JP4669641B2

JP4669641B2 - 電池電極切断装置

Info

Publication number: JP4669641B2
Application number: JP2001254534A
Authority: JP
Inventors: 重則川島; 明宏増田
Original assignee: NEC Energy Devices Ltd
Current assignee: Envision AESC Energy Devices Ltd
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2021-08-24
Also published as: JP2003068287A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池電極切断装置に関し、帯状の部材の表面に連続的に一様な厚さの塗布層を形成した部材から所望の幅の電池電極を切断して製造する電池電極切断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯用の各種の機器に用いられている小型の電子機器用の電源として用いられる電池として小型で大容量のリチウムイオン二次電池等が用いられている。
これらの電池の正極電極は、アルミニウム箔からなる帯状の集電体に正極活物質を塗布したものが用いられており、また負極電極は、銅箔からなる帯状の負極集電体に負極活物質を塗布したものが用いられている。
そして、負極電極および正極電極をセパレータを介して多数回巻回して作製した電池要素を円筒状の電池缶に収納したり、あるいは糸巻き状に巻回した電池要素を、扁平状に成形を行って角型状の電池缶に収納し、電解液を注入した後に封口して製造されている。
【０００３】
帯状の集電体への電池活物質の塗布には、各種の方法が採用されているが、連続的に走行する帯状の部材へ電池活物質を液体中に分散したスラリーをスリット状のノズルから流出させる方法が一般に用いられている。
正極電極あるいは負極電極は、それぞれ電池の大きさに応じて幅あるいは長さが適宜選ばれている。電気自動車等の動力用の電源等に用いられる電池には、電極の幅が大きなものがあるが、携帯機器用電池に用いられる電極は一般には、幅は数十ｍｍである。このため、これらの電池の電極の製造においては、幅が広い集電体上に、正極活物質あるいは負極活物質を広い幅で一様に塗布した後に、所定の幅に裁断することが行われていた。
【０００４】
図３は、従来の電池電極の切断工程を説明する図であり、図３（Ａ）は斜視図であり、図３（Ｂ）は、切断手段の前後を上面から見た平面図であり、図３（Ｃ）は、図３（Ａ）における切断手段の中心軸を含む面で切断した断面を説明する図である。
電池電極は、電池活物質の塗布装置において、集電体となる帯状部材はバックアップロールに巻きつけられながら走行し、スリットノズル等から加圧された電池活物質の塗布液が押し出されて帯状部材の表面に所望の厚さの塗膜が形成される。塗膜は乾燥手段において加熱乾燥された後に巻き取られる。一方の面に塗膜が形成された後に他方の面にも同様に塗布されて加熱乾燥が行われて電池電極の原反が作製される。
電池電極切断装置１において、電池電極の原反２は、巻回体から引き出されて走行方向Ａに搬送され、所望の間隔で複数個の切断刃３を設けた切断手段４によって走行状態で走行方向に平行に切断されて所望の幅の電池電極５とされて巻き取りリール６によって巻き取られる。
【０００５】
このように帯状の部材を走行中に切断する方法は、効率的に電極を製造することが可能な方法であるが、製造した電池電極５には裁断面の角部に形状が不良であるバリや凹凸、ギザギザが生じることがある。電池電極にバリや凹凸、ギザギザが生じると、セパレータを介して対極と対向させた際に、バリによってセパレータに傷をつけ、甚だしい場合には対極との間で短絡を生じるという問題点があった。このために、バリが発生した電極は電池要素の作製工程で使用することができず廃棄せざるを得ないという問題点があった。特に原反の端部から切断した電池電極は、バリが発生しやすいとう問題点があった。
これは、図３（Ｃ）に示すように、電池電極の原反の両端部７および８は長さ方向へ張力を与えられるものの、両端部には保持部材がないために与えられている張力では両端部にたるみ等の現象が生じる結果、切断刃との接触状態が好ましくないものとなる結果、切断面が粗くなる等の現象が生じるものと考えられる。
【０００６】
