JP2018185902A - 電極積層装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電極組立体の品質を確保しつつ、電極の積層速度を向上させることが可能な電極積層装置を提供する。【解決手段】電極積層装置２０は、Ｎ（Ｎは、２以上の整数）段の積層部材５１を有する積層ユニット２５と、セパレータ付き正極１１を搬送する正極搬送ユニット２１と、正極搬送ユニット２１に搬送されているセパレータ付き正極１１を積層ユニット２５に向けて排出する排出動作を行う正極排出ユニット２６と、を備える。正極搬送ユニット２１の複数の支持部３２のうちのＭ（Ｍは、２以上且つＮ以下の整数）個の支持部３２は、Ｍ台の正極供給用コンベア２３のそれぞれから供給されるセパレータ付き正極１１を支持面３２ｃにおいて受け取って支持する。正極排出ユニット２６は、一回の排出動作によって、複数のセパレータ付き正極１１のうちのＮ個のセパレータ付き正極１１のそれぞれをＮ段の積層部材５１のそれぞれに向けて排出する。【選択図】図４

Description

本発明は、電極積層装置に関する。

リチウムイオン二次電池などの蓄電装置の製造工程は、概略として、正極の製造工程、負極の製造工程、及び製造された正極及び負極を用いて電池を組立てる組立工程、に区分され得る。蓄電装置の電極組立体の構造が積層型である場合、組立工程は、電極積層装置を用いて複数の正極及び複数の負極を積層する積層工程を含む。従来の電極積層装置として、例えば、特許文献１に記載の二次電池用電極積層体作成装置が知られている。この二次電池用電極積層体作成装置は、複数の正極板シートを１枚ずつ集積装置に搬送する搬送機構としての正極板シート搬送ベルトと、複数の負極板を１枚ずつ集積装置に搬送する搬送機構としての負極板搬送ベルトと、を備えている。集積装置は、水平面に対して三次元的に傾いた支持基板と支持基板から垂直方向に立ち上がる側板とを有する集積部と、正極板及び負極板が支持基板上に積層される過程において支持基板に振動を与えるずれ防止部と、を備えている。

電極等のワークを所定位置に搬送する搬送機構としては、電極積層装置以外の技術分野において、様々なものが知られている。例えば、特許文献２に記載の搬送装置は、間欠的に駆動される環状のチェーンと、チェーンに設けられた複数のトレーと、トレーへのワーク投入又はトレーからのワーク排出動作と同期してバッファ機構本体を昇降可能な手段とを有するバッファ機構を備えている。

特開２０１１−２５８４１８号公報 特開平５−２０１５２９号公報

ところで、蓄電装置の製造ラインの生産性を向上させる方法の一つは、製造ラインの高速化である。特許文献１に記載の二次電池用電極積層体作成装置を用いた積層工程では、正極板シート搬送ベルト及び負極板搬送ベルトの搬送速度を上げることで集積装置（積層部）への電極の供給速度（積層速度）を上げることが考えられる。ただし、正極板シート搬送ベルト及び負極板搬送ベルトの搬送速度を上げた場合、正極板シート搬送ベルト及び負極板搬送ベルトのそれぞれから供給された電極は、集積装置における集積部の側板に衝突する速度も上がる。

活物質層が形成された電極は、同サイズの紙及び樹脂フィルム等よりも剛性が高く、外周の一辺で側板に衝突した場合、電極全体が撓み、その後、跳ね返りが生じる。このような傾向は、電極の供給速度が上がるほど、顕著になる。特許文献１に記載の構成であれば、跳ね返りが生じても、三次元的に傾いた集積部の構成とずれ防止部による集積部の振動とにより、最終的には電極が側板に当たった状態で位置決めされる。しかし、跳ね返り後の電極の動きが収束するまでに次の電極が供給されると、跳ね返り後の動きが収束していない電極が、積層済みの電極と次の電極とに挟まれることで位置ずれした状態で停止してしまう。その結果、最終的に内部に位置ずれした電極を含む積層体（電極組立体）が形成されてしまう。

上記のような積層体の形成を抑制するためには、先に積層される電極の動きが収束した後に、次の電極が供給される必要がある。ここで、電極の供給速度（搬送速度）を上げていくと、電極の位置ずれを防止するために、電極の供給間隔を長く設定する必要がある。その結果、積層速度は頭打ちになる。

他方、電極が集積部の側板に勢いよく衝突すると、電極の表面に形成された活物質層から、活物質粒子又は粒子塊が剥離する粉落ちが増加するなど、電極がダメージを受ける。その結果、電極組立体の品質を低下させるおそれがある。また、特許文献１に記載の二次電池用電極積層体作成装置に特許文献２に記載の搬送装置を適用させた場合であっても、ワークとしての電極がトレーに投入される際にバッファ機構に衝突することにより、電極がダメージを受けるおそれがある。

本発明は、電極組立体の品質を確保しつつ、電極の積層速度を向上させることが可能な電極積層装置を提供する。

本発明の一側面に係る電極積層装置は、シート状の電極が積層されるＮ（Ｎは、２以上の整数）段の積層部材を有する積層部と、互いに同一の極性を有する複数の電極を搬送する搬送部と、搬送部によって搬送されている電極を積層部に向けて排出する排出動作を行う排出部と、を備える。搬送部は、上昇した後に下降する循環経路を形成するように循環する外周面を含む循環部材と、循環経路に沿って外周面に設けられ、外周面に交差する支持面を含む複数の支持部と、を有する。複数の支持部のうちのＭ（Ｍは、２以上且つＮ以下の整数）個の支持部は、Ｍ台の供給装置のそれぞれから供給される電極を支持面において受け取って支持し、排出部は、一回の排出動作によって、複数の電極のうちのＮ個の電極のそれぞれをＮ段の積層部材のそれぞれに向けて排出する。

