WO2015145551A1 - 電気デバイスのセパレータ接合方法および電気デバイスのセパレータ接合装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an electrical device separator joining method and an electrical device separator joining apparatus.
- a battery such as a lithium ion secondary battery is configured by sealing a power generation element to be charged and discharged with an exterior material.
- the power generation element is configured, for example, by laminating a plurality of packaged electrodes formed by sandwiching a positive electrode with a pair of separators and negative electrodes.
- the packaged electrode joins both ends thereof to suppress the movement of the positive electrode, thereby preventing a short circuit with the adjacent negative electrode through the separator (see, for example, Patent Document 1).
- the present invention has been made to solve the above-described problems, and is a case where a heat-resistant material is made to face each other using a separator including a molten material and a heat-resistant material having a melting temperature higher than that of the molten material.
- Another object of the present invention is to provide a separator joining method for an electrical device that can sufficiently join the separator, and a separator joining apparatus for an electrical device that embodies the separator joining method.
- the separator joining method for an electric device uses a separator including a sheet-like molten material and a heat-resistant material laminated on the molten material and having a higher melting temperature than the molten material, and sandwiches the electrodes. It is the method of joining the separator to perform by light.
- the separator joining method includes a pressurizing step and a joining step. In the pressurizing step, the joining region of the separator facing the electrode is pressed by a pressurizing member that transmits light. In the bonding step, light is transmitted to the pressure member and irradiated to the bonding regions facing each other.
- a joining process joins the heat-resistant material of one joining area
- An electrical device separator bonding apparatus uses a separator including a sheet-like molten material and a heat-resistant material laminated on the molten material and having a higher melting temperature than the molten material, and sandwiches the electrode. It is an apparatus which joins the separator which carries out by light.
- the separator bonding apparatus has a pressure member and a light source. The pressurizing member pressurizes the joining region of the separator facing through the electrode and transmits light. The light source irradiates the bonding area while transmitting the light to the pressure member.
- FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing the configuration of FIG. 3 along line 4-4 shown in FIG. 3; It is a perspective view which shows the separator joining apparatus which actualized the separator joining method of the electric device (packed electrode) which concerns on 1st Embodiment. It is a perspective view which shows the principal part of the separator joining apparatus of FIG.
- FIG. 1 It is a schematic diagram which shows the joining method of the separator by the separator joining apparatus of FIG. It is a perspective view which shows the principal part of the separator joining apparatus which actualized the separator joining method of the electric device (packed electrode) which concerns on the modification 1 of 1st Embodiment. It is a perspective view which shows the principal part of the separator joining apparatus which actualized the separator joining method of the electric device (packed electrode) which concerns on the modification 2 of 1st Embodiment. It is a perspective view which shows the principal part of the separator joining apparatus which actualized the separator joining method of the electric device (packed electrode) which concerns on the modification 3 of 1st Embodiment.
- the separator bonding apparatus 100 embodies a separator bonding method for an electric device (packed electrode 11). Separator joining apparatus 100 joins joining regions (ends) of separators (a pair of ceramic separators 41 and 42) that sandwich an electrode (positive electrode 20 or negative electrode 30).
- an electrical device formed by bonding with the separator bonding apparatus 100 will be described with reference to FIGS.
- the packaged electrode 11 will be described based on the configuration of the lithium ion secondary battery 10.
- FIG. 1 is a perspective view showing a lithium ion secondary battery 10 configured using an electric device (packed electrode 11).
- FIG. 2 is an exploded perspective view showing the lithium ion secondary battery 10 of FIG.
- FIG. 3 is a perspective view showing a state in which the negative electrodes 30 are laminated on both surfaces of the packaged electrode 11 of FIG.
- FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing the configuration of FIG. 3 along line 4-4 shown in FIG.
- the positive electrode 20 corresponds to an electrode, and is formed by binding a positive electrode active material 22 on both surfaces of a positive electrode current collector 21 which is a conductor.
- the positive electrode terminal 21 a for taking out electric power is formed to extend from a part of one end of the positive electrode current collector 21.
- the positive electrode terminals 21a of the stacked positive electrodes 20 are fixed to each other by welding or adhesion.
- the material of the positive electrode current collector 21 of the positive electrode 20 is, for example, aluminum expanded metal, aluminum mesh, or aluminum punched metal.
- the material of the positive electrode active material 22 of the positive electrode 20 includes various oxides (lithium manganese oxide such as LiMn 2 O 4 , manganese dioxide, lithium nickel oxide such as LiNiO 2 , and lithium cobalt oxide such as LiCoO 2. Products, lithium-containing nickel cobalt oxide, or lithium-containing amorphous vanadium pentoxide) or chalcogen compounds (titanium disulfide, molybdenum disulfide) or the like.
- the negative electrode 30 corresponds to an electrode having a polarity different from that of the positive electrode 20, and is formed by binding a negative electrode active material 32 on both surfaces of a negative electrode current collector 31 which is a conductor.
- the negative electrode terminal 31 a extends from a part of one end of the negative electrode current collector 31 so as not to overlap with the positive electrode terminal 21 a formed on the positive electrode 20.
- the length of the negative electrode 30 in the longitudinal direction is longer than the length of the positive electrode 20 in the longitudinal direction.
- the length of the negative electrode 30 in the short direction is the same as the length of the positive electrode 20 in the short direction.
- the negative electrode terminals 31a of the plurality of negative electrodes 30 that are stacked are fixed to each other by welding or adhesion.
- the material of the negative electrode current collector 31 of the negative electrode 30 of the negative electrode for example, copper expanded metal, copper mesh, or copper punched metal is used.
- a carbon material that absorbs and releases lithium ions is used.
- carbon materials for example, natural graphite, artificial graphite, carbon black, activated carbon, carbon fiber, coke, or organic precursor (phenol resin, polyacrylonitrile, or cellulose) is heat-treated in an inert atmosphere and synthesized. Carbon is used.
- the separator is composed of a pair of ceramic separators 41 and 42.
- the pair of ceramic separators 41 and 42 electrically isolates the positive electrode 20 and the negative electrode 30.
- the pair of ceramic separators 41 and 42 holds an electrolytic solution between the positive electrode 20 and the negative electrode 30 to ensure ion conductivity.
- the pair of ceramic separators 41 and 42 are formed in a rectangular shape. The length in the longitudinal direction of the pair of ceramic separators 41 and 42 is longer than the length in the longitudinal direction of the negative electrode 30 excluding the portion of the negative electrode terminal 31a.
- the pair of ceramic separators 41 and 42 have the same configuration.
- the ceramic separator 41 is formed by laminating a ceramic layer 41n corresponding to a heat-resistant material on a polypropylene layer 41m corresponding to a molten material.
- the ceramic layer 41n has a higher melting temperature than the polypropylene layer 41m.
- the ceramic separators 41 and 42 sandwich the positive electrode 20 and are laminated with the ceramic layers 41n and 42n facing each other.
- the ceramic layers 41n and 42n are in contact with the positive electrode active material 22 of the positive electrode 20.
- the polypropylene layer 41m of the ceramic separator 41 is formed of a polypropylene sheet.
- the polypropylene layer 41m is impregnated with a nonaqueous electrolytic solution prepared by dissolving an electrolyte in a nonaqueous solvent.
- a polymer is contained in order to hold the non-aqueous electrolyte in the polypropylene layer 41m.
- the ceramic layer 41n is formed, for example, by applying a ceramic obtained by molding an inorganic compound at a high temperature to the polypropylene layer 41m and drying it.
- the ceramic is made of a porous material formed by bonding a ceramic particle such as silica, alumina, zirconium oxide, titanium oxide or the like and a binder.
- the pair of ceramic separators 41 and 42 are joined to each other by a plurality of joining portions 40 h formed on both sides in the longitudinal direction corresponding to the transport direction X of the separator joining device 100.
- the joining portion 40h is formed by joining the molten material (polypropylene layer) and the heat-resistant material (ceramic layer) at the end portions of the pair of ceramic separators 41 and 42 facing each other.
- the one end portion 41 p of the ceramic separator 41 faces the one end portion 42 p of the ceramic separator 42 through the positive electrode 20.
- the other end portion 41 q of the ceramic separator 41 faces the other end portion 42 q of the ceramic separator 42 through the positive electrode 20.
- the pair of ceramic separators 41 and 42 are bonded to each other by flowing a molten polypropylene layer 41m at the end of the ceramic separator 41 and a ceramic layer 42n at the end of the ceramic separator 42 in a pressurized state. ing. Similarly, the pair of ceramic separators 41 and 42 are bonded to each other by flowing a molten polypropylene layer 42m at the end of the ceramic separator 42 and a ceramic layer 41n at the end of the ceramic separator 41 in a pressurized state. ing.
- the packaged electrode 11 is formed by laminating a pair of ceramic separators 41 and 42 so as to sandwich both surfaces of the positive electrode 20.
- the joint portion 40h is formed at a total of three locations at both end portions and the central portion along both longitudinal sides of the pair of ceramic separators 41 and 42. Even if the lithium ion secondary battery 10 vibrates or receives an impact, the movement of the positive electrode 20 in the packaged electrode 11 is suppressed by the joint portions 40 h formed at both ends in the longitudinal direction of the ceramic separators 41 and 42. Can do. That is, a short circuit between the adjacent positive electrode 20 and negative electrode 30 can be prevented via the ceramic separators 41 and 42. Therefore, the lithium ion secondary battery 10 can maintain the desired electrical characteristics.
- the exterior material 50 includes, for example, laminate sheets 51 and 52 each having a metal plate therein, and covers and seals the power generation element 15 from both sides.
- the power generating element 15 is sealed with the laminate sheets 51 and 52, a part of the periphery of the laminate sheets 51 and 52 is opened, and the other periphery is sealed by heat welding or the like.
- An electrolyte solution is injected from the open portions of the laminate sheets 51 and 52, and the pair of ceramic separators 41 and 42 are impregnated with the charge solution. While decompressing the inside from the open portions of the laminate sheets 51 and 52, the open portions are also heat-sealed and completely sealed.
- the laminate sheets 51 and 52 of the exterior material 50 are each formed by laminating three kinds of materials to form a three-layer structure.
- the first layer corresponds to a heat-fusible resin and uses, for example, polyethylene (PE), ionomer, or ethylene vinyl acetate (EVA).
- the first layer material is adjacent to the negative electrode 30.
- the second layer corresponds to a metal foil formed, for example, an Al foil or Ni foil.
- the third layer corresponds to a resinous film and uses, for example, rigid polyethylene terephthalate (PET) or nylon.
- separator bonding apparatus 100 that embodies a separator bonding method for an electric device (packed electrode 11) will be described in order with reference to FIGS.
- FIG. 5 is a perspective view showing a separator joining apparatus 100 that embodies a separator joining method for an electric device (packed electrode 11).
- FIG. 6 is a perspective view showing a main part of the separator joining apparatus 100 of FIG.
- FIG. 7 is a schematic diagram showing a method of joining separators (ceramic separators 41 and 42) by the separator joining device 100 of FIG.
- the separator joining apparatus 100 includes, for example, an electrode transport unit 110 (corresponding to a transport process), a first separator transport unit 120 (corresponding to an arrangement process and a transport process), and a second separator transport part 130 (corresponding to an arrangement process and a transport process). , Separator pressurization unit 140 (corresponding to the pressurization process, including the pressurizing member), separator joint unit 150 (corresponding to the jointing process, including the light source), the packed electrode transport unit 160, and the control unit 170. Yes.
- the configuration of the separator bonding apparatus 100 will be described in order for each component.
- the electrode transport unit 110 shown in FIG. 5 is cut into a predetermined shape while transporting the positive electrode 20.
- the electrode supply roller 111 of the electrode transport unit 110 has a cylindrical shape, and the positive electrode 20 is wound around and held.
- the conveyance roller 112 has an elongated cylindrical shape, and guides the conveyance belt 113 while applying a certain tension to the positive electrode 20 wound around the electrode supply roller 111.
- the conveyor belt 113 is an endless belt provided with a plurality of suction ports on the outer peripheral surface, and conveys the positive electrode 20 along the conveyance direction X while sucking the positive electrode 20.
- the conveyance belt 113 has a width along the cross direction Y longer than the width of the positive electrode 20.
- a plurality of rotating members 114 are arranged on the inner peripheral surface of the conveyor belt 113 along the intersecting direction Y to rotate the conveyor belt 113. Among the plurality of rotating members 114, one is a driving roller provided with power, and the other is a driven roller driven by the driving roller.
- the transport roller 112 and the electrode supply roller 111 rotate following the rotation of the transport belt 113.
- the cutting members 115 and 116 of the electrode transport unit 110 are disposed so as to be adjacent to each other in the intersecting direction Y, and are formed by cutting the positive electrode 20 into a predetermined shape.
- the cutting member 115 is provided with a straight and sharp blade at the tip, and cuts one end of the positive electrode 20 along the cross direction Y in a straight line.
- the cutting member 116 is provided with a sharp blade that is partially refracted at the tip, and cuts the other end of the positive electrode 20 just after one end is cut according to the shape of the positive electrode terminal 21a.
- the cradle 117 receives the cutting member 115 and the cutting member 116 that cut the positive electrode 20.
- the cradle 117 is disposed to face the cutting member 115 and the cutting member 116 with the positive electrode 20 being conveyed.
- the electrode transport unit 110 transports the cut out positive electrode 20 so as to pass between the first separator transport unit 120 and the second separator transport unit 130.
- the first separator transport unit 120 has a predetermined shape while transporting the ceramic separator 41 for stacking on one surface of the positive electrode 20 (downward in FIG. 5 along the stacking direction Z). Disconnect.
- the first separator transport unit 120 is disposed downstream of the electrode transport unit 110 in the transport direction X and below the stacking direction Z in FIG.
- corresponds to an arrangement
- the ceramic separator 41 is arranged so that the central portions 41nc and 42nc of the heat-resistant materials (ceramic layers 41n and 42n) face each other with the electrode (positive electrode 20 or negative electrode 30) therebetween.
- the first separator supply roller 121 of the first separator transport unit 120 has a cylindrical shape, and is wound around and holds a long ceramic separator 41.
- the first separator supply roller 121 winds and holds the ceramic separator 41 so that the polypropylene layer 41m is on the inner side and the ceramic layer 41n is on the outer side.
- the first pressure roller 122 and the first nip roller 123 that are arranged to face each other have an elongated cylindrical shape, and are in a state where a certain tension is applied to the ceramic separator 41 wound around the first separator supply roller 121.
- the first transport drum 124 has a cylindrical shape, and a plurality of suction ports are provided on the outer peripheral surface thereof.
- the first transport drum 124 has a width along the intersecting direction Y shorter than the width of the ceramic separator 41. That is, both ends of the ceramic separator 41 protrude outward from the first transport drum 124 in the cross direction Y. In this way, the first transport drum 124 avoids interference with the separator joint 150.
- the first transport drum 124 of the first separator transport unit 120 When the first transport drum 124 of the first separator transport unit 120 is rotated, the first separator supply roller 121 is driven and rotated in addition to the first pressure roller 122 and the first nip roller 123.
- the first cutting member 125 is provided with a straight and sharp blade at the tip and is disposed along the crossing direction Y, and the long ceramic separator 41 sucked by the first transport drum 124 is fixed with a certain width. Disconnect.
- the first transport drum 124 is laminated with the ceramic separator 41 cut into a rectangular shape being brought close to the one surface side of the positive electrode 20 transported from the electrode transport unit 110.
- the ceramic separator 41 has the ceramic layer 41 n side opposed to one surface of the positive electrode 20.
- the second separator transport unit 130 transports the ceramic separator 42 for stacking on the other surface (upward in FIG. 5 along the stacking direction Z) facing one surface of the positive electrode 20. While cutting into a predetermined shape.
- the second separator transport unit 130 is disposed on the downstream side of the electrode transport unit 110 in the transport direction X and along the stacking direction Z as shown in FIG.
- corresponds to an arrangement
- the ceramic separator 42 is arranged so that the central portions 41nc and 42nc of the heat-resistant materials (ceramic layers 41n and 42n) face each other with the electrode (positive electrode 20 or negative electrode 30) therebetween.
- the second separator transport unit 130 is disposed to face the first separator transport unit 120 along the stacking direction Z.
- the second separator supply roller 131 of the second separator transport unit 130 has a cylindrical shape, and holds the long ceramic separator 42 by winding it.
- the second separator supply roller 131 winds and holds the ceramic separator 42 so that the polypropylene layer 42m is on the inner side and the ceramic layer 42n is on the outer side.
- the second pressure roller 132 and the second nip roller 133 that are disposed to face each other have an elongated cylindrical shape, and are in a state where a certain tension is applied to the ceramic separator 42 wound around the second separator supply roller 131. It is guided to the second transport drum 134.
- the second transport drum 134 has a cylindrical shape, and a plurality of suction ports are provided on the outer peripheral surface thereof. Similar to the first transport drum 124, the second transport drum 134 avoids interference with the separator joint 150 by making the width along the intersecting direction Y shorter than the width of the ceramic separator 42.
- the second separator supply roller 131 is driven and rotated in addition to the second pressure roller 132 and the second nip roller 133.
- the second cutting member 135 is provided with a straight and sharp blade at the tip and is disposed along the crossing direction Y, and the long ceramic separator 42 sucked by the second transport drum 134 is fixed with a certain width. Disconnect.
- the second transport drum 134 is laminated with the ceramic separator 42 cut into a rectangular shape being brought close to the other surface side of the positive electrode 20 unloaded from the electrode transport unit 110.
- the ceramic separator 42 has the ceramic layer 42 n side opposed to the other surface of the positive electrode 20.
