JP2009064686A - Manufacturing method and device of wound electrode body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池に用いられる電極体を製造する方法および装置に関する。詳しくは、渦巻き状構造を有する捲回電極体の製造方法および製造装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing an electrode body used for a battery. Specifically, the present invention relates to a manufacturing method and a manufacturing apparatus for a wound electrode body having a spiral structure.
近年、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池その他の二次電池は、車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携帯端末の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられるものとして期待されている。 In recent years, lithium-ion batteries, nickel-metal hydride batteries, and other secondary batteries have become increasingly important as power sources for vehicles or as power sources for personal computers and portable terminals. In particular, a lithium ion battery that is lightweight and obtains a high energy density is expected to be preferably used as a high-output power source mounted on a vehicle.
この種の電池の一つとして、渦巻き状構造を有する捲回電極体を備えた電池構造が知られている。電極体を渦巻き状とすることにより正負極の反応面積を大きくすることができ、これによってエネルギー密度を増大して高出力が可能となる。捲回電極体は、シート状の正極、負極およびセパレータから構成され、各シートを重ねて捲回することにより製造される。このような捲回電極体の製造方法として種々の方法が提案されている。図6A〜図6Dを参照しながら従来の工法を説明する。 As one of this type of battery, a battery structure including a wound electrode body having a spiral structure is known. By making the electrode body spiral, the reaction area of the positive and negative electrodes can be increased, thereby increasing the energy density and enabling high output. The wound electrode body is composed of a sheet-like positive electrode, a negative electrode, and a separator, and is manufactured by stacking and winding each sheet. Various methods have been proposed as a method for manufacturing such a wound electrode body. A conventional construction method will be described with reference to FIGS. 6A to 6D.
まず、図6Aに示すように、巻芯90のスリット91に2枚のシート状セパレータ92a、92bを挿入し、この状態で巻芯90を少し回転させてシート状セパレータ92a、92bを巻き付ける。
First, as shown in FIG. 6A, the two sheet-
次いで、図6Bに示すように、巻き付けた外側のセパレータ92aと内側のセパレータ92bとの間に、チャック96に把持されて誘導されてきた正負いずれか一方(例えば負極)のシート状電極94の先端部分を挿入する。
Next, as shown in FIG. 6B, between the wound
そして、図6Cに示すように、外側セパレータ92aの外方からローラ98を当該外側セパレータ92aに押し付ける。これにより、シート状電極94の先端部分をシート状セパレータ92a、92bとともにローラ98と巻芯90との間で狭持することができる。
Then, as shown in FIG. 6C, the
引き続いて、図6Dに示すように、シート状電極94を把持するチャック96を開放して該シート94にテンション(張力)を加える。また、同様の操作によって図示しない他方(例えば正極)のシート状電極を巻芯90と内側セパレータ92bとの間に挿入・挟持する。そして、この状態で巻芯90を回転させることにより、正負一対(2枚)のシート状電極及び2枚のシート状セパレータが捲回されてなる捲回電極体が形成(製造)される。かかる方法によれば、テンションをかけながらシート状電極が捲回されるので捲回中におけるシート状電極の巻きズレを防止することができる。
Subsequently, as shown in FIG. 6D, the
この種の従来技術として例えば特許文献1が挙げられる。特許文献1には、電極とセパレータとから成る捲回体を形成する際に各シートにバックテンション(後方への張力)を付与することで弛みや巻きズレが発生するのを抑制する捲回電極体製造装置が記載されている。また、その他の捲回装置に関する従来技術として特許文献2〜4が挙げられる。
しかしながら、上述した従来の工法では、捲回中に発生するシート状電極の巻きズレを防止することは可能であるが、巻き始めの段階で発生する巻きズレを防止することが困難であった。すなわち、図6Cに示したように、シート状電極94は、その先端がローラ98と巻芯90との間で狭持(クランプ)されるまではテンションをかけることができずテンションフリーの状態となるため、かかるテンションフリーのシート状電極94の先端をローラ98が押し付けると、ローラ98の押付力(クランプする力)によって動きが制約されたシート状電極94に弛みが発生する虞がある。
However, with the conventional method described above, it is possible to prevent the winding deviation of the sheet-like electrode that occurs during winding, but it is difficult to prevent the winding deviation that occurs at the beginning of winding. That is, as shown in FIG. 6C, the sheet-
本発明はかかる従来の捲回工程の初期操作(巻き始め)における問題点を解決すべく創出されたものであり、その主な目的は、シート状電極が精度よく巻き付けられた捲回電極体の製造方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、そのようなシート状電極が精度よく巻き付けられた捲回電極体の製造装置を提供することである。 The present invention was created to solve the problems in the initial operation (start of winding) of the conventional winding process, and the main object of the present invention is to provide a wound electrode body in which a sheet-like electrode is wound with high accuracy. It is to provide a manufacturing method. Moreover, the other object of this invention is to provide the manufacturing apparatus of the wound electrode body by which such a sheet-like electrode was wound with sufficient precision.
本発明によって提供される電極体の製造方法は、渦巻き状構造を有する電極体(以下「捲回電極体」という)を製造する方法である。詳しくは、正負一対のシート状電極(即ち捲回電極体に巻き取る前の帯状の正負一対の電極)および2枚のシート状セパレータ(即ち捲回電極体に巻き取る前の帯状のセパレータ)を備える捲回電極体の製造方法である。 The method for producing an electrode body provided by the present invention is a method for producing an electrode body having a spiral structure (hereinafter referred to as “winding electrode body”). Specifically, a pair of positive and negative sheet-shaped electrodes (that is, a pair of strip-shaped positive and negative electrodes before winding on a wound electrode body) and two sheet-shaped separators (that is, a strip-shaped separator before winding on a wound electrode body) It is a manufacturing method of the wound electrode body provided.
