JP4013275B2 - リチウム箔の加工装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、長尺な極板に短冊状リチウム箔を貼り付けるために、長尺なリチウム箔の所定の部位に少なくとも一部を分断する加工処理を施すリチウム箔の加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、電池用電極としてリチウム電極を組み込んだリチウム電池が、種々の用途に採用されている。このリチウム電極は、通常、フープ状やシート状の長尺なリチウム箔が、所望の切断部位毎に少なくとも一部を分断する加工を施された後、短冊状リチウム箔として集電体(極板)面に固着されることにより製造されている。
【0003】
ところで、この種のリチウム箔を連続して加工すると、摩擦や静電気等によって刃先にリチウムが付着し易く、加工不能になるという不具合が生じている。このため、刃先にリチウムが付着することを防止するために種々の提案がなされている。例えば、特開平7−136978号公報には、互いに噛合する第1刃または第2刃の側面が濡れるように有機溶剤を含浸した吸液体を当接させるとともに、リチウムホイルの移送元の側面にリチウムと反応しない気体を噴射させる噴射装置を設けた切断装置が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、有機溶剤としてプロピレンカーボネイト液が使用されており、このプロピレンカーボネイト液が切断時に第1刃または第2刃からリチウムホイルに付着して電池内に混入し易い。これにより、電池内に混入したプロピレンカーボネイト液によって、電池性能が著しく低下するという問題が指摘されている。
【0005】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、刃部材にリチウムが付着することを確実に阻止するとともに、効率的かつ高精度な加工処理を継続して行うことが可能なリチウム箔の加工装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明では、アクチュエータの作用下に刃部材が進退して前記リチウム箔を加工する際、前記刃部材がストリッパ部材に対して相対的に進退する。ここで、ストリッパ部材に設けられたブラシ部材には、リチウム付着防止剤として飽和炭化水素が供給されている。従って、刃部材がブラシ部材に摺動することにより、前記刃部材に飽和炭化水素が容易かつ確実に塗布される。
【0007】
このため、刃部材にリチウムが付着することを有効に阻止することができ、しかも前記リチウムに付着した飽和炭化水素は、リチウム電池の製造工程中に揮発除去されてリチウム電池内に混入することがない。
【0008】
さらに、供給手段が、ストリッパ部材に設けられる通路を有し、この通路にポンプから飽和炭化水素が送られる。従って、簡単な構成で、ストリッパ部材に設けられたブラシ部材に飽和炭化水素を有効に供給することができる。その際、刃部材を進退自在に配置するケーシング部材内に、ブラシ部材に供給された飽和炭化水素をこのブラシ部材に循環供給するための貯留部が設けられる。これにより、比較的高価な飽和炭化水素を経済的に使用することが可能になる。
【0009】
また、ポンプから送られる飽和炭化水素を一旦貯留する中間槽が設けられ、前記飽和炭化水素が該ポンプの非影響下に、すなわち重力や浸透圧等によりこの中間槽からブラシ部材に供給される。このため、ポンプの吐出量を制御する必要がなく、特に飽和炭化水素を循環供給する際、前記飽和炭化水素を安定してブラシ部材に供給することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施形態に係るリチウム箔の加工装置を組み込む貼付システム10の概略構成図である。
【0011】
貼付システム10は、フープ状の電極支持体に一定間隔で活物質が間欠塗布された長尺な極板12を巻回し、トルクモータ(図示せず)により一定のトルクで送り出す送り出し軸14と、この送り出し軸14から送り出された前記極板12をその長手方向(矢印A方向)に搬送する極板搬送機構16と、前記極板12の一方の面12aに所定の長さの短冊状リチウム箔18を所定の間隔毎に貼り付ける第1貼付機構20と、前記極板12の他方の面12bに所定の長さの短冊状リチウム箔18を所定の間隔毎に貼り付ける第2貼付機構22と、両方の面12a、12bに前記短冊状リチウム箔18が貼り付けられた該極板12をセパレータ(合紙)24と一体的に一定のテンションで巻き取る巻き取り軸26と、前記セパレータ24を巻回するセパレータ送り出し軸31とを備える。