この電極積層装置において、Ｍ（Ｍは、２以上の整数）個の電極は、Ｍ台の供給装置のそれぞれから供給される。このＭ個の電極を、Ｍ個の支持部が各支持面において受け取って支持している。また、排出部が、一回の排出動作によって、Ｎ（Ｎは、Ｍ以上の整数）個の電極のそれぞれをＮ段の積層部材のそれぞれに向けて排出する。この構成により、Ｎ個の電極が並行して積層されるので、Ｎ個の積層体を並行して得ることができる。このため、例えば、位置ずれしない供給速度で電極を排出したとしても、１個の電極を順次積層する場合と比較して、多くの積層体を得ることができる。

一方で、Ｎ個の電極を並行して積層するためには、それに応じて多くの電極の供給を受ける必要がある。Ｍ個の電極を並行して受け取ることで、１個の電極を順次受け取る場合よりも遅い供給速度で電極の供給を受けることができる。したがって、搬送部への電極の供給速度と搬送部からの電極の排出速度とを一定のペースに確保したままで、電極の積層の高速化を実現することができる。供給時における電極の供給速度を下げることにより、電極が受けるダメージが低減され、積層時における電極の排出速度を下げることにより、電極の位置ずれを抑制することができる。以上により、電極組立体の品質を確保しつつ、電極の積層速度を向上させることが可能となる。

Ｍは、２以上且つＮよりも小さい整数であってもよい。この場合、受け取った数（Ｍ個）よりも多い数（Ｎ個）の電極を並行して積層することができる。このため、搬送部への電極の供給速度よりも積層部材への電極の積層速度を下げることができる。これにより、電極が積層されるペースの低下を防ぎつつ、積層時における電極の位置ずれを更に抑制することができる。したがって、電極組立体の品質を確保しつつ、電極の積層速度を向上させることが可能となる。

Ｍ台の供給装置を更に備え、Ｍ台の供給装置のそれぞれは、外周面が上昇する上昇区間において、互いに異なる高さに位置するＭ個の支持部のそれぞれに電極を供給してもよい。この場合、Ｍ台の供給装置のそれぞれによって、互いに異なる高さに位置するＭ個の支持部のそれぞれに電極を供給することができる。

外周面は、間欠駆動により循環しており、外周面が停止してから次に駆動するまでの間に、Ｍ個の支持部が電極を受け取ってもよい。この場合、Ｍ個の支持部のそれぞれは、外周面が停止してから次に駆動するまでの所定時間内に、Ｍ個の電極のそれぞれを受け取ることができる。

本発明によれば、電極組立体の品質を確保しつつ、電極の積層速度を向上させることができる。

一実施形態に係る電極積層装置を適用して製造される蓄電装置の内部を示す断面図である。 図１のII-II線に沿った断面図である。 図２に示されたセパレータ付き正極及び負極の平面図である。 第１実施形態に係る電極積層装置を示す側面図（一部断面を含む）である。 図４に示された支持部の構成を示す図である。 図４に示された排出ユニットの構成を示す図である。 変形例に係る電極積層装置を示す側面図（一部断面を含む）である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、一実施形態に係る電極積層装置を適用して製造される蓄電装置の内部を示す断面図である。図２は、図１のII-II線に沿った断面図である。図３は、図２に示されたセパレータ付き正極及び負極の平面図であり、図３の（ａ）はセパレータ付き正極の平面図、図３の（ｂ）は負極の平面図である。図１及び図２に示される蓄電装置１は、例えばリチウムイオン二次電池といった非水電解質二次電池として構成されている。

蓄電装置１は、例えば略直方体形状のケース２と、ケース２内に収容された電極組立体３とを備えている。ケース２は、例えばアルミニウム等の金属によって形成されている。ケース２の内部には、図示はしないが、例えば非水系（有機溶媒系）の電解液が注液されている。ケース２上には、正極端子４及び負極端子５が互いに離間して配置されている。正極端子４は、絶縁リング６を介してケース２に固定され、負極端子５は、絶縁リング７を介してケース２に固定されている。また、電極組立体３とケース２の内側の側面及び底面との間には絶縁フィルムＦが配置されており、当該絶縁フィルムＦによってケース２と電極組立体３との間が絶縁されている。電極組立体３の下端は、絶縁フィルムＦを介してケース２の内側の底面に接触している。電極組立体３とケース２との間にスペーサＳを配置することにより、電極組立体３とケース２との間の隙間が埋められている。スペーサＳは、一枚または複数枚のシートを備えており、当該シートの枚数は電極組立体３の厚さのバラツキに対応して調整される。

電極組立体３は、シート状の複数の正極８とシート状の複数の負極９とが袋状のセパレータ１０を介して交互に積層された構造を有している。正極８は、袋状のセパレータ１０に包まれている。袋状のセパレータ１０に包まれた状態の正極８は、セパレータ付き正極１１として構成されている。したがって、電極組立体３は、電極としての複数のセパレータ付き正極１１と電極としての複数の負極９とが交互に積層された構造を有している。なお、電極組立体３の両端部に位置する電極は、負極９である。

正極８は、例えばアルミニウム箔からなる正極集電体である金属箔１４と、金属箔１４の両面に形成された正極活物質層１５とを有している。金属箔１４は、平面視矩形状の箔本体部１４ａと、箔本体部１４ａと一体化されたタブ１４ｂとを有している。タブ１４ｂは、箔本体部１４ａの長手方向の一端部近傍の縁から突出している。そして、タブ１４ｂは、セパレータ１０の長手方向の側縁近傍において、セパレータ１０を突き抜けている。タブ１４ｂは、導電部材１２を介して正極端子４に接続されている。なお、図２では、便宜上タブ１４ｂを省略している。

正極活物質層１５は、箔本体部１４ａの表裏両面に形成されている。正極活物質層１５は、正極活物質とバインダとを含んで形成された多孔質の層である。正極活物質としては、例えば複合酸化物、金属リチウムまたは硫黄等が挙げられる。複合酸化物には、例えばマンガン、ニッケル、コバルト及びアルミニウムの少なくとも１つとリチウムとが含まれる。

