WO2015019751A1 - 電極積層体の製造方法 - Google Patents

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WO2015019751A1
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electrode
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stage
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誠一 田平
和男 市島
景祥 石橋
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日産自動車株式会社
オートモーティブエナジーサプライ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing an electrode laminate in a laminated battery such as a lithium ion battery.
  • a structure suitable for a relatively large capacity lithium-ion battery, etc. it has a flat shape in which an electrode laminate formed by laminating a plurality of sheet-like electrodes and separators is sealed together with an electrolyte in an outer package made of a laminate film or the like.
  • a laminated battery is known.
  • Patent Documents 1 and 2 describe a method for manufacturing an electrode laminate in this type of battery, in which electrodes (positive electrode and negative electrode) made of metal foil and a separator are transferred one by one using an adsorption-type hand. Thus, these are alternately stacked. That is, the electrodes and separators to be stacked are sequentially supplied to each supply stage in a state of being cut into a predetermined shape, and stacking is performed by the suction type hand being conveyed from the supply stage to each stacking stage. . Therefore, the suction-type hand repeats the movement between the supply stage and the stacking stage, the suction of the workpiece (sheet-like electrode or separator) on the supply stage, and the release of the workpiece on the stacking stage. .
  • An object of the present invention is to reliably prevent damage to the separator due to charging of such an adsorption-type hand.
  • the present invention provides an electrode stacking stage on which a sheet-like electrode cut into a predetermined shape is placed via a suction-type hand along a pallet transport line, and a suction-type hand with a sheet-like separator cut into a predetermined shape.
  • a separator stacking stage placed between the electrode stacking stage, the electrode stacking stage and the separator stacking stage, the electrode stacking stage and the electrode stacking stage, and the electrode stacking stage and the electrode stacking stage.
  • a sheet-like electrode is placed on the pallet in the electrode lamination stage, and then a sheet-like separator is placed on the same pallet in the separator lamination stage.
  • Electrodes and separators are alternately stacked on the substrate.
  • the suction type hand in the separator laminating stage is gradually charged by repeating the repetitive operation.
  • the static elimination is performed after an appropriate number of laminating processes. Therefore, discharge between the pallet causing damage to the separator is prevented.
  • a stick-shaped ionizer having a length over one side of the porous adsorption plate is used for an adsorption-type hand having a rectangular porous adsorption plate corresponding to the outer shape of the separator.
  • the neutralization is performed by scanning the ionizer along the surface of the porous adsorption plate.
  • the present invention by providing the static elimination step, it is possible to prevent discharge between the suction-type hand holding the separator and the pallet, and to avoid the phenomenon of separator perforation due to discharge sparks.
  • sectional drawing Process explanatory drawing which shows the outline of the manufacturing process of the laminated structure battery which concerns on this invention.
  • the top view which shows a lamination apparatus roughly.
  • front view Explanatory drawing which showed the relationship between the outer shape of a porous adsorption
  • the perspective view of an ionizer Explanatory drawing which shows the static elimination work using an ionizer.
  • This laminated structure battery 1 is, for example, a lithium ion secondary battery, and has a flat rectangular external shape as shown in FIG. 1, and is formed of a conductive metal foil at one end in the longitudinal direction. A pair of terminals 2 and 3 are provided.
  • the laminated battery 1 has a rectangular electrode laminate 4 accommodated in an exterior body 5 made of a laminate film together with an electrolytic solution.
  • the electrode laminate 4 is composed of the same sheet-like positive electrodes 12 and negative electrodes 13 that are alternately laminated via sheet-like separators 11, for example, 18 negative electrodes 13, 17 positive electrodes 12, and these 34 separators 11 in between. 2 are not accurate and are exaggerated or omitted for explanation.
  • the positive electrode 12 is obtained by coating a positive electrode active material layer 12b on both surfaces of a positive electrode current collector 12a made of a metal foil such as an aluminum foil.
  • the positive electrode active material layer 12b is obtained by applying a mixture of a positive electrode active material made of a lithium metal oxide, a conductive aid such as carbon black, and a binder to the main surface of the positive electrode current collector 12a, and drying and It is formed by rolling.
  • the negative electrode 13 is obtained by forming a negative electrode active material layer 13b on both surfaces of a negative electrode current collector 13a made of a metal foil such as a copper foil.
  • the negative electrode active material layer 13b is formed by applying a negative electrode active material such as amorphous carbon or graphite mixed with a binder to the main surface of the negative electrode current collector 13a, and drying and rolling.
  • a part of the edge in the longitudinal direction of the negative electrode current collector 13 a extends as an extension portion that does not include the negative electrode active material layer 13 b, and the tip thereof is joined to the negative electrode terminal 3.
  • a part of the longitudinal edge of the positive electrode current collector 12 a extends as an extension portion that does not include the positive electrode active material layer 12 b, and the tip thereof is the positive electrode. It is joined to the terminal 2.
  • the separator 11 has a function of preventing a short circuit between the positive electrode 12 and the negative electrode 13 and simultaneously holding an electrolyte.
  • the separator 11 is made of a fine polyolefin resin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP). It consists of a porous film, and when an overcurrent flows, it has a function of blocking the current by closing the pores of the layer due to the heat generation.
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • the positive electrode 12, the negative electrode 13, and the separator 11 are fixed by a tape (not shown) in a state where a predetermined number of layers are stacked, and are integrated as an electrode stacked body 4.
  • the outer package 5 that accommodates the electrode laminate 4 together with the electrolytic solution is, for example, a three-layer structure in which a synthetic resin thermal fusion layer is laminated on the inner side of an aluminum foil, and a synthetic resin protective layer is laminated on the outer side. It consists of a laminated film having a structure.
  • the outer package 5 has a two-sheet structure of one laminate film disposed on the lower surface side of the electrode laminate 4 in FIG. 2 and another laminate film disposed on the upper surface side. It has a configuration in which the four sides around the two laminate films are superposed and heat-sealed to each other.
