JP2004073944A

JP2004073944A - 極板表面異物除去装置

Info

Publication number: JP2004073944A
Application number: JP2002235324A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Yamada; 山田　和博; Yoshio Naota; 直田　良夫; Yoshimi Wakamatsu; 若松　喜美
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2002-08-13
Filing date: 2002-08-13
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】極板表面の活物質を削り取ることなく異物を効率よくかつ低コストで除去可能な極板表面異物除去装置を提供する。
【解決手段】極板表面異物除去装置２０は、極板上面異物除去部２０ａ及び極板下面異物除去部２０ｂを備えており、極板上面異物除去部２０ａは、中空ローラ１２ａ、中空ローラ１２ａの上部に配置された吸引ノズル１４ａ、正極活物質合剤層に先端が接触する線径０．５ｍｍ以下のブラシ１０ａ、吸引ノズル１４ａの上部側に接続されたチャンバ１１ａ、チャンバ１１ａにパイプを介して接続された空気を吸引する吸引ポンプ１３、チャンバ１１ａの上流側に斜設された磁束密度０．８テスラ以上の磁石９ａを有している。磁石９ａ及び吸引ノズル１４ａにより異物を捕捉して除去する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極板表面異物除去装置に係り、特に、電池の正極板、負極板の表面に付着した異物を除去する極板表面異物除去装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電池を作製する過程において、正、負極板の表面に、例えば、繊維屑、アルミニウム粉、鉄粉及び銅粉等の異物が付着していることがあり、これらの異物は、正、負極板表面に食い込んだ状態で付着していることもある。異物が付着した正、負極板を用いて電池を作製すると、金属粉がセパレータを貫通したり、金属粉が溶解した金属イオンが、デンドライト状に負極板に析出、成長し微小短絡を起こして電圧低下を招く原因となる。
【０００３】
この問題を解決するために、放射状に毛を配設した回転ブラシを回転させながら、正、負極板表面に接触させて極板表面の異物を除去する技術が知られている。
【０００４】
この技術では、一旦は回転ブラシにより極板表面から異物を除去することができるが、毛に付着した異物がブラシの回転により飛散して正、負極板表面に再付着するという問題点があった。このため、正、負極板の搬送方向とは逆方向に搬送される不織布等を、正、負極板表面に接触させて異物除去を行う技術が開発された。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、不織布を用いて異物を除する技術では、正、負極板表面に不織布を接触させるときに、不織布の表面の凹凸により正、負極板に塗着した活物質が異物と共に削り取られてしまう、という問題点がある。また、一旦正、負極板表面に接触させた不織布は、正、負極板表面への異物の再付着を防止するために再度利用することができないため、電池の生産コストを高める一因となる。
【０００６】
本発明は、上記事案に鑑み、極板表面の活物質を削り取ることなく異物を効率よくかつ低コストで除去可能な極板表面異物除去装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、連続的に搬送される極板の表面近傍に、磁束密度０．８テスラ以上の磁石が配置されている。本態様では、磁束密度０．８テスラ以上の磁石が連続的に搬送される極板の表面近傍に配置されているので、極板表面及び極板表面に食い込んで付着した異物が磁石による捕捉で除去され再付着を防止することができると共に、磁石は極板から離間しているので、極板表面の活物質が削り取られることもない。