- the first separator transport unit 120 and the second separator transport unit 130 are stacked so that the positive electrode 20 is sandwiched between the pair of ceramic separators 41 and 42 in the gap portion between the first transport drum 124 and the second transport drum 134. While transporting along the transport direction X.
- Separator joint portions 150 are disposed at both ends on the downstream side along the transport direction X, respectively.
- the separator pressurizing unit 140 pressurizes the joining region (one end 41p and the other end 41q) of the pair of ceramic separators 41 and 42 facing each other through the positive electrode 20 as shown in FIGS.
- the separator pressurization unit 140 corresponds to the pressurization process.
- the joining region (one end portion 41p and the other end portion 41q) of the pair of ceramic separators 41 and 42 facing each other through the positive electrode 20 is pressurized by a pressurizing member 141 or the like that transmits the light L1.
- the separator pressurizing unit 140 is disposed downstream of the first separator transport unit 120 and the second separator transport unit 130 in the transport direction X.
- the separator pressurization unit 140 is disposed at both ends along the transport direction X.
- the pressurizing member 141 and the biasing member 142 of the separator pressurizing unit 140 are opposed to each other via one end 41p of the ceramic separators 41 and 42 to be conveyed.
- the pressurizing member 141 pressurizes the ceramic separators 41 and 42 while being in contact with the one end 42p from the ceramic separator 42 side.
- the urging member 142 urges the ceramic separators 41 and 42 toward the pressing member 141 while abutting the one end 41p from the ceramic separator 41 side.
- the pressing member 141 and the urging member 142 are movable so as to approach and separate from each other along the stacking direction Z, with the ceramic separators 41 and 42 being conveyed as a boundary.
- the pressing member 141 includes a main body portion 141a and a contact portion 141b.
- the main body 141a is formed in a rectangular parallelepiped shape.
- the contact portion 141b is formed to protrude from one end of the main body portion 141a.
- the main body 141a and the contact portion 141b transmit light L1 derived from the laser oscillator 151 of the separator joint 150. That is, the main body portion 141a and the contact portion 141b are transparent to the wavelength of the light L1.
- the pressure member 141 is made of transparent plastics or glass having a sufficiently small refractive index with respect to the wavelength of the light L1.
- the urging member 142 is formed so as to face the pressing member 141 in the stacking direction Z.
- the urging member 142 includes a rectangular main body portion 142a and an abutting portion 142b formed so as to protrude upward in the drawing along the stacking direction Z from one end of the main body portion 142a.
- the urging member 142 is made of, for example, a metal having a high reflectance.
- the urging member 142 can reflect the light L1 transmitted through the end portions of the ceramic separators 41 and 42 and irradiate the end portions again.
- the biasing member 142 functions as a pair of pressure members together with the pressure member 141.
- the pressing member 141 is essential, the urging member 142 can be omitted.
- the pressing member 141 may be pressed against the one end 41p of the ceramic separator 41 in a state where the ceramic separators 41 and 42 are sufficiently tensioned along the transport direction X. . In such a configuration, the urging member 142 can be omitted.
- the pressing member 141 transmits the light L1 emitted from the laser oscillator 151 of the separator joint 150. Therefore, the pressure member 141 may deposit an antireflection film corresponding to the wavelength of the light L1. Further, the urging member 142 may be formed by depositing a reflective film on plastics in order to reflect the light L1 transmitted through the end portions of the ceramic separators 41 and 42 and irradiate the end portions again.
- the pressing member 141 and the urging member 142 include, as an example, one abutting portion that faces each other along the stacking direction Z.
- the pressurizing member 141 and the urging member 142 may include a plurality of contact portions that face each other along the stacking direction Z.
- the size of the main body portion is determined. Is set to the same level as the ceramic separator 41, and six contact portions may be provided so as to correspond to the positions of the joint portions 40h.
- the pressing member 141 and the biasing member 142 may be configured to be reversed along the stacking direction Z in FIG. That is, the ceramic separators 41 and 42 may be configured to be pressurized from the ceramic separator 42 side by the pressurizing member 141.
- the pressure member 143 and the urging member 144 of the separator pressure unit 140 have the same configuration as the pressure member 141 and the urging member 142.
- the pressing member 143 and the biasing member 144 are opposed to each other via the other end portions 41q of the ceramic separators 41 and 42 to be conveyed.
- the pressurizing member 143 pressurizes the ceramic separators 41 and 42 while coming into contact with the other end portion 42q from the ceramic separator 42 side.
- the urging member 144 urges the ceramic separators 41 and 42 toward the pressing member 143 while abutting against the other end 41q from the ceramic separator 41 side.
- the pressing member 143 is formed so as to face the pressing member 141 with respect to the transport direction X.
- the urging member 144 is formed so as to face the urging member 142 with respect to the transport direction X.
- the cooling member 145 of the separator pressure unit 140 cools the pressure members 141 and 143.
- the cooling member 145 is disposed in a portion of the main body 141a of the pressure member 141 that does not interfere with the light L1.
- the cooling member 145 is disposed in a portion of the main body 143a of the pressure member 143 that does not interfere with the light L1.
- the cooling member 145 is composed of a Peltier element.
- the separator bonding portion 150 is shown in FIGS. 5 to 7, and in the pair of ceramic separators 41 and 42 facing each other through the positive electrode 20, the light L1 is applied to the bonding region (one end portion and the other end portion) in a pressurized state. Irradiate and join.
- the separator joint 150 corresponds to the joining process.
- the bonding process includes a heat-resistant material (ceramic layer) in one bonding region (end portion) heated by the light L1 and another bonding region (end portion) melted by the heat-resistant material (ceramic layer) facing each other. ) Molten material (polypropylene layer).
- the separator joint 150 is disposed on the downstream side in the transport direction X with respect to the first separator transport unit 120 and the second separator transport unit 130. Separator joint 150 is adjacent to separator pressure unit 140.
- the laser oscillator 151 of the separator joint 150 corresponds to a light source.
- the laser oscillator 151 emits light L1.
- the light L1 irradiates the joining region (one end and the other end) of the ceramic separators 41 and 42 facing each other.
- the wavelength of the light L1 is preferably a wavelength that is sufficiently absorbed by ceramics corresponding to the heat-resistant material while passing through the polypropylene layer corresponding to the molten material. Ceramics absorb light L1 and heat it.
- the ceramic is made of a porous material formed by bonding a ceramic particle such as silica, alumina, zirconium oxide, titanium oxide or the like and a binder.
- the laser oscillator 151 includes, for example, a Co 2 (carbon dioxide) laser with an oscillation wavelength of 9.4 ⁇ m or 10.6 ⁇ m, a YAG (yttrium aluminum garnet crystal) laser with an oscillation wavelength of 1064 nm, or an oscillation wavelength of 808 nm. Or a solid-state laser (LD: laser diode) such as 840 nm and 940 nm.
- a Co 2 (carbon dioxide) laser with an oscillation wavelength of 9.4 ⁇ m or 10.6 ⁇ m
- a YAG (yttrium aluminum garnet crystal) laser with an oscillation wavelength of 1064 nm or an oscillation wavelength of 808 nm.
- LD solid-state laser
- the first reflection mirror 152 reflects the light L1 emitted from the laser oscillator 151 toward the beam splitter 153.
- the first reflection mirror 152 is configured by vapor-depositing a reflection film corresponding to the wavelength of the light L1 on a plate-shaped glass material.
- the beam splitter 153 branches the light L1 reflected by the first reflecting mirror 152.
- the light L1 reflected in the stacking direction Z by the beam splitter 153 enters the pressure member 141.
- the light transmitted through the pressure member 143 irradiates the joining region (one end portion) of the ceramic separators 41 and 42.
- the light L1 that has passed through the beam splitter 153 in the cross direction Y irradiates the second reflecting mirror 154.
- the beam splitter 153 is arranged in the upper direction in the drawing along the stacking direction Z of the pressure member 141.
- the second reflecting mirror 154 reflects the light L1 transmitted through the beam splitter 153 to the pressing member 143.
- the light L1 transmitted through the pressing member 143 is applied to the joining region (the other end portion) of the ceramic separators 41 and 42.
- the second reflecting mirror 154 is disposed in the upper direction in the drawing along the stacking direction Z of the pressure member 143.
- the second reflection mirror 154 has the same configuration as the first reflection mirror 152.
- the packaged electrode transport section 160 transports the packaged electrode 11 formed by the separator pressurizing section 140 and the separator joint section 150 as shown in FIG.
- the packaged electrode transport unit 160 is adjacent to the electrode transport unit 110 along the transport direction X, and is disposed downstream of the first separator transport unit 120 and the second separator transport unit 130 in the transport direction X.
- the conveyance belt 161 of the packaged electrode conveyance unit 160 is an endless belt provided with a plurality of suction ports on the outer peripheral surface, and conveys the packaged electrode 11 along the conveyance direction X in a sucked state.
- the conveyor belt 161 has a width along the intersecting direction Y shorter than the width of the packaged electrode 11. That is, both ends of the bagging electrode 11 protrude outward from the conveyance belt 161 in the cross direction Y. In this way, the conveyor belt 161 avoids interference with the separator joint 150.
- a plurality of rotating members 162 are arranged on the inner peripheral surface of the conveyor belt 161 along the intersecting direction Y to rotate the conveyor belt 161. The rotating member 162 is not protruded from the conveyor belt 161 in order to avoid interference with the separator joint 150.
- the plurality of rotating members 162 one is a driving roller provided with power, and the other is a driven roller driven by the driving roller.
- the suction pad 163 of the packaged electrode transport unit 160 is positioned to face the packaged electrode 11 above the packaged electrode 11 placed on the transport belt 161 in the stacking direction Z in FIG. Yes.
- the suction pad 163 has a plate shape, and a plurality of suction ports are provided on the surface that comes into contact with the bagging electrode 11.
- the elastic member 164 is located above the suction pad 163 in the stacking direction Z shown in FIG. One end of the elastic member 164 is joined to the suction pad 163.
- the expansion / contraction member 164 can expand and contract along the stacking direction Z using an air compressor or the like as power.
- the X-axis stage 165 and the X-axis auxiliary rail 166 movably support the other end facing the one end of the elastic member 164.
- the X-axis stage 165 is disposed along the transport direction X and scans the telescopic member 164 along the transport direction X.
- the X-axis auxiliary rail 166 is disposed in parallel with the X-axis stage 165 and assists the scanning of the telescopic member 164 by the X-axis stage 165.
- the mounting table 167 has a plate shape, and is disposed on the downstream side in the transport direction X with respect to the transport belt 161 disposed, for example. The mounting table 167 temporarily stores and stores the packaged electrode 11.
- control unit 170 operates the electrode transport unit 110, the first separator transport unit 120, the second separator transport unit 130, the separator pressurizing unit 140, the separator joining unit 150, and the packaged electrode transport unit 160, respectively. Control.
- the controller 171 of the control unit 170 includes a ROM, a CPU, and a RAM.
- a ROM Read Only Memory stores a control program related to the separator joining apparatus 100.
- the control program includes the rotation member 114 and the cutting members 115 and 116 of the electrode transport unit 110, the first transport drum 124 and the first cutting member 125 of the first separator transport unit 120, and the second transport drum of the second separator transport unit 130. 134 and the control of the second cutting member 135 are included.
- control program includes pressurizing members 141 and 143 and biasing members 142 and 144 of the separator pressurizing unit 140, a laser oscillator 151 of the separator joining unit 150, and a rotating member 162 and a telescopic member 164 of the packaged electrode transport unit 160. Etc. related to control.
- the CPU Central Processing Unit
- the CPU controls the operation of each component of the separator bonding apparatus 100 based on the control program.
- a RAM Random Access Memory temporarily stores various data related to each component of the separator joining apparatus 100 under control. The data relates to the intensity of the light L1 emitted from the laser oscillator 151 of the separator joint 150, for example.
- the electrode transport unit 110 cuts the positive electrode 20 into a predetermined shape one by one with the cutting members 115 and 116, and shapes the positive electrode 20.
- the electrode transport unit 110 transports the formed positive electrode 20 between the first separator transport unit 120 and the second separator transport unit 130.
- the first separator transport unit 120 cuts out and transports the ceramic separator 41 laminated on one surface of the positive electrode 20.
- the first cutting member 125 cuts the ceramic separator 41 into a rectangular shape.
- the second separator transport unit 130 is a ceramic separator for laminating on the other surface facing one surface of the positive electrode 20 in parallel with the operation of the first separator transport unit 120. 42 is cut out and conveyed.
- the second cutting member 135 cuts the ceramic separator 41 into a rectangular shape.
- the second separator transport unit 130 stacks the ceramic separator 42 on the other surface side of the positive electrode 20 transported from the electrode transport unit 110.
- the separator pressurizing unit 140 sandwiches the joining region between the one end portions 41p and 42p of the ceramic separators 41 and 42 by the pressurizing member 141 and the biasing member 142, respectively. Then, the end portions are pressurized so as to press each other. Similarly, the joining region between the other end portions 41q and 42q of the ceramic separators 41 and 42 is sandwiched by the pressurizing member 143 and the biasing member 144, and the end portions are pressurized so as to press each other.
- the separator joint 150 reflects the light L 1 emitted from the laser oscillator 151 by the first reflecting mirror 152 and then branches it by the beam splitter 153.
- the light L ⁇ b> 1 reflected in the stacking direction Z by the beam splitter 153 enters the pressure member 141.
- the light L1 emitted from the pressing member 141 is applied to the one end portions 41p and 42p of the ceramic separators 41 and 42, and the end portions are melted and joined.
- the end corresponds to the joint 40h.
- the light L 1 that has passed through the beam splitter 153 in the cross direction Y is reflected by the second reflecting mirror 154 and then enters the pressure member 143.
- the light L1 emitted from the pressure member 143 is applied to the other end portions 41q and 42q of the ceramic separators 41 and 42, and the end portions are melted and joined.
- the end corresponds to the joint 40h.
- the heat-resistant material (ceramic layer) heated by the light L1 and the molten material (polypropylene layer) melted through the heated heat-resistant material (ceramic layer) ) Move so as to be adjacent to each other particularly in a pressurized state. Specifically, first, in a pressurized state, the ceramic separators 41 and 42 are in close contact with each other and the voids are greatly reduced, so that heat conduction is facilitated. In particular, the ceramic layer 41n of the ceramic separator 41 and the ceramic layer 42n of the ceramic separator 42 face each other in a state where unevenness is generated on the surface. However, since the polypropylene layer 41m of the ceramic separator 41 and the polypropylene layer 42m of the ceramic separator 42 are elastically deformed under pressure, the surface irregularities of the ceramic layers facing each other can be absorbed and adhered.
- the molten material (polypropylene layer) melted in one ceramic separator flows elastically with respect to the heat resistant material (ceramic layer) of the other ceramic separator, and the heat resistant material (ceramic layer) Adjacent to the ceramic layer.
- the molten material (polypropylene layer) is heated and melted by a heat-resistant material (ceramic layer) of one or other ceramic separators.
- the heat-resistant material (ceramic layer) flows in one ceramic separator so as to enter the molten material (polypropylene layer) of another molten ceramic separator. That is, while pressurizing a pair of separators (ceramic separators 41 and 42), the joining region (end portion) can be effectively joined by irradiating the pressurized portion with light L1 and heating.
- the packaged electrode transport unit 160 transports the packaged electrode 11 formed by the separator pressurizing unit 140, the separator joint unit 150, and the like.
- the packaged electrode transport unit 160 places the packaged electrode 11 on the mounting table 167 and temporarily stores it.
- the separator joining method for the electric device (packed electrode 11) is a sheet-like molten material (polypropylene layer) and a heat-resistant material (ceramics) laminated on the molten material (polypropylene layer) and having a higher melting temperature than the molten material (polypropylene layer). Layer) and a separator (ceramic separator) that sandwiches the electrode (positive electrode 20 or negative electrode 30) is joined by light L1.
- the separator joining method includes a pressurizing step and a joining step.
- the joining region (end portion) of the separator (ceramic separator) facing each other through the electrode (positive electrode 20 or negative electrode 30) is pressurized by the pressurizing member 141 or the like that transmits the light L1.
- the light L1 is transmitted to the pressing member 141 and the like, and the joining regions (end portions) facing each other are irradiated.
- the bonding process includes a heat-resistant material (ceramic layer) in one bonding region (end portion) heated by the light L1 and another bonding region (end portion) melted by the heat-resistant material (ceramic layer) facing each other. ) Molten material (polypropylene layer).
- the separator joining apparatus 100 of the electric device (packed electrode 11) is a sheet-like molten material (polypropylene layer) and a heat-resistant material (melting temperature (polypropylene layer)) and a heat-resistant material (melting temperature higher than that of the molten material (polypropylene layer)). And a separator (ceramic separator) that sandwiches an electrode (positive electrode 20 or negative electrode 30) using light L1.
- the separator bonding apparatus 100 includes a pressure member 141 and the like and a light source (laser oscillator 151).
- the pressurizing member 141 and the like pressurize the joining region (end portion) of the separator facing through the electrode, and transmit the light L1.
- the light source (laser oscillator 151) irradiates the bonding region (end) while transmitting the light L1 through the pressure member 141 and the like.
- a molten material (polypropylene) is formed by a heat-resistant material (ceramic layer) heated by using the light L1 transmitted through the pressure member 141 and the like while the bonding region (end) is pressurized by the pressure member 141 and the like. Melt the layer). That is, a heated heat-resistant material (ceramic layer) and a molten material (polypropylene layer) melted through the heated heat-resistant material (ceramic layer) are moved so as to be adjacent to each other in a pressurized state and joined. be able to. Therefore, even when the heat-resistant materials (ceramic layers) face each other, the separators (ceramic separators) can be sufficiently bonded.
