させていることから、ヒータ１４３が供給する熱容量を下げることができる。すなわち、ヒータ１４３は、エネルギーの消費量を削減することができる。第１切断刃１４１ｂと第２切断刃１４１ｃが互いに重複していることから、ヒータ１４３が第１切断刃１４１ｂまたは第２切断刃１４１ｃを加熱すれば、第１切断刃１４１ｂおよび第２切断刃１４１ｃをそれぞれ加熱させることができる。

さらに、セパレータ成形装置１００において、ヒータ１４３は、少なくとも第１切断刃１４１ｂおよび第２切断刃１４１ｃのいずれか一方に埋設、当接、または近接し、かつ、その全長を超えて配設する構成とすることができる。

このような構成によれば、ヒータ１４３の端部の温度特性が、その中央部の温度特性と比べて、一定ではない場合であっても、その端部の部分を用いることなく、第１切断刃１４１ｂおよび第２切断刃１４１ｃの全長に沿って、均等な温度特性を維持することができる。したがって、ヒータ１４３は、第１切断刃１４１ｂおよび第２切断刃１４１ｃを、その全長において均等に加熱させることができ、セパレータ用基材４０Ａの切断品質を切断部位に寄らずに均等にすることができる。

さらに、セパレータ成形装置１００は、第１切断刃１４１ｂおよび第２切断刃１４１ｃによってセパレータ用基材４０Ａを切断するときに、セパレータ用基材４０Ａを支持する支持部材１４４を有する構成とすることができる。

このような構成によれば、支持部材１４４がセパレータ用基材４０Ａを支持していることから、第１切断刃１４１ｂおよび第２切断刃１４１ｃがセパレータ用基材４０Ａを押圧して切断するときに、セパレータ用基材４０Ａがずれることがなく引っ張られた状態にすることができる。したがって、支持部材１４４を用いることによって、第１切断刃１４１ｂおよび第２切断刃１４１ｃによるセパレータ用基材４０Ａの切断に係る位置精度および切断品質を一定に保つことができる。

さらに、セパレータ成形装置１００において、支持部材１４４は、少なくとも第１切断刃１４１ｂおよび第２切断刃１４１ｃの間に配設し、伸縮性を備えた構成とすることができる。

このような構成によれば、第１切断刃１４１ｂおよび第２切断刃１４１ｃがセパレータ用基材４０Ａに向かって移動しつつ切断するときに、セパレータ用基材４０Ａを押圧している支持部材１４４を縮ませることができる。したがって、支持部材１４４は、第１切断刃１４１ｂおよび第２切断刃１４１ｃの切断動作に伴う移動を阻害することなく、セパレータ用基材４０Ａを常に支持することができる。支持部材１４４は、第１切断刃１４１ｂおよび第２切断刃１４１ｃの間に配設することによって、第１切断刃１４１ｂおよび第２切断刃１４１ｃによるセパレータ用基材４０Ａの切断位置の近傍を支持することができる。

さらに、セパレータ成形装置１００は、セパレータ用基材４０Ａを搬送する搬送部（第１セパレータ搬送部１２０および第２セパレータ搬送部１３０）を有する構成とすることができる。

このような構成によれば、セパレータ成形部１４０は、搬送部（第１セパレータ搬送部１２０および第２セパレータ搬送部１３０）によって搬送されるセパレータ用基材４０Ａからセパレータ４０を連続的に成形することができる。したがって、セパレータ成形装置１００は、セパレータ４０の成形に係る効率を向上させることができる。

さらに、セパレータ成形装置１００は、第１切断刃１４１ｂと第２切断刃１４１ｃによってセパレータ用基材４０Ａが切断されたときに、第１切断刃１４１ｂと第２切断刃１４１ｃの間の部分で発生する端材４０ｃを回収する回収部材（吸引器１４５）を有する構成とすることができる。

このような構成によれば、セパレータ用基材４０Ａの切断に伴い発生する端材４０ｃを回収しつつ、セパレータ用基材４０Ａからセパレータ４０を成形することができる。したがって、セパレータ成形装置１００は、セパレータ４０の成形に係る効率を向上させることができる。

そのほか、本発明は、特許請求の範囲に記載された構成に基づき様々な改変が可能であり、それらについても本発明の範疇である。

例えば、実施形態では、リチウムイオン二次電池１を構成する袋詰電極１１において、その袋詰電極１１に用いる一対のセパレータ４０を成形する構成で説明したが、このような構成に限定されることはない。リチウムイオン二次電池１を構成する袋詰電極１１に用いるセパレータ４０以外のセパレータの成形にも適用することができる。

また、実施形態では、二次電池をリチウムイオン二次電池１の構成で説明したが、このような構成に限定されることはない。二次電池は、例えば、ポリマーリチウム電池、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池として構成することができる。

また、実施形態では、正極２０を一対のセパレータ４０によって袋詰めして袋詰電極１１を形成する構成で説明したが、このような構成に限定されることはない。負極３０を一対のセパレータ４０によって袋詰めして袋詰電極を形成する構成としてもよい。なお、一対のセパレータ４０を互いに接合した後に、正極２０または負極３０を挿入して袋詰電極を形成する構成としてもよい。

