CN103311577A

CN103311577A - 卷绕装置

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Publication number: CN103311577A
Application number: CN2012102298463A
Authority: CN
Inventors: 上冈洋介
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2032-06-28
Also published as: JP2013191411A; KR20130105221A; KR101396379B1; CN103311577B; JP5580357B2

Abstract

本发明的课题在于提供一种卷绕装置，其中，可在卷绕初始阶段，减轻作用于分隔件上的负荷，谋求所获得的卷绕元件品质的提高。卷绕装置(10)包括：卷绕部(11)；供给正电极片(4)的正电极片供给机构(31)；供给负电极片(5)的负电极片供给机构(41)；供给分隔件(2、3)的分隔件供给机构(51、61)。分隔件(2、3)和电极片(4、5)通过一对夹辊(71A、71B)之间和(81A、81B)之间，供向卷绕部(11)。一对夹辊(71A、71B)和(81A、81B)中的一个夹辊(71A、81A)通过伺服电动机(85)而控制。另外，在卷绕初始阶段，按照减小作用于卷芯(13、14)和夹辊(71A、71B)、(81A、81B)之间的分隔件(2、3)上的张力的方式对夹辊(71A、81A)进行转矩控制。

Description

卷绕装置

技术领域

本发明涉及一种卷绕装置，用于获得内置于比如二次电池等的内部的卷绕元件。

背景技术

比如，用作锂离子电池等的二次电池的电池元件通过下述的方式制造，该方式为：涂敷有正极活性物质的正电极片与涂敷有负极活性物质的负电极片通过由绝缘材料形成的2个分隔件而重合，在该状态被卷绕。

作为卷绕电池元件的卷绕装置，人们知道有下述的采用夹辊方式的类型，在该方式中，通过一对夹辊夹持而重合分别从原料卷运送的电极片和分隔件，在该状态，将该电极片和分隔件供向卷芯(比如，参照专利文献1等)。

在采用夹辊方式的卷绕装置中，比如，像图5所示的那样，在按照规定量将分隔件91卷绕于卷芯90上后，将电极片93插入该分隔件91所通过的一对夹辊92A、92B之间。如果与此同时关闭一对夹辊92A、92B，则分隔件91和电极片93处于在重合的状态夹持于一对夹辊92A、92B之间的状态。如果在该状态，连续进行卷芯90的分隔件91的卷绕，则电极片93通过与分隔件91之间的摩擦力，由分隔件91拉伸，拉向卷芯90一侧。接着，在电极片93按照规定量卷绕于卷芯90上的阶段，将一对夹辊92A、92B开放。然后，一边对分隔件91和电极片93分别施加适合的张力，一边进行卷芯90的卷绕。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-181832号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在夹辊方式的场合，在电极片93卷绕于卷芯90上之前的卷绕初试阶段，一边将分隔件91和电极片93夹持于一对夹辊92A、92B之间，一边通过卷芯90仅仅拉伸分隔件91。

由此，在卷绕初试阶段，对位于卷芯90和夹辊92A、92B之间的分隔件91施加下述的张力(比如1500g)，该张力为下述张力之和，分别为：从该分隔件91的上游侧而作用的张力(比如，500g)；通过与电极片93之间的摩擦力，从电极片93的上游侧而作用的张力(比如1000g)。

如果像这样，对卷绕初试阶段的分隔件91施加必要程度以上的张力，则具有产生各种故障的危险。

比如，具有分隔件91伸长的危险。如果分隔件91伸长，由于离子通过的孔扩大，故具有在正负电极片93之间产生短路的危险。

另外，如果在对分隔件91施加必要程度以上的张力的状态，进行卷绕，则具有产生绕紧的危险。如果产生绕紧，则具有下述的危险，即，在于卷绕后将电池元件从卷芯90上取下时，阻力增强，产生最内周的分隔件91向外飞出等的动作，难以维持适合的形状。

