JP2020202153A - 電極切断装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】片刃を用いた場合の、電極の切断面の不具合を抑制できる電極切断装置を提供すること。【解決手段】ロータリーダイカット装置は、片刃40と接触するように片刃40の内側に設けられ、電極中間体20のうち電極13となる部位を押圧する内側押圧部37と、片刃40の外側に設けられ、端材29を押圧する外側押圧部38と、を備える。片刃40は、厚さ方向に沿う断面形状において内側面に、電極中間体20に対し垂直な第1側面40aを有し、かつ外側面に傾斜面40bを有する。ロータリーダイカット装置は、厚さ方向における傾斜面40bよりも外側で、かつ外側押圧部38の内側面38bとの間に空間Sを有する。【選択図】図6
Description
本発明は、電極中間体を切断することにより、電極中間体から電極を製造する電極切断装置に関する。
蓄電装置の一種である二次電池としては、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池などが知られている。例えば、リチウムイオン二次電池は、ケースを備えるとともに、このケース内に、シート状の電極を積層した電極組立体を備えている。シート状の電極の製造は、一例として、活物質、導電剤、溶媒及びバインダを混合した活物質合剤を長尺状の金属箔の表面に塗布する。次に、活物質合剤を乾燥させて活物質層の前駆体を形成し、金属箔と活物質層の前駆体とを有する長尺状の電極中間体を形成する。次に、電極中間体を、電極切断装置によって電極の形状に打ち抜いて、電極を製造する。
電極切断装置としては、例えば、特許文献1に記載の電極製造装置が挙げられる。特許文献1の電極製造装置は、ダイカットロールの外周面から径方向外側に向けて突出した切刃を有するロータリーダイを備える。ロータリーダイは、ダイカットロールの外周面にスポンジを備え、スポンジは切刃の周囲を覆っている。また、電極製造装置は、ロータリーダイの外周面に対向して配置されたアンビルロールを備える。アンビルロールは金属製である。
そして、特許文献1に開示の電極製造装置を用いて電極中間体から電極を切り出す場合、互いに逆方向へ回転するダイカットロールとアンビルロールとの間に、搬送方向へ搬送される電極中間体を通過させる。すると、アンビルロールによって電極中間体が支持されながら、ダイカットロールの切刃によって電極中間体が電極の形状に切断される。
電極中間体の切断時、電極切断装置においては、ダイカットロールの外周面のスポンジが、アンビルロールの外周面とともに、電極中間体を挟持する。また、電極中間体の切断時、電極切断装置は電極中間体に切刃を貫通させないため、電極中間体には非切断部が形成される。そして、切刃が貫通しない非切断部には、切断部から亀裂が延び、割れが生じることで電極中間体から電極が分離される。
ところで、特許文献1においては、切刃とスポンジとの間に、一定の隙間が設けられている。このような隙間があると、電極中間体において、切断箇所に隣接して小さな撓みが発生することがあった。この不具合は、切刃とスポンジとの間の隙間を無くすことで改善できる。一方で、切刃としては、電極側の切断面を形成する内側面が、電極中間体の表面に対する垂直面であるとともに、外側面が傾斜面である片刃が用いられる場合がある。
このような片刃の切刃は、例えば、電極の表裏両面が同一面積となることを意図して用いられる。このような片刃では、片刃とスポンジとの間の隙間を無くすと、電極側の切断面に不具合が生じることがあった。具体的には、切断面からの活物質粒子又は粒子塊の剥離が増加し、切断面の凹凸が増加する。
本発明の目的は、片刃を用いた場合の、電極の切断面の不具合を抑制できる電極切断装置を提供することにある。
上記問題点を解決するための電極切断装置は、集電体の両面に活物質合剤の塗工部を有する電極中間体を切ることにより、前記電極中間体から電極を製造する電極切断装置であって、前記電極中間体を支持する表面が金属製の中間体支持部と、前記電極中間体を挟んで前記中間体支持部に対向する片刃支持部と、前記片刃支持部に設けられ、切断時に、前記中間体支持部に対し、一方の塗工部の厚み以下の隙間を残した位置まで接近する片刃と、前記片刃と接触するように前記片刃の内側に設けられ、前記電極中間体のうち前記電極となる部位を押圧する内側押圧部と、前記片刃の外側に設けられ、前記電極中間体のうち前記電極となる部位以外の端材を押圧する外側押圧部と、を備え、前記片刃の内側面と外側面を繋ぐ方向を前記片刃の厚さ方向とすると、前記片刃は、前記厚さ方向に沿う断面形状において前記内側面に垂直面を有し、かつ前記外側面に、刃先から前記片刃支持部に向けて拡幅する傾斜面を有し、前記厚さ方向における前記傾斜面よりも外側で、かつ前記外側押圧部の内側面との間に空間を有することを要旨とする。
これによれば、片刃を電極中間体に押し付けて電極中間体から電極が切り出されるが、電極側では、電極中間体の一面を、表面が金属製の中間体支持部で支持し、電極中間体の他面を内側押圧部で押圧する。このとき、内側押圧部は片刃に接触し、片刃と内側押圧部との間に隙間が無いため、片刃の押し付けに伴う電極中間体の撓みを抑制できる。このため、片刃の押し付けに伴う電極中間体の撓みを原因とした電極の寸法ずれを抑制できる。