- the electrical device (packed electrode) bonded by the above configuration is an electrode (positive electrode 20 or negative electrode 30) even when a separator (ceramic separator) in which heat-resistant materials (ceramic layers) face each other is used. ) Can be sufficiently bonded to each other, so that desired electrical characteristics can be exhibited.
- the electric device (packed electrode 11) sufficiently bonds the end of the separator (ceramic separator) even when the lithium ion secondary battery 10 vibrates or receives an impact. Therefore, the movement of the positive electrode 20 can be suppressed. That is, a short circuit between the positive electrode 20 and the negative electrode 30 that are adjacent to each other via the separator (ceramic separator) can be prevented. Therefore, the lithium ion secondary battery 10 can maintain the desired electrical characteristics.
- the electric device (packed electrode) joined by the above-described configuration is a molten material (ceramic layer) heated by irradiation with light L1 among the separator (ceramic separator) by the pressurizing member 141 or the like.
- Polypropylene layer is melted and joined. Since the molten material (polypropylene layer) is heated by heat conduction from the heat-resistant material (ceramic layer), it does not exceed the temperature of the heat-resistant material (ceramic layer).
- the light source (laser oscillator 151) heats the heat-resistant material (ceramic layer) that is not in direct contact with the pressure member 141 and the like. Therefore, the pressurizing member 141 can sufficiently prevent sticking to each other at the interface between the separator (ceramic separator) and the molten material (polypropylene layer).
- the separator bonding method can be configured to use a pair of separators (ceramic separators 41 and 42).
- This joining method further includes an arrangement step.
- the arranging step is performed before the pressurizing step.
- a pair of separators (ceramic separators 41 and 42) are arranged so that the central portions 41nc and 42nc of the heat-resistant materials (ceramic layers 41n and 42n) face each other with the electrode (positive electrode 20 or negative electrode 30) therebetween.
- the pressurizing step includes a bonding region (at least one of the end portion, one end portion 41p or the other end portion 41q) of one separator (ceramic separator 41) of the pair of separators (ceramic separators 41 and 42) and another separator (ceramic separator). 42) the joint regions (at least one of the end portion, the one end portion 42p and the other end portion 42q) are pressurized.
- this separator joining method can be applied to a very versatile method comprising a single wafer type. That is, this separator joining method can be used for a method of laminating and stacking each member in the order of the ceramic separator 41, the electrode (positive electrode 20 or negative electrode 30), and the ceramic separator 42.
- the pressure members 141 and 143 of the separator bonding apparatus 100 can include a contact portion 141b that protrudes from the main body portion 141a.
- the contact part 141b pressurizes only the joining region (end part).
- the heated heat-resistant material (ceramic layer) and the molten material (polypropylene layer) melted through the heated heat-resistant material (ceramic layer) are adjacent to each other particularly in a pressurized state. Move to join. Therefore, since the pair of separators (ceramic separators 41 and 42) is pressurized by the contact portion 141b, only the joining region (end portion) can be selectively pressurized and effectively joined.
- the separator bonding apparatus 100 can further include a cooling member 145 that cools the pressure members 141 and 143.
- the light source of the separator bonding apparatus 100 can be constituted by a laser oscillator 151.
- the laser oscillator 151 emits light L1 having a certain wavelength.
- the refractive index with respect to the light L1 of the pressure members 141 and 143 can be configured to be smaller than the refractive index with respect to the light L1 of the molten material (polypropylene layer).
- the lower the refractive index of the light L1 with respect to a specific member the higher the transmittance.
- permeability of the light L1 with respect to a specific member is high, absorption of the light L1 in the inside of a member will become low, and the temperature rise of a member can be suppressed.
- the refractive index of the pressure members 141 and 143 with respect to the light L1 satisfies the condition that the refractive index with respect to the light L1 of the molten material (polypropylene layer) is satisfied, the light L1 is sufficiently transmitted through the pressure members 141 and 143. Later, the molten material (polypropylene layer) can penetrate and reach the heat-resistant material (ceramic layer).
- the configuration in which the operations of the first separator transport unit 120, the second separator transport unit 130, the electrode transport unit 110, etc. are continued while the ceramic separators 41 and 42 are joined is described above. This is different from the configuration according to the first embodiment. In the first embodiment described above, it is necessary to temporarily stop the operation of other constituent members depending on the joining conditions.
- the modification 1 of 1st Embodiment about the thing which consists of a structure similar to 1st Embodiment mentioned above, the same code
- the separator pressurizing unit 140 and the separator bonding unit 150 of the separator bonding apparatus 200 will be described with reference to FIG.
- FIG. 8 is a perspective view showing a main part of a separator joining apparatus 200 that embodies a separator joining method for an electric device (packed electrode 11).
- the pressurizing step and the joining step pressurize and join the ceramic separators 41 and 42 while following the movement of the ceramic separators 41 and 42 being conveyed.
- the 1st separator conveyance part 120, the 2nd separator conveyance part 130, the electrode conveyance part 110, etc. respond
- the separator pressurizing unit 140 moves the pressurizing member 141, the urging member 142, the pressurizing member 143, and the urging member 144 downstream in the conveying direction X while pressurizing the ceramic separators 41 and 42. Move along the side.
- the pressure member 141 and the biasing member 142 and the pressure member 143 and the biasing member 144 move at a high speed along the upstream side in the transport direction X to return to the original. Return to position.
- the separator joining section 150 moves the first reflecting mirror 152, the beam splitter 153, and the second reflecting mirror 154 to the downstream side in the transport direction X while the ceramic separators 41 and 42 are joined by irradiating the light L1. Move along.
- the first reflection mirror 152, the beam splitter 153, and the second reflection mirror 154 move at a high speed along the upstream side in the transport direction X and return to their original positions when the joining of the ceramic separators 41 and 42 is completed. .
- the separator bonding method further includes a conveying step.
- a conveyance process conveys a separator (ceramic separators 41 and 42).
- the pressurizing step and the joining step pressurize and join the separators (ceramic separators 41 and 42) while following the movement of the separators (ceramic separators 41 and 42) being conveyed in the conveying step.
- a pair of ceramic separators can be used while the operation of other components (for example, the first separator transport unit 120, the second separator transport unit 130, and the electrode transport unit 110) is continued.
- 41 and 42 can be joined. That is, productivity related to the joining of the ceramic separators 41 and 42 can be maintained.
- the configuration in which the hole 341h is formed in the incident surface 341c of the light L1 of the pressure member 341 is different from the configuration according to the first embodiment described above.
- no hole is formed in the incident surface.
- the same reference numerals are used for components having the same configuration as in the first embodiment described above, and the above description is omitted.
- the separator pressurizing unit 340 and the separator bonding unit 150 of the separator bonding apparatus 300 will be described with reference to FIG.
- FIG. 9 is a perspective view showing a main part of a separator joining apparatus 300 that embodies a separator joining method for an electric device (packed electrode).
- the separator pressure unit 340 includes a pressure member 341 instead of the pressure member 141. Similar to the pressure member 141, the pressure member 341 is made of a material that is transparent at the wavelength of the light L1, and the basic outer shape is formed in the same shape. That is, the pressurizing member 341 includes a rectangular main body 341a and an abutting portion 341b that protrudes downward in the drawing along the stacking direction Z from one end of the main body 341a.
- the pressure member 341 includes a hole 341h from the main body 341a to the contact portion 341b. The hole 341h is formed at a certain depth on the incident surface 341c side between the incident surface 341c of the light L1 and the emitting surface 341d facing the incident surface 341c and emitting the light L1.
- the separator joint 150 reflects the light L1 emitted from the laser oscillator 151 by the first reflecting mirror 152 and then enters the hole 341h of the pressure member 341 while being branched by the beam splitter 153.
- the light L1 enters the main body portion 341a from the bottom surface of the hole 341h of the pressure member 341, and exits from the emission surface 341d of the contact portion 341b.
- the pressure member 341 of the separator bonding apparatus 300 emits the light L1 from the incident surface 341c on which the light L1 is incident, facing the incident surface 341c. Between the exit surfaces 341d, a hole 341h having a constant depth is provided on the entrance surface 341c side.
- the pressure member 341 can suppress the attenuation of the light L1 by shortening the optical path length of the light L1 transmitted through the inside. Furthermore, since the temperature rise of the pressure member 341 caused by the transmission of the light L1 can be reduced, sticking at the interface between the pressure member 341 and the ceramic separator 41 or 42 can be prevented. Furthermore, according to such a configuration, by making the depth of the hole 341h sufficiently deep and shortening the optical path length of the light L1 transmitted through the inside as much as possible, a material having a large internal attenuation is applied to the pressure member 341. Can be applied.
- Modification 3 of the first embodiment differs from the configuration according to the first embodiment described above in that the light L1 is irradiated from both sides of the pair of ceramic separators 41 and 42. In the first embodiment described above, the light L1 is emitted from one side of the pair of ceramic separators 41 and 42.
- symbol is used and the description mentioned above is abbreviate
- the separator pressurizing part 440 and the separator joining part 450 of the separator joining apparatus 400 will be described with reference to FIG.
- FIG. 10 is a perspective view showing a main part of a separator bonding apparatus 400 that embodies a separator bonding method for an electric device (packed electrode).
- the separator pressurizing unit 440 pressurizes the pressurizing members 141 and 442 while sandwiching the joining region (end portion) of the ceramic separators 41 and 42 integrally.
- the pressure member 442 is made of a material that is transparent at the wavelength of the light L1 similarly to the pressure member 141, and is formed so as to face the stacking direction Z. That is, the pressurizing member 442 includes a rectangular main body 442a and an abutting portion 442b formed to protrude upward in the drawing along the stacking direction Z from one end of the main body 442a.
- the separator junction 450 branches the light L1 emitted from the laser oscillator 151 by a beam splitter. Of the branched light L1, the light L1 reflected by the beam splitter 153 is incident on the pressure member 141. Similarly, the light L1 reflected by the beam splitter 453 out of the branched light L1 is incident on the pressure member 442.
- the separator joining portion 450 irradiates light L1 incident on the pressure member 141 from the ceramic separator 41 side to the end portion, and irradiates light L1 incident on the pressure member 442 from the ceramic separator 42 side to the end portion. Irradiate to join the ends.
- a pair of pressure members 141 and 442 pressurize the bonding regions (ends) facing each other from both sides, The light L1 is irradiated from both sides of the bonding region (end) facing each other.
- the light L1 necessary for heating the heat-resistant material (ceramic layer) in the joining region (end) of the ceramic separators 41 and 42 is branched, for example, and then the pair of pressure members 141 is branched. And 442 can be guided to the joining region (end portion). That is, by using the pressure members 141 and 442 that transmit the light L1, respectively, the light amount of the light L1 transmitted through one pressure member can be halved. Therefore, since the deterioration of the pressure members 141 and 442 due to the transmission of the light L1 can be suppressed, the life of the pressure members 141 and 442 can be extended.
- the pressure member 141 or 442 and the molten material (polypropylene of the ceramic separator 41 or 42) are reduced. Sticking at the interface of the layer) can be prevented.
- Modification 4 of the first embodiment is different from the configuration according to the first embodiment described above in that the end portions of the ceramic separators 41 and 42 are continuously pressed by a disk-shaped pressing member 541. In the first embodiment described above, the ends are partially pressurized by the pressure member 141 and the like.
- symbol is used and the description mentioned above is abbreviate
- the separator pressurizing unit 540 and the separator bonding unit 150 of the separator bonding apparatus 500 will be described with reference to FIG.
- FIG. 11 is a perspective view showing a main part of a separator joining apparatus 500 that embodies a separator joining method for an electric device (packed electrode).
- the separator pressurizing unit 540 pressurizes the joining region (end part) of the ceramic separators 41 and 42 by the rotatable pressurizing member 541 and the urging member 542 while holding them together.
- the pressure member 541 is made of a material that is transparent at the wavelength of the light L1 in the same manner as the pressure member 141, and is formed in a disk shape.
- the pressure member 541 includes a rotation shaft on the side surface. The pressure member 541 rotates while the ceramic separator 41 is in contact with the outer peripheral surface 541a. On the outer peripheral surface 541a, an antireflection film corresponding to the wavelength of the light L1 is deposited.
- the urging member 542 is disposed to face the pressing member 541 along the stacking direction Z.
- the urging member 542 is formed in a disk shape.
- the urging member 542 includes a shaft for rotation on the side surface.
- the urging member 542 rotates while being urged toward the pressure member 541 while the ceramic separator 42 is brought into contact with the outer peripheral surface 542a. While the ceramic separators 41 and 42 are being pressurized by the pressurizing member 541 and the biasing member 542, the first separator transport unit 120, the second separator transport unit 130, the electrode transport unit 110, and the like temporarily stop their respective operations. Continue without.
- the separator joining portion 150 reflects the light L1 emitted from the laser oscillator 151 by the first reflecting mirror 152 and then enters the pressure member 541 while being branched by the beam splitter 153.
- the light L1 enters the outer peripheral surface 541a of the pressure member 541 and irradiates the end portions of the ceramic separators 41 and 42.
- the laser oscillator 151 continuously emits the light L1, and seam welds the end portions of the ceramic separators 41 and 42.
- the laser oscillator 151 may intermittently emit the light L1 and spot weld the end portions of the ceramic separators 41 and 42.
- the pressure member 541 of the separator joining device 500 is formed in a rotatable disk shape, and continuously presses the joining regions (ends) to each other. .
- the joining region (end portion) of the pair of ceramic separators 41 and 42 can be formed in a strip shape. That is, the end portions of the pair of ceramic separators 41 and 42 can be joined more firmly. Furthermore, according to such a configuration, the pair of ceramic separators 41 and 42 can be mounted while the operation of other components (for example, the first separator transport unit 120 and the second separator transport unit 130) is continued. Can be joined. That is, productivity related to the joining of the ceramic separators 41 and 42 can be maintained.
- the structure in which the ceramic separator 43 is folded back at the edge 20t of the positive electrode 20 and the one end portions 43p and the other end portions 43q face each other at the edge 20t is the first described above. Different from the configuration according to the embodiment. In the first embodiment described above, the positive electrode 20 is sandwiched between the pair of ceramic separators 41 and 42, and the one end 41p and the one end 42p and the other end 41q and the other end 42q face each other. In the second embodiment, the same reference numerals are used for components having the same configuration as in the first embodiment described above, and the above description is omitted.
- the separator bonding apparatus 600 will be described with reference to FIG.
- FIG. 12 is a perspective view showing a separator joining method and a separator joining apparatus 600 for an electric device (packed electrode 12).
- the separator joining apparatus 600 includes a member conveying unit 610 (conveying the positive electrode 20 and the bagging electrode 12), a separator conveying unit 620, a separator folding unit 630 (corresponding to the folding process), and a separator pressing unit 640 (corresponding to the pressing process). , And a separator joint 650 (corresponding to the joining step).
- a member conveying unit 610 conveying the positive electrode 20 and the bagging electrode 12
- a separator conveying unit 620 conveying the positive electrode 20 and the bagging electrode 12
- a separator conveying unit 620 a separator folding unit 630 (corresponding to the folding process)
- a separator pressing unit 640 corresponding to the pressing process
- a separator joint 650 corresponding to the joining step.
- the member conveyance unit 610 conveys the positive electrode 20 and the packaged electrode 12.
- the member transport unit 610 includes a suction pad 611 and a support member 612.
- the suction pad 611 has a plate shape, and a plurality of suction ports are provided on the surface that comes into contact with the positive electrode 20 or the packaged electrode 12.
- the support member 612 has a suction pad 611 bonded to one end, and a moving mechanism including a conductive stage, an air compressor, and the like bonded to the other end.
- the suction pad 611 is movable along the cross direction Y and the stacking direction Z.
- the separator transport unit 620 includes a pair of gripping members 621 and a pair of cutting members 622.
- the pair of gripping members 621 corresponds to a robot hand that can be opened and closed along the stacking direction Z.
- the pair of gripping members 621 grips the end of the long ceramic separator 43 wound around the separator supply roller, and pulls it out so as to be close to the fixed mold 631 and the movable mold 632.
- the pair of cutting members 622 is provided with a linear sharp blade at the tip.
- the pair of cutting members 622 cuts the long ceramic separator 43 held by the pair of holding members 621 with a certain width.
- the pair of cutting members 622 are arranged along the crossing direction Y so as to face the end of the fixed die 631 and the end of the movable die 632 of the separator folding portion 630.
- the separator folding unit 630 corresponds to the folding process. In the folding step, the ceramic separator 43 is folded back at the edge 20t of the positive electrode 20, and the one end portions 43p and the other end portion 43q of the ceramic separator 43 face each other with the edge 20t of the positive electrode 20 as a boundary.
- the separator folding portion 630 includes a fixed mold 631 and a movable mold 632. The fixed mold 631 and the movable mold 632 face each other between the one end portions 43p and the other end portions 43q while folding the ceramic separator 43 with the edge 20t of the positive electrode 20 as a boundary.
- the fixed die 631 and the movable die 632 are each formed in a plate shape, and suction ports are provided in a matrix shape on the surface that contacts the ceramic separator 43.
- the movable die 632 is formed of a material transparent at the wavelength of the light L1 by joining at least the pressure member 641 of the separator pressure unit 640 and along the stacking direction Z.
- the movable mold 632 is made of the same material as the pressure member 641, for example.
- the movable mold 632 faces the fixed mold 631 while rotating with respect to one end of the fixed mold 631 so that the ceramic separator 43 is folded at the center.
- the separator pressure unit 640 corresponds to a pressure unit.
- the separator pressure unit 640 includes a pressure member 641.
