JP6702131B2 - 積層電池製造装置 - Google Patents

Description

本発明は，いずれも短冊状の箔である第１電極および第２電極を交互に積層した構造の積層電池を製造する積層電池製造装置に関するものである。

従来から，２次電池その他の電池として，第１電極と第２電極とを交互に重ね合わせた電極積層体を内蔵するものが使用されている。このような電極積層体には，第１電極および第２電極としていずれも短冊状の箔を利用し，これらを平積み状に積層した構造のものがある。

このような積層構造の電極積層体を製造する先行技術として，特許文献１に記載されている装置が挙げられる。同文献の装置では，反物状の「極板１２」を長手方向に搬送しつつ，その表面に「短冊状リチウム箔１８」を間隔をおいて貼り付けるようにしている。ここで「短冊状リチウム箔１８」は，もともと反物状の「リチウム箔１８ａ」として供給されるようになっている。そして，搬送の途中で幅方向に「ミシン目」が入れられるようになっている。さらに，「リチウム箔１８ａ」を「極板１２」に貼り付ける「転写ローラ」が間欠回転することで，「リチウム箔１８ａ」が「極板１２」上には「短冊状リチウム箔１８」として供給されるようになっている（同文献の［００１２］〜［００１９］，図１）。このようにして「短冊状リチウム箔１８」が間隔をおいて貼り付けられた「極板１２」がその後切断され，さらに積層されることで，平積み状の積層構造が得られる。

特開平１０−２３３２０９号公報

しかしながら前記した従来の技術には，次のような問題点があった。すなわち，「リチウム箔１８ａ」が「極板１２」上で，きれいな形状の「短冊状リチウム箔１８」となるとは限らないのである。その原因は，「リチウム箔１８ａ」の最終的な切断が，「極板１２」と「リチウム箔１８ａ」との速度差による引きちぎりにより行われるからである。この速度差自体は，反物状の「極板１２」上に「リチウム箔１８ａ」を間欠的に供給するためには不可欠である。一方で，「短冊状リチウム箔１８」が「リチウム箔１８ａ」から完全に分離されてから「極板１２」への貼り付けが始まるようにしたのでは，「極板１２」上における「短冊状リチウム箔１８」の位置精度を確保できない。このため，反物状の第１電極箔（「極板１２」に相当）上に短冊状の第２電極箔（「短冊状リチウム箔１８」に相当）を位置精度よく供給して積層することは困難であった。

本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，反物状の第１電極箔上に第２電極箔短冊を位置精度良く積層させて，位置の不揃いがほとんどない積層電池を製造することができる積層電池製造装置を提供することにある。

本発明の一態様における積層電池製造装置は，第１電極箔短冊と第２電極箔短冊とが積層された構造の積層電池を製造する装置であって，第１電極箔反物をその長手方向に第１速度で供給する第１電極箔供給部と，第２電極箔反物を，第１電極箔反物の長手方向に，第１速度より遅い第２速度で搬送して，第１速度で進行している第１電極箔反物の上に供給する第２電極箔供給部と，第２電極箔反物を，第１電極箔反物との合流位置より上流の位置で切断して，切断位置より下流の部分を第２電極箔短冊とする第２電極箔切断機構と，第１電極箔反物とその上の第２電極箔短冊とを厚み方向にプレスして貼り合わせる貼り合わせロールと，第２電極箔短冊が積層された第１電極箔反物における第２電極箔短冊のない箇所を，貼り合わせロールより下流の位置で幅方向に切断することで，第１電極箔短冊と第２電極箔短冊とが１枚ずつ積層された電極箔ペア短冊とする第１電極箔切断機構と，第１電極箔反物との合流後の第２電極箔短冊が前記第２速度より速い速度で進行することを許容する差速機構とを有するものである。

上記態様における積層電池製造装置では，第１電極箔反物の搬送速度である第１速度と第２電極箔反物の搬送速度である第２速度とが違っており，第１速度の方が速い。また，第２電極箔反物は第２電極箔切断機構により切断され第２電極箔短冊とされる。このため，第１電極箔反物上には第２電極箔短冊が，位置決めされつつ間に間隔を置いて配置されることとなる。ここで，第１電極箔反物との合流後の第２電極箔短冊は，速い第１速度で引きずられることとなるが，差速機構によりそのことが許容されている。このため，第２電極箔短冊が第１速度で引きずられているときでも，上流側の第２電極箔反物や第２電極箔供給部に余分なストレスが掛かることはない。その後第１電極箔切断機構による切断がなされて電極箔ペア短冊が得られる。この電極箔ペア短冊が積層されることで電池が得られる。

