JP2015213982A - 電極の製造装置および電極の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】回転する上刃および下刃によって金属箔を含む帯状体を切断する場合に、切断後の部分を確実に切り離すことができる電極の製造装置および電極の製造方法を提供する。
【解決手段】切断装置4は、第1切断部11を備える。第1切断部11の上刃11aおよび下刃11bが連続的に接触することにより、帯状電極S1を切断線Lに沿って切断する。通常時は、端材S1aは帯状電極S2から切り離されるが、上刃11aおよび下刃11bの周縁部11c,11dにおいて、たとえば摩耗等の劣化が生じた場合、切断線Lの位置に設けられた第2切断部12の補助刃12a,12bによって、繋がったままの連結部Cを切断する。これにより、端材S1aを確実に切り離すことができる。
【選択図】図3
【解決手段】切断装置4は、第1切断部11を備える。第1切断部11の上刃11aおよび下刃11bが連続的に接触することにより、帯状電極S1を切断線Lに沿って切断する。通常時は、端材S1aは帯状電極S2から切り離されるが、上刃11aおよび下刃11bの周縁部11c,11dにおいて、たとえば摩耗等の劣化が生じた場合、切断線Lの位置に設けられた第2切断部12の補助刃12a,12bによって、繋がったままの連結部Cを切断する。これにより、端材S1aを確実に切り離すことができる。
【選択図】図3
Description
本発明は、電極の製造装置および電極の製造方法に関する。
特許文献1に記載されるように、金属箔からなる電極を製造する際、回転する上刃と下刃によって電極を切断する装置が知られている。この方法では、帯状の金属シートに活物質層が形成された電極原反を挟み込むようにして、上刃と下刃が設けられる。上刃と下刃は、重なり合うように設けられる。接触圧力が与えられた上刃と下刃が回転することにより、金属原反がせん断される。
上記のように、回転する上刃と下刃によって帯状の電極を切断する場合、切断後の幅方向の端部(たとえば、端材)は、中央部分から切り離されることが望ましい。ところが、上刃または下刃の一部が摩耗等を生じていると、端部の切り離しが不完全になる場合がある(図9(a)および図9(b)参照)。端部が中央部分につながっていると、その端部が他の装置に巻き込まれるおそれがあるため、上刃または下刃を交換する必要がある。このように、切断された部分を切り離すために刃を交換していると、副材費が増大してしまう。
本発明は、回転する上刃および下刃によって金属箔を含む帯状体を切断する場合に、切断後の部分を確実に切り離すことができる電極の製造装置および電極の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、金属箔を含む帯状体の一方の面側および他方の面側にそれぞれ設けられた回転可能な上刃および下刃によって、帯状体を切断する電極の製造装置であって、上刃と下刃とを有し、上刃の周縁部および下刃の周縁部を連続的に接触させることにより帯状体を切断線に沿って切断する第1切断部と、第1切断部の後段側で切断線の位置に設けられて、第1切断部による切断後に繋がっている切断線上の連結部を切断可能な補助刃を有する第2切断部と、を含むことを特徴とする。
この電極の製造装置によれば、第1切断部の上刃および下刃が連続的に接触することによって、帯状体が切断線に沿って切断される。通常時は、切断された部分(たとえば端部)は、残っている部分から切り離される。しかし、上刃および下刃の周縁部において、たとえば摩耗等の劣化が生じている場合、第1切断部によって帯状体を完全に切断することができず、切断線上の一部分が切り離されずに繋がったままとなる可能性がある。その場合、切断線の位置に設けられた第2切断部の補助刃によって、繋がったままの連結部が切断される。よって、切断後の部分を確実に切り離すことができる。