本発明の捲回電極体の製造方法は、上記巻芯の外周に上記2枚のシート状セパレータを巻き付ける工程と、上記巻芯の外周に巻き付けられた2枚のシート状セパレータ間に上記正負のいずれか一方のシート状電極の先端部分を挿入する工程と、上記2枚のシート状セパレータのうちの外側に配置される外側セパレータの外方から押付部材(典型的にはローラ)を上記巻芯に押し付け、当該押付部材と巻芯との間で上記挿入されたシート状電極の先端部分を上記2枚のセパレータごと狭持する工程と、上記押付部材により押し付けながら上記巻芯を回転させて、上記シート状電極を上記シート状セパレータとともに捲回する工程とを含む。 The method for producing a wound electrode body according to the present invention includes the step of winding the two sheet-shaped separators around the outer periphery of the core, and the positive and negative between the two sheet-shaped separators wound around the outer periphery of the core. A step of inserting the tip portion of one of the sheet-like electrodes, and a pressing member (typically a roller) from the outside of the outer separator disposed outside the two sheet-like separators. The step of sandwiching the tip of the inserted sheet-like electrode between the pressing member and the core together with the two separators, and rotating the core while pressing with the pressing member, Winding the sheet electrode together with the sheet separator.
ここで、上記外側セパレータは、上記押付部材の押付位置よりも巻芯回転方向の前方において上記巻芯に巻き付けられるように該巻芯に供給されている。そして、上記狭持工程において、上記押付部材は上記挿入されたシート状電極の先端部分を上記シート状セパレータとともに上記巻芯の回転中心へ向けて押し付けるように構成されていることを特徴とする。 Here, the outer separator is supplied to the core so as to be wound around the core ahead of the pressing position of the pressing member in the core rotation direction. In the nipping step, the pressing member is configured to press the tip portion of the inserted sheet-like electrode together with the sheet-like separator toward the rotation center of the core.
上記捲回電極体の製造方法によれば、捲回工程の初期操作(巻き始め)の段階において、外側セパレータを押付部材の押付位置よりも巻芯回転方向の前方において巻芯に巻き付けられるように供給しているので、該押付部材の押付位置における2枚のセパレータ間の隙間(換言すればシート状電極の先端部分を挿入するための隙間)を十分に確保することができる。これにより、シート先端部分を2枚のセパレータ間の隙間の深い位置(すなわち押付部材の押付位置よりも巻芯回転方向の前方)まで挿入して配置することができるので、当該シート先端部分を押付部材でしっかりと押し付け(クランプ)可能な構成とすることができる。 According to the method of manufacturing the wound electrode body, in the initial operation (starting winding) stage of the winding process, the outer separator is wound around the core in the front of the pressing direction of the pressing member in the core rotation direction. Since it supplies, the clearance gap between two separators in the pressing position of this pressing member (in other words, the clearance gap for inserting the front-end | tip part of a sheet-like electrode) can fully be ensured. As a result, the sheet leading edge can be inserted and arranged up to a position where the gap between the two separators is deep (that is, ahead of the pressing position of the pressing member in the winding core rotation direction). It can be set as the structure which can be firmly pressed (clamped) with a member.
加えて、当該先端部分を2枚のセパレータごと巻芯の回転中心へ向けて押し付けているので、当該押付部材の押付力がシートを弛ませる方向に作用することを回避し得る。すなわち、押付部材で押し付ける(クランプする)際に発生するシート先端部分の弛みを抑制することができる。そのため、巻き始め段階における捲回電極体の内部での巻きズレを防止することができる。その結果、本発明の製造方法によれば、シート状電極が精度よく巻き付けられた信頼性の高い捲回電極体を備えた電池を提供することができる。 In addition, since the tip portion is pressed together with the two separators toward the rotation center of the core, it can be avoided that the pressing force of the pressing member acts in the direction of loosening the sheet. That is, it is possible to suppress loosening of the sheet leading end portion that occurs when pressing (clamping) with the pressing member. Therefore, winding deviation inside the wound electrode body at the beginning of winding can be prevented. As a result, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to provide a battery including a highly reliable wound electrode body in which the sheet-like electrode is wound with high accuracy.
ここで開示される製造方法の好ましい一態様では、上記挿入工程において、上記シート状電極の先端部分が上記押付部材による押付位置よりも巻芯回転方向の前方において上記2枚のシート状セパレータ間に挿入されることを特徴とする。 In a preferable aspect of the manufacturing method disclosed herein, in the insertion step, the tip portion of the sheet-like electrode is located between the two sheet-like separators in front of the pressing position by the pressing member in the core rotation direction. It is inserted.
上記製造方法によれば、シート状電極の先端部分を2枚のセパレータ間の隙間の深い位置(すなわち押付部材での押付位置よりも巻芯回転方向の前方)まで挿入して配置することができるので、当該シート先端部分を押付部材でしっかりと押し付け(クランプ)可能な構成とすることができる。 According to the manufacturing method described above, the leading end portion of the sheet-like electrode can be inserted and arranged up to a position where the gap between the two separators is deep (that is, ahead of the pressing position of the pressing member in the winding core rotation direction). Therefore, it can be set as the structure which can press the said sheet | seat front-end | tip part firmly with a pressing member (clamp).
