KR101380133B1 - 연속 세퍼레이터 및 시트형상 전극의 적층장치 - Google Patents

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Abstract

연속 세퍼레이터를 절곡할 때의 시트형상 전극 단부를 보호함과 동시에, 당해 세퍼레이터의 원활한 절곡 형성을 가능하게 하고, 아울러 생산성 향상을 가능하게 하는 연속 세퍼레이터 및 시트형상 전극의 적층장치를 간이한 구성으로 저렴하게 제공한다. 테이프 형상의 세퍼레이터(S)의 선단부를 흡착 유지하고, 그 위에 시트형상 전극(P, N) 및 세퍼레이터(S)가 순차 적층되는 적층 스테이지(10)와, 적층 스테이지(10)의 윗쪽에서 테이프 형상 세퍼레이터(S)를 적층 스테이지(10)를 중심으로 해서 왕복이동시키는 세퍼레이터 왕복이동수단과, 적층된 시트형상 전극(P, N)의 세퍼레이터(S)의 이동방향 양단부의 변을 덮도록, 적층 스테이지(10)에 대하여 근접/이격 가능하도록 구성되며, 세퍼레이터(S)의 왕복이동에 수반하는 시트형상 전극 양단부에서의 접기를 가이드하는 절곡 가이드 부재(20)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
세퍼레이터, 전극, 양극, 음극, 스테이지, 절곡, 가이드 부재, 리튬이온전지

Description

연속 세퍼레이터 및 시트형상 전극의 적층장치 {STACKING DEVICE FOR STACKING CONTINUOUS SEPARATOR AND SHEET ELECTRODE}
본 발명은, 꾸불꾸불한 형상으로 접힌 연속 세퍼레이터의 사이에 시트형상 전극이 개장된 적층체를 제조하는 적층장치에 관한 것이다
최근, 전기자동차나 하이브리드 자동차 혹은 UPS(무정전 전원) 등에 적용 가능하며 소형화·대용량화가 용이한 이차전지의 일례로서, 리튬이온 이차전지가 주목받고 있다. 이 리튬이온 이차전지는, 일반적으로는, 시트형상의 양극 집전체와 그 표면에 도포된 양극 활물질로 구성된 시트형상의 양전극과 시트형상의 음극 집전체와 그 표면에 도포된 음극 활물질로 구성된 시트형상의 음전극을 세퍼레이터를 통해서 적층함으로써 형성된 시트형상의 내부전극쌍(적층체)과, 이 내부전극쌍을 밀봉 상태로 피복하는 동시에 내부에 전해액을 수용하는 전지 케이스와, 이 전지 케이스 내의 내부전극쌍의 각 양전극 및 각 음전극에 각각 접속되는 양전극 단자 및 음전극 단자로 구성되어 있다. 그리고, 충전시에는 양극 활물질로부터 리튬 이온이 전해액과 세퍼레이터를 통해서 이동하여 음극 활물질에 삽입되고, 방전시에는 그 반대 순서로 리튬 이온이 이동함으로써 이차전지로서 충방전을 행하는 것이다.
상술한 바와 같은 세퍼레이터와 시트형상 전극으로 구성된 내부전극쌍의 일 례로서, 내부 단락에 의한 전지 손상이나 주위에의 영향을 최소한으로 억제하는 등의 목적을 달성하기 위해서, 시트형상 전극 사이에 개재하는 세퍼레이터를 연속적으로 형성해서 적층체를 구성한 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1, 2 참조).
여기서, 특허문헌 1에는, 내부 단락의 파급 억제나 방열 성능의 향상 등을 도모하기 위해서, 미세다공성 필름을 2매 접합한 자루형상의 세퍼레이터의 내부에 시트형상 전극을 수용한 전극 유닛을 형성하고, 이들의 전극 유닛을 순차 적층한 내부전극쌍(적층체)을 가지는 리튬이온 이차전지가 개시되어 있다.
또, 특허문헌 2에는, 데드 스페이스(dead space)를 생략해서 전지 용량의 증대 등을 도모하기 위해서, 그 하단변이 절곡된 긴 띠 형상 세퍼레이터를 꾸불꾸불하게(지그재그 형상) 절곡하여, 절곡된 연속 세퍼레이터 사이에 양/음 각 극성의 시트형상 전극을 번갈아 배치한 내부전극쌍(적층체)을 가지는 각형(角形) 이차전지가 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본공개특허 평9-274935호 공보
특허문헌 2: 일본공개특허 2000-251923호 공보
그러나, 상기 특허문헌에 개시된 선행 기술은 모두 다음과 같은 문제점을 가지고 있었다.
예를 들면, 특허문헌 1에 개시된 선행 기술에 있어서는, 미세다공성 필름을 서로 붙인 자루형상의 세퍼레이터 내에 시트형상 전극을 수용하기 때문에 자동화가 곤란하며, 또, 세퍼레이터의 절단 공정이 필요해져, 작업성·생산성이 현저하게 떨어진다는 문제가 생기고 있었다. 또, 예를 들어 무기재료 복합 세퍼레이터 등을 사용하는 경우에는, 절단면으로부터의 가루떨어짐이 적층체의 단락 요인이 되거나, 당해 세퍼레이터의 수지 필름에서의 열용착에 의한 접합이 곤란해지므로, 적용 가능한 세퍼레이터의 재질이 한정된다는 문제가 생기고 있었다.
또한, 특허문헌 2에 개시된 선행 기술에 있어서는, 조립 과정에서, 시트형상의 양/음 각 전극과 세퍼레이터와의 위치를 정확하게 조정하면서 세퍼레이터를 절곡하여 적층체를 형성해 갈 필요가 있기 때문에, 작업성·생산성이 떨어진다는 문제가 발생했다. 또한, 세퍼레이터를 절곡할 때에, 개장되는 시트형상 전극 단부에 무리한 힘이 가해져, 당해 전극의 위치어긋남이나 전극 단부에 기계적인 대미지(damage)가 생기기 쉽고, 이러한 조립시의 시트형상 전극의 위치어긋남이나 시트형상 전극에 대한 기계적 대미지는, 전지 용량의 저하라는 성능의 열화나 내부 단락의 발생 요인이 된다는 문제가 생겼다.
나아가 또한, 최근에 있어서는, 이차전지 등의 다양한 용도의 확대에 수반하여, 시트형상 전극이나 세퍼레이터의 사이즈, 형상, 재질 등의 용도에 따른 변경에 대하여, 유연한 대응이 가능한 적층장치의 개발이 요망되고 있었다.
그래서, 본 발명은, 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여, 연속 세퍼레이터를 절곡할 때의 시트형상 전극 단부를 보호하는 동시에, 당해 세퍼레이터의 원활한 절곡 형성을 가능하게 하고, 아울러 생산성 향상을 가능하게 하는 연속 세퍼레이터 및 시트형상 전극의 적층장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 연속 세퍼레이터 및 시트형상 전극의 적층장치는, 연속하는 테이프 형상의 세퍼레이터를 접으면서, 상기 세퍼레이터 및 시트형상 전극을 순차 적층해서 적층체를 형성하는 연속 세퍼레이터 및 시트형상 전극의 적층장치로서, 상기 테이프 형상의 세퍼레이터의 선단부를 흡착 유지하고, 그 위에 시트형상 전극 및 세퍼레이터가 순차 적층되는 적층 스테이지와, 상기 적층 스테이지의 윗쪽에서, 상기 테이프 형상 세퍼레이터를 상기 적층 스테이지를 중심으로 해서 왕복이동시키는 세퍼레이터 왕복이동수단과, 적층된 상기 시트형상 전극의 상기 세퍼레이터의 이동방향 양단부의 변을 덮도록 상기 적층 스테이지에 대하여 근접, 또는 격리 가능하도록 구성되며, 상기 세퍼레이터의 왕복이동에 수반하는 상기 시트형상 전극 양단부에서의 접기(folding)를 가이드하는 절곡 가이드 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
이와 같이 구성한 경우에는, 테이프 형상의 세퍼레이터의 선단부를 흡착 유지하고, 그 위에 시트형상 전극 및 세퍼레이터가 순차 적층되는 적층 스테이지와, 적층 스테이지의 윗쪽에서 테이프 형상 세퍼레이터를 상기 적층 스테이지를 중심으로 해서 왕복이동시키는 세퍼레이터 왕복이동수단과, 적층된 시트형상 전극의 세퍼레이터의 이동방향 양단부의 변을 덮도록, 적층 스테이지에 대하여 근접/격리 가능하도록 구성되며, 세퍼레이터의 왕복이동에 수반하는 시트형상 전극 양단부에서의 접기를 가이드하는 절곡 가이드 부재를 구비하고 있으므로, 시트형상 전극을 적층할 때마다의 세퍼레이터의 절단 공정을 생략하여 생산성 향상을 도모하는 동시에, 왕복이동하는 테이프 형상 세퍼레이터를 접을 때의 시트형상 전극과의 직접적인 접촉에 수반하는 전극 단부에의 대미지를 방지하면서 테이프 형상 세퍼레이터의 균질한 접기를 용이하게 실현할 수 있다.
또한, 상기 세퍼레이터 왕복이동수단은, 그 사이에 상기 테이프 형상 세퍼레이터가 삽입통과된 롤러쌍을, 상기 적층 스테이지를 중심으로 해서 상기 스테이지면을 따라서 왕복이동시키는 것에 의해 구성되어 있어도 된다.
이와 같이 구성한 경우에는, 연속 세퍼레이터를 절단하는 일 없이, 각 시트형상 전극 단부에서의 순차 접기를 가능하게 하는 세퍼레이터 왕복이동수단을 간이한 구성으로 용이하게 실현할 수 있다.
또한, 복수의 시트형상 양전극을 수용 가능한 양전극 수용부와, 복수의 시트형상 음전극을 수용 가능한 음전극 수용부와, 상기 양전극 수용부 내의 시트형상 양전극을 1매씩 유지해서 상기 적층 스테이지 상으로 이동 공급하는 양전극유지/이동수단과, 상기 음전극 수용부 내의 시트형상 음전극을 1매씩 유지해서 상기 적층 스테이지 상으로 이동 공급하는 음전극유지/이동수단을 더 구비하며, 상기 세퍼레이터 왕복이동수단과, 상기 양전극유지/이동수단 및 음전극유지/이동수단은 대략 동일 직선상을 일체로 왕복이동하도록 구성해도 된다.
이와 같이 구성한 경우에는, 세퍼레이터유지/이동수단과, 양전극유지/이동수단 및 음전극유지/이동수단이 대략 동일 직선상을 일체가 되어 왕복이동하므로, 예를 들면, 서로 재질이 다른 시트형상 양전극 및 시트형상 음전극을 적층할 필요가 있는 이차전지의 제조에의 용이한 적용이 가능해진다. 또한, 연속 세퍼레이터를 통한 시트형상 양전극 및 시트형상 음전극의 적층 스테이지 상에서의 번갈은 순차적인 자동적층이 가능해지고, 각 전극의 이동 공급이나 세퍼레이터의 절곡을 위한 자유도를 삭감해서 구성의 컴팩트화나 제어의 간소화를 가능하게 하여, 대용량화나 생산성의 향상 및 코스트 다운에 기여할 수 있다.
또한, 상기 세퍼레이터 왕복이동수단은, 상기 양전극유지/이동수단과 상기 음전극유지/이동수단의 대략 중앙에 배치되어 있는 동시에, 상기 적층 스테이지는, 상기 양전극 수용부와 상기 음전극 수용부의 대략 중앙에 배치되어 있으며, 또한, 상기 세퍼레이터 왕복이동수단과 상기 각 전극유지/이동수단의 수평방향의 격리거리는, 상기 적층 스테이지와 상기 각 전극 수용부의 수평방향의 격리거리의 대략 절반으로 설정되어 있어도 된다.
