JP6947136B2 - 電極積層体製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、電極積層体製造装置に関する。

正極、負極、電解質等の電池の構成要素をラミネートフィルムにより包んで薄肉長方形状のラミネート電池を形成し、ラミネート電池の周縁端部を把持するための冶具にラミネート電池を装着し、冶具に装着されたラミネート電池を冶具に装着された状態で積層すると共に積層したラミネート電池を積層方向に拘束し、拘束後、全ての冶具をラミネート電池から取り外し、それによりラミネート電池の積層体である電池モジュールを製造するようにしたる電池モジュール製造装置が公知である（例えば特許文献１を参照）。

特開２０１６−１５７５８６号公報

しかしながら、この電池モジュール製造装置では、各ラミネート電池を一旦冶具に装着し、その後、全ての冶具をラミネート電池から取り外さなければならないという問題がある。

一方、ラミネートフィルムにより包まれていないシート状電極を積層する場合にも、このような冶具を用いることができる。しかしながら、ラミネートフィルムにより包まれていないシート状電極を積層する場合に、このような冶具を用いると、シート状電極の外周縁が冶具の把持部と接触することになり、シート状電極の外周縁が損傷するという問題がある。

この問題を解決するために、本発明によれば、シート状電極を含んだ電極積層体を製造するための電極積層体製造装置において、搬送経路に沿い互いに間隔を隔てて移動せしめられる複数の搬送プレートを備えたプレート搬送装置を具備しており、各搬送プレート上に、順次、シート状電極が載置され、各搬送プレートが夫々、搬送プレート上に載置されたシート状電極を搬送プレート上に押え付けて、搬送中、シート状電極を搬送プレート上の載置位置に保持するクランプを具備している。

シート状電極をクランプにより搬送プレート上に押え付けるようにしているので、シート状電極の外周縁に外力が加わることがなく、従って、シート状電極の外周縁が損傷するのを阻止することができる。

図１は、プレート搬送装置、冶具搬送装置および冶具移送装置の全体図である。 図２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄは、単位電池およびシート状電極を説明するための図である。 図３は、図１に示されるプレート搬送装置の一部の拡大側面図である。 図４は、可動子の断面図である。 図５は、搬送プレートの斜視図である。 図６Ａおよび６Ｂは、搬送プレートのクランプの作動を説明するための図である。 図７は、シート状電極の積層工程を示す図である。 図８は、冶具搬送装置および冶具移送装置を図解的に示す平面図である。 図９Ａおよび９Ｂは、冶具搬送装置および冶具移送装置間における積層冶具の交換作業を説明するための図である。 図１０は、積層冶具の斜視図である。 図１１Ａおよび１１Ｂは、積層冶具を図解的に示す図である。 図１２Ａ、１２Ｂおよび１２Ｃは、積層冶具のクランプの作動を説明するための図である。 図１３は、図解的に示した積層冶具の側面図である。 図１４は、シート状電極の積層作業を説明するための図である。 図１５は、電極積層体形成工程を示す図である。

本発明は、電極積層体の製造装置に関する。本発明による実施例では、この電極積層体は、シート状電極を積層することにより形成され、形成された複数個の電極積層体を直列或いは並列に電気的に接続することによって、例えば、車両に搭載される電池が形成される。そこで、まず初めに、この電極積層体を形成するために用いられているシート状電極について説明する。図２Ａおよび図２Ｂは夫々、このシート状電極を用いて製造される電池の構成要素、即ち、単位電池の平面図と、図２ＡのＸ−Ｘ線に沿って見た単位電池の断面図とを図解的に示している。なお、単位電池の厚みは１ｍｍ以下であり、従って、図２Ｂでは、各層の厚みがかなり誇張して示されている。

図２Ｂを参照すると、２は正極集電体層、３は正極活物質層、４は固体電解質層、５は負極活物質層、６は負極集電体層を夫々示す。正極集電体層２は導電性材料から形成されており、本発明による実施例では、この正極集電体層２は集電用金属箔、例えば、アルミニウム箔から形成されている。また、正極活物質層３は、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カルシウムイオン等の金属イオンを、放電の際に吸蔵させ、充電の際に放出させることのできる正極活物質から形成されている。また、固体電解質層４は、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カルシウムイオン等の金属イオンに対して伝導性を有し、全固体電池の材料として利用可能な材料から形成されている。

一方、負極活物質層５は、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カルシウムイオン等の金属イオンを、放電の際に放出させ、充電の際に吸蔵させることのできる負極活物質から形成されている。また、負極集電体層６は導電性材料から形成されており、本発明による実施例では、この負極集電体層２は集電用金属箔、例えば、銅箔から形成されている。また、上述の説明からわかるように、本発明による実施例において製造される電池は全固体電池であり、この場合、この電池は、全固体リチウムイオン二次電池であることが好ましい。

さて、本発明による実施例において用いられるシート状電極は、図２Ａと同様な矩形状の平面形状を有しており、図２Ｃ又は図２Ｄに示される断面構造を有している。なお、これら図２Ｃおよび図２Ｄは、図２ＡのＸ−Ｘ線と同様な位置における断面図を示している。なお、これら図２Ｃおよび図２Ｄにおいても、図２Ｂと同様に、２は正極集電体層、３は正極活物質層、４は固体電解質層、５は負極活物質層、６は負極集電体層を示している。図２Ｃに示されるシート状電極は、中心部に負極集電体層６が位置しており、この負極集電体層６から上方向に向けて、負極活物質層５、固体電解質層４、正極活物質層３、正極集電体層２が順次形成されており、負極集電体層６から下方向に向けて、負極活物質層５、固体電解質層４、正極活物質層３が順次形成されている。この場合、本発明による実施例では、負極集電体層６は銅箔から形成されており、正極集電体層２はアルミニウム箔から形成されている。

