JP2001118573A

JP2001118573A - シート状電極材料の加工装置

Info

Publication number: JP2001118573A
Application number: JP29874499A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Nishiwaki; 篤西脇
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 1999-10-20
Filing date: 1999-10-20
Publication date: 2001-04-27

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】圧着したシート状電極の供給・走行速度に対
応して亀裂を付与する加工装置。【解決手段】バッファー量検出部５は、一定のバッフ
ァー量を基準５ｂ、５ｂ′としたバッファー量の変化に
対応してそれぞれ検出する複数のバッファー量検出器５
ａ〜５ｄ、５ａ′〜５ｄ′、およびその検出信号に対応
して巻出し駆動機構を制御して巻出しを多段運転させる
制御機構３を具備している、フープ内に巻装されたシー
ト状電極材料２を巻き出す巻出し機構１と、その巻出し
駆動機構と、その駆動によって巻き出されたシート状電
極材料２の両面を対向的に定圧着し、前記シート状電極
材料２に亀裂を付与する複数の定速回転型加圧ローラ４
（４ａ〜４ｇ）と、それに至るシート状電極材料２のバ
ッファー量を検出するバッファー量検出部５とを有する
シート状電極材料の加工装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はシート状電極材料の
加工装置に係り、さらに詳しくは圧着したシート状電極
の供給・走行速度に対応して亀裂を付与する加工装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話機や携帯用ノート型パー
ソナルコンピューター（パソコン）など、電子機器類の
コードレス化、高性能化、あるいは小形軽量化の推進に
伴って、これら電子機器類の主電源となる電池の高性能
化が要求されている。そして、これら電子機器類の主電
源として、高性能化ないし高容量化を図れるニッケル水
素二次電池、あるいはリチウム二次電池などの実用化が
進められている。

【０００３】ところで、この種のニッケル水素二次電池
などは、一般的に、帯状の正極および負極の間に、電解
液（電解質）を担持するセパレーターを介挿させて捲回
もしくは積層して電極群（発電要素部）を形成し、この
電極群を電池外装容器内に液密に封装した構成を採って
いる。ここで、二次電池の電極群（電極要素部）、たと
えばニッケル水素二次電池の電極群は、一般的に、帯状
の集電体にニッケル化合物を含む正極活物質層を設けた
ものを正極とし、また、同じく帯状の集電体にCaCu₅型
の結晶構造を有する水素吸蔵合金を含む負極活物質層を
設けたものを負極として構成されている。

【０００４】そして、上記帯状（シート状）電極は、帯
状集電体に対応する電極活物質をペースト状ないしゲル
状に調製し、このペースト状ないしゲル状の電極活物質
を集電体面に塗工した後、乾燥し、さらに圧着などの加
工処理を施している。ここで、帯状集電体面に対する電
極活物質の塗工は、高容量化ないし体積効率の向上を図
るために、電極活物質の充填量（電極活物質が担持され
る量）を増加させ、さらに、電極活物質系ペーストの塗
工膜を乾燥した後、圧着して活物質層の付着密度向上さ
せ、電極層の高容量化ないし高性能化が図られている。

【０００５】一方、シート状電極は、活物質層の付着・
充填密度の向上などに伴って、折り曲げ難らく成るた
め、たとえば円筒状に捲装した場合、真円状の円筒化が
困難となる。つまり、円筒状の外装缶内に装着するのに
適する円筒状電池要素を形成することが困難となり、無
理な折り曲げで電極間の短絡を発生したりすることもあ
り、結果的に、高容量・高性能の電池を提供できない恐
れがある。

【０００６】なお、前記帯状集電体としては、たとえば
アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、ステンレスなど
の帯状金属箔、あるいはエキスバンドメタルのような帯
状金網状もしくは帯状多孔薄板状などが挙げられる。ま
た、これら帯状集電体の形態は、無孔なシート、孔あき
シート、ネット状（網状）シートなどであり、その厚さ
は20〜50μm 程度である。

【０００７】また、前記帯状（シート状）電極の圧着加
工は、通常、次のように行われている。すなわち、フー
プ内に巻装されたシート状電極材料を巻出し、バッファ
ー領域ないしフィーダー領域を介して、一対の定速回転
型加圧ローラの外周面間を通過させている。ここで、バ
ッファー領域ないしフィーダー領域の介在は、巻出し機
構と定速回転型加圧ローラとの間である程度の弛みをも
たせ、圧着加工するシート状電極材料に過分な張力など
が加わって、損傷などが発生するのを回避するためであ
る。

