JP5808421B2 - 切込み加工のための新規装置 - Google Patents

Description

本発明は、切込み加工のための新規装置に関する。具体的には、本発明は、電極活性材料がその片面または両面に付加される連続電極シートを単位電極の間隔で切込み加工して、複数の単位電極をその電極シートから形成するための装置に関し、その装置は、電極シートの上部および下部に切込みをプレス加工するプロセスで、連続して移送される電極シートの位置に従って電極シートと一緒に後方へ移動し、元の位置に戻ることを繰り返すプレス機と、電極シートの供給方向に基づいてプレス機の後部に配置される引出し部材であって、プレス機の動作に従って単位電極に対応するサイズである１ピッチずつ電極シートを引き出して輸送する引出し部材と、を含む。

最近、再充電可能な二次電池は、無線携帯機器のエネルギー源または補助電源デバイスとして広く使用されている。加えて、二次電池は、化石燃料を使用する従来のガソリン車、ディーゼル車および同様のものによって引き起こされる大気汚染を解決するための代替案として提案されている電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）および同様のものの電力源として大きな注目を集めている。

そのような二次電池は、電極アセンブリが電解質溶液と一緒に電池ケースに取り付けられた状態で製造される。製造方法に応じて、電極アセンブリは、スタック型、折畳み型、スタック−折畳み型および同様のものに分類される。スタック型またはスタック−折畳み型電極アセンブリの場合には、単位アセンブリは、カソードおよびアノードがこの順序でそれらの間にセパレーターが挿入されるように積層された構造を有する。そのような電極アセンブリを製造するためには、カソードおよびアノードの製造が、まず必要とされる。

すなわち、カソードおよびアノードなどの単位電極を製造するためには、最初に、電極活性材料が片面または両面に付加される連続電極シートを単位電極の間隔で切込み加工するためのプロセスが必要とされる。切込み加工プロセスは一般に、プレス機を使用して電極シートの一部を切込み加工することによって行われる。

プレス装置は、プレス加工すべき材料である電極シートを所定形状の形に加工するための装置であり、加工は一般に連続供給方式で行われる。

そのような連続供給方式は、プレス機が電極シートを同時に輸送しかつプレス加工する方法であり、プレス加工される電極シートが停止することなく連続して供給されることを特徴とする。

図１を参照してこの連続供給方式を説明すると、本装置は、電極シート１０を所定形状の形にプレス加工するためのプレス機２０および電極シート１０をプレス機２０に供給するためのフィーダー３０ａを含み、プレス機２０はまた、フィーダーとしての機能も果たす。すなわち、プレス機２０は、電極シート１０をプレス加工し、同時に輸送長さの半分を輸送し、待機するフィーダー３０ａは、残りの輸送長さを輸送する状態で電極シート１０を連続して輸送する。電極シート１０は、所定速度で連続して輸送される。

しかしながら、そのような連続供給方式は、電極シート１０を所定速度で供給することができ、それ故にプレス機２０の安定したプレス加工を可能にするが、プレス機２０が左右に移動するとき、プレス機２０と一緒に移動するモールド２２の慣性に起因して電極シート１０を高速で供給することが困難であるので、生産効率の低下の問題が生じ、それ故にコストの増加をもたらす。

それに応じて、これらの問題を解決するために新規の切込み加工装置を開発する必要性がある。

従って、本発明は、上記の問題およびまだ解決されなければならない他の技術的問題を解決するためになされた。

切込みを電極シートに高速で安定して形成するための切込み加工装置を提供することが、本発明の１つの目的である。

その切込み加工装置を使用して優れた動作特性を発揮する二次電池を提供することが、本発明の別の目的である。

本発明の一態様によると、電極活性材料がその片面または両面に付加される連続電極シートを単位電極の間隔で切込み加工して、複数の単位電極をその電極シートから形成するための装置が提供され、この装置は、電極シートの上部および下部に切込みをプレス加工するプロセスにおいて、連続して移送される電極シートの位置に従って電極シートと一緒に後方へ移動し、次いで元の位置に戻ることを繰り返すプレス機と、電極シートの供給方向に基づいてプレス機の後部に配置される引出し部材であって、プレス機の動作に従って単位電極に対応するサイズである１ピッチずつ電極シートを引出して輸送する引出し部材と、を含む。

すなわち、本発明による切込み加工装置は、プレス機の後部に配置される引出し部材が電極シートを１ピッチずつ引出し、プレス機は引出し部材の動作によって輸送される電極シートをプレス加工するだけである構成を有し、それによって、プレス機がまた輸送も行う従来の構成と比べて、高速で切込みを電極シートに形成する。

好ましい実施形態では、電極シートの輸送のために電極シートに印加される張力は、切込みをプレス加工するプロセスでプレス機が後方へ移動する間に引出し部材だけから供給されてもよい。

したがって、電極シートは引出し部材だけによって輸送され、プレス機は電極シートを輸送しない。その結果、プレス機は、高品質の切込みを電極シートにプレス加工することができる。