このような電極切断装置において、片刃によって塗工部を切断するとき、片刃の傾斜面側のみで、片刃が塗工部に侵入した分だけ、塗工部の一部が押し退けられる。なお、以下の説明において、押し退けられる塗工部の一部のことを「除去合剤」と呼称する。この除去合剤が、片刃の厚さ方向に沿う傾斜面の外側に向かうと、電極側において電極中間体の切断前の箇所を介して電極中間体を片刃に押し付ける力が生じる。これにより、片刃と電極との間で擦れが生じ、塗工部からの活物質粒子の剥離などが増加してしまう。
しかし、除去合剤を逃がすための空間を、切断箇所よりも上方において、片刃の傾斜面と外側押圧部との間に設けたことで、電極側に作用する力を抑え、電極中間体の切断前の箇所と片刃の垂直面との擦れを抑制する。これにより、擦れに起因する異物の発生を抑制できる。その結果として、電極の切断面からの活物質粒子の剥離を抑制し、切断面の凹凸等の不具合を抑制できる。
また、電極切断装置について、前記中間体支持部はアンビルロールであり、前記片刃支持部はロール本体であるとともに、前記ロール本体の周面に前記片刃が設けられ、前記ロール本体と前記片刃とからダイロールが構成されていてもよい。
これによれば、ロール本体とアンビルロールの間に電極中間体が通されると、内側押圧部及び外側押圧部が圧縮され、電極中間体を押圧することで、電極中間体をロール本体とアンビルロールで挟持できる。このため、電極中間体がアンビルロール上で滑ることを抑制し、電極中間体を片刃で切るときに、電極となる部位の位置ずれを抑制し、電極の寸法精度の低下を抑制できる。
また、電極切断装置について、前記内側押圧部及び前記外側押圧部は、前記ロール本体の周方向の全体に亘って設けられるとともに前記ダイロールを構成し、前記内側押圧部及び前記外側押圧部は、前記アンビルロールとともに前記電極中間体を挟持し、前記アンビルロール及び前記ダイロールは、前記電極中間体を送り出すニップロールとして機能してもよい。
これによれば、ロール本体とアンビルロールの回転に伴い内側押圧部及び外側押圧部が圧縮されると、内側押圧部及び外側押圧部を介して、アンビルロールとロール本体の間に電極中間体が挟持される。すると、ダイロール及びアンビルロールの回転により、電極中間体を搬送方向へ送り出すことができる。したがって、内側押圧部及び外側押圧部を設けることで、電極切断装置を、電極中間体を送り出すニップロールとして機能させることができ、電極切断装置とは別にニップロールを設ける場合と比べて、設備コストを抑えることができる。
また、電極切断装置について、前記外側押圧部において、前記中間体支持部とともに前記電極中間体のうちの前記端材を挟持する部位の前記厚さ方向への寸法は3.5〜6.0mmであってもよい。
これによれば、外側押圧部と片刃との間に空間を確保しながらも端材となる部位を挟持する大きさを確保する。このため、内側押圧部によって電極となる部位を送り出し、外側押圧部によって端材となる部位を送り出すことができる。このため、電極中間体のうち、端材となる部位が送り出されない場合のように、電極の切断面と端材の切断面とが擦れて、切断面が凹凸状になったり、活物質粒子又は活物質の塊の発生を抑制できる。
本発明によれば、片刃を用いた場合の、電極の切断面の不具合を抑制できる。
以下、電極切断装置をロータリーダイカット装置34に具体化した一実施形態を図1〜図7にしたがって説明する。
まず、ロータリーダイカット装置34によって切り出される電極を備える二次電池について説明する。
まず、ロータリーダイカット装置34によって切り出される電極を備える二次電池について説明する。
図1に示すように、二次電池10は、例えばリチウムイオン二次電池である。二次電池10は、電極組立体11と、図示しない電解液と、電極組立体11及び電解液を収容しているケース12と、を備える。
図2に示すように、電極組立体11は、正極及び負極の電極13と、セパレータ24と、を備える。正極の電極13と負極の電極13とは、セパレータ24によって相互に絶縁された状態で層状に重なっている。
電極13は、矩形シート状である。正極及び負極の電極13は、集電体としての金属箔14を備える。正極の電極13の金属箔14は、例えばアルミニウム箔であり、負極の電極13の金属箔14は、例えば銅箔である。正極及び負極の電極13は、金属箔14の両面を覆う活物質層15を備える。正極及び負極の電極13は、金属箔14の一辺から突出した形状のタブ14aを備える。
電極13は、タブ14aの突出した長辺に沿って延びる第1縁13aを備える。タブ14aは、第1縁13aの途中から突出した形状である。電極13は、第1縁13aの対辺となる長辺に沿って延びる第2縁13bを備える。また、電極13は、第1縁13aと第2縁13bの一端同士を繋ぐ短辺に沿って延びる第3縁13cを備える。電極13は、第1縁13aと第2縁13bの他端同士を繋ぐ短辺に沿って延びる第4縁13dを備える。
