JP2015170408A - 電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】帯状電極を複数回に分けて切断して電極を製造する場合に切断面における活物質層の剥がれを防止する電極の製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】帯状の金属箔に活物質層が形成された帯状電極を複数回に分けて切断して電極を製造する電極の製造方法であって、帯状電極における第１の切断箇所を切断する第１切断工程と、第１切断工程で切断された後の電極Ｅ’を押さえ部材１３によって押さえた状態で第２の切断箇所を切断する第２切断工程とを含み、押さえ部材１３は、電極Ｅ’における第１切断工程で切断された切断面ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３以外の部分を押さえる。【選択図】図１

Description

本発明は、帯状の金属箔に活物質層が形成された帯状電極を複数回に分けて切断して電極を製造する電極の製造方法に関する。

電池に用いられる電極を製造する場合、帯状の金属箔に電極ペーストを塗布して活物質層を形成し、帯状の金属箔に活物質層が形成された帯状電極を電極の形状に切断し、個々の電極を製造する。帯状電極を切断する場合、電極の外形状のパンチを用いて一回の打抜きで切断する場合もあるが、複数回に分けて切断する場合もある。特許文献１には、第１の抜き刃及び第２の抜き刃を備えており、電極板の原板に対して第１の抜き刃により第１の切断部が形成され、第１の切断部が形成された原板に対して第２の抜き刃により第２の切断部が第１の切断部に対して交わるように形成されることが開示されている。

複数回の切断では、スリットやシャーカットによる切断の後にタブ形状の打抜きを行う場合がある。例えば、図４に示す打抜き装置１００の場合、上型１０１に複数のばね１０２を介して押さえ部材１０３が取り付けられており、下型１０４にセットされた電極Ｅ’（打抜き工程による打抜き前の電極であり、金属箔Ｍの表裏両面に活物質層Ａ，Ａが形成されている）を押さえ部材１０３によって押えた状態で、上型１０１のパンチ（図示せず）と下型１０４のダイ（図示せず）によって電極Ｅ’の金属箔Ｍのタブ以外の不要な部分を打抜く。

特開２０１１−２０４６１３号公報

上記の打抜き装置１００のように、スリットやシャーカットによる電極Ｅ’の切断面ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３を押さえ部材１０３によって押さえると、切断面ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３のエッジ部分に応力が集中する。これによって、切断面ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３の活物質層Ａに含まれる活物質等が押さえ部材１０３に転写したり、粉落ちするなどして活物質層Ｍの剥がれが発生する場合がある。特に、スリットやシャーカットでは刃物を用いて切断するので、切断面ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３がギザギザ（鋭くふぞろいな表面）になっており、活物質等が落ち易い。特許文献１の場合も、２回目の切断において１回目の切断による切断面において活物質層の剥がれが発生する可能がある。

そこで、本技術分野においては、帯状電極を複数回に分けて切断して電極を製造する場合に切断面における活物質層の剥がれを防止する電極の製造方法が要請されている。

本発明の一側面に係る電極の製造方法は、帯状の金属箔に活物質層が形成された帯状電極を複数回に分けて切断して電極を製造する電極の製造方法であって、帯状電極における第１の切断箇所を切断する第１切断工程と、第１切断工程で切断された後の電極を押さえ部材によって押さえた状態で、第２の切断箇所を切断する第２切断工程とを含み、押さえ部材は、電極における第１切断工程で切断された切断面以外の部分を押さえる。

この製造方法は、第１切断工程と第２切断工程による複数回の切断によって帯状電極から電極を製造する。まず、第１切断工程では、帯状電極における第１の切断箇所を切断する。この第１切断箇所が、活物質層及び金属箔の切断面となる。次に、第２切断工程では、電極（第２切断工程による切断前の電極）におけるその切断面以外の部分を押さえ部材によって押え、押さえ部材で電極を押えた状態で第２切断箇所を切断する。この際、第１切断工程の切断面以外の部分を押さえ部材で押えているので、切断面のエッジ部分には押さえ部材が触れることはなく、押さえ部材で押えたときの切断面のエッジ部分への応力集中を回避できる。そのため、切断面における活物質層に含まれる活物質等の押さえ部材への転写や粉落ちなどを防止できる。このように、電極の製造方法では、後の第２切断工程においては前の第１切断工程で切断された切断面以外の部分を押さえ部材で押さえることにより、切断面における活物質層の剥がれを防止できる。

