特許 6097331 枚葉積層型リチウムイオン電池の製造装置、および枚葉積層型リチウムイオン電池の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6097331

(24)【登録日】2017年2月24日

(45)【発行日】2017年3月15日

(54)【発明の名称】枚葉積層型リチウムイオン電池の製造装置、および枚葉積層型リチウムイオン電池の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/0585 20100101AFI20170306BHJP

   H01M 10/052 20100101ALI20170306BHJP

   H01M 4/139 20100101ALI20170306BHJP

【ＦＩ】

   H01M10/0585

   H01M10/052

   H01M4/139

【請求項の数】6

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-87512(P2015-87512)

(22)【出願日】2015年4月22日

(65)【公開番号】特開2016-207448(P2016-207448A)

(43)【公開日】2016年12月8日

【審査請求日】2015年12月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000115005

【氏名又は名称】ユースエンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098545

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 伸一

(74)【代理人】

【識別番号】100087745

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 善廣

(74)【代理人】

【識別番号】100106611

【弁理士】

【氏名又は名称】辻田 幸史

(74)【代理人】

【識別番号】100189717

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 貴章

(72)【発明者】

【氏名】三好 邦尚

(72)【発明者】

【氏名】矢ヶ嵜 俊昭

(72)【発明者】

【氏名】戸田 敏彦

(72)【発明者】

【氏名】岸 高行

(72)【発明者】

【氏名】森本 伸

【審査官】 ▲辻▼ 弘輔

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−０７５３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００５／０８５１０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−２４２５０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ４／００ − ４／６２

Ｈ０１Ｍ １０／０５ − １０／０５８７

Ｂ６５Ｈ ２０／００ − ２０／４０

Ｂ２６Ｄ １／００ − １／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電極ロールシートを巻き出し、
巻き出された前記電極ロールシートを電極用ロータリーカッターで切断し、
切断されて形成される複数の電極シートを、所定のシート間隔を空けて連続して搬送し、
連続して搬送される前記電極シートの表裏面に、セパレータロールシートを配置し、
それぞれの前記電極シートの間に位置する前記セパレータロールシートを接合して接合部とし、
前記電極シートの間の前記接合部を切断して電極ユニットを形成する枚葉積層型リチウムイオン電池の製造装置であって、
前記電極用ロータリーカッターの上流に配置して前記電極ロールシートを供給する第１フィーダーと、
前記第１フィーダーと前記ロータリーカッターとの間に配置して前記電極ロールシートを供給する第２フィーダーと、
前記電極用ロータリーカッターの下流に配置するコンベアロールと、
前記第１フィーダーを前記電極ロールシートの搬送方向に往復移動させる第１フィーダー移動手段と、
前記第１フィーダーおよび前記第２フィーダーによる供給機能を制御するとともに前記第１フィーダー移動手段を制御する制御手段と
を備え、
前記電極用ロータリーカッターと前記コンベアロールとの間のカッター・ロール間寸法を、前記電極シートの幅よりも小さく設定し、
前記制御手段では、
前記第１フィーダーまたは前記第２フィーダーで前記電極ロールシートを前記電極用ロータリーカッターに導き、
前記電極ロールシートを、前記コンベアロールで挟み込んだ状態で、前記電極用ロータリーカッターで切断し、その後に前記第１フィーダーで前記電極ロールシートを供給させながら前記第１フィーダー移動手段によって前記第１フィーダーを上流に移動させる第１ステップと、
前記第１フィーダーを前記上流に移動させた後に、前記電極ロールシートを前記第２フィーダーによる供給に切り替える第２ステップと、
前記電極ロールシートを前記第２フィーダーによる供給に切り替えた後に、前記第１フィーダー移動手段によって前記第１フィーダーを前記下流に移動させる第３ステップと、
前記第１フィーダーを下流に移動させた後に、前記電極ロールシートを前記第１フィーダーによる供給に切り替える第４ステップと
を行い、
前記第１ステップから前記第４ステップを繰り返すことで、前記電極シートを、前記シート間隔を空けて連続して搬送する
ことを特徴とする枚葉積層型リチウムイオン電池の製造装置。

【請求項2】

前記コンベアロールによって前記セパレータロールシートを前記電極シートの前記表裏面に配置する
ことを特徴とする請求項１に記載の枚葉積層型リチウムイオン電池の製造装置。

【請求項3】

前記コンベアロールの下流に配置して、前記電極シートの間に位置する前記セパレータロールシートを接合する接合手段と、
前記接合手段の下流に配置して、前記電極シートを供給する第３フィーダーと、
前記第３フィーダーの下流に配置して、前記電極シートの間の接合部を切断するセパレータ用ロータリーカッターと
を備えた
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の枚葉積層型リチウムイオン電池の製造装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３に記載の枚葉積層型リチウムイオン電池の製造装置を用いたリチウムイオン電池の製造方法であって、
前記電極シートを正極用電極シートとし、
前記電極ユニットが正極ユニットであり、
前記正極ユニットと負極用電極シートとを積層して枚葉積層型リチウム電池を構成し、
前記正極用電極シートが、活物質を塗工した正極用電極部と、前記活物質を塗工していない正極用集電体とから構成され、
前記負極用電極シートが、活物質を塗工した負極用電極部と、前記活物質を塗工していない負極用集電体とから構成され、
前記正極用電極部の外形寸法を、前記負極用電極部の外形寸法より小さくし、
前記正極ユニットにおけるセパレータを前記負極用電極部の外形寸法以下とした
ことを特徴とする枚葉積層型リチウムイオン電池の製造方法。

