JP6459767B2 - 電極シートの積層方法 - Google Patents

Description

本発明は、正電極シートと負電極シートとを交互に複数積層する電極シートの積層方法に関する。

例えばリチウムイオン二次電池は、正電極シート、負電極シート、及びセパレータシートが複数積層された積層体を備えており、同積層体では、正電極シートと負電極シートとの間にセパレータシートが位置している（例えば特許文献１参照）。

また従来、こうした積層体を形成する際には、正電極シート、負電極シート、及びセパレータシートが、エアの負圧を利用した吸引装置によって１枚ずつ吸引されながら載置台の上方に搬送され、載置台の上方にて吸引が停止されることによって載置台上の所定の位置に載置される。

特開２０１２―２５６６２４号公報

ところで、このような従来の積層方法の場合、正電極シートや負電極シートの素材をそれぞれ所定の形状に予め切断しておくとともに、正電極シート及び負電極シートの向きを予めそれぞれ揃えておく必要がある。また上記積層方法の場合、正電極シートに対する吸引を停止して同正電極シートが所定の位置に載置された後に、負電極シートに対する吸引を停止して同負電極シートが所定の位置に載置されることとなる。そのため、電極シートの積層に要する時間を短縮するには自ずと限界がある。

本発明の目的は、電極シートを効率よく積層することのできる電極シートの積層方法を提供することにある。

上記目的を達成するための電極シートの積層方法は、正電極シートと負電極シートとを交互に複数積層する方法であって、前記正電極シート及び前記負電極シートの素材である電極材は、それぞれ帯状をなし、それらの長手方向に沿って延びるとともに互いに所定の間隔をおいて形成された所定長さの複数のスリットをそれぞれ有し、載置台には前記電極材の各々の送り出しを規制する規制部材が前記正電極シート及び前記負電極シートの積層位置にそれぞれ対応して立設され、前記電極材の各々の送り出し方向における前記電極材の各々の前端に開口する前記スリットが、前記規制部材にそれぞれ外挿されつつ、前記スリットの後端縁が前記規制部材に当接するまで前記電極材の各々をそれぞれ送り出す第１工程と、前記スリットの後端縁が前記規制部材に当接した状態において、当該スリットと隣り合うスリットが含まれるように前記電極材の各々を前端から所定の長さの位置にて切断する第２工程と、を交互に繰り返し実行する。

同方法によれば、第１工程において各電極材を送り出す際に、各規制部材によって案内されるとともに、各電極材の送り出しが規制される。
続いて、第２工程では、スリットの後端縁が規制部材に当接した状態において、各電極材が前端から所定の長さの位置にて切断される。これにより、各電極材の切断片である正電極シート及び負電極シートはそれぞれ自重により落下するとともに、その際、規制部材によって載置台の所定の位置にそれぞれ案内される。

またこのとき、各電極材は、規制部材が内挿されているスリットと隣り合うスリットが含まれるように切断されるため、切断後の各電極材の前端には再びスリットが開口することとなる。このため、このスリットが規制部材にそれぞれ外挿されるように各電極材を送り出すことにより、第１工程を再び実行することが可能となる。

そして、第１工程と第２工程とを繰り返し実行することにより、載置台の所定の位置に正電極シートと負電極シートとが交互に複数積層される。
このように上記方法によれば、正電極シート及び負電極シートをそれぞれ位置決めしながら交互に複数積層することができる。また、一方の電極材の送り出し及び切断が実行されているときに、他方の電極材の送り出し及び切断の実行が妨げられることはない。

本発明によれば、正電極シート及び負電極シートを効率よく積層することができる。

電極シートの積層方法の一実施形態について、積層体を有する二次電池の斜視図。 同実施形態の積層体の一部を分解して示す分解斜視図。 同実施形態の電極シートの積層過程を示す斜視図。 （ａ）は正電極材の正面図、（ｂ）は負電極材の正面図。 同実施形態の電極シートの積層過程を示す斜視図。

