KR20140002016A - 포장 전극의 제조 장치 및 제조 방법 - Google Patents

포장 전극의 제조 장치 및 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 포장 전극의 제조 장치는, 각각의 외주면(311)이 대향하여 배열되고, 세퍼레이터(40)를 외주면에 보유 지지하여 회전함으로써 반송하는 한 쌍의 원기둥 형상 회전체(310, 320)와, 한 쌍의 원기둥 형상 회전체의 사이를 향하여 원기둥 형상 회전체의 접선 방향으로 소정 형상의 전극(22)을 반송하는 전극 반송부(200)와, 한 쌍의 원기둥 형상 회전체에 의해 반송되는 한 쌍의 세퍼레이터의 사이에 전극을 끼운 상태에서 세퍼레이터끼리를 접합하는 접합부(400)를 갖는다. 그리고, 전극 반송부에 의해 반송되어 있는 상태의 전극의 양면에, 한 쌍의 세퍼레이터를 회전하고 있는 원기둥 형상 회전체로부터 동시에 전달하여 적층하고, 전극의 양면에 전달된 한 쌍의 세퍼레이터끼리를 접합부에 의해 접합함으로써, 전극을 세퍼레이터에 의해 포장한다.

Description

포장 전극의 제조 장치 및 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING AND DEVICE FOR PRODUCING BAGGED ELECTRODE}
본 발명은 포장 전극의 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 자동차용 전지, 태양 전지 및 전자 기기용 전지 등 각종 전지에 있어서 적층형의 전지가 사용되고 있다. 적층형 전지는 정극, 부극 및 세퍼레이터를 시트 형상으로 형성하고, 정극, 세퍼레이터, 부극, 세퍼레이터의 순서대로 교대로 적층하여 구성된다. 또한, 이하, 정극 및 부극을 전극이라고 칭하는 경우가 있다.
이러한 적층형 전지의 제조에 사용되는 장치로서 여러가지 장치가 제안되어 있고, 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 장치를 들 수 있다.
특허문헌 1에 기재된 장치는, 우선, 상하로 대향하여 배치되는 받침대 및 압박판의 반송 방향으로의 이동을 정지시킨 상태에서, 받침대 및 압박판의 각각에 세퍼레이터를 흡인 보유 지지한다. 이어서, 하방의 받침대에 흡착되어 있는 세퍼레이터 위에 정극을 적재한다. 그 후, 상방의 압박판을 하강시켜서 압박판에 흡착되어 있는 세퍼레이터를 정극 위에 씌운다. 이 상태에서, 정극의 주위에서 겹치는 세퍼레이터의 테두리끼리를 열 접착하여, 주머니 형상이 되는 세퍼레이터에 정극이 끼워진 포장 정극을 제작한다. 그리고, 받침대와 압박판의 사이에 포장 정극을 끼운 상태 그대로 반송한 후, 받침대와 압박판의 사이로부터 포장 정극을 취출하고, 이 포장 정극을 부극과 교대로 적층한다. 이에 의해, 정극, 세퍼레이터, 부극, 세퍼레이터의 순서대로 교대로 적층한 전지 요소를 제작하고 있다.
일본 특허 공개 제2007-329111호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 장치는, 정지한 상태의 받침대에 흡착되어 있는 세퍼레이터 위에 정극을 적재한 후에, 압박판을 하강시켜서 억제판에 흡착된 세퍼레이터를 정극에 씌움으로써 포장 정극(포장 전극)을 제작하고 있다. 그로 인해, 전극에 대하여 2매의 세퍼레이터가 상이한 타이밍에서 겹치는 점에서, 제조 시간이 길어진다는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 종래 기술이 갖는 과제를 감안하여 이루어진 것이다. 그리고, 그 목적은, 포장 전극을 고속으로 제작하고, 전지의 제조 시간을 단축 가능한 포장 전극의 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 제1 형태에 관한 포장 전극의 제조 장치는, 각각의 외주면이 대향하여 배열되고, 세퍼레이터를 외주면에 보유 지지하여 회전함으로써 반송하는 한 쌍의 원기둥 형상 회전체와, 한 쌍의 원기둥 형상 회전체의 사이를 향하여 원기둥 형상 회전체의 접선 방향으로 소정 형상의 전극을 반송하는 전극 반송부와, 한 쌍의 원기둥 형상 회전체에 의해 반송되는 한 쌍의 세퍼레이터의 사이에 전극을 끼운 상태에서 세퍼레이터끼리를 접합하는 접합부를 갖는다. 그리고, 전극 반송부에 의해 반송되어 있는 상태의 전극의 양면으로, 한 쌍의 세퍼레이터를 회전하고 있는 원기둥 형상 회전체로부터 동시에 전달하여 적층하고, 전극의 양면에 전달된 한 쌍의 세퍼레이터끼리를 접합부에 의해 접합함으로써, 전극을 세퍼레이터에 의해 포장한다.
본 발명의 제2 형태에 관한 포장 전극의 제조 방법은, 각각의 외주면이 대향하여 배열되는 한 쌍의 원기둥 형상 회전체의 외주면의 각각에 세퍼레이터를 보유 지지하여 원기둥 형상 회전체를 회전시켜서 반송하는 공정과, 한 쌍의 원기둥 형상 회전체의 사이를 향하여 원기둥 형상 회전체의 접선 방향으로 소정 형상의 전극을 반송하는 공정을 갖는다. 또한, 상기 제조 방법은, 한 쌍의 원기둥 형상 회전체의 사이에 반송되어 있는 상태의 전극의 양면에, 한 쌍의 세퍼레이터를, 회전하고 있는 원기둥 형상 회전체로부터 동시에 전달하여 적층하는 공정과, 전극의 양면에 전달된 한 쌍의 세퍼레이터끼리를 접합함으로써, 전극을 세퍼레이터에 의해 포장하는 공정을 갖는다.
도 1은 리튬 이온 이차 전지의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 2는 리튬 이온 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 3은 포장 정극 및 부극을 도시하는 평면도이다.
도 4는 포장 정극에 부극을 겹친 모습을 도시하는 평면도이다.
도 5는 포장 전극의 제조 장치를 도시하는 개략 사시도이다.
도 6은 포장 전극의 제조 장치의 전기적 구성을 도시하는 도면이다.
도 7은 포장 전극의 제조 장치의 전극 반송부를 도시하는 측면도이다.
도 8은 포장 전극의 제조 장치의 전극 반송부를 도시하는 정면도이다.
도 9는 포장 전극의 제조 장치의 전극 반송부를 도시하는 평면도이다.
도 10은 포장 전극의 제조 장치의 회전 반송부를 도시하는 개략 단면도이다.
도 11은 포장 전극의 제조 장치에 의한 적층 공정을 나타내는 제1 설명도이다.
도 12는 포장 전극의 제조 장치에 의한 적층 공정을 나타내는 제2 설명도이다.
도 13은 포장 전극의 제조 장치에 의한 적층 공정을 나타내는 제3 설명도이다.
도 14는 포장 전극의 제조 장치에 의한 적층 공정을 나타내는 제4 설명도이다.
