JP2000011999A - ポリマー電池用電極要素の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 常時、所要の加圧荷重を電極部材積層体に加
えることにより、歩留まりよく高品質なポリマー電池用
電極要素を得ることができる製造装置の提供。 【解決手段】 ポリマー電池用電極部材の積層体を加熱
する加熱源5a，5bと、前記加熱されたポリマー電池用電
極部材の積層体を周面間挿通で加圧一体化する一対の回
転型加圧ロール6a，6bと、前記回転型加圧ロール6a，6b
の少なくとも一方を対向外周面間隔の任意な設定が可能
に摺動的に軸支する摺動軸支機構7a，7bと、前記摺動軸
支機構7a，7bによる摺動的に軸支を定量規制し、回転型
加圧ロール6a，6bの対向外周面間隔12を制御する制御ス
トッパー11とを有することを特徴とするポリマー電池用
電極要素の製造装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポリマー電池用電
極要素の製造装置に係り、さらに詳しくはポリマー電池
用電極要素を成す積層体のラミネーション装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話機や携帯型ノートパソコ
ンなど電子機器のコードレス化、高性能化はめざまし
く、これら電子機器の電源となる二次電池においても、
小形、軽量、薄型化や大容量化などが求められている。
そして、このような要望に対して、正極層、ポリマ−電
解質層および負極層を重ね合わせ、シート状（薄型）に
一体化した構成の電極要素を備えた厚さ 0.5mm程度のリ
チウム非水溶媒電池も知られている（たとえば米国特許
第 5,296,318号明細書）。

【０００３】図４は、前記ポリマー電解質電池用電極要
素の一構成例の要部を断面的に示したものである。図４
において、１はセパレーターの機能をする電解質保持性
のポリマ−電解質系（たとえばヘキサフロロプロピレン
−フッ化ビニリデン共重合体などのポリマーと、リチウ
ム塩などのエチレンカーボネート溶液…非水電解液…と
の系）、２は金属酸化物などの活物質、非水電解液およ
び電解質保持性ポリマーを含む正極層を集電体に積層し
て成る正極、３はリチウムイオンを吸蔵・放出する活物
質、非水電解液および電解質保持性ポリマーを含む負極
層を集電体に積層して成る負極である。そして、この電
極要素は、前記正極２および負極３の裏面側を樹脂フィ
ルムで被覆保護・シール層（封止層）するか、外装缶内
に封装して電池を組み立てている。

【０００４】ここで、正極２の活物質としては、たとえ
ばリチウムマンガン複合酸化物、二酸化マンガン、リチ
ウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケルコバル
ト酸化物、リチウムを含む非晶質五酸化バナジウム、カ
ルコゲン化合物などが挙げられる。また、負極活物質と
しては、たとえばビスフェノール樹脂、ポリアクリロニ
トリル、セルローズなどの焼成物、コークスやピッチの
焼成物が挙げられ、これらは天然もしくは人口グラファ
イト、カーボンブラック、アセチレンブラック，ケッチ
ェンブラック、ニッケル粉末、ニッケル粉末などを含有
した形態を採ってもよい。

【０００５】さらに、電解質系１は、たとえばエチレン
カーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカー
ボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネー
ト、メチルエチルカーボネートなどの非水溶媒に、過塩
素酸リチウム、六フッ化リン酸リチウム、ホウ四フッ化
リチウム、六フッ化ヒ素リチウム、トリフルオロメタン
スルホン酸リチウムなどを 0.2〜 2mol/ l程度に溶解さ
せたものが挙げられる。 ところで、この種の軽量で、
フレキシブルなポリマー電池の製造に当たっては、その
前提として、電極部材のラミネーションが行われる。す
なわち、電極部材であるシート状の正極２、セパレータ
（ポリマ−電解質系）１および負極３を積層状に組み合
わせ、この積層体を回転型加圧ロール（ラミネーターロ
ール）間を通過させる過程で一体化する。ここで、回転
型加圧ロールは、電熱もしくは温水を熱源とした加温型
に構成されていることが望ましい。

