JP6702126B2 - 積層電池製造装置 - 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装置に関するものである。

近年、環境保護、省エネルギーの観点から、エンジンとモータを動力源として併用したハイブリッド自動車やモータを動力源とした電気自動車が開発、製品化されている。このハイブリッド自動車や電気自動車のエネルギー源として、電気を繰り返し充電放電可能な二次電池は必須の技術である。
一般的にこの二次電池としては、リチウム二次電池、ニッケル二次電池などの二次電池が用いられるが、なかでも、リチウム二次電池は、その動作電圧が高く、高い出力を得やすいので有力な電池であり、ハイブリッド自動車や電気自動車の電源としてますます重要性が増してきている電池である。
従来から、リチウム二次電池や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２枚の「シート状体３」が、その「供給機構７」から交互に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、２枚の「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、前記した従来の技術では、「案内積層手段１１」上に積層される「シート状体３」の欠陥について考慮が全くされていない。このため、ある「シート状体３」に欠陥があった場合、「案内積層手段１１」上に形成される積層体も欠陥となって積層体全部を廃棄する必要があり、したがって、積層体の歩留まりが非常に低下して生産性が悪かった。

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り、その目的とするところは、生産性が向上した積層電池製造装置を提供することにある。

上記の問題点を解決するために、本発明の積層電池製造装置は、次の構成を有している。
（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であって、第１電極箔反物をその長手方向に進行させて搬送する第１電極箔搬送機構と、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順次並んで配置されるように搬送する第２電極箔搬送機構と、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、前記第１電極箔短冊の欠陥を検出する検出部と、前記電極箔ペア短冊が積層される台座と、前記検出部により欠陥を検出した前記第１電極箔短冊が積層された電極箔ペア短冊を載置する補助台座と、前記台座もしくは前記補助台座のいずれかを前記第１電極箔搬送機構の搬送路上に位置させる台座転換機構と、制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記検出部が前記第１電極箔短冊の欠陥を検出した際に、前記第１電極箔搬送機構による前記第１電極箔反物の搬送を停止させ、前記台座転換機構によって前記補助台座が前記第１電極箔搬送機構の搬送路上に位置するように制御することを特徴とする。

上記構成を有する本発明の積層電池製造装置の作用・効果について説明する。
（１）前記制御手段は、前記検出部が前記第１電極箔短冊の欠陥を検出した際に、前記第１電極箔搬送機構による前記第１電極箔反物の搬送を停止させ、前記台座転換機構によって前記補助台座が前記第１電極箔搬送機構の搬送路上に位置するように制御するため、欠陥がある前記第１電極箔短冊が積層された電極箔ペア短冊は補助台座上に載置され、つまり、前記台座には、欠陥がない前記第１電極箔短冊が積層された電極箔ペア短冊のみが積層され、したがって、積層電池製造装置の生産性が非常に向上するなど優れた作用効果を奏する。

本発明を実施する積層電池製造装置を簡略的に示す図である。 本発明を実施する積層電池製造装置の要部を簡略的に示す図である。

（実施形態１）
以下、本発明に係る積層電池製造装置について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態において図は、適宜簡略化或いは変形誇張されて描画されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも実施例と同一ではない。

図１は、本発明を実施する積層電池製造装置を簡略的に示す図である。
すなわち、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、ニップロール１６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。前記正極反物供給部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。前記負極反物供給部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。前記正極箔反物１０および前記負極箔反物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。前記負極箔反物１２の表面上にはさらに、セパレータ層も形成されている。前記正極箔反物１０および前記負極箔反物１２はいずれも、その長手方向に進行して前記貼り合わせロール５へ向かうように構成されている。

また、前記貼り合わせロール５まで搬送された前記負極箔反物１２は、後述する正極箔短冊１３とともに前記ニップロール１６によって前記プレスロール８に向かって搬送されるように構成されている。
したがって、前記貼り合わせロール５および前記ニップロール１６などによって、本発明の第１電極箔搬送機構が構成され、また、前記負極箔反物１２が本発明の第１電極箔反物に相当する。

前記正極反物切断機構４は、前記正極箔反物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。前記貼り合わせロール５は、前記負極箔反物１２と前記正極箔短冊１３とを貼り合わせるものである。このため前記貼り合わせロール５に対して、前記負極箔反物１２はそのまま、前記正極箔反物１０は前記正極反物切断機構４によって切断されて前記正極箔短冊１３となってから、供給されるようになっている。前記正極箔短冊１３はさらに、上下一対の２組の搬送ローラ１７により、貼り合わせロール５に対して、前記負極箔反物１２の長手方向に順次連続して供給されるようになっている。
したがって、前記搬送ローラ１７などによって本発明の第２電極箔搬送機構が構成される。
なお、前記正極箔反物１０の、その長手方向とは直交する幅は、前記負極箔反物１２の幅よりもやや狭く設定されており、したがって、前記負極箔反物１２上に前記正極箔短冊１３が貼り合わされた状態では、前記負極箔反物１２の片側の縁側には、前記正極箔短冊１３が存在しない部分（図２において手前部分）が存在する。