도 15는 포장 전극의 제조 장치에 의한 적층 공정을 나타내는 제5 설명도이다.
도 16은 포장 전극의 제조 장치에 의한 적층 공정을 나타내는 제6 설명도이다.
도 17은 포장 전극의 제조 장치에 의한 적층 공정을 나타내는 제7 설명도이다.
도 18은 포장 전극의 제조 장치에 의한 적층 공정을 나타내는 제8 설명도이다.
도 19는 회전 반송부의 동작을 나타내는 차트이다.
도 20은 포장 전극의 제조 장치의 다른 예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 21은 포장 전극의 제조 장치의 또 다른 예를 도시하는 개략 단면도이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 또한, 도면의 치수 비율은, 설명의 사정상 과장되어 있으며, 실제의 비율과는 상이한 경우가 있다.
본 발명은, 전지의 제조 공정의 일부에 적용되는 전지의 발전 요소를 조립하기 위한 포장 전극의 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일실시 형태에 관한 포장 전극의 제조 장치를 설명 하기 전에 전지의 구조에 대하여 설명한다.
[전지]
우선, 도 1을 참조하여 제조 장치에 의해 형성되는 리튬 이온 이차 전지(적층형 전지)에 대하여 설명한다. 도 1은 리튬 이온 이차 전지의 외관을 나타낸 사시도, 도 2는 리튬 이온 이차 전지의 분해 사시도, 도 3은 포장 정극 및 부극의 평면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 리튬 이온 이차 전지(10)는 편평한 직사각형 형상을 갖고 있으며, 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 도시한 바와 같이, 발전 요소(15)는 포장 정극(20)과 부극(30)이 교대로 적층되어 형성된다.
포장 정극(20)은, 도 3의 (A)에 도시한 바와 같이, 직사각형 형상의 정극(22)이 직사각형 형상의 세퍼레이터(40)에 의해 끼워 넣어져 있다. 정극(22)은 지극히 얇은 시트 형상의 정극 집전체(집전박)의 양면에 정극 활물질층이 형성되어 있다. 2매의 세퍼레이터(40)는 단부에 있어서 접합 부위(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, 또한, 변(44A)의 반대의 변(44B)에 부분적으로 돌출된 결합부(43)가 형성되어 있다. 결합부(43)는 외장재(13)의 내부에서 외장재(13)에 결합함으로써, 발전 요소(15)를 외장재(13)에 대하여 고정하는 역할을 한다. 정극(22)은 정극 탭(23) 이외의 부분에 정극 활물질층(24)이 형성되어 있다.
부극(30)은, 도 3의 (B)에 도시한 바와 같이, 직사각형 형상으로 형성되고, 지극히 얇은 시트 형상의 부극 집전체(집전박)의 양면에 부극 활물질층(34)이 형성되어 있다. 부극(30)은 부극 탭(33) 이외의 부분에 부극 활물질층(34)이 형성되어 있다.
포장 정극(20)에 부극(30)을 겹치면, 도 4에 도시한 바와 같이 된다. 도 4에 도시한 바와 같이, 평면에서 본 경우, 부극 활물질층(34)은 정극(22)의 정극 활물질층(24)보다도 한결 크게 형성되어 있다.
또한, 포장 정극(20)과 부극(30)을 교대로 적층하여 리튬 이온 이차 전지를 제조하는 방법 자체는, 일반적인 리튬 이차 전지의 제조 방법이므로, 상세한 설명은 생략한다.
[제조 장치]
이어서, 본 발명의 일실시 형태에 관한 포장 전극의 제조 장치에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
본 제조 장치는, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 정극용의 시트 소재(D)로부터 정극(22)을 잘라내는 정극 절단부(100)와, 잘라내어진 정극(22)을 반송하는 전극 반송부(200)를 구비하고 있다. 또한 적층 장치는, 전극 반송부(200)의 반송 방향의 하류측에 설치되는 회전 반송부(300)와, 회전 반송부(300)의 양측에 설치된 용착부(400)(접합부)와, 장치의 전체를 통괄하여 제어하는 제어 장치(500)(동기 장치)를 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는, 정극(22)이 반송되는 방향을 반송 방향(X), 정극(22)의 면과 수직인 방향을 상하 방향(Z), 상하 방향(Z) 및 반송 방향(X)와 직교하는 방향을 폭 방향(Y)으로 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. 여기에서 잘라내어진 정극(22)은 직사각형 형상이며, 정극 탭(23)을 갖는다.
전극 반송부(200)는, 도 7 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 컨베이어(210)와 흡착 반송부(220)를 구비하고 있다. 컨베이어(210)는 정극 절단부(100)에서 잘라내어진 정극(22)을 반송한다. 흡착 반송부(220)는 컨베이어(210) 상의 정극(22)을 흡착하여 회전 반송부(300)(세퍼레이터 반송부)에 반송한다. 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 배열하여 배치되어서 석션 벨트(211)를 회전 가능하게 보유 지지하는 2개의 회전축(212)을 구비하고 있다. 또한, 컨베이어(210)는 석션 벨트(211)의 내부에 배치되는 부압 발생부(213)를 구비하고 있다.
석션 벨트(211)에는 복수의 공기 흡인 구멍(214)이 형성되어 있다. 그리고, 공기 흡인 구멍(214)을 통하여 부압 발생부(213)에 의해 공기를 흡인함으로써, 얇아서 반송이 곤란한 정극(22)을 컨베이어(210) 상의 평탄한 설치면(215)(기준면)에 보유 지지하여 반송 가능하게 되어 있다. 석션 벨트(211)의 설치면(215)은, 촬상 카메라(230)에 의해 정극(22)과의 경계가 인식하기 쉬운 색조로 되어 있고, 본 실시 형태는 백색으로 되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 정극(22)을 대략 수평 상태로 설치할 수 있는 평탄한 설치면(215)을 구비하는 것으로서 컨베이어(210)를 적용하고 있다. 그러나, 평탄한 설치면을 구비하면, 그 밖의 장치를 사용해도 된다.
도 5 및 도 8에 도시한 바와 같이, 컨베이어(210)의 양측에는, 석션 벨트(211) 상의 정극(22)의 측부를 가압하여 보유 지지하는 가압부(240)가 설치된다. 가압부(240)는, 제어 장치(500)에 의해 제어되는 액추에이터(241)에 의해 석션 벨트(211) 상의 설치면(215)(기준면)에 대하여 근접 또는 이격하는 클램퍼(242)를 구비하고 있다. 클램퍼(242)는, 정극(22)을 설치면(215)에 가압함으로써 정극(22)의 변형을 교정하는 것이다. 특히, 롤 형상으로 권회된 시트 소재(D)로부터 잘라내어지는 정극(22)은 권취 성향이 남아서 둥글게 되기 쉽다. 또한, 정극(22), 부극(30) 및 세퍼레이터(40)는 매우 얇은 박 형상의 소재이며, 특히 자동차용 전지 등과 같은 대형의 전지에서는 매우 변형되기 쉽다. 또한, 석션 벨트(211)는 설치면(215)에 접촉하고 있는 부재를 흡인하여 보유 지지하는 것이지만, 통상, 설치면(215)으로부터 이격되어 있는 부위를 끌어 당길 만큼의 흡인력은 구비하고 있지 않다. 따라서, 클램퍼(242)에 의해 정극(22)을 설치면(215)에 가압함으로써 정극(22)의 변형을 교정한다. 이에 의해, 촬상 카메라(230)에 의한 정극(22) 위치의 파악을 고정밀도로 행할 수 있고, 또한, 흡착 반송부(220)에 의한 흡착 위치도 고정밀도로 설정할 수 있다. 그 결과, 후속 공정에 있어서의 가공 정밀도가 향상된다.