其结果是，具有导致电池元件品质下降的危险。

本发明是针对上述情况而提出的，本发明的目的在于提供一种卷绕装置，其中，可在卷绕初始阶段，减轻作用于分隔件上的负荷，谋求所获得的卷绕元件品质的提高。

用于解决课题的技术方案

下面分段地对适合于解决上述课题的各技术方案进行说明。另外，根据需要，附加对相应的技术方案所特有的作用效果。

技术方案1：涉及一种卷绕装置，其将涂敷有活性物质的带状的电极片与由绝缘材料形成的带状的分隔件重合，对其进行卷绕，其特征在于，该卷绕装置包括：

卷芯，其能以本身的中心轴作为旋转轴而旋转，将上述电极片和分隔件卷绕；

运送上述电极片的片运送机构；

片用张力施加机构，其能对通过上述片运送机构运送的电极片施加规定的张力；

运送上述分隔件的分隔件运送机构；

分隔件用张力施加机构，其能对通过上述分隔件运送机构运送的分隔件施加规定的张力；

一对夹辊，其能一边在重合的状态夹持从上述片运送机构供给的电极片与从分隔件运送机构供给的分隔件，一边将它们供向上述卷芯；

旋转控制机构，其对上述一对夹辊中的至少一个夹辊(电极片侧的夹辊)的旋转进行控制，

至少在卷绕初始阶段，按照在上述卷芯和上述夹辊之间减小作用于上述分隔件上的张力的方式对上述夹辊进行旋转控制，该卷绕初始阶段为：从上述分隔件卷绕于上述卷芯上的后阶段，到上述电极片卷绕于上述卷芯上的前阶段。

按照上述技术方案1，在卷绕初始阶段，通过按照在卷芯和夹辊之间减小作用于分隔件上的张力的方式进行夹辊旋转控制(比如与卷芯同步地旋转)，可减小在该分隔件上作用必要程度以上的张力的危险。其结果是，可抑制分隔件的伸长、绕紧的发生，谋求所获得的卷绕元件品质的提高。

另外，在过去具有下述的结构，其包括夹辊可沿电极片的供给方向旋转，另一方面，不能沿与上述供给方向相反的方向旋转的机构(单向离合器)。在该结构中，在夹辊停止的场合，未对分隔件施加必要程度以上的张力，是有效的，但是，在夹辊旋转，运送分隔件和电极片的状况下，具有发生上述相同的故障的危险。相对该情况，按照本技术方案，即使在夹辊旋转，仅仅卷取分隔件的过程中间，仍可减轻作用于该分隔件上的张力。

技术方案2涉及技术方案1所述的卷绕装置，其特征在于，上述旋转控制机构为转矩控制机构，该机构进行按照规定转矩而使上述夹辊旋转的转矩控制。

按照上述技术方案2，按照抵消通过片张力施加机构而施加的张力的方式进行按照规定转矩使夹辊旋转的转矩控制，由此，可使作用于卷芯和夹辊之间的分隔件上的张力仅仅为通过片张力施加机构而施加的本来的必要的张力。通过该结构，与比如下述结构等相比较，可谋求控制、装置的简化，该结构与卷芯同步，使夹辊旋转。

技术方案3涉及技术方案1或2所述的卷绕装置，其特征在于，上述夹辊按照下述方式构成，该方式为：能沿上述电极片以及上述分隔件的供给方向而旋转，另一方面，不能沿与上述供给方向相反的方向旋转。

按照上述技术方案3，即使在夹辊停止的状态的情况下，仍可减小作用于分隔件上的必要程度以上的张力，可进一步降低上述故障的发生，可谋求品质的进一步的提高。

附图说明

图1为卷绕装置的外观结构图；

图2为表示电池元件的结构的剖面示意图；

图3为表示电池元件的卷绕步骤的流程图；

图4为用于说明进行了转矩控制的夹辊的分隔件和电极片的运送动作的示意图；

图5为用于说明过去的夹辊的分隔件和电极片的运送动作的示意图。

具体实施方式

下面参照附图，对一个实施方式进行说明。首先，对作为通过本实施方式的卷绕装置而获得的卷绕元件的锂离子电池元件的结构进行说明。

像图2所示的那样，锂离子电池元件1(在下面简称为“电池元件1”)通过下述的方式制造，该方式为：经由2个分隔件2、3，正电极片4和负电极片5在重合的状态卷绕。另外，在图2中，为了便于说明，按照分隔件2、3和电极片4、5(在下面将对它们总称为“各种片2～5”)的相互间隔开的方式表示。