本構成によれば，反物状の第１電極箔上に第２電極箔短冊を位置精度良く積層させて，位置の不揃いがほとんどない積層電池を製造することができる積層電池製造装置が提供されている。

実施の形態に係る積層電池製造装置の構成を示す模式図である。 図１の積層電池製造装置のうち貼り合わせロールおよび正極反物切断機構の周辺部分を示す斜視図である。 図２に示す部分の正面図である。

以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，図１に示す積層電池製造装置１として，本発明を具体化したものである。

図１の積層電池製造装置１は，正極反物供給部２と，負極反物供給部３と，正極反物切断機構４と，貼り合わせロール５と，負極反物切断機構６と，台座７と，プレスロール８とを有している。正極反物供給部２には，正極箔反物コイル９が取り付けられており，正極箔反物１０が巻き出されるようになっている。負極反物供給部３には，負極箔反物コイル１１が取り付けられており，負極箔反物１２が巻き出されるようになっている。正極箔反物１０および負極箔反物１２はいずれも，長尺箔状のものであり，集電箔の表面上に電極活物質層が形成された構造のものである。負極箔反物１２の表面上にはさらに，セパレータ層も形成されている。正極箔反物１０および負極箔反物１２はいずれも，その長手方向に進行して貼り合わせロール５へ向かうようになっている。

正極反物切断機構４は，正極箔反物１０を幅方向に切断することで，カード状の正極箔短冊１３とするものである。貼り合わせロール５は，負極箔反物１２と正極箔短冊１３とを貼り合わせるものである。このため貼り合わせロール５に対して，負極箔反物１２はそのまま，正極箔反物１０は切断されて正極箔短冊１３となってから，供給されるようになっている。正極箔短冊１３はさらに，貼り合わせロール５に対して，負極箔反物１２の長手方向に間隔を置いて供給されるようになっている。

負極反物切断機構６は，負極箔反物１２を幅方向に切断するものである。この切断により，正極箔短冊１３と負極箔短冊とが１枚ずつ積層された電極箔ペア短冊１４が得られる。台座７は，得られた電極箔ペア短冊１４を置くためのものである。プレスロール８は，台座７の上に多数枚積層された電極箔ペア短冊１４を厚み方向にプレスするものである。なお，負極反物切断機構６のすぐ上流側には，負極箔反物１２と正極箔短冊１３とを支持するニップロール１６が設けられている。

次に，上記の積層電池製造装置１の作用を説明する。積層電池製造装置１により電極積層体１５を製造する際には，貼り合わせロール５に対して，負極箔反物１２と，正極箔短冊１３とが供給される。負極箔反物１２は前述のように，負極反物供給部３から供給され，長手方向に進行することにより貼り合わせロール５に至る。正極箔短冊１３は，正極反物供給部２および正極反物切断機構４により貼り合わせロール５に供給される。貼り合わせロール５にて正極箔短冊１３は，負極箔反物１２の上に，長手方向に対して間隔を開けて配置される。

そして貼り合わせロール５により，正極箔短冊１３および負極箔反物１２が厚み方向に軽く押し付けられる。この状態で正極箔短冊１３は，負極箔反物１２に対して軽く接着されている。負極箔反物１２のセパレータ層にある程度の接着性があるからである。このためこれ以後，振動等で容易に正極箔短冊１３の位置が負極箔反物１２に対してずれてしまうことはない。

貼り合わせロール５より下流側における正極箔短冊１３および負極箔反物１２は，負極箔反物１２の上に，正極箔短冊１３が長手方向に対して間隔を開けて配置された状態となっている。このような状態の正極箔短冊１３および負極箔反物１２が，貼り合わせロール５から負極反物切断機構６へ向かう。負極反物切断機構６に至った負極箔反物１２は，幅方向に切断される。負極反物切断機構６が切断するのは，負極箔反物１２のうち，正極箔短冊１３のない箇所である。