また、上記の電極の製造装置において、補助刃は、帯状体の一方の面側または他方の面側に回転可能に設けられた回転刃であり、補助刃の直径は、上刃の直径または下刃の直径とは異なっている。この構成によれば、回転刃である補助刃によって、切断線上の一部分が切り離されずに繋がったままになっている連結部が切断される。ここで、連結部は、上刃または下刃の周方向の一部分が劣化することで生じる。補助刃の直径が、上刃の直径または下刃の直径とは異なっているため、第1切断部の上刃または下刃と、補助刃の位相が異なっている。よって、連結部を切断する部分は、補助刃の周縁部のうちの唯一の部分にならずに分散される。その結果として、補助刃の長寿命化が図られる。
また、上記の電極の製造装置において、補助刃の硬度は、上刃および下刃の硬度に比して低い。補助刃は連結部を切断するだけでよいため、補助刃には、高い切断能力は求められない。よって、補助刃を安価な材料とすることができ、装置の低コスト化が図られる。
本発明は、金属箔を含む帯状体の一方の面側および他方の面側にそれぞれ設けられた回転可能な上刃および下刃によって、帯状体を切断する電極の製造方法であって、上刃の周縁部および下刃の周縁部を連続的に接触させることにより帯状体を切断線に沿って切断する第1工程と、切断線の位置に設けられた補助刃によって、第1工程による切断後に繋がっている切断線上の連結部を切断する第2工程と、を含むことを特徴とする。
この電極の製造方法によれば、第1切断部の上刃および下刃が連続的に接触する第1工程において、帯状体が切断線に沿って切断される。通常時は、切断された部分(たとえば端部)は、残っている部分から切り離される。しかし、上刃および下刃の周縁部において、たとえば摩耗等の劣化が生じている場合、第1工程において帯状体を完全に切断することができず、切断線上の一部分が切り離されずに繋がったままとなる可能性がある。その場合、第2工程において、切断線の位置に設けられた補助刃によって、繋がったままの連結部が切断される。よって、切断後の部分を確実に切り離すことができる。
本発明によれば、回転する上刃および下刃によって金属箔を含む帯状体を切断する場合に、切断後の部分を確実に切り離すことができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
以下の説明では、一実施形態に係る製造装置及び製造方法によって製造される電極が、リチウムイオン二次電池に適用される例について説明する。一実施形態に係る製造装置及び製造方法によって製造された電極は、リチウムイオン二次電池以外の蓄電装置に適用されてもよい。例えば、電極は、電気二重層キャパシタ等に適用されてもよい。
図1及び図2を参照して、リチウムイオン二次電池(以下、二次電池という)100の構成について説明する。図1及び図2に示されるように、二次電池100は、ケース10と、ケース10内に収容された電極組立体20とを備える。電極組立体20は、正極(電極)30と、負極(電極)40と、正極30と負極40との間に配置されたセパレータ50とを備える。正極30、負極40およびセパレータ50は、例えばシート状である。複数の正極30及び複数の負極40は、セパレータ50を介して交互に積層されている。ケース10の内壁面上には、絶縁フィルム17が設けられている。電極組立体20は、後述する正極30及び負極40の活物質層、及びセパレータ50が多孔質を成し、その空孔内に電解液60が含浸されている。
正極30は、略矩形の金属箔30bの両面に正極活物質が担持されており、金属箔30bの縁に形成されたタブ30aを有する。タブ30aには、正極活物質が担持されていない。正極30は、タブ30aを介して導電部材32に接続されている。導電部材32は、正極端子34に接続されている。正極端子34は、絶縁リング36を介してケース10に取り付けられている。
負極40は、略矩形の金属箔40bの両面に負極活物質が担持されており、金属箔40bの縁に形成されたタブ40aを有する。タブ40aには、負極活物質が担持されていない。負極40は、タブ40aを介して導電部材42に接続されている。導電部材42は、負極端子44に接続されている。負極端子44は、絶縁リング46を介してケース10に取り付けられている。
