JP4714952B2 - リチウムイオンポリマ二次電池及びその製造装置並びに製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯状集電体に極活物質とゲル状電解質とを塗布してなる負極材と正極材とを重ね合せ状態で巻回してなるリチウムポリマ二次電池及びその製造装置並びに製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば携帯型電子機器等においては、一般にその電源として繰り返し充電が可能であるとともに小型で大容量が得られるリチウムイオン二次電池が用いられている。携帯型電子機器等においては、多機能化或いは長時間の使用等に伴う電源容量の確保とともに小型軽量化による携帯性の向上等を目的から、リチウムイオン二次電池よりもさらに小型化が図られるとともに安全性の高い二次電池の要求が高い。
【０００３】
かかる二次電池としては、リチウムイオンポリマ二次電池（以下、単にポリマ二次電池と称する。）が注目されている。ポリマ二次電池は、電解液に、これに相溶する高分子材料、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）やポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）が混合されることによってゲル状化された電解質が用いられる。ポリマ二次電池は、素材にこのゲル状電解質を塗布することによって負極材や正極材を構成し、これら負極材と正極材とを適宜重ね合わせることによって構成されている。
【０００４】
ポリマ二次電池としては、負極材と正極材との重ね合せ構造によって区別された種々のタイプが提案されている。ポリマ二次電池は、例えば図１６に示したスタック型ポリマ二次電池１００や、図１７に示したセパレータ巻回型ポリマ二次電池１１０或いは図１８に示したコアレス巻回型ポリマ二次電池１３０、図示しないが負極材と正極材とを積層した後にこれをつづら折りしてなるつづら折り型ポリマ二次電池等が提案されている。
【０００５】
スタック型ポリマ二次電池１００は、平板上で、所定の外形形状に形成された正極材１０１と負極材１０２とを、ゲル状電解質１０３を介して重ね合わされることによって、図１６（Ａ）に示した単セル１０４が構成されてなる。正極材１０１は、アルミニウム箔等のフィルム材によって所定の外形形状に形成された正極集電体１０５と、この正極集電体１０５の主面に塗布された正極活物質１０６とからなる。負極材１０２は、銅箔等のフィルム材によって正極集電体１０５よりもやや大きな外形形状に形成された負極集電体１０７と、この負極集電体１０７の主面に塗布された負極活物質１０８とからなる。
【０００６】
スタック型ポリマ二次電池１００は、図１６（Ｂ）に示すように上述した複数個の単セル１０４Ａ乃至１０４Ｎが厚み方向に重ね合わせて構成されてなり、大容量化が図られている。なお、スタック型ポリマ二次電池１００は、例えば大形の負極材１０２がその外周部を電池缶と接続され、正極材１０１が図示しない接続構造を介して正極端子部材と接続されて構成されている。
【０００７】
セパレータ巻回型ポリマ二次電池１１０は、液状電解質が用いられるリチウムイオン二次電池と同様に、帯状の正極材１１１と負極材１１２とをセパレータ１１３を介して渦巻き状に巻回して構成されてなる。正極材１１１は、アルミニウム箔等の帯状フィルム材からなる正極集電体１１４と、この正極集電体１１４の主面上に塗布された正極活物質１１５とからなる。正極材１１１には、最内周部の正極集電体１１４に正極外部端子１１６が接合されている。
【０００８】
負極材１１２は、銅箔等の帯状フィルム材からなる負極集電体１１７と、この負極集電体１１７の主面に塗布された負極活物質１１８とからなる。負極材１１２には、最内周部の負極集電体１１７に負極外部端子１１９が接合されている。セパレータ１１３は、リチウムイオンを通過させる多孔質の帯状合成樹脂フィルム、例えばポリプロピレンフィルムやポリエチレンによって形成され、正極材１１１と負極材１１２とに挟み込まれている。
【０００９】
セパレータ巻回型ポリマ二次電池１１０は、正極材１１１の正極活物質１１５上にゲル状の正極電解質１２０が塗布されるとともに、負極材１１２の負極活物質１１８上にゲル状の負極電解質１２１とが塗布されている。勿論、正極電解質１２０と負極電解質１２１とは、同一材料によって形成されてなる。セパレータ巻回型ポリマ二次電池１１０は、セパレータ１１３が図１７に示すようにその始端部によって巻芯部を構成して正極材１１１と負極材１１２とを多層に巻回することにより、大容量化が図られている。なお、正極電解質１２０と負極電解質１２１とは、多孔質性のセパレータ１１３を介して正極材１１１と負極材１１２との電界作用を奏する。
【００１０】
コアレス巻回型ポリマ二次電池１３０は、上述したセパレータ巻回型ポリマ二次電池１１０と比較して、セパレータ１１３を用いずに巻芯１３１の外周部に正極材１３２と負極材１３３とを渦巻き状に巻回して構成したものである。巻芯１３１は、図１８に示すように略楔状の断面を有する一対の巻芯１３１ａ、１３１ｂからなり、図示しない駆動機構によって回転されてその外周部に正極材１３２と負極材１３３とが所定のテンションを以って巻回される。
【００１１】
正極材１３２は、上述した各正極材と同様にアルミニウム箔等の帯状フィルム材からなる正極集電体１３４と、この正極集電体１３４の主面上に塗布された正極活物質１３５と、この正極活物質１３５及び正極集電体１３４上に塗布されたゲル状の正極電解質１３６とからなる。正極材１３２には、最内周部の正極集電体１３４に正極外部端子１３７が接合されている。負極材１３３は、銅箔等の帯状フィルム材からなる負極集電体１３８と、この負極集電体１３８の主面に塗布された負極活物質１３９と、この負極活物質１３９上に塗布されたゲル状の負極電解質１４０とからなる。負極材１３３には、最内周部の負極集電体１３８に負極外部端子１４１が接合されている。コアレス巻回型ポリマ二次電池１３０は、正極材１３２と負極材１３３とを高密度で巻回することから、体積エネルギー密度の向上が図られる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したスタック型ポリマ二次電池１００においては、正極材１０１や負極材１０２がプレス加工によって形成されるが、高精度の加工を行うことが難しく、またこれら正極材１０１と負極材１０２とを平板上に高精度に位置決めすることが難しいといった問題があった。また、スタック型ポリマ二次電池１００は、正極材１０１及び負極材１０２とに対して正極端子部材及び負極端子部材とがそれぞれ集電溶接によって接続されるが、高精度に接続することが難しいといった問題があった。したがって、スタック型ポリマ二次電池１００は、歩留りや量産性が悪いといった問題があった。
【００１３】
また、セパレータ巻回型ポリマ二次電池１１０は、上述したように液状電解質を用いたリチウムイオン二次電池の製造工程の転用を図ることができるが、リチウムイオンを通過させる多孔質性のセパレータ１１３の生産性が悪いとともに比較的高価であるといった問題があった。セパレータ巻回型ポリマ二次電池１１０は、セパレータ１１３を用いることで、その膜厚分正極材１１１と負極材１１２との極間間隔が大きくなる。
【００１４】
セパレータ巻回型ポリマ二次電池１１０は、この極間間隔を小さくするためには正極材１１１と負極材１１２とに対して、ゲル状の正極電解質１２０と負極電解質１２１とをそれぞれ薄厚で塗布する必要がある。しかしながら、正極電解質１２０及び負極電解質１２１は、粘度が高いために、これを２０ミクロン以下の厚みで均一に塗布することは極めて困難であり、歩留りや生産性が悪いといった問題があった。
【００１５】
さらに、コアレス巻回型ポリマ二次電池１３０においても、上述したように体積エネルギー密度特性に優れているが、巻芯１３１に正極電解質１３６や負極電解質１４０が付着してしまう。このため、コアレス巻回型ポリマ二次電池１３０は、正極電解質１３６或いは負極電解質１４０が剥がれて損傷し、内部ショートが発生するといった問題があった。また、コアレス巻回型ポリマ二次電池１３０は、正極電解質１３６或いは負極電解質１４０に電解質塩が混合されていることから、その付着によって巻芯１３１等が腐蝕し製造装置の耐久性を劣化させるといった問題があった。
【００１６】
ところで、ポリマ二次電池は、正極材或いは負極材の電極材にそれぞれ端子部材を接続するために、集電体に対して端子接続部を残して極活物質が間欠的に塗布される。ポリマ二次電池においては、極活物質の塗始め部位と塗終り部位とがスムーズに形成されずに飛びが発生していわゆるミックス飛びと称される汚れが生じる。ポリマ二次電池は、このミックス飛びに起因してゲル状電解質が突き破られて内部ショートが発生するといった問題があった。
【００１７】
したがって、本発明は、生産性、信頼性が向上されるとともに高性能のリチウムイオンポリマ二次電池を提供することを目的に提案されたものである。また、本発明は、高精度かつ高性能のリチウムイオンポリマ二次電池を効率よくかつ低コストで製造するリチウムイオンポリマ二次の電池製造装置並びにその製造方法を提供することを目的に提案されたものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明にかかるリチウムイオンポリマ二次電池は、それぞれ帯状集電体に極活物質とゲル状電解質とを塗布してなる負極材と正極材が、コア材を巻芯としてその外周部に重ね合せ状態で巻回されてなる。リチウムイオンポリマ二次電池は、負極材が、巻回始端部を構成する一端側から所定長さ部位が負極活物質層を形成しない負極活物質未塗布部位として構成されるとともに、負極活物質未塗布部位に負極端子部材が接合されてなる。リチウムイオンポリマ二次電池は、正極材が、巻回始端部を構成する一端側から所定長さ部位が正極活物質層を形成しない正極活物質未塗布部位として構成されるとともに、正極活物質未塗布部位に正極端子部材が接合されてなる。リチウムイオンポリマ二次電池は、コア材が、高分子合成樹脂フィルムを素材として負極材及び正極材とほぼ同幅でありかつそれぞれの負極活物質未塗布部位及び正極活物質未塗布部位よりも長尺に形成された一対の帯状体からなる。
【００１９】
以上のように構成された本発明にかかるリチウムイオンポリマ二次電池によれば、負極材と正極材とが、先端部を突き合わせられたコア材に対して、これらコア材がその外周部位をそれぞれの内周側の極活物質未塗布部位とその外周側の極活物質塗布部位との間に介在するとともに負極端子部材と正極端子部材を被覆された状態で、それぞれの巻回始端部からコア材を巻芯としてその外周部に重ね合せ状態で巻回されて構成される。リチウムイオンポリマ二次電池によれば、巻芯となるコア材が負極材と正極材のゲル状電解質の電極巻取り部への付着を防止し、巻取り装置から取り出す際にゲル状電解質の付着力による内周部位のダメージの発生が抑制されるようにするとともに装置の耐久性を向上させる。リチウムイオンポリマ二次電池によれば、負極材と正極材とが、極活物質未塗布部位と極活物質塗布部位との間に介在するコア部材によって、それぞれの始端部位に発生する極活物質のミックス飛びや電極端子のスリットバリに起因する内部ショートの発生が抑制され、信頼性の向上が図られる。
【００２０】
上述した目的を達成する本発明にかかるリチウムイオンポリマ二次電池の製造装置は、負極材を供給する負極材供給機構と、正極材を供給する正極材供給機構と、コア材を供給するコア材供給機構と、コア材供給機構から供給されたコア材を巻芯部材に巻回して巻芯としてその外周部に負極材供給機構から供給された負極材と正極材供給機構から供給された正極材を重ね合せ状態で巻回する電極材巻取機構とを備える。リチウムイオンポリマ二次電池の製造装置は、負極材供給機構が、帯状の負極集電体に負極活物質とゲル状負極電解質とを塗布してなり、巻回始端部を構成する一端側から所定長さ部位が負極活物質層を形成しない負極活物質未塗布部位として構成されるとともに負極活物質未塗布部位に負極端子部材が接合されてなる負極材を電極材巻取機構に供給する。リチウムイオンポリマ二次電池の製造装置は、正極材供給機構が、帯状の正極集電体に正極活物質とゲル状正極電解質とを塗布してなり、巻回始端部を構成する一端側から所定長さ部位が正極活物質層を形成しない正極活物質未塗布部位として構成されるとともに正極活物質未塗布部位に正極端子部材が接合されてなる正極材を電極材巻取機構に供給する。リチウムイオンポリマ二次電池の製造装置は、コア材供給機構が、高分子合成樹脂フィルムを素材として負極材及び正極材とほぼ同幅でありかつそれぞれの負極活物質未塗布部位及び正極活物質未塗布部位よりも長尺に形成された一対の帯状体からなるコア材を電極材巻取機構に供給する。リチウムイオンポリマ二次電池の製造装置は、電極材巻取機構が、巻芯部材を設けた巻取り軸を有し、巻芯部材の外周部にコア供給機構から供給された一対のコア材を先端部を突き合わせて巻回するとともに所定の長さで切断して巻芯となすとともに、これらコア材の外周部に巻回始端部を繰り出し側として負極材供給機構から供給された負極材と巻回始端部を繰り出し側として正極材供給機構から供給された正極材とを重ね合せ状態で巻回する。
【００２１】
以上のように構成された本発明にかかるリチウムイオンポリマ二次電池の製造装置は、電極材巻取機構において、巻芯部材の外周部にコア材供給機構から供給された一対のコア材を先端部を突き合わせて巻回するとともに所定の長さで切断する。リチウムイオンポリマ二次電池の製造装置は、電極材巻取機構において、負極材供給機構から供給されて巻芯となるコア材の外周部に巻回される負極材が、一方のコア材の外周部位が内周側の負極活物質未塗布部位とその外周側の負極活物質塗布部位との間に介在するとともに負極端子部材を被覆された状態とされて、それぞれの巻回始端部からコア材の外周部に巻回される。リチウムイオンポリマ二次電池の製造装置は、正極材供給機構から供給されて巻芯となるコア材の外周部位に巻回される正極材が、他方のコア材の外周部位が内周側の正極活物質未塗布部位とその外周側の正極活物質塗布部位との間に介在するとともに正極端子部材を被覆された状態とされて、それぞれの巻回始端部からコア材の外周部に負極材と重ね合せ状態で巻回される。
【００２２】
以上のように構成された本発明にかかるリチウムイオンポリマ二次電池の製造装置によれば、巻芯部材に対してコア材を巻回して負極材と正極材の巻芯とすることにより、電極巻取り部を構成する巻芯部材や巻取り軸に負極材或いは正極材のゲル状電解質が直接付着することを防止し、リチウムイオンポリマ二次電池の取り出し時にゲル状電解質の付着力による内周部位のダメージの発生を抑制して信頼性の高いリチウムイオンポリマ二次電池を製造する。さらに、リチウムイオンポリマ二次電池の製造装置によれば、付着したゲル状電解質により巻芯部材や巻取り軸等が腐蝕して耐久性が劣化することも無い。また、リチウムイオンポリマ二次電池の製造装置によれば、負極材及び正極材がそれぞれの内周側の極活物質未塗布部位と外周側の極活物質塗布部位との間にコア材が介在するようにしてコア材の外周部に巻回するとともに、端子部材を被覆したリチウムイオンポリマ二次電池を製造することから、負極材や正極材の始端部位に発生する極活物質のミックス飛びやスリットバリに起因する内部ショートの発生を防止した高精度で信頼性の高いリチウムイオンポリマ二次電池を効率よく製造する。
