JP4557601B2 - 電気二重層コンデンサの電極板成形方法、電極板成形装置および電気二重層コンデンサの製造方法 - Google Patents

電気二重層コンデンサの電極板成形方法、電極板成形装置および電気二重層コンデンサの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、電極素子がセパレーターを介して積層された電気二重層コンデンサの電極板成形方法、成形装置および電気二重層コンデンサの製造方法に関するものである。
小型で大容量の充電可能なコンデンサとして電気二重層コンデンサが知られており、電気二重層コンデンサにおいては、矩形板状の電極板が矩形シート状のセパレーターを介して積層され、電極体の一辺にタブを一体成形して構成されている。電極体は、たとえば、結合剤の溶液にフェノール性活性炭を加えてペーストとしアルミニウム箔の基板に薄く塗布して形成され、セパレーターは、タブを除いた電極板の外形と同一形状に、紙、プラスチックなどの多孔性の絶縁シートから成形されている。なお、陽極板、陰極板は同一材質からなり、識別のために、陽極板、陰極板に区別されているにすぎない。
電気二重層コンデンサの容量は、陽極板、セパレーター、陰極板からなる積層数によって決まり、陽極板、セパレーター、陰極板の積層作業が必要となる。たとえば、3層の電気二重層コンデンサでは、図5に示すように、セパレーター14+(陽極板12−1、セパレーター14、陰極板12−2)+セパレーター+(陽極板、セパレーター、陰極板)+セパレーター+(陽極板、セパレーター、陰極板)+セパレーターと、14枚の板(3枚の陽極板、7枚のセパレーター、3枚の陰極板)が13の工程で積み重ねられる。
図5、図6からわかるように、電極板12(陽極板、陰極板)は、たとえば、正方形の単位素材からタブ12aをその一辺に残した形状に成形され、たとえば、矢視1のようにその上辺の右端にタブ12aを残して成形されたものが陽極板12−1に、矢視2のように左端にタブ12aを残して成形されたものが陰極板12−2とされる。また、多数のタブ12aは重ねられ、リード端子となる導体に固定・連結される。陽極板12−1、陰極板12−2を個別に成形せず、矢視3のように、一方、たとえば陽極板を表裏反転させれば、陰極板として共用できる。
図7を参照しながら従来の電極板成形方法を説明する。ここで、図7は電極板成形装置の模式図であり、(A)は正面図、(B)は平面図を示す。従来の電極板成形方法においては、ロール20に巻かれた帯状の素材22を矢視方向に引き出し、成形プレス24で電極板12の外形に素材を打抜いて電極板を一体成形している(たとえば、特開平2003−163140号公報参照)。
成形プレス24による一体成形では、例えば、その上辺の右端にタブ12aを残すために上辺の左端部を切欠くと同時に素材22から電極板12を分断しており、一度のプレス加工でタブ付電極板を成形している。しかしながら、電極板12を所定の幅で成形するために、空送りが必要とされ、切欠き12bだけでなく空送り相当分12cが破棄され、材料の無駄が多い。また、一回のプレス加工で素材22を電極板12の外形形状に打抜き成形しているため、成形プレス24が大きくなり、電極板成形装置が小型化できない。
陽極板、陰極板のタブの位置が左右逆であるため、一般的に、陽極板の成形プレスと、陰極板の成形プレスとをそれぞれ用意して、専用の成形プレスで陽極板、陰極板をそれぞれ個別に成形しており、成形プレスも成形工程も増加せざるを得ない。
ここで、陽極板、陰極板を専用の成形プレスで個別に成形せず、例えば、陽極板のみを成形し、陽極板を表裏反転させて陰極板として共用することもでき、この場合には、成形プレスや成形工程は増加しない。しかし、陰極板のタブを陽極板のタブと同一サイド(たとえば、上辺)に配置して陽極板、陰極板を積層させる場合には、表裏の反転装置が必要となる。そして、電極板はアルミニウム箔などの薄い板状の基板に結合剤、活性炭からなるペーストを塗布したものであり、剛性の劣る柔軟体であるため、その表裏反転が難しい。そのため、反転手段が複雑化するとともに、反転工程も迅速に行なえず、高い作業効率が得られない。タブを相反するサイド(たとえば、上辺と下辺)に分散配置する場合には、180°の反転作用で足り、反転手段の複雑化は防止できるが、反転手段が必要であることに変わりない。
