台湾专利TW201310757A 電池用電極構件之搬運裝置及搬運方法

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搬運裝置係搬運電池用電極構件(箔狀且帶狀之電極材料，或箔狀電極)。搬運裝置具備搬運器，可把持住電極構件令其彎曲而搬運。搬運器的構造，係在搬運方向下游不會與其他製程之零件接觸的位置，把持電極構件。電極構件會被彎曲，提高在搬運方向的剛性，防止其下垂。此外，搬運器的把持位置，不會與下游的其他製程之零件接觸。是故，按本搬運裝置，可將電極構件(帶狀之電極材料的先端或電極)確實搬運至目的位置。
公开号:TW201310757A
申请号:TW101112292
申请日:2012-04-06
公开日:2013-03-01
发明作者:Hiroshi Yuhara；Manabu Yamashita
申请人:Nissan Motor；
IPC主号:H01M4-00

专利说明:
電池用電極構件之搬運裝置及搬運方法
本發明係有關電池用電極構件之搬運裝置及搬運方法，特別是用來搬運箔狀且帶狀之電極材料或箔狀之電極之電池用電極構件用搬運裝置及搬運方法。
電池中使用之電極(正極及負極)，其構造係在薄金屬箔的兩面上形成有活性物質層。電極的製造方式，係從金屬箔兩面或單面上形成有活性物質層的帶狀電極材料，所割出規定大小。此一技術中，為了將帶狀電極材料的先端送至模具，電極材料會被夾持在模具的上游並送出(下述專利文獻1)。此外，亦有將箔狀電極以輸送帶搬運之技術(下述專利文獻2)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2007-128841號公報
[專利文獻2]日本特開平11-339841號公報
上述專利文獻1所揭示之方法中，僅從上游壓緊電極材料。電極材料的基礎材料係為金屬箔，非常薄。因此，若僅從上游壓緊電極材料，則電極材料的先端可能會在中途下垂，無法進入模具內，恐無法在規定位置加以裁斷。此外，若如上述專利文獻2所揭，以輸送帶搬運至模具，則當輸送帶表面未從下方予以支撐時，先端便可能會下垂。
本發明之目的在於提供一種電池用電極構件之搬運裝置及搬運方法，其在搬運箔狀且帶狀之電極材料或箔狀電極時，可確實將其先端搬運至目的位置。
本發明之第1特徵，在於提供一種搬運裝置，係搬運電池用電極構件之搬運裝置，其特徵為：具備：搬運器(搬運手段)，係把持住箔狀且帶狀之電極材料或箔狀電極，令其彎曲而搬運；前述搬運器(搬運手段)的構造，係在搬運方向下游不會與其他製程之零件接觸的位置，把持前述電極材料或前述電極。
本發明之第2特徵，在於提供一種搬運方法，係搬運電池用電極構件之搬運方法，其特徵為：令箔狀且帶狀之電極材料或箔狀電極彎曲，同時在搬運方向下游不會與其他製程之零件接觸的位置，以搬運器把持住前述電極材料或前述電極而搬運。
以下參照圖面，說明搬運裝置(搬運方法)之實施形態。另，圖面說明中，遇相同要素者，標記同一符號，並省略重複說明。此外，為求便於解說，圖面中各構件之尺寸或比例有所誇大，與實際尺寸或比例有所不同。
首先，說明電極製造裝置(搬運裝置)之主要構造。如圖1及圖2所示，電極製造裝置1具備：機械臂(搬運器；搬運手段)2、前端裁斷用模具3(以下稱為前端模具3)、後端裁斷用模具4(以下稱為後端模具4)、第1吸附輸送帶5、及第2吸附輸送帶6。
機械臂2係將箔狀且帶狀之電極材料100(以下稱為帶狀電極材料100)以空中搬運(overhead-carry)方式搬運至前端模具3內。本實施形態中，機械臂2令帶狀電極材料100朝交叉於搬運方向A的方向彎曲，並把持住。前端模具3係為前端裁斷器，其將帶狀電極材料100的前端加以裁斷。後端模具4係為後端裁斷器，其將帶狀電極材料100的後端加以裁斷。第1吸附輸送帶5相較於帶狀電極材料100的搬運方向的前端模具3，更設置於上游側。第1吸附輸送帶5配置於機械臂2的動作軌跡外。第1吸附輸送帶5的搬運面5a(參照圖3)，係在裁斷帶狀電極材料100時，將帶狀電極材料100予以吸附並從下方支撐，發揮支撐面的功能。此外，第1吸附輸送帶5係將後端被裁斷之電極，送出至前端模具3的下游側。第2吸附輸送帶6，係將從第1吸附輸送帶5送出之電極，送至更下游側。另，圖1中之單點鏈線係為裁斷形狀。