【0012】
極板搬送機構16は、極板12を吸着保持し、サーボモータ32を介してこの極板12を定量送りするメインフィードローラ34と、前記極板12を送り出し軸14から巻き取り軸26に向かって搬送するための複数のパスローラ36とを備える。
【0013】
第1および第2貼付機構20、22は、それぞれ長尺なリチウム箔18aと合紙40とを一体的に巻回する第1および第2送り出し軸42、44と、この第1および第2送り出し軸42、44から前記リチウム箔18aを送り出すために前記合紙40を巻き取る第1および第2合紙巻き取り軸46、48とを備える。第1および第2合紙巻き取り軸46、48は、第1および第2送り出し軸42、44に近接して設けられるとともに、この第1および第2合紙巻き取り軸46、48は、矢印方向に回転することにより前記第1および第2送り出し軸42、44にリチウム箔18aと一体に巻回されている合紙40を巻き取る。
【0014】
第1および第2送り出し軸42、44と第1および第2合紙巻き取り軸46、48とは、第1および第2ユニット50、52に配設されている。この第1および第2ユニット50、52は、リチウム箔18aの送り出し方向(矢印BおよびC方向)に直交する方向(図1の紙面に直交する方向)に移動自在である。
【0015】
各リチウム箔18aの搬送路上には、第1および第2合紙巻き取り軸46、48の間欠回転作用下に第1および第2送り出し軸42、44から間欠的に送り出される前記リチウム箔18aに一定のテンション(10g〜100g)を付与する第1および第2ダンサーローラ54、56が上下方向に揺動自在に配設される。
【0016】
第1および第2ダンサーローラ54、56の下流側には、リチウム箔18aを外周面に所定の角度範囲にわたって吸着保持する第1および第2切断ローラ58、60と、前記第1および第2切断ローラ58、60に並設されるとともに、後述する加工装置によって一部が分断されたリチウム箔18aを保持して極板12のそれぞれの面12a、12b側で間欠的に回転する第1および第2転写ローラ62、64とが設けられる。
【0017】
第1および第2切断ローラ58、60の周面近傍には、本実施形態に係る第1および第2加工装置66、68が配設される。第1および第2加工装置66、68は、第1および第2切断ローラ58、60に同期してリチウム箔18aに所定の間隔毎に、かつこのリチウム箔18aの搬送方向に直交して設けられた切断部位に沿って間欠的に開口部、例えば、ミシン目を形成する。
【0018】
図2に示すように、第1加工装置66は、サーボモータ(アクチュエータ)70を介し第1切断ローラ58に対して進退自在な刃部材72と、この刃部材72に対して進退可能に支持されるストリッパ部材74と、前記ストリッパ部材74に設けられ、加工処理時に該刃部材72が摺動するブラシ部材76と、このブラシ部材76にリチウム付着防止剤として飽和炭化水素(Cn H2n+2)78を供給する供給手段80とを備える。
【0019】
サーボモータ70は、支持板(図示せず)に固定されており、このサーボモータ70の回転軸84にカム86が固着される。このカム86に当接するカムフォロア88は、支点90を中心に揺動自在なアーム部材92の一端に装着される。アーム部材92の他端には、ローラフォロア94が位置調整手段96を介して装着される。位置調整手段96は、ボルト98と、このボルト98が螺合するとともにローラフォロア94が支持されるホルダ100とを備える。
【0020】
図2および図3に示すように、ローラフォロア94が載置される昇降板102には、ロッド104a、104bの下端が固定され、前記ロッド104a、104bがケーシング部材106内に液密性ブシュ108a、108bを介して挿入される。ケーシング部材106は、支持板(図示せず)に固定されるとともに、その内部に飽和炭化水素78を循環させるための貯留部110が設けられる。
【0021】
