JP2019057366A - 電極成形用金型、電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造した電極を容易に取り出すことができる電極成形用金型を提供することを目的とする。【解決手段】電極缶の外形形状に対応した形状を有する凹部である電極缶設置用凹部と、前記電極缶設置用凹部と接続して設けられた凹部である把持具挿入用凹部とが上面に設けられたダイと、一方の端部から前記一方の端部の反対側に位置する他方の端部まで貫通し、電極缶内に形成する電極膜と同じ直径を有する円筒形の貫通孔を備え、前記一方の端部が前記電極缶設置用凹部内に挿入可能な形状を有するガイドブッシュと、前記ガイドブッシュに設けられた前記貫通孔に嵌合する円柱形状の軸部を備えたパンチと、を有する電極成形用金型を提供する。【選択図】図２

Description

本発明は、電極成形用金型、電極の製造方法に関する。

近年、携帯用電子機器や、電気自動車等の実用化が進んでいる。そして、用いる電池にも高性能化が求められており、リチウムイオン二次電池をはじめとする各種電池についての研究開発も広く進められている。

電池性能は、主に３つの特性（エネルギー密度、出力密度、耐久性）で評価されるが、これらの特性は、実際に電池を作製して評価する必要がある。市販電池のサイズや形状は、様々であるが、電池特性評価用の電池としては、少量の試料で電極作製が可能で、大規模な設備を必要としないことが必要である。このため、直径が約２０ｍｍの２０１６型や２０３２型など、小さなコインセルのほうが、製造コストが低く、評価効率が良いなどの点から、一般的に用いられている。

例えば特許文献１には、正極活物質、アセチレンブラック、およびポリテトラフッ化エチレン樹脂を混合し、１００ＭＰａの圧力で直径１１ｍｍ、厚さ１００μｍにプレス成形して、２０３２型コイン電池の正極を作製した例が開示されている。

特許文献１に開示されているように、リチウムイオン二次電池等の電池に用いる正極は、例えばプレス成形することで製造することができる。具体的には、上部に開口部を有する円筒形の正極缶を、該正極缶を設置する凹部が設けられた金型に設置し、該正極缶内に正極活物質等を含む正極材料をプレス成形することで正極膜を形成し、正極を製造することができる。

また、負極についても、正極缶、正極材料に代えて、負極缶、負極材料を用いる点以外は同様にして製造することができる。

特開２０１６−１３９５６９号公報

しかしながら、電極を製造後、得られた電極を金型から取り出す際に、電極膜を形成した電極缶をうまく把持できない等により、製造した電極を落下させる場合などがあり、電極膜を破損させる場合や、傷付ける場合があった。

そこで上記従来技術が有する問題に鑑み、本発明の一側面では、製造した電極を容易に取り出すことができる電極成形用金型を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明の一態様によれば、
電極缶の外形形状に対応した形状を有する凹部である電極缶設置用凹部と、前記電極缶設置用凹部と接続して設けられた凹部である把持具挿入用凹部とが上面に設けられたダイと、
一方の端部から前記一方の端部の反対側に位置する他方の端部まで貫通し、電極缶内に形成する電極膜と同じ直径を有する円筒形の貫通孔を備え、前記一方の端部が前記電極缶設置用凹部内に挿入可能な形状を有するガイドブッシュと、
前記ガイドブッシュに設けられた前記貫通孔に嵌合する円柱形状の軸部を備えたパンチと、を有する電極成形用金型を提供する。

本発明の一態様によれば、製造した電極を容易に取り出すことができる電極成形用金型を提供することができる。

本発明の実施形態に係る電極成形用金型を用いて製造する電極の一構成例の説明図。 本発明の実施形態に係る電極成形用金型の側面図。 図２のＡ−Ａ線での断面図。 ダイの上面図。 実施例で作製したコイン電池の説明図。 実施例で作製した２０３２型コイン電池の充放電試験結果。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、本発明は、下記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、下記の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。
［電極成形用金型］
本実施形態の電極成形用金型の一構成例について説明する。

