JP2012227130A - 積層装置および積層方法 - Google Patents

Abstract

【課題】第１電極がセパレータに挟み込まれてなるセパレータ−電極組立体と第１電極とは極性の異なる第２電極とを効率よくかつ高精度に積層できる積層装置および積層方法を提供する。
【解決手段】第１把持部１１４が第１テーブル１２１と積層テーブル１４１との間を往復移動する一方で、第２把持部１１５は積層テーブル１４１と第２テーブル１３１との間を往復移動し、第１テーブル１２１上で水平方向の位置が調整されたセパレータ−電極組立体２０を第１把持部１１４が把持するときには、第２把持部１１５は積層テーブル１４１上で第２電極３０を解放し、第１把持部１１４が積層テーブル１４１上でセパレータ−電極組立体２０を解放するときには、第２テーブル１３１上で水平方向の位置が調整された第２電極３０を第２把持部１１５が把持する。
【選択図】図６

Description

本発明は、積層装置および積層方法に関する。

近年、環境保護運動の高まりを背景として、電気自動車（ＥＶ）およびハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の開発が進められている。これらのモータ駆動用電源として、繰り返し充放電可能なリチウムイオン二次電池が注目されている。

リチウムイオン二次電池は、シート状の正極と負極の間に電解質を含浸させたセパレータを介在させた単電池を複数積層して構成されており、製造工程において電極（正極／負極）およびセパレータが繰り返し積層される。

これに関連する技術として、リチウムイオン二次電池の製造時間を短縮する見地から、下記の特許文献１に示すような製造装置が提案されている。特許文献１に開示される製造装置は、セパレータで包装された陽極板（以下、陽極包装体と称する）を搬送する第１コンベア、陰極板を搬送する第２コンベア、陽極包装体と陰極板の積層体を搬送する第３コンベア、および２つの吸着装置を揺動させる揺動装置を有する。２つの吸着装置のうち一方の吸着装置は、第１コンベアと第３コンベアとの間を揺動し、第１コンベア上の陽極包装体を吸着保持して第３コンベア上で解放する。他方の吸着装置は、第２コンベアと第３コンベアとの間を揺動し、第２コンベア上の陰極板を吸着保持して第３コンベア上で解放する。このような構成によれば、２つの吸着装置が陽極包装体および陰極板を第３コンベア上で交互に解放することにより、第３コンベア上に陽極包装体と陰極板とを効率よく積層することができる。

特開平０４−１０１３６６号公報

上記の製造装置では、第１および第２コンベアにより１枚ずつ搬送されてくる陽極包装体および陰極板を吸着装置がそのまま吸着保持するため、吸着装置が陽極包装体および陰極板を吸着保持する際の位置精度が高くない。陽極包装体および陰極板が高い位置精度で吸着保持されない場合、陽極包装体および陰極板を高精度に積層することができず、二次電池の品質が低下してしまう。このため、上記の製造装置では、第３コンベア上に位置決め用のホルダを配置し、陽極包装体および陰極板をホルダの内部に挿入して積層している。吸着装置により陽極包装体および陰極板がホルダの内部に挿入されれば、陽極包装体および陰極板の側面がホルダの内壁に当接して陽極包装体および陰極板が位置決めされ、陽極包装体と陰極板との積層精度が向上する。

しかしながら、陽極板を包装しているセパレータは柔らかく折れ曲がりやすい。したがって、陽極包装体がホルダの内部に挿入され、陽極包装体の側面がホルダの内壁に当接する場合、セパレータの端部が折れ曲がってしまい、陽極包装体が正しく位置決めされないという問題がある。陽極包装体が正しく位置決めされない場合、十分な積層精度は得られない。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものである。したがって、本発明の目的は、第１電極がセパレータに挟み込まれてなるセパレータ−電極組立体と第１電極とは極性の異なる第２電極とを効率よくかつ高精度に積層することができる積層装置および積層方法を提供することである。

本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。

本発明の積層装置は、第１電極がセパレータに挟み込まれてなるセパレータ−電極組立体と前記第１電極とは極性の異なる第２電極とを交互に積層するための積層装置である。前記積層装置は、第１テーブル、第２テーブル、積層テーブル、第１調整部、第２調整部、第１把持部、および第２把持部を有する。前記第１テーブルには、前記セパレータ−電極組立体が載置される。前記第２テーブルには、前記第２電極が載置される。前記積層テーブルには、前記セパレータ−電極組立体と前記第２電極とが交互に積層される。前記第１調整部は、前記第１テーブルの水平方向の位置を調整して、前記第１テーブル上の前記セパレータ−電極組立体の位置を調整する。前記第２調整部は、前記第２テーブルの水平方向の位置を調整して、前記第２テーブル上の前記第２電極の位置を調整する。前記第１把持部は、前記セパレータ−電極組立体を把持し、解放する。前記第２把持部は、前記第２電極を把持し、解放する。前記第１把持部が前記第１テーブルと前記積層テーブルとの間を往復移動する一方で、前記第２把持部は前記積層テーブルと前記第２テーブルとの間を往復移動する。前記第１テーブル上で位置が調整された前記セパレータ−電極組立体を前記第１把持部が把持するときには、前記第２把持部は前記積層テーブル上で前記第２電極を解放する。前記第１把持部が前記積層テーブル上で前記セパレータ−電極組立体を解放するときには、前記第２テーブル上で位置が調整された前記第２電極を前記第２把持部が把持する。

本発明の積層方法は、第１電極がセパレータに挟み込まれてなるセパレータ−電極組立体と前記第１電極とは極性の異なる第２電極とを交互に積層するための積層方法である。前記積層方法は、前記セパレータ−電極組立体が載置される第１テーブルと、前記セパレータ−電極組立体と前記第２電極とが交互に積層される積層テーブルとの間を第１把持部に往復移動させる。一方で、前記積層方法は、前記積層テーブルと前記第２電極が載置される第２テーブルとの間を第２把持部に往復移動させる。前記第１テーブルの水平方向の位置を調整することにより当該第１テーブル上で位置が調整された前記セパレータ−電極組立体を前記第１把持部に把持させるときには、前記第２把持部に前記積層テーブル上で前記第２電極を解放させる。前記第１把持部に前記積層テーブル上で前記セパレータ−電極組立体を解放させるときには、前記第２テーブルの水平方向の位置を調整することにより当該第２テーブル上で位置が調整された前記第２電極を前記第２把持部に把持させる。

