JP7004158B2 - 積層電極体の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、セパレータに電極が接着された単位電極体が複数積層された構造を有する積層電極体の製造装置に関する。

電池の電極体として、正極と負極がセパレータを介して交互に複数積層された構造を有する積層電極体が知られている。

そのような積層電極体の製造方法として、特許文献１には、長尺状のセパレータ材、正極、長尺状のセパレータ材および負極を順に積層してから所定の形状となるように切断して単位構造体を作製し、作製した単位構造体を複数積層することによって、積層電極体を製造する方法が記載されている。

特表２０１５－５２８６２９号公報

ここで、セパレータ材の下にフィルムを配置して切断するようにした場合に、セパレータ材とフィルムとの密着力が弱いと、セパレータ材がフィルムから剥がれやすくなる。その場合、セパレータ材を切断して作製される単位構造体の位置ずれ、切断後のセパレータ材の位置ずれ、および、切断後のセパレータ材のフィルムからの剥がれが発生してしまう。そのため、単位構造体を搬送装置によって吸着する際に、単位構造体だけでなく、切断後のセパレータ材も吸着されてしまうという問題が生じる。

本発明は、上記課題を解決するものであり、搬送装置によってフィルム上の単位電極体を吸着する際に、切断後のセパレータ材が吸着されることを抑制する技術を提供することを目的とする。

本発明の積層電極体の製造装置は、
セパレータに電極が接着された単位電極体が複数積層された構造を有する積層電極体の製造装置であって、
長尺状のセパレータ材を一方向に送るセパレータ材送り装置と、
前記セパレータ材に前記電極を置く電極載置装置と、
前記セパレータ材と前記電極とを接着する接着装置と、
前記セパレータ材の送り速度と同じ速度で、前記セパレータ材の下に長尺状のフィルムを供給するフィルム供給装置と、
前記セパレータ材の下に前記フィルムが供給される前に、前記セパレータ材および前記フィルムのうちの一方を正に帯電させ、他方を負に帯電させる第１帯電装置と、
前記フィルムの上の前記セパレータ材を前記電極の周囲で切断して、前記単位電極体を作製する切断装置と、
吸着部を有し、前記吸着部で前記単位電極体を吸着して所定の位置まで搬送する搬送装置と、
を備えることを特徴とする。

上記積層電極体の製造装置は、
前記搬送装置が前記単位電極体を吸着する前に、前記搬送装置の前記吸着部を、前記セパレータ材と同一極性に帯電させる第２帯電装置をさらに備えていてもよい。

本発明の積層電極体の製造装置は、
セパレータに電極が接着された単位電極体が複数積層された構造を有する積層電極体の製造装置であって、
長尺状のセパレータ材を一方向に送るセパレータ材送り装置と、
前記セパレータ材に前記電極を置く電極載置装置と、
前記セパレータ材と前記電極とを接着する接着装置と、
前記セパレータ材の送り速度と同じ速度で、前記セパレータ材の下に長尺状のフィルムを供給するフィルム供給装置と、
前記フィルムの上の前記セパレータ材を前記電極の周囲で切断して、前記単位電極体を作製する切断装置と、
吸着部を有し、前記吸着部で前記単位電極体を吸着して所定の位置まで搬送する搬送装置と、
前記搬送装置が前記単位電極体を吸着する前に、前記搬送装置の前記吸着部および前記セパレータ材を同一極性に帯電させる帯電装置と、
を備えることを特徴とする。

本発明の積層電極体の製造装置によれば、第１帯電装置は、セパレータ材の下にフィルムが供給される前に、セパレータ材およびフィルムのうちの一方を正に帯電させ、他方を負に帯電させるので、セパレータ材とフィルムとが密着する。これにより、セパレータ材が切断されることによって作製される単位電極体の位置ずれ、切断後のセパレータ材の位置ずれ、および、切断後のセパレータ材のフィルムからの剥がれを抑制することができるので、搬送装置が吸着部で単位電極体を吸着する際に、切断後のセパレータ材がフィルムから剥がれて吸着部に吸着されることを抑制することができる。

また、本発明の積層電極体の製造装置によれば、帯電装置は、搬送装置が単位電極体を吸着する前に、搬送装置の吸着部およびセパレータ材を同一極性に帯電させるので、吸着部とセパレータ材４０との間に反発力が生じる。これにより、切断後のセパレータ材が吸着部に吸着されることを抑制することができる。

