JP7182843B2 - 電池材料積層装置 - Google Patents

Description

本発明は、正極、負極、セパレータ、あるいはそれらから構成されるセルなどの電池材料に係るシート状のワークを積層する電池材料積層装置に関するものである。

従来、自動車用電池、住宅用電池、電子機器用電池などの各種電池において、積層型電池が使用されている。この積層型電池は、正極の極板、セパレータ、負極の極板、セパレータの順に交互に積層されて構成される。このような積層型電池は、電池材料が巻回されて構成される巻回型電池に比べて、体積当たりの発電効率が良く、放熱性にも優れていることから広く用いられている。

このような積層型電池の製造において、各極板およびセパレータを交互に積層したり、あるいは極板とセパレータをあらかじめ組み合わせたセルを交互に積層する技術が従来から知られている（特許文献１～２参照）。

例えば、特許文献１には、各アライメントステージが平面方向に移動および／または回転することにより正極の極板および負極の極板を移動および／または回転させて適正な位置に調整したあと、第１移載アームおよび第２移載アームが当該各極板を保持する極板積層装置が開示されている。

また、特許文献２には、積層体が載置される載置面と、電極の移動方向における載置面の一端に立設されて電極を停止させる停止部と、載置面と停止部との間に設けられた積層領域と、を有する積層部と、載置面に対向して配置され、積層部の積層領域に向けて気体を吹き付ける気体吹付部と、積層部に供給される電極が停止部に当接した後に電極に対して気体を吹き付けるよう、気体吹付部を制御する制御部とを備える積層装置が開示されている。

特開２０１２－１７４３８８号公報 特開２０１７－０８１６９９号公報

しかしながら、電池を効率的な製造のためにますます電池材料の高速積層が求められている中、電池材料を無理に高速で積層しようとすると、電池材料の端部がずれたり、捲れたり、シワが生じたりして、その結果、電池の発電効率や寿命を低下させたり、歩留りの発生を生じさせるという問題があった。

このように電池材料を高速で積層することが難しい背景として、電池材料が非常に薄くて軽い部材からなるため、電池材料を積層するに際して空気抵抗を受けるなどして浮き上がることが挙げられる。また、電池材料を積層したあとにおいても装置の振動等により電池材料の積層体の端部が徐々にずれる虞もあるため、爪部材などで電池材料の積層体を押さえなければならなかった。

本発明は、上述の技術的背景に鑑みてなされたものであって、電池材料を高速で積層することができる電池材料積層装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、正極、負極、セパレータ、あるいはそれらから構成されるセルなどの電池材料に係るシート状のワークを積層する電池材料積層装置であって、ワークを所定の方向に搬送する搬送機構と、該搬送機構により搬送されているワークの表面に接着部材を塗工する塗工機構と、該搬送機構により搬送されてきたワークを積層することにより積層体を構成する積層機構とを備え、前記搬送機構により搬送されてきたワークを前記積層機構に積層する際、該ワークの接着部材が塗工された表面を前記積層機構に構成されたワークの積層体の表面に貼り合わせることを特徴とする。

これによれば、接着部材により電池材料の表面を積層体の表面に貼り合わせるため、電池材料を積層機構に積層するに際して電池材料が浮き上げることを防止することができる。また、電池材料を積層機構に積層したあとにおいても、装置の振動等により電池材料の積層体の端部が徐々にずれることを防止することができる。このため電池材料を高速で積層することができ、ひいては電池を効率的に製造することが可能となる。

また、前記積層機構は、ワークが積層される際、前記搬送機構に近接することによりワークの接着部材が塗布された表面を前記積層機構に構成された積層体の表面に押圧しながら貼り合わせたあと、次にワークが積層されるまでの間、前記搬送機構から離間することを繰り返してもよい。これによれば、積層機構が搬送機構に近接することによって、電池材料の表面を積層体の表面に確実に貼り合わせることができる。また、積層機構が搬送機構から離間することによって、次の電池材料を積層体の上方にスムーズに搬送することができる。