接下來，詳細說明電極製造裝置1各部。圖3所示者，係從搬運方向A的下游側觀察機械臂2及第1吸附輸送帶5之情形，機械臂2及第1吸附輸送帶5以外之構造零件則予省略。
機械臂2在將帶狀電極材料100搬運至裁斷位置時，係將帶狀電極材料100把持在機械臂2的構成零件不會與第1吸附輸送帶5互相干渉的位置(詳如後述)。此外，機械臂2在將帶狀電極材料100搬運至前端模具3時，係將帶狀電極材料100把持在較前端模具3更上游之位置(亦即不與前端模具3接觸之位置)。
該機械臂2具有：一對主手臂21及22、與主手臂21結合之把持手臂(把持部；把持手段)23及25、連接至主手臂22之把持手臂(把持部；把持手段)24及26、以及把持機構部20，其令一對主手臂21及22整體垂直移動，同時進行把持手臂23~26之把持動作。把持手臂23及25安裝於主手臂21上，且平行於帶狀電極材料100的搬運方向A；把持手臂24及26安裝於主手臂22上，且平行於搬運方向A。把持手臂23~26係安裝於主手臂21及22上第1吸附輸送帶5的側方外側。是故，把持手臂23~26可不與第1吸附輸送帶5接觸而進行搬運動作。另，所謂第1吸附輸送帶5的側方，係指與第1吸附輸送帶5的搬運方向A(輸送帶移動方向)正交之方向。
主手臂21係與把持機構部20一起，沿搬運方向A水平移動。此時，把持手臂23~26係從第1吸附輸送帶5的側方外側通過。是故，機械臂2因搬入動作而形成之水平移動移動軌跡內，第1吸附輸送帶5不會落在其中。換言之，第1吸附輸送帶5，係配置在機械臂2的構成零件的動作軌跡外。因此，機械臂2只要略微上昇移動，便能將帶狀電極材料100從第1吸附輸送帶5抬起，進行移動搬運。
此處設想一個情形：機械臂的構成零件係配置成會通過第1吸附輸送帶的正上方。在此情形下，機械臂在把持住帶狀電極材料並搬入模具時，若令機械臂水平移動，則會與第1吸附輸送帶接觸。因此，機械臂為了在第1吸附輸送帶上游側把持住帶狀電極材料，並在其後通過第1吸附輸送帶上方，必須大幅上昇至第1吸附輸送帶的上方。此外，機械臂在回到原來位置時，必然得大幅下降。是故，機械臂的垂直移動量會增大，相對地會需要更多的動作時間。相較於此，本實施形態中，機械臂2不需要垂直移動量，或是僅須略微移動，可大幅縮短動作時間。
把持機構部20係令一對主手臂21及22整體垂直移動，同時於把持手臂23~26把持或放開帶狀電極材料100。把持機構部20只要是可進行一般機械臂動作之機構即可。
把持手臂23及25安裝於主手臂21上，把持手臂24及26則安裝於主手臂22上。把持手臂23及24彼此相向，把持手臂25及26亦彼此相向。把持手臂23及24將帶狀電極材料100的一側邊緣夾持(把持)住，把持手臂25及26則將帶狀電極材料100的另一側邊緣夾持(把持)住。把持手臂23~26的把持位置，係較帶狀電極材料100的裁斷位置還更位於搬運方向A的上游，只要能把持住帶狀電極材料100的側緣，而使帶狀電極材料100彎曲之位置即可。
把持手臂23~26與帶狀電極材料100的接觸面，係如圖3所示形成為斜向，以便在把持住帶狀電極材料100時，可使帶狀電極材料100向著與搬運方向A交叉之方向彎曲。藉由彎曲帶狀電極材料100，可提高帶狀電極材料100於搬運方向A的剛性，未被把持住的前端側部分便不會下垂。
如圖4所示，以把持手臂23~26把持帶狀電極材料100時，帶狀電極材料100的中央部係被彎曲而呈下垂狀態(向下凸出)。像這樣令中央部彎曲而呈下垂狀態，會提高帶狀電極材料100於搬運方向的剛性，未被把持住的前端側部分便不會下垂。此外，不只是前端側部分，把持手臂的把持範圍外之其他部分亦不會下垂。
要形成這種呈下垂狀態之彎曲形狀，只要將帶狀電極材料100的兩側邊緣把持住並上提即可。在此情形下，以機械臂2把持住帶狀電極材料100的兩側邊緣時，令機械臂2略微上昇，以避免帶狀電極材料100的中央部與其下方的第1吸附輸送帶5之搬運面5a接觸。機械臂2理想的上昇量，是不會令帶狀電極材料100的中央部與第1吸附輸送帶5接觸，但又盡可能接近。另，一旦機械臂2的上昇量變多，機械臂2用在垂直移動的時間會變長，產距時間(takt time)也會拉長。此外，帶狀電極材料100的前端係插入前端模具3(及後端模具4)的上模與下模之間，故若機械臂2的上昇量多，那麼上模與下模便須張開地較大。在此情形下，模具的動作量會增多，產距時間也會拉長。是故，機械臂2的上昇量盡可能少較為理想。
