JP5932619B2 - 積層型二次電池の製造方法とそれに用いる吸着パッド - Google Patents

Description

本発明は、例えばラミネート型で且つ積層型の二次電池の製造方法とそれに用いる吸着パッドに関する。

例えばラミネート型のリチウムイオン二次電池に代表される積層型二次電池として、発電要素であるいわゆる片タブタイプの正極（陽極）電極シートと負極（陰極）電極シートとをそれら両者の間にセパレータを介在させながら複数組積層したものが知られている。

そして、かかる積層型二次電池の製造方法として、例えば特許文献１には、最初に吸着手段にてセパレータを吸着支持したならばそれと重ね合わせるように負極電極シートを吸着支持した上で、それらのセパレータと負極電極シートとをセットにして積層位置にあるパレットに積層し、続いて、吸着手段にてセパレータを吸着支持したならばそれと重ね合わせるように正極電極シートを吸着支持した上で、それらのセパレータと正極電極シートとをセットにしてパレットに積層し、かかるそれぞれの工程を交互に繰り返すことで、負極電極シート、セパレータおよび正極電極シートの三者を必要枚数だけ積層するようにしたものが記載されている。

特開２０１０−１１４６号公報

上記のような負極電極シート、セパレータおよび正極電極シートの三者の積層を繰り返す過程において、例えばセパレータに金属製の微細な異物（いわゆる金属コンタミ）が付着することがあるほか、吸着手段が帯電することがある。そして、吸着手段が帯電していると、吸着支持すべきセパレータに吸着手段を近付けた際に上記異物との間でスパークして、吸着支持すべきセパレータの位置ひいてをセパレータをパレット上に置く位置がずれて、品質上の不具合を招くことになって好ましくない。

本発明はこのような課題に着目してなされたもので、とりわけ積層型二次電池の製造過程において二次的不具合の原因となる吸着手段の帯電を未然に防止することを目的とする。

本発明は、正極シートと負極シートとの間にセパレータを介在させながらそれらの要素を積層するようにした積層型二次電池の製造方法であって、少なくとも待機位置にあるセパレータを吸着手段にて吸着支持した上で上記正極シートまたは負極シートの上に移載して解放することで積層するに際して、上記吸着手段のうち少なくともセパレータと接触する吸着面が非金属の導電性材料で形成されていて、この吸着面が予め接地されていることにより、吸着手段の除電を行うものとした。

本発明によれば、正極シートと負極シートとの間にセパレータを介在させながらそれらの要素をパレットに積層する過程において、特定のタイミングで吸着手段の除電を行うことにより、その吸着手段の帯電を抑制して、例えばセパレータに金属の異物が付帯しているような場合でも、スパークによるセパレータの位置ずれを未然に防止することができ、積層型二次電池の品質向上に寄与できる。

積層型二次電池の発電要素である負極シート、セパレータおよび正極シートの積層時の相対位置関係を示す説明図。 本発明が前提としている積層型二次電池の製造方法を参考例として示す図で、積層工程の概略的な平面説明図。 図２におけるパレットの拡大説明図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は同図（Ａ）のａ−ａ線に沿う拡大断面図。 本発明に係る積層型二次電池の製造方法の実施の形態を示す図で、（Ａ）は積層作業を司る吸着パッドの断面図、（Ｂ）は同図（Ａ）の下面図。

図１〜３は本発明が前提としている積層型二次電池の製造方法を参考例として示す図で、図１は発電要素である正極電極シート（以下、単に「正極シート」と言う。）１１と負極電極シート（以下、単に「負極シート」と言う。）１２およびそれら両者の間に介在されるセパレータ１３との相対位置関係を示し、図２は上記発電要素を複数段にわたって積層する積層工程の概略的な平面図を示している。

図１に示すように、積層型二次電池の発電要素は、幅狭のリード部となるタブ１１ａを有する矩形状の正極シート１１ａと、同じく幅狭のリード部となるタブ１２ａを有する矩形状の負極シート１２とを、それらの間に一回り大きな同じく矩形状のセパレータ１３を挟み込みながら所定枚数だけ交互に積層したものである。そして、これらの発電要素は周知のように図示しない外装シートである二枚のラミネートフィルムによって封止され、内部には電解液が封入されることになる。