タブ付電極板を一度のプレス加工で打抜き成形する代わりに、タブを打抜き成形したのち、カッターで電極板を素材から切断して電極板を成形する方法が特許第3095746号公報に記載されている。図8はこの特許公報の成形方法のための電極板成形装置の模式図であり、(A)は正面図、(B)は平面図を示す。まず、ロール20に巻かれた電極板の素材22が引出され、成形プレス24により素材の下辺が打抜き加工されて切欠き12bが形成される。
打抜き加工を繰返して切欠き12bを2つ形成すれば、隣接する切欠き間にタブ12aが成形される。そして、電極板12の幅に相当する位置で、カッター26により素材22を切断すれば、タブ12a付の電極板が成形される。なお、カッター26の切断線を26aとして示す。
ここで、もし、切欠きの12bの中央で素材22を切断すれば、タブ12aは電極板の中央に成形されて、陽極板、陰極板の区別のないものが成形されるから、カッター26の切断位置は切欠きの中央ではありえず、中央からずれた位置で素材は切断される。
タブ12aを打抜き成形してから、カッター26で素材22から電極板12を切断するこの成形方法では、カッターを別途設けるとはいえ、成形プレス24が従来に比較して大幅に小型化でき、電極板成形装置を格段に小型化できる。しかし、この場合においても、成形した電極板を陽極板、陰極板として共用する場合には、当然ながら、反転手段が必要となる。たとえば、タブを同一サイドに配置させるように矢視Xのように表裏反転するなら表裏反転手段が、相反するサイドに配置させるように矢視Yのように180°反転するなら180°反転手段が必要となる。
また、この特許公報には、陽極板、陰極板を同時に成形する方法も記載されている。この成形方法では、図8(C)に示すように、2つのロール20(20−1、20−2)から並行して2つの素材22(22−1、22−2)を同時に引き出し、2つの素材間に配置した共通の成形プレス24で2つの素材を同時に打抜いている。この場合も、打抜き加工を繰返して切欠き12bを2つ形成すれば、隣接する切欠き間にタブ12aが成形される。ここで、タブの位置は、上の素材22−1ではその下辺に、下の素材22−2ではその上辺にそれぞれ成形される。
それから、電極板12の幅に相当する位置で、カッター26により素材22を切断すれば、タブ12a付の電極板が2つの素材22(22−1、22−2)にそれぞれ成形される。ここで、素材22−1、22-2から成形される電極板12は、タブ位置を異にしており、一方を陽極板12−1、他方を陰極板12−2と考えることができ、この成形方法では、陽極板、陰極板が同時成形され、高い生産性のもとで電極板が成形できる。
陽極板、陰極板を同時に成形するこの方法では、カッター26を2つ必要とするとはいえ、成形プレス24は1つで足り、電極板の成形装置はさほど大きくならない。
しかし、素材を2つ引出して並走させているため、1つの素材を引き出す場合に比較して素材の走路面積が2倍必要となり、この点から成形装置の小型化が難しい。
特開2003−163140号公報 特許第3095746号公報
解決しようとする課題は、2つの素材を引出さなければ陽極板、陰極板を同時成形できない点にある。
本発明は、カッターの切断を特別な位置で行なうことによって、1つの素材からの陽極板、陰極板の同時成形を可能にしたことを主要な特徴としている。
請求項1記載の本発明によれば、電極板の帯状の素材の一辺を成形プレスで打抜き、タブとなる端部を残して素材の一辺を切欠き、切欠きの中央および残された端部の中央をカッターで切断しているため、左右相反する位置にタブを持つ陽極板、陰極板が同一の素材から交互かつ連続的に成形され、陽極板、陰極板の同時成形によって高い生産性が得られる。そして、同一の素材から陽極板、陰極板を成形しており素材の走路面積も最小でよく、成形プレスは1つで足り2つのカッターも近接して配置できるため、電極板の成形装置が小型化できる。