別の実施形態では、引出し部材は、把持することによって電極シートを引き出すための２つ以上のグリッパーまたは回転することによって電極シートを引き出すための２つ以上のローラーを含んでもよい。

引出し部材が、例えば２つ以上のグリッパーから成る場合には、グリッパーの１つが、電極シートを引き出して輸送するとき、残りのグリッパーは、引き出すための位置に移動する。

別の実施形態では、グリッパーは、プレス機に隣接する第１のグリッパーおよび第１のグリッパーの後部に配置される第２のグリッパーを含み、電極シートを交互に引き出す。また、２つのグリッパーを含むそのようなグリッパーを広く「二重グリッパー」と呼ぶこととする。

具体的には、二重グリッパーの動作は次の通りである。第１のグリッパーが、電極シートをプレス機から引き出し、それを輸送する間に、第２のグリッパーは引き出すための位置に戻り、第１のグリッパーの輸送が終了するとすぐに電極シートをプレス機から輸送し始める。

その一方で、ローラーは、所定速度で回転し、それによって電極シートを所定速度で１ピッチずつ引出し、それをプレス機に供給する。

切込みは、切込みが互いに対称であるように電極シートの上部および下部にそれぞれ形成される。このため、切込みは、その後の切断プロセス中に容易に切断できる。

この構成に基づくと、プレス機のプレス加工速度は、例えば１５０から３００ＳＰＭ（１分間当たりのストローク数）であり、それは、またフィーダーとしての機能も果たす従来のプレス機と比べて増加している。例えば、フィーダーおよびプレッサーとして両方の機能を果たすプレス機は、１００ＳＰＭ以下のプレス加工速度しか有さない。

プレス機は、一回のプレス加工動作によって複数の切込みを形成するために少なくとも２つの空洞を有するモールドを含んでもよい。この場合には、生産効率は改善できる。

好ましくは、モールドは４から６の空洞を有する。そのようなモールドを含むプレス機は、一回のプレス加工動作によって４から６の切込みを形成することができ、切込みはタップなどの形状を有してもよい。

場合によっては、電極シートがその移動方向に２つ以上のライン単位に分けられ、２つ以上の単位電極が１ピッチでそれぞれのライン単位に形成されるように、プレス機はライン単位間に切込みをプレス加工してもよい。この場合には、切込みは、それぞれのラインで分けられた電極シートの上部および下部に形成されてもよく、ライン単位で分けられない電極シートと比べて生産効率を２倍に改善することができる。

好ましい実施形態では、切込み加工装置はさらに、引出し部材の輸送方向と反対の方向にプレス機の後部において逆張力を電極シートに印加するための引張り部分を含んでもよい。

引張り部分は、回転可能に設定されたローラーおよびこのローラーに軸方向に接続されたモーターを含んでもよく、モーターは引出し部材と同期する。

この場合には、モーターは引出し部材が停止するところの前方の５〜１０ｍｍの点で動作を停止する。結果として、電極シートはローラーと一緒にスリップし、それ故に逆張力が電極シートに印加される。

引張り部分は、電極シートを輸送するためのローラー、およびローラーを停止させるためのパウダーブレーキまたはトルクリミッターを含んでもよい。

具体的には、パウダーブレーキまたはトルクリミッターは、引出し部材がプレス機への電極シートの輸送を完了する前に、ローラーが逆張力を電極シートに印加することに抵抗する。

切込み加工装置は、電極シートを巻き付けている巻出し機および電極シートの蛇行を制御するための蛇行コントローラが、引張り部分の前部にこの順序で配置される構造を有してもよい。

この場合には、本装置はさらに、巻出し機と一緒に、所定張力を電極シートに印加するために、蛇行コントローラと引張り部分との間に配置される張力維持モジュールを含んでもよい。そのような張力維持モジュールは、ウェイトダンサー（ｗｅｉｇｈｔ ｄａｎｃｅｒ）かまたはエアーダンサー（ａｉｒ ｄａｎｃｅｒ）から成ってもよい。

場合によっては、切込み加工装置はさらに、引出し部材の後部でプレス機によって切込み加工された電極シートを検査するための検査機を含んでもよい。

この場合には、検査機は、プレス加工された電極シートから画像データを得るためのカメラおよび画像データを分析するための決定モジュールを含んでもよい。一方では、電極シートは、タップを含んでもよい。このタップは、切込み加工プロセスで切込みと一緒に形成されてもよい。

本発明はまた、切込み加工装置を使用して製造される電極アセンブリも提供する。

電極アセンブリは、カソードおよびアノードがこの順序で、それらの間にセパレーターが挿入されるように積層される構造を有する。

例えば、カソードは、カソード活性材料を含有するカソード混合物をＮＭＰなどの溶媒と混合することによって準備されたスラリーをカソード電流コレクターに塗布し、その後に続いて乾燥および圧延することによって作製される。

