JP2009224050A - 扁平渦巻電極の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シワを発生させずに捲回体を扁平させる扁平渦巻電極の製造方法及び製造装置を提供すること。
【解決手段】８の字形に仮成形された渦巻き電極の捲回体Ｗａを横向きに置き、上下のプレスヘッド１１，１２によって押し潰すことで扁平形状にするものであって、上プレスヘッド１１及び下プレスヘッド１２は、８の字形状の捲回体Ｗａを扁平形状に押し潰す荷重受け部材と、その荷重受け部材の押圧面側に位置し、８の字形状の捲回体Ｗａの曲面部分に沿って当たる湾曲状態から、捲回体Ｗａが荷重受け部材によって潰されるの応じて平板状態に弾性変形する板バネ１５とを有する扁平渦巻電極の製造装置１０。
【選択図】 図１

Description

本発明は、正極シートと負極シートの間にセパレータを挟んで積層して捲回し、この捲回体を扁平にして電解液と共に電池ケースに収納および封入してなる二次電池に関し、その捲回体をシワなく扁平にプレスする扁平渦巻電極の製造方法及び製造装置に関する。

二次電池は、直方体形状の電池ケースに正極端子と負極端子とをもった密閉式で構成される。電池ケースは、金属板が直方体形状の収容空間をなす角形容器であり、その内部に扁平形状にされた捲回体（扁平捲回体）が挿入されている。扁平捲回体は、シート状の正極と負極そしてセパレータが円筒状に捲回され、それが押し潰されて扁平形状になる押圧成形が行われる。図１０は、下記特許文献１に示された扁平渦巻電極の製造方法を示した図である。

円筒状に捲かれた捲回体Ｗは、その内側から一対の離反棒１０１，１０１が挿入され、その離反棒１０１，１０１が互いに離れる左右方向に移動して押し広げられ、上下につぶれるように変形する。更に、上下方向からプレス手段１１０の上部プレス板１１１と下部プレス板１１２により捲回体Ｗが扁平形状に押圧成形される。
なお、捲回体Ｗは、次いで電極リードが適宜処理され、ステンレススチール製の電池ケースに収納され、内部電極と外部電極との接続が行われると共に、電解液が封入されて密閉処理されることによって二次電池が製造される。
特開２０００−１７３６４６号公報 特開平１１−３５４３８０号公報

しかし、従来から行われている扁平渦巻電極の製造方法やそのための装置では、押圧成形の際に扁平捲回体に対してシワを発生させてしまっていた。扁平捲回体にシワが発生すると、正極と負極そしてその間に挟まれたセパレータの間隔が不均一になり、また折れ曲がった部分から正極と負極の活物質が剥離してしまい、更に折れ曲がった部分のアルミ箔や銅箔の材料導電材が破れてバリとなってしまう。その結果、電池性能は抵抗上昇、容量低下、微短絡による自己放電といった悪影響を受けることになる。従って、安定した電池性能確保のためには扁平渦巻電極作成のための押圧形成に当たってシワを発生させないことが望まれている。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、シワを発生させずに捲回体を扁平させる扁平渦巻電極の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。

本発明に係る扁平渦巻電極の製造装置は、８の字形に仮成形された渦巻き電極の捲回体を横向きに置き、上下のプレスヘッドによって押し潰すことで扁平形状にするものであって、前記上プレスヘッド及び下プレスヘッドは、前記８の字形状の捲回体を扁平形状に押し潰す荷重受け部材と、その荷重受け部材の押圧面側に位置し、前記８の字形状の捲回体の曲面部分に沿って当たる湾曲状態から、前記捲回体が前記荷重受け部材によって潰されるのに応じて平板状態に弾性変形する板バネとを有するものであることを特徴とする。
また、本発明に係る扁平渦巻電極の製造装置は、前記捲回体に対して荷重を加える方向に弾性部材によって付勢された可動部材を有し、その可動部材は、前記押圧面より突き出した位置で、湾曲した状態の前記板バネと接合されたものであることが好ましい。

また、本発明に係る扁平渦巻電極の製造装置は、前記可動部材が、前記荷重受け部材の中央部分に配置され、ガイド部材によって移動が案内されたものであることが好ましい。
また、本発明に係る扁平渦巻電極の製造装置は、前記荷重受け部材及び板バネには、仮成形した前記８の字形状の捲回体を把持して搬送する把持部材が侵入する隙間や切欠きが形成されたものであることが好ましい。
また、本発明に係る扁平渦巻電極の製造装置は、前記荷重受け部材側には、前記板バネが擦れる位置にベアリングが設けられたものであることが好ましい。