本発明によれば、第１および第２把持部により把持される直前に、セパレータ−電極組立体および第２電極の位置が調整されるため、第１および第２把持部は、高い位置精度でセパレータ−電極組立体および第２電極をそれぞれ把持することができる。したがって、セパレータ−電極組立体と第２電極とを効率よくかつ高精度に積層することができる。

リチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。 リチウムイオン二次電池の分解斜視図である。 袋詰正極および負極の平面図である。 袋詰正極に負極を重ねた様子を示す平面図である。 シート積層装置を示す概略平面図である。 シート積層装置を示す斜視図である。 図６の矢印方向に見た正極供給部の正面図である。 正極供給部の平面図である。 積層部の斜視図である。 積層ロボットの動作を説明するための図である。 図１０に後続する図である。 図１１に後続する図である。 図１２に後続する図である。 図１３に後続する図である。 図１４に後続する図である。 積層テーブル上に袋詰正極を積層するときの積層ロボットの各部の動作の一例を示すタイムチャートである。 積層テーブル上に袋詰正極を積層するときの積層ロボットの各部の動作の他の例を示すタイムチャートである。 積層部の動作を説明するための図である。 図１８に後続する図である。 図１９に後続する図である。 図２０に後続する図である。 図２１に後続する図である。 図２２に後続する図である。 クランパの変形例を示す斜視図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

まず、図１および図２を参照して、シート積層装置により形成されるリチウムイオン二次電池（積層型電池）について説明する。図１はリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図、図２はリチウムイオン二次電池の分解斜視図である。

図１に示すとおり、リチウムイオン二次電池１０は、扁平な矩形形状を有しており、正極リード１１および負極リード１２が外装材１３の同一端部から導出されている。外装材１３の内部には、充放電反応が進行する発電要素（電池要素）１５が収容されている。図２に示すとおり、発電要素１５は、袋詰正極２０と負極３０とが交互に積層されて形成される。

袋詰正極２０は、図３（Ａ）に示すように、シート状の正極集電体の両面に正極活物質層２１が形成されてなる正極２２が、セパレータ４０により挟み込まれてなる。２枚のセパレータ４０は、端部において接合部４１により相互に接合されて、袋状に形成されている。正極２２では、正極集電体のタブ部分２３以外の部分に正極活物質層２１が形成されており、タブ部分２３は、袋状のセパレータ４０から導出されている。

負極３０は、図３（Ｂ）に示すように、シート状の負極集電体の両面に負極活物質層３１が形成されてなる。負極３０では、負極集電体のタブ部分３３以外の部分に負極活物質層３１が形成されている。

袋詰正極２０に、負極３０を重ねると図４に示すようになる。図４に示すように、負極活物質層３１は、正極２２の正極活物質層２１よりも平面視して一回り大きく形成されている。なお、袋詰正極２０と負極３０とを交互に積層してリチウムイオン二次電池を製造する方法自体は、一般的なリチウムイオン二次電池の製造方法であるため、詳細な説明は省略する。

次に、上記の発電要素１５を組み立てるためのシート積層装置について説明する。

図５はシート積層装置を示す概略平面図、図６はシート積層装置を示す斜視図、図７は図６の矢印方向に見た正極供給部の正面図、図８は正極供給部の平面図である。

図５および図６に示すとおり、シート積層装置１００は、積層ロボット１１０、正極供給部１２０、負極供給部１３０、積層部１４０、および制御部１５０を有している。正極供給部１２０および負極供給部１３０は、積層ロボット１１０を中心として相互に対向する位置に配置されており、積層部１４０は、正極供給部１２０および負極供給部１３０と９０度の角度をなす位置に配置されている。積層ロボット１１０、正極供給部１２０、負極供給部１３０、および積層部１４０は、制御部１５０により制御される。

積層ロボット１１０は、袋詰正極２０および負極３０を交互に積層して発電要素（積層体）１５を形成する。積層ロボット１１０は、第１および第２アーム部１１１，１１２からなるＬ字状アーム１１３と、第１および第２アーム部１１１，１１２の先端部にそれぞれ設けられた第１および第２吸着ハンド１１４，１１５とを有する。第１および第２アーム部１１１，１１２は、駆動軸１１６を基準に互いに９０度の角度をなす方向に延設されている。Ｌ字状アーム１１３は、アーム駆動部１１７によって駆動軸１１６が駆動されることにより、水平方向に９０度揺動する。また、Ｌ字状アーム１１３は、駆動軸１１６が駆動されることにより昇降する。第１吸着ハンド１１４は、袋詰正極２０を吸着保持し、離脱させる。第２吸着ハンド１１５は、負極３０を吸着保持し、離脱させる。

Ｌ字状アーム１１３が９０度揺動することにより、第１吸着ハンド１１４は、正極供給部１２０と積層部１４０との間を往復移動し、第２吸着ハンド１１５は、積層部１４０と負極供給部１３０との間を往復移動する。言い換えれば、第１吸着ハンド１１４および第２吸着ハンド１１５が正極供給部１２０および積層部１４０の上方にそれぞれ位置する第１状態と、積層部１４０および負極供給部１３０の上方にそれぞれ位置する第２状態とが切り替えられる。また、Ｌ字状アーム１１３が昇降することにより、第１吸着ハンド１１４は、正極供給部１２０または積層部１４０に対して近接離隔し、第２吸着ハンド１１５は、負極供給部１３０または積層部１４０に対して近接離隔する。