  • the pair of terminals 2 and 3 located on the short side of the laminated battery 1 having a rectangular shape are drawn out through the bonding surface of the laminate film when the laminate film is heat-sealed.
  • a pair of terminals 2 and 3 are arranged side by side on the same edge, but the positive terminal 2 is arranged on one edge and the negative terminal 3 is arranged on the other edge. It is also possible to do so.
  • FIG. 3 is a process explanatory view showing an outline of the manufacturing process of the laminated battery 1 described above.
  • the slurry kneaded with the above-described positive electrode active material and the like is intermittently coated on a predetermined range of the surface of the continuous aluminum foil in a strip shape, and dried and rolled, so that a large number of rectangular shapes are formed.
  • This is a step of manufacturing a belt-like positive electrode material provided with the positive electrode active material layer 12b.
  • This positive electrode material is brought into the next laminating step 24 while being wound in a roll shape, and is cut into a predetermined length, that is, the length of each sheet-like positive electrode 12 in the laminating step 24.
  • corresponds to the dimension of the short side of the sheet-like positive electrode 12, and it cuts for every dimension of a long side.
  • the slurry kneaded with the negative electrode active material and the like is intermittently coated on a predetermined range of the surface of the copper foil that is continuous in a strip shape, and is dried and rolled.
  • This is a step of manufacturing a strip-shaped negative electrode material having a large number of rectangular negative electrode active material layers 13b.
  • This negative electrode material is brought into the next laminating step 24 in a state wound in a roll shape, and is cut into a predetermined length, that is, a length dimension of each sheet-like negative electrode 13 in the laminating step 24.
  • the width of the roll-shaped negative electrode material also corresponds to the short side dimension of the sheet-shaped negative electrode 13.
  • Separator forming step 23 is a step of manufacturing a separator material that is continuous in a strip shape using a synthetic resin material. This separator material is also brought into the next laminating step 24 while being wound in a roll shape, and is cut into individual sheet-like separators 11 in the laminating step 24. The width of the roll separator material corresponds to the short side dimension of the sheet separator 11.
  • the laminating step 24 which is the main part of the present invention, the negative electrode 13, the separator 11, the positive electrode 12, and the positive electrode material, the negative electrode material, and the separator material wound in a roll shape are cut into individual sheet shapes, respectively.
  • the separators 11 and the negative electrodes 13 are sequentially stacked in an alternating order.
  • the pallet is circulated along a predetermined conveyance line, and the sheets (the negative electrode 13, the separator 11, and the positive electrode 12) are sequentially placed on the pallet by the stacking robot. Is done.
  • a static eliminating step 30 for performing static elimination of the suction type hand of the separator laminating robot is additionally performed.
  • the electrode stack 4 is transferred from the pallet to the next fixing step 25.
  • the electrode laminate 4 is integrally fixed using a fixing tape extending in the stacking direction of the electrode laminate 4.
  • the electrode laminate 4 fixed integrally is disposed between the two laminate films serving as the exterior body 5, and the surroundings are heat-sealed leaving the electrolyte solution inlet.
  • the laminated structure battery 1 is completed by inject
  • the laminated battery 1 is further subjected to aging for a predetermined period in the aging process 28 after initial charging, and then sent to the inspection process 29 for various inspections.
  • FIG. 4 schematically shows the configuration of the laminating apparatus 31 used in the laminating step 24.
  • the laminating apparatus 31 has a linear pallet conveying conveyor 33 composed of a friction conveyor that sequentially conveys the pallets 32 shown in detail in FIG. 5, and separator laminating stages at four locations along the conveying line composed of the conveyor 33. 34 is arranged. Furthermore, the negative electrode lamination stage 35 is arrange
  • stages are arranged in accordance with the stacking order of the sheet materials in the electrode stack 4, and accordingly, in order from the entrance side of the pallet transport conveyor 33, the negative electrode stacking stage 35, the separator stacking stage 34, the positive electrode stacking stage 36, Eight lamination stages are arranged in the order of the separator lamination stage 34, the negative electrode lamination stage 35, the separator lamination stage 34, the positive electrode lamination stage 36, and the separator lamination stage 34.
  • the separator stacking stage 34 is provided with a separator supply unit 38 that supplies the sheet-like separators 11 one by one.
  • the separator supply unit 38 is set with the separator material wound in the above-described roll shape, and the separator material stage 38 a (FIG. 6) adjacent to the separator stacking stage 34 is used to sequentially feed the strip-shaped separator material.
  • the sheet-like separator 11 is sequentially supplied one by one on the temporary placement stage 38a. Then, the separator 11 in the form of one sheet is conveyed onto the pallet 32 stopped on the separator stacking stage 34 by a stacking robot 51 (see FIGS. 6 and 7) described later.
  • Separator supply sections 38 provided individually on the four separator stacking stages 34 are arranged on one side of the pallet transport conveyor 33.
  • the negative electrode stacking stage 35 and the positive electrode stacking stage 36 are respectively provided with a negative electrode supply unit 39 or a positive electrode supply unit 40 for supplying the sheet-like negative electrode 13 or the positive electrode 12 one by one.
  • the negative electrode supply unit 39 is configured to set the negative electrode material wound in the above-described roll shape.
  • a negative electrode temporary placement stage (not shown) adjacent to the negative electrode stacking stage 35 is used to sequentially feed the strip-shaped negative electrode material.
  • the sheet-like negative electrodes 13 are sequentially supplied one by one on the temporary placement stage by cutting the sheet into predetermined dimensions. Then, this single sheet of negative electrode 13 is conveyed onto a pallet 32 stopped on the negative electrode stacking stage 35 by the same stacking robot as that for stacking separators.
  • the positive electrode supply unit 40 has the same configuration, and supplies sheet-like positive electrodes 12 one by one from a roll-shaped positive electrode material, and the positive electrode 12 of the pallet 32 stopped on the positive electrode lamination stage 36 by a lamination robot. Transported up.
