JP6669026B2 - 積層電池製造方法 - Google Patents

Description

本発明は，いずれも短冊状の箔である第１電極および第２電極を交互に積層した構造の積層電池を製造する積層電池製造方法に関するものである。

従来から，２次電池その他の電池として，第１電極と第２電極とを交互に重ね合わせた電極積層体を内蔵するものが使用されている。このような電極積層体には，第１電極および第２電極としていずれも短冊状の箔を利用し，これらを平積み状に積層した構造のものがある。

このような積層構造の電極積層体を製造する先行技術として，特許文献１に記載されている積層体の作製装置および作製方法が挙げられる。同文献の技術では，短冊状の電極板である「シート状体３」が，その「供給機構７」から供給されるようになっている。「供給機構７」の下方には，「落下移動手段９」と「案内積層手段１１」とが配置されている。「落下移動手段９」は，重力を利用して「シート状体３」を「供給機構７」から「案内積層手段１１」へと落下移動させるものである。こうして，「シート状体３」が「案内積層手段１１」上に順次案内され，そこで積層されるようになっている（同文献の［００１５］〜［００１９］，図１，図３）。

特開２０１２−９１３７２号公報

しかしながら前記した従来の技術には，次のような問題点があった。すなわち，「案内積層手段１１」上に積層される「シート状体３」の位置精度が低いのである。このため，「案内積層手段１１」上に形成される積層体は，「シート状体３」の位置が不揃いなものとなりがちであった。その原因は，「落下移動手段９」上での「シート状体３」が，何ら位置決めを受けていない状態で，重力のみに起因して移動しているためであると解される。「落下移動手段９」上での「シート状体３」はもはや，「シート状体源２１」から切断されて自由状態にあるからである。このため，「シート状体３」が「案内積層手段１１」上に積層される際には，「案内積層手段１１」との摩擦により，あるいはすでに積層されている「シート状体３」との摩擦により，位置がまちまちとなってしまうのである。

本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，第１電極箔短冊と第２電極箔短冊とを位置精度良く積層させて，位置の不揃いがほとんどない積層電池を製造することができる積層電池製造方法を提供することにある。

本発明の一態様における積層電池製造方法は，第１電極箔短冊と第２電極箔短冊とが交互に積層された構造の積層電池を製造する積層電池製造装置を用いて行う積層電池製造方法である。その積層電池製造装置としては，第１電極箔反物をその長手方向に進行させて供給する第１電極箔供給部と，供給された第１電極箔反物の上に，第２電極箔短冊を長手方向に対して間隔を開けて配置されるように供給する第２電極箔供給部と，第２電極箔短冊が配置された第１電極箔反物における第２電極箔短冊のない箇所を幅方向に切断することで，第１電極箔短冊と第２電極箔短冊とが１枚ずつ積層された電極箔ペア短冊とする切断機構と，電極箔ペア短冊を保持する保持部材と，電極箔ペア短冊が積層される台座と，台座上に積層された複数枚の電極箔ペア短冊を厚み方向にプレスするプレス部材とを有するものを用いる。そして，切断機構による切断位置を越えて進行してきた第１電極箔反物およびその上の第２電極箔短冊を，切断機構による切断が開始される前に保持部材で保持し，その後に切断機構による切断を開始し，切断により得られた電極箔ペア短冊を，保持部材で保持されている状態のまま，台座の上に，もしくはすでに台座の上に積層されている電極箔ペア短冊の上に積層する。

上記態様における積層電池製造方法では，積層されて積層電池を構成することとなる電極箔ペア短冊は，切断機構による切断がなされる前の状態では，後続の第１電極箔反物に繋がっている。これにより位置決めされている。そして，切断機構による切断の開始より前に，当該部分が保持部材により保持される。その後に切断が開始される。このため当該電極箔ペア短冊は，後続の第１電極箔反物から切り離されても，保持部材により位置決めされた状態に維持される。電極箔ペア短冊は，そのように位置決めされた状態で台座上に積層される。そして台座上では，積層された複数枚の電極箔ペア短冊が，プレス部材により厚み方向にプレスされ，一体化される。こうして，正負の電極箔短冊の位置揃いのよい高品質な積層電池が製造される。なお，保持部材とプレス部材とを，同一の部材が兼ねていてもよい。