그리고, 도 9에 도시한 바와 같이, 클램퍼(242)는 석션 벨트(211) 상의 정극(22)의 반송 방향에 따른 2측변(H2, H4)(테두리)을 따르는 긴 부위를 가압 가능하게 형성되어 있다. 이에 의해, 클램퍼(242)의 사이에, 흡착 반송부(220)에 의한 정극(22)의 흡착 위치를 확보할 수 있다. 또한, 촬상 카메라(230)에 의해 정극(22)의 4측변(H1 내지 H4)(테두리)을 촬상할 수 있도록, 클램퍼(242)는 4측변(H1 내지 H4)의 테두리보다도 내측, 즉 정극(22)의 중앙측을 가압할 수 있다. 또한, 클램퍼(242)는, 압박한 정극(22)을, 클램퍼(242)를 투과하여 촬상할 수 있도록 투명한 부재로 형성된다. 투명한 부재로서는, 예를 들어 아크릴 수지나 유리 등을 적용할 수 있다. 그러나, 클램퍼(242)의 재료는 특별히 한정되지 않고, 조명(231)의 주파수나 촬상 카메라(230)의 촬상 특성에 따라서 적절히 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(Y)으로 3차원적으로 이동 가능하고, 또한, 수평면을 따라서 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 가압하여 보유 지지한 후, 조명(231)이 조사하는 광의 아래에서 촬상하는 것이다. 촬상 카메라(230)는, 정극(22)이 소정 위치까지 반송되어 정지했을 때, 촬상된 정극(22)의 화상에 기초하는 신호를 제어 장치(500)에 송신한다. 소정의 신호를 수취한 제어 장치(500)는, 신호로부터 정극(22)의 위치나 상태인 위치 정보를 산출하고, 산출한 위치 정보의 결과에 기초하여 흡착 반송부(220)의 구동 장치의 이동을 제어한다. 그리고, 흡착 반송부(220)는, 정극(22)의 위치나 자세를 적정하게 수정하여 후술하는 회전 반송부(300)의 간극(340)(도 5 참조)에 반송한다.
구체적으로는, 제어 장치(500)는 소정 위치에서 컨베이어(210)를 정지시키고, 촬상 카메라(230)에 의해 촬상된 화상으로부터, 도 9에 도시하는 정극(22)의 4변에 대응하는 측변 에리어(E1 내지 E4)의 테두리를 검출한다. 당해 테두리는, 석션 벨트(211)와 정극(22)의 색조의 차이로부터 검출할 수 있다. 제어 장치(500)는, 이 검출 결과로부터 4변의 근사 직선(L1 내지 L4)을 최소 제곱법 등을 사용하여 산출한다. 이어서, 제어 장치(500)는, 4변의 근사 직선(L1 내지 L4)의 교점인 4코너의 코너부(K1 내지 K4)를 산출하고, 4개의 코너부(K1 내지 K4)의 평균값을 산출하여 이것을 전극 중심점(O)의 좌표로 한다. 또한, 전극 중심점(O)의 좌표는 반송 방향(X) 및 폭 방향(Y)의 좌표로 표현된다. 그리고, 제어 장치(500)는, 정극(22)의 반송 방향을 따르는 2측변(H2, H4)의 근사 직선(L2, L4)의 한쪽, 또는 양쪽의 평균값으로부터 정극(22)의 수평면(기준면)에 있어서의 기울기각(θ)을 산출한다. 이 후, 제어 장치(500)는, 전극 중심점(O)의 좌표 및 기울기각(θ)으로부터 수평면에 있어서의 정극(22)의 정규 위치에 대한 위치 및 기울기의 보정량을 산출한다. 그리고, 제어 장치(500)는, 이 보정량을 교정하도록 흡착 반송부(220)(위치 보정부)의 구동 장치를 제어한다. 또한, 흡착 반송부(220)는 정극(22)의 위치를 보정하면서 회전 반송부(300)의 간극(340)에 반송한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 촬상 카메라(230)에 의해 정극(22)의 위치나 상태를 인식하고 있다. 그러나, 그 밖의 센서도 사용해도 되고, 예를 들어 정극(22)의 선단을 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 가압하여 정극(22)의 형상을 교정한 상태에서, 수직으로 하강하여 흡착 헤드(222)에 의해 정극(22)을 흡착하여 보유 지지한다. 그리고, 클램퍼(242)에 의한 정극(22)의 구속을 개방한 후, 흡착 반송부(220)는 정극(22)의 대략 수평 상태를 유지한 채 상승한다. 그 후, 흡착 반송부(220)는, 산출한 보정량에 따라서 정극(22)의 위치 및 자세를 적정하게 수정하여 회전 반송부(300)의 간극(340)에 반송한다.
회전 반송부(300)의 간극(340)의 근방에는, 도 10에 도시한 바와 같이, 간극(340)의 상하를 끼우도록 설치되고, 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 지지함과 함께, 회전 반송부(300)의 간극(340)에 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(Z)으로 이동 가능하고, 상방으로 이동한 "개방 상태"로부터, 하강하여 하측 도입 지지부(252)에 있어서의 반송 방향의 최하류측의 롤러와의 사이에 정극(22)을 끼움 지지하는 "폐쇄 상태"가 될 수 있다. 또한, 상측 도입 지지부(251)는, 회전하도록 구동함으로써 끼움 지지한 정극(22)을 간극(340)에 송출할 수 있다.
하측 도입 지지부(252)는, 반송 방향의 상류측의 롤러가 비스듬히 하강한 "개방 상태"로부터, 흡착 반송부(220)로부터 정극(22)을 전달할 때 상승하여 대략 수평이 되어 "폐쇄 상태"가 된다. 그에 의해, 도 14에 도시한 바와 같이, 하측 도입 지지부(252)는 정극(22)을 반송 가능하게 지지한다. 상측 도입 지지부(251)의 롤러와 쌍을 이루는 반송 방향의 최하류측의 롤러는, 회전하도록 구동하는 것이 가능하게 되어 있다. 그로 인해, 상측 도입 지지부(251)와의 사이에 정극(22)을 끼움 지지한 상태에서 최하류측의 롤러가 회전함으로써, 끼움 지지한 정극(22)을 간극(340)에 송출할 수 있다.
따라서, 흡착 반송부(220)에 의해 정극(22)이 반송되어 오면, 상측 도입 지지부(251)를 하강시켜서 하측 도입 지지부(252)와의 사이에 정극(22)의 선단을 끼움 지지한다. 또한, 하측 도입 지지부(252)의 롤러를 상승시켜서 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)에 순차 송출한다.
