JPWO2018154777A1 - モノセルの製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明のモノセル（１）の製造方法において、モノセル（１）は、互いに接合されたセパレータ（４）、正極（６）、セパレータ（８）および負極（１０）からなる。セパレータ（４，８）は、正極（６）に対向する面にセラミックス層（２２，２３）を有している。正極（６）の下面（６ａ）および上面（６ｂ）には、モノセル搬送方向（Ｄ）と直交する幅方向（Ｗ）に沿って一直線上に整列した複数の点において接着剤（４６，４８）がそれぞれ塗布される。幅方向（Ｗ）に並んだ接着剤（４６，４８）の塗布点数と各々の接着剤の塗布径との積を塗布長としたときに、吸着搬送時におけるセパレータ（４）などの重量および加速度に基づきセラミックス層（２２，２３）に加わる力を上記塗布長で除した値が、セラミックス層（２２，２３）の単位長さ当たりの必要剥離強度よりも小さくなるように、上記塗布点数と上記塗布径とを設定する。
Description
本発明は、セラミックス層を備えたセパレータの両面に正極および負極をそれぞれ接合してなるモノセルの製造方法に関する。
特許文献１には、リチウム二次電池に用いる電極積層体の製造方法が開示されている。この製造方法では、リチウム二次電池の生産性を向上させるため、電極であるシート状の正極を挟み込んだ状態で一対のシート状のセパレータ同士を接合してなる袋詰電極と、袋詰電極に接合された電極であるシート状の負極と、から構成される基本積層体を複数積層することにより発電要素となる電極積層体を形成している。正極とセパレータとの間ならびに負極と袋詰電極（すなわちセパレータ）との間の接合は、正極および負極にそれぞれ接着剤を点状に塗布し、加圧することによって行われている。
一方、セパレータとして耐熱絶縁層であるセラミックス層を有するものが知られている。このようなセパレータと電極とを、上記のように点状に塗布した接着剤で接合すると、セラミックス層が剥離する懸念がある。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、モノセルの吸着搬送時におけるセラミックス層の剥離を抑制するモノセル製造方法を提供するものである。
本発明におけるモノセル製造方法では、少なくとも一方の面に耐熱層を備えたセパレータの両面にシート状の正極および負極をそれぞれ接合することによりモノセルが形成される。モノセル搬送方向と直交する幅方向における接着剤の塗布点数と各々の接着剤の塗布径との積を塗布長としたときに、吸着搬送時における重量および加速度に基づき耐熱層に加わる力を上記塗布長で除した値が、耐熱層の単位長さ当たりの必要剥離強度よりも小さくなるように、上記塗布点数と上記塗布径とを設定する。
本発明によれば、吸着搬送時に振動によりセパレータにおける耐熱層に力が加わったとしても、耐熱層の剥離を抑制することができ、電極とセパレータとの接合を保持することができる。
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および図３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３の姿勢を基準として、「上下」ということとする。
図２および図３に示すように、本実施例では、モノセル１は、上から、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の順に積層し、互いに接合することによって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、長辺に沿った一対の側部１２，１３と、短辺に沿った一対の端部１４，１５と、を有し、端部１４の側部１２寄りの位置に正極タブ１６を有している。
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、図３に示すように、正極６の寸法よりも僅かに大きい。負極１０は、長辺に沿った一対の側部１７，１８と、短辺に沿った一対の端部１９，２０と、を有し、正極タブ１６と重ならないように、正極タブ１６が位置する側と反対側となる側部１８寄りの位置に負極タブ２１を有している。
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矩形状に形成されている。セパレータ４，８の寸法は、負極タブ２１を除いた負極１０の寸法よりも大きい。図３に示すように、各々のセパレータ４，８は、正極６に対向する面すなわちセパレータ４の下面４ａおよびセパレータ８の上面８ａに、溶融温度が相対的に高く耐熱層となるセラミックス層２２，２３をそれぞれ有している。セラミックス層２２，２３は、例えば、セラミックスをセパレータ４，８（つまり樹脂層）に塗布して乾燥させることによって形成されている。セラミックス層２２，２３は、シリカ、アルミナ、ジルコニウム酸化物、チタン酸化物等のセラミック粒子とバインダとの結合により形成された多孔質材料からなる。
