JP6432021B2 - 二次電池の電極積層体における余剰セパレータの処理装置及び処理方法 - Google Patents

Description

本発明は二次電池の電極積層体における余剰セパレータの処理装置に関し、特にリチウムイオン電池の製造工程においてセパレータの端末部を処理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に記載する通り、正電極板１は、正電極シート３の両面上にそれぞれ正極活物質５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は正極活物質５が塗布されていないタブとなっている。正電極シート３は、電気伝導性を有し、表面上に正極活物質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は、負電極シート４の両面上にそれぞれ負極活物質６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は負極活物質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。

かかる正電極板１および負電極板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正電極板１，負電極板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〜図８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、上下方向の複数の高さ位置で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水平な電極載置台１４，１５が設けられている。また、アライメント棒１６は、電極載置台１４に載置された正電極板１の幅方向（図面に直交する方向）の両端部に当接して正電極板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、電極載置台１５に載置された負電極板２の幅方向（図面に直交する方向）の両端部に当接して負電極板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の左表面に対するアライメント棒１６の当接移動、およびセパレータ８の右表面に対するアライメント棒１７の当接移動に伴い、図７に示すように、アライメント棒１６，１７によりセパレータ８がジグザグ折りされる。このとき、図７に示すように、アライメント棒１６，１７と一体的に移動する電極載置台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。

かかる挿入後に、ジグザグ折りしたセパレータ８の上面を上面押板１８で、下面を下面押板１９でそれぞれ押圧することにより圧縮されて図８に示すような電極積層体Ｉとなる。図８に示す状態での電極積層体Ｉのセパレータ８は、電極積層体Ｉの上端部でローラ１１から吊下げられているセパレータ８に連続しており、下面押板１９との境界部分からは、セパレータ８の余剰部である余剰セパレータ８Ｂが下方に垂下されている。かかる状態の電極積層体Ｉは、その上面押板１８との境界部分で、ローラ１１側のセパレータ８から切り離すことにより他の場所に移送して余剰セパレータ８Ｂの処理を行う。すなわち、余剰セパレータ８Ｂを電極積層体Ｉの外周面に巻き付けて止めている。

ＷＯ２０１４／０６１１９号パンフレット

しかしながら、従来技術における余剰セパレータ８Ｂの電極積層体Ｉの外周面に対する巻回処理は、手作業で行っているので、効率が悪く、タクトタイムが長くなる。また、巻回部分が、セパレータの幅方向にずれた場合には、後工程における電極板への溶接においてセパレータ８の噛み込み等の不都合が発生し、溶接不良等の原因となる。

本発明は、上記従来技術に鑑み、ジグザグ折りしたセパレータの各谷溝に正電極板と負電極板とを交互に挿入してスタック構造の電極積層体を製造する過程における余剰セパレータを自動的にかつ幅方向のズレを生起することなく巻回処理し得る二次電池の電極積層体における余剰セパレータの処理装置及び処理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、
ジグザグ折りした帯状の絶縁体であるセパレータの各谷溝に正電極板と負電極板とを交互に挿入して前記正電極板および前記負電極板のセパレータを介したスタック構造を形成して一体化した二次電池の電極積層体における余剰セパレータの処理装置であって、
前記電極積層体を回転させることにより前記スタック構造を形成する際にカットされて余剰部となっている余剰セパレータを前記電極積層体に巻回させる回転手段と、
前記回転手段の回転に伴い引き込まれる前記余剰セパレータに、引き込みに抗するテンションを付与するテンション付与手段と、
前記テンション付与手段の後段かつ前記回転手段の前段の位置で前記余剰セパレータの引き込み方向に移動する前記余剰セパレータの幅方向における端部の位置を検出する端部検出手段と、
検出した前記位置に基づき、予め設定した標準位置からの前記位置のズレ量が所定の範囲になるように前記余剰セパレータの前記幅方向の位置を調整するための制御信号を出力する位置調整手段と、
を有し、
前記回転手段は前記制御信号によりセパレータの幅方向の位置を調整することを特徴とする二次電池の電極積層体における余剰セパレータの処理装置にある。

