KR101566097B1 - 적층 장치 및 적층 방법 - Google Patents

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다카히로 야나기
마나부 야마시타
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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 세퍼레이터와 전극을 고속으로 적층하여 전지의 제조 시간을 단축 가능한 적층 장치 및 적층 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 하나는, 소정 형상의 세퍼레이터를 보유 지지한 상태에서 반송하는 세퍼레이터 반송부와, 소정 형상의 정극을 반송하는 전극 반송부와, 세퍼레이터 및 정극이 소정의 위치에서 겹쳐지도록 상기 세퍼레이터 반송부 및 상기 전극 반송부의 반송 위치 및 반송 속도를 동기시키는 제어 장치를 갖고 있고, 정극 및 세퍼레이터를 함께 이동시키면서, 반송 방향의 하류측으로부터 세퍼레이터를 정극에 전달하면서, 당해 세퍼레이터를 세퍼레이터 반송부로부터 순차 이탈시켜 정극에 적층하는 적층 장치이다.

Description

적층 장치 및 적층 방법 {STACKING APPARATUS AND STACKING METHOD}
본 발명은, 적층 장치 및 적층 방법에 관한 것이다.
최근, 자동차용 전지, 태양 전지 및 전자 기기용 전지 등 각종 전지에 있어서, 적층형의 전지가 사용되고 있다. 적층형 전지는, 정극, 부극(이하, 정극 및 부극을 전극이라 칭하는 경우가 있음) 및 세퍼레이터를 시트 형상으로 형성하고, 정극, 세퍼레이터, 부극, 세퍼레이터의 순으로 교대로 적층하여 구성된다.
이러한 적층형 전지의 제조에 사용되는 장치로서, 다양한 장치가 제안되어 있고, 예를 들어 일본 특허 공개 공보 일본 특허 출원 공개 제2007-329111호(특허문헌 1)에 기재된다.
특허문헌 1에 기재된 장치는, 우선, 상하로 대향하여 배치되는 받침대 및 압박판의 반송 방향으로의 이동을 정지시킨 상태에서, 받침대 및 압박판의 각각에 세퍼레이터를 흡인 유지한 후, 하방의 받침대에 흡착되어 있는 세퍼레이터 상에 정극을 적재한다. 다음에, 상방의 압박판을 하강시켜 압박판에 흡착되어 있는 세퍼레이터를 정극 위에 덮고, 이 상태에서, 정극의 주위에서 겹쳐지는 세퍼레이터의 테두리끼리를 열접착하여, 주머니 형상으로 되는 세퍼레이터에 정극이 끼워진 포장 정극을 제작한다. 그리고, 받침대와 압박판 사이에 포장 정극을 끼운 상태 그대로 반송한 후, 받침대와 압박판으로부터 포장 정극을 취출하고, 이 포장 정극을 부극과 교대로 적층함으로써, 정극, 세퍼레이터, 부극, 세퍼레이터의 순으로 교대로 적층한 전지 요소를 구성하고 있다.
그러나, 특허문헌 1에 기재된 장치는, 정지된 상태의 받침대 및 압박판의 각각에 세퍼레이터를 흡착하고, 정극을 사이에 끼우도록 받침대 및 압박판을 근접시켜 포장 정극을 제작한 후에, 정지되어 있었던 받침대 및 압박판을 이동시킴으로써 포장 정극을 반송하고 있으므로, 제조 시간이 길어진다.
본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 본 발명에 따르면 세퍼레이터와 전극을 고속으로 적층하여 전지의 제조 시간을 단축 가능한 적층 장치 및 적층 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 적층 장치는, 소정 형상의 세퍼레이터를 보유 지지한 상태에서 반송하는 세퍼레이터 반송부와 소정 형상의 전극을 반송하는 전극 반송부를 갖는다. 그리고, 본 적층 장치는, 전극 및 세퍼레이터가 소정의 위치에서 겹쳐지도록 반송하고, 반송 방향의 하류측으로부터 세퍼레이터를 전극에 전달하면서, 당해 세퍼레이터를 세퍼레이터 반송부로부터 순차 이탈시켜 상기 전극에 전달한다.
또한, 본 발명의 적층 방법은, 세퍼레이터 반송부에 의해 소정 형상의 세퍼레이터를 보유 지지한 상태에서 반송하고, 전극 반송부에 의해 상기 세퍼레이터 및 전극이 소정의 위치에서 겹쳐지도록 반송한다. 그리고, 본 적층 방법은, 전극 및 세퍼레이터를 함께 반송하여 이동시켜 반송 방향의 하류측으로부터 세퍼레이터를 전극에 전달하면서, 당해 세퍼레이터를 세퍼레이터 반송부로부터 순차 이탈시켜 상기 전극에 적층한다.
도 1은 리튬 이온 2차 전지의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 2는 리튬 이온 2차 전지의 분해 사시도이다.
도 3은 부극 및 포장 정극을 도시하는 평면도이다.
도 4는 포장 정극에 부극을 겹친 모습을 도시하는 평면도이다.
도 5는 적층 장치를 도시하는 개략 사시도이다.
도 6은 적층 장치의 전기적 구성을 도시하는 도면이다.
도 7은 적층 장치의 전극 반송부를 도시하는 측면도이다.
도 8은 적층 장치의 전극 반송부를 도시하는 정면도이다.
도 9는 적층 장치의 전극 반송부를 도시하는 평면도이다.
도 10은 적층 장치의 회전 반송부를 도시하는 개략 단면도이다.
도 11은 적층 장치에 의한 적층 방법의 공정을 도시하는 제1 설명도이다.
도 12는 적층 장치에 의한 적층 방법의 공정을 도시하는 제2 설명도이다.
도 13은 적층 장치에 의한 적층 방법의 공정을 도시하는 제3 설명도이다.
도 14는 적층 장치에 의한 적층 방법의 공정을 도시하는 제4 설명도이다.
도 15는 적층 장치에 의한 적층 방법의 공정을 도시하는 제5 설명도이다.
도 16은 적층 장치에 의한 적층 방법의 공정을 도시하는 제6 설명도이다.
도 17은 적층 장치에 의한 적층 방법의 공정을 도시하는 제7 설명도이다.
도 18은 적층 장치에 의한 적층 방법의 공정을 도시하는 제8 설명도이다.
도 19는 회전 반송부의 동작을 나타내는 챠트이다.
도 20은 적층 장치의 다른 예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 21은 적층 장치의 또 다른 예를 도시하는 개략 단면도이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 또한, 도면의 치수 비율은, 설명의 사정상 과장되어 있어, 실제의 비율과는 다른 경우가 있다.
본 발명은, 전지의 제조 공정의 일부에 적용되는, 전지의 발전 요소를 조립하기 위한 적층 장치 및 적층 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 형태에 관한 적층 장치를 설명하기 전에, 전지의 구조에 대해 설명한다.
(전지)
우선, 도 1을 참조하여, 적층 장치에 의해 형성되는 리튬 이온 2차 전지(적층형 전지)에 대해 설명한다. 도 1은 리튬 이온 2차 전지의 외관을 도시한 사시도, 도 2는 리튬 이온 2차 전지의 분해 사시도, 도 3은 부극 및 포장 정극의 평면도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 리튬 이온 2차 전지(10)는, 편평한 직사각 형상을 갖고 있고, 정극 리드(11) 및 부극 리드(12)가 외장재(13)의 동일 단부로부터 도출되어 있다. 외장재(13)의 내부에는, 충방전 반응이 진행되는 발전 요소(전지 요소)(15)가 수용되어 있다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 발전 요소(15)는 포장 정극(20)과, 부극(30)이 교대로 적층되어 형성된다.
