特開 2024-145944 電極体の積層装置および電極体の製造ライン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024145944

(43)【公開日】2024-10-15

(54)【発明の名称】電極体の積層装置および電極体の製造ライン

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/04 20060101AFI20241004BHJP

【ＦＩ】

H01M10/04 Z

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023058565

(22)【出願日】2023-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100126664

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 慎吾

(74)【代理人】

【識別番号】100154852

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 太一

(74)【代理人】

【識別番号】100194087

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 伸一

(72)【発明者】

【氏名】石川 翔大

【テーマコード（参考）】

5H028

【Ｆターム（参考）】

5H028AA05

5H028BB03

5H028BB07

5H028BB19

5H028CC08

5H028EE01

(57)【要約】

【課題】複数の電極体の積層に要する時間を短縮するとともに、積層した複数の電極体の側面に絶縁性材料からなる絶縁部を形成するための時間を短縮する積層装置および製造ラインを提供する。
【解決手段】複数の電極体３０を搬送する搬送装置の下流に配置され、複数の電極体３０を積層する積層装置１であって、搬送装置によって搬送されている電極体３０に対し傾斜して配置され、複数の電極体３０を積層する載置板１０と、載置板１０に立設され、電極体３０の搬送方向に沿う第１壁部１１１と、載置板１０に積層された複数の電極体３０の側面に絶縁性材料からなる絶縁部を形成する絶縁部形成手段１７と、を備える、積層装置１。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電極体を搬送する搬送装置の下流に配置され、前記複数の電極体を積層する積層装置であって、
前記搬送装置によって搬送されている前記電極体に対し傾斜して配置され、前記複数の電極体を積層する載置板と、
前記載置板に立設され、前記電極体の搬送方向に沿う第１壁部と、
前記載置板に積層された前記複数の電極体の側面に絶縁性材料からなる絶縁部を形成する絶縁部形成手段と、を備える、積層装置。

【請求項2】

前記絶縁部形成手段は、絶縁性材料が塗布されたフィルム部材を、前記複数の電極体の側面に沿って巻き出す巻出手段と、前記複数の電極体の側面に前記絶縁性材料を転写した後の前記フィルム部材を巻き取る巻取手段と、を有する、請求項１に記載の積層装置。

【請求項3】

前記絶縁性材料を硬化させる硬化手段を備える、請求項１に記載の積層装置。

【請求項4】

前記電極体は、第１の負極層と、第１の固体電解質層と、正極層と、第２の固体電解質層と、第２の負極層と、を含み、
前記電極体は、前記第１の負極層、前記正極層、および前記第２の負極層の積層方向における端部が銅からなる集電体を有する、請求項１に記載の積層装置。

【請求項5】

複数の電極体を搬送して積層する電極体の製造ラインであって、前記複数の電極体を搬送する搬送装置と、
請求項１～４のいずれか１項に記載の前記積層装置と、を備え、
前記積層装置は、複数設けられ、
前記電極体の製造ラインは、１つの前記積層装置に所定数の前記電極体が積層された場合に、他の前記積層装置に前記電極体を積層する、電極体の製造ライン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電極体の積層装置および電極体の製造ラインに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、より多くの人々が手ごろで信頼でき、持続可能かつ先進的なエネルギーへのアクセスを確保できるようにするため、エネルギーの効率化に貢献する二次電池に関する研究開発が行われている。

【0003】

二次電池として利用される、ラミネートセルおよび積層タイプの角型セルは、複数の電極体が積層されてラミネートフィルムまたはセル缶に収容された構造を有する。したがって、これらの電池セルを製造する工程には、複数の電極体を積層する工程が含まれる。

【0004】

例えば特許文献１は、アームを有する旋回ユニットの動作によって、正極シート、負極シートおよびセパレータ等を積層する技術を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２０１３／１２５２１９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に開示された従来技術は、１つ１つをアームが把持して積層するため積層の完了までに時間がかかることがあり、改善の余地があった。また、積層した複数の電極体の側面に絶縁性材料からなる絶縁部を形成するには、別工程で行うことになり、絶縁部の形成の完了までに時間がかかるため、改善の余地があった。