正極供給部１２０は、袋詰正極２０を供給する。正極供給部１２０は、袋詰正極２０が載置される正極供給テーブル１２１と、正極供給テーブル１２１を水平面内で移動または回転させるテーブル駆動部１２２とを有する。正極供給テーブル１２１は、前工程で作成されて吸着コンベア１２３により搬送されてきた袋詰正極２０を１枚ずつ受け取り、載置する。正極供給テーブル１２１も吸着コンベアであり、吸着コンベア１２３からの負圧が開放された袋詰正極２０を吸着して、略中央まで運び負圧により固定する。袋詰正極２０が第１吸着ハンド１１４に吸着される際には、正極供給テーブル１２１は吸着を開放する。テーブル駆動部１２２は、正極供給テーブル１２１を水平面内で移動または回転させることにより、正極供給テーブル１２１上の袋詰正極２０の位置を調節する。テーブル駆動部１２２は、３つのモータを有し、正極供給テーブル１２１を水平面内で移動または回転させる。

正極供給テーブル１２１は、吸着コンベア１２３よりも幅が狭く、袋詰正極２０の端部がはみ出るように構成されている。図５および図６では図示を省略しているが、図７および図８に示すように、正極供給テーブル１２１の両側には、透明な支持台１２４が設けられている。支持台１２４は、正極供給テーブル１２１からはみ出ている袋詰正極２０の端部を支持する。また、支持台１２４と対応する位置に、クランパ１２５が設けられる。クランパ１２５は、支持台１２４と共に袋詰正極２０の端部を挟んで固定する。支持台１２４およびクランパ１２５は共に可動式であり、正極供給テーブル１２１上に袋詰正極２０が載置されると、袋詰正極２０の端部を支持および固定するように、袋詰正極２０に接近する。

また、正極供給テーブル１２１の下方には光源１２６が、上方にはカメラ１２７が配置されている。光源１２６は、透明な支持台１２４の下方に設置され、袋詰正極２０の端部に光を照射する。光源１２６は、セパレータ４０を所定の透過率以上で透過し、正極２２を透過しない（反射または吸収される）波長の光を照射する。カメラ１２７は、袋詰正極２０を撮像して、正極供給テーブル１２１上の正極２２（袋詰正極２０）の位置を認識する。カメラ１２７は、光源１２６から投光され正極２２に遮断されつつもセパレータ４０を透過した光を受光し、正極２２の位置を認識する。つまり、正極２２の影に基づいて、正極２２の位置を認識する。カメラ１２７により認識された正極２２の位置情報に基づいて、正極２２（袋詰正極２０）の水平位置が調整される。この調整により、第１吸着ハンド１１４は、正極２２の位置が正確に位置決めされた袋詰正極２０を毎回ピックアップできる。

図５および図６に戻って、負極供給部１３０は、負極３０を供給する。負極供給部１３０は、負極３０が載置される負極供給テーブル１３１と、負極供給テーブル１３１を水平面内で移動または回転させるテーブル駆動部１３２とを有する。負極供給テーブル１３１は、前工程で作成されて吸着コンベア１３３により搬送されてきた負極３０を１枚ずつ受け取り、載置する。負極供給テーブル１３１も吸着コンベアであり、吸着コンベア１３３からの負圧が開放された負極３０を吸着して、略中央まで運び負圧により固定する。負極３０が第２吸着ハンド１１５に吸着される際には、負極供給テーブル１３１は吸着を開放する。テーブル駆動部１３２は、負極供給テーブル１３１を水平面内で移動または回転させることにより、負極供給テーブル１３１上の負極３０の位置を調節する。テーブル駆動部１３２は、３つのモータを有し、負極供給テーブル１３１を水平面内で移動または回転させる。

また、負極供給テーブル１３１の上方には、光源１３６およびカメラ１３７が配置されている。光源１３６は、負極３０を透過しない（反射または吸収される）波長の光を、負極３０に照射する。カメラ１３７は、負極３０を撮像して、負極供給テーブル１３１上の負極３０の位置を認識する。カメラ１３７は、たとえば、光源１３６から投光されて負極３０で反射した光を受光して、負極３０の位置を認識する。カメラ１３７により認識された負極３０の位置情報に基づいて、負極３０の水平位置が調整される。この調整により、第２吸着ハンド１１５は、正確に位置決めされた負極３０を毎回ピックアップできる。

積層部１４０は、積層ロボット１１０により搬送される袋詰正極２０および負極３０を交互に積層する場所であり、袋詰正極２０および負極３０が所定枚数積層されるまで、袋詰正極２０と負極３０の積層体を保持する。袋詰正極２０および負極３０が所定枚数積層されて発電要素１５が完成すると、積層部１４０は、後工程に発電要素１５を供給する。

図９は、積層部の斜視図である。積層部１４０は、袋詰正極２０および負極３０が交互に積層される積層テーブル１４１と、積層テーブル１４１を昇降する高さ調整部１４２と、袋詰正極２０と負極３０の積層体を押圧するクランパ１４３と、クランパ１４３を駆動するクランパ駆動部１４４とを有する。

積層テーブル１４１上にはパレット（不図示）が載置され、パレット上で袋詰正極２０および負極３０が交互に積層される。高さ調整部１４２は、たとえば、ボールネジおよびモータから構成され、袋詰正極２０および負極３０の積層の進行に応じて、積層テーブル１４１を下降させる。高さ調整部１４２は、袋詰正極２０と負極３０の積層体の最上面の高さが略一定に維持されるように、積層テーブル１４１を下降させる。

クランパ１４３は、袋詰正極２０と負極３０の積層体を上部から押圧するクランプヘッド１４３ａと、クランプヘッド１４３ａを支持する支持軸１４３ｂとから構成される。クランプヘッド１４３ａの横断面は、台形形状を有する。クランプヘッド１４３ａは、支持軸１４３ｂを介して下方に付勢されており、底面により積層体の最上面を押圧する。

