JP6813093B2 - 電極体の製造装置 - Google Patents

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Description

本発明は、セパレータに電極が接着された単位電極体を複数積層することによって電極体を製造する電極体の製造装置に関する。
電池の電極体として、正極と負極がセパレータを介して交互に複数積層された構造を有する電極体が知られている。
そのような電極体の製造方法として、特許文献１には、長尺状のセパレータ材、正極、長尺状のセパレータ材および負極を順に積層してから所定の形状となるように切断して単位構造体を作製し、作製した単位構造体を複数積層することによって、電極体を製造する方法が記載されている。
ここで、セパレータ、正極、セパレータ、および負極の４層を積層した単位構造体を作製せずに、セパレータに電極が接着された単位電極体を作製し、作製した単位電極体を複数積層することによって、電極体を作製する方法も考えられる。すなわち、セパレータに正極が接着された単位電極体と、セパレータに負極が接着された単位電極体を交互に複数積層することによって、電極体を作製する。
その場合、以下のような方法によって、単位電極体の位置を補正して、位置補正後の単位電極体を複数積層する方法が考えられる。
まず、吸着板を有する搬送装置が吸着板によって単位電極体を吸着した状態で、単位電極体を位置補正ステージ上に搬送する。そして、搬送装置が位置補正ステージから退避した後、撮像装置によって、単位電極体を上方から撮像する。
続いて、撮像によって得られる単位電極体の画像に基づいて、位置補正ステージの位置を補正する。最後に、位置補正が行われた位置補正ステージから、運搬積層装置が単位電極体をピックアップして、積層ステージに運搬して積層する。
上記動作を繰り返すことにより、単位電極体を複数積層した電極体を製造することができる。
特表２０１５−５２８６２９号公報
しかしながら、上述した電極体の製造方法では、単位電極体を搬送し終えた搬送装置が位置補正ステージから完全に退避するまでは、撮像装置による単位電極体の撮像を行うことができないため、製造効率が良いとは言えない面がある。
本発明は、上記課題を解決するものであり、搬送装置が位置補正ステージから完全に退避する前に、撮像装置によって単位電極体を撮像することにより、電極体の製造効率を向上させることを可能とする電極体の製造装置を提供することを目的とする。
本発明による電極体の製造装置は、
セパレータに電極が接着された単位電極体を複数積層することによって電極体を製造する電極体の製造装置において、
位置補正ステージと、
吸着板を有し、前記吸着板によって吸着された前記単位電極体を前記位置補正ステージ上に搬送する搬送装置と、
前記位置補正ステージ上に載置された前記単位電極体の前記電極を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置による撮像によって得られる前記電極の画像に基づいて、前記単位電極体が載置された前記位置補正ステージの位置を補正する位置補正装置と、
前記位置補正装置によって位置補正が行われた前記位置補正ステージから前記単位電極体をピックアップし、所定の積層位置に運搬して積層する運搬積層装置と、
を備え、
前記吸着板は、その少なくとも一部に、透明な部位である透明部を有しており、
前記撮像装置は、前記位置補正ステージ上に載置された前記単位電極体の前記電極の少なくとも一部を、前記吸着板の前記透明部を介して上方から撮像するように構成されていることを特徴とする。
前記撮像装置は、前記位置補正ステージと前記吸着板とで挟まれた状態の前記単位電極体の前記電極を撮像するように構成されていてもよい。
前記位置補正装置は、前記単位電極体を前記位置補正ステージ上に搬送し終えた前記搬送装置が退避している間に、前記位置補正ステージの補正を開始するように構成されていてもよい。
前記位置補正ステージは透明または半透明であり、
前記撮像装置による撮像時に、前記位置補正ステージの下方から前記単位電極体に対して照明光を発する照明装置をさらに備えていてもよい。
本発明によれば、単位電極体を吸着する吸着板は、その少なくとも一部に、透明な部位である透明部を有しており、撮像装置は、位置補正ステージ上に載置された単位電極体の電極を、吸着板の透明部を介して上方から撮像するように構成されている。これにより、搬送装置が位置補正ステージ上に単位電極体を搬送した後、完全に退避する前に、撮像装置による単位電極体の撮像を行うことができる。したがって、この後、すぐに、撮像画像に基づいて位置補正ステージの位置補正を開始することができるので、単位電極体の製造効率を向上させることができる。
電極体の構造を示す断面図である。 （ａ）は、一実施の形態における電極体の製造装置の構成を示す側面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す電極体の製造装置の上面図である。 （ａ）は、搬送装置の外観を示す斜視図であり、（ｂ）は、搬送装置の側面図である。 位置補正ステージの位置補正方向を説明するための図である。 一実施形態における電極体の製造装置によって、電極体を製造する方法を説明するための図である。
