JP2001236995A - リチウムイオン二次電池の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極シートを切断したときに、切断によって
自由状態となったシート巻き取り終端側が不要な部分に
触れて巻きずれ等を招く恐れがあった。 【解決手段】 電極素子を形成する帯状の電極シート
１，３とセパレータ２，４とを重ねて巻き取るととも
に、その巻き取り過程で電極シート１，３の巻き取り終
端をカッター３１，３２で切断するに際し、そのシート
切断位置の近傍で電極シート１，３の巻き取り終端側を
サポートローラ３５，３６で保持することにより、電極
シート１，３の動き（位置）を規制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン二
次電池の製造方法及び製造装置に関し、特に、ポリマー
バッテリーの電極素子を形成する帯状の電極シートと絶
縁シートを重ねて巻き取る場合に用いて好適な方法及び
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】リチウムイオン二次電池の一つであるポ
リマーバッテリーの製造工程のなかには、正極活物質層
を有する正極集電体上にゲルポリマーを塗布してなる帯
状の正極シートと、負極活物質層を有する負極集電体上
にゲルポリマーを塗布してなる帯状の負極シートと、両
極（正極、負極）を物理的かつ電気的に分離する２枚の
絶縁シート（以下、セパレータという）とを重ねて巻き
取る工程（以下、シート巻き取り工程という）がある。

【０００３】このシート巻き取り工程では、合計４枚の
シートを所定の長さ分だけ巻き取って電極素子を形成す
る。図５に巻き取り中の電極素子の外観を示す。図示の
ように各々のシートは、巻き取り内周側から正極シート
１、セパレータ２、負極シート３、セパレータ４の順に
重ねられ、これらを所定の回数にわたって巻回する（巻
き取る）ことにより、電極素子５が形成されている。

【０００４】このようなシート巻き取り工程において
は、各々のシート１、２、３、４の巻きずれ等を防止す
るために、各シートを供給する供給リールの軸を前後動
作させる方法や、供給リールから引き出されたシートの
供給経路途中でシート位置を補正する方法などが提案さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シート
の巻き取りによって形成した電極素子５を取り出すにあ
たって、連続体である帯状の正極シート１や負極シート
３を切断する段階では、切断によって自由状態となった
電極シート（１，３）の巻き取り終端側が不要な部分に
触れるなどして巻き皺や巻きずれが発生するという不具
合があった。

【０００６】特に、ポリマーバッテリー用の電極シート
（１，３）は、他のリチウムイオン二次電池用の電極シ
ートに比較して剛性が低く、しかも上記ゲルポリマーの
塗布によってシート表面がぬれた状態にあるため、電極
シートの巻き取り終端側が不要な部分に触れるなどし
て、巻き取り時にずれ等を生じる危険性が高いものとな
っていた。

【０００７】この対策としては、電極シート（１，３）
を予め所定の長さに切断するとともに、そのシート端部
から張力を加えながら巻き取ることも行われている。し
かし、かかる手法を自動化するにあたっては、電極シー
ト（１，３）を供給・切断する機構部分と、そのシート
端部に適正な張力を加えながら巻き取る機構部分といっ
た二段構成が必要になるため、シート巻き取り装置の大
型化や複雑化を招くうえ、生産性が低下するという問題
があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るリチウムイ
オン二次電池の製造方法においては、電極素子を形成す
る帯状の電極シートと絶縁シートとを重ねて巻き取ると
ともに、その巻き取り過程で電極シートの巻き取り終端
を切断するシート巻き取り工程を有するリチウムイオン
二次電池の製造方法において、電極シートの巻き取り終
端を切断するに際し、そのシート切断位置の近傍で電極
シートの巻き取り終端側を保持するようにしている。

【０００９】上記リチウムイオン二次電池の製造方法に
よれば、電極シートの巻き取り終端を切断するに際し、
そのシート切断位置の近傍で電極シートの巻き取り終端
側を保持することにより、シート切断時及び切断後にお
いて電極シートの巻き取り終端側の動き（位置）が規制
されるようになる。