ここで開示される製造方法の好ましい一態様では、上記押付部材を、上記押し付けの際に接触する上記外側セパレータを上記シート状電極の先端部分とともに巻芯回転方向に引っ張るように移動させることを特徴とする。 In a preferred aspect of the manufacturing method disclosed herein, the pressing member is moved so as to pull the outer separator, which is in contact with the pressing member, together with the tip portion of the sheet-like electrode in the winding core rotation direction. And
上記製造方法によれば、シート状電極の先端部分を押付部材で押し付ける(クランプする)際に、当該押付部材でシート先端部分を巻芯回転方向(すなわちシートを弛ませる方向と逆方向)に引っ張ることができる。そのため、当該押付部材の押付に起因するシート先端部分の弛みを一層抑制することができる。 According to the above manufacturing method, when the leading end portion of the sheet-like electrode is pressed (clamped) by the pressing member, the leading end portion of the sheet is pulled by the pressing member in the core rotation direction (that is, the direction opposite to the direction in which the sheet is loosened). be able to. For this reason, it is possible to further suppress the loosening of the leading end of the sheet due to the pressing of the pressing member.
なお、上記捲回工程は、前記シート状電極およびシート状セパレータにテンションがかかった状態で実行されることが好ましい。これにより、捲回中におけるシート状セパレータおよびシート状電極の巻きズレ(典型的には各シートの幅方向における巻きズレ)の発生を抑制することができる。 In addition, it is preferable that the said winding process is performed in the state in which the said sheet-like electrode and the sheet-like separator were tensioned. Thereby, generation | occurrence | production of the winding shift | offset | difference (typically winding shift | offset | difference in the width direction of each sheet | seat) of the sheet-like separator and sheet-like electrode during winding can be suppressed.
また、上記捲回を行う前に、上記正負のうちの他方のシート状電極を、上記2枚のシート状セパレータのうちの内側に配置される内側セパレータと上記巻芯との間に挿入する工程を含む。そして、上記捲回工程において、押付部材により押し付けながら巻芯を回転させて、正負一対のシート状電極を2枚のセパレータとともに捲回することにより、巻き始めの段階で巻きズレ発生を防止して高い精度で捲回された捲回電極体を製造することができる。 In addition, before performing the winding, the step of inserting the other sheet-like electrode of the positive and negative between the inner separator disposed inside the two sheet-like separators and the core including. In the winding step, the winding core is rotated while being pressed by the pressing member, and the pair of positive and negative sheet-like electrodes are wound together with the two separators, thereby preventing winding deviation at the beginning of winding. A wound electrode body wound with high accuracy can be manufactured.
また、本発明は、正負一対のシート状電極および2枚のシート状セパレータが巻芯に捲回されて成る捲回電極体の製造装置を提供する。 The present invention also provides an apparatus for producing a wound electrode body in which a pair of positive and negative sheet-like electrodes and two sheet-like separators are wound around a winding core.
即ち、本発明の製造装置は、上記巻芯の外周に巻き付けられた2枚のシート状セパレータ間に上記正負のいずれか一方のシート状電極の先端部分を挿入する第1の挿入手段と、上記2枚のシート状セパレータのうちの外側に配置される外側セパレータの外方から上記巻芯に押し付け、当該巻芯との間で上記挿入されたシート状電極の先端部分を上記2枚のセパレータごと狭持する押付部材(典型的にはローラ)と、上記押付部材で押し付けながら上記巻芯を回転させて、上記シート状電極を上記シート状セパレータとともに捲回する捲回手段とを備えている。 That is, the manufacturing apparatus according to the present invention includes a first insertion unit that inserts a leading end portion of any one of the positive and negative sheet-like electrodes between two sheet-like separators wound around the outer periphery of the core. Pressing against the core from the outside of the outer separator disposed outside the two sheet-shaped separators, the leading end portion of the inserted sheet-shaped electrode between the two cores together with the two separators A pressing member (typically, a roller) that sandwiches and a winding means that rotates the winding core while pressing with the pressing member to wind the sheet electrode together with the sheet separator.
ここで、上記外側セパレータは、上記押付部材の押付位置よりも巻芯回転方向の前方において上記巻芯に巻き付けられるように該巻芯に供給されている。そして、上記押付部材は上記シート状電極の先端部分を上記シート状セパレータとともに上記巻芯の回転中心へ向けて押し付けるように構成されている。 Here, the outer separator is supplied to the core so as to be wound around the core ahead of the pressing position of the pressing member in the core rotation direction. And the said pressing member is comprised so that the front-end | tip part of the said sheet-like electrode may be pressed toward the rotation center of the said core with the said sheet-like separator.
上記捲回電極体の製造装置によれば、捲回工程の初期操作(巻き始め)の段階において、外側セパレータを押付部材の押付位置よりも巻芯回転方向の前方において巻芯に巻き付けられるように供給しているので、該押付部材の押付位置における2枚のセパレータ間の隙間(換言すればシート状電極の先端部分を挿入するための隙間)を十分に確保することができる。これにより、シート先端部分を2枚のセパレータ間の隙間の深い位置(すなわち押付部材の押付位置よりも巻芯回転方向の前方)まで挿入して配置することができるので、当該シート先端部分を押付部材でしっかりと押し付け(クランプ)可能な構成とすることができる。 According to the above-described wound electrode body manufacturing apparatus, the outer separator is wound around the core in the core rotation direction in front of the pressing position of the pressing member in the initial operation (starting winding) stage of the winding process. Since it supplies, the clearance gap between two separators in the pressing position of this pressing member (in other words, the clearance gap for inserting the front-end | tip part of a sheet-like electrode) can fully be ensured. As a result, the sheet leading edge can be inserted and arranged up to a position where the gap between the two separators is deep (that is, ahead of the pressing position of the pressing member in the winding core rotation direction). It can be set as the structure which can be firmly pressed (clamped) with a member.
