JP6686724B2 - 電極製造設備 - Google Patents

Description

本発明は、電極材料を個片の電極の形状に切断する切断装置と、電極として切り出される部分を第１方向へ案内する一方で、端材を第２方向へ案内する案内装置と、を備える電極製造設備に関する。

例えば、ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの車両には、駆動源としてのモータで使用される電力を蓄えるための蓄電装置が搭載されている。このような蓄電装置としては、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池といった二次電池が知られている。二次電池は、活物質層を有する正極及び負極の電極が層状に重なった電極組立体を備える。電極組立体の構造としては、一定長の長尺な正極及び負極の電極を、重ね合わせた状態で筒状に巻き上げた捲回式と、概略矩形をなす正極及び負極の電極を、交互に多数積層した積層式と、が知られている。例えば、リチウムイオン二次電池などの電極では、集電体としての金属箔を備え、金属箔の表面に活物質層を備えた構成が多用されている。

例えば特許文献１には、電極の製造過程に使用される装置として、帯状の電極材料を切断することにより、予め定めた矩形形状の電極を切り出すロータリーダイカッタを備えた装置が開示されている。なお、電極材料は、帯状金属箔に活物質合剤を塗布して形成された塗工部を備える。そして、ロータリーダイカッタに電極材料を通過させることで、電極材料から電極が切断される。電極が切断された電極材料は、分離ローラに巻き掛けられ、電極と、電極材料の残りの部分である端材とが分離される。

特開２００９−６６６７６号公報

積層式の電極組立体を採用する場合、蓄電装置の製造工程上、前述の切断工程の後、個片となった正極又は負極の電極は、一旦、個々に収容具（マガジン）に積層される、又は積層装置に直接搬送され、電極組立体の形成に用いられる。しかしながら、帯状の電極材料から個片の電極を切り出す場合、電極材料から切り離された電極は、ロータリーダイカッタから搬送装置、例えばベルトコンベアに乗り移る際に、その姿勢にバラツキが生じる。個片となった電極は、例えば、幅方向の一端が先にベルトコンベアに接触することにより受ける力でも、容易に回転や変位してしまう。このように、個片となった電極の位置や姿勢のバラツキが大きいと、収容具に集積する場合も、積層装置において積層を行う場合も、その前に、一旦姿勢を整えるための装置・工程が必要となる。

そこで、電極材料から個片の電極を切り出す際、電極の一部を、端材となる部分と繋いだままとして、電極の姿勢がバラツクことを抑制することが考えられる。電極と端材とを繋ぐには、電極材料から個片の電極を切り出す際、電極の形状に沿う一部を全切断せず非切断部としつつ、その他の部分を全切断することが考えられる。

ところで、電極材料としては、上述のように帯状金属箔に活物質合剤を塗布して形成された塗工部を備えるとともに、活物質合剤の塗布されていない部分に金属箔の露出した露出部を備えるものがある。この電極材料を用いた場合、塗工部から電極の活物質層が形成され、露出部から電極のタブ等の未塗工部が形成される。

このような電極材料においては、塗工部は、切断のために刃を入れると割れやすく非切断部を形成しにくいため、非切断部を露出部に形成することが考えられる。そして、特許文献１のように端材が分離ローラに巻き掛けられ、端材が、電極の搬送方向と異なる方向に搬送されたとき、非切断部が破断して電極と端材とに切り離される。

しかし、端材が分離ローラを通過するとき、非切断部が塗工部にある場合は、塗工部に張力が働いた状態で分離ローラに巻き掛けられ、良好に切り離される一方で、非切断部が露出部にある場合は、非切断部の周囲が分離ローラから浮いた状態になり、露出部に張力が働かない状態となる。その結果、端材が分離ローラを通過する際、非切断部の周囲で弛みが生じ、その弛みを原因として破断が良好な状態で行われない虞があり、例えば、得られた電極のタブ等に皺が生じることもある。