포장 정극(20)은, 도 3의 (A)에 도시하는 바와 같이, 극히 얇은 시트 형상의 정극 집전체(집전박)의 양면에 정극 활물질층이 형성되어 이루어지는 직사각 형상의 정극(22)이, 직사각 형상의 세퍼레이터(40)에 의해 끼움 삽입되어 이루어진다. 2매의 세퍼레이터(40)는, 단부에 있어서 접합부(42)에 의해 서로 접합되어, 주머니 형상으로 형성되어 있다. 세퍼레이터(40)는, 직선적으로 형성되는 변(44A)으로부터 정극(22)의 정극 탭(23)이 인출되고, 변(44A)의 반대의 변(44B)에, 부분적으로 돌출되는 결합부(43)가 형성되어 있다. 결합부(43)는, 외장재(13) 내에서 외장재(13)에 결합됨으로써, 전지 요소(15)를 외장재(13)에 대해 고정하는 역할을 한다. 정극(22)은, 정극 탭(23) 이외의 부분에 정극 활물질층(24)이 형성되어 있다.
부극(30)은, 도 3의 (B)에 도시하는 바와 같이, 직사각 형상으로 형성되고, 극히 얇은 시트 형상의 부극 집전체(집전박)의 양면에 부극 활물질층(34)이 형성되어 이루어진다. 부극(30)은, 부극 탭(33) 이외의 부분에 부극 활물질층(34)이 형성되어 있다.
포장 정극(20)에, 부극(30)을 겹치면 도 4에 도시하는 바와 같이 된다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 부극 활물질층(34)은, 정극(22)의 정극 활물질층(24)보다도 평면에서 볼 때 한층 크게 형성되어 있다.
또한, 포장 정극(20)과 부극(30)을 교대로 적층하여 리튬 이온 2차 전지를 제조하는 방법 자체는, 일반적인 리튬 2차 전지의 제조 방법이므로, 상세한 설명은 생략한다.
(적층 장치)
다음에, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 적층 장치에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다.
본 적층 장치는, 도 5, 도 6에 도시하는 바와 같이, 정극용의 시트 소재(D)로부터 정극(22)을 잘라내는 정극 절단부(100)와, 잘라내어진 정극(22)을 반송하는 전극 반송부(200)와, 전극 반송부(200)의 반송 방향 하류측에 설치되는 회전 반송부(300)와, 회전 반송부(300)의 양측에 설치된 용착부(400)와, 장치의 전체를 통괄하여 제어하는 제어 장치(500)(제어부)를 구비하여 이루어진다. 본 실시 형태에서는, 정극(22)이 반송되는 방향을 반송 방향 X, 정극(22)의 면과 수직한 방향을 상하 방향 Z, 상하 방향 Z 및 반송 방향 X와 교차하는 방향을 폭 방향 Y로 하여 설명한다.
정극 절단부(100)는, 롤 형상으로 권회된 정극용의 시트 소재(D)를, 펀칭 가공 등에 의해 소정 형상으로 절단함으로써, 소정의 형상의 정극(22)(시트 부재)을 잘라내는 것이다. 여기서 잘라내어진 정극(22)은, 직사각 형상이며, 정극 탭(23)을 갖는다.
전극 반송부(200)는, 도 7∼도 9에 도시하는 바와 같이, 정극 절단부(100)에 의해 잘라내어진 정극(22)을 반송하는 컨베이어(210)와, 컨베이어(210) 상의 정극(22)을 흡착하여 유지하여 회전 반송부(300)(세퍼레이터 반송부)로 반송하는 흡착 반송부(220)를 구비하고 있다. 컨베이어(210)의 상방에는, 촬상 카메라(230)(위치 검출부)와 조명(231)이 설치되어 있다.
컨베이어(210)는, 무단부 형상으로 형성된 통기성을 갖는 석션 벨트(211)와, 반송 방향으로 나란히 배치되어 석션 벨트(211)를 회전 가능하게 보유 지지하는 2개의 회전축(212)과, 석션 벨트(211)의 내부에 배치되는 부압 발생부(213)를 구비하고 있다.
석션 벨트(211)에는 복수의 공기 흡인 구멍(214)이 형성되어 있고, 공기 흡인 구멍(214)을 통해 부압 발생부(213)에 의해 공기를 흡인함으로써, 얇아서 반송이 곤란한 정극(22)을 컨베이어(210) 상의 평탄한 설치면(215)(기준면)에 흡인 유지하여 반송 가능하게 되어 있다. 석션 벨트(211)의 설치면(215)은, 촬상 카메라(230)에 의해 정극(22)과의 경계를 인식하기 쉬운 색조로 되어 있고, 본 실시 형태는 백색으로 되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 정극(22)을 대략 수평 상태로 설치 가능한 평탄한 설치면(215)을 구비하는 것으로서 컨베이어(210)를 적용하고 있지만, 그 밖의 장치를 사용해도 된다.
컨베이어(210)의 양 측부에는, 석션 벨트(211) 상의 정극(22)의 측부를 압박하여 유지하는 압박부(240)가 설치된다. 압박부(240)는, 제어 장치(500)에 의해 제어되는 액추에이터(241)에 의해 석션 벨트(211) 상의 설치면(215)(기준면)에 대해 근접 또는 이격되는 클램퍼(242)를 구비하고 있다. 클램퍼(242)는, 정극(22)을 설치면(215)에 압박함으로써 정극(22)의 변형을 교정하는 것이다. 특히, 롤 형상으로 권회된 시트 소재(D)로부터 잘라내어지는 정극(22)은, 권취 성향이 남아 둥글게 말리기 쉽다. 또한, 정극(22), 부극(30) 및 세퍼레이터(40)는 매우 얇은 박 형상의 소재로, 특히 자동차용 전지 등과 같은 대형의 전지에서는 매우 변형되기 쉽다.
또한, 석션 벨트(211)는, 설치면(215)에 접촉하고 있는 부재를 흡인하여 유지하는 것이지만, 통상, 설치면(215)으로부터 이격되어 있는 부위를 끌어당길 정도의 흡인력은 구비하고 있지 않다. 따라서, 클램퍼(242)에 의해 정극(22)을 설치면(215)에 압박함으로써, 정극(22)의 변형을 교정한다. 이에 의해, 촬상 카메라(230)에 의한 정극(22)의 위치의 파악을 고정밀도로 행할 수 있고, 또한 흡착 반송부(220)에 의한 흡착 위치도 고정밀도로 설정할 수 있어, 이후의 공정에 있어서의 가공 정밀도가 향상된다.
클램퍼(242)는, 흡착 반송부(220)에 의한 정극(22)의 흡착 위치를 확보하기 위해, 석션 벨트(211) 상의 정극(22)의 반송 방향을 따르는 2 측변(H2, H4)(테두리부)을 따르는 장척의 부위를 압박 가능하게 형성되어 있고, 또한 촬상 카메라(230)에 의해 정극(22)의 4 측변(H1∼H4)(테두리부)을 촬상할 수 있도록, 4 측변(H1∼H4)의 테두리부보다도 내측[정극(22)의 중앙측]을 압박 가능하게 되어 있다. 또한, 클램퍼(242)는, 압박한 정극(22)을 클램퍼(242)를 투과하여 촬상할 수 있도록, 투명한 부재로 형성된다. 투명한 부재에는, 예를 들어 아크릴 수지나 글래스 등을 적용할 수 있지만, 재료는 특별히 한정되지 않고, 조명(231)의 주파수나 촬상 카메라(230)의 촬상 특성에 따라서 적절하게 설정할 수 있다.
흡착 반송부(220)는, 구동 장치(도시하지 않음)에 접속되어 이동 가능한 장치 본체(221)와, 장치 본체(221)의 하부에 설치되어 부압 공급원(도시하지 않음)에 접속됨으로써 흡착력을 발휘하는 흡착 헤드(222)를 구비하고 있다. 흡착 헤드(222)는, 구동 장치의 동작에 따라서 상하 방향 Z, 반송 방향 X 및 폭 방향 Y로 3차원적으로 이동 가능하고, 또한 수평면을 따라 회전 가능하게 되어 있다.