舉例來說，令中央部彎曲而呈下垂狀態的情形下，如圖3所示，彎曲量(從中央部至連結兩側邊緣的直線[及包含其之平面]為止之距離)h1、以及中央部與搬運面5a的距離h2，兩者只要幾乎相同，便能減少機械臂2的動作量。具體來說，令帶狀電極材料100的彎曲量h1為0.5~2mm，且亦另上述距離h2為0.5~2mm，機械臂2便只需極少的垂直移動量，又可防止帶狀電極材料100與搬運面5a接觸。另，中央部與搬運面5a的距離h2，理想是設定成如上所述，但只要其高度不會使帶狀電極材料100與搬運面5a接觸即可。
帶狀電極材料100的彎曲量h1，只要能確保前端側部分具有不致下垂的剛性即可，不必過多。具體來說，需視帶狀電極材料100的大小及厚度而定，但彎曲量h1=0.5~2mm即可充份確保剛性。彎曲量h1理想是設定成如上所述，但若帶狀電極材料100較大較厚時可增加彎曲量，反之較薄時則減少彎曲量，只要能確保前端側部分具有不致下垂的剛性即可。
圖5所示者為帶狀電極材料100之另一彎曲形狀。如圖5所示，把持手臂23~26在把持帶狀電極材料100時，帶狀電極材料100的中央部係被彎曲而呈上翹狀態(向上凸出)。在此情形下，把持手臂23~26與帶狀電極材料100的接觸面傾斜方向，係與圖3及圖4所示之方向相反。像這樣令中央部彎曲而呈上翹狀態，便能不改變機械臂2的垂直位置而搬運帶狀電極材料100。把持手臂23~26的把持位置可與第1吸附輸送帶5的搬運面5a高度相同。因把持住兩側邊緣而令中央部彎曲呈上翹狀態，故即使把持位置與搬運面5a高度相同，帶狀電極材料100也會被把持在第1吸附輸送帶5的上方，而不會與第1吸附輸送帶5接觸。是故，機械臂2便無需上昇移動。在此情形下，彎曲量同樣並未特別限定，只要視帶狀電極材料100的大小及厚度，能確保前端側部分具有不致下垂的剛性即可。
此處說明帶狀電極材料100的彎曲方向。圖4及圖5中，係揭示了帶狀電極材料100的中央部向下凸出(圖4)或向上凸出(圖5)的不同。而本實施形態中，無論是向下凸出或向上凸出，其彎曲方向皆與搬運方向A正交。這是因為把持手臂23~26係把持住帶狀電極材料100的兩側邊緣，故會形成如此之彎曲方向。但，只要提高搬運方向A的剛性，便能防止前端側部分下垂，故彎曲方向可為任意方向，只要是與搬運方向A交叉的方向即可。
參照圖6(a)及圖6(b)，說明彎曲方向的另一例。圖6(a)所示之例中，一側邊緣係把持至先端附近，另一側邊緣則未把持先端附近。圖6(a)中的雙點鏈線，係指把持手臂23~26與帶狀電極材料100的接觸面傾斜度，所造成之大致的彎曲方向。在此情形下，把持至先端部的把持手臂23及24，係在不干涉前端模具3的位置把持住帶狀電極材料100。
圖6(b)所示之例中，機械臂2的把持手臂23及24與把持手臂25、26的先端側彼此遠離而向外側彎曲，且未把持帶狀電極材料100的先端附近。像這樣的把持方式，後端側部分會比前端側部分彎曲得更多，以提高搬運方向A的剛性。此外，不僅確保了剛性，還減少了先端附近的彎曲量。帶狀電極材料100的彎曲形狀可以是各式各樣的形狀。另，圖6(a)及圖6(b)中，帶狀電極材料100係彎曲而呈下垂狀態，但亦可改變把持手臂23~26與帶狀電極材料100的接觸面傾斜度，而令其彎曲成上翹狀態。
如上所述，前端模具3與後端模具4，皆是用來從帶狀電極材料100切割出電極的模具。參照圖7(a)及圖7(b)，說明前端模具3。前端模具3具有：模具支撐台301、模具外框302、下模基座303、上模基座304、下模305、上模306、外框汽缸307、上模汽缸308、外框導軌309、以及上模導軌310。
模具支撐台301係安裝於外框汽缸307的上端。模具支撐台301上，設置四支外框導軌309。模具外框302係由外框汽缸307及外框導軌309所支撐。模具外框302整體係藉由外框汽缸307而沿外框導軌309垂直移動。
模具外框302的內側下部，固定有下模基座303。下模基座303上固定有下模305。另一方面，模具外框302的內側上部，固定有上模基座304。上模基座304上固定有上模306。此外，模具外框302的內側設有四支上模導軌310，其上端及下端固定於模具外框302上。
上模基座304可相對於上模導軌310垂直移動，藉由上模汽缸308而沿上模導軌310垂直移動。藉由上述之模具外框302的內部構造，便固定了上模306與下模305的咬合位置。在模具外框302內令上模基座304下降，則上模306會與下模305咬合，裁斷帶狀電極材料100。