そして、本発明に係る扁平渦巻電極の製造方法は、８の字形に仮成形された渦巻き電極の捲回体を横向きに置き、上下のプレスヘッドによって押し潰すことで扁平形状にするものであって、前記８の字形状の捲回体に対し、上下それぞれの方向に窪んだ曲面部分に湾曲した板バネを当て、その板バネとともに前記捲回体を押し潰し、当該板バネを平板状態にするとともに前記捲回体を扁平形状にすることを特徴とする。

よって、本発明によれば、８の字形状の捲回体が上下プレスヘッドによって押し潰される過程で、板バネと常に一定の接触状態が保たれ、そうした両者の接触面はほとんど滑ることなく同じように変形して成形されるため、シワのない扁平渦巻電極を製造することが可能なる。

次に、本発明に係る扁平渦巻電極の製造方法及び製造装置の一実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。
本実実施形態に関する扁平渦巻電極の製造方法を説明するに当たって、従来の製造方法によって起こる問題点について更に検討する。図６は、扁平渦巻電極の製造に際してシワの発生原因を示した概念図である。図６（ａ）に示すような円筒形状の捲回体Ｗは、前工程で仮プレスを受けて図６（ｂ）に示すように８の字に形づけられる。

ここで図７は、仮プレス装置を示した概念図であり、図８は、仮プレス装置のプレスヘッドを示した斜視図である。そして、図９は、仮プレス後の渦巻電極を搬送する搬送手段を示した図である。
仮プレス装置５０は、上下一対の仮プレスヘッド５１，５１と、左右一対の抜きチャック５２，５２が設けられ、その仮プレスヘッド５１は、ベース５３の中央に、バネ５４によって付勢された押えブロック５５が突設され、その押えブロック５５を挟むように切欠き５６が形成されている。

捲回体Ｗは、抜きチャック５２のチャック爪５２ａ，５２ｂによって、軸方向両端において左右２箇所が挟み込まれ、仮プレス装置５０の上下仮プレスヘッド５１，５１の間に配置される。そこで、上下の仮プレスヘッド５１，５１の距離が縮まり、押えブロック５５，５５によって捲回体Ｗの中央部分が押さえ込まれる。捲回体Ｗは、図４に示すように上下に潰されて８の字形に変形するが、その際、抜きチャック５２，５２によって左右に引っ張られる。そして、中央部分が重なって８の字形の捲回体（以下、「８の字捲回体」という）Ｗａになったところで仮プレスが終了し、抜きチャック５２が外される。ただし、捲回体Ｗは、まだ仮プレスヘッド５１，５１によって挟まれたままである。

次に、８の字捲回体Ｗａは、図９に示すように軸方向両端が搬送用チャック５７，５７によって保持される。搬送用チャック５７は、そのチャック爪５７ａ，５７ｂが仮プレスヘッド５１の切欠き５６に入り、そこで８の字捲回体Ｗａの中央部分を把持する。その後、仮プレスヘッド５１，５１が離間し、解放された８の字捲回体Ｗａは、搬送用チャック５７，５７に把持されたまま次の本プレスへと搬送される。

そこで、８の字捲回体Ｗａは、図６（ｂ）に示すように、８の字が横向きになるようにして下プレスヘッド２０２に置かれ、図６（ｃ）に示すように、下降する上プレスヘッド２０１によって下プレスヘッド２０２との間で押し潰される。これによって、円筒形状であった捲回体Ｗから、その形状を扁平にした扁平渦巻電極が成形される。

ところで、プレス時の８の字捲回体Ｗａは、上下プレスヘッド２０１，２０２と一部分（接触部Ｐ）で接し、その接触部Ｐに上下からそれぞれ力がかかるようにして押し潰される。その際、接触部Ｐは上下方向に真っ直ぐ潰されていくわけではなく、中央部Ｏ側が撓んでいるため、扁平状態になる過程において矢印ｓで示すように左右外側に移動することになる。しかし、捲回体と上下プレスヘッド２０１，２０２との接触部Ｐが摩擦によって滑りが悪いと、捲回体を構成する捲回された電極やセパレータといった材料には、矢印ｓと反対方向に力が作用してしまうことになる。