컨베이어(210)의 상방에 설치되는 촬상 카메라(230)는, 컨베이어(210)에 의해 반송되어 오는 정극(22)을, 클램퍼(242)에 의해 압박하여 유지한 후, 조명(231)에 의한 조사하에서 촬상하는 것이다. 촬상 카메라(230)는, 정극(22)이 소정 위치까지 반송되어 정지하였을 때에 촬상된 정극(22)의 화상에 기초하는 신호를 제어 장치(500)로 송신한다. 소정의 신호를 수취한 제어 장치(500)는, 신호로부터 정극(22)의 위치나 상태를 산출하고, 산출 결과에 기초하여 흡착 반송부(220)의 구동 장치의 이동을 제어하고, 정극(22)의 위치나 자세를 적정하게 수정하여, 후술하는 회전 반송부(300)의 간극(340)(도 5 참조)으로 반송한다.
구체적으로는, 소정 위치에서 컨베이어(210)를 정지시키고, 촬상 카메라(230)에 의해 촬상된 화상으로부터, 정극(22)의 4변에 대응하는 측변 에어리어(E1∼E4)의 테두리부를 검출한다. 테두리부는, 석션 벨트(211)와 정극(22)의 색조의 차이로부터 검출할 수 있다. 이 검출 결과로부터, 4변의 근사 직선(L1∼L4)을 최소 제곱법 등을 사용하여 산출한다. 다음에, 4변의 근사 직선(L1∼L4)의 교점인 4구석의 코너부(K1∼K4)를 산출하고, 4개의 코너부(K1∼K4)의 평균값을 산출하여, 이것을 전극 중심점 O의 좌표로 한다. 또한, 전극 중심점 O의 좌표는, 반송 방향 X 및 폭 방향 Y의 좌표로 나타내어진다.
그리고, 정극(22)의 반송 방향을 따르는 2 측변(H2, H4)의 근사 직선(L2, L4) 중 한쪽, 또는 양쪽의 평균값으로부터, 정극(22)의 수평면(기준면)에 있어서의 기울기각 θ를 산출한다. 이후, 전극 중심점 O의 좌표와 기울기각 θ로부터, 수평면에 있어서의 정극(22)의 정규 위치에 대한 위치 및 기울기의 보정량을 산출하고, 이 보정량을 교정하도록, 흡착 반송부(220)(위치 보정부)의 구동 장치를 제어하여 정극(22)의 위치 및 자세를 보정하면서, 회전 반송부(300)의 간극(340)으로 반송한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 촬상 카메라(230)에 의해 취득된 화상에 의해 정극(22)의 위치나 상태를 인식하고 있지만, 그 밖의 센서도 사용해도 되고, 예를 들어 정극(22)의 선단부를 검지하는 접촉 센서 등에 의해, 정극(22)의 위치를 인식할 수도 있다.
흡착 반송부(220)는, 컨베이어(210)의 소정 위치에 정극(22)이 반송되어, 클램퍼(242)에 의해 정극(22)의 측부를 압박하여 정극(22)의 형상을 교정한 상태에서, 수직으로 하강하여 흡착 헤드(222)에 의해 정극(22)을 흡착하여 유지한다. 그리고, 클램퍼(242)에 의한 정극(22)의 구속을 개방하고, 정극(22)의 대략 수평 상태를 유지한 채 상승시킨 후, 산출한 보정량에 따라서 정극(22)의 위치 및 자세를 적정하게 수정하여, 회전 반송부(300)의 간극(340)으로 반송한다.
회전 반송부(300)의 간극(340)의 근방에는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 간극(340)의 상하 사이에 끼워지도록 설치되어 정극(22)의 회전 반송부(300)에의 도입을 보조하는 도입 지지부(250)가 설치된다. 도입 지지부(250)는, 복수의 롤러군으로 이루어지고, 흡착 반송부(220)에 의해 반송되어 온 정극(22)을 지지하는 동시에, 회전 반송부(300)의 간극(340)으로 송출하는 것이다.
도입 지지부(250)는, 1개의 롤러로 이루어지는 상측 도입 지지부(251)와, 복수의 롤러로 이루어지는 하측 도입 지지부(252)를 구비하고 있다. 상측 도입 지지부(251)는, 상하 방향 Z로 이동 가능하며, 상방으로 이동한 "개방 상태"로부터, 하강하여 하측 도입 지지부(252)의 반송 방향 최하류측의 롤러와의 사이에 정극(22)을 끼움 지지하는 "폐쇄 상태"로 될 수 있고, 또한 회전 구동함으로써 끼움 지지한 정극(22)을 간극(340)으로 송출할 수 있다.
하측 도입 지지부(252)는, 반송 방향 상류측의 롤러가 비스듬히 하강한 "개방 상태"로부터, 흡착 반송부(220)로부터 정극(22)이 전달될 때에, 상승하여 대략 수평하게 되어 "폐쇄 상태"로 되어, 정극(22)을 반송 가능하게 지지한다(도 14 참조). 상측 도입 지지부(251)의 롤러와 쌍을 이루는 반송 방향 최하류측의 롤러는, 회전 구동이 가능하게 되어 있고, 상측 도입 지지부(251)와의 사이에 정극(22)을 끼움 지지한 상태에서 회전함으로써, 끼움 지지한 정극(22)을 간극(340)으로 송출할 수 있다.
따라서, 흡착 반송부(220)에 의해 정극(22)이 반송되어 오면, 상측 도입 지지부(251)를 하강시켜 하측 도입 지지부(252)와의 사이에 정극(22)의 선단부를 끼움 지지하고, 또한 하측 도입 지지부(252)의 롤러를 상승시켜 대략 수평 상태로 하고, 정극(22)의 하면을 지지한다. 이 후, 흡착 반송부(220)의 흡착 헤드(222)로부터 정극(22)을 해방하여, 도입 지지부(250)의 회전에 의해 정극(22)을 회전 반송부(300)의 간극(340)으로 순차 송입한다.
회전 반송부(300)(세퍼레이터 반송부)는, 시트 형상의 세퍼레이터 소재(S)로부터 세퍼레이터(40)를 잘라내면서, 흡착 반송부(220)에 의해 반송되는 정극(22)에 적층하는 것이다. 회전 반송부(300)는, 원기둥 형상으로 형성된 상하 한 쌍의 적층 드럼(310)(제1 세퍼레이터 반송부, 원기둥 형상 회전체), 적층 드럼(320)(제2 세퍼레이터 반송부, 원기둥 형상 회전체)을 구비하고 있다.
이 상하 한 쌍의 적층 드럼(310, 320)은, 회전축이 반송 방향 X에 직교하고, 소정의 간극(340)을 두고 외주면(311)끼리가 대향하도록 서로 평행하게 배치되고, 또한 수평면을 기준으로 대칭 구조로 구성된다.
각각의 적층 드럼(310, 320)의 외주면(311)에는, 세퍼레이터(40)를 흡착 가능한 흡착부가 형성되고, 적층 드럼(310, 320)의 내부에는, 비회전적으로 설치되는 내측 구조부(330)가 설치된다. 적층 드럼(310, 320)의 폭(회전축 방향의 길이)은, 세퍼레이터 소재(S)의 양 테두리부가 적층 드럼(310, 320)의 양단부로부터 밀려나올 정도로 되어 있다.
상하의 적층 드럼(310, 320)은, 간극(340)을 두고 배치되어 있고, 이 간극(340)에 있어서, 반송 방향 X의 하류측을 향해 동일 방향으로 회전하도록 되어 있다. 즉, 상측에 위치하는 적층 드럼(310)은, 도 10의 지면(紙面) 상에서 좌측 방향으로 회전함으로써, 외주면(311)에 흡착 유지된 세퍼레이터(40)를 간극(340)까지 반송한다. 또한, 하측에 위치하는 적층 드럼(320)은, 도 10의 지면 상에서 우측 방향으로 회전함으로써, 외주면(311)에 흡착 유지된 세퍼레이터(40)를 간극(340)까지 반송한다. 또한, 상측 및 하측의 적층 드럼(310, 320)은, 제어 장치(500)에 의해 회전 제어되는 구동 모터(도시하지 않음)에 의해 구동된다.