本態様によれば、回転手段の回転により余剰セパレータを電極積層体に自動的に巻回させることができる。かかる巻回はテンション付与手段により適切なテンションを付与しながら行われるので、余剰セパレータの弛み等を発生することなく良好に行うことができる。さらに、余剰セパレータの引き込みに際しては、引き込み方向に移動する余剰セパレータの幅方向における端部の位置を端部検出手段で検出しつつ、予め設定した標準位置からの前記端部の位置のズレ量が所定の範囲になるように制御しているので、余剰セパレータの処理に当たり、電極積層体における幅方向の端部の位置を所定の範囲に揃えることができる。

本発明の第２の態様は、
第１の態様に記載する二次電池の電極積層体における余剰セパレータの処理装置において、
前記回転手段は、前記電極積層体の幅方向の両端部のそれぞれを掴む保持部と、保持部のそれぞれに設けられて回転可能に設けられた軸部と、を有することを特徴とする二次電池の電極積層体における余剰セパレータの処理装置にある。

回転手段が、電極積層体の幅方向の両端部のそれぞれを掴む保持部と、保持部のそれぞれに設けられて回転可能に設けられた軸部と、を有することで、回転手段によって電極積層体に余剰セパレータを巻き付ける際に、位置ずれが生じ難い。

本発明の第３の態様は、
第１の態様に記載する二次電池の電極積層体における余剰セパレータの処理装置において、
前記テンション付与手段は、前記余剰セパレータをニップローラで挟持するものであり、
前記位置調整手段により前記ニップローラのニップ力の調整がなされることを特徴とする二次電池の電極積層体における余剰セパレータの処理装置にある。

本態様によれば、ニップローラによる挟持力を調整することで、余剰セパレータに適切なテンションを付与することができる。

本発明の第４の態様は、
ジグザグ折りした帯状の絶縁体であるセパレータの各谷溝に正電極板と負電極板とを交互に挿入して前記正電極板および前記負電極板のセパレータを介したスタック構造を形成して一体化した二次電池の電極積層体における余剰セパレータの処理方法であって、
回転手段によって前記電極積層体を回転させることにより前記スタック構造を形成する際にカットされて余剰部となっている余剰セパレータを前記電極積層体に巻回させる際に、
テンション付与手段によって、前記回転手段の回転に伴い引き込まれる前記余剰セパレータに、引き込みに抗するテンションを付与し、
端部検出手段によって前記テンション付与手段の後段かつ前記回転手段の前段の位置で前記余剰セパレータの引き込み方向に移動する前記余剰セパレータの幅方向における端部の位置を検出し、
位置調整手段によって、前記端部検出手段が検出した前記位置に基づき、予め設定した標準位置からの前記位置のズレ量が所定の範囲になるように前記余剰セパレータの前記幅方向の位置を調整するための制御信号を出力し、
前記回転手段は前記制御信号によりセパレータの幅方向の位置を調整することを特徴とする二次電池の電極積層体における余剰セパレータの処理方法にある。

本態様によれば、回転手段の回転により余剰セパレータを電極積層体に自動的に巻回させることができる。かかる巻回はテンション付与手段により適切なテンションを付与しながら行われるので、余剰セパレータの弛み等を発生することなく良好に行うことができる。さらに、余剰セパレータの引き込みに際しては、引き込み方向に移動する余剰セパレータの幅方向における端部の位置を端部検出手段で検出しつつ、予め設定した標準位置からの前記端部の位置のズレ量が所定の範囲になるように制御しているので、余剰セパレータの処理に当たり、電極積層体における幅方向の端部の位置を所定の範囲に揃えることができる。

本発明によれば、電極積層体が回転手段で回転されるので、余剰セパレータを電極積層体に自動的に巻取らせることができ、その分のタクトタイムを稼ぐことができる。この際、引き込み方向に搬送される余剰セパレータの端部は所定の範囲に収まるように搬送されるので、電極積層体の最外周に巻回されている余剰セパレータの幅方向位置を揃えて巻くことができる。この結果、余剰セパレータが幅方向にずれた場合の不具合、例えば後工程における電極板への溶接におけるセパレータの噛み込みによる溶接不良等を未然に防止することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る余剰セパレータの処理装置を示す図で、（ａ）は側面的に見た概略構成図、（ｂ）は平面から見た概略構成図である。 本発明の第２の実施の形態に係る余剰セパレータの処理装置を示す図で、（ａ）は側面的に見た概略構成図、（ｂ）は平面から見た概略構成図である。 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。 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８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。

＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る余剰セパレータの処理装置を示す図で、（ａ）は側面的に見た概略構成図、（ｂ）は平面から見た概略構成図である。

両図に示すように、本形態に係る余剰セパレータの処理装置は、電極積層体Ｉの外周面に余剰セパレータ８Ｂを自動的に巻回して余剰セパレータ８Ｂの所定の処理を行なうためのものである。ここで、電極積層体Ｉは、ジグザグ折りした帯状の絶縁体であるセパレータ８の各谷溝（図１には図示せず）に正電極板１と負電極板２とを交互に挿入して正電極板１および負電極板２のセパレータ８を介したスタック構造を形成して一体化したものである。

回転手段３０は電極積層体Ｉの幅方向の両端部を掴む保持部３１、３２を有しており、この保持部３１，３２は、保持部３１、３２の端面の中央部に、前記幅方向に伸びて固定されている軸３１Ａ、３２Ａにより回転可能となっている。回転手段３０の回転は図示しない駆動手段により行なわれる。かくして回転手段３０は、電極積層体Ｉの中心を通りその幅方向に伸びる軸３１Ａ、３２Ａの周りに回転されことにより電極積層体Ｉがスタック構造を形成する際にカットされて余剰部となっている余剰セパレータ８Ｂを電極積層体Ｉに巻回処理させる。ここで、回転手段３０は、位置調整手段３６が送出する制御信号によりセパレータ８の幅方向（図１（ｂ）の矢印方向）の位置を調整可能に形成されている。

テンション付与手段３３は回転手段３０の回転に伴い引き込まれる余剰セパレータ８Ｂに、引き込みに抗するテンションを付与する。本形態におけるテンション付与手段３３は、上面に余剰セパレータ８Ｂの下面が接するように余剰セパレータ８Ｂが載置されており、引き込み搬送方向（図中の左から右方向）に作用する力に抗する力を付与する。すなわち、負圧が作用する吸着部３３Ａで余剰セパレータ８Ｂの下面を吸引することにより余剰セパレータ８Ｂに張力を与え、引き込み搬送時の余剰セパレータ８Ｂのバタツキや蛇行等を抑制して、回転手段３０の回転に伴う余剰セパレータ８Ｂの巻回を良好に行なわせることができる。吸着部３３Ａの上向きの開口部から供給される負圧は、エアーを吸引することで簡単に作用させることができる。

端部検出手段３４は、余剰セパレータ８Ｂの引き込み方向に移動する余剰セパレータ８Ｂの幅方向における端部の位置を検出するセンサである。位置調整手段３６は、端部検出手段３４が検出した余剰セパレータ８Ｂの幅方向における端部の位置と、予め設定した余剰セパレータ８Ｂの幅方向の端部の位置である標準位置とを比較し、両者の差である位置のズレ量が所定の範囲になるように回転手段３０で、余剰セパレータ８Ｂの幅方向の位置を調整する。本形態では、位置調整手段３６で余剰セパレータ８Ｂの幅方向の位置を調整するようにしたが、これはテンション付与手段３３やローラ３５で、余剰セパレータ８Ｂの幅方向の位置を調整する様に構成しても構わない。

本形態では、余剰セパレータ８Ｂの引き込み方向におけるテンション付与手段３３および端部検出手段３４の下流側でローラ３５により引き込み方向が上方に変更されている。このようにテンション付与手段３３の上面と、ローラ３５の下端位置とを合わせることで、ローラ３５に至る迄の余剰セパレータ８Ｂの引き込み搬送路をほぼ平坦にすることができる。この結果、端部検出手段３４による端部の検出を精度良く行うことができる。

本形態によれば、回転手段３０の回転により余剰セパレータ８Ｂを電極積層体Ｉに自動的に巻回させることができる。かかる巻回はテンション付与手段３３により適切なテンションを付与しながら行われるので、余剰セパレータ８Ｂの弛み等を発生することなく良好に行うことができる。さらに、余剰セパレータ８Ｂの引き込みに際しては、引き込み方向に移動する余剰セパレータの幅方向における端部の位置を端部検出手段３４で検出しつつ、余剰セパレータ８Ｂが予め設定した標準位置に対する所定の範囲に入るように、例えば回転手段３０の幅方向位置を調整しているので、余剰セパレータ８Ｂの処理に当たり、電極積層体Ｉにおける幅方向の端部の位置を所定の範囲に揃えることができる。