負極の電極13の隣り合う2辺(長辺及び短辺)の長さは、正極の電極13の隣り合う2辺(長辺及び短辺)の長さより長く、負極の電極13は、正極の電極13より一回り大きい。また、負極の活物質層15の隣り合う2辺(長辺及び短辺)の長さは、正極の活物質層15の隣り合う2辺(長辺及び短辺)の長さより長く、負極の活物質層15は、正極の活物質層15より一回り大きい。なお、セパレータ24の平面形状は、負極の電極13の平面形状と同じであり、正極の電極13より一回り大きい。
次に、電極製造設備30について説明する。
図3(a)に示すように、電極製造設備30は、帯状の電極中間体20を個片の電極13の形状に切る切断工程を行うための設備である。電極製造設備30には、電極中間体20が供給される。
図3(a)に示すように、電極製造設備30は、帯状の電極中間体20を個片の電極13の形状に切る切断工程を行うための設備である。電極製造設備30には、電極中間体20が供給される。
搬送方向D1は、電極製造設備30において、電極中間体20が搬送される方向を示している。搬送方向D1は、電極中間体20の長手方向と一致する。また、幅方向D2は、電極中間体20の面に沿う方向のうち、搬送方向D1と直交する方向を示している。
ここで、電極中間体20について説明する。
図3(b)に示すように、帯状の電極中間体20は、集電体としての帯状金属箔21と、帯状金属箔21の一方の面に存在する一方の塗工部としての第1塗工部22a、及び帯状金属箔21の他方の面に存在する他方の塗工部としての第2塗工部22bと、を備える。電極中間体20において、帯状金属箔21と、第1塗工部22aと、第2塗工部22bが重なる方向を厚さ方向とし、厚さ方向への寸法を厚さとする。帯状金属箔21は電極13の金属箔14となる部位である。また、第1塗工部22a及び第2塗工部22bは電極13の活物質層15となる部位である。
図3(b)に示すように、帯状の電極中間体20は、集電体としての帯状金属箔21と、帯状金属箔21の一方の面に存在する一方の塗工部としての第1塗工部22a、及び帯状金属箔21の他方の面に存在する他方の塗工部としての第2塗工部22bと、を備える。電極中間体20において、帯状金属箔21と、第1塗工部22aと、第2塗工部22bが重なる方向を厚さ方向とし、厚さ方向への寸法を厚さとする。帯状金属箔21は電極13の金属箔14となる部位である。また、第1塗工部22a及び第2塗工部22bは電極13の活物質層15となる部位である。
第1塗工部22a及び第2塗工部22bは、活物質、導電剤、溶媒及びバインダを混合したペースト状の活物質合剤を帯状金属箔21の表面に塗布し、乾燥して形成されている。なお、さらに、ロールプレスなどにより各塗工部22a,22bを厚さ方向に加圧して、各塗工部22a,22bの活物質密度を高めてもよい。各塗工部22a,22bは、電極中間体20の長手方向に沿って、帯状に一定の幅で延びている。
また、電極中間体20は、電極中間体20の長手方向に沿って存在する露出部23を備える。本実施形態では、電極中間体20は、両方の長縁部E1,E2に沿って存在する露出部23を備える。各露出部23は、帯状金属箔21の長手方向に沿って一定幅で露出している。露出部23は、帯状金属箔21において両塗工部22a,22bが存在しない部位であり、帯状金属箔21が露出した部分である。第1塗工部22a及び第2塗工部22bに対し、露出部23は電極中間体20の幅方向D2に隣接している。本実施形態では、電極中間体20の幅方向D2に沿って、一方の露出部23、両塗工部22a,22b及び他方の露出部23が並んでいる。
図3(a)に示すように、電極製造設備30は、電極中間体20を供給する供給部31を備える。供給部31は、ロール状に捲回された電極中間体20を支持するホルダ32を備える。ホルダ32は、電極中間体20の搬送速度にあわせて、電極中間体20を送出する。なお、供給部31は、送出される電極中間体20よりも下方に配置されている。電極製造設備30は、電極中間体20を搬送する円柱状の搬送ロール33aを、電極中間体20を挟んで一対備えるとともに、ホルダ32から上に向けて送出された電極中間体20が水平に搬送されるように搬送ロール33aに向けて案内する案内ローラ33bを備える。
搬送ロール33a及び案内ローラ33bの軸心は、幅方向D2に沿って延びる。搬送ロール33aは、図示しない駆動装置によって軸心まわりで回転する。なお、電極中間体20は、第2塗工部22bが下側になる状態で搬送される。
電極製造設備30は、電極切断装置としてのロータリーダイカット装置34を備える。ロータリーダイカット装置34は、電極中間体20を、電極13の外形に沿うように切断するための装置である。図4に示す切断予定線20aは、本実施形態の電極中間体20において、切断される部位を示している。この実施形態において、切断予定線20aは、予め定めた形状である電極13の輪郭、つまり外形状と同一の形状であり、閉環状である。
図4又は図7に示すように、電極13の切断予定線20aのうち、タブ14aに対応した部分は、一方の長縁部E1寄り露出部23上、及び一方の長縁部E1寄りの両塗工部22a,22bに設定される。電極13の切断予定線20aのうち、第1縁13aに沿う部位は両塗工部22a,22b上の一方の長縁部E1寄りに設定され、第2縁13bに沿う部位は両塗工部22a,22b上の他方の長縁部E2寄りに設定される。電極13の切断予定線20aのうち、第3縁13c及び第4縁13dに沿う部位は、両塗工部22a,22bを幅方向D2に横断して設定され、電極中間体20の幅方向D2に延びる。