一方、図２Ｄに示されるシート状電極は、中心部に負極集電体層６が位置しており、この負極集電体層６から上下方向に向けて夫々、負極活物質層５、固体電解質層４、正極活物質層３が順次形成されている。即ち、図２Ｄに示されるシート状電極は正極集電体層２を有していない。図２Ｄに示される場合でも、負極集電体層６は銅箔から形成されている。本発明による実施例では、図２Ｄに示される断面形状のシート状電極が予め形成されており、後述するように積層工程の途中で図２Ｄに示される断面形状のシート状電極上にアルミニウム箔（正極集電体）が貼付され、その結果、図２Ｃに示される断面形状のシート状電極、即ち、アルミニウム箔２の貼付されたシート状電極が形成される。

本発明による実施例では、このアルミニウム箔２の貼付されたシート状電極を、シート状電極１と称している。なお、本発明による実施例の説明において、特に混乱しないと考えられる場合には、アルミニウム箔２の貼付されていない図２Ｄに示される断面形状のシート状電極もシート状電極１と称する。これに対し、アルミニウム箔２の貼付されたシート状電極１とアルミニウム箔２の貼付されていないシート状電極１とを区別して表現したほうが好ましい場合には、アルミニウム箔２の貼付されたシート状電極を正極付きシート状電極１と称し、アルミニウム箔２の貼付されていないシート状電極を、正極なしシート状電極１と称する。

なお、図２Ｃおよび図２Ｄに示されるシート状電極１は一例を示すものであって、種々の構造のシート状電極１の使用が考えられる。例えば、銅箔６の一方の側面上に、負極活物質層５、固体電解質層４、正極活物質層３および正極集電体層２を形成するか、又は負極活物質層５、固体電解質層４および正極活物質層３を形成するか、又は負極活物質層５および固体電解質層４を形成するか、又は負極活物質層５のみを形成し、銅箔６の他方の側面上に、負極活物質層５および固体電解質層４を形成するか、又は負極活物質層５のみを形成するか、又は何も形成しない構造とすることができる。また、銅箔６に代えて、正極集電体層２を形成するアルミニウム箔を用い、このアルミニウム箔２の一方の側面上に、正極活物質層３、固体電解質層４、負極活物質層５および負極集電体層６形成するか、又は正極活物質層３、固体電解質層４および負極活物質層５を形成するか、又は正極活物質層３および固体電解質層４を形成するか、又は正極活物質層３のみを形成し、他方の側面上に、正極活物質層３、固体電解質層４および負極活物質層５を形成するか、又は正極活物質層３および固体電解質層４を形成するか、又は正極活物質層３のみを形成するか、又は何も形成しない構造とすることができる。

従って、包括的に表現すると、本発明において、シート状電極１は、集電用金属箔２又は６と、集電用金属箔２又は６上に形成された正極活物質層３および負極活物質層５の少なくとも一方とを含んでいることになる。なお、以下、シート状電極１が、図２Ｃおよび図２Ｄのいずれかに示される構造を有する場合を例にとって、本発明による実施例について説明する。

図１を参照すると、図１には、プレート搬送装置Ａ、冶具搬送装置Ｂおよび冶具移送装置Ｃが示されている。プレート搬送装置Ａには、図１において矢印で示される搭載位置において、図２Ｄに示される断面形状の正極なしシート状電極１が供給され、このシート状電極１は、シート状電極１を含む積層体を形成するためにプレート搬送装置Ａにより矢印で示される搬送方向に搬送される。

次に、このプレート搬送装置Ａについて説明する。図３は、図１に示されるプレート搬送装置Ａの一部の拡大側面図を示している。図１および図３を参照すると、プレート搬送装置Ａは、垂直面内において上下方向に間隔を隔てた水平直線部分１０ａおよび一対の半円形部分１０ｂからなる長円形のレール１０と、このレール１０上を走行可能な複数個の可動子１２を具備している。図４には、図３のＹ−Ｙ線に沿って見た可動子１２の断面図が示されている。図４に示されるように、この可動子１２は、可動子１２に軸線１３ａ回りで回転可能に取り付けられてレール１０上を転動する一対のガイドローラ１３（進行方向に対し前と後ろに配置されている）と、可動子１２に軸線１４ａ回りで回転可能に取り付けられてレール１０上を転動する一対のガイドローラ１４（進行方向に対し前と後ろに配置されている）と、可動子１２に軸線１５ａ回りで回転可能に取り付けられてレール１０上を転動するガイドローラ１５と、可動子１２に軸線１６ａ回りで回転可能に取り付けられてレール１０上を転動するガイドローラ１６とを備えている。

一方、この可動子１２は、一対の永久磁石１７，１８を備えており、これら永久磁石１７，１８に挟まれたプレート搬送装置Ａ内には、コイルの巻設された固定子１１が配置されている。この固定子１１と永久磁石１７，１８によって、即ち、固定子１１と可動子１２によってリニアモータが形成されている。従って、プレート搬送装置Ａでは、リニアモータの可動子１２がレール１０上を走行せしめられていることになる。この可動子１２の走行速度等は、プレート搬送装置Ａの制御装置（図示せず）によって制御される。

図３および図４に示されるように、可動子１２上には矩形状をなす搬送プレート２０が取り付けられており、この搬送プレート２０上にシート状電極１が載置される。図５は、可動子１２に取り付けられた搬送プレート２０の斜視図を示している。図５を参照すると、本発明による実施例では、搬送プレート２０には、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１を搬送プレート２０上に押え付けて、搬送中、シート状電極１を搬送プレートト２０の載置位置に保持する複数のクランプ２１，２２，２３，２４が取り付けられている。図５に示される実施例では、進行方向に対し前方に位置する搬送プレート２０の前端部に間隔を隔てて一対のクランプ２１，２２が取り付けられており、進行方向に対し後方に位置する搬送プレート２０の後端部に間隔を隔てて一対のクランプ２３，２４が取り付けられている。

