JP4905400B2

JP4905400B2 - 電極巻回装置

Info

Publication number: JP4905400B2
Application number: JP2008087006A
Authority: JP
Inventors: 美津雄向後; 良彦大橋
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: JP2009234788A

Description

本発明は、電極の巻回装置に関する。

電極層とセパレータ層との積層体である電極シートを巻回したいわゆる巻回型の電気化学デバイスが知られている。特に薄型の電気化学デバイスを実現するためには、巻回軸に垂直な断面が円形で無く扁平とされた平型の巻回型電気化学デバイスが好適である。そして、このような平型の巻回型電気化学デバイスを製造する際に、この電極シートを迅速に巻回するための電極巻回装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この電極巻回装置は、２枚の板からなる巻き軸を軸周りに回転可能としたものであり、巻き軸の周りに電極シートを巻回することにより、平型の巻回型電気化学デバイスを容易に得ることができる。
特開２００７−２２７４０号公報

ところで、電気化学デバイスにおいては、用途等によって、巻き軸の幅、すなわち、巻き軸の長軸の長さを多数設定する必要がある。したがって、１つの電極巻回装置において、巻き軸の幅を変更し、それぞれの巻き軸の幅で巻回を行うこととなる。

しかしながら、従来技術の電極巻回装置では、このように巻き軸の幅を変えた場合、電極シートを巻回してなる巻回体の長軸の両端に存在する２つの屈曲部において、巻回により生ずる張力が互いに均等にならない場合が多かった。２つの屈曲部の張力が均等でない場合、電極の積層密度に差が生じてしまい、充放電を繰り返すうちに劣化が生じやすくなる傾向がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、長軸の両端の屈曲部において互いに均等な張力で電極シートを巻回することのできる電極巻回装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電極巻回装置は、回転軸と、回転軸の軸線を挟んで互いに対向するように配置され回転軸の軸線方向にそれぞれ伸びる一対の板と、板固定部とを備える。板固定部は、回転軸に固定され、一対の板を、板の平面方向かつ回転軸の軸線に対して垂直な方向における任意の位置にそれぞれ固定可能である。

本発明によれば、板固定部により一対の板のそれぞれが、板の平面方向かつ回転軸の軸線に対して垂直な方向における任意の位置に固定可能である。したがって、一対の板により形成される巻き軸の幅を変更したい場合に、一対の板の両方を、巻き軸の幅を広げる方向または狭める方向にそれぞれ移動させることができる。これにより、どのような巻き軸の幅であっても、一対の板により形成される巻き軸の中心軸線と、回転軸の軸線とを一致させることができる。したがって、巻き軸の幅に関わらず、互いに均等な張力で電極を巻回することができる。

ここで、板固定部は、一対の板の軸線方向の一端部同士を厚み方向から挟持することが好ましい。

厚み方向から一対の板の一端同士を挟持することによって、固定時に一対の板を十分に固定できる一方、固定解除時における一対の板のそれぞれ移動動作が迅速かつ容易に行える。また、一対の板が挟持された状態で、一対の板の間に電極シートの端部を挟むと、電極シートの端部が一対の板により挟持され、これにより、電極シートの端部を、一対の板により形成される巻き軸に容易に固定できる。したがって、巻回工程を簡単化することができる。

また、一方の板は、板固定部に挟持される側とは反対側において、他方の板よりも軸線方向に突出していることが好ましい。

これによれば、一方の前記板の突出部を利用して容易に、板と板との間に隙間を生じさせることができる。したがって、巻回前に、板と板との間に電極の端部を差し込んで電極シートの端部を固定することが容易である。

さらに、少なくとも一方の板に、巻回される電極シートの側面を当接させる電極シート位置決め部が設けられていることが好ましい。

これにより、電極シートを巻回させる際に、電極シートの位置を所定の位置に定めることが容易となり、巻回体のバラツキをより低減できる。

本発明によれば、長軸の両端の屈曲部において互いに均等な張力で電極シートを巻回することのできる電極巻回装置が提供される。

以下、図１〜４を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、各図面の寸法比率は、必ずしも実際の寸法比率とは一致していない。