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)(원기둥 형상 회전체), 적층 드럼(320)(원기둥 형상 회전체)을 구비하고 있다.
이 상하 한 쌍의 적층 드럼(310, 320)은, 회전축이 반송 방향(X)에 직교하고 있다. 또한, 적층 드럼(310, 320)은, 소정의 간극(340)을 두고 외주면(311)끼리가 대향하도록 서로 평행하게 배치되고, 또한, 수평면을 기준으로 대칭 구조를 갖는다.
각각의 적층 드럼(310, 320)의 외주면(311)에는 세퍼레이터(40)를 흡착 가능한 흡착부가 형성되어 있다. 또한, 적층 드럼(310, 320)의 내부에는 비회전적으로 설치되는 내측 구조부(330)를 갖고 있다. 적층 드럼(310, 320)의 폭(회전축 방향의 길이)은, 세퍼레이터 소재(S)의 양쪽 테두리가 적층 드럼(310, 320)의 양단으로부터 밀려나올 정도로 되어 있다.
상하의 적층 드럼(310, 320)은 간극(340)을 두고 배치되어 있다. 그리고, 이 간극(340)에 있어서, 적층 드럼(310, 320)은 반송 방향(X)의 하류측을 향하여 회전하도록 되어 있다. 즉, 상측에 위치하는 적층 드럼(310)은, 도 10의 지면 상에서 좌측 방향으로 회전함으로써, 외주면(311)에 흡착한 세퍼레이터(40)를 간극(340)까지 반송한다. 또한, 하측에 위치하는 적층 드럼(320)은, 도 10의 지면 상에서 우측 방향으로 회전함으로써, 외주면(311)에 흡착한 세퍼레이터(40)를 간극(340)까지 반송한다. 또한, 상측 및 하측의 적층 드럼(310, 320)은, 제어 장치(500)에 의해 회전이 제어되는 구동 모터(도시하지 않음)에 의해 구동된다.
적층 드럼(310, 320)에는, 외주면(311)에 무수한 통기 구멍(312)이 형성되어 있다. 또한, 외주면(311)에는, 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 180°마다의 2군데에 형성된다. 또한, 오목부(313)가 주위 방향에 2군데 설치되는 것은, 적층 드럼(310, 320)이 1회전할 때마다 2매의 세퍼레이터(40)를 잘라내기 때문이다. 단, 적층 드럼(310, 320)의 1회전 동안에 잘라내는 세퍼레이터(40)의 매수에 따라서 주위 방향의 오목부(313)의 수를 변경할 수 있다.
그리고, 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)가 설치되어 있다. 또한, 적층 드럼(310, 320)의 외주면(311) 상의 세퍼레이터 소재(S)를 절단하는 절단부(350)가 설치되어 있다. 또한, 도 15에 도시한 바와 같이, 절단부(350)에 의한 절단에 의해서 발생하는 불필요한 절취편(S')을 회수하기 위한 절취편 흡착부(370)가 설치되어 있다.
구체적으로는, 회전 반송부(300)의 반송 방향의 하류측에 있어서의 경사 상방 및 경사 하방에는, 원기둥 형상으로 형성된 소형의 송출 롤러부(360)가 설치되어 있다.
송출 롤러부(360)에서는, 회전 반송부(300)의 반송 방향의 하류측에 있어서의 경사 상방 및 경사 하방에 한 쌍의 송출 롤러(361, 362)가 설치되어 있다. 이 송출 롤러(361, 362)는 원기둥 형상으로 형성되어 있고, 소정의 간극을 두고 배치되어 있다. 이 송출 롤러부(360)는, 세퍼레이터 롤(도시하지 않음)로부터 반송되는 1매의 연속된 세퍼레이터 소재(S)를 간극에 끼워 넣는다. 그리고, 송출 롤러부(360)가 회전함으로써 세퍼레이터 소재(S)를 회전 반송부(300)에 송출하고, 정지함으로써 송출을 정지하여 세퍼레이터 소재(S)를 구속한다. 송출 롤러(361, 362)는 제어 장치(500)에 의해 제어되고, 소정의 타이밍에 회전 반송부(300)에 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 흡착된 세퍼레이터 소재(S)를 용융시켜서 소정 형상으로 잘라내는 열커터이다. 구체적으로는, 우선, 세퍼레이터(40)는 적층 드럼(310, 320)의 외주면(311)에 흡착되어 반송된다. 이 때, 적층 드럼(310, 320)의 오목부(313)가 세퍼레이터 커터(351)와 대향하는 위치까지 이동하면, 세퍼레이터 커터(351)가 제어 장치(500)의 명령을 받아서 적층 드럼(310, 320)의 오목부(313)에 침입하도록 이동한다. 이에 의해, 세퍼레이터 커터(351)가 세퍼레이터(40)를 용융하여 세퍼레이터(40)를 도 3의 (A)에 도시한 바와 같은 소정 형상으로 잘라낸다. 세퍼레이터 소재(S)로부터 세퍼레이터(40)를 연속적으로 잘라낼 때는, 먼저 잘라내는 세퍼레이터(40)의 후단부를 결합부(43)가 형성되는 변(44B)으로 하고, 다음에 잘라내는 세퍼레이터(40)의 전단부를 직선적인 변(44A)으로 한다. 이와 같이, 형상이 일치하지 않는 2변(44A, 44B)을 절단부(350)에 의해 동시에 잘라냄으로써, 잉여의 절취편(S')이 발생한다.
절취편 흡착부(370)는, 도 15에 도시한 바와 같이, 흡착력을 발휘하는 커터용 흡착 헤드(371)를 구비하고 있다. 그리고, 세퍼레이터 커터(351)가 세퍼레이터 소재(S)를 절단한 후에 오목부(313)로부터 빠져 나가서 후퇴하는 타이밍에서, 커터용 흡착 헤드(371)가 절단한 부위에 근접하도록 이동한다. 그 후, 커터용 흡착 헤드(371)가, 세퍼레이터 커터(351)에 의해 잘라내어진 세퍼레이터(40)의 잉여의 절취편(S')을 흡인하여 보유 지지한다. 그리고, 절취편(S')을 흡인 보유 지지한 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 분리하고, 적층 드럼(310, 320)의 외주면(311)으로부터 이격된 위치에 별도 설치되는 흡입구(372)에 의해 절취편(S')을 흡입하여 회수한다.
여기서, 커터용 흡착 헤드(371)를 사용하지 않고, 흡입구(372)에 의해서만 절취편(S')을 회수하고자 하면, 흡입하는 과정에서 절취편(S')이 외주면(311)에 남는 세퍼레이터(40)나 세퍼레이터 소재(S)에 접촉되어버릴 우려가 있다. 그러나, 커터용 흡착 헤드(371)로 일단 흡착하여 이격시킨 후에 흡입구(372)에서 회수함으로써, 절취편(S')에 의한 세퍼레이터(40)나 세퍼레이터 소재(S)의 손상을 억제하면서 회수할 수 있다.