一形態の電極の製造方法では、押さえ部材は、切断面以外の部分との接触面における端部が徐変している。このように押さえ部材の端部が徐変して弧面状になっているので、押さえ部材で電極を押えた場合でも押さえ部材の端部によって活物質層の表面に圧痕ができるのを抑制できる。

本発明によれば、切断面における活物質層の剥がれを防止できる。

本実施の形態に係る打抜き装置を模式的に示す図であり、（ａ）が側面図であり、（ｂ）が平面図である。 本実施の形態に係る帯状電極から電極への各状態を示す図であり、（ａ）がスリット工程前の状態であり、（ｂ）がシャーカット工程前（スリット工程後）の状態であり、（ｃ）が打抜き工程前（シャーカット工程後）の状態であり、（ｄ）が打抜き工程後の状態である。 他の実施の形態に係る打抜き装置を模式的に示す側面図である。 従来の打抜き装置を模式的に示す側面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る電極の製造方法の実施の形態を説明する。なお、各図において同一又は相当する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施の形態では、本発明に係る電極の製造方法を、電池の電極を製造する際のスリット工程、シャーカット工程、打抜き工程を含む製造方法に適用する。本実施の形態では、帯状の金属箔に活物質層が形成された帯状電極をスリット工程、シャーカット工程、打抜き工程の３回に分けて切断して電極を製造する。本実施の形態では、スリット工程、シャーカット工程、打抜き工程について詳細に説明し、特に、スリット工程及びシャーカット工程による切断の後に行われる打抜き装置による打抜き工程について詳細に説明する。なお、製造される電極は、例えば、二次電池又は電気二重層キャパシタ等の蓄電装置に用いられる。二次電池としては、例えば、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。また、製造される電極は、一次電池に用いられてもよい。本実施の形態では、リチウムイオン二次電池に用いられる電極を製造する場合とする。

電極は、金属箔の表裏面の少なくとも一面に電極ペーストがそれぞれ塗布されて活物質層が形成されており、電極ペーストが塗布されていないタブも有している。金属箔は、例えば、銅箔、アルミニウム箔である。電極ペーストは、活物質、バインダ、溶剤等を含んでいる。活物質は、正極活物質及び負極活物質のいずれであってもよい。正極活物質としては、例えば、複合酸化物、金属リチウム、硫黄である。複合酸化物は、マンガン、ニッケル、コバルト及びアルミニウムの少なくとも１つとリチウムとを含む。負極活物質は、例えば、黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物、ホウ素添加炭素である。バインダは、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリノレ基含有樹脂である。溶剤は、例えば、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）、メタノール、メチルイソブチルケトン等の有機溶剤、水である。また、電極ペーストは、カーボンブラック、黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラック（登録商標）等の導電助剤を含んでいてもよい。また、電極ペーストは、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等の増粘剤を含んでいてもよい。

図１及び図２を参照して、本実施の形態に係るスリット工程、シャーカット工程、打抜き工程について説明する。図１は、本実施の形態に係る打抜き工程で用いる打抜き装置を模式的に示す図であり、（ａ）が側面図であり、（ｂ）が平面図である。図２は、帯状電極から電極への各状態を示す図であり、（ａ）がスリット工程前の状態であり、（ｂ）がシャーカット工程前（スリット工程後）の状態であり、（ｃ）が打抜き工程前（シャーカット工程後）の状態であり、（ｄ）が打抜き工程後の状態である。

電極を製造する場合、上記各物質を混練して電極ペーストを生成する工程、電極ペーストを帯状の金属箔に塗布する工程、その塗布された電極ペーストを乾燥して帯状の金属箔に活物質層を形成する工程等により、図２（ａ）に示すように、帯状の金属箔Ｍに活物質層Ａが形成された帯状電極ＺＥを生成する。本実施の形態では、金属箔Ｍの表裏両面に活物質層Ａが形成された帯状電極ＺＥとし、帯状電極ＺＥの幅方向において２個の電極（例えば、負極電極）が配置される２条取りとする。さらに、図２に示すように、スリット工程、シャーカット工程、打抜き工程により、帯状電極ＺＥから個々の電極Ｅを切り出す。電極を製造する場合、上記の工程の他にもプレス、ベーク、検査等の他の工程もある。なお、本実施の形態では、スリット工程及びシャーカット工程が特許請求の範囲に記載する第１切断工程に相当し、打抜き工程が特許請求の範囲に記載する第２切断工程に相当する。