【請求項5】

前記セパレータを前記負極用電極部の前記外形寸法と同じとし、
前記正極用電極部の一辺に前記正極用集電体を形成し、
前記負極用電極部の一辺に前記負極用集電体を形成し、
前記正極用集電体と前記負極用集電体とが重ならないように、前記正極ユニットと前記負極用電極シートとを積層した
ことを特徴とする請求項４に記載の枚葉積層型リチウムイオン電池の製造方法。

【請求項6】

前記正極用集電体が突出していない前記セパレータの一辺と、前記負極用集電体が形成されていない前記負極用電極シートの一辺とを位置決め治具に当接させて、前記正極ユニットと前記負極用電極シートとを積層する
ことを特徴とする請求項５に記載の枚葉積層型リチウムイオン電池の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、枚葉積層型リチウムイオン電池の製造装置および製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

リチウムイオン電池は、作動電圧が高く、大容量で軽量な蓄電池であるため、特に携帯機器の電源として用いられている。
リチウムイオン電池は大容量であるが故に、発熱発火の原因であるデンドライトの発生を防止して安全性が高い製造技術が求められている。
また、枚葉積層型リチウムイオン電池では、電極加工とセル組立のプロセスが時間のかかる工程となっているため、連続したラインで高速で製作することができる製造技術が求められている。
特許文献１には、電極シートおよびセパレータの位置ずれを防止することにより、電極シートの積層工程を高速化し、生産性が向上された二次電池の製造方法および製造装置が開示されている。特許文献１の方法は、一（マイナス）の電極シートの両面にセパレータを形成するセパレータ形成工程と、セパレータが形成された一（マイナス）の電極シートと他の電極シートとを交互に載置する載置工程と、ガイドを用いて一（マイナス）および他の電極シートを位置決めする位置決め工程と、位置決めされた他の電極シートをセパレータに貼付する電極シート貼付工程とからなる。
特許文献２には、正極板及び負極板の製造にロータリーカッターを用いることが開示されている。特許文献２では、正極板と負極板に加えた張力を維持した状態でロータリーカッターの刃先を正極板と負極板に対して垂直に入れ込んで集電体の厚みに対して１０％以下の破断面を有するように切断することで、二次電池の安全性を確保したバリのない安定した切断を実現している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−１２９０９８号公報

【特許文献2】特開２００８−２５８１３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１で提案されている方法では、電極シートにセパレータを形成した後に切断するため、電極端部がセパレータで覆われない。
また、特許文献２には、ロータリーカッターを用いることが開示されているが、ロータリーカッターから搬出されるそれぞれの電極シートの間に、一定の所定のシート間隔を設けることで、その後のセパレータ積層工程を連続して行うものではない。