こうして電極箔ペア短冊１４が得られる。負極箔反物１２の進行とともに次々に電極箔ペア短冊１４が得られるので，台座７の上には多数枚の電極箔ペア短冊１４が積層されることとなる。台座７の上に積層された電極箔ペア短冊１４は，プレスロール８により，厚み方向にプレスされる。より詳細には，新たに１枚の電極箔ペア短冊１４が台座７の上に置かれるたびに，プレスロール８によるプレスが実施される。これにより，新たに供給された電極箔ペア短冊１４が，先に供給されてすでに台座７の上に積層されている電極箔ペア短冊１４に対して一体化される。前述のセパレータ層の接着性による。

このようにして所定の枚数の電極箔ペア短冊１４が台座７の上に積層されプレスロール８による一体化がなされると，電極積層体１５が得られる。電極積層体１５は，電池における発電要素として機能するものである。電極積層体１５は通常，電池容器内に電解液とともに収納される。

ここで，貼り合わせロール５の箇所での正極箔短冊１３と負極箔反物１２との合流について，図２および図３によりさらに詳細に説明する。図２および図３に示すように，貼り合わせロール５の下方には貼り合わせロール１７が設けられている。貼り合わせロール５と貼り合わせロール１７とでロール対をなしており，負極箔反物１２とその上の正極箔短冊１３とを厚み方向にプレスするものである。

図２および図３中にはさらに，正極反物切断機構４より上流側の上流搬送ロール１８と，下流側の下流搬送ロール１９とが設けられている。上流搬送ロール１８および下流搬送ロール１９の上方にはそれぞれ，ニップロール２０，２１が設けられている。上流搬送ロール１８および下流搬送ロール１９は，図３に示されるように駆動モータ２２に繋がっている。ただし，下流搬送ロール１９と駆動モータ２２との間にはワンウェイクラッチ２３が介在されている。ワンウェイクラッチ２３により，下流搬送ロール１９は，駆動モータ２２からの駆動による回転速度よりも速い回転速度で回転することが可能である。

上記のように構成された積層電池製造装置１は，次のように動作する。まず負極箔反物１２の搬送であるが，一定の速度（速度Ｖ１）で長手方向に搬送される。一方，正極箔反物１０は，速度Ｖ１より遅い速度Ｖ２で搬送される。それらの搬送方向は，合流箇所において同じ方向である。このように負極箔反物１２と正極箔反物１０とで速度差があるのは，貼り合わせ後における負極箔反物１２上の正極箔短冊１３間に隙間Ｓを開けるためである。図３に示すように正極箔短冊１３の搬送方向サイズをＭとし，配置ピッチをＰとすると，速度Ｖ２は次式で与えられる。
Ｖ２ ＝ Ｖ１＊（Ｍ／Ｐ）

正極反物供給部２から供給される正極箔反物１０は，上流搬送ロール１８および下流搬送ロール１９により，正極反物切断機構４を抜けて搬送される。正極箔反物１０の先端が貼り合わせロール５，１７に達する少し手前の時点で，正極反物切断機構４による正極箔反物１０の切断がなされる。すると，正極箔反物１０のうち切断された先端部分が正極箔短冊１３となる。正極箔短冊１３は，正極箔反物１０からは分離された訳だがすでに下流搬送ロール１９から駆動を受ける状態となっている。このため切断前と同様に速度Ｖ２で進行していく。もちろんこのときの正極箔短冊１３は，下流搬送ロール１９とニップロール２１とにより位置決めされた状態である。

そしてその直後に正極箔短冊１３の先端が，負極箔反物１２とともに貼り合わせロール５，１７の間に進入する。その後正極箔短冊１３は，速度Ｖ２より速い速度Ｖ１で引っ張られることとなる。そしてそれに対して，下流搬送ロール１９は，速度Ｖ１に対応する速い回転速度で回転することができる。前述のように下流搬送ロール１９にワンウェイクラッチ２３が備えられているからである。このため正極箔短冊１３は，特段の引っ張り応力を受けることなく，負極箔反物１２とともに貼り合わせロール５，１７でプレスされつつ，速度Ｖ１で搬送されていく。

