WO2016002799A1 - 電極板の一括供給装置および電極板の移送方法 - Google Patents

Abstract

電極板１，２の端部を棚板３０Ａ，３０Ｂで支持するとともに、両端部間の中央部分に、棚板３０Ａ，３０Ｂを離間して配置したことにより切り欠きのような空間からなる通路３０Ｃを備えて電極板１，２を収納する棚板対が複数配設されるとともに、各通路３０Ｃの一端側に開口する挿入口３１Ａと各通路３０Ｃの他端側に開口する排出口３１Ｂとを有する枠体３１とを有するカセット３０と、挿入口３１Ａを介して通路３０Ｃに進入され、棚板３０Ａ，３０Ｂに載置されている電極板１，２の挿入口側端部に当接させるとともに、前記挿入口側端部を押して棚板３０Ａ，３０Ｂに沿って前記排出口を介して電極板１，２を排出させるように移動させることで、各カセット３０に隣接させて配設されている電極板載置台１４，１５に電極板１，２を載置するプッシャー３２とを有する。

Description

電極板の一括供給装置および電極板の移送方法

　本発明は電極板の一括供給装置および電極板の移送方法に関し、特にスタック型のリチウムイオン電池の製造工程において電極板を配設する工程に適用して有用なものである。

　リチウムイオン二次電池の一種として、正電極板と負電極板とを絶縁体であるセパレータを挟んで相対向させることにより単位発電要素を構成し、該発電要素の複数枚を一体化してスタック構造の電極積層体を構成したものがある。

　図３はスタック構造のリチウムイオン二次電池の正電極板を示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図、図４は負電極板を示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。図３に示す通り、正電極板１（以下、単に電極板１という）は、正電極シート３（以下、単に電極シート３という）の両面上にそれぞれ正極活物質５（以下、単に活物質５という）を塗布して形成してあり、その端部（図３では左端部）には正極接続端子（図示せず）に接続するための接続部７が形成されている。接続部７は活物質５が塗布されていないタブとなっている。電極シート３は、電気伝導性を有し、表面上に活物質５を塗布することができれば、特に限定されないが、例えばアルミ箔で形成されている。

　一方、図４に示すように、負電極板２（以下、単に電極板２という）は、負電極シート４（以下、単に電極シート４という）の両面上にそれぞれ負極活物質６（以下、単に活物質６という）を塗布して形成してあり、その端部（図４では右端部）には負極接続端子に接続するための接続部７が形成されている。接続部７は活物質６が塗布されていないタブとなっている。負電極シート４は、電気伝導性を有し、表面上に負極活物質６を塗布することができれば、特に限定されないが、例えば銅箔で形成されている。

　かかる電極板１、２は、図５に示すように、ジグザグ折りした絶縁体のセパレータ８を挟んで相対向するようにセパレータ８の各谷溝８Ａに挿入され、かかる状態でセパレータ８を上下から押すことにより電極板１，２およびセパレータ８が一体的に積層された電極積層体が構成される。

　図６および図７は上記電極積層体を製造する製造過程の一例を電極積層体の製造装置の概略構成とともに示す説明図（特許文献１参照）である。図６に示すように、セパレータ８はローラ１１を介して垂直に吊下げられている。吊下げられたセパレータ８の左右両側には、上下方向（Ｚ軸方向）の複数の高さ位置で、図面における左右方向（Ｙ軸方向）に水平に伸びるガイド棒１２、１３が配設されている。ここで、左側のガイド棒１２と右側のガイド棒１３とは高さ位置（Ｚ軸方向の位置）が互い違いになるように配設されている。さらに当該製造装置では、ガイド棒１２，１３にそれぞれ対応してＸＹ平面を構成する水平な電極板載置台１４，１５が設けられている。また、アライメント棒１６は、電極板載置台１４に載置された電極板１の長手方向（Ｙ軸方向）の両端部に当接して電極板１を図中右側へ移動させるとともに、アライメント棒１７は、電極板載置台１５に載置された電極板２の長手方向（Ｙ軸方向）の両端部に当接して電極板２を図中左側へ移動させる。