分隔件2、3分别呈具有同一宽度的带状，通过聚丙烯(PP)等的绝缘体构成，以便防止不同的电极片4、5之间相互接触，产生短路的情况。

电极片4、5由薄板状的金属片构成，具有与分隔件2、3基本相同的宽度。另外，在电极片4、5的内外两个面上涂敷活性物质。正电极片4采用比如铝箔片在其内外两个面上涂敷正极活性物质。负电极片5采用比如铜箔片在其内外两个面上涂敷负极活性物质。此外，经由该活性物质，可进行正电极片4和负电极片5之间的离子交换。更具体地说，在充电时，离子从正电极片4侧移向负电极片5侧，在放电时，离子从负电极片5侧移向正电极片4侧。

另外，在图中未示出的多个正极引线从正电极片4的宽度方向一端缘伸出，在图中未示出的多个负极引线从负电极片5的宽度方向另一端缘伸出。

在获得锂离子电池时，卷绕的电池元件1设置于由金属制成、呈筒状的电池容器(图中未示出)的内部，并且分别汇集上述正极引线和负极引线。此外，汇集的正极引线与正极端子部件(图中未示出)连接，并且该汇集的负极引线与负极端子部件(图中未示出)连接，两个端子部件按照堵塞上述电池容器的两端开口的方式设置，由此，可获得锂离子电池。

下面对用于制造电池元件1的卷绕装置10进行说明。

像图1所示的那样，卷绕装置10包括用于卷绕各种片2～5的卷绕部11；供给正电极片4的正电极片供给机构31；供给负电极片5的负电极片供给机构41；分别供给分隔件2、3的分隔件供给机构51、61。另外，上述卷绕部11、各供给机构31、41、51、61等的卷绕装置10内的各种机构为通过控制装置86(参照图4)而进行动作控制的结构。电极片供给机构31、41构成片运送机构，分隔件供给机构51、61构成分隔件运送机构。

正电极片供给机构31包括正电极片4呈卷状卷绕的正电极片原料卷32；用于将正电极片4送出到后述的一对夹辊71A、71B之间的一对夹辊33A、33B；用于切断正电极片4的片切断器34。

正电极片原料卷32呈卷状卷绕于轴辊32a的周围。轴辊32a按照下述方式构成，该方式为：通过固定转矩电动机等的轴辊驱动机构进行转矩控制，可对从此处抽出的正电极片4施加规定的张力。通过轴辊32a、驱动它的轴辊驱动机构等，构成片用张力施加机构。

一对排送辊33A、33B按照可分别通过伺服电动机等的排送辊驱动机构而进行旋转控制的方式构成，并且按照可通过图中未示出的气缸等的驱动机构而上下移动的方式构成。由此，一对排送辊33A、33B可在夹持正电极片4的关闭状态，与打开正电极片4的打开状态进行开闭动作。

此外，在将正电极片4送出到一对夹辊71A、71B之间时，一边通过一对排送辊33A、33B夹持正电极片4，一边通过各排送辊33A、33B的旋转，将正电极片4从正电极片原料卷32中抽出，一边将其送出到夹辊71A、71B之间。

片切断器34由位于正电极片4的上下的一对刃部构成。正电极片4的切断在通过一对排送辊33A、33B夹持正电极片4的状态进行。

负电极片供给机构41与正电极片供给机构31相同，包括负电极片原料卷42、轴辊42a、一对排送辊43A、43B、片切断器44等。此外，由于一对排送辊43A、43B等的负电极片供给机构41的各种结构与正电极片供给机构31相同，故其具体的说明省略。

分隔件供给机构51、61分别包括分隔件2、3呈卷状卷绕的分隔件原料卷52、62。

分隔件原料卷52、62分别呈卷状卷绕于轴辊52a、62a的周围。轴辊52a、62a按照下述方式构成，该方式为：通过固定转矩电动机等的轴辊驱动机构进行转矩控制，可对从此处抽出的分隔件2、3施加规定的张力。通过轴辊52a、62a或驱动它的轴辊驱动机构等，构成分隔件用张力施加机构。