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、セパレータ８の幅方向に沿って等間隔に配置された複数（本実施例では３つ）のノズル３２ａを有している。この負極用ディスペンサ３２は、予め所定の寸法に裁断されて装置２に搬送される負極１０の上面１０ａに接着剤３４を点状に塗布する（図２参照）。吸着ドラム２８は、接着剤３４が塗布された負極１０を吸着搬送し、負極タブ２１が装置２の側方に向いた姿勢で負極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、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。ディスペンサ４２，４４は、セパレータ８の幅方向に沿って等間隔に配置された複数（本実施例では３つ）のノズル４２ａ，４４ａをそれぞれ有している。正極用第１ディスペンサ４２は、予め所定の寸法に裁断されて装置２に搬送される正極６の下面６ａに接着剤４６を点状に塗布する（図２参照）。吸着ドラム３８は、接着剤４６が塗布された正極６を吸着搬送し、セパレータ８に接合された負極１０の位置に対応するように、正極タブ１６が装置２の側方に向いた姿勢で正極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、セラミックス層２３を備えたセパレータ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６ｂに接着剤４８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６ｂ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はセラミックス層２２を備えた下面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８、４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。
図４は、上記のように個々に形成されたモノセル１を、電極積層装置２の下流側において搬送する吸着コンベア６０を示している。吸着コンベア６０は、一対のプーリ６２と、一対のプーリ６２に巻き掛けられた無端状のコンベアベルト６４と、を有する。吸着コンベア６０は、図示せぬ反転装置により１８０°反転したモノセル１の最上部に位置する負極１０を吸着し、図４に示すモノセル搬送方向Ｄに沿ってモノセル１を搬送する。
このように、モノセル１を吸着搬送するので、接着剤の塗布面積が小さいと、搬送中に耐熱層であるセラミックス層２２，２３に加わる荷重により、セラミックス層２２，２３がセパレータ４，８の母材から剥離する恐れがある。本発明では、接着剤の塗布面積および塗布点数を適切なものとすることにより、セラミックス層２２，２３の剥離を抑制する。
一実施例においては、図２，３に示すように、負極１０の上面１０ａに塗布される接着剤３４、ならびに正極６の下面６ａおよび上面６ｂにそれぞれ塗布される接着剤４６，４８は、例えば、３×３の９点にそれぞれ塗布されている。
図５は、一例として、正極６の下面６ａに塗布される接着剤４６ａの配置を示している。図示するように、モノセル搬送方向Ｄに直交する幅方向Ｗに沿って並んだ３個の接着剤４６ａは、モノセル搬送方向Ｄに関して等しい位置にある。つまり、接着剤４６ａは一直線上に整列している。幅方向Ｗに沿って並んだ３個の接着剤４６ｂ，４６ｃも同様にそれぞれ一直線上に整列している。また、接着剤３４，４８も同様に配列されている。なお、この実施例では、モノセル搬送方向Ｄは、電極積層装置２におけるセパレータ８等の搬送方向と同じ方向となっている。
各々の接着剤３４，４６，４８は、所定の塗布径ｂを有する円形をなしている。この塗布径ｂは、ディスペンサ３２，４２，４４、すなわちノズル３２ａ，４２ａ，４４ａからの吐出量によって調節することができる。
次に、図４および図５を参照して、幅方向Ｗに沿って一直線上に配置される接着剤の塗布点数ａおよび各々の接着剤の塗布径ｂを設定する方法を、正極６の下面６ａに塗布される接着剤４６ａを例に説明する。
前述したように、一体化されたモノセル１は、吸着コンベア６０によりモノセル搬送方向Ｄに沿って吸着搬送される。このとき、図４において矢印Ｂで示すようにコンベアベルト６４が上下方向に振動すると、モノセル１に加速度Ａが生じる。
この加速度Ａと、正極６およびセパレータ４の自重との積によって、吸着搬送時にセパレータ８のセラミックス層２３に加わる力Ｘが定まる。このセラミックス層２３に加わる力Ｘは、以下の式によって求められる。