図３の（ａ）に示されるように、セパレータ付き正極１１は、上縁１１ａと、底縁１１ｂと、側縁１１ｃと、側縁１１ｄと、面１１ｅと、面１１ｆと、を含む。上縁１１ａは、セパレータ付き正極１１におけるタブ１４ｂ側の縁であり、タブ１４ｂが突き抜けるセパレータ１０の縁である。底縁１１ｂは、セパレータ付き正極１１におけるタブ１４ｂとは反対側の縁である。側縁１１ｃ及び側縁１１ｄは、上縁１１ａと底縁１１ｂとを互いに接続する縁であり、上縁１１ａ及び底縁１１ｂと交差する。面１１ｅ及び面１１ｆは、上縁１１ａ、底縁１１ｂ、側縁１１ｃ、及び側縁１１ｄによって区画される面であり、互いに反対側に位置する。

負極９は、例えば銅箔からなる負極集電体である金属箔１６と、金属箔１６の両面に形成された負極活物質層１７とを有している。金属箔１６は、平面視矩形状の箔本体部１６ａと、箔本体部１６ａと一体化されたタブ１６ｂとを有している。タブ１６ｂは、箔本体部１６ａの長手方向の一端部近傍の縁から突出している。タブ１６ｂは、導電部材１３を介して負極端子５に接続されている。なお、図２では、便宜上タブ１６ｂを省略している。

負極活物質層１７は、箔本体部１６ａの表裏両面に形成されている。負極活物質層１７は、負極活物質とバインダとを含んで形成された多孔質の層である。負極活物質としては、例えば黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物またはホウ素添加炭素等が挙げられる。

図３の（ｂ）に示されるように、負極９は、上縁９ａと、底縁９ｂと、側縁９ｃと、側縁９ｄと、面９ｅと、面９ｆと、を含む。上縁９ａは、負極９（箔本体部１６ａ）におけるタブ１６ｂ側の縁である。底縁９ｂは、負極９におけるタブ１６ｂとは反対側の縁である。側縁９ｃ及び側縁９ｄは、上縁９ａと底縁９ｂとを互いに接続する縁であり、上縁９ａ及び底縁９ｂと交差する。面９ｅ及び面９ｆは、上縁９ａ、底縁９ｂ、側縁９ｃ、及び側縁９ｄによって区画される面であり、互いに反対側に位置する。本実施形態において、負極９の上縁９ａから底縁９ｂの長さ（高さＨｎ）は、セパレータ付き正極１１の上縁１１ａから底縁１１ｂの長さ（高さＨｐ）よりも小さい。負極９の側縁９ｃから側縁９ｄの長さ（幅Ｗｎ）は、セパレータ付き正極１１の側縁１１ｃから側縁１１ｄの長さ（幅Ｗｐ）と略同じである。

セパレータ１０は、平面視矩形状を呈している。セパレータ１０の形成材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、或いはポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メチルセルロース等からなる織布または不織布等が例示される。

以上のように構成された蓄電装置１を製造する場合は、まずセパレータ付き正極１１及び負極９を製作した後、セパレータ付き正極１１と負極９とを交互に積層し、セパレータ付き正極１１及び負極９を固定することで電極組立体３を得る。そして、セパレータ付き正極１１のタブ１４ｂを導電部材１２を介して正極端子４に接続すると共に、負極９のタブ１６ｂを導電部材１３を介して負極端子５に接続した後、電極組立体３をケース２内に収容する。以下、セパレータ付き正極１１と負極９とを交互に積層するための電極積層装置について説明する。

図４は、一実施形態に係る電極積層装置を示す側面図（一部断面を含む）である。図５は、図４に示された支持部の構成を示す図である。図６は、図４に示された排出ユニットの構成を示す図である。

図４に示される電極積層装置２０は、正極搬送ユニット２１（搬送部）と、負極搬送ユニット２２（搬送部）と、正極供給用コンベア２３（供給装置）と、負極供給用コンベア２４（供給装置）と、積層ユニット２５（積層部）と、正極排出ユニット２６（排出部）と、負極排出ユニット２７（排出部）と、コントローラ３０（制御部）とを備えている。電極積層装置２０では、Ｍ（Ｍは、２以上の整数）台の正極供給用コンベア２３のそれぞれによって供給されたセパレータ付き正極１１が、正極搬送ユニット２１によって受け取られて搬送される。同様に、Ｍ台の負極供給用コンベア２４のそれぞれによって供給された負極９が、負極搬送ユニット２２によって受け取られて搬送される。搬送されたセパレータ付き正極１１及び負極９は、正極排出ユニット２６及び負極排出ユニット２７によりＮ（Ｎは、Ｍ以上の整数）個ずつ押し出され、積層ユニット２５上に交互に積層される。所定枚数のセパレータ付き正極１１及び所定枚数の負極９が積層された後、積層体取出し用コンベア（不図示）によって取り出される。なお、本実施形態において、Ｍ＝２，Ｎ＝４である。

本実施形態では、２台の正極供給用コンベア２３が、上流工程における２つのラインのそれぞれから正極搬送ユニット２１に向けて延びている。また、２台の負極供給用コンベア２４が、上流工程における２つのラインのそれぞれから負極搬送ユニット２２に向けて延びている。ただし、２台の正極供給用コンベア２３は、上流工程における１つのラインから分岐していてもよい。２台の負極供給用コンベア２４においても同様である。本実施形態においては、上流工程では、幅広の帯状電極材料から、２個の正極８又は２個の負極９が一度に切り出される、いわゆる二条取りを行い、２個の正極８又は２個の負極９が同時に供給されるものとする。