ロッド104a、104bの上部には、プレート112が固着され、このプレート112に刃部材72が一体的または個別に設けられる。プレート112の下面とケーシング部材106の底面との間にスプリング114が介装され、このスプリング114の付勢作用下に前記プレート112が常時上方に押圧されている。プレート112の両端部には、ガイドロッド116a、116bを介してストリッパ部材74が昇降自在に支持されており、このガイドロッド116a、116bにスプリング118a、118bが外装される。
【0022】
ストリッパ部材74は、ブラシ部材76を配設するための開口部120を設けており、この開口部120に供給手段80を構成する複数の通路122が連通する(図4参照)。図3に示すように、供給手段80は、ケーシング部材106の貯留部110に一端が連通する第1管体124と、前記第1管体124の他端が開放されるとともに飽和炭化水素78が貯留されるタンク126と、このタンク126に一端が開放される第2管体128と、前記第2管体128に接続されるポンプ130と、前記ポンプ130の導出側に接続される第3管体132と、前記第3管体132が開放される中間槽134と、前記中間槽134およびストリッパ部材74の通路122を連通する第4管体136とを備える。
【0023】
中間槽134は、ポンプ130から送られる飽和炭化水素78を一旦貯留するとともに、この飽和炭化水素78を前記ポンプ130の非影響下に、すなわち重力や浸透圧等を介してブラシ部材76に供給する機能を有する。第4管体136は、飽和炭化水素78を重力や浸透圧等を介してブラシ部材76に送るため、その直径が第1〜第3管体124、128および132よりも小径に設定されている。
【0024】
第2加工装置68は、上記の第1加工装置66と同様に構成されており、同一の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0025】
図1に示すように、第1および第2転写ローラ62、64に対向する位置には、極板12のそれぞれの面12b、12a側から前記第1および第2転写ローラ62、64に同期して該第1および第2転写ローラ62、64の周面を押圧する第1および第2ニップローラ140、142が配設される。
【0026】
このように構成される第1および第2加工装置66、68の動作について、貼付システム10との関連で以下に説明する。
【0027】
図1に示すように、送り出し軸14には、フープ状の極板12が巻回されており、一方、第1および第2送り出し軸42、44には、金属に対して粘着性のある薄い金属箔であるフープ状のリチウム箔18aが、ポリプロピレン、ポリエチレン等の絶縁材料で形成された合紙40と重畳された状態で巻回されている。また、セパレータ送り出し軸31には、同様にフープ状のセパレータ24が巻回されている。なお、本実施形態では、飽和炭化水素として、n=12のドデカン、すなわち、CH3 (CH2 )10CH3 の分子式を有する油状パラフィン系化合物を用いている。
【0028】
そこで、送り出し軸14が、図示しないトルクモータにより逆回転されて極板12に一定のトルクを与え、この極板12がパスローラ36の案内作用下にメインフィードローラ34を介して搬送される。このメインフィードローラ34は、サクションドラムを構成しており、極板12を吸着しサーボモータ32を介して定量搬送を行う。このため、極板12は、メインフィードローラ34およびパスローラ36を含む極板搬送機構16を介して矢印A方向に定量搬送される。
【0029】
一方、第1貼付機構20では、リチウム箔18aに第1ダンサーローラ54を介して所定のテンション、例えば、50gのテンションが付与されており、第1合紙巻き取り軸46が回転駆動されて合紙40のみが巻き取られる。このため、リチウム箔18aは、巻き戻しによるテンション変動が作用しない状態で、第1ダンサーローラ54による一定テンション下で第1送り出し軸42から円滑に送り出され、第1切断ローラ58側に移送される。
【0030】
リチウム箔18aは、第1ダンサーローラ54により所定のテンションが付与された状態で、第1切断ローラ58の外周面に吸着保持され、この第1切断ローラ58が間欠的に回転されることにより、前記リチウム箔18aが所定の切断ピッチで間欠搬送される。そして、リチウム箔18aの切断部位が第1加工装置66に対応する位置に停止されると、この第1加工装置66を介して前記リチウム箔18aに開口部、例えば、ミシン目が形成される。
【0031】