加えて、当該先端部分を2枚のセパレータごと巻芯の回転中心へ向けて押し付けているので、当該押付部材の押付力がシートを弛ませる方向に作用することを回避し得る。すなわち、押付部材で押し付ける(クランプする)際に発生するシート先端部分の弛みを抑制することができる。そのため、巻き始め段階における捲回電極体の内部での巻きズレを防止することができる。その結果、本発明の製造装置によれば、シート状電極が精度よく巻き付けられた信頼性の高い捲回電極体を備えた電池を提供することができる。 In addition, since the tip portion is pressed together with the two separators toward the rotation center of the core, it can be avoided that the pressing force of the pressing member acts in the direction of loosening the sheet. That is, it is possible to suppress loosening of the sheet leading end portion that occurs when pressing (clamping) with the pressing member. Therefore, winding deviation inside the wound electrode body at the beginning of winding can be prevented. As a result, according to the manufacturing apparatus of the present invention, it is possible to provide a battery including a highly reliable wound electrode body in which the sheet-like electrode is wound with high accuracy.
ここで開示される製造装置の好ましい一態様では、上記第1の挿入手段は、上記押付部材による押付位置よりも巻芯回転方向の前方において、上記シート状電極の先端部分を上記2枚のシート状セパレータ間に挿入するように構成されている。 In a preferred aspect of the manufacturing apparatus disclosed herein, the first insertion means is configured such that the front end portion of the sheet-like electrode is positioned in front of the pressing position by the pressing member in the direction of rotation of the core, and the sheet-like electrode is positioned on the two sheets Is configured to be inserted between the separators.
かかる装置構成によれば、シート状電極の先端部分を2枚のセパレータ間の隙間の深い位置(すなわち押付部材による押付位置よりも巻芯回転方向の前方)まで挿入して配置することができるので、当該シート先端部分を押付部材でしっかりと押し付け(クランプ)可能な構成とすることができる。 According to such a device configuration, the leading end portion of the sheet-like electrode can be inserted and arranged up to a position where the gap between the two separators is deep (that is, ahead of the pressing position by the pressing member in the core rotation direction). The sheet tip portion can be firmly pressed (clamped) by the pressing member.
ここで開示される製造装置の好ましい一態様では、上記押付部材は、上記押し付けの際に接触する上記外側セパレータを上記シート状電極の先端部分とともに巻芯回転方向に引っ張るように移動するように構成されている。 In a preferred aspect of the manufacturing apparatus disclosed herein, the pressing member is configured to move so as to pull the outer separator, which is in contact with the pressing member, together with the tip portion of the sheet-like electrode in the core rotation direction. Has been.
上記製造装置によれば、シート状電極の先端部分を押し付ける(クランプする)際に、押付部材でシート先端部分を巻芯回転方向(すなわちシートを弛ませる方向と逆方向)に引っ張ることができる。そのため、当該押付部材の押付力に起因するシート先端部分の弛みを一層抑制することができる。 According to the manufacturing apparatus, when pressing (clamping) the leading end portion of the sheet-like electrode, the pressing end member can pull the leading end portion of the sheet in the core rotation direction (that is, the direction opposite to the direction in which the sheet is loosened). For this reason, it is possible to further suppress the loosening of the leading end of the sheet due to the pressing force of the pressing member.
なお、本発明の製造装置は、上記正負のうちの他方のシート状電極を、上記2枚のシート状セパレータのうちの内側に配置される内側セパレータと上記巻芯との間に挿入する第2の挿入手段を備えている。そして、上記捲回手段によって巻芯を回転させて、正負一対のシート状電極を2枚のセパレータとともに捲回することにより、巻き始めの段階で巻きズレ発生を防止して高い精度で捲回された捲回電極体を製造することができる。 In the manufacturing apparatus of the present invention, the other of the positive and negative sheet-like electrodes is inserted between the inner separator disposed inside the two sheet-like separators and the core. Insertion means. Then, by rotating the winding core by the winding means and winding the pair of positive and negative sheet-like electrodes together with the two separators, the winding is prevented from being generated at the beginning of winding and wound with high accuracy. A wound electrode body can be manufactured.
本願発明者は、シート状電極およびシート状セパレータが捲回されて成る捲回電極体の製造装置の開発に取り組んでいたところ、捲回電極体の巻き始めの段階において特に巻きズレが発生し易いという事象を見出した。そこで、本願発明者は、典型的な捲回電極体の製造装置において巻き始めに巻きズレが多く発生する原因について鋭意検討を行い、以下の知見を得た。 The inventor of the present application has been working on the development of a manufacturing apparatus for a wound electrode body in which a sheet electrode and a sheet separator are wound. In particular, winding deviation is likely to occur at the beginning of winding of the wound electrode body. I found the phenomenon. Therefore, the inventor of the present application intensively studied the cause of the occurrence of many winding deviations at the beginning of winding in a typical wound electrode body manufacturing apparatus, and obtained the following knowledge.
すなわち、図7Aに示すように、典型的な捲回電極体の製造装置では、押付部材(ここではローラ)98の中心線C1と巻芯90の中心線C2とが一致せずにズレているため、シート状電極94の先端部分を両者の間に狭持する際に、当該シートの先端部分に働くローラ98の押付力「F0」は、2つの方向、即ち巻芯90の回転中心方向に働く力「F1」と巻芯90の接線方向に働く力「F2」とに分解される。巻芯90の接線方向に働く力「F2」は、シート状電極94の進行方向(すなわち巻芯90の回転方向)とは逆向きであるため、その力はシートの先端部分を弛ませる方向に作用する。捲回工程の初期操作(巻き始め)の段階ではシート状電極94の先端部分はテンションフリーの状態となるため、ローラ98で狭持した際に大きな弛み95が発生することとなる。
That is, as shown in FIG. 7A, in a typical wound electrode body manufacturing apparatus, the center line C1 of the pressing member (here, a roller) 98 and the center line C2 of the winding
そして、図7Bに示すように、弛み95が発生したシート状電極94をそのまま捲回することにより、巻き始めの段階において捲回電極体の内部に巻きズレが発生する主な原因となっている。本願発明者は、シート状電極の先端部分を弛ませない方向に力が作用するようにローラを押し付ければ、シート状電極の弛み(引いては捲回電極体の巻きズレ)を抑制できる機構を実現できることを見出し、本発明に至った。
Then, as shown in FIG. 7B, by winding the sheet-
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、電極活物質の製造方法、電池の構築に係る一般的技術等)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, members / parts having the same action are described with the same reference numerals. In addition, this invention is not limited to the following embodiment. In addition, the dimensional relationships (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not reflect actual dimensional relationships. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention (for example, a method for producing an electrode active material, a general technique relating to construction of a battery, etc.) It can be grasped as a design matter of those skilled in the art based on the prior art. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.