カソード混合物はさらに、カソード活性材料に加えて導電性材料、バインダーまたはフィラーなどの成分を適宜含有してもよい。

カソード活性材料は、電気化学反応を引き起こす物質として、２つ以上の遷移金属を含むリチウム遷移金属酸化物であり、その例は、１つ以上の遷移金属で置換されたリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ_２）またはリチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ_２）、１つ以上の遷移金属で置換されたリチウムマンガン酸化物、ＬｉＮｉ_１−ｙＭ_ｙＯ_２の分子式によって表されるリチウムニッケル酸化物（ただしＭ＝Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｂ、Ｃｒ、ＺｎまたはＧａ、リチウムニッケル酸化物はそれらの元素のうちの１つ以上の元素を含み、０．０１≦ｙ≦０．７）、Ｌｉ_１＋ｚＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２またはＬｉ_１＋ｚＮｉ_０．４Ｍｎ_０．４Ｃｏ_０．２Ｏ_２などのＬｉ_１＋ｚＮｉ_ｂＭｎ_ｃＣｏ_{１−（ｂ＋ｃ＋ｄ）}Ｍ_ｄＯ_{（２−ｅ）}Ａ_ｅによって表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（ただし−０．５≦ｚ≦０．５、０．１≦ｂ≦０．８、０．１≦ｃ≦０．８、０≦ｄ≦０．２、０≦ｅ≦０．２、ｂ＋ｃ＋ｄ＜１、Ｍ＝Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＳｉまたはＹ、Ａ＝Ｆ、ＰまたはＣｌ）、およびＬｉ_１＋ｘＭ_１−ｙＭ’_ｙＰＯ_４−ｚＸ_ｚの分子式によって表されるオリビンリチウム金属リン酸塩（ただしＭ＝遷移金属、好ましくはＦｅ、Ｍｎ、ＣｏまたはＮｉ、Ｍ’＝Ａｌ、ＭｇまたはＴｉ、Ｘ＝Ｆ、ＳまたはＮ、−０．５≦ｘ≦＋０．５、０≦ｙ≦０．５、および０≦ｚ≦０．１）などの層状化合物を含むが、これらに限定されるわけではない。

導電性材料は通常、カソード活性材料を含む混合物の全重量に基づいて１から３０重量％の量を追加される。導電性材料が、電池で有害な化学変化を引き起こすことなく適切な導電率を有する限りは、任意の導電性材料が特定の制限なく使用されてもよい。導電性材料の例は、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェン（Ｋｅｔｊｅｎ）ブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラックおよびサーマルブラックなどのカーボンブラック、炭素繊維および金属繊維などの導電性繊維、フッ化炭素粉末、アルミニウム粉末およびニッケル粉末などの金属粉末、酸化亜鉛およびチタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー、酸化チタンなどの導電性金属酸化物、ならびにポリフェニレン誘導体を含む、導電性材料を含む。

バインダーは、導電性材料および電流コレクターへの電極活性材料の接合を強化する成分である。バインダーは通常、カソード活性材料を含む混合物の全重量に基づいて１から３０重量％の量で追加される。バインダーの例は、ポリビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、デンプン、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレンジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴムおよび様々な共重合体を含む。

フィラーは、電極の膨張を抑制するために適宜使用される成分である。フィラーが製造された電池で有害な化学変化を引き起こさず、繊維状材料である限りは、任意のフィラーが特定の制限なく使用されてもよい。フィラーの例は、ポリエチレンおよびポリプロピレンなどのオレフィン重合体、ならびにガラス繊維および炭素繊維などの繊維状材料を含む。

カソード電流コレクターは一般に、３〜５００μｍの厚さを有するように製造される。カソード電流コレクターが製造された電池で有害な化学変化を引き起こすことなく適切な導電率を有する限りは、任意のカソード電流コレクターが特定の制限なく使用されてもよい。カソード電流コレクターの例は、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼結炭素、並びに炭素、ニッケル、チタンもしくは銀で表面処理されたアルミニウムもしくはステンレス鋼を含む。これらの電流コレクターは、電極活性材料への接着を強化するためにその表面に微細な凹凸を含む。加えて、電流コレクターは、フィルム、シート、フォイル、ネット、多孔質構造体、発泡体および不織布を含む様々な形で使用されてもよい。

例えば、アノードは、アノード活性材料を含有するアノード混合物をＮＭＰなどの溶媒と混合することによって準備されたスラリーをアノード電流コレクターに塗布し、その後に続いて乾燥することによって作製される。アノード混合物はさらに、上で述べたような導電性材料、バインダーまたはフィラーなどの成分を適宜含有してもよい。

アノード活性材料の例は、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛、炭素繊維、硬質炭素、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、ペリレン、活性炭などの炭素および黒鉛材料、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｐｄ、ＰｔおよびＴｉなどの、リチウムと合金化可能な金属およびこれらの元素を含有する化合物、金属およびそれの化合物との炭素および黒鉛材料の複合物、ならびにリチウム含有窒化物を含む。これらのうちで、炭素ベースの活性材料、シリコンベースの活性材料、スズベースの活性材料、またはシリコン炭素ベースの活性材料がより好ましい。材料は、単独でまたはそれらの２つ以上の組合せで使用されてもよい。

