JP6700469B2

JP6700469B2 - モノセルの製造方法

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Publication number: JP6700469B2
Application number: JP2019501000A
Authority: JP
Inventors: 剛史山下; 隆憲佐藤; 賢一白井
Original assignee: Envision AESC Japan Ltd
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Priority date: 2017-02-27
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2020-05-27
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Description

本発明は、セパレータおよび電極を交互に積層してなるモノセルの製造方法に関する。

特許文献１には、二次電池に用いる電極積層体を構成する基本積層体の製造方法が開示されている。この製造方法では、基本積層体は、所定の形状にそれぞれ裁断された一対の電極を、帯状に長く連続した一対のセパレータ上にそれぞれ積層して、これら四者を互いに接合した後、カッターにより一対のセパレータを同時に切断することにより形成される。

帯状のセパレータを介して互いに積層する一対の電極の一方を他方の電極の位置に合わせて積層することは非常に困難である。特許文献１の製造方法では、電極の位置を調節することなく設定時の基準のまま電極をセパレータに積層しているため、一対の電極の相対的な位置にばらつきが生じるという問題があった。

特表２０１５−５２９９５７号公報

本発明におけるモノセル製造方法では、帯状の第１のセパレータの一方の面に第１の電極を順次接合し、他方の面に第１の電極とは大きさの異なる第２の電極を順次接合し、第１の電極および第２の電極の一方に帯状の第２のセパレータを接合する。第２の電極の接合点の上流側または下流側において第１の電極の位置を検出し、この検出した第１の電極の位置を基準として、上記第１のセパレータに上記第２の電極を接合する際の接合位置を補正する。

本発明によれば、第１の電極の位置を基準として、第２の電極の接合位置を調節するため、帯状のセパレータを介して一対の電極を積層する場合であっても、第１の電極に対して第２の電極を精度良く整合させることができ、第１の電極および第２の電極の相対的な位置のばらつきを抑制することができる。

一実施例の電極積層装置の斜視図。モノセルの分解斜視図。接合位置検出カメラによる正極および負極の検出位置を示す説明図。正極アライメント機構の斜視図。

以下、図面に基づいて本発明の一実施例を詳細に説明する。

図１は、基本積層体となるモノセル１を連続して製造する電極積層装置２を概略的に示しており、図２は、電極積層装置２により製造されたモノセル１を概略的に示している。ここで、以下の説明においては、理解を容易にするために、モノセル１および電極積層装置２について、図１，図２の姿勢を基準として、「上」、「下」ということとする。

図２に示すように、本実施例では、モノセル１は、上から順に、シート状のセパレータ４、電極であるシート状の正極６、シート状のセパレータ８、および電極であるシート状の負極１０を備えており、これらが互いに接合されることによって４層構造として一体に形成されている。

正極６は、例えばアルミニウムからなる集電体の両面に活物質層を結着することにより、シート状に形成されている。正極６は、四角形の長辺に沿った一対の長縁部１２，１３と、短辺に沿った一対の短縁部１４，１５と、を有し、短縁部１４に部分的に突出した正極タブ１６を有している。この正極タブ１６は一方に片寄っており、側縁が一方の長縁部１２に連続している。

負極１０は、例えば銅からなる集電体の両面に活物質層を結着することにより、シート状に形成されている。負極１０の寸法は、正極６の寸法よりも僅かに大きい。負極１０は、四角形の長辺に沿った一対の長縁部１８，１９と、短辺に沿った一対の短縁部２０，２１と、を有し、短縁部２０に部分的に突出した負極タブ２２を有している。この負極タブ２２は、正極タブ１６とは反対側に片寄っており、側縁が長縁部１９に連続している。

セパレータ４，８は、正極６と負極１０とを電気的に隔離するとともに、正極６と負極１０との間に電解液を保持するように機能する。セパレータ４，８は、同一の構成であり、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等の合成樹脂から四角形のシート状に形成されている。セパレータ４，８の寸法は、負極タブ２２を除いた負極１０の四角形部分の寸法よりも僅かに大きい。

このように形成されたモノセル１を複数積層することにより電極積層体すなわち発電要素が形成される。電極積層体は、電解液とともにラミネートフィルムからなる外装体内に収容されてフィルム外装電池が形成される。