本構成によれば，第１電極箔短冊と第２電極箔短冊とを位置精度良く積層させて，位置の不揃いがほとんどない積層電池を製造することができる積層電池製造方法が提供されている。

実施の形態に係る積層電池製造装置の構成を示す模式図である。 負極反物切断機構による切断とプレスロールによるプレスとの関係を説明する模式図である。

以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，図１に示す積層電池製造装置１を用いて行う積層電池製造方法として，本発明を具体化したものである。そこでまず，積層電池製造装置１について説明する。

図１の積層電池製造装置１は，正極反物供給部２と，負極反物供給部３と，正極反物切断機構４と，貼り合わせロール５と，負極反物切断機構６と，台座７と，プレスロール８とを有している。正極反物供給部２には，正極箔反物コイル９が取り付けられており，正極箔反物１０が巻き出されるようになっている。負極反物供給部３には，負極箔反物コイル１１が取り付けられており，負極箔反物１２が巻き出されるようになっている。正極箔反物１０および負極箔反物１２はいずれも，長尺箔状のものであり，集電箔の表面上に電極活物質層が形成された構造のものである。負極箔反物１２の表面上にはさらに，セパレータ層も形成されている。正極箔反物１０および負極箔反物１２はいずれも，その長手方向に進行して貼り合わせロール５へ向かうようになっている。

正極反物切断機構４は，正極箔反物１０を幅方向に切断することで，カード状の正極箔短冊１３とするものである。貼り合わせロール５は，負極箔反物１２と正極箔短冊１３とを貼り合わせるものである。このため貼り合わせロール５に対して，負極箔反物１２はそのまま，正極箔反物１０は切断されて正極箔短冊１３となってから，供給されるようになっている。正極箔短冊１３はさらに，貼り合わせロール５に対して，負極箔反物１２の長手方向に間隔を置いて供給されるようになっている。

負極反物切断機構６は，負極箔反物１２を幅方向に切断するものである。この切断により，正極箔短冊１３と負極箔短冊とが１枚ずつ積層された電極箔ペア短冊１４が得られる。台座７は，得られた電極箔ペア短冊１４を置くためのものである。プレスロール８は，台座７の上に多数枚積層された電極箔ペア短冊１４を厚み方向にプレスするものである。なお，負極反物切断機構６のすぐ上流側には，負極箔反物１２と正極箔短冊１３とを支持するニップロール１６が設けられている。

次に，上記の積層電池製造装置１の作用を説明する。積層電池製造装置１により電極積層体１５を製造する際には，貼り合わせロール５に対して，負極箔反物１２と，正極箔短冊１３とが供給される。負極箔反物１２は前述のように，負極反物供給部３から供給され，長手方向に進行することにより貼り合わせロール５に至る。正極箔短冊１３は，正極反物供給部２および正極反物切断機構４により貼り合わせロール５に供給される。貼り合わせロール５にて正極箔短冊１３は，負極箔反物１２の上に，長手方向に対して間隔を開けて配置される。

そして貼り合わせロール５により，正極箔短冊１３および負極箔反物１２が厚み方向に軽く押し付けられる。この状態で正極箔短冊１３は，負極箔反物１２に対して軽く接着されている。負極箔反物１２のセパレータ層にある程度の接着性があるからである。このためこれ以後，振動等で容易に正極箔短冊１３の位置が負極箔反物１２に対してずれてしまうことはない。

貼り合わせロール５より下流側における正極箔短冊１３および負極箔反物１２は，負極箔反物１２の上に，正極箔短冊１３が長手方向に対して間隔を開けて配置された状態となっている。このような状態の正極箔短冊１３および負極箔反物１２が，貼り合わせロール５から負極反物切断機構６へ向かう。負極反物切断機構６に至った負極箔反物１２は，幅方向に切断される。負極反物切断機構６が切断するのは，負極箔反物１２のうち，正極箔短冊１３のない箇所である。