　かくして、図６に示すように、左右のガイド棒１２，１３間に吊下げられたセパレータ８に接近するように、ガイド棒１２、電極板載置台１４およびアライメント棒１６を一体的に図中右方向に移動させるとともに、ガイド棒１３、電極板載置台１５およびアライメント棒１７を一体的に図中左方向に移動させる。ここで、ガイド棒１２，１３の高さは互い違いに構成されているので、セパレータ８の左面に対するガイド棒１２の当接移動、およびセパレータ８の右面に対するガイド棒１３の当接移動に伴い、図７に示すように、セパレータ８がジグザグ折りされる。このとき、図７に示すように、ガイド棒１２，１３およびアライメント棒１６，１７と一体的に移動する電極板載置台１４，１５はジグザグ折りされるセパレータ８の各谷溝８Ａ内に挿入され、さらにかかる電極板載置台１４，１５の挿入状態でアライメント棒１６，１７をセパレータ８の谷溝８Ａ側に移動させることで、ジグザグ折りされたセパレータ８の図中左側から正電極板１を、ジグザグ折りされたセパレータ８の図中右側から負電極板２をそれぞれ各谷溝８Ａ内に挿入する。

　上述の如きセパレータ８のジグザグ折りおよび電極板１，２の挿入工程を実施するためには、当該工程に先立って、電極板載置台１４の所定位置に電極板１を、電極板載置台１５の所定位置に電極板２をそれぞれ載置する必要がある。

　かかる電極板１，２の載置作業は、従来、作業員が手作業により一枚ずつ電極板載置台１４，１５に載置するか、またはロボットハンドを利用して一枚ずつ載置していた。従来は、何れにしても電極板１，２を一枚ずつ電極板載置台１４，１５に載置しているので、作業効率が悪く、当該二次電池の製造システムの可及的な自動化を図り全体的なタクトタイムの短縮化を図る上で、解決すべき課題となっていた。

ＷＯ２０１４／０６１１９号パンフレット

　上述の如き電極板１，２の載置作業は、従来、作業員が手作業により一枚ずつ電極板載置台１４，１５に載置するか、またはロボットハンドを利用して一枚ずつ載置していた。このように、従来は、何れにしても電極板１，２を一枚ずつ電極板載置台１４，１５に載置しているので、作業効率が悪く、電極板載置台１４，１５に対する電極板１，２の載置作業が、当該二次電池の製造システムの可及的な自動化を図り全体的なタクトタイムの短縮化を図る上で、解決すべき課題となっていた。

　本発明は、上記従来技術に鑑み、複数の電極板を一括して自動的に電極板載置台に載置することができる電極板の一括供給装置および電極板の移送方法を提供することを目的とする。

　上記目的を達成する本発明の第１の態様は、
　矩形の電極板の一辺に沿う第１の方向の両端で前記第１の方向に直交する第２の方向に延びる２辺に沿った端部それぞれを支持する第１の棚板と第２の棚板を互いに離間して対向配置してなる棚板対が、前記電極板の表面と直交する第３の方向に複数設けられ、前記一辺側と前記一辺と対向する他辺側を開口してなる枠体と、を備え、前記棚板対にて前記電極板を保持するカセットと、
前記一辺側の開口を介して前記棚板対それぞれの前記第１の棚板と前記第２の棚板との間に進入され、前記棚板対に載置されている電極板の前記一辺側の端部に当接させるとともに、前記一辺側の端部を押して前記第２の方向に沿い前記他辺側に移動させ、前記他辺側の開口を介して前記電極板を排出させることにより、前記各カセットに隣接させて配設されている電極板載置台に前記カセット内の前記電極板を載置するプッシャーとを有することを特徴とする電極板の一括供給装置にある。

　本態様によれば、電極板の一辺側の開口を介して挿入し、棚板で支持することにより複数の電極板をセットした状態のカセットを電極板載置台の近接位置まで搬送し、ここで、プッシャーでカセット内の電極板を押し出し移動することで複数枚の電極板を他辺側の開口を介して排出することで、この排出側にある電極板載置台に電極板を自動的かつ一括してセットすることができる。この結果当該作業の自動化を実現し得るばかりでなく、当該作業に関するタクトタイムを飛躍的に向上させることができる。

　本発明の第２の態様は、
　第１の態様に記載する電極板の一括供給装置において、
　前記第１の棚板と前記第２の棚板の各々は、前記電極板が載置される載置部と、前記載置部より上方に前記載置部に向かって傾斜する傾斜部を有し、前記第１の棚板と前記第２の棚板とは、前記載置部上に電極板を保持できる間隔で離間していることを特徴とする電極板の一括供給装置にある。