【００２３】
さらに、上述した目的を達成する本発明にかかるリチウムイオンポリマ二次電池の製造方法は、上述した負極材供給機構と正極材供給機構とコア材供給機構と電極材巻取機構とを備えるリチウムイオンポリマ二次電池の製造装置が用いられる。リチウムイオンポリマ二次電池の製造方法は、製造装置の電極材巻取機構において、巻芯部材の外周部にコア材供給機構から供給された一対のコア材をそれぞれの先端部を突き合わせて巻回するとともに所定の長さで切断して巻芯となすコア材巻回工程と、巻芯をなすコア材に対してその外周部が内周側の負極活物質未塗布部位とその外周側の負極活物質塗布部位との間に介在するとともに負極端子部材を被覆されて巻回する負極材巻回工程と、巻芯をなすコア材に対してその外周部が内周側の正極活物質未塗布部位とその外周側の正極活物質塗布部位との間にコア材が介在するとともに正極端子部材を被覆されて負極材と重ね合せ状態で巻回する正極材巻回工程とを施してリチウムイオンポリマ二次電池を製造する。
【００２４】
したがって、本発明にかかるリチウムイオンポリマ二次電池の製造方法によれば、電極巻取り部を構成する巻芯部材や巻取り軸に負極材或いは正極材が直接巻回されないためにゲル状電解質が付着することは無く、電極材の巻回操作終了後に巻取り軸からリチウムイオンポリマ二次電池を取り外す際にゲル状電解質の粘着力によって内周部にダメージが発生するといった不都合を生じさせることは無く信頼性の高いリチウムイオンポリマ二次電池を製造する。
【００２５】
また、リチウムイオンポリマ二次電池の製造方法は、負極材及び正極材が、それぞれの内周側の極活物質未塗布部位と外周側の極活物質塗布部位との間にコア材が介在するようにしてコア材の外周部に重ね合わせ状態で巻回するとともに、端子部材を被覆したリチウムイオンポリマ二次電池を製造することから、負極材や正極材の始端部位に発生する極活物質のミックス飛びやスリットバリに起因する内部ショートの発生を防止した高精度で信頼性の高いリチウムイオンポリマ二次電池を効率よく製造される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した本発明の実施の形態について詳細に説明する。実施の形態として示したリチウムイオンポリマ二次電池（以下、ポリマ二次電池と略称する。）１は、詳細を後述するポリマ二次電池製造装置２０によって製造される。ポリマ二次電池１は、図１に示すように、コア材２を巻芯としてその外周部に正極材３と負極材４とが重ね合わせ状態で巻回されて構成される。コア材２は、ポリプロピレン（ＰＰ）フィルムやポリエチレン（ＰＥ）フィルム或いは他のポリオレフィン系高分子樹脂フィルムを材料とし、正極材３や負極材４とほぼ同幅の帯状素材が用いられる。
【００２７】
コア材２は、詳細を後述するように、ポリマ二次電池製造装置２０内で所定の長さに切断される。コア材２は、セパレータ巻回型ポリマ二次電池のセパレータと同等の素材であるが、リチウムイオンを通過させる機能を有する必要が無いので多孔質でなくてもよく廉価である。コア材２は、図１に示すように正極材３と負極材４のそれぞれの巻回始端部３ａ、４ａの最内周部に位置するようにして一対が用いられている。一対のコア材２ａ、２ｂは、その先端部が互いに突き合わされている。
【００２８】
正極材３は、アルミニウム箔等の帯状フィルム材からなる正極集電体５と、この正極集電体５の両面上に成膜された正極活物質６と、この正極活物質６及び正極集電体５の表面上に塗布されたゲル状の正極電解質７とからなる。正極材３は、詳細を後述するようにポリマ二次電池製造装置２０内で所定の位置において切断され、ここを巻回始端部３ａとしてコア材２の外周部に所定の長さ分巻回される。
【００２９】
正極活物質６には、例えばリチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ2）や、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ2）或いはリチウムマンガン酸化物（ＬｉＭｎ2Ｏ4）等が用いられる。正極活物質６は、これら材料にカーボン等の導電材とバインダ及び溶剤とが混合され、これが正極集電体５上に均一に塗布されてなる。遷移金属元素は、１種類に限定されず、例えばＬｉＮｉＯ0.5Ｃｏ0.5Ｏ2等のように２種類以上のものも使用可能である。
【００３０】
また、正極活物質６には、例えばバインダとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、溶媒としてｎーメチルピロリドン（ＮＭＰ）が用いられる。正極活物質６は、これら素材を混合してスラリー状とし、例えばドクターブレード法等によって正極集電体５上に均一の厚みで塗布される。正極活物質６は、高温乾燥処理によってＮＭＰが飛ばされ、さらにロールプレスによる加圧処理が施されて高密度化が図られて正極集電体５上に成膜形成される。
【００３１】
正極電解質７は、高分子材料と電解液と電解質塩とが混合されてゲル状化されてなる。正極電解質７は、高分子マトリックス内に電解液が分散された状態であればよく、電解液量の制限は特に無い。高分子材料は、電解液に相溶する性質を有し、例えばポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエーテル系高分子、ＰＶｄＦ、スチレンブタジエンゴム等が用いられる。電解液は、高分子材料を分散可能とし、非プロトン性溶媒として例えばエチレンカーボネート（ＥＣ）やプロピレンカーボネート（ＰＣ）或いはブチレンカーボネート（ＢＣ）等が用いられる。溶媒は、１種類ばかりでなく２種類以上を適宜混合して使用してもよい。
【００３２】
電解質塩には、溶媒に対して相溶するものが用いられ、カチオンとアニオンとが組み合わされてなる。カチオンには、アルカリ金属やアルカリ土類金属が用いられる。アニオンには、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＳＣＮ−、ＣｌＯ4 −、ＢＦ4 −、ＰＦ6 −、ＣＦ3ＳＯ3 −、等が用いられる。電解質塩としては、六フッ化リン酸リチウムや四フッ化ホウ酸リチウムが挙げられ、電解液に溶解可能な濃度であればよい。
【００３３】
正極材３は、図１に示すように後述するポリマ二次電池製造装置２０によってコア材２の外周部に巻回される際に始端側となる巻回始端部３ａから所定の長さ領域が、正極集電体５の表面上に正極活物質６が塗布されていない正極活物質未塗布部８として構成されている。正極材３には、巻回始端部３ａに位置して正極端子部材９が接合されている。正極端子部材９は、例えばアルミニウムやニッケル等の金属導線を網目状に織ったものが用いられる。正極端子部材９は、最内周部から外方へと引き出される。
【００３４】
負極材４は、銅箔等の帯状フィルム材からなる負極集電体１０と、この負極集電体１０の両面上に成膜された負極活物質１１と、この負極活物質１１及び負極集電体１０の表面上に塗布されたゲル状の負極電解質１２とからなる。負極材４は、詳細を後述するようにポリマ二次電池製造装置２０内で所定の位置において切断され、ここを巻回始端部４ａとしてコア材２の外周部に所定の長さ分巻回される。
【００３５】
負極活物質１１には、例えばグラファイトや難黒鉛化炭素或いは易黒鉛化炭素等の炭素材料が用いられる。負極活物質１１は、この炭素材料に対して、バインダとしてＰＶｄＦ、溶剤としてＮＭＰを加えてスラリー状とし、例えばドクターブレード法等によって負極集電体１０上に均一の厚みで塗布される。負極活物質１１は、高温乾燥処理によってＮＭＰが飛ばされ、さらにロールプレスによる加圧処理が施されて高密度化が図られて負極集電体１０上に成膜形成される。なお、負極電解質１２は、上述した正極電解質７と同一であるからその説明を省略する。
【００３６】
負極材４は、図１に示すように後述するポリマ二次電池製造装置２０によってコア材２の外周部に巻回される際に始端側となる巻回始端部４ａから所定の長さ領域が、負極集電体１０の表面上に負極活物質１１が塗布されていない負極活物質未塗布部１３として構成されている。負極材４には、巻回始端部４ａに位置して負極端子部材１４が接合されている。負極端子部材１４は、例えば銅やニッケル等の金属導線を網目状に織ったものが用いられる。負極端子部材１４は、最内周部から外方へと引き出される。
【００３７】
ポリマ二次電池１は、図１に示すように一方のコア材２ａを巻芯として上述した正極材３が時計方向に渦巻き状に巻回され、また他方のコア材２ｂを巻芯として上述した負極材４が時計方向に渦巻き状に巻回されてなる。ポリマ二次電池１は、コア材２ａが正極材３に対して正極活物質未塗布部８の内周部に位置されて正極端子部材９を被覆した状態となっている。コア材２ａは、正極材３の先端部を被覆した状態となっている。同様に、ポリマ二次電池１は、コア材２ｂが負極材４に対して負極活物質未塗布部１３の内周部に位置されて負極端子部材１４を被覆した状態となっている。コア材２ｂは、負極材４の先端部を被覆した状態となっている。
【００３８】
以上のように構成されたポリマ二次電池１は、正極端子部材９や負極端子部材１４がコア材２によって被覆されることから、これら端子部材のスリットバリ等による正極材３と負極材４との内部ショートの発生が抑制される。ポリマ二次電池１は、正極材３と負極材４の先端部をコア材２によって被覆することから、これらを切断した際に生じたバリ等による正極材３と負極材４との内部ショートの発生が抑制される。
【００３９】
正極材３及び負極材４は、それぞれの巻回始端部３ａ、４ａに正極端子部材９及び負極端子部材１４を接合するためにそれぞれ正極活物質未塗布部８及び負極活物質未塗布部１３が構成されている。正極材３及び負極材４には、これら正極活物質未塗布部８及び負極活物質未塗布部１３にミックス飛び等が生じている。ポリマ二次電池１は、正極活物質未塗布部８及び負極活物質未塗布部１３をコア材２によって被覆することから、ミックス飛びによる内部ショートの発生が抑制される。
【００４０】
ポリマ二次電池１は、コア材２を正極材３と負極材４との巻芯を構成するに足る長さとしている。したがって、ポリマ二次電池１は、正極材３と負極材４が、正極集電体５と負極集電体１０にそれぞれ正極活物質６と負極活物質１１及び正極電解質７と負極電解質１２が塗布された領域を重ね合わせる電池領域が充分に確保される。ポリマ二次電池１は、この電池領域にはコア材２が存在しないので、セパレータを介在させる場合と比較して正極材３と負極材４との間隔が狭く構成される。ポリマ二次電池１は、正極材３と負極材４とが正極集電体５と負極集電体１０に対してそれぞれ正極電解質７と負極電解質１２を３０ミクロン〜４０ミクロン程度の膜厚で形成すればよい。したがって、ポリマ二次電池１は、正極材３及び負極材４の正極集電体５と負極集電体１０に対する正極電解質７と負極電解質１２の塗布工程が容易かつ高精度化されることから、生産性と信頼性の向上が図られるようになる。
【００４１】
ポリマ二次電池１は、図２及び図３に概略の構成を図示したポリマ二次電池製造装置２０によって製造される。ポリマ二次電池製造装置２０は、機器ベース２１にそれぞれ配設された、コア材供給部２２と、正極材供給部２３と、負極材供給部２４と、巻取り部２５等の各部によって構成されている。ポリマ二次電池製造装置２０は、コア材供給部２２から供給されるコア材２と、正極材供給部２３から供給される正極材３と、負極材供給部２４から供給される負極材４とを巻取り部２５において後述する巻き取り操作を施してポリマ二次電池１を製造する。
【００４２】
コア材供給部２２は、図２において機器ベース２１のほぼ中央下方部に設けたコア材供給軸２６に、所定幅に裁断されたコア材２を巻回したコア材供給ロール２７が装着されてなる。コア材供給部２２には、コア材供給ロール２７から繰り出されたコア材２に対して所定の走行テンションを付与するコア材ダンサローラ機構２８と、後述する巻取り部２５に対するコア材２の供給動作とこれを所定の長さに調整切断するコア材供給制御機構２９等が備えられて構成される。
【００４３】
正極材供給部２３は、図２において機器ベース２１の右側領域に配置されており、層間に離型紙３０を介挿して正極材３を巻回した正極材供給ロール３１が装着される正極材供給軸３２と、正極材供給ロール３１から離型紙３０と正極材３とを分離しながら繰り出させる正極材供給機構３３と、分離された離型紙３０を所定の巻取りテンションを付与する離型紙ダンサローラ機構３４を介して巻き取る離型紙巻取りロール３５とを備えている。また、正極材供給部２３は、繰り出された正極材３を巻取り部２５へと導く多数個のガイドローラ等によって構成される走行ガイド機構３６と、正極材３に所定の走行テンションを付与する正極材ダンサローラ機構３７とが備えられて構成される。
【００４４】
負極材供給部２４は、図２において機器ベース２１の左側領域に配置されており、層間に離型紙３８を介挿して負極材４を巻回した負極材供給ロール３９が装着される負極材供給軸４０と、負極材供給ロール３９から離型紙３８と負極材４とを分離しながら繰り出させる負極材供給機構４１と、分離された離型紙３８を所定の巻取りテンションを付与する離型紙ダンサローラ機構４２を介して巻き取る離型紙巻取りロール４３とを備えている。負極材供給部２４は、繰り出された負極材４を巻取り部２５へと導く多数個のガイドローラ等によって構成される走行ガイド機構４４と、負極材４に所定の走行テンションを付与する負極材ダンサローラ機構４５とが備えられて構成される。
【００４５】
巻取り部２５は、図２において機器ベース２１の中央上部に配置されており、図３に示すように図示しない回転駆動機構によって回転駆動されるとともに円周軌道Ｌ上を周回動作される巻取り軸４６と、この巻取り軸４６の先端部に取り付けられた巻芯部材４７と、巻込みローラ機構４８と、ニップローラ機構４９等を備えている。巻取り部２５は、上述した各部を回転基盤５０に搭載する。巻取り部２５には、この回転基盤５０の外周部にコア材２のコア材供給ガイド機構５１及びコア材カッタ機構５２が配設されるとともに、正極材３の正極材供給ガイド機構５３及び正極材カッタ機構５４と、負極材４の負極材供給ガイド機構５５及び負極材カッタ機構５６とが駆動ユニットＵＴに搭載されて配設されている。
【００４６】
駆動ユニットＵＴは、後述する巻取り操作に際して正極材供給ガイド機構５３と負極材供給ガイド機構５５とを図２において左右方向へと切換移動させる。正極材供給ガイド機構５３及び負極材供給ガイド機構５５は、これによって巻芯部材４７に対して選択的に対応位置される。なお、巻取り部２５は、図２において上方位置を後述する巻取り操作に際してのスタンバイ位置とし、このスタンバイ位置にニップローラ機構４９が配置されている。また、これら正極材供給ガイド機構５３及び負極材供給ガイド機構５５は、スタンバイ位置において巻芯部材４７に対して等間隔に対向位置される。
