JP2011161565A

JP2011161565A - 電極切断用刃物

Info

Publication number: JP2011161565A
Application number: JP2010026951A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Yoshimura; 博光吉村; Takayuki Saito; 隆行斉藤
Original assignee: Kanefusa Corp
Current assignee: Kanefusa Corp
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2011-08-25

Abstract

【課題】切断能力の低下を抑制し得ると共に、電極の切断面に金属ろう材が付着することのない電極切断用刃物を提供する。
【解決手段】上刃部材４０および下刃部材４２は、夫々、ステンレス鋼からなる台金部２６と、非金属物質であるセラミックスからなる刃部２８とから構成される。刃部２８は、樹脂系接着剤によって台金部２６の設置凹部３０に接合される。この樹脂系接着剤は、アクリル系またはエポキシ系接着剤から構成される。上刃部材４０および下刃部材４２によりシート状電極を切断した際に、シート状電極の集電体の金属が刃部２８に凝着し難くなって、切断能力の低下が抑制される。この結果、シート状電極の切断面に切断バリ等が付着し難くなる。また、刃部２８および台金部２６の接合に金属ろう材を用いていないので、該金属ろう材がシート状電極の切断面に付着することはない。
【選択図】図１

Description

この発明は、電極切断用刃物に関し、更に詳細には、集電体上に活物質層を形成した電極を切断する電極切断用刃物に関するものである。

例えば、ハイブリッド自動車(ＨＥＶ)や電気自動車(ＥＶ)に搭載されるリチウムイオン２次電池は、所定長さのシート状の正極電極および負極電極をセパレータを介して捲回機にて多重に巻き回して電池素子を形成し、該電池素子を各種電池パックに収納して製造される。前記正極電極は、アルミニウム箔からなる集電体の両面に、コバルト酸リチウム等の正極活物質(作用物質)を塗布し、乾燥後に所定圧で圧延してシート状に形成される。前記負極電極は、銅箔からなる集電体の両面に、炭素材料から形成した負極活物質を塗布し、正極電極と同様、乾燥後に所定圧で圧延してシート状に形成される。

シート状に形成された正極電極および負極電極(以下、シート状電極という)は、夫々、巻物状に巻き取られてシート状電極の原反となる。この原反は、次の切断工程において前記電気素子を形成するに必要な幅および長さに切断される。図４は、シート状電極１０の切断工程を概略的に示す説明図であって、この切断工程は、スリット工程(図４の上流側)および裁断工程(図４の下流側)から構成される。スリット工程では、上下一組のスリッターナイフ１２,１２が一定間隔で複数配設され、これらスリッターナイフ１２,１２により前記原反のシート状電極１０を一方向へ引き出しながら所定幅に切断するようになっている(特許文献１参照)。次の裁断工程では、所定幅にスリットされたシート状電極１０を切断装置１４により所定長さ毎に切断して、長尺な帯状のシート状電極１０を形成する(特許文献２参照)。

ところで、切断工程で用いられるスリッターナイフ１２や切断装置１４(以下、電極切断用刃物という)は、刃物全体がダイス鋼や高速度工具鋼等の金属から構成されている。一方、前記シート状電極１０は、前述のように、アルミニウムや銅の金属箔を集電体とする基本構成としている。従って、金属からなる電極切断用刃物１２,１４でシート状電極１０を切断すると、切断時にシート状電極１０の集電体の金属成分が電極切断用刃物１２,１４の刃部刃先に凝着し易くなる。集電体の金属が刃部刃先に凝着すると、電極切断用刃物１２,１４の切断能力(切れ味)が低下するので、集電体の切断バリや金属粉が切断時により多く発生し、これらがシート状電極１０の切断面に付着し易くなる。

そして、シート状電極１０の切断面に切断バリや金属粉が付着したまま電池が製造されると、切断バリや金属粉によって正極電極と負極電極とを分離する前記セパレータが傷付けられ、両電極が短絡することがあった。このような短絡が発生すると、電池寿命を短くするばかりか、電池内の温度が急上昇し、最悪の場合、発火事故が発生することもある。そこで、刃部刃先への金属凝着を回避するため、刃部材料として超硬合金を用いることが考えられる。この超硬合金は、炭化タングステン粉に少量のコバルトを混合し焼結して形成されるものであり、刃部刃先への金属凝着を殆ど生じなくすることが可能となる。

特開２００３−６８２８８号公報特開２００３−２５１３６号公報

ところで、高速度工具鋼や超硬合金等の硬質材料は高価であるため、刃物全体をこれらの高価な硬質材料で製造すると、コストが嵩んでしまう。そこで、実際に切断を行なう刃部にのみ硬質材料を使用し、刃部以外の台金部については比較的廉価な金属を用いることで、刃物全体のコストを抑制することが考えられる。この場合、刃部は、ろう材を用いてろう付けにより台金部に接合されるが、このろう材は、銅ろうや銀ろうである軟質金属で形成されている。従って、切断時に擦れて摩滅したろう材がシート状電極１０の切断面に付着して、前述した電池寿命の低下や発火事故が生ずる原因となる虞があった。