本実施形態の電極成形用金型は、ダイと、ガイドブッシュと、パンチとを有することができる。

ここで、ダイは、電極缶の外形形状に対応した形状を有する凹部である電極缶設置用凹部と、電極缶設置用凹部と接続して設けられた凹部である把持具挿入用凹部とを上面に設けた構成を有することができる。
また、ガイドブッシュは、一方の端部から一方の端部の反対側に位置する他方の端部まで貫通し、電極缶内に形成する電極膜と同じ直径を有する円筒形の貫通孔を備え、一方の端部が電極缶設置用凹部内に挿入可能な形状を有することができる。
パンチは、ガイドブッシュに設けられた貫通孔に嵌合する円柱形状の軸部を有することができる。

以下、本実施形態の電極成形用金型について、図面を用いながら説明する。

図１は本実施形態の電極成形用金型を用いて製造することができる電極の一構成例の斜視図を示している。図１に示す様に、電極１０は、上面全体が開口部となっている円筒形の電極缶１１の中央部に電極膜１２を配置した構造を有することができる。電極膜については円柱形状とすることができる。なお、電極膜は通常薄いので、円板形状ということもできる。

なお、正極用の電極缶は正極缶、負極用の電極缶は負極缶とも呼ばれる。そして、正極の電極膜は正極材料を用いて製造することができ、正極膜と呼ばれる。また、負極の電極膜は負極材料を用いて製造することができ、負極膜と呼ばれる。正極、及び負極のいずれの場合でも、図１を用いて説明したものと同様の構造を有することができる。

そして、例えば本実施形態の電極成形用金型に電極缶１１を配置しておき、電極成形用金型で電極膜１２をプレス成形することで、図１に示した様に、電極缶１１内に電極膜１２を形成することができる。

図２に本実施形態の電極成形用金型２０の側面図を、図３に、図２のＡ−Ａ線での断面図を、図４（Ａ）、図４（Ｂ）にダイの上面図の構成例をそれぞれ示す。なお、図３では電極缶を配置し、電極膜を成膜した際の状態を示している。また、図２、図３、図４（Ａ）、図４（Ｂ）では同じ部材には同じ番号を付し、説明を省略する場合がある。

図２に示す様に、本実施形態の電極成形用金型２０は、ダイ２１、ガイドブッシュ２２、及びパンチ２３を有することができ、組み合わせて用いることができる。

各部材について説明する。
（ダイ）
ダイ２１は、図３、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示した様に、その上面に電極缶３１の外形に対応した形状を有する凹部である電極缶設置用凹部２１２と、電極缶設置用凹部２１２に接続して設けられた凹部である把持具挿入用凹部２１１（２１１Ａ、２１１Ｂ）とを有することができる。

電極缶は既述の様に上部に開口部を有する円筒形状を有していることから、電極缶設置用凹部２１２は、少なくとも底面が電極缶の底面と同様に円形形状を有していることが好ましい。そのサイズは特に限定されないが、電極缶を設置後、電極膜を成膜する際に電極缶が動きにくいように、電極缶の底面（外底面）と略同じサイズとすることが好ましい。ただし、電極膜３２を成膜後、電極缶３１を取り出しやすいように、電極缶３１の外側面と、電極缶設置用凹部２１２との間に若干の隙間が生じる程度のサイズとなることが好ましい。すなわち、電極缶設置用凹部２１２に対して、電極缶３１が隙間嵌めとなるようにそのサイズを選択することが好ましい。

電極缶設置用凹部２１２は、図３に示した様に電極缶３１を収容することから、電極缶を設置し易い様に円筒形状を有することができる。ただし、必要に応じて、例えば以下の様に円筒形状に若干の修正を加えることができる。

後述するように、ガイドブッシュ２２は、一方の端部側の一部が電極缶設置用凹部２１２内に挿入可能な形状とすることができる。そして、電極缶設置用凹部２１２に設置後、ガイドブッシュ２２を電極缶設置用凹部に挿入した際に、ガイドブッシュ２２が電極缶３１を押圧した状態で固定できる様に構成しておくことが好ましい。このため、電極缶設置用凹部２１２の側面（内側面）の一部にはガイドブッシュ２２の外周面と嵌合する凹部側嵌合部２１２Ａを設けておくことが好ましい。