【００４７】
巻芯部材４７は、図３に示すように全体略楔状を呈する一対の部材４７ａ、４７ｂを組み合わせてなり、全体略紡錘形を呈している。巻芯部材４７には、詳細を後述するように、その外周部に所定量のコア材２が巻回された状態において正極材３と負極材４とが重ね合わされた状態で巻回される。
【００４８】
巻込みローラ機構４８は、巻取り軸４６に対応して円周軌道Ｌ上を周回動作され、Ｌ字状のブラケット部材５７に対して巻込みローラ５８が回転自在に支持されている。巻込みローラ機構４８は、詳細を後述するように巻込みローラ５８が巻芯部材４７に対して接離動作するようにブラケット部材５７が図示しない駆動機構によって揺動動作される。巻込みローラ機構４８は、後述するように巻込みローラ５８の外周部にコア材２を掛け合わせて巻芯部材４７の外周部へと導く作用を奏する。巻込みローラ機構４８は、正極材供給ガイド機構５３から供給された正極材３を巻芯部材４７の外周部に巻き込ませる作用を奏する。巻込みローラ機構４８は、負極材供給ガイド機構５５から供給された負極材４を巻芯部材４７の外周部に巻き込ませる作用を奏する。
【００４９】
ニップローラ機構４９は、シリンダ５９と、ニップローラ６０等によって構成され、図３に示すように巻芯部材４７に対して巻込みローラ機構４８と対向した位置に配置されている。ニップローラ機構４９は、シリンダ５９が動作することによってニップローラ６０を巻芯部材４７に対して接離動作させる。ニップローラ機構４９は、正極材供給ガイド機構５３から供給された正極材３を巻芯部材４７の外周部に巻き込ませる作用を奏する。ニップローラ機構４９は、負極材供給ガイド機構５５から供給された負極材４を巻芯部材４７の外周部に巻き込ませる作用を奏する。
【００５０】
コア材供給ガイド機構５１は、複数個のガイドローラや図示しない可動型のテンションローラ等によって構成され、コア材２に対して所定のテンションを付与した状態で巻芯部材４７へと走行ガイドさせる。コア材供給ガイド機構５１は、後述するコア材カッタ機構５２に対応して配設されたガイドプレート６１が備えられている。
【００５１】
コア材カッタ機構５２は、図３に示すように巻取り部２５のスタンバイ位置に対応位置されている。コア材カッタ機構５２は、同図に示すようにコア材供給ガイド機構５１のガイドプレート６１に対向位置されたニップローラ６２と、このニップローラ６２をガイドプレート６１に対して接離動作させるシリンダ６３と、ニップローラ６２とともにシリンダ６３によって駆動されるカッタ６４等の部材によって構成されている。
【００５２】
コア材カッタ機構５２は、後述するようにコア材２が巻芯部材４７に対して所定の長さ分巻き込まれた状態において、シリンダ６３が動作してニップローラ６２とカッタ６４とをガイドプレート６１側へと移動させる。コア材カッタ機構５２は、ニップローラ６２とガイドプレート６１との間でコア材２を挟持した状態で、カッタ６４によってコア材２を切断する。
【００５３】
正極材供給ガイド機構５３は、ガイドローラ６５と、正極材グリッパ部材６６等の部材によって構成され、スタンバイ位置において巻芯部材４７の上方右側に位置して配置されている。正極材供給ガイド機構５３は、上述したように駆動ユニットＵＴによってスタンバイ位置と巻芯部材４７の上方位置とに切換位置される。正極材グリッパ部材６６は、図示しない駆動機構によってガイドローラ６５に対して接離動作されるとともに供給方向に対してスライド動作される。正極材供給ガイド機構５３は、後述するように正極材グリッパ部材６６が動作されてガイドローラ６５との間で正極材３を挟持した状態でスライド動作されることによって、正極材３を巻芯部材４７の外周部に送り込む作用を奏する。
【００５４】
正極材カッタ機構５４は、正極材供給ガイド機構５３と巻芯部材４７との間に配置されており、詳細を省略するがカッタと押えプレート等の部材によって構成されている。正極材カッタ機構５４は、巻芯部材４７に対して所定量の正極材３の巻取り操作が行われた場合に駆動されて、正極材３を切断する。正極材カッタ機構５４は、この場合、正極材供給部２３の供給動作に基づいて制御され、正極材３の正極活物質未塗布部８で正極材３の切断動作を行う。
【００５５】
負極材供給ガイド機構５５は、ガイドローラ６７と、負極材グリッパ部材６８等の部材によって構成され、スタンバイ位置において巻芯部材４７の上方左側に位置して配置されている。負極材供給ガイド機構５５は、上述したように駆動ユニットＵＴによってスタンバイ位置と巻芯部材４７の上方位置とに切換位置される。負極材グリッパ部材６８は、図示しない駆動機構によってガイドローラ６７に対して接離動作されるとともに供給方向に対してスライド動作される。負極材供給ガイド機構５５は、後述するように負極材グリッパ部材６８が動作されてガイドローラ６７との間で負極材４を挟持した状態でスライド動作されることによって、負極材４を巻芯部材４７の外周部に送り込む作用を奏する。
【００５６】
負極材カッタ機構５６は、負極材供給ガイド機構５５と巻芯部材４７との間に配置されており、詳細を省略するがカッタと押えプレート等の部材によって構成されている。負極材カッタ機構５６は、巻芯部材４７に対して所定量の負極材４の巻取り操作が行われた場合に駆動されて、負極材４を切断する。負極材カッタ機構５６は、この場合、負極材供給部２４の供給動作に基づいて制御され、負極材４の負極活物質未塗布部１３で負極材４の切断動作を行う。
【００５７】
以上のように構成されたポリマ二次電池製造装置２０においては、コア材供給部２２のコア材供給軸２６にコア材供給ロール２７がセットされ、このコア材供給ロール２７から引き出されたコア材２がコア材ダンサローラ機構２８、コア材供給制御機構２９を介してコア材供給ガイド機構５１へと供給される。ポリマ二次電池製造装置２０においては、正極材供給部２３の正極材供給軸３２に正極材供給ロール３１がセットされ、この正極材供給ロール３１から引き出された正極材３が正極材供給機構３３へと供給される。
【００５８】
正極材３は、正極材供給機構３３において離型紙３０が剥離され、走行ガイド機構３６、正極材ダンサローラ機構３７を介して正極材供給ガイド機構５３へと供給される。離型紙３０は、正極材供給機構３３において正極材３から剥離されて離型紙ダンサローラ機構３７を介して離型紙巻取りロール３５に供給される。
【００５９】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、負極材供給部２４の負極材供給軸４０に負極材供給ロール３９がセットされ、この負極材供給ロール３９から引き出された負極材４が負極材供給機構４１へと供給される。負極材４は、負極材供給機構４１において離型紙３８が剥離され、走行ガイド機構４４、負極材ダンサローラ機構４５を介して負極材供給ガイド機構５５へと供給される。離型紙３８は、負極材供給機構４１において負極材４から剥離されて離型紙ダンサローラ機構４２を介して離型紙巻取りロール４３に供給される。
【００６０】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、コア材供給ガイド機構５１からコア材２が繰り出されて巻芯部材４７の外周部に所定量巻回される。ポリマ二次電池製造装置２０においては、巻取り軸４６が回転駆動されるとともに正極材供給ガイド機構５３から正極材３が繰り出されかつ負極材供給ガイド機構５５から負極材４が繰り出される。ポリマ二次電池製造装置２０においては、正極材３或いは負極材４の巻回始端部３ａ、３ｂの巻回動作に連動してコア材２のカッティング動作が行われる。ポリマ二次電池製造装置２０においては、正極材３或いは負極材４の巻回始端部３ａ、３ｂの範囲においてコア材２がその巻芯を構成し、正極材３及び負極材４が互いに重ね合わせ状態で順次その外周部に巻回されていく。
【００６１】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、正極材３及び負極材４の所定量の巻回動作が終了すると巻取り軸４６の回転動作が終了する。ポリマ二次電池製造装置２０においては、正極材カッタ機構５４及び負極材カッタ機構５６が動作して正極材３と負極材４のカッティングが行われる。ポリマ二次電池製造装置２０からは、巻取り部２５の巻芯部材４７から製作されたポリマ二次電池１の取り出しが行われる。
【００６２】
ポリマ二次電池製造装置２０は、上述した工程を経てコア材２を巻芯としてその外周部に正極材３と負極材４とを重ね合わせ状態で巻回してなるポリマ二次電池１を製造する。ポリマ二次電池製造装置２０は、コア材２が正極材３及び負極材４に対してそれぞれの正極活物質未塗布部８及び負極活物質未塗布部１３の内周部に位置されて正極端子部材９及び負極端子部材１４を被覆したポリマ二次電池１を製造する。
【００６３】
したがって、ポリマ二次電池製造装置２０は、コア材２によって正極端子部材９や負極端子部材１４の巻回始端部３ａ、４ａを被覆してそれらのスリットバリやカッティングの際に生じたバリ等による正極材３と負極材４との内部ショートの発生が抑制された信頼性の高いポリマ二次電池１を製造する。ポリマ二次電池製造装置２０は、コア材２によって正極材３及び負極材４の正極活物質未塗布部８及び負極活物質未塗布部１３を被覆してこれらの部位に発生したミックス飛びによる内部ショートの発生を抑制した信頼性の高いポリマ二次電池１を製造する。
【００６４】
ポリマ二次電池製造装置２０は、比較的高価なセパレータを不要とすることから、そのコストダウンが図られたポリマ二次電池１を製造する。ポリマ二次電池製造装置２０は、コア材２が正極材３と負極材４の巻芯部分にのみ存在することから、正極集電体５及び負極集電体１０に対して正極電解質７及び負極電解質１２を３０ミクロン〜４０ミクロン程度の膜厚とした製作が比較的容易でかつ高精度の正極材３や負極材４を用いることを可能とし、生産性と信頼性の向上が図られるとともにコストダウンが図られたポリマ二次電池１を製造する。
【００６５】
ポリマ二次電池製造装置２０は、巻芯部材４７にコア材２を巻回した状態でその外周部に正極材３と負極材４とを重ね合わせた状態で巻回することから、巻芯部材４７やその他の部位への粘度の高いゲル状正極電解質７やゲル状負極電解質１２の付着が抑制される。したがって、ポリマ二次電池製造装置２０は、巻芯部材４７からポリマ二次電池１を取り外す際に付着したゲル状正極電解質７やゲル状負極電解質１２の粘着力によって正極材３と負極材４の内周部が損傷されることが無い信頼性の高いポリマ二次電池１を歩留りよく製造することが可能である。ポリマ二次電池製造装置２０は、各部に付着したゲル状正極電解質７やゲル状負極電解質１２に含まれる電解質塩による腐蝕等の発生が抑制され、耐久性が向上される。
【００６６】
上述したポリマ二次電池製造装置２０を用いたポリマ二次電池１の具体的な製造工程について、以下図４乃至図１５に示した巻取り部２５における各部の動作形態図を参照して詳細に説明する。
【００６７】
ポリマ二次電池製造装置２０は、図４に示すスタンバイ位置において、コア材２が巻込みローラ機構４８の巻込みローラ５８にガイドされて巻芯部材４７の外周部に巻回された状態にある。巻芯部材４７は、不特定な姿勢にあるとともに、巻込みローラ５８及びニップローラ機構４９のニップローラ６０とが離間した位置にある。正極材３は、正極材供給ガイド機構５３のガイドローラ６５と正極材グリッパ部材６６とによって、その先端部分が挟持されている。同様に、負極材４も、負極材供給ガイド機構５５のガイドローラ６７と負極材グリッパ部材６８とによってその先端部分が挟持されている。巻芯部材４７は、正極材供給ガイド機構５３と負極材供給ガイド機構５５との中間に位置している。
【００６８】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、巻取り動作の開始に伴って、駆動ユニットＵＴが動作して負極材供給ガイド機構５５を巻芯部材４７に対応位置させる。負極材供給ガイド機構５５は、負極材グリッパ部材６８がガイドローラ６７との間で負極材４を挟持した状態のまま図５矢印で示すように巻芯部材４７側へと下降動作する。負極材４は、この負極材グリッパ部材６８の動作によって巻回始端部４ａが巻芯部材４７の外周部まで送り出される。
【００６９】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、次工程で、図６に示すように負極材４の送出し動作と巻芯部材４７に対する巻込み動作とが行われる。巻芯部材４７は、上述したように不特定な姿勢にあり、巻取り軸４６の調整動作によって同図（Ａ）矢印で示すように調整回動されて負極材４に対して平行な状態とする巻芯角度合わせが行われる。
【００７０】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、次に巻込みローラ機構４８とニップローラ機構４９とが動作される。巻込みローラ機構４８は、図６（Ｂ）矢印で示すように巻込みローラ５８を巻芯部材４７の外周部に当接させる。巻込みローラ５８は、この状態において負極材４の巻回始端部４ａを巻芯部材４７の外周部に押し付けて保持する。ニップローラ機構４９は、同様にニップローラ６０を巻芯部材４７の外周部に当接させる。
【００７１】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、負極材供給ガイド機構５５の負極材グリッパ部材６８の動作が行われる。負極材グリッパ部材６８は、負極材４が巻芯部材４７と巻込みローラ５８とによって保持された状態で、図６（Ｃ）矢印で示すようにガイドローラ６７から離間する方向に移動する。ポリマ二次電池製造装置２０においては、さらに負極材グリッパ部材６８を同図（Ｄ）矢印で示すようにスタンバイ位置へと復帰させる動作が行われる。負極材供給ガイド機構５５は、駆動ユニットＵＴが動作されることによってスタンバイ位置へと復帰する。
【００７２】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、コア材カッタ機構５２が駆動されて図７に示すようにカッタ６４によりコア材２のカッティング動作が行われる。コア材２は、コア材カッタ機構５２によってその長さが負極材４の負極活物質未塗布部１３の長さの範囲においてカッティングされる。
【００７３】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、巻取り軸４６が駆動されることによって巻芯部材４７が図８矢印で示すように反時計方向へと回転する。巻芯部材４７には、その外周部にコア材２と負極材４とが重なり合った状態で巻回される。巻芯部材４７には、上述したようにその外周部にコア材２が先に巻回された状態にあることから負極材４が直接接触することはなく、この負極材４がコア材２の外周部に巻回されることになる。したがって、ポリマ二次電池製造装置２０においては、巻芯部材４７に対する負極材４の負極電解質１２の付着が抑制される。