以下、図１〜図５を参照して、電極シートの積層方法をリチウムイオン二次電池（以下、単に二次電池１０と称する。）の積層体を形成する際の積層方法として具体化した一実施形態について説明する。

図１に示すように、二次電池１０は、ケース１１、ケース１１の内部に収容された積層体１２、並びに積層体１２の正電極及び負電極にそれぞれ接続された正電極端子１３及び負電極端子１４を備えている。

図２に示すように、本実施形態の積層体１２は、正電極シート２０と負電極シート３０とが交互に複数積層されることにより形成されている。
正電極シート２０は、例えば数十μｍの厚さのアルミニウム箔からなる基材２１を有しており、同基材２１の両面には例えばコバルト酸リチウムなどの周知の材料からなる活物質（図示略）が被着されている。正電極シート２０における活物質が被着されている部分は起電部２２として機能する。また、正電極シート２０における幅方向の一端部（同図の下端部）には、活物質が被着されていない。この一端部は、基材２１が露出しており、集電部２３として機能する。また、集電部２３には長さ方向に延びるとともに長さ方向の一端（同図の左端）に開口するスリット２４が形成されている。

負電極シート３０は、例えば数十μｍの厚さの銅箔からなる基材３１を有しており、同基材３１の両面には例えば炭素材料などの周知の材料からなる活物質（図示略）が被着されている。負電極シート３０における活物質が被着されている部分は起電部３２として機能する。また、負電極シート３０における幅方向の一端部（同図の上端部）には、活物質が被着されていない。この一端部は、基材３１が露出しており、集電部３３として機能する。また、集電部３３には長さ方向に延びるとともに長さ方向の一端（同図の左端）に開口するスリット３４が形成されている。

正電極シート２０の起電部２２と負電極シート３０の起電部３２とは積層方向において互いに対向して配置される。
本実施形態の正電極シート２０の両面には、起電部２２全体を被覆するとともに正電極シート２０と負電極シート３０とを絶縁するセパレータ２５が一体形成されている。セパレータ２５は例えば合成樹脂繊維からなる不織布によって形成されている。

次に、正電極シート２０と負電極シート３０とを交互に複数積層する積層装置の構成について説明する。
図３に示すように、載置台４０には、前側規制ピン５１及び後側規制ピン５２が正電極シート２０の集電部２３の積層位置に対応して互いに間隔をおいて立設されている。また、載置台４０には、前側規制ピン６１及び後側規制ピン６２が負電極シート３０の集電部３３の積層位置に対応して互いに間隔をおいて立設されている。

正電極シート２０の素材である正電極材１２０は帯状、より詳しくはロール状をなしている。負電極シート３０の素材である負電極材１３０は帯状、より詳しくはロール状をなしている。電極材１２０，１３０は、前記起電部２２，３２及び前記集電部２３，３３をそれぞれ有している。正電極材１２０の起電部２２の両面には前記セパレータ２５が一体形成されている。

正電極材１２０は負電極材１３０よりも上方に配置されており、正電極シート２０に一体形成された下側のセパレータ２５と負電極シート３０の上側の起電部３２とが上下方向において対向している。

図３、図４（ａ）、及び図４（ｂ）に示すように、各電極材１２０，１３０には、それらの長手方向に沿って延びるとともに互いに所定の間隔をおいて形成された所定長さＬ２の複数の前記スリット２４，３４が形成されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
図３に示すように、送り出し機（図示略）によって、規制ピン５１，５２（６１，６２）の並び方向に沿って各電極材１２０，１３０が送り出される。

このとき、送り出し方向における各電極材１２０，１３０の前端に開口するスリット２４，３４が、複数の規制ピン５１，５２，６１，６２にそれぞれ外挿されつつ、スリット２４，３４の後端縁が後側規制ピン５２，６２に当接するまで各電極材１２０，１３０がそれぞれ送り出される（第１工程）。このため、各電極材１２０，１３０のスリット２４，３４が複数の規制ピン５１，５２，６１，６２によって案内されるとともに、送り出し方向及び同送り出し方向に直交する幅方向の双方における各電極材１２０，１３０の位置決めが行なわれる。