【００１０】また本発明に係るリチウムイオン二次電池
の製造装置においては、電極素子を形成する帯状の電極
シートと絶縁シートとを重ねて巻き取る巻き取り手段
と、この巻き取り手段に巻き取られる電極シートの巻き
取り終端を切断する切断手段と、これら巻き取り手段と
切断手段との間に設けられ、切断手段によるシート切断
位置の近傍で電極シートの巻き取り終端側を保持するシ
ート保持手段とを備えた構成を採用している。

【００１１】上記構成のリチウムイオン二次電池の製造
装置によれば、シート巻き取り手段に巻き取られた電極
シートの巻き取り終端を切断手段で切断するに際し、そ
のシート切断位置の近傍で電極シートの巻き取り終端側
をシート保持手段で保持することにより、シート切断時
及び切断後において電極シートの巻き取り終端側の動き
（位置）がシート保持手段で規制されるようになる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本実施形態
においては、先の従来技術で述べた構成要素と同様の部
分に同じ符号を付して説明することとする。

【００１３】図1は本発明に係るリチウムイオン二次電
池の製造装置として、特に、シート巻き取り装置の構成
を示す概略図である。図示したシート巻き取り装置にお
いては、正極シート1、セパレータ２、負極シート３及
びセパレータ４の、合計４枚のシートが重ねられて巻き
取りリール６に巻き取られるものとなっている。巻き取
りリール６は、これを回転させる巻き取り軸７に装着さ
れている。巻き取り軸７は図示しないモータによって回
転駆動されるものである。

【００１４】上記４枚のシートは、それぞれに対応する
シート送り機構により巻き取りリール６に向けて供給さ
れる構成となっている。かかるシート送り機構は、基本
的には同様の構成を有するもので、ここでは正極シート
１に対応するシート送り機構のみを説明する。

【００１５】正極シート１は、連続した帯状体として供
給リール８に巻回され、この供給リール８とともに供給
軸９にセットされている。こうしてセットされた正極シ
ート１は、複数のガイドローラ１０〜１７を経て巻き取
りリール６に導かれている。ここで、正極シート１がポ
リマーバッテリー用のものである場合は、そのシート表
面に塗布されたゲルポリマー同士が粘着しないよう、剥
離紙を間に挟んで供給リール８に巻かれる。そのため、
供給リール８の近傍には、正極シート１と一緒に引き出
される剥離紙を巻き取るための巻き取るリールが付加さ
れる。

【００１６】ガイドローラ１１，１２の間には、バッフ
ァユニット１８が設けられている。このバッファユニッ
ト１８は、ガイドローラ１１，１２の間で正極シート１
をループ状に支持する支持ローラ１９と、この支持ロー
ラ１９が取り付けられた移動体２０と、この移動体２０
を図の上下方向に移動自在に案内支持するリニアガイド
２１と、移動体２０をリニアガイド２１に沿ってネジ送
りするボールネジ２２と、このボールネジ２２を回転駆
動するモータ２３とを備えて構成されている。

【００１７】一方、ガイドローラ１３，１４の間には、
テンション印加ユニット２４が設けられている。このテ
ンション印加ユニット２４は、ガイドローラ１３，１４
の間で正極シート１をループ状に支持するテンションロ
ーラ２５と、枢軸２６を支点として回転自在に支持され
た可動アーム２７と、この可動アーム２７の中間部に一
端が係止されたバネ部材（引っ張りコイルバネ）２８と
を備えて構成されている。テンションローラ２５は可動
アーム２７の先端（自由端）に回転自在に支持されてい
る。また、バネ部材２８はその弾性力（バネ圧）をもっ
て可動アーム２７を図の下方に付勢し、この付勢力によ
ってテンションローラ２５が正極シート１にテンション
（張力）を付与する構成となっている。

【００１８】このテンション印加ユニット２４におい
て、例えば、ガイドローラ１３，１４間における正極シ
ート１のテンションが、バネ部材２８による付勢力（引
っ張り力）よりも大きくなると可動アーム２７が引き上
げられてテンションローラ２５が上方に変位し、逆に小
さくなると可動アーム２７が引き下げられてテンション
ローラ２５が下方に変位する。

【００１９】このとき、枢軸２６における可動アーム２
７の回転位置情報をエンコーダ等によって検出し、この
検出結果に基づいてバッファユニット１８における支持
ローラ１９の上下位置を調整することにより、テンショ
ンローラ２５と可動アーム２７の位置変動が抑制されて
正極シート１のテンションが一定に制御される構成にな
っている。

