JP5426989B2

JP5426989B2 - 積層型電池製造装置

Info

Publication number: JP5426989B2
Application number: JP2009238488A
Authority: JP
Inventors: 勉杉原
Original assignee: Komatsu NTC Ltd
Current assignee: Komatsu NTC Ltd
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2009-10-15
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2029-10-15
Also published as: JP2011086506A

Description

本発明は、シート状の正極と負極とをセパレータを介して交互に積層してなる積層型電池の製造装置に関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車などに用いられる電池として、積層型のリチウムイオン二次電池の需要が増大している。これは、シート状の正極と負極とを、セパレータを介して交互に積層してなるもので、例として、正極にはアルミ箔にコバルト酸リチウムやニッケル酸リチウムを塗布したもの、負極には銅箔に黒鉛を塗布したもの、セパレータには高分子フィルムなどが用いられ、積層数を増やすことで、より大容量化できる。

ところで、需要の増大に伴い、その製造装置において生産速度の高速化が求められるようになったが、上記のリチウムイオン二次電池に代表される積層型電池の製造装置としては、従来、特許文献１に示すような装置があった。

特開２００８−２８２７５６号公報

しかしながら、特許文献１の装置は、正極、負極およびセパレータを積層する一工程ごとにアームの回転動作および上下方向の動作ならびにパッドの吸着および解放が行われるため、生産速度の高速化には限界があった。

本発明は、上記事情を鑑みたものであり、正極、負極およびセパレータを積層した電池材を高速生産できる積層型電池製造装置を提供することを目的とする。

本発明は、シート状の正極と負極とをセパレータを介して交互に積層してなる積層型電池の製造装置であって、正極、負極およびセパレータをそれぞれ切り離し容易な破断線を介して連続形成した連続正極材、連続負極材および連続セパレータ材を素材として、各素材を、連続セパレータ材、連続正極材、連続セパレータ材、連続負極材または連続セパレータ材、連続負極材、連続セパレータ材、連続正極材の順に、それぞれの破断線を一致させて重ね合わせて連続電池材を形成し送出する重合手段と、前記連続電池材を所定数の破断線ごとに切断して複数電池材を形成する切断手段と、前記複数電池材を必要積層数重ね合わせて保持する保持手段と、前記の重ね合わせた複数電池材を上下から挟み込んで固定する固定手段と、前記の固定した複数電池材の端部を把持して破断線ごとに引きちぎる破断手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、連続正極材、連続負極材および連続セパレータ材を素材として、これを重合手段により一度に重ね合わせることができる。そして送り出された連続電池材を所定数の破断線ごとに切断して、これを必要積層数重ね合わせ、その端部を引きちぎればよいから、従来のように正極、負極およびセパレータを一枚ずつ積層する場合と比べて工程数が少なく、生産速度を高速化できる。

本発明の積層型電池製造装置の概要図。素材の形状の説明図。電池材の斜視図。

本発明の積層型電池製造装置の具体的な構成について、各図面に基づいて説明する。この装置は、正極Ｐ、負極ＮおよびセパレータＳをそれぞれ切り離し容易なミシン目状の破断線Ｌを介して連続形成した連続正極材Ｐ１、連続負極材Ｎ１および連続セパレータ材Ｓ１を素材とする。正極Ｐおよび負極Ｎはいずれも略矩形であるが、その一辺の一部が延出した電極タブＴが必要であり、図２（ａ）に示すように、破断線Ｌを屈曲させることで電極タブＴを形成している。セパレータＳは矩形であり、破断線Ｌは直線である。

これらの連続正極材Ｐ１、連続負極材Ｎ１および連続セパレータ材Ｓ１は、図１（ａ）に示すように、ロール状に巻回されている。そしてそれぞれの素材が引き出され、重合手段１により重ね合わせられ、連続電池材Ｂ１が形成される。連続電池材Ｂ１は、図２（ｂ）に示すように、連続セパレータ材Ｓ１、連続正極材Ｐ１、連続セパレータ材Ｓ１、連続負極材Ｎ１の順に、それぞれの破断線Ｌの位置が一致するように重ね合わせられている。ただし、正極Ｐと負極Ｎとで電極タブＴの位置が逆になるよう、互いに反転して重ね合わせられている。なお、重合手段１は、対向する二つの回転ローラからなり、連続電池材Ｂ１を形成するとともに次工程へ送り出す。