これらクランプ２１，２２，２３，２４は同じ構造を有しており、従って、クランプ２４を例にとってクランプの構造を説明する。図６Ａは、クランプ２４によって、シート状電極１が搬送プレート２０上に押え付けられているときを示しており、図６Ｂは、クランプ２４がシート状電極１を解放したときを示している。図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、クランプ２４は、概略的にいうとＬ字型をなすクランプアーム２５を具備しており、このクランプアーム２５の中央部が、支持ピン２６によって、搬送プレート２０に固定された支持板２７に回動可能に取り付けられている。クランプアーム２５の一端には搬送プレート２０の表面上まで延びる押え付け部２５ａが形成されており、クランプアーム２５の他端にはローラ２８が取り付けられている。クランプアーム２５は、クランプアーム２５と支持板２７間に取り付けられた引張りばね２９によって常時時計回りに付勢されている。

可動子１２の走行経路には、クランプアーム２５のローラ２８と係合可能な固定カム（図示せず）が設けられている。クランプアーム２５のローラ２８は、通常、この固定カムと係合しておらず、このときには、図６Ａに示されるように、シート状電極１は、引張りばね２９のばね力により、クランプアーム２５の押え付け部２５ａによって搬送プレート２０上に押え付けられている。このとき、図６からわかるように、クランプアーム２５とシート状電極１の外周縁との間には空隙が存在しており、従って、シート状電極１の外周縁はクランプアーム２５と接触していない。即ち、このとき、シート状電極１の外周縁は、その全外周縁が非接触状態にある。従って、シート状電極１が、クランプアーム２５の押え付け部２５ａによって搬送プレート２０上に押え付けられているときには、シート状電極１の外周縁が損傷することがない。一方、クランプアーム２５のローラ２８が固定カムと係合すると、図６Ｂに示されるように、ローラ２８が上昇し、シート状電極１が、クランプアーム２５の押え付け部２５ａから解放される。

次に、図７を参照しつつ、シート状電極の積層工程について説明する。図７は、このシート状電極の積層工程を図解的に示しており、この図７には、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１と、搬送プレート２０に取り付けられたクランプ２１，２２，２３，２４が図解的に示されている。ただし、図７では、搬送プレート２０は省略されている。なお、この図７には、シート状電極１がプレート搬送装置Ａにより搬送されているときに行われる種々の処理が示されている。

本発明による実施例では、細長い銅箔の両側面上に、銅箔の長手方向に間隔をおいて、負極活物質層、固体電解質層および正極活物質層が順次、重なるように塗布され、次いで、この銅箔を、所定の長さ毎に切断することによって、図２Ｄに示される断面形状の正極なしシート状電極１が作成される。この正極なしシート状電極１は保管台に積み重ねられて保管される。図７のＺは、この保管台に積み重ねられている正極なしシート状電極１を示している。この保管台に積み重ねられているシート状電極１は、図示しない移送装置により、図１の矢印で示される搭載位置において、図７において矢印で示すように、一枚ずつ順次、プレート搬送装置Ａの上方の水平直線レール部分１０ａにおいて搬送プレート２０上に載置される。

上方の水平直線レール部分１０ａにおいて搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１は、プレート搬送装置Ａの水平直線部分１０ａに沿って移動する間、まず初めに、接続用電極タブを形成するための銅箔６の端部のタブ裁断処理が行われ、次いで、アルミニウム（正極）箔との短絡を阻止するために銅箔６の一部に絶縁材を塗布するための端部絶縁処理が行われる。次いで、アルミニウム（正極）箔２をシート状電極１上に接着剤を用いて貼付する正極箔貼付処理が行われる。この正極箔貼付処理が行われと、シート状電極１は図２Ｃに示される断面形状の正極付きシート状電極となる。次いで、アルミニウム（正極）箔２がシート状電極１上に適切に貼付されているか否かを検査する箔貼付検査が行われる。次いで、正極付きシート状電極１を積層したときに、積層したシート状電極１間でズレを生じないようにアルミニウム（正極）箔２上に接着剤を塗布するズレ止め塗布処理が行われる。

次いで、搬送プレート２０が、プレート搬送装置Ａの半円形レール部分１０ｂに到達し、半円形レール部分１０ｂに沿って進行し始めると、図７に示される如く、搬送プレート２０の上下が反転し始め、搬送プレート２０が、プレート搬送装置Ａの半円形レール部分１０ｂの下端部に到達すると、搬送プレート２０の上下が完全に反転する。本発明による実施例では、このように搬送プレート２０の上下が反転した状態で、正極付きシート状電極１の積層作用が行われる。この積層作用については後で詳細に説明する。なお、積層作用が行われると、正極付きシート状電極１は搬送プレート２０上から取り除かれ、搬送プレート２０上は空の状態となる。この空の状態となった搬送プレート２０は、順次、図１に示される搭載位置に移動せしめられる。

このように本発明による実施例では、図１に示されるように、搬送経路に沿い互いに間隔を隔てて移動せしめられる複数の搬送プレート２０を備えたプレート搬送装置Ａが設けられている。このプレート搬送装置Ａでは、各搬送プレート２０上に、順次、シート状電極１が載置され、各搬送プレート２０が夫々、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１を搬送プレート２０上に押え付けて、搬送中、シート状電極１を搬送プレート２０上の載置位置に保持するクランプ２１，２２，２３，２４を具備している。この場合、搬送中、シート状電極１を搬送プレート２０上の載置位置に保持にするためには、クランプ２１，２２，２３，２４によるクランプ力は、以下の条件を満たすことが必要となる。

クランプ力×摩擦係数＞シート状電極１の重量×加速度
ここで、摩擦係数は、クランプ２１，２２，２３，２４と正極なしシート状電極１間の摩擦係数、および、クランプ２１，２２，２３，２４とアルミニウム箔２間の摩擦係数のうち、低い方の摩擦係数である。また、加速度は、プレート搬送装置Ａにおいて搬送プレート２０に加わる加速度の中で最大の加速度である。本発明による実施例では、クランプ２１，２２，２３，２４によるクランプ力が、上記条件を満たすように引張りばね２９のばね力が設定されている。このようにクランプ力を設定することにより、クランプ２１，２２，２３，２４によって、シート状電極１の外周縁に外力が加わることがなく、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１を、搬送中、搬送プレート２０上の載置位置に保持することができる。その結果、搬送中、シート状電極１の外周縁が損傷するのを阻止することができる。