도 10에 도시한 바와 같이, 각각의 적층 드럼(310, 320)의 내부에는 내측 구조부(330)가 설치된다. 내측 구조부(330)에는, 장치의 작동 시에 공정에 따라서 부압의 강도를 조정 가능한 제1 부압실(331)과, 장치의 작동 시에 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 내부 압력을 조정 가능하다.
제1 부압실(331) 및 제2 부압실(332)은 적층 드럼(310, 320)의 내주면에 의해 외부와 격리되어 있다. 따라서, 적층 드럼(310, 320)에 형성되는 통기 구멍(312)을 통하여 적층 드럼(310, 320)의 외주면(311)에 비회전적으로 부압의 영역을 발생시킨다. 이 영역은, 적층 드럼(310, 320)이 회전해도, 회전하는 경우는 없다. 제1 부압실(331)은, 송출 롤러부(360)에 대응하는 위치부터, 적층 드럼(310, 320)의 회전 방향을 향하여 세퍼레이터 커터(351)에 대응하는 위치까지의 범위에 형성된다. 제2 부압실(332)은, 세퍼레이터 커터(351)에 대응하는 위치부터, 적층 드럼(310, 320)의 회전 방향을 향하여 간극(340)에 대응하는 위치까지의 약 180° 범위에 형성된다.
따라서, 도 11에 도시한 바와 같이, 적층 드럼(310, 320)의 외주면(311)에는, 제1 부압실(331)에 대응하는 위치이고 부압이 조정되어 변화하는 미끄럼 영역(A1)(흡착력 조정 영역)이 형성된다. 또한, 외주면(311)에는, 제2 부압실(332)에 대응하는 위치이고 부압이 대략 일정하여 세퍼레이터 소재(S) 또는 잘라내어진 세퍼레이터(40)를 흡착하여 보유 지지하는 흡착 영역(A2)이 형성된다. 흡착 영역(A2)은, 흡인력이 강하고, 세퍼레이터 소재(S) 또는 잘라내어진 세퍼레이터(40)를 흡인력에 의해 보유 지지하여 적층 드럼(310, 320)의 회전에 따라서 이것들을 회전시킬 수 있다. 미끄럼 영역(A1)도 또한, 흡착 영역(A2)과 동일한 정도의 흡인력으로 설정하여 세퍼레이터(40)를 회전시킬 수 있다. 또한, 미끄럼 영역(A1)은, 흡인력을 저하시킴으로써, 세퍼레이터 소재(S)를 외주면(311)으로부터 이격되지 않을 정도로 보유 지지하면서도, 적층 드럼(310, 320)이 회전할 때, 세퍼레이터 소재(S)를 회전시키지 않고 외주면(311) 상에서 미끄러지게 할 수 있다.
또한, 내측 구조부(330)의 간극(340)에 대응하는 위치부터, 적층 드럼(310, 320)의 회전 방향을 향하여 송출 롤러부(360)에 대응하는 위치까지의 범위는, 제1 부압실(331) 및 제2 부압실(332) 모두 설치되지 않는다. 그로 인해, 외주면(311)의 이 범위에 대응하는 부위에는, 부압이 발생하지 않고 세퍼레이터(40)를 흡착하지 않는 비흡착 영역(A3)이 비회전적으로 형성된다.
그리고, 회전 반송부(300)는, 적층 드럼(310, 320)에서 세퍼레이터(40)를 잘라내면서 흡착하여 반송한다. 또한, 회전 반송부(300)는, 적층 드럼(310, 320)의 회전 속도와 전극 반송부(200)에 의한 정극(22)의 반송 속도를 동기시키면서, 반송 방향(X)의 하류측으로부터 정극(22)의 양면에 세퍼레이터(40)을 순차 적층한다. 이 때, 도 10에 도시한 바와 같이, 정극(22)은 흡착 반송부(220)에 의해 원기둥 형상의 적층 드럼(310, 320)의 접선 방향(T)으로 도입된다.
용착부(400)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 정극(22)의 양면에 적층된 세퍼레이터(40)끼리를 용착하는 것이다. 이 용착부(400)는, 도 10에 도시한 바와 같이, 적층 드럼(310, 320)의 회전축 방향의 양단에 상하 한 쌍의 용착기(410, 420)를 구비하고 있다.
상하의 용착기(410, 420)는, 대향하는 면에 반송 방향(X)을 따라서 복수의 돌기(411, 421)가 설치되어 있다. 그리고, 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(Z)으로 이동할 수 있다. 즉, 용착기(410, 420)는, 간극(340)에 반송되어 적층된 세퍼레이터(40) 및 정극(22)에 동기하도록, 반송 방향(X)으로 세퍼레이터(40)와 동일한 속도로 이동하면서 서로 접근한다. 그리고, 대향하는 돌기(411, 421)에 의해, 적층된 세퍼레이터(40)끼리를 접합하여 접합 부위(42)를 형성한다. 그 후, 세퍼레이터(40)에서 주머니 형상으로 포장된 정극(22)이 소정 위치까지 반송되면, 용착기(410, 420)가 이격되고, 반송 방향의 상류측으로 이동한다. 그리고, 용착기(410, 420)는 다시 반송 방향(X)으로 세퍼레이터(40)와 동일한 속도로 이동시키면서 근접시켜서 다른 접합 부위(42)를 용착한다. 모든 접합 부위(42)가 접합된 후, 용착기(410, 420)끼리가 이격되어 제작된 포장 정극(20)이 개방된다.
또한, 세퍼레이터(40)끼리를 접합하기 위해서는, 상술한 구조에 한정되지 않는다. 즉, 예를 들어 세퍼레이터(40)끼리를 1대의 회전하는 가열 롤러의 사이에서 가열하면서 용착하거나, 가열하지 않고 가압만으로 압착하거나, 또는 접착제를 사용하여 접합하는 것도 가능하다.
제어 장치(500)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 정극 절단부(100), 촬상 카메라(230), 가압부(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) 모두를 통괄하여 일체적으로 제어한다. 그리고, 제어 장치(500)는 도 6의 각 부를 동기시키면서 작동시킬 수 있다. 또한, 제어 장치(500)는, 전지를 제작하기 위한 다른 장치도 포함하여 통괄적으로 제어를 행할 수도 있다.
다음으로 본 제조 장치를 사용한 제조 방법에 대해서 도 11 내지 도 19를 참조하면서 설명한다.
우선, 롤 형상으로 권회된 정극용의 시트 소재(D)를, 정극 절단부(100)에서 절단하고, 정극(22)을 형성한다. 잘라내어진 정극(22)은, 도시하지 않은 흡착 패드나 컨베이어 등에 의해 컨베이어(210)의 설치면(215) 상에 놓인다. 또한, 송출 롤러부(360)는 세퍼레이터 롤로부터 보내져 오는 1매의 연속된 세퍼레이터 소재(S)를 간극에 끼워 넣어서 구속하고 있다. 따라서, 세퍼레이터 소재(S)의 선단은, 도 11에 도시한 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 인출되지 않고, 적층 드럼(310, 320)이 세퍼레이터 소재(S)의 내면 상을 미끄러지면서 회전하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 적층 드럼(310, 320)의 1회전으로 2매의 세퍼레이터(40)를 잘라내므로, 도 11에서 2점 쇄선으로 나타낸 바와 같이, 먼저 잘라내어진 세퍼레이터(40)가 이미 적층 드럼(310, 320)의 외주면(311) 상에 흡착되어 반송되어 있다.