アノード電流コレクターは一般に、３〜５００μｍの厚さを有するように製作される。アノード電流コレクターが電池で有害な化学変化を引き起こすことなく適切な導電率を有する限りは、任意のアノード電流コレクターが特定の制限なく使用されてもよい。アノード電流コレクターの例は、銅、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼結炭素、および炭素、ニッケル、チタンもしくは銀で表面処理された銅もしくはステンレス鋼、ならびにアルミニウムカドミウム合金を含む。カソード電流コレクターと同様に、アノード電流コレクターは電極活性材料への接着を強化するためにそれの表面に微細な凹凸を含む。加えて、電流コレクターは、フィルム、シート、フォイル、ネット、多孔質構造体、発泡体および不織布を含む様々な形で使用されてもよい。

セパレーターは、カソードとアノードとの間に挿入される。セパレーターとしては、高いイオン透過性および機械的強度を有する絶縁薄膜が使用される。セパレーターは典型的には、０．０１〜１０μｍの孔径および５〜３００μｍの厚さを有する。セパレーターとしては、耐化学性および疎水性を有する、ポリプロピレンもしくはポリエチレンなどのオレフィン重合体および／またはガラス繊維でできたシートまたは不織布が使用される。ポリマーなどの固体電解質が電解質として用いられるときは、固体電解質はまた、セパレーターおよび電解質として両方の機能を果たしてもよい。

本発明はまた、電極アセンブリが電池ケースにリチウム塩含有非水電解質と一緒に密封される構造を有する二次電池も提供する。

リチウム塩含有非水電解質は非水電解質およびリチウム塩から成り、好ましい電解質の例は、非水有機溶媒、有機固体電解質、無機固体電解質および同様のものを含む。

非水溶媒の例は、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、ガンマブチロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロキシフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、１，３−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、ギ酸メチル、酢酸メチル、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エーテル、プロピオン酸メチルおよびプロピオン酸エチルなどの非プロトン性有機溶媒を含む。

有機固体電解質の例は、ポリエチレン誘導体、ポリエチレンオキシド誘導体、ポリプロピレンオキシド誘導体、リン酸エステル重合体、撹拌ポリリシン（ｐｏｌｙ ａｇｉｔａｔｉｏｎ ｌｙｓｉｎｅ）、ポリエステル硫化物、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、およびイオン性解離基（ｉｏｎｉｃ ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｇｒｏｕｐ）を含有するポリマーを含む。

無機固体電解質の例は、Ｌｉ_３Ｎ、ＬｉＩ、Ｌｉ_５ＮＩ_２、Ｌｉ_３Ｎ−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、ＬｉＳｉＯ_４、ＬｉＳｉＯ_４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ_２ＳｉＳ_３、Ｌｉ_４ＳｉＯ_４、Ｌｉ_４ＳｉＯ_４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨおよびＬｉ_３ＰＯ_４−Ｌｉ_２Ｓ−ＳｉＳ_２などのリチウムの窒化物、ハロゲン化物および硫酸塩を含む。

リチウム塩は、上述の非水電解質に容易に溶解できる材料であり、それの例は、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＢ_１０Ｃｌ_１０、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣＦ_３ＣＯ_２、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＡｌＣｌ_４、ＣＨ_３ＳＯ_３Ｌｉ、ＣＦ_３ＳＯ_３Ｌｉ、（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２ＮＬｉ、クロロボランリチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、リチウムテトラフェニルホウ酸およびイミドを含む。

加えて、充放電特性および難燃性を改善するために、例えば、ピリジン、亜リン酸トリエチル、トリエタノールアミン、環状エーテル、エチレンジアミン、ｎ−グリム、ヘキサホスホリックトリアミド、ニトロベンゼン誘導体、硫黄、キノンイミン染料、Ｎ−置換オキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ−置換イミダゾリジン、エチレングリコールジアルキルエーテル、アンモニウム塩、ピロール、２−メトキシエタノール、三塩化アルミニウムまたは同様のものが、非水電解質に加えられてもよい。もし必要ならば、不燃性を与えるために、非水電解質はさらに、四塩化炭素および三フッ化エチレンなどのハロゲン含有溶媒を含有してもよい。さらに、高温貯蔵特性を改善するために、非水電解質は、二酸化炭素ガスまたは同様のものをさらに含有してもよい。

電池ケースは、積層シートがそれに熱的に接合される円筒缶、矩形缶または袋であってもよい。これらのうちで、袋状ケースが一般に、低重量、低製造コストおよび容易な形状変更などの利点に起因して使用されてもよい。

積層シートは、熱接合がその中で行われる内部樹脂層、バリアー金属層、および耐久性を発揮する外部樹脂層を含む。

外部樹脂層は、外部環境への優れた耐性を有するべきであり、それ故に所定レベル以上の引張り強度および耐候性を必要とする。この点に関して、外部被覆層のためのポリマー樹脂は、優れた引張り強度および耐候性を示すポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）または配向ナイロンを含有してもよい。

加えて、外部被覆層は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）でできておりかつ／またはそれの外面にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）層を提供される。

ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）と比べて、薄い厚さでさえ優れた引張り強度および耐候性を示し、それ故に外部被覆層としての使用に適している。