すると、８の字捲回体Ｗａ内では、中央部Ｏに向けて左右両方から作用する力の逃げ場が無くなってしまい、その結果、中央部Ｏの材料が左右両側から押されて変形し、シワになってしまう。更に、積層された正極シートと負極シートとの間でズレが生じてしまうことにもなる。以上、シワの発生原因について検証したが、本実施形態の製造方法及び製造装置は、こうした力の作用に着目してシワの発生をなくすようにしたものである。図１は、そうした扁平渦巻電極の製造方法及び製造装置を示した概念図である。

本実施形態の製造方法は、前述した従来方法と同様に、仮プレスされた８の字捲回体Ｗａをプレスし、扁平形状になるように押し潰して成形するものである。その際、製造装置であるプレス装置１０には、８の字捲回体Ｗａの上下の曲面ｋに沿って当たる板バネ１５，１５が設けられている。従って、プレス時には、図１（ａ）に示すように、８の字捲回体Ｗａが上下の板バネ１５，１５によって支えられるようにして挟まれる。そのため、８の字捲回体Ｗａは、図１（ｃ）に示すように扁平形状に変形される間、常に板バネ１５，１５に接した状態となる。

よって、このプレス装置１０には、上プレスヘッド１１と下プレスヘッド１２に対して板バネ１５がそれぞれ設けられている。板バネ１５は、８の字捲回体Ｗａの曲面ｋに合わせて所定の曲率で湾曲した板であり、その頂部Ｔが上下プレスヘッド１１，１２のそれぞれ中央部分に位置している。上下プレスヘッド１１，１２には、その中央部分に上下方向に移動可能な可動部材１６が設けられ、その先端に板バネ１５が接合されている。詳細は後述するが、この可動部材１６は上下それぞれの方向に付勢され、板バネ１５が図示するような湾曲形状になるようにしている。

そこで、プレス装置１０に８の字捲回体Ｗａが設置された後は、上プレスヘッド１１が徐々に下降して下プレスヘッド１２との間で押し潰されていく。その際、湾曲した板バネ１５は、左右端部がフリーであるため、反力を受けて中央部分が上下プレスヘッド１１，１２へとそれぞれ近づいて平らになっていく。板バネ１５を支えている可動部材１６は、８の字捲回体Ｗａからの反力を受けて上下プレスヘッド１１，１２内に押し込まれるように移動する。

８の字捲回体Ｗａは、上下プレスヘッド１１，１２によって押し潰される過程で、板バネ１５と常に一定の接触状態が保たれている。すなわち、８の字捲回体Ｗａが扁平形状になるのに伴って湾曲した板バネ１５も平らになり、その８の字捲回体Ｗａと板バネ１５は、両者の接触面がほとんど滑ることなく同じように変形している。従って、本実施形態によれば、上下プレスヘッド１１，１２に押圧される８の字捲回体Ｗａの面（曲面ｋ）全体が板バネ１５に接しているため、プレス成形時に接触部Ｐが滑らないで中央部Ｏへ向かって力が作用することがなくなり（図６（ｃ）参照）、シワのない扁平渦巻電極を成形することが可能になった。

次に、こうした扁平渦巻電極の製造方法を実行するための製造装置について具体的に説明する。図２は、製造装置の上又は下のプレスヘッドを示した平面図である。そして、図３及び図４は、図２に示したプレスヘッドのＡ−Ａ断面を示した図であり、図３は非プレス状態を示し、図４はプレス状態を示している。製造装置を構成する上下に配置されたプレスヘッド２０は同じ構成であるため、図には下側のみが示されている。

プレスヘッド２０は、平面形状が長方形のベース２１に対し、長手方向の左右に一対の荷重受けブロック２２，２２が重ねられている。その荷重受けブロック２２は、ベース２１に平行な取り付け部２２ａと、プレス時の荷重を受けるための起立部２２ｂが形成されている。ベース２１に固定された一対の荷重受けブロック２２，２２は、一定の間隔をあけて配置され、起立部２２ｂの中央部分には、図２に示すようにコの字に切り欠かれた切り欠き部２２１が形成されている。