정극(22)이 놓인 컨베이어(210)는, 도 11에 도시한 바와 같이, 석션 벨트(211)의 설치면(215) 상의 정극(22)을, 반송 방향(X)으로 일렬로 배열하여 세로 배열(탭이 반송 방향(X)의 상류측에 위치하는 배열)로 반송한다. 이 때, 정극(22)은 석션 벨트(211)에 의해 흡착되므로, 감김 등의 발생이 억제되어 있다. 또한, 정극(22)을 가로 배열(탭이 폭 방향(Y)에 위치하는 배열)에서 반송해도 된다. 석션 벨트(211)는, 소정의 위치까지 이동하면, 정극(22)을 흡착한 상태 그대로 이동을 정지한다. 그리고, 도 12에 도시한 바와 같이, 가압부(240)가 작동하여, 클램퍼(242)에 의해 정극(22)의 2측변(H2, H4)을 따르는 긴 부위를 가압한다(도 8, 도 9 참조). 이에 의해, 정극(22)이 둥글게 되는 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 긴밀하게 부착되게 된다.
이 상태에서, 촬상 카메라(230)가 정극(22)의 4측변(H1 내지 H4)을 촬상하고, 제어 장치(500)에 소정의 신호를 송신한다. 제어 장치(500)는, 수신한 신호로부터, 전술한 방법으로 전극 중심점(O)의 좌표와 기울기각(θ)을 산출하고, 정극(22)의 정규 위치에 대한 위치 및 기울기의 보정량을 산출한다. 또한, 촬상 시에는, 클램퍼(242)는 정극(22)의 4측변(H1 내지 H4)의 테두리보다도 내측(정극(22)의 중앙측)을 가압하므로, 촬상 카메라(230)에 의해 4측변(H1 내지 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.
이어서, 석션 벨트(211)의 상방에 위치하는 흡착 반송부(220)의 흡착 헤드(222)를 하강시켜서 흡착 헤드(222)를 정극(22)의 상면에 가압한다. 이에 의해, 정극(22)은 흡착 헤드(222)에 흡착된다. 또한, 정극(22)은 석션 벨트(211)에도 흡착되어 있다. 그러나, 흡착 헤드(222)의 흡착력을 석션 벨트(211)보다도 높게 설정하거나, 또는 석션 벨트(211)에 의한 흡착을 일단 정지함으로써, 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 향하여 오목부(313)가 이동한다. 그 때, 오목부(313)가 세퍼레이터 커터(351)의 위치까지 소정 각도(α)가 되었을 때, 제어 장치(500)에 의해 제1 부압실(331)의 부압을 높여서 미끄럼 영역(A1)의 흡착력을 강화한다. 또한, 송출 롤러부(360)를 회전시켜서 한 쌍의 송출 롤러(361, 362)의 사이에 세퍼레이터 소재(S)를 끼우면서 순차 송출한다. 이에 의해, 적층 드럼(310, 320)에 대하여 세퍼레이터 소재(S)의 공급을 개시한다(도 19의 T1을 참조). 그리고, 부압이 높아진 미끄럼 영역(A1) 및 흡착 영역(A2)에 있어서 적층 드럼(310, 320)의 외주면(311)에 세퍼레이터 소재(S)가 흡착되고, 세퍼레이터 소재(S)가 적층 드럼(310, 320)의 회전에 따라서 순차 인출된다. 또한, 소정 각도(α)는, 잘라내어지는 1매의 세퍼레이터(40)의 길이에 대응한 각도이다.
이 후, 흡착 반송부(220)는, 도 13에 도시한 바와 같이, 정극(22)을 대략 수평 상태로 유지한 채 상승한 후, 반송 방향(X)으로 이동하고, 회전 반송부(300)의 간극(340)으로 반송한다. 이 때, 흡착 반송부(220)는, 제어 장치(500)에 의해 구동 장치가 제어되어 정극(22)의 위치 및 자세를 보정한다. 구체적으로는, 흡착 반송부(220)는, 정극(22)을 흡착하고나서 회전 반송부(300)로 전달할 때까지의 동안에, 정극(22)의 위치 및 자세를 보정한다. 이에 의해, 정극(22)의 위치가 항상 고정밀도로 유지되고, 후속 공정에 있어서의 적층의 정밀도가 향상된다.
그리고, 흡착 반송부(220)에 의해 반송된 정극(22)은, 도 14에 도시한 바와 같이, 회전 반송부(300)의 간극(340)의 앞에 설치되는 "개방 상태"의 도입 지지부(250)에 도달한다. 그리고, 도입 지지부(250)는, 상측 도입 지지부(251)를 하강시켜서 하측 도입 지지부(252)와의 사이에 정극(22)의 선단을 끼움 지지한다. 또한, 도입 지지부(250)는, 하측 도입 지지부(252)의 롤러를 상승시켜서 대략 수평 상태로 하여 "폐쇄 상태"가 되고, 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)에 순차 송출한다.
또한, 회전 반송부(300)에서는, 회전 개시부터 적층 드럼(310, 320)이 각도 α만큼 회전하면, 적층 드럼(310, 320)의 회전을 정지한다(도 19의 T2를 참조). 이 때, 세퍼레이터 소재(S)는, 1매분의 세퍼레이터(40)에 대응하는 각도 α만큼 적층 드럼(310, 320) 상에 인출되어 있다. 또한, 오목부(313)가 절단부(350)의 세퍼레이터 커터(351)에 대향하여 위치한다. 그리고, 제어 장치(500)의 명령에 따라 세퍼레이터 커터(351)를 세퍼레이터 소재(S)에 가압하여, 세퍼레이터 소재(S)를 소정의 형상으로 절단하여 세퍼레이터(40)을 잘라낸다. 잘라내어진 세퍼레이터(40)는, 도 11에 도시하는 적층 드럼(310, 320)의 흡착 영역(A2)에 위치하고 있으므로, 적층 드럼(310, 320)에 흡착되어 보유 지지된다.
그리고, 세퍼레이터 커터(351)가 세퍼레이터 소재(S)를 절단한 후에 오목부(313)로부터 빠져 나가서 후퇴한다. 이 세퍼레이터 커터(351)가 후퇴하는 타이밍(도 19의 T3을 참조)에서, 도 15에 도시한 바와 같이, 제어 장치(500)의 명령에 따라 커터용 흡착 헤드(371)가 잉여의 절취편(S')에 근접하고, 흡인하여 보유 지지한 후, 원래의 위치로 복귀된다. 이 후, 커터용 흡착 헤드(371)의 흡인을 정지하여 절취편(S')을 이격하고, 도 10에 도시하는 흡입구(372)에 의해 절취편(S')을 흡입하여 회수한다.