【００７４】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、次工程で、図９に示すように正極材３の送出し動作と巻芯部材４７に対する巻込み動作とが行われる。ポリマ二次電池製造装置２０においては、同図（Ａ）に示すように駆動ユニットＵＴの動作によって正極材供給ガイド機構５３を巻芯部材４７の上方に位置させるとともに巻込みローラ機構４８の動作によって巻込みローラ５８を巻芯部材４７から離間させる動作が行われる。また、ポリマ二次電池製造装置２０においては、正極材供給ガイド機構５３が動作することにより正極材グリッパ部材６６がガイドローラ６５との間で正極材３を挟持した状態のまま同図矢印で示すように巻芯部材４７側へと下降する動作が行われる。正極材３は、この正極材グリッパ部材６６の動作によって巻回始端部３ａが巻芯部材４７の外周部まで送り出される。
【００７５】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、同図（Ｂ）に示すように巻芯部材４７の巻芯角度合わせが行われる。巻芯部材４７は、巻取り軸４６の調整動作によって矢印で示すように調整回動されて正極材３に対して平行な状態とされる。
【００７６】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、次に巻込みローラ機構４８とニップローラ機構４９とがそれぞれ動作されることによって、同図（Ｃ）矢印で示すように巻込みローラ５８とニップローラ６０とがそれぞれ巻芯部材４７の外周部に当接する動作が行われる。巻込みローラ５８は、この状態において正極材３の巻回始端部３ａを巻芯部材４７の外周部に押し付けて保持する。ポリマ二次電池製造装置２０においては、正極材３が巻芯部材４７と巻込みローラ５８とによって保持された状態で、図９（Ｄ）矢印で示すように正極材グリッパ部材６６をガイドローラ６５から離間する方向に移動させる動作が行われる。
【００７７】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、上述した正極材３の送出し動作とともに、図１０に示すように駆動ユニットＵＴが動作して巻芯部材４７を正極材供給ガイド機構５３と負極材供給ガイド機構５５との中立位置に位置させる動作が行われる。巻芯部材４７は、この状態で同図矢印で示すように反時計方向へと回転され、その外周部に正極材３及び負極材４を互いに重ね合わせた状態で順次巻取り動作を行う。勿論、正極材３及び負極材４は、巻芯部材４７の外周部に最初に巻回されたコア材２の外周部に巻回される。
【００７８】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、正極材３及び負極材４の所定量の巻き取りを行うと、図１１に示す正極材３のカッティング動作の準備工程が行われる。ポリマ二次電池製造装置２０においては、駆動ユニットＵＴが動作して正極材供給ガイド機構５３を巻芯部材４７に対応位置させるとともに、この正極材供給ガイド機構５３によって正極材グリッパ部材６６とガイドローラ６５とを上下方向に調整移動して位置決めする動作を行う。正極材グリッパ部材６６は、同図（Ａ）に示すようにガイドローラ６５に対して接合することによって正極材３を挟み込んで固定する。また、ポリマ二次電池製造装置２０においては、この状態で正極材カッタ機構５４が正極材３の走行路中に進入させる動作が行われる。
【００７９】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、上述した一連の動作によって正極材３のカッティング位置が規定され、図１１（Ｂ）に示すように正極材カッタ機構５４が動作して正極材３のカッティングが行われる。正極材３は、正極活物質未塗布部８の範囲においてカッティングされ、この部位が次ぎの巻回始端部３ａとして構成される。ポリマ二次電池製造装置２０においては、正極材３のカッティングにおいて巻回始端部３ａに生じるカッティングバリによる内部ショートの発生を、上述したようにコア材２によって巻回始端部３ａを被覆することで抑制する。正極材３は、巻芯部材４７の外周部に当接した巻込みローラ５８とニップローラ６０とによって巻芯部材４７に対する巻回状態が保持される。
【００８０】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、上述した正極材３のカッティング動作が終了すると、図１２矢印で示すようにガイドローラ６５と正極材グリッパ部材６６とが正極材３を保持した状態のままスタンバイ位置へと復帰する動作が行われる。ポリマ二次電池製造装置２０においては、同図矢印で示すように正極材３の走行路から正極材カッタ機構５４を退避させる動作が行われる。
【００８１】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、次に負極材４のカッティング工程が行われる。ポリマ二次電池製造装置２０においては、駆動ユニットＵＴが動作して負極材供給ガイド機構５５が巻芯部材４７に対応位置されるとともに、負極材供給ガイド機構５５と負極材カッタ機構５６の動作が行われる。負極材供給ガイド機構５５は、図１３（Ａ）矢印で示すように負極材グリッパ部材６８をガイドローラ６７に接合させて負極材４を保持する。負極材供給ガイド機構５５は、この場合上下方向へと調整移動して位置決めされる。負極材カッタ機構５６は、負極材４の走行路中に進入する。
【００８２】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、上述した一連の動作によって負極材４のカッティング位置が規定され、図１３（Ｂ）に示すように負極材カッタ機構５６が動作して負極材４のカッティングが行われる。負極材４は、負極活物質未塗布部１３の範囲においてカッティングされ、この部位が次ぎの巻回始端部４ａとして構成される。ポリマ二次電池製造装置２０においては、負極材４のカッティングにおいて次の巻回始端部４ａに生じるカッティングバリによる内部ショートの発生を、上述したようにコア材２によって巻回始端部４ａを被覆することで抑制する。負極材４は、巻芯部材４７の外周部に当接した巻込みローラ５８とニップローラ６０とによってその巻回状態が保持される。
【００８３】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、巻芯部材４７が回転して上述した工程によってカッティングされた正極材３と負極材４の先端部が巻き取られることによって所定量の正極材３と負極材４とを重ね合わせ状態で巻回してなるポリマ二次電池１が製造される。ポリマ二次電池製造装置２０においては、負極材４の走行路からの負極材カッタ機構５６の退避動作が行われる。ポリマ二次電池製造装置２０においては、図１４矢印で示すように負極材供給ガイド機構５５がスタンバイ位置へと復帰する。
【００８４】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、以上の工程を経た後、巻込みローラ機構４８とニップローラ機構４９とが動作して、図１５に示すように巻芯部材４７から巻込みローラ５８とニップローラ６０とが離間する動作が行われる。ポリマ二次電池製造装置２０においては、巻芯部材４７から製造されたポリマ二次電池１の取り出しが行われる。ポリマ二次電池製造装置２０においては、上述したように正極材３と負極材４とを巻芯部材４７の外周部にコア材２を介して巻回することで粘度の高い正極電解質７、負極電解質１２が巻芯部材４７に付着されないようにしている。したがって、ポリマ二次電池１は、巻芯部材４７から取り出される際に内周部にダメージが発生することが抑制される。
【００８５】
なお、本発明は、上述したポリマ二次電池製造装置２０及びポリマ二次電池１の製造工程に限定されるものではないことは勿論である。
【００８６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明にかかるリチウムイオンポリマ二次電池によれば、負極材と正極材とが先端部を突き合わせられたコア材に対して、このコア材がその外周部位をそれぞれの内周側の極活物質未塗布部位とその外周側の極活物質塗布部位との間に介在するとともに端子部材を被覆された状態で、それぞれの巻回始端部からコア材を巻芯としてその外周部に重ね合せ状態で巻回されて構成されることから、巻芯となるコア材が負極材と正極材のゲル状電解質の電極巻取り部への付着を防止し、製造装置から取り出す際にこの付着ゲル状電解質の付着力による内周部位のダメージの発生が抑制されるとともに製造装置の耐久性を向上させるようになる。また、リチウムイオンポリマ二次電池によれば、負極材と正極材とが、極活物質未塗布部位と極活物質塗布部位との間に介在するコア部材によって、それぞれの始端部位に発生する極活物質のミックス飛びや電極端子のスリットバリに起因する内部ショートの発生が抑制されることで、信頼性の向上が図られる。
【００８７】
また、本発明にかかるリチウムイオンポリマ二次電池の製造装置及び製造方法によれば、負極材と正極材とが巻芯部材に巻回したコア材を巻芯としてその外周部に重ね合せ状態で巻回されて構成されたリチウムイオンポリマ二次電池を製造することから、電極巻取り部に電極材のゲル状電解質が直接付着することを防止し、リチウムイオンポリマ二次電池の取り出し時にゲル状電解質の粘着力によって内周部にダメージを発生させず、またゲル状電解質による巻取り軸等の腐蝕も抑制して耐久性の向上が図られる。リチウムイオンポリマ二次電池の製造装置及び製造方法によれば、負極材及び正極材がコア材に対してそれぞれの内周側の極活物質未塗布部位と外周側の極活物質塗布部位との間にコア材が介在するとともに端子部材を被覆してその外周部に重ね合わせ状態で巻回することから、負極材や正極材の始端部位に発生する極活物質のミックス飛びやスリットバリ或いは負極材や正極材の切断の際のバリ等に起因する内部ショートの発生を防止した高精度で信頼性の高いリチウムイオンポリマ二次電池を効率よく製造する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態として示すリチウムイオンポリマ二次電池の概略構成を説明する模式図である。
【図２】同リチウムイオンポリマ二次電池の製造装置を説明する概要図である。
【図３】同製造装置の巻取り部の構成説明図である。
【図４】同製造装置によるリチウムイオンポリマ二次電池の製造工程を説明する巻取り部の概要図であり、スタンバイ状態を示す。
【図５】同巻取り部の概要図であり、負極材の送出し動作工程を示す。
【図６】同巻取り部の概要図であり、負極材の巻込み動作工程を示す。
【図７】同巻取り部の概要図であり、コア材のカッティング工程を示す。
【図８】同巻取り部の概要図であり、負極材の巻込み動作工程を示す。
【図９】同巻取り部の概要図であり、正極材の送出し動作から巻込み動作工程を示す。
【図１０】同巻取り部の概要図であり、負極材と正極材との巻取り動作工程を示す。
【図１１】同巻取り部の概要図であり、正極材のカッティング工程を示す。
【図１２】同巻取り部の概要図であり、正極材カッティング機構の復帰工程を示す。
【図１３】同巻取り部の概要図であり、負極材のカッティング工程を示す。
【図１４】同巻取り部の概要図であり、スタンバイ位置復帰工程を示す。
【図１５】同巻取り部の概要図であり、リチウムイオンポリマ二次電池の取出し工程を示す。
【図１６】スタック型ポリマ二次電池の構成説明図であり、同図（Ａ）は単セルを示し、同図（Ｂ）は全体図を示す。
【図１７】セパレータ型ポリマ二次電池の構成説明図である。
【図１８】コアレス型ポリマ二次電池の構成説明図である。
【符号の説明】
１ ポリマ二次電池（リチウムイオンポリマ二次電池）、２ コア材、３ 正極材、３ａ 巻回始端部、４ 負極材、４ａ 巻回始端部、５ 正極集電体、６ 正極活物質、７ 正極電解質、８ 正極活物質未塗布部、９ 正極端子部材、１０ 負極集電体、１１ 負極活物質、１２ 負極電解質、１３ 負極活物質未塗布部、１４ 負極端子部材、２０ ポリマ二次電池製造装置、２２ コア材供給部、２３ 正極材供給部、２４ 負極材供給部、２５ 巻取り部、２７ コア材供給ロール、３１ 正極材供給ロール、３９ 負極材供給ロール、４６ 巻取り軸、４７ 巻芯部材、４８ 巻込みローラ機構、４９ ニップローラ機構、５１ コア材供給ガイド機構、５２ コア材カッタ機構、５３ 正極材供給ガイド機構、５４ 正極材カッタ機構、５５ 負極材供給ガイド機構、５６ 負極材カッタ機構、５８ 巻込みローラ、６０ ニップローラ、６６ 正極材グリッパ部材、６８ 負極材グリッパ部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯状集電体に極活物質とゲル状電解質とを塗布してなる負極材と正極材とを重ね合せ状態で巻回してなるリチウムポリマ二次電池及びその製造装置並びに製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば携帯型電子機器等においては、一般にその電源として繰り返し充電が可能であるとともに小型で大容量が得られるリチウムイオン二次電池が用いられている。携帯型電子機器等においては、多機能化或いは長時間の使用等に伴う電源容量の確保とともに小型軽量化による携帯性の向上等を目的から、リチウムイオン二次電池よりもさらに小型化が図られるとともに安全性の高い二次電池の要求が高い。
【０００３】
かかる二次電池としては、リチウムイオンポリマ二次電池（以下、単にポリマ二次電池と称する。）が注目されている。ポリマ二次電池は、電解液に、これに相溶する高分子材料、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）やポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）が混合されることによってゲル状化された電解質が用いられる。ポリマ二次電池は、素材にこのゲル状電解質を塗布することによって負極材や正極材を構成し、これら負極材と正極材とを適宜重ね合わせることによって構成されている。
【０００４】
ポリマ二次電池としては、負極材と正極材との重ね合せ構造によって区別された種々のタイプが提案されている。ポリマ二次電池は、例えば図１６に示したスタック型ポリマ二次電池１００や、図１７に示したセパレータ巻回型ポリマ二次電池１１０或いは図１８に示したコアレス巻回型ポリマ二次電池１３０、図示しないが負極材と正極材とを積層した後にこれをつづら折りしてなるつづら折り型ポリマ二次電池等が提案されている。
【０００５】
スタック型ポリマ二次電池１００は、平板上で、所定の外形形状に形成された正極材１０１と負極材１０２とを、ゲル状電解質１０３を介して重ね合わされることによって、図１６（Ａ）に示した単セル１０４が構成されてなる。正極材１０１は、アルミニウム箔等のフィルム材によって所定の外形形状に形成された正極集電体１０５と、この正極集電体１０５の主面に塗布された正極活物質１０６とからなる。負極材１０２は、銅箔等のフィルム材によって正極集電体１０５よりもやや大きな外形形状に形成された負極集電体１０７と、この負極集電体１０７の主面に塗布された負極活物質１０８とからなる。