【０００８】
また、本発明の第２の態様は、連続的に搬送される極板の表面近傍に流速４７ｍ／分以上で空気を吸引する空気吸引手段を備えている。本態様では、極板の表面近傍に流速４７ｍ／分以上で吸引された空気により、極板表面及び極板に食い込んで付着した異物が浮き上がり、浮き上がった異物が空気吸引手段により吸引されるので、極板表面の活物質が削り取られることなく異物が除去され再付着を防止することができる。
【０００９】
第２の態様において、空気吸引手段が、極板の搬送方向に交差する方向を長手側とする吸引ノズルを有するようにすれば、極板の全表面に亘って異物を除去することが可能となる。また、空気吸引手段の近傍に、先端部が極板表面に接触する線径０．５ｍｍ以下のブラシを更に備えるようにすれば、線径が小さいため極板表面の活物質を削り取ることなく極板表面に食い込んだ異物を掻き出すことができる。更に、極板を介して空気吸引手段の反対側に極板を支持する回転体を配置すれば、極板が支持されるので、ブラシの先端部と極板表面との距離を一定に保つことができ、極板表面を傷つけることを防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る極板表面異物除去装置を用いて作製したリチウムイオン二次電池の実施の形態について説明する。
【００１１】
（正極板）
マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）を正極活物質とし、正極活物質９０重量部に対して、導電剤として鱗片状黒鉛１０重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）５重量部と、を添加し、これに分散溶媒としてＮ−メチルピロリドンを添加、混練してスラリを作製した。得られたスラリを厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に均一に塗布して正極活物質合剤層とし、乾燥させた後、プレスしフープ状の正極板を得た。
【００１２】
（負極板）
負極活物質として非晶質炭素粉末９０重量部に、結着剤としてポリフッ化ビニリデン１０重量部を添加し、これに分散溶媒としてＮ−メチルピロリドンを添加、混練してスラリを作製した。得られたスラリを厚さ１０μｍの銅箔の両面に塗布して負極活物質合剤層とし、乾燥させた後、プレスしてフープ状の負極板を得た。
【００１３】
フープ状の正極板及び負極板の一側は、等間隔かつ矩形状に切り欠かれており、切り欠き残部が正極タブ、負極タブとして用いられる。なお、負極板は正極板に比べ若干幅長とされている。
【００１４】
（極板表面異物除去装置）
上述した正、負極板の表面及び正、負極活物質合剤層に食い込んだ異物を除去するために、極板表面異物除去装置が用いられる。以下、正極板の異物除去について説明するが、負極板の場合も同様である。
【００１５】
図１に示すように、極板表面異物除去装置２０は、正極板８の上面の異物を除去する極板上面異物除去部２０ａと、正極板８の下面の異物を除去する後述する極板下面異物除去部２０ｂとを備えている。極板上面異物除去部２０ａ及び極板下面異物除去部２０ｂは、タイヤと同様にそれぞれ中心部が中空の中空ローラ１２ａ、１２ｂを備えている。極板上面異物除去部２０ａの上流側には、正極板８が図示を省略した高分子樹脂製の繰り出しスプールにフープ状に巻き取られ配置されている。正極板８は、矢印Ａ方向に繰り出され適当に張架された状態で中空ローラ１２ａ、１２ｂに掛け渡されている。従って、正極板８は、中空ローラ１２ａ、１２ｂにより支持されて連続的に搬送される。中空ローラ１２ｂの下流側には、図示を省略した高分子樹脂製の巻き取りスプールが配置されており、正極板８は、巻き取りスプールに巻き取られる。繰り出しスプール、巻き取りスプール、及び中空ローラ１２ａ、１２ｂは、ギアやプーリ等を介して図示しないモータで回転駆動される。