請求項2記載の本発明によれば、電極板の帯状の素材の一辺を成形プレスで打抜くことにより、端部を残して素材の一辺を切欠く工程と、切欠きの中央および残された端部の中央をカッターで切断して素材から左右相反する位置にタブを持つ陽極板、陰極板を同一の素材から交互かつ連続的に成形する工程とを備えており、陽極板、陰極板の同時成形によって高い生産性が得られる。そして、同一の素材から陽極板、陰極板を成形しており素材の走路面積も最小でよく、成形プレスは1つで足り2つのカッターも近接して配置できるため、電極板の成形装置が小型化できる。
請求項3記載の本発明によれば、電極板の帯状の素材の一辺を打抜くことにより、端部を残して素材の一辺を切欠く成形プレスと、切欠きの中央および残された端部の中央を切断するカッターとを備えているため、左右相反する位置にタブを持つ陽極板、陰極板が同一の素材から交互かつ連続的に成形され、陽極板、陰極板の同時成形によって高い生産性が得られる。また、同一の素材から陽極板、陰極板を成形しており素材の走路面積も最小でよく、成形プレスは1つで足り2つのカッターも近接して配置できるため、電極板の成形装置が小型化できる。
請求項4記載の本発明によれば、電極板の帯状の素材の一辺を成形プレスで打抜き、タブとなる端部を残して素材の一辺を切欠き、切欠きの中央および残された端部の中央をカッターで切断して、左右相反する位置にタブを持つ陽極板、陰極板を同一の素材から交互かつ連続的に成形し、陽極板、陰極板の成形と同時並行的に、帯状の素材からセパレーターを切断し、セパレーターと、同一素材から交互に成形した陽極板、陰極板とをパレットに交互に移して所定の積層体を形成している。この構成では、成形の段階で陽極板、陰極板は交互に位置しているため、セパレーターを介した陽極板、陰極板の積層が成形の順序で行なえ、積層工程が単純化されて高い作業効率が確保される。また、パレットへの陽極板、陰極板の移送が1つの移送手段で行なえ、電気二重層コンデンサの製造装置が小型化できる。また、陽極板、陰極板が交互に位置しているため、陽極板、陰極板の移送が迅速・容易に行なえ、高い作業効率で移送できる。
請求項5記載の本発明によれば、パレットの下に押え板を敷いてからセパレーター、陽極板、陰極板を積層するとともに上に押え板を置いて上下の押え板で積層体を挟んでいるため、移送の途中で積層体がめくれて型崩れすることもなく、迅速・容易に移送できる。
請求項6記載の本発明によれば、パレットの積層体を外装袋に移し、外装袋の開口から所定の電解液を注入してから開口を封止しており、電解液に浸された電気二重層コンデンサが容易に製造できる。
電極板の帯状の素材の一辺を成形プレスで打抜き、タブとなる端部を残して素材の一辺を切欠いてからのカッターの切断位置として、切欠きの中央および残された端部の中央を選択することによって、1つの素材からの陽極板、陰極板の同時成形を実現した。
以下に本発明の実施例を詳細に説明する。実施例においては、従来と同じ部材については同じ参照符号を付し、その材質などは従来と同一であるため詳細には説明しない。図1は本発明の電極板成形方法のための電極板成形装置10の模式図であり、(A)は正面図、(B)は平面図を示す。ロール20に巻かれた電極板の素材22は引出され、成形プレス24によって素材22の一辺が打抜き加工されて切欠き12bが形成され、次に、カッター26で素材22を所定の幅で切断して電極板12を成形している。
本発明の電極板成形方法では、カッター26の切断位置が従来と異なり、切欠き12bの中央および残された端部12aの中央という2箇所をカッター26(26−1,26−2)で切断している。つまり、素材22の引出し方向で2つのカッター26−1,26−2が成形プレスの前方に昇降可能に配置され、同期して下降することにより、カッター26−1は残存部12a(幅:t1)の中央で、カッター26−2は切欠き12b(幅:t2)の中央で素材20を切断している。ここで、カッター26−1,26−2は、その切断線26a−1、26a−2の間隔が電極板12の幅t(=t1/2+t2/2)となるように、離反して配置されている。
