JP4549835B2

JP4549835B2 - 溝付き巻取コアの保持具、および溝付き巻取コアを保持具により保持する方法

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Publication number: JP4549835B2
Application number: JP2004361316A
Authority: JP
Inventors: 聡後石原; 圭長谷川
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2024-12-14
Also published as: JP2006168875A

Description

本発明は、溝付き巻取コアおよびその保持具、ならびに溝付き巻取コアを保持具により保持する方法に関し、とりわけリチウムイオン電池などの非水電解液電池の製造工程において、中間製造物である集電体ロールを捲回・搬送するために用いられる溝付き巻取コアおよびその保持具、ならびに溝付き巻取コアを保持具により保持する方法に関する。

近年の携帯電話、ラップトップパソコン、およびオーティオビジュアル機器などの電子機器が高機能化するにつれて、これらに使用される電源電池に対し、よりいっそうの小型化、軽量化、大容量化、および高エネルギ密度化が要求されている。そこで、従来のアルカリ蓄電池に代わり、リチウムイオン２次電池を始めとするさまざまな非水電解液電池が提案されている。

一般的なリチウムイオン２次電池は、概略、以下の工程を経て製造される。すなわち、
ａ）長尺で幅広のシート状の集電体金属板を準備する工程と、
ｂ）電極合剤層を形成するための塗工液を調整する工程と、
ｃ）集電体金属板の両面上に塗工液（電極合剤層）が塗布された領域と塗布されない領域を周期的に形成するために、集電体金属板を所定方向に走行させながら電極合剤層塗工液を間欠的に塗布する工程と、
ｄ）電極合剤層が形成された集電体金属板（単に、ウェブという）を乾燥させる工程と、
ｅ）ウェブを圧延（プレス）する工程と、
ｆ）ウェブを走行方向に短冊状にスリット切断する工程と、
ｇ）短冊状にスリット切断された集電体を巻取コアに捲回する工程と、
ｈ）巻取コアに捲回された集電体ロールの最も外側にある一部（最外部）を全体の集電体ロールから切断して、切断された最外部について電極合剤層の膜厚を測定する工程と、
ｉ）正極および負極の集電体にそれぞれ端子を取り付け、両電極板の間に短絡を防止するためのセパレータを挟んで捲回し、これを非水電解液で満たした電池ケース容器内に密封することにより、リチウムイオン２次電池を組み立てるアセンブリ工程とからなる。

スリット工程で切断された集電体は、巻取コアに捲回された状態にして、後工程に搬送されるが、一般に、フィルム、シートなどのような可撓性長尺材を捲回するための巻取コアがこれまで数多く提案されている。例えば、特開平６−２３９５３３号に開示された従来技術によれば、芯材と、その外周面に被膜した発砲樹脂層とを備えたる巻取コアであって、強度を確保し、応力によって変形することなく、繰り返し使用できる巻取コアが開示されている。
特開平６−２３９５３３号

とりわけ、スリット工程で切断された集電体を捲回するために従来用いられてきたコア部材は、図７（ａ）に示す円筒状のコア部材１０１であって、図７（ｂ）に示すように集電体がコア部材１０１の周りに捲回されていた。そして、集電体が捲回されたコア部材１０１は、次のアセンブリ工程に手作業で搬送されていた。

しかしながら、図７（ｂ）に示すコア部材１０１および捲回された集電体１０２は、約２０ｋｇあり、手作業で工程間を搬送するには非常に重く、捲回された集電体１０２に作業者の手などが触れてしまうことがあった。集電体１０２は、上述のように、両面に電極合剤層（図示せず）が形成されており、作業者が不注意で集電体１０２の側面に触れると、電極合剤層が脱落または欠損し、これを用いて電池をアセンブリすると、電池の充電・放電を繰り返すうちにショート不良などの不具合を生じることがあった。