  • the negative electrode supply unit 39 and the positive electrode supply unit 40 are respectively arranged on the other side of the pallet transport conveyor 33 (that is, the side opposite to the separator supply unit 38).
  • the pallet 32 is made of, for example, an aluminum alloy. As shown in FIG. 5, the pallet 32 has a substantially rectangular plate shape, and has a sheet-like workpiece (the negative electrode 13 and the separator 11 in the central laminated region 41 indicated by a virtual line. The positive electrode 12) is placed and sequentially stacked. Clamps 42 are provided at positions corresponding to the four corners of the laminated region 41 to hold the laminated workpieces (in other words, the electrode laminate 4 in the middle of lamination) in the lamination direction. Each clamp 42 has a shape in which an arm 42b protrudes every 90 ° around the rotation shaft 42a. On each of the stacked stages 34, 35, 36, the clamp provided on each of the stacked stages 34, 35, 36. By a drive mechanism (not shown), it is rotated by 90 ° while moving up and down in a manner interlocked with the lamination of the sheet-like workpieces.
  • a drive mechanism not shown
  • the clamps 42 are biased downward by the spring force, and the arm 42b approaching the stacking region 41 presses the electrode stack 4 in the middle of stacking onto the pallet 32. Yes.
  • the next sheet-like workpiece (the negative electrode 13, the separator 11, and the positive electrode 12) is placed by the stacking robot while the arm 42 b holds the electrode stack 4.
  • the four corners of the sheet-like workpiece ride on the arms 42b of the clamps 42, respectively, and thus the four corners are temporarily lifted upward as compared with the central portion of the sheet-like workpiece.
  • the clamp 42 rotates 90 degrees, raising / lowering up and down under the state which the lamination
  • FIG. As a result, the arm 42b that has pressed the electrode laminate 4 until then is pulled out in the rotational direction, and the next another arm 42b puts the electrode laminate 4 on the pallet 32 together with the newly laminated sheet-like workpiece. Press down. Thereby, a large number of sheet-like works can be sequentially stacked while avoiding misalignment.
  • Each pallet 32 is individually conveyed in the direction of arrow F in FIG. 5 by a pallet conveyance conveyor 33 formed of a friction conveyor.
  • the long side of the laminated region 41 having a rectangular shape (that is, the long side of the sheet-like workpiece (the negative electrode 13, the separator 11, the positive electrode 12)) is orthogonal to the conveying direction.
  • the negative electrode supply unit 39 and the positive electrode supply unit 40 of FIG. 4 described above with respect to the conveyance direction of the pallet 32 the negative electrode material and the positive electrode material continuous in a strip shape are orthogonal to the conveyance line as indicated by arrows D1 and D2.
  • the individually cut sheet-like negative electrode 13 and positive electrode 12 do not need to change their directions, and are transferred in parallel on the pallet 32.
  • the separator supply unit 38 a strip-like separator material is supplied in parallel to the transport line as indicated by an arrow D3 in FIG. Accordingly, the individually cut sheet-like separator 11 is transferred onto the pallet 32 while changing the direction of 90 ° by the laminating robot 51.
  • a pallet reflux conveyor (not shown) is provided above the transfer line including the stacking stages 34, 35, and 36 in parallel with the transfer line.
  • This pallet reflux conveyor is also composed of a friction conveyor, and conveys the pallet 32 in the opposite direction (the direction from the right side to the left side in FIG. 4) of the conveyance line including the stacking stages 34, 35, and 36.
  • a lifter 45 for transferring the pallet 32 from the lower conveyance line to the upper pallet return conveyor is provided at the end point of the transfer line, and the pallet 32 is moved from the upper pallet return conveyor at the start point of the transfer line.
  • a similar lifter 46 is provided for transfer to the lower transport line.
  • each pallet 32 passes through the lower conveyance line and is sequentially laminated at each of the lamination stages 34, 35, 36, and then again through the lifter 45, the pallet reflux conveyor and the lifter 46, the first negative electrode lamination. Return to stage 35.
  • one pallet 32 circulates through a loop composed of the conveyance line and the pallet return conveyor a plurality of times until the predetermined number of layers described above is completed. Then, the pallet 32 on which the predetermined number of layers are completed is transported to the next fixing step 25 as shown by an arrow F1 in FIG. 4, and the electrode stack 4 is fixed by the tape described above. Further, as shown by an arrow F2 in FIG. 4, an empty pallet 32 is appropriately replenished and a new stacking is started. Therefore, a plurality of pallets 32 are flowing in the stacking device 31 in a state where the number of stacks is different.
  • FIG. 6 and 7 show an example of a stacking robot 51 that transfers the sheet-like separator 11 from the separator supply unit 38 onto the pallet 32 of the separator stacking stage 34.
  • the stacking robot 51 includes an arm 53 that reciprocates along a rail 52 that extends in a direction orthogonal to the transfer line, and a suction-type hand 55 that is attached to the tip of the arm 53 via a joint 54. ing.
  • the suction-type hand 55 uses a rectangular porous suction plate 55a corresponding to the outer shape of the separator 11 as a suction portion, and is thin by performing suction on the entire surface of the flat porous suction plate 55a.
  • the sheet-like separator 11 can be held without being damaged. As shown in FIG.
  • the porous adsorption plate 55a has a slightly smaller dimension than the outer shape of the separator 11 and is substantially arc-shaped at the four corners in order to avoid interference with the clamp 42 of the pallet 32.
  • the notch part 56 is provided. Due to the notches 56, the clamps 42 can be rotated while the porous adsorption plate 55a is on the pallet 32.
  • the operation of the stacking robot 51 is positioned in a state where the suction type hand 55 is lowered and cut on the separator temporary placement stage 38a of the separator supply unit 38 with the arm 53 moved to the separator supply unit 38 side.
  • the separator 11 is held by suction.
  • the suction type hand 55 moves up and moves onto the pallet 32 of the separator stacking stage 34.
  • the orientation of the porous adsorption plate 55a rotates by 90 °.
  • the suction type hand 55 descends on the pallet 32, and the separator 11 is stacked on the electrode stack 4 in the middle of stacking.