２台の正極供給用コンベア２３は、上下方向に一定の間隔Ｌ１（後述）で配列されている。各正極供給用コンベア２３は、セパレータ付き正極１１を正極搬送ユニット２１に向けて水平方向に搬送し、後述する正極搬送ユニット２１の支持部３２にセパレータ付き正極１１を供給する。２台の正極供給用コンベア２３は、互いに異なる高さに位置する２個の支持部３２にセパレータ付き正極１１を供給する。各正極供給用コンベア２３は、水平方向において当該正極供給用コンベア２３と同じ高さに位置する１個の支持部３２に１個のセパレータ付き正極１１を供給する。２台の正極供給用コンベア２３からセパレータ付き正極１１が供給される２個の支持部３２は、上下方向に互いに隣り合っている。各正極供給用コンベア２３は、正極供給用コンベア２３の循環方向に沿って等間隔に設けられた複数の爪部３４を有している。爪部３４は、セパレータ付き正極１１の搬送方向後側の端部に当接する。従って、セパレータ付き正極１１は、正極搬送ユニット２１の一定の高さ位置（正極供給用コンベア２３と同じ高さ位置）に対して一定の間隔で供給される。セパレータ付き正極１１は、側縁１１ｄ側から正極搬送ユニット２１に供給される。

２台の負極供給用コンベア２４は、上下方向に一定の間隔Ｌ２（後述）で配列されている。各負極供給用コンベア２４は、負極９を負極搬送ユニット２２に向けて水平方向に搬送し、後述する負極搬送ユニット２２の支持部４２に負極９を供給する。２台の負極供給用コンベア２４は、互いに異なる高さに位置する２個の支持部４２に負極９を供給する。各負極供給用コンベア２４は、水平方向において当該負極供給用コンベア２４と同じ高さに位置する１個の支持部４２に１個の負極９を供給する。２台の負極供給用コンベア２４から負極９が供給される２個の支持部４２は、上下方向に互いに隣り合っている。各負極供給用コンベア２４は、負極供給用コンベア２４の循環方向に沿って等間隔に設けられた複数の爪部４４を有している。爪部４４は、負極９の搬送方向後側の端部に当接する。従って、負極９は、負極搬送ユニット２２の一定の高さ位置（正極供給用コンベア２３と同じ高さ位置）に対して一定の間隔で供給される。負極９は、側縁９ｄ側から負極搬送ユニット２２に供給される。

正極搬送ユニット２１は、セパレータ付き正極１１を搬送するユニットである。正極搬送ユニット２１は、複数のセパレータ付き正極１１を貯めながら順次搬送する。すなわち、正極搬送ユニット２１は、互いに同一の極性を有する複数の電極を搬送する。正極搬送ユニット２１は、搬送中に複数のセパレータ付き正極１１を順次反転する。正極搬送ユニット２１は、上下方向に延びるループ状の循環部材３１と、循環部材３１の外周面３１ｂに設けられ、セパレータ付き正極１１を支持する複数の支持部３２と、循環部材３１を駆動する駆動部３３とを有している。

循環部材３１は、例えば無端状のベルトで構成されている。循環部材３１は、上下方向に離間して配置された２つのローラ３１ａに架け渡され、各ローラ３１ａの回転に伴って連れ回る。つまり、循環部材３１の外周面３１ｂは、上昇した後に下降する循環経路Ｌｐを形成するように循環する。このように循環部材３１が回転（周回）することで、各支持部３２が循環移動する。また、循環部材３１は、２つのローラ３１ａと共に上下方向に移動可能である。なお、循環部材３１とローラ３１ａとの位相のずれを防止するために、循環部材３１を歯付きのベルトとし、ローラ３１ａをスプロケットとしてもよい。

複数の支持部３２は、外周面３１ｂの循環経路Ｌｐに沿って外周面３１ｂに設けられている。ここでは、複数の支持部３２は、一定の間隔Ｌ１（隣り合う２つの支持部３２の間隔）で配列されている。セパレータ付き正極１１を支持していない状態の支持部３２は、外周面３１ｂの循環経路Ｌｐのうち外周面３１ｂが上昇する上昇区間Ｒｐ１において、正極供給用コンベア２３によって供給されるセパレータ付き正極１１を受け取ると共に、セパレータ付き正極１１を支持する。複数の支持部３２のうちのＭ個（ここでは、２個）の支持部３２は、Ｍ台（ここでは、２台）の正極供給用コンベア２３から供給されるセパレータ付き正極１１を受け取って支持する。２個の支持部３２は、２台の正極供給用コンベア２３から同時に１個ずつ供給される計２個のセパレータ付き正極１１のうちの１個ずつを同時に受け取る。

駆動部３３は、循環部材３１を回転させると共に、循環部材３１を上下方向に移動させる。このとき、駆動部３３は、循環部材３１を電極積層装置２０の前側（図４の紙面表側）から見て時計回り（図示矢印Ａ方向）に回転させる。したがって、循環経路Ｌｐのうち上昇区間Ｒｐ１における支持部３２は循環部材３１に対して上昇し、循環経路Ｌｐのうち外周面３１ｂが下降する下降区間Ｒｐ２における支持部３２は循環部材３１に対して下降する。

図５の（ａ）は、セパレータ付き正極１１が支持された状態の支持部３２の側面図であり、図５の（ｂ）は、図５の（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図である。図５に示されるように、支持部３２は、底壁３２ａと、一対の側壁３２ｂとを有する断面Ｕ字状の部材である。底壁３２ａは、循環部材３１の外周面３１ｂに取り付けられる矩形板状部材である。一対の側壁３２ｂは、循環部材３１の循環方向における底壁３２ａの両縁部に立設された矩形板状部材である。底壁３２ａ及び側壁３２ｂは、例えばステンレス鋼等の金属により一体的に形成されている。

一対の側壁３２ｂは、循環部材３１の循環方向において互いに対向しており、セパレータ付き正極１１を収容可能な程度に離間している。一対の側壁３２ｂは、外周面３１ｂに交差（例えば、直交）して延びると共に互いに対向する一対の支持面３２ｃを含む。セパレータ付き正極１１は、一対の側壁３２ｂの間において下側の支持面３２ｃに配置される。すなわち、支持部３２は、セパレータ付き正極１１を支持面３２ｃにおいて受け取る。セパレータ付き正極１１は、上縁１１ａ及び底縁１１ｂが支持面３２ｃの延在方向（外周面３１ｂに交差する方向）に沿うように支持面３２ｃに配置される。

