KR20170019445A

KR20170019445A - 복합재의 접합 방법 및 복합재의 접합 장치

Info

Publication number: KR20170019445A
Application number: KR1020177001375A
Authority: KR
Inventors: 다카히로 나카노; 도시아키 오우류; 신지 후지사와
Original assignee: 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date: 2014-07-03
Filing date: 2014-07-03
Publication date: 2017-02-21
Also published as: EP3165321A4; CN106660165B; US20170120505A1; EP3165321A1; JP6399092B2; CN106660165A; WO2016002059A1; EP3165321B1; JPWO2016002059A1; KR101906076B1; US10414100B2

Abstract

복합재(40)의 접합 방법이며, 용융재(41)와, 내열 부재(42M) 및 결합 부재(42N)를 포함하는 세라믹스층 등의 내열재(42)를 구비한 복합재(40)를 사용하여, 세라믹스층끼리를 대면시킨 1쌍의 세라믹 세퍼레이터를 접합할 때, 초음파 가공 혼(141)에 의하여 세라믹 세퍼레이터를 압박하면서 초음파를 인가하고, 가열 부재(147)에 의하여 결합 부재에 열(T)을 가하여 그 결합 부재의 유리 전이점 이상이며 용융재의 융점 미만의 온도로 가열함으로써, 융점이 크게 상이한 용융재와 내열재를 포함하는 복합재의 내열재끼리를 대면시킨 상태에서 서로 접합한다.

Description

복합재의 접합 방법 및 복합재의 접합 장치 {METHOD FOR BONDING COMPOSITE MATERIALS AND DEVICE FOR BONDING COMPOSITE MATERIALS}

본 발명은 복합재의 접합 방법, 및 그 접합 방법을 구현화한 접합 장치에 관한 것이다.

종래부터, 융점이 크게 상이한 부재를 적층하여 형성한 적층재끼리를, 초음파를 인가하여 가열함으로써 서로 접합하는 접합 방법이 있다. 적층재로는, 예를 들어 폴리프로필렌(상대적으로 저융점의 용융재에 상당)과 알루미늄박(상대적으로 고융점의 내열재에 상당)을 적층한 것을 사용하고 있다. 이 접합 방법에서는, 1쌍의 복합재를, 그 용융재끼리를 대면시킨 상태에서 서로 접합하고 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).

일본 특허 공개 제2001-47257호 공보

그러나 상기 특허문헌 1과 같은 구성에서는, 1쌍의 복합재를, 그 내열재끼리를 대면시킨 상태에서 서로 접합하는 경우, 내열재가 연화되는 온도까지 가열하면, 그 내열재보다도 용융 온도가 낮은 용융재가 용단되거나 가공 부재에 부착되거나 할 우려가 있다. 한편, 1쌍의 복합재를 용융재가 연화되는 온도까지 가열하더라도, 그 용융재보다도 용융 온도가 높은 내열재가 충분히 연화되지 않아 접합할 수 없을 우려가 있다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 용융재와 내열재를 포함하는 1쌍의 복합재를, 그 내열재끼리를 대면시킨 상태에서 서로 접합할 수 있는 복합재의 접합 방법, 및 그 접합 방법을 구현화한 복합재의 접합 장치의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하는 본 발명에 관한 복합재의 접합 방법은, 용융재와, 용융재보다도 용융 온도가 높은 내열 부재 및 내열 부재를 용융재에 결합시키는 결합 부재를 포함하는 내열재를 구비한 복합재를 사용하여, 내열재끼리를 대면시킨 1쌍의 복합재를 서로 접합하는 방법이다. 접합 방법은 접합 공정을 갖고 있다. 접합 공정은 가공 부재에 의하여 복합재를 압박하면서 초음파를 인가하고, 또한 가열 부재에 의하여 결합 부재에 열을 가함으로써, 내열 부재끼리를 접합부로부터 주위의 영역으로 이동시켜 대면한 용융재끼리를 접합한다. 여기서, 접합 공정은 가열 부재에 의하여 결합 부재를 유리 전이점 이상이며 융점 미만의 온도로 가열한다.

상기 목적을 달성하는 본 발명에 관한 복합재의 접합 장치는, 용융재와, 용융재보다도 용융 온도가 높은 내열 부재 및 내열 부재를 용융재에 결합시키는 결합 부재를 포함하는 내열재를 구비한 복합재를 사용하여, 내열재끼리를 대면시킨 1쌍의 복합재를 서로 접합하는 장치이다. 접합 장치는 가공 부재와 가열 부재를 갖고 있다. 가공 부재는 가공 부재에 의하여 복합재를 압박하면서 복합재에 초음파를 인가한다. 가열 부재는 결합 부재를 유리 전이점 이상이며 융점 미만의 온도로 가열한다.

도 1은 제1 실시 형태에 관한 복합재(세라믹 세퍼레이터)를 사용하여 구성한 리튬 이온 2차 전지를 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 리튬 이온 2차 전지를 각 구성 부재로 분해하여 도시하는 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 주머니 패킹 전극의 양면에 부극을 각각 적층한 상태를 도시하는 사시도이다.
도 4는 도 3의 구성을, 도 3 중에 나타내는 4-4선을 따라 도시하는 부분 단면도이다.
도 5는 제1 실시 형태에 관한 복합재의 접합 장치를 도시하는 사시도이다.
도 6은 도 5의 접합 장치의 요부를 도시하는 사시도이다.
도 7은 도 5의 접합 장치에 의하여 1쌍의 세라믹 세퍼레이터를 서로 접합하는 상태를 모식적으로 도시하는 부분 단면도이다.
도 8은 제2 실시 형태에 관한 복합재의 접합 장치의 요부를 도시하는 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 관한 제1 및 제2 실시 형태에 대하여 설명한다. 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙여, 중복되는 설명을 생략한다. 도면에 있어서의 부재의 크기나 비율은 설명의 사정상 과장되어, 실제의 크기나 비율과는 상이한 경우가 있다. 도 1 내지 도 8의 모든 도면에 있어서, X, Y 및 Z로 나타내는 화살표를 이용하여 방위를 나타내고 있다. X로 나타내는 화살표의 방향은 세라믹 세퍼레이터(40)나 정극(20) 등의 최종적인 반송 방향 X를 나타내고 있다. Y로 나타내는 화살표의 방향은 반송 방향 X와 교차된 교차 방향 Y를 나타내고 있다. Z로 나타내는 화살표의 방향은 세라믹 세퍼레이터(40)와 정극(20)의 적층 방향 Z를 나타내고 있다.

(제1 실시 형태)

접합 장치(100)에 의하여 접합하는 복합재{세라믹 세퍼레이터(40)}는 도 1 내지 도 4 중 특히 도 2 내지 도 4에 도시하고 있다. 복합재{세라믹 세퍼레이터(40)}는, 예를 들어 리튬 이온 2차 전지(1)를 구성하고 있는 주머니 패킹 전극(11)에 사용하는 것이다.

리튬 이온 2차 전지(1)는 충방전이 행해지는 발전 요소(12)를 외장재(50)로 밀봉하여 구성하고 있다. 발전 요소(12)는 정극(20)을 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)로 협지하여 접합한 주머니 패킹 전극(11)과, 부극(30)을 교대로 적층하여 구성하고 있다. 리튬 이온 2차 전지(1)가 진동하거나 충격을 받거나 하더라도, 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)의 양 단부에 형성한 접합부(40h)에 의하여 정극(20)의 이동을 억제하여, 세라믹 세퍼레이터(40)를 개재하고 인접하는 정극(20)과 부극(30)의 단락을 방지한다. 복합재{세라믹 세퍼레이터(40)}를 사용한 리튬 이온 2차 전지(1)의 상세는 후술한다.

접합 장치(100)는 도 5 내지 7에 도시하고 있다. 접합 장치(100)는 1쌍의 복합재{세라믹 세퍼레이터(40)}를 서로 접합한다.