적층 드럼(310, 320)에는, 외주면(311)에 무수한 통기 구멍(312)이 형성되어 있고, 주위 방향의 일부에, 후술하는 절단부(350)에 설치되는 세퍼레이터 커터(351)(절단날)가 침입 가능한 오목부(313)(수용부)가 형성되어 있다. 오목부(313)는 적층 드럼(310, 320)의 180도마다의 2개소에 형성된다. 또한, 오목부(313)가 주위 방향으로 2개소 형성되는 것은, 적층 드럼(310, 320)이 1회전할 때마다 2매의 세퍼레이터(40)를 잘라내기 위함이며, 적층 드럼(310, 320)의 1회전의 동안에 잘라내는 세퍼레이터(40)의 매수에 따라서, 주위 방향의 오목부(313)의 수를 변경할 수 있다.
각각의 적층 드럼(310, 320)의 주변에는, 외주면(311)에 근접하여, 시트 형상의 세퍼레이터 소재(S)를 공급 또는 구속하는 송출 롤러부(360)(로크 기구)와, 적층 드럼(310, 320)의 외주면(311) 상의 세퍼레이터 소재(S)를 절단하는 절단부(350)와, 절단부(350)에 의한 절단에 의해 발생하는 불필요한 절취편(S')(도 15 참조)을 회수하기 위한 절취편 흡착부(370)가 설치되어 있다.
회전 반송부(300)의 반송 방향 하류측의 경사 상방 및 경사 하방에는, 원기둥 형상으로 형성된 소형의 송출 롤러부(360)가 설치되어 있다.
송출 롤러부(360)는, 회전 반송부(300)의 반송 방향 하류측의 경사 상방 및 경사 하방에, 원기둥 형상으로 형성된 한 쌍의 송출 롤러(361, 362)가, 소정의 간극을 두고 배치되어 있다. 이 송출 롤러부(360)는, 세퍼레이터 롤(도시하지 않음)로부터 반송되는 1매의 연속된 세퍼레이터 소재(S)를 간극에 끼워 넣으면서, 회전시킴으로써 회전 반송부(300)로 송출하고, 정지시킴으로써 송출을 정지하여 세퍼레이터 소재(S)를 구속한다. 송출 롤러(361, 362)는, 제어 장치(500)에 의해 제어되어, 소정의 타이밍에 회전 반송부(300)로 세퍼레이터 소재(S)를 송출하도록 되어 있다.
절단부(350)는, 회전 반송부(300)의 상방 및 하방에, 각각 세퍼레이터 커터(351)를 구비하고 있다. 세퍼레이터 커터(351)는, 적층 드럼(310, 320)의 외주면(311)에 흡착 유지된 세퍼레이터 소재(S)를 용융시켜 소정 형상으로 잘라내는 열 커터이다.
구체적으로는, 세퍼레이터(40)가 적층 드럼(310, 320)의 외주면(311)에 흡착 유지되고 반송되어, 적층 드럼(310, 320)의 오목부(313)가 세퍼레이터 커터(351)와 대향하는 위치까지 이동하면, 세퍼레이터 커터(351)가 제어 장치(500)의 지령을 받아 적층 드럼(310, 320)의 오목부(313)에 침입하도록 이동하고, 세퍼레이터(40)를 용융하여 도 3의 (A)에 도시하는 소정 형상으로 잘라낸다. 세퍼레이터 소재(S)로부터 세퍼레이터(40)를 연속적으로 잘라낼 때에는, 먼저 잘라내는 세퍼레이터(40)의 후단부를 결합부(43)가 형성되는 변(44B)으로 하고, 다음에 잘라내는 세퍼레이터(40)의 전단부를 직선적인 변(44A)으로 하고, 이 형상이 일치하지 않는 2변(44A, 44B)을 절단부(350)에 의해 동시에 잘라냄으로써, 잉여의 절취편(S')이 발생한다.
절취편 흡착부(370)는, 흡착력을 발휘하는 커터용 흡착 헤드(371)를 구비하고 있고, 세퍼레이터 커터(351)가 세퍼레이터 소재(S)를 절단한 후에 오목부(313)로부터 빠져나가 후퇴하는 타이밍에, 절단한 부위로 근접 이동하고, 세퍼레이터 커터(351)에 의해 잘라내어진 세퍼레이터(40)의 잉여의 절취편(S')을 흡인하여 유지한다. 그리고, 절취편(S')을 흡인 유지한 채 커터용 흡착 헤드(371)를 적층 드럼(310, 320)의 외주면(311)으로부터 이격시킨다. 이 후, 커터용 흡착 헤드(371)의 흡인을 정지하여 절취편(S')을 떨어뜨리고, 적층 드럼(310, 320)의 외주면(311)으로부터 이격된 위치에 별도 설치되는 흡입구(372)에 의해 절취편(S')을 흡입하여 회수한다.
즉, 흡입구(372)에 의해서만 절취편(S')을 회수하려고 하면, 흡입하는 과정에서 절취편(S')이 외주면(311)에 남는 세퍼레이터(40)나 세퍼레이터 소재(S)에 접촉해 버릴 우려가 있지만, 커터용 흡착 헤드(371)에 의해 일단 흡착하여 이격시킨 후에 흡입구(372)에 의해 회수함으로써, 절취편(S')에 의한 세퍼레이터(40)나 세퍼레이터 소재(S)의 손상을 억제하면서 회수할 수 있다.
각각의 적층 드럼(310, 320)의 내부에 설치되는 내측 구조부(330)에는, 장치의 작동시에 공정에 따라서 부압의 강도를 조정 가능한 제1 부압실(331)과, 장치의 작동시에 부압이 대략 일정하게 유지되는 제2 부압실(332)이 비회전적으로 형성된다. 제1 부압실(331) 및 제2 부압실(332)은, 압력 조정 밸브가 설치된 부압 공급 장치(333)에 접속되고, 제어 장치(500)에 의해 부압 공급 장치(333)를 제어함으로써 내부의 압력을 조정 가능하다.
제1 부압실(331) 및 제2 부압실(332)은, 적층 드럼(310, 320)의 내주면에 의해 외부와 격리되어 있고, 따라서 적층 드럼(310, 320)에 형성되는 통기 구멍(312)을 통해, 적층 드럼(310, 320)의 외주면(311)에 비회전적으로 부압의 영역을 발생시킨다. 이 영역은, 적층 드럼(310, 320)이 회전해도 회전하는 일은 없다.
제1 부압실(331)은, 송출 롤러부(360)에 대응하는 위치로부터, 적층 드럼(310, 320)의 회전 방향을 향해 세퍼레이터 커터(351)에 대응하는 위치까지의 범위에 형성된다. 제2 부압실(332)은, 세퍼레이터 커터(351)에 대응하는 위치로부터, 적층 드럼(310, 320)의 회전 방향을 향해 간극(340)에 대응하는 위치까지의 대략 180도의 범위에 형성된다.
따라서, 적층 드럼(310, 320)의 외주면(311)에는, 제1 부압실(331)에 대응하는 위치에서 부압이 조정되어 변화되는 미끄럼 영역(A1)(흡착력 조정 영역)과, 제2 부압실(332)에 대응하는 위치에서 부압이 대략 일정하고 세퍼레이터 소재(S) 또는 잘라내어진 세퍼레이터(40)를 흡착하여 유지하는 흡착 영역(A2)이 형성된다(도 11 참조). 흡착 영역(A2)은, 흡인력이 강하고, 세퍼레이터 소재(S) 또는 잘라내어진 세퍼레이터(40)를 흡인력에 의해 유지하여, 적층 드럼(310, 320)의 회전에 의해 이들을 회전시킬 수 있다.