여기서, 세퍼레이터 왕복이동수단과 각 전극유지/이동수단의 수평방향의 격리거리란, 예를 들면 동일 극성의 전극유지/이동수단이 수평방향으로 복수 배치되어 있는 경우에는, 수평방향에 있어서의 세퍼레이터 왕복이동수단(예를 들면, 롤러쌍)의 중심과 복수의 상기 전극유지/이동수단의 배치 중심과의 격리거리를 말하는 것으로 하고, 마찬가지로, 적층 스테이지와 각 전극 수용부의 수평방향의 격리거리란, 수평방향에 있어서의 적층 스테이지의 배치 중심과 각 시트형상 전극 수용부의 배치 중심의 격리거리를 말하는 것으로 한다.
이와 같이 구성한 경우에는, 롤러쌍과 각 전극유지/이동수단의 수평방향의 격리거리가, 적층 스테이지와 각 전극 수용부의 수평방향의 격리거리의 대략 절반분으로 설정되어 있으므로, 간이한 제어에 의해, 한쪽의 극성의 시트형상 전극을 대응하는 전극 수용부로부터 적층 스테이지로 이동시키는 이동 동작, 다른쪽의 극성의 시트형상 전극을 적층 스테이지로부터 대응하는 전극 수용부로 이동시키는 이동 동작, 연속 세퍼레이터를 전극 단부에서 접는 절곡 동작의 동시 실시가 가능해져서, 생산성의 대폭적인 향상을 실현할 수 있다.
또한, 복수의 시트형상 양전극을 수용 가능한 양전극 수용부와, 복수의 시트형상 음전극을 수용 가능한 음전극 수용부와, 상기 양전극 수용부 내의 시트형상 양전극을 1매씩 유지해서 상기 적층 스테이지 상으로 이동 공급하는 양전극유지/이동수단과, 상기 음전극 수용부 내의 시트형상 음전극을 1매씩 유지해서 상기 적층 스테이지 상으로 이동 공급하는 음전극유지/이동수단을 더 구비하며, 상기 양전극유지/이동수단과 상기 음전극유지/이동수단은, 상기 세퍼레이터 왕복이동수단의 궤도와 상기 적층 스테이지의 대략 중심에서 접하는 원(圓)궤도 상을 일체로 왕복이동하도록 구성해도 된다.
이와 같이 구성한 경우에는, 세퍼레이터 왕복이동수단과 각 전극유지/이동수단을 독립적으로 구동 제어함으로써, 연속 세퍼레이터를 통한 시트형상 양전극 및 시트형상 음전극의 적층 스테이지 상에서의 번갈은 순차적인 자동적층을 가능하게 하여, 이차전지의 제조에의 용이한 적용을 가능하게 하는 동시에, 연속 세퍼레이터의 소정의 위치에서의 절곡 타이밍과 각 시트형상 전극의 적층 타이밍과의 정밀도 좋은 조정 제어가 가능해져, 적층체의 품질 향상에 기여할 수 있다.
또한, 상기 양전극 수용부와 상기 음전극 수용부는 상기 원궤도 상에 배치되어 있는 동시에, 상기 양전극유지/이동수단과 상기 음전극유지/이동수단의 열림 각도는, 상기 적층 스테이지와 상기 각 전극 수용부의 배치 각도와 대략 동등하게 설정되어 있어도 된다.
여기서, 열림 각도란, 각 전극유지/이동수단의 소정의 원궤도의 회전 중심에 대한 각도를 말하는 것으로 한다. 또한, 배치 각도란, 적층 스테이지와 각 전극 수용부의 소정의 원궤도의 회전 중심에 대한 각도를 말하는 것으로 한다.
이와 같이 구성한 경우에는, 한쪽의 극성의 시트형상 전극을 대응하는 전극 수용부에서 적층 스테이지로 이동시키는 이동 동작, 다른쪽의 극성의 시트형상 전극을 적층 스테이지에서 대응하는 전극 수용부로 이동시키는 이동 동작, 연속 세퍼레이터를 전극 단부에서 접는 절곡 동작의 동시 실시가 가능해져, 보다 한층 생산성 향상을 실현할 수 있다.
나아가 또한, 상기 양전극유지/이동수단과 상기 음전극유지/이동수단의 열림 각도는 임의로 변경 가능하도록 구성되어 있어도 된다.
이와 같이 구성한 경우에는, 각 전극 수용부의 레이아웃 변경이나, 세퍼레이터나 시트형상 전극의 재질 등에 따른 적절한 적층 타이밍의 조정을 가능하게 하여, 용도에 따른 배치 구성이나 적층동작의 변경에 대하여 보다 간이하게 유연하게 대응할 수 있다.
또한, 상기 절곡 가이드 부재 및/또는 어느 하나의 상기 전극유지/이동수단은, 적층 스테이지 상에서 적층체를 형성할 때에, 항상, 적층 스테이지와의 사이에 상기 적층체를 끼우고 있도록 구성해도 된다.
이와 같이 구성한 경우에는, 적층체 상에서 적층체를 형성할 때의 시트형상 전극의 위치 어긋남을 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 상기 절곡 가이드 부재와 상기 전극유지/이동수단의 선단부는, 그 적층 스테이지 상으로의 투영면이 서로 간섭하지 않도록, 상기 각 부재가 배치 형성되어 있어도 된다.
이와 같이 구성한 경우에는, 적층 스테이지 상에 형성되는 적층체를, 절곡 가이드 부재 및/또는 어느 하나의 전극유지/이동수단이 서로 간섭하는 일 없이, 적층 스테이지와의 사이에 적층체를 항상 끼우는 것이 가능해지며, 또한, 세퍼레이터와 시트형상 전극과의 사이에 배치된 절곡 가이드 부재의 인발을 보다 원활하게 행할 수 있고, 이에 따라, 절곡 가이드 부재의 접리 동작에 수반하는 시트형상 전극에의 대미지나 위치 어긋남을 보다 확실하게 방지할 수 있다.
이상에 있어서, 상기 테이프 형상 세퍼레이터는 복수의 롤러에 매달려 있는 동시에, 적어도 하나의 상기 롤러는 중력방향으로 이동 자유롭게 형성되어 있어도 된다.
이와 같이 구성한 경우에는, 중력방향으로 이동 자유롭게 형성된 롤러에 의해, 연속하는 테이프 형상의 세퍼레이터에 항상 일정한 텐션을 부여해서 느슨함이나 주름의 발생을 방지하는 동시에, 시트형상 전극에 대하여 돌발적인 힘이 가해지는 것에 따른 기계적인 대미지를 미연에 방지하여, 보다 신뢰성이나 품질 향상에 기여할 수 있다.
또한, 상기 적층 스테이지는 상기 시트형상 전극의 적층 매수에 따라서 그 높이가 조정 가능해도 된다.
이와 같이 구성한 경우에는, 시트형상 전극의 적층 매수에 따라서, 세퍼레이터의 절곡 위치(높이)를 항상 일정하게 유지할 수 있으므로, 간이한 제어에 의해 세퍼레이터의 균질한 접기를 가능하게 하여 품질의 유지 향상에 기여할 수 있다.
또한, 상기 적층 스테이지 상에 적층된, 세퍼레이터 및 시트형상 전극으로 구성되는 적층체의 적층방향 양단부를 파지하는 파지수단을 더 구비하며, 상기 파지수단은, 상기 적층체의 주위에 상기 세퍼레이터의 와인딩(winding)을 가능하게 하는 회전 기구를 구비하고 있어도 된다.
이와 같이 구성한 경우에는, 회전 기구를 구비한 파지수단을 더 구비하고 있으므로, 세퍼레이터 및 시트형상 전극으로 구성된 적층체의 주위를, 사람 손의 개입을 배제하여, 안정적으로 테이프 형상 세퍼레이터로 감쌀 수 있으므로, 적층체를 구성하는 각 시트형상 전극의 위치 어긋남을 보다 확실하게 방지하여, 품질의 유지 향상에 기여할 수 있다.
또한, 상기 세퍼레이터는 복수의 연속하는 테이프 형상의 세퍼레이터를 적층해서 다중화되어 있어도 된다.
이와 같이 구성한 경우에는, 설령 하나의 세퍼레이터에 핀 홀 등의 결함이 발생해도, 적층방향으로 다중화된 다른 세퍼레이터로 백업할 수 있어, 신뢰성 향상에 한층 기여할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서는, 예를 들면, 내열성은 높지만, 절단이 곤란해서 절단 공정에서 손상될 가능성이 높아 절곡시의 취성(脆性)이 문제가 되는 무기화합물의 복합 재료 또는 전방향족 폴리아미드 재료로 형성된 세퍼레이터에 대해서도 바람직하게 적용 가능해서, 용도에 따른 세퍼레이터의 선정 자유도를 증대시킬 수 있다.
나아가 또한, 본 발명에 있어서는, 상기 시트형상 양전극을, 예를 들면 알루미늄제의 금속박의 양면에 양극 활물질이 도포된 리튬 이온 전지용 양전극으로 하고, 상기 시트형상 음전극을, 예를 들면 구리제의 금속박의 양면에 음극 활물질이 도포된 리튬 이온 전지용 음전극으로 함으로써, 연속 세퍼레이터를 사용한 소형이고 대용량화가 용이한 리튬이온 이차전지의 내부전극쌍(적층체)의 제조에 적합하게 적용할 수 있다.
<발명의 효과>
본 발명에 의하면, 연속 세퍼레이터를 절곡할 때의 시트형상 전극 단부를 보호하는 동시에, 당해 세퍼레이터의 원활한 절곡 형성을 가능하게 하고, 아울러 생산성의 향상을 가능하게 하는 연속 세퍼레이터 및 시트형상 전극의 적층장치를 간이한 구성으로 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 적층장치의 전체 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 절곡 가이드 부재와 전극 흡착 패드와의 배치 관계를 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시형태에 따른 적층장치에 의한 적층동작을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시형태에 따른 적층장치에 의한 적층동작을 설명하기 위한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시형태에 따른 적층장치에 의한 적층동작을 설명하기 위한 모식도이다.
도 6은 본 발명의 제1실시형태에 따른 적층장치에 의한 적층동작을 설명하기 위한 모식도이다.
도 7은 본 발명의 제1실시형태에 따른 적층장치에 의한 적층동작을 설명하기 위한 모식도이다.
도 8은 본 발명의 제1실시형태에 따른 적층장치에 의한 적층동작을 설명하기 위한 모식도이다.
도 9는 본 발명의 제1실시형태에 따른 적층장치에 의한 적층동작을 설명하기 위한 모식도이다.
도 10은 본 발명의 변형예에 따른 그리퍼(gripper)의 구성을 설명하기 위한 모식도이다.
도 11은 본 발명의 다른 변형예에 따른 다중화 세퍼레이터가 복수의 롤러에 매달린 상태를 나타내는 모식도이다.
도 12는 본 발명의 제2실시형태에 따른 적층장치의 전체 구성을 나타내는 모식도이다.
도 13은 본 발명의 제2실시형태에 따른 적층장치에 의한 적층동작을 설명하기 위한 모식도이다.
도 14는 본 발명의 제2실시형태에 따른 적층장치에 의한 적층동작을 설명하 기 위한 모식도이다.
