JP6196675B2 - 電極積層体を製造するための装置及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は電極積層体を製造するための装置及びその方法に関し、特にバッテリーへ利用するためのものに関する。

自動化企業において、例えばバッテリーセルなどのエネルギー貯蔵物の生産工程には多くの問題が存在している。非常に薄い電極と分離材（ｓｅｐａｒａｔｏｒ）とを切断し、μｍの何分の１の正確さで積み重ね、導体に溶接する必要がある。これらの薄い陽極、陰極及び分離材の層は０．１５ｎｍほどの厚さであり、柔軟であり、部分的に多孔であり、さらに様々な大きさのものがある。

このことは、消費者に要求される回転安定性、耐用年数及び効率を常に満足させるために、最も強い要求を自動化の専門家に出し、極度の正確性を必要とする。

バッテリーの組み立てにおいて、電極、陽極及び陰極を中間層としての分離材を伴ってそれぞれ交互に上層へと積み上げる。陽極及び陰極フィルムを電極台内に切断し、中間の分離材とともにシート様に互いの上に積層体を積み上げる可能性とともに、ロール材から平胆な分離材を展開し、次いで、例えば、ジグザグ様に折り曲げる操作を行うことで、分離材を配置する方法がある。陽極又は陰極は各層の間に生じるポケット型の中間の空間に挿入される。

独国特許出願公開第１０２０１００５５６０８号明細書には、電極積層体を製造する方法が記載されている。該方法では電極積層体の１つの層はエンドレス材料として存在し、交互に折りたたまれており、二つの他の層が折りたたみによって生じたポケットに挿入されている。この折りたたみは制限棒の配置によってここで生じ、上記材料が間に挿入される。次いで、制限棒は側面にそって取り除かれる。

独国特許出願公開第１０２００９０３７７２７号明細書には、陽極、陰極及び分離材からなる電極積層体を製造する方法が記載されている。該方法では、電極積層体の、第二の層の第一の層への相対的な位置決めが改善することができ、したがって電極台の完全な重ね合わせが達成される。該方法は分離層供給ロールから分離層を供給するための装置を含む。ここで、分離材はあらかじめ決められた長さに展開かつ折りたたまれ、電極を受け取る。リダイレクション（ｒｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）の間に、電極板が保持装置によって固定されている間に、分離シートに張力が働く。

独国特許出願公開第１０２０１００５５６０８号明細書 独国特許出願公開第１０２００９０３７７２７号明細書

先行技術に記載の製造方法において、展開工程及びポケットを形成する間に、分離材が方法依存的なねじれにより、又は過度な張力ストレスによって破れ、これにより積層体全体が使用できなくなるという問題が生じる。完全自動化製造工程は中断し、かつ、回転回数はもはや維持され得なくなる。したがって、機械の実行効率が限定される。製造工程の中断とそれに伴う回転回数の上昇によって、経済的な不利益が生じる。

本発明の要旨は、独立した層、例えば、中間に挿入された分離フィルムを有する陽極及び陰極を含み、次々と多層に配置される層を含む電極積層体を製造するための装置及びその方法である。

本発明の目的は、電極積層体を製造する間に、分離フィルムが電極積層体の両側で高い折りたたみ品質を有し、かつ、材料への機械的な損傷なく、交互に折りたたまれる装置であり、発生する張力及び圧縮ストレスの分配を改善することにより、さらなる迅速な積み重ねを可能とする装置及びその方法を特定することにある。

本目的のために、本発明に係る装置について、形成される折り目に可能である限り近くに設置されるホルダーは、分離するために折りたたまれるべき材料をその全体の幅にわたって固定し、そしてポケット形成が分離フィルムの幅全体にわたる本発明に係る過圧力モジュールからのガスフローによって生じ、それによって損傷がなく、かつ、緩やかなジグザグの折りたたみが生じる。

本発明は、ある種のバッテリー／蓄電池のための電極積層体の製造に使用することに限定されるものではなく、むしろ平坦で屈曲可能なフィルムがさらなる処理のために加工されなければならない場面で使用され得る。本発明は、特に、非常に薄く、かつ、高感度な分離フィルムを使用するのに利用可能であるという点で有利である。

本発明に係る装置について、より早い回転回数を達成することが可能であり、これにより本機械をより高速で稼働することができ、それによって生産性を増加し、かつ、製造は費用効果が高いものとなり得る。