前記正極反物切断機構４の上流側には、前記正極箔反物１０の欠陥を検出するための正極欠陥検出部１８が配置されており、前記正極欠陥検出部１８は、前記正極箔反物１０の製造工程の最終検査において前記正極箔反物１０に欠陥が検出された箇所に対応して記録されたマーク（図示せず）を検出可能である。したがって、制御部２０は、前記正極欠陥検出部１８によって前記正極箔反物１０に欠陥を検出した際には、案内板１９を前記正極箔短冊１３の搬送経路内に突出させ、それによって前記正極箔反物１０から前記正極反物切断機構４によって切断された欠陥がある前記正極箔短冊１３が回収容器２１へ向かって案内されるように制御する。
なお、前記制御部２０は、周知のＣＰＵ、制御プログラムを記憶したＲＯＭおよびＲＡＭ等によって構成され、本発明の制御手段に相当する。

本発明の切断機構としての前記負極反物切断機構６は、前記負極箔反物１２を幅方向に切断するものである。この切断により、前記正極箔短冊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。なお、前記正極箔短冊１３が本発明の第２電極箔短冊に相当し、前記負極箔短冊が本発明の第１電極箔短冊に相当する。
前記台座７は、得られた前記電極箔ペア短冊１４を置くためのものである。前記プレスロール８は、前記台座７の上に多数枚積層された前記電極箔ペア短冊１４を厚み方向にプレスするものである。なお、前記負極反物切断機構６のすぐ上流側には、前記負極箔反物１２と前記正極箔短冊１３とを支持する前記ニップロール１６が設けられている。

図２は、本発明を実施する積層電池製造装置の要部を簡略的に示す図である。
すなわち、前記台座７に隣接して補助台座２３が設けられており、前記台座７および前記補助台座２３は、共通のベースフレーム２４上にそれぞれ上下方向に移動可能に設けられている。前記ベースフレーム２４は、前記積層電池製造装置１の本体フレーム２５上に、前記第１電極箔搬送機構の搬送方向とは直交する方向に移動可能に支持されている。また、前記ベースフレーム２４は、前記ベースフレーム２４と前記本体フレーム２５との間に設けられたリニアモータなどのアクチュエータ（図示せず）によって前記第１電極箔搬送機構の搬送方向と直交する方向に駆動されるようになっている。
したがって、前記制御部２０は、前記アクチュエータを駆動することによって前記ベースフレーム２４を移動させ、それによって前記台座７もしくは前記補助台座２３が前記第１電極箔搬送機構の搬送路上に位置するように制御することができ、したがって、前記アクチュエータおよび前記ベースフレーム２４などによって本発明の台座転換機構が構成される。

前記ニップロール１６の上流側には、前記負極箔反物１２の欠陥を検出するための本発明の検出部としての負極欠陥検出部２２が配置されており、前記負極欠陥検出部２２は、前記負極箔反物１２の製造工程の最終検査において前記負極箔反物１２の欠陥箇所に対応して記録されたマーク（図示せず）を検出可能である。
したがって、前記制御部２０は、前記負極欠陥検出部２２によって前記負極箔反物１２に欠陥を検出した際には、前記アクチュエータを駆動することによって前記第１電極箔搬送機構の搬送路上から前記台座７を退避させるとともに前記補助台座２３を位置させ、それによって、欠陥がある負極箔短冊と前記正極箔短冊１３とから成る欠陥電極箔ペア短冊１４ａが前記補助台座２３上に積層支持されるように制御することができる。

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から正極反物切断機構４および搬送ローラ１７を介して貼り合わせロール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、長手方向に対してわずかな間隔をおいて順次並べられて配置される。

この際、制御部２０は、正極欠陥検出部１８によって正極箔反物１０に欠陥を検出し、かつ欠陥がある正極箔反物１０が正極反物切断機構４の手前部分に差し掛かった際には、案内板１９を正極箔短冊１３の搬送経路内に突出させて欠陥がある正極箔反物１０、つまり正極反物切断機構４により切断された後の正極箔短冊１３を回収容器２１へ向かって案内するように制御する。
したがって、貼り合わせロール５上の負極箔反物１２には、欠陥がない正極箔短冊１３のみ供給されることとなる。

その後貼り合わせロール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わずかな間隔をおいて順次並んで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と次の正極箔短冊１３との間の正極箔短冊１３が存在しない箇所である。