　本態様によれば、電極板をカセット内に載置するだけで、傾斜面によるテーバー作用で電極板が載置部上へと自動的に移動させて、電極板を略水平な状態で保持することができる。

　本発明の第３の態様は、
　第１または第２の態様に記載する電極板の一括供給装置において、
　前記プッシャーは、前記複数の棚板対に保持された複数の電極板を一括で押すことが可能な大きさであることを特徴する電極板の一括供給装置にある。

　本態様によれば、プッシャーにより複数の電極板をまとめて所望の直線移動させることができる。

　本発明の第４の態様は、
　第１～第３のいずれか一つに記載する電極板の一括供給装置を用いて電極板を電極板載置台へ移送する移送方法において、
　前記電極板載置台には前記電極板載置台に載置される電極板の先端の位置を規制する位置規制部材を配設し、前記カセットから前記電極板載置台へ移送された前記電極板を前記位置規制部材に当接させて前記電極板の位置規制することを特徴とする電極板の移送方法。

　本態様によれば、電極板を電極板載置台に載置するに際し、電極板の移送方向（電極板の長手方向）の位置決めを行うことができる。

　本発明の第５の態様は、
　第４の態様に記載する電極板の移送方法において、
　前記電極板載置台には前記電極板の前記端部に当接して前記第１の方向に移動可能に形成されたアライメント棒を配設し、前記カセットから前記電極板載置台へ移送された前記電極板を前記アライメント棒により位置調整することを特徴とする電極板の移送方法にある。

　本態様によれば、アライメント棒を電極板に当接させることで電極板の移送方向とは直交する方向（短手方向）の位置決めを行うことができる。

　本発明によれば、カセットにセットした複数の電極板を電極板載置台の位置まで、まとめて搬送することができ、カセットを各電極載置板に対向させた後、プッシャーにより電極板を自動的に押し出すことにより電極板がカセットから一括して排出される。この結果、電極板を一括して電極板載置台に所定通りにセットすることができる。

本発明の実施の形態に係る電極板の一括供給装置を示す図で、（ａ）は正面から見た概略構成図、（ｂ）は左側面から見た概略構成図、（ｃ）は（ａ）をＡ－Ａ´断面で見た概略構成図である。 図１に示す電極板の一括供給装置の使用態様を示す説明図である。 スタック構造のリチウムイオン二次電池の正電極板を示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。 スタック構造のリチウムイオン二次電池の負電極板を示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。 ジグザグ折りしたセパレータの各谷溝に電極板を挿入する場合の態様を示す説明図である。 電極積層体を製造する製造過程の一例を電極積層体の製造装置の概略構成とともに示す説明図である。 電極積層体を製造する製造過程の一例を電極積層体の製造装置の概略構成とともに示す説明図である。

　以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、図３～図７と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。また、第１の方向は、図中のＸ軸方向、第２の方向は、図中のＹ軸方向、第３の方向は、図中のＺ軸方向である。

　図１は、本発明の実施の形態に係る電極板の一括供給装置を示す図で、（ａ）は正面から見た概略構成図、（ｂ）は左側面から見た概略構成図、（ｃ）は（ａ）をＡ－Ａ´断面で見た概略構成図である。これらの図に示すように、当該一括処理装置は、カセット３０およびプッシャー３２を有している。カセット３０は、枠体３１を有し、矩形の電極板１の一辺であるＸ軸方向の両端でＸ軸に直交するＹ軸方向に延びる２辺に沿った端部を、枠体３１に設けられた第１の棚板及び第２の棚板である棚板３０Ａ，３０Ｂで構成される棚板対で支持するとともに、前記両端部間の中央部には、棚板３０Ａ，３０Ｂを互いに離間して対向配置したことにより、Ｘ軸に直交するＹ軸方向に伸びる切り欠きのような空間（後述するプッシャー３２の通路３０Ｃ）を備えている。ここで、本形態においては、棚板３０Ａ，３０Ｂの内側の端面それぞれの厚さが、対向する他方の棚板に近づくにつれて漸減するように傾斜する傾斜面を有する。かかる傾斜面を形成することは必ずしも必要ではないが、かかる傾斜面とすることにより、電極板１をカセット３０内に載置するだけで、テーパー作用により電極板１のＸ軸方向（幅方向）の位置決めを自動的に行うことができる。