底壁３２ａの内面には、スポンジ等の緩衝材３２ｄが設けられている。正極供給用コンベア２３から支持部３２に供給されるセパレータ付き正極１１は、緩衝材３２ｄに衝突することになるが、緩衝材３２ｄによって衝突の衝撃が緩和される。すなわち、緩衝材３２ｄは、支持部３２がセパレータ付き正極１１を受け取る際におけるセパレータ付き正極１１への衝撃を緩和する衝撃緩和部として機能する。セパレータ付き正極１１は、側縁１１ｄの一部（中間部分）を緩衝材３２ｄに当接させると共に、側縁１１ｄの残部（上縁１１ａ側の部分及び底縁１１ｂ側の部分）を側壁３２ｂの両端３２ｆからはみ出させた状態で、一対の側壁３２ｂの間に配置される。

負極搬送ユニット２２は、負極９を搬送するユニットである。負極搬送ユニット２２は、複数の負極９を貯めながら順次搬送する。すなわち、負極搬送ユニット２２は、互いに同一の極性を有する複数の電極を搬送する。負極搬送ユニット２２は、搬送中に負極９を順次反転する。負極搬送ユニット２２は、上下方向に延びるループ状の循環部材４１と、循環部材４１の外周面４１ｂに設けられ、負極９を支持する複数の支持部４２と、循環部材４１を駆動する駆動部４３とを有している。

循環部材４１は、上記の循環部材３１と同様に、例えば無端状のベルトで構成されている。循環部材４１は、上下方向に離間して配置された２つのローラ４１ａに架け渡され、各ローラ４１ａの回転に伴って連れ回る。つまり、循環部材４１の外周面４１ｂは、上昇した後に下降する循環経路Ｌｎを形成するように循環する。このように循環部材４１が回転（周回）することで、各支持部４２が循環移動する。また、循環部材４１は、２つのローラ４１ａと共に上下方向に移動可能である。

複数の支持部４２は、外周面４１ｂの循環経路Ｌｎに沿って外周面４１ｂに設けられている。ここでは、複数の支持部４２は、一定の間隔Ｌ２（隣り合う２つの支持部４２の間隔）で配列されている。ここでは、間隔Ｌ２は、間隔Ｌ１と同じである。負極９を支持していない状態の支持部４２は、外周面４１ｂの循環経路Ｌｎのうち外周面４１ｂが上昇する上昇区間Ｒｎ１において、負極供給用コンベア２４によって供給される負極９を受け取ると共に、負極９を支持する。複数の支持部４２のうちのＭ個（ここでは、２個）の支持部４２は、Ｍ台（ここでは、２台）の負極供給用コンベア２４から供給される負極９を受け取って支持する。２個の支持部４２は、２台の負極供給用コンベア２４から同時に１個ずつ供給される計２個の負極９のうちの１個ずつを同時に受け取る。

駆動部４３は、循環部材４１を回転させると共に、循環部材４１を上下方向に移動させる。このとき、駆動部４３は、循環部材４１を電極積層装置２０の前側（図４の紙面表側）から見て反時計回り（図示矢印Ｂ方向）に回転させる。したがって、循環経路Ｌｎのうち上昇区間Ｒｎ１における支持部４２は循環部材４１に対して上昇し、循環経路Ｌｎのうち外周面４１ｂが下降する下降区間Ｒｎ２における支持部４２は循環部材４１に対して下降する。なお、支持部４２の構成は、支持部３２と同様である。

正極排出ユニット２６は、循環経路Ｌｐのうち下降区間Ｒｐ２において、正極搬送ユニット２１によって搬送されているセパレータ付き正極１１を積層ユニット２５に向けて排出する排出動作を行う。正極排出ユニット２６は、Ｎ個の支持部３２のそれぞれに支持されたＮ個のセパレータ付き正極１１をＮ段の積層部材５１に向かって押し出すことにより、Ｎ個の支持部３２のそれぞれからセパレータ付き正極１１を排出する。本実施形態では、正極排出ユニット２６は、一回の排出動作によって、４個のセパレータ付き正極１１のそれぞれを４段の積層部材５１のそれぞれに向けて押し出す。これにより、正極排出ユニット２６は、４個のセパレータ付き正極１１を４段の積層部材５１に同時に積層する。正極排出ユニット２６は、４個のセパレータ付き正極１１を一緒に押す一対の押出部材２６ａと、押出部材２６ａを４段の積層部材５１側に移動させる駆動部２６ｂとを有している。駆動部２６ｂは、例えばモータ及びリンク機構から構成されている。

図６は、正極排出ユニット２６の平面図である。図６に示されるように、一対の押出部材２６ａは、セパレータ付き正極１１の側縁１１ｄにおける支持部３２からはみ出した部分（上縁１１ａ側の部分及び底縁１１ｂ側の部分）を、支持部３２の支持面３２ｃ（図５参照）の延在方向に沿って、少なくとも支持部３２の先端３２ｇまで押し出す。これによりセパレータ付き正極１１が支持部３２から排出される。

負極排出ユニット２７は、循環経路Ｌｎのうち下降区間Ｒｎ２において、負極搬送ユニット２２によって搬送されている負極９を積層ユニット２５に向けて排出する排出動作を行う。負極排出ユニット２７は、Ｎ個の支持部４２のそれぞれに支持されたＮ個の負極９をＮ段の積層部材５１に向かって押し出すことにより、Ｎ個の支持部４２のそれぞれから負極９を排出する。本実施形態では、負極排出ユニット２７は、一回の排出動作によって、４個の負極９のそれぞれを４段の積層部材５１のそれぞれに向けて押し出す。これにより、負極排出ユニット２７は、４個の負極９を４段の積層部材５１に同時に積層する。負極排出ユニット２７は、４個の負極９を一緒に押す一対の押出部材２７ａと、押出部材２７ａを４段の積層部材５１側に移動させる駆動部２７ｂとを有している。駆動部２７ｂは、例えばモータ及びリンク機構から構成されている。駆動部２７ｂの構成は、正極排出ユニット２６の駆動部２６ｂと同様である。なお、駆動部２６ｂ，２７ｂとしては、シリンダ等が用いられてもよい。支持部４２に支持された負極９を負極排出ユニット２７が押し出す構成は、正極排出ユニット２６と同様である。