【0007】

本発明は、複数の電極体の積層に要する時間を短縮するとともに、積層した複数の電極体の側面に絶縁性材料からなる絶縁部を形成するための時間を短縮する積層装置および製造ラインを提供する。そして、延いてはエネルギーの効率化に寄与するものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
［１］複数の電極体を搬送する搬送装置の下流に配置され、前記複数の電極体を積層する積層装置であって、
前記搬送装置によって搬送されている前記電極体に対し傾斜して配置され、前記複数の電極体を積層する載置板と、
前記載置板に立設され、前記電極体の搬送方向に沿う第１壁部と、
前記載置板に積層された前記複数の電極体の側面に絶縁性材料からなる絶縁部を形成する絶縁部形成手段と、を備える、積層装置。

【0009】

本発明の積層装置によれば、搬送される電極体自体の運動を利用して積層を行うことができるため、積層の完了までに要する時間を短縮することができる。また、載置板に積層されたままで、複数の電極体の側面に絶縁性材料からなる絶縁部を形成することができるため、絶縁部の形成に要する時間を短縮することができる。

【0010】

［２］前記絶縁部形成手段は、絶縁性材料が塗布されたフィルム部材を、前記複数の電極体の側面に沿って巻き出す巻出手段と、前記複数の電極体の側面に前記絶縁性材料を転写した後の前記フィルム部材を巻き取る巻取手段と、を有する、［１］に記載の積層装置。

【0011】

本発明の積層装置によれば、載置板に積層されたままで、複数の電極体の側面に絶縁性材料からなる絶縁部を形成することができるため、絶縁部の形成に要する時間を短縮することができる。

【0012】

［３］前記絶縁性材料を硬化させる硬化手段を備える、［１］に記載の積層装置。

【0013】

本発明の積層装置によれば、載置板に積層されたままで、複数の電極体の側面に塗布した絶縁性材料を短時間で硬化することができるため、絶縁部の形成に要する時間を短縮することができる。

【0014】

［４］前記電極体は、第１の負極層と、第１の固体電解質層と、正極層と、第２の固体電解質層と、第２の負極層と、を含み、
前記電極体は、前記第１の負極層、前記正極層、および前記第２の負極層の積層方向における端部が銅からなる集電体を有する、［１］に記載の積層装置。

【0015】

本発明の積層装置によれば、液体やゲルではなく固体の電解質層を含む電極体であるので、第１壁部および第２壁部に衝突した際に電極体が損傷する可能性を低くすることができる。

【0016】

［５］複数の電極体を搬送して積層する電極体の製造ラインであって、前記複数の電極体を搬送する搬送装置と、
［１］～［４］のいずれかに記載の前記積層装置と、を備え、
前記積層装置は、複数設けられ、
前記電極体の製造ラインは、１つの前記積層装置に所定数の前記電極体が積層された場合に、他の前記積層装置に前記電極体を積層する、電極体の製造ライン。

【0017】

本発明の電極体の製造ラインによれば、連続して電極体を積層することができ、積層の完了までに要する時間を短縮することができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、複数の電極体の積層に要する時間を短縮するとともに、積層した複数の電極体の側面に絶縁性材料からなる絶縁部を形成するための時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施形態に係る電極体の製造ラインを示す模式図である。

【図2】本発明の実施形態に係る積層装置（ストッカ）を示す斜視図である。

【図3】本発明の実施形態に係る電極体の製造ラインで製造されるラミネートセルを示す斜視図である。

【図4】本発明の実施形態に係る積層装置による絶縁部の形成方法を示す断面図である。

【図5】本発明の実施形態に係る積層装置による絶縁部の形成方法を示す断面図である。

【図6】本発明の実施形態に係る積層装置による絶縁部の形成方法を示す断面図である。

【図7】本発明の実施形態に係る積層装置による絶縁部の形成方法を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

【0021】

［電極体の製造ライン、積層装置］
図１は、本発明の実施形態に係る電極体の製造ラインを示す模式図である。
図１に示すように、本実施形態の製造ライン１００は、複数の電極体３０を搬送する搬送装置２と、搬送装置２の下流に配置され、複数の電極体３０を積層する積層装置（ストッカ）１と、を備える。