以下に本発明の実施形態を示して、本発明の特徴とするところをさらに具体的に説明する。
まず初めに、電極体の製造装置によって製造される電極体の構造について説明する。電極体は、例えば、リチウムイオン電池などの電池に用いられる。
図１は、電極体１０の構造を示す断面図である。電極体１０は、正極１１と負極１２がセパレータ１３を介して交互に複数積層された構造を有する。
正極１１は、アルミニウムなどの金属箔からなる正極集電体と、正極集電体の両面に形成された正極活物質層とを備える。正極活物質層には、正極活物質として例えばコバルト酸リチウムを含有することができる。電極体１０の積層方向における最も外側に正極が存在する場合、最も外側に位置する正極は、正極集電体の片面にのみ正極活物質層が形成されている構成であってもよい。
負極１２は、銅などの金属箔からなる負極集電体と、負極集電体の両面に形成された負極活物質層とを備える。負極活物質層には、負極活物質として例えば黒鉛を含有することができる。電極体１０の積層方向における最も外側に負極が存在する場合、最も外側に位置する負極は、負極集電体の片面にのみ負極活物質層が形成されている構成であってもよい。負極１２の形状および大きさは、正極１１の形状および大きさと同じであってもよいし、異なっていてもよい。
セパレータ１３は、例えば、絶縁性に優れたポリプロピレン製の微多孔性薄膜によって構成することができる。
上述したような構造を有する電極体１０は、例えば、セパレータ１３に正極１１が接着した第１の単位電極体と、セパレータ１３に負極１２が接着した第２の単位電極体とを交互に複数積層することにより作製することができる。第１の単位電極体および第２の単位電極体のような、セパレータ１３に正極１１または負極１２の電極が接着した単位電極体は、例えば、長尺状のセパレータ材の上に電極を置いてから圧着し、所定の形状となるように、電極の周囲の位置でセパレータ材を切断することにより作製することができる。
図２（ａ）は、一実施の形態における電極体の製造装置１００の構成を示す側面図である。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す電極体の製造装置１００の上面図である。ただし、図２（ｂ）では、後述する位置補正ステージＳ１よりも上方に位置するもののみを示している。
一実施の形態における電極体の製造装置１００は、搬送装置２１と、撮像装置２２と、位置補正装置２３と、運搬積層装置２４と、照明装置２５と、位置補正ステージＳ１と、積層ステージＳ２とを備える。
搬送装置２１は、所定のピックアップ位置でピックアップした単位電極体１６を位置補正ステージＳ１上に搬送するための装置である。単位電極体１６は、上述したように、セパレータ１３に電極１５が接着した構造を有する。電極１５は、正極１１または負極１２である。
図３（ａ）は、搬送装置２１の外観を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、搬送装置２１の側面図である。
搬送装置２１は、単位電極体１６を吸着するための吸着板３０を有する。吸着板３０は、平板部３１と、吸引チャンバ３２とを有する。
吸引チャンバ３２は、吸引ホース口３２ａを有し、平板部３１の上面に設けられている。吸引チャンバ３２は透明である。また、吸引ホース口３２ａには、図示しない吸引装置の吸引ホースが接続されている。
平板部３１には、上面と下面を貫通する吸引孔３１ｂが複数設けられている。
吸着板３０によって単位電極体１６を吸着する際、吸引装置による吸引を開始する。これにより、吸引チャンバ３２、および平板部３１に設けられている複数の吸引孔３１ｂを介して、平板部３１の下方に位置する単位電極体１６を吸引し、平板部３１の下面に単位電極体１６を吸着することができる。
吸着板３０の平板部３１は、その少なくとも一部に、透明な部位である透明部３１ａを有している。透明部３１ａは、後述する撮像装置２２によって単位電極体１６の電極１５を撮像できる程度に光を透過できればよく、完全に透明である必要はない。透明部３１ａは、例えば、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、塩化ビニル樹脂などの樹脂や、ガラスなどにより構成されている。ただし、透明部３１ａを構成する材料が上記材料に限定されることはない。
なお、本実施形態では、平板部３１の一部に透明部３１ａを有する構成とされているが、平板部３１の全てが透明部３１ａであってもよい。
撮像装置２２は、搬送装置２１によって位置補正ステージＳ１上に載置され、位置補正ステージＳ１と搬送装置２１の吸着板３０とで挟まれた状態の単位電極体１６の電極１５を、吸着板３０の透明部３１ａを介して上方から撮像する。このとき、撮像画像中の電極１５の位置および傾きが把握できるのであれば、電極１５の全てを撮像する必要はなく、その一部が撮像できればよい。