접합 장치(100)는, 용융재{폴리프로필렌층(41)}와, 폴리프로필렌층(41)에 적층하고 폴리프로필렌층(41)보다도 용융 온도가 높은 용융재{폴리프로필렌층(41)}를 포함하는 세라믹 세퍼레이터(40)끼리를 접합한다. 접합 장치(100)는, 전극{정극(20) 또는 부극 30}을 반송하는 전극 반송부(110), 정극(20)의 한 면에 적층하는 세라믹 세퍼레이터(40)를 반송하는 제1 세퍼레이터 반송부(120), 및 정극(20)의 다른 면에 적층하는 세라믹 세퍼레이터(40)를 반송하는 제2 세퍼레이터 반송부(130)를 포함하고 있다. 또한 접합 장치(100)는, 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)를 서로 접합하는 세퍼레이터 접합부(140), 주머니 패킹 전극(11)을 반송하는 주머니 패킹 전극 반송부(150), 및 각 구성 부재의 작동을 각각 제어하는 제어부(160)를 포함하고 있다. 접합 장치(100)의 상세는 후술한다.

우선, 접합 장치(100)에 의하여 서로 접합하는 복합재{세라믹 세퍼레이터(40)}에 대하여, 그 복합재{세라믹 세퍼레이터(40)}를 사용한 리튬 이온 2차 전지(1)의 구성에 기초하여 도 1 내지 도 4를 참조하면서 설명한다.

도 1은, 복합재{세라믹 세퍼레이터(40)}를 사용하여 구성한 리튬 이온 2차 전지(1)를 도시하는 사시도이다. 도 2는, 도 1의 리튬 이온 2차 전지(1)를 각 구성 부재로 분해하여 도시하는 분해 사시도이다. 도 3은, 도 1의 주머니 패킹 전극(11)의 양면에 부극(30)을 각각 적층한 상태를 도시하는 사시도이다. 도 4는, 도 3의 구성을, 도 3 중에 나타내는 4-4선을 따라 도시하는 부분 단면도이다.

정극(20)은 전극에 상당하며, 도전체인 정극 집전체(21)의 양면에 정극 활물질을 결착하여 형성되어 있다. 전력을 취출하는 정극 전극 단자(21a)는 정극 집전체(21)의 일 단부의 일부로부터 연장되어 형성되어 있다. 복수 적층된 정극(20)의 정극 전극 단자(21a)는 용접 또는 접착에 의하여 서로 고정되어 있다.

정극(20)의 정극 집전체(21)의 재료로는, 예를 들어 알루미늄제 익스팬드 메탈, 알루미늄제 메쉬, 알루미늄제 펀치드 메탈을 사용하고 있다. 정극(20)의 정극 활물질의 재료에는, 다양한 산화물(LiMn₂O₄와 같은 리튬 망간 산화물, 2산화망간, LiNiO₂와 같은 리튬 니켈 산화물, LiCoO₂와 같은 리튬 코발트 산화물, 리튬 함유 니켈 코발트 산화물 또는 리튬을 포함하는 비정질 5산화바나듐) 또는 칼코겐 화합물(2황화티타늄, 2황화몰리브덴) 등을 사용하고 있다.

부극(30)은 정극(20)과 극성이 상이한 전극에 상당하며, 도전체인 부극 집전체(31)의 양면에 부극 활물질(32)을 결착하여 형성되어 있다. 부극 전극 단자(31a)는 정극(20)에 형성한 정극 전극 단자(21a)와 중첩되지 않도록, 부극 집전체(31)의 일 단부의 일부로부터 연장되어 형성되어 있다. 부극(30)의 긴 방향의 길이는 정극(20)의 긴 방향의 길이 보다도 길다. 부극(30)의 짧은 방향의 길이는 정극(20)의 짧은 방향의 길이와 마찬가지이다. 복수 적층된 부극(30)의 부극 전극 단자(31a)는 용접 또는 접착에 의하여 서로 고정되어 있다.

부극(30)의 부극 집전체(31)의 재료로는, 예를 들어 구리제 익스팬드 메탈, 구리제 메쉬 또는 구리제 펀치드 메탈을 사용하고 있다. 부극(30)의 부극 활물질(32)의 재료로는, 리튬 이온을 흡장하여 방출하는 탄소 재료를 사용하고 있다. 이러한 탄소 재료에는, 예를 들어 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 활성탄, 탄소 섬유, 코크스 또는 유기 전구체(페놀 수지, 폴리아크릴로니트릴 또는 셀룰로오스)를 불활성 분위기 중에서 열처리하여 합성한 탄소를 사용하고 있다.

세라믹 세퍼레이터(40)는 정극(20)과 부극(30)의 사이에 설치되어, 그 정극(20)과 부극(30)을 전기적으로 격리하고 있다. 세라믹 세퍼레이터(40)는 정극(20)과 부극(30) 사이에 전해액을 유지함으로써 리튬 이온의 전도성을 담보하고 있다. 세라믹 세퍼레이터(40)는 직사각형으로 형성되어 있다. 세라믹 세퍼레이터(40)의 긴 방향의 길이는, 부극 전극 단자(31a)의 부분을 제외한 부극(30)의 긴 방향의 길이보다도 길다.

세라믹 세퍼레이터(40)는 도 4에 도시한 바와 같이, 예를 들어 용융재에 상당하는 폴리프로필렌층(41)에 대하여 내열재에 상당하는 세라믹스층(42)을 적층하여 형성되어 있다. 세라믹스층(42)은 폴리프로필렌층(41)보다도 용융 온도가 높다. 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)는 정극(20)을 협지하여, 세라믹스층(42)끼리를 대면시켜 적층되어 있다. 즉, 세라믹스층(42)은 정극(20)의 정극 활물질에 맞닿아 있다.

세라믹 세퍼레이터(40)의 폴리프로필렌층(41)은 폴리프로필렌을 시트형으로 형성하고 있다. 폴리프로필렌층(41)에는, 비수 용매에 전해질을 용해시킴으로써 조제한 비수 전해액을 함침시키고 있다. 비수 전해액을 폴리프로필렌층(41)에 유지하기 위하여 중합체를 함유시키고 있다. 세라믹스층(42)은, 예를 들어 무기 화합물을 고온에서 성형한 내열 부재에 상당하는 세라믹스 입자(42M) 및 결착 부재에 상당하는 바인더(42N)가 각각 휘발성의 용매에 분산되어 이루어지는 슬러리를 폴리프로필렌층(41)에 도포하여 건조시킴으로써 형성하고 있다. 각각의 세라믹스 입자(42M)는 바인더(42N)에 의하여 폴리프로필렌층(41)에 고정되어 있다. 세라믹스층(42)은 실리카, 알루미나, 지르코늄 산화물, 티타늄 산화물 등의 세라믹스 입자(42M)가 바인더(42N)에 의하여 형성된 다공질로 이루어진다.

1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)는, 접합 장치(100)의 반송 방향 X를 따른 긴 방향의 양 단부에 각각 복수 형성된 접합부(40h)에 의하여 서로 접합되어 있다. 접합부(40h)에 있어서, 세라믹스층(42)끼리를 대면시킨 상태에서, 폴리프로필렌층(41) 및 바인더(42N)를 부분적으로 용융시키면서 폴리프로필렌층(41)에 인접하는 세라믹스층(42)을 주위의 영역으로 이동시키고 있다. 즉, 접합부(40h)에 있어서, 세라믹스층(42)이 주위의 영역으로 이동한 것에 의하여 대면한 폴리프로필렌층(41)끼리를 용착하여 형성하고 있다.

1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)에 의하여, 정극(20)의 양면을 협지하도록 적층하고 주머니 패킹하여 주머니 패킹 전극(11)을 구성하고 있다. 접합부(40h)는, 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)의 긴 방향을 따른 양측에 있어서, 예를 들어 양 단부와 중앙부에 합계 3개씩 형성되어 있다. 리튬 이온 2차 전지(1)가 진동하거나 충격을 받거나 하더라도, 세라믹 세퍼레이터(40)의 긴 방향의 양 단부에 형성된 접합부(40h)에 의하여, 주머니 패킹 전극(11) 내에 있어서의 정극(20)의 이동을 억제할 수 있다. 즉, 세라믹 세퍼레이터(40)를 개재하고 인접하는 정극(20)과 부극(30)의 단락을 방지할 수 있다. 따라서 리튬 이온 2차 전지(1)는 소기의 전기적 특성을 유지할 수 있다.