続いて、図３、図４（ａ）、及び図４（ｂ）に示すように、スリット２４，３４の後端縁が後側規制ピン５２，６２に当接した状態において、当該スリット２４，３４と隣り合うスリット２４，３４が含まれるように各電極材１２０，１３０が前端から所定の長さＬ１の位置にて切断機（図示略）により切断される（第２工程）。これにより、図５に示すように、各電極材１２０，１３０の切断片である正電極シート２０及び負電極シート３０はそれぞれ自重により落下するとともに、その際、規制ピン５１，５２，６１，６２によって載置台４０の所定の位置にそれぞれ案内される。

またこのとき、各電極材１２０，１３０は、規制ピン５１，５２，６１，６２が内挿されているスリット２４，３４と隣り合うスリット２４，３４が含まれるように切断されるため、切断後の各電極材１２０，１３０の前端には再びスリット２４，３４が開口することとなる。このため、このスリット２４，３４が規制ピン５１，５２，６１，６２にそれぞれ外挿されるように各電極材１２０，１３０が送り出されることにより、第１工程を再び実行することが可能となる。

そして、第１工程と第２工程とを繰り返し実行することにより、載置台４０の所定の位置に正電極シート２０と負電極シート３０とが交互に複数積層される。
以上説明した本実施形態に係る電極シートの積層方法によれば、以下に示す効果が得られるようになる。

（１）送り出し方向における各電極材１２０，１３０の前端に開口するスリット２４，３４が、規制ピン５１，５２，６１，６２にそれぞれ外挿されつつ、スリット２４，３４の後端縁が後側規制ピン５２，６２に当接するまで各電極材１２０，１３０をそれぞれ送り出すようにした（第１工程）。また、スリット２４，３４の後端縁が後側規制ピン５２，６２に当接した状態において、当該スリット２４，３４と隣り合うスリット２４，３４が含まれるように各電極材１２０，１３０を前端から所定の長さＬ１の位置にて切断するようにした（第２工程）。また、第１工程と第２工程とを交互に繰り返し実行するようにした。

こうした方法によれば、正電極シート２０及び負電極シート３０をそれぞれ位置決めしながら交互に複数積層することができる。また、一方の電極材１２０（１３０）の送り出し及び切断が実行されているときに、他方の電極材１３０（１２０）の送り出し及び切断の実行が妨げられることはない。したがって、正電極シート２０及び負電極シート３０を効率よく積層することができる。

（２）載置台４０における後側規制ピン５２，６２の前側には、同後側規制ピン５２，６２との協働によって当該電極材１２０，１３０が同送り出し方向に対して傾くことを規制する前側規制ピン５１，６１が立設されている。

こうした方法によれば、正電極シート２０及び負電極シート３０を、各電極材１２０，１３０の送り出し方向及び同送り出し方向に直交する幅方向の双方において精度良く位置決めしながら交互に複数積層することができる。

（３）スリット２４，３４は集電部２３，３３に形成されている。このため、スリット２４，３４に締結部材をそれぞれ挿通することにより、複数の電極シート２０，３０の集電部２３，３３をそれぞれ締結することができる。

（４）正電極材１２０の両面には、正電極シート２０と負電極シート３０とを絶縁するセパレータ２５が一体形成されている。
このため、正電極シート２０と負電極シート３０とを積層することによって、正電極シート２０の起電部２２と負電極シート３０の起電部３２との間にセパレータ２５が介在することとなる。したがって、正電極シート２０と負電極シート３０との間にセパレータ２５を別途積層する必要がなくなり、積層体１２を容易に形成することができる。

＜変形例＞
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・正電極材１２０のスリット２４の長さと負電極材１３０のスリット３４の長さとを互いに異ならせることもできる。この場合、スリット２４，３４の長さに応じて後側規制ピン５２，６２の位置を変更すればよい。

