JP6344159B2 - 電極組立体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電極組立体の製造方法に関する。

二次電池等の蓄電装置の製造工程では、正極及び負極をセパレータを介して積層することにより電極組立体が作製される。例えば、特許文献１には、正極と負極とを交互に積層することにより電極組立体を作製する積層ロボットが開示されている。

特開２０１２−２２７１２９号公報 特開２０１０−０２２８９７号公報

正極及び負極の電極は、打ち抜き刃を有する打抜装置を用いて、活物質層が設けられた帯状の金属箔を打ち抜くことにより形成される。このとき、劣化した刃を用いて金属箔から電極が打ち抜かれた場合、打ち抜かれた電極の切断縁（切断端面）にはバリが生じることがある。また、打ち抜き時に生じる切断粉又は金属片等の異物が、電極に付着する可能性がある。バリが生じた電極又は異物が付着した電極が用いられて電極組立体が作製された場合、電極組立体における短絡の原因又は接触不良の原因となる虞がある。

ところで、複数のシート片が積層された積層体の側面に付着する異物を、粘着性を有する異物除去部を用いて除去することが知られている（例えば、特許文献２）。この異物除去部を用いて、電極組立体からバリ及び異物等の除去を試みた場合、異物除去部を電極組立体から剥がす際に、積層された電極の一部が異物除去部の粘着性によって異物除去部とともに移動することがある。このとき、異物除去部とともに移動した電極においては、電極組立体を構成する電極の積層方向と交差する方向へ、積層されている位置（積層位置）がずれる。例えば、電極組立体において、積層位置がずれた電極の端縁は、他の電極の端縁よりも、電極の積層方向と垂直な方向へ離れて位置している。このような電極組立体における電極の積層位置のずれは、製品における性能の悪化又は寿命の短命化の原因となる虞がある。

本技術分野では、電極組立体において電極の積層位置にずれが生じることを抑制しつつ、バリ及び異物を除去することが可能な電極組立体の製造方法が望まれている。

本発明の一側面に係る電極組立体の製造方法は、活物質層が塗工された帯状の金属箔から複数の電極を打ち抜く工程と、打ち抜く工程において打ち抜かれ、同極の電極として用いられる複数の電極をマガジンに積層する工程と、積層する工程において積層された複数の電極からなる電極群の積層方向に沿った端面を粘着材によって清掃する工程と、を含む、電極組立体の製造方法。

この製造方法では、同極の電極として用いられる複数の電極が積層されてなる電極群の積層方向に沿った端面が粘着材により清掃されることによって、電極からバリ及び異物が除去される。この電極群における各電極は、電極組立体において一方の極として積層される電極である。このため、電極群における各電極は他方の極として機能する電極とともに電極組立体として再び積層されるので、清掃により電極群における各電極の積層位置にすれが生じた場合であっても、電極組立体において電極の積層位置にずれが生じることが抑制される。その結果、電極組立体において電極の積層位置にずれが生じることを抑制しつつ、バリ及び異物を除去することが可能となる。

別の側面においては、マガジンは、複数の電極が載置される載置部と、載置部に挿抜自在に設けられ、電極群の収容空間を規定する複数の柱状部と、を備えてもよく、清掃する工程では、複数の柱状部のうち端面と対向する柱状部を載置部から抜いた状態で、端面を清掃してもよい。この場合、電極群の端面と対向する柱状部が抜かれることにより、端面へのアクセスが容易になる。このため、電極群の端面の清掃を容易化できる。

さらに別の側面においては、清掃する工程では、端面が平坦になるようにマガジンを傾けた状態で、端面を清掃してもよい。電極群の端面が平坦になる場合、電極群の端面を構成する各電極の一端縁が揃う。このため、粘着材をより確実に各電極の一端縁に接触させることができ、電極からバリ及び異物をより確実に除去することが可能となる。

さらに別の側面においては、電極群は、端面とは異なる積層方向に沿った他の端面を更に有してもよく、清掃する工程では、端面を清掃した後に、他の端面を清掃してもよい。この場合、電極群の端面を清掃した後に、他の端面を清掃することにより、積層方向に沿った電極群の複数の面を清掃することができる。これにより、電極からバリ及び異物をより確実に除去することが可能となる。

さらに別の側面においては、粘着材は、ゴム系粘着材であってもよい。この場合、ゴム系粘着材が有する粘着力は、金属箔から活物質層を剥がすことなく、バリ及び異物を除去することができる程度の粘着力である。このため、ゴム系粘着材を用いて清掃することによって、金属箔に塗工されている活物質層の剥離が抑制されつつ、バリ及び異物を除去することが可能となる。