図1を参照しながら本実施形態の捲回電極体を構成するシート状電極体82の構成について簡単に説明する。図1は捲回電極体の構成について説明するための図である。
With reference to FIG. 1, the structure of the sheet-
本実施形態の捲回電極体80は、シート状電極体82(以下、「電極体シート」と称する。)が捲回されて成る。電極体シート82は、捲回電極体80を組み立てる前段階における長尺状(帯状)のシート構造を有している。本実施形態に係る電極体シート82は、典型的な電池の捲回電極体と同様、シート状電極84a、84b(詳細には、シート状正極84a(以下「正極シート」と称する。)とシート状負極84b(以下「負極シート」と称する。))を計2枚のシート状セパレータ86a、86b(以下「セパレータシート」と称する。)とから構成されている。
The
次に、図2Aおよび図2Bを参照しながら、捲回電極体80の製造装置100の構成について説明する。図2Aは製造装置100の構成を模式的に示す概略図であり、図2Bは捲回工程の初期操作(巻き始め)の段階における巻芯20の周辺を拡大した要部拡大図である。
Next, the configuration of the
図2Aに示すように、捲回電極体の製造装置100は、電極体シート82(すなわち正負極シート84a、84bおよび2枚のセパレータシート86a、86b)がそれぞれロール状態(54a、54b、56a、56b)から引き出されて、タッチローラ40で加圧しながら巻芯20で捲回電極体として巻き取られるようにした装置である。各シートのラインには、それぞれテンションローラ64a、64b、66a、66bが設けられており、捲回中には各シートにテンション(張力)が掛かるように構成されている。
As shown in FIG. 2A, in the wound electrode
巻芯20は、引き出されてくる電極体シート82を巻き取り、巻き取り終了後には捲回電極体から取り外されるように構成されている。巻芯20は、図2Bに示すように、巻芯支持部22(捲回手段)に取り付けられている。巻芯支持部22は図示しない駆動源(典型的にはモータ)に接続され、巻芯20を一方向に回転自在に支持している。巻芯支持部22は、巻芯20を回転させて電極体シート82(正負極シート84a、84bおよび2枚のセパレータシート86a、86b)を捲回するように構成されている。なお、巻芯20にはセパレータシート86a、86bを貫通させて導くスリット21が形成されている。
The winding
巻芯20の下方には、押付部材としてのタッチローラ40が配置されている。タッチローラ40は、外側セパレータ86b(2枚のセパレータシート86a、86bのうちの外側に配置されるセパレータ)の外方から巻芯20に押し付けられるように構成されている。具体的には、タッチローラ40はローラ支持部42に回転自在に取り付けられている。ローラ支持部42は図示しない押圧機構に連結され、かかる押圧機構は、ローラ支持部42を所定方向(図示した例では上下の直線方向)に移動させて、タッチローラ40を巻芯20に押し付けるように構成されている。なお、ここではタッチローラ40の中心線C1と巻芯20の中心線C2とが重なるように配置されている。
A
図2Bは捲回工程の初期操作(巻き始め)の段階における巻芯20の周辺を拡大して示している。図2Bに示すように、負極シート84bのライン中には、負極チャック30b(第1の挿入手段)が取り付けられている。負極チャック30bは、負極シート84bの先端部分85b(初期操作の段階における負極シートの巻き始めの部位)を所定の位置に挿入するように構成されている。具体的には、負極チャック30bは、シート先端部分85bを巻芯20の近傍で把持する把持ローラ32、34と、当該負極チャック30bを移動させる駆動機構(図示せず)とを備えている。駆動機構は、負極チャック30bを所定方向(図では左方向)に移動させ、把持ローラ32、34に把持されたシート先端部分85bをセパレータシート86a、86b間に誘導するように構成されている。
FIG. 2B shows an enlarged view of the periphery of the winding
なお、図2Bでは省略したが、正極シート84aのライン中には、正極チャック30a(第2の挿入手段)が配設されている。正極チャック30aは、負極チャック30bと同様の構造(すなわち把持ローラおよび駆動機構)を有し、正極シート84aの先端部分(初期操作の段階における正極シートの巻き始めの部位)を巻芯20と内側セパレータシート86a(2枚のセパレータ86a、86bのうちの内側に配置されるセパレータ)との間に挿入するように構成されている。
Although omitted in FIG. 2B, the
次に、図3A〜図3Fを参照しながら、本実施形態の製造装置100の動作および捲回電極体の捲回工程について順に説明する。なお、図3A〜図3Fでは、正極チャック30aを省略して示している。
Next, the operation of the
まず、図3Aに示したように、巻芯20に2枚のセパレータシート86a、86bを巻き付ける。具体的には、2枚のセパレータシート86a、86bをロール状態56a、56bから引き出して、巻芯20に設けられたスリット21に貫通させ、各セパレータシート86a、86bにテンションローラ66a、66bでテンション(例えば100gf(約0.98N)/cm2)を加えながら巻芯20を回転(例えば1回転)させて巻き付ける。このようにして、最初に巻芯の外周にセパレータシート86a、86bを巻き付ける。
First, as shown in FIG. 3A, the two
このとき、外側セパレータ86bは、後述するタッチローラ40の押付位置47よりも巻芯回転方向の前方において巻芯20に巻き付けられるように該巻芯20に供給される。すなわち、外側セパレータ86bの供給位置89は、タッチローラ40の押付位置47よりも巻芯回転方向の下流側(即ち前方)に配置される。
At this time, the
次に、負極シート84bを巻芯20に巻き取る準備を行う。すなわち、ロール状態54bから負極シート84bを引き出し、負極シート84bにテンションローラ64bでテンション(例えば100gf/cm2)を加えながら、負極シートの巻き始めの部位を負極チャック30bの把持ローラ32、34で把持する。これにより、把持ローラ32、34の把持位置よりもシート後側はテンション(例えば100gf/cm2)が印加された状態となるが、把持ローラ32、34の把持位置よりもシート前側は、テンションローラ64bによるテンションがかからず、テンションフリーの状態となる。
Next, preparation for winding the
次に、図3Bに示すように、負極チャック30bを所定方向(図では左方向)に移動させ、巻芯20の外周に巻き付けられた2枚のセパレータ86a、86b間にシート先端部分85bを挿入する。
Next, as shown in FIG. 3B, the
このとき、シート先端部分85bが後述するタッチローラ40による押付位置47よりも巻芯回転方向の前方において2枚のシート状セパレータ間に配置されるように挿入される。すなわち、シート先端部分85bの端辺87は、タッチローラ40の押付位置47よりも巻芯回転方向の下流側に配置される。
At this time, the sheet leading
続いて、タッチローラ40を所定の押付方向(図では鉛直上向き)に移動させ、外側セパレータシート86bの外方からタッチローラ40を巻芯20に押し付ける(クランプする)。このタッチローラの押付(クランプ)によって、タッチローラ40と巻芯20との間で負極シート84bの先端部分85bを2枚のセパレータシート86a、86bごと狭持する。