- the pressurizing member 641 pressurizes the end portion of the ceramic separator 43.
- the pressure member 641 corresponds to a shape in which the contact portion 141b of the pressure member 141 is thinned along the stacking direction Z.
- a plurality of the pressure members 641 are arranged at regular intervals on both ends of the separator folding unit 630 along the conveyance direction X of the movable mold 632.
- the pressure member 641 pressurizes the one end portion 43p and the other end portion 43q of the ceramic separator 43 in a state where the ceramic separator 43 is sandwiched between the fixed die 631 and the fixed die 631.
- the separator joint 650 corresponds to a joint.
- the separator bonding portion 650 reflects the light L1 emitted from the laser oscillator 151 by the first reflection mirror 152 and the second reflection mirror 154 and then enters the pressure member 641 while passing through the transparent movable mold 632. .
- the light L1 emitted from the pressure member 641 is applied to the one end portions 43p or the other end portions 43q of the ceramic separator 43, and the end portions are melted and joined.
- the first reflection mirror 152 and the second reflection mirror 154 are movable in the transport direction X and the cross direction Y.
- the separator transport unit 620 grips the end of the long ceramic separator 43 wound around the separator supply roller by a pair of gripping members 621, and the ceramic separator 43 is pulled out along the conveyance direction X.
- the separator transport unit 620 cuts the long ceramic separator 43 with a certain width by a pair of cutting members 622.
- the separator folding portion 630 sucks and holds the ceramic separator 43 by the fixed die 631 and the movable die 632.
- the member conveyance unit 610 conveys the positive electrode 20 to the upper side of the fixed mold 631 of the separator folding unit 630 by the suction pad 611, and stacks the positive electrode 20 on the ceramic separator 43.
- the movable die 632 faces the fixed die 631 while rotating with respect to one end of the fixed die 631 so that the ceramic separator 43 is folded back at the center.
- the separator joining portion 650 reflects the light L1 emitted from the laser oscillator 151 by the first reflecting mirror 152 and the second reflecting mirror 154, and then transmits the transparent movable mold 632 while pressing the pressure member 641.
- Separator joint 650 irradiates the ends of ceramic separator 43 with light L1 emitted from pressurizing member 641, and melts (at least one of end, one end 41p or the other end 41q). And join.
- the first reflecting mirror 152 and the second reflecting mirror 154 are moved in the transport direction X and the crossing direction Y, and the direction of the light L1 emitted from the laser oscillator 151 is changed.
- the next bonding area is irradiated.
- the fixed die 631 and the movable die 632 may be moved with respect to the transport direction X and the crossing direction Y every time the joining of one place of the ceramic separator 43 is completed. All the joining regions are in a state of being pressurized by the pressure member 641.
- the movable die 632 moves away from the fixed die 631 while rotating in reverse with respect to one end of the fixed die 631.
- the member transport unit 610 sucks the packed electrode 12 by the suction pad 611 and transports it to the mounting table.
- the packaged electrode 12 is obtained by bonding a ceramic separator 43 sandwiching the positive electrode 20.
- the separator bonding method uses a separator (ceramic separator 43) formed longer than the electrode (positive electrode 20 or negative electrode 30).
- This joining method further includes a folding step. The folding process is performed before the pressurizing process. In the folding step, the separator (ceramic separator 43) is folded back at the edge 20t of the electrode (positive electrode 20 or negative electrode 30) so that the central portions of the heat-resistant materials face each other with the electrode (positive electrode 20 or negative electrode 30) therebetween. Meanwhile, the joining regions (at least one of the end portion, one end portion 43p or the other end portion 43q) of the separator (ceramic separator 43) face each other with the edge 20t as a boundary.
- the separator joining method of the electrical device (packed electrode 12) and the separator joining apparatus 600 that embodies the method can be applied to a very versatile method consisting of a folding type. Can do. That is, this separator joining method can be used for a method in which each member is overlapped and laminated by sandwiching an electrode (positive electrode 20 or negative electrode 30) while folding a long separator (ceramic separator 43).
- the long separator (ceramic separator 43) does not need to be joined at the folded portion, the equipment and time required for joining can be reduced. Furthermore, according to such a configuration, since the long separator (ceramic separator 43) is folded back along the edge of the electrode (positive electrode 20 or negative electrode 30), no margin is generated at the folded portion. Costs related to materials can be reduced. Furthermore, according to such a configuration, since a single separator (ceramic separator 43) is used, it is possible to minimize the cutting position when cutting out the separator (ceramic separator 43), and to reduce the manufacturing cost and manufacturing. The time required for this can be reduced.
- the third embodiment is different from the configuration according to the first embodiment described above in that the long ceramic separator 44 is wound around the positive electrode 20 and the one end portion 44r and the other end portion 44s are joined to face each other. .
- the end portions face each other while the positive electrode 20 is sandwiched between the pair of ceramic separators 41 and 42.
- the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and the above description is omitted.
- FIG. 13 is a perspective view schematically showing a separator joining method of the electric device (packed electrode 13).
- the ceramic separator 44 is formed such that the width along the short direction of the positive electrode 20 (cross direction Y in FIG. 13) is longer than the width of the positive electrode 20 in the short direction.
- the positive electrode 20 is placed on one side of the ceramic separator 44 so that the positive electrode terminal 21 a protrudes from the ceramic separator 44.
- One end 20 r of the positive electrode 20 is located at the center of the ceramic separator 44, and the other end 20 s is located slightly inside the other end 44 s of the ceramic separator 44.
- the ceramic separator 44 is wound around both surfaces of the positive electrode 20 while the ceramic separator 44 is folded back at the other end 20s of the positive electrode 20 by a winding process.
- one end 44r and the other end 44s of the ceramic separator 44 face each other.
- a part of the one end 44r and the other end 44s corresponds to a joining region.
- the light L1 is transmitted through the pressure member 143, and the one end 44r and the other end 44s facing each other are irradiated and joined.
- a total of three joint portions 40h are formed at both end portions and the central portion.
- the pressure member 143 and the biasing member 144 are moved to the next joining region.
- the first reflection mirror 152 and the second reflection mirror 154 are scanned to irradiate the next junction region with the direction of the light L1 emitted from the laser oscillator 151.
- the ceramic separator 44 around which the positive electrode 20 is wound may be moved with respect to the transport direction X and the crossing direction Y every time the joining of one place of the ceramic separator 44 is completed.
- a separator formed longer than the electrode (positive electrode 20 or negative electrode 30) is used.
- This joining method further includes a winding step.
- the winding process is performed before the pressurizing process.
- the winding process is performed while winding the separator (ceramic separator 44) around the electrode (positive electrode 20 or negative electrode 30) so that the central portions of the heat-resistant material face each other with the electrode (positive electrode 20 or negative electrode 30) therebetween.
- the one bonding region (one end portion 44r) and the other bonding region (the other end portion 44s) opposite to the one bonding region (one end portion 44r) face each other.
- the separator joining method of the electric device can be applied to a highly versatile method including a winding type. That is, this separator joining method can be used in a method in which a long separator (ceramic separator 44) is wound around an electrode (positive electrode 20 or negative electrode 30) so that the respective members are stacked and laminated.
- the long separator (ceramic separator 44) does not need to join the folded portion while being wound around the electrode (the positive electrode 20 or the negative electrode 30). Can be reduced. Furthermore, according to such a configuration, since the long separator (ceramic separator 44) is folded back along the edge of the electrode (positive electrode 20 or negative electrode 30), there is no margin for the folded portion. Costs related to materials can be reduced. Furthermore, according to such a configuration, since a single separator (ceramic separator 44) is used, the number of cut portions when the separator (ceramic separator 44) is cut out can be minimized. The time required for this can be reduced.
- the configuration is described in which the separators that sandwich the electrode are joined to each other, but the configuration is not limited to such a configuration.