  • the laminated robot is not limited to the linear movement type along the rail 52 as described above, but can be applied to various types such as a turning type robot.
  • the porous suction plate 55a of the suction type hand 55 is gradually charged. If this charging is left, a discharge spark is generated between the porous adsorption plate 55a holding the separator 11 and the pallet 32 made of aluminum alloy or the like, and a minute hole is made in the separator 11 made of synthetic resin. In general, this discharge is likely to occur at the four corners of the porous adsorption plate 55 a, particularly at the corners generated by the notches 56. Note that at least the surface of the porous suction plate 55a of the suction-type hand 55 that is in contact with the separator 11 is made of an insulator, and is gradually charged by repeated contact with the separator 11 that is also an insulator.
  • the porous adsorption plate 55a is neutralized as a static elimination step 30 after an appropriate number of stacking processes.
  • This static elimination process 30 is performed manually by an operator using a rod-like ionizer 61 as shown in FIG.
  • the ionizer 61 has a relatively thin rod shape with a rectangular cross section, and a plurality of ion outlets 62 are provided side by side on one side. Between the ion outlets 62, the surface of the porous adsorption plate 55a and A block-shaped cushioning material 63 for avoiding contact with the ion outlet 62 is provided.
  • FIG. 10 shows the static elimination work using the ionizer 61.
  • the suction type hand 55 of the stacking robot 51 receives the separator temporary placement stage 38a side of the separator supply unit 38 (that is, the sheet-like separator 11).
  • the suction type hand 55 is raised from the separator temporary placement stage 38a.
  • the laminating apparatus 31 is stopped, and the worker can access the separator supply unit 38 from the front side (that is, from the lower side in FIG. 4) toward the transport line.
  • a rod-like ionizer 61 As shown in the drawing, one end of a rod-like ionizer 61 is held by a finger 65 and the ion blower outlet 62 is placed in an upward position and inserted between the porous adsorption plate 55a and the separator temporary placement stage 38a. Then, the rod-like ionizer 61 is moved in the lateral direction along the surface of the porous adsorption plate 55a, thereby eliminating the charge over the entire surface of the porous adsorption plate 55a. As can be understood from FIG. 6, the ionizer 61 is inserted along the short side direction of the porous adsorption plate 55a and moved in the long side direction.
  • the ionizer 61 has a length extending at least over the short side of the porous adsorption plate 55a.
  • the static elimination operation is completed in one stroke or one reciprocation of the ionizer 61 from one end to the other end of the long side.
  • discharge sparks are likely to be generated at the corners of the porous adsorption plate 55a. Therefore, it is particularly desirable to surely remove the charge from the four corners of the porous adsorption plate 55a and the range including the corners generated by the notches 56.