외장재(50)는, 예를 들어 내부에 금속판을 구비한 라미네이트 시트(51 및 52)로 구성되며, 발전 요소(12)를 양측으로부터 피복하여 밀봉하고 있다. 라미네이트 시트(51 및 52)로 발전 요소(12)를 밀봉할 때, 그 라미네이트 시트(51 및 52)의 주위의 일부를 개방하고, 그 외의 주위를 열 용착 등에 의하여 밀봉한다. 라미네이트 시트(51 및 52)가 개방되어 있는 부분으로부터 전해액을 주입하여, 세라믹 세퍼레이터(40) 등에 전하액을 함침시킨다. 라미네이트 시트(51 및 52)의 개방부로부터 내부를 감압함으로써 공기를 배출하면서, 그 개방부도 열융착하여 완전히 밀봉한다.

외장재(50)의 라미네이트 시트(51 및 52)는, 예를 들어 각각 3종류의 재료를 적층하여 3층 구조를 형성하고 있다. 1층째는 열융착성 수지에 상당하며, 예를 들어 폴리에틸렌(PE), 아이오노머, 또는 에틸렌비닐아세테이트(EVA)를 사용하고 있다. 1층째의 재료는 부극(30)에 인접시킨다. 2층째는 금속을 박형으로 형성한 것에 상당하며, 예를 들어 Al박 또는 Ni박을 사용하고 있다. 3층째는 수지성의 필름에 상당하며, 예를 들어 강성을 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 나일론을 사용하고 있다.

다음으로, 복합재{세라믹 세퍼레이터(40)}의 접합 방법을 구현화한 접합 장치(100)의 구성{전극 반송부(110), 제1 세퍼레이터 반송부(120), 제2 세퍼레이터 반송부(130), 세퍼레이터 접합부(140), 주머니 패킹 전극 반송부(150) 및 제어부(160)}에 대하여 도 5 및 도 6을 참조하면서 순서대로 설명한다.

도 5는 접합 장치(100)를 도시하는 사시도이다. 도 6은 도 5의 접합 장치(100)의 요부를 도시하는 사시도이다.

전극 반송부(110)는 도 5에 도시하며, 긴 형상의 정극용 기재(20A)로부터 정극(20)을 잘라내어 반송한다.

전극 반송부(110)의 전극 공급 롤러(111)는 정극용 기재(20A)를 보유 지지하는 것이다. 전극 공급 롤러(111)는 원기둥형으로 이루어지며, 긴 형상의 정극용 기재(20A)를 권회하고 있다. 반송 롤러(112)는 정극용 기재(20A)를 반송 벨트(113)로 유도하는 것이다. 반송 롤러(112)는 가늘고 긴 원기둥형으로 이루어지며, 전극 공급 롤러(111)에 권회된 정극용 기재(20A)에 대하여 일정한 장력을 건 상태에서 반송 벨트(113)로 유도한다. 반송 벨트(113)는 정극용 기재(20A)를 반송하는 것이다. 반송 벨트(113)는 외주면에 흡인구를 복수 형성한 무단형의 벨트로 이루어지며, 정극용 기재(20A)를 흡인한 상태에서 반송 방향 X를 따라 반송한다. 반송 벨트(113)는, 반송 방향 X와 교차된 교차 방향 Y를 따른 폭이 정극용 기재(20A)의 폭보다도 길다. 회전 롤러(114)는 반송 벨트(113)를 회전시키는 것이다. 회전 롤러(114)는 교차 방향 Y를 따라 반송 벨트(113)의 내주면에 복수 배치되어, 반송 벨트(113)를 회전시킨다. 복수의 회전 롤러(114) 중 1개가 동력을 설정한 구동 롤러이며, 그 외의 것이 구동 롤러에 종동하는 종동 롤러이다. 반송 롤러(112) 및 전극 공급 롤러(111)는 반송 벨트(113)의 회전에 종동하여 회전한다.

전극 반송부(110)의 절단 날(115 및 116)은 정극용 기재(20A)를 절단하여 정극(20)을 성형하는 것이다. 절단 날(115 및 116)은 교차 방향 Y를 따라 인접하도록 배치되며, 정극용 기재(20A)를 소정의 형상으로 절단하여 정극(20)을 성형한다. 절단 날(115)은, 선단부에 직선형의 예리한 날을 설치하여, 정극용 기재(20A)의 일 단부를 교차 방향 Y를 따라 직선형으로 절단한다. 절단 날(116)은, 선단부에 일부를 굴절시켜 높이가 상이하게 형성한 예리한 날을 설치하여, 일 단부가 절단된 직후의 정극용 기재(20A)의 타 단부를 정극 전극 단자(21a)의 형상에 대응하여 절단한다. 받침대(117)는, 정극용 기재(20A)를 절단하는 절단 날(115) 및 절단 날(116)을 받아내는 것이다. 받침대(117)는, 반송되는 정극용 기재(20A)를 개재하여, 절단 날(115) 및 절단 날(116)과 대향하여 배치되어 있다. 전극 반송부(110)는, 정극용 기재(20A)로부터 잘라낸 정극(20)을 제1 세퍼레이터 반송부(120)와 제2 세퍼레이터 반송부(130) 사이를 통과하도록 반출한다.

제1 세퍼레이터 반송부(120)는 도 5 및 도 6에 도시하며, 세라믹 세퍼레이터용 기재(40A)로부터, 정극(20)의 일면(이면측, 도 5 중의 적층 방향 Z를 따른 하방)에 적층하기 위한 세라믹 세퍼레이터(40)를 잘라내어 세퍼레이터 접합부(140)로 반송한다.

제1 세퍼레이터 반송부(120)는, 전극 반송부(110)보다도 반송 방향 X의 하류측이자, 적층 방향 Z를 따른 도 5 및 도 6 중의 하방에 배치되어 있다. 제1 세퍼레이터 공급 롤러(121)는 세라믹 세퍼레이터용 기재(40A)를 보유 지지하는 것이다. 제1 세퍼레이터 공급 롤러(121)는 원기둥형으로 이루어지며, 긴 형상의 세라믹 세퍼레이터용 기재(40A)를 권회하고 있다. 제1 가압 롤러(122)와 제1 닙 롤러(123)는, 세라믹 세퍼레이터용 기재(40A)에 대하여 일정한 장력을 건 상태에서 제1 반송 드럼(124)으로 유도하는 것이다. 제1 가압 롤러(122)와 제1 닙 롤러(123)는 대향하여 배치되며, 각각 가늘고 긴 원기둥형으로 이루어진다.

제1 반송 드럼(124)은 세라믹 세퍼레이터용 기재(40A)를 세퍼레이터 접합부(140)로 반송하는 것이다. 제1 반송 드럼(124)은 직사각형으로 절단된 세라믹 세퍼레이터(40)를, 전극 반송부(110)로부터 반출된 정극(20)의 일면(이면측, 도 5 중의 적층 방향 Z를 따른 하방)에 근접시키면서 적층한다. 세라믹 세퍼레이터(40)는 그 세라믹스층(42)측을 정극(20)의 한 면에 대향시키고 있다. 제1 반송 드럼(124)은 원기둥형으로 이루어지며, 그 외주면에 흡인구를 복수 형성하고 있다. 제1 세퍼레이터 반송부(120)의 제1 반송 드럼(124)을 회전시키면, 제1 가압 롤러(122)와 제1 닙 롤러(123)에 추가하여 제1 세퍼레이터 공급 롤러(121)가 종동하여 회전한다. 제1 절단 날(125)은 긴 형상의 세라믹 세퍼레이터용 기재(40A)를 절단하여 세라믹 세퍼레이터(40)를 성형하는 것이다. 제1 절단 날(125)은, 선단부에 직선형의 예리한 날을 설치하여, 반송 방향 X와 교차된 교차 방향 Y를 따라 배치하며, 제1 반송 드럼(124)에 의하여 흡인되어 있는 긴 형상의 세라믹 세퍼레이터용 기재(40A)를 일정한 폭으로 절단한다.

제2 세퍼레이터 반송부(130)는 도 5 및 도 6에 도시하며, 세라믹 세퍼레이터용 기재(40A)로부터, 정극(20)의 한 면에 대향한 다른 면(표면측, 도 5 중의 적층 방향 Z를 따른 상방)에 적층하기 위한 세라믹 세퍼레이터(40)를 잘라내어 세퍼레이터 접합부(140)로 반송한다.