【００１６】
正極板８を介して中空ローラ１２ａの頂部近傍には、中空ローラ１２ａの頂部方向へ突出した吸引ノズル１４ａが配置されている。吸引ノズル１４ａの先端部は、正極板８の上面から所定距離（例えば、２ｍｍ）離間されている。図２に示すように、吸引ノズル１４ａは、正極板８の搬送方向Ａと交差する方向が長手側とされており、吸引ノズル１４ａの長手側の長さは正極板８の幅より長く設定されている。吸引ノズル１４ａの上流側の側面には、正極活物質合剤層に先端が接触するブラシ１０ａの基部が固着されている。ブラシ１０ａの線径は０．５ｍｍ以下とされており、ブラシ１０ａの長手側の長さは吸引ノズル１４ａの長手側の長さとほぼ同じ長さとされている。
【００１７】
図１に示すように、吸引ノズル１４ａの上部側は、図示を省略した支持部材で支持された断面略正方形状のチャンバ１１ａに接続されている。チャンバ１１ａの壁面には、コーティング処理が施されされている。吸引ノズル１４ａが接続されたチャンバ１１ａの反対側には、パイプを介してチャンバ１１ａ内の空気を吸引する吸引ポンプ１３が接続されている。この吸引ポンプ１３の作動により、正極板８の上面（吸引ノズル１４ａの先端）近傍では、流速４７ｍ／分以上で空気が矢印Ｂ方向に吸引される。なお、チャンバ１１ａに接続されたパイプの開口部には、吸引ノズル１４ａから吸引された異物を捕捉するメッシュ１６ａが固定されている。
【００１８】
また、ブラシ１０ａの上流側には、磁束密度０．８テスラ（８０００ガウス）以上を有する断面略矩形状の磁石９ａが、正極板８の搬送方向Ａに交差する方向に配置されている。磁石９ａは、図示を省略した支持部材に固定されており、正極板８の上面から約２ｍｍ離間して正極板８の搬送方向Ａにほぼ平行に斜設されている。磁石９ａの長手側の長さは、正極板８の幅より長く設定されている。
【００１９】
極板上面異物除去部２０ａの下流側には、極板上面異物除去部２０ａと上下対称に極板下面異物除去部２０ｂが配置されている。すなわち、極板下面異物除去部２０ｂは、正極板８の下面側に、上述した中空ローラ１２ｂの他に、磁石９ｂ、吸引ノズル１４ｂ及びブラシ１０ｂが配設された構成とされている。
【００２０】
次に、極板表面異物除去装置２０の動作（異物除去手順）について説明する。
【００２１】
まず、吸引ポンプ１３を作動させて、正極板８の上下面近傍の空気を吸引ノズル１４ａ、１４ｂ内に吸引する。次に、図示しないモータを駆動させて、図示を省略した繰り出しスプール、巻き取りスプール、及び中空ローラ１２ａ、１２ｂを回転させ、正極板８を矢印Ａ方向に、一定速度（例えば、約５ｍ／分）で連続的に搬送する。
【００２２】
正極板８が磁石９ａの近傍を通過すると、正極板８の上面又は正極活物質合剤層に食い込んで付着していた鉄粉等の磁性を有する異物が磁石９ａに引きつけられて捕捉され、正極板８の上面から除去される。続いて、正極板８の上面にブラシ１０ａの先端が接触し、ブラシ１０ａにより正極活物質合剤層に食い込んでいた異物が掻き出される。掻き出された繊維屑やアルミニウム粉（負極の場合は銅粉）等の非磁性体（磁性を有する異物を含む。）は、一旦ブラシ１０ａの近傍に飛散するが、飛散した異物は、正極板８の表面近傍の流速４７ｍ／分以上の空気と共に吸引ノズル１４ａ内を矢印Ｂ方向に吸引される。吸引された異物は、チャンバ１１ａ内に捕捉される。
【００２３】
次いで、正極板８が極板下面異物除去部２０ｂを通過すると、極板上面異物除去部２０ａを通過するときと同様に、磁石９ｂにより正極板８の下面に付着又は食い込んだ磁性を有する異物が捕捉され、吸引ノズル１４ｂ内に吸引されて、正極板８の下面から異物が除去される。極板表面異物除去装置２０により異物が除去された正極板８は、下流側の巻き取りスプールに巻き取られる。
【００２４】
（電池の作製）