【０００６】その後、一体化された電極要素を、要すれ
ば所定の形状・寸法に切断分離して外部用リードを付設
し、たとえば電池外装缶内に装着する。次いで、要すれ
ば電解液を供給・注入した後、前記外部用リードを導出
させながら、電池外装缶の開口部を封止することによっ
て、リチウムポリマー電池を製造している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記電極部材
の積層体を一体化する製造手段（製造装置）の場合、加
圧・荷重の設定が難しく、所要の性能を有するポリマー
電池用電極要素の製造歩留まりが、一般的に劣るという
問題がある。たとえば柔軟なゴム類をライニングした加
圧ロールを使用した一般的に知られているラミネート装
置では、加圧時の荷重を低め設定することになり、積層
一体化が不十分でコンパクト化など阻害される。また、
一般的に知られているロール型プレス方式は、被積層体
に対してロールギャップ規制型であるため、電極部材積
層体の厚さによって荷重が変化し、一定のラミネーショ
ンを行えない。

【０００８】この荷重の一定化を図るために、加圧ロー
ルに所要の荷重を印加することも試みられているが、加
圧ロール間を挿通する段階で、被積層体の先端部が潰さ
れ、加圧ロール間を挿通して積層一体化（電極要素化）
した後には、後端側に食み出して一部厚い部分を発生す
る。ここで、電極要素に厚さの異なる部分を発生するこ
とは、電池反応上において、反応部分の不均一さなどを
招来し、ポリマー電池の性能に悪影響を及ぼし、結果的
に、信頼性などが損なわれる恐れがある。

【０００９】本発明は、このような事情に対してなされ
たもので、常時、所要の加圧荷重を電極部材積層体に加
えることにより、歩留まりよく高品質なポリマー電池用
の電極要素を得ることができる製造装置の提供を目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ポリ
マー電池用電極部材の積層体を加熱する加熱源と、前記
加熱されたポリマー電池用電極部材の積層体を周面間挿
通で加圧一体化する一対の回転型加圧ロールと、前記回
転型加圧ロールの少なくとも一方を対向外周面間隔の任
意な設定が可能に摺動的に軸支する摺動軸支機構と、前
記摺動軸支機構による摺動的に軸支を定量規制し、回転
型加圧ロールの対向外周面間隔を制御する制御ストッパ
ーと、を有することを特徴とするポリマー電池用電極要
素の製造装置である。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１記載のポリマ
ー電池用電極要素の製造装置において、回転型加圧ロー
ルがポリマー電池用電極部材の積層体を加熱する加熱源
を内蔵していることを特徴とする。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１もしくは請求
項２記載のポリマー電池用電極要素の製造装置におい
て、摺動的に軸支された回転型加圧ロールの少なくとも
一方に、荷重を負荷する荷重負荷機構を付設したことを
特徴とする。

【００１３】請求項１ないし請求項３の発明は、一対の
回転型加圧ロール外周面間における加圧・一体化に当た
って、電極部材の積層厚さ、電極部材の材質などに対応
し、全体的に一様な所要の加圧・荷重を与え、性能的に
もバラツキのない電極要素を歩留まりよく得ることなど
を目的としている。ここで、一対の回転型加圧ロール
は、通常、電極部材積層体を加熱する一方、電極部材積
層体を搬送・供給する加熱源内蔵型の搬送機構に隣接配
置されている。

【００１４】つまり、ポリマー電池用電極部材積層体の
所要温度加熱後、連続的に回転型加圧ロールに供給され
る構成と成っている。したがって、搬送機構とほぼ等速
度で回転することにより、前記積層体外周面の摩擦損傷
の発生など回避しながら、一体化することが可能とな
る。

【００１５】請求項１ないし請求項３の発明において、
要すれば、ポリマー電池用電極部材の積層体を搬送する
搬送機構は、たとえば挟持的に保持できるように配設さ
れた一対のエンドレス型ベルトが挙げられ、一般的に
は、少なくとも40〜 200℃程度の温度に耐える耐熱性が
要求される。ここで、エンドレス型ベルトは、ポリマー
電池用の電極部材積層体を、型崩れなどを起こさせず
に、いわば補強しながら加圧ロールへ搬送することがで
きる。