こうして電極箔ペア短冊１４が得られる。負極箔反物１２の進行とともに次々に電極箔ペア短冊１４が得られるので，台座７の上には多数枚の電極箔ペア短冊１４が積層されることとなる。台座７の上に積層された電極箔ペア短冊１４は，プレスロール８により，厚み方向にプレスされる。より詳細には，新たに１枚の電極箔ペア短冊１４が台座７の上に置かれるたびに，プレスロール８によるプレスが実施される。これにより，新たに供給された電極箔ペア短冊１４が，先に供給されてすでに台座７の上に積層されている電極箔ペア短冊１４に対して一体化される。前述のセパレータ層の接着性による。

このようにして所定の枚数の電極箔ペア短冊１４が台座７の上に積層されプレスロール８による一体化がなされると，電極積層体１５が得られる。電極積層体１５は，電池における発電要素として機能するものである。電極積層体１５は通常，電池容器内に電解液とともに収納される。

ここで，負極反物切断機構６による切断と，プレスロール８によるプレスとの関係について，図２によりさらに詳細に説明する。図２は，負極反物切断機構６の刃物１７の動き，およびプレスロール８の動きを時系列とともに示している。図２の全体を通して，上から下への向きが時間の経過に相当する。図２の左半分のＡ部は，刃物１７の動きを示している。Ａ部では，左右方向が負極箔反物１２の幅方向に相当する。

図２の右半分のＢ部は，プレスロール８の動きを示している。Ｂ部では，左右方向が負極箔反物１２の長手方向に相当し，その左向きが送り方向である。Ｂ部ではまた，刃物１７による切断位置Ｓに対して送り方向に下流側に隣接する位置で，電極箔ペア短冊１４の積層が行われるようになっている。Ｂ部中に示される電極積層体１５は，完成品ではなく，その時点までに積層済みとなっている電極箔ペア短冊１４群である。Ｂ部中の電極積層体１５の最上部の右側（上流側）には，新たに供給された正極箔短冊１３および負極箔反物１２が突出して描かれている。

図２のＢ部の最上部には，切断済みの電極箔ペア短冊１４およびその後続の正極箔短冊１３および負極箔反物１２の一部を平面視で示している。ここに示される電極箔ペア短冊１４は，左向きの搬送及び切断が済んだ時点でのものである。その送り方向の先端箇所Ｐ１の位置は，下の電極積層体１５の左端位置Ｌと一致している。また，切断済みの電極箔ペア短冊１４の後端箇所Ｐ２（後続の負極箔反物１２の先端箇所でもある）は，切断位置Ｓと一致している。さらに，後続の負極箔反物１２の途中には，次回の切断がなされる予定箇所Ｐ３（この時点では実際にはまだ切断されていない）が示されている。Ｂ部中の太折れ線Ｑは，予定箇所Ｐ３の位置の時間による変化を表している。

図２中で比較的上部の期間Ｔ１は，正極箔短冊１３および負極箔反物１２が，送り方向に搬送されている期間である。この期間Ｔ１においては，上部に示した先端箇所Ｐ１が，切断位置Ｓと左端位置Ｌとの間にあり，左向きに移動している（Ｂ部）。この時点での後端箇所Ｐ２は，未だ切断されていない。また，後端箇所Ｐ２，予定箇所Ｐ３ともに，先端箇所Ｐ１とともに左向きに移動している。特に予定箇所Ｐ３の動きが，太折れ線Ｑが斜めになっていることに現れている。

期間Ｔ１においてはまた，プレスロール８も，先端箇所Ｐ１の移動とともに左向きに移動している（矢印Ｃ）。このときのプレスロール８は，電極積層体１５の押圧が解除された状態にある。さらに図２中のＡ部を見ると，期間Ｔ１においては刃物１７が電極箔ペア短冊１４の幅方向範囲から外れた位置にある。すなわちこのとき，切断は実行されていない。