本実施形態では、電極１５のタブ以外の部分の外形が把握できるように、電極１５を撮像する。このため、透明ではない吸引ホース口３２ａは、電極１５の撮像の邪魔とならない位置、例えば、吸着板３０の下面に単位電極体１６を吸着した状態で、鉛直方向において、電極１５のタブと重なる位置に設けられている。
位置補正ステージＳ１は、図４に示すＸ軸方向、Ｙ軸方向、および、位置補正ステージＳ１の中心Ｃ１の周りの回転方向であるθ方向に移動可能なように構成されている。位置補正装置２３は、撮像装置２２によって撮像された単位電極体１６の電極１５の画像に基づいて、単位電極体１６が載置されている位置補正ステージＳ１を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびθ方向のうちの少なくとも一方向に移動させることによって、位置補正ステージＳ１の位置を補正する。
運搬積層装置２４は、位置補正が行われた位置補正ステージＳ１上の単位電極体１６をピックアップして、所定の積層位置である積層ステージＳ２に運搬して積層する。本実施形態では、運搬積層装置２４は、単位電極体１６を吸着するための吸着パッド２４ａを有し、吸着パッド２４ａによって単位電極体１６を吸着することによって、単位電極体１６をピックアップする。
運搬積層装置２４は、積層ステージＳ２上に単位電極体１６を順次積層する際に、単位電極体１６の位置補正は行わない。すなわち、位置補正ステージＳ１の位置補正が行われることによって位置補正が行われた単位電極体１６をピックアップして積層ステージＳ２へと運搬することにより、積層ステージＳ２上の略同一の位置で、単位電極体１６を積層する。
照明装置２５は、位置補正ステージＳ１の下方に配置され、撮像装置２２による単位電極体１６の撮像時に、単位電極体１６に対して照明光を発する。このため、本実施形態では、照明光を透過させるために、位置補正ステージＳ１は半透明である。ただし、位置補正ステージＳ１は透明であってもよい。
なお、照明装置２５は、位置補正ステージＳ１と一体的に構成されていてもよいし、位置補正ステージＳ１に内蔵されていてもよい。
図５は、本実施形態における電極体の製造装置１００によって、電極体１０を製造する方法を説明するための図である。なお、図５では、照明装置２５を省略している。
工程１では、搬送装置２１が所定のピックアップ位置から単位電極体１６をピックアップして、位置補正ステージＳ１上に搬送する。より具体的には、鉛直方向において、単位電極体１６の電極１５が、搬送装置２１の平板部３１の透明部３１ａと重なるような態様で、単位電極体１６を搬送する。
ただし、電極１５の全体が平板部３１の透明部３１ａと重なっている必要はなく、電極１５の位置および傾きを認識できる部分、例えば、電極１５の角部が透明部３１ａと重なっていればよい。
工程１に続く工程２では、単位電極体１６が位置補正ステージＳ１上に載置される。撮像装置２２は、位置補正ステージＳ１上に載置され、位置補正ステージＳ１と搬送装置２１の吸着板３０とで挟まれた状態の単位電極体１６の電極１５を、吸着板３０の透明部３１ａを介して上方から撮像する。
照明装置２５は、撮像装置２２による撮像時に、位置補正ステージＳ１の下方から単位電極体１６に対して照明光を照射する。照明光を単位電極体１６の下方から照射するのは、電極１５がアルミニウムなどの金属箔を備える構成において、上方から照明光を照射すると、電極１５に照明光が当たって反射し、電極１５の撮像が難しくなるからである。
すなわち、照明装置２５によって単位電極体１６の下方から照明光を照射することにより、電極１５の上面で照明が反射することを防ぐことができ、所望の撮像画像を得ることができる。
上記のように、撮像装置２２は、位置補正ステージＳ１上に載置された単位電極体１６の電極１５を、吸着板３０の透明部３１ａを介して上方から撮像する。これにより、単位電極体１６を搬送し終えた搬送装置２１が位置補正ステージＳ１から完全に退避する前に、撮像装置２２による単位電極体１６の電極１５の撮像を開始することができる。したがって、この後すぐに、撮像画像に基づいて位置補正装置２３による位置補正ステージＳ１の位置補正を開始することができるので、電極体１０の製造効率を向上させることができる。
また、撮像装置２２は、位置補正ステージＳ１と吸着板３０との間に挟まれた状態の単位電極体１６を撮像するので、単位電極体１６に反りが生じている場合でも、位置補正ステージＳ１と吸着板３０とで挟まれて反りが生じていない状態の単位電極体１６を撮像することができる。これにより、撮像画像中の電極１５の位置や傾きを精度良く把握することができるので、位置補正ステージＳ１の位置補正を精度良く行うことができる。
工程２に続く工程３では、搬送装置２１が次の単位電極体１６をピックアップするために、位置補正ステージＳ１からの退避を開始する。
位置補正装置２３は、搬送装置２１が退避している間に、撮像装置２２による撮像によって得られる電極１５の画像に基づいて、位置補正ステージＳ１の位置を補正する。具体的には、位置補正装置２３は、撮像画像中の電極１５の位置や傾きに基づいて、位置補正ステージＳ１をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびθ方向のうちの少なくとも一方向に移動させることにより、位置補正ステージＳ１の位置を補正する。