続いて、送り出された連続電池材Ｂ１は、切断手段２により所定数の破断線Ｌごとに切断され、複数電池材Ｂ２が形成される。本実施例では、七本の破断線Ｌごとに切断している。切断手段２は、連続電池材Ｂ１を上下から挟み込んで切断するものである。ここで、図２（ｂ）に示すように、重ね合わせられた各素材の破断線Ｌは完全に一致しているものではないから、鋭利な刃で切り裂く方法では各素材の破断線Ｌどおりに切断することはできず、切断手段２は、上下から挟み込むことにより連続電池材Ｂ１の長手方向に引張り力を働かせて、破断線Ｌで引きちぎるものである。

続いて、複数電池材Ｂ２は、保持手段３に収容される。保持手段３は、平面形状が複数電池材Ｂ２と略同形状で上側が開口した箱体であって、これに複数電池材Ｂ２を連続して収容すれば、各複数電池材Ｂ２の位置を合わせた上で重ね合わせることができる。なお、複数電池材Ｂ２の保持手段３への収容については、切断した複数電池材Ｂ２を保持手段３へと落下させるものであってもよいし、何らかの搬送手段によって保持手段３へと移送するものであってもよい。

続いて、複数電池材Ｂ２が必要積層数重ね合わせられたら、これを押出手段６により側方から押し出し、固定手段４により上下から挟み込んで固定する（図１（ｂ））。押出手段６は、垂直の壁面を有し、重ね合わせた複数電池材Ｂ２の端面に当接して所定距離だけ押し出すものであり、固定手段４は、一般的なクランプからなる。なお、固定手段４は、最端の破断線ＬＥの内側を挟み込む。そして、破断手段５により、固定した複数電池材Ｂ２の端部を把持し、複数電池材Ｂ２の長手方向に引張ることで、各素材を破断線Ｌで引きちぎり、正極Ｐ、負極ＮおよびセパレータＳが重ね合わせられた電池材Ｂが完成する（図１（ｃ））。この電池材Ｂの斜視図を図３に示す。

その後、固定手段４による固定を解除し、押出手段６により複数電池材Ｂ２を破断線Ｌ一本分押し出し、再び固定手段４により固定して、破断手段５により複数電池材Ｂ２の端部を把持して引きちぎる（図１（ｄ））。これを複数電池材Ｂ２がなくなるまで繰り返し、複数電池材Ｂ２がなくなったら、再び切断手段２により連続電池材Ｂ１を切断して、保持手段３に複数電池材Ｂ２を収容する。

なお、完成した電池材Ｂについては、正極Ｐの電極タブＴ（Ｐ）同士、負極Ｎの電極タブＴ（Ｎ）同士をそれぞれ連結し、これをケースに納めて電解液に浸せば、電池が得られる。

このように構成した積層型電池製造装置は、連続正極材、連続負極材および連続セパレータ材を素材として、これを対向する二つの回転ローラからなる重合手段により一度に重ね合わせることができる。そして送り出された連続電池材を所定数の破断線ごとに切断して、これを必要積層数重ね合わせ、その端部を引きちぎることで、電池材を得ることができるから、従来のように正極、負極およびセパレータを一枚ずつ積層する場合と比べて工程数が少なく、生産速度を高速化できる。

本発明は、上記の実施形態に限定されない。たとえば、保持手段は、箱体に限られず、複数電池材の四隅にのみ当接する部材が位置しているものなど、複数電池材を互いに位置合わせして重ねることができれば、どのようなものであってもよい。また、保持手段を複数設けて、一つの保持手段で重ねた複数電池材を破断して電池材を形成している間に、別の保持手段に複数電池材を収容すれば、より生産速度を高速化できる。

１重合手段
２切断手段
３保持手段
４固定手段
５破断手段
Ｐ正極
Ｐ１連続正極材
Ｎ負極
Ｎ１連続負極材
Ｓセパレータ
Ｓ１連続セパレータ材
Ｌ破断線
Ｂ１連続電池材
Ｂ２複数電池材

Claims

シート状の正極と負極とをセパレータを介して交互に積層してなる積層型電池の製造装置であって、
正極、負極およびセパレータをそれぞれ切り離し容易な破断線を介して連続形成した連続正極材、連続負極材および連続セパレータ材を素材として、
各素材を、連続セパレータ材、連続正極材、連続セパレータ材、連続負極材または連続セパレータ材、連続負極材、連続セパレータ材、連続正極材の順に、それぞれの破断線を一致させて重ね合わせて連続電池材を形成し送出する重合手段と、
前記連続電池材を所定数の破断線ごとに切断して複数電池材を形成する切断手段と、
前記複数電池材を必要積層数重ね合わせて保持する保持手段と、
前記の重ね合わせた複数電池材を上下から挟み込んで固定する固定手段と、
前記の固定した複数電池材の端部を把持して破断線ごとに引きちぎる破断手段とを備えることを特徴とする積層型電池製造装置。