また、前記搬送機構は、ワークを前記積層機構に積層する際、前記積層機構に近接することによりワークの接着部材が塗布された表面を前記積層機構に構成された積層体の表面に押圧しながら貼り合わせたあと、次にワークを前記積層機構に積層するまでの間、前記積層機構から離間することを繰り返してもよい。これによれば、搬送機構が積層機構に近接することによって、電池材料の表面を積層体の表面に確実に貼り合わせることができる。また、搬送機構が積層機構から離間することによって、次の電池材料を積層体の上方にスムーズに搬送することができる。

また、前記搬送機構は、ワークを天吊り状態で搬送する搬送コンベア装置と、該搬送コンベア装置により搬送されたきたワークを回転搬送する回転搬送装置とを備えてもよい。これによれば、簡易な構成にして、ワークを簡単かつ確実に積層することができる。

また、前記回転搬送装置によりワークを回転搬送している過程において、前記塗工機構によりワークの表面に接着部材を塗工してもよい。これによれば、電池材料を積層する直前で接着部材を塗工し得るため、電池材料の搬送過程において接着部材が乾くことを防止することができる。

また、前記搬送機構は、所定の走行軌道を有するリニアモータの固定子と、該固定子に設けられた複数のリニアモータの可動子と、各可動子に設けられ、ワークを保持する保持部材と、前記固定子における各可動子の走行を制御する制御部とを備えてもよい。これによれば、ワークを所望の箇所で簡単かつ確実に積層することができる。

また、前記積層機構の近傍位置に押圧部材が設けられ、該押圧部材が前記積層機構に構成されたワークの積層体を上方から押圧してもよい。これによれば、積層機構にワークが積層された直後に該押圧部材により積層体を上方から押圧することによって、ワークの表面を積層体の表面に確実に貼り合わせることができる。

本発明によれば、接着部材により電池材料の表面を積層体の表面に貼り合わせるため、電池材料を積層機構に積層するに際して電池材料が浮き上げることを防止することができる。また、電池材料を積層機構に積層したあとにおいても、装置の振動等により電池材料の積層体の端部が徐々にずれることを防止することができる。このため電池材料を高速で積層することができ、ひいては電池を効率的に製造することが可能となる。

本発明の実施形態に係る電池材料積層装置の構成を示す側面図である。 図１の電池材料積層装置（搬送コンベア装置除く）の構成を示す平面図である。 図１の電池材料積層装置の積層テーブルの動作を示す側面図である。 図１の電池材料積層装置の電気的構成を示すブロック図である。 図１の電池材料積層装置によるワークの流れを示す側面図である。 本発明の他の実施形態に係る電池材料積層装置の構成を示す斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る電池材料積層装置の積層機構を示す斜視図である。

次に、本発明に係る電池材料積層装置（以下、本装置という）の実施形態について図１～図５を参照しつつ説明する。

なお、本実施形態では、正極、負極、セパレータ、あるいはそれらから構成されるセルの電池材料に係るシート状のワークＷを積層する場合について説明する。また、ワークＷは非常に薄いものであるが、説明の便宜上、各図面においてワークＷに厚みを持たせて図示している。

本装置は、図１に示すように、ワークＷを搬送する搬送機構１と、ワークＷの表面に接着部材Ｂを塗工する塗工機構２と、ワークＷを積層することにより積層体ＳＷを構成する積層機構３と、各機構を制御する制御部４とを備える。

前記搬送機構１は、ワークＷを所定の搬送方向（図１の右方向）に搬送する搬送コンベア装置１１と、ワークＷを回転搬送する回転搬送装置１２とを備える。

前記搬送コンベア装置１１は、ワークＷの搬送方向の下流側に設けられた主動軸１１ａと、ワークＷの搬送方向の上流側に設けられた図示略の従動軸と、主動軸１１ａと従動軸の間に無端状態に巻架されたコンベアベルト１１ｂとからなり、主動軸が自軸回転することにより下側のコンベアベルト１１ｂが搬送方向に移動する。このコンベアベルト１１ｂは、ワークＷの表面（上面）を吸着しながらワークＷを天吊状態で搬送方向に搬送する。