そこで本発明は、従来の電極切断用刃物に内在する前記問題に鑑み、これを好適に解決するべく提案されたものであって、集電体を構成する金属が刃部に凝着することによる切断能力の低下を抑制して、シート状電極の切断面に切断バリや金属粉が付着し難くし得ると共に、金属ろう材がシート状電極の切断面に付着することのない電極切断用刃物を提供することを目的とする。

前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、請求項１に係る電極切断用刃物は、
集電体上に活物質層を形成した電極を切断する刃物であって、
台金部と、
硬質材料である超硬合金またはセラミックスで構成された刃部とを備え、
前記台金部および刃部が非導電性の樹脂系接着剤により接合されていることを特徴とする。
請求項１の発明によれば、刃部と台金との接合に樹脂系接着剤を採用し、軟質金属ろう材を用いないようにしたので、該金属ろう材が電極の切断面に付着することはない。従って、金属ろう材が電極の切断面に付着することで短絡が発生し、電池の寿命低下や発火事故が発生するのを防止することができる。また、刃部を超硬合金またはセラミックスから構成したので、切断時に電極から生ずる集電体の金属成分が刃部に凝着し難くなって、切断能力の低下を抑制し得る。従って、電極から生ずる切断バリや金属粉の発生を極力抑えることができ、該切断バリや金属粉が電極の切断面に付着するのを抑制して、短絡による電池の寿命低下や発火事故の発生を回避することができる。

請求項２に係る電極切断用刃物によれば、前記台金部は、ステンレス鋼で構成される。
請求項２の発明によれば、台金部をステンレス鋼から構成したので、台金部に錆が発生するのを抑制し得る。従って、切断時に台金部から脱落した錆が電極に付着して、該錆によって電極が不具合を起こすのを防止することが可能となる。

本発明に係る電極切断用刃物によれば、集電体の金属が刃部に凝着し難くなって切断能力の低下が抑制されて、電極の切断面に切断バリや金属粉が付着し難くし得る。また、台金部および刃部の接合に樹脂系接着剤を採用したので、金属ろう材が電極の切断面に付着することはない。

実施例に係る電極切断用刃物を示す全体図である。実施例に係る電極切断用刃物の開放端面を示す拡大図であって、(ａ)は上刃部材であり、(ｂ)は下刃部材である。変更例に係るスリッターナイフを示す全体図である。シート状電極の切断工程を概略的に示す説明図である。

次に、本発明に係る電極切断用刃物につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照して以下説明する。

図１は、実施例に係る電極切断用刃物２０,２２を備えた切断装置１８を示す全体図、図２は、電極切断用刃物２０,２２の開放端面を示す拡大図である。この切断装置１８は、従来技術で説明した裁断工程において用いられ、リチウムイオン２次電池を構成するシート状電極１０を所定長さに切断するものである。切断装置１８は、所定長さで延在する電極切断用刃物としての上刃部材２０および下刃部材２２で構成され、両部材２０,２２は、一方の端部に設けた軸部２４を介して相互に回動自在に軸支されている。

前記上刃部材２０は、台金部２６および刃部２８から構成される。前記台金部２６は、ステンレス鋼から構成されて、錆の発生を抑制するよう図られている。また、図２に示すように、台金部２６の下面に設置凹部３０が凹設されており、該設置凹部３０に前記刃部２８が取付けられる。刃部２８は、非金属物質であるセラミックス例えばジルコニア系セラミックスで構成され、前記台金部２６に比べて小さな寸法の線状に形成されている。すなわち、刃部２８は、台金部２６において切断対象であるシート状電極１０に接触する箇所に必要最低限の寸法で設けられている。なお、セラミックスとしては、ジルコニア系に限定される訳でなく、例えば、アルミナ系(酸化物系)等、各種のセラミックスを採用することができる。また、刃部２８を構成する硬質材料としては、セラミックスに限定される訳でなく、シート状電極１０を切断可能な超硬合金を用いてもよい。

前記刃部２８は、前記台金部２６の設置凹部３０に非導電性の樹脂系接着剤によって強固に接合されている。この樹脂系接着剤としては、例えば、アクリル系あるいはエポキシ系接着剤が好適に採用される。但し、樹脂系接着剤としては、このアクリル系あるいはエポキシ系接着剤に限定される訳でなく、例えば、ウレタン系接着剤等、他の非導電性の接着剤を採用してもよい。

前記下刃部材２２は、上刃部材２０と同様に、ステンレス鋼からなる台金部２６と、非金属物質であるジルコニア系セラミックスからなる刃部２８とから構成されている。前記台金部２６の上面には、前記刃部２８を取付けるための設置凹部３０が凹設されている。そして、前記刃部２８は、この設置凹部３０に非導電性の樹脂系接着剤によって強固に接合されている。

次に、実施例に係る電極切断用刃物２０,２２の作用について、前記シート状電極１０を切断する場合を例に説明する。スリット工程において所定幅に切断されたシート状電極１０は、裁断工程において前記切断装置１８により所定長さに切断される。すなわち、裁断工程では、上刃部材２０および下刃部材２２の間にシート状電極１０を臨ませ、両部材２０,２２を閉成するよう回動させることで、シート状電極１０を剪断力により切断する。これにより、所定長さの帯状のシート状電極１０が形成される。切断後、上刃部材２０および下刃部材２２を再び開放し、次のシート状電極１０を両部材２０,２２の間に臨ませる。こうして、切断装置１８は、シート状電極１０を一定の長さで順次切断し、帯状のシート状電極１０を複数形成する。