分隔件2、3分别通过一对夹辊71A、71B之间和81A、81B之间而供向卷绕部11。

一对夹辊71A、71B和81A、81B中的一个夹辊71A、81A为按照下述方式构成的活动辊，该方式为：分别通过伺服电动机85(参照图4)而进行转矩控制，并且可通过图中未示出的气缸等的驱动机构而上下移动。伺服电动机85构成旋转控制机构(转矩控制机构)。

另一夹辊71B、81B构成固定辊，其不发生位移，以可自由旋转的方式通过轴承支承，伴随夹辊71A、81A的旋转动作、运送的分隔件2、3等而动作，进行旋转。

由此，一对夹辊71A、71B和81A、81B可在夹持分隔件2、3和电极片4、5的关闭状态、与将它们打开的打开状态进行开闭动作。

另外，在各种片2～5的供给通路的中途，还设置用于对各种片2～5进行导向的各种导向辊(标号省略)等。

下面对卷绕部11的结构进行说明。像图1所示的那样，卷绕部11包括以可旋转的方式设置的圆盘状的转台12；沿该转台12的旋转方向间隔180°而设置的2个卷芯13、14；用于切断分隔件2、3的分隔件切割器16。

卷芯13、14分别用于在本身的外周侧卷取各种片2～5，按照可以本身的中心轴作为旋转轴而旋转的方式构成。另外，卷芯13、14按照可沿该转台12的轴线方向，相对该转台12而进出的方式设置。

卷芯13、14分别由沿本身的轴线方向延伸的一对芯片构成，按照可在该对芯片之间夹持分隔件2、3的方式构成。

卷芯13、14按照可通过转台12的旋转，在卷绕位置P1与取下位置P2之间进行旋转运动的方式构成。

卷绕位置P1为相对卷芯13、14卷绕各种片2～5的位置，将各种片2～5分别从上述各供给机构31、41、51、61供向该卷绕位置P1。

取下位置P2为用于进行卷绕后的各种片2～5，即，电池元件1的取下的位置。

在取下位置P2的周边部，设置用于抑制卷绕后的各种片2～5的散乱不齐的压辊(图示省略)、用于将电池元件1从卷芯13、14上取下的取下器(图示省略)等。

分隔件切割器16按照可在下述位置移动的方式构成，该位置分别为：在卷绕位置P 1的附近而上下运动，接近转台12，切断分隔件2、3的切断位置；与转台12离开，不妨碍卷芯13、14的移动的引退位置。

下面参照图1所示的卷绕装置10的外观结构图与图3的流程图对采用上述卷绕装置10的电池元件1的卷绕步骤进行具体说明。

此外，图1表示下述的状态，在该状态，在卷绕位置P1处卷绕各种片2～5的一个卷芯14移向取下位置P2，并且新移向卷绕位置P1的另一卷芯13夹持分隔件2、3。

在从图1所示的状态，在取下位置P2的卷芯14，与卷绕位置P 1的卷芯13之间切断分隔件2、3后，在卷绕位置P1开始新的电池元件1的卷绕。另外，在该阶段，一对夹辊71A、71B和81A、81B处于打开状态，处于对通过该对一对夹辊71A、71B和81A、81B之间的分隔件2、3施加力的状态。于是，一边从分隔件原料卷52、62对分隔件2、3施加规定的张力(在本实施方式中为500g)，一边将该分隔件2、3卷绕于卷芯13上。

还有，如果分隔件2、3按照规定长度卷绕于卷芯13上，则卷芯暂时停止，使排送辊33A、33B和43A、43B旋转，排送电极片4、5(步骤S1)。

在电极片4、5的前端到达夹辊71A、71B之间和81A、81B之间时，停止排送辊33A、33B和43A、43B(步骤S2)，夹辊71A、71B和81A、81B处于关闭状态，在与分隔件2、3重合的状态夹持电极片4、5(步骤S3)。

对应于此，排送辊33A、33B和43A、43B处于打开状态，打开电极片4、5(步骤S4)。由此，从电极片原料卷32、42到夹辊71A、71B和81A、81B，处于对电极片4、5施加规定张力(在本实施方式中为1000g)的状态。