（第１実施形態）
本実施形態に係る電極巻回装置１００は、主として、架台１、支持板２、回転軸３、板固定部２０、板１０、１１、を主として備える。

架台１は略水平（図のＸ方向）に配置され、支持板２は架台１の表面に架台１に対して略垂直に固定されている。支持板２には、回転軸３が貫通配置されており、回転軸３は、支持板２の両側に配置された軸受け４ａ、４ｂにより、Ｙ方向に沿う軸線ａ周りを回転可能に支持板２に支持されている。軸受け４ａ、４ｂは、ボルト４ｃにより互いに固定されている。

回転軸３の一端側（図１の右側）には、回転軸３と直交するように腕木５ａの一端部が固定されており、腕木５ａの他端部にはハンドル５ｂが固定されている。

回転軸３の他端側（図２の左側）には、台座６が固定されている。具体的には、台座６は、回転軸３の他端部を受け入れる孔６ａを有している。回転軸３の他端側の端部には、図２に示すように、平面部を形成する切欠３ａが設けられており、台座６にねじ込まれたボルト１４の先端が回転軸の切欠３ａと当接することにより、台座６が回転軸３に対して固定され、ハンドル５ｂの回転によって、台座６も回転軸３の軸線ａ周りに回転されることとなる。

台座６は、図１に示すように、回転軸３の軸線ａと平行な面６ｂを有する。台座６の面６ｂ上には、一対の板１０、１１が互いに対向するように重ねられて配置されている。図２に示すように、板１０及び板１１は、いずれも、軸線ａ方向を長手方向とする略矩形状である。図１に示すように、板１０及び板１１のそれぞれの長手方向の一端部１０ａ，１１ａ（図１の右側）が台座６の面６ｂ上に配置されている。板１０、１１の厚みは特に限定されないが、例えば、０．１〜１ｍｍとすることができる。また、板１０、１１のＹ軸方向の長さは、例えば、３０〜１００ｍｍ程度、Ｘ軸方向の幅は、例えば、５〜３０ｍｍ程度とすることができる。特に、図２に示すように、一対の板１０、１１の内の一方の板のＹ方向の長さと、他方の板のＹ方向の長さとを互いに異ならせること等により、板１０及び板１１の台座６とは反対側（図２の左側）の端部１０ｂ、１１ｂにおいて、板１０と板１１のいずれかが他方に比べて軸線ａ方向に突出していることが好ましい。なお、図２においては、板１１の端部１１ｂが突出している。好ましいのは、積層体組み込み時に下方に位置する板が突出することである。

板１０、１１は、板１０、１１間に、回転軸３の軸線ａが配置されるように板固定部２０により挟持されている。ここで、板１０、１１間とは、板１０、１１それぞれの厚みを含む領域のことである。

板１０及び板１１は、図２のようにＺ方向から見て、Ｘ方向において一方の板が±Ｘ方向の一方側に突出し、他方の板が±Ｘ方向の他方側に突出するように、互いにずれて配置されていてよいが、Ｘ方向において完全に重なるように配置されてもよい。ここで、図３に示す、軸線ａと板１０の端面との最大距離をＸ１０とし、軸線ａと板１１の端面との最大距離をＸ１１とした場合に、つねに、Ｘ１０＝Ｘ１１となるように板１０及び板１１を互いにずらした状態とする。板１０及び板１１により、巻き軸２５の幅Ｘ２５が規定される。

板１０及び板１１の上には、台座６の面６ｂと対向配置された押さえ部材７が配置されている。押さえ部材７は、図１に示すように、板１０及び板１１の一端部１０ａ，１１ｂを覆うように配置されており、図３に示すように、Ｘ方向に離間するボルト１２、１２によって、台座６に対して固定されている。すなわち、板１０、１１の一端部１０ａ，１１ｂが、台座６及び押さえ部材７及びボルト１２、１２によって厚み方向に挟持され固定されている。この挟持状態は、ボルト１２、１２を緩めることによって解除可能であり、解除された状態では、板１０、１１は、それぞれ、容易に±Ｘ方向に動かすことができる。ここで、台座６、押さえ部材７、及び、ボルト１２、１２が、板１０、１１を挟持する板固定部２０を構成している。