參照圖8(a)~圖8(e)，說明前端模具3的裁斷動作。插入有帶狀電極材料100的開模狀態(圖8(a)，圖2)中，下模305會位於第1吸附輸送帶5的搬運面5a(參照圖3)之下方。開模狀態下，帶狀電極材料100會插入至裁斷位置(下模305與上模306的咬合位置)。接著如圖8(b)所示，藉由外框汽缸307使模具外框302上昇，並在下模305與帶狀電極材料100接觸之位置(搬運面5a的高度)停止。
接著如圖8(c)所示，藉由上模汽缸308使上模306下降，裁斷帶狀電極材料100。接著如圖8(d)所示，藉由上模汽缸308使上模306上昇，回到原來位置。接著如圖8(e)所示，模具外框302下降，前端模具3整體恢復到開模狀態。另，前端模具3在裁斷時所產生的切屑，會直接掉落至下方。因此，理想是在前端模具3的模具支撐台301的搬運方向前方下側設置斜面(未圖示)等，以便排出掉落的切屑。
如上所述，在前端模具3開模狀態中，因下模305位於第1吸附輸送帶5的搬運面5a下方，故在帶狀電極材料100搬入時，能防止帶狀電極材料100與下模305接觸，且容易將前端側部分搬入裁斷位置。此外，萬一帶狀電極材料100的前端側部分下垂，也能防止帶狀電極材料100被捲入第1吸附輸送帶5與下模305之間，前端側部分搬入裁斷位置後，藉由下模305上昇而抬起前端側部分，能正確地裁斷前端。
又，開模狀態下，下模305位於搬運面5a下方位置，亦即裁斷後也會回到相同位置(參照圖8(e))，故裁斷後將電極搬出至第2吸附輸送帶6時，也能防止電極與下模305接觸。此外，下模305上昇時模具外框302係整體上昇，故模具外框302的內部構造所固定之下模305與上模306的咬合位置，係在被把持住的狀態下使下模305上昇，而可正確地裁斷前端。
另，本實施形態中，係在下模305上昇後，令上模306下降而裁斷前端，但並未特別限定何時要令上模306開始下降；舉例來說，可以依據下模305上昇至搬運面5a高度之上昇量，以及上模306到達搬運面5a所支撐之帶狀電極材料100所需之下降量，來適當決定。具體來說，若上述上昇量比上述下降量來得長時，則令下模306(模具外框302)先開始上昇，其後令上模306開始下降，使下模305及上模306同時到達帶狀電極材料100。反之，若上述上昇量比上述下降量來得短時，則令上模306先開始下降，其後令下模306(模具外框302)開始上昇，使下模305及上模306同時到達帶狀電極材料100。像這樣控制上模306及下模305的動作，能夠進一步縮短裁斷所需之產距時間。除上模306及下模305的移動量外，一併考量移動速度的不量，而令上模306及下模305動作彼此配合即可。
後端模具4與上述前端模具3具有相同構造，但模具之裁斷形狀相異。參照圖4，簡單說明後端模具4的動作。首先，機械臂2的把持手臂23~26後退，迴避至後端模具4的下模41與上模42之間，而欲裁斷之帶狀電極材料100的後端位置，在下模41與上模42之間停止。其後，如同上述前端模具3之動作，控制下模41及上模42將後端裁斷。另，因後端模具4與前端模具3具有相同構造，故可確保把持手臂23~26有足夠空間能通過下模41與上模42之間。此外，因在貼近搬運面5a的上方搬運帶狀電極材料100，故機械臂2的垂直移動量極少。又，在前端模具4開模狀態中，因下模41位於第1吸附輸送帶5的搬運面5a下方，故在把持手臂23~26後退時，能防止帶狀電極材料100與下模41接觸，且容易將已裁斷前端之前端側部分搬入裁斷位置。
另，只要把持手臂23~26與下模41之間確保充份之空間，則後端模具4的下模41亦可與搬運面5a同高。因帶狀電極材料100藉由機械臂2而於搬運面5a的上方空中搬運，故即使下模41與搬運面5a同高，帶狀電極材料100也不會與下模41接觸。
如上所述，第1吸附輸送帶5係配置於前端模具3與後端模具4之間(參照圖1及圖2)。第1吸附輸送帶5在機械臂2將帶狀電極材料100搬入時，係停止吸附及搬運(停止驅動輸送帶)。而在機械臂2將帶狀電極材料100搬入，使帶狀電極材料100到達前端之裁斷位置的同時或是稍遲時，第1吸附輸送帶5會開始吸附，但尚未開始搬運。被搬入的帶狀電極材料100會因第1吸附輸送帶5的吸附力而被把持在裁斷位置。其後，將前端及後端裁斷後，會與第2吸附輸送帶6一起開始搬運，將裁斷後之電極搬出。
