JP5867836B2 - 電池の製造方法、巻芯製造装置、及び巻芯 - Google Patents

Description

本発明は、シート状の正電極及び負電極と、該両電極に対して交互に介挿されるシート状のセパレータとで積層電極部材を作製しつつ、巻芯の周面に沿うように積層電極部材を巻回して製造する電池の製造方法、巻芯製造装置、及び巻芯に関する。

従来、この種の電池としては、例えば、円筒状に巻芯を形成する一方、シート状の正電極と負電極とを、シート状のセパレータを介して前記巻芯に巻回して、円筒型の発電要素を作製し、その後、円筒型の発電要素を両側から径内方向に押圧して、長楕円型の発電要素を完成するようにしたものが公知になっている（特許文献１参照）。

特開２００３−２４２９７０号公報

しかしながら、従来の上記電池の場合、円筒型の発電要素を両側から押圧して長楕円形の発電要素を製造しているので、巻芯自体も長楕円に変形されてしまう。このため、前記押圧方向に対する強度が低くなっていると考えられる。

本発明は、前記問題を鑑み、電池の製造方法、巻芯製造装置、及び巻芯を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明に係る電池の製造方法は、回転軸と、該回転軸を中心に回転する巻軸であって、溝が形成される巻軸とを備える巻芯製造装置を用いて巻芯を製造する第一工程と、シート状の正電極及び負電極と、シート状のセパレータとで積層電極部材を作製しつつ、前記巻芯の周面に積層電極部材を巻回する第二工程とを備え、前記第一工程では、前記溝に、前記セパレータよりも強度が大きいシートを挿入し、巻軸を所定角度回転させた後、シートの重なり部位を接着あるいは溶着することにより巻芯を製造するようにしたことを特徴とする。

また、前記巻軸は、長楕円状に形成され、前記溝は、前記巻軸の長軸方向に沿って延びるように形成されていてもよい。

本発明に係る巻芯製造装置は、回転軸と、該回転軸を中心に回転する巻軸であって、溝が形成される巻軸とを備え、前記巻軸の溝にシートを挿入するシート挿入手段と、前記巻軸を所定角度回転させた状態で、シートの重なり部位を接着あるいは溶着により接合する接合手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る巻芯は、シートを用いて構成され、シートの一端部の内面側がシートの所定箇所の内面側に接合される一方、シートの他端部の外面側がシートの別の所定箇所の外面側に接合され、両接合箇所間におけるシートがシートの環状となった部分の内部で掛け渡されるように配置されることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、巻軸の溝に、巻芯を製造するためのシートを挿入した後、巻軸を所定角度回転させて、巻芯を製造するようにしたので、安価で且つ簡単に、しかも、強度の大きい電池を製造することができる。

本発明の一実施形態に係る電池製造装置を示し、巻芯を製造するシートが一対の巻軸の間に挿入された状態を示す平面図。 挿入されたシートを一方の巻軸に押圧固定した状態を示す平面図。 図２の状態からテーブルを半回転させた状態を示す平面図。 テーブルをもう半回転させて、「６」の字を扁平させた形状の巻芯を製造する状態を示す平面図。 シート状の正電極及び負電極に対して、シート状のセパレータを交互に介挿して積層電極部材を作製する状態を示す平面図。 積層電極部材を巻芯の周面に沿うように巻回して電池を製造する状態を示す平面図。 （ａ）は本実施形態に係る巻芯の概略図、（ｂ）は本発明の巻芯の別の実施形態を示した概略図。 （ａ）は強度試験に使用するサンプルの平面図、（ｂ）は試験装置の一例を示した図。 他の電池の製造方法を示した平面図。 巻芯製造装置の別の実施形態を示した平面図。 「Ｓ」または「８」の字を扁平させた形状の巻芯を示した平面図。

以下、本発明の一実施形態に係る電池の製造方法について図１〜図６を参照して説明する。ここで、該電池の巻芯を製造する巻芯製造装置について図１を参照して説明する。該巻芯製造装置は、回転自在に設けられるテーブル１と、該テーブル１の回転中心を挟んで配置される一対の巻軸５，５と、該両巻軸５，５の間に樹脂製のシートＳを挿入するシート挿入手段１０と、挿入されたシートＳを巻軸５，５に押圧固定したり、熱溶着したりする、固定手段及び溶着手段としてのチャック１５（１５Ａ，１５Ｂ）とを備えている。

テーブル１は、円板形状を呈しており、中心部に回転軸２が固設されている。そして、該回転軸２を通る直径の両端部の位置（線対称の位置）に一対の巻軸５，５が配置されている。そして、本実施形態においては、テーブル１は反時計方向に回転するように構成されている。

巻軸５は、テーブル１の周縁部に配置されており、図１を正面から見て水平方向に位置している。そして、テーブル１の回転によって、両巻軸５，５が回転中心回りに少なくとも１回転公転するようになっている。この公転によって、両巻軸５，５が、シートＳにテンションを掛けつつ、シート挿入手段１０から挿入されるシートＳを巻き取る。