　枠体３１には、複数の棚板対がＸ軸およびＹ軸に直交するＺ軸方向（高さ方向）に沿って複数配設されている。また、枠体３１は、各通路３０Ｃの一端側の開口である挿入口３１Ａと各通路３０Ｃの他端側の開口である排出口３１Ｂとを有する部材で、複数の棚板対それぞれに電極板１をセットした状態で、一体的に搬送し得るように構成してある（搬送の際の駆動機構の構成に関しては説明を省略する）。

　カセット３０に対する電極板１のセットは、本形態の場合はロボットハンド（図示せず）を用いて、Ｚ軸方向に沿い、上から下に向かって行なわれる。このとき、ロボットハンドが各高さ位置のカセット３０に対して常に一定の高さ位置関係を保持して電極板をカセット３０の各棚板対上に格納されるように、逐次カセット３０が順次上昇し、その上昇に合わせて上側の棚板対から順に電極板を格納するように構成しても良い。

　プッシャー３２は、挿入口３１Ａを介して通路３０Ｃに進入され、棚板３０Ａ，３０Ｂに載置されている電極板１の挿入口側端部に当接させるとともに、前記挿入口側端部をＹ軸方向に押して通路３０Ｃに沿い移動させる。さらに、排出口３１Ｂを介して電極板１を排出させることにより排出口３１Ｂ側にある電極板載置台１４に載置する。プッシャー３２は、複数の電極板を一括して押すことができるように、図１におけるＺ軸方向に長く構成されている。本実施の形態においては、カセット３０内の全ての棚板対に保持された電極板を押すことが可能な長さを有するものとしている。また、プッシャー３２の、電極板と当接する側は平坦面になっており、電極板１，２の一辺と広い範囲で接触した状態で押すことができるので、電極板の移動時に電極板をまっすぐ移動させることができる。プッシャー３２は通路３０Ｃに沿い移動し得るものであれば、その構造に特別な制限はない。本実施の形態では、エアシリンダ３３のシリンダロッド３３Ａの先端に取り付ける構成としている。この場合、エアシリンダ３３の駆動により良好にプッシャー３２に対する所望の直線移動を行わせることができる。また、ボールネジをモータ等の駆動手段により駆動させてボールネジにより通路３０Ｃに沿ってプッシャー３２を移動し得るような単軸ロボットを用いることでも同様な動作を実現することができる。

　電極板載置台１４は図１のＺ軸方向に複数準備され、各電極板載置台１４（図２参照）は複数の棚板対に対応させて枠体３１に隣接させて配設されており、本形態では、正極の電極板１を載置する場合を示している。ただ、図５を参照すれば明かな通り、電極板載置台１４とほぼ同様の電極板載置台１５はセパレータ８を挟んで反対側にも配設されている。電極板載置台１４が正極用、電極板載置台１５が負極用である。したがって、電極板載置台１５に関しては、載置する電極板２が負極になるだけで、カセットへのセットやカセットから電極板載置台１５へのセット等の動作態様は、本形態と全く同様である。

　図２は、図１に示す電極板の一括供給装置の使用態様を示す説明図である。前述の如くカセット３０内の各棚板対上に電極板１がセットされ、図２（ａ）に示すように、プッシャー３２およびエアシリンダ３３とともに、例えばレール等の搬送路３４を介して電極板載置台１４に隣接する所定位置まで搬送される。このように、複数の電極板を電極板載置台１４から離れたところでカセット３０に電極板１をセットした後に、このカセットを電極板載置台１４までカセット単位で搬送することができるので、電極板載置台１４にカセット３０から電極板１を移送する処理中に、別のカセットで電極板１をセットしておくことができる。所定位置に搬送された後、図２（ｂ）に示すように、プッシャー３２で電極板１の挿入口３１Ａ側の端面を排出口３１Ｂ側へ押すことにより電極板１を電極板載置台１４に向けて移動させる。最後に、図２（ｃ）に示す通り、エアシリンダ３３の駆動によりシリンダロッド３３Ａを最大限度に伸ばすことで電極板１を電極板載置台１４に移送する。ここで、本形態では、電極板１における、電極板１の移送方向（図１に示すＹ軸方向）に沿う辺の長さよりも電極板載置台１４における、電極板載置台１４の同方向沿う長さが小さくなるように形成され、かつ電極板載置台１４を挟んで排出口３１Ｂの反対側には電極板載置台１４に載置される電極板１の先端の位置を規制する位置規制部材３５が配設してある。この結果、電極板１を電極板載置台１４に載置するに際し、電極板１の長手方向（Ｙ軸方向）の位置決めを行うことができる。さらに、本形態においては、電極板載置台１４の排出口３１Ｂ側の端面および反対側の端面に隣接して、図１におけるＺ軸方向に伸びるとともに、図１におけるＹ軸方向に関する位置を揃えて（Ｙ軸上で一直線上に並べて）配設されたアライメント棒１６，１６が設けられている。かかるアライメント棒１６，１６は２本が揃って図１におけるＸ軸方向に移動する。すなわち、電極板１の、図１におけるＹ軸方向に沿う辺の両端部に当接して図１におけるＸ軸方向に移動する。このように、アライメント棒１６，１６を電極板１の図１におけるＹ軸方向の両端部に同時に当接させることで電極板１の短手方向（Ｘ軸方向）の位置決めを行う。