【００１６】なお、回転型加圧ロールへの供給電に先立
って、極部材積層体を加熱する加熱源は、たとえば電気
抵抗発熱や、温水もしくは水蒸気などである。こうした
意味で、搬送機構に内蔵させた場合、たとえばエンドレ
ス型ベルトは、前記所要温度を伝達できる程度の厚さ、
材質、もしくは構造などが望まれる。すなわち、材質が
テトラフロロエチレン繊維の場合は、厚さ 0.1〜 0.5mm
程度のテープもしくはシート状が好ましい。

【００１７】また、前記一対の搬送機構の走行駆動機構
は、たとえばエンドレス型ベルトの場合、駆動源となる
駆動ロール、走行をガイドするガイドロールを有するも
ので、これら一対の耐熱性エンドレスベルトは、一定方
向にほぼ等速度で走行させることによって、前記積層体
外周面の摩擦損傷の発生など回避できる。さらに、前記
一対の搬送機構で挟持的に保持し、変形や損傷などが起
こらないように、ポリマー電池用電極部材の積層体を搬
送するため、両エンドレス型ベルト主面の間隔は適宜調
整される構成としておくことが望ましい。

【００１８】請求項１ないし３の発明において、一対の
回転型加圧ロールは、たとえばステンレス鋼などの金
属、あるいはセラミックスなどを素材とし、圧着面を平
坦に加工した円柱体であり、また、圧着面の大きさや形
状などは、被圧着体としての電極部材積層体に対応して
適宜設定される。

【００１９】さらに、前記加圧ロールの対向外周面間の
間隔ないし圧着（加圧）力を任意に設定可能とするた
め、少なくとも一方の回転型加圧ロールが他方の加圧ロ
ール側に平行して離接できるように、摺動軸支機構は、
摺動的に軸支する構成が採られている。なお、この軸支
の摺動は、回転型加圧ロールの軸支機構を他の回転型加
圧ロールの軸支機構に対し、シリンダー機構などにより
一体的に摺動させることで行える。ここで、シリンダー
機構などは、回転型加圧ロールの軸支機構を介して、回
転型加圧ロールに荷重を負荷することもできる。

【００２０】請求項１ないし３の発明において、制御ス
トッパーは、摺動軸支機構の摺動可能な間隔を定量規制
するものである。すなわち、少なくとも一方の回転型加
圧ロールを摺動的に軸支する摺動軸支機構に対し、その
摺動離間を停止させるストッパーである。そして、この
制御ストッパーにより摺動を一定間隔に規制し、回転型
加圧ロールの対向外周面間隔を制御し、積層一体化する
電極部材積層体の厚さや素材などに対応した圧着が行わ
れることになる。

【００２１】請求項１ないし３の発明では、ポリマー電
池用電極部材の積層体が予め加熱された状態で、回転型
ロールに供給されて加圧一体化する。そして、加圧・一
体化時において、電極部材の積層体の厚さや材質などに
対応して、回転型ロールの圧着外周面の間隔が容易に規
制できるので、圧着・一体化の負荷荷重も全体的に均一
化され、高品質な電池要素を歩留まりよく、かつ量産的
に提供することが可能となる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図１，図２および図３を参
照して実施例を説明する。

【００２３】図１，図２および図３は実施例に係る電極
要素製造装置の概略構成を示したので、図１は断面図、
図２は正面図、図３は平面図である。図１〜図３におい
て、4a，4bは基台（図示省略）に固定的に配置された一
対の支持体、5aは前記一対の支持体4a，4bに支持された
固定型ヒーターブロック、5bは前記固定型ヒーターブロ
ック5aに対向し、かつ接離可能的に第１のエアーシリン
ダー5cで支持された可動型ヒーターブロックである。

【００２４】また、6a，6bは前記ヒーターブロック5a，
5bで、所要の温度に加熱されたポリマー電池用電極部材
の積層体を一体化する一対の回転型加圧ロール（ラミネ
ートロール）である。ここで、回転型加圧ロール6a，6b
は、たとえばスチール製で直径 100mm程度、ロール幅 4
00mm程度のロール基体の外周面を約0.05mm厚の窒化アル
ミニユム層をコーティングした構成と成っており、以下
に説明するような摺動軸支機構で、それぞれ軸支されて
いる。