スリット工程について説明する。スリット工程は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、スリッタ（図示せず）によって搬送中の帯状電極ＺＥを幅方向の中心線ＣＬ（第１切断工程の第１切断箇所に相当）に沿って切断し、幅方向において二等分された帯状電極ＺＥ’，ＺＥ’を形成する工程である。この際、帯状電極ＺＥは巻出ロールから送り出されて搬送され、この搬送途中の所定の箇所にスリッタが配置されている。搬送中は、帯状電極ＺＥに所定のテンション（張力）がかかっている。スリッタは、例えば、搬送方向に沿って配置された上刃と下刃とが固定されて帯状電極ＺＥを上下から挟みこむことにより、搬送中の帯状電極ＺＥを中心線ＣＬに沿って連続的に切断する。

シャーカット工程について説明する。シャーカット工程は、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、シャーカット装置（図示せず）によって搬送中の帯状電極ＺＥ’における電極毎に電極の短辺側の端面に対応した２つの端面線ＥＬ１，ＥＬ２（第１切断工程の第１切断箇所に相当）を順に切断し、打抜き工程で打ち抜かれる前の電極Ｅ’（金属箔ＭのタブＴ以外の不要な部分Ｐがまだ残った状態の電極）を形成する工程である。この際、帯状電極ＺＥ’は巻出ロールから送り出されて搬送され、この搬送途中の所定の箇所にシャーカット装置が配置されている。シャーカット装置は、例えば、搬送方向に直交する方向に配置された上刃と下刃とを所定のタイミングで上下移動させて帯状電極ＺＥ’を上下から挟みこむことにより、搬送中の帯状電極ＺＥ’の電極毎の２つの端面線ＥＬ１，ＥＬ２を切断（せん断）する。

なお、図２に示すように、帯状電極ＺＥの中心線ＣＬの箇所が切断面ＣＦ１となり、この切断面ＣＦ１の一部が電極Ｅの一方の長辺側（タブＴが無い側）の端面になる。また、帯状電極ＺＥ’の端面線ＥＬ１，ＥＬ２の各箇所が切断面ＣＦ２，ＣＦ３となり、この切断面ＣＦ２，ＣＦ３の一部が電極Ｅの短辺側の各端面になる。この切断面ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３は、刃物によって切断されているので、切断面がギザギザ（鋭くふぞろいな表面）になっており、活物質層Ａに含まれる活物質等が落ち易い。

打抜き工程について説明する。打抜き工程は、図２（ｃ）、（ｄ）に示すように、打抜き装置１によって電極Ｅ’から金属箔ＭにおけるタブＴ以外の不要な部分Ｐ（この不要な部分Ｐに沿った箇所が第２切断工程の第２切断箇所に相当）を打抜き、タブＴを形成して電極Ｅを生成する工程である。この際、電極Ｅ’が打抜き装置１に順次セットされ、打抜き装置１において電極Ｅ’が固定された状態で順次打抜きが行われる。

打抜き装置１について説明する。打抜き装置１は、電極Ｅ’を押えた状態で、電極Ｅ’の金属箔Ｍ（活物質層Ａ，Ａが表裏両面形成されていない部分）における略凹形状の不要な部分Ｐを打抜く。特に、打抜き装置１は、切断面ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３からの活物質層Ａの剥がれを防止するために、電極Ｅ’（特に、活物質層Ａ）の切断面ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３以外の部分を押さえる。打抜き装置１は、下型１０、上型１１、パンチ１２、押さえ部材１３、複数個のばね１４等を備えている。打抜き装置１は、電極の製造ラインの制御装置あるいは打抜き装置１の専用の制御装置等によって制御される。なお、本実施の形態では、押さえ部材１３が特許請求の範囲に記載する押さえ部材に相当する。

下型１０は、電極Ｅ’が載置される台であり、上型１１から下方に出されたパンチ１２を受けるダイ（図示せず）が形成されている下方側の金型である。下型１０は、電極Ｅ’を載置できる十分な大きさと形状を有している。下型１０の上面側には、パンチ１２に対応する箇所にダイが配置されている。ダイは、電極Ｅ’の金属箔Ｍの不要な部分Ｐを打抜くための雌型であり、パンチ１２に対応する凹んだ形状を有している。