【0022】

搬送装置２には、負極の電極部材２１が巻回された電極ロール８１、８３と、正極の電極部材２２が巻回された電極ロール８２とが設置されている。正極の電極部材２２は、集電箔と、該集電箔に塗布された正極活物質とを含む。負極の電極部材２１は、集電箔と、該集電箔に塗布された負極活物質とを含む。本実施形態における電池セルは固体電池であり、１対の負極の電極部材２１（負極層）の間に正極の電極部材２２（正極層）が配置される。正極の電極部材（正極層）と負極の電極部材（負極層）との間には固体電解質層が配置される。製造ライン１００において、固体電解質層は、正極の電極部材２２の両面に設けられていてもよく、負極の電極部材２１の片面に設けられていてもよい。本明細書では、この負極の電極部材２１の間に正極の電極部材２２が配置されたものを電極体３０と称する。

【0023】

複数の電極体３０は、後の工程において、正極および負極の集電箔にそれぞれタブリードが接合されるとともに、タブリードが露出した状態でラミネートフィルムで覆われる。図３は、製造ライン１００で製造された電極体３０を用いた、ラミネートセル４０を示す斜視図である。

【0024】

本実施形態における電極体３０の搬送方向は、電極体３０の長軸方向と一致する。負極の電極ロール８１の電極部材２１はロール装置７１、７２によりガイドされ、ロール装置６１、６２によって他の電極部材と重ね合わされる。正極の電極ロール８２は、ロール装置６１、６２によってガイドされて他の電極部材と重ね合わされる。負極の電極ロール８３の電極部材２１はロール装置７３、７４によりガイドされ、ロール装置６１、６２によって他の電極部材と重ね合わされる。

【0025】

ロール装置６１、６２によって重ね合わされた３枚の電極部材は、ロールプレス５１、５２によって上方および下方から圧力を受けて一体化する。次に、搬送路の上方に設置されたレーザーカッター４が、レーザーを出射し、一体化した電極体３０の外周部の端材に切り込みを入れる。例えば、ベルトコンベアである搬送装置２まで電極体３０が運ばれると、切り込みが入れられた端材は、端材巻取装置３によって巻き取られる。

【0026】

搬送装置２は所定の速度（例えば、毎秒１００メートル）で電極体３０を搬送する。搬送装置２の端まで搬送された電極体３０は慣性によって搬送装置２から飛び出し、ストッカ１の上に落下する。ストッカ１には、搬送装置２から送られてくる電極体３０が順に積み重ねられる。ストッカ１は、搬送装置２の下流に搬送装置２に近接する位置（すなわち、搬送装置２から送られてくる電極体３０を受け取り可能な位置）に配置される。

【0027】

図２は、本発明の実施形態に係る積層装置（ストッカ）を示す斜視図である。ストッカ１は、複数の電極体３０が積み重ねられる載置板１０を有する。載置板１０は、第１壁部１１１と、第２壁部１１２とを有する。第１壁部１１１は、搬送方向に沿って、載置板１０に立設されている。第２壁部１１２は、第１壁部１１１と交差し、搬送方向における第１壁部１１１の一端側にて、載置板１０に立設されている。第２壁部１１２は、搬送方向に直交する一対の壁部１１２Ａ，１１２Ｂを有する。一対の壁部１１２Ａ，１１２Ｂは、間隔を置いて、載置板１０における電極体３０の搬送路を挟んで対向配置されている。第１壁部１１１と第２壁部１１２により、載置板１０上に積み重ねられる複数の電極体３０を整列させる（すなわち、積層方向視でのズレが無いようにする）。

【0028】

第１壁部１１１は、搬送方向に直交する方向であるＹ軸方向において搬送装置２と対向する面である。

【0029】

第２壁部１１２は、電極体３０の搬送方向であるＸ軸方向において搬送装置２と対向する面であって、載置板１０から電極体３０が落下するのを防止する落下防止部１３を有する。第２壁部１１２には、落下防止部１３にＹ軸方向の中央に開口部１４が設けられている。搬送方向に直交するＹ軸方向において、開口部１４の幅は、電極体３０から伸びる集電箔の幅よりも大きい。したがって、電極体３０が第２壁部１１２（すなわち、落下防止部１３）に到達した場合においても開口部１４に集電箔が収まるので、第２壁部１１２は集電箔には干渉しない。