도 15는 본 발명의 제2실시형태에 따른 적층장치에 의한 적층동작을 설명하기 위한 모식도이다.
도 16은 본 발명의 제2실시형태에 따른 적층장치에 의한 적층동작을 설명하기 위한 모식도이다.
도 17은 본 발명의 제2실시형태에 따른 적층장치에 의한 적층동작을 설명하기 위한 모식도이다.
도 18은 본 발명의 제2실시형태에 따른 적층장치에 의한 적층동작을 설명하기 위한 모식도이다.
도 19는 본 발명의 제2실시형태에 따른 적층장치에 의한 적층동작을 설명하기 위한 모식도이다.
<부호의 설명>
1, 1A: 적층장치
10: 적층 스테이지
10a: 홈
20, 21, 22: 가이드 부재
20R, 20L, 21R, 21L: 가이드 변
30: 양전극 수용부
40: 음전극 수용부
50: 슬라이드 왕복 유닛
50R: 회전 왕복 유닛
50P, 50P1, 50P2: 양전극 흡착 패드
50N, 50N1, 50N2: 음전극 흡착 패드
51: 슬라이드 부재
53: 수직 암(vertical arm)
55: 우암(right arm)
57: 좌암(left arm)
60T: 텐션 롤러
60U: 상부 롤러
60D: 하부 롤러쌍
61: 테이프부
62, 63: 가이드 롤러
65G: 가이드 홈
70: 적층체
100: 그리퍼 유닛
107: 회전축
110: 상부 그리퍼
120: 하부 그리퍼
511: 회전지지부재
513: 굴곡 암(curved arm)
513R: 우측 암부
513L: 좌측 암부
θ: 열림 각도(배치 각도)
C: 원궤도
G: 그리퍼부
P: 시트형상 양전극
N: 시트형상 음전극
S: 세퍼레이터
<제1실시형태>
이하에, 본 발명의 제1실시형태에 대해서 도면을 참조해서 설명한다. 또한, 이하의 실시형태에서는, 본 발명의 하나의 적용예인 리튬이온 이차전지의 제조를 예로 들어서 설명한다.
먼저, 본 실시형태에 따른 적층체의 제조장치(이하, 적층장치라고도 칭한다)의 개요에 대해서 도 1을 참조해서 설명한다. 여기서, 도 1의 (a)는 본 실시형태에 따른 적층장치의 전체 구성을 나타내는 모식적 정면도이며, 도 1의 (b)는 모식적 평면도이다. 한편, 명료화를 위해, 도 1의 (a)에서는, 세퍼레이터가 복수의 롤러에 매달려 적층 스테이지로 공급되고 있는 상태를 나타내는 데 반해, 도 1의 (b)에서는, 당해 세퍼레이터를 생략한 상태를 나타내는 것으로 한다.
본 발명에 따른 적층장치(1)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 복수의 롤러에 매달린 테이프 형상의 연속된 세퍼레이터(S)와, 그 위에 시트형상 양전극(P) 및 시트형상 음전극(N)이 연속된 테이프 형상의 세퍼레이터(S)를 통해서 번갈아 적층되는 승강 자유롭게 형성된 적층 스테이지(10)와, 소정의 높이를 유지하면서 적층 스테이지(10)에 대하여 전진 또는 후퇴(근접 또는 격리)가 가능하도록 형성되며, 세퍼레이터(S)의 지그재그 형상의 순차적인 절곡을 소정의 위치(높이)에서 가이드하는 절곡 가이드 부재(20)와, 세퍼레이터(S)의 공급방향(본 예에서는, 도 중, 우측으로부터 좌측)을 따라서 적층 스테이지(10)의 상류측(본 예에서는, 도 중, 우측)에 배치되어, 적층상태의 복수의 시트형상 양전극(P)을 수용하는 양전극 수용부(30)와, 적층 스테이지(10)의 하류측(본 예에서는, 도 중, 좌측)에 배치되어, 적층상태의 복수의 시트형상 음전극(N)을 수용하는 음전극 수용부(40)와, 적층 스테이지(10)의 윗쪽에 배치되며, 적층 스테이지(10), 양전극 수용부(30), 음전극 수용부(40)와의 사이를 왕복이동 가능하도록 구성된 슬라이드 왕복 유닛(50)과, 이들 구성 기기들의 동작을 제어하는 도시하지 않는 장치 컨트롤러 등을 구비하고 있다.
본 실시형태에 있어서의 슬라이드 왕복 유닛(50)은, 적층 스테이지(10)의 배면측에서, 도시하지 않는 모터 등의 구동원에 의해 수평방향으로 왕복이동 가능하도록 구성한 슬라이드 부재(51)를 구비하며, 이 슬라이드 부재(51)의 대략 중앙부에는, 수직방향으로 연장되는 수직 암(53)이 장착되어 있는 동시에, 슬라이드 부재(51)의 양단부에는, 적층 스테이지(10)측(도 중, 배면측에서 전면측)으로 대략 수평으로 돌출 형성된 우암(55) 및 좌암(57)이 각각 장착되어 있다. 또한, 수직 암(53)의 상단부에는, 세퍼레이터(S)가 매달아지는 상부 롤러(60U)가 적층 스테이지(10)측으로 대략 수평으로 돌출하도록 장착되어 있는 동시에, 수직 암(53)의 하단부에는, 한쌍의 하부 롤러쌍(60D)이 적층 스테이지(10)의 윗표면 근방에 대략 수평으로 돌출하도록 장착되어 있다. 이러한 롤러쌍(60D)은 본 발명에 따른 세퍼레이터 왕복이동수단을 구성하는 것으로서, 구체적으로는, 적층 스테이지(10) 상의 소정의 위치로 전진하는 상기 절곡 가이드 부재(20)와 대략 평행하며, 그 높이가 가이드 부재(20)의 표면 근방에 위치하도록 장착되어 있다. 또한, 우암(55)의 선단부에는, 양전극 수용부(30)로부터 시트형상 양전극(P)을 1매씩 흡착 유지해서 적층 스테이지(10)로의 이동 공급을 가능하게 하는 상하방향으로 신축 자유롭게 형성된 양전극 흡착 패드(50P)가 매달려 장착되어 있다. 마찬가지로, 좌암(57)의 선단부에는, 음전극 수용부(40)로부터 시트형상 음전극(N)을 1매씩 흡착 유지해서 적층 스테이지(10)로의 이동 공급을 가능하게 하는 상하방향으로 신축 자유롭게 형성된 음전극 흡착 패드(50N)가 매달려 장착되어 있다. 즉, 본 실시형태에 있어서의 슬라이드 왕복 유닛(50)은, 상부 롤러(60U)와, 하부 롤러쌍(60D)과, 양전극 흡착 패드(50P), 음전극 흡착 패드(50N)가 일체로 형성되어, 적층 스테이지(10)에 대하여 단일 구동원에 의해 일체로 연속적으로 왕복이동 가능하도록 구성되어 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 각 전극유지/이동수단을 구성하는 양전극 흡착 패드(50P), 음전극 흡착 패드(50N)는, 도시하지 않는 공기공급원에 의해 구동되는 종래 공지의 에어 실린더에 의해 상하방향으로 신축 자유롭게 형성되어 있는 동시에, 또한 그 선단(하단)에 장착된 패드부는, 용수철 등의 탄성부재를 통해서 상하방향으로 탄성변형 가능하도록 장착되어 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서의 상부 롤러(60U)와 하부 롤러쌍(60D)의 배치에 관해서는, 양자를 연직선 상보다도 수평방향으로 이동하여 배치하는 것도 가능하지만, 세퍼레이터(S)를 절곡할 때에, 당해 세퍼레이터(S)나 절곡 가이드 부재(20)에 대하여 절곡방향 이외의 불필요한 힘이 가해지는 것을 미연에 방지해서 원활한 절곡을 가능하게 하는 동시에, 테이프부(61)측의 전극 흡착 패드(50P)의 가동영역을 충분히 확보한다고 하는 관점에서, 양자는 대략 연직선 상에 배치하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 세퍼레이터 왕복이동수단을 구성하는 하부 롤러쌍(60D)의 장착 높이에 관해서는, 마찬가지로, 세퍼레이터(S)나 절곡 가이드 부재(20)에 불필요한 힘이 가해지는 것을 미연에 방지한다는 관점에서, 소정의 높이에 배치되는 절곡 가이드 부재(20)의 윗쪽 근방에 위치하도록 그 배치 높이를 설정하는 것이 바람직하다.
본 실시형태에 따른 적층 스테이지(10)는, 그 표면부분에, 도시하지 않는 공기공급원으로부터의 흡인에 의해 세퍼레이터(S)의 선단부의 흡착 고정을 가능하게 하는 복수의 가는 구멍이 형성되어 있는 동시에, 세퍼레이터(S)를 접을 때의 절곡 위치가 항상 소정의 위치(높이)가 되도록, 도시하지 않는 모터에 의해 시트형상 전극(P, N)이나 세퍼레이터(S)의 적층상태(적층 매수)에 따라서 승강(상하 이동) 가능하도록 구성되어 있다.
테이프 형상의 연속 세퍼레이터(S)는, 도 1의 (a)에 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 가이드 홈(65G)을 가지는 지지기둥(65)의 꼭대기부에 설치된 테이프부(61)로부터 공급되어, 이 테이프부(61)의 연직 아래쪽에 형성된 가이드 홈(65G)을 따라서 중력방향으로 승강 자유롭게 형성된 텐션 롤러(60T)와, 이 텐션 롤러(60T)의 윗쪽이며 세퍼레이터 공급방향 상류측 및 하류측의 각각에 고정 설치된 한쌍의 가이드 롤러(62, 63)와, 가이드 롤러(62, 63)와 대략 동등한 높이에 배치된 상부 롤러(60U)(슬라이드 왕복 유닛(50)의 수직 암(53)에 장착)에 매달아지고, 또한 상부 롤러(60U)의 아래쪽에 배치된 한쌍의 하부 롤러쌍(60D)(슬라이드 왕복 유닛(50)의 수직 암(53)에 장착)의 롤러 사이로 삽입 통과되어, 그 선단부가 적층 스테이지(10) 상에서 흡착 고정되도록 되어 있다.
그리고, 본 발명에 따른 세퍼레이터 왕복이동수단을 구성하는 하부 롤러쌍(60D)이 설치된 슬라이드 왕복 유닛(50)을 적층 스테이지(10)를 중심으로 해서 상기 스테이지면을 따라서 왕복이동시킴으로써, 그 선단이 적층 스테이지(10) 상에 흡착 고정된 세퍼레이터(S)가 적층 스테이지(10) 위에서 순차적으로 접기 가능하도록 연속적으로 공급되도록 되어 있다.
또한, 본 발명에 따른 적층장치(1)에서는, 도 1의 (b)에 가장 잘 나타내는 바와 같이, 양전극 수용부(30), 양전극 흡착 패드(50P), 적층 스테이지(10), 음전극 흡착 패드(50N), 음전극 수용부(40)가, 세퍼레이터(S)의 공급방향(이동방향)을 따라서 대략 일직선 상에 배치되어 있는 동시에, 도 1의 (a)에 나타내는 바와 같이, 적층 스테이지(10)와 각 전극 수용부(30, 40)의 수평방향의 격리거리는, 모두 균등한 값(d)이 되도록 배치되어 있다.
한편, 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이, 하부 롤러쌍(60D)의 중심과 각 전 극 흡착 패드(50P, 50N)의 흡착 중심의 수평방향의 격리거리는, 적층 스테이지(10)와 각 전극 수용부(30, 40)의 격리거리(d)의 대략 절반(d/2)이 되도록 설정되어 있다.