積層電極体の構造を示す断面図である。 一実施形態における積層電極体の製造装置の構成を示す側面図である。 セパレータ材の切断位置、および、切断により作製される単位電極体を所定の位置に搬送した後のセパレータ材を示す上面図である。 一実施形態における積層電極体の製造装置の別の構成を示す側面図である。 一実施形態における積層電極体の製造装置のさらに別の構成を示す側面図である。

以下に本発明の実施形態を示して、本発明の特徴とするところを具体的に説明する。

まず初めに、積層電極体の製造装置によって製造される積層電極体の構造について説明する。積層電極体は、例えば、リチウムイオン電池などの電池に用いられる。

図１は、積層電極体１０の構造を示す断面図である。積層電極体１０は、正極１１と負極１２がセパレータ１３を介して交互に複数積層された構造を有する。

正極１１は、アルミニウムなどの金属箔からなる正極集電体と、正極集電体の両面に形成された正極活物質層とを備える。正極活物質層には、正極活物質として例えばコバルト酸リチウムを含有することができる。積層電極体１０の積層方向における最も外側に正極が存在する場合、最も外側に位置する正極は、正極集電体の片面にのみ正極活物質層が形成されている構成であってもよい。

負極１２は、銅などの金属箔からなる負極集電体と、負極集電体の両面に形成された負極活物質層とを備える。負極活物質層には、負極活物質として例えば黒鉛を含有することができる。積層電極体１０の積層方向における最も外側に負極が存在する場合、最も外側に位置する負極は、負極集電体の片面にのみ負極活物質層が形成されている構成であってもよい。負極１２の形状および大きさは、正極１１の形状および大きさと同じであってもよいし、異なっていてもよい。

セパレータ１３は、例えば、絶縁性に優れたポリプロピレン製の微多孔性薄膜によって構成することができる。

上述したような構造を有する積層電極体１０は、例えば、セパレータ１３に正極１１が接着した単位電極体と、セパレータ１３に負極１２が接着した単位電極体とを交互に複数積層することにより作製することができる。

図２は、一実施形態における積層電極体の製造装置１００の構成を示す側面図である。一実施形態における積層電極体の製造装置１００は、セパレータ材送り装置２１と、電極載置装置２２と、接着装置２３と、フィルム供給装置２４と、切断装置２５と、搬送装置２６と、回収装置２７と、後述するようにセパレータ材４０の下にＰＥＴフィルム４２が供給される前の段階で、セパレータ材４０およびＰＥＴフィルム４２のうちの一方を正に帯電させ、他方を負に帯電させるための第１帯電装置２８ａ、２８ｂと、第２帯電装置２９と、位置補正ステージ３０とを備える。

セパレータ材送り装置２１は、ロール状に巻かれている長尺状のセパレータ材４０を巻き出して、一方向に送る。ただし、セパレータ材送り装置２１は、セパレータ材４０の送り動作と停止動作を繰り返すように構成されている。より具体的には、セパレータ材送り装置２１は、セパレータ材４０を所定の距離だけ送ると一旦停止させ、その後再び所定の距離だけ送るような態様で、間欠的にセパレータ材４０を一方向に送るように構成されている。

電極載置装置２２は、所定のピックアップ位置でピックアップした電極４１を運搬し、長尺状のセパレータ材４０の上に置く。電極載置装置２２は、セパレータ材４０が停止しているときに電極４１を置く。電極４１は、正極および負極のうちのいずれか一方である。

上述したように、セパレータ材送り装置２１は、セパレータ材４０を所定の距離だけ送ると一旦停止させるので、セパレータ材４０の上に置かれた複数の電極４１間の間隔は、略等間隔となる。

接着装置２３は、ヒーターを内蔵しており、セパレータ材４０上に載置された電極４１を、その上側および下側から挟み込むことにより、加熱しながら加圧する熱圧着の方法で、電極４１をセパレータ材４０に接着する。

なお、電極４１をセパレータ材４０に接着する方法が熱圧着に限定されることはなく、熱圧着以外の方法により接着してもよい。

フィルム供給装置２４は、セパレータ材４０の送り速度と同じ速度で、セパレータ材４０の下に、長尺状のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム４２を供給する。ＰＥＴフィルム４２は、セパレータ材４０および電極４１を搬送するためのキャリアフィルムとして機能するとともに、セパレータ材４０の切断時に、下敷きとして機能する。したがって、フィルム供給装置２４は、少なくとも、後述する切断装置２５によってセパレータ材４０が切断される位置よりも、セパレータ材４０の送り方向手前の位置において、ＰＥＴフィルム４２をセパレータ材４０の下に供給する。