此外，如上所述，第1吸附輸送帶5的搬運面5a在帶狀電極材料100裁斷時，係作為支撐帶狀電極材料100的支撐面。因此，搬運面5a係設計成平面，可使吸附支撐之帶狀電極材料100平坦，以整齊地裁斷。
第2吸附輸送帶6係配置於前端模具3的搬運方向A下游(參照圖1及圖2)。第2吸附輸送帶6的搬運面，係配置得比第1吸附輸送帶5的搬運面5a還更下方。切割出來的電極被第1吸附輸送帶5搬出時，並未彎曲，其於搬運方向A的剛性已經喪失。是故，在第1吸附輸送帶5搬出時，電極前端可能會下垂。而因第2吸附輸送帶6的搬運面配置得比第1吸附輸送帶5的搬運面5a還更下方，故即使電極前端下垂，電極也會確實地承載至第2吸附輸送帶6的搬運面。
此外，下模305(開模狀態)的配置位置，係比電極從第1吸附輸送帶5移動至第2吸附輸送帶6的軌跡還更下方。理想是將第2吸附輸送帶6配置於與下模305同一水平面上，或是稍微上方。第1吸附輸送帶5係配設於第2吸附輸送帶6的稍微上方，而下模305位於第1吸附輸送帶5與第2吸附輸送帶6之間。在電極搬出時，電極會從第1吸附輸送帶5稍微朝下推送至第2吸附輸送帶6。此時，若將下模305設置得比電極從第1吸附輸送帶5移動至第2吸附輸送帶6的軌跡還更上方，那麼電極會與下模305接觸。因此，將下模305配設得比電極從第1吸附輸送帶5移動至第2吸附輸送帶6的軌跡還更下方。另，第2吸附輸送帶6的吸附動作及搬運動作可以總是進行，或是在帶狀電極材料100前端裁斷時才開始亦可。
參照圖9(a)及圖9(b)，說明切割出來的電極101的形狀。如圖9(a)所示，帶狀電極材料100中，金屬箔亦即基材150的兩面上，相距一定間隔形成有活性物質層151。活性物質層151若是正極則以正極活性物質所形成，負極則以負極活性物質所形成。本實施形態之活性物質層151係為周知，故省略其詳細說明。
帶狀電極材料100的前端部100a中，未形成活性物質層151的區域，亦即金屬箔露出之區域152，係如圖9(b)所示被裁斷成規定形狀。被裁斷之前端部100a，係作為電池的電極舌片153之用。另一方面，帶狀電極材料100的後端部100b則裁斷成直線形。是故，電極101會被切割成如圖9(b)所示之形狀。
基材150(金屬箔)舉例來說，可使用鋁、鎳、鐵、不鏽鋼、鈦、銅等。此外，亦可使用鎳及鋁之覆層材料(cladding material)、銅及鋁之覆層材料、或是該些金屬之組合之電鍍材料(plating matrial)等。又，基材150亦不可用金屬箔，而使用導電性高分子薄膜，或非導電性高分子材料添加導電性填料而成之薄膜。特別是從電子傳導性或電池動作電位的觀點看來，多使用鋁、不鏽鋼、銅等單一金屬箔。基材150所用之材料，視正極或負極而有所相異。基材150的厚度舉例來說為1~100μm。基材150形成為電池後，係成為集電體。
另一方面，切割出來的電極101，若作為電動汽車用之二次電池，則其大小約為B5~A4紙張尺寸左右。因此，帶狀電極材料100的寬度為B5~A4尺寸左右，長度為數十至數百公尺，捲繞成卷狀。本實施形態中，切割出來的電極101(參照圖9(b))，其形狀係配合所使用之電池形狀，但並未限定於圖9(b)所示之形狀。另，電極亦不限於本實施形態之電極101般在兩面形成同極，亦可於其中一面形成正極，而另一面形成負極，成為雙極型電極(bipolar electrode)。切割出來的電極101，例如用於層積型二次電池。層積型二次電池中，係如周知般，依序層積有正極、分隔板及負極。
帶狀電極材料100或切割出來的電極101非常薄。而另一方面，電動汽車等所用之二次電池，講求高密度高電能，具有很大的面積。因此在水平搬運時，若單獨搬運帶狀電極材料，會難以維持其形狀，未被搬運機材(例如輸送帶)支撐的部分容易下垂，而本實施形態改善了此一問題。
接下來，說明搬運裝置的動作。首先，由機械臂2所把持之帶狀電極材料100的前端，被搬運至前端模具3的裁斷位置。此時，機械臂2的構成零件會通過第1吸附輸送帶5的側方，機械臂2幾乎不須垂直移動的時間。此外，提高帶狀電極材料100於搬運方向A的剛性，並於空中搬運。是故，帶狀電極材料100除機械臂2及第1吸附輸送帶5以外，不會與其他構件接觸，而其前端被搬運至裁斷位置。圖1及圖2揭示此一狀態。