  • the frequency of performing such static elimination work varies depending on various conditions. For example, if the number of times of lamination by one lamination robot 51 reaches about 300 to 4000, the charging voltage sandwiches the separator 11. There is no risk of exceeding the breakdown voltage, and therefore no discharge sparks are produced during the lamination process.
  • the above-described static elimination work is performed for the stacking robots 51 in all the separator stacking stages 34.
  • the static elimination work is performed using the rod-like ionizer 61 when the suction type hand 55 is in the retracted position on the separator supply unit 38 side as described above, it is easy for the worker to access and the short time.
  • the entire surface of the porous adsorption plate 55a can be reliably discharged in time.
  • the ionizer 61 includes the block-shaped buffer material 63, the surface of the porous adsorption plate 55a is not damaged during the static elimination work.
  • the lamination robots in the other negative electrode lamination stage 35 and positive electrode lamination stage 36 are not shown, but basically have the same configuration as the lamination robot 51 in the separator lamination stage 34 described above, and the porous adsorption plate Adsorption type hand using About the porous adsorption
  • charging gradually occurs due to a reciprocating operation in the air, but even if a discharge spark occurs between the pallet 32 and the negative electrode 13 or the positive electrode 12. Therefore, the necessity for the static elimination process is much lower than that of the suction type hand 55 in the laminating robot 51 for laminating separators.

Abstract

 正極形成工程(21)、負極形成工程(22)およびセパレータ形成工程(23)でそれぞれ形成された正極(12)、負極(13)、セパレータ(11)が、積層工程(24)において積層ロボット(51)により順次積層される。本発明は、積層ロボット(51)の吸着型ハンド(55)を除電する除電工程(30)を付加的に有する。除電工程(30)は、棒状のイオナイザ(61)を用い、作業員が吸着型ハンド(55)の多孔質吸着プレート(55a)の表面に沿って移動させることにより行う。帯電に起因した放電火花によるセパレータ(11)の孔空きが防止される。

Description

電極積層体の製造方法
 この発明は、リチウムイオン電池などの積層構造電池における電極積層体の製造方法に関する。
 比較的大きな容量のリチウムイオン電池などに適した構造として、シート状の電極およびセパレータを複数積層してなる電極積層体を、ラミネートフィルム等からなる外装体内に電解液とともに封入した、偏平形状をなす積層構造電池が知られている。
 特許文献1,2には、この種の電池における電極積層体の製造方法が記載されており、金属箔からなる電極(正極ならびに負極)およびセパレータを、吸着型ハンドを用いて1つずつ移送することで、これらを交互に積層していく構成となっている。つまり、積層される電極やセパレータは、所定形状に裁断された状態で各々の供給ステージに順次供給され、吸着型ハンドがこの供給ステージから各々の積層ステージへと搬送することで、積層が行われる。従って、吸着型ハンドは、供給ステージと積層ステージとの間の移動と、供給ステージ上でのワーク(シート状の電極ないしセパレータ)の吸着および積層ステージ上でのワークの解放とを繰り返すことになる。
 上記のように吸着型ハンドを用いてシート状のセパレータを積層する電極積層体の製造方法においては、吸着型ハンドの継続的な反復動作により、セパレータや空気との摩擦などにより静電気が発生し、吸着型ハンドが帯電する。そのため、セパレータを吸着保持した吸着型ハンドが積層ステージにおける基台に接近したときに、吸着型ハンドと基台との間で静電気による放電火花が生じ、合成樹脂製のセパレータに微小な孔が空いてしまう、という問題があった。
 本発明は、このような吸着型ハンドの帯電によるセパレータの損傷を確実に防止することを目的としている。
特開2008-282756号公報 特開2012-227130号公報
 この発明は、パレットの搬送ラインに沿って、所定形状に切断したシート状の電極を吸着型ハンドを介して載置する電極積層ステージと、所定形状に切断したシート状のセパレータを吸着型ハンドを介して載置するセパレータ積層ステージと、を配置し、これらの電極積層ステージおよびセパレータ積層ステージにおいて上記パレットの上に電極とセパレータとを交互に積層していくとともに、上記パレットを上記電極積層ステージおよび上記セパレータ積層ステージに複数回循環させて所定数に達するまで積層を行うようにした積層構造電池における電極積層体の製造方法において、適当数の積層処理の後に、上記セパレータ積層ステージにおける上記吸着型ハンドの除電を行う除電工程を含む。
 すなわち、本発明では、電極積層ステージにおいてパレット上にシート状の電極が載置され、次いでセパレータ積層ステージにおいて同じパレット上にシート状のセパレータが載置され、これらの処理を繰り返すことで、パレット上に電極とセパレータとが交互に積層されていく。このような積層工程の中で、セパレータ積層ステージにおける吸着型ハンドは、反復動作を繰り返すことで徐々に帯電していくが、本発明では、適当数の積層処理の後に、その除電が行われる。従って、セパレータの損傷を招くパレットとの間での放電が防止される。