・スリット２４，３４は締結部材を挿通する挿通孔として利用されるものに限定されず、正電極シート２０及び負電極シート３０を積層した後にスリット２４，３４がなくなるように集電部２３，３３の一部を切断することもできる。

・正電極材１２０のロール状の部分にセパレータ２５が形成されていることは必須ではない。例えば、正電極材１２０のロール状の部分から送り出された部位に対してセパレータ２５を形成する工程を別途設けることもできる。

・負電極材１３０の起電部３２の両面を覆うようにセパレータを一体形成することもできる。この場合、正電極材１２０のセパレータ２５を省略することができる。
・例えば正電極材１２０の上側の起電部２２を覆うセパレータ２５を省略し、負電極材１３０の下側の起電部３２を覆うようにセパレータを一体形成することもできる。また、正電極材１２０の下側の起電部２２を覆うセパレータ２５を省略し、負電極材１３０の上側の起電部３２を覆うようにセパレータを一体形成することもできる。すなわち、各電極材１２０，１３０の一方の面に、セパレータを一体形成することもできる。この場合であっても、上記実施形態の効果（３）に準じた効果を奏することができる。

・前側規制ピン５１，６１と後側規制ピン５２，６２との間に規制ピンを追加することもできる。また、後側規制部材を送り出し方向に対して長い形状を有するものとすれば、前側規制部材を省略することもできる。

１０…二次電池、１１…ケース、１２…積層体、１３…正電極端子、１４…負電極端子、２０…正電極シート、２１…基材、２２…起電部、２３…集電部、２４…スリット、２５…セパレータ、３０…負電極シート、３１…基材、３２…起電部、３３…集電部、３４…スリット、４０…載置台、５１…前側規制ピン（前側規制部材）、５２…後側規制ピン（後側規制部材）、６１…前側規制ピン（前側規制部材）、６２…後側規制ピン（後側規制部材）、１２０…正電極材、１３０…負電極材。

Claims (5)

1. 正電極シートと負電極シートとを交互に複数積層する方法であって、
   前記正電極シート及び前記負電極シートの素材である電極材は、それぞれ帯状をなし、それらの長手方向に沿って延びるとともに互いに所定の間隔をおいて形成された所定長さの複数のスリットをそれぞれ有し、
   載置台には前記電極材の各々の送り出しを規制する規制部材が前記正電極シート及び前記負電極シートの積層位置にそれぞれ対応して立設され、
   前記電極材の各々の送り出し方向における前記電極材の各々の前端に開口する前記スリットが、前記規制部材にそれぞれ外挿されつつ、前記スリットの後端縁が前記規制部材に当接するまで前記電極材の各々をそれぞれ送り出す第１工程と、
   前記スリットの後端縁が前記規制部材に当接した状態において、当該スリットと隣り合うスリットが含まれるように前記電極材の各々を前端から所定の長さの位置にて切断する第２工程と、を交互に繰り返し実行する、
   電極シートの積層方法。
2. 請求項１に記載の電極シートの積層方法において、
   前記規制部材を後側規制部材とするとき、
   前記載置台における前記後側規制部材の前側には、同後側規制部材との協働によって当該電極材が同送り出し方向に対して傾くことを規制する前側規制部材が立設されている、
   電極シートの積層方法。
3. 前記電極材の各々は、基材の両面に活物質が被着された起電部と、同電極材の幅方向の一端部に位置するとともに前記基材が露出した集電部とを有し、
   前記スリットは前記集電部に形成されている、
   請求項１または請求項２に記載の電極シートの積層方法。
4. 一方の前記電極材の両面には、前記正電極シートと前記負電極シートとを絶縁するセパレータが一体形成されている、
   請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の電極シートの積層方法。
5. 前記電極材の各々の一方の面には、前記正電極シートと前記負電極シートとを絶縁するセパレータが一体形成されている、
   請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の電極シートの積層方法。