異物が除去されたフープ状の正極板及び負極板は、金属粉（例えば、鉄粉）が正負極活物質合剤層に混入しないように、それぞれセラミック製のカッタにより所定長さに裁断されて電池の正、負極板として用いられる。図３に示すように、所定長さの正、負極板がセパレータを介して合成樹脂製の巻き芯７の周りに捲回されて電極群が作製される。正極タブ及び負極タブは、電極群の互いに反対側の両端面に位置するように配置される。なお、セパレータには、厚さ４０μｍのポリエチレン（以下、ＰＥという。）製微多孔膜が用いられる。
【００２５】
電極群の上下端では、集電するたの円環状の正、負極集電リング２、４が、それぞれ正、負極集電リング支えを介して巻き芯７に固定され、正極タブ及び負極タブが正、負極集電リング２、４の周面にそれぞれ溶接される。そして、得られた電極群は、有底円筒状の電池缶３内に挿入される。その後、正極集電リング２と上蓋１とは、正極集電リング２から延出された正極リード板と上蓋１から延出された上蓋リード板とが溶接される。次いで、電池缶３内には非水電解液が所定量注入され、上蓋１が正極集電リングスペーサ５を介して正極集電リング２に支持され、上蓋１と電池缶３とがガスケット６を介してカシメ封口されることによりリチウムイオン二次電池１５が組み立てられる。
【００２６】
なお、上蓋１は電池内部の圧力が所定圧力に達するとガスを放出する安全弁を有して構成されている。また、安全弁１１の破断（開放）圧は１０^６Ｐａ程度に設定されている。非水電解液には、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを体積比で１：１：１に混合した混合有機溶媒中に、電解質として６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を１モル／リットル溶解したものが用いられる。
【００２７】
（作用等）
本実施形態のリチウムイオン二次電池の作製に用いた極板表面異物除去装置２０は、磁力の大きい（磁束密度０．８テスラ以上の）磁石９ａ、９ｂが極板の上下面から所定距離離間して斜設されており、磁石９ａ、９ｂの長さは極板の幅より長く設定されている。このため、極板表面及び活物質合剤層に食い込んだ磁性を有する異物を磁石９ａ、９ｂで捕捉することができ、磁性を有する異物の極板表面への再付着を防止して効率よく異物を除去することができる。また、磁石９ａ、９ｂが極板から２ｍｍ離間しているので、活物質合剤層が削り取られることもない。更に、磁力の強い磁石９ａ、９ｂを用いたので、弱磁性体のステンレス（ＳＵＳ）粉も除去することができると共に、チャンバ１１ａ、１１ｂにより一旦捕捉した磁性体を極板側に放出することもない。従って、極板に付着乃至食い込んだ強磁性及び弱磁性異物を効率よく吸着することができる。
【００２８】
また、極板表面異物除去装置２０には、極板の近傍に吸引ポンプ１３にパイプを介して接続された吸引ノズル１４ａ、１４ｂが配置されており、極板の表面近傍の空気を高速（流速４７ｍ／分以上）で吸引して極板表面の異物を浮き上がらせて吸引する。このため、活物質合剤層を削り取ることなく、極板表面への再付着を防止して効率よく非磁性体（鉄粉等の異物を含む）を除去することができる。しかも、吸引ノズル１４ａ、１４ｂは極板の搬送方向Ａに交差する方向が長手側とされており、吸引ノズル１４ａ、１４ｂの幅が極板の幅より長く設定されているので、極板の全表面に亘って異物を除去することができる。
【００２９】
また、異物除去装置２０では、パイプを介して吸引ポンプ１３に接続された吸引ノズル１４ａ、１４ｂの上流側の側面に、先端が極板に接触するブラシ１０ａ、１０ｂの基部が固着されている。このため、極板表面に食い込んだ異物をブラシ１０ａ、１０ｂによって掻き出して、掻き出された異物を吸引ノズル１４ａ、１４ｂにより吸引することができる。従って、活物質合剤層に食い込んだ異物も除去することができると共に、ブラシ１０ａ、１０ｂの線径が０．５ｍｍ以下と小さいので、活物質合剤層が削り取られることもない。