本発明の目的は、分離ローラを通過する際に非切断部を安定して破断させることができる電極製造設備を提供することにある。

上記問題点を解決するための電極製造設備は、帯状集電箔の表面に形成された塗工部と、前記塗工部に隣接し、かつ前記帯状集電箔の長手方向に沿って存在し前記帯状集電箔の露出した露出部と、を備える電極材料を個片の電極の形状に切断する切断装置と、前記電極材料のうち、前記電極として切り出される部分を第１方向へ案内する一方で、前記電極として切り出される部分とは異なる部分である端材を、前記第１方向とは異なる第２方向へ案内する案内装置と、を備える電極製造設備であって、前記切断装置は、径方向外側に突出する形状の切刃を備えたダイロールを備え、前記電極材料が前記ダイロールを通過する時に、前記電極として切り出される部分における前記露出部の少なくとも一部に前記電極材料が全切断されない非切断部を形成することで、前記電極として切り出される部分と前記端材との間を前記非切断部で繋いだ状態にし、前記案内装置は、前記切断装置の下流に位置し、前記電極を前記第１方向に案内し、かつ前記端材を前記第２方向へ案内するために前記端材が巻き掛けられる分離ローラと、前記分離ローラより前記第２方向における下流に位置し、前記第２方向へ案内される端材に張力を働かせるガイドローラとを備え、前記分離ローラは、直径の異なる大径部と小径部とを有し、前記大径部に設けられて前記端材における前記露出部を支持する第１支持部と、前記小径部に設けられて前記塗工部を支持する第２支持部と、を備えることを要旨とする。

これによれば、案内装置において、端材が分離ローラを通過するとき、塗工部によって嵩上げされた、端材の露出部は第１支持部に接触し、端材の露出部を第１支持部で直接支持することができる。同時に、塗工部を第２支持部で支持できる。よって、端材の露出部が第１支持部に支持された状態で分離ローラを通過し、非切断部の周囲が分離ローラから浮いた状態にならず、非切断部の周囲に張力が働いた状態で巻き掛けることができる。このため、非切断部の周囲が分離ローラを通過する際、その非切断部の周囲に弛みが発生することを抑制し、非切断部を安定して破断させることができる。
これによれば、分離ローラによって、電極として切り出される部分を第１方向へ案内しつつ、端材を第２方向へ案内する際、案内方向が異なることから、非切断部に負荷が付与され、この負荷によって、非切断部が破断される。端材が分離ローラを通過する際、露出部に形成された非切断部であっても、非切断部を安定して破断できることから、非切断部の周囲に皺が生じることを抑制できる。

また、電極製造設備について、前記ガイドローラは、直径の異なる大径部と小径部とを有し、前記大径部に設けられて前記端材における前記露出部を支持するガイドローラ第１支持部及び前記小径部に設けられて前記塗工部を支持するガイドローラ第２支持部を備えていてもよい。

これによれば、分離ローラを通過した端材は、ガイドローラによって第２方向へ搬送されるようにガイドされる。このため、端材に塗工部及び露出部があったとしても、分離ローラと同様に、端材がガイドローラを通過するとき、端材にガイドローラの第１支持部が接触し、露出部を第１支持部で直接支持することができる。よって、端材がガイドローラから浮いた状態にならず、端材に張力が働いた状態で巻き掛けることができる。このため、端材がガイドローラを通過する際、その端材に弛みが発生することを抑制できる。

また、電極製造設備について、前記分離ローラは、直径を異ならせた段付ローラである。

これによれば、第１支持部の直径が経時的に変化しにくく、端材における露出部を安定した状態に支持できる。
また、電極製造設備について、前記第１支持部は、軸方向に一定の直径を有するローラ本体の周面に設けた嵩上げ部材によって形成されていてもよい。

これによれば、塗工部の厚みの種類によって露出部の高さが変わるが、嵩上げ部材の厚みを塗工部の厚みに合わせることで、露出部を第１支持部で安定した状態に支持できる。
また、電極製造設備について、前記嵩上げ部材は、前記ローラ本体の周面に貼り付けたシート状部材であってもよい。

これによれば、第１支持部を簡単に設けることができる。
また、電極製造設備について、前記非切断部は、前記露出部の厚みが薄くされた切れ込みである。
また、電極製造設備について、前記切断装置は、径方向に沿った厚みが前記塗工部の厚みに設定された嵩上げ部を有したアンビルロールを備え、前記ダイロールの軸心、及び、前記アンビルロールの軸心は、前記電極材料の幅方向に沿って延び、かつ互いに平行であり、前記アンビルロールの軸方向において、前記嵩上げ部は、前記塗工部の長手方向に沿う縁から離れた位置にあり、前記塗工部と前記嵩上げ部との間には前記アンビルロールの軸方向に沿って延びる隙間が形成されており、前記切断装置は、前記切刃を前記嵩上げ部により嵩上げされた前記露出部に押し込むことによって前記露出部を切断する一方、前記切刃を前記隙間に対応する露出部とともに前記隙間に向けて押し込むことによって該隙間に対応する露出部に前記第１の方向に沿った前記非切断部を形成する。

