JP5660591B2 - 絶縁フィルム付電極体及びリチウムイオン二次電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、正極と負極とがセパレータを介して積層または渦巻き状に巻回されてなる電池の製造において、電極体に絶縁フィルムを貼り付けてなる絶縁フィルム付電極体の製造方法に関するものである。

携帯用の各種機器に使用されている小型の電子機器用の電源として用いられている電池には、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正極集電体に正極合剤層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合剤層を塗布したものが用いられている。

正負極の対向面積を必要最小限で設計する為に合剤層は集電体の両面に間欠で塗布されている。そして、正極電極及び負極電極を、セパレータを介して多数回巻回して製作した電池要素を円筒型の電池缶に収納し、あるいは巻回した電池要素を扁平状に成形を行って角型の電池缶に収納し、電解液を注入した後に封止して電池が製造されている。

正極集電体に塗布される正極合剤層または負極集電体に塗布される負極合剤層の塗布境界はショートのポテンシャルが高く、絶縁フィルムを貼り付ける技術が導入されている。特許文献１では、電極体用帯状シートの所望の位置に集電体の延伸方向と直交するようにテープ状の絶縁フィルムを貼り付ける方法が記載されている。

１台の装置で電極体の表裏両面に絶縁フィルムを貼り付ける機構を有する場合、第一貼付機構と第二貼付機構を電極体の上下面に配置する方法、又は特許文献２に記載されている反転装置を利用する方法が考えられる。

特開２００７−３１１２６５号公報 特開２００１−２７７４６９号公報

絶縁フィルムを表裏片面毎に貼り付ける方法を、図４を用いて説明する。図４は、絶縁フィルムを電極体の片面に貼り付ける装置構成の説明図である。

電極体２が巻出しユニット１から巻き出され、第一位置決めセンサー１２が電極の塗布端部を検知すると、電極塗布端部が、第一貼付機構５にある絶縁フィルム貼付部の直下に送られ、貼り付け作業が行われる。その後、電極体２は、搬送が行われ、巻取りユニット１１に巻き取られる。

一連の作業を行うことで、片面に絶縁フィルムが貼り付けられる。巻取りユニット１１に巻き取られた電極体２を巻出しユニット１に移動し、再度、もう片方の面に絶縁フィルムを貼り付けることで作業は完了する。このため、電極合剤層が金属集電体の両面に塗布される場合、表裏２回の絶縁フィルム貼り付け作業を繰返して実施する必要があり、１台の装置で電極体の表裏両面に絶縁フィルムを貼り付ける方法と比べて２倍の工数を要することになる。

１台の装置で電極体の表裏両面に絶縁フィルムを貼り付け、第一貼付機構と第二貼付機構を電極体の上下面に配置する方法では、上下面に配置する絶縁フィルム貼付部の構造を電極体の表裏で変える必要があり、構造が複雑になり作業性も悪くなる。

特許文献２に提案されているような電極体をねじることによって表裏面を反転させる方法は、ねじる際に金属集電体の端部に負荷がかかり易く、金属集電体には１０μｍ程度の薄い金属箔を使用するため破断し易いので好ましくない。また、電極体をねじると電極体から電極合剤層が剥がれ落ちる恐れがあるので好ましくない。

すなわち本発明の技術的課題は、電極体の表裏両面に絶縁フィルムを貼り付けてなる絶縁フィルム付電極体を、作業性の良い１台の絶縁体貼付装置で製造する方法を提供することにある。

本発明の絶縁フィルム付電極体の製造方法は、集電体の両面に電極合剤が間欠塗布された電極体を巻出しユニットから引き出して巻取りユニットで巻き取るまでの間に、電極体の両面それぞれの電極合剤の塗布境界に絶縁フィルムを貼付して絶縁フィルム付電極体を製造する方法であって、巻出しユニットから引き出された電極体を第一の貼付機構に送ることと、第一の貼付機構に送られた電極体を、ダンサーローラーを経由しつつ該電極体をねじることなく反転させて第二の貼付機構に送ることと、ダンサーローラーを用いて、電極体の一方の面の塗布境界を第一の貼付機構における絶縁フィルム貼付位置に合わせるとともに電極体の他方の面の塗布境界を第二の貼付機構における絶縁フィルム貼付位置に合わせることと、第一の貼付機構を用いて一方の面に絶縁フィルムを貼付するとともに、第二の貼付機構を用いて他方の面に絶縁フィルムを貼付することと、を含む。