一方，正極箔反物１０のうち切断箇所より上流側の部分は，それまで通り速度Ｖ２で進行し続ける。速度Ｖ１での引きずりは，正極箔短冊１３にのみ作用し，切断箇所より上流側の正極箔反物１０には作用しないからである。また，ワンウェイクラッチ２３の作用により，駆動モータ２２や上流搬送ロール１８の回転速度も，速度Ｖ１での引きずりによる影響を受けないからである。この，正極箔短冊１３と正極箔反物１０との速度差により，隙間Ｓが形成される。

そして，正極箔短冊１３の後端が下流搬送ロール１９から抜けると，下流搬送ロール１９の回転速度が，元の速度Ｖ２に対応する遅い回転速度に戻る。その後，切断によりできた新たな正極箔反物１０の先端が下流搬送ロール１９に達する。以後，上記と同様の処理が反復される。このようにして，貼り合わせロール５，１７より下流側では，負極箔反物１２上に正極箔短冊１３が間隔を開けて位置精度よく配置された状態となる。その後に前述のように負極反物切断機構６による切断や台座７上での積層がなされることで，位置の不揃いがほとんどない積層電池が製造されることとなる。

以上詳細に説明したように本実施の形態の積層電池製造装置１では，正極箔反物１０の先端部分を切断して正極箔短冊１３として負極箔反物１２の上に搬送速度Ｖ２で供給する。ここで，切断箇所より下流の位置で正極箔短冊１３を搬送する下流搬送ロール１９にワンウェイクラッチ２３を備えている。これにより，正極箔短冊１３が，負極箔反物１２の速い搬送速度Ｖ１で引っ張られることを許容するようにしている。これにより，負極箔反物１２上に正極箔短冊１３を，間に間隔を置きつつ，かつきちんと位置決めされた状態で供給でき，負極箔反物１２に余計な応力を掛けることもない積層電池製造装置１が実現されている。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば本形態では，上流搬送ロール１８と下流搬送ロール１９とを基本的には同一の駆動源（駆動モータ２２）で駆動しつつ，ワンウェイクラッチ２３により，下流搬送ロール１９のより速い回転速度での回転を許容するようにしている。しかしながら，下流搬送ロール１９がより速い回転速度で回転することを許容する手段はこれだけではない。上流搬送ロール１８と下流搬送ロール１９とを別々のモータで駆動することで同じ効果を得ることも可能である。その場合には，下流搬送ロール１９を駆動するモータについて，周期的に低速回転（搬送速度Ｖ２）と高速回転（搬送速度Ｖ１）とを反復するような制御を行えばよい。

１ 積層電池製造装置
２ 正極反物供給部
３ 負極反物供給部
４ 正極反物切断機構
５ 貼り合わせロール
６ 負極反物切断機構
７ 台座
８ プレスロール
１２ 負極箔反物
１３ 正極箔短冊
１４ 電極箔ペア短冊
１５ 電極積層体
１７ 貼り合わせロール
１８ 上流搬送ロール
１９ 下流搬送ロール
２２ 駆動モータ
２３ ワンウェイクラッチ

Claims (1)

1. 第１電極箔短冊と第２電極箔短冊とが積層された構造の積層電池を製造する積層電池製造装置であって，
   第１電極箔反物をその長手方向に第１速度で供給する第１電極箔供給部と，
   第２電極箔反物を，前記第１電極箔反物の長手方向に，前記第１速度より遅い第２速度で搬送して，前記第１速度で進行している前記第１電極箔反物の上に供給する第２電極箔供給部と，
   前記第２電極箔反物を，前記第１電極箔反物との合流位置より上流の位置で切断して，切断位置より下流の部分を前記第２電極箔短冊とする第２電極箔切断機構と，
   前記第１電極箔反物とその上の前記第２電極箔短冊とを厚み方向にプレスして貼り合わせる貼り合わせロールと，
   前記第２電極箔短冊が積層された前記第１電極箔反物における前記第２電極箔短冊のない箇所を，前記貼り合わせロールより下流の位置で幅方向に切断することで，前記第１電極箔短冊と前記第２電極箔短冊とが１枚ずつ積層された電極箔ペア短冊とする第１電極箔切断機構と，
   前記第１電極箔反物との合流後の前記第２電極箔短冊が前記第２速度より速い速度で進行することを許容する差速機構とを有することを特徴とする積層電池製造装置。

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