次に、正極付きシート状電極１の積層作用について説明する。図８は、図１に示される冶具搬送装置Ｂおよび冶具移送装置Ｃを図解的に描いた平面図であり、この図８にはプレート搬送装置Ａが鎖線で示されている。図１および図８を参照すると、冶具搬送装置Ｂおよび冶具移送装置Ｃは、プレート搬送装置Ａの小型版であってプレート搬送装置Ａと同様な機能を有している。即ち、冶具搬送装置Ｂは、並列配置された一対の直線部分と一対の半円形部分からなる長円形のレール３０と、このレール３０上を走行するリニアモータの可動子３１とを具備しており、この可動子３１は図４に示される可動子１２と同様な構造を有する。この可動子３１には長円形のレール３０から水平方向外方に向けて延びる搬送台３２の端部が固定されており、この搬送台３２上に積層冶具４０が搭載される。

図１０は、この積層冶具４０の斜視図を示している。また、図１１Ａは、図解的に表した積層冶具４０の側面図を示しており、図１１Ｂは、図解的に表した積層冶具４０の平面図を示している。図１０、図１１Ａおよび図１１Ｂを参照すると、積層冶具４０は、基台４１と、基台４１上に取り付けられたパンダグラフ式昇降機構４２により支持されている底板４３と、基台４１の４隅に配置された４つのクランプ４４，４５，４６，４７を具備する。パンダグラフ式昇降機構４２は、基台４１の上面および底板４３の下面に夫々固定された支持部４８および４９と、基台４１の上面および底板４３の下面上を夫々摺動する摺動子５０および５１と、支持部４８、４９および摺動子５０、５１間を連結するアーム５２および５３からなり、支持部４８と摺動子５１間に圧縮ばね５４が取り付けられる。この圧縮ばね５４のばね力によりパンダグラフ式昇降機構４２が常時上昇方向に付勢され、それにより底板４３が常時上方に付勢される。即ち、底板４３は、ばね付勢されたパンダグラフ式昇降機構４２によって、常時上方に付勢される。なお、図１０は、構造を理解しやすくするために、底板４３からパンダグラフ式昇降機構４２を切り離してパンダグラフ式昇降機構４２を収縮状態にしたときを示している。

一方、基台４１の４隅に配置されたクランプ４４，４５，４６，４７について比較してみると、クランプ４４および４７は同一形状を有しており、クランプ４５および４６は同一形状を有している。一方、クランプ４４および４５は垂直面に対して対照的な形状を有しており、クランプ４６および４７は垂直面に対して対照的な形状を有している。即ち、クランプ４４，４５，４６，４７は全て、同様な構造を有している。従って、クランプ４４を例にとってクランプの構造について説明する。

図１２Ａは、クランプ４４の分解斜視図を示しており、図１２Ｂおよび図１２Ｃは、クランプ４４の作動を説明するための図である。図１０および図１２Ａを参照すると、クランプ４４は、基台４１上に固定された支柱５５と、支柱５５に回動可能に挿入された回動部５６と、回動部５６の頂部に取り付けられたＬ字型のクランプアーム５７とを具備する。一方、回動部５６には螺旋状に延びるスリット５８が形成されており、支柱５５の外周面上には、スリット５８内に侵入する突起５９が形成されている。図１０に示されるように、回動部５６の外周面にはＬ字型をなす駆動アーム６０の一端部が固定されており、駆動アーム６０の他端部と基台４１間には、圧縮ばね６１が取り付けられている。また、駆動アーム６０の中央部にはローラ６２が取り付けられている。図１１Ａおよび図１１Ｂには、各クランプ４４，４５，４６，４７の回動部５６に取り付けられた駆動アーム６０とローラ６２とが図解的に示されている。なお、図１２Ａ、図１２Ｂおよび図１２Ｃでは、これら駆動アーム６０およびローラ６２が省略されている。

駆動アーム６０に取り付けられたローラ６２は、積層冶具４０が移動せしめられているときに固定カム（図示せず）と係合し、ローラ６２が固定カムと係合するとローラ６２は固定カムにより積層冶具４０の内方に向けて押し込まれる。その結果、回動部５６が圧縮ばね６１のばね力に抗して回動せしめられる。このとき、クランプ４４の回動部５６は時計回りに回動せしめられる。図１２Ｂは、クランプ４４の回動部５６が回動せしめられる前を示している。このとき各クランプ４４，４５，４６，４７のクランプアーム５７は、圧縮ばね６０のばね力によって、図１０に示される位置に保持されており、このとき底板４３上に載置されたシート状電極１は、ばね付勢されたパンダグラフ式昇降機構４２によって、即ち、圧縮ばね５４のばね力によって、クランプアーム５７の底面上に押え付けられている。このことを別の角度からみると、このとき各クランプ４４，４５，４６，４７のクランプアーム５７は、底板４３上に載置されたシート状電極１を底板４３上に押え付けていると言える。従って、本願の明細書では、実質的な意味は同じであるが、シート状電極１がクランプアーム５７の底面上に押え付けられているという場合と、クランプアーム５７が、底板４３上に載置されたシート状電極１を底板４３上に押え付けているという場合とがある。

一方、図１２Ｃは、クランプ４４の回動部５６が回動せしめられた後を示している。図１２Ｂおよび図１２Ｃに示されるように突起５９は螺旋状に延びるスリット５８内に侵入しているので回動部５６が回動せしめられると回動部５６は突起５９によって押し上げられ、従って回動部５６は上昇しながら回動することになる。このとき、クランプアーム５７は、図１０において、シート状電極１から上方に離れつつシート状電極１の上方領域から外れ、それによりクランプアーム５７によるシート状電極１のクランプ作用が解除される。