そこで本発明は、作業者が集電体に直接触れることなく、スリット工程からアセンブリ工程に容易に搬送することができる巻取コアおよびその保持具を提供することを目的とする。
また、作業者が集電体に損傷を与えることなく、工程間を確実に搬送するために、溝付き巻取コアを保持具により保持する方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、電極合剤層が形成された集電体金属板を捲回するための溝付き巻取コアを保持するための保持具に関し、溝付き巻取コアは、円筒状コア部材からなり、外周面および内周面ならびに一対の端面を含み、前記一対の端面の近傍において一対のフランジおよび溝が前記外周面上に形成され、前記一対の溝の間において電極合剤層が形成された前記集電体金属板が捲回可能であり、前記保持具は、隙間を隔てて板状馬蹄部を固定するＵ字状部材と、一対のハンドルを有し、前記Ｕ字状部材に固定される支持部材とを備え、前記溝付き巻取コアの一方の前記フランジを前記隙間に嵌め込むことにより、巻取コアを着脱可能に係合することを特徴とする。

請求項２に記載の本発明の溝付き巻取コアによれば、前記円筒状コア部材は、アルミニウムを含む金属からなる。

請求項３に記載の本発明の保持具によれば、前記板状馬蹄部が前記溝から外れるのを防止するためのストッパ機構をさらに有する。

請求項４に記載の本発明は、電極合剤層が形成された集電体金属板を捲回するための溝付き巻取コアを保持具で保持する方法に関し、円筒状コア部材からなり、外周面および内周面ならびに一対の端面を含み、前記一対の端面の近傍において一対のフランジが前記外周面上に形成された溝付き巻取コアを作製するステップと、隙間を隔てて板状馬蹄部を固定するＵ字状部材と、一対のハンドルを有し、前記Ｕ字状部材に固定される支持部材とを備えた保持具を作製するステップと、前記溝付き巻取コアの一方の前記フランジを前記隙間に嵌め込むステップとを有し、これにより前記溝付き巻取コアを前記保持具により着脱可能に保持することを特徴とする。

本発明の溝付き巻取コアおよびその保持具によれば、作業者が集電体に直接触れることによる不具合の発生を未然に防止して、スリット工程からアセンブリ工程に容易に搬送することができる。

以下、添付図面を参照して本発明に係る溝付き巻取コアの実施の形態を説明する。実施の形態の説明において、理解を容易にするために方向を表す用語（例えば、「Ｘ方向」、「Ｙ方向」および「Ｚ方向」など）を適宜用いるが、これは説明のためのものであって、これらの用語は本発明を限定するものでない。

本発明に係る溝付き巻取コア１は、図１〜図３に示すように、概略、Ｙ方向（軸方向）に延びる円筒状コア部材１０からなり、アルミニウムなどの軽量な金属で構成されることが好ましい。

円筒状コア部材１０は、外周面１２および内周面１４を有し（図１（ａ）および図２（ｂ））、Ｙ方向に対向する一対の端面１６，１８を有する（図１（ａ）および図２（ａ））。また、円筒状コア部材１０は、図２（ａ）に示すように、これらの一対の端面１６，１８に隣接した位置の外周面１２上に延びる一対の溝２０，２２（幅Ｗ）を有する。すなわち円筒状コア部材１０は、一対の端面１６，１８において、一対のフランジ２４，２６を有する。

さらに、図２（ａ）および（ｂ）に示す円筒状コア部材１０は、外周面１２において直径Ｒ_１、半径方向に延びる溝２０，２２の底面２８において直径Ｒ_２を有する。

こうして構成された溝付き巻取コア１において、図１（ｂ）に示すように、一対の溝２０，２２の間において、短冊状にスリット切断されたシート状集電体３０を捲回することができる。

一方、本発明によれば、この溝付き巻取コア１を保持・搬送することができる専用の保持具２が提供される。本発明に係る保持具２は、図３および図４に示すように、概略、Ｕ字状部材４０と支持部材５０とを備える。Ｕ字状部材４０および支持部材５０は、円筒状コア部材１０と同様のアルミニウムなどの軽量な金属で形成されることが好ましい。