接着，再次使卷芯13旋转(步骤S5)，同时一边使伺服电动机85进行转矩控制，一边使夹辊71A、81A旋转(步骤S6)。在这里，通过进行转矩控制，夹辊71A、71B(81A、81B)一边在重合的状态夹持分隔件2和电极片4(分隔件3和电极片5)，一边按照规定的转矩(在本实施方式中为1000g)送向卷芯13。其结果是，像图4所示的那样，处于抵消从电极片原料卷32、42施加的张力的状态。即，在卷芯13和夹辊71A、71B以及81A、81B之间作用于分隔件2、3上的张力与在分隔件原料卷52、62和夹辊71A、71B以及81A、81B之间作用于分隔件2、3上的张力相同。

此外，如果电极片4、5卷绕于卷芯13上，则夹辊71A、71B和81A、81B处于打开状态，结束转矩控制(步骤S7)。由此，然后，一边分别从分隔件原料卷52、62对分隔件2、3施加规定张力(500g)，分别从电极片原料卷32，42对电极片4、5施加规定张力(1000g)，一边在重合的状态将各种片2～5卷绕于卷芯13上。

如果各种片2～5按照规定长度而卷绕于卷芯13上，则卷芯13的旋转动作暂时停止(步骤S8)。在该状态，排送辊33A、33B和43A、43B处于关闭状态(步骤S9)。在持握电极片4、5后，通过片切断器34、44而切断(步骤S10)。

如果电极片4、5的切断结束，则卷芯13旋转规定量，将电极片4、5的终端部分(卷绕剩余部分)与分隔件2、3一起卷取(步骤S11)。

如果电极片4、5的终端部分的卷取结束，则不切断分隔件2、3，转台12旋转(步骤S12)。由此，一个卷芯13一边抽出分隔件2、3，一边移向取下位置P2侧，并且另一卷芯14在相对转台12而引退的状态，移向卷绕位置P1侧。

接着，如果卷芯13、14分别到达取下位置P2、卷绕位置P1，则转台12停止，并且在卷绕位置P1，卷芯14从转台12而突出，汇集而持握分隔件2、3(步骤S13)。同时，在取下位置P2，图中未示出的压辊接近卷芯13，按压分隔件2、3的终端部分附近。

在该状态，分隔件切割器16动作，在取下位置P2的卷芯13与卷绕位置P1的卷芯14之间，切断分隔件2、3(步骤S14)。

在该切断后，在通过上述压辊按压分隔件2、3的终端部分附近的状态，取下位置P2的卷芯13旋转，卷取分隔件2、3的终端部分(步骤S15)，并且通过固定胶带(图中未示出)嵌入分隔件2、3的终端部分，由此，各种片2～5的卷绕作业完成，电池元件1完成。该电池元件1通过图中未示出的取下器，从卷芯13而取下。

另外，在切断上述分隔件2、3后，在进行取下位置P2的分隔件2、3的终端部分的卷取作业的同时，在卷绕位置P1，使卷芯14旋转，开始该卷芯14持握的分隔件2、3的终端部分的卷取。

之后，反复进行上述的步骤，交替地将各种片2～5卷绕于卷芯13、14上，由此，依次制造电池元件1。

像上面具体描述的那样，按照本实施方式，按照下述的方式构成，该方式为：在卷绕初始阶段，夹辊71A、81A通过伺服电动机85而进行转矩控制。由此，抵消由电极片原料卷32、42产生的张力。即，作用于卷芯13和夹辊71A、71B和81A、81B之间的分隔件2、3上的张力仅仅为通过分隔件原料卷52、62施加的本来必要的适合的张力。其结果是，可抑制分隔件2、3的延伸、绕紧的发生，可谋求获得的电池元件1品质的提高。

此外，并不限于上述实施方式的记载内容，也可比如像下述那样实施。不用说，在下面列举的其它的应用例、变型例均当然是可能的。

(a)在上述实施方式中，通过卷绕装置10制造锂离子电池的电池元件1，但是通过卷绕装置10制造的卷绕元件并不限于此，也可制造比如电解电容器的卷绕元件等。

(b)在上述实施方式中，针对不具有卷芯芯体的类型的电池元件1而具体化，但是也可针对电池元件1具有卷芯芯体的场合而具体实现。即，也可按照将卷芯芯体安装于卷芯13、14上，在该卷芯芯体的周围卷绕各种片2～5的方式构成。