【０００６】
スタック型ポリマ二次電池１００は、図１６（Ｂ）に示すように上述した複数個の単セル１０４Ａ乃至１０４Ｎが厚み方向に重ね合わせて構成されてなり、大容量化が図られている。なお、スタック型ポリマ二次電池１００は、例えば大形の負極材１０２がその外周部を電池缶と接続され、正極材１０１が図示しない接続構造を介して正極端子部材と接続されて構成されている。
【０００７】
セパレータ巻回型ポリマ二次電池１１０は、液状電解質が用いられるリチウムイオン二次電池と同様に、帯状の正極材１１１と負極材１１２とをセパレータ１１３を介して渦巻き状に巻回して構成されてなる。正極材１１１は、アルミニウム箔等の帯状フィルム材からなる正極集電体１１４と、この正極集電体１１４の主面上に塗布された正極活物質１１５とからなる。正極材１１１には、最内周部の正極集電体１１４に正極外部端子１１６が接合されている。
【０００８】
負極材１１２は、銅箔等の帯状フィルム材からなる負極集電体１１７と、この負極集電体１１７の主面に塗布された負極活物質１１８とからなる。負極材１１２には、最内周部の負極集電体１１７に負極外部端子１１９が接合されている。セパレータ１１３は、リチウムイオンを通過させる多孔質の帯状合成樹脂フィルム、例えばポリプロピレンフィルムやポリエチレンによって形成され、正極材１１１と負極材１１２とに挟み込まれている。
【０００９】
セパレータ巻回型ポリマ二次電池１１０は、正極材１１１の正極活物質１１５上にゲル状の正極電解質１２０が塗布されるとともに、負極材１１２の負極活物質１１８上にゲル状の負極電解質１２１とが塗布されている。勿論、正極電解質１２０と負極電解質１２１とは、同一材料によって形成されてなる。セパレータ巻回型ポリマ二次電池１１０は、セパレータ１１３が図１７に示すようにその始端部によって巻芯部を構成して正極材１１１と負極材１１２とを多層に巻回することにより、大容量化が図られている。なお、正極電解質１２０と負極電解質１２１とは、多孔質性のセパレータ１１３を介して正極材１１１と負極材１１２との電界作用を奏する。
【００１０】
コアレス巻回型ポリマ二次電池１３０は、上述したセパレータ巻回型ポリマ二次電池１１０と比較して、セパレータ１１３を用いずに巻芯１３１の外周部に正極材１３２と負極材１３３とを渦巻き状に巻回して構成したものである。巻芯１３１は、図１８に示すように略楔状の断面を有する一対の巻芯１３１ａ、１３１ｂからなり、図示しない駆動機構によって回転されてその外周部に正極材１３２と負極材１３３とが所定のテンションを以って巻回される。
【００１１】
正極材１３２は、上述した各正極材と同様にアルミニウム箔等の帯状フィルム材からなる正極集電体１３４と、この正極集電体１３４の主面上に塗布された正極活物質１３５と、この正極活物質１３５及び正極集電体１３４上に塗布されたゲル状の正極電解質１３６とからなる。正極材１３２には、最内周部の正極集電体１３４に正極外部端子１３７が接合されている。負極材１３３は、銅箔等の帯状フィルム材からなる負極集電体１３８と、この負極集電体１３８の主面に塗布された負極活物質１３９と、この負極活物質１３９上に塗布されたゲル状の負極電解質１４０とからなる。負極材１３３には、最内周部の負極集電体１３８に負極外部端子１４１が接合されている。コアレス巻回型ポリマ二次電池１３０は、正極材１３２と負極材１３３とを高密度で巻回することから、体積エネルギー密度の向上が図られる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したスタック型ポリマ二次電池１００においては、正極材１０１や負極材１０２がプレス加工によって形成されるが、高精度の加工を行うことが難しく、またこれら正極材１０１と負極材１０２とを平板上に高精度に位置決めすることが難しいといった問題があった。また、スタック型ポリマ二次電池１００は、正極材１０１及び負極材１０２とに対して正極端子部材及び負極端子部材とがそれぞれ集電溶接によって接続されるが、高精度に接続することが難しいといった問題があった。したがって、スタック型ポリマ二次電池１００は、歩留りや量産性が悪いといった問題があった。
【００１３】
また、セパレータ巻回型ポリマ二次電池１１０は、上述したように液状電解質を用いたリチウムイオン二次電池の製造工程の転用を図ることができるが、リチウムイオンを通過させる多孔質性のセパレータ１１３の生産性が悪いとともに比較的高価であるといった問題があった。セパレータ巻回型ポリマ二次電池１１０は、セパレータ１１３を用いることで、その膜厚分正極材１１１と負極材１１２との極間間隔が大きくなる。
【００１４】
セパレータ巻回型ポリマ二次電池１１０は、この極間間隔を小さくするためには正極材１１１と負極材１１２とに対して、ゲル状の正極電解質１２０と負極電解質１２１とをそれぞれ薄厚で塗布する必要がある。しかしながら、正極電解質１２０及び負極電解質１２１は、粘度が高いために、これを２０ミクロン以下の厚みで均一に塗布することは極めて困難であり、歩留りや生産性が悪いといった問題があった。
【００１５】
さらに、コアレス巻回型ポリマ二次電池１３０においても、上述したように体積エネルギー密度特性に優れているが、巻芯１３１に正極電解質１３６や負極電解質１４０が付着してしまう。このため、コアレス巻回型ポリマ二次電池１３０は、正極電解質１３６或いは負極電解質１４０が剥がれて損傷し、内部ショートが発生するといった問題があった。また、コアレス巻回型ポリマ二次電池１３０は、正極電解質１３６或いは負極電解質１４０に電解質塩が混合されていることから、その付着によって巻芯１３１等が腐蝕し製造装置の耐久性を劣化させるといった問題があった。
【００１６】
ところで、ポリマ二次電池は、正極材或いは負極材の電極材にそれぞれ端子部材を接続するために、集電体に対して端子接続部を残して極活物質が間欠的に塗布される。ポリマ二次電池においては、極活物質の塗始め部位と塗終り部位とがスムーズに形成されずに飛びが発生していわゆるミックス飛びと称される汚れが生じる。ポリマ二次電池は、このミックス飛びに起因してゲル状電解質が突き破られて内部ショートが発生するといった問題があった。
【００１７】
したがって、本発明は、生産性、信頼性が向上されるとともに高性能のリチウムイオンポリマ二次電池を提供することを目的に提案されたものである。また、本発明は、高精度かつ高性能のリチウムイオンポリマ二次電池を効率よくかつ低コストで製造するリチウムイオンポリマ二次の電池製造装置並びにその製造方法を提供することを目的に提案されたものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明にかかるリチウムイオンポリマ二次電池は、それぞれ帯状集電体に極活物質とゲル状電解質とを塗布してなる負極材と正極材が、コア材を巻芯としてその外周部に重ね合せ状態で巻回されてなる。リチウムイオンポリマ二次電池は、負極材が、巻回始端部を構成する一端側から所定長さ部位が負極活物質層を形成しない負極活物質未塗布部位として構成されるとともに、負極活物質未塗布部位に負極端子部材が接合されてなる。リチウムイオンポリマ二次電池は、正極材が、巻回始端部を構成する一端側から所定長さ部位が正極活物質層を形成しない正極活物質未塗布部位として構成されるとともに、正極活物質未塗布部位に正極端子部材が接合されてなる。リチウムイオンポリマ二次電池は、コア材が、高分子合成樹脂フィルムを素材として負極材及び正極材とほぼ同幅でありかつそれぞれの負極活物質未塗布部位及び正極活物質未塗布部位よりも長尺に形成された一対の帯状体からなる。
【００１９】
以上のように構成された本発明にかかるリチウムイオンポリマ二次電池によれば、負極材と正極材とが、先端部を突き合わせられたコア材に対して、これらコア材がその外周部位をそれぞれの内周側の極活物質未塗布部位とその外周側の極活物質塗布部位との間に介在するとともに負極端子部材と正極端子部材を被覆された状態で、それぞれの巻回始端部からコア材を巻芯としてその外周部に重ね合せ状態で巻回されて構成される。リチウムイオンポリマ二次電池によれば、巻芯となるコア材が負極材と正極材のゲル状電解質の電極巻取り部への付着を防止し、巻取り装置から取り出す際にゲル状電解質の付着力による内周部位のダメージの発生が抑制されるようにするとともに装置の耐久性を向上させる。リチウムイオンポリマ二次電池によれば、負極材と正極材とが、極活物質未塗布部位と極活物質塗布部位との間に介在するコア部材によって、それぞれの始端部位に発生する極活物質のミックス飛びや電極端子のスリットバリに起因する内部ショートの発生が抑制され、信頼性の向上が図られる。
【００２０】
上述した目的を達成する本発明にかかるリチウムイオンポリマ二次電池の製造装置は、負極材を供給する負極材供給機構と、正極材を供給する正極材供給機構と、コア材を供給するコア材供給機構と、コア材供給機構から供給されたコア材を巻芯部材に巻回して巻芯としてその外周部に負極材供給機構から供給された負極材と正極材供給機構から供給された正極材を重ね合せ状態で巻回する電極材巻取機構とを備える。リチウムイオンポリマ二次電池の製造装置は、負極材供給機構が、帯状の負極集電体に負極活物質とゲル状負極電解質とを塗布してなり、巻回始端部を構成する一端側から所定長さ部位が負極活物質層を形成しない負極活物質未塗布部位として構成されるとともに負極活物質未塗布部位に負極端子部材が接合されてなる負極材を電極材巻取機構に供給する。リチウムイオンポリマ二次電池の製造装置は、正極材供給機構が、帯状の正極集電体に正極活物質とゲル状正極電解質とを塗布してなり、巻回始端部を構成する一端側から所定長さ部位が正極活物質層を形成しない正極活物質未塗布部位として構成されるとともに正極活物質未塗布部位に正極端子部材が接合されてなる正極材を電極材巻取機構に供給する。リチウムイオンポリマ二次電池の製造装置は、コア材供給機構が、高分子合成樹脂フィルムを素材として負極材及び正極材とほぼ同幅でありかつそれぞれの負極活物質未塗布部位及び正極活物質未塗布部位よりも長尺に形成された一対の帯状体からなるコア材を電極材巻取機構に供給する。リチウムイオンポリマ二次電池の製造装置は、電極材巻取機構が、巻芯部材を設けた巻取り軸を有し、巻芯部材の外周部にコア供給機構から供給された一対のコア材を先端部を突き合わせて巻回するとともに所定の長さで切断して巻芯となすとともに、これらコア材の外周部に巻回始端部を繰り出し側として負極材供給機構から供給された負極材と巻回始端部を繰り出し側として正極材供給機構から供給された正極材とを重ね合せ状態で巻回する。
【００２１】
以上のように構成された本発明にかかるリチウムイオンポリマ二次電池の製造装置は、電極材巻取機構において、巻芯部材の外周部にコア材供給機構から供給された一対のコア材を先端部を突き合わせて巻回するとともに所定の長さで切断する。リチウムイオンポリマ二次電池の製造装置は、電極材巻取機構において、負極材供給機構から供給されて巻芯となるコア材の外周部に巻回される負極材が、一方のコア材の外周部位が内周側の負極活物質未塗布部位とその外周側の負極活物質塗布部位との間に介在するとともに負極端子部材を被覆された状態とされて、それぞれの巻回始端部からコア材の外周部に巻回される。リチウムイオンポリマ二次電池の製造装置は、正極材供給機構から供給されて巻芯となるコア材の外周部位に巻回される正極材が、他方のコア材の外周部位が内周側の正極活物質未塗布部位とその外周側の正極活物質塗布部位との間に介在するとともに正極端子部材を被覆された状態とされて、それぞれの巻回始端部からコア材の外周部に負極材と重ね合せ状態で巻回される。
【００２２】
以上のように構成された本発明にかかるリチウムイオンポリマ二次電池の製造装置によれば、巻芯部材に対してコア材を巻回して負極材と正極材の巻芯とすることにより、電極巻取り部を構成する巻芯部材や巻取り軸に負極材或いは正極材のゲル状電解質が直接付着することを防止し、リチウムイオンポリマ二次電池の取り出し時にゲル状電解質の付着力による内周部位のダメージの発生を抑制して信頼性の高いリチウムイオンポリマ二次電池を製造する。さらに、リチウムイオンポリマ二次電池の製造装置によれば、付着したゲル状電解質により巻芯部材や巻取り軸等が腐蝕して耐久性が劣化することも無い。また、リチウムイオンポリマ二次電池の製造装置によれば、負極材及び正極材がそれぞれの内周側の極活物質未塗布部位と外周側の極活物質塗布部位との間にコア材が介在するようにしてコア材の外周部に巻回するとともに、端子部材を被覆したリチウムイオンポリマ二次電池を製造することから、負極材や正極材の始端部位に発生する極活物質のミックス飛びやスリットバリに起因する内部ショートの発生を防止した高精度で信頼性の高いリチウムイオンポリマ二次電池を効率よく製造する。
【００２３】
さらに、上述した目的を達成する本発明にかかるリチウムイオンポリマ二次電池の製造方法は、上述した負極材供給機構と正極材供給機構とコア材供給機構と電極材巻取機構とを備えるリチウムイオンポリマ二次電池の製造装置が用いられる。リチウムイオンポリマ二次電池の製造方法は、製造装置の電極材巻取機構において、巻芯部材の外周部にコア材供給機構から供給された一対のコア材をそれぞれの先端部を突き合わせて巻回するとともに所定の長さで切断して巻芯となすコア材巻回工程と、巻芯をなすコア材に対してその外周部が内周側の負極活物質未塗布部位とその外周側の負極活物質塗布部位との間に介在するとともに負極端子部材を被覆されて巻回する負極材巻回工程と、巻芯をなすコア材に対してその外周部が内周側の正極活物質未塗布部位とその外周側の正極活物質塗布部位との間にコア材が介在するとともに正極端子部材を被覆されて負極材と重ね合せ状態で巻回する正極材巻回工程とを施してリチウムイオンポリマ二次電池を製造する。
【００２４】
したがって、本発明にかかるリチウムイオンポリマ二次電池の製造方法によれば、電極巻取り部を構成する巻芯部材や巻取り軸に負極材或いは正極材が直接巻回されないためにゲル状電解質が付着することは無く、電極材の巻回操作終了後に巻取り軸からリチウムイオンポリマ二次電池を取り外す際にゲル状電解質の粘着力によって内周部にダメージが発生するといった不都合を生じさせることは無く信頼性の高いリチウムイオンポリマ二次電池を製造する。
【００２５】
また、リチウムイオンポリマ二次電池の製造方法は、負極材及び正極材が、それぞれの内周側の極活物質未塗布部位と外周側の極活物質塗布部位との間にコア材が介在するようにしてコア材の外周部に重ね合わせ状態で巻回するとともに、端子部材を被覆したリチウムイオンポリマ二次電池を製造することから、負極材や正極材の始端部位に発生する極活物質のミックス飛びやスリットバリに起因する内部ショートの発生を防止した高精度で信頼性の高いリチウムイオンポリマ二次電池を効率よく製造される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した本発明の実施の形態について詳細に説明する。実施の形態として示したリチウムイオンポリマ二次電池（以下、ポリマ二次電池と略称する。）１は、詳細を後述するポリマ二次電池製造装置２０によって製造される。ポリマ二次電池１は、図１に示すように、コア材２を巻芯としてその外周部に正極材３と負極材４とが重ね合わせ状態で巻回されて構成される。コア材２は、ポリプロピレン（ＰＰ）フィルムやポリエチレン（ＰＥ）フィルム或いは他のポリオレフィン系高分子樹脂フィルムを材料とし、正極材３や負極材４とほぼ同幅の帯状素材が用いられる。