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。

一方、制御部２０は、負極欠陥検出部２２によって負極箔反物１２に欠陥を検出し、かつ欠陥がある負極箔反物１２の部分が負極反物切断機構６の手前側に達した際には、第１電極箔搬送機構を構成するところの貼り合わせロール５およびニップロール１６などの回転を停止させて正極箔短冊１３および負極箔反物１２の搬送動作を停止させる。この際、制御部２０は、搬送ローラ１７の回転を停止させて貼り合わせロール５への正極箔短冊１３の供給を停止させる。
そして、制御部２０は、アクチュエータを動作させることによって台座７を第１電極箔搬送機構の搬送路上から退避させ、また、補助台座２３を第１電極箔搬送機構の搬送路上に位置させる。

つぎに、制御部２０は、貼り合わせロール５および前記ニップロール１６などを再び回転させて正極箔短冊１３および負極箔反物１２の搬送を再開し、また、搬送ローラ１７を回転させて正極箔短冊１３を貼り合わせロール５へ供給し始める。
これに伴って、欠陥がある負極箔反物１２および正極箔短冊１３は、補助台座２３上に搬送される。
なお、図２においては、補助台座２３が第１電極箔搬送機構の搬送路よりも高い位置に描かれているが、補助台座２３が第１電極箔搬送機構の搬送路上に配置された際には、補助台座２３上に保持された欠陥電極箔ペア短冊１４ａの高さに応じて上下方向の高さが調整されることは言うまでもない。

欠陥がある負極箔反物１２および正極箔短冊１３が搬送されることによって正極箔短冊１３と次に位置する正極箔短冊１３との間の隙間が負極反物切断機構６に到達した際には、再び第１電極箔搬送機構の搬送動作が停止され、つまり、貼り合わせロール５およびニップロール１６などの回転が停止され、その後、負極反物切断機構６によって負極箔反物１２が幅方向に切断され、その後、正極箔短冊１３と欠陥がある負極箔短冊からなる切断された欠陥電極箔ペア短冊１４ａは、補助台座２３上に積層保持される。

このように本実施例においては、欠陥電極箔ペア短冊１４ａが台座７の上に積層された欠陥がない電極箔ペア短冊１４に混じることがなく、したがって、台座７上では常に欠陥がない電極積層体１５が得られるものであり、電極積層体１５の歩留まりが向上し、したがって積層電池製造装置１の生産性が向上する。
また、廃棄されるのは、欠陥のある正極箔短冊１３と正極箔短冊１３と欠陥がある負極箔短冊からなる欠陥電極箔ペア短冊１４ａのみであって廃棄される材料も少なくすることができ、材料費も従来の積層体全部を廃棄する場合に比べて大幅に節約することができる。

つぎに制御部２０は、アクチュエータを動作させることによって補助台座２３を第１電極箔搬送機構の搬送路上から退避させ、また、台座７を第１電極箔搬送機構の搬送路上に位置させる。
その後、貼り合わせロール５およびニップロール１６などを再び回転させて正極箔短冊１３および負極箔反物１２の搬送を再開し、また、搬送ローラ１７を回転させて正極箔短冊１３を貼り合わせロール５へ供給し始める。

なお、上述した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、上述した本形態では、負極箔短冊の欠陥を、負極欠陥検出部２２によって負極箔反物１２の状態で検出するように構成したが、台座７および補助台座２３の位置を，負極反物切断機構６による切断位置から離れた位置、つまり負極箔短冊の搬送方向の幅より大きく離れた位置に配置して、負極反物切断機構６により切断された後の負極箔短冊の欠陥を負極欠陥検出部２２によって検出するように構成しても差し支えない。この場合、上述した本形態の方が負極反物切断機構６に近接して台座７を近接して配置することができるため、積層電池製造装置１を小型化できる。

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
１０ 正極箔反物
１２ 負極箔反物（第１電極箔反物）
１３ 正極箔短冊（第２電極箔短冊）
１４ 電極箔ペア短冊
１４ａ 欠陥電極箔ペア短冊
１５ 電極積層体
１６ ニップロール
１７ 搬送ローラ
２０ 制御部
２２ 負極欠陥検出部
２３ 補助台座

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であって、
   第１電極箔反物をその長手方向に進行させて搬送する第１電極箔搬送機構と、
   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順次並んで配置されるように搬送する第２電極箔搬送機構と、
   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、
   前記第１電極箔短冊の欠陥を検出する検出部と、
   前記電極箔ペア短冊が積層される台座と、
   前記検出部により欠陥を検出した前記第１電極箔短冊が積層された電極箔ペア短冊を載置する補助台座と、
   前記台座もしくは前記補助台座のいずれかを前記第１電極箔搬送機構の搬送路上に位置させる台座転換機構と、
   制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記検出部が前記第１電極箔短冊の欠陥を検出した際に、前記第１電極箔搬送機構による前記第１電極箔反物の搬送を停止させ、前記台座転換機構によって前記補助台座が前記第１電極箔搬送機構の搬送路上に位置するように制御することを特徴とする積層電池製造装置。

Images