當帶狀電極材料100的前端到達前端模具3的裁斷位置，第1吸附輸送帶5會開始吸附，但尚未開始搬運。前端裁斷之定位完成後，隨著吸附開始，機械臂2會放開帶狀電極材料100並後退。與這些動作幾乎同時(若前端已到達裁斷位置，則在吸附開始前亦可)，模具外框302上昇，使下模305與帶狀電極材料100的前端接觸。即使機械臂2移動至最下游側時，其把持手臂23~26仍不會與前端模具3接觸。是故，只要前端到達裁斷位置，模具外框302便可開始上昇。亦即，在機械臂2後退之前，便可令模具動作，以縮短產距時間。
其後，以前端模具3將帶狀電極材料100的前端裁斷，機械臂2在裁斷前端當中後退，回到把持帶狀電極材料100前的位置。該狀態如圖10及圖11所示。此外，裁斷完成後，前端模具3亦回到下方位置。機械臂2後退後，以後端模具4將帶狀電極材料100的後端裁斷。後端模具4裁斷完成後，第1吸附輸送帶5開始搬運，將切割出來的電極101搬出至第2吸附輸送帶6。第2吸附輸送帶6接收電極101，再搬出至後續製程。是故，切割出來的電極101，不會與第1吸附輸送帶5及第2吸附輸送帶6以外的構件接觸。
按本實施形態，帶狀電極材料100係朝交叉於搬運方向A的方向彎曲，而為機械臂2所把持。其把持位置不會與機械臂2的構成零件或搬運方向A下游的前端模具3(搬運製程以外的其他製程(裁斷製程)零件)接觸。因此，即使機械臂2僅把持住帶狀電極材料100的後端側部分而不與前端模具3接觸，帶狀電極材料100的前端側部分(以及未被把持之中間部分)也不會下垂。是故，帶狀電極材料100能確實被搬運至搬運目的位置(裁斷位置)，即前端模具3。
此外，因可將帶狀電極材料100確實搬運至前端模具3而不下垂，故以模具裁斷時，能防止位置偏移。又，機械臂2的把持位置係位於上游位置，不與前端模具3接觸，故在機械臂2後退之前(亦即將帶狀電極材料100搬入前端模具3的同時)即可開始前端模具3的裁斷動作。
此外，因機械臂2係把持住帶狀電極材料100的兩側邊緣，故可輕易地使帶狀電極材料100彎曲。又，只要將把持之兩側邊緣稍微上提，帶狀電極材料100便會因重力而容易地向下凸出彎曲。另，若將帶狀電極材料100向上凸起彎曲時，則無須令機械臂2上昇。此外，令帶狀電極材料100向上凸起彎曲，且令機械臂2的把持位置與第1吸附輸送帶5位於同一平面上，那麼只要機械臂2解除把持，帶狀電極材料100便會載置於第1吸附輸送帶5上。
又，機械臂2的構成零件(把持手臂23~26等)，係配置於第1吸附輸送帶5的側方外側，避免與第1吸附輸送帶5接觸。是故，第1吸附輸送帶5不會落在機械臂2的移動軌跡內。因此，機械臂2只需略微的垂直動作，便可在第1吸附輸送帶5的上方對帶狀電極材料100進行空中搬運。是故，即使機械臂2與第1吸附輸送帶5位於同一側，亦能縮短產距時間。
此外，帶狀電極材料100係藉由機械臂2而空中搬運至前端模具3的裁斷位置，故不會接觸除機械臂2以外的其他構件，特別是模具(前端模具3或後端模具4)。是故，能防止帶狀電極材料100與其他構件接觸，導致其上形成的活性物質層151損傷而減少厚度，進而防止電荷容量降低或壽命減低。另，切割出來的電極101，亦藉由第1吸附輸送帶5及第2吸附輸送帶6而搬出，故切割後亦能防止其與第1吸附輸送帶5及第2吸附輸送帶6以外的其他構件接觸。
又，機械臂2將帶狀電極材料100搬入時，第1吸附輸送帶5僅進行吸附，而不搬運。是故，帶狀電極材料100會被吸附固定於裁斷位置，防止裁斷時(模具動作時)位置偏移。其結果，可從帶狀電極材料100確實切割出規定形狀的電極101。
此外，第2吸附輸送帶6的搬運面係配置於第1吸附輸送帶5的搬運面5a下方。是故，切割出來的電極101會確實從第1吸附輸送帶5被搬運至第2吸附輸送帶6。
此外，前端模具3的下模305係位於第1吸附輸送帶5的搬運面5a下方，在帶狀電極材料100插入前端模具3內之後才上昇。因此，帶狀電極材料100的前端可輕易地插入前端模具3的裁斷位置，且能抑制前端模具3與帶狀電極材料100在裁斷前接觸，防止活性物質層151損傷。又，萬一帶狀電極材料100的前端側部分下垂，也會被下模305抬起，故可將帶狀電極材料100於規定的裁斷位置加以裁斷。此外，除前端模具3外還設置了後端模具4，故可將帶狀電極材料100的前端及後端裁斷成不同形狀。