図3(a)又は図4に示すように、ロータリーダイカット装置34は、ダイロール35と、アンビルロール45を備える。ダイロール35の軸心、及び、アンビルロール45の軸心は、幅方向D2に沿って延び、かつ互いに平行である。ダイロール35及びアンビルロール45は、軸心まわりで互いに逆方向へ回転できるように図示しない駆動装置に支持されている。アンビルロール45は、金属製であり、アンビルロール45の表面は金属によって形成されている。
ダイロール35は、片刃支持部としての円柱状のロール本体36と、ロール本体36に設けられた矩形枠状の片刃40と、片刃40の内側に設けられる内側押圧部37と、片刃40の外側に設けられる外側押圧部38とを備える。ロール本体36が回転することで片刃40が移動する。
図5又は図7に示すように、片刃40は、電極13の切断予定線20aの形状に合わせた閉環状である。片刃40は、ロール本体36の周方向に沿って延びる形状の一対の第1刃部41を備える。
また、片刃40は、一方の第1刃部41の途中にタブ用刃部42を備える。タブ用刃部42は、ロール本体36の軸方向に沿う一対の長刃42aと、ロール本体36の周方向に沿い、一対の長刃42a同士を繋ぐ短刃42bとを備える。片刃40は、ロール本体36の軸方向に沿って周面から突出する形状の一対の第2刃部43を備える。各第2刃部43は、一対の第1刃部41の両端の間で延び、第1刃部41同士を繋いでいる。
第1刃部41の長手方向の両端を繋ぐ長さは、電極13の第1縁13a及び第2縁13bの長さと同じである。そして、第1刃部41は、第1縁13a及び第2縁13bに沿うように電極中間体20を切る。また、第2刃部43の長手方向への長さは、電極13の第3縁13c及び第4縁13dの長さと同じである。そして、第2刃部43は、第3縁13c及び第4縁13dに沿うように電極中間体20を切る。加えて、タブ用刃部42の形状は、タブ14aの形状と同じであり、タブ14aに沿うように電極中間体20を切る。
図6(b)に示すように、片刃40の刃先とアンビルロール45の周面が最接近した状態では、片刃40の刃先とアンビルロール45の周面との間にはクリアランスが存在し、片刃40の刃先はアンビルロール45の周面に接触しない。片刃40は、電極中間体20の切断時に、アンビルロール45に対し、一方の塗工部である第2塗工部22bの厚み以下の隙間を残した位置まで接近する。その結果、片刃40は、第1塗工部22a及び第2塗工部22bのうち、第1塗工部22a及び帯状金属箔21を切断し、かつ第2塗工部22bに非切断部25を残して電極中間体20を切り込む。
図6(a)に示すように、枠状の片刃40の内側面と外側面を繋ぐ方向を、片刃40の厚さ方向とし、厚さ方向への寸法を「厚さ」とする。片刃40は、枠の内側面に、電極中間体20に対し垂直面をなす第1側面40aを有する。第1側面40aは、片刃40の刃先からダイロール35の周面に至るまで、厚さ方向に沿う断面形状が直線状である。
片刃40は、片刃40の外側面のうちの刃先寄りの部分に傾斜面40bを有する。傾斜面40bは、片刃40の刃先からロール本体36に向かうに従い第1側面40aから離れるように拡幅する形状である。片刃40は、片刃40の外側面のうち、傾斜面40bとロール本体36とを繋ぐ第2側面40cを有する。第2側面40cは、厚さ方向に沿う断面形状が直線状であり、電極中間体20に対し垂直面をなす。
片刃40によって電極中間体20が切断されるとき、片刃40の内側に電極13が切り出される。電極13は、電極中間体20の少なくとも上部が片刃40の第1側面40aに沿って切断されることによって形成される。一方、電極中間体20のうち、電極13が切り出された後の部分は、端材29となる。端材29は、電極中間体20の少なくとも上部が片刃40の傾斜面40bに沿って切断されることによって形成される。
次に、内側押圧部37及び外側押圧部38について説明する。内側押圧部37及び外側押圧部38は、弾性を有する材料によって形成されている。本実施形態では、内側押圧部37及び外側押圧部38は同じ材質のスポンジ製である。内側押圧部37及び外側押圧部38は、厚さ方向に沿った断面形状が矩形状である。内側押圧部37及び外側押圧部38において、ロール本体36の周面から突出する方向を高さ方向とし、内側押圧部37及び外側押圧部38の高さ方向への寸法を高さとし、厚さ方向への寸法を厚さとする。内側押圧部37のうち第1刃部41及び第2刃部43に沿う部分での厚さ、及び外側押圧部38のうち第1刃部41及び第2刃部43に沿う部分での厚さは、高さ方向に一定である。
図6(a)に示すように、内側押圧部37及び外側押圧部38の非圧縮時の高さは、ロール本体36とアンビルロール45との最短距離よりも大きい。なお、ロール本体36とアンビルロール45との最短距離とは、ロール本体36の周面とアンビルロール45の周面との最短距離である。また、内側押圧部37及び外側押圧部38の非圧縮時の高さは、片刃40のダイロール35からの高さ以上である。