【0030】

ストッカ１の載置板１０は、搬送方向（Ｘ軸方向）の上流側から下流側に向かうに従って、すなわち、搬送装置２から離れるに従って下方に傾斜する。したがって、ストッカ１に搬送される電極体３０は、第２壁部１１２に向かって下方に移動し、第２壁部１１２（落下防止部１３）に当接して停止する。また、ストッカ１の載置板１０は、搬送方向に直交する直交方向（Ｙ軸方向）において、搬送装置２から離れるに従って下方に傾斜する。したがって、ストッカ１に搬送される電極体３０は、第１壁部１１１に向かって下方に移動し、第１壁部１１１に当接して停止する。

【0031】

これにより、搬送装置２から連続して搬送される複数の電極体３０は、第１壁部１１１および第２壁部１１２（落下防止部１３）に接した状態で積み重ねられ、整列のための機械的機構などが無くても整列する。

【0032】

第２壁部１１２は、電極体３０と当接する面に緩衝部材１６を備えていてもよい。緩衝部材１６によれば、電極体３０が第２壁部１１２に衝突する際の衝撃を抑制することができるので、電極体３０の損傷を抑制できる。

【0033】

以上のように、本実施形態の積層装置１によれば、電極体３０自体の運動（例えば、落下）を利用して複数の電極体３０を積層することができるので、積層の完了までに要する時間を短縮することができる。

【0034】

また、ストッカ１は、載置板１０上に積層された複数の電極体３０の側面に絶縁性材料からなる絶縁部を形成する絶縁部形成手段１７を備える。絶縁部形成手段１７は、絶縁性材料が塗布されたフィルム部材２５を、複数の電極体３０の側面に沿って巻き出す巻出手段１７Ａと、複数の電極体３０の側面に絶縁性材料を転写した後のフィルム部材２５を巻き取る巻取手段１７Ｂと、を有する。

【0035】

絶縁性材料としては、紫外線硬化型樹脂が挙げられる。

【0036】

さらに、ストッカ１は、絶縁性材料を硬化させる硬化手段１８を備える。硬化手段１８としては、絶縁性材料を硬化させる波長の光を発する紫外線ランプが挙げられる。

【0037】

本実施形態のストッカ１を用いた、載置板１０上に積層された複数の電極体３０の側面に対する絶縁性材料の塗布方法を説明する。
図４に示すように、巻出手段１７Ａから、電極体３０が積層される前の第１壁部１１１に沿って、絶縁性材料が塗布されたフィルム部材２５を巻き出す。この時、フィルム部材２５における絶縁性材料が塗布された面を第１壁部１１１とは反対側に配置する。

【0038】

次に、図５に示すように、上述の通り、載置板１０上に複数の電極体３０を積層する。

【0039】

次に、図６に示すように、載置板１０を搬送方向に直交するＹ軸方向に傾斜させて、フィルム部材２５における絶縁性材料が塗布された面に複数の電極体３０を当接する。これにより、複数の電極体３０の側面に絶縁性材料が転写される。

【0040】

次に、硬化手段１８から、複数の電極体３０の側面の絶縁性材料に紫外線を照射して、絶縁性材料を硬化させて、複数の電極体３０の側面に絶縁部を形成する。

【0041】

同様の操作を繰り返して、図７に示すように、複数の電極体３０の側面に絶縁部３１，３１を形成する。

【0042】

以上のように、本実施形態の積層装置１によれば、載置板１０に積層されたままで、複数の電極体３０の側面に絶縁性材料からなる絶縁部３１を形成することができるため、絶縁部３１の形成に要する時間を短縮することができる。

【0043】

また、複数の電極体３０を積層した後の工程には、ラミネート加工等の工程がある。ズレがある状態で複数の電極体３０が積層されると、後の工程を実施することができないため、ズレが無いように複数の電極体３０を整列させることが重要である。本実施形態の積層装置１においては、載置板１０が搬送方向の上流側から下流側に向かうに従って下方に傾斜し、搬送方向に直交する直交方向において、搬送装置２から離れるに従って下方に傾斜する。したがって、ストッカ１に搬送される電極体３０は、第１壁部１１１および第２壁部１１２に向かって下方に移動し、第１壁部１１１および第２壁部１１２に当接して停止する。

【0044】

以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0045】

１ 積層装置（ストッカ）
２ 搬送装置
１０ 載置板
１３ 落下防止部
１４ 開口部（集電箔収容部）
１６ 緩衝部材
１７ 絶縁部形成手段
１８ 硬化手段
２５ フィルム部材
３０ 電極体
１００ 製造ライン
１１１ 第１壁部
１１２ 第２壁部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】