JP6747248B2 - 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に記載されている積層体の作製装置および作製方法が挙げられる。同文献の技術では，短冊状の電極板である「シート状体３」が，その「供給機構７」から供給されるようになっている。「供給機構７」の下方には，「落下移動手段９」と「案内積層手段１１」とが配置されている。「落下移動手段９」は，重力を利用して「シート状体３」を「供給機構７」から「案内積層手段１１」へと落下移動させるものである。こうして，「シート状体３」が「案内積層手段１１」上に順次案内され，そこで積層されるようになっている（同文献の［００１５］〜［００１９］，図１，図３）。

特開２０１２−９１３７２号公報 特開２０００−２５１８７０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，特許文献１の技術では，正極の「シート状体３」と負極の「シート状体３」とが交互に供給される（同文献の［００２２］）。このため，複数枚の正極および負極を有する電極積層体を同文献の技術で製造すると，基本的に電極積層体の両端は別種の電極となる。一方で現実的には特許文献２に見られるように，両端を同種の電極とした電極積層体が多用される。そのためには，特許文献１の技術で作製した電極積層体に対してさらにもう１枚，単独の電極を積層する必要がある。このため，工程数が増加してしまう。

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，両端が同一極性の電極積層体を効率よく製造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電極箔短冊とが交互に積層されるとともに両端がいずれも第１電極箔短冊である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進行させて供給する第１電極箔供給部と，供給された第１電極箔反物の上に，第２電極箔短冊を長手方向に対して間隔を開けて配置されるように供給する第２電極箔供給部と，第２電極箔短冊が配置された第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枚ずつ積層された両電極箔ペア短冊とする切断機構と，第２電極箔供給部による第２電極箔短冊の供給と第１電極箔供給部による第１電極箔反物の供給とをいずれも行うペア供給モードと，第２電極箔供給部による第２電極箔短冊の供給を停止して第１電極箔供給部による第１電極箔反物の供給のみを行う単独供給モードとを切り替える供給モード制御部とを有し，供給モード制御部は，あらかじめ定められた枚数分について連続してペア供給モードを行い，その後に単独供給モードを１枚分行うように構成されているものである。

上記態様における積層電池製造装置では，供給モード制御部により，ペア供給モードと単独供給モードとが切り替えられる。ペア供給モードでは，第１電極箔反物および第２電極箔短冊がいずれも供給される。このため，第１電極箔反物の上に第２電極箔短冊が長手方向に対して間隔を開けて配置された状態となり，切断機構により両電極箔ペア短冊とされる。単独供給モードでは，第２電極箔短冊の供給が停止され第１電極箔反物の供給のみ行われる。このため切断機構により，第１電極箔のみの短冊とされる。ペア供給モードが所定の枚数分連続して行われ，次いで単独供給モードが１枚分行われることで，両端がいずれも第１電極箔短冊である構造の積層電池が製造される。

本構成によれば，両端が同一極性の電極積層体を効率よく製造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。 負極反物切断機構による切断とプレスロールによるプレスとの関係を説明する模式図である。 ペア供給モードでの積層電池製造装置の搬送状況を示す斜視図である。 単独供給モードでの積層電池製造装置の搬送状況を示す斜視図である。

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。そこでまず，積層電池製造装置１について説明する。

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，積層電池製造装置１の駆動系を，図２により説明する。図２に示されるように，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により，正極箔反物１０およびその先端の切断された正極箔短冊１３が貼り合わせロール５，１７に向かって搬送されるようになっている。

さらに，図２に示されるように積層電池製造装置１には，駆動モータ２０が設けられている。駆動モータ２０は，貼り合わせロール１７，上流搬送ロール１８，および下流搬送ロール１９の回転駆動源である。駆動モータ２０からこれらの各ロールに対して，ベルトやプーリ等により回転が伝達されるようになっている。図２の構成では，さらに貼り合わせロール１７からニップロール１６へも回転が伝達されるようになっている。

ここで，駆動モータ２０から上流搬送ロール１８および下流搬送ロール１９への回転伝達経路上には，クラッチ２１が備えられている。クラッチ２１は，駆動モータ２０から上流搬送ロール１８および下流搬送ロール１９への回転の伝達を断続するものである。これにより，駆動モータ２０から，貼り合わせロール１７，上流搬送ロール１８，下流搬送ロール１９のいずれにも駆動を伝達する状態と，貼り合わせロール１７には駆動を伝達するが上流搬送ロール１８および下流搬送ロール１９には駆動を伝達しない状態とを切り替えることができるようになっている。

クラッチ２１には，制御部２２が接続されている。制御部２２は，クラッチ２１を操作することで，積層電池製造装置１における駆動伝達状態を切り替えるものである。制御部２２により積層電池製造装置１は，ペア供給モードと単独供給モードとの２種類のモードのうちいずれかの状態となる。ペア供給モードでは，クラッチ２１が駆動伝達状態とされる。このため貼り合わせロール１７，上流搬送ロール１８，下流搬送ロール１９のいずれもが駆動される。すなわち，負極箔反物１２と正極箔短冊１３とがいずれも供給される。一方，単独供給モードでは，クラッチ２１が駆動遮断状態とされる。このため貼り合わせロール１７は駆動されるが上流搬送ロール１８および下流搬送ロール１９は駆動されない。すなわち，負極箔反物１２の供給のみ行われ，正極箔短冊１３の供給は停止される。