 本発明の好ましい一つの態様では、セパレータの外形状に対応した矩形の多孔質吸着プレートを具備した吸着型ハンドに対し、上記多孔質吸着プレートの一辺に亘る長さを有する棒状のイオナイザを用い、該多孔質吸着プレートの表面に沿って上記イオナイザを走査することにより、除電を行う。
 本発明によれば、除電工程を設けることによって、セパレータを保持した吸着型ハンドとパレットとの間での放電を防止でき、放電火花によるセパレータの孔空き現象を回避することができる。
積層構造電池の一例を示す斜視図。 同じく断面図。 本発明に係る積層構造電池の製造工程の概略を示す工程説明図。 積層装置を概略的に示す平面図。 この積層装置で用いられるパレットの平面図。 セパレータ用積層ロボットの平面図。 同じく正面図。 多孔質吸着プレートの外形状とパレットとの関係を示した説明図。 イオナイザの斜視図。 イオナイザを用いた除電作業を示す説明図。
 以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
 初めに図1および図2に基づいて、この発明による製造の対象となる積層構造電池1の一例を簡単に説明する。この積層構造電池1は、例えばリチウムイオン二次電池であり、図1に示すように、偏平な長方形の外観形状を有し、長手方向の一方の端縁に、導電性金属箔からなる正負の一対の端子2,3を備えている。
 図2に示すように、積層構造電池1は、長方形をなす電極積層体4を電解液とともにラミネートフィルムからなる外装体5の内部に収容したものである。上記電極積層体4は、シート状のセパレータ11を介して交互に積層された同じくシート状の正極12および負極13からなり、例えば、18枚の負極13と、17枚の正極12と、これらの間の34枚のセパレータ11と、を含んでいる。なお、図2における各部の寸法やセパレータ11等の枚数は正確なものではなく、説明のために誇張ないし省略したものとなっている。
 正極12は、金属箔例えばアルミニウム箔からなる正極集電体12aの両面に正極活物質層12bをコーティングしたものである。正極活物質層12bは、リチウム金属酸化物からなる正極活物質と、カーボンブラック等の導電助剤と、バインダと、を混合したものを、正極集電体12aの主面に塗布し、乾燥および圧延することにより形成されている。
 負極13は、金属箔例えば銅箔からなる負極集電体13aの両面に負極活物質層13bを形成したものである。負極活物質層13bは、非晶質炭素や黒鉛等の負極活物質に、バインダを混合したものを、負極集電体13aの主面に塗布し、乾燥および圧延させることにより形成されている。
 上記負極集電体13aの長手方向の端縁の一部は、負極活物質層13bを具備しない延長部として延びており、その先端が負極端子3に接合されている。また図2には示されていないが、同様に、上記正極集電体12aの長手方向の端縁の一部が、正極活物質層12bを具備しない延長部として延びており、その先端が正極端子2に接合されている。
 上記セパレータ11は、正極12と負極13との間の短絡を防止すると同時に電解質を保持する機能を有するものであって、例えば、ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン系合成樹脂の微多孔性膜からなり、過電流が流れると、その発熱によって層の空孔が閉塞され電流を遮断する機能を有している。
 これらの正極12、負極13およびセパレータ11は、所定枚数積層された状態で、図示せぬテープにより固定され、電極積層体4として一体化されている。
 上記の電極積層体4を電解液とともに収容する外装体5は、例えば、アルミニウム箔の内側に合成樹脂製の熱融着層を、外側に合成樹脂製の保護層をそれぞれラミネートしてなる三層構造を有するラミネートフィルムからなる。そして、この外装体5は、図2の電極積層体4の下面側に配置される1枚のラミネートフィルムと上面側に配置される他の1枚のラミネートフィルムとの2枚構造をなし、これら2枚のラミネートフィルムの周囲の4辺を重ね合わせ、かつ互いに熱融着した構成となっている。
 長方形をなす積層構造電池1の短辺側に位置する一対の端子2,3は、ラミネートフィルムを熱融着する際に、ラミネートフィルムの接合面を通して外部へ引き出されている。なお、図示例では、同じ一方の端縁に一対の端子2,3が並んで配置されているが、一方の端縁に正極端子2を配置し、かつ他方の端縁に負極端子3を配置するようにすることも可能である。
 図3は、上記の積層構造電池1の製造工程の概略を示す工程説明図である。
 正極形成工程21は、前述した正極活物質等を混練したスラリを、帯状に連続したアルミニウム箔の表面の所定範囲に間欠的にコーティングしていき、かつ乾燥および圧延することで、多数の長方形状の正極活物質層12bを具備した帯状の正極材料を製造する工程である。この正極材料は、ロール状に巻回した状態で次の積層工程24に持ち込まれ、積層工程24において、所定の長さつまり個々のシート状正極12の長さ寸法に裁断される。なお、ロール状の正極材料の幅は、シート状正極12の短辺の寸法に対応しており、長辺の寸法毎に裁断される。
 負極形成工程22は、正極形成工程21と同じく、負極活物質等を混練したスラリを、帯状に連続した銅箔の表面の所定範囲に間欠的にコーティングしていき、かつ乾燥および圧延することで、多数の長方形状の負極活物質層13bを具備した帯状の負極材料を製造する工程である。この負極材料は、ロール状に巻回した状態で、次の積層工程24に持ち込まれ、積層工程24において、所定の長さつまり個々のシート状負極13の長さ寸法に裁断される。なお、ロール状の負極材料の幅は、やはりシート状負極13の短辺の寸法に対応している。
 セパレータ形成工程23は、合成樹脂材料を用いて帯状に連続したセパレータ材料を製造する工程である。このセパレータ材料は、やはりロール状に巻回した状態で次の積層工程24に持ち込まれ、この積層工程24において個々のシート状セパレータ11に裁断される。このロール状のセパレータ材料の幅は、シート状セパレータ11の短辺の寸法に対応している。
 本発明の要部となる積層工程24では、ロール状に巻回された正極材料、負極材料およびセパレータ材料を、それぞれ個々のシート状のものに裁断しつつ、負極13、セパレータ11、正極12、セパレータ11、負極13、といった交互の順で、順次積層する。この積層工程24は、後述するように、所定の搬送ラインに沿ってパレットを循環させ、このパレットの上に積層ロボットにより各シート(負極13、セパレータ11、正極12)を順に載置していくことにより行われる。ここで、本発明では、積層工程24の中で、セパレータ用積層ロボットの吸着型ハンドの除電を行う除電工程30が付加的に行われる。
 積層工程24で所定数の積層が完了したら、電極積層体4がパレットから次の固定工程25に搬送される。この固定工程25では、電極積層体4の積層方向に亘る固定テープを用いて、電極積層体4を一体に固定する。
 次のラミネート接合工程26では、一体に固定された電極積層体4を外装体5となる2枚のラミネートフィルムの間に配置し、かつ電解液注入口を残して周囲を熱融着する。
 そして、注液工程27において、電解液を注入し、かつ電解液注入口を封止することで、積層構造電池1が完成する。この積層構造電池1は、さらに、初期充電の後、エージング工程28において所定期間のエージングを行い、その後、種々の検査のための検査工程29へと送られる。