【０００８】具体的には、シート状電極材料の巻出し速
度および定速回転型加圧ローラの回転・駆動を、それぞ
れ一定の速度で運転・駆動する一方、バッファー領域に
ダンサーローラを配置するとともに、このダンサーロー
ラの脇に上限、下限バッファー量検出器の対を設置して
ある。ここで、バッファー量検出器は、発光素子と受光
素子との対を離隔して、ほぼ水平に配置した構成を採っ
ている。

【０００９】そして、前記ダンサーローラの上昇・下降
に伴って、バッファー量検出器対間が遮断（遮光）され
る現象を利用して、上限、下限のバッファー量を検出
し、検出したバッファー量に応じてシート状電極材料の
巻出し速度や、定速回転型加圧ローラの定速運転を制御
する構成をなしている。

【００１０】この構成では、前記バッファ量検出器がバ
ッファー量上限を検出した場合は、バッファー量が基準
量側に戻るまで、一時、回転型加圧ローラの運転を停止
し、逆に、バッファー量下限を検出した場合は、バッフ
ァー量が基準量側に戻るまで、一時、シート状電極材料
の巻出しを停止する。つまり、供給・走行するシート状
電極材料のバッファー領域における弛みの程度に応じ
て、回転型加圧ローラおよび巻出し機構の運転・一時停
止・停止解除の制御を行う方式が採られている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記シート状電極材料
の加工装置の場合は、バッファー量の上限・下限の検出
ごとに、巻出し機構および回転型加圧ローラの運転・一
時停止・停止解除の操作を行うため、シート状電極材料
の圧着・加工操作が煩雑化する一方、生産性も損なわれ
る。

【００１２】また、前記シート状電極材料の加工装置の
場合は、バッファー量の検出に使用するダンサーローラ
によって、シート状電極材料にテンション（張り）が必
然的に付与されるので、シート状電極材料の破断を招来
する恐れがある。すなわち、ダンサーローラがバッファ
量下限位置検出器を遮った時点から、バッファ量上限位
置検出器を遮るまで、この間、巻出し機構は待機状態に
あり、ラインスピードの変化大きく、過度のテンション
が加わるので、シート状電極材料が破断を起こし易い。

【００１３】また、前記運転・一時停止・停止解除の操
作が頻発することは、駆動系の低寿命化に連なるし、さ
らに、待機状態を持つことは、加工装置の稼働率の低下
となり生産性に大きく影響する。

【００１４】本発明は上記事情に対処してなされたもの
で、定速回転型の加工ローラに対して供給するシート状
電極材料のバッファー量に対応して、シート状電極材料
の巻出しを自動的に多段速運転させ、シート状電極材料
に捲装し易い加工を施すことができる加工装置の提供を
目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、フー
プ内に巻装されたシート状電極材料を巻き出す巻出し機
構と、前記巻出し機構の巻出し駆動機構と、前記巻出し
駆動機構の駆動によって巻き出されたシート状電極材料
の両面を対向的に定圧着し、前記シート状電極材料に亀
裂を付与する複数の定速回転型加圧ローラと、前記巻出
し機構から巻き出され定速回転型加圧ローラに至るシー
ト状電極材料のバッファー量を検出するバッファー量検
出部とを有するシート状電極材料の加工装置であって、
前記バッファー量検出部は、一定のバッファー量を基準
としたバッファー量の変化に対応してそれぞれ検出する
複数のバッファー量検出器、および前記バッファー量検
出器の検出信号に対応して巻出し駆動機構を制御して巻
出しを多段速運転させる制御機構を具備していることを
特徴とするシート状電極材料の加工装置である。

【００１６】請求項２の発明は、請求項１記載のシート
状電極材料の加工装置において、複数のバッファー量検
出器がシート状電極の走行方向に沿って段差付きに配置
されていることを特徴とする。

【００１７】請求項１および請求項２の発明において、
フープ内に巻装されたシート状電極材料を巻き出す巻出
し機構は、たとえば回転可能に装着された巻き戻しロー
ラであり、また、前記巻出し機構からシート状電極材料
を巻き出す巻出し駆動機構は、前記巻き戻しローラの回
転軸に、たとえばギヤもしくはベルトなどの伝達機構を
介在させて連接するモータなどの回転駆動源であり、こ
の回転駆動源は、介制御機構によって回転速度が任意に
制御される構成と成っている。