シート挿入手段１０は、図１を正面から見て右側の巻軸５の斜め上方に配置されており、右側の巻軸５の回転方向から左側の巻軸５の回転方向に向けて挿入される。

チャック１５Ａ，１５Ｂは、両巻軸５，５が回転する前方に配置されており、上述したように、巻軸５，５に対して近接離間するように進退自在に設けられると共に、シートＳを熱溶着するための手段を備えている。

シートＳは、その厚さとしては、例えば、４０〜３００μｍで、材質としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のうちのいずれかを選択できる。

つぎに本実施形態に係る電池の製造方法について図１〜図８を参照して説明する。まず、図１に示すように、シート挿入手段１０によって、両巻軸５，５の間にシートＳを挿入する。つぎに、図２に示すように、両巻軸５，５に対して近接するように、一方のチャック１５Ａを進出移動させて、シートＳの端部を押圧固定する。即ち、一方の巻軸５の回転側の面にシートＳの表面が押圧固定された状態で、他方の巻軸５の回転側の面にシートＳの裏面が当接することになる。つまり、両巻軸５，５にシートＳが斜めに掛け渡される。

つぎに、図２の状態からテーブル１を反時計方向に半回転させると、図３に示すように、他方の巻軸５の周面に沿うようにシートＳが巻回される。なお、この半回転時に、シートＳが一方のチャック１５Ａを巻き込まないよう、該チャック１５Ａは、例えば回転軸方向に可動（退避可能）に構成されている。さらに、図４に示すように、テーブル１を反時計方向にもう半回転させると、一方の巻軸５の周面に沿うようにシートＳが巻回される。なお、この半回転時に、シートＳが他方のチャック１５Ｂを巻き込まないよう、該チャック１５Ｂは、例えば回転軸方向に可動（退避可能）に構成されている。

そして、両巻軸５，５にシートＳが巻回された時点で、テーブル１の回転を停止させた後、チャック１５Ａ，１５Ｂを矢印の方向（巻軸５，５に対して近接する方向）に進出させて、シートＳの両湾曲部の部位を接着（あるいは熱溶着）すると共に、巻き取り終端側のシートＳを切断して巻芯２０を製造する。なお、本実施形態においては、テーブル１を１回転させたが、２〜３回転であってもよい。

この巻芯２０は、図７（ａ）に示すように、シートＳの一端部の内面側がシートＳの所定箇所の外面側に接合する一方、シートＳの他端部の内面側がシートＳの別の所定箇所の内面側に接合しており、「６」の字をシートＳの面に対して交差する方向から圧力を加えて扁平させた形状を呈している。そして、互いに異なる方向に略同じ大きさの湾曲部２０ａ，２０ａが形成されると共に、シートＳの環状となった部分の内部で斜めに掛け渡されるように配置されたシートＳの部分が存在するので、巻芯の強度が向上する。

その後、図５に示すように、図示しない送出手段によって、一対のシート状のセパレータ２３を送出すると共に、該両セパレータ２３，２３の一端部が巻芯２０の接合部Ａに重ねて接合される。したがって、巻回されたシートＳのテンションが維持される、換言すれば、長楕円の形状を維持するように常に外方向に張力が作用するので、巻芯２０の強度がより一層向上する。

その後、正電極２１及び負電極２２に対してセパレータ２３，２３が交互に介挿されるように、両電極２１，２２を送出する。この状態で、テーブル１を再度回転させ、両電極２１，２２及びセパレータ２３を巻回して積層電極部材２５を作製しつつ、テーブル１を数回転させて、前記巻芯２０の周面に沿うように積層電極部材２５を巻回して電池３０を製造する（図６参照）。

前記セパレータ２３は、その厚さとしては、例えば２０〜３０μｍで、材質としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレンのうちいずれかを選択できる。

このようにして製造された電池３０は、上述したように、巻芯２０において、互いに異なる方向に突出するように湾曲部２０ａ，２０ａが形成されることで、巻芯２０の長軸方向から内方向の圧力に対する補強がなれる一方、接合箇所Ａ，Ａ間におけるシートＳがシートＳの環状となった部分の内部で斜めに掛け渡されるように配置されることで、巻芯２０の短軸方向から内方向の圧力に対する補強がなされる。つまり、いずれの方向から圧力が加えられても、大きな強度が確保された電池３０が製造されることになる。

ここで、シートＳ及びセパレータ２３の強度について、図８を参照して説明する。シートＳ及びセパレータ２３のそれぞれにおいて、図８（ａ）に示すような矩形状のサンプルを作製し、図８（ｂ）に示す試験装置に基づいて強度試験を行う。即ち、断面が三角形状の一対の支持台６０，６０を所定の間隔Ｌに配置し、両支持台６０，６０の頂部にサンプルを水平に載置する。この状態からシートＳ及びセパレータ２３がどのくらい撓むのか、その撓み量Ｔを判定し、撓み量Ｔが小さい方を強度が大きいという。そして、本願発明では、セパレータ２３よりもシートＳの強度が大きい（撓み量が小さい）ことを要件としている。