Ｕ字状部材４０は、とりわけ図５および図６に示すように、Ｕ字状の本体部４２の一方の端面４３に板状馬蹄部（ガイド部）４４が複数のボルト４５でねじ止めされて構成され、Ｚ方向（軸方向に垂直な方向）に開口部４６と、これに対向する湾曲部４７を有する。この湾曲部４７は曲率ｒ_１の内径を有し、これは円筒状コア部材１０の外周面１２上の直径Ｒ_１より小さく、溝２０，２２の底面２８における直径Ｒ_２より大きくなるように設計されている（Ｒ_２＜ｒ_１＜Ｒ_１）。また、板状馬蹄部４４の厚みＤは、一対の溝２０，２２の幅Ｗより若干小さくなるように設計されている（例えば、溝の幅Ｗを３．５ｍｍとしたとき、厚みＤは３．０ｍｍに設計されている。）。さらに、Ｕ字状本体部４２と板状馬蹄部４４の間にＹ方向に隙間４８が形成されている。

図４に示すように、このような構成を備えたＵ字状部材４０に、円筒状コア部材１０をＺ方向からスライドさせて、溝２０，２２のいずれか一方の中に板状馬蹄部（ガイド部）４４を嵌め込む（係合する）とともに、円筒状コア部材１０の一方のフランジ２４，２６を、隙間４８内に挿入することにより、溝付き巻取コア１を保持具２により着脱可能に保持することができる。

さらに、保持具２の支持部材５０は、Ｘ方向に延びる長尺の金属板５２の両端に一対のハンドル５４，５６を有し、その中央部分においてＵ字状部材４０と同様の寸法および形状で開口する開口部５８および湾曲部５９を有する。図４に示すように、Ｕ字状部材４０の開口部４６および湾曲部４７と、支持部材５０の開口部５８および湾曲部５９を位置合わせした状態でＵ字状部材４０と支持部材５０を固定するために、ボルト、ねじ、接着剤、溶接などの任意の固定手段を用いてもよい。

択一的には、上記説明したような溝をＵ字状部材４０の他方の端部５１付近に設け、これと係合させるための板状馬蹄部を支持部材５０に配置することにより、Ｕ字状部材４０と支持部材５０を着脱可能に固定してもよい。

なお、支持部材５０は、溝付きコア部材１０と同様のアルミニウムなどの軽量な金属で形成されることが好ましく、さらには、くり貫き部５９を形成し、強度に支障を与えない範囲で重量を軽減することが好ましい。

なお、Ｕ字状部材４０は、円筒状コア部材１０のフランジ２４，２６がＵ字状部材４０の隙間４８内に係合すると、円筒状コア部材１０がＵ字状部材４０から離脱することを防止するための任意のストッパ機構６０を有していてもよい。

ストッパ機構６０は、例えば、図５（ａ）および図６に示すように、ばね６２などにより付勢され、ピボット軸６４の周りを回転自在に配置されたアーム６６付き爪部６８であってもよい。作業者がアーム６６を押さえると、ばね６２の付勢力に打ち克って、爪部６８が本体部４２と板状馬蹄部４４の間に退避し、円筒状コア部材１０のフランジ２４，２６をＵ字状部材４０の隙間４８内に案内することができる。同様に、作業者がアーム６６を放すとばね６２の付勢力により、爪部６８がＵ字状部材４０の隙間４８内に案内された円筒状コア部材１０のフランジ２４，２６を所定位置に固定し、溝付き巻取コア１が保持具２から脱落することを防止することができる。

上記説明したように構成された溝付き巻取コア１および保持具２は、実際の工程において次のように使用される。
まず、溝付き巻取コア１を巻取ロール装置（図示せず）に固定し、ウェブを走行させながら短冊状にスリットして切断された集電体３０を、円筒状コア部材１０の一対の端部１６，１８の間に巻き取る（図１（ａ））。Ｕ字状部材４０は、支持部材５０に事前に固定して、保持具２を準備しておく。巻き終わった溝付き巻取コア１は、円筒状コア部材１０の一方のフランジ２４を、Ｕ字状部材４０の本体部４２と馬蹄部４３の間の隙間４８に嵌め込むことにより、円筒状コア部材１０をＵ字状部材４０に係合させる。こうして、作業者は、手が円筒状コア部材１０に捲回された集電体３０に直接に触れることなく、一対のハンドル５４，５６を支持して、集電体３０を電池アセンブリ工程へと搬送することができる。したがって、本発明の溝付き巻取コア１および専用の保持具２によれば、集電体３０に損傷を与えることなく、これを容易に搬送することができる。