【0005】

本発明は、電極ユニットを連続したラインで高速製作できる枚葉積層型リチウムイオン電池の製造装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、デンドライトによる発熱発火の発生を無くし、電池性能の向上を期待できる枚葉積層型リチウムイオン電池の製造装置を提供することを目的とする。
また本発明は、正極用電極部と負極用電極部との位置合わせを簡単に行える枚葉積層型リチウムイオン電池の製造方法を提供することを目的とする。
また本発明は、正極ユニットにおける正極用電極シートの位置を常に同じ位置とすることができる枚葉積層型リチウムイオン電池の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１記載の本発明の枚葉積層型リチウムイオン電池の製造装置は、電極ロールシートを巻き出し、巻き出された前記電極ロールシートを電極用ロータリーカッターで切断し、切断されて形成される複数の電極シートを、所定のシート間隔を空けて連続して搬送し、連続して搬送される前記電極シートの表裏面に、セパレータロールシートを配置し、それぞれの前記電極シートの間に位置する前記セパレータロールシートを接合して接合部とし、前記電極シートの間の前記接合部を切断して電極ユニットを形成する枚葉積層型リチウムイオン電池の製造装置であって、前記電極用ロータリーカッターの上流に配置して前記電極ロールシートを供給する第１フィーダーと、前記第１フィーダーと前記ロータリーカッターとの間に配置して前記電極ロールシートを供給する第２フィーダーと、前記電極用ロータリーカッターの下流に配置するコンベアロールと、前記第１フィーダーを前記電極ロールシートの搬送方向に往復移動させる第１フィーダー移動手段と、前記第１フィーダーおよび前記第２フィーダーによる供給機能を制御するとともに前記第１フィーダー移動手段を制御する制御手段とを備え、前記電極用ロータリーカッターと前記コンベアロールとの間のカッター・ロール間寸法を、前記電極シートの幅よりも小さく設定し、前記制御手段では、前記第１フィーダーまたは前記第２フィーダーで前記電極ロールシートを前記電極用ロータリーカッターに導き、前記電極ロールシートを、前記コンベアロールで挟み込んだ状態で、前記電極用ロータリーカッターで切断し、その後に前記第１フィーダーで前記電極ロールシートを供給させながら前記第１フィーダー移動手段によって前記第１フィーダーを上流に移動させる第１ステップと、前記第１フィーダーを前記上流に移動させた後に、前記電極ロールシートを前記第２フィーダーによる供給に切り替える第２ステップと、前記電極ロールシートを前記第２フィーダーによる供給に切り替えた後に、前記第１フィーダー移動手段によって前記第１フィーダーを前記下流に移動させる第３ステップと、前記第１フィーダーを下流に移動させた後に、前記電極ロールシートを前記第１フィーダーによる供給に切り替える第４ステップとを行い、前記第１ステップから前記第４ステップを繰り返すことで、前記電極シートを、前記シート間隔を空けて連続して搬送することを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の枚葉積層型リチウムイオン電池の製造装置において、前記コンベアロールによって前記セパレータロールシートを前記電極シートの前記表裏面に配置することを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１または請求項２に記載の枚葉積層型リチウムイオン電池の製造装置であって、前記コンベアロールの下流に配置して、前記電極シートの間に位置する前記セパレータロールシートを接合する接合手段と、前記接合手段の下流に配置して、前記電極シートを供給する第３フィーダーと、前記第３フィーダーの下流に配置して、前記電極シートの間の接合部を切断するセパレータ用ロータリーカッターとを備えたことを特徴とする。
請求項４記載の本発明の枚葉積層型リチウムイオン電池の製造方法は、請求項１から請求項３に記載の枚葉積層型リチウムイオン電池の製造装置を用いたリチウムイオン電池の製造方法であって、前記電極シートを正極用電極シートとし、前記電極ユニットが正極ユニットであり、前記正極ユニットと負極用電極シートとを積層して枚葉積層型リチウム電池を構成し、前記正極用電極シートが、活物質を塗工した正極用電極部と、前記活物質を塗工していない正極用集電体とから構成され、前記負極用電極シートが、活物質を塗工した負極用電極部と、前記活物質を塗工していない負極用集電体とから構成され、前記正極用電極部の外形寸法を、前記負極用電極部の外形寸法より小さくし、前記正極ユニットにおけるセパレータを前記負極用電極部の外形寸法以下としたことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項４に記載の枚葉積層型リチウムイオン電池の製造方法において、前記セパレータを前記負極用電極部の前記外形寸法と同じとし、前記正極用電極部の一辺に前記正極用集電体を形成し、前記負極用電極部の一辺に前記負極用集電体を形成し、前記正極用集電体と前記負極用集電体とが重ならないように、前記正極ユニットと前記負極用電極シートとを積層したことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項５に記載の枚葉積層型リチウムイオン電池の製造方法において、前記正極用集電体が突出していない前記セパレータの一辺と、前記負極用集電体が形成されていない前記負極用電極シートの一辺とを位置決め治具に当接させて、前記正極ユニットと前記負極用電極シートとを積層することを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明の枚葉積層型リチウムイオン電池の製造装置によれば、電極ユニットを連続したラインで高速製作できる。
また本発明の枚葉積層型リチウムイオン電池の製造装置によれば、電極用ロータリーカッターでの切断時に、電極シートの位置ずれがなく、電極ユニットにおける電極シートの位置を常に同じ位置とすることができる。
また本発明の枚葉積層型リチウムイオン電池の製造装置によれば、第１フィーダーを下流に移動させることで、下流への移動量をシート間隔とすることができ、正確に安定したシート間隔を形成することができる。
また本発明の枚葉積層型リチウムイオン電池の製造方法によれば、正極用電極部と負極用電極部との位置合わせを簡単に行える。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施例による枚葉積層型リチウムイオン電池における正極ユニットと負極用電極シートとを示す構成図