本目的は、請求項１の特徴部分における構成により、本発明によって解決される。発明の有利なさらなる構造は、請求項１に従属する請求項から、及び本明細書に起因する。

本目的は、
−電極層を下ろし（ｐｕｔｔｉｎｇ ｄｏｗｎ）、かつ、積み重ねるための積層台と、
−下ろされるべき電池素子、特に電極を受け取るための少なくとも１つのつかみ具と、
−（エンドレス素材を含む）供給ロールを伴う供給装置と、
−フィルムを折りたたむためのガイド装置と、
−電極積層体の両側にあるホルダーと
を含む装置によって解決される。

本発明に関する少なくとも１つのつかみ具は、少なくとも片側にガスフローノズルを有する過圧力モジュールを含み、電極を下ろす間に、電池素子の間にジグザグ様に置かれるエンドレス素材の折りたたみ工程に有利な影響を与える。

本発明に係る装置について、すべてのケースにおいて、ホルダーは、間に挿入されるように配置された分離フィルム及び電極を有するすでに置かれた積層体を固定するタスクを有する配置台の両側に備えられる。ホルダーは、積層工程のために、配置台と並行してｘ−及びｚ−方向に移動させることができる。電極はつかみ具によって積層するために吸引され、及び積層台へ移動させた後、下ろす間に、次のフィルムポケットがガスフローによって側面にそって配置された分離フィルムに形成される。ガスフローはつかみ具における本発明に係る過圧力モジュールの流出ノズルから排出する。それにより、ホルダー及びその配置動作が関連して、穏やかで損傷のない分離フィルムの折りたたみが達成される。

折りたたみ工程及びホルダーの配置は、ホルダーの内側にあるノズルから排出されるガスフローによって非常に緩やかに構成され得る。例えば、つかみ具又はそれぞれのホルダーで使用されるガスは、有利な態様として、清潔でありイオン化された空気であり得る。

さらに、折りたたみ工程及び配置工程はホルダーの内側にあるローラーによってより緩やかに形成され得る。

さらに、本目的は、ジグザグ折りによって配置されるために陽極及び陰極並びに中間に挿入された分離フィルムを有する電極積層体の製造方法であって、少なくとも１つのガイド装置を通じてエンドレスロールから分離フィルムが供給され、電極が少なくとも１つのつかみ具に受け取られ、及び下ろされ、過圧力モジュールから排出されるガスフローが分離フィルムのリダイレクションを介してフィルムポケットを形成するようにつかみ具に配置される過圧力モジュールによって方向性ガスフローが生成され、かつ、形成されたフィルムポケットが電極積層体を受け取るために備えられた積層台で左右に設置されたホルダーによって固定される、前記電極積層体の製造方法によって解決する。

ここで、ガイド装置は交互に移動することが好ましい。

分離フィルムの折りたたみは、分離フィルムに向けて面する内側にあるホルダーと共に備えられたリダイレクションローラーによって、及び／又は分離フィルムに向けて面する内側においてその都度ホルダーに備えられる流出ノズルのそれぞれからのガスフローの作用によって支持され得る。

本発明の要旨は、図１〜８を用いてより詳細に下記のとおりに記載されるが、本発明をそこに一例として示されている種々の実施態様に限定するものではない。

図１は第１の電極２を下ろす状況における本発明に係る装置の原理上の説明図である。 図２は、（固定した第１の電極２を有する）分離フィルム１を反転させる間に、第１の電極を下ろした後の装置を示した図である。 図３は第２の電極３を下ろす状況における本発明に係る装置の原理上の説明図である。 図４は（固定した第１及び２の電極２、３を有する）他方の側に分離フィルム１を反転させる間に、第２の電極３を下ろした後の装置を示した図である。 図５は第３の電極２を下ろす状況における本発明に係る装置の原理上の説明図である。 図６はホルダー４、５における低圧力モジュール９によって外側からの分離フィルム１の反転及び折りたたみを支持している本発明に係る装置の構造を示した図である。 図７はホルダーの流出ノズル２０からのガスフロー２１によって分離フィルム１の反転及び折りたたみを支持している装置を示した図である。 図８はホルダー４、５におけるリダイレクションローラー１９によって分離フィルム１の反転及び折りたたみを支持している装置を示した図である。