 図4は、上記積層工程24において用いられる積層装置31の構成を概略的に示している。この積層装置31は、図5に詳細を示すパレット32を順次搬送するフリクションコンベアからなる直線状のパレット搬送コンベア33を有し、このコンベア33からなる搬送ラインに沿って、4箇所にセパレータ積層ステージ34が配置されている。さらに、搬送ラインの2箇所に負極積層ステージ35が配置され、さらに2箇所に正極積層ステージ36が配置されている。これらの各ステージは、電極積層体4における各シート材料の積層順序に従って配置されており、従って、パレット搬送コンベア33の入口側から順に、負極積層ステージ35、セパレータ積層ステージ34、正極積層ステージ36、セパレータ積層ステージ34、負極積層ステージ35、セパレータ積層ステージ34、正極積層ステージ36、セパレータ積層ステージ34、の順に8個の積層ステージが並べられている。
 上記セパレータ積層ステージ34には、シート状のセパレータ11を1枚ずつ供給するセパレータ供給部38が付設されている。このセパレータ供給部38は、前述したロール状に巻回されたセパレータ材料がセットされるものであり、順次送り出される帯状のセパレータ材料を、セパレータ積層ステージ34に隣接したセパレータ仮置きステージ38a(図6参照)上で所定寸法に裁断することで、該仮置きステージ38a上にシート状のセパレータ11を1枚ずつ順に供給する。そして、この1枚のシート状となったセパレータ11は、後述する積層ロボット51(図6,図7参照)によって、セパレータ積層ステージ34に停止しているパレット32の上に搬送される。4つのセパレータ積層ステージ34に個々に設けられるセパレータ供給部38は、パレット搬送コンベア33の一方の側に配置されている。
 同様に、負極積層ステージ35および正極積層ステージ36には、それぞれシート状の負極13ないし正極12を1枚ずつ供給する負極供給部39ないし正極供給部40が付設されている。上記負極供給部39は、前述したロール状に巻回された負極材料がセットされるものであり、順次送り出される帯状の負極材料を、負極積層ステージ35に隣接した負極仮置きステージ(図示せず)上で所定寸法に裁断することで、該仮置きステージ上にシート状の負極13を1枚ずつ順に供給する。そして、この1枚のシート状となった負極13は、セパレータ積層用と同様の積層ロボットによって、負極積層ステージ35に停止しているパレット32の上に搬送される。上記正極供給部40も同様の構成であり、ロール状の正極材料からシート状の正極12を1枚ずつ供給し、この正極12が積層ロボットによって、正極積層ステージ36に停止しているパレット32の上に搬送される。これらの負極供給部39および正極供給部40は、パレット搬送コンベア33の他方の側(つまりセパレータ供給部38とは反対側)にそれぞれ配置されている。
 パレット32は、例えばアルミニウム合金から形成されているもので、図5に示すように、略矩形の板状をなし、仮想線で示す中央の積層領域41にシート状のワーク(負極13、セパレータ11、正極12)が載置され、かつ順次積層されていく。この積層領域41の四隅に対応する位置には、積層されたワーク(換言すれば積層途中にある電極積層体4)を積層方向に押さえるクランプ42がそれぞれ設けられている。各クランプ42は、回転軸42aを中心として90°毎にアーム42bが突出した形状をなしており、各積層ステージ34,35,36上において、各積層ステージ34,35,36に設けられたクランプ駆動機構(図示せず)によって、シート状ワークの積層に連動した形で上下に昇降しつつ90°ずつ回転する。
 つまり、パレット32の移動中は、ばね力によって各クランプ42が下方へ付勢されており、積層領域41に差し掛かっているアーム42bが、積層途中にある電極積層体4をパレット32上に押さえている。そして、各積層ステージ34,35,36において、アーム42bが電極積層体4を押さえた状態のまま、次のシート状ワーク(負極13、セパレータ11、正極12)が積層ロボットによって載置される。このとき、シート状ワークの四隅は、それぞれクランプ42のアーム42bの上に乗り、従って、一時的に、シート状ワークの中央部に比較して四隅が上方へ持ち上がった形となる。そして、積層ロボットが電極積層体4を押さえつけている状態の下で、クランプ42が上下に昇降しつつ90°回転する。この結果、それまで電極積層体4を押さえつけていたアーム42bが回転方向に引き抜かれ、次の別のアーム42bが、新たに積層した1枚のシート状ワークとともに電極積層体4をパレット32上に押さえつける。これにより、相互の位置ずれを回避しつつ多数のシート状ワークを順次積層することができる。
 各パレット32は、フリクションコンベアからなるパレット搬送コンベア33によって、図5の矢印Fの方向に個々に搬送される。この搬送方向に対し、長方形状をなす積層領域41の長辺(つまりシート状ワーク(負極13、セパレータ11、正極12)の長辺)は直交している。このようなパレット32の搬送方向に対し、上述した図4の負極供給部39および正極供給部40では、それぞれ帯状に連続した負極材料および正極材料が矢印D1およびD2に示すように搬送ラインに直交する方向に供給される。従って、個々に切断されたシート状の負極13および正極12は、その向きを変える必要がなく、パレット32上に平行に移送される。これに対し、セパレータ供給部38では、帯状に連続したセパレータ材料が図4の矢印D3のように搬送ラインに平行に供給される。従って、個々に切断されたシート状のセパレータ11は、積層ロボット51によって90°向きを変えながらパレット32上に移送されることとなる。
 図4には図示を省略してあるが、積層ステージ34,35,36を備えた搬送ラインの上方には、この搬送ラインと平行に、図示せぬパレット還流コンベアが設けられている。このパレット還流コンベアは、やはりフリクションコンベアからなり、積層ステージ34,35,36を備えた搬送ラインとは逆方向(図4の右側から左側へ向かう方向)にパレット32を搬送する。そして、搬送ラインの終点には、パレット32を下側の搬送ラインから上側のパレット還流コンベアに移送するリフタ45が設けられており、搬送ラインの始点には、パレット32を上側のパレット還流コンベアから下側の搬送ラインに移送する同様のリフタ46が設けられている。
 従って、各パレット32は、下側の搬送ラインを通過して各積層ステージ34,35,36で順次積層を行った後、リフタ45、パレット還流コンベアおよびリフタ46を介して、再び最初の負極積層ステージ35に戻る。このように、1つのパレット32は、前述した所定数の積層が完了するまで、搬送ラインとパレット還流コンベアとからなるループを複数回循環して流れる。そして、所定数の積層が完了したパレット32は、図4に矢印F1として示すように、次の固定工程25へ運ばれ、前述したテープによる電極積層体4の固定が行われる。また、図4に矢印F2として示すように、適宜に空のパレット32が補充され、新たな積層が開始される。そのため、積層装置31には、積層数が種々異なる状態で複数のパレット32が流れている。
 図6および図7は、シート状セパレータ11をセパレータ供給部38からセパレータ積層ステージ34のパレット32の上に移送する積層ロボット51の一例を示している。この積層ロボット51は、搬送ラインに対し直交する方向に延びるレール52に沿って往復動作するアーム53と、このアーム53の先端に関節部54を介して取り付けられた吸着型ハンド55と、を備えている。上記吸着型ハンド55は、吸着部として、セパレータ11の外形状に対応した矩形の多孔質吸着プレート55aを用いたものであり、平坦な多孔質吸着プレート55aの全面で吸引を行うことにより、薄いシート状セパレータ11を損傷させることなく保持することができる。図8に示すように、上記多孔質吸着プレート55aは、セパレータ11外形状よりも僅かに小さな寸法を有し、かつパレット32のクランプ42との干渉を回避するために、四隅に略円弧形の切欠部56を備えている。この切欠部56によって、多孔質吸着プレート55aがパレット32上に乗った状態のまま各クランプ42の回転が可能である。