本発明の一側面によれば、電極組立体において電極の積層位置にずれが生じることを抑制しつつ、バリ及び異物を除去することができる。

一実施形態に係る電極組立体の製造方法を示す工程図である。 マガジンに積層された電極群の例を示す概略図である。 図１の清掃する工程を詳細に示す工程図である。 図３のマガジンを傾ける工程を説明するための図である。 図３のマガジン棒を引き抜く工程及びバリを取る工程を説明するための図である。 図３のマガジン棒を戻す工程を説明するための図である。 図３のバリを取る工程の他の例を説明するための図である。

以下、図面を参照して、一実施形態に係る電極組立体の製造方法について説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付すこととする。

図１は、一実施形態に係る電極組立体の製造方法を示す工程図である。電極組立体は、例えば、蓄電装置に用いられ、正極及び負極電極とセパレータとを積層してなる。蓄電装置としては、例えば二次電池又は電気二重層キャパシタ等が挙げられる。二次電池としては、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池等が挙げられる。

図１に示されるように、電極組立体の製造方法ＭＴは、工程ＳＴ１（打ち抜く工程）と、工程ＳＴ２（同極の電極を積層する工程）と、工程ＳＴ３（清掃する工程）と、工程ＳＴ４（電極組立体を積層する工程）と、を含む。

まず、工程ＳＴ１では、活物質層が塗工された帯状の金属箔から複数の電極が打ち抜かれる。工程ＳＴ１において打ち抜かれた電極は、電極組立体を形成する際に同極の電極として用いられる。打ち抜かれた複数の電極のそれぞれは、略同一の形状であり、例えば矩形状である。工程ＳＴ１では、例えば、電極を打ち抜くための刃を有する打抜装置を用いて、帯状の金属箔から電極が打ち抜かれる。

工程ＳＴ１において打ち抜かれた電極は、金属箔及び活物質層を有している。活物質層は、金属箔を介して互いに対向するように、金属箔の両面に設けられている。金属箔は、例えば、電極が正極である場合にはアルミニウム箔であり、電極が負極である場合には銅箔である。

活物質層を構成する活物質は、電極が正極である場合には正極活物質であり、電極が負極である場合には負極活物質である。正極活物質は、例えば、複合酸化物、金属リチウム、及び、硫黄等である。複合酸化物は、例えば、マンガン、ニッケル、コバルト、及びアルミニウムの少なくとも１つと、リチウムとを含む。負極活物質は、例えば、黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、及びソフトカーボン等のカーボン、リチウム及びナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物、並びに、ホウ素添加炭素等である。

続いて、工程ＳＴ２では、工程ＳＴ１において打ち抜かれた電極がマガジンに積層される。図２に示されるように、マガジン２０は、載置部２１と、複数のマガジン棒２５（柱状部）と、を備えている。載置部２１には、複数の同極の電極１０が載置される。載置部２１は、例えば、矩形状の板状部材である。載置部２１は、アクチュエータ（不図示）などにより、マガジン２０の設置面に対して傾斜可能であり、傾斜角度が調整可能である。なお、載置部２１の傾斜角度の調整は、載置部２１に載置された電極１０の枚数及び重量などの情報に基づいて実施されてもよい。

複数のマガジン棒２５は、複数の電極１０の収容空間Ｓを規定する。マガジン棒２５は、例えば円柱状の部材であり、例えばステンレス鋼によって構成される。複数のマガジン棒２５のそれぞれは、載置部２１に挿抜自在に設けられている。複数のマガジン棒２５は、載置部２１の上面に配置され、載置部２１の上面の法線方向に延びている。例えば、図２に示されるように、載置部２１の上面を構成する各辺に沿って、それぞれ２本のマガジン棒２５が配置されてもよい。収容空間Ｓは、載置部２１の上面と複数のマガジン棒２５とによって囲まれる空間である。

工程ＳＴ２では、マガジン２０の収容空間Ｓに複数の電極１０が積層されることにより、電極群１１が構成される。電極群１１は、例えば、略直方体の形状を呈し、電極群１１を構成する複数の電極１０が積層される積層方向に沿った端面Ｆ１〜Ｆ４を有している。端面Ｆ２は端面Ｆ１の反対側の面であり、端面Ｆ４は端面Ｆ３の反対側の面である。この端面Ｆ１〜Ｆ４には、工程ＳＴ１において生じたバリ及び金属異物が付着していることがある。

続いて、工程ＳＴ３では、端面Ｆ１〜Ｆ４が粘着材Ｔによって清掃される。図３は、工程ＳＴ３を詳細に示す工程図である。工程ＳＴ３は、工程ＳＴ３１（マガジンを傾ける工程）と、工程ＳＴ３２（マガジン棒を引き抜く工程）と、工程ＳＴ３３（バリ及び異物を除去する工程）と、工程ＳＴ３４（マガジン棒を戻す工程）と、工程ＳＴ３５（向きを変更する工程）と、を含む。