Ｘ（Ｎ）＝（ｍ１＋ｍ２）×Ａ×９．８・・・（１）
ここで、ｍ１はセパレータ４の質量、ｍ２は正極６の質量、Ａは吸着搬送時の振動による加速度である。
ここで、ｍ１はセパレータ４の質量、ｍ２は正極６の質量、Ａは吸着搬送時の振動による加速度である。
さらに、上記のセラミックス層２３に加わる力Ｘを、図５に示す正極６の幅方向Ｗに沿って一直線上に塗布される接着剤４６ａの塗布点数ａと各々の接着剤４６ａの塗布径ｂとの積である塗布長で除算することにより、吸着搬送時に幅方向Ｗに沿った線上でセラミックス層２３にかかる線圧Ｐが求められる。
Ｐ＝Ｘ／（ａ×ｂ）・・・（２）
このセラミックス層２３にかかる線圧Ｐが、セラミックス層２３の単位長さ当たりの必要剥離強度Ｙよりも小さくなるように、幅方向Ｗに沿った接着剤４６ａの塗布点数ａおよび個々の接着剤４６ａの塗布径ｂを設定する。
このセラミックス層２３にかかる線圧Ｐが、セラミックス層２３の単位長さ当たりの必要剥離強度Ｙよりも小さくなるように、幅方向Ｗに沿った接着剤４６ａの塗布点数ａおよび個々の接着剤４６ａの塗布径ｂを設定する。
一例として、質量ｍ１を１ｇ、質量ｍ２を２０ｇ、加速度Ａを３Ｇとして、上記（１）式を解くと、吸着搬送時にセラミックス層２３に加わる力Ｘは、０．６１７Ｎとなる。
一方、接着剤４６ａの塗布点数ａを３個，個々の接着剤４６ａの塗布径ｂを１２ｍｍとして、上記（２）式を解くと、吸着搬送時にセラミックス層２３にかかる線圧Ｐは、０．０１７Ｎ／ｍｍとなる。従って、セラミックス層２３の単位長さ当たりの必要剥離強度Ｙは、０．０１７Ｎ／ｍｍ以上となる。なお、実際のセラミックス層の必要剥離強度は０．０１Ｎ／ｍｍ〜０．０３Ｎ／ｍｍ程度である。
また、セラミックス層２３の単位長さ当たりの必要剥離強度Ｙが０．０１７Ｎ／ｍｍであり、吸着搬送時にセラミックス層２３に加わる力Ｘが０．６１７Ｎである場合に、接着剤４６ａの個々の塗布径ｂを５ｍｍに設定すると、幅方向Ｗに沿って塗布される接着剤４６ａの塗布点数ａは以下の（３）式によって求められる。
ａ＝Ｘ／（ｂ×Ｙ）・・・（３）
上記（３）式を解くと、ａは７．２５となる。従って、幅方向Ｗに沿って塗布される接着剤４６ａの塗布点数ａは８個に設定される。
上記（３）式を解くと、ａは７．２５となる。従って、幅方向Ｗに沿って塗布される接着剤４６ａの塗布点数ａは８個に設定される。
上記のように、接着剤４６ａの塗布点数ａおよび各々の接着剤の塗布径ｂを設定することにより、モノセル１の吸着搬送時におけるセラミックス層２３の剥離を抑制することができる。
以上、接着剤の塗布点数ａおよび各々の接着剤の塗布径ｂを設定する方法を、正極６の下面６ａに塗布される接着剤４６ａを例に説明したが、正極６の上面６ｂにおいて幅方向Ｗに沿って同一直線上に塗布される接着剤４８の塗布点数ａおよび塗布径ｂについても、接着剤４６ａと同様に設定することができる。
なお、モノセル搬送時つまりモノセル１の反転後に最下部に位置するセパレータ４のセラミックス層２２にかかる線圧Ｐは、セパレータ８のセラミックス層２３にかかる線圧Ｐよりも小さい。従って、接着剤４８の塗布点数ａおよび塗布径ｂを接着剤４６ａの塗布点数ａおよび塗布径ｂと等しく設定すれば、モノセル１の吸着搬送時におけるセラミックス層２２の剥離を抑制することができる。
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。
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。
また、本実施例では、一体化されたモノセル１が吸着コンベア６０によって吸着搬送されるが、モノセル１を他の形式の搬送装置で吸着搬送する場合にも、本発明を適用することができる。
なお、塗布した接着剤が楕円形であっても、本発明を同様に適用することができる。
Claims (3)
- 少なくとも一方の面に耐熱層を備えたセパレータの両面に、モノセル搬送方向と直交する幅方向に離れた複数の点において接着剤を塗布したシート状の正極および負極をそれぞれ接合するモノセルの製造方法において、
上記幅方向における接着剤の塗布点数と各々の接着剤の塗布径との積を塗布長としたときに、
吸着搬送時に重量および加速度に基づき耐熱層に加わる力を上記塗布長で除した値が、耐熱層の単位長さ当たりの必要剥離強度よりも小さくなるように、上記塗布点数と上記塗布径とを設定した、モノセルの製造方法。 - 上記正極は一対のセパレータの間に配置されている、請求項１に記載のモノセルの製造方法。
- 上記セパレータは上記正極に対向する面に耐熱層を備えている、請求項１又は２に記載のモノセルの製造方法。
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