【００１８】請求項１および請求項２の発明において、
巻き出されたシート状電極材料の両面を対向的に定圧着
し、前記シート状電極材料に亀裂を付与する複数の定速
回転型加圧ローラは、走行するシート状電極材料に対
し、幅方向に細かい亀裂を所要の間隔で形成・付与する
ように機能する。したがって、一般的に、定速回転型加
圧ローラの少なくとも一部は、その軸方向に沿って外周
面が所要のピッチで条列状に凹凸加工されている。ここ
で、凹凸は、加工するシート状電極材料の厚さ、材質な
どを考慮して決められるが、一般的に、ピッチ 0.5〜 5
mm程度、凹凸 0.8mm程度以下でよい。

【００１９】なお、外周面を凹凸化した定速回転型加圧
ローラの場合は、前記凹凸の機械的な摩耗などによる機
能低下などを考慮した材質、たとえばステンレス鋼など
が選択される。また、これらの定速回転型加圧ローラ
は、シート状電極材料が担持する電極合剤を圧着する役
割をも果たさせるため、線圧で 2〜 5ton/cm程度、好ま
しくは線圧で 3〜 4ton/cm程度の加圧に設定すればよ
い。さらに、定速回転型加圧ローラは、要すれば加熱源
を内蔵させ、定速回転型加圧ローラの温度を室温〜200
℃程度に加温した状態で加圧処理を施すようにしてもよ
い。

【００２０】請求項１および請求項２の発明において、
巻出し機構から巻き出され、定速回転型加圧ローラに至
る領域におけるシート状電極材料のバッファー量（弛み
量もしくは弛みの程度）を検出するため、バッファー量
検出部が設けられるている。ここで、バッファー量検出
部は、巻き出されるシート状電極材料の基準バッファー
量、上限・下限バッファー量など、バッファー量の変化
を検出する。

【００２１】すなわち、バッファー量の変化を検出する
ため、たとえばるシート状電極材料の巻出し・走行する
方向に沿って、垂直な方向に一定の間隔で配置したバッ
ファー量検出器によって行われる。たとえば、発光素子
および対向・離隔して配置された受光素子から成る検出
器の複数個を、巻出し・走行するシート状電極材料の主
面に対し、ほぼ垂直な方向に一定の間隔で配置する。

【００２２】このような配置構成を採ると、前記バッフ
ァ量検出器は、シート状電極材料のバッファー量（弛み
量）によって、遮光もしくは通光のいずれかに対応し、
このバッファ量検出器での遮光もしくは通光に伴う検出
信号の出力が、巻出し機構の駆動機構を制御する制御機
構に入力され、巻出し機構を多段速運転させる構成と成
っている。

【００２３】請求項１および請求項２の発明に係る加工
装置は、シート状集電体（たとえばNi基体）面に、正極
活物質もしくは負極活物質を含む電極合剤を塗着・乾燥
処理を施したものを対象として亀裂付与の加工を施すこ
とができる。ここで、シート状集電体の性状は、無孔な
シート（箔）、孔あきシート（箔）、ネット状（網状）
シートなどで特に限定されないが、一般的に、その目付
量が 300〜 400 g/m²程度、より好ましくは 300〜 350
g/m程度である。

【００２４】また、前記シート集電体、たとえば体Ni基
体に塗着された電極合剤は、正極活物質と、エチレンカ
ーボネートなどの非水溶媒と、過塩素酸リチウムなどの
電解質と、さらに要すれば導電材やバインダーなどの添
加成分とを混練してペースト化されたものが挙げられ
る。

【００２５】なお、前記正極活物質としては、たとえば
リチウムマンガン複合酸化物、二酸化マンガン、リチウ
ム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケルコバルト
酸化物、リチウム含有の非晶質五酸化バナジウム、カル
コゲン化合物などが挙げられる。その他、水酸化ニッケ
ル、導電材およびバインダーなどの添加成分とを混練し
てペースト化されたものでもよい。

【００２６】上記電極合剤の組成は、特に限定されない
が、通常、電極活物質 100重量部に対し、導電剤 5〜13
重量部より好ましくは 7〜 8重量部、結着剤 0.1〜 1.0
重量部より好ましくは 0.3〜 0.6重量部の割合とし、溶
媒を加えて固形分比率を70〜80重量％程度としたもので
ある。そして、シート状集電体の表裏両面に電極合剤を
塗布した後、乾燥によって塗布層中の溶媒が除去され
る。