内部樹脂層のためのポリマー樹脂は、熱接合性（熱接着性）を有し、その中への電解質溶液の浸透を防止するために電解質溶液の低吸湿性を有し、電解質溶液によって膨張も堆積もされないポリマー樹脂であってもよく、より好ましくは塩素化ポリプロピレン（ＣＰＰ）フィルムである。

好ましい実施形態では、本発明による積層シートは、５〜４０μｍの厚さを有する外部被覆層、２０〜１５０μｍの厚さを有するバリアー層、および１０〜５０μｍの厚さを有する内部シーラント層を含んでもよい。積層シートのそれぞれの層の厚さが過度に薄いときは、材料のバリアー性能および強度の改善が期待できず、他方でその厚さが過度に厚いときは、不都合なことに加工可能性が低下するとともに、シートの厚さが増加する。

そのような二次電池は、小型機器の電力源として使用される電池セルならびに、高温安定性、長いサイクル特性、高速特性および同様のものを必要とする中型および大型機器の電力源として使用される複数の電池セルを含む中型および大型電池モジュールのための単位電池に使用されてもよい。

好ましい中型および大型機器の例は、電池駆動モーターによって動力を供給される動力工具、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）およびプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）を含む電動車両、電動バイク（Ｅ−バイク）、電動スクーター（Ｅ−スクーター）を含む電動二輪車、電動ゴルフカート、電力貯蔵システムならびに同様のものを含むが、これらに限定されない。

本発明の上記および他の目的、特徴ならびに他の利点は、添付の図面を併用する次の詳細な説明からより明確に理解されることになる。

従来の切込み加工装置を例示する部分的概略図である。 本発明の一実施形態による切込み加工装置を例示する部分的概略図である。 図２の電極シートを例示する平面概略図である。 本発明の別の実施形態による電極シートを例示する平面概略図である。 本発明の別の実施形態による切込み加工装置を例示する概略図である。 本発明の別の実施形態による切込み加工装置の構成を例示する概略図である。 本発明の別の実施形態による切込み加工装置のプロセスを例示する概略図である。 図１の切込み加工装置の速度を示すグラフである。 図２の切込み加工装置の速度を示すグラフである。

本発明は、次の例を参照してより詳細に述べられる。これら例は、本発明を例示するためにだけ提供され、本発明の範囲および趣旨を限定すると解釈すべきでない。

図２は、本発明の一実施形態による切込み加工装置の部分的概略図である。図３は、図２の電極シートの平面概略図である。

これら図面を参照すると、切込み加工装置１００ａは、電極活性材料がその両面に付加される連続電極シート１０を単位電極１６の間隔で切込み加工して、複数の単位電極１６をその連続電極シート１０から製造するためにプレス機２０ａおよび引出し部材３０を含む。

プレス機２０ａは、電極シート１０の上部および下部に切込み１１および１２をそれぞれプレス加工するプロセスにおいて、連続して移送される電極シート１０の位置に従って電極シート１０と一緒に後方へ移動し、次いで元の位置に戻ることを繰り返す。

引出し部材３０は、電極シート１０の供給方向に基づいてプレス機２０ａの後部に配置され、プレス機２０ａの動作に従って単位電極に対応するサイズである１ピッチずつ電極シート１０を引き出して輸送する。

加えて、電極シート１０の輸送のために電極シート１０に印加される張力は、切込み１１および１２をプレス加工するプロセスでプレス機が後方へ移動する間に引出し部材３０だけから供給される。

加えて、引出し部材３０は、把持することによって電極シート１０を引き出す二重グリッパー構造の第１のグリッパー３０ｂおよび第２のグリッパー３０ｃを含み、第１のグリッパー３０ｂはプレス機２０ａに隣接し、第２のグリッパー３０ｃは第１のグリッパー３０ｂの後部に配置される。

すなわち、第１のグリッパー３０ｂおよび第２のグリッパー３０ｃは、電極シート１０の供給方向に基づいてプレス機２０ａの後側に配置され、第１のグリッパー３０ｂが電極シート１０を引き出して輸送するとき、第２のグリッパー３０ｃは引き出すための位置に移動する。

具体的には、第１のグリッパー３０ｂが電極シート１０をプレス機２０ａから引出し、それをＢの位置に輸送する間に、第２のグリッパー３０ｃは引き出すためのＣの位置に戻り、第１のグリッパー３０ｂの輸送が完了するＢの位置から連続して電極シート１０をプレス機２０ａから輸送し始める。

切込み１１および１２は、互いに対称であるようにプレス機２０ａによって電極シート１０の上部および下部に形成される。

加えて、プレス機２０ａはモールド２２ａを含み、電極シート１０をプレス加工して切込み１１および１２を形成し、第１のグリッパー３０ｂおよび第２のグリッパー３０ｃと同期する。