藉由本實施形態所製造之電池用電極，特別適用於裝配於車輛內之電動機驅動用二次電池中所使用之正極或負極。此處的車輛舉例來說，有以電動機驅動車輪之汽車，或其他車輛(例如電車)。而汽車舉例來說，則有不使用汽油之電動汽車，或是油電混合汽車。特別是裝載於車輛中之電動機驅動用二次電池，講求高輸出特性及高電能特性，需要較大的電極面積(例如上述之B5~A4紙張尺寸面積)。這類二次電池用之電極，與行動電話或電腦用之小面積電極相比，其厚度非常薄，且面積很大，不容易處置。按本實施形態，便可如上述般，適於製造較大之電池用電極。
本說明書參照並援用日本發明專利申請號第2011-85725號(2011年4月7日申請)之所有內容。以上，已參照本發明之實施形態說明本發明，但本發明並不限於上述實施形態。本發明之範圍係依申請專利範圍而決定。
舉例來說，如圖12所示，亦可使用吸附墊200作為搬運器。在此情形下，係藉由吸附墊200將帶狀電極材料100從上方吸附並保持住。是故，第1吸附輸送帶5不會與吸附墊200接觸。此外，吸附墊200的吸附面係朝交叉於搬運方向A的方向彎曲，而呈曲面。是故，帶狀電極材料100會被彎曲，提高在搬運方向A的剛性，而被空中搬運。
在此情形下，同上述實施形態般，第1吸附輸送帶5係配置於吸附墊200的動作軌跡外。因此，吸附墊200幾乎不須垂直移動的時間，能縮短產距時間。此外，帶狀電極材料100在搬運時，不會與吸附墊200以外的其他構件接觸。又，只要吸附墊200的吸附位置位於上游位置而不與前端模具3接觸，那麼在吸附墊200迴避之前(亦即將帶狀電極材料100搬入前端模具3的同時)即可開始前端模具3的裁斷動作。
此外，本發明在上述實施形態中，係應用於搬運帶狀電極材料100，但同樣可應用於搬運切割出來的電極101。上述實施形態中，電極101係由第2吸附輸送帶6搬出，但亦可不用第2吸附輸送帶6將電極101搬出至下一製程(或是接著第2吸附輸送帶6後的下一製程)，而是使用機械臂2或吸附墊200等搬運器。藉此，電極101的先端側部分或中間部分便不會下垂，而可將電極101確實搬運至下一製程。
又，上述實施形態中，電極101的前端及後端係為不同形狀，但亦可為同形狀。若欲將電極101的前端及後端裁斷成相同形狀時，可僅藉由前端模具3來裁斷(不需後端模具4)。僅以前端模具3裁斷時，係從前端模具3的前端裁斷位置開始，再將帶狀電極材料100往前搬運一個電極的長度後，裁斷後端。在此情形下，同上述實施形態般，搬運器(機械臂2或吸附墊200等)係在前端模具3的上游位置(亦即不與前端模具3接觸之位置)把持住帶狀電極材料100，提高其在搬運方向A的剛性。是故，將帶狀電極材料100搬入裁斷位置時便不會與搬運器以外的其他構件接觸，且在搬入裁斷位置的同時，即可開始前端模具3的裁斷動作。
此外，僅以前端模具3裁斷時，電極101係在前端模具3的下游被切斷分離，故在前端模具3的上游無需搬運帶狀電極材料100，也就不需要第1吸附輸送帶。但在此情形下，理想是在前端模具3的上游設置吸附器(吸附手段)而從下方支撐帶狀電極材料100，以吸附從搬運器(機械臂2或吸附墊200等)搬入之帶狀電極材料100。藉由在前端模具3的上游吸附帶狀電極材料100，可確實至整齊地切割出電極101。吸附器(吸附手段)例如可使用吸附墊。配置吸附墊時，係以其平坦之吸附面作為支撐面。而當搬運器所搬入之帶狀電極材料100到達裁斷位置時，在搬運器放開帶狀電極材料100的同時，吸附器(吸附手段)開始吸附。
此外，前端裁斷器(前端模具3)及後端裁斷器(後端模具4)並不限於模具，例如亦可為雷射切割器。使用雷射切割器時，在原本前端模具3的下模305之位置，配置可垂直移動之支撐零件(支撐銷或蜂巢桌板等)，並從上方照射雷射光以裁斷帶狀電極材料100。萬一帶狀電極材料100的前端側部分下垂，也會被支撐零件抬起，故可將帶狀電極材料100於規定的裁斷位置加以雷射切割。
上述實施形態中，僅上模306相對於前端模具3的模具外框302而移動。但在裁斷時，只要上模及下模能在規定的裁斷位置彼此咬合，那麼亦可分別獨立設置上模及下模。換言之，在帶狀電極材料100的前端來到裁斷位置時，可先令下模305獨立上昇，其後再令上模306獨立下降。後端模具4亦同。
上述實施形態中，搬運器(機械臂2)僅沿搬運方向A進行水平動作。但機械臂2在放開帶狀電極材料100後，亦可先向側方移動後，再後退回到原來位置，而其動作方向可適當變更。
1‧‧‧電極製造裝置