図１によって、本発明に係るホルダー５は最初に積層台１１上の分離フィルム１の開始部位を固定し、一方でつかみ具６は、より詳細には示されていないが、電極の供給積層体から除かれる、電極２を積層台１１上の分離フィルム１の上に置く。電極を操作するためのつかみ具６は、例えば典型的な吸引つかみ具であり得る。

本発明に係る過圧力モジュール９は、つかみ具６にて供給された分離フィルム１の方向に側面にそって配置される。つかみ具６にて配置された過圧力モジュール９から排出されるガスフロー１０によって、分離フィルム１の折りたたみが達成されるところにフィルムポケット１７が形成される。より詳細に示されていないが、供給ロールからの分離フィルム１のガイド装置８への供給は、通常の方法で実現される。本目的のために必要とされる駆動ロール、張力ローラー、アイドルロール、リダイレクションローラーを用いた駆動技術が、技術的に従前のものであり、特に示されていない。

図２は、（固定した第１の電極２を伴う）分離フィルム１を反転させる間に、第１の電極２を下ろした後の装置を示す。

ホルダー４が電極２上の折りたたまれた分離フィルム１を固定した後に、電極２は左側へ移動するガイド装置８の助けを借りて分離フィルム１で覆われる。ホルダー５は、新たなフィルムポケット１７を形成するための領域を露出する。

図１と鏡像関係にある図３に示されるように、さらなる電極３はつかみ具７によって積層体上に下ろされ、分離フィルム１を覆うために新しいフィルムポケット１７が形成される。

有利なことに、電極２、３を位置決めし、下ろす間に、保持された電極２、３を有するつかみ具６、７は、形成されたフィルムポケット１７の領域の位置決めを改善することを達成するために、及び電極２、３と反対側にあるホルダー４、５との衝突を避けるために、フィルムポケット１７の方向にわずかに側面にそって傾斜される（図１及び５参照）。

さらに、本発明に係る装置において、電極２、３の突出部１８がフィルムポケット１７の方向及びその反対の方向に生じるように、つかみ具６、７の幅は形成される。すなわち、電極２、３はつかみ具６、７を越えて延長している。形成されたフィルムポケット１７の大きさはガイド装置８上の固定点１３及びホルダー４、５上の固定点１４の間において妨げのない分離材の長さに依存する。

図４に示されるとおり、電極積層体上に電極３を下ろした後、形成されたフィルムポケット１７上に配置されるホルダー５は、新たに下ろされた電極３及び最後に形成された分離フィルム１のフィルムポケット１７を含む電極積層体を固定する。反対側のホルダー４を積層台１１の外側の休止位置に移動させる。下ろされるべき次の電極に対して、つかみ具６、７を電極積層体上の設置範囲外へ取り除き、ガイド装置８によって積層台１１の他方の側へ分離フィルム１を導く。

図５は次の電極２の設置を示す。再びつかみ具６に設置された過圧力モジュール９からのガスフロー１０を利用して、分離フィルム１に次のフィルムポケット１７を形成する。

図６に示された本発明のさらなる実施態様において、低圧力モジュール１５をホルダー４、５の下に配置する。低圧力モジュール１５はフィルムポケット１７をさらに形成するために有利に役に立ち、吸引ノズル２２は、形成されるべきフィルムポケット１７の方向に、低圧力モジュール１５に設置される。

図７は本発明の一実施態様を示し、フィルムの折りたたみはホルダー４、５における外流ノズル２０からのガスフロー２１によって支持される。

図８は本発明の一実施態様を示し、ホルダー４、５は電極積層体上に穏やかに設置するためのリダイレクションローラー１９を備える。

１ 分離フィルム
２ 電極
３ 電極
４ 右ホルダー
５ 左ホルダー
６ つかみ具、過圧力モジュール、右
７ つかみ具、過圧力モジュール、左
８ ガイド装置
９ 流出ノズル付きの過圧力モジュール
１０ ガスフロー
１１ 積層台
１２ ガイド装置の移動方向
１３ フィルムガイドの固定点
１４ ホルダーの固定点
１５ 低圧力モジュール
１６ 分離フィルムの供給
１７ フィルムポケット
１８ 電極の突出部
１９ ホルダーのリダイレクションローラー
２０ ホルダーの流出ノズル
２１ ホルダー外のガスフロー
２２ 吸引ノズル

Claims (15)