第１のグリッパー３０ｂおよび第２のグリッパー３０ｃは、電極シート１０を把持する状態での引出し動作によって電極シート１０をプレス機に１ピッチ（ｐ）ずつ供給する。第１のグリッパー３０ｂおよび第２のグリッパー３０ｃは交互に動作する。すなわち、第１のグリッパー３０ｂが動作し、位置「Ａ」から位置「Ｂ」に移動し、電極シート１０を１ピッチずつ供給する間に、第２のグリッパー３０ｃは、位置「Ｄ」から位置「Ｃ」（待機位置）に戻り、電極シート１０を第１のグリッパー３０ｂから引き続いて（すぐに）供給するように配置される。

第１のグリッパー３０ｂの動作が終了するとき、すなわち第１のグリッパー３０ｂが位置「Ｂ」に移動して供給を完了し、プレス機２０ａが切込みをプレス加工するとき、第２のグリッパー３０ｃは供給の準備をするために電極シート１０を把持し、第２のグリッパー３０ｃは位置「Ｃ」から位置「Ｄ」に移動し、引き続いてプレス機２０ａによるプレス加工が終了するとすぐに電極シート１０を供給する。

２つのグリッパー３０ｂおよび３０ｃが使用されるそのような構成は、グリッパーが電極シート１０を供給し、次いで元の位置に戻る間に、１つのグリッパーが使用されるときに生じるような、断続的な供給が生じるのを防止し、それ故に生産効率をさらに改善する。

図４は、本発明の別の実施形態による電極シートを例示する平面概略図である。

図４を図２と一緒に参照すると、プレス機２０ａは切込み１３および１４を第１のラインと第２のラインとの間にプレス加工し、２つの単位電極は電極シート１０ａの移動方向に１ピッチ（ｐ）で２つのライン単位に分けられ、２つの単位電極はそれぞれのライン単位に１ピッチ（ｐ）で切込み加工される。

プレス機２０ａは、単一のプレス加工動作を通じて４つのタップ１５ならびに切込み１１、１２、１３および１４を形成するために４対の空洞を有するモールド２２ｂを含む。

加えて、プレス機２２ａは、切込み１１、１２、１３および１４を電極シート１０ａに形成するプロセスで４つのタップ１５を形成する。これらのタップ１５は、電極活性材料が付加されない電極シート１０ａの領域に形成され、電極シート１０ａのそれぞれのライン単位に対称構造を有する。

図５は、本発明の別の実施形態による切込み加工装置の構成を例示する概略図である。

図５の切込み加工装置は、引出し部材が所定速度で回転するローラー３０ｄを含む点を除いて、図２の切込み加工装置と同じであり、それ故にそれの詳細な説明は省略される。

図６は、本発明の別の実施形態による切込み加工装置の構成を例示する概略図である。図７は、図６の切込み加工装置のプロセスを例示する概略図である。

これらの図面を図２および３と一緒に参照すると、切込み加工装置２００は、巻出し機５０、蛇行コントローラ６０、引張り部分７０、切込み１１および１２を電極シート１０の上部および下部にプレス加工するプレス機２０ａ、電極シート１０を引き出し、それをプレス機２０ａに輸送するための引出し部材３０、検査機８０ならびに巻取り機９０を含む。

引張り部分７０は、引出し部材３０の輸送方向と反対の方向にプレス機２０ａの前部で逆張力を電極シート１０に印加する張力維持モジュール７１を含み、電極シート１０の所定張力を印加する。

加えて、電極シート１０の蛇行を制御する蛇行コントローラ６０は、電極シート１０を巻き付ける巻出し機５０と逆張力を電極シート１０に印加する引張り部分７０との間に配置され、切込み１１および１２がプレス加工される電極シート１０を検査する検査機８０は、引出し部材３０の後部に配置される。

検査された電極シートを巻き取るための巻取り機９０は検査機８０の後部に配置され、検査機８０は、切込みをプレス加工された電極シートから画像データを得るためのカメラ８１および画像データを分析するための決定モジュール８２を含む。

具体的には、プレス加工すべき電極シート１０は巻出し機５０のローラーに巻き付けられ、巻出し機５０のロールはサーボモーターに軸方向に接続され、電極シート１０はしたがって、サーボモーターに印加される制御信号に応じて能動的に巻き出される。

蛇行コントローラ６０は、電極シートを輸送するプロセスで電極シート１０が蛇行するのを防止する。蛇行コントローラ６０を構成するセンサー（図示せず）は、電極シート１０を輸送するプロセスで電極シート１０の蛇行を感知し、それによって蛇行コントローラ６０を構成する第１のロール６１および第２のロール６２を軸方向に移動させて電極シート１０が蛇行するのを防止する。蛇行コントローラ６０を通過している間に蛇行制御を受ける電極シート１０は、引張り部分７０に輸送される。

引張り部分７０は、プレス機２０ａの前部で電極シート１０の張力を制御し、それによって電極シート１０が蛇行するのを防止し、引張り部分７０を通過する電極シート１０は、アイドラーローラー７２を通ってプレス機２０ａに輸送される。

プレス機２０ａは、設定位置でモールドに従って電極シート１０に切込みをプレス加工する。そのような電極シート１０は、引出し部材３０の動作に従って切込み１２間の距離（ｐ）ずつプレス機２０ａに供給され、その距離は「ピッチ（ｐ）」と呼ばれる。