図1(B)からよくわかるように、(切断線26a-1を残した先行する切断のもとで)カッター26−1,26−2で素材22を切断すれば、左右相反する位置にタブ12aを持つ電極板12(12−1,12−2)が同時に成形される。そして、上辺の右端にタブ12aを持つ電極板12−1を陽極板、上辺の左端にタブを持つ電極板12−2を陰極板として区別すれば、陽極板、陰極板が同一の素材20から交互かつ連続的に成形される。そして、陽極板12−1、陰極板12−2の同時成形であるため、高い生産効率が得られる。
ここで、本発明における成形プレス24で打抜く切欠き12bの長さは、図8(C)に示す従来の同時成形に対して2倍となるから、成形プレスの長さX(切欠きの幅t2と略等しい)も2倍となる。しかしながら、成形プレス24の幅Yは図8(C)の従来の同時成形の成形プレスに対して1/2となり、成形プレスは従来のものと略同一の大きさに押さえられ、大きな成形プレスを必要としない。そして、同一の素材22から陽極板12−1、陰極板12−2を成形しており、素材の走路面積も最小でよい。また、2つのカッター26−1,26−2も電極板12の幅だけ離反しているにすぎず、近接して配置される。そのため、電極板の成形装置が小型化できる。
1つの素材22を2ケ所で切断しているとはいえ、2つのカッター26−1,26−2の同期降下による同時切断によって、高い生産性を維持できる。
次に、電極板12とセパレーター14との積層について説明すると、図2に示すように、セパレーター14の素材122を巻いたロール120が、パレット(収納箱)30を挟んで、電極板の素材の巻かれたロールの反対側に配置される。そして、カッター126で切断線126aに沿って素材122を切断することに所定長のセパレーター14が成形される。セパレーター14がタブを除いた電極板12の外形と略同一形状であることはいうまでもない。なお、実施例では、電極板のロール20、セパレーターのロール122がパレット30を挟んで一直線に配列されているが、配列はこれに限定されず、たとえば、ロール20、122を直交する方向に配列したり、平行に配列してもよい。
図3(A)に示すように、パレット30は4隅に部分壁面30aを持つ底付形状とされ、矩形の底板30bの左右辺に切欠き30cが形成されている。そして、実施例では、矩形の押え板32でパレット30内の積層体を上下から挟むこととしている。
すなわち、まず、図3(C)のように、パレット30の底板30bの上に押え板32が置かれる。図2のパレット30は、底板30Bの上に押え板32をのせた状態にあり、押え板の上に、それぞれの素材22,122から切断された電極板12(陽極板12−1、陰極板12−2)、セパレーター14が所定の順序で移され、積層される。たとえば、セパレーター14、陽極板12−1、セパレーター14、陰極板12−2の順序で積み重ねれば、単位の積層が形成される。ここでは、成形の段階で陽極板12−1、陰極板12−2は交互に位置しているため、セパレーター14を介した陽極板、陰極板の積層が成形の順序で行なえ、積層工程が単純化されて高い作業効率が確保される。
そして、セパレーター14、陽極板12−1、セパレーター14、陰極板12−2の順序で所定数積み重ねて所定の積層体が得られると、最後にセパレーター14をのせて絶縁を確保し、その上に押え板32を載せて積層作業が完了する。実施例では、最上位のセパレーター14を含むものが最終的な積層体となる。なお、積層の形態は一例であり、たとえば、最下位、最上位のセパレーター14を省略してもよい。
パレット30へのセパレーター14、陽極板12−1、陰極板12−2の移送は、たとえば、負圧を利用した吸着支持式の移送手段によってなされる。陽極板12−1、陰極板12−2は交互かつ連続的に成形されているため、成形の順序で陽極板、陰極板を移送すればよく、陽極板、陰極板の移送が1つの移送手段で行なえ、電気二重層コンデンサの製造装置が小型化できる。また、陽極板、陰極板が交互に位置しているため、陽極板、陰極板の移送が迅速・容易に行なえ、高い作業効率で移送できる。なお、図4(A)に示すように、陽極板12−1、陰極板12-2のタブ12aの一部を上の押え板32から出して積み重ねているため、積層体の上下が容易に判別できる。