ここで、実施例の上刃部材２０および下刃部材２２の各刃部２８は、非金属物質であるセラミックスで構成されているので、シート状電極１０の集電体の金属が刃部２８に殆ど凝着することはない。従って、従来例のように、金属の凝着により切断能力が低下するのを抑制することができる。すなわち、実施例に係る電極切断用刃物(上刃部材,下刃部材)２０,２２によれば、切断能力の低下が抑制されるので、切断時に生ずるシート状電極１０の切断バリや金属粉の発生を極力抑えることが可能となる。このため、シート状電極１０の切断面に切断バリや金属粉が付着するのを抑制して、短絡による電池の発熱や発火事故の発生を回避し得る。

また、実施例に係る電極切断用刃物２０,２２は、台金部２６および刃部２８を非導電性の樹脂系接着剤により接合したので、軟質金属ろう材がシート状電極１０の切断面に付着することがない。従って、シート状電極１０の切断面に付着したろう材により短絡が発生して、前記同様、電池寿命の低下や発火事故が生ずるのを防止し得る。仮に、切断時に樹脂系接着剤が脱落し、シート状電極１０の切断面に付着しても、該樹脂系接着剤は非導電性であるので短絡を起こす虞はない。更に、電極切断用刃物２０,２２の台金部２６をステンレス鋼から構成したので、台金部２６に錆が発生するのを抑制することができる。従って、台金部２６に生じた錆がシート状電極１０の切断面に付着するのを防止して、錆による不具合の発生を抑制し得る。しかも、実施例に係る電極切断用刃物２０,２２は、高価なセラミックスを刃部２８にのみ用いたので、刃物全体をセラミックスで形成した場合に比べて製造コストを低廉にすることができる。なお、刃部２８の材料として、セラミックスに代えて超硬合金を採用した場合でも、シート状電極１０の集電体の金属が刃部２８に凝着し難くなって、切断能力の低下を抑制し得る。従って、この場合においても、電池寿命の低下や発火事故の発生等を好適に防止することが可能となる。

なお、実施例では、電極切断用刃物として上刃部材２０および下刃部材２２を採用し、両部材を回動させて、シート状電極１０を剪断力により切断する場合について説明した。しかしながら、例えば、一方または双方を平行移動(スライド)させてシート状電極を切断するタイプの上刃部材および下刃部材に本発明を適用してもよい。また、図３に示すように、従来技術で説明したスリット工程で用いられるスリッターナイフ６０に、本発明の電極切断用刃物を採用してもよい。このスリッターナイフ６０は、シート状電極１０を挟んで上下に配置され、上側のスリッターナイフ６０の外周下部と下側のスリッターナイフ６０の外周上部とが重なるように接触した状態で回転される。この上下のスリッターナイフ６０の間にシート状電極１０を通過させることで、該シート状電極１０を所定幅に剪断するものである。

各スリッターナイフ６０は、ドーナツ状に形成されてステンレス鋼からなる台金部６２と、該台金部６２の外周縁に設けられたジルコニア系セラミックスからなる刃部６４とから構成されている。台金部６２および刃部６４は、実施例と同様に、非導電性の樹脂系接着剤を介して接合されている。このように、図３に係る円形刃型の電極切断用刃物においても、非金属物質のセラミックスからなる刃部６４を用いることで、シート状電極１０に対する切断能力の低下を抑制することができる。従って、シート状電極１０の切断面に切断バリや金属粉が付着し難くなって、電池の寿命低下や発火事故等を好適に防止し得る。また、台金部６２および刃部６４を樹脂系接着剤により接合したので、金属ろう材がシート状電極１０の切断面に不着して、電池寿命の低下や発火事故の発生が生ずることはない。なお、このスリッターナイフ６０の刃部６４を、超硬合金で形成することも可能である。

前述した実施例では、リチウムイオン２次電池を構成するシート状電極１０を切断する場合について説明したが、本発明に係る電極切断用刃物としては、このシート状電極１０を切断する場合に限定される訳ではない。例えば、リチウムイオン２次電池以外の１次電池または２次電池を構成する電極を切断する際に、本発明に係る電極切断用刃物を用いることも可能である。すなわち、集電体上に活物質層を形成した各種の電極に対し、本発明に係る電極切断用刃物を用いることができる。

１０シート状電極，２６,６２台金部，２８,６４刃部

Claims

集電体上に活物質層を形成した電極(10)を切断する刃物であって、
台金部(26,62)と、
硬質材料である超硬合金またはセラミックスで構成された刃部(28,64)とを備え、
前記台金部(26,62)および刃部(28,64)が非導電性の樹脂系接着剤により接合されている
ことを特徴とする電極切断用刃物。
前記台金部(26,62)は、ステンレス鋼である請求項１記載の電極切断用刃物。