前記回転搬送装置１２は、搬送コンベア装置１１の下方に配置されたドラム１２１を有しており、図示略の駆動モータによりドラム１２１が搬送方向（図１の右回り）に軸回転する。このドラム１２１は、搬送コンベア装置１１により搬送されてきたワークＷの表面（下面）を周面で空気吸引方式や静電方式等により順次貼着して、ワークＷの表面を反転させながら積層機構３の位置まで下方に回転搬送する。

前記塗工機構２は、回転搬送装置１２のドラム１２１における搬送方向前方の斜め下の位置に配置された吐出装置２１を有する。この吐出装置２１は、図２に示すように、ワークＷの搬送方向に直交する幅方向に２個設けられており、回転搬送装置１２のドラム１２１により搬送されてきたワークＷの幅方向両端部の表面に対して接着部材Ｂを吐出することにより塗工する。

なお、本実施形態では、接着部材Ｂとして、例えばホットメルト接着剤が用いられるが、その他の接着剤や両面テープであってもよい。

また、接着部材Ｂは、一枚のワークＷの表面に対して連続的に塗工されてもよいし、間欠的に塗工されてもよい。

さらに、吐出装置２１により接着部材ＢをワークＷの表面に吐出する際、ドラム１２１によるワークＷの回転搬送に同期しながら自動的に接着部材Ｂを吐出してもよいし、あるいはドラム１２１に搬送されているワークＷを撮像装置やセンサなどにより検知した結果に基づいて接着部材Ｂを吐出してもよい。

前記積層機構３は、回転搬送装置１２のドラム１２１の下方に設けられた積層テーブル３１を備え、図示略の駆動モータにより積層テーブル３１が回転搬送装置１２のドラム１２１の回転に同期しながら上下方向に移動するものとなされている。また、この積層テーブル３１は、回転搬送装置１２のドラム１２１により回転搬送されてきたワークＷが順次積層されることによって、複数枚のワークＷの端部が揃った状態の積層体ＳＷが構成される。

具体的には、この積層テーブル３１は、図３（ａ）に示すように、回転搬送装置１２のドラム１２１によりワークＷが積層テーブル３１の近傍位置まで搬送されてきた際、上方向に移動することによりドラム１２１に近接することによって、ワークＷの接着部材Ｂが塗工された表面を積層テーブル３１上に構成された積層体ＳＷの表面に押圧しながら貼り合わせる。また、積層テーブル３１は、図３（ｂ）に示すように、ワークＷを積層体ＳＷに積層したあと、次のワークが積層されるまでの間、下方向に移動することによりドラム１２１から離間する。而して、積層テーブル３１は、これらの一連の上下方向の移動動作をワークＷが搬送されるごとに繰り返すことによって、上下に重なり合ったワークＷの表面同士が接着部材Ｂにより互いに貼り合わされた積層体ＳＷを構成する。

前記制御部４は、図４に示すように、搬送機構１の搬送コンベア装置１１、搬送機構１の回転搬送装置１２、塗工機構２の吐出装置２１、積層機構３の積層テーブル３１の各種動作を各駆動モータを介して制御する。

次に本装置によるワークＷの積層の流れについて説明する。なお、ワークＷが積層される際、複数枚のワークＷが連続して順次搬送されるが、説明の便宜上、一枚のワークＷに着目して説明することとする。

まず、ワークＷは、図５（ａ）に示すように、搬送機構１の搬送コンベア装置１１により天吊状態で搬送方向に搬送される。

そして、ワークＷは、図５（ｂ）に示すように、回転搬送装置１２のドラム１２１の上方に到達した際、回転搬送装置１２のドラム１２１の周面に順次貼着されながら受け渡される。

そして、ワークＷは、図５（ｃ）に示すように、回転搬送装置１２のドラム１２１によりワークＷの表面を反転しながら回転搬送される過程において、塗工機構２の吐出装置２１によりワークＷの表面に接着部材Ｂが吐出されることにより塗工される。このようにワークＷを積層する直前で接着部材Ｂを塗工するため、ワークＷの搬送過程において接着部材Ｂが乾くことを防止することができる。