積層ユニット２５は、正極搬送ユニット２１と負極搬送ユニット２２との間に配置されている。積層ユニット２５は、電極としてのセパレータ付き正極１１及び負極９が交互に積層されるＮ段の積層部材５１と、これらの積層部材５１を上下方向に移動させる駆動部５２とを有している。すなわち、正極供給用コンベア２３の台数及び負極供給用コンベア２４の台数は、積層部材５１の数よりも少ない。積層部材５１は、例えば矩形状の板部材により構成されている。

積層ユニット２５と正極搬送ユニット２１との間には、上下方向に延びる壁部５３が配置されている。壁部５３には、正極排出ユニット２６により押し出されたセパレータ付き正極１１が通過する複数（ここでは４つ）のスリット５３ａが設けられている。各スリット５３ａは、上下方向に等間隔（間隔Ｌ１）で配置されている。なお、本実施形態では一例として、スリット５３ａの上側部分は、正極搬送ユニット２１側から積層部材５１側に向かって下方に傾斜する傾斜面となっている。また、スリット５３ａの下側部分は、正極搬送ユニット２１側から積層部材５１側に向かって上方に傾斜する傾斜面となっている。これにより、セパレータ付き正極１１を積層部材５１へと適切に案内すると共に、スリット５３ａにおける入口側（正極搬送ユニット２１側）の開口部分を大きくすることができる。その結果、正極排出ユニット２６により押し出されるセパレータ付き正極１１の高さ位置に多少のずれが生じても、スリット５３ａにセパレータ付き正極１１を通過させることが可能となる。

積層ユニット２５と負極搬送ユニット２２との間には、上下方向に延びる壁部５４が配置されている。壁部５４には、負極排出ユニット２７により押し出された負極９が通過する複数（ここでは４つ）のスリット５４ａが設けられている。各スリット５４ａは、上下方向に等間隔（間隔Ｌ２）で配置されている。なお、本実施形態では一例として、スリット５４ａの上側部分は、負極搬送ユニット２２側から積層部材５１側に向かって下方に傾斜する傾斜面となっている。また、スリット５４ａの下側部分は、負極搬送ユニット２２側から積層部材５１側に向かって上方に傾斜する傾斜面となっている。これにより、負極９を積層部材５１へと適切に案内すると共に、スリット５４ａにおける入口側（負極搬送ユニット２２側）の開口部分を大きくすることができる。その結果、負極排出ユニット２７により押し出される負極９の高さ位置に多少のずれが生じても、スリット５４ａに負極９を通過させることが可能となる。

コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及び入出力インターフェース等から構成されている。コントローラ３０は、上述した駆動部３３，４３を制御する搬送制御部と、駆動部５２を制御する積層制御部と、駆動部２６ｂ，２７ｂを制御する排出制御部とを有している。コントローラ３０は、電極積層装置２０の動作を統括制御する。

電極積層装置２０の動作について説明する。まず、正極搬送ユニット２１の運転状態について説明する。なお、負極搬送ユニット２２も同様である。正極搬送ユニット２１は、セパレータ付き正極１１が供給される間隔に同期して周期的な駆動、例えば間欠駆動を行う。正極搬送ユニット２１の平常時の運転は、準備運転、積層運転、及び復帰運転の３つの運転を含む。以下では、一例として、正極搬送ユニット２１は間欠駆動し、２台の正極供給用コンベア２３から供給される計２個のセパレータ付き正極１１のうちの両方の受け取りを行っていない期間に支持部３２を移動させる。なお、この期間を単位移動時間とする。また、単位移動時間に１個の支持部３２が移動する距離を、単位距離とする。本実施形態においては、互いに隣り合う２個の支持部３２が同時にセパレータ付き正極１１を受け取るので、１個の支持部３２は、単位移動時間に各支持部３２間の間隔Ｌ１の２倍の距離だけ移動する。

準備運転において、正極搬送ユニット２１は、いずれの支持部３２にもセパレータ付き正極１１が支持されていない状態から、セパレータ付き正極１１の受取位置から積層位置までの間にある各支持部３２がセパレータ付き正極１１を支持している状態にするための動作を行う。準備運転は、電極積層装置２０の稼動直後に行われる。準備運転では、循環部材３１は、間欠駆動にて回転（循環）のみを行う。このとき、循環部材３１の高さは一定である。

積層運転において、正極搬送ユニット２１は、正極排出ユニット２６による排出動作を可能とするための動作を行う。積層運転では、正極搬送ユニット２１は、下降区間Ｒｐ２において、正極排出ユニット２６がセパレータ付き正極１１を積層ユニット２５に押し出し可能となるように支持部３２を停止させる。一方、正極搬送ユニット２１は、上昇区間Ｒｐ１において、セパレータ付き正極１１が無い状態（すなわち、セパレータ付き正極１１を支持していない状態）の支持部３２が、各正極供給用コンベア２３からセパレータ付き正極１１を順次受け取り可能となるように、支持部３２を順次移動させる。具体的には、正極搬送ユニット２１は、単位移動時間内に、単位距離の１／２だけ循環部材３１の循環を行い、同時に同じ距離だけ循環部材３１を上昇させる。これにより、下降区間Ｒｐ２では、支持部３２は停止し、上昇区間Ｒｐ１では、支持部３２は単位距離分だけ上昇する。