【００３０】
更に、異物除去装置２０では、極板が、一定速度で連続的に搬送されるので、極板表面及び活物質合剤層に食い込んで付着した異物をむらなく除去することができる。
【００３１】
更にまた、異物除去装置２０では、中空ローラ１２ａ、１２ｂによって極板が支持されているので、ブラシ１０ａ、１０ｂの先端部と極板との距離が一定に保たれると共に中空ローラ１２ａ、１２ｂのクッション効果により、極板の表面を傷つけることを防止することができる。
【００３２】
そして、極板表面異物除去装置２０では、従来技術のように、極板の表面の異物を除去するため極板の搬送方向Ａと逆向きに搬送される不織布を用いないため、リチウムイオン二次電池１５の生産コストを低減することができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、極板上面異物除去部２０ａと、極板下面異物除去部２０ｂとを備えた極板表面異物除去装置２０を例示したが、活物質合剤層をアルミニウム箔（負極板の場合は、銅箔）の片面のみに形成する場合には、極板上面異物除去部２０ａ及び極板下面異物除去部２０ｂのいずれか一方を備えるようにすればよい。
【００３４】
また、本実施形態では、極板上面異物除去部２０ａ及び極板下面異物除去部２０ｂが磁石９ａ、９ｂ及び吸引ノズル１４ａ、１４ｂを有した例を示したが、少なくとも吸引ノズル１４ａ、１４ｂを有するようにすれば、磁性体及び非磁性体を除去することができる。このようにすれば、極板表面異物除去装置のコストを更に低減することができる。
【００３５】
更に、本実施形態では、極板上面異物除去部２０ａ及び極板下面異物除去部２０ｂが、それぞれ略矩形状の磁石９ａ、９ｂを１個ずつ有する極板表面異物除去装置２０を例示したが、磁石９ａ、９ｂの形状、個数は限定されず、例えば、断面略円形状の磁石をそれぞれ２個用いてもよい。このようにすれば、更に効率よく異物を除去することができる。また、磁石９ａ、９ｂには、磁石には異物の廃棄を考慮して電磁石を用いてもよいし、磁石の配設位置は、磁石の強さ、極板の搬送速度に応じて上下面からの距離を調整するようにしてもよい。
【００３６】
【実施例】
次に、正極板表面に異物が付着した状態１の正極板８及び正極活物質合剤層に異物が食い込んだ状態２の正極板８を準備し、極板表面異物除去装置により異物除去を行った実施例１、２について説明する。なお、比較のために行った比較例についても併記する。
【００３７】
（実施例１）
下表１に示すように、実施例１の極板表面異物除去装置は、上述した極板表面異物除去装置２０のうち正極板から２ｍｍ離間した位置に磁束密度０．８テスラ（８０００ガウス）の磁石９ａ、９ｂのみが斜設されている（吸引ノズル１４ａ、チャンバ１１ａ及び吸引ポンプ１３を有していない。）。それぞれ状態１及び状態２の正極板８を５ｍ／分の速度で連続的に図１の矢印Ａ方向に搬送して、磁石９ａ、９ｂ通過後の異物除去率を調べた。
【００３８】
（比較例１）
表１に示すように、比較例１では、磁束密度０．８テスラの磁石９ａ、９ｂに代えて磁束密度０．１５テスラの磁石が斜設された極板表面異物除去装置を用いた以外は実施例１と同様に異物除去率を調べた。
【００３９】
試験結果を表１に示す。なお、表１において、◎、○、△及び×は、それぞれ異物除去率１００％、８０％以上、５０〜８０％及び５０％以下を表し、ＳＵＳはステンレスを表している（表２においても同じ。）。なお、正極活物質合剤層に繊維屑が食い込んだ状態の正極板を用いて電池を作製したときには充放電によるデンドライト析出は生じないので、正極活物質合剤層に繊維屑が食い込んだ状態の正極板は作製しなかった。
【００４０】
【表１】

【００４１】
（実施例２）
下表２に示すように、実施例２では、吸引ノズル１４ａ、チャンバ１１ａ及び吸引ポンプ１３を有する極板表面異物除去装置（磁石９ａ、９ｂ及びブラシ１０ａ、１０ｂを有していない。）により異物除去率を調べた。更に、吸引ノズル１４ａ、１４ｂの上流側に線径０．１ｍｍのポリプロピレン（ＰＰ）製のブラシ１０ａ、１０ｂを配設した極板表面異物除去装置を用いて異物除去率を調べた。