凹部側嵌合部２１２Ａの具体的な構成は特に限定されないが、例えばガイドブッシュ２２をねじ込むことで、電極缶設置用凹部２１２内にガイドブッシュ２２を挿入可能に構成することが操作性の観点から好ましい。このため、例えばガイドブッシュ２２の一方の端部側の外周面にねじを切り、凹部側嵌合部２１２Ａとして、これに対応したねじを配置することができる。具体的には例えば凹部側嵌合部２１２Ａとして雌ねじを配置することができる。

このように、凹部側嵌合部２１２Ａを設け、電極缶設置用凹部２１２の側面と、ガイドブッシュ２２の外周面とが嵌合する様に構成することで、ガイドブッシュ２２を電極缶設置用凹部２１２に強く固定できる。このため、ガイドブッシュ２２と、電極缶設置用凹部２１２に配置した電極缶３１との密着性を高めることができる。そして、電極膜を成形する際に、ガイドブッシュ２２と電極缶３１との間の隙間から電極材料が漏れることを特に防止し、より確実に所望の形状の電極膜を成膜できるため好ましい。

また、電極缶設置用凹部２１２は、例えば図３に示す様に、底部側の一部について該凹部の開口部側、すなわち上方に向かって直径が拡がるテーパー形状とすることもできる。このような形状とすることで、電極缶の側面と、電極缶設置用凹部２１２の側面（内側面）との間に隙間を形成することができるため、電極を製造後、該電極を特に容易に取り出しやすくなり好ましい。

電極缶設置用凹部２１２の深さｈは特に限定されないが、上述の様に、ガイドブッシュ２２を挿入した場合に、十分なガイドブッシュ２２の挿入深さを確保し、固定する観点から７ｍｍ以上であることが好ましい。電極缶設置用凹部２１２の深さｈの上限は特に限定されないが、電極缶設置用凹部２１２の深さｈは１６ｍｍ以下であることが好ましい。

次に、把持具挿入用凹部２１１について説明する。

把持具挿入用凹部２１１は、電極缶設置用凹部２１２に接続して設けられた凹部である。本実施形態の電極成形用金型２０は、係る把持具挿入用凹部２１１を有することで、ピンセット等の把持具を、電極缶設置用凹部２１２に対して挿入し易くなり、製造した電極の電極缶を容易、かつ確実に把持することができる。このため、製造した電極を容易に取り出すことが可能になる。

把持具挿入用凹部２１１の形状は特に限定されるものではない。例えば図４（Ａ）に示した様に、把持具挿入用凹部２１１は、電極缶設置用凹部２１２の側面と、ダイ２１の側面との間を接続するように形成することもできる。すなわち把持具挿入用凹部２１１を、電極缶設置用凹部２１２の側面から、ダイ２１の側面までの間に渡って形成できる。このように形成することで、ダイ２１の側面側から把持具を把持具挿入用凹部２１１に挿入し、電極缶設置用凹部２１２にまで容易に移動させることができるため好ましい。

また、例えば図４（Ｂ）に示した様に、電極缶設置用凹部２１２の直径方向に沿って、電極缶設置用凹部２１２の両側に２箇所の把持具挿入用凹部２１１Ａ、２１１Ｂを設けることもできる。この場合、把持具挿入用凹部２１１Ａ、２１１Ｂに把持具の先端を開放した状態で挿入し、把持具で電極缶の両側面を挟み込んで把持することができ好ましい。

把持具挿入用凹部の深さは特に限定されるものではないが、例えば電極缶設置用凹部２１２と同じ深さとすることができる。また、図２に示した様に、電極缶設置用凹部２１２よりも浅くすることもできる。図３に示した様に電極缶設置用凹部２１２よりも把持具挿入用凹部２１１を浅くすることで、電極缶３１を電極缶設置用凹部２１２内により確実に設置することができ、好ましい。