【００２０】さらに、ガイドローラ１６，１７の間には
位置ずれ検出センサ２９が設けられている。この位置ず
れ検出センサ９は、正極シート１の幅方向のエッジを検
出して、この検出したエッジが規定の位置からずれたと
きに、そのずれ方向及びずれ量に応じた検出信号を出力
するものである。位置ずれ検出センサ２９から出力され
た検出信号は図示しない幅位置補正制御装置に送られ、
そこで正極シート１の位置ずれが補正される構成になっ
ている。

【００２１】図２は上記シート巻き取り装置の主要部
（シート巻き取り部周辺）の構成を示す概略図である。
図２において、正極シート１、セパレータ２、負極シー
ト３及びセパレータ４は、互いに重ねられた状態（積層
状態）で巻芯３０に巻き取られるものとなっている。こ
の巻芯３０は、上記巻き取りリール６及び巻き取り軸７
とともに矢印方向に回転するもので、開閉可能な一対の
クランパ３０Ａ，３０Ｂによって構成されている。

【００２２】上記巻芯３０に対して、正極シート１とセ
パレータ２は、シート幅方向から見て略Ｖ字形をなすよ
うに送り込まれている。同様に、負極シート３とセパレ
ータ４も略Ｖ字形をなすように送り込まれている。ま
た、正極シート１と負極シート３の供給経路上には、そ
れぞれカッター３１，３２が設けられている。これらの
カッター３１，３２は、巻芯３０によって４枚のシート
１〜４を重ね巻きするにあたり、それぞれ正極シート１
と負極シート３を所定の長さに切断するものである。こ
のとき切断されるシート端部が、各電極シート（１，
３）の巻き取り終端となる。

【００２３】一方、正極シート１と負極シート３の外側
には、それぞれ左右で対をなすニップローラ３３，３４
とサポートローラ３５，３６が設けられている。これら
４つのローラ３３〜３６のうち、一対のニップローラ３
３，３４は、巻芯３０によるシート巻き取り位置とカッ
ター３１，３２によるシート切断位置との間でシート巻
き取り位置寄りに配置され、一対のサポートローラ３
５，３６はシート切断位置寄りに配置されている。

【００２４】また、一対のニップローラ３３，３４は互
いに接近／離反する方向（図の左右方向）に移動可能に
支持され、一対のサポートローラ３５，３６も互いに接
近／離反する方向に移動可能に支持されている。ただ
し、これら４つのローラ３３〜３６は、それぞれ個別の
ローラ移動ユニット（後述）に支持され、これによって
各ローラ３３〜３６が独立して移動し得る構成になって
いる。

【００２５】図３はローラ移動ユニットの構成例を示す
図である。なお、上記４つのローラ３３〜３６を支持す
る各ローラ移動ユニットの構成は互いに共通であるた
め、ここではサポートローラ３６を支持するローラ移動
ユニットのみを説明する。

【００２６】図３において、サポートローラ３６は、ロ
ーラ支持アーム３７の先端に回転自在に取り付けられて
いる。ローラ支持アーム３７の基端部は移動体３８に固
定されている。移動体３８は、ベアリング等を介してリ
ニアガイド３９に移動自在に係合支持されている。ちな
みに、移動体３８及びリニアガイド３９としては、ＬＭ
ガイド（直動ガイド）としてユニット化されたものを用
いることができる。

【００２７】リニアガイド３９の近傍には、これに隣接
するかたちでネジ送り機構４０が設けられている。この
ネジ送り機構４０は、一対の軸受け部材４１Ａ，４１Ｂ
と、螺旋状の溝を有するボールネジ４２と、このボール
ネジ４２に螺合するナット部材４３と、駆動源となる回
転モータ４４とを備えて構成されている。

【００２８】ボールネジ４２は、リニアガイド３９によ
る移動体３８の移動案内方向（図の左右方向）に沿って
配置されている。また、ボールネジ４２の両端部は、そ
れぞれ一対の軸受け部材４１Ａ，４１Ｂに回転自在に嵌
合されている。ナット部材４３は、ベアリング等を介し
てボールネジ４２に螺合し、この状態で固定ネジ等を用
いて移動体３８に連結されている。また回転モータ４４
は、カップリング部材４５を介してボールネジ４２の一
端に連結されている。