図１３は、予め設定された枚数の正極付シート状電極１が積層冶具４０の底板４３上に積層されたところを図解的に示している。なお、以下の説明では、簡略化のために、パンダグラフ式昇降機構４２は、図１３に示されるようにばねを示す記号でもって表わされる。さて、図７を参照しつつ説明したように、本発明による実施例では、搬送プレート２０の上下が反転した状態で、正極付シート状電極１の積層作用が行われる。このとき図７に示されるように、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１に積層冶具４０の上面が対面するように積層冶具４０が搬送される。この場合、本発明による実施例では、搬送プレート２０を進行方向に移動させつつ積層作用を行うので、積層作用が行われている間、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１に積層冶具４０の上面が対面し続けるように積層冶具４０が搬送される。

ところで、図１および図８を参照しつつ既に説明したように、本発明による実施例では、冶具搬送装置Ｂの可動子３１に搬送台３２の端部が固定されており、この搬送台３２上に積層冶具４０が搭載されている。従って、本発明による実施例では、積層作用が行われている間、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１に積層冶具４０の上面が対面し続けることができるように、即ち、積層作用が行われている間、搬送台３２に搭載された積層冶具４０がプレート搬送装置Ａの真下を移動し続けることができるように、冶具搬送装置Ｂが配置されている。更に、本発明による実施例では、積層作用が行われている間、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１に積層冶具４０の上面が対面し続けるように、搬送プレート２０と搬送台３２とが同期して移動せしめられる。

次に、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１に積層冶具４０の上面を対面させ続けながら行われる積層作業について図１４を参照しつつ説明する。なお、図１４には、搬送プレート２０のクランプ２１，２２，２３，２４によるシート状電極１のクランプ作用、および積層冶具４０のクランプ４４，４５，４６，４７によるシート状電極１のクランプ作用が図解的に示されている。なお、図１４の説明に関しては、図４の（１）において、搬送プレート２０に載置されているシート状電極１を新たなシート状電極１と称し、積層冶具４０の底板４３上に既に存在するシート状電極１を積層済みシート状電極１と称する。

図１４を参照すると、図１４の（１）に示される状態から図１４の（２）に示されるように搬送プレート２０上に載置された新たなシート状電極１に積層冶具４０の上面が対面しつつ接近すると、図１４の（３）に示されるように、積層冶具４０のクランプ４６，４７により積層済みシート状電極１の一側周辺部が押え付けられている状態で、積層冶具４０のクランプ４４，４５による積層済みシート状電極１の他側周辺部のクランプ作用が解除され、搬送プレート２０のクランプ２３，２４により新たなシート状電極１の一側周辺部が押え付けられている状態で、搬送プレート２０のクランプ２１，２２による新たなシート状電極１の他側周辺部のクランプ作用が解除される。このとき、図１４の（３）に示されるように、新たなシート状電極１の他側周辺部が積層済みシート状電極１上に落下する。

新たなシート状電極１の他側周辺部が積層済みシート状電極１上に落下すると、図１４の（４）に示されるように、積層冶具４０のクランプ４４，４５により、積層済みシート状電極１上に落下した新たなシート状電極１の他側周辺部が押え付けられる。次いで、図１４の（５）に示されるように、積層冶具４０のクランプ４４，４５により、積層済みシート状電極１上に落下した新たなシート状電極１の他側周辺部が押え付けられた状態で、積層冶具４０のクランプ４４，４５による積層済みシート状電極１の一側周辺部のクランプ作用が解除されると共に、搬送プレート２０のクランプ２３，２４による新たなシート状電極１の一側周辺部のクランプ作用が解除され、それにより新たなシート状電極１の一側周辺部も積層済みシート状電極１上に落下する。新たなシート状電極１の一側周辺部も積層済みシート状電極１上に落下すると、図１４の（６）に示されるように、積層冶具４０のクランプ４６，４７により、積層済みシート状電極１上に落下した新たなシート状電極１の一側周辺部が押え付けられる。

次いで、図１４の（７）に示されるように、積層冶具４０の底板４３上に積み重ねられた積層済みシート状電極１と新たなシート状電極１は、積層冶具４０のクランプ４４，４５，４６，４７により押え付けられた状態で搬送プレート２０から離れる。即ち、底板４３上に積み重ねられた積層済みシート状電極１と新たなシート状電極１は、ばね付勢されたパンダグラフ式昇降機構４２により、即ち、圧縮ばね５４のばね力により、クランプアーム５７の底面上に押え付けられた状態で搬送プレート２０から離れる。これで、積層冶具４０への一枚のシート状電極１の積層作用が完了する。なお、図１４の（１）から（７）において、搬送プレート２０のクランプ２１，２２，２３，２４によるクランプ作用およびクランプの解除作用は、搬送プレート２０の移動中にローラ２８が固定カムと係合することにより行われ、積層冶具４０のクランプ４４，４５，４６，４７によるクランプ作用およびクランプの解除作用は、搬送台３２の移動中に積層冶具４０のローラ６２が固定カムと係合することにより行われる。

このように、本発明による実施例では、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１を積層するための積層冶具４０と、積層冶具４０を搬送するための冶具搬送装置Bとを具備しており、積層冶具４０シート状電極１を支持するための底板４３と、底板４３上に載置されたシート状電極１を底板４３上に押え付けて、シート状電極１を搬送プレート２０上の載置位置に保持する少なくとも一対のクランプ４４，４５，４６，４７とを具備している。また、搬送プレート２０のクランプが少なくとも一対のクランプ２１，２２，２３，２４から構成されている。搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１を積層冶具４０内に積層するときには、シート状電極１を搬送プレート２０のクランプ２１，２２，２３，２４により搬送プレート１上に押え付けつつ搬送プレート１の上下が反転されると共に、積層冶具４０の上面が搬送プレート１上に載置されたシート状電極１に対面し続けるように搬送プレート２０と積層冶具４０とが同期して移動せしめられる。