Subsequently, the
このとき、タッチローラ40は、矢印「72」で示すように、テンションフリーのシート先端部分85bを、セパレータシート86a、86bとともに巻芯20の回転中心Cへ向けて押し付ける。
At this time, as indicated by an arrow “72”, the
次に、図3Dに示すように、タッチローラ40を巻芯20に押し付けながら巻芯20を矢印「70」方向に少し回転させ、タッチローラ40と巻芯20との間で狭持したシート先端部分85bを巻芯20に巻き込む。このシート先端部分85bの巻き込みによって、負極シート85bにテンションを付与しても巻芯20から容易に外れないようにすることができるので、負極チャック30bの把持ローラ32、34を開放して負極シート84bにテンションを掛ける。このようにして、負極シート84bを巻芯20に巻き取る準備が完了する。
Next, as shown in FIG. 3D, while pressing the
次に、図3Eに示すように、正極シート84aを巻芯20に巻き取る準備を行う。本実施形態では、ロール状態54aから正極シート84aを引き出し、正極シート84aにテンションローラ64aでテンション(例えば100gf/cm2)を加えながら当該シートの先端部分85aを正極チャックの把持ローラで把持する。そして、巻芯20を矢印「70」方向にゆっくりと回転させながら正極チャックを移動させ、シート先端部分85aを巻芯20と内側セパレータシート86aとの間に挿入する。シート先端部分85aは、内側セパレータシート86a上に載置されつつ、タッチローラ40の押付位置47まで誘導され、巻芯20に巻き込まれる。そして、正極チャックの把持ローラを開放して正極シート84aにテンションを掛ける。このようにして、正極シート84aを巻芯20に巻き取る準備が完了する。
Next, as shown in FIG. 3E, preparation is made to wind up the
なお、この実施形態では、まず負極シートを巻き取る準備を行い、その後正極シートを巻き取る準備を行っているが、かかる準備を同時に行ってもよい。すなわち、正極シートの先端部分85aを巻芯20と内側セパレータ86aとの間に挿入しつつ、負極シートの先端部分85bを2枚のセパレータ86a、86b間に挿入することができる。
In this embodiment, preparation for winding the negative electrode sheet is first performed, and then preparation for winding the positive electrode sheet is performed. However, such preparation may be performed simultaneously. That is, it is possible to insert the
このようにして、正負極シート84a、84bおよび2枚のセパレータシート86a、86bを巻き取る準備が完了したら、その後、図3Fに示すように、タッチローラ40により押し付けながら巻芯20を矢印「70」方向に回転させる。これにより、正極シート84a、負極シート84bおよび2枚のセパレータシート86a、86bは、タッチローラ40による締め付けを受けながら巻芯20に巻き取られる。そして、正極シート84a、負極シート84bおよび2枚のセパレータシート86a、86bを、それぞれ巻き取り終了時に所定の長さ(例えば4m50cm)となるように終端位置で切断し、終端位置で切断された巻き終わり部分を巻き取ることにより、捲回電極体が製造(形成)される。このようにして、捲回電極体の捲回工程が完了する。
When the preparation for winding up the positive and
本実施形態の捲回電極体の製造方法および製造装置によれば、捲回工程の初期操作(巻き始め)の段階において、外側セパレータ86bをタッチローラ40の押付位置47よりも巻芯回転方向の前方において巻芯20に巻き付けられるように供給しているので、該タッチローラ40の押付位置47における2枚のセパレータ86a、86b間の隙間(換言すれば負極シート84bの先端部分85aを挿入するための隙間)を十分に確保することができる。これにより、シート先端部分85bを2枚のセパレータ86a、86b間の隙間の深い位置(すなわちタッチローラの押付位置47よりも巻芯回転方向の前方)まで挿入して配置することができるので、当該シート先端部分85bをタッチローラ40でしっかりと押し付け(クランプ)可能な構成とすることができる。
According to the manufacturing method and the manufacturing apparatus of the wound electrode body of the present embodiment, the
加えて、当該先端部分85bを2枚のセパレータ86a、86bごと巻芯20の回転中心へ向けて押し付けているので、当該タッチローラの押付力がシートを弛ませる方向に作用することを回避し得る。すなわち、タッチローラで押し付ける(クランプする)際に発生するシート先端部分85bの弛みを未然に防止することができる。そのため、巻き始め段階における捲回電極体の内部での巻きズレを防止することができる。その結果、負極シート84bが精度よく巻き付けられた信頼性の高い捲回電極体を備えた電池を提供することができる。
In addition, since the
さらに、上記捲回工程は、正負極シート84a、84bおよび2枚のセパレータ86a、86bにそれぞれテンションがかかった状態で実行されるので、捲回中における各シートの巻きズレ(典型的には各シートの幅方向における巻きズレ)の発生を抑制することができる。
Further, the winding process is executed in a state where tension is applied to the positive and
なお、この実施形態では、負極シート84bの先端部分85bをタッチローラ40でクランプする例を示したが、タッチローラ40で巻芯20の回転中心C方向に押し付けるのであれば、正負にかかわらずシート先端部分の弛みを抑制することができ、それゆえ例えば正負を逆の配置として、タッチローラ40で正極シート84aの先端部分をクランプするように構成してもよい。
In this embodiment, an example in which the
また、この実施形態では、図3Bに示したように、タッチローラ40を鉛直上向きの直線方向に移動させる一例を示したが、タッチローラ40の押付方向にかかわらず、シート先端部分を巻芯20の回転中心Cへ向けて押し付けるように構成されているのであれば、シート先端部分の弛みを抑制することができ、それゆえ、例えば図4A及び図4Bに示したように、タッチローラ40の押付方向が鉛直上方向ではなく斜め上方向となるように装置構成部材を配設してもよい。
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 3B, an example in which the
また、タッチローラ40を移動させる方向も直線方向に限らず、例えば図5A及び図5Bに示したように、支点75を中心としてタッチローラ40が弧を描くように移動させることができる。かかる構成によれば、タッチローラ40を、押し付けの際に接触する外側セパレータ86bをシート先端部分85bとともに巻芯回転方向(すなわちシートを弛ませる方向と逆方向)に引っ張るように移動させることができる。そのため、当該タッチローラ40の押付(クランプ)に起因するシート先端部分の弛みを一層抑制することができる。