続いて、このような電極巻回装置の使用方法について、図４及び図５を参照して説明する。まず、電極シート３０を用意する。電極シート３０は、図５に示すように、通常、正極３０ａ／セパレータ３０ｓ／負極３０ｂ／セパレータ３０ｓの構造を有する積層体シートである。

正極３０ａ、負極３０ｂ、セパレータ３０ｓについては、公知の電気化学デバイスに使用されるものが特に制限なく利用できる。

電気化学デバイスとは、例えば、電池、電気化学キャパシタ等であり、特に、リチウムイオン二次電池や、電気２重層キャパシタが例示できる。例えば、正極３０ａや負極３０ｂは、銅やアルミニウム等の金属製の集電体上に、リチウム含有金属酸化物や炭素等の活物質をバインダや導電助剤と共に塗布したものが挙げられる。また、セパレータ３０ｓは、樹脂や紙製の多孔質シートが挙げられる。

続いて、図４に示すように、他方に比べて突出している板１１の端部を指ｆで押して、板１０と板１１との間に隙間４０を形成し、電極シート３０の端部を板１０と板１１との間に挿入し、その後、指ｆで押すのをやめて、板１０と板１１との間に、電極シート３０の端部を挟んで固定する。その後、ハンドル５ｂを図示Ａ方向に廻して、回転軸３を軸線ａ周りに回転させることにより、板１０及び板１１により形成される巻き軸２５の周りに、電極シート３０を巻回する。これにより、図５に示すように、板１０及び板１１により形成された巻き軸２５の周りに電極シート３０が巻回された扁平型の巻回体が完成する。その後、巻回体を巻き軸２５から引き抜き、電解液に浸漬する等の公知の方法により電気化学デバイスが得られる。

そして、図５のようにして得られる巻回体の横幅は、巻き数や電極シートの厚みが同じであれば、主として巻き軸２５の幅Ｘ２５により決定される。したがって、巻き軸２５の幅Ｘ２５を広くしたい場合には、図３において、ボルト１２、１２を緩め、板１０を図３の−Ｘ方向に、板１１を＋Ｘ方向にそれぞれ同一量移動させればよく、これにより、巻き軸２５の中心軸を回転軸３の軸線ａと同一に維持しながら、巻き軸２５の幅Ｘ２５の幅を広くすることができる。また、巻き軸２５の幅Ｘ２５を狭くしたい場合には、例えば、板１０を図３の＋Ｘ方向に、板１１を−Ｘ方向にそれぞれ同一量移動させればよく、これによっても巻き軸２５の中心軸を回転軸３の軸線ａと同一に維持しながら、巻き軸２５の幅Ｘ２５の幅を狭くすることができる。

本実施形態によれば、板固定部２０により一対の板１０、１１のそれぞれが、各板１０、１１の平面方向かつ回転軸３の軸線ａに対して垂直な方向、すなわち、±Ｘ方向における任意の位置に固定可能となっている。したがって、一対の板１０、１１により形成される巻き軸２５の幅Ｘ２５を変更したい場合に、一対の板１０、１１の両方を、巻き軸２５の幅Ｘ２５を広げる方向または狭める方向にそれぞれ移動させることができる。これにより、どのような巻き軸２５の幅Ｘ２５であっても、一対の板１０、１１により形成される巻き軸２５の中心軸線と、回転軸３の軸線ａとを一致させることができる。したがって、巻き軸２５の幅Ｘ２５に関わらず、互いに均等な張力で電極シート３０を巻回することができる。

これにより、巻き軸２５の両端における電極シートの積層密度の差を少なくすることができ、したがって、電極密度の差を少なくすることができ、充放電を繰り返した際の劣化を低減することができる。

また、板固定部２０は、一対の板１０、１１の軸線ａ方向の一端部１０ａ，１１ａ同士を厚み方向から挟持しているので、固定時に一対の板１０、１１を十分に固定できる一方、固定解除時における一対の板１０、１１のそれぞれ移動動作が迅速かつ容易に行える。また、一対の板１０、１１が挟持された状態で、一対の板１０、１１の間に電極シート３０の端部を挟むと、電極シート３０の端部が一対の板１０、１１により挟持され、これにより、電極シート３０の端部を、巻き軸２５に容易に固定できる。したがって、巻回工程を簡単化することができる。