図6(b)に示すように、ロール本体36とアンビルロール45との離間距離が最も短い箇所を内側押圧部37及び外側押圧部38が通過するときには、内側押圧部37及び外側押圧部38が圧縮され、内側押圧部37及び外側押圧部38よりもアンビルロール45側に片刃40の刃先が突出して、電極中間体20を切る。
図6(a)に示すように、非圧縮時の内側押圧部37の外側面37a及び内側面は平坦面状である。内側押圧部37の外側面37aの全体は、片刃40の第1側面40aに面接触している。内側押圧部37は、ダイロール35からの突出方向の先端に電極押圧面37cを備える。電極押圧面37cは、片刃40によって電極中間体20から切り出される電極13の外周縁をアンビルロール45に向けて押圧する。そして、片刃40が電極中間体20を切る際に、内側押圧部37は、ロール本体36とアンビルロール45との間で圧縮されることで電極13をアンビルロール45に向けて押圧する。なお、本実施形態では、内側押圧部37及び外側押圧部38はロール本体36とアンビルロール45との離間距離が最も短い箇所で60%〜80%に圧縮される。
外側押圧部38の外側面38a及び内側面38bは平坦面状である。外側押圧部38は、ロール本体36からの突出方向の先端に端材押圧面38cを備える。端材押圧面38cは、片刃40によって電極中間体20から切り出される端材29をアンビルロール45に向けて押圧する。そして、片刃40が電極中間体20を切る際に、外側押圧部38は、ロール本体36とアンビルロール45との間で圧縮されることで端材29をアンビルロール45に向けて押圧する。したがって、電極中間体20を切る際、アンビルロール45の周面と、圧縮された内側押圧部37及び外側押圧部38とで電極中間体20を挟持し、電極中間体20を搬送方向D1に送り出すことができる。よって、ロール本体36に内側押圧部37及び外側押圧部38を設けることで、ダイロール35とアンビルロール45は、電極中間体20を送り出すニップロールとして機能する。
外側押圧部38の内側面38bのうち、ロール本体36寄りは、片刃40の第2側面40cに面接触している。外側押圧部38の内側面38bのうち、厚さ方向において傾斜面40bに対向する部分は、傾斜面40bから厚さ方向に離間している。このため、傾斜面40bと外側押圧部38の内側面38bとの間には、空間Sが区画されている。
高さ方向への空間Sの寸法は、高さ方向への傾斜面40bの寸法と同じである。厚さ方向への空間Sの寸法は、同じく厚さ方向への傾斜面40bの寸法と同じである。片刃40によって電極中間体20を切る際、片刃40が侵入した部分に相当する部位、主には第1塗工部22aにおいて構成物が押し退けられる。以降の説明において、片刃40によって押し退けられる電極中間体20の構成物を「除去合剤」と記載する。空間Sは、電極中間体20の切断時に発生する除去合剤を逃がす容積を持つ。
外側押圧部38がロール本体36とアンビルロール45との間で圧縮されたとき、外側押圧部38は高さ方向に圧縮され、厚さ方向に膨らむ。このため、空間Sには、圧縮に伴って膨らんだ外側押圧部38の一部が入り込むが、空間S全体を埋めることはなく、膨らんだ外側押圧部38は、傾斜面40bから離れている。
外側押圧部38の端材押圧面38cにおいて、厚さ方向への寸法は3.5mm〜6.0mmに設定されるのが好ましい。端材押圧面38cの厚さ方向への寸法が3.5mmより小さいと、外側押圧部38を介したロール本体36とアンビルロール45による端材29の挟持力が弱くなり、電極中間体20を送り出す機能が低下して好ましくない。一方、端材押圧面38cの厚さ方向への寸法が6.0mmあれば、外側押圧部38を介したロール本体36とアンビルロール45による端材29の挟持力を十分に確保できる。このため、端材押圧面38cの厚さ方向への寸法が6.0mmより大きいと、余分な外側押圧部38が増えてしまい好ましくない。
図3(a)に示すように、ロータリーダイカット装置34は、アンビルロール45の軸方向両端に嵩上げ部46を備える。嵩上げ部46は、樹脂製の帯材をアンビルロール45の周面に貼り付けて形成されている。アンビルロール45の径方向に沿った嵩上げ部46の寸法を厚さとする。ロータリーダイカット装置34において、嵩上げ部46の厚さは、電極中間体20の両塗工部22a,22bの厚さと同じに設定される。
電極製造設備30は、ロータリーダイカット装置34の下方に案内装置50を備える。案内装置50は、端材29を電極13の搬送方向とは異なる方向へ案内する。具体的には、端材29をロータリーダイカット装置34よりも下方へ案内する。
案内装置50は、円柱状の分離ローラ51と、巻取リール52と、を備える。分離ローラ51の軸心は、幅方向D2に沿って延びる。分離ローラ51は、軸心まわりで回転できるように図示しない駆動装置に支持され、巻取リール52は、軸心まわりで回転できるように図示しない駆動装置に支持されている。分離ローラ51は、その回転によって端材29を下方へ案内し、分離ローラ51の下方に配置された巻取リール52へ案内する。巻取リール52は、分離ローラ51によって案内された端材29を巻き取る。
電極製造設備30は、電極中間体20から切り出された電極13を吸着して搬送方向D1へ搬送する吸着コンベア60を備える。吸着コンベア60は、切り出された電極13よりも上側に配置されている。吸着コンベア60は、ベルトコンベアの一種である。吸着コンベア60は、周知のものであるため、構造の詳細の図示は省略する。