그리고, 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)에 순차 송출한다. 또한, 적층 드럼(310, 320)을 다시 회전시켜서(도 19의 T4를 참조), 잘라내어진 세퍼레이터(40)를 흡착한 채 회전시키고, 간극(340)에 반송한다. 또한, 적층 드럼(310, 320)을 다시 회전시킬 때는, 제어 장치(500)에 의해 제1 부압실(331)의 부압을 저하시켜서 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 인출되지 않고, 적층 드럼(310, 320)이 세퍼레이터 소재(S)의 내면 상을 미끄러지면서 회전한다.
회전 반송부(300)의 간극(340)에 세퍼레이터(40)의 선단이 도달하면, 도 16에 도시한 바와 같이, 우선 2매의 세퍼레이터(40)끼리가 적층된 후, 정극(22)의 선단의 양면에 세퍼레이터(40)가 적층된다. 이 때, 세퍼레이터(40) 및 정극(22)의 속도가 동일한 속도가 된다. 또한, 세퍼레이터(40) 및 정극(22)이 미리 설정된 적정한 위치에서 겹치도록, 회전 반송부(300) 및 흡착 반송부(220)에 있어서의 반송 위치(반송의 타이밍) 및 반송 속도를 제어 장치(500)로 제어한다.
이어서, 제어 장치(500)의 명령에 의해, 한 쌍의 용착기(410, 420)가 근접하면서 반송 방향(X)으로 이동하고, 세퍼레이터(40)의 양쪽 테두리의 선단만을 끼워 넣어서 끼움 지지한다. 그리고, 세퍼레이터(40) 및 정극(22)의 반송 방향(X)으로 이동시키면서 돌기(411, 421)에 의해 용착한다(도 19의 T5를 참조). 세퍼레이터(40)는, 간극(340)을 지나면 적층 드럼(310, 320)의 비흡착 영역(A3)에 달한다. 그로 인해, 세퍼레이터(40)는, 흡착력을 받지 않고 적층 드럼(310, 320)의 외주면(311)으로부터 이격되어, 정극(22)을 사이에 끼운 상태에서 반송 방향(X)으로 순차 반출된다. 그리고, 세퍼레이터(40)의 선단이 이미 접합되어 있으므로, 적층 드럼(310, 320)의 외주면(311)으로부터 이격되어도, 세퍼레이터(40)끼리가 이격되는 경우는 없다.
이후에도 적층 드럼(310, 320)에 동기하여, 도입 지지부(250)에 의해 정극(22)이 대략 수평 상태에서 반송 방향(X)에 반송된다. 그리고, 적층 드럼(310, 320)의 외주면(311)에 흡착된 세퍼레이터(40)가, 적층 드럼(310, 320)의 회전을 따라서 정극(22)의 양면에 순차 적층된다. 또한, 이 때에는 다음 세퍼레이터(40)를 잘라내기 위해서, 미끄럼 영역(A1)의 흡착력을 다시 강화하고, 송출 롤러부(360)에 의한 세퍼레이터 소재(S)의 공급이 개시되어 있다(도 19의 T6을 참조).
그리고, 정극(22)의 양면에 세퍼레이터(40)가 적층된 상태에서 소정 위치까지 반송한 후, 한 쌍의 용착기(410, 420)를 이격시켜서 반송 방향의 상류측으로 이동시킨다. 그 후, 도 17에 도시한 바와 같이, 용착기(410, 420)를 다시 반송 방향(X)으로 이동시키면서 근접시켜서 다른 접합 부위(42)를 용착한다. 세퍼레이터(40)의 양쪽 테두리에 있어서의 모든 접합 부위(42)가 접합된 후, 도 18에 도시한 바와 같이, 용착기(410, 420)끼리가 이격되어 제작된 포장 정극(20)이 개방된다(도 19의 T7을 참조). 이 후, 도시하지 않은 다른 용착기에 의해 세퍼레이터(40)의 변(44B)의 접합 부위(42)도 접합되어 포장 정극(20)이 된다.
그리고, 상기의 공정을 반복함으로써, 연속하여 포장 정극(20)을 제작할 수 있다.
제작된 포장 정극(20)은 다음 공정으로 반송되어 부극(30)과 교대로 적층하여 발전 요소(15)가 되고, 최종적으로 리튬 이온 이차 전지(10)가 제조된다.
본 실시 형태에서는, 우선, 정극(22)을 반송하면서 정극(22)의 양면으로 한 쌍의 세퍼레이터를 동시에 적층한다. 그리고, 이 적층한 상태에서 세퍼레이터의 테두리끼리를 접합함으로써, 정극(22)을 세퍼레이터에 의해 포장한다. 그로 인해, 포장 정극(20)을 고속으로 제작할 수 있어 전지의 제조 시간을 단축할 수 있다. 또한, 여기에서 말하는 세퍼레이터는, 소정 형상의 세퍼레이터(40)뿐만 아니라, 세퍼레이터 소재(S)도 포함할 수 있다.
또한, 제어 장치(500)(동기 장치)는, 세퍼레이터(40) 및 정극(22)이 소정의 위치에서 겹치도록, 적층 드럼(310, 320) 및 전극 반송부(200)의 반송 위치(반송의 타이밍) 및 반송 속도를 동기시킨다. 이에 의해, 정극(22) 및 세퍼레이터(40)를 함께 이동시키면서 반송 방향(X)의 하류측으로부터 순차 적층하므로, 포장 정극(20)을 고정밀도이면서도 또한 고속으로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 다양하게 개변할 수 있다.
도 20은 본 실시 형태에 관한 포장 전극의 제조 장치의 변형예를 도시한다. 도 20에 도시한 바와 같이, 적층 드럼(310, 320)의 비흡착 영역(A4)으로서, 적층 드럼(310, 320)의 내부에 대기압보다도 압력이 높은 가압실(334)을 설치하고, 통기 구멍(312)으로부터 기체(유체)를 분출하는 구성으로 할 수 있다. 이러한 구성으로 하면, 세퍼레이터(40)를 적층 드럼(310, 320)으로부터 이격시키고 싶은 타이밍에 세퍼레이터(40)에 최대한 부하를 부여하지 않고 이격시킬 수 있다.
또한, 도 21은 본 실시 형태에 관한 포장 전극의 제조 장치에 있어서의 다른 변형예를 도시한다. 도 21에 도시한 바와 같이, 적층 드럼은 원기둥 형상이 아니고, 유연하게 굴곡 가능하여 통기 구멍(382)을 갖는 석션 벨트(380)를 복수의 회전 롤러(383)로 보유 지지해도 된다. 이러한 구성으로 함으로써, 단면이 원형에 한정되지 않고, 외주면(381)을 임의의 형상으로 할 수 있어 설계 자유도가 향상된다. 특히, 이와 같은 구성에 의해, 쌍이 되는 석션 벨트(380)의 사이에 있어서의 세퍼레이터(40) 및 정극(22)을 적층하는 영역(B)을 넓게 설정할 수 있다. 이에 의해, 용착기에 의한 용착이 완료할 때까지 석션 벨트(380)로 세퍼레이터(40) 및 정극(22)을 끼워서 보유 지지할 수 있어 용착의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 도 20 및 도 21에서는, 본 실시 형태와 동일한 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 대하여 설명하였다. 그러나, 상기의 포장 전극의 제조 장치에 의해 포장되는 것은 부극(30)이어도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 정극 리드(11) 및 부극 리드(12)가 외장재(13)의 동일 단부로부터 도출되어 있는 경우에 대하여 설명했지만, 이것에 한정되지 않는다. 정극 리드(11) 및 부극 리드(12)가, 예를 들어 각각 반대의 단부로부터 도출되어도 된다. 이 경우, 리튬 이온 이차 전지(10)의 발전 요소(15)를 형성할 때는, 정극 탭(23)과 부극 탭(33)이 서로 반대 방향이 되도록 부극(30)과 포장 정극(20)이 적층된다.