なお、セパレータ材４０の下に供給するフィルムがＰＥＴフィルムに限定されることはない。

第１帯電装置２８ａ、２８ｂは、セパレータ材４０の下にＰＥＴフィルム４２が供給される前に、セパレータ材４０およびＰＥＴフィルム４２のうちの一方を正に帯電させ、他方を負に帯電させる。第１帯電装置２８ａ、２８ｂとして、例えば、イオナイザを用いることができる。

ここでは、第１帯電装置２８ａがセパレータ材４０に向かってプラスイオンを噴射することによって、セパレータ材４０を正に帯電させ、第１帯電装置２８ｂがＰＥＴフィルム４２に向かってマイナスイオンを噴射することによって、ＰＥＴフィルム４２を負に帯電させる。

ただし、第１帯電装置２８ａがセパレータ材４０に向かってマイナスイオンを噴射することによって、セパレータ材４０を負に帯電させ、第１帯電装置２８ｂがＰＥＴフィルム４２に向かってプラスイオンを噴射することによって、ＰＥＴフィルム４２を正に帯電させるように構成してもよい。

セパレータ材４０およびＰＥＴフィルム４２のうちの一方を正に帯電させ、他方を負に帯電させることにより、セパレータ材４０とＰＥＴフィルム４２との密着性を高めることができる。

切断装置２５は、切断刃２５ａを有しており、切断刃２５ａによって、セパレータ材４０を電極４１の周囲で切断する。これにより、セパレータ４３に電極４１が接着された単位電極体４４が作製される。

図３は、セパレータ材４０の切断位置、および、切断により作製される単位電極体４４を所定の位置に搬送した後のセパレータ材４０を示す上面図である。図３では、電極４１の周囲におけるセパレータ材４０の切断位置を破線で示している。なお、電極４１にはタブが設けられているが、図３では省略している。

搬送装置２６は、吸着部２６ａを有し、吸着部２６ａで単位電極体４４を吸着して上昇し、吸着した単位電極体４４を所定の位置まで搬送する。本実施形態では、搬送装置２６は、吸着した単位電極体４４を位置補正ステージ３０まで搬送する。

吸着部２６ａは、帯電可能な材料、例えばアクリル樹脂などの樹脂によって構成されている。吸着部２６ａの形状に特に制約はない。

なお、吸着部２６ａが単位電極体４４を吸着する際の吸着力は、セパレータ材４０とＰＥＴフィルム４２との間の密着力よりも大きい。

第２帯電装置２９は、搬送装置２６が単位電極体４４を吸着する前に、搬送装置２６の吸着部２６ａを、セパレータ材４０と同一極性に帯電させる。第２帯電装置２９が設けられている位置が図２に示す位置に限定されることはない。第２帯電装置２９として、例えば、イオナイザを用いることができる。

例えば、第１帯電装置２８ａがセパレータ材４０を正に帯電させる場合、第２帯電装置２９は、吸着部２６ａに向かってプラスイオンを噴射することによって、セパレータ材４０を正に帯電させる。また、第１帯電装置２８ａがセパレータ材４０を負に帯電させる場合、第２帯電装置２９は、吸着部２６ａに向かってマイナスイオンを噴射することによって、セパレータ材４０を負に帯電させる。

回収装置２７は、切断後のセパレータ材４０が密着しているＰＥＴフィルム４２を巻き取って回収する。回収装置２７による巻き取り動作は、セパレータ材送り装置２１によるセパレータ材４０の送り動作、および、フィルム供給装置２４によるＰＥＴフィルム４２の供給動作と同期している。

上述したように、第１帯電装置２８ａ、２８ｂは、セパレータ材４０の下にＰＥＴフィルム４２が供給される前に、セパレータ材４０およびＰＥＴフィルム４２のうちの一方を正に帯電させ、他方を負に帯電させる。これにより、セパレータ材４０とＰＥＴフィルム４２とが密着するので、切断装置２５がセパレータ材４０を切断することによって作製される単位電極体４４の位置ずれ、切断後のセパレータ材４０の位置ずれ、および、切断後のセパレータ材４０のＰＥＴフィルム４２からの剥がれを抑制することができる。また、単位電極体４４を構成するセパレータ４３の位置がずれて、切断後のセパレータ材４０の下に入り込むようなことも抑制することができる。