すなわち、図2に示すように、サーボモータ70の作用下に回転軸84を介してカム86が回転すると、このカム86に当接するカムフォロア88を装着したアーム部材92が、その他端側を支点90を中心に上方(矢印D方向)に揺動する。このため、アーム部材92の他端に設けられたローラフォロア94が上昇して昇降板102の保持作用が解除され、スプリング114を介してプレート112が上昇する。従って、図5Aに示すように、先ず、ストリッパ部材74がリチウム箔18aを第1切断ローラ58の外周面に保持する。
【0032】
さらに、プレート112が上昇することにより、刃部材72がストリッパ部材74に保持されているリチウム箔18aに所定の加工処理を施して前記リチウム箔18aにミシン目が形成される(図5B参照)。次いで、カム86およびカムフォロア88を介してアーム部材92の他端側が下方(図2中、矢印E方向)に揺動すると、ローラフォロア94がスプリング114に抗して昇降板102を下方に押圧する。これにより、ストリッパ部材74がリチウム箔18aを第1切断ローラ58に保持した状態で、プレート112と一体的に刃部材72が下降する(図5C参照)。そして、プレート112がさらに下降することにより、ストリッパ部材74が第1切断ローラ58から離間する。
【0033】
この場合、本実施形態では、ストリッパ部材74にブラシ部材76が配設されるとともに、供給手段80を介してこのブラシ部材76に飽和炭化水素78が供給されている。従って、刃部材72がブラシ部材76に摺動することにより、この刃部材72には、前記ブラシ部材76に含浸されている飽和炭化水素78が円滑かつ確実に塗布される。
【0034】
このように、刃部材72は、リチウム箔18aの加工処理を行う毎に、ブラシ部材76に摺動してこのブラシ部材76から飽和炭化水素78が十分に塗布される。このため、極めて簡単な構成で、刃部材72にリチウムが付着することを確実に阻止することができ、効率的かつ高精度な加工処理を継続して行うことが可能になるという効果が得られる。
【0035】
さらに、本実施形態では、ポンプ130の作用下に飽和炭化水素78をタンク126から中間槽134に一旦供給した後、この中間槽134に接続された第4管体136からストリッパ部材74の複数の通路122に前記飽和炭化水素78を重力や浸透圧等を利用して供給している。このため、ブラシ部材76には、複数の通路122から常時十分な量の飽和炭化水素78が含浸され、刃部材72に前記飽和炭化水素78を有効に供給することが可能になる。
【0036】
その際、ブラシ部材76から溢れた飽和炭化水素78は、ケーシング部材106内の貯留部110に一旦貯留され、第1管体124を介してタンク126に戻される。さらに、飽和炭化水素78は、ポンプ130の作用下に、第2〜第4管体128、132および136を介してストリッパ部材74の通路122に循環される。従って、比較的高価な飽和炭化水素78を経済的に活用することができるという利点がある。
【0037】
しかも、供給手段80は、ポンプ130とブラシ部材76との間に中間槽134を備えている。これにより、ポンプ130の吐出量を制御する必要がなく、特に飽和炭化水素78を循環供給する際にも、前記飽和炭化水素78を安定してブラシ部材76に供給することができる。
【0038】
また、本実施形態では、リチウム付着防止剤としてドデカンを使用しているため、刃部材72により加工されたリチウム箔18aにこのドデカンが付着していても、前記リチウム箔18aを用いて電池組立工程に移行するまでの間に、このドデカンが揮発する。従って、電池内にドデカンが混入されることがなく、電池性能の低下等を確実に阻止することができるという効果が得られる。
【0039】
ところで、第1加工装置66でミシン目が形成されたリチウム箔18aは、第1切断ローラ58と第1転写ローラ62とが同期して互いに逆方向に回転駆動されるため、前記第1切断ローラ58の外周面から前記第1転写ローラ62の外周面側に受け渡される。
【0040】
次いで、第1転写ローラ62の外周面に吸着保持されているリチウム箔18aが貼り付け位置に至ると、第1ニップローラ140が極板12の他方の面12b側に前記第1転写ローラ62の回転に同期して移動する。このため、第1ニップローラ140が所定のニップ圧力で極板12を第1転写ローラ62側に押圧する。
【0041】