期間Ｔ１の末期である時刻Ｒ１になると，プレスロール８の位置が左端位置Ｌと一致している。このとき，負極箔反物１２の先端箇所Ｐ１も左端位置Ｌに達している。もちろん，後端箇所Ｐ２も切断位置Ｓに達している。この時点で先端箇所Ｐ１は後方の負極箔反物１２からまだ切り離されていない。つまりどこにも支持されない自由状態とはなっていない。このため，しっかりと位置決めされた状態で正極箔短冊１３および負極箔反物１２がこの位置まで至るのである。左端位置Ｌに達した負極箔反物１２は，台座７上に，もしくはすでに積層済みとなっている電極積層体１５の上に位置している。

そしてこの時刻Ｒ１にて，負極箔反物１２の搬送が停止される。このためこれ以降，太折れ線Ｑが垂直になっている。さらにこのとき，プレスロール８の左向きの移動も停止される。それだけでなく，今まで解除されていたプレスロール８による電極積層体１５の押圧がオンされる。そして，プレスロール８はこれ以降，今までと逆に右向きに移動していく（矢印Ｄ）。このため，時刻Ｒ１以後の期間Ｔ２においてはプレスロール８が，新たに供給された負極箔反物１２および正極箔短冊１３の上に乗り上げて転がりつつ右向きに移動していく。このときに，新たに供給された負極箔反物１２がすでに積層済みの電極積層体１５に密着させられる。プレスロール８のプレス作用による。

この期間Ｔ２に入ってから間もない時刻Ｒ２（時刻Ｒ１よりは後）にて，Ａ部では刃物１７が電極箔ペア短冊１４の幅方向範囲に進入する。すなわち切断が開始される。そして，時刻Ｒ２よりさらに後の時刻Ｒ３に，刃物１７が電極箔ペア短冊１４の幅方向範囲から脱出する。すなわち切断が終了する。しかしながらこれによって，切断された電極箔ペア短冊１４が位置決めされない自由状態になる訳ではない。このときすでに，前述のようにプレスロール８による電極箔ペア短冊１４の押付が開始されているからである。

そして，時刻Ｒ３よりさらに後の時刻Ｒ４になると，プレスロール８が右向きの移動により切断位置Ｓに達する。これにより，新たな電極箔ペア短冊１４の電極積層体１５への密着が完了する。そのためこの時点で，プレスロール８の右向きの移動が停止され，押圧も解除される。押圧が解除されても，最新の電極箔ペア短冊１４が自由状態になる訳ではない。すでに電極積層体１５の一部となっているからである。ここまでが期間Ｔ２である。なお，ここまでの期間Ｔ２の間に，台座７が，電極箔ペア短冊１４の１枚分の厚みの分だけ押し下げられている。これもプレスロール８のプレス作用による。これにより，次の新たな電極箔ペア短冊１４の受入が可能となっている。

時刻Ｒ４以降の期間Ｔ３では再び，プレスロール８が押圧解除状態とされるとともに，負極箔反物１２が送り方向に搬送される。これは前述の期間Ｔ１と同じである。以後，それまでの後端箇所Ｐ２，予定箇所Ｐ３が新たに先端箇所Ｐ１，後端箇所Ｐ２となって，同様の動作が反復される。

本形態では，負極箔反物１２の先端から切り離された電極箔ペア短冊１４が，位置決めされない自由状態となる瞬間がない。すなわち電極箔ペア短冊１４は，負極反物切断機構６（刃物１７）による切断が開始される前には後続の負極箔反物１２と繋がっていることにより位置決めされている。また，プレスロール８による押圧が行われている間は，プレスロールにより保持され位置決めされている。そしてプレスロール８による押圧は，切断の開始に先だって開始される。また，プレスロール８による押圧が終了して解除されるときにはすでに，当該電極箔ペア短冊１４は，電極積層体１５の一部として一体化されている。このため，本形態により得られる電極積層体１５は，含まれる電極箔ペア短冊１４が位置精度良く整列された状態で積層された，高品質なものである。