【００２７】請求項１および請求項２の発明では、後工
程に当たる亀裂付与操作の運転に対して、シート状電極
材料の定速な巻出し・走行に際して、バッファー領域で
のバッファー量が基準バッファー量に対して上限側、も
しくは下限側に変動した場合、その変動の程度に対応し
て、巻出し速度が適正に調整される。つまり、シート状
電極材料に対して定常的な亀裂付与を確保しながら、バ
ッファー領域におけるバッファー量に対応して、自動的
にシート状電極材料の巻出しに緩急付けし、ライン全体
をスムースな流れにできる。

【００２８】したがって、工程の時間的な浪費も回避さ
れ、かつシート状電極材料の損傷発生も解消するので、
生産性および歩留まりの向上が図られる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、図１を参照して実施例を説
明する。

【００３０】図１は、実施例に係るシート状電極材料の
加工装置の要部構成を示す断面図である。図１におい
て、１はフープ内に巻装されたシート状電極材料２を巻
き出す巻出し機構であり、前記巻出し機構１を駆動する
巻出し駆動機構（図示省略）を備えている。そして、前
記巻出し駆動機構は、制御機構３によって、巻出しが多
段速に行われるように制御される。

【００３１】また、４は前記巻出し駆動機構の駆動によ
って巻き出されたシート状電極材料２の両面を対向的に
定圧着し、前記シート状電極材料２に亀裂を付与する複
数の定速回転型加圧ローラである。ここで、定速回転型
加圧ローラ４は、前記シート状電極材料２の両主面に、
それぞれ対接するように、両側に分けて配置されたステ
ンレス鋼製の複数個の加圧ローラ4a，4b，4c，4d，4e，
4f，4gで構成されている。なお、この加圧ローラ4a，4
b，4c，4d，4e，4f，4gは、外周面に軸方向に複数の凹
凸条が形設されており、全体的に、外周面速度10 m／mi
n,程度で定速回転する構成に成っている。

【００３２】さらに、５は前記巻出し機構１から巻き出
され定速回転型加圧ローラ４に至るシート状電極材料２
のバッファー量（弛みの程度）を検出するバッファー量
検出部である。ここで、バッファー量検出部５は、一定
のバッファー量を基準としたバッファー量の変化に対応
して検出する複数のバッファー量検出器5a，5a′、5b，
5b′、5c，5c′、5d，5d′であり、このバッファー量検
出器5a，5a′、5b，5b′、5c，5c′、5d，5d′の検出信
号が制御機構３に入力し、巻出し駆動機構を制御する。

【００３３】なお、上記バッファー量検出器5a，5a′、
5b，5b′、5c，5c′、5d，5d′は、たとえば発光素子5
a，5b，5c，5dと受光素子5a′，5b′，5c′，5d′との
対をシート状電極材料２の走行方向に沿わせ、かつ一定
の間隔（たとえば15〜20cm程度）で垂直方向に段差付け
して配置構成を採っている。そして、発光素子5bと受光
素子5b′の対を基準バッファー量検出器、発光素子5cと
受光素子5c′の対を中位バッファー量検出器、発光素子
5dと受光素子5d′の対を下限バッファー量検出器、発光
素子5aと受光素子5a′の対を上限バッファー量検出器と
する。

【００３４】前記複数の各バッファー量検出器は、巻出
し機構１と定速回転型加圧ローラ３との間における基準
的なバッファー量に対するバッファー量の変化を検出
し、このバッファー量の検出に基づく検出信号を出力す
る。そして、この検出信号の出力は、巻出し機構１から
制御機構３に入力され、この入力によって、駆動機構を
制御してシート状電極材料２を巻き出し機構１を多段速
運転させるように構成されている。ここで、各バッファ
ー量検出器の検出信号は、バッファー量検出器の順に、
上段側が優先するように成っている。

【００３５】なお、図１において、６はバッファー検出
部５と定速回転型加圧ローラ３との間に介在させ、バッ
ファー領域でのバッファー作用を補助するフィーダー、
７は支持台、８はガイドローラ，９は巻き出し機構１の
支持体、10は定速回転型加圧ローラ３の支持体である。

【００３６】次に、上記加工装置の動作について説明す
る。

【００３７】シート状集電体面に、電極活物質を含む電
極合剤を塗着・乾燥処理を施したシート状電極材料２を
巻き出し機構１から巻き出し、バッファー領域を介して
定速回転型加圧ローラ４に供給し、定速回転型加圧ロー
ラ４を構成する複数個の加圧ローラ4a，4b，4c、4d，4
e，4f，4g間を圧着・通過させ、シート状電極材料２の
両面側に、それぞれ細かい亀裂を圧着面に設ける。