また、電池３０は、高温で使用し続けたとしても、活物質の膨張収縮に起因する正電極及び負電極の撓みを抑制できると共に、この撓みによる電池の放電容量の低下も抑制できる。つまり、著しい性能向上が認められる。

なお、前記実施形態の場合、シートＳの一端部の内面側をシートＳの所定箇所の外面側に接合する一方、シートＳの他端部の内面側をシートＳの別の所定箇所の内面側に接合する（図７（ａ）参照）ようにしたが、図７（ｂ）に示すように、シートＳの一端部の内面側をシートＳの所定箇所の外面側に接合する一方、シートＳの他端部の外面側をシートＳの別の所定箇所の内面側に接合するようにしてもよい。

また、前記実施形態の場合、両巻軸５，５の間にシートＳを挿入して、一方の巻軸５でシートＳの端部を押圧固定した状態で、テーブル１を回転させ、他方の巻軸５をシートＳの裏面に押圧して、シートＳを巻き取るようにしたが、図９に示すように、両巻軸５，５の間にシートＳを挿入して、一方の巻軸５でシートＳの表面を押圧すると共に、他方の巻軸５でシートＳの裏面を押圧するようにして、例えば、少なくとも半回転させて、「Ｓ」又は「８」の字を上下方向から圧力を加えて扁平させた形状にするようにしてもよい（図１１参照）。この場合、両巻軸５，５において、同一方向にシートＳが巻回されて、両側に略同一形状の湾曲部２００ａ，２００ａを有する巻芯２００が製造される。この巻芯２００は、両湾曲部２００ａ，２００ａが互いに異なる方向に突出していると共に、両湾曲部２００ａ，２００ａの異なる端部同士を繋ぐことで、この直線部分が両湾曲部２００ａ，２００ａの間に位置するようになっている。よって、前記と同様に、外部からの圧力に対する補強と、極板の撓みの抑制とを実現できる。また、この場合、両巻軸５，５を独立して駆動するように制御し、一方の巻軸５でシートＳの表面を押圧すると共に、他方の巻軸５でシートＳの裏面を押圧するようにしてもよい。

また、前記実施形態の場合、テーブル１の回転中心を挟んで一対の巻軸５，５を配置するようにしたが、図１０に示すように、単体の長楕円の巻軸５０を回転自在に設けて、該巻軸５０の長軸方向に沿って溝５０ａを形成し、該溝５０ａにシートＳを挿入した状態で、テーブル１を回転させるようにしてもよい。この場合も図９に示す巻芯２００ａが製造される。なお、図中の５１は回転軸を示す。

また、前記実施形態の場合、シートＳを熱溶着によって接合したが、ホットメルト、テープのいずれを用いた接着により接合してもよい。

また、前記実施形態の場合、電池の巻芯を製造するようにしているが、電池以外の他の用途に用いられる巻芯を製造するものであってもよい。

１…テーブル、２，５１…回転軸、５，５０…巻軸、１０…シート挿入手段、１５…チャック、２０，２００…巻芯、２０ａ，２００ａ…湾曲部、２１…正電極、２２…負電極、２３…セパレータ、２５…積層電極部材、３０…電池、５０ａ…溝、６０…支持台、Ａ…接着部、Ｌ…距離、Ｐ…サンプル、Ｔ…撓み量、Ｓ…シート

Claims (4)

1. 回転軸と、該回転軸を中心に回転する巻軸であって、溝が形成される巻軸とを備える巻芯製造装置を用いて巻芯を製造する第一工程と、シート状の正電極及び負電極と、シート状のセパレータとで積層電極部材を作製しつつ、前記巻芯の周面に積層電極部材を巻回する第二工程とを備え、前記第一工程では、前記溝に、前記セパレータよりも強度が大きいシートを挿入し、巻軸を所定角度回転させた後、シートの重なり部位を接着あるいは溶着することにより巻芯を製造するようにしたことを特徴とする電池の製造方法。
2. 前記巻軸は、長楕円状に形成され、前記溝は、前記巻軸の長軸方向に沿って延びるように形成されている請求項１に記載の電池の製造方法。
3. 回転軸と、該回転軸を中心に回転する巻軸であって、溝が形成される巻軸とを備え、前記巻軸の溝にシートを挿入するシート挿入手段と、前記巻軸を所定角度回転させた状態で、シートの重なり部位を接着あるいは溶着により接合する接合手段とを備えることを特徴とする巻芯製造装置。
4. シートを用いて構成され、シートの一端部の内面側がシートの所定箇所の内面側に接合される一方、シートの他端部の外面側がシートの別の所定箇所の外面側に接合され、両接合箇所間におけるシートがシートの環状となった部分の内部で掛け渡されるように配置されることを特徴とする巻芯。
   

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