본 실시형태에 따른 슬라이드 왕복 유닛(50)에 있어서는, 이와 같이 세퍼레이터 왕복이동수단을 구성하는 롤러쌍(60D)과, 각 시트형상 전극(P, N)을 흡착 유지해서 적층 스테이지(10)로의 공급을 가능하게 하는 각 전극 흡착 패드(50P, 50N)를 일체로 구성하면서, 각 구성 부재의 위치 관계를 상술한 소정의 배치로 함으로써, 상세한 동작을 후술하는 바와 같이, 한쪽의 극성의 시트형상 전극의 적층 스테이지(10)로의 공급 동작과, 다른 쪽의 극성의 시트형상 전극의 전극 수용부로의 이동 동작과, 소정의 위치에 있어서의 세퍼레이터(S)의 절곡 동작을 동시에 실시 가능하게 하여, 생산성의 대폭적인 향상을 도모하고 있다.
본 발명에 따른 적층장치를 적용 가능한 리튬이온 이차전지용의 각 시트형상 전극(P, N)은, 도 1의 (b)에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 대략 사각형으로 형성되어 있으며, 그 한변 단부에 전극 리드부(PT, NT)를 가지고 있다. 보다 구체적으로는, 본 실시형태에 있어서, 시트형상 양전극(P)은, 예를 들면 그 두께가 5~30㎛ 정도인 알루미늄제 사각형(약 50×50mm)의 양극 집전체(PB)의 양면에 도시하지 않는 양극 활물질을 도포해서 형성되어 있으며, 마찬가지로, 시트형상 음전극(N)은, 예를 들면 그 두께가 5~30㎛ 정도인 구리제 사각형(약 50×50mm)의 음극 집전체(NB)의 양면에 도시하지 않는 음극 활물질을 도포해서 형성되어 있다. 또한, 시트형상 양전극(P)에 설치되는 양전극 리드(PT)는, 상기 양극 집전체(PB)와 같은 알 루미늄제이며, 시트형상 음전극(N)에 설치되는 음전극 리드(NT)는 상기 음극 집전체(NB)와 같은 구리제이다. 또한, 양전극 리드(PT) 및 음전극 리드(NT)에는 모두 상기 활물질은 도포되어 있지 않다.
그리고, 각 시트형상 전극(P, N)은, 대응하는 각 전극 수용부(30, 40) 내에 있어서는, 같은 극성의 각 전극 리드(예를 들면, PT)의 위치가 맞추어져 적층 수용되어 있는 데 반해, 반대극성의 시트형상 전극의 각 전극 리드(예를 들면, NT)와는, 서로 반대측에 위치(본 예에서는, 양전극 리드(PT)가 시트형상 전극(P)의 우단부에 위치하고 있는 데 반해, 음전극 리드(NT)는 시트형상 음전극(N)의 좌단부에 위치)하도록, 각 전극 수용부(30, 40) 내에 적층상태로 수용되어 있다.
세퍼레이터(S)는, 다공질막, 부직포, 망 등, 전자절연성으로 시트형상 양전극(P) 및 시트형상 음전극(N)의 밀착에 대하여 충분한 강도를 가지는 것이면 어떤 것이라도 사용가능하지만, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌의 단층 다공질막 및 이들의 다층화된 다공질막이 접착성 및 안전성의 관점에서 바람직하다. 단, 본 발명과 같이 연속된 세퍼레이터(S)에 의해 적층체를 형성하는 경우에는, 절곡시의 취성이 특히 문제가 되는 내열성이 높은 부직포 등으로 형성된 무기재료 복합 세퍼레이터(예를 들면, 무기화합물을 복합한 미다공질 세퍼레이터(세파리온(SEPARION): 등록상표) 등)나, 전방향족 폴리아미드 소재(부직포, 아라미드, 나일론: 등록상표)로 형성된 세퍼레이터 등에, 보다 바람직하게 적용 가능하다.
한편, 세퍼레이터(S)를 지그재그 형상으로 절곡할 때의 가이드 역할을 하는 절곡 가이드 부재(20)는, 도시하지 않는 액츄에이터에 의해 적층 스테이지(10)에 대하여 전진/후퇴(근접/격리)가 가능하도록 구성되어 있는 동시에, 그 형상을 도 2에 나타내는 바와 같이, 전진했을 때에 적층 스테이지(10) 상의 시트형상 전극(P, N)의 양단변(세퍼레이터(S)의 이동방향에 대략 직교하는 양단변)을 덮는 가이드 변(20R, 20L)을 가지는 대략 'コ' 형상으로 형성되어 있다.
이러한 절곡 가이드 부재(20)는, 적층시에 시트형상 전극(P, N)을 누르면서, 세퍼레이터(S)를 절곡할 때의 가이드 및 시트형상 전극(P, N) 단부의 보호를 할 수 있는 형상·구성이면 지장이 없으며, 예를 들어 가이드 변(20R, 20L)을 봉형상 부재로 형성해도 되고, 테이프 형상 세퍼레이터(S)의 절곡 위치를 임의로 조정할 수 있도록 가이드 변(20R, 20L)의 간격을 조정할 수 있는 구성으로 해도 된다. 또, 시트형상 전극(P, N)이나 세퍼레이터(S)와 접촉한 경우라도, 원활한 전진/후퇴가 가능해지는 재질로 형성하는 것이 바람직하고, 또한, 그 표면의 마찰 저항이 작아지는 표면 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들면 스테인리스강재를 사용하여, 그 표면 거칠기가 0.5㎛ 정도가 되도록 전해 연마 처리하는 것이 바람직하다.
또한, 절곡 가이드 부재(20), 각 전극 흡착 패드(50P(50N))의 배치 수, 위치, 크기에 대해서는, 적층 동작시에 양자가 간섭하지 않는 배치 구성이면 임의로 설정할 수 있다. 즉, 적층 스테이지(10) 위로 가이드 부재(20)가 전진했을 때에, 승강하는 전극 흡착 패드(50P(50N))와 간섭하지 않도록(절곡 가이드 부재(20)와 전극 흡착 패드(50P(50N))의 선단부와의 적층 스테이지(10) 상으로의 투영면이 서로 간섭하지 않도록), 양자의 형상, 크기, 위치, 배치 수 등을 설정할 수 있다. 본 실시형태에서는, 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 가이드 부재(20)나 전극 흡착 패드(50P(50N))가 적층 스테이지(10) 위의 소정의 위치에 어프로치했을 때에, 'コ' 형상의 가이드 부재(20)의 가이드 변(20R, 20L)이 시트형상 전극(P(N))의 세퍼레이터 이동방향 양단부의 전체 변을 덮고, 또한, 가이드 변(20R, 20L)의 사이에 1개의 전극 흡착 패드(50P(50N))가 위치하도록 서로 배치해서 구성하고 있지만, 예를 들어 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, 가이드 변(20R, 20L)의 사이의 전후방향(안길이방향)으로 2개의 전극 흡착 패드(50P1, 50P2(50N1, 50N2))가 위치하도록 배치해서 구성해도 된다. 또한, 도 2의 (c)에 나타내는 바와 같이, 짧은 가이드 변(21R, 21L)을 가지는 가이드 부재(21)를 형성하고, 선단부분에 전극 흡착 패드(50P1, 50P2(50N1, 50N2))를 배치하도록 구성해도 된다. 또한, 보다 큰 시트형상 전극(P, N)을 개장하는 경우에는, 예를 들어 도 2의 (d)에 나타내는 바와 같이, 대향하는 2개의 'コ'형상 부재(22, 22)에 의해 가이드 부재를 형성하고, 그 사이에 전극 흡착 패드(50P1, 50P2(50N1, 50N2))를 배치하도록 구성해도 된다. 또한, 대형의 시트형상 전극을 흡착시키기 위해서 보다 큰 흡착 면적이 필요해질 경우에는, 예를 들면 그 표면에 다수의 가는 구멍이 형성된 판형상의 흡착 플레이트를 사용해도 된다.
다음으로 이와 같이 구성한 본 실시형태에 따른 적층장치의 동작에 대해서, 도 3~도 9를 참조해서 설명한다.
ST0: 먼저, 초기 상태로서는, 복수의 롤러에 매달린 세퍼레이터(S)의 선단부를 적층 스테이지(10) 상으로 수작업으로 유도하고, 당해 선단부를 적층 스테이지(10)의 아래쪽으로부터 에어로 흡착해서 고정한다. 한편 이때, 적층 스테이지(10)는 세퍼레이터(S)의 접기를 가능하게 하는 소정의 높이보다도 하강해 있는 동시에, 절곡 가이드 부재(20)는 적층 스테이지(10)로부터 후퇴해 있다. 그리고, 도 3에 나타내는 바와 같이, 한쪽의 전극 흡착 패드(예를 들면, 음전극 흡착 패드(50N))에 시트형상 음전극(N)을 1매 흡착시킨 상태로, 당해 시트형상 음전극(N)의 적층이 가능해지는 적층 스테이지(10) 윗쪽의 소정의 위치(도 중, 수평방향의 소정 위치로서, 이하, 적층 포지션이라고도 함)에 당해 음전극 흡착 패드(50N)가 위치하도록 슬라이드 왕복 유닛(50)을 슬라이드시킨다. 이 때, 하부 롤러쌍(60D)과 각 전극 흡착 패드(50P, 50N)와의 간격은, 적층 스테이지(10)와 각 전극 수용부(30, 40)의 격리거리(d)의 절반(d/2)으로 설정되어 있으므로, 세퍼레이터(S)가 삽입 통과된 하부 롤러쌍(60D)은 적층 스테이지(10)의 우측으로 이동하는 동시에, 다른쪽의 전극 흡착 패드(예를 들면, 양전극 흡착 패드(50P))는, 대응하는 시트형상 양전극(P)의 흡착을 가능하게 하는 양전극 수용부(30) 윗쪽의 소정의 위치(도 중, 수평방향의 소정 위치로서, 이하, 흡착 포지션이라고도 함)로 필연적으로 이동하게 된다.
또한, 슬라이드 왕복 유닛(50)의 수평이동(본 예에서는, 도 중, 왼쪽에서 오른쪽)에 수반하여, 텐션 롤러(60T)가 수직방향(본 예에서는, 도 중, 위에서 아래)으로 이동한다. 이와 같이 중력방향으로 승강 자유롭게 형성된 텐션 롤러(60T)에 의해, 하부 롤러쌍(60D)이 적층 스테이지(10) 위를 세퍼레이터(S)와 함께 왕복이동한 경우라도, 항상 일정한 장력이 세퍼레이터(S)에 부여되게 되어, 세퍼레이터(S) 에 느슨함이나 주름이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다. 또한, 텐션 롤러(60T)와 테이프부(61)의 중심이 연직방향 대략 동일 직선상이 되도록 배치되어 있으므로, 적층에 수반하여 테이프부(61)에 감겨 있는 세퍼레이터(S)의 직경이 감소해 간 경우라도, 세퍼레이터(S)에 부여되는 장력을 안정적으로 일정하게 유지할 수 있다.