【００２９】上記構成からなるローラ移動ユニットにお
いては、回転モータ４４の駆動によりボールネジ４２を
回転させると、これに応じてナット部材４３がボールネ
ジ４２の軸方向に移動し、これと一体に移動体３８がリ
ニアガイド３９に沿って図の左右方向に移動する。これ
により、ローラ支持アーム３７先端のサポートローラ３
６を図の左右方向（矢印方向）に移動し得るものとなっ
ている。また、回転モータ４４の回転方向及び回転量を
適宜制御することにより、サポートローラ３６の移動方
向及び移動量を調整し得るものとなっている。

【００３０】なお、ローラ移動ユニットとしては、上述
したボールネジ機構４０を用いたものに限らず、例え
ば、ラックとピニオンを組み合わせたものや、往復式の
シリンダ機構を用いたものなど、種々の変形が可能であ
る。

【００３１】続いて、上記構成からなるシート巻き取り
装置を用いて電極素子を形成する場合の製造フローにつ
き、図４を参照しつつ説明する。

【００３２】先ず、図４（Ａ）に示すように正極シート
１、セパレータ２、負極シート３及びセパレータ４を巻
芯３０でクランプしつつ、その巻芯３０を矢印方向に回
転させることにより、４枚のシート１〜４を重ねて巻き
取る。その後、予め設定された巻き取り回数（シート巻
回数）に到達すると、巻芯３０の回転が停止する。

【００３３】次いで、図４（Ｂ）に示すように、負極側
（図の左側）のサポートローラ３６が矢印方向に移動
（前進）する。このとき、サポートローラ３６はセパレ
ータ４を一方向（図の右方向）に押し出してニップロー
ラ３４から離間させるとともに、その押し出したセパレ
ータ４を負極シート３に接触させる。

【００３４】ここで、負極シート３がポリマーバッテリ
ー用のものである場合は、そのシート表面がゲルポリマ
ーの塗布によって濡れた状態となっている。そのため、
上述のようにサポートローラ３６によってセパレータ４
を負極シート３に接触させることにより、両シート
（３，４）が互いに張り付いた状態となる。ちなみに、
この状態では、図示しないシート送り機構によってセパ
レータ４に所定のテンションが付与されている。

【００３５】続いて、カッター３２により負極シート３
を切断した後、図４（Ｃ）に示すように巻芯３０を回転
させてシートを巻き取る。このとき、カッター３２によ
り切断された負極シート３の巻き取り終端側は、そのシ
ート切断位置の近傍に位置するサポートローラ３６によ
って保持される。

【００３６】その後、図４（Ｄ）に示すように負極シー
ト３の巻き取り終端が巻芯３０の近傍まで引き込まれる
と、巻芯３０の回転が一旦停止するとともに、負極側の
サポートローラ３６が矢印方向に移動（後退）し、これ
に続いて正極側（図の右側）のニップローラ３３とサポ
ートローラ３５が矢印方向に移動（前進）する。

【００３７】このとき、ニップローラ３３は、正極シー
ト１を一方向（図の左方向）に押し出してセパレータ２
に接触させる。この場合も正極シート１の表面がゲルポ
リマーによって濡れた状態にあると、両シート（１，
２）が互いに張り付いた状態となる。一方、サポートロ
ーラ３５は、ニップローラ３３とカッター３３との間で
正極シート１に軽く接触するか、僅かな隙間を隔てて近
接した状態となる。

【００３８】続いて、図４（Ｅ）に示すようにカッター
３１によって正極シート１を切断した後、巻芯３０を回
転させてシートを巻き取る。このとき、カッター３３に
より切断された正極シート１の巻き取り終端側は、その
シート切断位置の近傍に位置するサポートローラ３５に
よって保持される。

【００３９】その後、図４（Ｆ）に示すように一対のニ
ップローラ３３，３４をそれぞれ矢印方向（互いに接近
する方向）に移動して圧接させ、この状態で残りのシー
ト所要分を巻き取った後、図示しないインデックステー
ブルの回転により巻芯３０をインデックス旋回させる。