電極缶設置用凹部２１２よりも把持具挿入用凹部２１１を浅くする場合、その深さの差Δｈは特に限定されないが、把持具を電極缶設置用凹部２１２へ特に挿入しやすくするため、１ｍｍ以下であることが好ましい。

なお、電極缶設置用凹部２１２と、把持具挿入用凹部２１１とは同じ深さとすることもできるため、例えばΔｈは０以上とすることができる。

把持具挿入用凹部２１１のサイズについては特に限定されるものではないが、把持具を電極缶設置用凹部２１２へ挿入しやすくするために設けるものであるため、把持具挿入用凹部は、少なくとも把持具の先端部を収容可能なサイズであることが好ましい。例えば、把持具挿入用凹部２１１を、ダイ２１の上面の鉛直方向上方から見た場合に、最短部の幅（最小幅）が２ｍｍ以上であることが好ましい。なお、ここでいう最短部の幅とは、例えば図４（Ａ）のように、把持具挿入用凹部２１１を、ダイ２１の上面の鉛直方向上方から見た場合に帯状となるように形成した場合には、その短手方向の幅Ｗを意味する。

なお、把持具挿入用凹部２１１の上記最短部の幅の上限は特に限定されないが、例えばダイ２１の上面の鉛直方向上方から見た場合の、電極缶設置用凹部２１２の直径（最大直径）以下であることが好ましい。これは、把持具挿入用凹部２１１の最短部の幅を、電極缶設置用凹部２１２の直径以下とすることで、電極缶を電極缶設置用凹部２１２により確実に設置でき、設置した電極缶を固定しやすくなるからである。特に、把持具挿入用凹部２１１の上記最短部の幅Ｗは、ダイ２１の上面の鉛直方向上方から見た場合の、電極缶設置用凹部２１２の直径（最大直径）未満であることがより好ましい。把持具挿入用凹部２１１の上記最短部の幅Ｗは上述の様に電極缶のサイズに応じて選択できるが、より具体的には例えば、２０ｍｍ以下であることが好ましく、１９．５ｍｍ以下がさらに好ましい。

なお、ダイ２１の外形形状は特に限定されないが、例えば図２、図３、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示した様に、略円柱形状を有することができる。
（ガイドブッシュ）
ガイドブッシュは、電極缶設置用凹部２１２に設置した電極缶を固定し、電極膜の外形を形作るための部材として機能する。

ガイドブッシュ２２は図３に示す様に、一方の端部２２Ａから、一方の端部２２Ａの反対側に位置する他方の端部２２Ｂまで貫通し、電極缶３１内に形成する電極膜と同じ直径を有する円筒形の貫通孔２２１を備えることができる。そして、ガイドブッシュ２２の一方の端部２２Ａは電極缶設置用凹部２１２内に挿入可能な形状を有することができる。

ガイドブッシュ２２は、図２、図３に示す様に、外径形状を円柱形状とすることができる。ただし、必要に応じて、例えば以下の様に円柱形状に若干の修正を加えることができる。

ガイドブッシュ２２の一方の端部２２Ａ側の一部は、ダイ２１の電極缶設置用凹部２１２内に挿入し、電極缶３１を押圧することで、固定できる様に構成されていることが好ましい。このため、例えばガイドブッシュ２２の外周面の一部には、既述の凹部側嵌合部２１２Ａに対応したガイドブッシュ側嵌合部２２２を設けておくことが好ましい。ガイドブッシュ側嵌合部２２２の具体的な構成は特に限定されないが、例えばガイドブッシュ２２をねじ込むことで、電極缶設置用凹部２１２内にガイドブッシュ２２を挿入可能に構成することが操作性の観点から好ましい。このため、例えばガイドブッシュ２２の一方の端部側の外周面にねじを切っておくことが好ましい。具体的には例えばガイドブッシュ側嵌合部２２２に雄ねじを形成することができる。