プレスヘッド２０は、図１に示す場合と同様に、仮プレスされた８の字捲回体Ｗａが横になって配置され、８の字の左右の円筒部分が左右の起立部２２ｂに配置されるようになっている。すなわち、図１（ｃ）からも分かるように、８の字捲回体Ｗａを扁平形状にするには、主に左右の端部に折り目を付けるための荷重をかける必要があり、荷重受けブロック２２は、その起立部２２ｂによって当該端部を挟み込むように構成されている。

一方、仮プレスによって形成された８の字捲回体Ｗａは、中央部分Ｏの両端部が図９に示すように搬送用チャック５７によって把持され、この製造装置に送り込まれる。従って、荷重受けブロック２２，２２の間には、チャック爪５７ａ，５７ｂが当たらないようにするスペース３０が形成されている。そしてまた、荷重受けブロック２２，２２の間に形成された切り欠き部２２１の広い空間には、板バネ２５を支持する可動ブロック２６が配置されている。

板バネ２５は、図２において二点鎖線で示すように、左右の荷重受けブロック２２，２２の起立部２２ｂ，２２ｂを覆う長方形状であって、スペース３０に合わせてチャック爪５７ａ，５７ｂを回避するコの字の切欠き部が形成されている。そして、図３に示すように湾曲し、所定の曲率で形成されている。板バネ２５を支持する可動ブロック２６は、中央部分には突起部２６ａが形成され、湾曲した板バネ２５の内側から溶接接合されている。この可動ブロック２６は、突起部２６ａの突き出し方向（図面上方）に付勢され、板バネ２５の湾曲形状が保たれるようになっている。そこで、可動ブロック２６には、ベース２１との間に付勢手段やガイド手段が設けられている。

可動ブロック２６には、突起部２６ａの反対側中央に円形の穴２６ｂが形成され、そこにコイルスプリング２７が装填されており、ベース２１で反力を受けたその弾性力によって図面上方に押し上げられている。一方、荷重受けブロック２２には、付勢された可動ブロック２６の移動を制限するように張出部２２ｃが形成されており、図３に示すように、可動ブロック２６がその張出部２２ｃに当たった位置が、プレスヘッド２０のノーマル状態となっている。そして、この状態の板バネ２５が８の字捲回体Ｗａの曲面ｋに沿う曲面となっている。

また、そのコイルスプリング２７を挟んだ２箇所にスライド機構が設けられている。２箇所のスライド機構は、ベース２１に固定されたシャフト２８と、可動ブロック２６に取りつけられたボールブッシュ２９とから構成されている。シャフト２８は、ベース２１に対してボルトによって固定され、垂直に突設されている。一方、ボールブッシュ２９は、可動ブロック２６に装填されてボルトによって固定されている。従って、コイルスプリング２７を入れた可動ブロック２６が、立設されたシャフト２８にボールブッシュ２９を嵌め合わすようにしてベース２１にセットされる。その後、前述したように荷重受けブロック２２がベース２１に固定されてプレスヘッド２０が組み立てられる。

従って、仮プレスされた８の字捲回体Ｗａがチャックに把持され、下側のプレスヘッド２０上に配置される。それに対して上側のプレスヘッド２０が下降することにより、図１（ａ）のような状態になって、上下の板バネ２５によって８の字捲回体Ｗａが挟み込まれる。こうして８の字捲回体Ｗａが位置決めされた所定のタイミングで搬送用チャック５７が退避し、上側のプレスヘッド２０が下降してプレスが実行される。上下のプレスヘッド２０，２０の間隔が狭くなるに従って動ブロック２６が反力を受け、コイルスプリング２７が縮んでベース２１へ近づいていく。

板バネ２５は、左右の端部は荷重受けブロック２２に当たっているため、可動ブロック２６の移動によって中央部分が端部の高さに近づいて徐々に平面になっていく。その板バネ２５の変形に伴って８の字捲回体Ｗａも押し潰され、板バネ２５が荷重受けブロック２２の起立部２２ｂ頂部に重なる。そして、更に所定荷重をかけることで捲回体の端部ｔに折り目が付けられるように扁平渦巻電極となる。よって、このプレスヘッド２０を使用したプレス装置は、図１に示した場合と同様に、押し潰しの過程で８の字捲回体Ｗａと板バネ２５がほとんど滑ることなく同じように変形してシワの発生を防止できる。