 この積層ロボット51の動作としては、セパレータ供給部38側にアーム53が移動した状態で、吸着型ハンド55が下降し、セパレータ供給部38のセパレータ仮置きステージ38a上に裁断された状態で位置するセパレータ11を吸着保持する。次いで、吸着型ハンド55が上昇し、かつセパレータ積層ステージ34のパレット32の上まで移動する。この移動の間に、多孔質吸着プレート55aの向きが90°回転する。そして、パレット32の上で吸着型ハンド55が下降し、積層途中にある電極積層体4の上にセパレータ11を重ねる。この状態で前述したように四隅のクランプ42が回転してクランプ動作が行われるので、クランプ42のアーム42bが最上部のセパレータ11を固定した状態において、吸着型ハンド55による吸引が解放される。その後、吸着型ハンド55は上昇し、再びセパレータ供給部38上に移動する。なお、本発明においては、積層ロボットとして上記のようなレール52に沿った直線移動型の形式に限定されず、旋回型のロボットなど種々の形式のものに適用することが可能である。
 吸着型ハンド55が上記のように往復動作やセパレータ11との接触を繰り返す結果、吸着型ハンド55の多孔質吸着プレート55aは徐々に帯電していく。この帯電を放置すると、いずれセパレータ11を保持した多孔質吸着プレート55aとアルミニウム合金などからなるパレット32との間で放電火花が生じ、合成樹脂からなるセパレータ11に微小な孔が空いてしまう。この放電は、一般に、多孔質吸着プレート55aの四隅、特に切欠部56により生じる角部において発生しやすい。なお、吸着型ハンド55の多孔質吸着プレート55aの少なくともセパレータ11と接する面は絶縁体で構成されており、同じく絶縁体であるセパレータ11との接触を繰り返すことでも徐々に帯電していく。
 本発明では、このような経時的な帯電による放電火花の発生を回避するために、適当数の積層処理の後に、除電工程30として、多孔質吸着プレート55aに対する除電を行う。この除電工程30は、図9に示すような棒状のイオナイザ61を用いて作業員の手作業によって行う。上記イオナイザ61は、断面矩形の比較的細い棒状をなし、一側面に、複数のイオン吹出口62が並んで設けられており、これらのイオン吹出口62の間に、多孔質吸着プレート55a表面とイオン吹出口62との接触を回避するためのブロック状の緩衝材63が設けられている。
 図10は、上記イオナイザ61を用いた除電作業を示しており、この除電作業は、積層ロボット51の吸着型ハンド55がセパレータ供給部38のセパレータ仮置きステージ38a側(つまりシート状セパレータ11を受け取る退避位置)にあり、かつ吸着型ハンド55をセパレータ仮置きステージ38aから上昇させた状態で行われる。なお、このとき、積層装置31は停止しており、作業員は、セパレータ供給部38に対し、搬送ラインに向かって手前側から(つまり図4の下側から)アクセスすることができる。図示するように、手指65により棒状のイオナイザ61の一端を持ち、イオン吹出口62を上向きとした姿勢として多孔質吸着プレート55aとセパレータ仮置きステージ38aとの間に挿入する。そして、多孔質吸着プレート55aの表面に沿って棒状のイオナイザ61を横方向へ移動させていくことにより、多孔質吸着プレート55aの全面に亘って除電を行う。図6からも理解できるように、イオナイザ61は多孔質吸着プレート55aの短辺方向に沿って挿入され、かつ長辺方向に移動させていくことになる。従って、上記イオナイザ61は、少なくとも多孔質吸着プレート55aの短辺に亘る長さを有している。除電作業は、長辺の一端から他端までのイオナイザ61の一行程あるいは一往復でもって完了する。前述したように放電火花は多孔質吸着プレート55aの角部で生じやすいので、特に、多孔質吸着プレート55aの四隅さらには切欠部56により生じる角部を含む範囲を確実に除電することが望ましい。このような除電作業を行う頻度は、種々の条件によっても異なるが、例えば、1つの積層ロボット51による積層回数が300~4000回程度に達したたびに行えば、帯電電圧がセパレータ11を挟んだ絶縁破壊電圧を超える虞がなく、従って、積層行程中に放電火花を生じることがない。
 上記の除電作業は、全てのセパレータ積層ステージ34における積層ロボット51について行われる。上記実施例では、上記のように吸着型ハンド55がセパレータ供給部38側の退避位置にあるときに棒状のイオナイザ61を用いて除電作業を行うので、作業員のアクセスが容易であり、かつ短時間で多孔質吸着プレート55aの全面を確実に除電することができる。また、イオナイザ61がブロック状の緩衝材63を具備しているので、除電作業の際に多孔質吸着プレート55aの表面に損傷を与えることがない。
 なお、他の負極積層ステージ35および正極積層ステージ36における積層ロボットは、図示していないが、基本的には、上述したセパレータ積層ステージ34における積層ロボット51と同様の構成であり、多孔質吸着プレートを用いた吸着型ハンドを備えている。これらの負極13用および正極12用の吸着型ハンドにおける多孔質吸着プレートについては、除電工程は任意である。負極13および正極12を積層するこれらの積層ロボットにおいても、空気中での往復動作などにより徐々に帯電が生じるが、仮にパレット32との間で放電火花が生じたとしても、負極13や正極12が損傷することはないので、除電工程の必要性は、セパレータ積層用の積層ロボット51における吸着型ハンド55に比較して遙かに低い。

Claims (5)

  1.  パレットの搬送ラインに沿って、所定形状に切断したシート状の電極を吸着型ハンドを介して載置する電極積層ステージと、所定形状に切断したシート状のセパレータを吸着型ハンドを介して載置するセパレータ積層ステージと、を配置し、これらの電極積層ステージおよびセパレータ積層ステージにおいて上記パレットの上に電極とセパレータとを交互に積層していくとともに、上記パレットを上記電極積層ステージおよび上記セパレータ積層ステージに複数回循環させて所定数に達するまで積層を行うようにした積層構造電池における電極積層体の製造方法において、
     適当数の積層処理の後に、上記セパレータ積層ステージにおける上記吸着型ハンドの除電を行う除電工程を含む、電極積層体の製造方法。
  2.  上記吸着型ハンドは、セパレータの外形状に対応した矩形の多孔質吸着プレートを具備しており、
     上記除電工程は、この多孔質吸着プレートの四隅を含む範囲を除電する、請求項1に記載の電極積層体の製造方法。
  3.  上記多孔質吸着プレートの四隅に、上記パレットの電極積層体用クランプとの干渉を避ける切欠部を備えており、
     上記除電工程は、この切欠部を含む範囲を除電する、請求項2に記載の電極積層体の製造方法。
  4.  上記除電工程は、上記多孔質吸着プレートの一辺に亘る長さを有する棒状のイオナイザを用い、該多孔質吸着プレートの表面に沿って上記イオナイザを移動させることにより、除電を行う、請求項2または3に記載の電極積層体の製造方法。
  5.  上記除電工程は、上記吸着型ハンドがシート状のセパレータを受け取る退避位置にある状態で除電を行う、請求項1~4のいずれかに記載の電極積層体の製造方法。
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