クランパ駆動部１４４は、支持軸１４３ｂを介して、クランプヘッド１４３ａを回動させつつ一定の高さまで上昇させる。そして、クランパ駆動部１４４は、１８０度回動後のクランプヘッド１４３ａを下降させる。クランパ駆動部１４４は、支持軸１４３ｂ側面の突出ピン（不図示）と係合してクランプヘッド１４３ａを回動させるとともに一定量上昇させるためのカム溝を備えるカム機構（不図示）と、支持軸１４３ｂを昇降するためのアクチュエータ（不図示）とを有する。アクチュエータは、たとえば、エアシリンダである。また、クランパ駆動部１４４には、クランプヘッド１４３ａを下方に付勢するためのバネ（不図示）が備えられている。

以上のとおり構成されるシート積層装置１００では、正極供給テーブル１２１および負極供給テーブル１３１上に載置される袋詰正極２０および負極３０が、積層ロボット１１０によりピックアップされ、積層テーブル１４１上に交互に搬送される。袋詰正極２０および負極３０が積層テーブル１４１上に交互に搬送されることにより、袋詰正極２０と負極３０の積層体が形成される。

なお、本実施形態では、第１および第２アーム部１１１，１１２は互いに９０度の角度をなす方向に延設され、アーム１１３は９０度揺動するように構成されている。しかしながら、第１および第２アーム部１１１，１１２は、９０度以外の所定角度をなすように延設され得る。この場合、アーム１１３も所定角度揺動するように構成され、正極供給部１２０、負極供給部１３０、および積層部１４０の配置も揺動角度に合わせて調整される。

次に、図１０〜図２３を参照して、本実施形態のシート積層装置１００の動作について説明する。

まず、積層ロボット１１０の動作について説明する。図１０〜図１５は、積層ロボット１１０による袋詰正極２０および負極３０の積層動作を説明するための図である。なお、以下では、積層ロボット１１０により袋詰正極２０を積層する段階からの動作を説明する。

図１０に示すとおり、積層ロボット１１０により袋詰正極２０を積層する段階では、積層ロボット１１０の第１吸着ハンド１１４は、袋詰正極２０を吸着保持した状態で、積層テーブル１４１の上方に位置している。一方、積層ロボット１１０の第２吸着ハンド１１５は、負極供給テーブル１３１の上方に位置している。積層テーブル１４１上には、袋詰正極２０と負極３０が積層されている。負極供給テーブル１３１上には、負極３０が載置されている。負極供給テーブル１３１上の負極３０の水平位置は、第２吸着ハンド１１５が負極３０を正確な位置で吸着保持することができるように、カメラ１３７により取得された位置情報に基づいて調整されている。具体的には、負極３０の水平位置は、負極３０の中心点が所定の位置に位置し、負極３０が一定の姿勢となるように調整されている。

続いて、Ｌ字状アーム１１３が所定の移動量だけ下降する（図１１参照）。Ｌ字状アーム１１３が下降することにより、第１および第２吸着ハンド１１４，１１５は、積層テーブル１４１および負極供給テーブル１３１の近傍にそれぞれ移動する。そして、第１吸着ハンド１１４の負圧は開放され、第１吸着ハンド１１４により吸着保持されていた袋詰正極２０が離脱される。その結果、積層体の最上部に袋詰正極２０が積層される。一方、第２吸着ハンド１１５の底面には負圧が発生し、第２吸着ハンド１１５は、負極供給テーブル１３１上の負極３０を吸着保持する。負極供給テーブル１３１上の負極３０の水平位置は予め調整されているため、第２吸着ハンド１１５は、負極３０を正確な位置で吸着保持することができる。

続いて、Ｌ字状アーム１１３が上記移動量だけ上昇する（図１２参照）。Ｌ字状アーム１１３が上昇することにより、第１および第２吸着ハンド１１４，１１５は、積層テーブル１４１および負極供給テーブル１３１の上方にそれぞれ移動する。このとき、第２吸着ハンド１１５は、負極３０を吸着保持したまま上昇し、負極供給テーブル１３１から負極３０をピックアップする。

続いて、Ｌ字状アーム１１３が反時計方向に９０度回動する（図１３参照）。Ｌ字状アーム１１３が９０度回動することにより、第１および第２吸着ハンド１１４，１１５は、正極供給テーブル１２１および積層テーブル１４１の上方にそれぞれ移動する。第２吸着ハンド１１５は、負極３０を吸着保持している。また、正極供給テーブル１２１上には、袋詰正極２０が載置されている。正極供給テーブル１２１上の袋詰正極２０の水平位置は、第１吸着ハンド１１４が袋詰正極２０（正極２２）を正確な位置で吸着保持することができるように、カメラ１２７により取得された位置情報に基づいて調整されている。具体的には、袋詰正極２０の水平位置は、正極２２の中心点が所定の位置に位置し、正極２２が一定の姿勢となるように調整されている。

続いて、Ｌ字状アーム１１３が上記移動量だけ下降する（図１４参照）。Ｌ字状アーム１１３が下降することにより、第１および第２吸着ハンド１１４，１１５は、正極供給テーブル１２１および積層テーブル１４１の近傍にそれぞれ移動する。そして、第２吸着ハンド１１５の負圧は開放され、第２吸着ハンド１１５により吸着保持されていた負極３０が離脱される。その結果、積層体の最上部に負極３０が積層される。一方、第１吸着ハンド１１４の底面には負圧が発生し、第１吸着ハンド１１４は、正極供給テーブル１２１上の袋詰正極２０を吸着保持する。正極供給テーブル１２１上の袋詰正極２０の水平位置は予め調整されているため、第１吸着ハンド１１４は、袋詰正極２０（正極２２）を正確な位置で吸着保持することができる。

続いて、Ｌ字状アーム１１３が上記移動量だけ上昇する（図１５参照）。Ｌ字状アーム１１３が上昇することにより、第１および第２吸着ハンド１１４，１１５は、正極供給テーブル１２１および積層テーブル１４１の上方にそれぞれ移動する。このとき、第１吸着ハンド１１４は、袋詰正極２０を吸着保持したまま上昇し、正極供給テーブル１２１から袋詰正極２０をピックアップする。