なお、正極シート１１および負極シート１２は共に例えばアルミニウムまたは銅その他の金属箔からなる集電体を母体とするものであって、いずれも幅狭のタブ１１ａ，１２ａを集電体露出部または活物質未塗布部として残して、正極シート１１については集電体上に正極活物質層が、負極シート１２については集電体上に負極活物質層がそれぞれ形成されているものである。また、セパレータ１３は絶縁性と通気性とを有する高分子フィルム製のものである。

図２に示した積層工程では、積層位置に積層台１０があり、積層台１０上には正極シート１１と負極シート１２との間にセパレータ１３を介在させながらそれらの要素を複数段にわたって積層するための母体となる可搬式のパレットＰが外部から投入されて位置決めされる。

積層台１０に近接したその周囲には、正極シート待機位置として機能する正極シート待機台１と、負極シート待機位置として機能する負極シート待機台２と、セパレータ待機位置として機能するセパレータ待機台３と、がそれぞれに用意されている。そして、正極シート待機台１には同一サイズの正極シート１１を所定枚数だけ積層してなる正極シートスタックＳ１が、負極シート待機台２には同様に負極シートスタックＳ２がそれぞれに位置決め載置されている。同様に、セパレータ待機台３にはセパレータスタックＳ３が位置決め載置されている。

さらに、正極シート待機台１とセパレータ待機台３との間には搬送手段たるハンドリングロボット４が、同様に負極シート待機台２とセパレータ待機台３との間には搬送手段たるハンドリングロボット５がそれぞれに用意されている。それぞれのハンドリングロボット４，５のアーム先端には、後述する図３に示すように、例えば少なくとも吸着面が樹脂材料またはゴムあるいは非金属の多孔質材料等から構成された吸着手段としての吸着パッド６が装着されている。

そして、先に述べたように、積層台１０上にパレットＰが位置決めされている状態で、一方のハンドリングロボット５は負極シート待機台２上の負極シートスタックＳ２から最上位の一枚の負極シート１２を吸着支持した上で、これを積層台１０側まで搬送して、その積層台１０上のパレットＰに積層する。

パレットＰに一枚の負極シート１２を積層すると、ハンドリングロボット５はセパレータ待機台３側に移動し、セパレータ待機台３上のセパレータスタックＳ３から最上位の一枚のセパレータ１３を吸着支持した上で、これを積層台１０側まで搬送して、その積層台１０上のパレットＰに積層する。すなわち、先にパレットＰ上に置かれている負極シート１２の上に重ね合わせるようにしてセパレータ１３を置くことになる。

こうして一枚の負極シート１２とセパレータ１３の積層を終えると、一方のハンドリングロボット５は待機状態となり、代わってもう一方のハンドリングロボット４が作動して、正極シート１１の積層とセパレータ１３の積層とを実行することになる。

すなわち、ハンドリングロボット４は最初に正極シート待機台１上の正極シートスタックＳ１から最上位の一枚の正極シート１１を吸着支持した上で、これを積層台１０側まで搬送して、その積層台１０上のパレットＰに積層する。つまり、先にパレットＰ上に置かれているセパレータ１３の上に重ね合わせるようにして正極シート１１を置くことになる。

パレットＰに一枚の正極シート１１を積層すると、ハンドリングロボット４はセパレータ待機台３側に移動し、セパレータ待機台３上のセパレータスタックＳ３から最上位の一枚のセパレータ１３を吸着支持した上で、これを積層台１０側まで搬送して、その積層台１０上のパレットＰに積層する。すなわち、先にパレットＰ上に置かれている正極シート１１の上に重ね合わせるようにしてセパレータ１３を置くことになる。

このように、一方のハンドリングロボット５による負極シート１２およびセパレータ１３の移載動作と、他方のハンドリングロボット４による正極シート１１およびセパレータ１３の移載動作とを交互に繰り返すとにより、図１に示したように正極シート１１と負極シート１２とをそれらの間にセパレータ１３を挟み込みながら所定枚数だけ交互に、すなわち正極シート１１とセパレータ１３および負極シート１２の組み合わせを一組として複数組積層することになる。この結果、一方のハンドリングロボット５は負極シート１２とセパレータ１３の積層作業を司っていて、他方のハンドリングロボット４は正極シート１１とセパレータ１３の積層作業を司っていることになる。