【００４２】
試験結果を表２に示す。
【００４３】
【表２】

【００４４】
＜評価＞
表１に示すように、実施例１及び比較例１の極板表面異物除去装置では、磁力の強さに拘わらず繊維屑、アルミニウム粉及び銅粉等の非磁性体を除去することができないが、実施例１の極板表面異物除去装置では、磁性体の鉄粉を８０％以上除去することができた。また、比較例１の極板表面異物除去装置では、弱磁性体のＳＵＳ粉を除去できなかったのに対し、実施例１の極板表面異物除去装置では、ＳＵＳ粉の大きさが０．１５０ｍｍ以下であればＳＵＳ粉を５０〜８０％除去することができた。従って、磁束密度０．８テスラの極板表面異物除去装置を用いることで、正極活物質合剤層を削り取ることなく鉄粉及びＳＵＳ粉を効率よく除去することができることが判明した。
【００４５】
また、表２に示したように、実施例２の極板表面異物除去装置では、異物の種類、大きさに拘わらず状態１の異物を１００％除去することができた。また、ブラシ１０ａ、１０ｂを固着した極板表面異物除去装置では、ブラシ１０ａ、１０ｂを有していない極板表面異物除去装置と比較して状態２の正極板の異物除去率が向上することが判明した。従って、ブラシ１０ａ、１０ｂを有した極板表面異物除去装置を用いることで、状態１の正極板の異物を除去することができると共に状態２の正極板の異物も効率よく除去することができることが判明した。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１の態様によれば、磁束密度０．８テスラ以上の磁石が連続的に搬送される極板の表面近傍に配置されているので、極板表面及び極板表面に食い込んで付着した異物が磁石による捕捉で除去され再付着を防止することができると共に、磁石は極板から離間しているので、極板表面の活物質が削り取られることもなく、本発明の第２の態様によれば、極板の表面近傍に流速４７ｍ／分以上で吸引された空気により、極板表面及び極板に食い込んで付着した異物が浮き上がり、浮き上がった異物が空気吸引手段により吸引されるので、極板表面の活物質が削り取られることなく異物が除去され再付着を防止することができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の極板表面異物除去装置の断面図である。
【図２】実施形態の極板表面異物除去装置の吸引ノズルの一部破断斜視図である。
【図３】リチウムイオン二次電池の断面図である。
【符号の説明】
８　正極板（極板）
９ａ、９ｂ　磁石
１０ａ、１０ｂ　ブラシ
１１ａ、１１ｂ　チャンバ（空気吸引手段の一部）
１２ａ、１２ｂ　中空ローラ（回転体）
１３　吸引ポンプ（空気吸引手段の一部）
１４ａ、１４ｂ　吸引ノズル（空気吸引手段の一部）
２０ａ　極板上面異物除去部
２０ｂ　極板下面異物除去部
２０　極板表面異物除去装置

Claims

連続的に搬送される極板の表面近傍に、磁束密度０．８テスラ以上の磁石を配置したことを特徴とする極板表面異物除去装置。
連続的に搬送される極板の表面近傍に流速４７ｍ／分以上で空気を吸引する空気吸引手段を備えたことを特徴とする極板表面異物除去装置。
前記空気吸引手段は、前記極板の搬送方向に交差する方向を長手側とする吸引ノズルを有することを特徴とする請求項２に記載の極板表面異物除去装置。
前記空気吸引手段の近傍に、先端部が前記極板の表面に接触する線径０．５ｍｍ以下のブラシを更に備えたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の極板表面異物除去装置。
前記極板を介して前記空気吸引手段の反対側に前記極板を支持する回転体を配置したことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の極板表面異物除去装置。