このような問題点を解決する方法として、特開平１０−６１２６号公報には、リチウムイオン電池の原反の切断装置において、裁断された際に不要とされる原反の耳部は、下方に導かれるものの張力がかかっておらず、単に下っていくだけであったので、耳部とその隣の裁断後の帯状部材との間の切断面の形状が不良となることを防止するために、帯状部材の端部を切断し、切断した帯状の端部とその残部とを分離する際に残部に張力を与える切断装置が提案されている。
しかしながら、このような装置でも切断面から、帯状体の端部から切断した電極にはバリ等をなくすことはできなかった。
【０００７】
また、特開２０００−２１５８８５号公報には、円筒状ロールの外周面に一体的に嵌合された円筒形切断刃の両側面を挾着してクッション性ゴム円筒体を設けることによって、切断時に電極合剤の離脱やバリの発生を防止する方法が提案されている。
しかし、このような装置では、電池電極の走行速度とクッション性ゴム円筒体の回転速度とが変動した場合には、電池電極の張力が大きく変化し、バリの発生等が生じる危険性があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、連続して走行する帯状の部材に一様な厚さの活物質層の塗膜を形成した後に、所望の幅に切断して電極を製造する電池電極切断装置において、切断面にバリが生じることがない電池電極の製造が可能な電池電極切断装置を提供することを課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、集電体上に活物質層を形成した帯状の部材を走行させながら切断して複数の電池電極を製造する電池電極切断装置において、電池電極の両面に対向して配置した切断手段の両端部に設けた切断刃の外側に、電池電極を両面から挟持する電池電極押さえロールを、切断手段の回転軸に回転自在に取り付けた電池電極切断装置によって解決することができる。
また、電池電極押さえロールは、表面に緩衝層を設けた前記の電池電極切断手段である。
電池電極が非水電解液電池用の電極である前記の電池電極切断手段である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の電池電極切断装置は、帯状の部材に電極活物質の塗膜を形成した後に、走行する帯状の部材を切断手段によって、走行方向に所定の幅に切断して複数の電極を製造した場合に生じるバリ、あるいは寸法異常は、帯状部材の張力を一定に保持することによって防止することが可能であることを見いだしたものである。る。
すなわち、バリは切断手段の前後における帯状部材と切断手段との相互の関係によって生じるものであり、特に両端部に位置する電池電極の切断は、電池電極の原反の両端部に一定の張力が与えられないのでバリが発生しやすいが、両端部の切断刃の外側に電池電極を両面から挟持し、切断手段の回転軸の周りを自由に回転可能な電池電極押さえロールを設けることによって、電池電極の走行速度、切断手段の回転速度等が変動を生じた場合であっても電池電極を安定して切断することができるので、電極の端面にはバリが生じないことを見いだしたものである。
【００１１】
以下に図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の電池電極の切断装置を説明する図であり、図１（Ａ）は斜視図であり、図１（Ｂ）は切断手段の前後の平面図である。
電池電極は、電池活物質の塗布装置において、集電体となる帯状部材はバックアップロールに巻きつけられながら走行し、スリットノズル等から加圧された電池活物質の塗布液が押し出されて帯状部材の表面に所望の厚さの塗膜が形成される。塗膜は乾燥手段において加熱乾燥された後に巻き取られる。一方の面に塗膜が形成された後に他方の面にも同様に塗布されて加熱乾燥が行われて電池電極の原反が作製される。
【００１２】
電池電極切断装置１において、電池電極の原反２は巻回体から走行方向Ａに引き出され、複数の切断刃３を取り付けた上部切断手段４Ａ、および下部切断手段４Ｂによって切断が行われて所望の幅の電池電極５とされて、巻き取りロール６によって巻き取られる。
上部切断手段４Ａおよび下部切断手段４Ｂの両端部に配置された切断刃３の外側には、上部電池電極押さえロール９Ａおよび下部電池電極押さえロール９Ｂが配置されており、電池電極の両端部７および８は、これらの上部電池電極押さえロール９Ａおよび下部電池電極押さえロール９Ｂによって上下から挟持された状態で切断が行われる。
【００１３】
図２は、電池電極押さえロールを説明する図であり、図２（Ａ）は、切断手段の軸の面で切断した断面図の一部を示す図であり、また図２（Ｂ）は、電池電極押さえロールを切断手段の軸に垂直な面で切断した断面図である。