ここで、上記参考例では、負極シート１２、セパレータ１３、正極シート１１の順にパレットＰに対してそれぞれの要素を一枚ずつ積層する例を示したが、当然のことながら正極シート１１、セパレータ１３、負極シート１２の順に積層するようにしても良い。また、セパレータ１３が通気性を有している点に着目して、吸着パッド６がセパレータ１３を吸着支持している状態でさらに負極シート１２または正極シート１１を吸着支持して、吸着パッド６側にて二枚重ね状態とした上でパレットＰに積層することも可能ではある。

積層台１０上に位置決めされているパレットＰに所定枚数の負極シート１２と正極シート１１およびセパレータ１３が積層されると、双方のハンドリングロボット４，５の作動が一旦停止し、積層済みのパレットＰが次工程に向けて搬出されるとともに、代わって空載状態のパレットＰが搬入されて積層台１０上に位置決めされる。以降は上記と同様のそれぞれのハンドリングロボット４，５による動作を繰り返すことになる。故に、上記パレットＰは可搬式のもので、且つ繰り返して使用することができるものである。

図３の（Ａ）は負極シート１２と正極シート１１およびセパレータ１３が積層されたパレットＰの平面図を示し、また同図（Ｂ）は同図（Ａ）のａ−ａに沿う拡大断面図を示している。

図３に示すように、負極シート１２と正極シート１１を、セパレータ１３を挟み込みながら複数枚積層すると、負極シート１２および正極シート１１にそれぞれ付帯しているタブ１２ａまたは１１ａ同士もまた相互に重なり合い、当該タブ１２ａまたは１１ａには活物質が塗布されていないばかりでなく、タブ１２ａまたは１１ａ同士の間にはセパレータ１３が介在していないこともあって、タブ１２ａまたは１１ａ同士の積層部分ではいわゆる「だれ」を生じることになる。なお、図３の（Ｂ）では構造上の理解を容易にするために負極シート１２および正極シート１１の厚み等を誇張して描いてあるとともに、それらの負極シート１２および正極シート１１の積層枚数も実際のものとは異なる。

そこで、上記パレットＰのうち負極シート１２および正極シート１のタブ１２ａ，１１ａに相当する部分にそれぞれに独立した金属製の接地端子７，８を設けてあるとともに、パレットＰが位置決めされる積層台１０にも端子９を設けてあり、積層台１０側の端子９が予め接地されている。これにより、積層台１０にパレットＰが位置決めされた時には、パレットＰ側の接地端子９と積層台１０側の端子７，８とが導通し、結果として可搬式のパレットＰのうち少なくとも接地端子７，８は積層台１０への位置決めをもって直ちに接地されることになる。このことは、図３の（Ｂ）に示すように、パレットＰ上に負極シート１２と正極シート１１が交互に積層されると、それらの負極シート１２および正極シート１１に付帯しているタブ１２ａおよびタブ１１ａ同士も互いに積層されながら接地端子７または８に接触して導通し、結果としてタブ１２ａ同士およびタブ１１ａ同士はパレットＰ側の接地端子７または８と積層台１０側の端子９とを介して接地されることになる。

この場合において、パレットＰ上に積層された負極シート１２や正極シート１１に付帯しているタブ１２ａ同士およびタブ１１ａ同士を接地端子７または８に確実に接触させるためには、図３の（Ｂ）に示すように、積層台１０にプッシャー１４を用意しておき、タブ１２ａ同士およびタブ１１ａ同士を接地端子７または８に対して押し付けることが望ましい。

したがって、図３の（Ａ），（Ｂ）に示すように、積層台１０上のパレットＰに対して負極シート１２とセパレータ１３および正極シート１１の積層作業を繰り返し行う過程において、吸着パッド６が吸着支持している負極シート１２または正極シート１１をパレットＰ上に載せると、その負極シート１２または正極シート１１に付帯しているタブ１２ａまたは１１ａがパレットＰ側の接地端子７または８に接触することで、負極シート１２または正極シート１１を解放するまでの間に、負極シート１２または正極シート１１を介して吸着パッド６がその都度接地されることになる。したがって、吸着パッド６が帯電しているような場合でも、吸着パッド６が有している電位は上記接地をもって接地電流としてその都度放散または拡散されて除電されることになる。

また、パレットＰ上に既に積層されている負極シート１２または正極シート１１の上にセパレータ１３を重ね合わせる場合、万が一そのセパレータ１３に金属製の微細な異物が付着していたとしても、パレットＰ上に積層されている負極シート１２はたは正極シート１１は接地端子７または８を介して既に接地されているので、セパレータ１３と接触した際にスパークすることもない。