そして、Ｌ字状アーム１１３が時計方向に９０度回動する。Ｌ字状アーム１１３が９０度回動することにより、第１および第２吸着ハンド１１４，１１５は、積層テーブル１４１および負極供給テーブル１３１の上方にそれぞれ移動する（図１０参照）。

上記の動作が繰り返されることにより、積層テーブル１４１上に袋詰正極２０および負極３０が交互に搬送され、積層テーブル１４１上で、袋詰正極２０および負極３０が交互に積層される。袋詰正極２０および負極３０が所定枚数積層されることにより、発電要素１５としての積層体が形成される。

このとき、第１および第２吸着ハンド１１４，１１５は、正極供給テーブル１２１および負極供給テーブル１３１上で位置が調整された袋詰正極２０および負極３０をピックアップして、積層テーブル１４１上の決まった位置で離脱させる。このような構成によれば、積層ロボット１１０のＬ字状アーム１１３の一定の揺動動作のみで、積層テーブル１４１上に袋詰正極２０および負極３０を高精度に積層することができる。つまり、簡単な構成の積層ロボット１１０によって、積層テーブル１４１上に袋詰正極２０および負極３０を高精度に積層することができる。また、袋詰正極２０および負極３０の水平方向の位置を調整するための機構を第１および第２アーム部１１１，１１２の先端部に設ける必要がなく、第１および第２アーム部１１１，１１２を軽量化できる。第１および第２アーム部１１１，１１２が軽量化することにより、第１および第２アーム部１１１，１１２を高速で移動させることが可能になる。したがって、袋詰正極２０と負極３０の積層を高速化できる。

図１６は、積層テーブル上に袋詰正極を積層するときの積層ロボットの各部の動作の一例を示すタイムチャートである。図１６（Ａ）は、第１吸着ハンド１１４の負圧発生動作のオン／オフを示すタイムチャートであり、図１６（Ｂ）は、第２吸着ハンド１１５の負圧発生動作のオン／オフを示すタイムチャートである。図１６（Ｃ）は、Ｌ字状アーム１１３の鉛直方向の移動速度を示すタイムチャートである。

上述したとおり、積層テーブル１４１上に袋詰正極２０を積層する段階では、袋詰正極２０を吸着保持している第１吸着ハンド１１４が積層テーブル１１４の上方に位置している状態（図１０参照）から、Ｌ字状アーム１１３が所定の移動量だけ下降する（図１１参照）。

図１６（Ｃ）に示すとおり、Ｌ字状アーム１１３は、たとえば、一定の速度Ｖで下降する。Ｌ字状アーム１１３が所定の移動量だけ下降して停止すれば、図１６（Ａ）に示すとおり、第１吸着ハンド１１４の負圧発生動作がオンからオフに切り替えられ、第１吸着ハンド１１４の負圧が開放される。負圧が開放されることにより、第１吸着ハンド１１４から袋詰正極２０が離脱される。

一方で、図１６（Ｂ）に示すとおり、第２吸着ハンド１１５の負圧発生動作がオフからオンに切り替えられ、第２吸着ハンド１１５の底面に負圧が発生する。第２吸着ハンド１１５の底面に負圧が発生すれば、負極供給テーブル１３１上の負極３０が第２吸着ハンド１１５に吸着される。その後、第２吸着ハンド１１５が負極３０を吸着保持した状態で、Ｌ字状アーム１１３が速度Ｖで所定の移動量だけ上昇する（図１２参照）。

本実施形態では、第１吸着ハンド１１４が負圧を開放し始めてからＬ字状アーム１１３が上昇を開始する直前までの期間Ｔ１（図１６（Ａ）参照）の第１吸着ハンド１１４の動作を、袋詰正極２０を解放する動作と定義する。また、第２吸着ハンド１１５が負圧を発生し始めてからＬ字状アーム１１３が上昇を開始する直前までの期間Ｔ２（図１６（Ｂ）参照）の第２吸着ハンド１１５の動作を、負極３０を把持する動作と定義する。

同様に、積層テーブル１１４上に負極３０を積層する段階（図１３〜図１５参照）において、第２吸着ハンド１１５が負圧を開放し始めてからＬ字状アーム１１３が上昇を開始する直前までの期間の第２吸着ハンド１１５の動作を、負極３０を解放する動作と定義する。一方、正極供給テーブル１２１上の袋詰正極２０をピックアップするとき、第１吸着ハンド１１４が負圧を発生し始めてからＬ字状アーム１１３が上昇を開始する直前までの期間の第１吸着ハンド１１４の動作を、袋詰正極２０を把持する動作と定義する。

なお、第１吸着ハンド１１４が袋詰正極２０を把持してから解放するまでの第１吸着ハンド１１４の動作を、袋詰正極２０を搬送する動作と定義する。また、第２吸着ハンド１１５が負極３０を把持してから解放すまでの第２吸着ハンド１１５の動作を、負極３０を搬送する動作と定義する。

図１６に示されるとおり、第１吸着ハンド１１４が袋詰正極２０を解放する動作（時間Ｔ１に対応）と、第２吸着ハンド１１５が負極３０を把持する動作（時間Ｔ２に対応）とは時間的に重複する。同様に、第１吸着ハンド１１３が袋詰正極２０を把持する動作と、第２吸着ハンド１１５が負極３０を解放する動作とは時間的に重複する。

なお、図１６では、第１吸着ハンド１１４の負圧発生動作がオンからオフに切り替えられる時点と、第２吸着ハンド１１５の負圧発生動作がオフからオンに切り替えられる時点とは、ほぼ一致している。しかしながら、第１吸着ハンド１１４の負圧発生動作がオンからオフに切り替えられる時点と、第２吸着ハンド１１５の負圧発生動作がオフからオンに切り替えられる時点とは一致していなくてもよい。