제2 세퍼레이터 반송부(130)는, 전극 반송부(110)보다도 반송 방향 X의 하류측이자, 적층 방향 Z를 따른 도 5 및 도 6 중의 상방에 배치되어 있다. 즉, 제2 세퍼레이터 반송부(130)는 제1 세퍼레이터 반송부(120)와 적층 방향 Z를 따라 대면 동일해지도록 대향하여 배치되어 있다. 제2 세퍼레이터 반송부(130)의 제2 세퍼레이터 공급 롤러(131), 제2 가압 롤러(132), 제2 닙 롤러(133), 제2 반송 드럼(134) 및 제2 절단 날(135)은, 제1 세퍼레이터 반송부(120)의 제1 세퍼레이터 공급 롤러(121), 제1 가압 롤러(122), 제1 닙 롤러(123), 제1 반송 드럼(124) 및 제1 절단 날(125)과 마찬가지의 구성으로 이루어진다.

세퍼레이터 접합부(140)는 도 5 및 도 6에 도시하며, 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)끼리를 접합한다.

세퍼레이터 접합부(140)는 접합 방법에 있어서의 접합 공정을 구현화한 것이다. 접합 공정은, 가공 부재{초음파 가공 혼(141)}에 의하여 세라믹 세퍼레이터(40)를 압박하면서 초음파를 인가하고, 또한 가열 부재{히터(147)}에 의하여 바인더(42N)에 열 T를 가한다. 이와 같이 하여, 세라믹스 입자(42M)끼리를 접합부(40h)로부터 주위의 영역으로 이동시켜 대면한 폴리프로필렌층(41)끼리를 접합한다. 여기서, 접합 공정은 히터(147)에 의하여 바인더(42N)를 유리 전이점 이상이며 융점 미만의 온도로 가열한다.

세퍼레이터 접합부(140)는, 제1 세퍼레이터 반송부(120) 및 제2 세퍼레이터 반송부(130)보다도 반송 방향 X의 하류측이자, 반송 방향 X를 따른 양 단부에 1조씩 배치되어 있다. 세퍼레이터 접합부(140)에 있어서, 초음파 가공 혼(141), 부스터(142), 진동자(143), 압박 부재(144) 및 구동 스테이지(145)는 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)보다도 도 6 중의 상방에 배치되어 있다. 한편, 앤빌(146), 히터(147), 센서(148) 및 히터 블록(149)은 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)보다도 도 6 중의 하방에 배치되어 있다.

세퍼레이터 접합부(140)의 초음파 가공 혼(141)은 가공 부재에 상당하며, 세라믹 세퍼레이터(40)를 압박하면서 초음파를 인가하여 세라믹 세퍼레이터(40)를 가열하는 것이다. 초음파 가공 혼(141)은 금속으로 이루어지며, 직사각형의 본체부(141a)와, 그 본체부(141a)의 코너로부터 돌출되어 형성된 돌기부(141b)를 일체로 형성하고 있다. 초음파 가공 혼(141)의 돌기부(141b)는 세라믹 세퍼레이터(40)의 폴리프로필렌층(41)에 맞닿는다. 초음파 가공 혼(141)은 적층 방향 Z와 교차된 세라믹스층(42)끼리의 접합면을 따라 진동함으로써, 초음파를 인가하여 마찰열을 발생시켜 가열시킨다.

세퍼레이터 접합부(140)의 부스터(142)는, 진동자(143)로부터 도출된 초음파를 증폭시키면서 초음파 가공 혼(141)에 전파시키는 것이다. 부스터(142)는 초음파 가공 혼(141)과 진동자(143) 사이에 배치되어 있다. 부스터(142)는 금속으로 이루어지며, 원기둥형으로 형성되어 있다. 진동자(143)는 초음파를 발생시키는 것이다. 진동자(143)는 그 일 단부를 부스터(142)에 체결하고 있다. 진동자(143)는 외부로부터 공급된 전력에 의하여, 초음파의 주파수에 상당하는 진동을 발생시킨다. 압박 부재(144)는 초음파 가공 혼(141)을 세라믹 세퍼레이터(40)에 압박하는 것이다. 압박 부재(144)는 그 일 단부를 환형으로 형성하며, 초음파 가공 혼(141)에 접속된 부스터(142)를 삽입 관통하고 있다. 구동 스테이지(145)는 압박 부재(144)를 세라믹 세퍼레이터(40)를 향하여 접근 또는 이격시키는 것이다. 구동 스테이지(145)는 압박 부재(144)의 일 단부에 연결되어 있다. 구동 스테이지(145)로는 1축의 직진 스테이지를 사용한다.

세퍼레이터 접합부(140)의 앤빌(146)은 가압 부재에 상당하며, 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)를 초음파 가공 혼(141)측에 가압한다. 앤빌(146)은 적층 방향 Z를 따라, 초음파 가공 혼(141)의 돌기부(141b)와 대향하여 배치되어 있다. 앤빌(146)은 부동이며, 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)를 개재하여 초음파 가공 혼(141)으로부터 압박되는 것에 의한 반발력에 의하여, 초음파 가공 혼(141)을 가압한다. 앤빌(146)은 금속으로 이루어지며, 직육면체 형상으로 형성되어 있다. 히터(147)는 가열 부재에 상당하며, 바인더(42N)에 열 T를 가하는 것이다. 히터(147)는 세라믹스층(42)의 바인더(42N)를 유리 전이점 이상이며 융점 미만의 온도로 가열한다. 또한 용융재에 상당하는 폴리프로필렌층(41)의 용융 낙하를 억제하기 위하여, 바인더(42N)가 가열되는 온도는 용융재의 융점 미만으로 하는 것이 바람직하다. 히터(147)는 히터 블록(149)에 수용되며, 앤빌(146)에 근접하여 배치되어 있다. 히터(147)는, 예를 들어 전열선이나 열전대 또는 펠체 소자 등으로 이루어진다. 히터(147)는 앤빌(146)을 개재하여 바인더(42N)에 열 T를 가한다.

세퍼레이터 접합부(140)의 센서(148)는 측정 부재에 상당하며, 세라믹 세퍼레이터(40)의 온도를 측정하는 것이다. 센서(148)는 히터 블록(149)에 수용되며, 히터(147)에 근접하여 배치되어 있다. 센서(148)는, 예를 들어 열전대로 이루어진다. 히터 블록(149)은 앤빌(146)을 접합하고, 또한 히터(147) 및 센서(148)를 수용하는 것이다. 히터 블록(149)은 금속으로 이루어지며, 내부에 공간을 구비한 직육면체 형상으로 형성되어 있다.

여기서, 세퍼레이터 접합부(140)는, 초음파 가공 혼(141) 및 앤빌(146)이 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)를 협지하여 접합하고 있는 동안, 제1 세퍼레이터 반송부(120) 및 제2 세퍼레이터 반송부(130)의 동작에 추종하도록, 반송 방향 X의 하류측을 향하여 이동하는 구성으로 해도 된다. 이 경우, 세퍼레이터 접합부(140)는, 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)의 접합이 완료되면 반송 방향 X의 상류측을 향하여 고속으로 복귀한다. 이와 같이 구성하면, 세퍼레이터 접합부(140)는 제1 반송 드럼(124) 및 제2 반송 드럼(134) 등의 회전을 일시적으로 정지시키지 않고 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)를 접합할 수 있다.

주머니 패킹 전극 반송부(150)는 도 5 및 도 6에 도시하며, 세퍼레이터 접합부(140)에 의하여 형성되는 주머니 패킹 전극(11)을 반송한다.

주머니 패킹 전극 반송부(150)는 전극 반송부(110)과 반송 방향 X를 따라 이웃하며, 제1 세퍼레이터 반송부(120) 및 제2 세퍼레이터 반송부(130)보다도 반송 방향 X의 하류측에 배치되어 있다. 반송 벨트(151)는 주머니 패킹 전극(11)을 반송하는 것이다. 반송 벨트(151)는 외주면에 흡인구를 복수 형성한 무단형의 벨트로 이루어지며, 주머니 패킹 전극(11)을 흡인한 상태에서 반송 방향 X를 따라 반송한다. 반송 벨트(151)는, 반송 방향 X와 교차된 교차 방향 Y를 따른 폭을 주머니 패킹 전극(11)의 폭보다도 짧게 형성하고 있다. 즉, 주머니 패킹 전극(11)의 양 단부는, 반송 벨트(151)로부터 교차 방향 Y에 대하여 외측으로 돌출되어 있다. 이와 같이 하여, 반송 벨트(151)는 세퍼레이터 접합부(140)와의 간섭을 회피하고 있다. 회전 롤러(152)는 반송 벨트(151)를 회전시키는 것이다. 회전 롤러(152)는 교차 방향 Y를 따라 반송 벨트(151)의 내주면에 복수 배치되어 있다. 회전 롤러(152)는 세퍼레이터 접합부(140)와의 간섭을 회피하기 위하여 반송 벨트(151)로부터 돌출시키고 있지 않다. 복수의 회전 롤러(152) 중 1개가 동력을 설정한 구동 롤러이고, 그 외의 것이 구동 롤러에 종동하는 종동 롤러이다.