図２（Ａ）に示すように、電池電極の本発明の電池電極切断装置では、両端部の切断刃の外側には、上部電池電極押さえロール９Ａと下部電池電極押さえロール９Ｂが配置されている。したがって、電池電極の原反の両端部７は、電池電極押さえロールによって挟持された状態で電池電極の切断が行われる。
しかも、図２（Ｂ）に示すように、上部電池電極押さえロール９Ａおよび下部電池電極押さえロール９Ｂのいずれもが、切断手段の軸１０の周囲を自由に回転可能な軸受１１によって取り付けられており、各電池電極押さえロールの表面には、ゴム等のクッション性を有する緩衝層１２が形成されているので、電池電極の原反の両端部には、張力が与えられた状態で切断が行われる。
【００１４】
以上のように本発明の切断手段には、上部電池電極押さえロールと下部電池電極押さえロールが切断手段の回転軸に自由に回転可能な軸によって取り付けられているので、切断手段の回転軸の回転速度と電池電極の走行速度とに変動が生じた場合でも、円滑に電池電極の切断を行うことができ、電池電極の切断面にバリが生じたり、あるいは寸法異常等が生じることがなくなる。
また、軸の周囲を自由に回転可能な軸受には、円滑な回転が可能であればボールベアリング等をはじめとする任意の軸受けによって構成することができる。
【００１５】
本発明の電池電極切断装置は、帯状の集電体上に活物質の塗布層を形成した各種の電池電極の製造に適用することが可能であるが、リチウムイオン二次電池の正極電極および負極電極の製造の場合を例に挙げて説明すると、正極電極は帯状のアルミニウム箔に、リチウム遷移金属複合酸化物、例えば、Ｌｉ_xＣｏＯ₂、Ｌｉ_xＮｉＯ₂、Ｌｉ_xＭｎ₂Ｏ₄、Ｌｉ_xＭｎＯ₃、Ｌｉ_xＮｉ_yＣｏ_(1-y)Ｏ₂ などを、カーボンブラック等の導電性物質、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の結着剤をＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等の溶剤と分散混練した調製した正極塗料が本発明の塗布装置によって塗布される。片面の塗布が終わったものは乾燥後に反対面も同様に塗布し、両面を塗布される。
【００１６】
負極電極は、帯状の銅箔等の表面に、リチウムをドープ及び脱ドープ可能な、熱分解炭素類、ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークスなどのコークス類、グラファイト類、ガラス状炭素類、フェノール樹脂、フラン樹脂などを焼成した有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭などの炭素質材料、ポリアセチレン、ポリピロール等の導電性高分子材料をカーボンブラックなどの導電性物質、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の結着剤をＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等の溶剤とを分散混練した調製した負極塗布液を本発明の塗布装置によって塗布される。片面の塗布が終わったものは乾燥後に反対面も同様に塗布し、両面を塗布される。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の電池電極切断装置によれば、幅広の帯状の部材上に活物質層を形成して電池電極を切断して所望の幅の電池電極を製造する際に、帯状の部材の切り取り位置によらずに切断面にバリが生じることはないので、原反を有効に利用することができ、セパレータを介して巻回した場合には、セパレータに損傷を与えて対極との間で短絡を生じる等の問題がない電池電極を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の電池電極の切断装置を説明する図である。
【図２】図２は、電池電極押さえロールを説明する図である。
【図３】図３は、従来の電池電極の切断工程を説明する図である。
【符号の説明】
１…電池電極切断装置、２…電池電極の原反、３…切断刃、４…切断手段、４Ａ…上部切断手段、４Ｂ…下部切断手段、５…電池電極、７，８…電池電極の原反の両端部、９Ａ…上部電池電極押さえロール、９Ｂ…下部電池電極押さえロール、１０…切断手段の軸、１１…軸受、１２…緩衝層、Ａ…走行方向

Claims

集電体上に活物質層を形成した帯状の部材を走行させながら切断して複数の電池電極を製造する電池電極切断装置において、電池電極の両面に対向して配置した切断手段の両端部に設けた切断刃の外側に、電池電極を両面から挟持する電池電極押さえロールを、切断手段の回転軸に回転自在に取り付けたことを特徴とする電池電極切断装置。