【図2】本実施例による枚葉積層型リチウムイオン電池における正極ユニットと負極用電極シートとの積層状態を示す概念斜視図

【図3】本実施例による枚葉積層型リチウムイオン電池の製造装置を示す構成図で

【図4】同製造装置の動作を示す要部構成図

【図5】同製造装置の動作を示す要部構成図

【図6】同製造装置の動作を示す要部構成図

【図7】同製造装置の動作を示す要部構成図

【図8】同製造装置の動作を示す要部構成図

【図9】同枚葉積層型リチウムイオン電池におけるタブ溶接工程を示す構成図

【図10】同枚葉積層型リチウムイオン電池におけるパウチパッケージング工程を示す構成図

【図11】同枚葉積層型リチウムイオン電池における注液工程を示す構成図

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明の第１の実施の形態による枚葉積層型リチウムイオン電池の製造装置は、電極用ロータリーカッターの上流に配置して電極ロールシートを供給する第１フィーダーと、第１フィーダーとロータリーカッターとの間に配置して電極ロールシートを供給する第２フィーダーと、電極用ロータリーカッターの下流に配置するコンベアロールと、第１フィーダーを電極ロールシートの搬送方向に往復移動させる第１フィーダー移動手段と、第１フィーダーおよび第２フィーダーによる供給機能を制御するとともに第１フィーダー移動手段を制御する制御手段とを備え、電極用ロータリーカッターとコンベアロールとの間のカッター・ロール間寸法を、電極シートの幅よりも小さく設定し、制御手段では、第１フィーダーまたは第２フィーダーで電極ロールシートを電極用ロータリーカッターに導き、電極ロールシートを、コンベアロールで挟み込んだ状態で、電極用ロータリーカッターで切断し、その後に第１フィーダーで電極ロールシートを供給させながら第１フィーダー移動手段によって第１フィーダーを上流に移動させる第１ステップと、第１フィーダーを上流に移動させた後に、電極ロールシートを第２フィーダーによる供給に切り替える第２ステップと、電極ロールシートを第２フィーダーによる供給に切り替えた後に、第１フィーダー移動手段によって第１フィーダーを下流に移動させる第３ステップと、第１フィーダーを下流に移動させた後に、電極ロールシートを第１フィーダーによる供給に切り替える第４ステップとを行い、第１ステップから第４ステップを繰り返すことで、電極シートを、シート間隔を空けて連続して搬送するものである。本実施の形態によれば、カッター・ロール間寸法を、電極シートの幅よりも小さく設定することで、電極用ロータリーカッターでの切断時に、切断されて形成される電極シートをコンベアロールで押さえているため、電極シートの位置ずれがなく、電極ユニットにおける電極シートの位置を常に同じ位置とすることができる。また本実施の形態によれば、第１フィーダーを下流に移動させることで、下流への移動量をシート間隔とすることができ、電極用ロータリーカッターの前後での搬送速度を異ならせてシート間隔を形成する場合と比較して、正確に安定したシート間隔を形成することができる。

【0010】

本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による枚葉積層型リチウムイオン電池の製造装置であって、コンベアロールによってセパレータロールシートを電極シートの表裏面に配置するものである。本実施の形態によれば、セパレータロールシートを配置するためのコンベアロールを利用して電極シートを押さえることができ、切断直後にセパレータロールシートを電極シートの表裏面に配置することで、セパレータロールシートによってシート間隔を維持できる。

【0011】

本発明の第３の実施の形態は、第１または第２の実施の形態による枚葉積層型リチウムイオン電池の製造装置であって、コンベアロールの下流に配置して、電極シートの間に位置するセパレータロールシートを接合する接合手段と、接合手段の下流に配置して、電極シートを供給する第３フィーダーと、第３フィーダーの下流に配置して、電極シートの間の接合部を切断するセパレータ用ロータリーカッターとを備えたものである。本実施の形態によれば、電極ユニットを連続したラインで製作することができる。

【0012】

本発明の第４の実施の形態による枚葉積層型リチウムイオン電池の製造方法は、第１から第３の実施の形態による枚葉積層型リチウムイオン電池の製造装置を用い、電極シートを正極用電極シートとし、電極ユニットが正極ユニットであり、正極ユニットと負極用電極シートとを積層して枚葉積層型リチウム電池を構成し、正極用電極シートが、活物質を塗工した正極用電極部と、活物質を塗工していない正極用集電体とから構成され、負極用電極シートが、活物質を塗工した負極用電極部と、活物質を塗工していない負極用集電体とから構成され、正極用電極部の外形寸法を、負極用電極部の外形寸法より小さくし、正極ユニットにおけるセパレータを負極用電極部の外形寸法以下としたものである。正極用電極部に対向する面に負極用電極部が無い場合にはリチウムイオンが析出して金属リチウム化し、枝状に成長（デンドライト）して短絡する。本実施の形態によれば、正極用電極部の外形寸法を、負極用電極部の外形寸法より小さくし、正極用電極部より大きい外形寸法のセパレータを、負極用電極部の外形寸法以下としたことで、正極用電極シートと負極用電極シートとがずれて積層されても、正極用電極部に対向する面には必ず負極用電極部が存在するためデンドライトが発生することがなく、デンドライトによる発熱発火の発生を抑え、電池性能の向上を期待できる。

【0013】

本発明の第５の実施の形態は、第４の実施の形態による枚葉積層型リチウムイオン電池の製造方法において、セパレータを負極用電極部の外形寸法と同じとし、正極用電極部の一辺に正極用集電体を形成し、負極用電極部の一辺に負極用集電体を形成し、正極用集電体と負極用集電体とが重ならないように、正極ユニットと負極用電極シートとを積層したものである。本実施の形態によれば、セパレータと負極用電極部とを同じ外形寸法とし、正極用集電体が突出していないセパレータの一辺と、負極用集電体が形成されていない負極用電極シートの一辺とを用いて正極ユニットと負極用電極シートとの位置決めを行えるため、正極ユニットと負極用電極シートとの位置合わせを正確に行える。