正極30は、金属箔30bの両面に形成された正極活物質層30c,30cを有する。負極40は、金属箔40bの両面に形成された負極活物質層40c,40cを有する。活物質層30c,40cは、活物質とバインダ樹脂と導電助剤と溶媒とを含むスラリー状の電極合剤が、個々の電極をなす金属箔に裁断される前の金属シートの両面に塗布され、乾燥機(乾燥部)により溶媒が除去された後、加圧ロールによってプレスされることにより形成される。
セパレータ50としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、メチルセルロース等からなる織布又は不織布が例示される。
電解液60としては、たとえば非水系有機溶媒の電解液等が挙げられる。
次に、図3を参照して、電極(すなわち正極30又は負極40)の製造装置1について説明する。以下の説明では、活物質を含む電極材が金属シートに積層された、切断される前の帯状体を帯状電極S1と称し、切断された後の帯状体を帯状電極S2と称する。
製造装置1は、帯状電極S1を巻き出す巻出機2と、帯状電極S1を搬送する第1搬送ローラ3と、帯状電極S1を切断する切断装置4と、帯状電極S2を搬送する第2搬送ローラ5と、帯状電極S2を巻き取る巻取機6とを備える。
巻出機2には、原反ロール2bがセットされている。原反ロール2bは、巻出機2の軸2aにロール状に巻き取られた状態の帯状電極S1である。巻出機2は、軸2aの回転により、ロール状に巻き取られた帯状電極S1を巻き出す。巻出機2の下流側には、巻出機2から巻き出された帯状電極S1を搬送する第1搬送ローラ3が設けられている。なお、巻出機2の下流側に、帯状電極S1に所定の張力を付与するテンションローラが設けられてもよい。また、第1搬送ローラ3が搬送機能と張力を付与するテンションローラの機能を兼ねてもよい。以下、本実施形態において「下流」と言う場合、巻出機2から巻き出された帯状電極S1が搬送される方向を基準とする。
正極30を製造する場合の活物質である正極活物質は、例えば、複合酸化物、金属リチウム、及び、硫黄等である。複合酸化物は、例えば、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一つと、リチウムとを含む。負極40を製造する場合の活物質である負極活物質は、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、及びソフトカーボン等のカーボン、リチウム及びナトリウム等アルカリ金属、金属化合物、SiOx(0.5≦x≦1.5)等の金属酸化物、並びに、ホウ素添加炭素等である。
図3および図4に示されるように、製造装置1の切断装置4は、主たる切断機能を有する第1切断部11と、補助的な切断機能を有する第2切断部12とを備える。一対の第1切断部11が、帯状電極S1の幅方向の両端部に設置されている(図5(a)参照)。一対の第2切断部12が、帯状電極S1の幅方向の両端部に設置されている。第2切断部12は、第1切断部11よりも下流側(後段側)に配置されている。第1切断部11は、搬送方向(図示右方向)に搬送される帯状電極S1を切断する。第2切断部12は、第1切断部11の後段側において、帯状電極S2に繋がったままの状態になっている端材(幅方向の端部)S1aを切り離す。
第1切断部11は、帯状電極S1の上面側に配置された上刃11aと、帯状電極S1の下面側に配置された下刃11bとを有する。上刃11aおよび下刃11bのそれぞれは、それぞれの回転軸を中心に回転可能な回転刃である。第1切断部11では、周縁部11cの下端部と周縁部11dの上端部とが、上刃11aおよび下刃11bの回転に伴って連続的に接触する。上刃11aおよび下刃11bは、上刃11aと下刃11bの接触面が帯状電極S1の切断線L(図5(b)参照)に沿う位置に設けられる。第1切断部11は、上刃11aの周縁部11cと下刃11bの周縁部11dとの間でせん断力を発生させることにより、帯状電極S1の幅方向の両端部を切断線Lに沿って切断する。上刃11aの直径と下刃11bの直径とは、たとえば等しくなっている。第1切断部11は、上刃11aおよび下刃11bを回転駆動する図示しない駆動部を有する。