上型１１は、下型１０に対して上下移動可能であり、パンチ１２及び押さえ部材１３が設けられている上方側の金型である。上型１１は、パンチ１２及び押さえ部材１３を配置できる十分な大きさと形状を有している。上型１１の下面側には、下型１０に載置された電極Ｅ’の不要な部分Ｐに対応する箇所にパンチ１２が収納されている。また、上型１１の下面側には、電極Ｅ’の活物質層Ａに対応する箇所に複数のばね１４が取り付けられ、その複数のばね１４の他端に押さえ部材１３が取り付けられている。打抜き装置１には上型１１全体を上下移動させるための移動機構（図示せず）が備えらえており、電極Ｅ’の不要な部分Ｐを打抜く前に上型１１全体が所定量下降し、打抜きが終了すると上型１１全体が所定量上昇する。上型１１にはパンチ１２を上下移動させるための移動機構（図示せず）が備えられおり、上型１１全体が下降して押さえ部材１３によって電極Ｅ’を押さえるとパンチ１２が下型１０のダイまで下降し、その後すぐに、上型１１に収納されるまで上昇する。

パンチ１２は、電極Ｅ’の不要な部分Ｐを打抜くための雄型である。パンチ１２は、三次元形状であり、その平面形状がタブＴに対応する部分が凹んだ略凹形状である。パンチ１２は、上記したように、上型１１に収納されて設けられており、上型１１から上下移動可能である。

押さえ部材１３は、電極Ｅ’の不要な部分Ｐを打抜く際に電極Ｅ’を押さえる部材である。押さえ部材１３は、直方体形状であり、その平面形状が電極Ｅ’の活物質層Ａの部分と相似の長方形状でありかつ活物質層Ａの部分よりも少し小さい大きさである。押さえ部材１３は、上記したように、上型１１に複数のばね１４を介して設けられ、下型１０にセットされる電極Ｅ’の活物質層Ａに対応した位置に配置されている。したがって、電極Ｅ’を押さえているときには、図１に示すように、押さえ部材１３は電極Ｅ’の活物質層Ａの端面より少し内側の部分までを押さえることになる。押さえ部材１３は、上型１１が所定量下降したときに、複数のばね１４の弾性力によって、電極Ｅ’に対して一定の面圧を付加し、電極Ｅ’を押圧する。

押さえ部材１３によって電極Ｅ’の活物質層Ａの端面より少し内側の部分までしか押さえられないので、スリット工程による切断面ＣＦ１及びシャーカット工程による切断面ＣＦ２，ＣＦ３には押さえ部材１３がかからない。そのため、切断面ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３のエッジ部分には押さえ部材１３が触れることはなく、押さえ部材１３で電極Ｅ’を押圧しても切断面ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３のエッジ部分に応力が集中するようなことはない。その結果、切断面ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３の活物質層Ａに含まれる活物質等の押さえ部材１３への転写や粉落ちなどを防止できる。

図１及び図２を参照して、スリット工程、シャーカット工程、打抜き工程の動作について説明する。スリット工程では、スリット装置により搬送中の帯状電極ＺＥの幅方向の中心線ＣＬを連続的に切断する。これによって、帯状電極ＺＥから幅方向において二等分された帯状電極ＺＥ’，ＺＥ’が形成され、各帯状電極ＺＥ’，ＺＥ’には切断箇所に切断面ＣＦ１，ＣＦ１がそれぞれ形成される。

シャーカット工程では、シャーカット装置により搬送中の帯状電極ＺＥ’の電極毎に２つの端面線ＥＬ１，ＥＬ２を順に切断する。これによって、帯状電極ＺＥ’から金属箔ＭのタブＴ以外の不要な部分Ｐも残った電極Ｅ’・・・が順次形成され、電極Ｅ’には２箇所の切断箇所に切断面ＣＦ２，ＣＦ３が形成される。