上と下に押え板32が1つずつ置かれ、パレット底板30bの左右辺に切欠き30cを形成しているため、底板に邪魔されることなく、上下の押え板を保持でき、上下の押え板で挟持したままセパレーター14、陽極板12−1、陰極板12−2をパレットから搬出できる。そして、押え板32で挟持しているため、セパレーター14、陽極板12−1、陰極板12−2が型崩れや破損を生じることなく迅速・容易に取り出される。
積層作業が完了すると、積層体を収納したパレット30は積層位置から取り除かれ、空のパレットが積層位置に置かれて次の積層作業が開始される。
上下の押え板32に挟まれたまま積層体16は、パレット30に入れられて次のリード端子取付け工程に送られる(図4(A)〜(C))。ここで、積層体16は上下の押え板32に挟まれているため、移送の途中でめくれて型崩れすることもなく、迅速・容易に移送できる。リード端子取付け工程では、図4(B)(C)に示すように、まず、上下の押え板32とともにパレット30から出され、上の押え板32が除かれ、セパレーター14からタブ12aを突出させた状態で積層体16が現れる。そして、アルミ片、銅片などからなるリード端子13が、重なった左右のタブ12aの間にそれぞれ差し込まれ、超音波溶着によってリード端子、タブが一体化される。
それから、たとえば、展開状態の外装袋34に積層体16をのせ、折り返して外装袋を袋状とする。そして、開口となる一端を残して熱圧着によってシールし、電解液の注入の後、開口もシールしてシール縁34aを四辺に形成して外装袋を完全に封止することにより、外装袋34に封入された積層体16からリード端子の突出した最終製品としての電気二重層コンデンサ40が得られる。
上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明を何等限定するものでなく、この発明の技術範囲内で変形、改造等の施されたものも全てこの発明に包含されることはいうまでもない。たとえば、実施例のリード端子取付け工程、電解液注入工程は一例であり、実施例のものに限定されない。また、実施例とは逆に、積層体16への電解液の注入、外装袋34の封止の後に、リード端子をタブ12aに取付けてもよい。
電気二重層コンデンサにおける成形に適するとはいえ、相反する位置にタブを一体に備えた各種部品の成形にも本発明が広範囲に応用できる。
本発明の一実施例に係る電気二重層コンデンサの電極板の成形方法のための装置(電極板成形装置)の模式図であり、(A)は正面図、(B)は平面図を示す。 電極板(陽極板、陰極板)、セパレーターを交互に重ねて積層体を形成する装置の模式図であり、(A)は正面図、(B)は平面図を示す。 パレット、押え板の一形態を示す平面図であり、(A)はパレットの平面図、(B)は押え板の平面図、(C)は押え板の組み込まれたパレットの平面図を示す。 (A)〜(E)は積層体から電気二重層コンデンサを製造する工程図を示す。 3層の電気二重層コンデンサにおけるセパレーター、陽極板、陰極板の積層工程の模式図である。 電極板(陽極板、陰極板)の成形プロセスを示す模式図である。 成形プレスで素材を打ち抜いて電極板を一体成形する従来の電極板成形装置の模式図であり、(A)は正面図、(B)は平面図を示す。 成形プレス、カッターによって素材から陽極板、陰極板を同時成形する従来の電極板成形装置の模式図であり、(A)は正面図、(B)は平面図、(C)は陽極板、陰極板の同時成形での平面図を示す。
符号の説明
10 電極板成形装置
12 電極板
12−1 陽極板
12−2 陰極板
12a タブ
12b 切欠き
13 リード端子
14 セパレーター
16 積層体
20,120 (素材の巻かれた)ロール
22,122 電極板、セパレーターの素材
24 成形プレス
26(26−1,26−2)、126 カッター
26a1−1,26a−2,126a カッターの切断線
t 電極板の幅
t1 タブの幅
t2 切欠きの幅
30 パレット
32 押え板
34 外装袋
34a 外装袋のシール縁
40 電気二重層コンデンサ

Claims (6)