第2切断部12は、帯状電極S2の上面側に配置された補助上刃(補助刃)12aと、帯状電極S2の下面側に配置された補助下刃(補助刃)12bとを有する。補助上刃12aおよび補助下刃12bのそれぞれは、それぞれの回転軸を中心に回転可能な回転刃である。第2切断部12では、周縁部12cの下端部と周縁部12dの上端部とが、補助上刃12aおよび補助下刃12bの回転に伴って連続的に接触する。補助上刃12aおよび補助下刃12bは、補助上刃12aと補助下刃12bの接触面が帯状電極S1の切断線L(図5(b)参照)に沿う位置に設けられる。補助上刃12aの直径と補助下刃12bの直径とは、たとえば等しくなっている。
第2切断部12は、第1切断部11による帯状電極S1の切断が不十分である場合、すなわち、端材S1aが帯状電極S2に繋がったまま残存している場合にのみ機能する。第2切断部12は、補助上刃12aの周縁部12cと補助下刃12bの周縁部12dとの間でせん断力を発生させることにより、切断線L上に残存している連結部C(図9(b)参照)を切断する。これによって、端材S1aが切り離される。第2切断部12は、補助上刃12aおよび補助下刃12bを回転駆動する図示しない駆動部を有する。
ここで、第2切断部12の補助上刃12aおよび補助下刃12bの直径は、第1切断部11の上刃11aおよび下刃11bの直径よりも小さくなっている。このように構成されることにより、上刃11aと補助上刃12aの位相および下刃11bと補助下刃12bの位相が、回転に伴ってずれるようになっている。すなわち、上刃11aの周方向の特定箇所によって切断される帯状電極S1の部分は、上刃11aの複数回の回転に伴って一定周期(一定間隔)であらわれる。この一定周期であらわれる部分に対し、補助上刃12aの複数回の回転に伴って、補助上刃12aの周方向の複数の箇所が切断を行う。補助上刃12aおよび補助下刃12bのそれぞれの直径は、上刃11aおよび下刃11bのそれぞれの直径の整数分の1を除く比率とされている。
また、第2切断部12の補助上刃12aおよび補助下刃12bの硬度は、第1切断部11の上刃11aおよび下刃11bの硬度に比して低くなっている。すなわち、第2切断部12の刃としては、第1切断部11よりも短寿命の材質からなる刃が用いられている。
切断装置4の下流側には、第2搬送ローラ5と、巻取機6とが順に設けられている。第2搬送ローラ5は、帯状電極S2を巻取機6に搬送する。巻取機6は、帯状電極S2を巻き取って、ロールPを得る。なお、第2搬送ローラ5は搬送機能と張力を付与するテンションローラの機能を兼ねてもよい。第1搬送ローラ3と第2搬送ローラ5との間において、帯状電極S1,S2は、一定のテンションを付与されて、略水平な姿勢を維持する。
次に、電極(すなわち正極30又は負極40)の製造方法について説明する。まず、図示しない塗工部において、帯状の金属箔の両面に、電極合剤を塗工する。その後、図示しない乾燥部において電極合剤を乾燥させ、さらに、加圧ロールによりプレスすることで活物質層を形成する。
次に、巻出機2によって、帯状電極S1を巻き出す。巻き出された帯状電極S1は、第1搬送ローラ3により切断装置4に供され、切断装置4によって切断される。ここで、通常は、帯状電極S1が第1切断部11によって切断され(第1工程)、端材S1aが切り離される。これによって、幅方向の中央部の帯状電極S2のみがライン上に残る。通常時は、第2切断部12の補助上刃12aおよび補助下刃12bは切断機能を発揮していない。
装置の稼働時間が長くなるに伴い、第1切断部11の上刃11aまたは下刃11bの周縁部11c,11dの一部に劣化等が生じた場合、切断線L上には、端材S1aが帯状電極S2に繋がったままになっている連結部C(図9(b)参照)が形成される。この場合でも、第2切断部12によって連結部Cが切断され、端材S1aが切り離される(第2工程)。
続いて、切断装置4によって切断された帯状電極S2を、第2搬送ローラ5により巻取機6に供し、巻取機6に巻き取る。その後、帯状電極S2を切り出したり、打ち抜いたりすることにより、電極を製造する。