주머니 패킹 전극 반송부(150)의 흡착 패드(153)는 주머니 패킹 전극(11)을 흡착하는 것이다. 흡착 패드(153)는 반송 벨트(151)에 적재된 주머니 패킹 전극(11)보다도, 적층 방향 Z의 도 5 중에 도시하는 상방에 있어서 주머니 패킹 전극(11)과 대향하도록 위치하고 있다. 흡착 패드(153)는 판형으로 이루어지며, 주머니 패킹 전극(11)과 맞닿는 면에 흡인구를 복수 형성하고 있다. 신축 부재(154)는 흡착 패드(153)를 적층 방향 Z를 따라 상하로 이동시키는 것이다. 신축 부재(154)는 그 일 단부를 흡착 패드에 접합하고, 그 타 단부를 X축 스테이지(155) 및 X축 보조 레일(156)에 계류시키고 있다. 신축 부재(154)는 에어 컴프레서 등을 동력으로 하여 적층 방향 Z를 따라 신축 가능하다. X축 스테이지(155) 및 X축 보조 레일(156)은, 흡착 패드(153)를 접합한 신축 부재(154)를 반송 방향 X를 따라 이동시키는 것이다. X축 스테이지(155)는 반송 방향 X를 따라 배치하며, 신축 부재(154)를 반송 방향 X를 따라 주사한다. X축 보조 레일(156)은 X축 스테이지(155)과 평행으로 배치하며, X축 스테이지(155)에 의한 신축 부재(154)의 주사를 보조한다. 적재대(157)는 주머니 패킹 전극(11)을 일시적으로 적재하여 보관하는 것이다. 적재대(157)는 판형으로 이루어지며, 반송 벨트(151)보다도 반송 방향 X를 따른 하류측에 배치하고 있다.

제어부(160)는 도 5에 도시하며, 전극 반송부(110), 제1 세퍼레이터 반송부(120), 제2 세퍼레이터 반송부(130), 세퍼레이터 접합부(140) 및 주머니 패킹 전극 반송부(150)의 작동을 각각 제어한다.

제어부(160)의 컨트롤러(161)는 제어 부재에 상당하며, 접합 장치(100)를 제어한다. 컨트롤러(161)는 ROM, CPU 및 RAM을 포함하고 있다. ROM(Read Only Memory)은 접합 장치(100)에 관한 제어 프로그램을 저장하고 있다. 제어 프로그램은, 전극 반송부(110)의 회전 롤러(114)와 절단 날(115 및 116), 제1 세퍼레이터 반송부(120)의 제1 반송 드럼(124)과 제1 절단 날(125), 및 제2 세퍼레이터 반송부(130)의 제2 반송 드럼(134)과 제2 절단 날(135)의 제어에 관한 것을 포함하고 있다. 또한 제어 프로그램은, 세퍼레이터 접합부(140)의 진동자(143)와 구동 스테이지(145)와 히터(147) 및 센서(148), 그리고 주머니 패킹 전극 반송부(150)의 회전 롤러(152)와 흡착 패드(153)와 신축 부재(154) 및 X축 스테이지(155)의 제어에 관한 것을 포함하고 있다. CPU(Central Processing Unit)는 제어 프로그램에 기초하여 접합 장치(100)의 각 구성 부재의 작동을 제어한다. CPU는 특히 센서(148)의 측정 결과에 기초하여 히터(147)의 온도를 제어한다. RAM(Random Access Memory)은 제어 중인 접합 장치(100)의 각 구성 부재에 관한 다양한 데이터를 일시적으로 기억한다. 데이터는, 예를 들어 세퍼레이터 접합부(140)의 센서(148)에 의하여 측정된 온도이다.

다음으로, 접합 장치(100)의 동작에 대하여, 도 5 및 도 6에 추가하여 도 7을 참조하면서 설명한다.

도 7은, 도 5의 접합 장치(100)에 의하여 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)를 서로 접합하는 상태를 모식적으로 도시하는 부분 단면도이다.

전극 반송부(110)는 도 5에 도시한 바와 같이, 절단 날(115 및 116)에 의하여 긴 형상의 정극용 기재(20A)를 소정의 형상으로 1매씩 절단하여 정극(20)을 성형한다. 전극 반송부(110)는 정극(20)을 제1 세퍼레이터 반송부(120) 및 제2 세퍼레이터 반송부(130) 사이로 반송한다.

이어서, 제1 세퍼레이터 반송부(120)는 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 세라믹 세퍼레이터용 기재(40A)로부터 정극(20)의 한 면에 적층하기 위한 세라믹 세퍼레이터(40)를 잘라내어 반송한다. 제1 절단 날(125)에 의하여 긴 형상의 세라믹 세퍼레이터용 기재(40A)를 직사각형으로 1매씩 절단하여 세라믹 세퍼레이터(40)를 성형한다. 제1 세퍼레이터 반송부(120)는 세라믹 세퍼레이터(40)를, 전극 반송부(110)로부터 반송된 정극(20)의 일면(이면측, 도 5 중의 적층 방향 Z를 따른 하방)측에 적층한다.

마찬가지로, 제2 세퍼레이터 반송부(130)는 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 제1 세퍼레이터 반송부(120)의 동작과 연동하여, 세라믹 세퍼레이터용 기재(40A)로부터, 정극(20)의 한 면에 대향한 다른 면에 적층하기 위한 세라믹 세퍼레이터(40)를 잘라내어 반송한다. 제2 절단 날(135)에 의하여 긴 형상의 세라믹 세퍼레이터용 기재(40A)를 직사각형으로 1매씩 절단하여 세라믹 세퍼레이터(40)를 성형한다. 제2 세퍼레이터 반송부(130)는 세라믹 세퍼레이터(40)를, 전극 반송부(110)로부터 반송된 정극(20)의 다른 면(표면측, 도 5 중의 적층 방향 Z를 따른 상방)측에 적층한다.

이어서, 세퍼레이터 접합부(140)는 도 5 내지 도 7 중 특히 도 7에 도시한 바와 같이, 정극(20)을 협지하도록 적층한 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)끼리를 서로 접합한다.

세퍼레이터 접합부(140)에 의하여 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)의 접합을 개시한 직후의 상태를 도 7의 (A)에 도시하고 있다. 세퍼레이터 접합부(140)는 도 7의 (A)에 도시한 바와 같이, 히터(147)에 의하여 앤빌(146)을 개재하여 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)의 세라믹스층(42)의 바인더(42N)에 열 T를 가한다. 히터(147)는 바인더(42N)를 유리 전이점 이상이며 융점 미만의 온도로 가열한다. 이와 같이 하여, 바인더(42N)에 유동성을 발현시켜 세라믹스 입자(42M)를 이동 가능한 상태로 한다.

또한 세퍼레이터 접합부(140)에 의하여 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)의 접합을 완료하기 직전의 상태를 도 7의 (B)에 도시하고 있다. 세퍼레이터 접합부(140)는 도 7의 (B)에 도시한 바와 같이, 초음파 가공 혼(141)에 의하여 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)를 압박하면서 초음파를 인가한다. 앤빌(146)은, 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)를 개재하여 초음파 가공 혼(141)으로부터 압박되는 것에 의한 반발력에 의하여 초음파 가공 혼(141)을 가압한다. 초음파 가공 혼(141)은, 적층 방향 Z와 교차된 세라믹스층(42)끼리의 접합면을 따라 초음파를 인가함으로써 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)를 가열한다. 이 결과, 세라믹스 입자(42M)가 이동 가능한 상태로 되어 있는 세라믹스층(42)끼리가 부분적으로 주위의 영역으로 이동하고, 새로이 대면하고 연화된 상태로 되어 있는 폴리프로필렌층(41)끼리를 접합하여 접합부(40h)를 형성한다. 이와 같이 하여, 세퍼레이터 접합부(140)는 융점이 크게 상이한 폴리프로필렌층(41)과 세라믹스층(42)을 포함하는 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)를, 그 세라믹스층(42)끼리를 대면시킨 상태에서 충분히 접합할 수 있다.