  1. セパレーターを介して電極板からなるタブ付の陽極板、陰極板を積層してなる電気二重層コンデンサにおける電極板成形方法において、
    電極板の帯状の素材の一辺を成形プレスで打抜くことにより、タブとなる端部を残して素材の一辺を切欠き、
    切欠きの中央および残された端部の中央を、素材の引出し方向で成形プレスの前方に昇降可能に配置した2つのカッターを下降させて切断して、左右相反する位置にタブを持ち、素材の引出し方向で互いに同一長さで素材と同じ幅の陽極板、陰極板を同一の素材から交互かつ連続的に成形することを特徴とする電気二重層コンデンサの電極板成形方法。
  2. セパレーターを介して電極板からなる陽極板、陰極板を積層してなる電気二重層コンデンサにおける電極板成形方法において、
    電極板の帯状の素材の一辺を成形プレスで打抜くことにより、タブとなる端部を残して素材の一辺を切欠く工程と、
    切欠きの中央および残された端部の中央を、素材の引出し方向で成形プレスの前方に昇降可能に配置した2つのカッターを下降させて切断して素材から左右相反する位置にタブを持ち、素材の引出し方向で互いに同一長さで素材と同じ幅の陽極板、陰極板を同一の素材から交互かつ連続的に成形する工程と、
    を備えたことを特徴とする電気二重層コンデンサの電極板成形方法。
  3. セパレーターを介して積層される陽極板、陰極板となるタブ付の電極板を成形する電気二重層コンデンサの電極板成形装置において、
    電極板の帯状の素材の一辺を打抜くことにより、タブとなる端部を残して素材の一辺を切欠く成形プレスと、
    素材の引出し方向で成形プレスの前方に昇降可能に配置され、下降することにより、切欠きの中央および残された端部の中央を切断する2つのカッターと、
    を備えたこと特徴とする電気二重層コンデンサの電極板成形装置。
  4. セパレーターを介して電極板からなるタブ付の陽極板、陰極板を積層して積層体を形成し、タブにリード端子を取付け、積層体を電解液に浸透して外装袋に封止してなる電気二重層コンデンサの製造方法において、
    電極板の帯状の素材の一辺を成形プレスで打抜くことにより、タブとなる端部を残して素材の一辺を切欠き、
    切欠きの中央および残された端部の中央を、素材の引出し方向で成形プレスの前方に昇降可能に配置した2つのカッターを下降させて切断して、左右相反する位置にタブを持ち、素材の引出し方向で互いに同一長さで素材と同じ幅の陽極板、陰極板を同一の素材から交互かつ連続的に成形し、
    陽極板、陰極板の成形と同時並行的に、帯状の素材からセパレーターを切断し、
    セパレーターと、同一素材から交互に成形した陽極板、陰極板とをパレットに交互に移して所定の積層体を形成していることを特徴とする電気二重層コンデンサの製造方法。
  5. セパレーターを介して電極板からなるタブ付の陽極板、陰極板を積層して積層体を形成し、タブにリード端子を取付け、積層体を電解液に浸透して外装袋に封止してなる電気二重層コンデンサの製造方法において、
    電極板の帯状の素材の一辺を成形プレスで打抜くことにより、タブとなる端部を残して素材の一辺を切欠き、
    切欠きの中央および残された端部の中央を、素材の引出し方向で成形プレスの前方に昇降可能に配置した2つのカッターを下降させて切断して、左右相反する位置にタブを持ち、素材の引出し方向で互いに同一長さで素材と同じ幅の陽極板、陰極板を同一の素材から交互かつ連続的に成形し、
    陽極板、陰極板の成形と同時並行的に、帯状の素材からセパレーターを切断し、
    パレットの下に押え板を敷いてから、セパレーターと、同一素材から交互に成形した陽極板、陰極板とをパレットに交互に移して、セパレーター、陽極板、陰極板を積層して積層体を形成し、積層体の上に押え板を置いて上下の押え板で積層体を挟んでなる電気二重層コンデンサの製造方法。
  6. パレットの積層体を外装袋に移し、
    外装袋の開口から所定の電解液を注入してから開口を封止してなる請求項4または5記載の電気二重層コンデンサの製造方法。
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