이에 대해, 미끄럼 영역(A1)은, 흡착 영역(A2)과 동일한 정도의 흡인력으로 설정하여 세퍼레이터(40)를 회전시킬 수 있는 동시에, 흡인력을 저하시킴으로써, 세퍼레이터 소재(S)를 외주면(311)으로부터 이격되지 않을 정도로 유지하면서도, 적층 드럼(310, 320)이 회전할 때에 세퍼레이터 소재(S)를 회전시키지 않고 외주면(311) 상에서 미끄러지게 할 수 있다.
또한, 내측 구조부(330)의, 간극(340)에 대응하는 위치로부터, 적층 드럼(310, 320)의 회전 방향을 향해 송출 롤러부(360)에 대응하는 위치까지의 범위는, 제1 부압실(331) 및 제2 부압실(332) 모두 설치되지 않으므로, 외주면(311)의 이 범위에 대응하는 부위에는 부압이 발생하지 않아 세퍼레이터(40)를 흡착하지 않는 비흡착 영역(A3)이 비회전적으로 형성된다.
그리고, 회전 반송부(300)는, 적층 드럼(310, 320)에 의해 세퍼레이터(40)를 잘라내면서 흡착 유지하여 반송하고, 적층 드럼(310, 320)의 회전과 전극 반송부(200)에 의한 전극(22)의 반송의 속도를 동기시키면서, 반송 방향 X의 하류측으로부터 정극(22)의 양면에 세퍼레이터(40)를 순차 적층한다. 이때, 전극(22)은, 흡착 반송부(220)에 의해 원기둥 형상의 적층 드럼(310, 320)의 접선 방향 T(도 10 참조)로 도입된다.
용착부(400)는, 정극(22)의 양면에 적층된 세퍼레이터(40)의 양 테두리부끼리를 용착하는 것이다(도 3 참조). 이 용착부(400)는, 적층 드럼(310, 320)의 회전축 방향의 양 단부에 각각, 상하 한 쌍의 용착기(410, 420)를 구비하고 있다.
상하의 용착기(410, 420)는, 대향하는 면에 반송 방향 X를 따라 복수의 돌기(411, 412)가 설치되어 있고, 대향하는 돌기(411, 421)에 의해 세퍼레이터(40)끼리를 가압하면서 가열함으로써, 용착 가능하게 되어 있다.
용착기(410, 420)는, 반송 방향 X 및 상하 방향 Z로 이동 가능하게 되어 있고, 간극(340)으로 반송되어 적층된 세퍼레이터(40) 및 정극(22)에 동기하도록 반송 방향 X로 동일 속도로 이동하면서 서로 접근하고, 대향하는 돌기(411, 421)에 의해, 적층된 세퍼레이터(40)끼리를 접합하여 접합부(42)를 형성한다. 그리고, 세퍼레이터(40)에 의해 주머니 형상으로 포장된 정극(22)이 소정 위치까지 반송되면, 용착기(410, 420)를 이격시켜, 반송 방향 상류측으로 이동시킨 후, 다시 반송 방향 X로 동일 속도로 이동시키면서 근접시켜, 다른 접합부(42)를 용착한다. 모든 접합부(42)가 접합된 후, 용착기(410, 420)끼리가 이격되어, 제작된 포장 정극(20)이 개방된다.
또한, 세퍼레이터(40)끼리를 접합하기 위해서는, 상술한 구조에 한정되지 않고, 예를 들어 한 쌍의 회전하는 가열 롤러의 사이에서 가열하면서 용착하거나, 가열하지 않고 가압만으로 압착하거나, 또는 접착제를 사용하여 접합하는 것도 가능하다.
제어 장치(500)는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 정극 절단부(100), 촬상 카메라(230), 압박부(240), 컨베이어(210), 흡착 반송부(220), 도입 지지부(250), 송출 롤러부(360), 적층 드럼(310, 320), 절단부(350), 절취편 흡착부(370), 부압 공급 장치(333) 및 용착부(400) 전부를 통괄하여 일체적으로 제어하고, 각각을 동기시키면서 작동시킬 수 있다. 또한, 제어 장치(500)는, 전지를 구성하기 위한 장치도 포함하여, 통괄적으로 제어를 행할 수도 있다.
다음에, 본 적층 장치를 사용한 적층 방법에 대해, 도 11∼도 19를 참조하면서 설명한다.
우선, 롤 형상으로 권회된 정극용 시트 소재(D)를, 정극 절단부(100)에 의해 절단하여, 정극(22)을 형성한다. 잘라내어진 정극(22)은, 도시하지 않은 흡착 패드나 컨베이어 등에 의해, 컨베이어(210)의 설치면(215) 상에 적재된다. 또한, 송출 롤러부(360)는 세퍼레이터 롤로부터 보내져 오는 1매의 연속된 세퍼레이터 소재(S)를 간극에 끼워 넣어 구속하고 있다. 따라서, 세퍼레이터 소재(S)의 선단부는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 회전 반송부(300)의 최상부 또는 최하부에 위치하고 있다. 그리고, 제1 부압실(331)은, 부압이 낮게 설정되어, 외주면(311)의 미끄럼 영역(A1)에서 세퍼레이터 소재(S)가 인출되는 일 없이, 적층 드럼(310, 320)이 세퍼레이터 소재(S)의 내면 상을 미끄러지면서 회전하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 적층 드럼(310, 320)의 1회전에 의해 2매의 세퍼레이터(40)를 잘라내므로, 도 11에서 2점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 먼저 잘라내어진 세퍼레이터(40)가, 이미 적층 드럼(310, 320)의 외주면(311) 상에 흡착되어 반송되어 있다.
정극(22)이 적재된 컨베이어(210)는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 석션 벨트(211)의 설치면(215) 상의 정극(22)을, 석션 벨트(211)에 의해 흡착 유지하여 비틀림 등의 발생을 억제하면서, 반송 방향 X로 1열로 나란히 세로 배열(탭이 반송 방향 X의 상류측에 위치하는 배열)로 반송한다. 또한, 정극(22)을, 가로 배열(탭이 폭 방향 Y에 위치하는 배열)로 반송해도 된다. 석션 벨트(211)는, 소정의 위치까지 이동하면, 정극(22)을 흡착 유지한 상태 그대로 이동을 정지한다. 그리고, 도 12에 도시하는 바와 같이, 압박부(240)가 작동하여, 클램퍼(242)에 의해 정극(22)의 2 측변(H2, H4)을 따르는 장척의 부위를 압박한다(도 8, 도 9 참조). 이에 의해, 정극(22)의 둥글게 말림 등의 변형이 교정된다. 그리고, 정극(22)의 석션 벨트(211)로부터 떠 있었던 부분이 석션 벨트(211)에 근접함으로써, 석션 벨트(211)에 의해 흡인되어, 설치면(215) 상에 정극(22)이 밀하게 부착되게 된다.
이 상태에서, 촬상 카메라(230)가 정극(22)의 4 측변(H1∼H4)을 촬상하여, 제어 장치(500)에 소정의 신호를 송신한다. 제어 장치(500)는, 수신한 신호로부터, 전술한 방법으로 전극 중심점 O의 좌표와 기울기각 θ를 산출하고, 정극(22)의 정규 위치에 대한 위치 및 기울기의 보정량을 산출한다. 또한, 촬상시에는, 클램퍼(242)는 정극(22)의 4 측변(H1∼H4)의 테두리부보다도 내측[정극(22)의 중앙측]을 압박하므로, 촬상 카메라(230)에 의해 4 측변(H1∼H4)을 확실하게 촬상할 수 있다. 또한, 클램퍼(242)가 투명한 재료로 형성되어 있으므로, 촬상 범위에 클램퍼(242)가 들어가도, 클램퍼(242)를 투과하여 정극(22)을 촬상할 수 있다.
다음에, 석션 벨트(211)의 상방에 위치하는 흡착 반송부(220)의 흡착 헤드(222)를 하강시켜, 흡착 헤드(222)를 정극(22)의 상면에 압박한다. 이에 의해, 정극(22)은 흡착 헤드(222)에 흡착 유지된다. 또한, 정극(22)은 석션 벨트(211)에도 흡착되어 있지만, 흡착 헤드(222)의 흡착력을 석션 벨트(211)보다도 높게 설정하거나, 혹은 석션 벨트(211)에 의한 흡착을 일단 정지시킴으로써, 흡착 헤드(222)에 의해 정극(22)을 석션 벨트(211)로부터 분리할 수 있다.