まず、工程ＳＴ３１では、図４に示されるように、端面Ｆ１が平坦になるようにマガジン２０が端面Ｆ２側に傾けられる。例えば、アクチュエータなどによって載置部２１が傾けられることにより、マガジン２０が傾けられる。このとき、端面Ｆ２を構成する複数の電極１０の端縁が、端面Ｆ２と対向するマガジン棒２５に当接して支持されるので、電極群１１の端面Ｆ２が揃えられる。そして、電極群１１を構成する複数の電極１０は略同一形状であるので、端面Ｆ２が揃えられることによって、端面Ｆ１も揃えられる。これにより、端面Ｆ１は平坦になる。

続いて、工程ＳＴ３２では、図５に示されるように、端面Ｆ１と対向するマガジン棒２５が載置部２１から引き抜かれる。これにより、電極群１１の端面Ｆ１の前方に空間が形成される。

続いて、工程ＳＴ３３では、端面Ｆ１のバリ及び異物の除去が行われる。図５に示されるように、複数のマガジン棒２５のうち端面Ｆ１と対向するマガジン棒２５が載置部２１から抜かれた状態で、粘着材Ｔを用いて端面Ｆ１が清掃される。例えば、端面Ｆ１の全体に粘着材Ｔが貼り付けられ、貼り付けられた粘着材Ｔが端面Ｆ１から剥がされることによって、端面Ｆ１が清掃される。このとき、端面Ｆ１に付着したバリ及び異物は、粘着材Ｔの粘着力によって粘着材Ｔに保持され、粘着材Ｔとともに端面Ｆ１から取り除かれる。

粘着材Ｔは、金属箔から活物質層を剥がすことなく、バリ及び異物を除去することができる程度の粘着力を有する。粘着材Ｔは、例えば、ゴム系粘着材であってもよく、セロハンテープ等の粘着テープであってもよい。

続いて、工程ＳＴ３４では、図６に示されるように、マガジン棒２５が載置部２１に戻される。工程ＳＴ３２において引き抜かれたマガジン棒２５が、引き抜かれる前に設けられていた載置部２１の位置に再び差し込まれる。これにより、端面Ｆ１の清掃が終了される。

続いて、工程ＳＴ３５では、マガジン２０が傾斜される向きが変更される。このとき、端面Ｆ１とは異なる端面Ｆ２〜Ｆ４のうちいずれかの端面が平坦になるようにマガジン２０が傾けられる。このような一連の処理（工程ＳＴ３１〜工程ＳＴ３５）が繰り返されることにより、端面Ｆ１〜Ｆ４が順に清掃される。

続いて、工程ＳＴ４では、電極１０が積層された電極群１１と、他の電極が積層された他の電極群とから、それぞれ交互に電極が積層され、電極組立体が作製される。このとき、例えば、正極及び負極をセパレータを介して積層することにより電極組立体が作製される。なお、正極、負極及びセパレータを積層するための治具としては、各々の位置ズレを防止し、位置合せを可能とする公知の装置又は治具が用いられる。前述の作用を持つ装置又は治具は、複数公知となっているのでここでは詳述しないが、例えば、特開２０１１−２３３８５７号公報に開示された治具が挙げられる。

以上のように、電極組立体の製造方法ＭＴでは、同極の電極として用いられる複数の電極１０が積層されて構成される電極群１１における電極１０の積層方向に沿った端面Ｆ１〜Ｆ４が粘着材Ｔにより清掃されることによって、電極１０からバリ及び異物が除去される。

粘着材Ｔにより端面Ｆ１〜Ｆ４が清掃されるとき、粘着材Ｔが清掃対象の端面から剥がされる際に電極群１１における一部の電極１０が粘着材Ｔとともに移動し、電極群１１における電極１０の積層位置が、電極群１１における電極１０の積層方向と交差する方向（例えば、積層方向に垂直な方向）へずれることがある。この場合、積層位置がずれた電極１０の端縁は、他の電極の端縁よりも、電極群１１における電極１０の積層方向と垂直な方向へ離れて位置する。つまり、清掃対象の端面において、一部の電極１０が突出することがある。

しかしながら、この電極群１１における電極１０は、電極組立体において一方の極として積層される電極である。このため、電極群１１における電極１０は、他方の極として機能する電極とともに電極組立体として再び積層されるので、電極群１１における電極１０の積層位置が清掃によりずれた場合であっても、電極組立体において電極１０の積層位置にずれが生じることが抑制される。その結果、電極組立体において電極１０の積層位置にずれが生じることを抑制しつつ、バリ及び異物を除去することが可能となる。

また、電極群１１の清掃対象の端面と対向するマガジン棒２５が抜かれることにより、清掃対象の端面の前方に空間が形成されるので、清掃対象の端面へのアクセスが容易になる。このため、電極群１１の端面の清掃を容易化できる。