【００２７】
コア材２は、詳細を後述するように、ポリマ二次電池製造装置２０内で所定の長さに切断される。コア材２は、セパレータ巻回型ポリマ二次電池のセパレータと同等の素材であるが、リチウムイオンを通過させる機能を有する必要が無いので多孔質でなくてもよく廉価である。コア材２は、図１に示すように正極材３と負極材４のそれぞれの巻回始端部３ａ、４ａの最内周部に位置するようにして一対が用いられている。一対のコア材２ａ、２ｂは、その先端部が互いに突き合わされている。
【００２８】
正極材３は、アルミニウム箔等の帯状フィルム材からなる正極集電体５と、この正極集電体５の両面上に成膜された正極活物質６と、この正極活物質６及び正極集電体５の表面上に塗布されたゲル状の正極電解質７とからなる。正極材３は、詳細を後述するようにポリマ二次電池製造装置２０内で所定の位置において切断され、ここを巻回始端部３ａとしてコア材２の外周部に所定の長さ分巻回される。
【００２９】
正極活物質６には、例えばリチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ2）や、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ2）或いはリチウムマンガン酸化物（ＬｉＭｎ2Ｏ4）等が用いられる。正極活物質６は、これら材料にカーボン等の導電材とバインダ及び溶剤とが混合され、これが正極集電体５上に均一に塗布されてなる。遷移金属元素は、１種類に限定されず、例えばＬｉＮｉＯ0.5Ｃｏ0.5Ｏ2等のように２種類以上のものも使用可能である。
【００３０】
また、正極活物質６には、例えばバインダとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、溶媒としてｎーメチルピロリドン（ＮＭＰ）が用いられる。正極活物質６は、これら素材を混合してスラリー状とし、例えばドクターブレード法等によって正極集電体５上に均一の厚みで塗布される。正極活物質６は、高温乾燥処理によってＮＭＰが飛ばされ、さらにロールプレスによる加圧処理が施されて高密度化が図られて正極集電体５上に成膜形成される。
【００３１】
正極電解質７は、高分子材料と電解液と電解質塩とが混合されてゲル状化されてなる。正極電解質７は、高分子マトリックス内に電解液が分散された状態であればよく、電解液量の制限は特に無い。高分子材料は、電解液に相溶する性質を有し、例えばポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエーテル系高分子、ＰＶｄＦ、スチレンブタジエンゴム等が用いられる。電解液は、高分子材料を分散可能とし、非プロトン性溶媒として例えばエチレンカーボネート（ＥＣ）やプロピレンカーボネート（ＰＣ）或いはブチレンカーボネート（ＢＣ）等が用いられる。溶媒は、１種類ばかりでなく２種類以上を適宜混合して使用してもよい。
【００３２】
電解質塩には、溶媒に対して相溶するものが用いられ、カチオンとアニオンとが組み合わされてなる。カチオンには、アルカリ金属やアルカリ土類金属が用いられる。アニオンには、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＳＣＮ−、ＣｌＯ4 −、ＢＦ4 −、ＰＦ6 −、ＣＦ3ＳＯ3 −、等が用いられる。電解質塩としては、六フッ化リン酸リチウムや四フッ化ホウ酸リチウムが挙げられ、電解液に溶解可能な濃度であればよい。
【００３３】
正極材３は、図１に示すように後述するポリマ二次電池製造装置２０によってコア材２の外周部に巻回される際に始端側となる巻回始端部３ａから所定の長さ領域が、正極集電体５の表面上に正極活物質６が塗布されていない正極活物質未塗布部８として構成されている。正極材３には、巻回始端部３ａに位置して正極端子部材９が接合されている。正極端子部材９は、例えばアルミニウムやニッケル等の金属導線を網目状に織ったものが用いられる。正極端子部材９は、最内周部から外方へと引き出される。
【００３４】
負極材４は、銅箔等の帯状フィルム材からなる負極集電体１０と、この負極集電体１０の両面上に成膜された負極活物質１１と、この負極活物質１１及び負極集電体１０の表面上に塗布されたゲル状の負極電解質１２とからなる。負極材４は、詳細を後述するようにポリマ二次電池製造装置２０内で所定の位置において切断され、ここを巻回始端部４ａとしてコア材２の外周部に所定の長さ分巻回される。
【００３５】
負極活物質１１には、例えばグラファイトや難黒鉛化炭素或いは易黒鉛化炭素等の炭素材料が用いられる。負極活物質１１は、この炭素材料に対して、バインダとしてＰＶｄＦ、溶剤としてＮＭＰを加えてスラリー状とし、例えばドクターブレード法等によって負極集電体１０上に均一の厚みで塗布される。負極活物質１１は、高温乾燥処理によってＮＭＰが飛ばされ、さらにロールプレスによる加圧処理が施されて高密度化が図られて負極集電体１０上に成膜形成される。なお、負極電解質１２は、上述した正極電解質７と同一であるからその説明を省略する。
【００３６】
負極材４は、図１に示すように後述するポリマ二次電池製造装置２０によってコア材２の外周部に巻回される際に始端側となる巻回始端部４ａから所定の長さ領域が、負極集電体１０の表面上に負極活物質１１が塗布されていない負極活物質未塗布部１３として構成されている。負極材４には、巻回始端部４ａに位置して負極端子部材１４が接合されている。負極端子部材１４は、例えば銅やニッケル等の金属導線を網目状に織ったものが用いられる。負極端子部材１４は、最内周部から外方へと引き出される。
【００３７】
ポリマ二次電池１は、図１に示すように一方のコア材２ａを巻芯として上述した正極材３が時計方向に渦巻き状に巻回され、また他方のコア材２ｂを巻芯として上述した負極材４が時計方向に渦巻き状に巻回されてなる。ポリマ二次電池１は、コア材２ａが正極材３に対して正極活物質未塗布部８の内周部に位置されて正極端子部材９を被覆した状態となっている。コア材２ａは、正極材３の先端部を被覆した状態となっている。同様に、ポリマ二次電池１は、コア材２ｂが負極材４に対して負極活物質未塗布部１３の内周部に位置されて負極端子部材１４を被覆した状態となっている。コア材２ｂは、負極材４の先端部を被覆した状態となっている。
【００３８】
以上のように構成されたポリマ二次電池１は、正極端子部材９や負極端子部材１４がコア材２によって被覆されることから、これら端子部材のスリットバリ等による正極材３と負極材４との内部ショートの発生が抑制される。ポリマ二次電池１は、正極材３と負極材４の先端部をコア材２によって被覆することから、これらを切断した際に生じたバリ等による正極材３と負極材４との内部ショートの発生が抑制される。
【００３９】
正極材３及び負極材４は、それぞれの巻回始端部３ａ、４ａに正極端子部材９及び負極端子部材１４を接合するためにそれぞれ正極活物質未塗布部８及び負極活物質未塗布部１３が構成されている。正極材３及び負極材４には、これら正極活物質未塗布部８及び負極活物質未塗布部１３にミックス飛び等が生じている。ポリマ二次電池１は、正極活物質未塗布部８及び負極活物質未塗布部１３をコア材２によって被覆することから、ミックス飛びによる内部ショートの発生が抑制される。
【００４０】
ポリマ二次電池１は、コア材２を正極材３と負極材４との巻芯を構成するに足る長さとしている。したがって、ポリマ二次電池１は、正極材３と負極材４が、正極集電体５と負極集電体１０にそれぞれ正極活物質６と負極活物質１１及び正極電解質７と負極電解質１２が塗布された領域を重ね合わせる電池領域が充分に確保される。ポリマ二次電池１は、この電池領域にはコア材２が存在しないので、セパレータを介在させる場合と比較して正極材３と負極材４との間隔が狭く構成される。ポリマ二次電池１は、正極材３と負極材４とが正極集電体５と負極集電体１０に対してそれぞれ正極電解質７と負極電解質１２を３０ミクロン〜４０ミクロン程度の膜厚で形成すればよい。したがって、ポリマ二次電池１は、正極材３及び負極材４の正極集電体５と負極集電体１０に対する正極電解質７と負極電解質１２の塗布工程が容易かつ高精度化されることから、生産性と信頼性の向上が図られるようになる。
【００４１】
ポリマ二次電池１は、図２及び図３に概略の構成を図示したポリマ二次電池製造装置２０によって製造される。ポリマ二次電池製造装置２０は、機器ベース２１にそれぞれ配設された、コア材供給部２２と、正極材供給部２３と、負極材供給部２４と、巻取り部２５等の各部によって構成されている。ポリマ二次電池製造装置２０は、コア材供給部２２から供給されるコア材２と、正極材供給部２３から供給される正極材３と、負極材供給部２４から供給される負極材４とを巻取り部２５において後述する巻き取り操作を施してポリマ二次電池１を製造する。
【００４２】
コア材供給部２２は、図２において機器ベース２１のほぼ中央下方部に設けたコア材供給軸２６に、所定幅に裁断されたコア材２を巻回したコア材供給ロール２７が装着されてなる。コア材供給部２２には、コア材供給ロール２７から繰り出されたコア材２に対して所定の走行テンションを付与するコア材ダンサローラ機構２８と、後述する巻取り部２５に対するコア材２の供給動作とこれを所定の長さに調整切断するコア材供給制御機構２９等が備えられて構成される。
【００４３】
正極材供給部２３は、図２において機器ベース２１の右側領域に配置されており、層間に離型紙３０を介挿して正極材３を巻回した正極材供給ロール３１が装着される正極材供給軸３２と、正極材供給ロール３１から離型紙３０と正極材３とを分離しながら繰り出させる正極材供給機構３３と、分離された離型紙３０を所定の巻取りテンションを付与する離型紙ダンサローラ機構３４を介して巻き取る離型紙巻取りロール３５とを備えている。また、正極材供給部２３は、繰り出された正極材３を巻取り部２５へと導く多数個のガイドローラ等によって構成される走行ガイド機構３６と、正極材３に所定の走行テンションを付与する正極材ダンサローラ機構３７とが備えられて構成される。
【００４４】
負極材供給部２４は、図２において機器ベース２１の左側領域に配置されており、層間に離型紙３８を介挿して負極材４を巻回した負極材供給ロール３９が装着される負極材供給軸４０と、負極材供給ロール３９から離型紙３８と負極材４とを分離しながら繰り出させる負極材供給機構４１と、分離された離型紙３８を所定の巻取りテンションを付与する離型紙ダンサローラ機構４２を介して巻き取る離型紙巻取りロール４３とを備えている。負極材供給部２４は、繰り出された負極材４を巻取り部２５へと導く多数個のガイドローラ等によって構成される走行ガイド機構４４と、負極材４に所定の走行テンションを付与する負極材ダンサローラ機構４５とが備えられて構成される。
【００４５】
巻取り部２５は、図２において機器ベース２１の中央上部に配置されており、図３に示すように図示しない回転駆動機構によって回転駆動されるとともに円周軌道Ｌ上を周回動作される巻取り軸４６と、この巻取り軸４６の先端部に取り付けられた巻芯部材４７と、巻込みローラ機構４８と、ニップローラ機構４９等を備えている。巻取り部２５は、上述した各部を回転基盤５０に搭載する。巻取り部２５には、この回転基盤５０の外周部にコア材２のコア材供給ガイド機構５１及びコア材カッタ機構５２が配設されるとともに、正極材３の正極材供給ガイド機構５３及び正極材カッタ機構５４と、負極材４の負極材供給ガイド機構５５及び負極材カッタ機構５６とが駆動ユニットＵＴに搭載されて配設されている。
【００４６】
駆動ユニットＵＴは、後述する巻取り操作に際して正極材供給ガイド機構５３と負極材供給ガイド機構５５とを図２において左右方向へと切換移動させる。正極材供給ガイド機構５３及び負極材供給ガイド機構５５は、これによって巻芯部材４７に対して選択的に対応位置される。なお、巻取り部２５は、図２において上方位置を後述する巻取り操作に際してのスタンバイ位置とし、このスタンバイ位置にニップローラ機構４９が配置されている。また、これら正極材供給ガイド機構５３及び負極材供給ガイド機構５５は、スタンバイ位置において巻芯部材４７に対して等間隔に対向位置される。
【００４７】
巻芯部材４７は、図３に示すように全体略楔状を呈する一対の部材４７ａ、４７ｂを組み合わせてなり、全体略紡錘形を呈している。巻芯部材４７には、詳細を後述するように、その外周部に所定量のコア材２が巻回された状態において正極材３と負極材４とが重ね合わされた状態で巻回される。
【００４８】
巻込みローラ機構４８は、巻取り軸４６に対応して円周軌道Ｌ上を周回動作され、Ｌ字状のブラケット部材５７に対して巻込みローラ５８が回転自在に支持されている。巻込みローラ機構４８は、詳細を後述するように巻込みローラ５８が巻芯部材４７に対して接離動作するようにブラケット部材５７が図示しない駆動機構によって揺動動作される。巻込みローラ機構４８は、後述するように巻込みローラ５８の外周部にコア材２を掛け合わせて巻芯部材４７の外周部へと導く作用を奏する。巻込みローラ機構４８は、正極材供給ガイド機構５３から供給された正極材３を巻芯部材４７の外周部に巻き込ませる作用を奏する。巻込みローラ機構４８は、負極材供給ガイド機構５５から供給された負極材４を巻芯部材４７の外周部に巻き込ませる作用を奏する。
【００４９】
ニップローラ機構４９は、シリンダ５９と、ニップローラ６０等によって構成され、図３に示すように巻芯部材４７に対して巻込みローラ機構４８と対向した位置に配置されている。ニップローラ機構４９は、シリンダ５９が動作することによってニップローラ６０を巻芯部材４７に対して接離動作させる。ニップローラ機構４９は、正極材供給ガイド機構５３から供給された正極材３を巻芯部材４７の外周部に巻き込ませる作用を奏する。ニップローラ機構４９は、負極材供給ガイド機構５５から供給された負極材４を巻芯部材４７の外周部に巻き込ませる作用を奏する。
【００５０】
コア材供給ガイド機構５１は、複数個のガイドローラや図示しない可動型のテンションローラ等によって構成され、コア材２に対して所定のテンションを付与した状態で巻芯部材４７へと走行ガイドさせる。コア材供給ガイド機構５１は、後述するコア材カッタ機構５２に対応して配設されたガイドプレート６１が備えられている。
【００５１】
コア材カッタ機構５２は、図３に示すように巻取り部２５のスタンバイ位置に対応位置されている。コア材カッタ機構５２は、同図に示すようにコア材供給ガイド機構５１のガイドプレート６１に対向位置されたニップローラ６２と、このニップローラ６２をガイドプレート６１に対して接離動作させるシリンダ６３と、ニップローラ６２とともにシリンダ６３によって駆動されるカッタ６４等の部材によって構成されている。
【００５２】