- the present invention can also be applied to joining of members other than the packaged electrode used in the lithium ion secondary battery 10.
- the secondary battery has been described with the configuration of the lithium ion secondary battery 10, but the configuration is not limited to such a configuration.
- the secondary battery can be configured as, for example, a polymer lithium battery, a nickel-hydrogen battery, or a nickel-cadmium battery.
- the heat-resistant material of the separator has been described with the configuration of the ceramic layer.
- the configuration is not limited to such a configuration.
- the heat-resistant material is not limited to ceramics and may be a member having a melting temperature higher than that of the molten material.
- the molten material of the separator has been described as having a configuration of polypropylene, but is not limited to such a configuration.
- the molten material is not limited to polypropylene and may be a member having a melting temperature lower than that of the heat-resistant material.
- the present invention is not limited to such a configuration.
- the negative electrode 30 may be packed with a separator to form a packed electrode.
- the present invention is not limited to such a configuration. After joining the separators, an electrode may be inserted to form a packaged electrode.
- the electrode, the ceramic separator, and the packaged electrode are described as being automatically conveyed.
- the present invention is not limited to such a configuration.
- the electrode, the ceramic separator, and the packaged electrode may be transported manually.
- the configuration has been described in which the both ends of the ceramic separators 41 and 42 are spot-welded using the pressing member 141 and the urging member 142 having the protrusions, but the configuration is limited to this configuration. It will never be done.
- the pressurizing member 141 and the urging member 142 provided with the protrusions may be operated so that the joining portion 40h is continuous along the transport direction X, so that both ends of the ceramic separators 41 and 42 are seam welded.
- the ceramic separator 43 is described as being configured to be folded along the short direction of the positive electrode 20, but is not limited to such a configuration.
- the ceramic separator 43 may be folded along the longitudinal direction of the positive electrode 20.
- the present invention is not limited to the configuration in which light is irradiated to the bonding region from one side of the packaged electrode. It is good also as a structure which irradiates light to a joining area
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Abstract
【課題】溶融材とその溶融材よりも溶融温度が高い耐熱材とを含んだセパレータを用い、耐熱材同士を対面させる場合であっても、そのセパレータを十分に接合することができる電気デバイスのセパレータ接合方法を提供する。 【解決手段】電気デバイス(袋詰電極)のセパレータ接合方法は、電極(正極20または負極30)を挟持するセラミックセパレータを光L1によって接合する方法である。セパレータ接合方法の加圧工程は、光を透過させる加圧部材141によって、電極(正極20または負極30)を介して対面するセラミックセパレータの接合領域(端部)を加圧する。接合工程は、光を加圧部材に透過させつつ互いに対向した端部に照射する。ここで、接合工程は、光によって加熱された一の端部のセラミックス層と、互いに対向するセラミックス層によって溶融された他の端部のポリプロピレン層とを接合する。
Description
本発明は、電気デバイスのセパレータ接合方法および電気デバイスのセパレータ接合装置に関する。
従来から、リチウムイオン二次電池のような電池は、充放電が行われる発電要素を外装材によって封止して構成している。発電要素は、例えば、正極を一対のセパレータで挟持して形成した袋詰電極と、負極とを交互に複数積層して構成している。袋詰電極は、その両端を接合して正極の移動を抑制することによって、セパレータを介して隣り合う負極との短絡を防止している(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、上記特許文献1のような構成では、電池の高出力化に伴い、充放電時における正極および負極での発熱量が増大した場合、セパレータの耐熱性が不十分となる虞がある。
そこで、セパレータを溶融材とその溶融材よりも溶融温度が高い耐熱材とを積層して形成し、その耐熱材の側を発熱する電極に対面させることによって、セパレータの耐熱性を向上させる技術が要請されている。一方、セパレータの耐熱材同士を対面させるように電極を挟持して積層した場合、セパレータ同士を加熱して接合することが困難となる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、溶融材とその溶融材よりも溶融温度が高い耐熱材とを含んだセパレータを用い、耐熱材同士を対面させる場合であっても、そのセパレータを十分に接合することができる電気デバイスのセパレータ接合方法、およびセパレータ接合方法を具現化した電気デバイスのセパレータ接合装置の提供を目的とする
上記目的を達成する本発明に係る電気デバイスのセパレータ接合方法は、シート状の溶融材と、溶融材に積層し溶融材よりも溶融温度が高い耐熱材と、を含むセパレータを用い、電極を挟持するセパレータを光によって接合する方法である。セパレータ接合方法は、加圧工程および接合工程を有する。加圧工程は、光を透過させる加圧部材によって、電極を介して対面するセパレータの接合領域を加圧する。接合工程は、光を加圧部材に透過させつつ、互いに対向した接合領域に照射する。ここで、接合工程は、光によって加熱された一の接合領域の耐熱材と、互いに対向する耐熱材によって溶融された他の接合領域の溶融材とを接合する。
上記目的を達成する本発明に係る電気デバイスのセパレータ接合装置は、シート状の溶融材と、溶融材に積層し溶融材よりも溶融温度が高い耐熱材と、を含むセパレータを用い、電極を挟持するセパレータを光によって接合する装置である。セパレータ接合装置は、加圧部材および光源を有する。加圧部材は、電極を介して対面するセパレータの接合領域を加圧し、光を透過させる。光源は、光を加圧部材に透過させつつ接合領域に照射する。
以下、添付した図面を参照しながら、本発明に係る第1~第3実施形態について説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面における部材の大きさや比率は、説明の都合上誇張され実際の大きさや比率とは異なる場合がある。図1~図13の全ての図において、X、Y、およびZで表す矢印を用いて、方位を示している。Xで表す矢印の方向は、袋詰電極11等の搬送方向Xを示している。Yで表す矢印の方向は、袋詰電極11等の搬送方向Xと交差した交差方向Yを示している。Zで表す矢印の方向は、セラミックセパレータおよび正極20の積層方向Zを示している。
(第1実施形態)
セパレータ接合装置100は、電気デバイス(袋詰電極11)のセパレータ接合方法を具現化したものである。セパレータ接合装置100は、電極(正極20または負極30)を挟持するセパレータ(一対のセラミックセパレータ41および42)の接合領域(端部)同士を互いに接合する。
セパレータ接合装置100は、電気デバイス(袋詰電極11)のセパレータ接合方法を具現化したものである。セパレータ接合装置100は、電極(正極20または負極30)を挟持するセパレータ(一対のセラミックセパレータ41および42)の接合領域(端部)同士を互いに接合する。
先ず、セパレータ接合装置100によって接合して形成する電気デバイス(袋詰電極11)を、図1~図4を参照しながら説明する。ここで、袋詰電極11は、リチウムイオン二次電池10の構成に基づき説明する。
図1は、電気デバイス(袋詰電極11)を用いて構成したリチウムイオン二次電池10を示す斜視図である。図2は、図1のリチウムイオン二次電池10を各構成部材に分解して示す分解斜視図である。図3は、図1の袋詰電極11の両面に負極30をそれぞれ積層した状態を示す斜視図である。図4は、図3の構成を図3中に示す4-4線に沿って示す部分断面図である。
正極20は、電極に相当し、導電体である正極集電体21の両面に正極活物質22を結着して形成している。電力を取り出す正極電極端子21aは、正極集電体21の一端の一部から延在して形成している。複数積層された正極20の正極電極端子21aは、溶接または接着によって互いに固定している。
正極20の正極集電体21の材料には、例えば、アルミニウム製エキスパンドメタル、アルミニウム製メッシュ、アルミニウム製パンチドメタルを用いている。正極20の正極活物質22の材料には、種々の酸化物(LiMn2O4のようなリチウムマンガン酸化物、二酸化マンガン、LiNiO2のようなリチウムニッケル酸化物、LiCoO2のようなリチウムコバルト酸化物、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物、またはリチウムを含む非晶質五酸化バナジウム)またはカルコゲン化合物(二硫化チタン、二硫化モリブテン)等を用いている。
負極30は、正極20と極性が異なる電極に相当し、導電体である負極集電体31の両面に負極活物質32を結着して形成している。負極電極端子31aは、正極20に形成した正極電極端子21aと重ならないように、負極集電体31の一端の一部から延在して形成している。負極30の長手方向の長さは、正極20の長手方向の長さよりも長い。負極30の短手方向の長さは、正極20の短手方向の長さと同様である。複数積層された負極30の負極電極端子31aは、溶接または接着によって互いに固定している。
負極30の負極集電体31の材料には、例えば、銅製エキスパンドメタル、銅製メッシュ、または銅製パンチドメタルを用いている。負極30の負極活物質32の材料には、リチウムイオンを吸蔵して放出する炭素材料を用いている。このような炭素材料には、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、または有機前駆体(フェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、またはセルロース)を不活性雰囲気中で熱処理して合成した炭素を用いている。
セパレータは、一対のセラミックセパレータ41および42から構成している。一対のセラミックセパレータ41および42は、正極20と負極30を電気的に隔離している。一対のセラミックセパレータ41および42は、正極20と負極30との間に電解液を保持して、イオンの伝導性を担保している。一対のセラミックセパレータ41および42は、矩形状に形成している。一対のセラミックセパレータ41および42の長手方向の長さは、負極電極端子31aの部分を除いた負極30の長手方向の長さよりも長い。
一対のセラミックセパレータ41および42は、互いに同様の構成からなる。例えばセラミックセパレータ41は、図4に示すように、溶融材に相当するポリプロピレン層41mに対して、耐熱材に相当するセラミックス層41nを積層して形成している。セラミックス層41nは、ポリプロピレン層41mよりも溶融温度が高い。セラミックセパレータ41および42は、正極20を挟持し、セラミックス層41nおよび42nを対向させて積層している。セラミックス層41nおよび42nは、正極20の正極活物質22に当接している。
セラミックセパレータ41のポリプロピレン層41mは、ポリプロピレンをシート状に形成している。ポリプロピレン層41mには、非水溶媒に電解質を溶解することによって調製した非水電解液を含浸させている。非水電解液をポリプロピレン層41mに保持するために、ポリマーを含有させている。セラミックス層41nは、例えば、無機化合物を高温で成形したセラミックスをポリプロピレン層41mに塗布して乾燥させることによって形成している。セラミックスは、シリカ、アルミナ、ジルコニウム酸化物、チタン酸化物等のセラミック粒子とバインダーの結合により形成された多孔質からなる。
一対のセラミックセパレータ41および42は、セパレータ接合装置100の搬送方向Xに相当する長手方向の両側に形成した複数の接合部40hによって、互いに接合している。接合部40hは、対面した一対のセラミックセパレータ41および42の端部において、互いの溶融材(ポリプロピレン層)と耐熱材(セラミックス層)を接合することによって形成している。具体的には、セラミックセパレータ41の一端部41pは、セラミックセパレータ42の一端部42pと正極20を介して対面している。同様に、セラミックセパレータ41の他端部41qは、セラミックセパレータ42の他端部42qと正極20を介して対面している。ここで、一対のセラミックセパレータ41および42は、セラミックセパレータ41の端部の溶融させたポリプロピレン層41mと、セラミックセパレータ42の端部のセラミックス層42nを、加圧状態において流動させて、互いに接合している。同様に、一対のセラミックセパレータ41および42は、セラミックセパレータ42の端部の溶融させたポリプロピレン層42mと、セラミックセパレータ41の端部のセラミックス層41nを、加圧状態において流動させて、互いに接合している。
袋詰電極11は、一対のセラミックセパレータ41および42によって、正極20の両面を挟持するように積層して構成している。接合部40hは、一対のセラミックセパレータ41および42の長手方向の両側に沿った両端部と中央部に、合計3箇所ずつ形成している。リチウムイオン二次電池10が振動したり衝撃を受けたりしても、セラミックセパレータ41および42の長手方向の両端に形成した接合部40hによって、袋詰電極11内における正極20の移動を抑制することができる。すなわち、セラミックセパレータ41および42を介して、隣り合う正極20と負極30の短絡を防止できる。したがって、リチウムイオン二次電池10は、所期の電気的特性を維持することができる。
外装材50は、例えば、内部に金属板を備えたラミネートシート51および52から構成し、発電要素15を両側から被覆して封止している。ラミネートシート51および52で発電要素15を封止する際に、そのラミネートシート51および52の周囲の一部を開放して、その他の周囲を熱溶着等によって封止する。ラミネートシート51および52の開放している部分から電解液を注入し、一対のセラミックセパレータ41および42に電荷液を含浸させる。ラミネートシート51および52の開放部から内部を減圧することによって空気を抜きつつ、その開放部も熱融着して完全に密封する。
外装材50のラミネートシート51および52は、例えば、それぞれ3種類の材料を積層して3層構造を形成している。1層目は、熱融着性樹脂に相当し、例えばポリエチレン(PE)、アイオノマー、またはエチレンビニルアセテート(EVA)を用いている。1層目の材料は、負極30に隣接させる。2層目は、金属を箔状に形成したものに相当し、例えばAl箔またはNi箔を用いている。3層目は、樹脂性のフィルムに相当し、例えば剛性を有するポリエチレンテレフタレート(PET)またはナイロンを用いている。
次に、電気デバイス(袋詰電極11)のセパレータ接合方法を具現化したセパレータ接合装置100について、図5~図7を参照しながら順に説明する。
図5は、電気デバイス(袋詰電極11)のセパレータ接合方法を具現化したセパレータ接合装置100を示す斜視図である。図6は、図5のセパレータ接合装置100の要部を示す斜視図である。図7は、図5のセパレータ接合装置100によるセパレータ(セラミックセパレータ41および42)の接合方法を示す模式図である。
セパレータ接合装置100は、例えば、電極搬送部110(搬送工程に対応)、第1セパレータ搬送部120(配置工程および搬送工程に対応)、第2セパレータ搬送部130(配置工程および搬送工程に対応)、セパレータ加圧部140(加圧工程に対応、加圧部材を含む)、セパレータ接合部150(接合工程に対応、光源を含む)、袋詰電極搬送部160、および制御部170から構成している。以下、セパレータ接合装置100の構成について構成部毎に順に説明する。
電極搬送部110は、図5に示し、正極20を搬送しつつ所定の形状に切断する。
電極搬送部110の電極供給ローラ111は、円柱形状からなり、正極20を巻き付けて保持している。搬送ローラ112は、細長い円柱形状からなり、電極供給ローラ111に巻き付けられた正極20に対して一定の張力をかけた状態で搬送ベルト113に導く。搬送ベルト113は、外周面に吸引口を複数設けた無端状のベルトからなり、正極20を吸引した状態で搬送方向Xに沿って搬送する。搬送ベルト113は、交差方向Yに沿った幅が、正極20の幅よりも長い。回転部材114は、交差方向Yに沿って、搬送ベルト113の内周面に複数配設し、搬送ベルト113を回転させる。複数の回転部材114のうち、一つが動力を設けた駆動ローラであり、その他が駆動ローラに従動する従動ローラである。搬送ローラ112および電極供給ローラ111は、搬送ベルト113の回転に従動して回転する。
電極搬送部110の切断部材115および116は、交差方向Yに沿って隣り合うように配設し、正極20を所定の形状に切断して成形する。切断部材115は、先端に直線状の鋭利な刃を設け、正極20の一端を交差方向Yに沿って直線状に切断する。切断部材116は、先端に一部を屈折させ段違いに形成した鋭利な刃を設け、一端を切断された直後の正極20の他端を、正極電極端子21aの形状に対応して切断する。受け台117は、正極20を切断する切断部材115および切断部材116を受ける。受け台117は、搬送する正極20を介して、切断部材115および切断部材116と対向して配設している。電極搬送部110は、切り出した正極20を、第1セパレータ搬送部120と第2セパレータ搬送部130との間を通過するように搬出する。
第1セパレータ搬送部120は、図5および図6に示し、正極20の一面(積層方向Zに沿った図5中に示す下方)に積層するためのセラミックセパレータ41を搬送しつつ所定の形状に切断する。
第1セパレータ搬送部120は、電極搬送部110よりも搬送方向Xの下流側であって、積層方向Zに沿った図5中に示す下方に配設している。
第1セパレータ搬送部120は、配置工程に対応する。配置工程は、耐熱材(セラミックス層41nおよび42n)の中央部41ncおよび42nc同士が、電極(正極20または負極30)を隔てて対向するようにセラミックセパレータ41を配置する。
第1セパレータ搬送部120の第1セパレータ供給ローラ121は、円柱形状からなり、長尺状のセラミックセパレータ41を巻き付けて保持している。第1セパレータ供給ローラ121は、セラミックセパレータ41を、ポリプロピレン層41mが内側であってセラミックス層41nが外側になるように、巻き付けて保持している。対向して配設した第1加圧ローラ122と第1ニップローラ123は、それぞれ細長い円柱形状からなり、第1セパレータ供給ローラ121に巻き付けられたセラミックセパレータ41に対して一定の張力をかけた状態で第1搬送ドラム124に導く。第1搬送ドラム124は、円柱形状からなり、その外周面に吸引口を複数設けている。第1搬送ドラム124は、交差方向Yに沿った幅を、セラミックセパレータ41の幅よりも短くしている。すなわち、セラミックセパレータ41の両端は、第1搬送ドラム124から交差方向Yに対して外方に突出している。このようにして、第1搬送ドラム124は、セパレータ接合部150との干渉を回避している。