以上詳細に説明したように本実施の形態によれば，正極箔短冊１３が間欠的に配置された負極箔反物１２のうち，１枚の正極箔短冊１３を含む先端部分を台座７上に受け入れた上で，負極箔反物１２における正極箔短冊１３のない箇所を負極反物切断機構６で幅方向に切断することとしている。その際に切断開始より先に，台座７上の部分をプレスロール８で押圧するようにしている。したがって上記のように，各電極箔ペア短冊１４の，すなわち正負の電極箔短冊の位置精度が高い電極積層体１５が得られる方法が実現されている。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，本形態では，貼り合わせロール５に対して，負極箔を反物状にて供給し，正極箔を短冊状にて供給することとした。しかしこれは，正負逆であってもよい。また，本形態では，台座７上で電極箔ペア短冊１４を押圧するプレス部材として，電極箔ペア短冊１４上を転がるプレスロール８を用いた。しかしこれに限らず，送り方向には移動せず平面状に電極箔ペア短冊１４を押圧するプレスパッドであってもよい。押圧のオンオフが可能であればよい。

さらに，本形態では，台座７の位置を，負極反物切断機構６による切断位置Ｓのすぐ下流側の位置とした。そしてこの配置により，前述のプレスロール８は，切断後の電極箔ペア短冊１４を保持する保持部材と，電極箔ペア短冊１４を厚み方向にプレスするプレス部材とを兼ねるものとなっていた。しかしこれに限らず，台座７の位置を，負極反物切断機構６による切断位置Ｓから離れた位置に配置することもできる。その場合には，電極箔ペア短冊１４の保持部材による保持（例えば吸着パッドによる吸着）を，負極反物切断機構６による切断の開始に先立って行うこととなる。そして，切断終了後に電極箔ペア短冊１４を，保持部材により保持されている状態のまま，台座７上に搬送して積層することとなる。保持部材がその搬送のための搬送部材を兼ねてもよい。そして台座７上では，保持部材とは別のプレス部材により，新たな電極箔ペア短冊１４と積層済みの電極積層体１５とのプレスが行われることとなる。

１ 積層電池製造装置
２ 正極反物供給部
３ 負極反物供給部
４ 正極反物切断機構
５ 貼り合わせロール
６ 負極反物切断機構
７ 台座
８ プレスロール
１２ 負極箔反物
１３ 正極箔短冊
１４ 電極箔ペア短冊
１５ 電極積層体

Claims (1)

1. 第１電極箔短冊と第２電極箔短冊とが交互に積層された構造の積層電池を製造する積層電池製造装置による積層電池製造方法であって，
   前記積層電池製造装置として，
   第１電極箔反物をその長手方向に進行させて供給する第１電極箔供給部と，
   供給された前記第１電極箔反物の上に，前記第２電極箔短冊を長手方向に対して間隔を開けて配置されるように供給する第２電極箔供給部と，
   前記第２電極箔短冊が配置された前記第１電極箔反物における前記第２電極箔短冊のない箇所を幅方向に切断することで，前記第１電極箔短冊と前記第２電極箔短冊とが１枚ずつ積層された電極箔ペア短冊とする切断機構と，
   前記電極箔ペア短冊を保持する保持部材と，
   前記電極箔ペア短冊が積層される台座と，
   前記台座上に積層された複数枚の前記電極箔ペア短冊を厚み方向にプレスするプレス部材とを有するものを用い，
   前記切断機構による切断位置を越えて進行してきた前記第１電極箔反物およびその上の前記第２電極箔短冊を，前記切断機構による切断が開始される前に前記保持部材で保持し，
   その後に前記切断機構による切断を開始し，
   切断により得られた前記電極箔ペア短冊を，前記保持部材で保持されている状態のまま，前記台座の上に，もしくはすでに前記台座の上に積層されている前記電極箔ペア短冊の上に積層することを特徴とする積層電池製造方法。

Images