たとえば、図１７に示されるとおり、第１吸着ハンド１１４の負圧発生動作がオンからオフに切り替えられた後に、第２吸着ハンド１１５の負圧発生動作がオフからオンに切り替えられてもよい。このような場合であっても、第１吸着ハンド１１４が袋詰正極２０を解放する動作と、第２吸着ハンド１１５が負極３０を把持する動作とは、時間的に部分的に重複する。

次に、図１８〜図２３を参照して、積層部１４０の動作について説明する。積層部１４０では、積層テーブル１４１上に袋詰正極２０または負極３０が新たに積層される度に積層テーブル１４１が下降して、袋詰正極２０と負極３０の積層体の最上面の高さが略一定に維持される。なお、以下では、第１吸着ハンド１１４により、積層テーブル１４１上に袋詰正極２０を積層するときの積層部１４０の動作について説明する。

図１８は、袋詰正極が積層される直前の積層テーブルおよびクランパの状態を示す模式図である。積層テーブル１４１には、パレット１９０を介して、袋詰正極２０および負極３０が交互に積層されている。袋詰正極２０と負極３０の積層体の最上部には、負極３０が積層されており、負極３０の縁部は、クランプヘッド１４３ａの一端の底面により押圧されている。積層テーブル１４１の上方には、積層ロボット１１０の第１吸着ハンド１１４が位置しており、第１吸着ハンド１１４は、袋詰正極２０を吸着保持している。

続いて、第１吸着ハンド１１４が、積層テーブル１４１の近傍に下降する（図１９参照）。第１吸着ハンド１１４は、袋詰正極２０を吸着保持した状態で、所定の移動量だけ下降する。第１吸着ハンド１１４が下降することにより、積層体の最上部に袋詰正極２０が積層される。このとき、袋詰正極２０の縁部により、クランプヘッド１４３ａが覆われる（図１９の破線で囲まれた部分を参照）。

続いて、クランプヘッド１４３ａが上昇するとともに９０度回動する（図２０参照）。具体的には、袋詰正極２０の縁部により覆われていたクランプヘッド１４３ａが上昇するとともに９０度回動する。クランプヘッド１４３ａが上昇するとともに９０度回動することにより、クランプヘッド１４３ａは、最上部の袋詰正極２０の斜め上方に位置するようになる。ここで、クランプヘッド１４３ａの上昇量ΔＸは、１枚の袋詰正極２０の厚さよりも大きい略一定の値である。クランプヘッド１４３ａが上昇するとき、クランプヘッド１４３ａによって袋詰正極２０の縁部が持ち上げられる。クランプヘッド１４３ａによって持ち上げられることにより、袋詰正極２０の縁部は一時的にめくれ、元に戻る。

続いて、クランプヘッド１４３ａがさらに９０度回動する（図２１参照）。具体的には、クランプヘッド１４３ａは、さらに所定量だけ上昇しつつ９０度回動する。クランプヘッド１４３ａがさらに９０度回動することにより、クランプヘッド１４３ａの反対側の端部が、袋詰正極２０の上方に位置するようになる。なお、図２０および図２１に示される、クランプヘッド１４３ａが９０度回動し、さらに９０度回動する動作は連続的に行われる。

続いて、クランプヘッド１４３ａが下降する（図２２参照）。クランプヘッド１４３ａが下降することにより、クランプヘッド１４３ａの他端の底面が、袋詰正極２０の縁部を上部から押圧するようになる。

そして、第１吸着ハンド１１４が上昇するとともに、積層テーブル１４１が下降する（図２３参照）。第１吸着ハンド１１４が、上記移動量だけ上昇するとともに、積層テーブル１４１は、所定の下降量だけ下降する。具体的には、袋詰正極２０積層後の積層体の最上面の高さが、袋詰正極２０積層前の積層体の最上面の高さＨと略同一になるように、積層テーブル１４１が所定の下降量だけ下降する。ここで、下降量は、たとえば、袋詰正極２０および負極３０の厚さの平均値である。

以上のとおり、クランプヘッド１４３ａにより押圧されている積層体の上部に新たな袋詰正極２０（または、負極３０）が積層されれば、クランプヘッド１４３ａは、斜め上方に一度退避し、その後、新たな袋詰正極２０を押圧する。このとき、積層テーブル１４１は、積層体の最上面の高さが略一定に維持されるように、所定の下降量だけ下降する。積層テーブル１４１が下降して積層体の最上面の高さが略一定に維持されれば、袋詰正極２０および負極３０の積層の進行に応じて積層体の厚さが増加しても、クランプヘッド１４３ａの上昇量を積層体の最終的な厚さよりも小さい略一定の値に維持できる。たとえば、積層工程の最初から最後まで、クランプヘッド１４３ａの上昇量を袋詰正極２０の数枚分の厚さに維持することができる。したがって、クランパの上昇量が積層体の最終的な厚さよりも大きい場合と比較して、クランパ１４３の上昇動作に伴う袋詰正極２０および負極３０の縁部のめくれ度合いが低減する。すなわち、袋詰正極２０および負極３０に大きな変形を加えることなく袋詰正極２０および負極３０を積層することができる。

また、本実施形態の積層部１４０によれば、袋詰正極２０および負極３０が繰り返し積層される間、積層体の最上面の高さが略一定に維持されるため、第１および第２吸着ハンド１１４，１１５の鉛直方向の移動量（ストローク）を一定にすることができる。つまり、簡単な構成の積層ロボット１１０によって、積層テーブル１４１上に袋詰正極２０および負極３０を積層することができる。また、第１および第２吸着ハンド１１４，１１５の鉛直方向の位置を補正するための機構を第１および第２アーム部１１１，１１２の先端部に設ける必要がなく、第１および第２アーム部１１１，１１２を軽量化できる。第１および第２アーム部１１１，１１２が軽量化することにより、第１および第２アーム部１１１，１１２を高速で移動させることが可能になる。したがって、袋詰正極２０と負極３０の積層を高速化できる。