搬送プレート２０と積層冶具４０とが同期して移動せしめられているとき、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１は、シート状電極１の周辺部を搬送プレート２０のクランプ２１，２２，２３，２４および積層冶具４０のクランプ４４，４５，４６，４７のいずれか一方のクランプが押え付けつつ、積層冶具４０内に積層される。この場合、本発明による実施例では、搬送プレート２０と積層冶具４０とが同期して移動せしめられているとき、搬送プレート２０の一方のクランプ２３，２４がシート状電極１の一側周辺部を押え付けている状態で、搬送プレート２０の他方のクランプ２１，２２がシート状電極１の他側周辺部を解放したときに、シート状電極１の他側周辺部が積層冶具４０の一方のクランプ４４，４５により押え付けられ、次いで、積層冶具４０の一方のクランプ４４，４５がシート状電極１の他側周辺部を押え付けた状態で、搬送プレート２０の一方のクランプ２３，２４がシート状電極１の一側周辺部を解放する。このように本発明による実施例では、搬送プレート２０上に載置された新たなシート状電極１は、必ず搬送プレート２０のクランプ２１，２２，２３，２４および積層冶具４０のクランプ４４，４５，４６，４７の少なくとも一方によって押え付けられた状態で、積層冶具４０内の積層済みシート状電極１上に積層される。従って、新たなシート状電極１は、積層済みシート状電極１に対して位置ずれすることなく、積層済みシート状電極１上に、ぴったり重なるように積層される。

一方、図１４の（７）に示されるように、積層冶具４０の底板４３上に載置されたシート状電極１の積層体を底板４３上の載置位置に保持するためには、積層冶具４０のクランプ４４，４５，４６，４７によるクランプ力は、以下の条件を満たすことが必要となる。
クランプ力×摩擦係数＞シート状電極１の積層体の重量×加速度
ここで、摩擦係数は、クランプとシート状電極１間の摩擦係数であり、加速度は、積層冶具４０へのシート状電極１の積載後、積層冶具４０に加わる加速度の中で最大の加速度である。本発明による実施例では、クランプ４４，４５，４６，４７によるクランプ力が、上記条件を満たすようにパンダグラフ式昇降機構４２の引張りばね５４のばね力が設定されている。このようにクランプ力を設定することにより、クランプ４４，４５，４６，４７によって、積層された各シート状電極１の外周縁に外力が加わることがなく、積層冶具４０の底板４３上に載置されたシート状電極１の積層体を、搬送中、底板４３上の載置位置に保持することができる。その結果、シート状電極１の外周縁が損傷するのを阻止することができる。

図８に示されるように、本発明による実施例では、冶具搬送装置Ｂは、可動子３１により支持された三つの搬送台３２を有しており、各搬送台３２上に積層冶具４０が搭載されている。これら搬送台３２は可動子３１によって矢印方向に移動せしめられる。図８において、例えば、或る搬送プレート２０に載置されているシート状電極１の積層冶具４０への積層作業が、ＡＸで示される搬送台３２上の積層冶具４０に対して行われているときには、この搬送プレート２０に後続している搬送プレート２０からの積層冶具４０へのシート状電極１の積層作業は、ＢＸで示される搬送台３２上の積層冶具４０に対して行われる。一方、ＣＸで示される搬送台３２上の積層冶具４０は、積層冶具４０へのシート状電極１の積層作業が既に完了した積層冶具４０を示しており、搬送台３２は、積層冶具４０へのシート状電極１の積層作業が完了すると、高速度でもって、先行する搬送台３２、図８においてはＢＸで示される搬送台３２の後ろまで移動せしめられる。なお、冶具搬送装置Ｂには、四つ以上の搬送台３２を設置することができる。

このようにして、搬送プレート２０により次から次へと搬送されてくるシート状電極１は、順次搬送されてくる搬送台３２上の積層冶具４０内に次から次へと一枚ずつ積層される。このシート状電極１の積層冶具４０への積層作業は高速で行われ、従って、各積層冶具４０には短時間で、予め設定された枚数のシート状電極１の積層体が形成される。この予め設定された枚数のシート状電極１の積層体が図１３において符号７で示されている。予め設定された枚数のシート状電極１の積層体７が生成されると、積層冶具４０は、次の処理を行うために、シート状電極１の積層体７を保持したまま冶具搬送装置Ｂの搬送台３２から取り除かれ、空の積層冶具４０が搬送台３２上に送り込まれる。即ち、シート状電極１の積層体７を保持した積層冶具４０を取り除き、空の積層冶具４０を送り込む積層冶具４０の交換作業が行われる。この積層冶具４０の交換作業は冶具移送装置Ｃにより行われる。

前述したように、この冶具移送装置Ｃは、プレート搬送装置Ａの小型版であってプレート搬送装置Ａと同様な機能を有している。即ち、冶具移送装置Ｃは、図１および図８に示されるように、並列配置された一対の直線部分と一対の半円形部分からなる長円形のレール７０と、このレール７０上を走行するリニアモータの可動子７１とを具備している。この冶具移送装置Ｃは、可動子７１により支持された三つの搬送台７２を有しており、これら搬送台７２は可動子７１によって矢印方向に移動せしめられる。各可動子７１には搬送台７２の端部が固定され、各搬送台７２は長円形のレール７０から水平方向外方に向けて延びている。冶具移送装置Ｃは冶具搬送装置Ｂよりも少し低い位置に設置されており、更に冶具移送装置Ｃは、冶具搬送装置Ｂの搬送台３２と冶具移送装置Ｃの搬送台７２とが上下方向に間隔を隔てて重なり合うように冶具搬送装置Ｂに隣接して配置されている。なお、この冶具移送装置Ｃにも、四つ以上の搬送台７２を設置することができる。