コア材カッタ機構５２は、後述するようにコア材２が巻芯部材４７に対して所定の長さ分巻き込まれた状態において、シリンダ６３が動作してニップローラ６２とカッタ６４とをガイドプレート６１側へと移動させる。コア材カッタ機構５２は、ニップローラ６２とガイドプレート６１との間でコア材２を挟持した状態で、カッタ６４によってコア材２を切断する。
【００５３】
正極材供給ガイド機構５３は、ガイドローラ６５と、正極材グリッパ部材６６等の部材によって構成され、スタンバイ位置において巻芯部材４７の上方右側に位置して配置されている。正極材供給ガイド機構５３は、上述したように駆動ユニットＵＴによってスタンバイ位置と巻芯部材４７の上方位置とに切換位置される。正極材グリッパ部材６６は、図示しない駆動機構によってガイドローラ６５に対して接離動作されるとともに供給方向に対してスライド動作される。正極材供給ガイド機構５３は、後述するように正極材グリッパ部材６６が動作されてガイドローラ６５との間で正極材３を挟持した状態でスライド動作されることによって、正極材３を巻芯部材４７の外周部に送り込む作用を奏する。
【００５４】
正極材カッタ機構５４は、正極材供給ガイド機構５３と巻芯部材４７との間に配置されており、詳細を省略するがカッタと押えプレート等の部材によって構成されている。正極材カッタ機構５４は、巻芯部材４７に対して所定量の正極材３の巻取り操作が行われた場合に駆動されて、正極材３を切断する。正極材カッタ機構５４は、この場合、正極材供給部２３の供給動作に基づいて制御され、正極材３の正極活物質未塗布部８で正極材３の切断動作を行う。
【００５５】
負極材供給ガイド機構５５は、ガイドローラ６７と、負極材グリッパ部材６８等の部材によって構成され、スタンバイ位置において巻芯部材４７の上方左側に位置して配置されている。負極材供給ガイド機構５５は、上述したように駆動ユニットＵＴによってスタンバイ位置と巻芯部材４７の上方位置とに切換位置される。負極材グリッパ部材６８は、図示しない駆動機構によってガイドローラ６７に対して接離動作されるとともに供給方向に対してスライド動作される。負極材供給ガイド機構５５は、後述するように負極材グリッパ部材６８が動作されてガイドローラ６７との間で負極材４を挟持した状態でスライド動作されることによって、負極材４を巻芯部材４７の外周部に送り込む作用を奏する。
【００５６】
負極材カッタ機構５６は、負極材供給ガイド機構５５と巻芯部材４７との間に配置されており、詳細を省略するがカッタと押えプレート等の部材によって構成されている。負極材カッタ機構５６は、巻芯部材４７に対して所定量の負極材４の巻取り操作が行われた場合に駆動されて、負極材４を切断する。負極材カッタ機構５６は、この場合、負極材供給部２４の供給動作に基づいて制御され、負極材４の負極活物質未塗布部１３で負極材４の切断動作を行う。
【００５７】
以上のように構成されたポリマ二次電池製造装置２０においては、コア材供給部２２のコア材供給軸２６にコア材供給ロール２７がセットされ、このコア材供給ロール２７から引き出されたコア材２がコア材ダンサローラ機構２８、コア材供給制御機構２９を介してコア材供給ガイド機構５１へと供給される。ポリマ二次電池製造装置２０においては、正極材供給部２３の正極材供給軸３２に正極材供給ロール３１がセットされ、この正極材供給ロール３１から引き出された正極材３が正極材供給機構３３へと供給される。
【００５８】
正極材３は、正極材供給機構３３において離型紙３０が剥離され、走行ガイド機構３６、正極材ダンサローラ機構３７を介して正極材供給ガイド機構５３へと供給される。離型紙３０は、正極材供給機構３３において正極材３から剥離されて離型紙ダンサローラ機構３７を介して離型紙巻取りロール３５に供給される。
【００５９】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、負極材供給部２４の負極材供給軸４０に負極材供給ロール３９がセットされ、この負極材供給ロール３９から引き出された負極材４が負極材供給機構４１へと供給される。負極材４は、負極材供給機構４１において離型紙３８が剥離され、走行ガイド機構４４、負極材ダンサローラ機構４５を介して負極材供給ガイド機構５５へと供給される。離型紙３８は、負極材供給機構４１において負極材４から剥離されて離型紙ダンサローラ機構４２を介して離型紙巻取りロール４３に供給される。
【００６０】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、コア材供給ガイド機構５１からコア材２が繰り出されて巻芯部材４７の外周部に所定量巻回される。ポリマ二次電池製造装置２０においては、巻取り軸４６が回転駆動されるとともに正極材供給ガイド機構５３から正極材３が繰り出されかつ負極材供給ガイド機構５５から負極材４が繰り出される。ポリマ二次電池製造装置２０においては、正極材３或いは負極材４の巻回始端部３ａ、３ｂの巻回動作に連動してコア材２のカッティング動作が行われる。ポリマ二次電池製造装置２０においては、正極材３或いは負極材４の巻回始端部３ａ、３ｂの範囲においてコア材２がその巻芯を構成し、正極材３及び負極材４が互いに重ね合わせ状態で順次その外周部に巻回されていく。
【００６１】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、正極材３及び負極材４の所定量の巻回動作が終了すると巻取り軸４６の回転動作が終了する。ポリマ二次電池製造装置２０においては、正極材カッタ機構５４及び負極材カッタ機構５６が動作して正極材３と負極材４のカッティングが行われる。ポリマ二次電池製造装置２０からは、巻取り部２５の巻芯部材４７から製作されたポリマ二次電池１の取り出しが行われる。
【００６２】
ポリマ二次電池製造装置２０は、上述した工程を経てコア材２を巻芯としてその外周部に正極材３と負極材４とを重ね合わせ状態で巻回してなるポリマ二次電池１を製造する。ポリマ二次電池製造装置２０は、コア材２が正極材３及び負極材４に対してそれぞれの正極活物質未塗布部８及び負極活物質未塗布部１３の内周部に位置されて正極端子部材９及び負極端子部材１４を被覆したポリマ二次電池１を製造する。
【００６３】
したがって、ポリマ二次電池製造装置２０は、コア材２によって正極端子部材９や負極端子部材１４の巻回始端部３ａ、４ａを被覆してそれらのスリットバリやカッティングの際に生じたバリ等による正極材３と負極材４との内部ショートの発生が抑制された信頼性の高いポリマ二次電池１を製造する。ポリマ二次電池製造装置２０は、コア材２によって正極材３及び負極材４の正極活物質未塗布部８及び負極活物質未塗布部１３を被覆してこれらの部位に発生したミックス飛びによる内部ショートの発生を抑制した信頼性の高いポリマ二次電池１を製造する。
【００６４】
ポリマ二次電池製造装置２０は、比較的高価なセパレータを不要とすることから、そのコストダウンが図られたポリマ二次電池１を製造する。ポリマ二次電池製造装置２０は、コア材２が正極材３と負極材４の巻芯部分にのみ存在することから、正極集電体５及び負極集電体１０に対して正極電解質７及び負極電解質１２を３０ミクロン〜４０ミクロン程度の膜厚とした製作が比較的容易でかつ高精度の正極材３や負極材４を用いることを可能とし、生産性と信頼性の向上が図られるとともにコストダウンが図られたポリマ二次電池１を製造する。
【００６５】
ポリマ二次電池製造装置２０は、巻芯部材４７にコア材２を巻回した状態でその外周部に正極材３と負極材４とを重ね合わせた状態で巻回することから、巻芯部材４７やその他の部位への粘度の高いゲル状正極電解質７やゲル状負極電解質１２の付着が抑制される。したがって、ポリマ二次電池製造装置２０は、巻芯部材４７からポリマ二次電池１を取り外す際に付着したゲル状正極電解質７やゲル状負極電解質１２の粘着力によって正極材３と負極材４の内周部が損傷されることが無い信頼性の高いポリマ二次電池１を歩留りよく製造することが可能である。ポリマ二次電池製造装置２０は、各部に付着したゲル状正極電解質７やゲル状負極電解質１２に含まれる電解質塩による腐蝕等の発生が抑制され、耐久性が向上される。
【００６６】
上述したポリマ二次電池製造装置２０を用いたポリマ二次電池１の具体的な製造工程について、以下図４乃至図１５に示した巻取り部２５における各部の動作形態図を参照して詳細に説明する。
【００６７】
ポリマ二次電池製造装置２０は、図４に示すスタンバイ位置において、コア材２が巻込みローラ機構４８の巻込みローラ５８にガイドされて巻芯部材４７の外周部に巻回された状態にある。巻芯部材４７は、不特定な姿勢にあるとともに、巻込みローラ５８及びニップローラ機構４９のニップローラ６０とが離間した位置にある。正極材３は、正極材供給ガイド機構５３のガイドローラ６５と正極材グリッパ部材６６とによって、その先端部分が挟持されている。同様に、負極材４も、負極材供給ガイド機構５５のガイドローラ６７と負極材グリッパ部材６８とによってその先端部分が挟持されている。巻芯部材４７は、正極材供給ガイド機構５３と負極材供給ガイド機構５５との中間に位置している。
【００６８】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、巻取り動作の開始に伴って、駆動ユニットＵＴが動作して負極材供給ガイド機構５５を巻芯部材４７に対応位置させる。負極材供給ガイド機構５５は、負極材グリッパ部材６８がガイドローラ６７との間で負極材４を挟持した状態のまま図５矢印で示すように巻芯部材４７側へと下降動作する。負極材４は、この負極材グリッパ部材６８の動作によって巻回始端部４ａが巻芯部材４７の外周部まで送り出される。
【００６９】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、次工程で、図６に示すように負極材４の送出し動作と巻芯部材４７に対する巻込み動作とが行われる。巻芯部材４７は、上述したように不特定な姿勢にあり、巻取り軸４６の調整動作によって同図（Ａ）矢印で示すように調整回動されて負極材４に対して平行な状態とする巻芯角度合わせが行われる。
【００７０】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、次に巻込みローラ機構４８とニップローラ機構４９とが動作される。巻込みローラ機構４８は、図６（Ｂ）矢印で示すように巻込みローラ５８を巻芯部材４７の外周部に当接させる。巻込みローラ５８は、この状態において負極材４の巻回始端部４ａを巻芯部材４７の外周部に押し付けて保持する。ニップローラ機構４９は、同様にニップローラ６０を巻芯部材４７の外周部に当接させる。
【００７１】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、負極材供給ガイド機構５５の負極材グリッパ部材６８の動作が行われる。負極材グリッパ部材６８は、負極材４が巻芯部材４７と巻込みローラ５８とによって保持された状態で、図６（Ｃ）矢印で示すようにガイドローラ６７から離間する方向に移動する。ポリマ二次電池製造装置２０においては、さらに負極材グリッパ部材６８を同図（Ｄ）矢印で示すようにスタンバイ位置へと復帰させる動作が行われる。負極材供給ガイド機構５５は、駆動ユニットＵＴが動作されることによってスタンバイ位置へと復帰する。
【００７２】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、コア材カッタ機構５２が駆動されて図７に示すようにカッタ６４によりコア材２のカッティング動作が行われる。コア材２は、コア材カッタ機構５２によってその長さが負極材４の負極活物質未塗布部１３の長さの範囲においてカッティングされる。
【００７３】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、巻取り軸４６が駆動されることによって巻芯部材４７が図８矢印で示すように反時計方向へと回転する。巻芯部材４７には、その外周部にコア材２と負極材４とが重なり合った状態で巻回される。巻芯部材４７には、上述したようにその外周部にコア材２が先に巻回された状態にあることから負極材４が直接接触することはなく、この負極材４がコア材２の外周部に巻回されることになる。したがって、ポリマ二次電池製造装置２０においては、巻芯部材４７に対する負極材４の負極電解質１２の付着が抑制される。
【００７４】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、次工程で、図９に示すように正極材３の送出し動作と巻芯部材４７に対する巻込み動作とが行われる。ポリマ二次電池製造装置２０においては、同図（Ａ）に示すように駆動ユニットＵＴの動作によって正極材供給ガイド機構５３を巻芯部材４７の上方に位置させるとともに巻込みローラ機構４８の動作によって巻込みローラ５８を巻芯部材４７から離間させる動作が行われる。また、ポリマ二次電池製造装置２０においては、正極材供給ガイド機構５３が動作することにより正極材グリッパ部材６６がガイドローラ６５との間で正極材３を挟持した状態のまま同図矢印で示すように巻芯部材４７側へと下降する動作が行われる。正極材３は、この正極材グリッパ部材６６の動作によって巻回始端部３ａが巻芯部材４７の外周部まで送り出される。
【００７５】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、同図（Ｂ）に示すように巻芯部材４７の巻芯角度合わせが行われる。巻芯部材４７は、巻取り軸４６の調整動作によって矢印で示すように調整回動されて正極材３に対して平行な状態とされる。
【００７６】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、次に巻込みローラ機構４８とニップローラ機構４９とがそれぞれ動作されることによって、同図（Ｃ）矢印で示すように巻込みローラ５８とニップローラ６０とがそれぞれ巻芯部材４７の外周部に当接する動作が行われる。巻込みローラ５８は、この状態において正極材３の巻回始端部３ａを巻芯部材４７の外周部に押し付けて保持する。ポリマ二次電池製造装置２０においては、正極材３が巻芯部材４７と巻込みローラ５８とによって保持された状態で、図９（Ｄ）矢印で示すように正極材グリッパ部材６６をガイドローラ６５から離間する方向に移動させる動作が行われる。
【００７７】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、上述した正極材３の送出し動作とともに、図１０に示すように駆動ユニットＵＴが動作して巻芯部材４７を正極材供給ガイド機構５３と負極材供給ガイド機構５５との中立位置に位置させる動作が行われる。巻芯部材４７は、この状態で同図矢印で示すように反時計方向へと回転され、その外周部に正極材３及び負極材４を互いに重ね合わせた状態で順次巻取り動作を行う。勿論、正極材３及び負極材４は、巻芯部材４７の外周部に最初に巻回されたコア材２の外周部に巻回される。