　上述の如き本形態に係る一括供給装置によれば、挿入口３１Ａを介して挿入し、棚板３０Ａ，３０Ｂで支持することにより複数のカセット３０にそれぞれセットした状態で枠体３１をカセット３０とともに電極板載置台１４の近接位置まで搬送し、ここで、プッシャー３２を通路３０Ｃに沿い移動することで複数枚の電極板を排出口を介して排出し、排出口側にある電極板載置台１４上に移送することで、電極板載置台１４に自動的かつ一括してセットすることができる。この結果当該作業の自動化を実現し得るばかりでなく、当該作業に関するタクトタイムを飛躍的に向上させることができる。

　本発明は二次電池、特にスタック構造を有するリチウムイオン電池の製造を行う産業分野において有効に利用することができる。

　１，２　　　　　　　電極板
　８　　　　　　　　　セパレータ
１４，１５　　　　　　電極板載置台
３０　　　　　　　　　カセット
３０Ａ，３０Ｂ　　　　棚板
３０Ｃ　　　　　　　　通路
３１　　　　　　　　　枠体
３１Ａ　　　　　　　　挿入口
３１Ｂ　　　　　　　　排出口
３２　　　　　　　　　プッシャー

Claims (5)

1. 　矩形の電極板の一辺に沿う第１の方向の両端で前記第１の方向に直交する第２の方向に延びる２辺に沿った端部それぞれを支持する第１の棚板と第２の棚板を互いに離間して対向配置してなる棚板対が、前記電極板の表面と直交する第３の方向に複数設けられ、前記一辺側と前記一辺と対向する他辺側を開口してなる枠体と、を備え、前記棚板対にて前記電極板を保持するカセットと、
   　前記一辺側の開口を介して前記棚板対それぞれの前記第１の棚板と前記第２の棚板との間に進入され、前記棚板対に載置されている電極板の前記一辺側の端部に当接させるとともに、前記一辺側の端部を押して前記第２の方向に沿い前記他辺側に移動させ、前記他辺側の開口を介して前記電極板を排出させることにより、前記各カセットに隣接させて配設されている電極板載置台に前記カセット内の前記電極板を載置するプッシャーとを有することを特徴とする電極板の一括供給装置。
2. 　請求項１に記載する電極板の一括供給装置において、
   　前記第１の棚板と前記第２の棚板の各々は、前記電極板が載置される載置部と、前記載置部より上方に前記載置部に向かって傾斜する傾斜部を有し、前記第１の棚板と前記第２の棚板とは、前記載置部上に電極板を保持できる間隔で離間していることを特徴とする電極板の一括供給装置。
3. 　請求項１または請求項２に記載する電極板の一括供給装置において、
   　前記プッシャーは、前記複数の棚板対に保持された複数の電極板を一括で押すことが可能な大きさであることを特徴する電極板の一括供給装置。
4. 　請求項１～請求項３のいずれか一つに記載する電極板の一括供給装置を用いて電極板を電極板載置台へ移送する移送方法において、
   　前記電極板載置台には前記電極板載置台に載置される電極板の先端の位置を規制する位置規制部材を配設し、前記カセットから前記電極板載置台へ移送された前記電極板を前記位置規制部材に当接させて前記電極板の位置規制を行うことを特徴とする電極板の移送方法。
5. 　請求項４に記載する電極板の移送方法において、
   　前記電極板載置台には前記電極板の前記端部に当接して前記第１の方向に移動可能に形成されたアライメント棒を配設し、前記カセットから前記電極板載置台へ移送された前記電極板を前記アライメント棒により位置調整することを特徴とする電極板の移送方法。

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