本実施形態では、位置補正装置２３は、搬送装置２１が位置補正ステージＳ１から退避し始めるのとほぼ同時に、位置補正ステージＳ１の位置の補正を開始する。
このように、位置補正装置２３は、搬送装置２１が退避している間に、位置補正ステージＳ１の位置補正を開始するので、搬送装置２１が位置補正ステージＳ１から完全に退避するまで待つ必要なく、迅速に位置補正ステージＳ１の位置補正を開始することができる。
また、搬送装置２１が位置補正ステージＳ１から退避して、次の単位電極体１６をピックアップするために移動する間、運搬積層装置２４は、位置補正ステージＳ１上の単位電極体１６をピックアップするために、位置補正ステージＳ１へと移動する。
上述した位置補正装置２３による位置補正ステージＳ１の位置補正処理は、運搬積層装置２４が位置補正ステージＳ１に到着して、単位電極体１６のピックアップを開始するまでに完了する。
工程３に続く工程４では、運搬積層装置２４が位置補正ステージＳ１上の単位電極体１６をピックアップし、積層ステージＳ２へと運搬して積層する。積層ステージＳ２上に単位電極体１６が載置されていない場合には、積層ステージＳ２上に単位電極体１６を載置し、積層ステージＳ２上に単位電極体１６が載置されている場合には、既に載置されている単位電極体１６の上に、運搬してきた単位電極体１６を積層する。
上記工程１から工程４の処理を繰り返し行うことにより、積層ステージＳ２上の略同一の位置に、複数の単位電極体１６が積層されて、電極体１０が製造される。所定の数の単位電極体１６を積層した後、全体を圧着することによって、電極体１０を製造するようにしてもよい。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、電極体の製造装置１００が照明装置２５を備えるものとして説明したが、電極１５の位置や傾きを把握し得る画像が得られるのであれば、照明装置２５は省略することができる。
搬送装置２１の吸引チャンバ３２は透明であるものとして説明したが、撮像装置２２によって、吸着板３０の透明部３１ａを介して、単位電極体１６の電極１５の一部を撮像できるのであれば、不透明であってもよい。例えば、平面視で、電極１５が吸引チャンバ３２よりも大きい場合には、吸引チャンバ３２と電極１５とが重なっていても、上方から電極１５の外形を撮像することができる。したがって、そのような場合には、吸引チャンバ３２は不透明であってもよい。
１０ 積層体
１１ 正極
１２ 負極
１３ セパレータ
１５ 電極
１６ 単位電極体
２１ 搬送装置
２２ 撮像装置
２３ 位置補正装置
２４ 運搬積層装置
２４ａ 吸着パッド
２５ 照明装置
３０ 吸着板
３１ 平板部
３１ａ 透明部
３１ｂ 吸引孔
３２ 吸引チャンバ
３２ａ 吸引ホース口
１００ 電極体の製造装置
Ｓ１ 位置補正ステージ
Ｓ２ 積層ステージ

Claims (4)

  1. セパレータに電極が接着された単位電極体を複数積層することによって電極体を製造する電極体の製造装置において、
    位置補正ステージと、
    吸着板を有し、前記吸着板によって吸着された前記単位電極体を前記位置補正ステージ上に搬送する搬送装置と、
    前記位置補正ステージ上に載置された前記単位電極体の前記電極を撮像する撮像装置と、
    前記撮像装置による撮像によって得られる前記電極の画像に基づいて、前記単位電極体が載置された前記位置補正ステージの位置を補正する位置補正装置と、
    前記位置補正装置によって位置補正が行われた前記位置補正ステージから前記単位電極体をピックアップし、所定の積層位置に運搬して積層する運搬積層装置と、
    を備え、
    前記吸着板は、その少なくとも一部に、透明な部位である透明部を有しており、
    前記撮像装置は、前記位置補正ステージ上に載置された前記単位電極体の前記電極の少なくとも一部を、前記吸着板の前記透明部を介して上方から撮像するように構成されている、
    ことを特徴とする電極体の製造装置。
  2. 前記撮像装置は、前記位置補正ステージと前記吸着板とで挟まれた状態の前記単位電極体の前記電極を撮像するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電極体の製造装置。
  3. 前記位置補正装置は、前記単位電極体を前記位置補正ステージ上に搬送し終えた前記搬送装置が退避している間に、前記位置補正ステージの位置の補正を開始するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電極体の製造装置。
  4. 前記位置補正ステージは透明または半透明であり、
    前記撮像装置による撮像時に、前記位置補正ステージの下方から前記単位電極体に対して照明光を発する照明装置をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電極体の製造装置。
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