なお、本実施形態では、積層テーブル１４１は、積層体上に新たな袋詰正極２０または負極３０が積層される度に、袋詰正極２０および負極３０の厚さの平均値に相当する下降量だけ下降した。しかしながら、本実施形態とは異なり、積層テーブル１４１は、積層体上に新たな袋詰正極２０または負極３０が積層される度に、新たに積層された袋詰正極２０または負極３０の厚さと同じ量だけ下降してもよい。あるいは、積層テーブル１４１は、袋詰正極２０および負極３０が所定枚数（たとえば、各２枚）積層される度に下降してもよい。

なお、本明細書において、クランプヘッドの上昇量（移動量）が「略一定」であるという記載は、袋詰正極２０または負極３０の斜め上方に退避するクランプヘッド１４３ａの上昇量が常に一定である場合のみならず、上昇量が僅かに変動する場合も含む。たとえば、積層体上に新たな袋詰正極２０（または負極３０）が積層される度に、新たに積層された袋詰正極２０（または負極３０）の厚さと同じ量だけ積層テーブル１４１が下降する場合、クランプヘッド１４３ａの上昇量は常に一定に維持される。一方、積層テーブル１４１が、袋詰正極２０および負極３０の厚さの平均値に相当する下降量だけ下降する場合、クランプヘッド１４３ａの上昇量は、上記平均値と袋詰正極２０の厚さとの差、および、上記平均値と負極３０の厚さとの差に相当する量だけ変動する。本明細書において、クランプヘッドの上昇量が「略一定」であるという記載は、積層テーブル１４１の下降動作に応じて、上記のようにクランプヘッド１４３ａの上昇量が僅かに変動する場合を含む。

次に、図２４を参照して、クランパの変形例について説明する。

図２４は、クランパの変形例を示す斜視図である。図２４に示すとおり、変形例に係るクランパ１４３は、横断面円弧状のクランプヘッド１４３ａを有している。具体的には、袋詰正極２０および負極３０の底面とそれぞれ接触するクランプヘッド１４３ａの上面が、長手方向に沿って円弧状に形成されている。

このような構成によれば、袋詰正極２０または負極３０の底面とクランプヘッド１４３ａの上面との接触が滑らかになり、クランプヘッド１４３ａの上昇時にクランプヘッド１４３ａの上面が袋詰正極２０または負極３０の底面に与えるダメージを抑制できる。

なお、好ましくは、クランプヘッド１４３ａの上面は、長手方向のみならず長手方向に直交する方向に沿っても円弧状に形成される。

以上のとおり、説明した本実施形態は、以下の効果を奏する。

（ａ）第１および第２吸着ハンドにより吸着保持される直前に、袋詰正極および負極の位置がそれぞれ調整されるため、第１および第２吸着ハンドは、高い位置精度で袋詰正極および負極をそれぞれ吸着保持することができる。したがって、袋詰正極と負極とを効率よくかつ高精度に積層することができる。また、正極供給テーブルおよび負極供給テーブル側で、袋詰正極および負極の水平位置が調整されるため、積層ロボットの構成を簡素化でき、かつ、第１および第２アーム部を軽量化できる。第１および第２アーム部を軽量化することにより、第１および第２アーム部を高速に動作させることが可能になる。これにより、袋詰正極および負極の積層を高速化できる。また、積層テーブル上で袋詰正極および負極の側面を位置決め部材（たとえば、ホルダ）に当接させて袋詰正極および負極の位置決めを行う必要がないため、位置決め部材に当接したセパレータの端部が折れ曲がることがない。したがって、高品質の二次電池を形成することができる。

（ｂ）積層ロボットの２つのアーム部を任意の角度に延設することができるため、シート積層装置が適用されるスペースに応じて、多様な配置を実現できる。

（ｃ）カメラにより袋詰正極および負極が撮像され、袋詰正極および負極の位置が認識されるため、画像処理を用いて袋詰正極および負極の水平位置を容易に調整することができる。

（ｄ）袋詰正極内部の正極の位置が調整されるため、正極と負極の位置を合わせることが可能になる。したがって、袋詰正極と負極の位置を合わせる場合と比較して、リチウムイオン二次電池の性能が向上する。

（ｅ）積層テーブル上に積層される袋詰正極および負極の積層体の最上面の鉛直方向の位置が略一定に維持されるように積層テーブルが降下するため、第１および第２吸着ハンドの鉛直方向の移動量を一定に維持することができる。したがって、積層ロボットの構成を簡素化することができる。また、第１および第２アーム部の先端部に高さを補正する機構を設ける必要がなく、第１および第２アーム部を軽量化できる。これにより、袋詰正極および負極の積層を高速化できる。

（ｆ）袋詰正極および負極の積層体がクランパにより押圧されるため、積層時の袋詰正極および負極の位置ずれが防止される。したがって、袋詰正極および負極を高精度に積層することができる。

以上のとおり、説明した実施形態において、本発明の積層装置および積層方法を説明した。しかしながら、本発明は、その技術思想の範囲内において当業者が適宜に追加、変形、および省略することができることはいうまでもない。

たとえば、上述した実施形態では、正極がセパレータに挟み込まれてなる袋詰正極と、負極とを交互に積層する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、負極がセパレータに挟み込まれてなる袋詰負極と正極とが交互に積層されてもよい。

また、本発明の積層装置により形成される二次電池も、外装材の同一の端部から正極リードおよび負極リードが導出される形態に限定されるものではなく、たとえば、外装材の両端から正極リードおよび負極リードがそれぞれ導出される形態の二次電池であってもよい。

１０ リチウムイオン二次電池、
２０ 袋詰正極（セパレータ−電極組立体）、
２２ 正極（第１電極）、
３０ 負極（第２電極）、
４０ セパレータ、
１００ シート積層装置（積層装置）、
１１０ 積層ロボット、
１１１，１１２ アーム部、
１１３ Ｌ字状アーム、
１１４，１１５ 吸着ハンド（把持部）、
１１６ 駆動軸、
１１７ アーム駆動部、
１２０ 正極供給部、
１２１ 正極供給テーブル（第１テーブル）、
１２２，１３２ テーブル駆動部（調整部）、
１２６，１３６ 光源、
１２７，１３７ カメラ（撮像部）、
１３０ 負極供給部、
１３１ 負極供給テーブル（第２テーブル）、
１４０ 積層部、
１４１ 積層テーブル、
１４２ 高さ調整部、
１４３ クランパ、
１４４ クランパ駆動部。