吸着コンベア60は、多数の通気孔が形成されたベルト61と、ベルト61の内側において、ベルトに対向した開口を有する図示しない負圧ダクトと、を備える。図示しない真空ポンプ又はブロアに負圧ダクトが接続されることで、負圧ダクトの内部は負圧に維持され、ベルトの通気孔を経由した吸気が行われる。
吸着コンベア60では、負圧ダクトは下方に向けて開口し、吸着コンベア60の下面が吸着面60aとされている。そして、例えば、真空ポンプの作用により、負圧ダクトの内部が負圧にされると、切り出された電極13が吸着面60aに吸着され、吸着された状態で、ベルトの移動に伴って搬送される。
次に、ロータリーダイカット装置34による電極13の製造方法を作用とともに記載する。
電極中間体20を、個片の電極13の形状に切る際、図4に示すように、電極中間体20は、その一面となる第2塗工部22bがアンビルロール45に支持されるとともに、露出部23が嵩上げ部46に支持される状態で、ロール本体36とアンビルロール45の間を通過する。
電極中間体20を、個片の電極13の形状に切る際、図4に示すように、電極中間体20は、その一面となる第2塗工部22bがアンビルロール45に支持されるとともに、露出部23が嵩上げ部46に支持される状態で、ロール本体36とアンビルロール45の間を通過する。
図6(b)に示すように、片刃40がアンビルロール45に最も接近した場所に近付くに従い、内側押圧部37及び外側押圧部38は徐々に高さ方向へ圧縮されて弾性変形していき、片刃40がアンビルロール45に最も接近した場所で内側押圧部37及び外側押圧部38は、高さ方向へ最も圧縮される。このとき、片刃40は内側押圧部37の電極押圧面37c及び外側押圧部38の端材押圧面38cから最も突出する状態である。また、内側押圧部37の外側面37aと片刃40の第1側面40aは接触しているが、外側押圧部38と傾斜面40bの間には空間Sが形成されている。
アンビルロール45の表面は金属製である。そして、内側押圧部37及び外側押圧部38は、ロール本体36によってアンビルロール45に向けて押圧され、所定の圧縮率まで圧縮される。このため、電極中間体20の電極13側では、電極中間体20の一面となる下面をアンビルロール45が支持し、電極中間体20の他面となる上面を内側押圧部37で押圧する。また、電極中間体20において、電極13の外側に形成される端材29側では、電極中間体20の下面をアンビルロール45が支持し、電極中間体20の上面を外側押圧部38で押圧する。すると、電極中間体20は、ロール本体36とアンビルロール45の間において移動が規制される程度に挟持される。
よって、電極中間体20は、内側押圧部37及び外側押圧部38を介したダイロール35とアンビルロール45によって、搬送方向D1に送り出されながら、ダイロール35が回転することにより、片刃40が電極中間体20に徐々に押し付けられていき、片刃40によって電極中間体20が搬送方向D1に沿って徐々に切られていく。すると、電極中間体20から個片の電極13が切り出されるとともに、電極13の外側に端材29が形成される。
電極中間体20から電極13が切り出される過程では、片刃40によって押し退けられた除去合剤は、空間Sの存在によって上下方向に移動する。ここで、空間Sがなく、上下方向に除去合剤の逃げ場がない場合を想定すると、逃げ場のない除去合剤には外側に移動する力が作用する。すると、この力が、分離する前の電極13側にも伝達され、電極13が片刃40に押し付けられるような力が作用する。しかしながら、除去合剤を上下方向に逃がすことのできる空間Sを設け、その空間Sに除去合剤を逃がすことで、電極13に作用する力を軽減できる。
電極13は、内側押圧部37によってアンビルロール45に向けて押圧されるため、片刃40によって電極中間体20を切る最中に電極中間体20が移動することが抑制され、所望する寸法の電極13が切り出される。また、端材29は、外側押圧部38によってアンビルロール45に向けて押圧される。このとき、端材押圧面38cの寸法が3.5〜6.0mm確保され、かつ所定の圧縮率まで圧縮される。このため、端材29は、片刃40によって電極中間体20を切る最中に電極中間体20が移動することが抑制されるとともに、搬送方向D1へ送り出される。
そして、図3(a)に示すように、電極中間体20に切り込まれた電極13は、吸着コンベア60の吸着面60aに吸着され、吸着された状態で、ベルトの移動に伴って搬送される。その一方で、電極中間体20から電極13が切り出されて残った端材29は案内装置50の分離ローラ51によって下方へ案内されるとともに巻取リール52に巻き取られる。