【００７８】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、正極材３及び負極材４の所定量の巻き取りを行うと、図１１に示す正極材３のカッティング動作の準備工程が行われる。ポリマ二次電池製造装置２０においては、駆動ユニットＵＴが動作して正極材供給ガイド機構５３を巻芯部材４７に対応位置させるとともに、この正極材供給ガイド機構５３によって正極材グリッパ部材６６とガイドローラ６５とを上下方向に調整移動して位置決めする動作を行う。正極材グリッパ部材６６は、同図（Ａ）に示すようにガイドローラ６５に対して接合することによって正極材３を挟み込んで固定する。また、ポリマ二次電池製造装置２０においては、この状態で正極材カッタ機構５４が正極材３の走行路中に進入させる動作が行われる。
【００７９】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、上述した一連の動作によって正極材３のカッティング位置が規定され、図１１（Ｂ）に示すように正極材カッタ機構５４が動作して正極材３のカッティングが行われる。正極材３は、正極活物質未塗布部８の範囲においてカッティングされ、この部位が次ぎの巻回始端部３ａとして構成される。ポリマ二次電池製造装置２０においては、正極材３のカッティングにおいて巻回始端部３ａに生じるカッティングバリによる内部ショートの発生を、上述したようにコア材２によって巻回始端部３ａを被覆することで抑制する。正極材３は、巻芯部材４７の外周部に当接した巻込みローラ５８とニップローラ６０とによって巻芯部材４７に対する巻回状態が保持される。
【００８０】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、上述した正極材３のカッティング動作が終了すると、図１２矢印で示すようにガイドローラ６５と正極材グリッパ部材６６とが正極材３を保持した状態のままスタンバイ位置へと復帰する動作が行われる。ポリマ二次電池製造装置２０においては、同図矢印で示すように正極材３の走行路から正極材カッタ機構５４を退避させる動作が行われる。
【００８１】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、次に負極材４のカッティング工程が行われる。ポリマ二次電池製造装置２０においては、駆動ユニットＵＴが動作して負極材供給ガイド機構５５が巻芯部材４７に対応位置されるとともに、負極材供給ガイド機構５５と負極材カッタ機構５６の動作が行われる。負極材供給ガイド機構５５は、図１３（Ａ）矢印で示すように負極材グリッパ部材６８をガイドローラ６７に接合させて負極材４を保持する。負極材供給ガイド機構５５は、この場合上下方向へと調整移動して位置決めされる。負極材カッタ機構５６は、負極材４の走行路中に進入する。
【００８２】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、上述した一連の動作によって負極材４のカッティング位置が規定され、図１３（Ｂ）に示すように負極材カッタ機構５６が動作して負極材４のカッティングが行われる。負極材４は、負極活物質未塗布部１３の範囲においてカッティングされ、この部位が次ぎの巻回始端部４ａとして構成される。ポリマ二次電池製造装置２０においては、負極材４のカッティングにおいて次の巻回始端部４ａに生じるカッティングバリによる内部ショートの発生を、上述したようにコア材２によって巻回始端部４ａを被覆することで抑制する。負極材４は、巻芯部材４７の外周部に当接した巻込みローラ５８とニップローラ６０とによってその巻回状態が保持される。
【００８３】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、巻芯部材４７が回転して上述した工程によってカッティングされた正極材３と負極材４の先端部が巻き取られることによって所定量の正極材３と負極材４とを重ね合わせ状態で巻回してなるポリマ二次電池１が製造される。ポリマ二次電池製造装置２０においては、負極材４の走行路からの負極材カッタ機構５６の退避動作が行われる。ポリマ二次電池製造装置２０においては、図１４矢印で示すように負極材供給ガイド機構５５がスタンバイ位置へと復帰する。
【００８４】
ポリマ二次電池製造装置２０においては、以上の工程を経た後、巻込みローラ機構４８とニップローラ機構４９とが動作して、図１５に示すように巻芯部材４７から巻込みローラ５８とニップローラ６０とが離間する動作が行われる。ポリマ二次電池製造装置２０においては、巻芯部材４７から製造されたポリマ二次電池１の取り出しが行われる。ポリマ二次電池製造装置２０においては、上述したように正極材３と負極材４とを巻芯部材４７の外周部にコア材２を介して巻回することで粘度の高い正極電解質７、負極電解質１２が巻芯部材４７に付着されないようにしている。したがって、ポリマ二次電池１は、巻芯部材４７から取り出される際に内周部にダメージが発生することが抑制される。
【００８５】
なお、本発明は、上述したポリマ二次電池製造装置２０及びポリマ二次電池１の製造工程に限定されるものではないことは勿論である。
【００８６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明にかかるリチウムイオンポリマ二次電池によれば、負極材と正極材とが先端部を突き合わせられたコア材に対して、このコア材がその外周部位をそれぞれの内周側の極活物質未塗布部位とその外周側の極活物質塗布部位との間に介在するとともに端子部材を被覆された状態で、それぞれの巻回始端部からコア材を巻芯としてその外周部に重ね合せ状態で巻回されて構成されることから、巻芯となるコア材が負極材と正極材のゲル状電解質の電極巻取り部への付着を防止し、製造装置から取り出す際にこの付着ゲル状電解質の付着力による内周部位のダメージの発生が抑制されるとともに製造装置の耐久性を向上させるようになる。また、リチウムイオンポリマ二次電池によれば、負極材と正極材とが、極活物質未塗布部位と極活物質塗布部位との間に介在するコア部材によって、それぞれの始端部位に発生する極活物質のミックス飛びや電極端子のスリットバリに起因する内部ショートの発生が抑制されることで、信頼性の向上が図られる。
【００８７】
また、本発明にかかるリチウムイオンポリマ二次電池の製造装置及び製造方法によれば、負極材と正極材とが巻芯部材に巻回したコア材を巻芯としてその外周部に重ね合せ状態で巻回されて構成されたリチウムイオンポリマ二次電池を製造することから、電極巻取り部に電極材のゲル状電解質が直接付着することを防止し、リチウムイオンポリマ二次電池の取り出し時にゲル状電解質の粘着力によって内周部にダメージを発生させず、またゲル状電解質による巻取り軸等の腐蝕も抑制して耐久性の向上が図られる。リチウムイオンポリマ二次電池の製造装置及び製造方法によれば、負極材及び正極材がコア材に対してそれぞれの内周側の極活物質未塗布部位と外周側の極活物質塗布部位との間にコア材が介在するとともに端子部材を被覆してその外周部に重ね合わせ状態で巻回することから、負極材や正極材の始端部位に発生する極活物質のミックス飛びやスリットバリ或いは負極材や正極材の切断の際のバリ等に起因する内部ショートの発生を防止した高精度で信頼性の高いリチウムイオンポリマ二次電池を効率よく製造する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態として示すリチウムイオンポリマ二次電池の概略構成を説明する模式図である。
【図２】同リチウムイオンポリマ二次電池の製造装置を説明する概要図である。
【図３】同製造装置の巻取り部の構成説明図である。
【図４】同製造装置によるリチウムイオンポリマ二次電池の製造工程を説明する巻取り部の概要図であり、スタンバイ状態を示す。
【図５】同巻取り部の概要図であり、負極材の送出し動作工程を示す。
【図６】同巻取り部の概要図であり、負極材の巻込み動作工程を示す。
【図７】同巻取り部の概要図であり、コア材のカッティング工程を示す。
【図８】同巻取り部の概要図であり、負極材の巻込み動作工程を示す。
【図９】同巻取り部の概要図であり、正極材の送出し動作から巻込み動作工程を示す。
【図１０】同巻取り部の概要図であり、負極材と正極材との巻取り動作工程を示す。
【図１１】同巻取り部の概要図であり、正極材のカッティング工程を示す。
【図１２】同巻取り部の概要図であり、正極材カッティング機構の復帰工程を示す。
【図１３】同巻取り部の概要図であり、負極材のカッティング工程を示す。
【図１４】同巻取り部の概要図であり、スタンバイ位置復帰工程を示す。
【図１５】同巻取り部の概要図であり、リチウムイオンポリマ二次電池の取出し工程を示す。
【図１６】スタック型ポリマ二次電池の構成説明図であり、同図（Ａ）は単セルを示し、同図（Ｂ）は全体図を示す。
【図１７】セパレータ型ポリマ二次電池の構成説明図である。
【図１８】コアレス型ポリマ二次電池の構成説明図である。
【符号の説明】
１ ポリマ二次電池（リチウムイオンポリマ二次電池）、２ コア材、３ 正極材、３ａ 巻回始端部、４ 負極材、４ａ 巻回始端部、５ 正極集電体、６ 正極活物質、７ 正極電解質、８ 正極活物質未塗布部、９ 正極端子部材、１０ 負極集電体、１１ 負極活物質、１２ 負極電解質、１３ 負極活物質未塗布部、１４ 負極端子部材、２０ ポリマ二次電池製造装置、２２ コア材供給部、２３ 正極材供給部、２４ 負極材供給部、２５ 巻取り部、２７ コア材供給ロール、３１ 正極材供給ロール、３９ 負極材供給ロール、４６ 巻取り軸、４７ 巻芯部材、４８ 巻込みローラ機構、４９ ニップローラ機構、５１ コア材供給ガイド機構、５２ コア材カッタ機構、５３ 正極材供給ガイド機構、５４ 正極材カッタ機構、５５ 負極材供給ガイド機構、５６ 負極材カッタ機構、５８ 巻込みローラ、６０ ニップローラ、６６ 正極材グリッパ部材、６８ 負極材グリッパ部材
Claims (3)
- それぞれ帯状集電体に極活物質とゲル状電解質とを塗布してなる負極材と正極材とを重ね合せ状態で巻回してなるリチウムイオンポリマ二次電池において、
巻回始端部を構成する一端側から所定長さ部位が負極活物質層を形成しない負極活物質未塗布部位として構成されるとともに、上記負極活物質未塗布部位に負極端子部材が接合されてなる上記負極材と、
巻回始端部を構成する一端側から所定長さ部位が正極活物質層を形成しない正極活物質未塗布部位として構成されるとともに、上記正極活物質未塗布部位に正極端子部材が接合されてなる上記正極材と、
高分子合成樹脂フィルムを素材として上記負極材及び上記正極材とほぼ同幅でありかつそれぞれの上記負極活物質未塗布部位及び上記正極活物質未塗布部位よりも長尺に形成された一対の帯状体からなるコア材とを備え、
上記負極材と上記正極材が、先端部を突き合わせられた上記コア材に対して、これらコア材の外周部位がそれぞれの内周側の極活物質未塗布部位とその外周側の極活物質塗布部位との間に介在するとともに上記負極端子部材と上記正極端子部材を被覆された状態で、それぞれの巻回始端部から上記コア材を巻芯としてその外周部に重ね合せ状態で巻回されることを特徴とするリチウムイオンポリマ二次電池。 - 帯状の負極集電体に負極活物質とゲル状負極電解質とを塗布してなり、巻回始端部を構成する一端側から所定長さ部位が負極活物質層を形成しない負極活物質未塗布部位として構成されるとともに上記負極活物質未塗布部位に負極端子部材が接合されてなる負極材を供給する負極材供給機構と、
帯状の正極集電体に正極活物質とゲル状正極電解質とを塗布してなり、巻回始端部を構成する一端側から所定長さ部位が正極活物質層を形成しない正極活物質未塗布部位として構成されるとともに上記正極活物質未塗布部位に正極端子部材が接合されてなる正極材を供給する正極材供給機構と、
高分子合成樹脂フィルムを素材として上記負極材及び上記正極材とほぼ同幅でありかつそれぞれの上記負極活物質未塗布部位及び上記正極活物質未塗布部位よりも長尺に形成された一対の帯状体からなるコア材を供給するコア材供給機構と、
巻芯部材を設けた巻取り軸を有し、上記巻芯部材の外周部に上記コア材供給機構から供給された一対の上記コア材を先端部を突き合わせて巻回するとともに所定の長さで切断して巻芯となすとともに、これらコア材の外周部に上記巻回始端部を繰り出し側として上記負極材供給機構から供給された上記負極材と上記巻回始端部を繰り出し側として上記正極材供給機構から供給された上記正極材とを重ね合せ状態で巻回する電極材巻取機構とを備え、
上記電極材巻取機構は、上記負極材と上記正極材を、先端部を突き合わせられた上記コア材に対して、これらコア材の外周部位がそれぞれの内周側の極活物質未塗布部位とその外周側の極活物質塗布部位との間に介在するとともに上記負極端子部材と上記正極端子部材を被覆された状態とされて、それぞれの巻回始端部から上記コア材を巻芯としてその外周部に重ね合せ状態で巻回することを特徴とするリチウムイオンポリマ二次電池の製造装置。 - 帯状の負極集電体に負極活物質とゲル状負極電解質とを塗布してなり、巻回始端部を構成する一端側から所定長さ部位が負極活物質層を形成しない負極活物質未塗布部位として構成されるとともに上記負極活物質未塗布部位に負極端子部材が接合されてなる負極材を供給する負極材供給機構と、
帯状の正極集電体に正極活物質とゲル状正極電解質とを塗布してなり、巻回始端部を構成する一端側から所定長さ部位が正極活物質層を形成しない正極活物質未塗布部位として構成されるとともに上記正極活物質未塗布部位に正極端子部材が接合されてなる正極材を供給する正極材供給機構と、
高分子合成樹脂フィルムを素材として上記負極材及び上記正極材とほぼ同幅でありかつそれぞれの上記負極活物質未塗布部位及び上記正極活物質未塗布部位よりも長尺に形成された一対の帯状体からなるコア材を供給するコア材供給機構と、
巻芯部材を設けた巻取り軸を有し、上記巻芯部材の外周部に上記コア材供給機構から供給された上記コア材を巻回するとともにこれらコア材の外周部に上記巻回始端部を繰り出し側として上記負極材供給機構から供給された上記負極材と上記巻回始端部を繰り出し側として上記正極材供給機構から供給された上記正極材とを重ね合せ状態で巻回する電極材巻取機構と
を備えるリチウムイオンポリマ二次電池の製造装置が用いられ、
上記リチウムイオンポリマ二次電池の製造装置の上記電極材巻取機構において、
上記巻芯部材の外周部に上記コア材供給機構から供給された一対の上記コア材をそれぞれの先端部を突き合わせて巻回するとともに所定の長さで切断して巻芯となすコア材巻回工程と、
上記巻芯をなす上記コア材に対して、その外周部が内周側の負極活物質未塗布部位とその外周側の負極活物質塗布部位との間に介在するとともに上記負極端子部材を被覆されて巻回する負極材巻回工程と、
上記巻芯をなす上記コア材に対して、その外周部が内周側の正極活物質未塗布部位とその外周側の正極活物質塗布部位との間に上記コア材が介在するとともに上記正極端子部材を被覆されて上記負極材と重ね合せ状態で巻回する正極材巻回工程と
が施されるリチウムイオンポリマ二次電池の製造方法。
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