1. ジグザグ折りによって配置されるために正及び負の電極（２、３）並びに中間に挿入された分離フィルム（１）を有し、
   エンドレスロールから分離フィルム（１）を供給するための少なくとも１つのガイド装置（８）を有し、
   電極積層体を受け取るための積層台（１１）並びに電極（２、３）を受け取るための及び下ろすための少なくとも１つのつかみ具（６、７）を有する電極積層体を製造するための装置であって、
   過圧力モジュール（９）が方向性ガスフロー（１０）を生成するためのつかみ具（６、７）に配置されることにより、過圧力モジュール（９）から排出されるガスフロー（１０）が分離フィルム（１）の方向転換の間にフィルムポケット（１７）を形成し、かつ、積層台（１１）の両側にホルダー（４、５）が設置され、ただしホルダー（４、５）が形成されたフィルムポケット（１７）を固定する役目を果たすことで特徴付けられる、前記装置。
2. ホルダー（４、５）は少なくとも分離フィルム（１）と同じ幅を有することで特徴付けられる、請求項１に記載の電極積層体を製造するための装置。
3. つかみ具（６、７）が、受け取られるべき及び下ろされるべき電極（２、３）より幅が狭く設計され、及び電極（２、３）のうち、つかみ具（６、７）を越えて延長している電極の領域である突出部（１８）が生じることで特徴付けられる、請求項１又は２に記載の電極積層体を製造するための装置。
4. ガイド装置（８）が一方向及び他方向の交互に移動可能であることで特徴付けられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電極積層体を製造するための装置。
5. ガスフロー（１０）がエアフローであることで特徴付けられる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電極積層体を製造するための装置。
6. つかみ具（６、７）が積層台（１１）と平行になるように配置されることで特徴付けられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電極積層体を製造するための装置。
7. つかみ具（６、７）が傾斜して配置され、該傾斜の最下点が分離フィルム（１）に形成したポケット（１７）の方向に位置付けられることで特徴付けられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電極積層体を製造するための装置。
8. ホルダー（４、５）が積層台（１１）と平行になるように形成されるｘ−ｚ面に移動可能であることで特徴付けられる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電極積層体を製造するための装置。
9. 分離フィルム（１）はガイド装置（８）上にある固定点（１３）に固定され得ることで特徴付けられる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電極積層体を製造するための装置。
10. フィルムポケット（１７）をさらに成形するための低圧力モジュール（１５）がホルダー（４、５）の下に配置されることで特徴付けられる、請求項１又は２に記載の電極積層体を製造するための装置。
11. ホルダー（４、５）が、分離フィルム（１）の折りたたみを補助するための、分離フィルム（１）に向けて内側に面して備えられる方向転換ローラー（１９）を有することで特徴付けられる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電極積層体を製造するための装置。
12. ガスフロー（２１）のための流出ノズル（２０）が、分離フィルム（１）に向けて面している各ホルダー（４、５）の内側に備えられ、ガスフロー（２１）が分離フィルム（１）の折りたたみを補助することで特徴付けられる、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電極積層体を製造するための装置。
13. ジグザグ折りによって配置されるために正及び負の電極（２、３）並びに中間に挿入された分離フィルム（１）を有する電極積層体の製造方法であって、
    ｉ）少なくとも１つのガイド装置（８）を通じてエンドレスロールから分離フィルム（１）が供給され、
    ｉｉ）電極が少なくとも１つのつかみ具（６、７）に受け取られ、及び該つかみ具（６、７）とともに下ろされ、
    ｉｉｉ）過圧力モジュール（９）から排出されるガスフロー（１０）が分離フィルム（１）の方向転換の間にフィルムポケット（１７）を形成するようにつかみ具（６、７）に配置される過圧力モジュール（９）によって方向性ガスフロー（１０）が生成され、かつ、
    ｉｖ）形成されたフィルムポケット（１７）が電極積層体を受け取るために備えられた積層台（１１）で左右に設置されたホルダー（４、５）によって固定される、前記電極積層体の製造方法。
14. ガイド装置が一方向及び他方向に交互に移動する、請求項１３に記載の電極積層体の製造方法。
15. ｉ）分離フィルム（１）に向けて面する内側にあるホルダー（４、５）と共に備えられた方向転換ローラー（１９）によって、及び／又は
    ｉｉ）分離フィルム（１）に向けて面する内側においてその都度ホルダー（４、５）に備えられる流出ノズル（２０）のそれぞれからのガスフロー（２１）の作用によって、分離フィルム（１）の折りたたみが補助される、請求項１３又は１４に記載の電極積層体の製造方法。