引出し部材３０は、電極シート１０を引き出し、それをプレス機２０ａにプレス機２０ａのプレス加工速度に従って１ピッチずつ輸送する。

検査機８０は、視覚検査を通じてプレス機２０ａのプレス加工が許容できる誤差範囲内であるかどうかを確認する。検査機８０を通過する電極シート１０は、巻取り機９０に輸送され、ロール９１に巻き付けられる。

必要に応じて、引張り部分７０がプレス機２０ａの後部で電極シート１０の張力を維持し、それによって電極シート１０が強く張った状態を維持することを可能にするように、別の引張り部分（図示せず）が、検査機８０と巻取り機９０との間に配置されてもよい。

これらの構成要素に加えて、プレス加工された電極シート１０と一緒に巻き付けられる保護材料を供給するための装置が、プレス加工された電極シート１０が巻取り機９０のロールに巻き付けられるときにプレス加工された電極シート１０を保護するために加えられてもよい。

加えて、電極シート１０は、電極シート１０の蛇行が蛇行コントローラ６０によって制御される状態で引張り部分７０に輸送される。

プレス機２０ａは電極シート１０を設定位置でプレス加工し、引出し部材３０はプレス機２０ａのプレス加工が終了すると電極シート１０を高速で引き出し、電極シート１０をプレス機２０ａに再び供給する。それに応じて、電極シート１０は、急速に移動して停止するので、慣性に起因して微小変動する。この問題は、引張り部分７０によって解決される。

引張り部分７０は、張力維持モジュール７１および逆張力モジュール（図示せず）を含み、張力維持モジュール７１は、プレス機の前部でプレス機に輸送される電極シート１０に所定張力を印加する。張力維持モジュール７１としての機能を果たすウェイトダンサーは、空気圧シリンダー（図示せず）に軸方向に接続され、ウェイトダンサーの移動角を測定するための電位計（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｍｅｔｅｒ）（図示せず）を含む。

ウェイトダンサー７１の移動は、電位計によって測定され、巻出し機５０は、測定値に基づいて材料を大幅にまたはわずかに（ある程度）巻き出し、それによって電極シート１０に印加される張力を維持する。より具体的には、ウェイトダンサー７１が反時計方向に移動するときは、巻出し機５０はサーボモーターの回転速度を増加させて、より多くの材料をロールから巻き出し、ウェイトダンサー７１は、空気圧シリンダーの力によってもとに戻され、張力を電極シート１０に印加する。

ウェイトダンサー７１が時計方向に移動するときは、巻出し機５０はサーボモーターの回転速度を減少させ、それによってより少ない材料を巻き出し、ウェイトダンサー７１は元の位置に戻り、電極シート１０に印加される張力を減少させる。

そのため、ウェイトダンサー７１は、巻出し機５０と同期し、プレス機２０ａに輸送される電極シート１０の所定張力を維持する。

逆張力モジュール（図示せず）は、引出し部材３０および第２のグリッパー３０ｃの瞬間的動作によって引き起こされる電極シート１０の蛇行を防止する。この逆張力モジュールは、プレス機２０ａの前部に配置され、好ましくはサーボローラーを含む。

サーボローラーは、サーボモーター（図示せず）に軸方向に接続され、サーボローラーの回転は、制御信号を使用して制御される。

そのようなサーボローラーは、引出し部材３０と同期して動くように設定される。すなわち、引出し部材３０が動作するとき、サーボモーターはサーボローラーを順方向に回転させ、引出し部材３０の動作が終了するとき、サーボモーターは停止し、サーボローラーは回転を停止する。好ましくは、サーボモーターは、引出し部材３０が停止するところの前方の５〜１０ｍｍの点で停止し、それによって引出し部材３０が停止した後にサーボローラーが慣性によって回転するのを防止する。そのため、引出し部材３０が動作を停止する前に、すなわちプレス機２０ａへの電極シート１０の輸送が終了する前に、サーボモーターはサーボローラーの回転を停止させ、電極シート１０とサーボローラーとの間のスリップによって生成される摩擦を使用して電極シート１０のさらなる引出しを防止する。結果として、電極シート１０は引出し部材３０によってさらに引き出され、慣性によって引き起こされる電極シート１０の微小変動はそれによって解決できる。

構成がデジタル画像データを得ることを可能にする限りは、カメラ８１は任意の構成を有してもよく、好ましくは画像センサーとして優れた画像品質を備える電荷結合デバイス（ＣＣＤ）を使用するカメラを含み、決定モジュール８２は電極シート１０のプレス加工が良好であるか否かをアルゴリズムに従って決定する。

検査機８０でピッチ試験を受けた電極シート１０はローラーを通じて巻取り機９０に供給され、プレス加工された電極シートは巻取り機９０に巻き付けられる。

一方では、材料の張力を維持するためにウェイトダンサーおよびエアーダンサーを含む後部引張り部分がさらに、検査機８０と巻取り機９０との間に存在してもよい。

加えて、蛇行コントローラがさらに検査機８０と巻取り機９０との間に存在してもよい。この場合には、蛇行コントローラはプレス加工された材料がロールに再び巻き付けられるときに電極シート１０が蛇行するのを防止する。