ST1: 계속해서, 도 4에 나타내는 바와 같이, 시트형상 음전극(N)을 유지한 음전극 흡착 패드(50N)를 적층 스테이지(10) 위로 신장시켜서, 시트형상 음전극(N)을 통해서 세퍼레이터(S)를 적층 스테이지(10) 상으로 누르는 동시에, 흡착 포지션에 있던 양전극 흡착 패드(50P)를 신축시켜서, 양전극 수용부(30) 내의 시트형상 양전극(P)을 1매 흡착 유지한다. 동시에, 절곡 가이드 부재(20)를, 세퍼레이터(S)의 절곡을 가능하게 하는 적층 스테이지(10) 윗쪽의 소정의 위치(도 중, 전후 방향의 소정 위치로서, 이하, 절곡 포지션이라고도 함)로 전진시키는 동시에, 적층 스테이지(10)를 상승시키고, 세퍼레이터(S) 및 시트형상 음전극(N)을 적층 스테이지(10)와 절곡 가이드 부재(20)로 끼우는 동시에, 슬라이드 동작시의 가이드 부재(20)와의 간섭을 회피하기 위해서 음전극 흡착 패드(50N)를 단축시킨다. 한편 적층 스테이지(10)를 상승시킬 때에는, 음전극 흡착 패드(50N)는, 그 선단에 탄성지지된 흡착 패드가 탄성적으로 줄어들어, 세퍼레이터(S) 및 시트형상 음전극(N)을 적층 스테이지(10)와의 사이에 끼운 상태로 적층 스테이지(10)의 상승 동작에 추종하도록 되어 있다.
ST2: 다음으로, 도 5에 나타내는 바와 같이, 하부 롤러쌍(60D)이 적층 스테이지(10)의 반대측(본 예에서는, 적층 스테이지(10)의 좌측)까지 이동하도록 슬라이드 왕복 유닛(50)을 수평거리(d)만큼 슬라이드시킨다. 이에 따라, 세퍼레이터(S)가 절곡 가이드 부재(20)에 의해 소정의 절곡 포지션에서 절곡됨과 함께, 음전극 흡착 패드(50N)가 흡착 포지션으로 이동하고, 양전극 흡착 패드(50P)가 적층 포지션으로 이동하게 된다. 즉, 양전극 흡착 패드(50P)의 흡착 포지션에서 적층 포지션으로의 이동 동작, 음전극 흡착 패드(50N)의 적층 포지션에서 흡착 포지션으로의 이동 동작, 및 세퍼레이터(S)의 소정의 절곡 포지션에서의 일정한 장력으로의 절곡 동작의 동시 실시가 가능해져, 생산성의 대폭적인 향상을 실현할 수 있다.
ST3: 다음으로, 도 6에 나타내는 바와 같이, 양전극 흡착 패드(50P)를 적층 스테이지(10) 위로 신장시켜서, 시트형상 양전극(P)을 접힌 세퍼레이터(S) 상에 적층함과 함께, 절곡 가이드 부재(20)를 적층 스테이지(10)로부터 후퇴시킨다. 동시에, 흡착 포지션에 있던 음전극 흡착 패드(50N)를 신축시켜서, 음전극 수용부(40) 내의 시트형상 음전극(N)을 1매 흡착 유지한다. 한편, 절곡 가이드 부재(20)를 후퇴시킬 때에는, 각 시트형상 전극(P, N) 및 세퍼레이터(S)는, 가이드 부재(20)와 간섭하지 않도록 가이드 변(20R, 20L)의 사이에 배치된 양전극 흡착 패드(50P)와 적층 스테이지(10)로 끼여져 있으므로, 이들의 시트형상 전극(P, N) 및 세퍼레이터(S)의 위치 어긋남이 생길 일은 없다.
ST4: 계속해서, 도 7에 나타내는 바와 같이, 각 시트형상 전극(P, N) 및 세퍼레이터(S)를, 양전극 흡착 패드(50P)와 적층 스테이지(10)로 끼운 상태로 양전극 흡착 패드(50P) 및 적층 스테이지(10)를 약간 하강시킴과 함께, 절곡 가이드 부 재(20)를 절곡 포지션까지 전진시켜, 각 시트형상 전극(P, N) 및 세퍼레이터(S)와 절곡 가이드 부재(20)와의 간섭을 확실하게 회피한다. 그 후, 적층 스테이지(10)를 다시 상승시킴으로써, 절곡된 세퍼레이터(S)를 통해서 적층된 시트형상 음전극(N) 및 시트형상 양전극(P)을, 적층 스테이지(10)와 절곡 가이드 부재(20)로 끼우는 동시에, 슬라이드 동작시의 가이드 부재(20)와의 간섭을 회피하기 위해서 양전극 흡착 패드(50P)를 단축시킨다.
ST5: 다음으로, 도 8에 나타내는 바와 같이, 하부 롤러쌍(60D)이 적층 스테이지(10)의 반대측(본 예에서는, 적층 스테이지(10)의 우측)까지 이동하도록 슬라이드 왕복 유닛(50)을 수평거리(d)만큼 슬라이드시킨다. 이에 따라, 세퍼레이터(S)가 절곡 가이드 부재(20)에 의해 소정의 절곡 포지션에서 절곡됨과 함께, 양전극 흡착 패드(50P)가 흡착 포지션으로 이동하고, 음전극 흡착 패드(50N)가 적층 포지션으로 이동하게 된다.
ST6: 이상의 스텝 ST1~ST5를 반복함으로써, 도 9에 나타내는 바와 같은, 일정한 절곡 포지션에서 지그재그 형상으로 접힌 연속 세퍼레이터(S)의 사이에, 원하는 매수(단수)의 시트형상 전극(P, N)이 개장된 적층체(70)가 적층 스테이지(10) 상에 형성된다.
ST7: 그리고, 최종단의 시트형상 전극의 적층 및 세퍼레이터(S)의 절곡이 완료한 후, 하부 롤러쌍(60D)의 근방에서 세퍼레이터(S)를 절단한 후, 단말처리를 행하여 적층체(70)를 완성시킨다.
그 후, 이 적층체(70)를 소정의 전해액과 함께, 원하는 외장체(예를 들면, 캔 형상의 외장체나, 가요성이 있는 시트형상 외장체 등) 내에 밀봉함으로써, 리튬이온 이차전지가 완성된다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 적층장치에 의하면, 종래의 세퍼레이터의 절단 공정을 생략해서 생산성의 향상을 도모하는 동시에, 세퍼레이터 왕복이동수단을 구성하는 하부 롤러쌍(60D)(슬라이드 왕복 유닛(50))의 이동에 의해 세퍼레이터(S)를 절곡할 때에는, 소정의 절곡 포지션에 배치된 절곡 가이드 부재(20)에 의해 시트형상 전극(P(N))의 단부(단변)에 무리한 힘이 가해지는 것을 방지할 수 있다. 더불어, 항상 적층 스테이지(10) 위의 세퍼레이터(S) 및 시트형상 전극(P(N))은, 적층 스테이지(10)와, 절곡 가이드 부재(20) 및/또는 전극 흡착 패드(50P(50N))로 끼여져 있기 때문에, 세퍼레이터(S)를 절곡할 때의 시트형상 전극(P(N))의 위치 어긋남을 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 절곡 가이드 부재(20) 및 전극 흡착 패드(50P(50N))의 적층 스테이지(10) 위로의 각 투영면이 서로 간섭하지 않도록 이들의 배치 관계가 선정되어 있으므로, 적층체(70)를 끼운 상태에서, 절곡 가이드 부재(20)를 적층 스테이지(10)에 대하여 접리 이동시킬 때에도, 용이하고 원활한 이동이 가능해져, 이로 인해, 적층체를 구성하는 시트형상 전극의 위치 어긋남의 방지뿐만 아니라, 절곡 가이드 부재(20)를 이동(근접/격리)시킬 때의 시트형상 전극에 대한 대미지도 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 세퍼레이터 왕복이동수단을 구성하는 하부 롤러쌍(60D)과 각 전극 흡착 패드(50P, 50N)를 슬라이드 왕복 유닛(50)과 일체로 구성하는 동시에, 적층 스테이지(10), 각 전극 수용부(30, 40)와의 위치 관계를 소정의 배치로 함으로써, 한쪽의 극성의 시트형상 전극의 흡착 포지션에서 적층 포지션으로의 이동 동작, 다른쪽의 극성의 시트형상 전극의 적층 포지션에서 흡착 포지션으로의 이동 동작, 및 세퍼레이터(S)의 소정의 절곡 포지션에서의 일정한 장력으로의 절곡 동작의 연속적인 동시 실시가 가능해져, 생산성의 대폭적인 향상을 실현할 수 있다.
또한, 세퍼레이터 왕복이동수단과 각 전극 흡착 패드(50P, 50N)를 슬라이드 왕복 유닛(50)으로서 단일 구동원에 의해 일체로 왕복이동시킴으로써, 액츄에이터 수의 삭감, 구성의 대폭적인 간소화, 컴팩트화, 코스트 다운 등에 기여할 수 있다.
또한, 예를 들면 종래의 회선(回旋) 구조의 적층체에 비해, 세퍼레이터(S)에 대하여 과대한 장력을 부여하는 일 없이, 또한, 개장되는 시트형상 전극의 위치 어긋남을 방지하면서, 항상 일정한 절곡 포지션에서 일정한 장력으로 세퍼레이터(S)를 균일하게 절곡하는 것이 가능해지므로, 세퍼레이터(S)에 대한 대미지를 억제해서 적용 가능한 세퍼레이터(예를 들면, 내열성이 높으나 절곡시의 취성이 문제되는 무기재료 복합 세퍼레이터 등)의 선정 자유도가 증대하여, 용도에 따른 전지 품질의 향상에 한층 기여할 수 있다.
다음으로, 본 실시형태의 변형예에 대해서, 도 10을 참조하여 더 설명한다.
일반적으로, 시트형상 전극(P, N)의 위치 어긋남을 방지하도록 연속 세퍼레이터(S)를 절곡 형성하여 구성한 적층체(70)의 세퍼레이터(S)의 최종 단계에서의 단말처리를 사람의 수작업으로 행할 때에는, 적층체(70)에 뜻밖의 대미지나 시트형상 전극(P, N)의 위치 어긋남이 발생하기 쉬워진다.
그래서, 본 실시형태에 따른 변형예는, 지그재그 형상으로 절곡되어 형성된 연속 세퍼레이터(S)와 시트형상 전극(P, N)으로 형성된 적층체(70)의 최종처리를 위해서, 적층 스테이지(10) 상에 형성된 적층체(70)를 회전 가능하게 파지하는 파지수단인 그리퍼(gripper) 유닛을 더 설치한 것이다. 여기서, 도 10의 (a)는 본 변형예에 따른 그리퍼 유닛의 구성을 설명하기 위한 모식적 측면도이며, 도 10의 (b)는 적층 스테이지(10) 상에 형성된 적층체(70)를 그리퍼로 파지한 상태를 나타내는 모식적 정면도이다.
도 10의 (a)에 나타내는 바와 같이, 그리퍼 유닛(100)은, 예를 들면, 적층 스테이지(10)에 대하여 전진/후퇴가 가능하도록 형성된 대략 L자 형상의 슬라이더(101)와, 이 슬라이더(101)의 수직부를 관통해서 베어링 등에 의해 회전 지지되는 동시에, 슬라이더(101)와 일체로 탑재된 모터(103), 기어(105) 등을 통해서 회전 구동되는 단면 대략 T자 형상의 회전축(107)과, 이 회전축(107)의 선단에 장착되어, 공기공급원에 의해 상하방향으로 개폐 자유롭게 형성된 그리퍼부(G)를 구비하며, 이 그리퍼부(G)는, 평판형상의 상부 그리퍼(110)와 평판형상의 하부 그리퍼(120)를 가지고 있다. 한편, 상부 그리퍼(110)의 형상은, 적층 스테이지(10) 상에 어프로치했을 때에, 전극 흡착 패드(50P(50N))와의 간섭을 회피하여, 하부 그리퍼(120)와의 사이에 적층체(70)를 끼울 수 있는 형상이면 되며, 전극 흡착 패드(50P(50N))의 배치에 따라서, 예를 들면, 대략 'コ' 형상의 평판형상 등을 임의로 선정할 수 있다.