そして、ワークＷは、図５（ｄ）に示すように、積層機構３の積層テーブル３１の上方に到達した際、積層テーブル３１上に構成された積層体ＳＷの表面に貼り合わされる。このとき、上述したように積層テーブル３１が上方向に移動することによりドラム１２１に近接することによって、ワークＷの接着部材Ｂが塗工された表面を積層テーブル３１上に構成された積層体ＳＷの表面に押圧しながら貼り合わせるため、ワークＷを積層体ＳＷに確実に積層することができる。

そして、ワークＷは、図５（ｅ）に示すように、新たな積層体ＳＷの最上層に位置した状態となる。このとき、上述したように積層テーブル３１が下方向に移動することによりドラム１２１から離間するため、回転搬送装置１２のドラム１２１が次のワークＷを積層機構３の積層テーブル３１上の積層体ＳＷに接触させることなく、該積層体ＳＷの上方にスムーズに回転搬送することができる。

而して、電池材料に係るワークＷを積層体ＳＷに接着部材Ｂにより貼り合わせるため、ワークＷを積層機構３に積層するに際してワークＷが浮き上げることを防止することができる。また、ワークＷを積層機構３に積層したあとにおいても装置の振動等により積層体ＳＷの端部が徐々にずれることも防止することができる。このためワークＷを高速で積層機構に積層することができ、ひいては電池を効率的に製造することが可能となる。

なお、前記搬送機構１は、搬送コンベア装置１１と回転搬送装置１２からなるものとしたが、その他の搬送装置からなるものであってもよい。

また、前記回転搬送装置１２は、ドラム１２１の周面にワークＷの表面を貼着させることによりワークＷを回転搬送するものとしたが、その他の機構によりワークＷを回転搬送させてもよい。

また、前記回転搬送装置１２は、ワークＷの表面を反転させながらワークＷを回転搬送するものとしたが、ワークＷの水平状態を維持しながら、ワークＷを回転搬送させてもよい。

また、前記搬送機構１は、リニア装置１３を用いてワークＷを搬送してもよい。例えば、リニア装置１３として、図６に示すように、曲線状の走行軌道を有するリニアモータの固定子１３１と、該固定子１３１に設けられた複数のリニアモータの可動子１３２と、各可動子１３２に設けられ、ワークＷを保持する保持部材１３３と、固定子１３１における各可動子１３２の走行を制御する制御部４とを備え、各可動子１３２が固定子１３１の曲線状の走行軌道を走行することにより保持部材に保持されたワークＷを回転搬送することが挙げられる。

また、前記塗工機構２は、回転搬送装置１２のドラム１２１における搬送方向前方の斜め下の位置に吐出装置２１を設けるものとしたが、ドラム１２１のその他の近傍位置に吐出装置２１を設けてもよいし、あるいは搬送コンベア装置１１の近傍位置に吐出装置２１を設けて、搬送コンベア装置１１によりワークＷが搬送されている過程において接着部材Ｂをワークの表面に吐出することにより塗工してもよい。

また、前記積層機構３の積層テーブル３１が上下方向に移動するものとしたが、搬送機構１（回転搬送装置１２）が上下方向に移動してもよい。例えば、図１に示す構成の装置の場合、搬送機構１の回転搬送装置１２は、ワークＷを積層機構３の積層テーブル３１に積層する際、積層機構３の積層テーブル３１に近接することによりワークＷの接着部材Ｂが塗布された表面を積層機構３の積層テーブル３１に構成された積層体ＳＷの表面に押圧しながら貼り合わせたあと、次にワークＷを前積層機構３の積層テーブル３１に積層するまでの間、積層機構３の積層テーブル３１から離間してもよい。

また、前記積層機構３は、積層テーブル３１が上下方向の移動のみならず、平面方向に移動してもよい。これによれば、仮にワークＷがドラム１２１上において適正位置よりずれた状態で搬送された場合であっても、積層装置３の積層テーブル３１が平面方向に移動することによりワークＷを積層テーブル３１上の適正位置に積層することができる。

また、前記積層機構３は、図７に示すように、積層テーブル３１の近傍位置に爪部材などの押圧部材５が設けられてもよい。これによれば、積層機構３にワークＷが積層された直後に該押圧部材５により積層体ＳＷを上方から押圧することによって、ワークＷの表面を積層体ＳＷの表面に確実に貼り合わせることができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、本発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