【0014】

本発明の第６の実施の形態は、第５の実施の形態による枚葉積層型リチウムイオン電池の製造方法において、正極用集電体が突出していないセパレータの一辺と、負極用集電体が形成されていない負極用電極シートの一辺とを位置決め治具に当接させて、正極ユニットと負極用電極シートとを積層するものである。本実施の形態によれば、正極用電極部と負極用電極部との位置合わせを簡単に行える。

【実施例】

【0015】

以下本発明の一実施例による枚葉積層型リチウムイオン電池の製造装置および製造方法に適した枚葉積層型リチウムイオン電池について説明する。
図１は本実施例による枚葉積層型リチウムイオン電池における正極ユニットと負極用電極シートとを示す構成図である。
枚葉積層型リチウムイオン電池は、正極用電極シート１と負極用電極シート２とをセパレータ３を介して積層して構成される。
正極用電極シート１は、活物質を塗工した正極用電極部１ａと、活物質を塗工していない正極用集電体１ｂとから構成され、正極用電極部１ａの一辺に正極用集電体１ｂを形成している。正極用電極シート１にはアルミ箔を用い、活物質にはリチウムイオン金属酸化物などを用いる。
負極用電極シート２は、活物質を塗工した負極用電極部２ａと、活物質を塗工していない負極用集電体２ｂとから構成され、負極用電極部２ａの一辺に負極用集電体２ｂを形成している。負極用電極シート２には銅箔、活物質には炭素材料などを用いる。

【0016】

正極ユニット４は、正極用電極シート１と、正極用電極シート１の表裏面に配置されるセパレータ３とで構成される。正極用電極シート１の表面に配置した一方のセパレータ３の外周と、正極用電極シート１の裏面に配置した他方のセパレータ３の外周とは接合される。２枚のセパレータ３の外周での接合は、ヒートシール、ＵＶ硬化樹脂、又はホットメルトにより行われる。
正極用電極部１ａの外形寸法（幅Ｗ１、奥行Ｄ１）は、負極用電極部２ａの外形寸法（幅Ｗ２、奥行Ｄ２）より小さく、セパレータ３の外形寸法（幅Ｗ３、奥行Ｄ３）は、正極用電極部１ａの外形寸法（幅Ｗ１、奥行Ｄ１）より大きい。セパレータ３の外形寸法（幅Ｗ３、奥行Ｄ３）は、負極用電極部２ａの外形寸法（幅Ｗ２、奥行Ｄ２）以下とする。セパレータ３の外形寸法（幅Ｗ３、奥行Ｄ３）は、負極用電極部２ａの外形寸法（幅Ｗ２、奥行Ｄ２）と同じとすることが好ましい。なお、本実施例での外形寸法は、幅と奥行であり、高さは含まない。
正極用電極部１ａの表裏面はすべてセパレータ３で覆われ、正極用集電体１ｂの表裏面の一部はセパレータ３で覆われ、正極用集電体１ｂの表裏面の一部はセパレータ３からはみ出して形成される。
正極ユニット４と負極用電極シート２とは、正極用集電体１ｂと負極用集電体２ｂとが重ならないように積層される。本実施例では、一方に正極用集電体１ｂが、他方に負極用集電体２ｂが位置するように正極ユニット４と負極用電極シート２とを積層している。

【0017】

本実施例によれば、正極用電極部１ａの外形寸法（幅Ｗ１、奥行Ｄ１）を、負極用電極部２ａの外形寸法（幅Ｗ２、奥行Ｄ２）より小さくし、正極用電極部１ａより大きい外形寸法（幅Ｗ３、奥行Ｄ３）のセパレータ３を、負極用電極部２ａの外形寸法（幅Ｗ２、奥行Ｄ２）以下としたことで、正極用電極シート１と負極用電極シート２とがずれて積層されても、正極用電極部１ａに対向する面には必ず負極用電極部２ａが存在するためデンドライトが発生することがなく、デンドライトによる発熱発火の発生を抑え、電池性能の向上を期待できる。
また本実施例によれば、セパレータ３と負極用電極部２ａとを同じ外形寸法（Ｗ３＝Ｗ２、Ｄ３＝Ｄ２）とし、正極用集電体１ｂが突出していないセパレータ３の一辺と、負極用集電体２ｂが形成されていない負極用電極シート２の一辺とを用いて正極ユニット４と負極用電極シート２との位置決めを行えるため、正極ユニット４と負極用電極シート２との位置合わせを正確に行える。

【0018】

図２は本実施例による枚葉積層型リチウムイオン電池における正極ユニットと負極用電極シートとの積層状態を示す概念斜視図である。
図２に示すように、正極ユニット４と負極用電極シート２との積層時には、位置決め治具５を用いる。正極用集電体１ｂが突出していないセパレータ３の一辺と、負極用集電体２ｂが形成されていない負極用電極シート２の一辺とを位置決め治具５に当接させて、正極ユニット４と負極用電極シート２とを積層する。