そして、ガイドブッシュ２２は、一方の端部２２Ａから、一方の端部２２Ａの反対側に位置する他方の端部２２Ｂまで貫通し、電極缶３１内に形成する電極膜と同じ直径を有する円筒形の貫通孔２２１を備えることができる。貫通孔２２１は、後述するパンチと嵌合可能な様に形成していればよく、上述の様に円筒形状を有することができる。

ただし、図３に示した様に、ガイドブッシュ２２の他方の端部２２Ｂ側に向かって貫通孔２２１の直径が拡がるテーパー部２２３を有していることが好ましい。

例えば貫通孔２２１に電極材料を導入し、パンチにより押圧することで電極膜を成膜できる。そして、貫通孔２２１に電極材料を導入しやすいように、上記テーパー部２２３を形成しておくことが好ましい。

ガイドブッシュ２２にはその他にも各種任意の構成を設けることもできる。

例えばガイドブッシュ２２の一方の端部２２Ａ側の、電極缶３１と対向する面にパッキンを配置しておくこともできる。係るパッキンを配置することで、ガイドブッシュ２２により電極缶３１を固定した場合でも、電極缶に傷等が生じることを防ぐことができ、好ましい。
（パンチ）
パンチ２３は、ガイドブッシュ２２に設けられた貫通孔２２１に嵌合する円柱形状の軸部２３１を有することができる。

パンチ２３の軸部２３１は上述の様に円柱形状を有することができ、貫通孔２２１に挿入した際に、上下方向に移動できるように、貫通孔２２１と、軸部２３１との間には極狭いクリアランスが設けられ、隙間嵌めになっていることが好ましい。ただし、電極膜を成膜する際、電極材料が貫通孔２２１と軸部２３１との間の隙間に逃げないように、貫通孔２２１と、軸部２３１との間の隙間は調整されていることが好ましい。

軸部２３１の長さは特に限定されないが、例えば電極材料に対して十分な圧力が加えられるように、貫通孔２２１と同じ長さ、もしくは貫通孔２２１よりも長いことが好ましい。

パンチは、軸部２３１以外にも例えば圧力を加えるために、押圧部２３２等を有することもできる。押圧部２３２の形状は特に限定されないが、例えば円柱形状とし、例えば軸部２３１よりも大きな直径を有することができる。押圧部２３２は、プレス機からの圧力を受け、軸部２３１に伝える働きを有することができる。

本実施形態の電極成形用金型は、各種電池の電極を製造する際に用いることができるが、例えばリチウムイオン二次電池の電極を製造する際に好適に用いることができる。

以上に説明した本実施形態の電極成形用金型によれば、既述の把持具挿入用凹部を設けることで、ピンセット等の把持具を、電極缶設置用凹部に対して挿入し易くなり、製造した電極の電極缶を容易、かつ確実に把持することができる。このため、製造した電極を容易に取り出すことが可能になる。
[電極の製造方法]
本実施形態の電極の製造方法は、既述の電極成形用金型を用いて、電極を製造する電極の製造方法であって、以下の工程を有することができる。

電極缶設置用凹部に電極缶を配置する電極缶配置工程。
電極缶設置用凹部にガイドブッシュの一方の端部側の一部を挿入するガイドブッシュ設置工程。
ガイドブッシュの貫通孔に電極材料を導入する電極材料配置工程。
貫通孔にパンチの軸部を挿入し、パンチに圧力を加えることで電極膜を成形する成形工程。
パンチ、及びガイドブッシュを電極缶設置用凹部から除去し、把持具挿入用凹部に把持具を挿入し、把持具により電極缶を取出す取出し工程。

以下、各工程について説明する。なお、電極成形用金型については既に説明したため、重複する説明は一部省略する。
（電極缶配置工程）
まず、ダイ２１の電極缶設置用凹部２１２の最深部に電極缶３１を設置する。電極缶はピンセット等の把持具を用いて設置することもできるが、ダイ２１の上面を滑らせ、電極缶設置用凹部２１２内に落とすことで設置することもできる。この際、電極缶３１の電極膜を形成する面が上面となるようにして設置する。
（ガイドブッシュ設置工程）
次いで、ガイドブッシュ２２の一方の端部側の一部を、電極缶設置用凹部２１２に挿入し、設置する。これにより、電極缶３１を固定することができる。