또한, 본 변형예에 있어서의 적층 스테이지(10)에는, 그 중앙부에 평판형상 의 하부 그리퍼(120)를 삽입 가능한 오목형상의 홈(10a)이 그리퍼부(G)의 진행 방향을 따라서 형성되어 있는 동시에, 절곡 가이드 부재(20)는, 그리퍼부(G)가 적층 스테이지(10)를 향해서 전진/후퇴할 때에 간섭하지 않도록, 소정의 퇴피 위치로 이동할 수 있는 자유도(예를 들면, 상하방향으로의 이동 기구 등)가 더 부가되어 있다.
이러한 그리퍼 유닛(100)을 설치한 경우의 이차전지의 제조 순서에 대해서 이하에 설명한다. 또한, 최종단계에서의 단말처리를 제외하고, 적층 스테이지(10) 상에 원하는 매수의 시트형상 전극(P, N) 및 세퍼레이터(S)가 적층된 적층체(70)를 형성하는 순서는 상술한 순서(ST0~ST6)와 같으므로 생략한다.
ST7': 적층 스테이지(10) 상에 원하는 매수의 적층체(70)를 형성한 후, 시트형상 전극(P(N))의 위치 어긋남이 생기지 않도록, 전극 흡착 패드(50P(50N))와 적층 스테이지(10)로 적층체(70)를 끼운다. 이 때, 적층 스테이지(10)는, 시트형상 전극(P, N)의 적층 매수에 따라서 그 최상부의 세퍼레이터(S)가 소정의 위치(높이)가 되도록 하강하고 있고, 그리퍼 유닛(100)에 대해서는, 그 하부 그리퍼(120)가 적층 스테이지(10)의 홈(10a)에 대하여 삽입 가능한 위치(높이)가 되도록 그리퍼부(G)가 열려 있다.
ST8: 그리퍼 유닛(100)을 전진시켜서 하부 그리퍼(120)를 적층 스테이지(10)의 홈(10a)에 삽입한 후, 그리퍼부(G)를 닫아서 적층체(70)를 파지하고, 세퍼레이터(S)를 임의의 개소에서 절단한다(도 10의 (b) 참조).
ST9: 계속해서, 적층 스테이지(10)를 하강시키는 동시에, 전극 흡착 패 드(50P(50N))를 상승시켜서, 적층체(70)를 회전시킬 공간을 확보한다. 그리고, 그리퍼 유닛(100)의 회전축(107)을 회전시킴으로써, 그리퍼부(G)로 파지된 적층체(70)를 회전시켜서 세퍼레이터(S)를 적층체(70)의 주위에 감아 감싸 넣어, 이에 따라, 내부에 개장된 시트형상 전극(P, N)의 최종단계에서의 전극위치 어긋남의 발생을 미연에 방지하여, 안정된 위치 결정을 가능하게 한다. 그 후, 세퍼레이터(S)의 단부에 접착 등의 단말 처리를 실시하여 내부전극쌍을 구성하는 적층체(70)를 완성시킨다.
이와 같은 그리퍼 유닛(100)을 설치함으로써, 파지수단의 추가나 절곡 가이드 부재(20)에 대한 자유도의 부가에 의해 그 구성이나 제어는 복잡화되지만, 적층 스테이지(10) 상에 형성된 적층체(70)의 최종처리의 단계에 있어서도 수작업의 개입을 극력 배제하여, 생산성의 향상과 아울러 수작업의 개입에 의한 품질 저하를 미연에 방지할 수 있다.
다음으로, 본 실시형태에 따른 다른 변형예에 대해서, 도 11을 참조하여 더 설명한다.
본 변형예는, 만일, 세퍼레이터(S)에 핀 홀 등의 결함이 발생한 경우라도 적층체(70)의 품질을 안정적으로 유지하기 위해서, 테이프 형상 세퍼레이터(S)의 다중화를 도모한 것이다. 여기서, 도 11은 간략화를 위해서 세퍼레이터(S)의 공급부에 관련되는 부재만을 확대해서 나타낸 모식도이다.
도 11의 (a)에 나타내는 바와 같이, 본 변형예에서는, 복수매의 테이프 형상 세퍼레이터(예를 들면, 2매의 세퍼레이터(S1, S2))를 미리 겹친 상태(적층한 상태)로 테이프부(61)에 감고, 이 다중화 세퍼레이터(S1, S2)를 복수의 롤러에 매달아, 적층 스테이지(10) 상에 공급하도록 되어 있다. 또한, 다중화 세퍼레이터(S1, S2)의 적층 스테이지(10) 상으로의 고정은, 각 세퍼레이터(S1, S2)의 선단부(S1t, S2t)를 적층 스테이지(10) 상에서 약간 이동시켜 배치하여, 각각의 선단부(S1t, S2t)를 에어로 흡착 고정해도 되고, 미리 선단부(S1t, S2t)만을 접착 등으로 접속해 두고, 당해 접속된 선단부(S1t, S2t)를 일괄해서 에어로 흡착 고정(도 11의 (b) 참조)하도록 구성해도 된다.
또한, 도 11의 (b)에 나타내는 바와 같이, 세퍼레이터(S1, S2)마다 테이프부(61, 61a)를 복수 마련해도 되며, 이와 같이 구성한 경우에는 테이프 형상 세퍼레이터(S1, S2)의 적층 매수의 변경 등의 다양한 다중화가 보다 한층 간이하게 실현 가능해진다. 또한, 세퍼레이터(S)의 다중화 매수(적층 매수)에 대해서는, 임의로 선정할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 적층장치에 의하면, 세퍼레이터(S)의 재질·구성 등의 변경에 대하여 유연하게 대응할 수 있으므로, 본 변형예와 같은 다중화 세퍼레이터(S1, S2)를 용이하게 실현할 수 있어, 적층체(70)의 품질 및 신뢰성의 향상에 보다 한층 기여할 수 있다.
<제2실시형태>
다음으로, 본 발명에 따른 적층장치의 제2실시형태에 대해서 도 12를 참조해서 설명한다. 여기서, 도 12의 (a)는 본 발명에 따른 적층장치의 전체 구성을 나타내는 모식적 정면도이며, 도 12의 (b)는 모식적 평면도이다. 한편, 명료화를 위해서, 도 12의 (a)에서는 세퍼레이터가 복수의 롤러에 매달려 적층 스테이지로 공급되고 있는 상태를 나타내는 데 반해, 도 12의 (b)에서는 당해 세퍼레이터를 생략한 상태를 나타내는 것으로 한다.
또한, 본 실시형태에 따른 적층장치(1A)는, 앞의 실시형태에 있어서의 전극 흡착 패드(50P, 50N)가 세퍼레이터 왕복이동수단을 구성하는 하부 롤러쌍(60D)과 일체로 왕복이동하도록 구성한 데 비해, 각 전극 흡착 패드(50P, 50N)의 이동 궤적이 하부 롤러쌍(60D)과는 독립된 원궤도를 그리도록 구성한 것으로서, 앞의 실시형태와 같은 기능을 가지는 부재에는 같은 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 적층장치(1A)는, 도 12에 나타내는 바와 같이, 복수의 롤러에 매달린 테이프 형상의 연속된 세퍼레이터(S)와, 그 위에 시트형상 양전극(P) 및 시트형상 음전극(N)이, 연속된 테이프 형상의 세퍼레이터(S)를 통해서 번갈아 적층되는 승강 자유롭게 형성된 적층 스테이지(10)와, 소정의 높이를 유지하면서 적층 스테이지(10)에 대하여 전진 또는 후퇴(근접 또는 격리)가 가능하도록 형성되어, 세퍼레이터(S)의 지그재그 형상의 순차적인 절곡을 소정의 위치(높이)에서 가이드하는 절곡 가이드 부재(20)와, 적층 스테이지(10)의 윗쪽에 배치되어, 적층 스테이지(10)를 중심으로 해서 임의의 스트로크로 왕복이동 가능하도록 형성된 슬라이드 왕복 유닛(50)과, 적층 스테이지(10)의 전방에 배치되어 임의의 각도 범위에서 회전 가능하게 형성된 회전 왕복 유닛(50R)과, 회전 왕복 유닛(50R)의 소정의 원궤도 상에 배치되어, 복수의 시트형상 양전극(P)을 적층상태로 수용하는 양전극 수용부(30) 및 복수의 시트형상 음전극(N)을 적층상태로 수용하는 음전극 수용부(40)와, 이들 구성 기기들의 동작을 제어하는 도시하지 않는 장치 컨트롤러 등을 구비하고 있다.
본 실시형태에 있어서의 슬라이드 왕복 유닛(50)은, 적층 스테이지(10)의 배면측에서 수평방향으로 왕복이동 가능하도록 구성한 슬라이드 부재(51)를 구비하며, 이 슬라이드 부재(51)의 대략 중앙부에는 수직방향으로 연장되는 수직 암(53)이 장착되어 있다. 그리고, 이 수직 암(53)의 상단부에는, 세퍼레이터(S)가 매달아지는 상부 롤러(60U)가 적층 스테이지(10)측으로 대략 수평으로 돌출하도록 장착되어 있는 동시에, 수직 암(53)의 하단부에는 한쌍의 하부 롤러쌍(60D)이 적층 스테이지(10)의 윗표면 근방에 대략 수평으로 돌출하도록 장착되어 있다.