【００２５】すなわち、一方の回転型加圧ロール6aは、
第１の加圧ロール保持部7aに回転可能に軸支され、他方
の回転型加圧ロール6bは、前記第１の加圧ロール保持部
7aを摺動的に配置・装着する第２の加圧ロール保持部7b
に回転可能に軸支されている。さらに、詳述すると、前
記第１の加圧ロール保持部7aの外側面を、第２の加圧ロ
ール保持部7bの内側面に係合・摺動に配置し、この第１
の加圧ロール保持部7aを第２のエアシリンダー8a，8bに
よって、固定型化させた回転型加圧ロール6bに対して、
可動型化させた回転型加圧ロール6aを平行に離接できる
ように構成してある。

【００２６】なお、前記回転型加圧ロール6a，6bは、た
とえばモータ９などの回転駆動力を、ギアなどの動力伝
達機構10を介して回転する。また、前記第２のエアシリ
ンダー8a，8bは、回転型加圧ロール6aに一定の荷重を負
荷している状態となる。

【００２７】さらに、11は前記回転型加圧ロール6bに対
する回転型加圧ロール6aの平行的な離接間隔（定量規
制）12を行う制御ストッパーで、第２の加圧ロール保持
部7bに、前記の離接間隔12を任意に調整・設定できるよ
うに装着配置されている。ここで、制御ストッパー11
は、たとえばマイクロメーターヘッドなどであり、この
制御ストッパー11の開閉により、第１の加圧ロール保持
部7aを進退させ、結果的に、固定型化させた回転型加圧
ロール6b外周面に対して、対向する可動型化させた回転
型加圧ロール6aの外周面を平行に離接させる。なお、制
御ストッパー11による定量規制12は、一般的に、圧着形
成する電極要素の厚さに対し、＋ 5μm 程度とすること
が望ましい。

【００２８】次に、上記製造装置の動作について説明す
る。

【００２９】先ず、シート状でセパレーターの機能をす
る電解質保持性のポリマ−電解質系（たとえばヘキサフ
ロロプロピレン−フッ化ビニリデン共重合体などのポリ
マを挟んで、シート状の正極（たとえば金属酸化物など
の活物質および電解質保持性ポリマーを含む正極層を集
電体に積層したもの）と、シート状の負極（たとえばリ
チウムイオンを吸蔵・放出する活物質および電解質保持
性ポリマーを含む負極層を集電体に積層したもの）とを
積層した積層体を用意する。

【００３０】次いで、電極要素を成す積層体をヒーター
ブロック5a，5b間に挟持的な保持し、所定温度（一般的
には 100〜 160℃程度）で加熱する。このヒーターブロ
ック5a，5bによって、一次的に加熱された積層体は、回
転型加圧ロール6a，6bの間を挿通させ、対向する外周面
により加圧一体化が行われる。すなわち、一次的に加熱
された積層体の先端部が回転型加圧ロール6a，6bの間を
挿通されると、回転型加圧ロール6aを摺動的に軸支して
いる第１の加圧ロール保持部7aは，回転型加圧ロール6a
を軸支したまま上昇する。

【００３１】そして、第１の加圧ロール保持部7aは、制
御ストッパー11により予め設定されている定量規制され
る。つまり、固定型の回転型加圧ロール6b外周面に対
し、摺動的に、摺動軸支機構に軸支された回転型加圧ロ
ール6aは、加圧（圧着）一体化する積層体の厚さに相当
する対向間隔に規制され、回転型加圧ロール6a支軸の摺
動のストロークが一定の範囲12内に抑えられる。この回
転型加圧ロール6aの摺動量規制12によって、回転型加圧
ロール6aの加圧（圧着）力（たとえば 0.5〜2kgf／cm）
が一定に保たれるとともに、加圧・圧着体（電極要素）
厚の一様性が確保される。すなわち、部分的な膜厚の変
化もない、一様な性能を呈する電極要素が、歩留まりよ
く形成される。