【0019】

図３は本実施例による枚葉積層型リチウムイオン電池の製造装置を示す構成図である。
図３（ａ）は同製造ラインを示す構成図、図３（ｂ）は正極用電極ロールシートが切断されて形成される正極用電極シートの表裏面にセパレータロールシートが配置された状態を示す平面図、図３（ｃ）は正極用電極シートの間に接合部が形成された状態を示す平面図、図３（ｄ）は接合部が切断されて正極ユニットが形成された状態を示す平面図である。

【0020】

本実施例による枚葉積層型リチウムイオン電池の製造装置は、正極用電極ロールシート６を巻き出し、巻き出された正極用電極ロールシート６を電極用ロータリーカッター１１で切断し、切断されて形成される複数の正極用電極シート１を、所定のシート間隔Ｃを空けて連続して搬送し、連続して搬送される正極用電極シート１の表裏面に、セパレータロールシート７、８を配置し、それぞれの正極用電極シート１の間に位置するセパレータロールシート７、８を接合して接合部１０とし、正極用電極シート１の間の接合部１０をセパレータ用ロータリーカッター１２で切断して正極ユニット４を形成する。
電極用ロータリーカッター１１の上流には、正極用電極ロールシート６を供給する第１フィーダー２１を配置している。第１フィーダー２１と電極用ロータリーカッター１１との間には、正極用電極ロールシート６を供給する第２フィーダー２２を配置している。
電極用ロータリーカッター１１の下流には、セパレータロールシート７、８を供給するコンベアロール３１、３２を配置している。コンベアロール３１、３２によってセパレータロールシート７、８を正極用電極シート１の表裏面に配置する。

【0021】

コンベアロール３１、３２の下流には、正極用電極シート１の間に位置するセパレータロールシート７、８を接合する接合手段４１を配置している。接合は、ヒートシール、ＵＶ硬化樹脂、又はホットメルトにより行われる。
接合手段４１の下流には、正極用電極シート１をセパレータ用ロータリーカッター１２に供給する第３フィーダー２３を配置している。
セパレータ用ロータリーカッター１２は、第３フィーダー２３の下流に配置し、正極用電極シート１と正極用電極シート１との間の接合部１０を切断する。
第１フィーダー２１の上流にはローラ５１を配置し、ローラ５１の上流にはダンサーローラ５２を配置している。
正極用電極ロールシート６を巻き出す電極巻き出し部５３からダンサーローラ５２までの間には、送り出しガイドローラ５４を配置している。ダンサーローラ５２では、搬送される正極用電極ロールシート６の張力が制御され、送り出しガイドローラ５４では、搬送される正極用電極ロールシート６の蛇行が制御される。

【0022】

同製造装置は、第１フィーダー移動手段６１と制御手段６２を備えている。第１フィーダー移動手段６１は、第１フィーダー２１を正極用電極ロールシート６の搬送方向に往復移動させる。本実施例では、第１フィーダー移動手段６１は、第１フィーダー２１とローラ５１とを移動させる。制御手段６２は、第１フィーダー２１および第２フィーダー２２による供給機能を制御するとともに第１フィーダー移動手段６１を制御する。
第１フィーダー２１は、正極用電極ロールシート６の表面に当接する第１上ローラ２１ａと、正極用電極ロールシート６の裏面に当接する第１下ローラ２１ｂと、第１上ローラ２１ａを上下に移動させる第１駆動部２１ｃと、第１下ローラ２１ｂを回転させるモータ６３から構成されている。
第２フィーダー２２は、正極用電極ロールシート６の表面に当接する第２上ローラ２２ａと、正極用電極ロールシート６の裏面に当接する第２下ローラ２２ｂと、第２上ローラ２２ａを上下に移動させる第２駆動部２２ｃと、第２下ローラ２２ｂを回転させるモータ６３から構成されている。
第３フィーダー２３は、正極用電極ロールシート６の表面に当接する第３上ローラ２３ａと、正極用電極ロールシート６の裏面に当接する第３下ローラ２３ｂと、第３上ローラ２３ａを上下に移動させる第３駆動部２３ｃと、第３下ローラ２３ｂを回転させるモータ６４から構成されている。

【0023】

第１フィーダー２１、第２フィーダー２２、および第３フィーダー２３は、常時等速で回転している。
コンベアロール３１とコンベアロール３２とは対向して配置され、モータ６５によって回転される。
接合手段４１は、一対の上下ロータ４１ａ、４１ｂとで構成され、モータ６６によって回転される。
電極用ロータリーカッター１１は、ローラ面に軸に平行なカッターを有している。電極用ロータリーカッター１１に対向して受けローラ１１ｂを備え、カッターと受けローラ１１ｂとの間で正極用電極ロールシート６を切断する。電極用ロータリーカッター１１または受けローラ１１ｂは、モータ６６によって回転される。
セパレータ用ロータリーカッター１２は、ローラ面に軸に平行なカッターを有している。セパレータ用ロータリーカッター１２に対向して受けローラ１２ｂを備え、カッターと受けローラ１２ｂとの間で正極用電極シート１の間の接合部１０を切断する。電極用ロータリーカッター１１または受けローラ１１ｂは、モータ６７によって回転される。セパレータ用ロータリーカッター１２または受けローラ１２ｂは、モータ６８によって回転される。