한편, 본 실시형태에 있어서의 회전 왕복 유닛(50R)은 적층 스테이지(10)의 전방에 세워져 설치되어 회전 자유롭게 형성된 회전지지부재(511)와, 이 회전지지부재(511)의 꼭대기부에 장착되어, 임의의 굴곡 각도로 형성된 대략 'く'형상의 굴곡 암(513)과, 이 굴곡 암(513)의 선단에 형성된 전극유지/이동수단인 양전극 흡착 패드(50P) 및 음전극 흡착 패드(50N)를 구비하고 있다. 구체적으로는, 이 굴곡 암(513)은, 도 12의 (b)에 가장 잘 나타나 있는 바와 같이, 수평방향으로 연장되는 우측 암부(513R) 및 좌측 암부(513L)를 가지며, 우측 암부(513R)의 선단에는, 양전극 수용부(30)로부터 시트형상 양전극(P)을 흡착 유지해서 적층 스테이지(10)로의 이동 공급을 가능하게 하는, 상하방향으로 신축 자유롭게 형성된 양전극 흡착 패드(50P)가 매달려 장착되어 있다. 마찬가지로, 좌측 암부(513L)의 선단에는, 음전극 수용부(40)로부터 시트형상 음전극(N)을 흡착 유지해서 적층 스테이지(10)로의 이동 공급을 가능하게 하는, 상하방향으로 신축 자유롭게 형성된 음전극 흡착 패드(50N)가 매달려 장착되어 있다. 그리고, 이 대략 'く' 형상의 굴곡 암(513)은, 우측 암부(513R)와 좌측 암부(513L)의 접합 부분(굴곡 암(513)의 굴곡부분)이 회전지지부재(511)와 일체로 회전 가능하게 장착되어 있는 동시에, 우측 암부(513R)와 좌측 암부(513L)의 열림 각도(굴곡 암(513)의 선단에 장착된 각 전극 흡착 패드(50P, 50N) 사이의 회전 중심에 대한 각도)(θ)를 임의로 조정 변경할 수 있도록 형성되어 있다. 즉, 본 실시형태에 따른 적층장치(1A)에서는, 상부 롤러(60U)와 하부 롤러쌍(60D)에 관해서는, 슬라이드 왕복 유닛(50)과 일체로 형성되어 있으며, 한편, 각 전극 흡착 패드(50P, 50N)에 관해서는, 회전 왕복 유닛(50R)과 일체로 형성되어 있다. 그리고, 각 왕복 유닛(50, 50R)은 각각 독립적으로 이동하도록 구성되어 있는 동시에, 각 전극 흡착 패드(50P, 50N)의 열림 각도(θ)는 임의로 설정가능하도록 형성되어 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 적층장치(1A)에서는, 도 12의 (b)에 가장 잘 나타나 있는 바와 같이, 회전 왕복 유닛(50R)은, 회전지지부재(511)를 회전시켰을 때에, 굴곡 암(513)의 선단에 장착된 각 전극 흡착 패드(50P, 50N)가 그리는 원궤도(C)(도 12의 (b)의 점선(C))가 적층 스테이지(10)의 대략 중심을 통과하도록, 회전지지부재(511)나 굴곡 암(513) 등의 배치 위치나 길이가 설정되어 있다. 이 원궤도(C)는, 보다 구체적으로는, 세퍼레이터(S)의 이동방향을 따른 중심선(L)(도 12의 (b)의 이점 쇄선)과 적층 스테이지(10)의 대략 중심에서 접하도록 설정되어 있으며, 또한, 양전극 수용부(30) 및 음전극 수용부(40)는 마찬가지로 각 중심이 원궤도(C) 상에 위치하도록 배치되어 있다. 그리고, 각 전극 수용부(30, 40)와 적층 스테이지(10)와의 배치 각도(원궤도(C) 상의 각 전극 수용부(30, 40)와 적층 스테이지(10)와의 회전 중심에 대한 각도)는 굴곡 암(513)의 열림 각도(θ)와 균등한 각도(θ)가 되도록 설정되어 있으며, 각 전극 흡착 패드(50P, 50N)는, 대응하는 전극 수용부(30, 40)와 적층 스테이지(10)의 사이에서, 소정의 원궤도(C) 상을 소정의 각도범위(2θ)의 영역에서 회전 왕복이동하도록 되어 있다.
이와 같이, 세퍼레이터 왕복이동수단을 구성하는 롤러쌍(60D)을 구비한 슬라이드 왕복 유닛(50)과, 전극유지/이동수단을 구성하는 각 전극 흡착 패드(50P, 50N)를 구비한 회전 왕복 유닛(50R)을 독립적으로 구동 가능하도록 구성하고, 각 전극 수용부(30, 40)와의 위치 관계를 소정의 배치로 함으로써, 상세한 동작을 후술하는 바와 같이, 한쪽의 극성의 시트형상 전극의 적층 스테이지(10)로의 공급 동작과, 다른쪽의 극성의 시트형상 전극의 전극 수용부로의 이동 동작과, 소정의 위치에 있어서의 세퍼레이터(S)의 절곡 동작을 거의 동시에 실시 가능하게 하여, 생산성의 대폭적인 향상을 도모하는 동시에, 세퍼레이터(S)의 왕복 스트로크나 시트형상 전극(P, N)의 적층 타이밍의 임의 설정을 가능하게 하여, 시트형상 전극(P, N)이나 세퍼레이터(S)의 용도에 따른 사이즈·형상 등의 변경에 대한 유연한 대응을 가능하게 하고 있다.
다음으로 이와 같이 구성한 본 실시형태에 따른 적층장치의 동작에 대해서, 도 13~도 19를 참조해서 설명한다. 한편, 명료화를 위해서, 회전 왕복 유닛(50R)의 회전지지부재(511)는 각 도면에 있어서 생략하고 있다.
ST10: 먼저, 초기 상태로서는, 앞의 실시형태와 마찬가지로, 복수의 롤러에 매달린 세퍼레이터(S)의 선단부를 적층 스테이지(10) 상으로 수작업으로 유도하고, 당해 선단부를 적층 스테이지(10)의 아래쪽으로부터 에어로 흡착해서 고정한다. 한편 이때, 적층 스테이지(10)는, 세퍼레이터(S)의 접기를 가능하게 하는 소정의 높이보다도 하강하고 있는 동시에, 절곡 가이드 부재(20)는 적층 스테이지(10)로부터 후퇴하고 있으며, 하부 롤러쌍(60D)은 적층 스테이지(10)의 측쪽(본 예에서는, 적층 스테이지(10)의 우측)으로 이동하고 있는 것으로 한다. 그리고, 도 13에 나타내는 바와 같이, 한쪽의 전극 흡착 패드(예를 들면, 음전극 흡착 패드(50N))에 시트형상 음전극(N)을 1매 흡착시킨 상태로, 당해 시트형상 음전극(N)의 적층이 가능해지는 적층 스테이지(10)의 대략 바로 위의 적층 포지션에 당해 음전극 흡착 패드(50N)가 위치하도록 회전 왕복 유닛(50R)을 소정의 방향(본 예에서는, 시계회전방향)으로 회전시킨다. 이 때, 각 전극 흡착 패드(50P, 50N) 사이의 열림 각도는, 각 전극 수용부(30, 40)와 적층 스테이지(10) 사이의 배치 각도와 동등한 각도(θ)로 설정되어 있으므로, 다른쪽의 전극 흡착 패드(예를 들면, 양전극 흡착 패드(50P))는, 대응하는 시트형상 양전극(P)의 흡착을 가능하게 하는 양전극 수용부(30)의 대략 바로 위의 흡착 포지션으로 필연적으로 이동하게 된다. 또한, 슬라이드 왕복 유닛(50)이 수평이동(예를 들면, 도 중, 왼쪽에서 오른쪽)할 때에는, 앞의 실시형태와 마찬가지로, 텐션 롤러(60T)가 수직방향(예를 들면, 도 중, 위에서 아래)으로 이동한다.
ST11: 계속해서, 도 14에 나타내는 바와 같이, 앞의 실시형태와 같이, 시트형상 음전극(N)을 유지한 음전극 흡착 패드(50N)를 적층 스테이지(10) 위로 신장시켜서, 시트형상 음전극(N)을 통해서 세퍼레이터(S)를 적층 스테이지(10) 상으로 누르는 동시에, 흡착 포지션에 있던 양전극 흡착 패드(50P)를 신축시켜서, 양전극 수용부(30) 내의 시트형상 양전극(P)을 1매 흡착 유지한다. 동시에, 절곡 가이드 부재(20)를, 세퍼레이터(S)의 절곡을 가능하게 하는 적층 스테이지(10) 윗쪽의 절곡 포지션으로 전진시킴과 함께, 적층 스테이지(10)를 상승시켜서, 세퍼레이터(S) 및 시트형상 음전극(N)을 적층 스테이지(10)와 절곡 가이드 부재(20)로 끼우는 동시에, 회전 동작시의 가이드 부재(20)와의 간섭을 회피하기 위해서 음전극 흡착 패드(50N)를 단축시킨다.
ST12: 다음으로 도 15에 나타내는 바와 같이, 하부 롤러쌍(60D)이 적층 스테이지(10)의 반대측(본 예에서는, 적층 스테이지(10)의 좌측)까지 이동하도록 슬라이드 왕복 유닛(50)을 임의의 스트로크로 슬라이드시키고, 세퍼레이터(S)를 절곡 가이드 부재(20)에 의해 소정의 절곡 포지션에서 절곡한다. 동시에, 회전 왕복 유닛(50R)을 소정의 방향(본 예에서는, 반시계회전방향)으로 θ만큼 회전시켜서, 음전극 흡착 패드(50N)를 흡착 포지션으로 이동시킴과 함께, 양전극 흡착 패드(50P)를 적층 포지션으로 이동시킨다. 이에 따라, 양전극 흡착 패드(50P)의 흡착 포지션으로부터 적층 포지션으로의 이동 동작, 음전극 흡착 패드(50N)의 적층 포지션으로부터 흡착 포지션으로의 이동 동작, 및 세퍼레이터(S)의 소정의 절곡 포지션에서의 일정한 장력으로의 절곡 동작을 거의 동시에 실시하는 것이 가능해져, 생산성의 대폭적인 향상을 실현할 수 있다. 또한, 슬라이드 왕복 유닛(50)과 회전 왕복 유닛(50R)이 각각 독립된 궤도 상을 이동하므로, 세퍼레이터(S)의 왕복 스트로크나 각 시트형상 전극(P, N)의 적층 타이밍이 임의로 설정 가능해져, 시트형상 전극(P, N)이나 세퍼레이터(S)의 용도에 따른 사이즈, 형상, 재질 등의 변경에 대해 보다 적절하고 유연한 대응이 가능해진다.
ST13: 다음으로 도 16에 나타내는 바와 같이, 양전극 흡착 패드(50P)를 적층 스테이지(10) 위로 신장시키고, 시트형상 양전극(P)을 접힌 세퍼레이터(S) 상에 적층하는 동시에, 절곡 가이드 부재(20)를 적층 스테이지(10)로부터 후퇴시킨다. 동시에, 흡착 포지션에 있던 음전극 흡착 패드(50N)를 신축시켜서, 음전극 수용부(40) 내의 시트형상 음전극(N)을 1매 흡착 유지한다. 한편, 절곡 가이드 부재(20)를 후퇴시킬 때에는, 각 시트형상 전극(P, N) 및 세퍼레이터(S)는, 가이드 부재(20)의 가이드 변(20R, 20L)의 사이에 배치된 양전극 흡착 패드(50P)와 적층 스테이지(10)로 끼여져 있으므로, 이들 시트형상 전극(P, N) 및 세퍼레이터(S)의 위치 어긋남이 생길 일은 없다.
ST14: 계속해서, 도 17에 나타내는 바와 같이, 절곡 가이드 부재(20)와의 간섭을 확실하게 회피하기 위해서, 각 시트형상 전극(P, N) 및 세퍼레이터(S)를 양전극 흡착 패드(50P)와 적층 스테이지(10)로 끼운 상태로 양전극 흡착 패드(50P) 및 적층 스테이지(10)를 약간 하강시키는 동시에, 절곡 가이드 부재(20)를 절곡 포지션까지 전진시킨다. 그 후, 적층 스테이지(10)를 다시 상승시킴으로써, 절곡된 세퍼레이터(S)를 통해서 적층된 시트형상 음전극(N) 및 시트형상 양전극(P)을, 적층 스테이지(10)와 절곡 가이드 부재(20)로 끼우는 동시에, 회전 동작시의 가이드 부재(20)와의 간섭을 회피하기 위해서 양전극 흡착 패드(50P)를 단축시킨다.
ST15: 다음으로 도 18에 나타내는 바와 같이, 하부 롤러쌍(60D)이 적층 스테이지(10)의 반대측(본 예에서는, 적층 스테이지(10)의 우측)까지 이동하도록 슬라이드 왕복 유닛(50)을 임의의 스트로크만큼 슬라이드시키고, 세퍼레이터(S)를 절곡 가이드 부재(20)에 의해 소정의 절곡 포지션에서 절곡한다. 동시에, 회전 왕복 유닛(50R)을 소정의 방향(본 예에서는, 시계회전방향)으로 θ만큼 회전시켜서, 양전극 흡착 패드(50P)를 흡착 포지션으로 이동시킴과 함께, 음전극 흡착 패드(50N)를 적층 포지션으로 이동시킨다.