次に、図５は、扁平渦巻電極の製造装置について変形例を示した図である。本装置も板バネ３５を上下のプレスヘッド３１，３２に備えたプレス装置３０である。板バネ３５は、可動ブロック３６に接合され、プレス時には８の字捲回体Ｗａが荷重受けブロック３３，３３によって挟み込まれて押し潰される。その際、前記実施形態では、図３に示すように板バネ２５の端部が荷重受けブロック２２の角部に当たって擦れてしまう。すると、このプレス加工時に生じた金属粉が扁平渦巻電極内に付着するなどして、その後の工程で悪影響を及ぼすおそれがある。そこで、本実施形態では、荷重受けブロック３２の角部にベアリング３７が取り付けられ、板バネ３５が擦れないようにする。

以上、本発明に係る扁平渦巻電極の製造方法及び製造装置について実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
前記実施形態では、例えば湾曲した板バネ２５の中央部分に可動ブロック２６を接合し、板バネ２５における所定の変形を支持していたが、この可動ブロック２６に換えて板バネ２５端部のスライドを支えるなど、湾曲と平面の両状態の変形を可能とする構造であればよい。
また、図５に示した実施形態では、板バネ３５が擦れる位置にベアリング３７を配置したが、その他にも当該位置の形状を曲面にするなどしてもよい。

扁平渦巻電極の製造方法及び製造装置の実施形態を示した概念図である。 製造装置の上又は下のプレスヘッドを示した平面図である。 図２に示したプレスヘッドのＡ−Ａ断面を示した非プレス状態の図である。 図２に示したプレスヘッドのＡ−Ａ断面を示したプレス状態の図である。 ベアリングを装着したプレスヘッドを示した断面図である。 ８の字捲回体から扁平渦巻電極を製造する際に発生するシワの原因を示した概念図である。 仮プレス装置を示した概念図である。 仮プレス装置のプレスヘッドを示した斜視図である。 仮プレス後の搬送手段を示した図である。 下記特許文献１に示された扁平渦巻電極の製造方法を示した図である。

符号の説明

１０ プレス装置
１１，１２ プレスヘッド
１５ 板バネ
１６ 可動部材
２０ プレスヘッド
２１ ベース
２２ 荷重受けブロック
２５ 板バネ
２６ 可動ブロック
２７ コイルスプリング
２８ シャフト
２９ ボールブッシュ
Ｗａ ８の字捲回体

Claims (6)

1. ８の字形に仮成形された渦巻き電極の捲回体を横向きに置き、上下のプレスヘッドによって押し潰すことで扁平形状にする扁平渦巻電極の製造装置において、
   前記上プレスヘッド及び下プレスヘッドは、前記８の字形状の捲回体を扁平形状に押し潰す荷重受け部材と、その荷重受け部材の押圧面側に位置し、前記８の字形状の捲回体の曲面部分に沿って当たる湾曲状態から、前記捲回体が前記荷重受け部材によって潰されるのに応じて平板状態に弾性変形する板バネとを有するものであることを特徴とする扁平渦巻電極の製造装置。
2. 請求項１に記載する扁平渦巻電極の製造装置において、
   前記捲回体に対して荷重を加える方向に弾性部材によって付勢された可動部材を有し、その可動部材は、前記押圧面より突き出した位置で、湾曲した状態の前記板バネと接合されたものであることを特徴とする扁平渦巻電極の製造装置。
3. 請求項２に記載する扁平渦巻電極の製造装置において、
   前記可動部材は、前記荷重受け部材の中央部分に配置され、ガイド部材によって移動が案内されたものであることを特徴とする扁平渦巻電極の製造装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載する扁平渦巻電極の製造装置において、
   前記荷重受け部材及び板バネには、仮成形した前記８の字形状の捲回体を把持して搬送する把持部材が侵入する隙間や切欠きが形成されたものであることを特徴とする扁平渦巻電極の製造装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載する扁平渦巻電極の製造装置において、
   前記荷重受け部材側には、前記板バネが擦れる位置にベアリングが設けられたものであることを特徴とする扁平渦巻電極の製造装置。
6. ８の字形に仮成形された渦巻き電極の捲回体を横向きに置き、上下のプレスヘッドによって押し潰すことで扁平形状にする扁平渦巻電極の製造方法において、
   前記８の字形状の捲回体に対し、上下それぞれの方向に窪んだ曲面部分に湾曲した板バネを当て、その板バネとともに前記捲回体を押し潰し、当該板バネを平板状態にするとともに前記捲回体を扁平形状にすることを特徴とする扁平渦巻電極の製造方法。

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