図９Ａは、図８のＸＸから見たときの冶具搬送装置Ｂの搬送台３２と冶具移送装置Ｃの搬送台７２とを図解的に表した側面図を示しており、図９Ｂは、冶具搬送装置Ｂの搬送台３２と冶具移送装置Ｃの搬送台７２とを図解的に表した平面図を示している。図９Ａおよび図９Ｂを参照すると、図９Ａには冶具搬送装置Ｂの可動子３１と搬送台３２、および冶具移送装置Ｃの可動子７１と搬送台７２が示されており、更に図９Ａには、積層体７を保持した積層冶具４０が示されている。一方、図９Ｂには冶具搬送装置Ｂの搬送台３２が実線で示されており、冶具移送装置Ｃの搬送台７２が破線で示されている。また、図９Ａおよび図９Ｂに図解的に示されるように、冶具移送装置Ｃの搬送台７２には昇降台７４を備えた昇降ロッド７５が上下方向に摺動可能に取り付けられている。この昇降ロッド７５は固定カム（図示せず）と係合したときに上昇作用および下降作用を行う。

積層冶具４０の交換作業は、例えば、次のようにして行われる。図８において、ＤＸは、昇降台７４が図９Ａに示される最下降位置に位置しておりかつ昇降台７４が積層冶具４０を載置していない空状態の搬送台７２を示しており、この搬送台７２は図示の位置で待機している。さて、図８において、ＣＸで示される搬送台３２が、予め設定された枚数のシート状電極１の積層作用の完了した積層冶具４０を保持している搬送台であったとすると、図９Ａの左側の図は、この搬送台３２が、待機している搬送台７２の真上に重なったときを示している。搬送台３２が搬送台７２の真上に重なると、搬送台３２と搬送台７２は重なった状態で一緒に前進する。搬送台３２と搬送台７２が重なった状態で一緒に前進すると、固定カムによって昇降ロッド７５が押し上げられ、それによって昇降台７４が搬送台３２を通り抜けて上昇する。このとき、図９Ａの右側の図で示されるように、積層冶具４０が昇降台７４上に乗り移る。積層冶具４０が昇降台７４上に乗り移ると、搬送台７２は積層冶具４０を搭載した状態で、搬送台３２から急速に離れ、例えば、ＥＸで示される搬送台７２の後ろまで移動せしめられる。次いで、この移動してきた搬送台７２からは、シート状電極１の積層体７を保持している積層冶具４０が、次の処理のために、例えば、人手によって、積み下ろされる。

一方、搬送台７２が搬送台３２から急速に離れると、ＦＸで示される、空の積層冶具４０を搭載している搬送台７２が、ただちにこの搬送台３２まで移動せしめられる。このとき、搬送台７２が搬送台３２に近づくと、固定カムによって搬送台７２の昇降ロッド７５が押し上げられ、それにより空の積層冶具４０を搭載している昇降台７４が上昇して、図９Ａに示されるように搬送台７２が搬送台３２の上に重なる。ただし、このときには昇降台７４上に搭載されている積層冶具４０は、図９Ａに示される場合と異なって、空の積層冶具４０である。搬送台７２が搬送台３２の真上に重なると、搬送台３２と搬送台７２は重なった状態で一緒に前進する。搬送台３２と搬送台７２が重なった状態で一緒に前進すると、固定カムによって昇降ロッド７５が下降し、それによって昇降台７４が下降する。このとき、図９Ａの左側の図で示されるように、積層冶具４０が搬送台３２上に乗り移る。ただし、このときには搬送台３２上に搭載された積層冶具４０は、図９Ａに示される場合と異なって、空の積層冶具４０である。

このようにしてシート状電極１の積層体７を保持した状態で搬送台３２上に搭載されている積層冶具４０が、空の積層冶具４０に交換される。空の積層冶具４０を搭載した搬送台３２は高速度でもって、ＢＸで示される先行する搬送台３２の後ろまで移動せしめられる。一方、空の積層冶具４０を移し終えた搬送台７２は先行する搬送台７２の後ろまで移動せしめられる。ＦＸ，ＥＸで示される位置で待機している搬送台７２について説明すると、シート状電極１の積層体７を保持した積層冶具４０を搬送台３２から受け取るために待機している搬送台７は何も載せていない状態のまままとされ、搬送台３２に空の積層冶具４０を渡すために待機している搬送台７２上には、例えば、手動により、空の積層冶具４０が搭載される。

冶具搬送装置Ｂでは、短い時間間隔で各搬送台３２に搭載された積層冶具４０へのシート状電極１の積層作業が行われており、従って、予め設定された枚数のシート状電極１が積層冶具４０に積載されたときに、例えば、手動でもって、積層冶具４０を取り除き、搬送台３２に空の積層冶具４０を載置するのは、困難である。これに対し、冶具移送装置Ｃが設けられていると、長い時間間隔をおいて、シート状電極１の積層体７を保持した積層冶具４０を搬送台７２から取り除き、搬送台７２に空の積層冶具４０を取り付けることが可能となる。従って、余裕をもって積層冶具４０の交換を行うことができる。

次に、このシート状電極１の積層体７を保持した積層冶具４０を用いて行われる電極積層体の形成工程について説明する。図１５は、この電極積層体の形成工程を図解的に示しており、この図１５には、積層冶具４０の基板４１、底板４３、クランプ４４，４５，４６，４７およびシート状電極１の積層体７が図解的に示されている。図１５を参照すると、まず初めに、シート状電極１の積層体７を保持した積層冶具４０が、搬送装置のコンベア上、或いは、作業台上に搭載される。次いで、クランプ４４，４５，４６，４７によるクランプ作用が解除されると共にプレス装置８０によってシート状電極１の積層体７が圧縮される。このとき、底板４３は基台４１上に設けられたストッパ８１上に当接する。次いで、シート状電極１の積層体７が圧縮された状態でシート状電極１の積層体７の側面部に樹脂が塗布され、それによって、シート状電極１の側面部が互いに樹脂により固着される。