図１に示すように、モノセル１を連続的に製造する電極積層装置２は、装置２の長手方向に長く帯状に連続したセパレータ８を挟んで対向するように設けられた負極１０用の吸着ドラム２８及びニップローラ３０を有する。この吸着ドラム２８の上流側には吸着ドラム２８と対向するように配置された負極用ディスペンサ３２が配置されている。負極用ディスペンサ３２は、予め所定の形状に裁断された状態で負極搬送経路Ｌ１を通って装置２へと搬送される負極１０の上面１０ａに接着剤を点状に塗布する。吸着ドラム２８は、負極１０を吸着搬送し、負極１０をセパレータ８の下面８ｂに順次積層する。ニップローラ３０は、互いに積層された負極１０およびセパレータ８を吸着ドラム２８に対して押し付け、これにより、負極１０がセパレータ８に接合される。

ニップローラ３０の下流側に、正極６用の吸着ドラム３８と、セパレータ８を挟んで吸着ドラム３８の下方に設けられたニップローラ４０と、吸着ドラム３８と対向するように設けられた正極用第１ディスペンサ４２と、吸着ドラム３８の下流側に設けられた正極用第２ディスペンサ４４と、が配置されている。正極用第１ディスペンサ４２は、予め所定の形状に裁断された状態で正極搬送経路Ｌ２を通って装置２へと搬送される正極６の下面６ｂに接着剤を点状に塗布する。吸着ドラム３８は、正極６を吸着搬送し、セパレータ８の下面８ｂに接合された負極１０の位置に対応するように、正極６をセパレータ８の上面８ａに順次積層する。ニップローラ４０は、互いに積層された負極１０、セパレータ８および正極６を吸着ドラム３８に対して押し付け、これにより、セパレータ８の上面８ａに正極６が接合される。正極用第２ディスペンサ４４は、セパレータ８に接合された正極６の上面６ａに接着剤を点状に塗布する。

ニップローラ４０の下流側には、搬送ローラ５２と、ニップローラ５４と、が設けられており、正極６の上面６ａに、ニップローラ５４を介して帯状に連続したセパレータ４が供給される。これにより、負極１０、セパレータ８、正極６、セパレータ４の四者が積層された状態となる。セパレータ４は、正極用第２ディスペンサ４４が供給した接着剤によって、下面４ａが正極６に接合される。

ニップローラ５４の下流側にはカッター５６が設けられている。カッター５６は、隣接する負極１０と負極１０との間においてセパレータ４，８を同時に切断する。これにより、所定の寸法を有するモノセル１が形成される。

なお、本実施例では、図１に示すように、正極６および負極１０は、正極タブ１６および負極タブ２２がセパレータ搬送方向Ｔｓに対して側方を向いた姿勢で搬送される。

さらに、正極用第２ディスペンサ４４の下流側には、帯状のセパレータ８に接合された正極６の上方に位置し、正極６の接合位置を検出する２つの正極用接合位置検出カメラ６１，６２と、帯状のセパレータ８に接合された負極１０の下方に位置し、負極１０の接合位置を検出する２つの負極用接合位置検出カメラ６３，６４と、が設けられている。

正極用接合位置検出カメラ６１，６２は、実質的に同様の構成を有しており、セパレータ８の幅方向に沿って並んだ位置にそれぞれ配置されている。一方のカメラ６１は正極６の一方の短縁部１４側に配置されており、他方のカメラ６２は他方の短縁部１５側に配置されている。カメラ６１，６２は、セパレータ搬送方向Ｔｓに沿った正極６の搬送中に正極６を上方から撮影して、セパレータ８に接合された状態の正極６の位置を検出する。

同様に、負極用接合位置検出カメラ６３，６４は、正極用接合位置検出カメラ６１，６２と実質的に同様の構成を有しており、セパレータ８の幅方向に沿って並んだ位置にそれぞれ配置されている。一方のカメラ６３は、負極１０の一方の短縁部２０側に配置されており、他方のカメラ６４は他方の短縁部２１側に配置されている。負極用接合位置検出カメラ６３，６４は、セパレータ搬送方向Ｔｓに沿った負極１０の搬送中に負極１０を下方から撮影し、セパレータ８に対する負極１０の相対的な接合位置を検出する。