搬送方向D1へ搬送される電極13と、ロータリーダイカット装置34より下方へ案内される端材29とは、移動していく方向が異なるため、電極13と端材29とは切断面同士が擦れやすいが、発生する除去合剤を空間Sに逃がしているため、除去合剤を介した、電極13と端材29の切断面同士の接触を抑制している。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)片刃40の傾斜面40bと、外側押圧部38の内側面38bとの間に空間Sを確保した。このため、片刃40が電極中間体20に侵入するのに伴い発生した除去合剤を空間Sに逃がすことができる。このため、片刃40の厚さ方向に沿う傾斜面40bの外側に除去合剤が向かうことを抑制し、除去合剤を原因として電極中間体20が片刃40に押し付けられることを抑制できる。その結果、電極中間体20における電極13側に作用する押し付け力を抑え、電極中間体20の切断前の箇所と片刃40の第1側面40aとの擦れを抑制する。これにより、擦れに起因する活物質粒子の発生を抑制できる。その結果として、電極13の切断面からの活物質粒子の剥離を抑制し、切断面の凹凸等の不具合を抑制できる。
(1)片刃40の傾斜面40bと、外側押圧部38の内側面38bとの間に空間Sを確保した。このため、片刃40が電極中間体20に侵入するのに伴い発生した除去合剤を空間Sに逃がすことができる。このため、片刃40の厚さ方向に沿う傾斜面40bの外側に除去合剤が向かうことを抑制し、除去合剤を原因として電極中間体20が片刃40に押し付けられることを抑制できる。その結果、電極中間体20における電極13側に作用する押し付け力を抑え、電極中間体20の切断前の箇所と片刃40の第1側面40aとの擦れを抑制する。これにより、擦れに起因する活物質粒子の発生を抑制できる。その結果として、電極13の切断面からの活物質粒子の剥離を抑制し、切断面の凹凸等の不具合を抑制できる。
(2)片刃40を電極中間体20に押し付けて電極中間体20が切断されるが、アンビルロール45の表面を金属製とすることで、アンビルロール45の表面が例えばゴム製の場合と比べると、片刃40の押し付けに伴う電極中間体20の撓みを抑制できる。このため、片刃40の押し付けに伴う電極中間体20の撓みを原因とした電極13の寸法ずれを抑制できる。
(3)アンビルロール45の表面を金属製としたため、アンビルロール45に片刃40の刃先が接触することによる摩耗を回避するため、電極中間体20は、第2塗工部22bに非切断部25が残るように切断される。また、アンビルロール45は金属製であるため、電極中間体20はアンビルロール45上で滑りやすい。このため、電極中間体20のうち、電極13となる部位を内側押圧部37で押圧し、端材29となる部位を外側押圧部38によって押圧するようにして、電極中間体20の滑りを抑制するようにした。よって、電極13の寸法精度を高めて切断できる。
(4)内側押圧部37の外側面37aは、片刃40の第1側面40aの高さ方向全体に亘って接触している。このため、内側押圧部37は、垂直面としての第1側面40aに沿って電極中間体20に向かって圧縮される。よって、内側押圧部37によって、電極13となる部位をアンビルロール45に向けて的確に押圧することができる。その結果、電極中間体20を片刃40で切断するときに、電極13となる部位の位置ずれを抑制し、切断される電極13の寸法精度の低下を抑制できる。
(5)ロール本体36とアンビルロール45の間に電極中間体20が通されると、内側押圧部37及び外側押圧部38が圧縮され、電極中間体20がロール本体36とアンビルロール45で挟持される。このため、電極中間体20がアンビルロール45上で滑ることが抑制され、電極中間体20を片刃40で切断するときに、電極13となる部位の位置ずれを抑制し、切り出される電極13の寸法精度の低下を抑制できる。
(6)内側押圧部37及び外側押圧部38は、ロール本体36の周方向の全体に亘って設けられている。そして、ロール本体36とアンビルロール45の間で内側押圧部37及び外側押圧部38が圧縮され、電極中間体20をアンビルロール45に向けて押圧することで、アンビルロール45及びダイロール35は、電極中間体20を送り出すニップロールとして機能し、電極中間体20を送り出すことができる。したがって、ロータリーダイカット装置34とは別にニップロールを設けて電極中間体20を搬送する場合と比べて、設備コストを抑えることができる。
(7)外側押圧部38において、アンビルロール45とともに端材29を挟持する部位の厚さ方向への寸法は3.5〜6.0mmである。このため、外側押圧部38と片刃40との間に空間Sを確保しながらも端材29となる部位を挟持する大きさを確保する。このため、内側押圧部37によって電極13となる部位を送り出し、外側押圧部38によって端材29となる部位を送り出すことができる。電極中間体20のうち、端材29が送り出されない場合のように、電極13の切断面と端材29の切断面とが擦れて、切断面が凹凸状になったり、異物が発生することを抑制できる。
本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○ 電極製造設備30において、ロータリーダイカット装置34よりも搬送方向D1の上流側及び下流側の少なくともいずれかにニップロールを設け、ニップロールによって電極中間体20を送り出すようにしてもよい。
○ 電極製造設備30において、ロータリーダイカット装置34よりも搬送方向D1の上流側及び下流側の少なくともいずれかにニップロールを設け、ニップロールによって電極中間体20を送り出すようにしてもよい。