そして積層電池製造装置１では基本的に，ペア供給モードが標準の状態である。このため通常時は，負極箔反物１２と電極箔ペア短冊１４とがいずれも供給され（図３），台座７上には前述の通り電極箔ペア短冊１４が連続的に供給される。ただし制御部２２では，ペア供給モードでの貼り合わせロール１７，上流搬送ロール１８，および下流搬送ロール１９の駆動量をカウントしている。

駆動量が，電極箔ペア短冊１４の所定の枚数分（例えば７０枚）に達すると，制御部２２がクラッチ２１を操作して駆動遮断状態に切り替える。すなわち積層電池製造装置１は単独供給モードとされる。このため，正極箔短冊１３の供給が休止され，負極箔反物１２の供給のみが行われる。これにより，貼り合わせロール１７より下流側の負極箔反物１２上には，正極箔短冊１３がない空白箇所２３ができる（図４）。空白箇所２３は負極反物切断機構６を経て負極箔のみの短冊とされる。ただし，単独供給モードでの負極箔反物１２の供給は，貼り合わせロール１７の駆動量にして，電極箔ペア短冊１４の１枚分のみで終了する。その後はペア供給モードに戻される。

これにより積層電池製造装置１の台座７上には，１回のペア供給モードとその後の１回の単独供給モードとにより，前述の所定の枚数分の電極箔ペア短冊１４と，前述の空白箇所２３に由来する１枚の負極箔短冊とが積層される。これらをプレスロール８でプレスすることで，両端面のいずれもが負極板である電極積層体１５を得ることができる。

なお，図２に戻って，積層電池製造装置１には，正極欠点検出部２４と，負極欠点検出部２５とが設けられている。正極欠点検出部２４は，上流搬送ロール１８より上流の位置で，正極箔反物１０の欠点箇所にあらかじめ付されている欠点マーク２６を検出するセンサである。負極欠点検出部２５は，貼り合わせロール１７より上流の位置で，負極箔反物１２の欠点箇所に同様にあらかじめ付されている欠点マーク２７を検出するセンサである。これらを用いることで，正極箔反物１０や負極箔反物１２の欠点箇所が電極積層体１５中に入り込んでしまうことを防止することができる。すなわち，欠点マーク２６や欠点マーク２７の存在が検出された場合，それらに相当する箇所を含む電極箔ペア短冊１４を台座７上から排除するようにすればよい。その場合，ペア供給モードにおける前述の所定の枚数のカウントには，当該欠点が検出された枚数分を含めない。

以上詳細に説明したように本実施の形態によれば，負極箔反物１２と正極箔短冊１３とをいずれも供給するペア供給モードを基本としつつ，所定の枚数ごとに，負極箔反物１２のみを供給する単独供給モードを１枚分行うこととしている。これにより，両端が同一極性である電極積層体１５を，特別に追加の工程を付加することなく効率よく製造できる積層電池製造装置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，正極と負極は入れ替え可能である。

また，本形態では，上流搬送ロール１８および下流搬送ロール１９への回転伝達経路上にクラッチ２１を備えている。これにより，上流搬送ロール１８および下流搬送ロール１９を駆動しない単独供給モードを実現している。しかしこうしたものに限らず，駆動モータを２台に分けた構成とすることも考えられる。すなわち，第１の駆動モータを貼り合わせロール１７の駆動用とし，第２の駆動モータを上流搬送ロール１８および下流搬送ロール１９の駆動用とするのである。そして，ペア供給モードでは両方の駆動モータを駆動しつつ，単独供給モードでは第２の駆動モータを休止して第１の駆動モータのみを駆動するのである。むろんこの場合，クラッチ２１は不要である。

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
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
２０ 駆動モータ
２１ クラッチ
２２ 制御部（供給モード制御部）

Claims (1)

1. 第１電極箔短冊と第２電極箔短冊とが交互に積層されるとともに両端がいずれも前記第１電極箔短冊である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進行させて供給する第１電極箔供給部と，
   供給された前記第１電極箔反物の上に，前記第２電極箔短冊を長手方向に対して間隔を開けて配置されるように供給する第２電極箔供給部と，
   前記第２電極箔短冊が配置された前記第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枚ずつ積層された両電極箔ペア短冊とする切断機構と，
   前記第２電極箔供給部による前記第２電極箔短冊の供給と前記第１電極箔供給部による前記第１電極箔反物の供給とをいずれも行うペア供給モードと，前記第２電極箔供給部による前記第２電極箔短冊の供給を停止して前記第１電極箔供給部による前記第１電極箔反物の供給のみを行う単独供給モードとを切り替える供給モード制御部とを有し，
   前記供給モード制御部は，あらかじめ定められた枚数分について連続して前記ペア供給モードを行い，その後に前記単独供給モードを１枚分行うように構成されているものであることを特徴とする積層電池製造装置。

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