그리고, 적층 드럼(310, 320)이 회전하고, 세퍼레이터 커터(351)에 대응하는 위치를 향해 회전 이동하고 있는 오목부(313)가 세퍼레이터 커터(351)의 위치까지 소정 각도 α로 되었을 때에, 제어 장치(500)에 의해 제1 부압실(331)의 부압을 높여 미끄럼 영역(A1)의 흡착력을 강화하고, 또한 송출 롤러부(360)를 회전시켜 한 쌍의 송출 롤러(361, 362)의 사이에 세퍼레이터 소재(S)를 끼우면서 순차 송출하여, 세퍼레이터 소재(S)의 공급을 개시한다(도 19의 T1을 참조). 이에 의해, 부압이 높아진 미끄럼 영역(A1) 및 흡착 영역(A2)에 있어서 적층 드럼(310, 320)의 외주면(311)에 세퍼레이터 소재(S)가 흡착 유지되어, 세퍼레이터 소재(S)가 적층 드럼(310, 320)의 회전에 따라서 순차 인출되게 된다. 또한, 소정 각도 α는, 잘라내어지는 1매의 세퍼레이터(40)의 길이에 대응한 각도이다.
이후, 흡착 반송부(220)는, 도 13에 도시하는 바와 같이, 정극(22)을 대략 수평 상태로 유지한 채 상승시킨 후, 반송 방향 X로 이동하여, 회전 반송부(300)의 간극(340)으로 반송한다. 이때, 흡착 반송부(220)는, 제어 장치(500)에 의해 구동 장치가 제어되고, 정극(22)을 흡착하고 나서 회전 반송부(300)에 전달할 때까지의 동안에, 보정량에 기초하여 정극(22)의 위치 및 자세를 보정한다. 이에 의해, 정극(22)의 위치가 항상 고정밀도로 유지되어, 이후의 공정에 있어서의 적층 정밀도가 향상된다.
흡착 반송부(220)에 의해 반송된 정극(22)이, 회전 반송부(300)의 간극(340)의 전방에 설치되는 "개방 상태"의 도입 지지부(250)에 도달하면, 도입 지지부(250)는, 도 14에 도시하는 바와 같이, 상측 도입 지지부(251)를 하강시켜 하측 도입 지지부(252)와의 사이에 정극(22)의 선단부를 끼움 지지하고, 또한 하측 도입 지지부(252)의 롤러를 상승시켜 대략 수평 상태로 하여 "폐쇄 상태"로 되어, 정극(22)의 하면을 지지한다. 이 후, 흡착 반송부(220)의 흡착 헤드(222)로부터 정극(22)을 해방하여, 도입 지지부(250)의 회전에 의해 정극(22)을 회전 반송부(300)의 간극(340)으로 순차 송입한다.
또한, 회전 반송부(300)에서는, 회전 개시로부터 적층 드럼(310, 320)이 각도 α만큼 회전하면, 적층 드럼(310, 320)의 회전을 정지한다(도 19의 T2를 참조). 이때, 세퍼레이터 소재(S)가 1매분의 세퍼레이터(40)에 대응하는 각도 α만큼 적층 드럼(310, 320) 상으로 인출되어 있고, 오목부(313)가 절단부(350)의 세퍼레이터 커터(351)에 대향하여 위치한다. 그리고, 제어 장치(500)의 지령에 의해 세퍼레이터 커터(351)를 세퍼레이터 소재(S)에 압박하여, 세퍼레이터 소재(S)를 소정의 형상으로 절단하여 세퍼레이터(40)를 잘라낸다. 잘라내어진 세퍼레이터(40)는, 적층 드럼(310, 320)의 흡착 영역(A2)(도 11 참조)에 위치하고 있으므로, 적층 드럼(310, 320)에 흡착되어 유지된다.
그리고, 세퍼레이터 커터(351)가 세퍼레이터 소재(S)를 절단한 후에 오목부(313)로부터 빠져나가 후퇴하는 타이밍(도 19의 T3을 참조)에, 도 15에 도시하는 바와 같이, 제어 장치(500)의 지령에 의해 커터용 흡착 헤드(371)가 잉여의 절취편(S')에 근접하고, 흡인하여 유지한 후, 원래의 위치로 복귀된다. 이후, 커터용 흡착 헤드(371)의 흡인을 정지하여 절취편(S')을 떨어뜨리고, 흡입구(372)(도 10 참조)에 의해 절취편(S')을 흡입하여 회수한다.
흡착 반송부(220)의 흡착 헤드(222)로부터 정극(22)을 해방한 후, 도입 지지부(250)의 회전에 의해 정극(22)을 적층 드럼(310, 320)의 간극(340)으로 순차 송입한다. 또한, 적층 드럼(310, 320)을 다시 회전시켜(도 19의 T4를 참조), 잘라내어진 세퍼레이터(40)를 흡착한 채 회전시키고, 간극(340)으로 반송한다. 또한, 적층 드럼(310, 320)을 다시 회전시킬 때는, 제어 장치(500)에 의해 제1 부압실(331)의 부압을 저하시켜 미끄럼 영역(A1)의 흡착력을 약화시키고, 또한 송출 롤러부(360)에 의해 세퍼레이터 소재(S)를 구속한 상태로 한다(도 18 참조). 이에 의해, 외주면(311)의 미끄럼 영역(A1)에서 세퍼레이터(40)가 인출되는 일 없이, 적층 드럼(310, 320)이 세퍼레이터 소재(S)의 내면 상을 미끄러지면서 회전한다.
회전 반송부(300)의 간극(340)에 세퍼레이터(40)의 선단부가 도달하면, 도 16에 도시하는 바와 같이, 우선 2매의 세퍼레이터(40)끼리가 적층된 후, 정극(22)의 선단부의 양면에 세퍼레이터(40)가 적층된다. 이때, 세퍼레이터(40) 및 정극(22)이 동일한 속도로 되고, 또한 세퍼레이터(40) 및 정극(22)이 미리 설정된 적정한 위치에서 겹쳐지도록, 회전 반송부(300) 및 흡착 반송부(220)의 반송 위치(반송의 타이밍) 및 반송 속도를 제어 장치(500)에 의해 제어한다.
다음에, 제어 장치(500)의 지령에 의해 쌍의 용착기(410, 420)가 근접하면서 반송 방향 X로 이동하여, 세퍼레이터(40)의 양 테두리부의 선단부만을 끼워 넣어 끼움 지지한다. 그리고, 세퍼레이터(40) 및 정극(22)의 반송 방향 X로의 이동을 유지한 채, 돌기(411, 421)에 의해 용착한다(도 19의 T5를 참조). 세퍼레이터(40)는, 간극을 지나면 적층 드럼(310, 320)의 비흡착 영역(A3)에 도달하므로, 세퍼레이터(40)는 흡착력을 받는 일 없이 적층 드럼(310, 320)의 외주면(311)으로부터 이격되어, 정극(22)을 사이에 끼운 상태에서 반송 방향 X로 순차 반출된다.
그리고, 세퍼레이터(40)의 선단부가 이미 접합되어 있으므로, 적층 드럼(310, 320)의 외주면(311)으로부터 이격되어도, 세퍼레이터(40)끼리가 이격되는 일은 없다. 이후에도, 적층 드럼(310, 320)에 동기하여 도입 지지부(250)에 의해 정극(22)이 대략 수평 상태로 반송 방향 X로 반송되어, 적층 드럼(310, 320)의 외주면(311)에 흡착 유지된 세퍼레이터(40)가 적층 드럼(310, 320)의 회전에 따라서 정극(22)의 양면에 순차 적층된다. 또한, 이때에는, 다음 세퍼레이터(40)를 잘라내기 위해, 미끄럼 영역(A1)의 흡착력을 다시 강화하여, 송출 롤러부(360)에 의한 세퍼레이터 소재(S)의 공급이 개시되어 있다(도 19의 T6을 참조).