次いで、シート状電極１上に接着剤を塗布するための接着剤塗布処理が行われる。次いで、アルミニウム（正極）箔２をシート状電極１上に接着剤を用いて貼付する正極箔貼付処理が行われる。次いで、シート状電極１の接続用電極タブに電力取り出し用端子８２を接合するための端子接合処理が行われる。それによって、シート状電極１の電極積層体が生成される。次いで、最後に、生成されたシート状電極１の電極積層体上にロット番号等の印字処理が行われる。このようにして形成された電極積層体は、例えば、ラミネートフィルムにより袋状に覆われ、ラミネートフィルムにより袋状に覆われた複数の電極積層体を直列或いは並列に電気的に接続することによって、例えば、車両に搭載される電池が形成される。

なお、上述したように、搬送プレート２０上にシート状電極１が載置されると、このシート状電極１は搬送プレート２０上にクランプ２１，２２，２３，２４によって押え付けられ、シート状電極１が搬送プレート２０から積層冶具４０に積層される間も、シート状電極１は搬送プレート２０のクランプ２１，２２，２３，２４および積層冶具４０のクランプ４４，４５，４６，４７のいずれか一方のクランプによって押え付けられ、シート状電極１が積層冶具４０内に積層されたときにもシート状電極１は、積層冶具４０のクランプ４４，４５，４６，４７によって押え付けられる。このように本発明による実施例では、搬送プレート２０上にシート状電極１が載置されてからシート状電極１の積層体７が圧縮装置８０により圧縮されるまで、シート状電極１は、搬送プレート２０のクランプ２１，２２，２３，２４および積層冶具４０のクランプ４４，４５，４６，４７の少なくとも一方によって押え付けられ続ける。

１ シート状電極
１０，３１，７１ 可動子
２０ 搬送プレート
２１，２２，２３，２４ クランプ
３２、７２ 搬送台
４０ 積層冶具
４４，４５，４６，４７ クランプ
Ａ プレート搬送装置
Ｂ 冶具搬送装置
Ｃ 冶具移送装置

Claims (10)

1. シート状電極を含んだ電極積層体を製造するための電極積層体製造装置において、搬送経路に沿い互いに間隔を隔てて移動せしめられる複数の搬送プレートを備えたプレート搬送装置を具備しており、各搬送プレート上に、順次、シート状電極が載置され、各搬送プレートが夫々、搬送プレート上に載置されたシート状電極を搬送プレート上に押え付けて、搬送中、シート状電極を搬送プレート上の載置位置に保持するクランプを具備している電極積層体製造装置。
2. シート状電極が、集電用金属箔と、集電用金属箔上に形成された正極活物質層および負極活物質層の少なくとも一方とを含む請求項１に記載の電極積層体製造装置。
3. 搬送プレート上に載置されたシート状電極を積層するための積層冶具と、該積層冶具を搬送するための冶具搬送装置とを具備しており、該積層冶具がシート状電極を支持するための底板と、底板上に載置されたシート状電極を底板上に押え付けてシート状電極を底板上の載置位置に保持する少なくとも一対のクランプとを具備しており、搬送プレートのクランプが少なくとも一対のクランプから構成されており、搬送プレート上に載置されたシート状電極を積層冶具内に積層するときには、シート状電極を搬送プレートのクランプにより搬送プレート上に押さえつつ搬送プレートの上下が反転されると共に、積層冶具の上面が搬送プレート上に載置されたシート状電極に対面し続けるように搬送プレートと積層冶具とが同期して移動せしめられ、搬送プレートと積層冶具とが同期して移動せしめられているとき、搬送プレート上に載置されたシート状電極が、シート状電極の周辺部を搬送プレートのクランプおよび積層冶具のクランプのいずれか一方のクランプにより押え付けしつつ、積層冶具内に積層される請求項１に記載の電極積層体製造装置。
4. 搬送プレートと積層冶具とが同期して移動せしめられているとき、搬送プレートの一方のクランプがシート状電極の一側周辺部を押え付けている状態で搬送プレートの他方のクランプがシート状電極の他側周辺部を解放したときにシート状電極の該他側周辺部を積層冶具の一方のクランプにより押え付け、次いで、積層冶具の一方のクランプがシート状電極の該他側周辺部を押え付けた状態で搬送プレートの該一方のクランプがシート状電極の該一側周辺部を解放する請求項３に記載の電極積層体製造装置。
5. 積層冶具の底板は、常時ばね力により上方に付勢される請求項３に記載の電極積層体製造装置。
6. 積層冶具の底板は、ばね付勢されたパンダグラフ式昇降機構によって、常時上方に付勢される請求項５に記載の電極積層体製造装置。
7. 積層冶具により保持されたシート状電極の積層体は、圧縮装置により圧縮され、次いで、圧縮された状態で、シート状電極の積層体の側面部に樹脂が塗布され、それによりシート状電極の側面部が互いに固着され、搬送プレート上にシート状電極が載置されてからシート状電極の積層体が圧縮装置により圧縮されるまで、シート状電極が、搬送プレートのクランプおよび積層冶具のクランプの少なくとも一方によって押え付けられ続ける請求項３に記載の電極積層体製造装置。
8. 予め設定された枚数のシート状電極の積層体を保持した積層冶具を該冶具搬送装置から受け取り、空の積層冶具を該冶具搬送装置に送り込むための冶具移送装置を具備している請求項３に記載の電極積層体製造装置
9. 該クランプが、搬送プレートの両端部に取り付けられており、各クランプは、ばね力によりシート状電極上に押し付けられている請求項１に記載の電極積層体製造装置。
10. 該プレート搬送装置は、垂直面内において上下方向に間隔を隔てた水平直線部分と一対の半円形部分からなる長円形のレールと、レール上を走行するリニアモータの可動子とを具備しており、搬送プレート上に載置されたシート状電極を積層するための積層冶具と、該積層冶具を搬送するための冶具搬送装置とを具備しており、該可動子に搬送プレートが取り付けられており、上方の水平直線部分においてシート状電極が搬送プレート上に載置され、該可動子が該半円形部分を下降して搬送プレートの上下が反転された後に、搬送プレート上に保持されているシート状電極が、積層冶具内に積層される請求項１に記載の電極積層体製造装置。

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