또한, 본 실시 형태는, 회전 반송부(300)에 있어서의 상하 한 쌍의 적층 드럼(310, 320)의 사이에 소정의 간극(340)을 설치하고 있다. 그러나, 적층 드럼(310, 320)이 서로 접하여 간극이 없는 상태이어도 된다. 이 경우, 회전 반송부(300)의 한쪽 또는 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 방향에서 반송해도 된다.
또한, 한 쌍의 적층 드럼(310, 320)을 상하에 배치하는 것이 아니고, 그 밖의 방향에 배치해도 된다.
또한, 본 실시 형태는, 세퍼레이터 커터(351)에 의해 1매의 연속한 세퍼레이터 소재(S)를, 적층 드럼(310, 320)의 외주면(311)에 흡착한 상태에서 소정 형상으로 잘라내고 있다. 그러나, 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 설치된다. 그러나, 쌍이 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 한쪽면에 1매의 세퍼레이터(40)를 적층하는 바와 같은 구성에서는, 적층 드럼이 1개라도 충분히 기능을 발휘한다.
또한, 도입 지지부(250)는 그 모두를 롤러로 이루어지는 것으로 했지만, 편평한 부재 등, 그 밖의 부재로 구성해도 된다.
또한, 절단부(350)에 설치되는 절단날은 열 커터가 아니어도 되며, 물리적으로 예리한 절단날이어도 된다. 또한, 수용부로서 오목부(313)를 설치하고 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 있다. 그러나, 제1 부압실(331)의 부압을 대략 일정하게 유지하고, 송출 롤러부(360)의 구속력만으로 세퍼레이터 소재(S)의 공급과 구속을 조정해도 된다. 또한, 이 때는, 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), 가압부(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 장치)에 의해 동기시키고 있다. 그러나, 반드시 모두가 전기적으로 동기하고 있을 필요는 없고, 예를 들어 적어도 일부를 기계적으로 링크하여 동기시켜도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 세퍼레이터(40)의 테두리끼리를 접합한 접합 부위(42)을 나타냈지만, 접합 부위는 테두리에 한정되는 것은 아니며, 테두리 이외이어도 된다.
일본 특허 출원 제2011-085741호(출원일: 2011년 4월7일) 및 일본 특허 출원 제2012-067812호(출원일: 2012년 3월 23일)의 전체 내용은 여기에 원용된다.
이상, 실시예에 따라 본 발명의 내용을 설명했지만, 본 발명은 이들 기재에 한정되지 않고, 다양한 변형 및 개량이 가능한 것은 당업자에게는 자명하다.
본 발명의 포장 전극의 제조 장치 및 제조 방법에 의하면, 전극을 반송하면서, 게다가 전극의 양면에 한 쌍의 세퍼레이터를 동시에 적층한다. 그리고, 이 적층한 상태에서 세퍼레이터끼리를 접합함으로써 전극을 세퍼레이터에 의해 포장한다. 그로 인해, 포장 전극을 고속으로 제작할 수 있어 전지의 제조 시간을 단축할 수 있다.
10 : 2차 전지
20 : 포장 정극
22 : 정극
30 : 부극
40 : 세퍼레이터
42 : 접합 부위
200 : 전극 반송부
300 : 회전 반송부
310, 320 : 적층 드럼(원기둥 형상 회전체)
311 : 외주면
400 : 용착부(접합부)
500 : 제어 장치(동기 장치)
S : 세퍼레이터 소재(세퍼레이터)

Claims (4)

  1. 각각의 외주면이 대향하여 배열되고, 소정 형상으로 절단된 세퍼레이터를 상기 외주면에 보유 지지하여 회전함으로써 반송하는 한 쌍의 원기둥 형상 회전체와,
    한 쌍의 상기 원기둥 형상 회전체의 사이를 향하여 당해 원기둥 형상 회전체의 접선 방향으로 소정 형상의 전극을 반송하는 전극 반송부와,
    한 쌍의 상기 원기둥 형상 회전체에 의해 반송되는 한 쌍의 상기 세퍼레이터의 사이에 상기 전극을 끼운 상태에서 상기 세퍼레이터끼리를 접합하는 접합부를 갖고,
    상기 전극 반송부에 의해 반송되어 있는 상태의 상기 전극의 양면으로, 한 쌍의 상기 세퍼레이터를 회전하고 있는 상기 원기둥 형상 회전체로부터 동시에 전달하여 적층하고, 상기 전극의 양면에 전달된 한 쌍의 상기 세퍼레이터끼리를 상기 접합부에 의해 접합함으로써, 상기 전극을 상기 세퍼레이터에 의해 포장하는 것을 특징으로 하는 포장 전극의 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 세퍼레이터 및 전극이 소정의 위치에서 겹치도록, 상기 원기둥 형상 회전체 및 상기 전극 반송부의 반송 위치 및 반송 속도를 동기시키는 동기 장치를 또한 갖고,
    상기 동기 장치에 의해, 상기 전극 및 세퍼레이터를 함께 이동시키면서 반송 방향의 하류측으로부터 순차 적층하는 것을 특징으로 하는 포장 전극의 제조 장치.
  3. 각각의 외주면이 대향하여 배열하는 한 쌍의 원기둥 형상 회전체의 상기 외주면의 각각에 소정 형상으로 절단된 세퍼레이터를 보유 지지하여 상기 원기둥 형상 회전체를 회전시켜서 반송하는 공정과,
    한 쌍의 상기 원기둥 형상 회전체의 사이를 향하여 당해 원기둥 형상 회전체의 접선 방향으로 소정 형상의 전극을 반송하는 공정과,
    한 쌍의 상기 원기둥 형상 회전체의 사이에 반송되어 있는 상태의 상기 전극의 양면에, 한 쌍의 상기 세퍼레이터를, 회전하고 있는 상기 원기둥 형상 회전체로부터 동시에 전달하여 적층하는 공정과,
    상기 전극의 양면에 전달된 한 쌍의 상기 세퍼레이터끼리를 접합함으로써, 상기 전극을 상기 세퍼레이터에 의해 포장하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 포장 전극의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전극은 전극 반송부에 의해 한 쌍의 상기 원기둥 형상 회전체의 사이를 향하여 반송되고,
    상기 세퍼레이터 및 전극이 소정의 위치에서 겹치도록, 상기 원기둥 형상 회전체 및 상기 전극 반송부의 반송 위치 및 반송 속도를 동기시켜서, 상기 전극 및 세퍼레이터를 함께 이동시키면서 반송 방향의 하류측으로부터 순차 적층하는 것을 특징으로 하는 포장 전극의 제조 방법.
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