정극(22)의 양면에 세퍼레이터(40)가 적층된 상태에서 소정 위치까지 반송한 후, 쌍의 용착기(410, 420)를 이격시켜, 반송 방향 상류측으로 이동시킨 후, 도 17에 도시하는 바와 같이, 다시 반송 방향 X로 이동시키면서 근접시켜, 다른 접합부(42)를 용착한다. 세퍼레이터(40)의 양 테두리부의 모든 접합부(42)가 접합된 후, 도 18에 도시하는 바와 같이, 용착기(410, 420)끼리가 이격되어, 제작된 포장 정극(20)이 개방된다(도 19의 T7을 참조). 이후, 도시하지 않은 다른 용착기에 의해 세퍼레이터(40)의 변(44B)의 접합부(42)도 접합되어, 포장 정극(20)으로 된다.
그리고, 상기한 공정을 반복함으로써, 연속해서 포장 정극(20)을 제작할 수 있다.
제작된 포장 정극(20)은, 다음 공정으로 반송되어, 부극(30)과 교대로 적층되어 전지 요소(15)로 되어, 최종적으로 2차 전지(10)가 제조된다.
본 실시 형태에 따르면, 회전 반송부(300)(세퍼레이터 반송부)에 의한 세퍼레이터(40)의 반송 및 전극 반송부(200)에 의한 정극(22)의 반송에 있어서, 세퍼레이터(40) 및 정극(22)이 소정의 적정한 위치에서 겹쳐지고, 또한 동일한 속도로 되도록, 회전 반송부(300) 및 전극 반송부(200)의 반송 위치 및 반송 속도를 제어 장치(500)(동기 수단)에 의해 동기시켜, 세퍼레이터(40)과 정극(22)을 함께 이동시키고 있다. 그리고, 이 동기시킨 상태에서, 반송 방향 X의 하류측으로부터 순차 적층하고, 세퍼레이터(40)의 정극(22)에 대해 적층된 부위를 회전 반송부(300)로부터 순차 이탈시켜 정극(22)에 전달하고 있으므로, 세퍼레이터(40) 및 정극(22)을 정지시키지 않고 고속의 적층이 가능해져, 전지의 제조 시간을 단축할 수 있다. 또한, 회전 반송부(300) 및 전극 반송부(200)의 반송 위치 및 반송 속도를 동기시키면서, 반송 방향 X의 하류측으로부터 순차 적층하고, 세퍼레이터(40)의 정극(22)에 대해 적층된 부위를 회전 반송부(300)로부터 순차 이탈시켜 정극(22)에 전달하므로, 세퍼레이터(40)를 정극(22)에 대해 원활하게 전달할 수 있어, 적층시의 세퍼레이터(40) 및 정극(22)에 있어서의 주름의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 자동차용 대형 전지에 있어서는, 전단부측(반송 방향 X측)으로부터 순차 적층하는 방법을 이용함으로써, 특히 주름의 발생의 방지에 유효하다.
또한, 회전 반송부(300)가, 다른 세퍼레이터(40)를 보유 지지한 상태에서 반송하는 적층 드럼(310) 및 적층 드럼(320)을 구비하고, 전극 반송부(200)가, 적층 드럼(310, 320)의 각각에 의해 반송되는 2매의 세퍼레이터(40)의 사이에 정극(22)이 겹쳐지도록 정극(22)을 반송하므로, 정극(22)의 양면에 2매의 세퍼레이터(40)를 동시에 적층할 수 있어, 포장 정극(20)을 고속으로 제조할 수 있다.
또한, 회전함으로써 세퍼레이터(40)를 반송하는 적층 드럼(310, 320)(원기둥 형상 회전체)의 외주면(311)에 형성되는 흡착 영역(A2)이, 흡착하여 반송하는 세퍼레이터(40)에 대한 흡착을, 세퍼레이터(40)가 전극 반송부(200)에 의해 반송되는 정극(22)과 접할 때까지 유지하므로, 적층의 고속화를 도모해도, 세퍼레이터(40)에 주름 등이 발생하지 않는다.
또한, 흡착 영역(A2)이, 흡착하여 반송하는 세퍼레이터(40)에 대한 흡착을, 세퍼레이터(40)가 전극 반송부(200)에 의해 반송되는 정극(22)과 접한 후에 해제하므로, 적층할 때에 세퍼레이터(40)에 과잉의 힘이 작용하지 않아, 세퍼레이터(40)의 주름의 발생을 억제하면서 세퍼레이터(40)와 정극(22)을 원활하게 적층할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위의 범위 내에서 다양하게 개변할 수 있다.
도 20은, 본 실시 형태에 관한 적층 장치의 변형예를 도시하지만, 적층 드럼(310, 320)의 비흡착 영역(A4)으로서, 적층 드럼(310, 320)의 내부에 대기압보다도 압력이 높은 가압실(334)을 설치하여, 통기 구멍(312)으로부터 기체(유체)를 분출하는 구성으로 할 수 있다. 이러한 구성으로 하면, 세퍼레이터(40)를 적층 드럼(310, 320)으로부터 이격시키고자 하는 타이밍에, 세퍼레이터(40)에 최대한 부하를 부여하지 않고 이격시킬 수 있다.
도 21은 본 실시 형태에 관한 적층 장치의 다른 변형예를 도시하지만, 원기둥 형상의 적층 드럼이 아니라, 유연하게 굴곡 가능하고 통기 구멍(382)을 갖는 석션 벨트(380)를 복수의 회전 롤러(383)로 보유 지지하여 구성된다. 이러한 구성으로 하면, 단면이 원형에 한정되지 않고, 외주면(381)을 임의의 형상으로 할 수 있어, 설계 자유도가 향상된다. 특히, 쌍으로 되는 석션 벨트(380) 사이의 세퍼레이터(40) 및 정극(22)을 적층하는 영역 B를 넓게 설정함으로써, 용착기에 의한 용착이 완료될 때까지 석션 벨트(380)에 의해 세퍼레이터(40) 및 정극(22)을 끼워 보유 지지할 수 있어, 용착의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 도 20 및 도 21에서는, 본 실시 형태와 마찬가지의 기능을 갖는 부위에 대해서는 동일한 부호를 사용하고, 그 설명을 생략한다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 포장 정극(20)으로서, 세퍼레이터(40)에 정극(22)이 포장된 형태에 대해 설명하였지만, 상기한 적층 장치에 의해 포장되는 것은 부극(30)이라도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 정극 리드(11) 및 부극 리드(12)가 외장재(13)의 동일 단부로부터 도출되어 있는 경우에 대해 설명하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 정극 리드(11) 및 부극 리드(12)가 예를 들어 반대의 단부로부터 도출되어도 된다. 이 경우, 2차 전지(10)의 발전 요소(15)를 형성할 때에는, 정극 탭(23)과 부극 탭(33)이 서로 반대 방향으로 되도록 부극(30)과 포장 정극(20)이 적층된다.
본 실시 형태는, 회전 반송부(300)의 상하 한 쌍의 적층 드럼(310, 320)의 사이에 소정의 간극(340)을 형성하고 있지만, 적층 드럼(310, 320)이 서로 접하여 간극이 없는 상태여도 된다. 이 경우, 회전 반송부(300)의 한쪽 혹은 양쪽이, 정극(22) 및 세퍼레이터(40)의 두께에 따라서 추종하는 구조를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 전극 반송부(200)에 있어서 정극(22)을 대략 수평 상태로 반송하고 있지만, 그 밖의 방향으로 반송해도 된다.
또한, 한 쌍의 적층 드럼(310, 320)을 상하로 배치하는 것이 아니라, 그 밖의 방향으로 배치해도 된다.