打抜き工程では、打抜き装置１により電極Ｅ’・・・の不要な部分Ｐな部分を順次打抜く。具体的には、打抜き装置１の下型１０に、電極Ｅ’が順次セットされる。すると、打抜き装置１では、上型１１が所定量下降し、それに伴って押さえ部材１３が下降する。押さえ部材１３の下面が電極Ｅ’の活物質層Ａの上面における各端面より少し内側の部分まで当接し、複数のばね１４が収縮し、複数のばね１４の弾性力によって押さえ部材１３から電極Ｅ’に一定の面圧を付加して押圧する。この際、押さえ部材１３の下面は電極Ｅ’の切断面ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３には当接しておらず（押さえ部材１３で切断面ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３の部分を押さえていない）、切断面ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３のエッジ部分には面圧は付加されない。この押さえ部材１３によって電極Ｅ’を押えた状態で、上型１１からパンチ１２が急速に下降し、電極Ｅ’の金属箔Ｍにおける不要な部分Ｐを打抜く。これによって、電極Ｅ’から不要な部分Ｐが取り除かれてタブＴが形成され、電極Ｅが生成される。この後、パンチ１２が上昇して上型１１に収納され、上型１１も所定量上昇する。電極Ｅが押さえ部材１３によって押えられた状態から解放され、打抜き装置１の下型１０には次の電極Ｅ’がセットされる。

このスリット工程、シャーカット工程、打抜き工程を含む電極の製造方法（特に、打抜き装置１による打抜き工程）によれば、最後の切断の打抜き工程においてその前の切断のスリット工程やシャーカット工程による切断面ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３以外の部分を押さえ部材１３で押さえることにより、切断面ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３における活物質層Ａの剥がれを防止できる。

以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。

例えば、本実施の形態ではスリット工程、シャーカット工程、打抜き工程の３回に分けて切断する場合に適用したが、２回あるいは４回以上に分けて切断する場合にも適用できる。例えば、スリット工程と打抜き工程の２回で切断する場合、打抜き工程では、スリット工程で切断された切断面以外の部分を押さえ部材で押えた状態で打抜きを行う。

また、本実施の形態では帯状電極の幅方向において２個の電極が配置される２条取りの場合に適用したが、帯状電極の幅方向において１個の電極が配置される１条取りの場合にも適用可能である。また、本実施の形態では帯状の金属箔の表裏両面に活物質層が形成される帯状電極に適用したが、帯状の金属箔の表面だけに活物質層が形成される帯状電極にも適用できる。

また、本実施の形態では押さえ部材を直方体形状としたが、直方体以外の他の形状としてもよい。例えば、図３を参照して、他の形状の押さえ部材を備える打抜き装置２について説明する。図３は、他の実施の形態に係る打抜き装置２を模式的に示す側面図である。打抜き装置２は、上記した打抜き装置１と同様の下型１０、上型１１、パンチ１２、ばね１４等を備えており、押さえ部材１３と形状が異なる押さえ部材２３を備えている。押さえ部材２３の側面形状は、下側の電極Ｅ’と接触する直線部分と、その直線部分の両端部から徐変している弧部分と、その弧部分に繋がる上側の直線部分とからなる形状である。その下側の直線部分で形成される押さえ部材２３の下面側の平面部分（電極Ｅ’との接触部分）は、押さえ部材１３と同様に、電極Ｅ’の活物質層Ａの部分と相似の長方形状でありかつその活物質層Ａの部分よりも少し小さい大きさである。上側の直線部分で形成される押さえ部材２３の上面は、下側が平面部分から徐変して大きくなっているので、下側の平面部分よりも大きいさ長方形状である。押さえ部材２３は、この下側の小さい平面部分と上側の大きい平面部分とが徐変する弧面部分で繋がっている。このように、押さえ部材２３の電極Ｅ’の切断面ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３以外の部分との接触面における端部が徐変して弧面状になっているので、押さえ部材２３によって電極Ｅ’を押えた場合でも押さえ部材２３の端部によって活物質層Ａの上面に圧痕ができるのを抑制できる。なお、押さえ部材の形状は、この他にも、電極Ｅ’における切断面以外の部分を押さえる形状であれば、円柱形状等の他の形状でもよい。

１，２…打抜き装置、１０…下型、１１…上型、１２…パンチ、１３，２３…押さえ部材、１４…ばね。

Claims (2)

1. 帯状の金属箔に活物質層が形成された帯状電極を複数回に分けて切断して電極を製造する電極の製造方法であって、
   帯状電極における第１の切断箇所を切断する第１切断工程と、
   前記第１切断工程で切断された後の電極を押さえ部材によって押さえた状態で、第２の切断箇所を切断する第２切断工程と、
   を含み、
   前記押さえ部材は、電極における前記第１切断工程で切断された切断面以外の部分を押さえる、電極の製造方法。
2. 前記押さえ部材は、前記切断面以外の部分との接触面における端部が徐変している、請求項１に記載の電極の製造方法。