Claims (12)

1. 第１電極がセパレータに挟み込まれてなるセパレータ−電極組立体と前記第１電極とは極性の異なる第２電極とを交互に積層するための積層装置であって、
   前記セパレータ−電極組立体が載置される第１テーブルと、
   前記第２電極が載置される第２テーブルと、
   前記セパレータ−電極組立体と前記第２電極とが交互に積層される積層テーブルと、
   前記第１テーブルの水平方向の位置を調整して、前記第１テーブル上の前記セパレータ−電極組立体の位置を調整する第１調整部と、
   前記第２テーブルの水平方向の位置を調整して、前記第２テーブル上の前記第２電極の位置を調整する第２調整部と、
   前記セパレータ−電極組立体を把持し、解放する第１把持部と、
   前記第２電極を把持し、解放する第２把持部と、を有し、
   前記第１把持部が前記第１テーブルと前記積層テーブルとの間を往復移動する一方で、前記第２把持部は前記積層テーブルと前記第２テーブルとの間を往復移動し、前記第１テーブル上で位置が調整された前記セパレータ−電極組立体を前記第１把持部が把持するときには、前記第２把持部は前記積層テーブル上で前記第２電極を解放し、前記第１把持部が前記積層テーブル上で前記セパレータ−電極組立体を解放するときには、前記第２テーブル上で位置が調整された前記第２電極を前記第２把持部が把持することを特徴とする積層装置。
2. 前記第１および第２把持部は、同一の回転軸を基準に互いに所定角度をなすように配置され前記所定角度揺動する第１および第２アーム部の先端にそれぞれ設けられており、
   前記第１および第２テーブルは、前記回転軸の周りに前記積層テーブルと前記所定角度の間隔をおいてそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１に記載の積層装置。
3. 前記第１テーブル上に載置された前記セパレータ−電極組立体を撮像して、前記第１テーブル上の前記セパレータ−電極組立体の位置を認識する第１撮像部と、
   前記第２テーブル上に載置された前記第２電極を撮像して、前記第２テーブル上の前記第２電極の位置を認識する第２撮像部と、をさらに有し、
   前記第１および第２調整部は、前記第１および第２撮像部により認識された位置の情報に基づいて、前記セパレータ−電極組立体および前記第２電極の位置をそれぞれ調整することを特徴とする請求項１または２に記載の積層装置。
4. 前記第１撮像部は、前記セパレータ−電極組立体内部の前記第１電極の位置を認識し、
   前記第１調整部は、前記セパレータ−電極組立体内部の前記第１電極の位置を調整することを特徴とする請求項３に記載の積層装置。
5. 前記積層テーブル上に積層される前記セパレータ−電極組立体と前記第２電極との積層体の最上面の鉛直方向の位置が一定範囲内に維持されるように、前記セパレータ−電極組立体および前記第２電極の積層の進行に応じて、前記積層テーブルを降下させる高さ調整部をさらに有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の積層装置。
6. 前記積層テーブルに積層されている前記積層体を上部から押圧するクランパをさらに有することを特徴とする請求項５に記載の積層装置。
7. 第１電極がセパレータに挟み込まれてなるセパレータ−電極組立体と前記第１電極とは極性の異なる第２電極とを交互に積層するための積層方法であって、
   前記セパレータ−電極組立体が載置される第１テーブルと、前記セパレータ−電極組立体と前記第２電極とが交互に積層される積層テーブルとの間を第１把持部に往復移動させる一方で、前記積層テーブルと前記第２電極が載置される第２テーブルとの間を第２把持部に往復移動させ、前記第１テーブルの水平方向の位置を調整することにより当該第１テーブル上で位置が調整された前記セパレータ−電極組立体を前記第１把持部に把持させるときには、前記第２把持部に前記積層テーブル上で前記第２電極を解放させ、前記第１把持部に前記積層テーブル上で前記セパレータ−電極組立体を解放させるときには、前記第２テーブルの水平方向の位置を調整することにより当該第２テーブル上で位置が調整された前記第２電極を前記第２把持部に把持させることを特徴とする積層方法。
8. 前記第１および第２把持部は、同一の回転軸を基準に互いに所定角度をなすように配置され前記所定角度揺動する第１および第２アーム部の先端にそれぞれ設けられており、
   前記第１および第２テーブルは、前記回転軸の周りに前記積層テーブルと前記所定角度の間隔をおいてそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項７に記載の積層方法。
9. 前記第１テーブル上に載置された前記セパレータ−電極組立体を第１撮像部により撮像することによって、前記第１テーブル上の前記セパレータ−電極組立体の位置が認識され、前記第２テーブル上に載置された前記第２電極を第２撮像部により撮像することによって、前記第２テーブル上の前記第２電極の位置が認識され、
   前記認識された位置の情報に基づいて、前記セパレータ−電極組立体および前記第２電極の位置がそれぞれ調整されることを特徴とする請求項７または８に記載の積層方法。
10. 前記セパレータ−電極組立体内部の前記第１電極の位置が前記第１撮像部により認識され、
    前記セパレータ−電極組立体内部の前記第１電極の位置が調整されることを特徴とする請求項９に記載の積層方法。
11. 前記積層テーブル上に積層される前記セパレータ−電極組立体と前記第２電極との積層体の最上面の鉛直方向の位置が一定範囲内に維持されるように、前記セパレータ−電極組立体および前記第２電極の積層の進行に応じて、前記積層テーブルが降下されることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の積層方法。
12. 前記積層テーブルに積層されている前記積層体が上部からクランパにより押圧されることを特徴とする請求項１１に記載の積層方法。

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