第1セパレータ搬送部120の第1搬送ドラム124を回転させると、第1加圧ローラ122と第1ニップローラ123に加えて第1セパレータ供給ローラ121が従動して回転する。第1切断部材125は、先端に直線状の鋭利な刃を設け、交差方向Yに沿って配設し、第1搬送ドラム124によって吸引されている長尺状のセラミックセパレータ41を一定の幅で切断する。第1搬送ドラム124は、長方形状に切断されたセラミックセパレータ41を、電極搬送部110から搬出された正極20の一面の側に近接させつつ積層する。セラミックセパレータ41は、そのセラミックス層41nの側を、正極20の一面に対向させている。
第2セパレータ搬送部130は、図5および図6に示し、正極20の一面に対向した他面(積層方向Zに沿った図5中に示す上方)に積層するためのセラミックセパレータ42を搬送しつつ所定の形状に切断する。
第2セパレータ搬送部130は、電極搬送部110よりも搬送方向Xの下流側であって、積層方向Zに沿った図5中に示す上方に配設している。
第2セパレータ搬送部130は、配置工程に対応する。配置工程は、耐熱材(セラミックス層41nおよび42n)の中央部41ncおよび42nc同士が、電極(正極20または負極30)を隔てて対向するようにセラミックセパレータ42を配置する。
第2セパレータ搬送部130は、第1セパレータ搬送部120と積層方向Zに沿って対向して配設している。第2セパレータ搬送部130の第2セパレータ供給ローラ131は、円柱形状からなり、長尺状のセラミックセパレータ42を巻き付けて保持している。第2セパレータ供給ローラ131は、セラミックセパレータ42を、ポリプロピレン層42mが内側であってセラミックス層42nが外側になるように、巻き付けて保持している。対向して配設した第2加圧ローラ132と第2ニップローラ133は、それぞれ細長い円柱形状からなり、第2セパレータ供給ローラ131に巻き付けられたセラミックセパレータ42に対して一定の張力をかけた状態で第2搬送ドラム134に導く。第2搬送ドラム134は、円柱形状からなり、その外周面に吸引口を複数設けている。第2搬送ドラム134は、第1搬送ドラム124と同様に、交差方向Yに沿った幅を、セラミックセパレータ42の幅よりも短くすることによって、セパレータ接合部150との干渉を回避している。
第2セパレータ搬送部130の第2搬送ドラム134を回転させると、第2加圧ローラ132と第2ニップローラ133に加えて第2セパレータ供給ローラ131が従動して回転する。第2切断部材135は、先端に直線状の鋭利な刃を設け、交差方向Yに沿って配設し、第2搬送ドラム134によって吸引されている長尺状のセラミックセパレータ42を一定の幅で切断する。第2搬送ドラム134は、長方形状に切断されたセラミックセパレータ42を、電極搬送部110から搬出された正極20の他面の側に近接させつつ積層する。セラミックセパレータ42は、そのセラミックス層42nの側を、正極20の他面に対向させている。
第1セパレータ搬送部120と第2セパレータ搬送部130は、第1搬送ドラム124と第2搬送ドラム134との隙間の部分において、一対のセラミックセパレータ41および42によって正極20を挟持させるように積層しつつ、搬送方向Xに沿って搬送する。その搬送方向Xに沿った下流側の両端には、それぞれセパレータ接合部150を配設している。
セパレータ加圧部140は、図5~図7に示し、正極20を介して対面する一対のセラミックセパレータ41および42の接合領域(一端部41pおよび他端部41q)を加圧する。
セパレータ加圧部140は、加圧工程に対応している。加圧工程は、光L1を透過させる加圧部材141等によって、正極20を介して対面する一対のセラミックセパレータ41および42の接合領域(一端部41pおよび他端部41q)を加圧する。
セパレータ加圧部140は、第1セパレータ搬送部120および第2セパレータ搬送部130よりも搬送方向Xの下流側に配設している。セパレータ加圧部140は、搬送方向Xに沿った両端に配設している。
セパレータ加圧部140の加圧部材141と付勢部材142は、搬送されるセラミックセパレータ41および42の一端部41pを介して対向している。加圧部材141は、セラミックセパレータ42の側から一端部42pに当接しつつ、セラミックセパレータ41および42を加圧する。付勢部材142は、セラミックセパレータ41の側から一端部41pに当接しつつ、セラミックセパレータ41および42を加圧部材141の側に付勢する。加圧部材141および付勢部材142は、搬送されるセラミックセパレータ41および42に境にして、積層方向Zに沿って互いに接近および離間するように、移動自在としている。
加圧部材141は、本体部141aおよび当接部141bを備えている。本体部141aは、長方体形状に形成している。当接部141bは、本体部141aの一端から突出して形成している。本体部141aおよび当接部141bは、セパレータ接合部150のレーザ発振器151から導出される光L1を透過させる。すなわち、本体部141aおよび当接部141bは、その光L1の波長に対して透明である。加圧部材141は、光L1の波長に対して屈折率が十分に小さく透明なプラスチックスやガラスから形成する。付勢部材142は、加圧部材141と、積層方向Zに対して対面同一に形成している。付勢部材142は、長方形状の本体部142aと、その本体部142aの一端から積層方向Zに沿って図中上方に突出して形成した当接部142bを備えている。付勢部材142は、例えば反射率が高い金属から形成する。付勢部材142は、セラミックセパレータ41および42の端部を透過した光L1を反射させて、再び端部に照射させることができる。
付勢部材142は、加圧部材141とともに、一対の加圧部材として機能させている。しかしながら、加圧部材141は必須であるものの、付勢部材142は省略することができる。具体的には、例えば、セラミックセパレータ41および42を搬送方向Xに沿って十分に張力を掛けた状態で、加圧部材141を、セラミックセパレータ41の一端部41pに対して加圧する構成としてもよい。このような構成においては、付勢部材142を省略することができる。
加圧部材141は、セパレータ接合部150のレーザ発振器151から出射された光L1を透過させる。したがって、加圧部材141は、光L1の波長に対応した反射防止膜を蒸着してもよい。さらに、付勢部材142は、セラミックセパレータ41および42の端部を透過した光L1を反射させて、再び端部に照射させるために、プラスチックスに反射膜を蒸着して形成してもよい。
加圧部材141および付勢部材142は、一例として、積層方向Zに沿って互いに対向する当接部を1つずつ備えている。一方、加圧部材141および付勢部材142は、積層方向Zに沿って互いに対向する当接部をそれぞれ複数備える構成とすることができる。具体的には、例えば、セラミックセパレータ41および42の接合において、その長手方向の両側に沿って両端部と中央部に3箇所ずつ合計6箇所の接合部40hを形成する場合、本体部の大きさをセラミックセパレータ41と同程度にした上で、当接部を接合部40hの位置に対応するように6つ設ければよい。
加圧部材141および付勢部材142は、図5中の積層方向Zに沿って反転させる構成としてもよい。すなわち、セラミックセパレータ41および42は、加圧部材141によってセラミックセパレータ42の側から加圧する構成としてもよい。
セパレータ加圧部140の加圧部材143と付勢部材144は、加圧部材141と付勢部材142と同様の構成からなる。加圧部材143と付勢部材144は、搬送されるセラミックセパレータ41および42の他端部41qを介して対向している。加圧部材143は、セラミックセパレータ42の側から他端部42qに当接しつつ、セラミックセパレータ41および42を加圧する。付勢部材144は、セラミックセパレータ41の側から他端部41qに当接しつつ、セラミックセパレータ41および42を加圧部材143の側に付勢する。加圧部材143は、加圧部材141に対して、搬送方向Xに対して対面同一に形成している。付勢部材144は、付勢部材142に対して、搬送方向Xに対して対面同一に形成している。
セパレータ加圧部140の冷却部材145は、加圧部材141および143を冷却する。冷却部材145は、加圧部材141の本体部141aであって光L1と干渉しない部位に配設している。同様に、冷却部材145は、加圧部材143の本体部143aであって光L1と干渉しない部位に配設している。冷却部材145は、ペルチェ素子から構成している。
セパレータ接合部150は、図5~図7に示し、正極20を介して対面する一対のセラミックセパレータ41および42において、加圧状態の接合領域(一端部および他端部)に対して光L1を照射して接合する。
セパレータ接合部150は、接合工程に対応している。接合工程は、光L1を加圧部材141等に透過させつつ、互いに対向したセラミックセパレータ41および42の接合領域(一端部および他端部)に照射する。ここで、接合工程は、光L1によって加熱された一の接合領域(端部)の耐熱材(セラミックス層)と、互いに対向する耐熱材(セラミックス層)によって溶融された他の接合領域(端部)の溶融材(ポリプロピレン層)とを接合する。
セパレータ接合部150は、第1セパレータ搬送部120および第2セパレータ搬送部130よりも搬送方向Xの下流側に配設している。セパレータ接合部150は、セパレータ加圧部140と隣り合っている。
セパレータ接合部150のレーザ発振器151は、光源に相当する。レーザ発振器151は、光L1を出射する。光L1は、互いに対向したセラミックセパレータ41および42の接合領域(一端部および他端部)に照射する。光L1の波長は、溶融材に相当するポリプロピレン層を透過しつつ、耐熱材に相当するセラミックスに十分に吸収される波長が好ましい。セラミックスは、光L1を吸収させて加熱させる。具体的には、セラミックスは、シリカ、アルミナ、ジルコニウム酸化物、チタン酸化物等のセラミック粒子とバインダーの結合により形成された多孔質からなる。セラミックスに含まれるアルミナの吸収率は、波長が約1μmにおいて0.3、波長が約8~14μmにおいて0.6である。そこで、レーザ発振器151には、例えば、発振波長が9.4μmや10.6μmのCo2(二酸化炭素)レーザ、発振波長が1064nmのYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット結晶)レーザ、または発振波長が808nmや840nmおよび940nm等の固体レーザ(LD:レーザーダイオード)を用いる。
第1反射ミラー152は、レーザ発振器151から出射した光L1を、ビームスプリッター153に向かって反射させる。第1反射ミラー152は、板状の硝材に対して、光L1の波長に対応した反射膜を蒸着させて構成している。
ビームスプリッター153は、第1反射ミラー152によって反射した光L1を分岐する。ビームスプリッター153によって積層方向Zに反射させた光L1は、加圧部材141に入射する。加圧部材143を透過した光は、セラミックセパレータ41および42の接合領域(一端部)に照射する。一方、ビームスプリッター153を交差方向Yに透過した光L1は、第2反射ミラー154に照射する。ビームスプリッター153は、加圧部材141の積層方向Zに沿った図中上方に配設している。
第2反射ミラー154は、ビームスプリッター153を透過した光L1を、加圧部材143に対して反射させる。加圧部材143を透過した光L1は、セラミックセパレータ41および42の接合領域(他端部)に照射する。第2反射ミラー154は、加圧部材143の積層方向Zに沿った図中上方に配設している。第2反射ミラー154は、第1反射ミラー152と同様の構成からなる。
袋詰電極搬送部160は、図5に示し、セパレータ加圧部140およびセパレータ接合部150等によって形成される袋詰電極11を搬送する。
袋詰電極搬送部160は、電極搬送部110と搬送方向Xに沿って隣り合い、第1セパレータ搬送部120および第2セパレータ搬送部130よりも搬送方向Xの下流側に配設している。
袋詰電極搬送部160の搬送ベルト161は、外周面に吸引口を複数設けた無端状のベルトからなり、袋詰電極11を吸引した状態で搬送方向Xに沿って搬送する。搬送ベルト161は、交差方向Yに沿った幅を、袋詰電極11の幅よりも短く形成している。すなわち、袋詰電極11の両端は、搬送ベルト161から交差方向Yに対して外方に突出している。このようにして、搬送ベルト161は、セパレータ接合部150との干渉を回避している。回転部材162は、交差方向Yに沿って、搬送ベルト161の内周面に複数配設し、搬送ベルト161を回転させる。回転部材162は、セパレータ接合部150との干渉を回避するため、搬送ベルト161から突出させていない。複数の回転部材162のうち、一つが動力を設けた駆動ローラであり、その他が駆動ローラに従動する従動ローラである。
袋詰電極搬送部160の吸着パッド163は、搬送ベルト161に載置された袋詰電極11よりも積層方向Zの図5中に示す上方において、袋詰電極11と対向するように位置している。吸着パッド163は、板状からなり、袋詰電極11と当接する面に吸引口を複数設けている。伸縮部材164は、吸着パッド163よりも積層方向Zの図5中に示す上方に位置している。伸縮部材164の一端は、吸着パッド163を接合している。伸縮部材164は、エアーコンプレッサー等を動力として、積層方向Zに沿って伸縮自在である。X軸ステージ165およびX軸補助レール166は、伸縮部材164の一端に対向した他端を移動自在に支持している。X軸ステージ165は、搬送方向Xに沿って配設し、伸縮部材164を搬送方向Xに沿って走査する。X軸補助レール166は、X軸ステージ165と並行に配設し、X軸ステージ165による伸縮部材164の走査を補助する。載置台167は、板状からなり、例えば配設された搬送ベルト161よりも、搬送方向Xに沿った下流側に配設している。載置台167は、袋詰電極11を一時的に載置して保管する。
制御部170は、図5に示し、電極搬送部110と第1セパレータ搬送部120と第2セパレータ搬送部130とセパレータ加圧部140とセパレータ接合部150および袋詰電極搬送部160の作動をそれぞれ制御する。
制御部170のコントローラ171は、ROM、CPU、およびRAMを含んでいる。ROM(Read Only Memory)は、セパレータ接合装置100に係る制御プログラムを格納している。制御プログラムは、電極搬送部110の回転部材114と切断部材115および116、第1セパレータ搬送部120の第1搬送ドラム124と第1切断部材125、および第2セパレータ搬送部130の第2搬送ドラム134と第2切断部材135の制御に関するものを含んでいる。さらに、制御プログラムは、セパレータ加圧部140の加圧部材141および143と付勢部材142および144、セパレータ接合部150のレーザ発振器151、および袋詰電極搬送部160の回転部材162と伸縮部材164等の制御に関するものを含んでいる。
制御部170のCPU(Central Processing Unit)は、制御プログラムに基づいてセパレータ接合装置100の各構成部材の作動を制御する。RAM(Random Access Memory)は、制御中のセパレータ接合装置100の各構成部材に係る様々なデータを一時的に記憶する。データは、例えば、セパレータ接合部150のレーザ発振器151から出射する光L1の強度に関するものである。
次に、セパレータ接合装置100の作用について説明する。
電極搬送部110は、図5に示すように、切断部材115および116によって、正極20を所定の形状に1枚ずつ切断して成形する。電極搬送部110は、成形した正極20を第1セパレータ搬送部120および第2セパレータ搬送部130の間に搬出する。
次いで、第1セパレータ搬送部120は、図5および図6に示すように、正極20の一面に積層するセラミックセパレータ41を切り出して搬送する。第1切断部材125は、セラミックセパレータ41を長方形状に切断する。第1セパレータ搬送部120は、セラミックセパレータ41を電極搬送部110から搬出された正極20の一面の側に積層する。
同様に、第2セパレータ搬送部130は、図5および図6に示すように、第1セパレータ搬送部120の作動と並行して、正極20の一面に対向した他面に積層するためのセラミックセパレータ42を切り出して搬送する。第2切断部材135は、セラミックセパレータ41を長方形状に切断する。第2セパレータ搬送部130は、セラミックセパレータ42を電極搬送部110から搬出された正極20の他面の側に積層する。
次いで、セパレータ加圧部140は、図5~図7に示すように、加圧部材141および付勢部材142によって、セラミックセパレータ41および42の一端部41pおよび42p同士の接合領域をそれぞれ挟持して、その端部同士を互いに押し付け合うよう加圧する。同様に、加圧部材143および付勢部材144によって、セラミックセパレータ41および42の他端部41qおよび42q同士の接合領域を挟持して、その端部同士を互いに押し付け合うよう加圧する。
次いで、セパレータ接合部150は、図5~図7に示すように、レーザ発振器151から出射した光L1を、第1反射ミラー152によって反射させた後、ビームスプリッター153によって分岐する。ビームスプリッター153によって積層方向Zに反射した光L1は、加圧部材141に入射する。加圧部材141から出射した光L1は、セラミックセパレータ41および42の一端部41pおよび42p同士に照射され、それらの端部を溶融させて接合する。端部は、接合部40hに相当する。一方、ビームスプリッター153を交差方向Yに透過した光L1は、第2反射ミラー154によって反射した後、加圧部材143に入射する。加圧部材143から出射した光L1は、セラミックセパレータ41および42の他端部41qおよび42q同士に照射し、それらの端部を溶融させて接合する。端部は、接合部40hに相当する。
ここで、セパレータ加圧部140とセパレータ接合部150の作用について、より具体的に説明する。図7(A)から図7(B)に示すように、光L1によって加熱させた耐熱材(セラミックス層)と、その加熱した耐熱材(セラミックス層)を介して溶融させた溶融材(ポリプロピレン層)は、特に加圧状態において互いに隣接するように移動して接合する。具体的には、先ず、加圧状態において、セラミックセパレータ41および42は、互いに密着して空隙が大幅に減少することから、熱伝導させ易い状態となる。特に、セラミックセパレータ41のセラミックス層41nと、セラミックセパレータ42のセラミックス層42nは、それぞれ表面に凹凸が生じている状態で対面する。しかしながら、加圧下においては、セラミックセパレータ41のポリプロピレン層41mと、セラミックセパレータ42のポリプロピレン層42mがそれぞれ弾性変形することから、互いに対面したセラミックス層の表面の凹凸を吸収して密着させることができる。
さらに、加圧状態において、一のセラミックセパレータにおいて溶融された溶融材(ポリプロピレン層)は、自ら弾性変形しながら、他のセラミックセパレータの耐熱材(セラミックス層)に対して流動し、その耐熱材(セラミックス層)に隣接する。溶融材(ポリプロピレン層)は、一または他のセラミックセパレータの耐熱材(セラミックス層)によって加熱されて溶融する。一方、加圧状態において、一のセラミックセパレータにおいて耐熱材(セラミックス層)は、溶融させた他のセラミックセパレータの溶融材(ポリプロピレン層)に対して侵入するように流動する。すなわち、一対のセパレータ(セラミックセパレータ41および42)を加圧しつつ、その加圧した部分に光L1を照射して加熱することによって、接合領域(端部)を効果的に接合することができる。
その後、袋詰電極搬送部160は、図5に示すように、セパレータ加圧部140およびセパレータ接合部150等によって形成された袋詰電極11を搬送する。袋詰電極搬送部160は、袋詰電極11を載置台167に載置して一時的に保管する。
上述した第1実施形態によれば、以下の構成によって作用効果を奏する。
電気デバイス(袋詰電極11)のセパレータ接合方法は、シート状の溶融材(ポリプロピレン層)と、溶融材(ポリプロピレン層)に積層し溶融材(ポリプロピレン層)よりも溶融温度が高い耐熱材(セラミックス層)と、を含むセパレータ(セラミックセパレータ)を用い、電極(正極20または負極30)を挟持するセパレータ(セラミックセパレータ)を光L1によって接合する方法である。セパレータ接合方法は、加圧工程および接合工程を有する。加圧工程は、光L1を透過させる加圧部材141等によって、電極(正極20または負極30)を介して対面するセパレータ(セラミックセパレータ)の接合領域(端部)を加圧する。接合工程は、光L1を加圧部材141等に透過させつつ、互いに対向した接合領域(端部)に照射する。ここで、接合工程は、光L1によって加熱された一の接合領域(端部)の耐熱材(セラミックス層)と、互いに対向する耐熱材(セラミックス層)によって溶融された他の接合領域(端部)の溶融材(ポリプロピレン層)とを接合する。
電気デバイス(袋詰電極11)のセパレータ接合装置100は、シート状の溶融材(ポリプロピレン層)と、溶融材(ポリプロピレン層)に積層し溶融材(ポリプロピレン層)よりも溶融温度が高い耐熱材(セラミックス層)と、を含むセパレータ(セラミックセパレータ)を用い、電極(正極20または負極30)を挟持するセパレータ(セラミックセパレータ)を光L1によって接合する方法である。セパレータ接合装置100は、加圧部材141等および光源(レーザ発振器151)を有する。加圧部材141等は、電極を介して対面するセパレータの接合領域(端部)を加圧し、光L1を透過させる。光源(レーザ発振器151)は、光L1を加圧部材141等に透過させつつ接合領域(端部)に照射する。
このような構成では、加圧部材141等によって接合領域(端部)を加圧しつつ、加圧部材141等を透過した光L1を用いて加熱させた耐熱材(セラミックス層)によって溶融材(ポリプロピレン層)を溶融させる。すなわち、加熱させた耐熱材(セラミックス層)と、その加熱した耐熱材(セラミックス層)を介して溶融させた溶融材(ポリプロピレン層)を、加圧状態において互いに隣接するように移動させて接合することができる。したがって、耐熱材(セラミックス層)同士を対面させた状態であっても、セパレータ(セラミックセパレータ)同士を十分に接合することができる。