本発明の絶縁フィルム付電極体の製造方法は、前記第一貼付機構と前記第二貼付機構が同じ高さに位置する。

本発明によれば、電極体の表裏両面に絶縁フィルムを貼り付けてなる絶縁フィルム付電極体を、作業性の良い１台の絶縁体貼付装置で製造する方法が得られる。

本発明によれば、第一貼付機構と第二貼付機構を同じ高さに位置することによって、電極体の表裏両面に絶縁フィルムを貼り付けてなる絶縁フィルム付電極体を、作業の安全性が高く、作業性のよい１台の絶縁体貼付装置で製造する方法が得られる。

本発明の実施の形態について絶縁体貼付装置の図面を参照して説明する。

図３は、本発明による第一貼付機構と第二貼付機構の高さが異なる装置構成の説明図である。これは電極体をねじる以外の方法によって１台の装置で電極体の表裏両面に絶縁フィルムを貼り付ける方法で、第一貼付機構で表面に絶縁フィルムの貼り付けが施された電極体を反転させて、第二貼付機構で電極体の裏面に絶縁フィルムを貼り付けることにより、絶縁フィルム貼付部の構造を共に電極体の上面に配置することが可能となる。

電極体２が巻出しユニット１から巻き出され、第二位置決めセンサー１８が電極体２の塗布端部を検知すると、電極塗布端部が、第二貼付機構１０にある絶縁フィルム貼付部の直下に送られる。同時に第一位置決めセンサー１２が電極体２の塗布端部を検知すると、電極塗布端部が、第一貼付機構５にある絶縁フィルム貼付部の直下に送られる。このとき、第二ダンサーローラー６は、第一貼付機構５と第二貼付機構１０の貼付位置が適正になるように電極体２の張りを生じさせる。この状態で、第一貼付機構５と第二貼付機構１０にあるそれぞれの絶縁フィルム貼付部にて貼り付け作業が行われる。電極体２の両面に絶縁フィルムを貼付した後、電極体２は、巻取りユニット１１に巻き取られる。

これにより第一、第二貼付機構５、１０共に同じ構造にすることが可能であり、１台の装置で電極体の表裏両面に絶縁フィルムを貼り付け、作業性の良い絶縁体貼付装置の提供が可能となる。

図１は、本発明による第一貼付機構の後に反転機構を設けた装置構成の説明図である。

絶縁体貼付装置の構造は、図３と同じであり、第一貼付機構５にて電極体２の表面に絶縁フィルムを貼り付けた後に、電極体２を反転させ、第二貼付機構１０にて、裏面に絶縁フィルムを貼り付け、電極体２を再反転させ、巻取りユニット１１に巻き取られる。

第一貼付機構５にある絶縁フィルム貼付部にて貼り付け作業が行われた後に、電極体反転用第一ローラー７を第一作業ステージ１３より低い位置に配置することによって、第二貼付機構１０を第一貼付機構５と同じ高さに配置することができる。

図２は、本発明による第一貼付機構の前に反転機構を設けた装置構成の説明図である。電極体２を反転してから第一貼付機構５にある絶縁フィルム貼付部にて貼り付け作業が行われ、電極体再反転用第二ローラー１５を第一作業ステージ１３より低い位置に配置することによって、第二貼付機構１０を第一貼付機構５と同じ高さに配置することができる。電極体の搬送や絶縁フィルムの貼付方法は図１に示す装置と同様であるが、図１は、第一貼付機構の後に反転機構を設けているのに対し、図２は、第一貼付機構の前に反転機構を設けている。

電極体反転用第一ローラー又は電極体再反転用第二ローラーを第一作業ステージより低い位置に配置することによって、第二貼付機構を第一貼付機構と同じ高さに配置することができる。第一貼付機構と第二貼付機構を同じ高さに配置することにより、作業ステージ間の移動を円滑、且つ無理のない姿勢で行うことが可能となり、作業の安全性が高く、作業性の良い絶縁体貼付装置が得られる。