図３は、正極用接合位置検出カメラ６１，６２および負極用接合位置検出カメラ６３，６４による正極６および負極１０の検出位置を示している。なお、図３ではセパレータ８を図示省略している。正極６は、図示省略したセパレータ８を介して負極１０の上方に積層されており、相対的に大きな負極１０が正極６の周囲から僅かにはみ出ている。

ここで、以下の説明の便宜のため、正極６について、セパレータ搬送方向Ｔｓに対して上流側となる長縁部１２を「上流側長縁部」、下流側となる長縁部１３を「下流側長縁部」、セパレータ搬送方向Ｔｓに対して左側となる短縁部１４を「左短縁部」、および右側となる短縁部１５を「右短縁部」とそれぞれ定義する。同様に、負極１０について、セパレータ搬送方向Ｔｓに対して上流側となる長縁部１８を「上流側長縁部」、下流側となる長縁部１９を「下流側長縁部」、セパレータ搬送方向Ｔｓに対して左側となる短縁部２０を「左短縁部」、および右側となる短縁部２１を「右短縁部」とそれぞれ定義する。

正極用接合位置検出カメラ６１，６２は、正極タブ１６と反対側となる正極６の下流側長縁部１３に沿った２点Ｐ１，Ｐ２をそれぞれ検出する。具体的には、下流側長縁部１３と左短縁部１４とにより構成される角の頂点である点Ｐ１をカメラ６１により検出し、下流側長縁部１３と右短縁部１５とにより構成される角の頂点である点Ｐ２をカメラ６２により検出する。これらの点Ｐ１，Ｐ２が正極６の位置基準となる。

一方、負極用接合位置検出カメラ６３，６４は、負極タブ２２と反対側となる負極１０の上流側長縁部１８に沿った２点Ｐ３，Ｐ４を検出する。具体的には、上流側長縁部１８と左短縁部２０とにより構成される角の頂点である点Ｐ３をカメラ６３により検出し、上流側長縁部１８と右短縁部２１とにより構成される角の頂点である点Ｐ４をカメラ６４により検出する。これらの点Ｐ３，Ｐ４が負極１０の位置基準となる。

正極用接合位置検出カメラ６１，６２および負極用接合位置検出カメラ６３，６４は、検出データを図示せぬ制御装置に伝送する。制御装置は、カメラ６１〜６４からそれぞれ伝送された検出データに基づいて、正極６の接合位置の傾向および負極１０の接合位置の傾向をそれぞれ判断する。

さらに、図１に示すように、正極搬送経路Ｌ２には、２つの正極用搬送位置検出カメラ７１，７２と、正極用搬送位置検出カメラ７１，７２の下流側に位置する正極アライメント機構７４と、が設けられている。

正極用搬送位置検出カメラ７１，７２は、正極搬送方向Ｔｐに沿った正極６の搬送中に正極６を撮影し、この搬送時における正極６の搬送位置を検出する。具体的には、正極用搬送位置検出カメラ７１，７２は、正極用接合位置検出カメラ６１，６２と同様に、下流側長縁部１３の角の２点Ｐ１，Ｐ２をそれぞれ検出する。

図４は、正極アライメント機構７４を示している。正極アライメント機構７４は、正極用搬送位置検出カメラ７１，７２を通過した正極６を電極積層装置２に向けて搬送するとともに、この搬送中に正極６の搬送位置すなわちセパレータ８に正極６を接合する際の接合位置（以下、正極６の接合位置ともいう）を補正する。正極アライメント機構７４は、図示せぬ制御装置によりフィードバック制御される。すなわち、正極アライメント機構７４は、制御装置により判断されたセパレータ８に対する負極１０の接合位置の傾向と整合するように、正極６の接合位置を補正する。

図４に示すように、正極アライメント機構７４は、正極６の正極搬送方向Ｔｐに沿った搬送方向位置Ｘ、正極６の正極搬送方向Ｔｐと直交する幅方向位置Ｙおよび正極６の傾きＺをそれぞれ補正する。正極６の搬送方向位置Ｘは、正極６の搬送速度を調節することにより補正される。正極６の幅方向位置Ｙは、正極アライメント機構７４が正極６の左短縁部１４側または右短縁部１５側へと移動することにより補正される。また、正極６の傾きＺは、正極６における左短縁部１４側の搬送速度と右短縁部１５側との搬送速度を異ならせることにより補正される。