復帰運転において、正極搬送ユニット２１は、積層運転中に上昇した循環部材３１を下降させる、すなわち元の位置に復帰させる。復帰運転では、正極搬送ユニット２１は、複数の支持部３２のうち４個の支持部３２のそれぞれに支持された計４個のセパレータ付き正極１１を、正極排出ユニット２６が押し出し可能な位置まで移動させる。このため、正極搬送ユニット２１は、単位移動時間内に循環部材３１を下降させると共に、循環部材３１の下降量に単位距離を加えた量だけ循環部材３１を循環させる。なお、循環部材３１の下降量は、同時に供給する数に対する同時に積層する数、供給時間に対する積層時間等による。ここでは、正極搬送ユニット２１は、下降区間Ｒｐ２において、単位移動時間内に支持部３２を２単位距離分だけ下降させ、上昇区間Ｒｐ１において、単位移動時間内に支持部３２を単位距離分だけ上昇させている。このためには、正極搬送ユニット２１は、循環部材３１を０．５単位距離分だけ下降させ、且つ、循環部材３１を１．５単位距離分だけ循環させる。

電極積層装置２０の全体の動作について説明する。上述した正極搬送ユニット２１の準備運転時において、２台の正極供給用コンベア２３のそれぞれから、セパレータ付き正極１１が無い状態の２個の支持部３２にセパレータ付き正極１１が供給される。このとき、上述した間欠駆動において、外周面３１ｂが停止してから次に駆動するまでの間に、２個の支持部３２が各１個ずつのセパレータ付き正極１１を受け取る。セパレータ付き正極１１を支持している支持部３２は、循環部材３１の回転によって一旦上昇してから下降するように循環移動する。セパレータ付き正極１１を支持している支持部３２は、正極排出ユニット２６がセパレータ付き正極１１を押し出し可能な位置（例えば、最下段の積層部材５１に対応するスリット５３ａの下端位置）まで移動される。

次に正極搬送ユニット２１の積層運転が行われる。正極搬送ユニット２１の積層運転時には、下降区間Ｒｐ２における支持部３２の高さ位置は一定となる。その状態で、正極排出ユニット２６によって、４個のセパレータ付き正極１１を４段の積層部材５１のそれぞれに向けて同時に押し出すことにより、各セパレータ付き正極１１が各積層部材５１に同時に積層される。セパレータ付き正極１１が積層部材５１に積層され、押出部材２６ａが元の位置に戻った後、正極搬送ユニット２１の復帰運転が行われる。復帰運転時において、セパレータ付き正極１１が支持された支持部３２は、積層ユニット２５に積層可能な位置まで移動される。

以上述べた電極積層装置２０において、例えば、２個の負極９は、２台の負極供給用コンベア２４のそれぞれから供給される。この２個の負極９を、互いに隣り合う２個の支持部４２が各支持面４２ｃにおいて受け取って支持している。また、負極排出ユニット２７が、一回の排出動作によって、４個の負極９を４段の積層部材５１に向けて排出する。この構成により、４個の負極９が並行して積層されるので、４個の積層体を並行して得ることができる。このため、例えば、粉落ちが抑制される排出速度で負極９を排出したとしても、１個の負極９を順次積層する場合と比較して、多く（ここでは、４倍）の積層体を得ることができる。

一方で、負極９を並行して積層するためにはそれに応じて多くの負極９の供給を受ける必要がある。しかしながら、負極供給用コンベア２４による搬送速度を上げた場合、負極供給用コンベア２４のそれぞれから供給された負極９は、支持部４２に勢いよく衝突する。負極９が支持部４２に勢いよく衝突すると、負極９の表面に形成された活物質層の内、特に外周縁から、活物質粒子又は粒子塊が剥離する、いわゆる粉落ちが増加するなど、負極９がダメージを受けやすくなる。これにより、電極組立体３に混入する活物質粒子又は粒子塊によってセパレータ１０が傷付くことで短絡しやすくなる。また、粉落ちの増加が顕著な場合には、負極９の活物質層の面積減によって正極８及び負極９の活物質層同士の対応面積が減少することにより性能低下の一因となるおそれがある。その結果、電極組立体３の品質を低下させるおそれがある。なお、緩衝材４２ａを厚くすることで、衝撃を軽減することはできるが、緩衝材４２ａに衝突後の負極９の位置のバラツキが大きくなるという問題が新たに生じる。

電極積層装置２０によれば、２個の負極９を並行して受け取ることで、１個の負極９を順次受け取る場合よりも遅い供給速度（ここでは、１／２の速度）で負極９の供給を受けることができる。したがって、負極搬送ユニット２２への負極９の供給速度と負極搬送ユニット２２からの負極９の排出速度とを一定のペースに確保したままで、負極９の積層の高速化を実現することができる。また、セパレータ付き正極１１の積層の高速化を同様に実現することができる。供給時における負極９の供給速度を下げることにより、負極９が受けるダメージが低減される。また、積層時におけるセパレータ付き正極１１及び負極９の排出速度を下げることにより、セパレータ付き正極１１及び負極９の位置ずれを抑制することができる。以上により、電極組立体３の品質を確保しつつ、積層速度を向上させることが可能となる。

特に、上述の電極積層装置２０においては、並行して受け取った数（２個）よりも多い数（４個）の負極９を並行して積層することができる。このため、負極搬送ユニット２２への負極９の供給速度よりも積層部材５１への負極９の積層速度を下げることができる。これにより、負極９が積層されるペースの低下を防ぎつつ、積層時における負極９の位置ずれを更に抑制することができる。セパレータ付き正極１１においても同様である。したがって、電極組立体３の品質を確保しつつ、セパレータ付き正極１１及び負極９の積層速度を向上させることが可能となる。