また、清掃対象の端面と反対側の端面側にマガジン２０が傾斜されることによって、反対側の端面を構成する複数の電極１０の端縁が、反対側の端面と対向するマガジン棒２５に当接して支持されるので、反対側の端面が揃えられる。そして、電極群１１を構成する複数の電極１０は略同一形状であるので、反対側の端面が揃えられることによって、清掃対象の端面も揃えられる。これにより、清掃対象の端面を平坦にすることが可能となる。

また、電極群１１の清掃対象の端面が平坦になるようにマガジン２０が傾けられた状態で、端面が清掃されている。電極群１１の清掃対象の端面が平坦になる場合、電極群１１の清掃対象の端面を構成する各電極１０の一端縁が揃う。このため、粘着材Ｔをより確実に各電極１０の一端縁に接触させることができ、電極１０からバリ及び異物をより確実に除去することが可能となる。また、電極群１１の清掃対象の端面が平坦な状態では、電極群１１の清掃対象の端面の清掃において、単位面積あたりの粘着材Ｔに当接する電極１０の数を最大化できるので、粘着材Ｔによる清掃をより一層効率的に行うことが可能となる。

また、電極群１１の一の端面が清掃された後に、マガジン２０を傾ける方向が変更され、他の端面の何れかが清掃されるという一連の処理が繰り返されることにより、積層方向に沿った電極群１１の端面Ｆ１〜Ｆ４の清掃が行われる。これにより、電極１０からバリ及び異物をより確実に除去することが可能となる。

また、粘着材Ｔとしてゴム系粘着材を用いた場合、ゴム系粘着材が有する粘着力は、金属箔から活物質層を剥がすことなく、バリ及び異物を除去することができる程度の粘着力であるので、金属箔に塗工されている活物質層が剥がされることが抑制されつつ、バリ及び異物を除去することが可能となる。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、工程Ｓ３１において、載置部２１はアクチュエータによりマガジン２０の設置面に対して傾斜しているが、マガジン２０が傾斜させられる手段はこれに限定されない。例えば、作業者によりマガジン２０が傾けられてもよい。

また、上述した実施形態において、工程ＳＴ３１を省略してもよい。すなわち、図７に示されるように、マガジン２０を傾斜させずに工程ＳＴ３２〜工程ＳＴ３４を行ってもよい。この場合であっても、上述した作用及び効果を奏することができる。

また、工程Ｓ３２では、端面Ｆ１が清掃されるために、必ずしも端面Ｆ１と対向する全てのマガジン棒２５が抜かれなくてもよい。例えば、端面Ｆ１と対向する１本のマガジン棒２５が抜かれてもよい。

また、端面Ｆ１〜Ｆ４が清掃される順序は、適宜設定されてよい。また、電極群１１の端面Ｆ１〜Ｆ４の全てが清掃される必要はなく、必要に応じて端面Ｆ１〜Ｆ４のいずれかが清掃対象とされてもよい。

１０…電極、１１…電極群、２０…マガジン、２１…載置部、２５…マガジン棒（柱状部）、Ｆ１〜Ｆ４…端面、ＭＴ…製造方法、ＳＴ１…打ち抜く工程、ＳＴ２…同極の電極を積層する工程（マガジンに積層する工程）、ＳＴ３…清掃する工程、ＳＴ４…電極組立体を積層する工程、Ｔ…粘着材。

Claims (4)

1. 活物質層が塗工された帯状の金属箔から複数の電極を打ち抜く工程と、
   前記打ち抜く工程において打ち抜かれ、同極の電極として用いられる前記複数の電極をマガジンに積層する工程と、
   前記積層する工程において積層された前記複数の電極からなる電極群の積層方向に沿った端面を粘着材によって清掃する工程と、
   を含み、
   前記マガジンは、前記複数の電極が載置される載置部と、前記載置部に挿抜自在に設けられ、前記電極群の収容空間を規定する複数の柱状部と、を備え、
   前記清掃する工程では、前記複数の柱状部のうち前記端面と対向する柱状部を前記載置部から抜いた状態で、前記端面を清掃する、
   電極組立体の製造方法。
2. 前記清掃する工程では、前記端面が平坦になるように前記マガジンを傾けた状態で、前記端面を清掃する、請求項１に記載の電極組立体の製造方法。
3. 前記電極群は、前記端面とは異なる積層方向に沿った他の端面を更に有し、
   前記清掃する工程では、前記端面を清掃した後に、前記他の端面を清掃する、請求項１又は２に記載の電極組立体の製造方法。
4. 前記粘着材は、ゴム系粘着材である、請求項１〜３の何れか一項に記載の電極組立体の製造方法。

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