さらに、吸着パッド６が図２に示したハンドリングロボット４または５の自律動作をもってセパレータ待機台３上の最上位のセパレータ１３を吸着支持しようとする場合に、万が一そのセパレータ１３に金属製の微細な異物が付着していたとしても、先に述べたように、吸着パッド６はその前にパレットＰに負極シート１２または正極シート１１を積層し終えた段階でその都度除電が行われているので、セパレータ待機台３上のセパレータ１３に吸着パッド６を近付けたとしてもスパークするようなおそれはない。

このように上記参考例による製造方法によれば、積層台１０上のパレットＰに対して吸着パッド６が負極シート１２または正極シート１１を積層した段階でその都度接地による除電が行われることにより、セパレータ１３に万が一金属製の微細な異物が付着していたり、あるいは吸着パッド６が帯電しているような場合でも、セパレータ１３に吸着パッド６を近付けた際にスパークすることがなく、セパレータ１３の位置ずれ等の二次的不具合を未然に防止することができる。

図４は本発明に係る積層型二次電池の製造方法のより具体的な実施の形態として、先の参考例における除電技術に代えて用いられる技術の例を示している。そして、同図の（Ａ）は吸着パッド１６の断面図を、（Ｂ）は同図（Ａ）の下面図をそれぞれ示していて、この実施の形態では、負極シート１２、セパレータ１３および正極シート１１の積層を司る吸着パッド１６そのものを常時接地しておくようにしたものである。

図６に示すように、吸着パッド１６は金属または樹脂材料製のパッド本体１６ａのうち吸着対象物と直接接触することになる吸着面１６ｃを含む先端部１６ｂを所定厚みの導電性ゴムにて形成するとともに、その先端部１６ｂの背面側には通路１７を介して負圧源に連通するチャンバー部１８を形成し、さらには先端部１６ｂには吸着面１６ｃに臨む複数の吸気穴１９を形成したものである。そして、先端部１６ｂは導線２０をもって常時接地してある。

この実施の形態では、吸着面１６ｃに臨んでいる複数の吸気穴１９に負圧吸引力が及ぶことから、先の参考例の場合と同様に、負極シート１２、セパレータ１３および正極シート１１の積層に無理なく対応するすることができる。

そして、吸着面１６ｃを含む導電ゴム製の先端部１６ｂは常時接地されていることから、吸着パッド１６が帯電するようなことがあっても、その電位は接地電流として放散または拡散されて除電されることになる。これにより、先の参考例の場合と同様に、セパレータ１３に万が一金属製の微細な異物が付着していたような場合でも、セパレータ１３に吸着パッド１６を近付けた際にスパークすることがなく、セパレータ１３の位置ずれ等の二次的不具合を未然に防止することができる。

１…正極シート待機台（正極シート待機位置）
２…負極シート待機台（負極シート待機位置）
３…セパレータ待機台（セパレータ待機位置）
４…ハンドリングロボット
５…ハンドリングロボット
６…吸着パッド（吸着手段）
７…接地端子
８…接地端子
１０…積層台
１１…正極シート（正極電極シート）
１１ａ…タブ
１２…負極シート（負極電極シート）
１２ａ…タブ
１３…セパレータ
１６…吸着パッド（吸着手段）
１６ｂ…導電性ゴム製の先端部
１６ｃ…吸着面
Ｐ…パレット

Claims (2)

1. 正極シートと負極シートとの間にセパレータを介在させながらそれらの要素を積層するようにした積層型二次電池の製造方法において、
   少なくとも待機位置にあるセパレータを吸着手段にて吸着支持した上で上記正極シートまたは負極シートの上に移載して解放することで積層するに際して、
   上記吸着手段のうち少なくともセパレータと接触する吸着面が非金属の導電性材料で形成されていて、この吸着面が予め接地されていることにより、吸着手段の除電を行うことを特徴とする積層型二次電池の製造方法。
2. 請求項１に記載の積層型二次電池の製造方法に吸着手段として用いる吸着パッドであって、
   上記セパレータを吸着支持する吸着パッドのうち少なくともセパレータと接触する吸着面が非金属の導電性材料で形成されていて、この吸着面が予め接地されていることを特徴とする吸着パッド。

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