また、電極積層装置２０は、２台の正極供給用コンベア２３及び２台の負極供給用コンベア２４を備えている。この２台の正極供給用コンベア２３は、外周面３１ｂが上昇する上昇区間Ｒｐ１において、互いに異なる高さに位置する２個の支持部３２にセパレータ付き正極１１を供給する。また、２台の負極供給用コンベア２４は、外周面４１ｂが上昇する上昇区間Ｒｎ１において、互いに異なる高さに位置する２個の支持部４２に負極９を供給する。これにより、複数（ここでは２台）の正極供給用コンベア２３のそれぞれによって、互いに異なる高さに位置する複数（ここでは２個）の支持部３２のそれぞれにセパレータ付き正極１１を供給することができると共に、複数（ここでは２台）の負極供給用コンベア２４のそれぞれによって、互いに異なる高さに位置する複数（ここでは２個）の支持部４２のそれぞれに負極９を供給することができる。

外周面３１ｂは、間欠駆動により循環しており、外周面３１ｂが停止してから次に駆動するまでの間に、２個の支持部３２がセパレータ付き正極１１を受け取る。このように、２個の支持部３２は、外周面３１ｂが停止してから次に駆動するまでの所定時間（単位時間）内に、２個のセパレータ付き正極１１を受け取ることができる。同様に、２個の支持部４２のそれぞれは、外周面４１ｂが停止してから次に駆動するまでの所定時間内に、２個の負極９のそれぞれを受け取ることができる。

本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、計２個のセパレータ付き正極１１が２台の正極供給用コンベア２３のそれぞれから１個ずつ同時に供給されることにより、２個の支持部３２のそれぞれがセパレータ付き正極１１を同時に受け取ったが、１個のセパレータ付き正極１１ごとに供給されてもよい。例えば、正極搬送ユニット２１の間欠駆動において、支持部３２が停止してから再び移動を始めるまでの間に、２台の正極供給用コンベア２３のうちの１台ずつが順に１個ずつセパレータ付き正極１１を供給して２個の支持部３２が順に１個ずつセパレータ付き正極１１を受け取ってもよい。負極供給用コンベア２４も同様である。

また、上記実施形態では、２台の正極供給用コンベア２３と、２台の負極供給用コンベア２４とを備えている構成について例示して説明したが、正極供給用コンベア２３の台数及び負極供給用コンベア２４の台数は、３台以上であってもよい。この場合、積層部材５１の数は、３段（正極供給用コンベア２３の台数及び負極供給用コンベア２４の台数と同数）以上であればよい。

例えば、図７に示されるように、正極供給用コンベア２３の台数及び負極供給用コンベア２４の台数と積層部材５１の数とが互いに同数であってもよい。なお、図７に示される例では、Ｍ＝２，Ｎ＝２である。この場合においても、正極搬送ユニット２１へのセパレータ付き正極１１の供給速度と正極搬送ユニット２１からのセパレータ付き正極１１の排出速度とを一定のペースに確保したままで、セパレータ付き正極１１の積層の高速化を実現することができる。同様に、負極搬送ユニット２２への負極９の供給速度と負極搬送ユニット２２からの負極９の排出速度とを一定のペースに確保したままで、負極９の積層の高速化を実現することができる。

また、上記実施形態では、正極８が袋状のセパレータ１０に包まれた状態であるセパレータ付き正極１１と負極９とが交互に積層部材に積層されるが、特にその形態には限られず、負極が袋状のセパレータに包まれた状態であるセパレータ付き負極と正極とが交互に積層部材に積層されてもよい。

更に、上記実施形態では、蓄電装置１がリチウムイオン二次電池であるが、本発明は、特にリチウムイオン二次電池には限られず、例えばニッケル水素電池等の他の二次電池、電気二重層キャパシタまたはリチウムイオンキャパシタ等の蓄電装置における電極の積層にも適用可能である。

９…負極（電極）、１１…セパレータ付き正極（電極）、２０…電極積層装置、２１…正極搬送ユニット（搬送部）、２２…負極搬送ユニット（搬送部）、２３…正極供給用コンベア（供給装置）、２４…負極供給用コンベア（供給装置）、２５…積層ユニット（積層部）、２６…正極排出ユニット（排出部）、２７…負極排出ユニット（排出部）、３１…循環部材、３１ｂ…外周面、３２…支持部、３２ｃ…支持面、４１…循環部材、４１ｂ…外周面、４２…支持部、５１…積層部材、Ｌｐ，Ｌｎ…循環経路、Ｒｐ１，Ｒｎ１…上昇区間、Ｒｐ２，Ｒｎ２…下降区間。

Claims (4)

1. シート状の電極が積層されるＮ（Ｎは、２以上の整数）段の積層部材を有する積層部と、
   互いに同一の極性を有する複数の電極を搬送する搬送部と、
   前記搬送部によって搬送されている前記電極を前記積層部に向けて排出する排出動作を行う排出部と、を備え、
   前記搬送部は、上昇した後に下降する循環経路を形成するように循環する外周面を含む循環部材と、前記循環経路に沿って前記外周面に設けられ、前記外周面に交差する支持面を含む複数の支持部と、を有し、
   前記複数の支持部のうちのＭ（Ｍは、２以上且つＮ以下の整数）個の支持部は、Ｍ台の供給装置のそれぞれから供給される前記電極を前記支持面において受け取って支持し、
   前記排出部は、一回の排出動作によって、前記複数の電極のうちのＮ個の電極のそれぞれを前記Ｎ段の積層部材のそれぞれに向けて排出する、電極積層装置。
2. 前記Ｍは、前記Ｎよりも小さい整数である、請求項１に記載の電極積層装置。
3. 前記Ｍ台の供給装置を更に備え、
   前記Ｍ台の供給装置のそれぞれは、前記外周面が上昇する上昇区間において、互いに異なる高さに位置する前記Ｍ個の支持部のそれぞれに前記電極を供給する、請求項１又は２に記載の電極積層装置。
4. 前記外周面は、間欠駆動により循環しており、
   前記外周面が停止してから次に駆動するまでの間に、前記Ｍ個の支持部が前記電極を受け取る、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電極積層装置。

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