１ リチウムイオン二次電池、
１１ 袋詰電極、
１２ 発電要素、
２０ 正極、
２０Ａ 正極用基材、
２１ 正極集電体、
２２ 正極活物質、
２１ａ 正極電極端子、
３０ 負極、
３１ 負極集電体、
３１ａ 負極電極端子、
３２ 負極活物質、
４０ セパレータ、
４０Ａ セパレータ用基材、
４０ｃ 端材、
４０ｈ 接合部、
４０ｍ 一端、
４０ｎ 他端、
４０ｓ 本体部、
４０ｔ 延在部、
５０ 外装材、
５１，５２ ラミネートシート（外装材）、
１００ セパレータ成形装置、
１１０ 電極搬送部、
１１１ 電極供給ローラ、
１１２ 搬送ローラ、
１１３ 搬送ベルト、
１１４ 回転ローラ、
１１５，１１６ 切断刃、
１１７ 受け台、
１２０ 第１セパレータ搬送部（搬送部）、
１２１ 第１セパレータ供給ローラ、
１２２ 第１加圧ローラ、
１２３ 第１ニップローラ、
１２４ 第１搬送ドラム、
１３０ 第２セパレータ搬送部（搬送部）、
１３１ 第２セパレータ供給ローラ、
１３２ 第２加圧ローラ、
１３３ 第２ニップローラ、
１３４ 第２搬送ドラム、
１４０ セパレータ成形部（成形部）、
１４１ 切断部材、
１４１ａ 本体、
１４１ｂ 第１切断刃、
１４１ｃ 第２切断刃、
１４１ｃａ 突出部、
１４２ 駆動部材、
１４３ ヒータ（加熱部材）、
１４４ 支持部材、
１４５ 吸引器（回収部材）、
１５０ セパレータ接合部、
１５１ 押圧部材、
１５１ａ 本体部、
１５１ｂ 突起部、
１５２ ヒータ、
１５３ 支持部材、
１５３ａ 本体部、
１５３ｂ 突起部、
１６０ 袋詰電極搬送部、
１６１ 搬送ベルト、
１６２ 回転ローラ、
１６３ 吸着パッド、
１６４ 伸縮部材、
１６５ Ｘ軸ステージ、
１６６ Ｘ軸補助レール、
１６７ 載置台、
１７０ 制御部、
１７１ コントローラ、
Ｘ 搬送方向、
Ｙ （搬送方向Ｘと交差する）方向、
Ｚ 積層方向。

Claims (9)

1. 正極と負極とを電気的に隔離した状態で外装材によって封止させ、かつ、前記正極と前記負極とを離間させた状態で対向させた本体部から部分的に延在した延在部を前記外装材によって挟持させるセパレータを成形する装置であって、
   長尺状のセパレータ用基材を一定の間隔で切断して前記セパレータを成形する成形部を有し、
   前記成形部は、
   前記セパレータ用基材を切断して、前記セパレータの一端を成形する第１切断刃と、
   前記延在部を成形する突出部を設け、前記セパレータ用基材を切断して、前記一端に対向し前記延在部を備えた前記セパレータの他端を成形する第２切断刃と、を備え、
   前記第１切断刃と前記第２切断刃とを、前記セパレータの前記延在部の先端を成形する部分で重複させたセパレータ成形装置。
2. 前記成形部は、前記第１切断刃と、前記第２切断刃とを一体形成した請求項１に記載のセパレータ成形装置。
3. 前記成形部は、前記第１切断刃の中央部分と、前記第２切断刃の前記突出部とを重複させた請求項１または２に記載のセパレータ成形装置。
4. 少なくとも前記第１切断刃および前記第２切断刃のいずれか一方を加熱する加熱部材を、さらに有する請求項１〜３のいずれか１項に記載のセパレータ成形装置。
5. 前記加熱部材は、少なくとも前記第１切断刃および前記第２切断刃のいずれか一方に、埋設、当接、または近接し、かつ、その全長を超えて配設している請求項４に記載のセパレータ成形装置。
6. 前記第１切断刃および前記第２切断刃によって前記セパレータ用基材を切断するときに、前記セパレータ用基材を支持する支持部材を、さらに有する請求項１〜５のいずれか１項に記載のセパレータ成形装置。
7. 前記支持部材は、少なくとも前記第１切断刃および前記第２切断刃の間に配設し、伸縮性を備えた請求項６に記載のセパレータ成形装置。
8. 前記セパレータ用基材を搬送する搬送部を、さらに有する請求項１〜７のいずれか１項に記載のセパレータ成形装置。
9. 前記第１切断刃と前記第２切断刃によって前記セパレータ用基材が切断されたときに、前記第１切断刃と前記第２切断刃との間の部分で発生する端材を回収する回収部材を、さらに有する請求項１〜８のいずれか１項に記載のセパレータ成形装置。