また、一方の板１１は、板固定部２０に挟持される側とは反対側の端部１１ｂにおいて、他方の板１０の端部１０ｂよりも軸線ａ方向に突出している。これにより、一方の板１１の突出部を利用して容易に、板１０と板１１との間に隙間４０を生じさせることができる。したがって、巻回前に、板１０と板１１との間に電極シート３０の端部を差し込んで電極シートの端部を固定することが容易である。

（第２実施形態）
本実施形態が第１実施形態と異なる点は、位置決めシート２１のみであるのでこれについてのみ説明する。図６、図７に示すように、位置決めシート２１は、板１０と板１１との間に設けられている。そして、位置決めシート２１は、巻回される電極シート３０の側面が当接するように配置されている。

これにより、板１０と板１１との間に電極シート３０の端部を差し込んで固定させる際や、巻回時に、電極シート３０の位置決めが容易となり、均質な巻回体を大量生産できる。

本発明は上記実施形態に限られずさまざまな変形態様が可能である。

例えば、上記実施形態では、板固定部２０は、一対の板１０、１１を重ねた状態で厚み方向から挟持する態様であるが、一対の板１０、１１を、各板の平面方向かつ回転軸３の軸線ａに対して垂直な方向における任意の位置にそれぞれ固定可能であればこれに限られず、例えば、一対の板１０、１１を、チャック機構によって台座や回転軸に固定するものでも構わない。あるいは、図８に示すように、台座６に横長のスリット６ａを設け、一対の板１０と板１１とを、板１０と板１１とのＸ方向のズレに対応した段差１３ａをそれぞれ有する一対のスペーサ１３、１３でＸ方向の両側から挟んでスリット６ａ内に挿入し、Ｘ方向から、スペーサ１３／板１０及び板１１／スペーサ１３の構造体をねじ１２で台座６に対して押圧し、各板の平面方向かつ回転軸３の軸線ａに対して垂直な方向から板１０及び板１１を挟んで固定するものであってもよい。図８の形態の場合、一対のスペーサ１３、１３を、異なる大きさの段差１３ａを有する一対のスペーサ１３、１３と交換することによって、上記の実施形態と同様に一対の板１０、１１により形成される巻き軸２５の中心軸と、回転軸３の軸線ａとをいつも一致させることができる。

また、位置決めシートの位置は板１０、１１間が好ましいが、板１０、１１間でなく、板１０の板１１と対向しない面や、板１１の板１０と対向しない面に設けられてもよい。

図１は、第１実施形態に係る電極巻回装置の正面図である。図２は、第１実施形態に係る電極巻回装置の上面図である。図３は、第１実施形態に係る電極巻回装置の側面図である。図４は、第１実施形態に係る電極巻回装置の使用状況を説明する斜視図である。図５は、第１実施形態に係る電極巻回装置の使用状況を説明する図５に続く巻き軸２５周辺の正面拡大図である。図６は、第２実施形態に係る電極巻回装置の正面図である。図７は、第２実施形態に係る電極巻回装置の上面図である。図８は、第３実施形態に係る電極巻回装置の上面図である。

符号の説明

３…回転軸、１０、１１…板、２０…板固定部、２１…位置決めシート、２５…巻き軸、３０…電極シート、１００…電極巻回装置、ａ…軸線。

Claims

回転軸と、
前記回転軸の軸線を挟んで互いに対向するように配置され、前記回転軸の軸線方向にそれぞれ伸びる一対の板と、
前記回転軸に固定され、前記一対の板を、前記板の平面方向かつ前記回転軸の軸線に対して垂直な方向における任意の位置にそれぞれ固定可能な板固定部と、を備え、
前記板固定部は、前記一対の板の前記軸線方向の一端部同士を厚み方向から挟持する、
電極巻回装置。
一方の前記板は、前記板固定部に挟持される側とは反対側において、他方の前記板よりも前記軸線方向に突出している請求項１記載の電極巻回装置。
少なくとも一方の前記板に、巻回される電極シートの側面を当接させる電極シート位置決め部が設けられている請求項１又は２のいずれか記載の電極巻回装置。