以下に本発明の実施例を詳述する。ここに示す実施例は、本発明の技術思想を具体化する為の装置構造を例示するものであって、本発明は装置構造を下記のものに特定しない。

（実施例１）
本発明の実施例１として絶縁体貼付装置について図３を参照して説明する。装置の大きさは縦７．５ｍ、横４ｍ、高さ２．８ｍである。

正極電極体は、アルミ箔上に、正極活物質であるＬｉＣｏＯ₂、カーボンブラックの導電助剤、およびポリフッ化ビニリデンの結着剤をＮ−メチル−２−ピロリドン（以下、ＮＭＰと表記）に混合分散し、スラリー状にしたものを表面に塗布後に乾燥し、裏面も同様に塗布後に乾燥して作製した。負極電極体は、銅箔上に、リチウムをドープ及び脱ドープ可能な負極活物質である炭素、カーボンブラックの導電助剤、およびポリフッ化ビニリデンの結着剤をＮＭＰに混合分散し、スラリー状にしたものを表面に塗布後に乾燥し、裏面も同様に塗布後に乾燥して作製した。

巻出しユニット１には、電極体２を回転させるモーターと、電極体の巻きずれを補正する機能を有している。第一ダンサーローラー３は、垂直に動作可能なローラーで、第一ダンサーローラー３の左右に固定ローラーが配置されている。第一送りローラー４は、対向したローラーを有し、一方に駆動モーターが装備されている。第一貼付機構５は、リール状に巻かれた絶縁フィルムを電極体２と直交して引き出す機能と、電極体２の塗布端を検知可能な第一位置決めセンサー１２と、塗布端部に絶縁フィルムを貼り付け、ローラーで絶縁フィルムを押し付ける機能を有する。第二ダンサーローラー６は、前記第一ダンサーローラー３と同様の構成である。電極体反転用第一ローラー７は、第二ダンサーローラー６の左側に配設されている。電極体反転用第三ローラー９は、電極体反転用第二ローラー８の上に配設し、電極体２を反転して移送することが可能である。第二送りローラー１９は、第一電極体送りローラー４と同様の構成である。電極体再反転用第一ローラー１４、電極体再反転用第二ローラー１５、電極体再反転用第三ローラー１６、電極体再反転用第四ローラー１７は、電極体２を第二貼付機構１０の上部を経由して再反転させる。巻取りユニット１１は、電極体２を回転させるモーターと、電極体２の巻きずれを補正する機能を有している。

これにより１台の装置で電極体の表裏両面に絶縁フィルムを貼り付けることができ、作業性の良い絶縁体貼付装置が得られた。

（実施例２）
本発明の実施例２として絶縁体貼付装置について図１を参照して説明する。装置の大きさは縦７．５ｍ、横４ｍ、高さ２．３ｍである。

絶縁体貼付装置の構造は、図３と同じであり、第一貼付機構５にて電極体２の表面に絶縁フィルムを貼り付けた後に、電極体２を反転させ、第二貼付機構１０にて、裏面に絶縁フィルムを貼り付け、電極体２を再反転させた。

第一貼付機構５にある絶縁フィルム貼付部にて貼り付け作業が行われた後の電極体反転用第一ローラー７を第一作業ステージ１３より低い位置に配置することにより、第二貼付機構１０と第一貼付機構５を同じ高さに配置できた。

第一貼付機構と第二貼付機構を同じ高さにすることにより、作業ステージ間の移動を円滑にし、且つ無理のない姿勢で作業を行うことができるので、作業の安全性が高く、作業性の良い絶縁体貼付装置が得られた。

（実施例３）
実施例３として絶縁体貼付装置について図２を参照して説明する。反転機構により電極体２を反転させてから第一貼付機構５にて電極体２の裏面に絶縁フィルムを貼り付けた後に、電極体２を再反転させ、第二貼付機構１０にて表面に絶縁フィルムを貼り付けた。