ここで、上記の構成によって接合した電気デバイス(袋詰電極)は、耐熱材(セラミックス層)同士を対面させたセパレータ(セラミックセパレータ)を用いた場合であっても、電極(正極20または負極30)を挟持するセパレータ(セラミックセパレータ)を十分に接合できることから、所期の電気特性を発揮させることができる。具体的には、例えば、電気デバイス(袋詰電極11)は、リチウムイオン二次電池10が振動したり衝撃を受けたりしても、セパレータ(セラミックセパレータ)の端部を十分に接合していることから、正極20の移動を抑制することができる。すなわち、セパレータ(セラミックセパレータ)を介して隣り合う正極20と負極30の短絡を防止できる。したがって、リチウムイオン二次電池10は、所期の電気的特性を維持することができる。
さらに、上記の構成によって接合した電気デバイス(袋詰電極)は、加圧部材141等によって、セパレータ(セラミックセパレータ)のうち、光L1の照射によって加熱される耐熱材(セラミックス層)によって溶融材(ポリプロピレン層)を溶融して接合されたものである。溶融材(ポリプロピレン層)は、耐熱材(セラミックス層)からの熱伝導によって加熱されることから、耐熱材(セラミックス層)の温度を超えることはない。光源(レーザ発振器151)は、加圧部材141等と直接的に接触していない耐熱材(セラミックス層)を加熱する。したがって、加圧部材141は、セパレータ(セラミックセパレータ)の溶融材(ポリプロピレン層)との界面において、互いに貼り付いてしまうことを十分に防止することができる。
セパレータ接合方法およびその方法を具現化したセパレータ接合装置100において、特にセパレータ接合方法は、一対のセパレータ(セラミックセパレータ41および42)を用いる構成とすることができる。この接合方法は、配置工程をさらに有している。配置工程は、加圧工程の前に実施する。配置工程は、耐熱材(セラミックス層41nおよび42n)の中央部41ncおよび42nc同士が、電極(正極20または負極30)を隔てて対向するように、一対のセパレータ(セラミックセパレータ41および42)を配置する。加圧工程は、一対のセパレータ(セラミックセパレータ41および42)の一のセパレータ(セラミックセパレータ41)の接合領域(端部、一端部41pまたは他端部41qの少なくとも一方)および他のセパレータ(セラミックセパレータ42)の接合領域(端部、一端部42pまたは他端部42qの少なくとも一方)をそれぞれ加圧する。
このような構成に示すように、このセパレータ接合方法は、枚葉式からなる非常に汎用性の高い方式に適用することができる。すなわち、このセパレータ接合方法は、セラミックセパレータ41、電極(正極20または負極30)、およびセラミックセパレータ42の順で、各部材を重ね合わせて積層する方式に用いることができる。
セパレータ接合方法およびその方法を具現化したセパレータ接合装置100において、特にセパレータ接合装置100の加圧部材141および143は、本体部141aから突出させた当接部141bを備える構成とすることができる。当接部141bは、接合領域(端部)のみを加圧する。
このような構成において、加熱させた耐熱材(セラミックス層)と、その加熱した耐熱材(セラミックス層)を介して溶融させた溶融材(ポリプロピレン層)は、特に加圧状態において、互いに隣接するように移動して接合する。したがって、当接部141bによって一対のセパレータ(セラミックセパレータ41および42)を加圧することから、接合領域(端部)のみを選択的に加圧して効果的に接合することができる。
セパレータ接合方法およびその方法を具現化したセパレータ接合装置100において、特にセパレータ接合装置100は、加圧部材141および143を冷却する冷却部材145を、さらに有する構成とすることができる。
このような構成によれば、光L1の透過に起因した加圧部材141および143の温度上昇を軽減することができることから、加圧部材141および143と、セラミックセパレータ41との界面における貼り付きを防止することができる。さらに、加圧部材141および143の温度上昇を軽減できることから、加圧部材141および143の劣化を抑制することができる。特に、加圧部材141および143は、プラスチックス系の樹脂によって形成している場合に、効果的に劣化を抑制できる。
セパレータ接合方法およびその方法を具現化したセパレータ接合装置100において、特にセパレータ接合装置100の光源は、レーザ発振器151から構成することができる。さらに、レーザ発振器151は、一定の波長の光L1を出射する。加圧部材141および143の光L1に対する屈折率は、溶融材(ポリプロピレン層)の光L1に対する屈折率よりも小さい構成とすることができる。
このような構成において、特定の部材に対する光L1の屈折率が低いほど、透過率が高くなる。また、特定の部材に対する光L1の透過率が高いと、部材の内部における光L1の吸収が低くなり、部材の温度上昇を抑制することができる。すなわち、加圧部材141および143の光L1に対する屈折率が溶融材(ポリプロピレン層)の光L1に対する屈折率よりも小さい条件を満たせば、光L1は、加圧部材141および143を十分に透過した後に、溶融材(ポリプロピレン層)を透過して、耐熱材(セラミックス層)に到達させることができる。
(第1実施形態の変形例1)
第1実施形態の変形例1に係る電気デバイス(袋詰電極11)のセパレータ接合方法およびその方法を具現化したセパレータ接合装置200について、図8を参照しながら説明する。
第1実施形態の変形例1に係る電気デバイス(袋詰電極11)のセパレータ接合方法およびその方法を具現化したセパレータ接合装置200について、図8を参照しながら説明する。
第1実施形態の変形例1は、セラミックセパレータ41および42が接合されている間、第1セパレータ搬送部120と第2セパレータ搬送部130および電極搬送部110等の動作を継続させる構成が、前述した第1実施形態に係る構成と異なる。前述した第1実施形態では、接合条件によっては他の構成部材の動作を一時的に停止させる必要があった。第1実施形態の変形例1においては、前述した第1実施形態と同様の構成からなるものについて、同一の符号を使用し、前述した説明を省略する。
セパレータ接合装置200のセパレータ加圧部140およびセパレータ接合部150について、図8を参照しながら説明する。
図8は、電気デバイス(袋詰電極11)のセパレータ接合方法を具現化したセパレータ接合装置200の要部を示す斜視図である。
加圧工程および接合工程は、搬送中のセラミックセパレータ41および42の移動に追随しつつ、そのセラミックセパレータ41および42を加圧および接合する。例えば、第1セパレータ搬送部120、第2セパレータ搬送部130、および電極搬送部110等は、搬送工程に対応する。
具体的には、セパレータ加圧部140は、セラミックセパレータ41および42を加圧している間、加圧部材141と付勢部材142および加圧部材143と付勢部材144を、搬送方向Xの下流側に沿って移動させる。加圧部材141と付勢部材142および加圧部材143と付勢部材144は、セラミックセパレータ41および42の一箇所の接合が完了すると、搬送方向Xの上流側に沿って高速で移動して元の位置に戻る。一方、セパレータ接合部150は、セラミックセパレータ41および42に光L1を照射して接合している間、第1反射ミラー152とビームスプリッター153および第2反射ミラー154を、搬送方向Xの下流側に沿って移動させる。第1反射ミラー152とビームスプリッター153および第2反射ミラー154は、セラミックセパレータ41および42の一箇所の接合が完了すると、搬送方向Xの上流側に沿って高速で移動して元の位置に戻る。
上述した第1実施形態の変形例1によれば、以下の構成によって作用効果を奏する。
セパレータ接合方法およびその方法を具現化したセパレータ接合装置200において、特にセパレータ接合方法は、搬送工程をさらに有する。搬送工程は、セパレータ(セラミックセパレータ41および42)を搬送する。ここで、加圧工程および接合工程は、搬送工程によって搬送中のセパレータ(セラミックセパレータ41および42)の移動に追随しつつ、そのセパレータ(セラミックセパレータ41および42)を加圧および接合する。
このような構成によれば、他の構成部材(例えば、第1セパレータ搬送部120、第2セパレータ搬送部130、および電極搬送部110)の動作を継続させたままの状態で、一対のセラミックセパレータ41および42を接合することができる。すなわち、セラミックセパレータ41および42の接合に係る生産性を維持することができる。
(第1実施形態の変形例2)
第1実施形態の変形例2に係る電気デバイス(袋詰電極)のセパレータ接合方法およびその方法を具現化したセパレータ接合装置300について、図9を参照しながら説明する。
第1実施形態の変形例2に係る電気デバイス(袋詰電極)のセパレータ接合方法およびその方法を具現化したセパレータ接合装置300について、図9を参照しながら説明する。
第1実施形態の変形例2は、加圧部材341の光L1の入射面341cに対して穴341hを形成している構成が、前述した第1実施形態に係る構成と異なる。前述した第1実施形態では、入射面に対して穴を形成していなかった。第1実施形態の変形例2においては、前述した第1実施形態と同様の構成からなるものについて、同一の符号を使用し、前述した説明を省略する。
セパレータ接合装置300のセパレータ加圧部340およびセパレータ接合部150について、図9を参照しながら説明する。
図9は、電気デバイス(袋詰電極)のセパレータ接合方法を具現化したセパレータ接合装置300の要部を示す斜視図である。
セパレータ加圧部340は、加圧部材141に換えて、加圧部材341を備えている。加圧部材341は、加圧部材141と同様に、光L1の波長において透明な材料からなり、基本的な外形形状については同様の形状に形成している。すなわち、加圧部材341は、長方形状の本体部341aと、その本体部341aの一端から積層方向Zに沿って図中下方に突出して形成した当接部341bを備えている。ここで、加圧部材341は、本体部341aから当接部341bにかけて穴341hを備えている。穴341hは、光L1の入射面341cから、その入射面341cに対向し光L1を出射させる出射面341dの間において、入射面341cの側に一定の深さで形成している。
セパレータ接合部150は、レーザ発振器151から出射した光L1を、第1反射ミラー152によって反射させた後、ビームスプリッター153によって分岐しつつ、加圧部材341の穴341hに入射させる。光L1は、加圧部材341の穴341hの底面から本体部341aに入射し、当接部341bの出射面341dから出射する。
上述した第1実施形態の変形例2によれば、以下の構成によって作用効果を奏する。
セパレータ接合方法およびその方法を具現化したセパレータ接合装置300において、特にセパレータ接合装置300の加圧部材341は、光L1を入射させる入射面341cから、その入射面341cに対向し光L1を出射させる出射面341dの間において、入射面341cの側に一定の深さの穴341hを備えている。
このような構成によれば、加圧部材341は、内部を透過する光L1の光路長を短くすることによって、光L1の減衰を抑制させることができる。さらに、光L1の透過に起因した加圧部材341の温度上昇を軽減することができることから、加圧部材341と、セラミックセパレータ41または42との界面における貼り付きを防止することができる。さらに、このような構成によれば、穴341hの深さを十分に深くして、内部を透過する光L1の光路長を極力短くすることによって、加圧部材341に、内部減衰が大きい材料を適用することができる。
(第1実施形態の変形例3)
第1実施形態の変形例3に係る電気デバイス(袋詰電極)のセパレータ接合方法およびその方法を具現化したセパレータ接合装置400について、図10を参照しながら説明する。
第1実施形態の変形例3に係る電気デバイス(袋詰電極)のセパレータ接合方法およびその方法を具現化したセパレータ接合装置400について、図10を参照しながら説明する。
第1実施形態の変形例3は、一対のセラミックセパレータ41および42の両側から光L1を照射する構成が、前述した第1実施形態に係る構成と異なる。前述した第1実施形態では、一対のセラミックセパレータ41および42の片側から光L1を照射していた。第1実施形態の変形例3においては、前述した第1実施形態と同様の構成からなるものについて、同一の符号を使用し、前述した説明を省略する。
セパレータ接合装置400のセパレータ加圧部440およびセパレータ接合部450について、図10を参照しながら説明する。
図10は、電気デバイス(袋詰電極)のセパレータ接合方法を具現化したセパレータ接合装置400の要部を示す斜視図である。
セパレータ加圧部440は、加圧部材141および442によって、セラミックセパレータ41および42の接合領域(端部)を一体に挟持しつつ加圧する。加圧部材442は、加圧部材141と同様に光L1の波長において透明な材料からなり、積層方向Zに対して対面同一に形成している。すなわち、加圧部材442は、長方形状の本体部442aと、その本体部442aの一端から積層方向Zに沿って図中上方に突出して形成した当接部442bを備えている。
セパレータ接合部450は、レーザ発振器151から出射した光L1を、ビームスプリッターによって分岐する。その分岐した光L1のうち、ビームスプリッター153で反射させた光L1を加圧部材141に入射させる。同様に、その分岐した光L1のうち、ビームスプリッター453で反射させた光L1を加圧部材442に入射させる。セパレータ接合部450は、加圧部材141に入射させた光L1をセラミックセパレータ41の側から端部に照射しつつ、加圧部材442に入射させた光L1をセラミックセパレータ42の側から端部に照射して、その端部を接合する。
上述した第1実施形態の変形例3によれば、以下の構成によって作用効果を奏する。
セパレータ接合方法およびその方法を具現化したセパレータ接合装置400において、特にセパレータ接合方法の接合工程は、一対の加圧部材141および442によって、互いに対面する接合領域(端部)を両側から加圧し、互いに対面する接合領域(端部)の両側から光L1を照射する。
このような構成によれば、セラミックセパレータ41および42の接合領域(端部)の耐熱材(セラミックス層)を加熱するために必要な光L1を、例えば分岐した上で、一対の加圧部材141および442を介して接合領域(端部)に導光することができる。すなわち、光L1を透過させる加圧部材141および442をそれぞれ用いることによって、1つの加圧部材に透過させる光L1の光量を半分にすることができる。したがって、光L1の透過に起因した加圧部材141および442の劣化を抑制することができることから、加圧部材141および442の寿命を延ばすことができる。さらに、光L1の透過に起因したセラミックセパレータ41および42の溶融材(ポリプロピレン層)の温度上昇を軽減することができることから、加圧部材141または442と、セラミックセパレータ41または42の溶融材(ポリプロピレン層)の界面における貼り付きを防止することができる。
(第1実施形態の変形例4)
第1実施形態の変形例4に係る電気デバイス(袋詰電極)のセパレータ接合方法およびその方法を具現化したセパレータ接合装置500について、図11を参照しながら説明する。
第1実施形態の変形例4に係る電気デバイス(袋詰電極)のセパレータ接合方法およびその方法を具現化したセパレータ接合装置500について、図11を参照しながら説明する。
第1実施形態の変形例4は、円盤状の加圧部材541によってセラミックセパレータ41および42の端部同士を連続的に加圧する構成が、前述した第1実施形態に係る構成と異なる。前述した第1実施形態では、加圧部材141等によって端部同士を部分的に加圧していた。第1実施形態の変形例4においては、前述した第1実施形態と同様の構成からなるものについて、同一の符号を使用し、前述した説明を省略する。
セパレータ接合装置500のセパレータ加圧部540およびセパレータ接合部150について、図11を参照しながら説明する。
図11は、電気デバイス(袋詰電極)のセパレータ接合方法を具現化したセパレータ接合装置500の要部を示す斜視図である。
セパレータ加圧部540は、回転自在な加圧部材541および付勢部材542によって、セラミックセパレータ41および42の接合領域(端部)を一体に挟持しつつ加圧する。加圧部材541は、加圧部材141と同様に光L1の波長において透明な材料からなり、円盤状に形成している。加圧部材541は、側面に回転用のシャフトを備えている。加圧部材541は、外周面541aにセラミックセパレータ41を当接させつつ、回転する。外周面541aは、光L1の波長に対応した反射防止膜を蒸着している。付勢部材542は、加圧部材541と積層方向Zに沿って対向して配設している。付勢部材542は、円盤状に形成している。付勢部材542は、側面に回転用のシャフトを備えている。付勢部材542は、外周面542aにセラミックセパレータ42を当接させつつ、加圧部材541の側に付勢しながら回転する。加圧部材541と付勢部材542によってセラミックセパレータ41および42を加圧している間、第1セパレータ搬送部120と第2セパレータ搬送部130および電極搬送部110等は、各々の動作を一旦停止させることなく継続させる。
セパレータ接合部150は、レーザ発振器151から出射した光L1を、第1反射ミラー152によって反射させた後、ビームスプリッター153によって分岐しつつ、加圧部材541に入射させる。光L1は、加圧部材541の外周面541aに入射し、セラミックセパレータ41および42の端部に照射する。レーザ発振器151は、光L1を連続的に出射して、セラミックセパレータ41および42の端部をシーム溶着する。一方、レーザ発振器151は、光L1を間欠的に出射して、セラミックセパレータ41および42の端部をスポット溶着してもよい。
上述した第1実施形態の変形例4によれば、以下の構成によって作用効果を奏する。
セパレータ接合方法およびその方法を具現化したセパレータ接合装置500において、特にセパレータ接合装置500の加圧部材541は、回転自在な円盤状に形成し、接合領域(端部)同士を連続的に加圧する。
このような構成によれば、一対のセラミックセパレータ41および42の接合領域(端部)を帯状に形成することができる。すなわち、一対のセラミックセパレータ41および42の端部を、より強固に接合することができる。さらに、このような構成によれば、他の構成部材(例えば、第1セパレータ搬送部120や第2セパレータ搬送部130)の動作を継続させたままの状態で、一対のセラミックセパレータ41および42を接合することができる。すなわち、セラミックセパレータ41および42の接合に係る生産性を維持することができる。
(第2実施形態)
第2実施形態に係る電気デバイス(袋詰電極12)のセパレータ接合方法およびその方法を具現化したセパレータ接合装置600について、図12を参照しながら説明する。
第2実施形態に係る電気デバイス(袋詰電極12)のセパレータ接合方法およびその方法を具現化したセパレータ接合装置600について、図12を参照しながら説明する。
第2実施形態は、セラミックセパレータ43を、正極20の縁20tを境にして折り返しつつ、一端部43p同士および他端部43q同士を、縁20tを境にして対面させる構成が、前述した第1実施形態に係る構成と異なる。前述した第1実施形態では、一対のセラミックセパレータ41および42によって正極20を挟持しつつ、一端部41pと一端部42p同士および他端部41qと他端部42q同士をそれぞれ対面させていた。第2実施形態においては、前述した第1実施形態と同様の構成からなるものについて、同一の符号を使用し、前述した説明を省略する。
セパレータ接合装置600について、図12を参照しながら説明する。
図12は、電気デバイス(袋詰電極12)のセパレータ接合方法およびセパレータ接合装置600を示す斜視図である。
先ず、セパレータ接合装置600の構成について、図12を参照しながら説明する。
セパレータ接合装置600は、部材搬送部610(正極20および袋詰電極12を搬送)、セパレータ搬送部620、セパレータ折返部630(折返工程に対応)、セパレータ加圧部640(加圧工程に対応)、およびセパレータ接合部650(接合工程に対応)を含んでいる。以下、セパレータ接合装置600に含まれる構成について順に説明する。
部材搬送部610は、正極20および袋詰電極12を搬送する。部材搬送部610は、吸着パッド611および支持部材612を備えている。吸着パッド611は、板状からなり、正極20または袋詰電極12と当接する面に吸引口を複数設けている。支持部材612は、一端に吸着パッド611を接合し、他端に電導ステージやエアーコンプレッサー等を備えた移動機構を接合している。吸着パッド611は、交差方向Yおよび積層方向Zに沿って移動自在である。
セパレータ搬送部620は、一対の把持部材621および一対の切断部材622を備えている。一対の把持部材621は、積層方向Zに沿って開閉自在なロボットハンドに相当する。一対の把持部材621は、セパレータ供給ローラに巻き付けられている長尺のセラミックセパレータ43の端部を把持し、固定型631および移動型632に対して近接するように引き出す。一対の切断部材622は、先端に直線状の鋭利な刃を設けている。一対の切断部材622は、一対の把持部材621によって把持されている長尺状のセラミックセパレータ43を一定の幅で切断する。一対の切断部材622は、セパレータ折返部630の固定型631の端部および移動型632の端部に対向するように、それぞれ交差方向Yに沿って配設している。
セパレータ折返部630は、折返工程に対応している。折返工程は、セラミックセパレータ43を正極20の縁20tを境にして折り返しつつ、セラミックセパレータ43の一端部43p同士および他端部43q同士を、正極20の縁20tを境にして対面させる。セパレータ折返部630は、固定型631および移動型632を備えている。固定型631および移動型632は、セラミックセパレータ43を正極20の縁20tを境にして折り返しつつ、一端部43p同士および他端部43q同士を対面させる。固定型631および移動型632は、それぞれ、板状に形成し、セラミックセパレータ43と当接する面に吸引口をマトリクス状に設けている。ここで、移動型632は、少なくともセパレータ加圧部640の加圧部材641を接合し積層方向Zに沿った部分を、光L1の波長において透明な材料から形成している。移動型632は、例えば、加圧部材641と同様の材料からなる。移動型632は、セラミックセパレータ43を中央で折り返すように、固定型631の一端を基準にして回転しつつ固定型631と対向する。