○ 電極切断装置は、ロータリーダイカット装置34以外の構造であってもよい。例えば、中間体支持部を平坦面を有する金属板製とし、片刃支持部を平板状の金属板製とする。片刃支持部の平坦面に片刃40が一体に設けられている。そして、中間体支持部と片刃支持部との間に、搬送されてきた電極中間体20を配置し、搬送を停止させる。中間体支持部に向けて片刃40を移動させて電極中間体20を片刃40によって切断する。
○ ダイロール35の周面のうち、片刃40の内側全体に内側押圧部37が設けられ、片刃40の外側全体に外側押圧部38が設けられていてもよい。
○ 内側押圧部37の外側面37aは、片刃40の第1側面40aに接触しておらず、第1側面40aから僅かに離れていてもよい。
○ 内側押圧部37の外側面37aは、片刃40の第1側面40aに接触しておらず、第1側面40aから僅かに離れていてもよい。
○ 空間Sに除去合剤を逃がすことができれば、空間Sの大きさは変更してもよい。実施形態では、外側押圧部38の内側面38bは、第2側面40cに接触し、傾斜面40bには接触しないように設けたが、外側押圧部38の内側面38bの一部は傾斜面40bに接触していてもよい。
○ 外側押圧部38によって端材29を押圧することができれば、厚さ方向への外側押圧部38の寸法は、3.5mmより小さくてもよいし、6.0mmより大きくてもよい。
○ 空間Sは、外側押圧部38の内側面38bを切除した凹部によって設けてもよい。
○ 空間Sは、外側押圧部38の内側面38bを切除した凹部によって設けてもよい。
○ 集電体は、活物質合剤が塗布できるものであれば、金属箔に限定されるものではない。例えば、織物状や網状のシートを用いてもよい。
○ 蓄電装置は、例えばキャパシタなど、二次電池以外の蓄電装置にも適用可能である。
○ 蓄電装置は、例えばキャパシタなど、二次電池以外の蓄電装置にも適用可能である。
○ 二次電池10は、リチウムイオン二次電池でもよいし、他の二次電池であってもよい。要は、正極用の活物質と負極用の活物質との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであればよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
(1)前記内側押圧部及び前記外側押圧部は弾性を有する材料によって形成されている。
(1)前記内側押圧部及び前記外側押圧部は弾性を有する材料によって形成されている。
S…空間、13…電極、20…電極中間体、21…集電体としての帯状金属箔、22a…第1塗工部、22b…第2塗工部、29…端材、34…電極切断装置としてのロータリーダイカット装置、35…ダイロール、36…片刃支持部としてのロール本体、37…内側押圧部、38b…内側面、38…外側押圧部、40…片刃、40a…垂直面としての第1側面、40b…傾斜面、45…中間体支持部としてのアンビルロール。
Claims (4)
- 集電体の両面に活物質合剤の塗工部を有する電極中間体を切ることにより、前記電極中間体から電極を製造する電極切断装置であって、
前記電極中間体を支持する表面が金属製の中間体支持部と、
前記電極中間体を挟んで前記中間体支持部に対向する片刃支持部と、
前記片刃支持部に設けられ、切断時に、前記中間体支持部に対し、一方の塗工部の厚み以下の隙間を残した位置まで接近する片刃と、
前記片刃と接触するように前記片刃の内側に設けられ、前記電極中間体のうち前記電極となる部位を押圧する内側押圧部と、
前記片刃の外側に設けられ、前記電極中間体のうち前記電極となる部位以外の端材を押圧する外側押圧部と、を備え、
前記片刃の内側面と外側面を繋ぐ方向を前記片刃の厚さ方向とすると、前記片刃は、前記厚さ方向に沿う断面形状において前記内側面に垂直面を有し、かつ前記外側面に、刃先から前記片刃支持部に向けて拡幅する傾斜面を有し、
前記厚さ方向における前記傾斜面よりも外側で、かつ前記外側押圧部の内側面との間に空間を有することを特徴とする電極切断装置。 - 前記中間体支持部はアンビルロールであり、前記片刃支持部はロール本体であるとともに、前記ロール本体の周面に前記片刃が設けられ、前記ロール本体と前記片刃とからダイロールが構成されている請求項1に記載の電極切断装置。
- 前記内側押圧部及び前記外側押圧部は、前記ロール本体の周方向の全体に亘って設けられるとともに前記ダイロールを構成し、前記内側押圧部及び前記外側押圧部は、前記アンビルロールとともに前記電極中間体を挟持し、前記アンビルロール及び前記ダイロールは、前記電極中間体を送り出すニップロールとして機能する請求項2に記載の電極切断装置。
- 前記外側押圧部において、前記中間体支持部とともに前記電極中間体のうちの前記端材を挟持する部位の前記厚さ方向への寸法は3.5〜6.0mmである請求項1〜請求項3のうちいずれか一項に記載の電極切断装置。
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JP2022107195A (ja) * | 2021-01-08 | 2022-07-21 | プライムプラネットエナジー&ソリューションズ株式会社 | 帯状シートの切断装置、及び、帯状シートの切断方法 |
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