したがって、搬送装置２６が吸着部２６ａで単位電極体４４を吸着する際に、位置ずれが抑制された単位電極体４４を確実に吸着するとともに、切断後のセパレータ材４０がＰＥＴフィルム４２から剥がれて吸着部２６ａに吸着されることを抑制することができる。

また、第２帯電装置２９は、搬送装置２６が単位電極体４４を吸着する前に、搬送装置２６の吸着部２６ａを、セパレータ材４０と同一極性に帯電させるので、吸着部２６ａで単位電極体４４を吸着する際に、切断後のセパレータ材４０と吸着部２６ａとの間に反発力が生じる。これにより、切断後のセパレータ材４０が吸着部２６ａに吸着されることを抑制することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。

例えば、図４に示すように、第２帯電装置２９を省略した構成とすることもできる。そのような構成とした場合でも、第１帯電装置２８ａ、２８ｂによって、セパレータ材４０およびＰＥＴフィルム４２のうちの一方を正に帯電させ、他方を負に帯電させることにより、セパレータ材４０とＰＥＴフィルム４２との間の密着力が向上するので、切断後のセパレータ材４０がＰＥＴフィルム４２から剥がれて吸着部２６ａに吸着されることを抑制することができる。

また、図５に示すように、第１帯電装置２８ｂを省略した構成とすることもできる。そのような構成とした場合でも、第２帯電装置２９は、搬送装置２６の吸着部２６ａを、セパレータ材４０と同一極性に帯電させるので、切断後のセパレータ材４０と吸着部２６ａとの間には反発力が生じる。これにより、搬送装置２６の吸着部２６ａによって単位電極体４４を吸着する際に、切断後のセパレータ材４０が吸着部２６ａに吸着されることを抑制することができる。

１０ 積層電極体
１１ 正極
１２ 負極
１３ セパレータ
２１ セパレータ材送り装置
２２ 電極載置装置
２３ 接着装置
２４ フィルム供給装置
２５ 切断装置
２６ 搬送装置
２６ａ 吸着部
２７ 回収装置
２８ａ、２８ｂ 第１帯電装置
２９ 第２帯電装置
３０ 位置補正ステージ
４０ セパレータ材
４１ 電極
４２ ＰＥＴフィルム
４３ セパレータ
４４ 単位電極体
１００ 積層電極体の製造装置

Claims (3)

1. セパレータに電極が接着された単位電極体が複数積層された構造を有する積層電極体の製造装置において、
   長尺状のセパレータ材を一方向に送るセパレータ材送り装置と、
   前記セパレータ材に前記電極を置く電極載置装置と、
   前記セパレータ材と前記電極とを接着する接着装置と、
   前記セパレータ材の送り速度と同じ速度で、前記セパレータ材の下に長尺状のフィルムを供給するフィルム供給装置と、
   前記セパレータ材の下に前記フィルムが供給される前に、前記セパレータ材および前記フィルムのうちの一方を正に帯電させ、他方を負に帯電させる第１帯電装置と、
   前記フィルムの上の前記セパレータ材を前記電極の周囲で切断して、前記単位電極体を作製する切断装置と、
   吸着部を有し、前記吸着部で前記単位電極体を吸着して所定の位置まで搬送する搬送装置と、
   を備えることを特徴とする積層電極体の製造装置。
2. セパレータに電極が接着された単位電極体が複数積層された構造を有する積層電極体の製造装置において、
   長尺状のセパレータ材を一方向に送るセパレータ材送り装置と、
   前記セパレータ材に前記電極を置く電極載置装置と、
   前記セパレータ材と前記電極とを接着する接着装置と、
   前記セパレータ材の送り速度と同じ速度で、前記セパレータ材の下に長尺状のフィルムを供給するフィルム供給装置と、
   前記フィルムの上の前記セパレータ材を前記電極の周囲で切断して、前記単位電極体を作製する切断装置と、
   吸着部を有し、前記吸着部で前記単位電極体を吸着して所定の位置まで搬送する搬送装置と、
   前記搬送装置が前記単位電極体を吸着する前に、前記搬送装置の前記吸着部および前記セパレータ材を同一極性に帯電させる帯電装置と、
   を備えることを特徴とする積層電極体の製造装置。
3. 前記搬送装置が前記単位電極体を吸着する前に、前記搬送装置の前記吸着部を、前記セパレータ材と同一極性に帯電させる第２帯電装置をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の積層電極体の製造装置。

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