同様に、図１に示すように、負極搬送経路Ｌ１には、負極１０の搬送時の位置を検出する２つの負極用搬送位置検出カメラ７６，７７と、負極用搬送位置検出カメラ７６，７７の下流側に位置する負極アライメント機構７８と、が設けられている。

負極用搬送位置検出カメラ７６，７７は、負極搬送方向Ｔｎに沿った負極１０の搬送中に負極１０を撮影して、この搬送時における負極１０の搬送位置を検出する。具体的には、負極用搬送位置検出カメラ７６，７７は、負極用接合位置検出カメラ６３，６４と同様に、負極１０の上流側長縁部１８の角における２点Ｐ３，Ｐ４をそれぞれ検出する。

負極アライメント機構７８は、負極用搬送位置検出カメラ７６，７７を通過した負極１０を装置２に向けて搬送するとともに、この搬送中に負極１０の搬送位置すなわちセパレータ８に対する負極１０の接合位置を補正する。負極アライメント機構７８は、設備側の基準位置に整合させるように、負極１０の接合位置を補正する。負極アライメント機構７８は、正極アライメント機構７４と同様に、負極１０の負極搬送方向Ｔｎに沿った搬送方向位置、負極搬送方向Ｔｎと直交する負極１０の幅方向位置および負極１０の傾きをそれぞれ補正する。

さらに、搬送ローラ５２の下流側でかつカッター５６の上流側には、負極１０の下方に配置された２つの切断位置検出カメラ８１，８２が設けられている。カメラ８１，８２は、実質的に同様の構成を有しており、セパレータ８の幅方向に沿って並んだ位置にそれぞれ配置されている。カメラ８１，８２は、負極１０、セパレータ８、正極６、セパレータ４の四者が互いに接合された後、セパレータ搬送方向Ｔｓに沿った負極１０の搬送中に負極１０を下方から撮影して、セパレータ８に対する個々の負極１０の接合位置を検出する。すなわち、カメラ８１，８２は、負極用接合位置検出カメラ６３，６４と同様に、負極１０の上流側長縁部１８の角における２点Ｐ３，Ｐ４をそれぞれ検出する。カメラ６３，６４による検出結果はカッター５６による切断位置を補正するために用いられる。

次に、図１、図３および図４を参照して、正極６の接合位置の補正について説明する。

図１に示すように、負極１０は、負極搬送方向Ｔｎに沿って搬送され、設備側の基準位置と整合するようにセパレータ８の下面８ｂに接合される。一方、正極６は、正極搬送方向Ｔｐに沿って搬送され、搬送中の正極６の搬送位置すなわち点Ｐ１，Ｐ２が正極用搬送位置検出カメラ７１，７２によって検出された後、セパレータ８の上面８ａに順次積層される。

正極６、セパレータ８および負極１０の三者が接合された後、正極６の接合位置すなわち点Ｐ１，Ｐ２が正極用接合位置検出カメラ６１，６２により検出され、負極１０の接合位置すなわち点Ｐ３，Ｐ４が負極用接合位置検出カメラ６３，６４により検出される。カメラ６１，６２，６３，６４は、検出データを図示せぬ制御装置に送信する。

制御装置は、送信された検出データに基づいて、帯状のセパレータ８に対して順次接合される負極１０の接合位置の傾向および正極６の接合位置の傾向を求め、この正極６の接合位置の傾向が、負極１０の接合位置の傾向と整合しているかを判断する。正極６の接合位置の傾向が、負極１０の接合位置の傾向と整合していない場合、すなわち、負極１０と正極６との間に位置ずれが生じている場合、制御装置は、正極用接合位置検出カメラ６１，６２により検出された接合時における正極６の点Ｐ１，Ｐ２の位置と、正極用搬送位置検出カメラ７１，７２により検出された接合前における正極６の点Ｐ１，Ｐ２の位置と、を比較して正極６の接合位置の補正量を決定し、その結果を正極アライメント機構７４にフィードバックする。