Further, the direction in which the
以下、図1に戻って、捲回電極体80を構成する材料について詳述する。本実施形態に係る捲回電極体80は、通常のリチウムイオン電池の捲回電極体と同様、正極シート84aと負極シート84bとをややずらしつつ捲回して作製される捲回電極体80である。
Hereinafter, returning to FIG. 1, the material constituting the
図1に示すように、正極シート84aはシート状の正極集電体の両面に電池用正極活物質層81aが付着されて形成され得る。ただし、正極活物質層81aは正極シート84aの長手方向に沿った一方の側縁(図では下側の側縁)には付着されず、正極集電体を一定の幅にて露出させた正極活物質層非形成部分83aが形成される。負極シート84bも正極シート84aと同様の構成を有し、シート状の負極集電体の両面に負極活物質層81bが付着されて形成され得る。そして負極シート84bの一方の側縁(図では上側の側縁)には、負極集電体が露出した負極活物質層非形成部分83bが形成され得る。
As shown in FIG. 1, the
なお、かかる捲回電極体80を構成する材料および部材自体は、従来のリチウムイオン電池の電極体と同様でよく、特に制限はない。例えば、正極集電体にはアルミニウム箔(本実施形態)その他の正極に適する金属箔が好適に使用される。正極活物質は従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2等が挙げられる。
In addition, the material and member itself which comprise this winding
一方、負極集電体には銅箔(本実施形態)その他の負極に適する金属箔が好適に使用される。負極活物質は従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、グラファイトカーボン、アモルファスカーボン等の炭素系材料、リチウム含有遷移金属酸化物や遷移金属窒化物等が挙げられる。 On the other hand, for the negative electrode current collector, a copper foil (this embodiment) or other metal foil suitable for the negative electrode is preferably used. As the negative electrode active material, one or more of materials conventionally used in lithium ion batteries can be used without any particular limitation. Preferable examples include carbon-based materials such as graphite carbon and amorphous carbon, lithium-containing transition metal oxides and transition metal nitrides.
また、セパレータシート86a、86bとしては多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成されたものが挙げられる。例えば、合成樹脂製(例えばポリエチレン等のポリオレフィン製)多孔質セパレータシートが好適に使用し得る。なお、電解質として固体電解質若しくはゲル状電解質を使用する場合には、セパレータが不要な場合(即ちこの場合には電解質自体がセパレータとして機能し得る。)があり得る。
Examples of the
なお、このようにして形成された捲回電極体80を電解質とともに容器に収容することにより、電池を製造することができる。かかる電池の構成は特に制限されない。ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ等が好適な電池の構成として挙げられる。特に本発明の実施に好適な電池の構成はリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は高エネルギー密度で高出力を実現できる電池であるため、高性能な電減、特に車両搭載用電源を構築することができる。
In addition, a battery can be manufactured by accommodating the
この場合、電解質は例えばLiPF6等のリチウム塩である。適当量(例えば濃度1M)のLiPF6等のリチウム塩をジエチルカーボネートとエチレンカーボネートとの混合溶媒(例えば質量比1:1)のような非水電解液に溶解して電解液として使用することができる。また、容器の材質は、典型的な電池で使用されるものと同じであればよく特に制限はないが、比較的軽量な材質が挙げられる。例えば、好ましくは表面に絶縁用樹脂コーティングが施されているような金属製容器、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂その他の合成樹脂製容器が好適である。容器に捲回電極体80を収容するとともに、電解液を注入して封止することによって電池は構築される。
In this case, the electrolyte is a lithium salt such as LiPF 6 . An appropriate amount (for example, concentration 1M) of lithium salt such as LiPF 6 is dissolved in a non-aqueous electrolyte such as a mixed solvent of diethyl carbonate and ethylene carbonate (for example, a mass ratio of 1: 1) and used as an electrolyte. it can. Further, the material of the container is not particularly limited as long as it is the same as that used in a typical battery, but a relatively light material can be used. For example, a metal container whose surface is preferably coated with an insulating resin coating, a polyolefin resin such as polypropylene, and other synthetic resin containers are suitable. The battery is constructed by housing the
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated by suitable embodiment, such description is not a limitation matter and of course various modifications are possible.