ST16: 이상의 스텝 ST11~ST15를 반복함으로써, 도 19에 나타내는 바와 같은, 일정한 절곡 포지션에서 지그재그 형상으로 접힌 연속 세퍼레이터(S)의 사이에 원하는 매수(단수)의 시트형상 전극(P, N)이 개장된, 앞의 실시형태와 같은 적층체(70)가 적층 스테이지(10) 상에 형성된다. 그 후, 앞의 실시형태와 같이, 단말처리를 행해서 적층체(80)를 소정의 전해액과 함께, 원하는 외장체(예를 들면, 캔 형상의 외장체나, 가요성이 있는 시트형상 외장체 등) 내에 밀봉함으로써, 리튬이온 이차전지가 완성된다.
이와 같이 구성한 본 실시형태에 따른 적층장치(1A)에 있어서는, 세퍼레이터 왕복이동수단을 구성하는 하부 롤러쌍(60D)과 각 전극 흡착 패드(50P, 50N)를 각각 독립적으로 구동 제어함으로써, 연속 세퍼레이터(S)의 소정의 위치에서의 절곡 타이밍과 각 시트형상 전극(P, N)의 적층 타이밍의 정밀도 좋은 조정 제어가 가능해 져, 적층체(70)의 품질 향상에 기여할 수 있다. 또한, 세퍼레이터(S)의 왕복이동의 스트로크나 각 시트형상 전극(P, N)의 적층 타이밍을 임의로 변경할 수 있으므로, 시트형상 전극(P, N)이나 세퍼레이터(S)의 용도에 따른 재질·형상·사이즈의 변경에 대하여 보다 유연한 대응이 가능해진다.
또한, 도 12의 (b)에 나타내는 바와 같이, 한쪽의 극성의 전극 흡착 패드(본 예에서는, 음전극 흡착 패드(50N))가 회전 이동해서 적층 포지션에 위치할 때에는, 다른쪽의 극성의 양전극 흡착 패드(50P)는 흡착 포지션에 위치하는 동시에, 이들과는 독립적으로 세퍼레이터 왕복이동수단을 구성하는 하부 롤러쌍(60D)이 적층 스테이지(10) 위를 왕복이동 가능하도록 구성되어 있으므로, 앞의 실시형태에 비해 구성이나 제어는 복잡해지지만, 앞의 실시형태와 같이, 한쪽의 극성의 시트형상 전극의 흡착 포지션으로부터 적층 포지션으로의 이동 동작, 다른쪽의 극성의 시트형상 전극의 적층 포지션으로부터 흡착 포지션으로의 이동 동작, 및 세퍼레이터(S)의 소정의 절곡 포지션에서의 일정한 장력으로의 절곡 동작의 동시 실시가 가능해져, 생산성의 대폭적인 향상을 실현할 수 있다.
또한, 각 전극 흡착 패드(50P, 50N)의 열림 각도(θ)를 임의로 변경 가능하도록 굴곡 암(83)을 구성함으로써, 각 전극 수용부(30, 40)의 설치 위치의 변경이나, 각 시트형상 전극(P, N)을 적층 스테이지(10)에 적층하는 타이밍 변경에 간단하게 대응할 수 있다.
한편, 이상의 각 실시형태에 있어서는, 리튬이온 이차전지를 제조하는 경우의 제조 순서를 예로 해서 설명했지만, 본 발명에 따른 적층장치는, 이러한 리튬이 온 이차전지의 제조뿐만 아니라, 같은 구성을 가지는 적층체의 제조에도 당연히 적용 가능하다. 예를 들면, 각 시트형상 전극을 모두 그 표면에 활성탄 등의 탄소재료가 도포된 알루미늄박으로 구성함으로써, 전기 이중층 커패시터의 제조에도 용이하게 적용할 수 있다. 또한, 상술한 각 실시형태의 구성 요소는, 당연히 적당히 조합해서(예를 들면, 그리퍼 유닛(100)이나 다중화 세퍼레이터와 제2실시형태에 따른 적층장치(1A)와의 조합) 실시해도 된다.

Claims (15)

  1. 연속하는 테이프 형상의 세퍼레이터를 접으면서, 상기 세퍼레이터 및 시트형상 전극을 순차 적층해서 적층체를 형성하는 연속 세퍼레이터 및 시트형상 전극의 적층장치로서,
    상기 테이프 형상의 세퍼레이터의 선단부를 흡착 유지하고, 그 위에 시트형상 전극 및 세퍼레이터가 순차 적층되는 적층 스테이지와,
    상기 적층 스테이지의 윗쪽에서, 상기 테이프 형상 세퍼레이터를 상기 적층 스테이지를 중심으로 해서 왕복이동시키는 세퍼레이터 왕복이동수단과,
    적층된 상기 시트형상 전극의 상기 세퍼레이터의 이동방향 양단부의 변을 덮도록 상기 적층 스테이지에 대하여 근접, 또는 격리 가능하도록 구성되며, 상기 세퍼레이터의 왕복이동에 수반하는 상기 시트형상 전극 양단부에서의 접기를 가이드하는 절곡 가이드 부재를 포함하고,
    복수의 시트형상 양전극을 수용 가능한 양전극 수용부와, 복수의 시트형상 음전극을 수용 가능한 음전극 수용부와, 상기 양전극 수용부 내의 시트형상 양전극을 1매씩 유지해서 상기 적층 스테이지 상으로 이동 공급하는 양전극유지/이동수단과, 상기 음전극 수용부 내의 시트형상 음전극을 1매씩 유지해서 상기 적층 스테이지 상으로 이동 공급하는 음전극유지/이동수단을 또한 포함하며, 상기 세퍼레이터 왕복이동수단과, 상기 양전극유지/이동수단 및 음전극유지/이동수단과는 대략 동일 직선상을 일체로 왕복이동하는 것을 특징으로 하는 연속 세퍼레이터 및 시트형상 전극의 적층장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세퍼레이터 왕복이동수단은, 그 사이에 상기 테이프 형상 세퍼레이터가 삽입 통과된 롤러쌍을 상기 적층 스테이지를 중심으로 해서 상기 스테이지면을 따라서 왕복이동시킴으로써 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 세퍼레이터 및 시트형상 전극의 적층장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세퍼레이터 왕복이동수단은, 상기 양전극유지/이동수단과 상기 음전극유지/이동수단의 중앙에 배치되어 있는 동시에, 상기 적층 스테이지는, 상기 양전극 수용부와 상기 음전극 수용부의 중앙에 배치되어 있으며, 또한, 상기 세퍼레이터 왕복이동수단과 상기 각 전극유지/이동수단의 수평방향의 격리거리는, 상기 적층 스테이지와 상기 각 전극 수용부의 수평방향의 격리거리의 절반으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 세퍼레이터 및 시트형상 전극의 적층장치.
  5. 연속하는 테이프 형상의 세퍼레이터를 접으면서, 상기 세퍼레이터 및 시트형상 전극을 순차 적층해서 적층체를 형성하는 연속 세퍼레이터 및 시트형상 전극의 적층장치로서,
    상기 테이프 형상의 세퍼레이터의 선단부를 흡착 유지하고, 그 위에 시트형상 전극 및 세퍼레이터가 순차 적층되는 적층 스테이지와,
    상기 적층 스테이지의 윗쪽에서, 상기 테이프 형상 세퍼레이터를 상기 적층 스테이지를 중심으로 해서 왕복이동시키는 세퍼레이터 왕복이동수단과,
    적층된 상기 시트형상 전극의 상기 세퍼레이터의 이동방향 양단부의 변을 덮도록 상기 적층 스테이지에 대하여 근접, 또는 격리 가능하도록 구성되며, 상기 세퍼레이터의 왕복이동에 수반하는 상기 시트형상 전극 양단부에서의 접기를 가이드하는 절곡 가이드 부재를 포함하고,
    복수의 시트형상 양전극을 수용 가능한 양전극 수용부와, 복수의 시트형상 음전극을 수용 가능한 음전극 수용부와, 상기 양전극 수용부 내의 시트형상 양전극을 1매씩 유지해서 상기 적층 스테이지 상으로 이동 공급하는 양전극유지/이동수단과, 상기 음전극 수용부 내의 시트형상 음전극을 1매씩 유지해서 상기 적층 스테이지 상으로 이동 공급하는 음전극유지/이동수단을 또한 포함하며, 상기 양전극유지/이동수단과 상기 음전극유지/이동수단은, 상기 세퍼레이터 왕복이동수단의 궤도와 상기 적층 스테이지의 중심에서 접하는 원궤도 상을 일체로 왕복이동하는 것을 특징으로 하는 연속 세퍼레이터 및 시트형상 전극의 적층장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 양전극 수용부와 상기 음전극 수용부는, 상기 원궤도 상에 배치되어 있는 동시에, 상기 양전극유지/이동수단과 상기 음전극유지/이동수단의 열림 각도는, 상기 적층 스테이지와 상기 각 전극 수용부의 배치 각도와 동등하게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 세퍼레이터 및 시트형상 전극의 적층장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 양전극유지/이동수단과 상기 음전극유지/이동수단의 열림 각도는, 상기 적층 스테이지와 상기 각 전극 수용부의 배치 각도에 따라 조정 변경할 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 세퍼레이터 및 시트형상 전극의 적층장치.
  8. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 절곡 가이드 부재 및/또는 어느 한쪽의 상기 전극유지/이동수단은, 적층 스테이지 상에서 적층체를 형성할 때에, 항상, 적층 스테이지와의 사이에 상기 적층체를 끼우고 있는 것을 특징으로 하는 연속 세퍼레이터 및 시트형상 전극의 적층장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 절곡 가이드 부재와 상기 전극유지/이동수단의 선단부는 그 적층 스테이지 상으로의 투영면이 서로 간섭하지 않도록, 상기 각 부재가 배치 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 세퍼레이터 및 시트형상 전극의 적층장치.
  10. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 테이프 형상 세퍼레이터는 복수의 롤러에 매달려 있는 동시에, 적어도 하나의 상기 롤러는 중력방향으로 이동 자유롭게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 세퍼레이터 및 시트형상 전극의 적층장치.
  11. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 적층 스테이지는, 상기 시트형상 전극의 적층 매수에 따라서 그 높이가 조정 가능한 것을 특징으로 하는 연속 세퍼레이터 및 시트형상 전극의 적층장치.
  12. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 적층 스테이지 상에 적층된, 세퍼레이터 및 시트형상 전극으로 구성되는 적층체의 적층방향 양단부를 파지하는 파지수단을 또한 포함하며, 상기 파지수단은, 상기 적층체의 주위에 상기 세퍼레이터의 와인딩(winding)을 가능하게 하는 회전 기구를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 연속 세퍼레이터 및 시트형상 전극의 적층장치.
  13. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 복수의 연속하는 테이프 형상의 세퍼레이터를 적층해서 다중화되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 세퍼레이터 및 시트형상 전극의 적층장치.
  14. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 무기화합물의 복합 재료 또는 전방향족 폴리아미드 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 세퍼레이터 및 시트형상 전극의 적층장치.
  15. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 시트형상 양전극은, 금속박의 양면에 양극 활물질이 도포된 리튬 이온 전지용 양전극이며, 상기 시트형상 음전극은, 금속박의 양면에 음극 활물질이 도포된 리튬이온전지용 음전극인 것을 특징으로 하는 연속 세퍼레이터 및 시트형상 전극의 적층장치.
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