【００３２】なお、上記製造装置の構成において、ヒー
ターブロック5a，5b部を加圧・一体化する積層体の搬送
に組み込んで、連続的に電極要素を形成する方式化する
こともできる。すなわち、積層体を挟持的に搬送できる
ように、一対の耐熱性エンドレス型ベルト（たとえばテ
トラフロロエチレン繊維製）を配置し、回転駆動用ロー
ルおよび回転ガイドロールによって一定の方向に対向し
て走行する構成として、積層体の搬送路となる面の内側
にヒーターブロック5a，5bを配置してもよい。

【００３３】また、上記構成においては、一方の耐熱性
エンドレス型ベルトおよびヒーターブロック5bに対し
て、他方の耐熱性エンドレス型ベルトおよびヒーターブ
ロック5aを離接可能に配置し、搬送する積層体の厚さに
対応して対向面間を任意に調整できるようにしておくこ
とが好ましい。さらに、この場合は、エンドレス型ベル
トの回転搬送（走行）に同期して、回転型加圧ロール6
a，6bをほぼ等速度で回転駆動するようにしてもよい。

【００３４】なお、本発明は上記例示に限定されるもの
でなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形
を採ることができる。たとえば回転型加圧ロールに加熱
源を内蔵させた構成とすることもできるし、あるいは回
転型加圧ロールの軸支の摺動的な進退・駆動は、エアシ
リンダーの代りにオイルシリンダーなど他の駆動源であ
ってもよい。

【００３５】

【発明の効果】請求項１〜３の発明によれば、高品質な
ポリマー電池の電極要素を歩留まりよく、かつ量産的に
提供することができる。すなわち、ポリマー電池用電極
要素のラミネーションにおいて、回転型加圧ロールの対
向外周面間が、積層・一体化する電極部材の厚さに対応
して一定の間隔内で圧接を行うため、電極部材は、常
時、良好な平滑外周面で、かつ全面的にほぼ一様な荷重
で一体化（ラミネーション）される。したがって、緻密
性など質的にもバラツキのない、一定性能の電極要素を
再現性よく製造することができ、信頼性の高いポリマー
電池の歩留まりよい量産に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の電極要素製造装置の概略構成を示す断
面図。

【図２】実施例の電極要素製造装置の概略構成を示す正
面図。

【図３】実施例の電極要素製造装置の概略構成を示す平
面図。

【図４】ポリマー電池用の電極要素の概略構成を示す断
面図。

【符号の説明】

4a，4b……支持体 5a……固定型ヒーターブロック 5b……可動型ヒーターブロック 5c……第１のエアシリンダー 6a，6b……回転型加圧ロール 7a……第１の加圧ロール保持部（摺動軸支機構） 7b……第１の加圧ロール保持部（摺動軸支機構） 8a，8b……第２のエアシリンダー ９……モータ（回転駆動源） 10……動力伝達機構 11……制御ストッパー 12……定量規制（離接間隔）

フロントページの続き (72)発明者 島津 健児 東京都品川区南品川３丁目４番10号 東芝 電池株式会社内 (72)発明者 下村 敬一 東京都品川区南品川３丁目４番10号 東芝 電池株式会社内 Ｆターム(参考） 5H014 AA01 BB01 BB05 BB17 CC01 EE02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリマー電池用電極部材の積層体を加熱
   する加熱源と、 前記加熱されたポリマー電池用電極部材の積層体を周面
   間挿通で加圧一体化する一対の回転型加圧ロールと、 前記回転型加圧ロールの少なくとも一方を対向外周面間
   隔の任意な設定が可能に摺動的に軸支する摺動軸支機構
   と、 前記摺動軸支機構による摺動的に軸支を定量規制し、回
   転型加圧ロールの対向外周面間隔を制御する制御ストッ
   パーと、を有することを特徴とするポリマー電池用電極
   要素の製造装置。
2. 【請求項２】 回転型加圧ロールがポリマー電池用電極
   部材の積層体を加熱する加熱源を内蔵していることを特
   徴とする請求項１記載のポリマー電池用電極要素の製造
   装置。
3. 【請求項３】 摺動的に軸支された回転型加圧ロールの
   少なくとも一方に、荷重を負荷する荷重負荷機構を付設
   したことを特徴とする請求項１もしくは請求項２記載の
   ポリマー電池用電極要素の製造装置。