正極アライメント機構７４は、制御装置によるフィードバックに基づき、負極１０の接合位置の傾向と整合するように、正極搬送方向Ｔｐに沿った正極６の搬送中に正極６の接合位置を補正する。

例えば、負極１０がセパレータ８に対して、設備側の基準位置よりもセパレータ搬送方向Ｔｓの上流側または下流側にずれて接合される傾向にあり、かつこの負極１０の傾向と正極６の接合位置の傾向が整合していない場合、すなわち負極１０と正極６とがセパレータ搬送方向Ｔｓに位置ずれしている場合には、正極アライメント機構７４は、負極１０の位置と整合するように正極６の搬送方向位置Ｘを補正する。

負極１０と正極６との間のセパレータ搬送方向Ｔｓの位置ずれは、負極１０の２点Ｐ３，Ｐ４と正極６の２点Ｐ１，Ｐ２との間の距離によって判断される。具体的には、図３に示すように、点Ｐ１と点Ｐ２との間の中点Ｍ１と、点Ｐ３と点Ｐ４との間の中点Ｍ２との距離Ｄが基準値以内であるか判断する。中点Ｍ１と中点Ｍ２との距離Ｄが基準値よりも大きい場合には、正極アライメント機構７４は、正極６の搬送速度を速くすることにより正極６の搬送方向位置Ｘを補正する。一方、中点Ｍ１と中点Ｍ２との距離Ｄが基準値よりも小さい場合には、正極アライメント機構７４は、正極６の搬送速度を遅くすることにより正極６の搬送方向位置Ｘを補正する。このように正極６の搬送方向位置Ｘを補正することにより、相対的に僅かに大きな負極１０の略中央に正極６が配置される。

一方、負極１０が設備側の基準位置よりもセパレータ８の幅方向にずれて接合される傾向にあり、かつこの負極１０の傾向と正極６の接合位置の傾向が整合していない場合、すなわち負極１０と正極６とがセパレータ８の幅方向に位置ずれしている場合には、正極アライメント機構７４は、負極１０の位置と整合するように正極６の幅方向位置Ｙを補正する。

負極１０と正極６との間の幅方向の位置ずれは、負極１０の点Ｐ３に対する正極６の点Ｐ１の位置および負極１０の点Ｐ４に対する正極６の点Ｐ２の位置によって判断される。負極１０が設備側の基準位置よりも左短縁部２０側にずれて接合されている場合には、正極アライメント機構７４が左短縁部１４側へと幅方向に移動することにより、正極６の幅方向位置Ｙを補正する。他方、負極１０が設備側の基準位置よりも右短縁部２１側にずれて接合されている場合には、正極アライメント機構７４が右短縁部１５側へと幅方向に移動することにより、正極６の幅方向位置Ｙを補正する。このように正極６の幅方向位置Ｙを補正することにより、相対的に僅かに大きな負極１０の略中央に正極６が配置される。

また、負極１０がセパレータ８に対して、傾いて接合される傾向にあり、この負極１０の傾向と正極６の傾きの傾向が整合していない場合、正極アライメント機構７４は、負極１０の傾きに整合するように正極６の傾きＺを補正する。

負極１０の傾きと正極６の傾きのずれは、負極１０の点Ｐ３，Ｐ４に対する正極６の点１，Ｐ２の傾き、すなわち負極１０の上流側長縁部１８に対する正極６の下流側長縁部１３の傾きにより判断される。正極アライメント機構７４は、正極６における左短縁部１４側の搬送速度と右短縁部１５側との搬送速度を異ならせることにより正極６の傾きＺを補正する。このように正極６の傾きＺを補正することにより、正極６の各縁部１２，１３，１４，１５が負極１０の各縁部１８，１９，２０，２１に対して略平行となる。

上記のように、負極１０の接合位置を基準として、セパレータ８に接合する際の正極６の接合位置を補正して正極６をセパレータ８に接合することにより、帯状のセパレータ８を介して負極１０および正極６を互いに積層する場合であっても、負極１０の位置と正極６の位置とを整合させることができ、負極１０および正極６の相対的な位置のばらつきを抑制することができる。