１…搬送機構
１１…搬送コンベア装置
１１ａ…主動軸
１１ｂ…コンベアベルト
１２…回転搬送装置
１２１…ドラム
２…塗工機構
２１…吐出装置
３…積層機構
４…制御部
５…押圧部材

Claims (6)

1. 電池材料 に係るシート状のワークを積層する電池材料積層装置であって、
   ワークを所定の方向に搬送する搬送機構と、
   該搬送機構により搬送されているワークの表面に接着部材を塗工する塗工機構と、
   該搬送機構により搬送されてきたワークを積層することにより積層体を構成する積層機構とを備え、
   前記搬送機構により搬送されてきたワークを前記積層機構に積層する際、該ワークの接着部材が塗工された表面を前記積層機構に構成されたワークの積層体の表面に貼り合わせ、
   前記積層機構は、ワークが積層される際、前記搬送機構に近接することによりワークの接着部材が塗布された表面を前記積層機構に構成された積層体の表面に押圧しながら貼り合わせたあと、次にワークが積層されるまでの間、前記搬送機構から離間することを繰り返す ことを特徴とする電池材料積層装置。
2. 電池材料に係るシート状のワークを積層する電池材料積層装置であって、
   ワークを所定の方向に搬送する搬送機構と、
   該搬送機構により搬送されているワークの表面に接着部材を塗工する塗工機構と、
   該搬送機構により搬送されてきたワークを積層することにより積層体を構成する積層機構とを備え、
   前記搬送機構により搬送されてきたワークを前記積層機構に積層する際、該ワークの接着部材が塗工された表面を前記積層機構に構成されたワークの積層体の表面に貼り合わせ、
   前記搬送機構は、ワークを前記積層機構に積層する際、前記積層機構に近接することによりワークの接着部材が塗布された表面を前記積層機構に構成された積層体の表面に押圧しながら貼り合わせたあと、次にワークを前記積層機構に積層するまでの間、前記積層機構から離間することを繰り返すことを特徴とする電池材料積層装置。
3. 電池材料に係るシート状のワークを積層する電池材料積層装置であって、
   ワークを所定の方向に搬送する搬送機構と、
   該搬送機構により搬送されているワークの表面に接着部材を塗工する塗工機構と、
   該搬送機構により搬送されてきたワークを積層することにより積層体を構成する積層機構とを備え、
   前記搬送機構により搬送されてきたワークを前記積層機構に積層する際、該ワークの接着部材が塗工された表面を前記積層機構に構成されたワークの積層体の表面に貼り合わせ、
   前記搬送機構は、ワークを天吊り状態で搬送する搬送コンベア装置と、該搬送コンベア装置により搬送されたきたワークを回転搬送する回転搬送装置とを備えることを特徴とする電池材料積層装置。
4. 前記回転搬送装置によりワークを回転搬送している過程において、前記塗工機構によりワークの表面に接着部材を塗工する請求項３に記載の電池材料積層装置。
5. 電池材料に係るシート状のワークを積層する電池材料積層装置であって、
   ワークを所定の方向に搬送する搬送機構と、
   該搬送機構により搬送されているワークの表面に接着部材を塗工する塗工機構と、
   該搬送機構により搬送されてきたワークを積層することにより積層体を構成する積層機構とを備え、
   前記搬送機構により搬送されてきたワークを前記積層機構に積層する際、該ワークの接着部材が塗工された表面を前記積層機構に構成されたワークの積層体の表面に貼り合わせ、
   前記搬送機構は、所定の走行軌道を有するリニアモータの固定子と、該固定子に設けられた複数のリニアモータの可動子と、各可動子に設けられ、ワークを保持する保持部材と、前記固定子における各可動子の走行を制御する制御部とを備えることを特徴とする電池材料積層装置。
6. 前記積層機構の近傍位置に押圧部材が設けられ、該押圧部材が前記積層機構に構成されたワークの積層体を上方から押圧する請求項１から請求項５のいずれかに記載の電池材料積層装置。

Images