なお、ガイドブッシュ２２の外周面の一部にガイドブッシュ側嵌合部２２２を、電極缶設置用凹部２１２に凹部側嵌合部２１２Ａをそれぞれ設けた場合には、ガイドブッシュ側嵌合部２２２と、凹部側嵌合部２１２Ａとが嵌合する様に、ガイドブッシュ２２を挿入できる。例えばガイドブッシュ側嵌合部２２２と、凹部側嵌合部２１２Ａとして、ねじを切った場合には、ねじが噛み合わさる様に、ガイドブッシュ２２を電極缶設置用凹部２１２内にねじ込むことができる。
（電極材料配置工程）
次に、ガイドブッシュ２２の貫通孔２２１に、ガイドブッシュ２２の他方の端部２２Ｂ側から、所望の重量に秤量した電極材料を導入することができる。

電極材料の構成としては特に限定されないが、正極を製造する場合であれば、例えば正極活物質と、導電材と、結着剤とを混合して形成できる。また、負極を製造する場合であれば、負極活物質等を含む製造する負極に対応した材料を含む負極材料を用いることができる。

導電材は、電極に適当な導電性を与えるために添加されるものである。導電材の材料は特に限定されないが、例えば天然黒鉛、人造黒鉛および膨張黒鉛などの黒鉛や、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック系材料を用いることができる。

結着剤は、正極活物質であるリチウム複合酸化物をつなぎ止める役割を果たすものである。係る正極合材に使用される結着剤は特に限定されないが、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、フッ素ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、スチレンブタジエン、セルロース系樹脂、ポリアクリル酸等から選択された１種以上を用いることができる。

なお、正極材料には活性炭などを添加することもできる。正極材料に活性炭などを添加することによって、正極の電気二重層容量を増加させることができる。

また、必要に応じて、正極材料には溶剤を添加し、正極ペーストとして用いることもできる。溶剤は、結着剤を溶解して正極活物質、導電材、および活性炭等を結着剤中に分散させる働きを有する。溶剤は特に限定されないが、例えばＮ−メチル−２−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。

正極材料中における各物質の混合比は特に限定されるものではない。例えば、溶剤を除いた正極材料の固形分を１００質量部とした場合、正極活物質の含有量を６０質量部以上９５質量部以下、導電材の含有量を１質量部以上２０質量部以下、結着剤の含有量を１質量部以上２０質量部以下とすることができる。
（成形工程）
成形工程では、貫通孔にパンチの軸部を挿入し、パンチに圧力を加えることで電極膜を成形することができる。

このように、パンチの軸部にプレス機などにより圧力を加えることで、より強力に電極材料の圧縮成形及び電極缶への圧着が可能となる。
（取り出し工程）
取り出し工程では、パンチ、及びガイドブッシュを電極缶設置用凹部から除去し、把持具挿入用凹部に把持具を挿入し、把持具により電極缶を取出すことができる。

本実施形態の電極の製造方法は、各種電池の電極を製造する際に用いることができるが、例えばリチウムイオン二次電池の電極を製造する際に好適に用いることができる。

本実施形態の電極の製造方法によれば、既述の把持具挿入用凹部を備えた電極成形用金型を用いている。このため、該把持具挿入用凹部から、ピンセット等の把持具を、電極缶設置用凹部に対して挿入し易くなり、製造した電極の電極缶を容易、かつ確実に把持することができる。このため、製造した電極を容易に取り出すことができる。

以下、実施例を参照しながら本発明をより具体的に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

図２、図３、図４（Ａ）に示した構造を有する電極成形用金型を用いて、以下の手順により電極として正極を製造した。

なお、用いた電極成形用金型は、図４（Ａ）に示した様に、電極缶設置用凹部２１２の側面と、ダイ２１の側面とを接続する様にして、帯状の把持具挿入用凹部２１１が設けられており、その最短部の幅Ｗは６ｍｍとなっている。また、電極缶設置用凹部２１２と、把持具挿入用凹部２１１とは同じ深さとなっており、電極缶設置用凹部２１２の深さｈは８ｍｍであり、電極缶設置用凹部２１２と、把持具挿入用凹部２１１との深さの差Δｈは０となっている。