20 巻芯
21 スリット
22 巻芯支持部
30a 正極チャック
30b 負極チャック
32 把持ローラ
40 タッチローラ
42 ローラ支持部
47 押付位置
54a ロール状態の正極シート
54b ロール状態の負極シート
56a、56b ロール状態のセパレータシート
64a、64b、66a、66b テンションローラ
70 回転方向
80 捲回電極体
81a 正極活物質層
81b 負極活物質層
82 電極体シート
83a 正極活物質層非形成部分
83b 負極活物質層非形成部分
84a 正極シート
84b 負極シート
85a 正極シートの先端部分
85b 負極シートの先端部分
86a 内側セパレータシート
86b 外側セパレータシート
87 端辺
89 供給位置
90 巻芯
91 スリット
92a シート状セパレータ
92a 外側セパレータ
92b 内側セパレータ
94 シート状電極
96 チャック
98 ローラ
100 製造装置
C 回転中心
C1 ローラの中心線
C2 巻芯の中心線
20
Claims (9)
前記巻芯の外周に前記2枚のシート状セパレータを巻き付ける工程と、
前記巻芯の外周に巻き付けられた2枚のシート状セパレータ間に前記正負のいずれか一方のシート状電極の先端部分を挿入する工程と、
前記2枚のシート状セパレータのうちの外側に配置される外側セパレータの外方から押付部材を前記巻芯に押し付け、当該押付部材と巻芯との間で前記挿入されたシート状電極の先端部分を前記2枚のセパレータごと狭持する工程と、
前記押付部材により押し付けながら前記巻芯を回転させて、前記シート状電極を前記シート状セパレータとともに捲回する工程と
を含み、
ここで、前記外側セパレータは、前記押付部材の押付位置よりも巻芯回転方向の前方において前記巻芯に巻き付けられるように該巻芯に供給されており、
前記狭持工程において、前記押付部材は前記挿入されたシート状電極の先端部分を前記シート状セパレータとともに前記巻芯の回転中心へ向けて押し付けるように構成されていることを特徴とする、捲回電極体の製造方法。 A method for producing a wound electrode body comprising a pair of positive and negative sheet-like electrodes and two sheet-like separators,
Winding the two sheet-shaped separators around the outer periphery of the core;
Inserting a tip portion of either positive or negative sheet-like electrode between two sheet-like separators wound around the outer periphery of the core;
A pressing member is pressed against the winding core from the outside of the outer separator disposed between the two sheet-like separators, and a tip portion of the inserted sheet-like electrode between the pressing member and the winding core Sandwiching the two separators together,
Rotating the core while being pressed by the pressing member, and winding the sheet-shaped electrode together with the sheet-shaped separator,
Here, the outer separator is supplied to the core so as to be wound around the core in front of the pressing position of the pressing member in the core rotation direction,
In the nipping step, the pressing member is configured to press the distal end portion of the inserted sheet-shaped electrode together with the sheet-shaped separator toward the rotation center of the winding core. Manufacturing method of electrode body.
前記巻芯の外周に巻き付けられた2枚のシート状セパレータ間に前記正負のいずれか一方のシート状電極の先端部分を挿入する第1の挿入手段と、
前記2枚のシート状セパレータのうちの外側に配置される外側セパレータの外方から前記巻芯に押し付け、当該巻芯との間で前記挿入されたシート状電極の先端部分を前記2枚のセパレータごと狭持する押付部材と、
前記押付部材で押し付けながら前記巻芯を回転させて、前記シート状電極を前記シート状セパレータとともに捲回する捲回手段と
を備え、
ここで、前記外側セパレータは、前記押付部材の押付位置よりも巻芯回転方向の前方において前記巻芯に巻き付けられるように該巻芯に供給されており、
前記押付部材は前記シート状電極の先端部分を前記シート状セパレータとともに前記巻芯の回転中心へ向けて押し付けるように構成されている、製造装置。 An apparatus for producing a wound electrode body comprising a pair of positive and negative sheet-like electrodes and two sheet-like separators,
A first insertion means for inserting a tip portion of one of the positive and negative sheet-like electrodes between two sheet-like separators wound around the outer periphery of the core;
One of the two sheet-like separators is pressed against the core from the outside of the outer separator, and the tip of the sheet-like electrode inserted between the two cores is inserted into the two separators. A pressing member to be held between,
A winding means for rotating the core while pressing with the pressing member, and winding the sheet-like electrode together with the sheet-like separator;
Here, the outer separator is supplied to the core so as to be wound around the core in front of the pressing position of the pressing member in the core rotation direction,
The said pressing member is a manufacturing apparatus comprised so that the front-end | tip part of the said sheet-like electrode may be pressed toward the rotation center of the said core with the said sheet-like separator.
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