セパレータ加圧部640は、加圧部に相当する。セパレータ加圧部640は、加圧部材641を備えている。加圧部材641は、セラミックセパレータ43の端部を加圧する。加圧部材641は、加圧部材141の当接部141bを積層方向Zに沿って薄くした形状に相当する。加圧部材641は、セパレータ折返部630の移動型632の搬送方向Xに沿った両端に、一定の間隔で複数配設している。加圧部材641は、セラミックセパレータ43が固定型631と固定型631によって挟持されている状態において、セラミックセパレータ43の一端部43pおよび他端部43qを加圧する。
セパレータ接合部650は、接合部に相当する。セパレータ接合部650は、レーザ発振器151から出射した光L1を、第1反射ミラー152および第2反射ミラー154によって反射させた後、透明な移動型632を透過させつつ、加圧部材641に入射させる。加圧部材641から出射した光L1は、セラミックセパレータ43の一端部43p同士または他端部43q同士に照射し、それらの端部を溶融させて接合する。第1反射ミラー152および第2反射ミラー154は、搬送方向Xおよび交差方向Yに移動自在にしている。
次に、セパレータ接合装置600の作用について、図12を参照しながら説明する。
最初に、図12(A)に示すように、セパレータ搬送部620は、一対の把持部材621によって、セパレータ供給ローラに巻き付けられている長尺のセラミックセパレータ43の端部を把持し、そのセラミックセパレータ43を搬送方向Xに沿って引き出す。
次に、図12(B)に示すように、セパレータ搬送部620は、一対の切断部材622によって長尺状のセラミックセパレータ43を一定の幅で切断する。このとき、セパレータ折返部630は、固定型631および移動型632によってセラミックセパレータ43を吸引して保持している。その後、部材搬送部610は、吸着パッド611によって正極20をセパレータ折返部630の固定型631の上方に搬送し、その正極20をセラミックセパレータ43に積層する。
次に、図12(C)に示すように、移動型632は、セラミックセパレータ43を中央で折り返すように、固定型631の一端を基準にして回転しつつ、固定型631と対向する。このとき、セパレータ接合部650は、レーザ発振器151から出射した光L1を、第1反射ミラー152および第2反射ミラー154によって反射させた後、透明な移動型632を透過させつつ、加圧部材641に入射させる。セパレータ接合部650は、加圧部材641から出射した光L1を、セラミックセパレータ43の端部同士に照射して、その(端部、一端部41pまたは他端部41qの少なくとも一方)同士を溶融して接合する。セラミックセパレータ43の1箇所の接合が完了するたびに、第1反射ミラー152および第2反射ミラー154を搬送方向Xおよび交差方向Yに移動して、レーザ発振器151から出射される光L1の方向を次の接合領域に照射させる。または、セラミックセパレータ43の1箇所の接合が完了するたびに、固定型631および移動型632を、搬送方向Xおよび交差方向Yに対して移動させてもよい。全ての接合領域は、加圧部材641によってそれぞれ加圧されている状態である。
最後に、図12(D)に示すように、移動型632は、固定型631の一端を基準にして逆回転しつつ、固定型631から離間する。部材搬送部610は、吸着パッド611によって袋詰電極12を吸引して載置台に搬送する。袋詰電極12は、正極20を挟持したセラミックセパレータ43を接合したものである。
上述した第2実施形態によれば、以下の構成によって作用効果を奏する。
セパレータ接合方法およびその方法を具現化したセパレータ接合装置600において、例えばセパレータ接合方法は、電極(正極20または負極30)と比して長尺に形成したセパレータ(セラミックセパレータ43)を用いる。この接合方法は、折返工程をさらに有している。折返工程は、加圧工程の前に実施する。折返工程は、耐熱材の中央部同士が電極(正極20または負極30)を隔てて対向するように、セパレータ(セラミックセパレータ43)を電極(正極20または負極30)の縁20tを境にして折り返しつつ、セパレータ(セラミックセパレータ43)の接合領域(端部、一端部43pまたは他端部43qの少なくとも一方)同士を、縁20tを境にして対面させる。
このような構成に示すように、電気デバイス(袋詰電極12)のセパレータ接合方法およびその方法を具現化したセパレータ接合装置600は、折返式からなる非常に汎用性の高い方式にも適用することができる。すなわち、このセパレータ接合方法は、長尺のセパレータ(セラミックセパレータ43)を折り返しつつ、電極(正極20または負極30)を挟持することによって、各部材を重ね合わせて積層する方式に用いることができる。
さらに、このような構成によれば、長尺のセパレータ(セラミックセパレータ43)は、その折り返した部分を接合する必要がないことから、接合に要する設備や時間を削減することができる。さらに、このような構成によれば、長尺のセパレータ(セラミックセパレータ43)は、電極(正極20または負極30)の縁に沿って折り返すことによって、折り返す部分にのり代が生じることがないことから、材料に係るコストを削減することができる。さらに、このような構成によれば、一枚のセパレータ(セラミックセパレータ43)を用いることから、そのセパレータ(セラミックセパレータ43)を切り出すときの切断箇所を最小限にすることができ、製造コストおよび製造に要する時間を削減することができる。
(第3実施形態)
第3実施形態に係る電気デバイス(袋詰電極13)のセパレータ接合方法について、図13を参照しながら説明する。
第3実施形態に係る電気デバイス(袋詰電極13)のセパレータ接合方法について、図13を参照しながら説明する。
第3実施形態は、長尺のセラミックセパレータ44を正極20に対して巻き付けつつ、一端部44rと他端部44sとを対面させて接合する構成が、前述した第1実施形態に係る構成と異なる。前述した第1実施形態では、一対のセラミックセパレータ41および42によって正極20を挟持しつつ、端部同士を対面させていた。第3実施形態においては、前述した第1実施形態と同様の構成からなるものについて、同一の符号を使用し、前述した説明を省略する。
セパレータ接合方法について、図13を参照しながら説明する。
図13は、電気デバイス(袋詰電極13)のセパレータ接合方法を模式的に示す斜視図である。
セラミックセパレータ44は、正極20の短手方向(図13中の交差方向Y)に沿った幅を、正極20の短手方向の幅よりも2倍以上長く形成している。最初に、図13(A)に示すように、正極20を、その正極電極端子21aがセラミックセパレータ44から突出するように、セラミックセパレータ44の片側に載置する。正極20は、その一端部20rがセラミックセパレータ44の中央に位置し、かつ、他端部20sがセラミックセパレータ44の他端部44sから少し内側に位置している。
さらに、図13(B)に示すように、巻付工程によって、セラミックセパレータ44を、正極20の他端部20sを境にして折り返しつつ、セラミックセパレータ44を正極20の両面に巻き付ける。この状態で、セラミックセパレータ44の一端部44rと他端部44sが対面する。最後に、図13(C)に示すように、加圧工程によって、加圧部材143および付勢部材144を用い、正極20を介して対面するセラミックセパレータ44)の一端部44rと他端部44sを加圧する。一端部44rおよび他端部44sの一部は、接合領域に相当する。上記の状態において、接合工程によって、光L1を加圧部材143に透過させつつ互いに対向した一端部44rおよび他端部44sに照射して接合する。
袋詰電極13において、セラミックセパレータ44の長手方向の両側に沿って、両端部と中央部に合計3箇所ずつ、接合部40hを形成する。セラミックセパレータ44の1箇所の接合が完了するたびに、加圧部材143および付勢部材144を次の接合領域に移動させる。同時に、第1反射ミラー152および第2反射ミラー154を走査して、レーザ発振器151から出射される光L1の方向を次の接合領域に照射させる。または、セラミックセパレータ44の1箇所の接合が完了するたびに、正極20を巻き付けたセラミックセパレータ44を、搬送方向Xおよび交差方向Yに対して移動させてもよい。
上述した第3実施形態によれば、以下の構成によって作用効果を奏する。
セパレータ接合方法において、電極(正極20または負極30)と比して長尺に形成したセパレータ(セラミックセパレータ44)を用いる。この接合方法は、巻付工程をさらに有している。巻付工程は、加圧工程の前に実施する。巻付工程は、耐熱材の中央部同士が電極(正極20または負極30)を隔てて対向するように、セパレータ(セラミックセパレータ44)を電極(正極20または負極30)に対して巻き付けつつ、一の接合領域(一端部44r)と、一の接合領域(一端部44r)の反対側の他の接合領域(他端部44s)とを対面させる。
このような構成に示すように、電気デバイス(袋詰電極13)のセパレータ接合方法は、巻付式からなる非常に汎用性の高い方式にも適用することができる。すなわち、このセパレータ接合方法は、長尺のセパレータ(セラミックセパレータ44)を電極(正極20または負極30)に巻き付けることによって、各部材を重ね合わせて積層する方式に用いることができる。
さらに、このような構成によれば、長尺のセパレータ(セラミックセパレータ44)は、電極(正極20または負極30)に巻き付けつつ折り返した部分を接合する必要がないことから、接合に要する設備や時間を削減することができる。さらに、このような構成によれば、長尺のセパレータ(セラミックセパレータ44)は、電極(正極20または負極30)の縁に沿って折り返すことによって、折り返す部分にのり代が生じることがないことから、材料に係るコストを削減することができる。さらに、このような構成によれば、一枚のセパレータ(セラミックセパレータ44)を用いることから、そのセパレータ(セラミックセパレータ44)を切り出すときの切断箇所を最小限にすることができ、製造コストおよび製造に要する時間を削減することができる。
そのほか、本発明は、特許請求の範囲に記載された構成に基づき様々な改変が可能であり、それらについても本発明の範疇である。
例えば、第1~第3実施形態では、リチウムイオン二次電池10に用いる袋詰電極において、電極を挟持するセパレータを互いに接合する構成で説明したが、このような構成に限定されることはない。リチウムイオン二次電池10に用いる袋詰電極以外の部材の接合にも適用することができる。
また、第1~第3実施形態では、二次電池をリチウムイオン二次電池10の構成で説明したが、このような構成に限定されることはない。二次電池は、例えば、ポリマーリチウム電池、ニッケル-水素電池、ニッケル-カドミウム電池として構成することができる。
また、第1~第3実施形態では、セパレータの耐熱材をセラミックス層の構成で説明したが、このような構成に限定されることはない。耐熱材は、セラミックスに限定されることはなく、溶融材よりも溶融温度が高い部材であればよい。
また、第1~第3実施形態では、セパレータの溶融材をポリプロピレンの構成で説明したが、このような構成に限定されることはない。溶融材は、ポリプロピレンに限定されることはなく、耐熱材よりも溶融温度が低い部材であればよい。
また、第1~第3実施形態では、正極20をセパレータによって袋詰めして袋詰電極を形成する構成で説明したが、このような構成に限定されることはない。負極30をセパレータによって袋詰めして袋詰電極を形成する構成としてもよい。
また、第1~第3実施形態では、電極を挟持しつつセパレータ同士を接合する構成で説明したが、このような構成に限定されることはない。セパレータ同士を接合した後に、電極を挿入して袋詰電極を形成する構成としてもよい。
また、第1~第3実施形態では、電極、セラミックセパレータ、および袋詰電極を自動で搬送する構成として説明したが、このような構成に限定されることはない。人手によって、電極、セラミックセパレータ、および袋詰電極を搬送する構成としてもよい。
また、例えば第1実施形態では、突起部を備えた加圧部材141と付勢部材142を用いて、セラミックセパレータ41および42の両端をスポット溶着する構成として説明したが、このような構成に限定されることはない。突起部を備えた加圧部材141と付勢部材142を、接合部40hが搬送方向Xに沿って連なるように作動させて、セラミックセパレータ41および42の両端をシーム溶着する構成としてもよい。
また、第2実施形態では、セラミックセパレータ43を正極20の短手方向に沿って折り返す構成として説明したが、このような構成に限定されることはない。セラミックセパレータ43を正極20の長手方向に沿って折り返す構成としてもよい。
また、袋詰電極の片側から光を接合領域に照射する構成に限定されることはない。袋詰電極の裏面および表面の両側から光を接合領域に照射する構成としてもよい。
10 リチウムイオン二次電池、
11,12,13 袋詰電極(電気デバイス)、
15 発電要素、
20 正極(電極)、
20r 一端部、
20s 他端部、
20t 縁、
21 正極集電体、
21a 正極電極端子、
22 正極活物質、
30 負極(電極)、
31 負極集電体、
31a 負極電極端子、
32 負極活物質、
41,42,43,44 セラミックセパレータ(セパレータ)、
41m,42m ポリプロピレン層(溶融材)、
41n,42n セラミックス層(耐熱材)、
41nc,42nc 中央部、
41p,42p,43p,44r 一端部、
41q,42q,43q,44s 他端部、
40h 接合部、
50 外装材、
51,52 ラミネートシート、
100,200,300,400,500,600 セパレータ接合装置、
110 電極搬送部(搬送工程に対応)、
111 電極供給ローラ、
112 搬送ローラ、
113 搬送ベルト、
114 回転部材、
115,116 切断部材、
117 受け台、
120 第1セパレータ搬送部(配置工程および搬送工程に対応)、
121 第1セパレータ供給ローラ、
122 第1加圧ローラ、
123 第1ニップローラ、
124 第1搬送ドラム、
125 第1切断部材、
130 第2セパレータ搬送部(配置工程および搬送工程に対応)、
131 第2セパレータ供給ローラ、
132 第2加圧ローラ、
133 第2ニップローラ、
134 第2搬送ドラム、
135 第2切断部材、
140,340,440,540,640 セパレータ加圧部(加圧部,加圧工程に対応)、
141、143,341,442,541,641 加圧部材、
141a,143a,341a,442a 本体部、
141b,143b,341b,442b 当接部、
142,144,542 付勢部材、
142a,144a 本体部、
142b,144b 当接部、
145 冷却部材、
341c 入射面、
341d 出射面、
341h 穴、
541a 外周面、
542a 外周面、
150,450,650 セパレータ接合部(接合部,接合工程に対応)、
151 レーザ発振器、
152 第1反射ミラー、
153,453 ビームスプリッター、
154 第2反射ミラー、
160 袋詰電極搬送部、
161 搬送ベルト、
162 回転部材、
163 吸着パッド、
164 伸縮部材、
165 X軸ステージ、
166 X軸補助レール、
167 載置台、
170 制御部、
171 コントローラ、
610 部材搬送部、
611 吸着パッド、
612 支持部材、
620 セパレータ搬送部、
621 把持部材、
622 切断部材、
630 セパレータ折返部(折返工程に対応)、
631 固定型、
632 移動型、
L1 光、
X (袋詰電極等の)搬送方向、
Y (搬送方向Xと交差する)交差方向、
Z (セラミックセパレータと正極の)積層方向。
11,12,13 袋詰電極(電気デバイス)、
15 発電要素、
20 正極(電極)、
20r 一端部、
20s 他端部、
20t 縁、
21 正極集電体、
21a 正極電極端子、
22 正極活物質、
30 負極(電極)、
31 負極集電体、
31a 負極電極端子、
32 負極活物質、
41,42,43,44 セラミックセパレータ(セパレータ)、
41m,42m ポリプロピレン層(溶融材)、
41n,42n セラミックス層(耐熱材)、
41nc,42nc 中央部、
41p,42p,43p,44r 一端部、
41q,42q,43q,44s 他端部、
40h 接合部、
50 外装材、
51,52 ラミネートシート、
100,200,300,400,500,600 セパレータ接合装置、
110 電極搬送部(搬送工程に対応)、
111 電極供給ローラ、
112 搬送ローラ、
113 搬送ベルト、
114 回転部材、
115,116 切断部材、
117 受け台、
120 第1セパレータ搬送部(配置工程および搬送工程に対応)、
121 第1セパレータ供給ローラ、
122 第1加圧ローラ、
123 第1ニップローラ、
124 第1搬送ドラム、
125 第1切断部材、
130 第2セパレータ搬送部(配置工程および搬送工程に対応)、
131 第2セパレータ供給ローラ、
132 第2加圧ローラ、
133 第2ニップローラ、
134 第2搬送ドラム、
135 第2切断部材、
140,340,440,540,640 セパレータ加圧部(加圧部,加圧工程に対応)、
141、143,341,442,541,641 加圧部材、
141a,143a,341a,442a 本体部、
141b,143b,341b,442b 当接部、
142,144,542 付勢部材、
142a,144a 本体部、
142b,144b 当接部、
145 冷却部材、
341c 入射面、
341d 出射面、
341h 穴、
541a 外周面、
542a 外周面、
150,450,650 セパレータ接合部(接合部,接合工程に対応)、
151 レーザ発振器、
152 第1反射ミラー、
153,453 ビームスプリッター、
154 第2反射ミラー、
160 袋詰電極搬送部、
161 搬送ベルト、
162 回転部材、
163 吸着パッド、
164 伸縮部材、
165 X軸ステージ、
166 X軸補助レール、
167 載置台、
170 制御部、
171 コントローラ、
610 部材搬送部、
611 吸着パッド、
612 支持部材、
620 セパレータ搬送部、
621 把持部材、
622 切断部材、
630 セパレータ折返部(折返工程に対応)、
631 固定型、
632 移動型、
L1 光、
X (袋詰電極等の)搬送方向、
Y (搬送方向Xと交差する)交差方向、
Z (セラミックセパレータと正極の)積層方向。
Claims (12)
- シート状の溶融材と、前記溶融材に積層し前記溶融材よりも溶融温度が高い耐熱材と、を含むセパレータを用い、電極を挟持する前記セパレータを光によって接合する電気デバイスのセパレータ接合方法であって、
前記光を透過させる加圧部材によって、前記電極を介して対面する前記セパレータの接合領域を加圧する加圧工程と、
前記光を前記加圧部材に透過させつつ、互いに対向した前記接合領域に照射する接合工程と、を有し、
前記接合工程は、前記光によって加熱された一の前記接合領域の前記耐熱材と、互いに対向する前記耐熱材によって溶融された他の前記接合領域の前記溶融材とを接合する電気デバイスのセパレータ接合方法。 - 一対の前記セパレータを用い、
前記加圧工程の前に、前記耐熱材の中央部同士が前記電極を隔てて対向するように、一対の前記セパレータを配置する配置工程を、さらに有し、
前記加圧工程は、一対の前記セパレータの一の前記セパレータの前記接合領域および他の前記セパレータの前記接合領域をそれぞれ加圧する請求項1に記載の電気デバイスのセパレータ接合方法。 - 前記電極と比して長尺に形成した前記セパレータを用い、
前記加圧工程の前に、前記耐熱材の中央部同士が前記電極を隔てて対向するように、前記セパレータを前記電極の縁を境にして折り返しつつ、前記セパレータの前記接合領域同士を、前記縁を境にして対面させる折返工程を、さらに有する請求項1に記載の電気デバイスのセパレータ接合方法。 - 前記電極と比して長尺に形成した前記セパレータを用い、
前記加圧工程の前に、前記耐熱材の中央部同士が前記電極を隔てて対向するように、前記セパレータを前記電極に対して巻き付けつつ、一の前記接合領域と、一の前記接合領域の反対側の他の接合領域とを対面させる巻付工程を、さらに有する請求項1に記載の電気デバイスのセパレータ接合方法。 - 前記セパレータを搬送する搬送工程を、さらに有し、
前記加圧工程および前記接合工程は、前記搬送工程によって搬送中の前記セパレータの移動に追随しつつ、前記セパレータを加圧および接合する請求項1または2に記載の電気デバイスのセパレータ接合方法。 - 前記接合工程は、一対の前記加圧部材によって、互いに対面する前記接合領域を両側から加圧し、互いに対面する前記接合領域の両側から前記光を照射する請求項1~5のいずれか1項に記載の電気デバイスのセパレータ接合方法。
- シート状の溶融材と、前記溶融材に積層し前記溶融材よりも溶融温度が高い耐熱材と、を含むセパレータを用い、電極を挟持する前記セパレータを光によって接合する電気デバイスのセパレータ接合装置であって、
前記電極を介して対面する前記セパレータの接合領域を加圧し、前記光を透過させる加圧部材と、
前記光を前記加圧部材に透過させつつ前記接合領域に照射する光源と、を有する電気デバイスのセパレータ接合装置。 - 前記加圧部材は、本体部から突出させた突起部を備え、
前記突起部は、前記接合領域のみを加圧する請求項7に記載の電気デバイスのセパレータ接合装置。 - 前記加圧部材を冷却する冷却部材を、さらに有する請求項7または8に記載の電気デバイスのセパレータ接合装置。
- 前記加圧部材は、前記光を入射させる入射面から、前記入射面に対向し前記光を出射させる出射面の間において、前記入射面の側に一定の深さの穴を備えた請求項7~9のいずれか1項に記載の電気デバイスのセパレータ接合装置
- 前記加圧部材は、回転自在な円盤状に形成し、前記接合領域同士を連続的に加圧する請求項7~10のいずれか1項に記載の電気デバイスのセパレータ接合装置
- 前記光源は、レーザ発振器からなり、
前記レーザ発振器は、一定の波長の前記光を出射し、
前記加圧部材の前記光に対する屈折率は、前記溶融材の前記光に対する屈折率よりも小さい請求項7~11のいずれか1項に記載の電気デバイスのセパレータ接合装置。
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