＜第２の実施の形態＞
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る余剰セパレータの処理装置を示す図で、（ａ）は平面的に見た概略構成図、（ｂ）は側面から見た概略構成図である。両図において図１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。

両図に示すように、本形態は、テンション付与手段をニップローラ４１，４２で形成したものである。すなわち、図中左側から右側に搬送される余剰セパレータ８Ｂは、回転軸４１Ａ、４２Ａにより回転可能に支持されているニップローラ４１，４２の間に挟持されている。この結果、ニップローラ４１，４２によるニップ力を位置調整手段３６で調整することにより適宜設定し得るようになっている。

かかる本形態によれば、第１の実施の形態の作用・効果に加え、ニップ力の調整、換言すればバックテンションの大きさを調整することで、余剰セパレータ８Ｂの仕様（厚さ、幅等）により最適なテンションを付与するようにすることができる。

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。

Ｉ 電極積層体
１ 正電極板
２ 負電極板
８ セパレータ
８Ｂ 余剰セパレータ
３０ 回転手段
３３ テンション付与手段
３４ 端部検出手段
３６ 位置調整手段

Claims (4)

1. ジグザグ折りした帯状の絶縁体であるセパレータの各谷溝に正電極板と負電極板とを交互に挿入して前記正電極板および前記負電極板のセパレータを介したスタック構造を形成して一体化した二次電池の電極積層体における余剰セパレータの処理装置であって、
   前記電極積層体を回転させることにより前記スタック構造を形成する際にカットされて余剰部となっている余剰セパレータを前記電極積層体に巻回させる回転手段と、
   前記回転手段の回転に伴い引き込まれる前記余剰セパレータに、引き込みに抗するテンションを付与するテンション付与手段と、
   前記テンション付与手段の後段かつ前記回転手段の前段の位置で前記余剰セパレータの引き込み方向に移動する前記余剰セパレータの幅方向における端部の位置を検出する端部検出手段と、
   検出した前記位置に基づき、予め設定した標準位置からの前記位置のズレ量が所定の範囲になるように前記余剰セパレータの前記幅方向の位置を調整するための制御信号を出力する位置調整手段と、
   を有し、
   前記回転手段は前記制御信号によりセパレータの幅方向の位置を調整することを特徴とする二次電池の電極積層体における余剰セパレータの処理装置。
2. 請求項１に記載する二次電池の電極積層体における余剰セパレータの処理装置において、
   前記回転手段は、前記電極積層体の幅方向の両端部のそれぞれを掴む保持部と、保持部のそれぞれに設けられて回転可能に設けられた軸部と、を有することを特徴とする二次電池の電極積層体における余剰セパレータの処理装置。
3. 請求項１に記載する二次電池の電極積層体における余剰セパレータの処理装置において、
   前記テンション付与手段は、前記余剰セパレータをニップローラで挟持するものであり、
   前記位置調整手段により前記ニップローラのニップ力の調整がなされることを特徴とする二次電池の電極積層体における余剰セパレータの処理装置。
4. ジグザグ折りした帯状の絶縁体であるセパレータの各谷溝に正電極板と負電極板とを交互に挿入して前記正電極板および前記負電極板のセパレータを介したスタック構造を形成して一体化した二次電池の電極積層体における余剰セパレータの処理方法であって、
   回転手段によって前記電極積層体を回転させることにより前記スタック構造を形成する際にカットされて余剰部となっている余剰セパレータを前記電極積層体に巻回させる際に、
   テンション付与手段によって、前記回転手段の回転に伴い引き込まれる前記余剰セパレータに、引き込みに抗するテンションを付与し、
   端部検出手段によって前記テンション付与手段の後段かつ前記回転手段の前段の位置で前記余剰セパレータの引き込み方向に移動する前記余剰セパレータの幅方向における端部の位置を検出し、
   位置調整手段によって、前記端部検出手段が検出した前記位置に基づき、予め設定した標準位置からの前記位置のズレ量が所定の範囲になるように前記余剰セパレータの前記幅方向の位置を調整するための制御信号を出力し、
   前記回転手段は前記制御信号によりセパレータの幅方向の位置を調整することを特徴とする二次電池の電極積層体における余剰セパレータの処理方法。

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