まず電極缶設置用凹部２１２に電極缶３１として正極缶を配置した（電極缶配置工程）。

電極缶配置工程では、電極缶３１である正極缶の側面をピンセットで把持し、電極缶設置用凹部２１２内に設置した。

なお、電極缶設置用凹部２１２の底面は、電極缶３１である正極缶の外底面と同じ直径になっているものの、電極缶設置用凹部２１２は、その一部が底面から上方に向かって、図３に示す様に直径が大きくなるテーパー形状を有している。このため、電極缶３１である正極缶の側面と、電極缶設置用凹部２１２の側面との間には隙間が形成されている。

次いで、電極缶設置用凹部２１２にガイドブッシュ２２の一方の端部２２Ａ側の一部を挿入し、設置した（ガイドブッシュ設置工程）。

なお、ガイドブッシュの外周面のうち、電極缶設置用凹部２１２に挿入される部分を含む、一方の端部２２Ａ側の一部にはガイドブッシュ側嵌合部２２２として雄ねじが設けられている。また、電極缶設置用凹部２１２の上方側の側面（内側面）には、ガイドブッシュ側嵌合部２２２に対応した雌ねじが設けられている。

このため、ガイドブッシュ２２を電極缶設置用凹部２１２にねじ込むことで、ガイドブッシュ２２を挿入し、電極缶３１である正極缶を固定した。

次いで、ガイドブッシュ２２の貫通孔２２１に、電極材料として正極材料を導入した（電極材料配置工程）。

正極材料としては、正極活物質を７００ｍｇと、ＴＡＢ２（アセチレンブラック：ＰＴＦＥ＝２：１の混合物）を３００ｍｇと、Φ２ｍｍの安定化ジルコニア（ＹＳＺ）ボールを１５ｍｇと、を混合機専用容器に挿入し、７００ｒｐｍの回転数で３０秒間混合した材料を用いた。

そして、係る正極材料（正極合材）７５ｍｇを秤量し、上述の様に貫通孔に導入した。

次に、貫通孔にパンチ２３の軸部２３１を挿入し、押圧部２３２に圧力を加えることで正極膜を成形した（成形工程）。
圧力を下げた後、パンチ２３、及びガイドブッシュ２２を電極缶設置用凹部２１２から除去し、把持具挿入用凹部２１１にピンセットを挿入し、ピンセットにより正極缶を取出した（取出し工程）。

なお、同様にして、正極を合計で１０個作製したが、１０個とも落とすことなく、容易かつ確実に正極缶を取り出すことができた。

得られた正極は、正極材料内部の水分除去のため、８時間の真空乾燥を行った後、露点が−８０℃に管理されたＡｒ雰囲気のグローブボックス内に持ち込んだ。

そして、負極としてリチウム金属、セパレータとしてポリプロピレン製微孔膜、電解液としてリチウム支持塩である過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ_４）を含むエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の等量混合溶液（富山薬品工業製）を用いて、２０３２型コイン電池を作製した。

なお、２０３２型コイン電池は、図５に示した構造を有する。

具体的には、２０３２型コイン電池５０は、ケース５１と、このケース５１内に収容された電極構造体５２とから構成されている。

ケース５１は、中空かつ一端が開口された正極缶５１１と、この正極缶５１１の開口部に配置される負極缶５１２とを有しており、負極缶５１２を正極缶５１１の開口部に配置すると、負極缶５１２と正極缶５１１との間に電極構造体５２を収容する空間が形成されるように構成されている。

電極構造体５２は、正極膜５２１、セパレータ５２２および負極膜５２３からなり、この順で並ぶように積層されており、正極膜５２１が正極缶５１１の内面に接触し、負極膜５２３が負極缶５１２の内面に接触するようにケース５１に収容されている。