図８は、図１の切込み加工装置の速度を示すグラフである。図９は、図２の切込み加工装置の速度を示すグラフである。

これらの図面を図１および２と一緒に参照すると、図２の切込み加工装置１００ａでは、１サイクル当たりの電極シートの輸送時間はＴであり、それは図１の切込み加工装置１００のｔの約１／３に減少させる。このことは、図２の切込み加工装置１００ａが、図１の切込み加工装置１００よりも３倍速く電極シートを切込み加工することを示す。

本発明の好ましい実施形態が例示目的で開示されてきたが、当業者は、様々な変更、追加および置換が添付の特許請求の範囲で開示されるような本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく可能であることを理解するであろう。

前述のことから明らかなように、本発明による切込み加工装置は、切込みを電極シートに高速で安定して形成し、それによって切込み加工プロセスの生産効率を大きく改善する。

１０ 電極シート
１０ａ 電極シート
１１ 切込み
１２ 切込み
１３ 切込み
１４ 切込み
１５ タップ
１６ 単位電極
２０ プレス機
２０ａ プレス機
２２ モールド
２２ａ モールド
２２ｂ モールド
３０ 引出し部材
３０ａ フィーダー
３０ｂ 第１のグリッパー
３０ｃ 第２のグリッパー
３０ｄ ローラー
５０ 巻出し機
６０ 蛇行コントローラ
６１ 第１のロール
６２ 第２のロール
７０ 引張り部分
７１ 張力維持モジュール、ウェイトダンサー
７２ アイドラーローラー
８０ 検査機
８１ カメラ
８２ 決定モジュール
９０ 巻取り機
９１ ロール
１００ 切込み加工装置
１００ａ 切込み加工装置
２００ 切込み加工装置

Claims (14)

1. 電極活性材料がその片面または両面に付加される連続電極シートを単位電極の間隔で切込み加工して、複数の単位電極を前記電極シートから形成するための装置において、
   前記連続して輸送される電極シートの位置に従って前記電極シートと一緒に後方へ移動するのと同時に前記電極シートの上部および下部に切込みをプレス加工し、この切込みのプレス加工の後、次いで元の位置に戻ることを繰り返すプレス機と、
   前記電極シートの供給方向に基づいて前記プレス機の後部に配置される引出し部材であって、前記プレス機の動作に従って前記単位電極に対応するサイズである１ピッチずつ前記電極シートを引き出して輸送する引出し部材と、
   を含む装置。
2. 前記電極シートの輸送のために前記電極シートに印加される張力は、前記プレス機が後方へ移動するのと同時に切込みをプレス加工する間に前記引出し部材だけから供給される、請求項１に記載の装置。
3. 前記引出し部材は、把持することによって前記電極シートを引き出すための２つ以上のグリッパーまたは回転することによって前記電極シートを引き出すための２つ以上のローラーを含む、請求項１に記載の装置。
4. 前記グリッパーの１つが前記電極シートを引き出して輸送するとき、残りのグリッパーは引き出すための位置に移動する、請求項３に記載の装置。
5. 前記グリッパーは、前記電極シートを交互に引き出すために、前記プレス機に隣接する第１のグリッパーおよび前記第１のグリッパーの後部に配置される第２のグリッパーを含む、請求項４に記載の装置。
6. 前記第１のグリッパーが、前記電極シートを前記プレス機から引き出し、それを輸送する間に、前記第２のグリッパーは、引き出すための前記位置に戻り、前記第１のグリッパーの輸送が終了するとすぐに前記電極シートを前記プレス機から輸送し始める、請求項５に記載の装置。
7. 前記ローラーは所定速度で回転する、請求項３に記載の装置。
8. 前記切込みは、前記切込みが互いに対称であるように前記電極シートの前記上部および前記下部にそれぞれ形成される、請求項１に記載の装置。
9. 前記プレス機は、一回のプレス加工動作によって複数の切込みを形成するために少なくとも２つの空洞を有するモールドを含む、請求項１に記載の装置。
10. 前記電極シートがそれの移動方向に２つ以上のライン単位に分けられ、２つ以上の単位電極が１ピッチでそれぞれのライン単位に形成されるように、前記プレス機はライン単位間に切込みをプレス加工する、請求項１に記載の装置。
11. グリッパーの輸送方向と反対の方向で前記プレス機の前記後部に逆張力を前記電極シートに印加するための引張り部分をさらに含む、請求項１に記載の装置。
12. 前記引張り部分は、回転可能に設定されたローラーおよび前記ローラーに軸方向に接続されたモーターを含み、
    前記モーターは、前記引出し部材と同期する、請求項１１に記載の装置。
13. 前記電極シートを巻き付けている巻出し機および前記電極シートの蛇行を制御するための蛇行コントローラが、前記引張り部分の前部にこの順序で配置される、請求項１１に記載の装置。
14. 前記電極シートはタップを含む、請求項１に記載の装置。

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