그 후, 주머니 패킹 전극 반송부(150)는 도 5에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터 접합부(140)에 의하여 형성된 주머니 패킹 전극(11)을 반송한다. 주머니 패킹 전극 반송부(150)는, 주머니 패킹 전극(11)을 적재대(157)에 적재하여 일시적으로 보관한 것이다.

상술한 제1 실시 형태에 의하면, 이하의 구성에 의하여 작용 효과를 발휘한다.

복합재{세라믹 세퍼레이터(40)}의 접합 방법에서는, 용융재{폴리프로필렌층(41)}와, 폴리프로필렌층(41)보다도 용융 온도가 높은 내열 부재{세라믹스 입자(42M)} 및 세라믹스 입자(42M)를 폴리프로필렌층(41)에 결합시키는 결합 부재{바인더(42N)}를 포함하는 내열재{세라믹스층(42)}를 구비한 복합재{세라믹 세퍼레이터(40)}를 사용한다. 이 접합 방법에서는, 세라믹스층(42)끼리를 대면시킨 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)를 서로 접합한다. 이 접합 방법은 접합 공정을 갖고 있다. 접합 공정에서는, 가공 부재{초음파 가공 혼(141)}에 의하여 세라믹 세퍼레이터(40)를 압박하면서 초음파를 인가하고, 또한 가열 부재{히터(147)}에 의하여 바인더(42N)에 열 T를 가한다. 이와 같이 하여, 세라믹스 입자(42M)끼리를 접합부(40h)로부터 주위의 영역으로 이동시켜 대면한 폴리프로필렌층(41)끼리를 접합한다. 여기서, 접합 공정은 히터(147)에 의하여 바인더(42N)를 유리 전이점 이상이며 융점 미만의 온도로 가열한다.

복합재{세라믹 세퍼레이터(40)}의 접합 장치(100)에서는, 용융재{폴리프로필렌층(41)}와, 폴리프로필렌층(41)보다도 용융 온도가 높은 내열 부재{세라믹스 입자(42M)} 및 세라믹스 입자(42M)를 폴리프로필렌층(41)에 결합시키는 결합 부재{바인더(42N)}를 포함하는 내열재{세라믹스층(42)}를 구비한 복합재{세라믹 세퍼레이터(40)}를 사용한다. 이 접합 장치(100)에서는, 세라믹스층(42)끼리를 대면시킨 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)를 서로 접합한다. 이 접합 장치(100)는 가공 부재{초음파 가공 혼(141)} 및 가열 부재{히터(147)}를 갖고 있다. 초음파 가공 혼(141)은 세라믹 세퍼레이터(40)를 압박하면서 세라믹 세퍼레이터(40)에 초음파를 인가한다. 히터(147)는 바인더(42N)를 유리 전이점 이상이며 융점 미만의 온도로 가열한다.

이와 같은 구성에 의하면, 세라믹 세퍼레이터(40)를 폴리프로필렌층(41)측으로부터 압박하면서 초음파를 인가하여 가열함과 함께, 바인더(42N)를 유리 전이점 이상이며 융점 미만의 온도로 가열한다. 이와 같이 세라믹 세퍼레이터(40)를 가열함으로써, 바인더(42N)에 유동성을 발현시켜 세라믹스 입자(42M)의 이동을 재촉할 수 있다. 따라서 대면한 세라믹스층(42)끼리를 부분적으로 주위의 영역으로 이동시킴으로써, 새로이 대면하고 연화된 상태로 되어 있는 폴리프로필렌층(41)끼리를 접합할 수 있다. 즉, 융점이 상이한 폴리프로필렌층(41)과 세라믹스층(42)을 포함하는 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)를, 그 세라믹스층(42)끼리를 대면시킨 상태에서 충분히 접합할 수 있다.

또한 특히 접합 방법에 있어서, 접합 공정은 히터(147)에 의하여 바인더(42N)에 열 T를 가하면서 초음파 가공 혼(141)에 의하여 세라믹 세퍼레이터(40)에 초음파를 인가하는 구성으로 할 수 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 세라믹스층(42)의 바인더(42N)가 유동성을 발현시킨 상태를 유지하면서 세라믹스 입자(42M)를 항시 이동 가능한 상태로 한 후에, 폴리프로필렌층(41)측으로부터 압박하면서 초음파를 인가하여 세라믹 세퍼레이터(40)를 가열할 수 있다. 따라서 대면한 세라믹스층(42)끼리를 매우 매끄럽게 주위의 영역으로 이동시킬 수 있다.

또한 특히 접합 방법에 있어서, 접합 공정은 초음파 가공 혼(141)에 의하여 세라믹 세퍼레이터(40)에 초음파를 인가하기 전부터 히터(147)에 의하여 바인더(42N)에 열 T를 가하는 구성으로 할 수 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 세라믹스층(42)의 바인더(42N)에 유동성을 발현시킴으로써 세라믹스 입자(42M)를 이동 가능한 상태로 한 후에, 폴리프로필렌층(41)측으로부터 압박하면서 초음파를 인가하여 세라믹 세퍼레이터(40)를 가열할 수 있다. 따라서 대면한 세라믹스층(42)끼리를 매우 매끄럽게 주위의 영역으로 이동시킬 수 있다.

또한 특히 접합 방법에 있어서, 접합 공정은 초음파 가공 혼(141)에 의하여 세라믹스층(42)끼리의 접합면을 따라 초음파를 인가하는 구성으로 할 수 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 세라믹스층(42)끼리의 접합면을 따라 세라믹스 입자(42M) 및 바인더(42N)를 진동시킬 수 있다. 따라서 그 초음파의 진동을 이용하여, 대면한 세라믹스층(42)끼리를 매우 효과적으로 주위의 영역으로 이동시킬 수 있다.

또한 특히 접합 방법에 있어서, 히터(147)에 의하여 바인더(42N)를 가열하는 온도는 폴리프로필렌층(41)의 융점 미만의 온도로 하는 구성으로 할 수 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 폴리프로필렌층(41)의 용융 낙하를 충분히 억제할 수 있다.

또한 특히 접합 장치(100)에 있어서, 초음파 가공 혼(141)과 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)를 개재하여 대향시키고, 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)를 초음파 가공 혼(141)측에 가압하는 가압 부재{앤빌(146)}를 갖는 구성으로 할 수 있다. 여기서, 히터(147)는 앤빌(146)을 개재하여 바인더(42N)에 열 T를 가한다.

이와 같은 구성에 의하면, 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)를 초음파 가공 혼(141) 및 앤빌(146)에 의하여 충분히 압박하면서, 그 앤빌(146)을 개재하여 접합부(40h)에 위치하는 바인더(42N)에 대하여 매우 효율적으로 열 T를 가할 수 있다. 즉, 앤빌(146)을 개재한 가열에 의하여, 매우 효율적으로 세라믹스층(42)의 바인더(42N)에 유동성을 발현시켜 세라믹스 입자(42M)를 이동 가능한 상태로 할 수 있다.

또한 특히 접합 장치(100)에 있어서, 측정 부재{센서(148)} 및 제어 부재{컨트롤러(161)}를 갖는 구성으로 할 수 있다. 센서(148)는 히터(147)의 온도를 측정한다. 컨트롤러(161)는 센서(148)의 측정 결과에 기초하여 히터(147)의 온도를 제어한다.

이와 같은 구성에 의하면, 초음파 가공 혼(141)에 의한 초음파의 인가에 기인한 온도 변동의 영향을 고려하여 바인더(42N)를 가열할 수 있다. 즉, 센서(148) 및 컨트롤러(161)에 의하여, 초음파 가공 혼(141)에 의한 초음파의 인가 상태에 의존하지 않고 바인더(42N)의 온도를 유리 전이점 이상이며 융점 미만으로 고정밀도로 제어할 수 있다.