(c)在上述实施方式中，采用截面基本呈圆形状的卷芯13、14，但是，卷芯13、14的形状并不限于此，也可采用比如截面呈椭圆状、截面呈长圆状、截面呈多边形状、截面呈扁平状等的截面呈非圆形状的卷芯。

(d)分隔件2、3或电极片4、5的材质并不限于上述实施方式。比如，在上述实施方式中，通过PP而形成分隔件2、3，但是也可通过其它的绝缘材料形成分隔件2、3。

(e)在上述实施方式中，卷绕部11为具有2个卷芯13、14的结构，但是卷芯的数量并不限于此，也可为具有3个以上的卷芯的结构。

(f)在上述实施方式中形成下述的结构，其中，卷芯13、14由一对芯片构成，通过该对芯片夹持分隔件2、3，但是固定分隔件2、3的固定机构并不限于该结构。

可形成下述的结构，其中，比如，在杆状的卷芯上形成狭缝，将分隔件2、3插入该狭缝中，而且，稍稍旋转卷芯，由此，将分隔件2、3固定。另外，在分隔件2、3通过树脂材料等构成的场合，也可将该分隔件2、3通过热焊接等方式连接于卷芯芯体等上。不用说，也可通过胶带而粘接于卷芯芯体上。

(g)在上述实施方式中，形成通过伺服电动机85对夹辊71A、81A进行转矩控制的结构，但是，并不限于此，比如，也可形成下述的结构，其中，通过按照与卷芯13、14同步的方式使夹辊71A、81A旋转，减小作用于卷芯13和夹辊71A、71B和81A、81B之间的分隔件2、3的张力。

(h)在上述实施方式中，也可形成下述的结构(单向离合器)，即，根据该结构，夹辊71A、71B和81A、81B可沿分隔件2、3和电极片4、5的供给方向而旋转，另一方面，不能沿与上述供给方向相反的方向旋转，虽然关于该结构没有特别谈及。通过该结构，即使在夹辊71A、71B和81A、81B停止的状态，仍可减小作用于分隔件2、3上的必要程度以上的张力。

(i)在上述实施方式中，形成下述的结构，其中，对一对夹辊71A、71B和81A、81B中的仅仅一个夹辊71A、81A进行旋转控制，但是，不仅如此，也可形成还对另一夹辊71B、81B进行旋转控制的结构。

(j)在上述实施方式中形成下述的结构，其中，从电极片原料卷32、42的轴辊32a、42a对电极片4、5施加张力，从分隔件原料卷52、62的轴辊52a、62a对分隔件2、3施加张力。但并不限于此，也可形成下述的结构，其中，比如，以可自由旋转的方式设置轴辊32a等，并且在电极片供给机构31、41和分隔件供给机构51、61的通路中途单独设置张力施加机构。

标号说明

标号1表示电池元件；

标号2、3表示分隔件；

标号4表示正电极片；

标号5表示负电极片；

标号10表示卷绕装置；

标号11表示卷绕部；

标号12表示转台；

标号13、14表示卷芯；

标号31表示正电极片供给机构；

标号32表示正电极片原料卷；

标号32a表示轴辊；

标号41表示负电极片供给机构；

标号42表示负电极片原料卷；

标号42a表示轴辊；

标号51、61表示分隔件供给机构；

标号52、62表示分隔件原料卷；

标号52a、62a表示轴辊；

标号71A、71B和81A、81B表示夹辊；

标号85表示伺服电动机。

Claims

1.一种卷绕装置，其将涂敷有活性物质的带状的电极片与由绝缘材料形成的带状的分隔件重合，对其进行卷绕，其特征在于，该卷绕装置包括：

运送上述电极片的片运送机构；

运送上述分隔件的分隔件运送机构；

旋转控制机构，其对上述一对夹辊中的至少一个夹辊的旋转进行控制；

2.根据权利要求1所述的卷绕装置，其特征在于，上述旋转控制机构为转矩控制机构，该机构进行按照规定转矩而使上述夹辊旋转的转矩控制。

3.根据权利要求1或2所述的卷绕装置，其特征在于，上述夹辊按照下述方式构成，该方式为：能沿上述电极片以及上述分隔件的供给方向而旋转，另一方面，不能沿与上述供给方向相反的方向旋转。