製造装置1によれば、第1切断部11の上刃11aおよび下刃11bが連続的に接触することによって、帯状電極S1が切断線Lに沿って切断される。通常時は、切断された部分である端材S1aは、残っている部分である帯状電極S2から切り離される。しかし、上刃11aおよび下刃11bの周縁部11c,11dにおいて、たとえば摩耗等の劣化が生じている場合、第1切断部11によって帯状電極S1を完全に切断することができず、切断線L上の一部分が切り離されずに繋がったままとなる可能性がある。その場合、切断線Lの位置に設けられた第2切断部12の補助刃12a,12bによって、繋がったままの連結部Cが切断される。よって、端材S1aを確実に切り離すことができる。また、補助上刃12aおよび補助下刃12bにより連結部Cを切断するため、その他の切り離し方法を採用する場合に比して、切断面の不良の発生を防止することができる。
回転刃である補助上刃12aおよび補助下刃12bによって、切断線L上の一部分が切り離されずに繋がったままになっている連結部Cが切断される。補助上刃12aおよび補助下刃12bの直径が、上刃11aの直径および下刃11bの直径とは異なっているため、第1切断部11の上刃11aおよび下刃11bと、補助上刃12aまたは補助下刃12bの位相が異なっている。よって、連結部Cを切断する部分は、補助上刃12aおよび補助下刃12bの周縁部12c,12dのうちの唯一の部分にならずに分散される。その結果として、補助上刃12aおよび補助下刃12bの長寿命化が図られる。
補助上刃12aおよび補助下刃12bの硬度は、上刃11aおよび下刃11bの硬度に比して低い。補助上刃12aおよび補助下刃12bは連結部Cを切断するだけでよいため、補助上刃12aおよび補助下刃12bには、高い切断能力は求められない。よって、補助刃を安価な材料とすることができ、装置の低コスト化が図られる。
従来の切断装置によれば、図9(a)に示されるように、1段の回転刃111によって帯状電極S1が切断されていた。装置の稼働当初は端材S1aが切り離されている場合でも、回転刃111のいずれかの箇所に劣化等が生じた場合、図9(b)に示されるように、連結部Cが生じてしまい、端材S1aが帯状電極S2から切り離されずに残ってしまっていた。この場合、端材S1aが他の装置に巻き込まれるおそれがあるため、回転刃111を交換する必要があり、副材費が増大してしまう結果を招いていた。
本実施形態の製造装置1によれば、そのような事態が回避されるので、第1切断部11の長寿命化が図られている。上刃11aおよび下刃11bには、硬度の高い高品質な材料が適用されるため、第1切断部11の長寿命化は、コスト面で特にメリットを有する。
上記の切断装置4に対して、種々の変形を加えることが可能である。たとえば、図6(a)に示されるように、第2切断部12の後段側に、端材S1aを所望の位置に案内する機能をもった一対のガイドロール13a,13bを設けてもよい。このようなガイドロール13を有する切断装置4Aによれば、より確実に端材S1aをライン外に案内することができる。
また、図6(b)に示されるように、補助上刃12Baと補助下刃12Bbとの直径が、第1切断部11の上刃11aおよび下刃11bの直径と同じ第2切断部12Bを採用してもよい。この切断装置4Bによれば、帯状電極S1の搬送方向に沿って、補助上刃12Baおよび補助下刃12Bbを移動可能な構成とすれば、位相をずらすのと同様の効果が得られる。
図7(a)および(b)に、第2実施形態に係る切断装置4Cを示す。この切断装置4Cが上記実施形態の切断装置4と違う点は、第2切断部12に代えて、第1切断部11の下流側(後段側)に、固定刃である刃付き治具(第2切断部)15を設けた点である。刃付き治具15は、三角柱状であり、切断線Lに沿って設けられている。刃付き治具15の第1切断部11側(上流側)の端部には、刃15aが設けられている。また、切断装置4Cでは、帯状電極S2の下方に端材収容容器19が設けられている(図8参照)。端材収容容器19は、上面が開放された直方体形状であり、上面の一部に飛散防止用の蓋材19aが設けられている。
このような切断装置4Cによっても、刃付き治具15によって、端材S1aが確実に切り離される。切り離された端材S1aは、端材収容容器19の開口19bから、端材収容容器19内に落下する。端材S1aが1つの容器に集約されるため、工程内における異物の低減に寄与する。