【0024】

同製造装置は、電極用ロータリーカッター１１とコンベアロール３１との間のカッター・ロール間寸法Ａを、正極用電極シート１の幅（搬送方向の長さ）Ｂよりも小さく設定している。
本実施例によれば、カッター・ロール間寸法Ａを、正極用電極シート１の幅Ｂよりも小さく設定することで、電極用ロータリーカッター１１での切断時に、切断されて形成される正極用電極シート１をコンベアロール３１で押さえているため、正極用電極シート１の位置ずれがなく、正極ユニット４における正極用電極シート１の位置を常に同じ位置とすることができる。
また、本実施例によれば、セパレータロールシート７、８を配置するためのコンベアロール３１、３２を利用して正極用電極シート１を押さえることができ、切断直後にセパレータロールシート７、８を正極用電極シート１の表裏面に配置することで、セパレータロールシート７、８によってシート間隔Ｃを維持できる。

【0025】

図４から図８は同製造装置の動作を示す要部構成図である。
図４に示すように、制御手段６２では、第１フィーダー２１で正極用電極ロールシート６を電極用ロータリーカッター１１に導く。このとき、第１フィーダー２１は、第１駆動部２１ｃによって第１上ローラ２１ａが下方に移動しており、第１上ローラ２１ａと第１下ローラ２１ｂとで正極用電極ロールシート６を電極用ロータリーカッター１１に供給する。第２フィーダー２２は、第２駆動部２２ｃによって第２上ローラ２２ａが上方に移動しており、正極用電極ロールシート６の供給を行わない。第１フィーダー２１およびローラ５１は、電極用ロータリーカッター１１に近い第１設定位置にある。
正極用電極ロールシート６は、コンベアロール３１、３２に挟まれた状態で、電極用ロータリーカッター１１により切断される。
切断された正極用電極シート１は、そのままの速度でコンベアロール３１、３２で搬送される。

【0026】

電極用ロータリーカッター１１で正極用電極ロールシート６を切断後に、制御手段６２では、第１ステップの動作を行わせる。
図５に示すように、第１ステップでは、制御手段６２は、第１フィーダー２１で正極用電極ロールシート６を供給しながら、第１フィーダー移動手段６１によって第１フィーダー２１を上流に移動させ、電極用ロータリーカッター１１から遠ざかった第２設定位置まで移動させる。
第１フィーダー移動手段６１による第１フィーダー２１の移動時には、第１フィーダー２１による正極用電極ロールシート６の供給を継続しているため、第１設定位置から第２設定位置までの移動距離が、正極用電極シート１と正極用電極シート１との間の所定のシート間隔Ｃとなる。

【0027】

制御手段６２では、第１ステップの動作の後に第２ステップの動作を行わせる。
図６に示すように、第２ステップでは、制御手段６２は、第１フィーダー２１を第２設定位置に移動させた後に、正極用電極ロールシート６を第２フィーダー２２による供給に切り替える。
すなわち、第１フィーダー２１は、第１駆動部２１ｃによって第１上ローラ２１ａを上方に移動させ、正極用電極ロールシート６の供給を行わない。第２フィーダー２２は、第２駆動部２２ｃによって第２上ローラ２２ａを下方に移動し、第２上ローラ２２ａと第２下ローラ２２ｂとで正極用電極ロールシート６を電極用ロータリーカッター１１に供給する。
なお、第２ステップにおける正極用電極ロールシート６の供給の切り替えは、第２上ローラ２２ａを下方に移動させて第２フィーダー２２による供給機能を働かせた後に、第１上ローラ２１ａを上方に移動させて第１フィーダー２１による供給機能を解除する。第１フィーダー２１による供給機能の解除、すなわち第１上ローラ２１ａの上方への移動は、第３ステップの動作前までに行えばよい。

【0028】

制御手段６２では、第２ステップの動作の後に第３ステップの動作を行わせる。
図７に示すように、第３ステップでは、制御手段６２は、第１フィーダー移動手段６１によって第１フィーダー２１を下流、すなわち電極用ロータリーカッター１１に近い第１設定位置に移動させる。

【0029】

制御手段６２では、第３ステップの動作の後に第４ステップの動作を行わせる。
図８に示すように、第４ステップでは、制御手段６２は、正極用電極ロールシート６を第１フィーダー２１による供給に切り替える。
すなわち、第２フィーダー２２は、第２駆動部２２ｃによって第２上ローラ２２ａを上方に移動させ、正極用電極ロールシート６の供給を行わない。第１フィーダー２１は、第１駆動部２１ｃによって第１上ローラ２１ａを下方に移動し、第１上ローラ２１ａと第１下ローラ２１ｂとで正極用電極ロールシート６を電極用ロータリーカッター１１に供給する。
なお、第４ステップにおける正極用電極ロールシート６の供給の切り替えは、第１上ローラ２１ａを下方に移動させて第１フィーダー２１による供給機能を働かせた後に、第２上ローラ２２ａを上方に移動させて第２フィーダー２２による供給機能を解除する。第２フィーダー２２による供給機能の解除、すなわち第２上ローラ２２ａの上方への移動は、第１ステップの動作前までに行えばよい。