2‧‧‧機械臂(搬運器；搬運手段)
3‧‧‧前端模具
4‧‧‧後端模具
5‧‧‧第1吸附輸送帶
5a‧‧‧搬運面
6‧‧‧第2吸附輸送帶
20‧‧‧把持機構部
21、22‧‧‧主手臂
23、24、25、26‧‧‧把持手臂(把持部；把持手段)
41‧‧‧後端模具的下模
42‧‧‧後端模具的上模
100‧‧‧帶狀電極材料
100a‧‧‧前端部
100b‧‧‧後端部
150‧‧‧基材
151‧‧‧活性物質層
152‧‧‧未形成活性物質層的區域
200‧‧‧吸附墊
301‧‧‧模具支撐台
302‧‧‧模具外框
303‧‧‧下模基座
304‧‧‧上模基座
305‧‧‧前端模具的下模
306‧‧‧前端模具的上模
307‧‧‧外框汽缸
308‧‧‧上模汽缸
309‧‧‧外框導軌
310‧‧‧上模導軌
A‧‧‧搬運方向
[圖1]實施形態之電極製造裝置(搬運裝置)示意平面圖。
[圖2]上述電極製造裝置之示意側面圖。
[圖3]上述電極製造裝置之機械臂(搬運器)詳細示意正面圖。
[圖4]帶狀電極材料之彎曲形狀示意立體圖。
[圖5]帶狀電極材料之另一彎曲形狀示意立體圖。
[圖6](a)及(b)為帶狀電極材料之彎曲方向說明立體圖。
[圖7](a)為從搬出方向下游觀察前端模具之正面圖、(b)為沿(a)中VIIB-VIIB線之剖面圖。
[圖8](a)~(e)為前端模具之動作示意剖面圖。
[圖9](a)為帶狀電極材料的前端被裁斷前之平面圖、(b)為切割出來的電極之平面圖。
[圖10]機械臂後退時，上述電極製造裝置之示意平面圖。
[圖11]機械臂後退時，上述電極製造裝置之示意側面圖。
[圖12]以吸附墊作為搬運器時之示例立體圖。
23~26‧‧‧把持手臂
100‧‧‧帶狀電極材料
A‧‧‧搬運方向

权利要求:
Claims (11)
[1] 一種搬運裝置，係搬運電池用電極構件之搬運裝置，其特徵為：具備：搬運器，係把持住箔狀且帶狀之電極材料或箔狀電極，令其彎曲而搬運；前述搬運器的構造，係在搬運方向下游不會與其他製程之零件接觸的位置，把持前述電極材料或前述電極。
[2] 如申請專利範圍第1項之搬運裝置，其中，前述搬運器係為機械臂，其具有把持部，用來把持前述電極材料或前述電極中與前述搬運方向正交之兩側邊緣。
[3] 如申請專利範圍第1項之電池用電極構件之搬運裝置，其中，前述機械臂，係令前述電極材料或前述電極相對於水平面向下凸出而彎曲。
[4] 如申請專利範圍第1項之電池用電極構件之搬運裝置，其中，前述機械臂，係令前述電極材料或前述電極相對於水平面向上凸出而彎曲。
[5] 如申請專利範圍第4項之電池用電極構件之搬運裝置，其中，在前述電極材料或前述電極的搬運路徑下方，更具備輸送帶，前述搬運器係為機械臂，其具有把持部，用來把持前述電極材料或前述電極中與前述搬運方向正交之兩側邊緣，前述把持部的構造，係在與前述輸送帶搬運面相同之面上，把持住前述電極材料或前述電極的前述兩側邊緣。
[6] 一種搬運裝置，係搬運電池用電極構件之搬運裝置，其特徵為：具備：搬運手段，係把持住箔狀且帶狀之電極材料或箔狀電極，令其彎曲而搬運；前述搬運手段的構造，係在搬運方向下游不會與其他製程之零件接觸的位置，把持前述電極材料或前述電極。
[7] 一種搬運方法，係搬運電池用電極構件之搬運方法，其特徵為：令箔狀且帶狀之電極材料或箔狀電極彎曲，同時在搬運方向下游不會與其他製程之零件接觸的位置，以搬運器把持住前述電極材料或前述電極而搬運。
[8] 如申請專利範圍第7項之搬運方法，其中，前述搬運器係為機械臂，其具有把持部，用來把持前述電極材料或前述電極中與前述搬運方向正交之兩側邊緣。
[9] 如申請專利範圍第7項之搬運方法，其中，前述機械臂，係令前述電極材料或前述電極相對於水平面向下凸出而彎曲。
[10] 如申請專利範圍第7項之搬運方法，其中，前述機械臂，係令前述電極材料或前述電極相對於水平面向上凸出而彎曲。
[11] 如申請專利範圍第10項之搬運方法，其中，在前述電極材料或前述電極的搬運路徑下方配設輸送帶，前述搬運器係為機械臂，其具有把持部，用來把持前述電極材料或前述電極中與前述搬運方向正交之兩側邊緣，前述把持部的構造，係在與前述輸送帶搬運面相同之面上，把持住前述電極材料或前述電極的前述兩側邊緣。

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