【００４０】このように本実施形態においては、巻芯３
０に巻き付けられた正極シート１及び負極シート３をそ
れぞれカッター３１，３２で切断するに際し、そのシー
ト切断位置の近傍で正極シート１及び負極シート３をそ
れぞれサポートローラ３５，３６で保持し、これによっ
て正極シート１及び負極シート３をカッター３１，３２
で切断したときに、各電極シート１，３の巻き取り終端
側の動き（位置）をサポートローラ３５，３６で規制す
るようにしている。そのため、従来のように正極シート
１及び負極シート３の巻き取り終端が切断後に自由状態
となって不要な部分に接触する恐れがなくなる。これに
より、巻き皺や巻きずれを招くことなく、電極シート
１，３（特に、シート巻き取り終端側）を巻芯３０によ
って確実にしかも効率良く巻き取ることが可能となる。

【００４１】また、サポートローラ３５，３６とこれを
往復移動（進退移動）させるローラ移動ユニットといっ
た簡単なメカ構成の付加により巻きずれ等を防止できる
とともに、電極シート１，３の供給・切断と巻き取りと
を一連の動作のなかで連続的に行うことができるため、
装置の大型化や複雑化を招くことなく、高い生産性を得
ることが可能となる。

【００４２】ちなみに、負極シート３側のサポートロー
ラ３６のように、負極シート３をセパレータ４に密着さ
せた状態で保持することにより、ゲルポリマーの塗布に
よって表面が濡れた状態の負極シート３とこれに対応す
るセパレータ４とを、表面張力を利用して張り付かせる
ことができる。これにより、シート切断時及びシート切
断後における負極シート３の動きをより確実に規制する
ことが可能となる。

【００４３】なお、本発明に係る製造方法及び製造装置
は、ポリマーバッテリー以外のリチウムイオン二次電池
を製造する際にも好適に用いることができる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
極シートの巻き取り終端を切断するにあたって、そのシ
ート切断位置の近傍で電極シートを保持することによ
り、電極シートの巻き取り終端側を不要な部分に接触さ
せずに確実に巻き取ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るリチウムイオン二次電池の製造装
置を示す概略図である。

【図２】本発明に係る装置の主要部を示す概略図であ
る。

【図３】本発明の実施形態におけるローラ移動ユニット
の構成例を示す図である。

【図４】本発明に係る製造方法を説明するフロー図であ
る。

【図５】シート巻き取り状態を示す斜視図である。

【符号の説明】

１…正極シート（電極シート）、２，４…セパレータ
（絶縁シート）、３…負極シート（電極シート）、５…
電極素子、６…巻き取りリール、７…巻き取り軸、３０
…巻芯、３１，３２…カッター、３３，３４…ニップロ
ーラ、３５，３６…サポートローラ

フロントページの続き (72)発明者 木村 清広 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 5H028 AA05 BB08 BB17 CC12 5H029 AJ14 BJ02 BJ14 CJ04 CJ07 CJ30 DJ04 5H050 AA19 BA17 FA05 GA04 GA09 GA29

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極素子を形成する帯状の電極シートと
   絶縁シートとを重ねて巻き取るとともに、その巻き取り
   過程で前記電極シートの巻き取り終端を切断するシート
   巻き取り工程を有するリチウムイオン二次電池の製造方
   法において、 前記電極シートの巻き取り終端を切断するに際し、その
   シート切断位置の近傍で前記電極シートの巻き取り終端
   側を保持することを特徴とするリチウムイオン二次電池
   の製造方法。
2. 【請求項２】 前記電極シートの巻き取り終端側を前記
   絶縁シートに密着させた状態で保持することを特徴とす
   る請求項１記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
3. 【請求項３】 電極素子を形成する帯状の電極シートと
   絶縁シートとを重ねて巻き取る巻き取り手段と、 前記巻き取り手段に巻き取られる前記電極シートの巻き
   取り終端を切断する切断手段と、 前記巻き取り手段と前記切断手段との間に設けられ、前
   記切断手段によるシート切断位置の近傍で前記電極シー
   トの巻き取り終端側を保持するシート保持手段とを備え
   ることを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造装
   置。
4. 【請求項４】 前記シート保持手段は、前記電極シート
   の巻き取り終端側を前記絶縁シートに密着させた状態で
   保持することを特徴とする請求項３記載のリチウムイオ
   ン二次電池の製造装置。