電極体の搬送や絶縁フィルムの貼付方法は実施例２と同様であるが、実施例２では、第一貼付機構の後に反転機構を設けているのに対し、実施例３では、第一貼付機構の前に反転機構を設けている。すなわち、実施例２では、はじめに表面に絶縁フィルムを貼り付けているのに対し、実施例３では、はじめに裏面に絶縁フィルムを貼り付けている。

第一貼付機構と第二貼付機構を同じ高さにすることにより、作業ステージ間の移動を円滑にし、且つ無理のない姿勢で作業を行うことができるので、安全性が高く、作業性の良い絶縁体貼付装置が得られた。

なお、はじめに裏面に絶縁フィルムを貼り付ける方法としては、図１に示した装置を使用しても行うことができる。すなわち、巻出しユニット１において、モーターの回転方向を逆にし、且つ電極体２の巻出しを上からではなく下から行うことによって、裏面から絶縁フィルムを貼り付けることができる。

これらの実施例より、１台の装置で電極体の表裏両面に絶縁フィルムを貼り付け、作業性の良い絶縁体貼付装置が得られた。

また、第一貼付機構と第二貼付機構を同じ高さにすることにより、１台の装置で電極体の表裏両面に絶縁フィルムを貼り付け、作業の安全性が高く、作業性の良い絶縁体貼付装置が得られた。

本発明は、１台の装置で電極体の表裏両面に絶縁フィルムを貼り付け、作業性の良い絶縁体貼付装置に適用できる。

本発明による第一貼付機構の後に反転機構を設けた装置構成の説明図。 本発明による第一貼付機構の前に反転機構を設けた装置構成の説明図。 本発明による第一貼付機構と第二貼付機構の高さが異なる装置構成の説明図。 絶縁フィルムを電極体の片面に貼り付ける装置構成の説明図。

符号の説明

１ 巻出しユニット
２ 電極体
３ 第一ダンサーローラー
４ 第一送りローラー
５ 第一貼付機構
６ 第二ダンサーローラー
７ 電極体反転用第一ローラー
８ 電極体反転用第二ローラー
９ 電極体反転用第三ローラー
１０ 第二貼付機構
１１ 巻取りユニット
１２ 第一位置決めセンサー
１３ 第一作業ステージ
１４ 電極体再反転用第一ローラー
１５ 電極体再反転用第二ローラー
１６ 電極体再反転用第三ローラー
１７ 電極体再反転用第四ローラー
１８ 第二位置決めセンサー
１９ 第二送りローラー
２０ 第二作業ステージ

Claims (4)

1. 集電体の両面に電極合剤が間欠塗布された電極体を巻出しユニットから引き出して巻取りユニットで巻き取るまでの間に、前記電極体の両面それぞれの前記電極合剤の塗布境界に絶縁フィルムを貼付して絶縁フィルム付電極体を製造する方法であって、
   前記巻出しユニットから引き出された前記電極体を第一の貼付機構に送ることと、
   前記第一の貼付機構に送られた前記電極体を、ダンサーローラーを経由しつつ該電極体をねじることなく反転させて第二の貼付機構に送ることと、
   前記ダンサーローラーを用いて、前記電極体の一方の面の前記塗布境界を前記第一の貼付機構における絶縁フィルム貼付位置に合わせるとともに前記電極体の他方の面の前記塗布境界を前記第二の貼付機構における絶縁フィルム貼付位置に合わせることと、
   前記第一の貼付機構を用いて前記一方の面に絶縁フィルムを貼付するとともに、前記第二の貼付機構を用いて前記他方の面に絶縁フィルムを貼付することと、を含む、絶縁フィルム付電極体の製造方法。
2. 前記電極体を前記第一の貼付機構に送る際に、別のダンサーローラーを経由することを含む、請求項１に記載の絶縁フィルム付電極体の製造方法。
3. 前記第一の貼付機構と前記第二の貼付機構が同じ高さに位置する、請求項１または２に記載の絶縁フィルム付電極体の製造方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の絶縁フィルム付電極体の製造方法を用いて絶縁フィルム付電極体を製造することと、
   前記絶縁フィルム付電極体を巻き回すことと、を含む、リチウムイオン二次電池の製造方法。

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