(제2 실시 형태)

제2 실시 형태에 관한 복합재{세라믹 세퍼레이터(40)}의 접합 방법을 구현화한 접합 장치(200)에 대하여 도 8을 참조하면서 설명한다.

제2 실시 형태에 관한 접합 장치(200)는, 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)의 반송 방향 X를 따른 양 단부를 심 용착하는 구성이, 상술한 제1 실시 형태에 관한 접합 장치(100)의 구성과 상이하다. 상술한 접합 장치(100)는 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)의 양 단부를 스폿 용착하고 있었다.

제2 실시 형태에 있어서는, 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성으로 이루어지는 것에 대하여 동일한 부호를 사용하여, 상술한 설명을 생략한다.

복합재{세라믹 세퍼레이터(40)}의 접합 방법을 구현화한 접합 장치(200)의 구성 및 동작에 대하여 도 8을 참조하면서 순서대로 설명한다.

도 8은, 접합 장치(200)의 요부를 도시하는 사시도이다.

세퍼레이터 접합부(240)는 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)의 반송 방향 X를 따른 양 단부를 연속적으로 접합하여, 직선형의 접합부(40i)를 구비한 주머니 패킹 전극(13)을 형성한다. 세퍼레이터 접합부(240)는, 제1 세퍼레이터 반송부(120) 및 제2 세퍼레이터 반송부(130)보다도 반송 방향 X의 하류측이자, 반송 방향 X를 따른 양 단부에 1조씩 배치되어 있다. 즉, 세퍼레이터 접합부(240)는 상술한 세퍼레이터 접합부(140)와 달리, 각 구성재를 반송 방향 X와 교차된 교차 방향 Y를 따라 배치하고 있다. 세퍼레이터 접합부(240)는 세퍼레이터 접합부(140)와 비교하여, 초음파 가공 혼(241)과 앤빌(246)과 히터 블록(249)의 구성이 상이하다.

세퍼레이터 접합부(240)의 초음파 가공 혼(241)은 초음파를 세라믹 세퍼레이터(40)에 인가하는 것이다. 초음파 가공 혼(241)은 금속으로 이루어지며, 원반 형상으로 형성되어 있다. 초음파 가공 혼(241)은 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)의 반송 방향 X를 따라 회전 가능하게 배치되어 있다. 초음파 가공 혼(241)은 압박 부재(144)에 의하여 압박되어, 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40) 중 한쪽 세라믹 세퍼레이터(40)의 폴리프로필렌층(41)을 압박한다. 초음파 가공 혼(241)은 회전하면서, 세라믹 세퍼레이터(40)를 압박하면서 적층 방향 Z와 교차된 세라믹스층(42)끼리의 접합면을 따라 초음파를 인가하여, 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)를 가열한다.

세퍼레이터 접합부(240)의 앤빌(246)은 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)를 초음파 가공 혼(241)측에 가압하는 것이다. 앤빌(246)은 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)를 개재하여 초음파 가공 혼(241)과 대향하고 있다. 앤빌(246)은 금속으로 이루어지며, 원반 형상으로 형성되어 있다. 초음파 가공 혼(241)은 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)의 반송 방향 X를 따라 회전 가능하게 배치되어 있다. 앤빌(246)은 회전하면서 초음파 가공 혼(241)을 가압한다. 히터 블록(249)은 앤빌(246)을 보유 지지하면서 히터(147) 및 센서(148)를 수용하는 것이다. 히터 블록(249)은 그 일 단부를 환형으로 형성하며, 앤빌(246)의 후부를 삽입 관통하고 있다. 히터 블록(249)은 그 내부에 히터(147) 및 센서(148)를 수용하고 있다.

상술한 제2 실시 형태에 의하면, 이하의 구성에 의하여 작용 효과를 발휘한다.

접합 장치(200)에 있어서, 초음파 가공 혼(241)은 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)의 반송 방향 X를 따라 회전 가능한 원반 형상으로 형성되며, 폴리프로필렌층(41)을 연속적으로 압박하면서 초음파를 인가한다.

이와 같은 구성에 의하면, 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)의 반송 방향 X를 따른 양 단부를, 소위 심 용착에 의하여 연속적으로 접합하여 직선형의 접합부(40i)를 형성할 수 있다. 따라서 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)의 양 단부를 보다 강고하게 접합할 수 있다.

또한 이와 같은 구성에 의하면, 초음파 가공 혼(241)은 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)의 양 단부의 부분에 맞닿으면서 회전하면서 용착하는 점에서, 폴리프로필렌층(41)에 부착되기 어렵다. 따라서 초음파 가공 혼(241)이 폴리프로필렌층(41)에 부착된 상태에서 이동하는 것을 방지할 수 있어, 세라믹 세퍼레이터(40)에 손상을 미치는 일이 없다.

또한 이와 같은 구성에 의하면, 초음파 가공 혼(241)을 세라믹 세퍼레이터(40)의 폴리프로필렌층(41)에 회전 가능하게 맞닿게 하고 있기만 해도 된다. 즉, 제1 반송 드럼(124) 및 제2 반송 드럼(134)의 회전을 계속한 채로의 상태에서, 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)를 반송하면서 접합할 수 있다.

또한 가압 부재{앤빌(246)}는 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)의 반송 방향 X를 따라 회전 가능한 원반 형상으로 형성하며, 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)를 초음파 가공 혼(241)측에 연속적으로 가압하는 구성으로 할 수 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 초음파 가공 혼(241)과 앤빌(246)로 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)를 협지하여 충분히 압박할 수 있다. 따라서 초음파 가공 혼(241)만으로 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)를 압박하는 경우와 비교하여, 보다 확실히 세라믹스층(42)끼리를 부분적으로 주위의 영역으로 이동시켜 접합부(40i)를 형성할 수 있다.

그 외에, 본 발명은 특허 청구 범위에 기재된 구성에 기초하여 다양한 개변이 가능하며, 그것들에 대해서도 본 발명의 범주이다.

예를 들어 제1 및 제2 실시 형태에서는, 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)의 세라믹스층(42)끼리를 부분적으로 주위의 영역으로 이동시켜 대략적으로 되게 함으로써, 대면한 폴리프로필렌층(41)끼리를 접합하는 구성으로서 설명하였다. 여기서, 접합부(40h)로 되는 부위의 세라믹스층(42)끼리를 주위의 영역으로 완전히 이동시킬 필요는 없으며, 대략적으로 되기만 할 정도로 이동시키면 된다. 즉, 세라믹스층(42)끼리의 일부가 접합부(40h)로 되는 부위에 잔류한 상태에서, 대면한 폴리프로필렌층(41)끼리를 접합할 수도 있다.

또한 제1 및 제2 실시 형태에서는, 리튬 이온 2차 전지(1)를 구성하는 주머니 패킹 전극(11)에 있어서, 그 주머니 패킹 전극(11)에 사용하는 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)를 서로 접합하는 구성으로 설명했지만, 이와 같은 구성에 한정되지는 않는다. 리튬 이온 2차 전지(1)를 구성하는 주머니 패킹 전극(11)에 사용하는 주머니 패킹 전극(11) 이외의 복합재의 접합에도 적용할 수 있다.

또한 제1 및 제2 실시 형태에서는, 2차 전지를 리튬 이온 2차 전지(1)의 구성으로 설명했지만, 이와 같은 구성에 한정되지는 않는다. 2차 전지는, 예를 들어 중합체 리튬 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-카드뮴 전지로서 구성할 수 있다.

또한 제1 및 제2 실시 형태에서는, 세라믹 세퍼레이터(40)의 내열재를 세라믹스층(42)의 구성으로 설명했지만, 이와 같은 구성에 한정되지는 않는다. 내열재는 세라믹스에 한정되지 않으며, 용융재보다도 용융 온도가 높은 부재이면 된다.

또한 제1 및 제2 실시 형태에서는, 세라믹 세퍼레이터(40)의 용융재를 폴리프로필렌층(41)의 구성으로 설명했지만, 이와 같은 구성에 한정되지는 않는다. 용융재는 폴리프로필렌에 한정되지 않으며, 내열재보다도 용융 온도가 낮은 부재이면 된다.