なお、上記実施例では、負極搬送方向Ｔｎに沿って搬送される負極１０が設備側の基準位置に整合していない場合に、負極アライメント機構７８により、負極１０の位置を補正することが可能である。

以上、この発明の一実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限られず、種々の変更が可能である。

上記実施例では、正極６の接合点の下流側において、セパレータ８に対する負極１０の位置を検出しているが、正極６の接合点の上流側において、セパレータ８に対する負極１０の位置を検出してもよい。

また、上記実施例では、正極６が実際に接合された位置すなわち点Ｐ１，Ｐ２を負極１０の位置すなわち点Ｐ３，Ｐ４とともに検出し、両者の整合性を判断して正極６の接合位置の補正を行っているが、正極６の最終的な接合位置を検出せずに、負極１０の検出位置に基づいて正極６の接合位置の補正を行うようにしてもよい。

本実施例では、モノセル１が、セパレータ４、正極６、セパレータ８および負極１０からなる４層構造として形成されているが、３層構造を有するモノセルであっても本発明に適用することができる。

Claims

セパレータおよび電極を交互に積層してなるモノセルの製造方法であって、
連続して搬送された帯状の第１のセパレータの一方の面に、所定の形状に裁断された第１の電極を順次接合し、上記第１のセパレータの他方の面に所定の形状に裁断された第１の電極とは大きさの異なる第２の電極を順次接合し、上記第１の電極および上記第２の電極の一方に、連続して搬送された帯状の第２のセパレータを接合し、隣接する第１の電極の間で上記第１のセパレータおよび上記第２のセパレータを重ねて切断する製造方法において、
上記第２の電極の接合点の上流側または下流側において上記第１の電極の位置を検出し、この検出した第１の電極の位置を基準として、上記第１のセパレータに上記第２の電極を接合する際の接合位置を補正する、モノセルの製造方法。
上記第１の電極の位置の検出は、上記第１の電極の搬送方向上流側の縁部または下流側の縁部に沿った２点を検出することにより行われる、請求項１に記載のモノセルの製造方法。
上記第１の電極は、当該第１の電極の搬送方向に対し側方へ部分的に突出したタブを有し、このタブが上記上流側の縁部または上記下流側の縁部の一方に連続しており、
上記第１の電極の位置の検出は、上記タブと反対側となる上記上流側縁部または上記下流側縁部の角の２点を検出することにより行われる、請求項１または２に記載のモノセルの製造方法。
上記第１のセパレータの搬送方向に沿った方向に関して、上記第１の電極の位置に対応して、上記第２の電極の接合位置を補正する、請求項１〜３のいずれかに記載のモノセルの製造方法。
上記第１のセパレータの搬送方向と直交する方向に関して、上記第１の電極の位置に対応して、上記第２の電極の接合位置を補正する、請求項１〜４のいずれかに記載のモノセルの製造方法。
上記第１のセパレータに対する上記第１の電極の傾きに対応して、上記第１のセパレータに上記第２の電極を接合する際に、上記第１のセパレータに対する上記第２の電極の傾きを補正する、請求項１〜５のいずれかに記載のモノセルの製造方法。
上記第1のセパレータに対する上記第１の電極の位置を検出し、この検出位置に基づいて、上記第１のセパレータおよび上記第２のセパレータの切断位置を補正する、請求項１〜６のいずれかに記載のモノセルの製造方法。
帯状の第１のセパレータを連続して搬送する搬送装置と、
上記第１のセパレータの一方の面に、第１の電極を順次接合する第１の電極貼付部と、
上記第１の電極貼付部の下流側において、上記第１のセパレータの他方の面に上記第１の電極とは大きさの異なる第２の電極を順次接合する第２の電極貼付部と、
上記第２の電極貼付部の下流側において、上記第２の電極に重ねて帯状の第２のセパレータを供給するセパレータ供給部と、
上記セパレータ供給部の下流側で上記第１のセパレータおよび上記第２のセパレータを重ねて切断する切断部と、
上記第２の電極貼付部の上流側または下流側において上記第１の電極の位置を検出する位置検出部と、
この検出した第１の電極の位置を基準として、上記第２の電極貼付部において上記第１のセパレータに上記第２の電極を接合する際の接合位置を補正するアライメント機構と、
を備える、モノセル接合装置。