【0030】

制御手段６２では、第１ステップから第４ステップを繰り返すことで、正極用電極シート１を、シート間隔Ｃを空けて連続して搬送することができる。
本実施例によれば、正極ユニット４を連続したラインで製作することができる。
また本実施例によれば、第１フィーダー２１を下流に移動させることで、下流への移動量をシート間隔Ｃとすることができ、電極用ロータリーカッター１１の前後での搬送速度を異ならせてシート間隔Ｃを形成する場合と比較して、正確に安定したシート間隔Ｃを形成することができる。

【0031】

図２に示すように積層された正極ユニット４と負極用電極シート２は、その後、タブ溶接工程、パウチパッケージング工程、および注液工程を経て枚葉積層型リチウムイオン電池が製造される。

【0032】

図９は同枚葉積層型リチウムイオン電池におけるタブ溶接工程を示す構成図である。
タブ溶接工程では、電極積層工程で積層された負極用電極シート２と正極ユニット４とを包装材１１１でラッピングして粘着テープで留め、負極用電極シート２の負極用集電体２ｂに負極用タブ１１２ｂを、正極用集電体１ｂに正極用タブ１１２ａを、それぞれ溶接して電池素子１２０を製作する。

【0033】

図１０は同枚葉積層型リチウムイオン電池におけるパウチパッケージング工程を示す構成図である。
パウチパッケージング工程では、タブ溶接工程で製作した電池素子１２０を基材１３１の収容部１３２に配置し、基材１３１を蓋材１３３で覆い、基材１３１と蓋材１３３とをヒートシールにより封止することで、パウチパッケージ１４０を製作する。
パウチパッケージ１４０は、基材１３１と蓋材１３３との間を、収容部１３２を有する第１の空間１４１と第２の空間１４２とに区画している。第１の空間１４１と第２の空間１４２との間には連通部１４３を有し、第２の空間１４２には外部とつながる溶液注入部１４４を有している。
なお、正極用タブ１１２ａと負極用タブ１１２ｂとは、基材１３１及び蓋材１３３から露出させている。

【0034】

図１１は同枚葉積層型リチウムイオン電池における注液工程を示す構成図である。
注液工程では、パウチパッケージング工程で製作したパウチパッケージ１４０内に、溶液注入部１４４から電解液を注入し、電池素子１２０に電解液を含浸させる。
図１１（ａ）は、電解液の注入工程を示している。注入装置１５６の注入部１５７を溶液注入部１４４からパウチパッケージ１４０内に挿入する。注入部１５７の先端は、第１の空間１４１に位置している。パウチパッケージ１４０の周囲環境を真空にした状態で電解液を注入する。
図１１（ａ）での電解液注入後に、図１１（ｂ）に示すように溶液注入部１４４をヒートシール１４５により封止する。
図１１（ｃ）に示すように、溶液注入部１４４をヒートシール１４５により封止した後に、予備充電を行う。この予備充電は、正極用タブ１１２ａと負極用タブ１１２ｂとをチャージャー１５８に接続して行う。
図１１（ｄ）では、予備充電で発生したガスの除去工程を示している。第２の空間１４２にデガス用の孔１４６を空け、パウチパッケージ１４０の周囲環境を真空にし、パウチパッケージ１４０内のガスを排出させる。
図１１（ｄ）でのガスの除去工程後に、図１１（ｅ）に示すように連通部１４３をヒートシール１４７により封止する。
そして、図１１（ｆ）に示すように、第２の空間１４２を切り離して完了する。
なお、図１１（ａ）での電解液を注入した後、図１１（ｂ）に示す溶液注入部１４４をヒートシール１４５により封止する前には、真空、常圧開放、必要に応じて加圧、加温を繰り返し、内部の電池素子１２０に電解液を含浸させる。
なお、本実施例の製造装置では、電極シートを正極用電極シート１とした場合で説明したが、負極用電極シート２の両面にセパレータ３を配置した負極ユニットにも適用できる。

【産業上の利用可能性】

【0035】

本発明によれば、電極ユニットを連続したラインで高速製作できる。

【符号の説明】

【0036】

１ 正極用電極シート
１ａ 正極用電極部
１ｂ 正極用集電体
２ 負極用電極シート
２ａ 負極用電極部
２ｂ 負極用集電体
３ セパレータ
４ 正極ユニット
５ 位置決め治具
６ 正極用電極ロールシート
７ セパレータロールシート
８ セパレータロールシート
１０ 接合部
１１ 電極用ロータリーカッター
１２ セパレータ用ロータリーカッター
２１ 第１フィーダー
２２ 第２フィーダー
２３ 第３フィーダー
３１ コンベアロール
３２ コンベアロール
４１ 接合手段
５１ ローラ
６１ 第１フィーダー移動手段
６２ 制御手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】