【００３８】ここで、巻き出し機構１から巻き出された
シート状電極材料２は、定速回転する加圧ローラ4a，4
b，4c、4d，4e，4f，4g間を通過して、圧着・亀裂付与
が行われる。その際、シート状電極材料２のバッファー
量が、基準バッファー量検出器5b，5b′で検知される基
準範囲内にあるときは、予め設定・制御した巻出し機構
１からの巻き出しが行われる。

【００３９】また、シート状電極材料２のバッファー量
が大きくなって、中位バッファー量検出器5c，5c′で始
めて検知される範囲内にあるときは、中位バッファー量
検出器5c，5c′の出力信号が制御機構３に入力し、巻出
し機構１を駆動する駆動機構の駆動速度を中位に変速し
てシート状電極材料２を巻出して、定速回転型加圧ロー
ラ４によって所要の亀裂付与の加工が行われる。

【００４０】同様に、下限バッファー量検出器5d，5d′
で検知される範囲になった場合は、下限バッファー量検
出器5d，5d′の出力信号が制御機構３に入力し、巻出し
機構１の巻き出し速度を高速に変速する。一方、上限バ
ッファー量検出器5a，5a′で検知された場合は、上限バ
ッファー量検出器5a，5a′の出力信号が制御機構３に入
力し、巻出し機構１の巻き出し速度を低速に変速する。

【００４１】上記のように、この加工装置においては、
巻出し機構１から巻き出されたシート状電極材料２が何
等かの原因で、基準バッファー量に対してバッファー量
が変動した場合、その変動量を検出するバッファー量検
出部５で検出し、バッファー量の変動に連動して巻出し
機構１からの巻き出し速度を多段速に切り換えられるの
で、ラインのスムースな流れが保持される。つまり、巻
き出し速度および定速回転型加圧ローラ４に駆動速度差
が生じて、バッファー量（弛み量）が変動しても、その
変動量に対応して巻出し機構１の駆動速度が高速もしく
は低速にと、適正に調節される。

【００４２】したがって、前記バッファー量（弛み量）
変動に起因するトラブルの発生が防止され、歩留まりお
よび量産性の向上が図られる。

【００４３】本発明は、上記実施例に限定されるもので
なく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を
採るこができる。たとえば、バッファー量検出器の配置
段数や間隔を増減してもよいし、巻出し機構１の構成、
定速回転型加圧ローラの材質や構造なども変更すること
ができる。また、バッファー量検出器は、要するにバッ
ファー量（弛み量）変動を検出すればよいので、供給・
走行するシート状電極に対して交叉する方向に配置して
もよい。

【００４４】

【発明の効果】請求項１および請求項２の発明によれ
ば、定速な回転型加圧ローラに対し、巻出し機構の駆動
速度差が生じて、走行するシート状電極材料のバッファ
ー量（弛み量）が変動しても、その変動量に対応して巻
出し機構を多段速的に、駆動・調節される。したがっ
て、前記バッファー量（弛み量）変動に起因する作業性
や品質面のトラブル発生が防止ないし回避され、信頼性
の高い亀裂付きシート状電極材料を歩留まりよく提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係るシート状電極材料の加工装置の要
部構成を示す断面図。

【符号の説明】

１……巻出し機構２……シート状電極材料３……制御機構４……定速回転型加圧ローラ 4a，4b，4c，4d，4e，4f，4g……加圧ローラ５……バッファ量検出部 5a，5b，5c，5d……発光素子 5a′，5b′，5c′，5d′……受光素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フープ内に巻装されたシート状電極材料
を巻き出す巻出し機構と、前記巻出し機構の巻出し駆動機構と、前記巻出し駆動機構の駆動によって巻き出されたシート
状電極材料の両面を対向的に定圧着し、前記シート状電
極材料に亀裂を付与する複数の定速回転型加圧ローラ
と、前記巻出し機構から巻き出され定速回転型加圧ローラに
至るシート状電極材料のバッファー量を検出するバッフ
ァー量検出部とを有するシート状電極材料の加工装置で
あって、前記バッファー量検出部は、一定のバッファー量を基準
としたバッファー量の変化に対応してそれぞれ検出する
複数のバッファー量検出器、および前記バッファー量検
出器の検出信号に対応して巻出し駆動機構を制御して巻
出しを多段速運転させる制御機構を具備していることを
特徴とするシート状電極材料の加工装置。
【請求項２】複数のバッファー量検出器がシート状電
極の走行方向に沿って段差付きに配置されていることを
特徴とする請求項１記載のシート状電極材料の加工装
置。