このように、切断装置4Cによれば、端材S1aが確実に切り離されるので、設備不良による流動ストップを減らすとともに副材費を低減できる。また、端材S1aを収集・管理することで、端材S1aが飛散して異物となることを防止できる。
なお、この切断装置4Cを採用した製造装置1において、排出される端材S1aの量を検出する検出部を設け、検出部によって検出される端材S1aの量に基づいて第1切断部11または刃付き治具15の交換時期を予測するようにしてもよい。刃付き治具15によってカットされる端材S1aの量から、第1切断部11の刃(上刃11aまたは下刃11b)の状態を推定できる。これにより、スリット用の刃の保障が可能である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。たとえば、切断装置4,4A,4Bにおいて、第2切断部12の補助上刃12aおよび補助下刃12bの直径は、第1切断部11の上刃11aおよび下刃11bの直径よりも大きくてもよい。
1…製造装置、4,4A,4B,4C…切断装置、11…第1切断部、11a…上刃、11b…下刃、12…第2切断部、12a…補助上刃(補助刃)、12b…補助下刃(補助刃)、15…刃付き治具(第2切断部)、L…切断線、S1…帯状電極(帯状体)、S1a…端材、S2…帯状電極(帯状体)。
Claims (4)
- 金属箔を含む帯状体の一方の面側および他方の面側にそれぞれ設けられた回転可能な上刃および下刃によって、前記帯状体を切断する電極の製造装置であって、
前記上刃と前記下刃とを有し、前記上刃の周縁部および前記下刃の周縁部を連続的に接触させることにより前記帯状体を切断線に沿って切断する第1切断部と、
前記第1切断部の後段側で前記切断線の位置に設けられて、前記第1切断部による切断後に繋がっている前記切断線上の連結部を切断可能な補助刃を有する第2切断部と、を含むことを特徴とする電極の製造装置。 - 前記補助刃は、前記帯状体の一方の面側または他方の面側に回転可能に設けられた回転刃であり、
前記補助刃の直径は、前記上刃の直径または前記下刃の直径とは異なっていることを特徴とする請求項1に記載の電極の製造装置。 - 前記補助刃の硬度は、前記上刃および前記下刃の硬度に比して低いことを特徴とする請求項1または2に記載の電極の製造装置。
- 金属箔を含む帯状体の一方の面側および他方の面側にそれぞれ設けられた回転可能な上刃および下刃によって、前記帯状体を切断する電極の製造方法であって、
前記上刃の周縁部および前記下刃の周縁部を連続的に接触させることにより前記帯状体を切断線に沿って切断する第1工程と、
前記切断線の位置に設けられた補助刃によって、前記第1工程による切断後に繋がっている前記切断線上の連結部を切断する第2工程と、を含むことを特徴とする電極の製造方法。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2017202543A (ja) * | 2016-05-11 | 2017-11-16 | 住友金属鉱山株式会社 | 金属化樹脂フィルムの製造方法 |
CN108297176A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-07-20 | 河北银隆新能源有限公司 | 模切冲片采集方法、冲片机及模切冲片采集系统 |
CN110872021A (zh) * | 2018-08-30 | 2020-03-10 | 广州倬粤动力新能源有限公司 | 卷绕防干涉方法 |
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2014
- 2014-05-09 JP JP2014097701A patent/JP2015213982A/ja active Pending
Cited By (3)
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JP2017202543A (ja) * | 2016-05-11 | 2017-11-16 | 住友金属鉱山株式会社 | 金属化樹脂フィルムの製造方法 |
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