또한 제1 및 제2 실시 형태에서는, 세라믹 세퍼레이터(40)를 용융재{폴리프로필렌층(41)}의 편면에 내열재{세라믹스층(42)}을 적층시킨 구성으로서 설명했지만, 이와 같은 구성에 한정되지는 않는다. 세라믹 세퍼레이터(40)는 용융재{폴리프로필렌층(41)}의 양면에 내열재{세라믹스층(42)}를 적층시켜 구성해도 된다.

또한 제1 및 제2 실시 형태에서는, 정극(20)을 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)에 의하여 주머니 패킹하여 주머니 패킹 전극(11)을 형성하는 구성으로 설명했지만, 이와 같은 구성에 한정되지는 않는다. 부극(30)을 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)에 의하여 주머니 패킹하여 주머니 패킹 전극을 형성하는 구성으로 해도 된다. 또한 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)를 서로 접합한 후에 정극(20) 또는 부극(30)을 삽입하여 주머니 패킹 전극을 형성하는 구성으로 해도 된다.

또한 제1 및 제2 실시 형태에서는, 정극(20), 세라믹 세퍼레이터(40) 및 주머니 패킹 전극(11)을 자동으로 반송하는 구성으로서 설명했지만, 이와 같은 구성에 한정되지는 않는다. 정극(20), 세라믹 세퍼레이터(40) 또는 주머니 패킹 전극(11)은 사람의 손에 의하여 반송하는 구성으로 해도 된다.

또한 제1 실시 형태에서는, 초음파 가공 혼(141)과 앤빌(146)을 사용하여 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)의 양 단부를 스폿 용착하는 구성으로서 설명했지만, 이와 같은 구성에 한정되지는 않는다. 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)의 양 단부에 있어서, 접합부를 연속적으로 형성함으로써 심 용착하는 구성으로 해도 된다.

또한 제1 실시 형태에서는, 초음파 가공 혼(141)에 대하여 1개만 구비한 직사각형의 돌기부(141b)와 앤빌(146)에 의하여 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)를 협지하면서 초음파를 인가하는 구성으로서 설명했지만, 이와 같은 구성에 한정되지는 않는다. 초음파 가공 혼(141)은, 예를 들어 복수의 돌기부를 매트릭스형으로 구비한 구성으로 해도 된다. 또한 초음파 가공 혼(141)은, 예를 들어 선단부를 뾰족하게 하거나 만곡시키거나 한 돌기부를 구비한 구성으로 해도 된다.

또한 제2 실시 형태에서는, 원반형의 초음파 가공 혼(241)과 원반형의 앤빌(246)을 사용하여 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)의 양 단부를 심 용착하는 구성으로서 설명했지만, 이와 같은 구성에 한정되지는 않는다. 원반형의 초음파 가공 혼(241)과 앤빌(246)을 일정한 주기로 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)로부터 이격시킴으로써, 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)의 양 단부를 스폿 용착하는 구성으로 해도 된다. 이와 같은 구성의 경우, 제1 반송 드럼(124) 및 제2 반송 드럼(134)의 회전을 계속한 채, 반송 중인 1쌍의 세라믹 세퍼레이터(40)의 양 단부를 접합할 수 있다.

1: 리튬 이온 2차 전지
11, 13: 주머니 패킹 전극
12: 발전 요소
20: 정극
20A: 정극용 기재
21: 정극 집전체
21a: 정극 전극 단자
30: 부극
31: 부극 집전체
31a: 부극 전극 단자
32: 부극 활물질
40: 세라믹 세퍼레이터(복합재)
40A: 세라믹 세퍼레이터용 기재
40h, 40i: 접합부
41: 폴리프로필렌층(용융재)
42: 세라믹스층(내열재)
42M: 세라믹스 입자(내열 부재)
42N: 바인더(결합 부재)
50: 외장재
51, 52: 라미네이트 시트
100, 200: 접합 장치
110: 전극 반송부
111: 전극 공급 롤러
112: 반송 롤러
113: 반송 벨트
114: 회전 롤러
115, 116: 절단 날
117: 받침대
120: 제1 세퍼레이터 반송부
121: 제1 세퍼레이터 공급 롤러
122: 제1 가압 롤러
123: 제1 닙 롤러
124: 제1 반송 드럼
125: 제1 절단 날
130: 제2 세퍼레이터 반송부
131: 제2 세퍼레이터 공급 롤러
132: 제2 가압 롤러
133: 제2 닙 롤러
134: 제2 반송 드럼
135: 제2 절단 날
140, 240: 세퍼레이터 접합부
141, 241: 초음파 가공 혼(가공 부재)
141a: 본체부
141b: 돌기부,
142: 부스터
143: 진동자
144: 압박 부재
145: 구동 스테이지
146, 246: 앤빌(가압 부재)
147: 히터(가열 부재)
148: 센서(측정 부재)
149, 249: 히터 블록
150: 주머니 패킹 전극 반송부
151: 반송 벨트
152: 회전 롤러
153: 흡착 패드
154: 신축 부재
155: X축 스테이지
156: X축 보조 레일
157: 적재대
160: 제어부
161: 컨트롤러(제어 부재)
T: 열
X: 반송 방향,
Y: (반송 방향 X와 교차하는) 방향
Z: 적층 방향

Claims

용융재와, 상기 용융재보다도 용융 온도가 높은 내열 부재 및 상기 내열 부재를 상기 용융재에 결합시키는 결합 부재를 포함하는 내열재를 구비한 복합재를 사용하여, 상기 내열재끼리를 대면시킨 1쌍의 상기 복합재를 서로 접합하는 방법이며,
가공 부재에 의하여 상기 복합재를 압박하면서 초음파를 인가하고, 또한 가열 부재에 의하여 상기 결합 부재에 열을 가함으로써, 내열 부재끼리를 접합부로부터 주위의 영역으로 이동시켜 대면한 상기 용융재끼리를 접합하는 접합 공정을 갖고,
상기 접합 공정은 상기 가열 부재에 의하여 상기 결합 부재를 유리 전이점 이상이며 융점 미만의 온도로 가열하는, 복합재의 접합 방법.
제1항에 있어서,
상기 접합 공정은 상기 가열 부재에 의하여 상기 결합 부재에 열을 가하면서 상기 가공 부재에 의하여 상기 복합재에 초음파를 인가하는, 복합재의 접합 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 접합 공정은 상기 가공 부재에 의하여 상기 복합재에 초음파를 인가하기 전부터, 상기 가열 부재에 의하여 상기 결합 부재에 열을 가하는, 복합재의 접합 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합 공정은 상기 가공 부재에 의하여 상기 내열재끼리의 접합면을 따라 초음파를 인가하는, 복합재의 접합 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 부재에 의하여 상기 결합 부재를 가열하는 온도는 상기 용융재의 융점 미만의 온도인, 복합재의 접합 방법.
용융재와, 상기 용융재보다도 용융 온도가 높은 내열 부재 및 상기 내열 부재를 상기 용융재에 결합시키는 결합 부재를 포함하는 내열재를 구비한 복합재를 사용하여, 상기 내열재끼리를 대면시킨 1쌍의 상기 복합재를 서로 접합하는 장치이며,
상기 복합재를 압박하면서 상기 복합재에 초음파를 인가하는 가공 부재와,
상기 결합 부재를 유리 전이점 이상이며 융점 미만의 온도로 가열하는 가열 부재를 갖는, 복합재의 접합 장치.
제6항에 있어서,
상기 가공 부재와 1쌍의 상기 복합재를 개재하여 대향시키고, 1쌍의 상기 복합재를 상기 가공 부재측에 가압하는 가압 부재를 더 갖고,
상기 가열 부재는 상기 가압 부재를 개재하여 상기 결합 부재에 열을 가하는, 복합재의 접합 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 가열 부재의 온도를 측정하는 측정 부재와,
상기 측정 부재의 측정 결과에 기초하여 상기 가열 부재의 온도를 제어하는 제어 부재를 더 갖는, 복합재의 접합 장치.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가공 부재는, 1쌍의 상기 복합재의 반송 방향을 따라 회전 가능한 원반 형상으로 형성하고, 상기 용융재를 연속적으로 압박하면서 초음파를 인가하는, 복합재의 접합 장치.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가압 부재는, 1쌍의 상기 복합재의 반송 방향을 따라 회전 가능한 원반 형상으로 형성하고, 1쌍의 상기 복합재를 상기 가공 부재측에 연속적으로 가압하는, 복합재의 접합 장치.