第1転写ローラ62の外周面に吸着保持されているリチウム箔18aが所定の範囲まで極板12に密着すると、第1ニップローラ140が前記極板12から離間するとともに、第1転写ローラ62の回転が停止される。従って、極板搬送機構16により定量搬送されている極板12と、この極板12に部分的に貼り付けられかつ第1転写ローラ62の外周面に保持されているリチウム箔18aとに速度差が生じ、このリチウム箔18aがミシン目から分離され、短冊状リチウム箔18として前記極板12上に転写される。
【0042】
第1貼付機構20において一方の面12aに短冊状リチウム箔18が貼り付けられた極板12は、第2貼付機構22側に搬送される。この第2貼付機構22では、第1貼付機構20と同様に、極板12の他方の面12bに短冊状リチウム箔18の貼り付け処理が施される。これにより、極板12の両方の面12a、12bに短冊状リチウム箔18が貼り付けられる。両方の面12a、12bに短冊状リチウム箔18が貼り付けられた極板12は、セパレータ送り出し軸31から送り出されるセパレータ24と重ね合わされた状態で巻き取り軸26に巻き取られることになる。
【0043】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るリチウム箔の加工装置では、刃部材が進退してリチウム箔を加工する際、前記刃部材がストリッパ部材に設けられたブラシ部材に摺動することにより、前記刃部材に飽和炭化水素が塗布される。このため、刃部材にリチウムが付着することを確実に阻止することができ、しかも前記リチウムに付着した飽和炭化水素は、リチウム電池の製造工程中に揮発除去されてリチウム電池内に混入することがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るリチウム箔の加工装置を組み込む貼付システムの概略構成説明図である。
【図2】前記加工装置の斜視説明図である。
【図3】前記加工装置の縦断面説明図である。
【図4】前記加工装置の平面説明図である。
【図5】図5Aは、前記加工装置を構成するストリッパ部材がリチウム箔を保持する際の説明図であり、
図5Bは、前記加工装置を構成する刃部材により前記リチウム箔を加工する際の説明図であり、
図5Cは、前記刃部材を前記リチウム箔から離間させる際の説明図である。
【符号の説明】
10…貼付システム 12…極板
14…送り出し軸 16…極板搬送機構
18…短冊状リチウム箔 18a…リチウム箔
20、22…貼付機構 26…巻き取り軸
42、44…送り出し軸 46、48…合紙巻き取り軸
58、60…切断ローラ 62、64…転写ローラ
66、68…加工装置 70…サーボモータ
72…刃部材 74…ストリッパ部材
76…ブラシ部材 78…飽和炭化水素
80…供給手段 106…ケーシング部材
110…貯留部 122…通路
124、128、132、136…管体
126…タンク 130…ポンプ
134…中間槽
Claims (4)
- 長尺な極板に短冊状リチウム箔を貼り付けるために、長尺なリチウム箔の所定の部位に少なくとも一部を分断する加工処理を施すリチウム箔の加工装置であって、
アクチュエータを介し前記リチウム箔に対して進退自在な刃部材と、
前記刃部材に対して進退可能に支持されるストリッパ部材と、
前記ストリッパ部材に設けられ、前記加工処理時に該刃部材が摺動するブラシ部材と、
前記ブラシ部材にリチウム付着防止剤として飽和炭化水素を供給する供給手段と、
を備えることを特徴とするリチウム箔の加工装置。 - 請求項1記載の加工装置において、前記供給手段は、前記ストリッパ部材に設けられ、ポンプから送られる前記飽和炭化水素を前記ブラシ部材に供給するための通路を備えることを特徴とするリチウム箔の加工装置。
- 請求項2記載の加工装置において、前記刃部材を進退自在に配置するケーシング部材を備え、
前記ケーシング部材内には、前記ブラシ部材に供給された前記飽和炭化水素を前記ポンプを介して該ブラシ部材に循環供給するための貯留部が設けられることを特徴とするリチウム箔の加工装置。 - 請求項2または3記載の加工装置において、前記供給手段は、前記ポンプから送られる前記飽和炭化水素を一旦貯留するとともに、該飽和炭化水素を該ポンプの非影響下に前記ブラシ部材に供給可能な中間槽を備えることを特徴とするリチウム箔の加工装置。
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