実際の上記製造工程において、本発明の溝付き巻取コア１および専用の保持具２を用いて、リチウムイオン電池（Ａ）を１００個作製した。同様に、従来の溝付きでないコアを用いて、通常の工程作業を行い、最終的にリチウムイオン電池（Ｂ）を１００個作製した。コアおよび保持具以外は、すべて同じ工程条件および工程作業者によりリチウムイオン電池を作製した。

それぞれのリチウムイオン電池（Ａ，Ｂ）について、３．０Ｖから４．０Ｖの間で充電と放電を１０サイクル繰り返した後、開回路電圧を測定することにより、リチウムイオン電池が短絡しているかどうかを確認した。その結果は、本発明の溝付き巻取コア１および専用保持具２を用いて製造されたリチウムイオン電池（Ａ）は、１００個中ショート不良は確認されなかった。一方、従来式のコアを用いて製造されたリチウムイオン電池（Ｂ）は、１００個中ショート不良が４個確認された。これらの不具合電池を詳細に解析したところ、集電体３０の数多くの箇所において作業者の手が接触したことにより、電極活物質（電極合剤層）に脱落などの損傷が認められた。

（ａ）は本発明に係る溝付き巻取コアの斜視図であり、（ｂ）はこれに集電体を捲回した後の斜視図である。（ａ）は図１に示す溝付き巻取コアの平面図、（ｂ）はその正面図である。本発明に係る溝付き巻取コアを保持するための専用保持具の斜視図であって、Ｕ字状部材を支持部材に固定する前の状態を示す。図３と同様の斜視図であって、Ｕ字状部材を支持部材に固定した後の状態を示す。（ａ）は図３および図４に示すＵ字状部材の正面図、（ｂ）はその平面図である。図３および図４に示すＵ字状部材の側面図である。（ａ）は従来技術による巻取コアの斜視図であり、（ｂ）はこれに集電体を捲回した後の斜視図である。

符号の説明

１溝付き巻取コア、２保持具、１０円筒状コア部材、１２外周面１２、１４内周面、１６，１８端面、２０，２２溝、２４，２６フランジ、２８溝の底面、３０シート状集電体、４０Ｕ字状部材、５０支持部材、４２本体部、４４板状馬蹄部（ガイド部）、４６開口部、４７湾曲部、４８隙間、５４，５６ハンドル、５９くり貫き部、６０ストッパ機構、６２ばね、６６アーム、６８爪部。

Claims

電極合剤層が形成された集電体金属板を捲回するための溝付き巻取コアを保持するための保持具であって、
溝付き巻取コアは、円筒状コア部材からなり、外周面および内周面ならびに一対の端面を含み、前記一対の端面の近傍において一対のフランジおよび溝が前記外周面上に形成され、前記一対の溝の間において電極合剤層が形成された前記集電体金属板が捲回可能であり、
前記保持具は、
隙間を隔てて板状馬蹄部を固定するＵ字状部材と、
一対のハンドルを有し、前記Ｕ字状部材に固定される支持部材とを備え、
前記溝付き巻取コアの一方の前記フランジを前記隙間に嵌め込むことにより、巻取コアを着脱可能に係合することを特徴とする保持具。
前記円筒状コア部材は、アルミニウムを含む金属からなることを特徴とする請求項１に記載の溝付き保持具。
前記Ｕ字状部材は、前記板状馬蹄部が前記溝から外れるのを防止するためのストッパ機構をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の保持具。
電極合剤層が形成された集電体金属板を捲回するための溝付き巻取コアを保持具で保持する方法であって、
円筒状コア部材からなり、外周面および内周面ならびに一対の端面を含み、前記一対の端面の近傍において一対のフランジが前記外周面上に形成された溝付き巻取コアを作製するステップと、
隙間を隔てて板状馬蹄部を固定するＵ字状部材と、一対のハンドルを有し、前記Ｕ字状部材に固定される支持部材とを備えた保持具を作製するステップと、
前記溝付き巻取コアの一方の前記フランジを前記隙間に嵌め込むステップとを有し、これにより前記溝付き巻取コアを前記保持具により着脱可能に保持することを特徴とする方法。