なお、ケース５１は、ガスケット５１３を備えており、このガスケット５１３によって、正極缶５１１と負極缶５１２との間が電気的に絶縁状態を維持するように固定されている。また、ガスケット５１３は、正極缶５１１と負極缶５１２との隙間を密封して、ケース５１内と外部との間を気密、液密に遮断する機能も有している。

得られた２０３２型コイン電池を用いて、充放電試験による特性確認を行った。

充放電試験は、得られた電池を１２時間程度放置し、ＯＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）が安定した後、正極に対する電流密度を０．５ｍＡ／ｃｍ^２として、カットオフ電圧４．３Ｖまで充電して初期充電容量とし、１時間の休止後、カットオフ電圧３．０Ｖまで放電したときの容量を初期放電容量とした。この充放電試験の結果を図６のグラフに示す。

図６のグラフに示す結果から、得られた２０３２型コイン電池の充放電が、安定して行われていることが確認できた。

２０ 電極成形用金型
２１ ダイ
２１１、２１１Ａ、２１１Ｂ 把持具挿入用凹部
２１２ 電極缶設置用凹部
２１２Ａ 凹部側嵌合部
２２ ガイドブッシュ
２２Ａ 一方の端部
２２Ｂ 他方の端部
２２１ 貫通孔
２２２ ガイドブッシュ側嵌合部
２２３ テーパー部
２３ パンチ
２３１ 軸部
２３２ 押圧部
１１、３１ 電極缶
１２、３２ 電極膜

Claims (7)

1. 電極缶の外形形状に対応した形状を有する凹部である電極缶設置用凹部と、前記電極缶設置用凹部と接続して設けられた凹部である把持具挿入用凹部とが上面に設けられたダイと、
   一方の端部から前記一方の端部の反対側に位置する他方の端部まで貫通し、電極缶内に形成する電極膜と同じ直径を有する円筒形の貫通孔を備え、前記一方の端部が前記電極缶設置用凹部内に挿入可能な形状を有するガイドブッシュと、
   前記ガイドブッシュに設けられた前記貫通孔に嵌合する円柱形状の軸部を備えたパンチと、を有する電極成形用金型。
2. 前記把持具挿入用凹部は、前記電極缶設置用凹部の側面と、前記ダイの側面との間を接続するように形成されている請求項１に記載の電極成形用金型。
3. 前記把持具挿入用凹部は、
   少なくとも把持具の先端部を収容可能なサイズを有する請求項１または２に記載の電極成形用金型。
4. 前記ガイドブッシュは前記一方の端部側の一部が、前記電極缶設置用凹部内に挿入可能な形状を有し、
   前記電極缶設置用凹部の側面の一部には、前記ガイドブッシュの外周面と嵌合する凹部側嵌合部が設けられている請求項１〜３のいずれか一項に記載の電極成形用金型。
5. 前記ガイドブッシュの外周面の一部には、前記凹部側嵌合部に対応したガイドブッシュ側嵌合部が設けられている請求項４に記載の電極成形用金型。
6. 前記貫通孔は、前記ガイドブッシュの前記他方の端部側に向かって、前記貫通孔の直径が拡がるテーパー部を有している請求項１〜５のいずれか一項に記載の電極成形用金型。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の電極成形用金型を用いて、電極を製造する電極の製造方法であって、
   前記電極缶設置用凹部に電極缶を配置する電極缶配置工程と、
   前記電極缶設置用凹部に前記ガイドブッシュの前記一方の端部側の一部を挿入するガイドブッシュ設置工程と、
   前記ガイドブッシュの前記貫通孔に電極材料を導入する電極材料配置工程と、
   前記貫通孔に前記パンチの軸部を挿入し、前記パンチに圧力を加えることで電極膜を成形する成形工程と、
   前記パンチ、及び前記ガイドブッシュを前記電極缶設置用凹部から除去し、前記把持具挿入用凹部に把持具を挿入し、前記把持具により前記電極缶を取出す取出し工程と、を有する電極の製造方法。

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