또한, 본 실시 형태는, 세퍼레이터 커터(351)에 의해 1매의 연속된 세퍼레이터(40)를 적층 드럼(310, 320)의 외주면(311)에 흡착 유지한 상태에서 소정 형상으로 잘라내고 있지만, 미리 소정 형상으로 잘라내어진 세퍼레이터(40)를, 적층 드럼(310, 320)에 공급하여 흡착하면서 반송해도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 한 쌍의 대칭 형상의 적층 드럼(310, 320)이 설치되지만, 쌍으로 되는 적층 드럼(세퍼레이터 반송부)의 형상이, 비대칭이어도 되고, 예를 들어 한쪽을 원기둥 형상의 적층 드럼으로 하고, 다른 쪽을 임의의 형상의 석션 벨트로 해도 된다.
또한, 적층 드럼(310, 320)은 흡착력을 구비하고 있으므로, 정극(22)[또는 부극(30)]의 한쪽 면에 1매의 세퍼레이터(40)를 적층하는 구성에서는, 적층 드럼이 1개여도 충분히 기능을 발휘한다.
또한, 도입 지지부(250)는, 그 전부를 롤러로 이루어지는 것으로 하였지만, 편평한 부재 등, 그 밖의 부재로 구성해도 된다.
또한, 절단부(350)에 설치되는 절단날은, 열 커터가 아니어도 되고, 물리적으로 예리한 절단날이어도 된다. 또한, 수용부로서 오목부(313)를 형성하고 있지만, 수용부는 반드시 오목부(313)가 아니어도 된다.
또한, 적층 드럼(310, 320)의 미끄럼 영역(A1)에 있어서, 부압을 조정함으로써 세퍼레이터 소재(S)의 외주면(311)에서의 미끄럼과 흡착을 조정하고 있지만, 제1 부압실(331)의 부압을 대략 일정하게 유지하여, 송출 롤러부(360)의 구속력만으로, 세퍼레이터 소재(S)의 공급과 구속을 조정해도 된다. 또한, 이때는, 미끄럼 영역(A1)의 흡착력은, 흡착 영역(A2)의 흡착력보다도 낮은 것이 바람직하다.
또한, 적층 드럼(310, 320)(세퍼레이터 반송부)에 흡착력을 부여하는 방법은, 부압에 의해 흡착하는 방법에 한정되지 않고, 예를 들어 정전기에 의해 흡착해도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 정극 절단부(100), 촬상 카메라(230), 압박부(240), 컨베이어(210), 흡착 반송부(220), 도입 지지부(250), 송출 롤러부(360), 적층 드럼(310, 320), 절단부(350), 절취편 흡착부(370), 부압 공급 장치(333) 및 용착부(400)를, 제어 장치(500)(동기 수단)에 의해 동기시키고 있지만, 반드시 전부가 전기적으로 동기하고 있을 필요는 없고, 예를 들어 적어도 일부를 기계적으로 링크하여 동기시켜도 된다.
(발명의 효과)
본 발명의 적층 장치 및 적층 방법에 따르면, 세퍼레이터 및 전극을 소정의 위치에서 겹쳐지도록 이동시키면서 반송 방향의 하류측으로부터 세퍼레이터를 전극에 전달하고, 세퍼레이터를 세퍼레이터 반송부로부터 순차 이탈시켜 전극에 적층하므로, 세퍼레이터 및 전극을 정지시키지 않고 고속의 적층이 가능해져, 전지의 제조 시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 발명의 적층 장치 및 적층 방법에 따르면, 세퍼레이터 및 전극을 소정의 위치에서 겹쳐지도록 이동시키면서 반송 방향의 하류측으로부터 세퍼레이터를 전극에 전달하고, 세퍼레이터를 세퍼레이터 반송부로부터 순차 이탈시켜 전극에 적층하므로, 세퍼레이터를 전극에 대해 원활하게 전달하면서 적층할 수 있어, 적층시의 세퍼레이터 및 전극에 있어서의 주름의 발생을 억제할 수 있다.
(미국 지정)
본 국제 특허 출원은 미국 지정에 관한 것으로, 2011년 4월 7일에 출원된 일본 특허 출원 제2011-085733호에 대해 미국 특허법 제119조 (a)에 기초하는 우선권의 이익을 원용하고, 당해 개시 내용을 인용한다.

Claims (8)

  1. 소정 형상의 세퍼레이터를 보유 지지한 상태에서 반송하는 세퍼레이터 반송부와,
    소정 형상의 전극을 반송하는 전극 반송부를 갖고,
    상기 세퍼레이터 및 전극이 소정의 위치에서 겹쳐지도록 상기 전극 및 세퍼레이터를 함께 이동시켜 반송 방향의 하류측으로부터 상기 세퍼레이터를 상기 전극에 전달하면서, 당해 세퍼레이터를 상기 세퍼레이터 반송부로부터 순차 이탈시켜 상기 전극에 적층하고,
    상기 세퍼레이터 반송부 및 상기 전극 반송부의 반송 위치 및 반송 속도를 동기시키는 동기 수단을 더 갖고,
    상기 세퍼레이터 반송부는, 각각이 다른 세퍼레이터를 보유 지지한 상태에서 반송하는 제1 세퍼레이터 반송부 및 제2 세퍼레이터 반송부를 갖고,
    상기 전극 반송부는, 상기 제1 세퍼레이터 반송부 및 제2 세퍼레이터 반송부의 각각에 의해 반송되는 2매의 세퍼레이터의 사이에 상기 전극이 겹쳐지도록 당해 전극을 반송하는, 적층 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 세퍼레이터 반송부는, 소정 형상의 세퍼레이터를 흡착 가능한 흡착 영역을 외주면에 구비하는 동시에 회전함으로써 흡착한 상기 세퍼레이터를 반송하는 원기둥 형상 회전체를 갖고,
    상기 흡착 영역은, 흡착하여 반송하는 상기 세퍼레이터에 대한 흡착을, 당해 세퍼레이터가 상기 전극 반송부에 의해 반송되는 상기 전극과 접할 때까지 유지하는, 적층 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 흡착 영역은, 흡착하여 반송하는 상기 세퍼레이터에 대한 흡착을, 당해 세퍼레이터가 상기 전극 반송부에 의해 반송되는 상기 전극과 접한 후에 해제하는, 적층 장치.
  5. 소정 형상의 세퍼레이터를 보유 지지한 상태에서 반송하는 세퍼레이터 반송부 및 소정 형상의 전극을 반송하는 전극 반송부에 의해 상기 세퍼레이터 및 전극이 소정의 위치에서 겹쳐지도록 반송하는 것과,
    상기 전극 및 세퍼레이터를 함께 이동시켜 반송 방향의 하류측으로부터 상기 세퍼레이터를 상기 전극에 전달하면서, 당해 세퍼레이터를 상기 세퍼레이터 반송부로부터 순차 이탈시켜 상기 전극에 적층하는 것을 포함하고,
    상기 세퍼레이터 반송부 및 상기 전극 반송부의 반송 위치 및 반송 속도를 동기시켜 상기 세퍼레이터 및 전극을 반송하는 것과,
    상기 세퍼레이터 반송부에 의해 2매의 세퍼레이터를 각각 반송하면서, 상기 전극 반송부에 의해 상기 2매의 상기 세퍼레이터의 사이에 상기 전극이 겹쳐지도록 당해 전극을 반송하는 것을 포함하는, 적층 방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서, 상기 세퍼레이터 반송부의 외주면에 구획 형성되는 흡착 영역에 소정 형상의 세퍼레이터를 흡착하고, 상기 세퍼레이터 반송부의 원기둥 형상 회전체에 의해 회전함으로써 상기 세퍼레이터를 반송하고, 당해 세퍼레이터가 상기 전극 반송부에 의해 반송되는 상기 전극과 접할 때까지 상기 흡착 영역에 의한 흡착을 유지하는, 적층 방법.
  8. 제7항에 있어서, 반송되는 상기 전극 및 상기 흡착된 세퍼레이터가 접한 후에, 상기 흡착 영역에 의한 흡착을 해제하는, 적층 방법.
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