本発明によれば、分離ローラを通過する際に非切断部を安定して破断させることができる。

二次電池を模式的に示す斜視図。 電極組立体を模式的に示す斜視図。 （ａ）は電極製造設備を模式的に示す側面図、（ｂ）は電極材料を示す拡大断面図。 ロータリーダイカッタを模式的に示す斜視図。 （ａ）は正極電極の切断予定線を示す平面図、（ｂ）は負極電極の切断予定線を示す平面図。 正極の電極材料を切った状態を示す平面図。 負極の電極材料を切った状態を示す平面図。 正極電極を切り出した状態を示す斜視図。 端材が巻き掛けられた状態の分離ローラを示す断面図。 ガイドローラを示す断面図。 端材が巻き掛けられた状態の分離ローラを示す断面図。 分離ローラの別例を示す断面図。 別例の電極製造設備を模式的に示す側面図。 （ａ）は別例の切断予定線を示す平面図、（ｂ）は端材が巻き掛けられた状態の分離ローラを示す断面図。

以下、電極製造設備を具体化した一実施形態を図１〜図１１にしたがって説明する。
図１に示すように、二次電池１０は、例えばリチウムイオン二次電池である。二次電池１０は、電極組立体１１と、図示しない電解液と、電極組立体１１及び電解液を収容しているケース１２と、を備える。

図２に示すように、電極組立体１１は、電極としての複数の正極電極１３と、電極としての複数の負極電極１６と、複数のセパレータ２４と、を備える。正極電極１３と負極電極１６とは、セパレータ２４によって相互に絶縁された状態で層状に重なっている。

正極電極１３は、矩形シート状である。正極電極１３は、正極集電箔１４を備える。正極集電箔１４は、例えばアルミニウム箔である。正極電極１３は、正極集電箔１４の両面を覆う正極活物質層１５を備える。正極電極１３は、正極集電箔１４の一辺から突出した形状の正極タブ１４ａを備える。

正極電極１３は、正極タブ１４ａの突出した長辺に沿う第１の縁１３ａを備える。正極タブ１４ａは、第１の縁１３ａの途中から突出した形状である。正極電極１３は、第１の縁１３ａの対辺となる長辺に第２の縁１３ｂを備える。また、正極電極１３は、第１の縁１３ａと第２の縁１３ｂの一端同士を繋ぐ短辺に第３の縁１３ｃを備え、第１の縁１３ａと第２の縁１３ｂの他端同士を繋ぐ短辺に第４の縁１３ｄを備える。

正極電極１３は、第１の縁１３ａに沿って正極未塗工部１４ｂを備える。正極未塗工部１４ｂは、正極活物質層１５が存在せず、正極集電箔１４が露出した部分である。
負極電極１６は、矩形シート状である。負極電極１６は、負極集電箔１７を備える。負極集電箔１７は、例えば銅箔である。負極電極１６は、負極集電箔１７の両面を覆う負極活物質層１８を備える。負極電極１６は、負極集電箔１７の一辺から突出した形状の負極タブ１７ａを備える。

負極電極１６は、負極タブ１７ａの突出した長辺に沿う第１の縁１６ａを備える。負極タブ１７ａは、第１の縁１６ａの途中から突出した形状である。負極電極１６は、第１の縁１６ａの対辺となる長辺に第２の縁１６ｂを備える。また、負極電極１６は、第１の縁１６ａと第２の縁１６ｂの一端同士を繋ぐ短辺に第３の縁１６ｃを備え、第１の縁１６ａと第２の縁１６ｂの他端同士を繋ぐ短辺に第４の縁１６ｄを備える。

負極電極１６の隣り合う２辺（長辺及び短辺）の長さは、正極電極１３の隣り合う２辺（長辺及び短辺）の長さより長く、負極電極１６は、正極電極１３より一回り大きい。また、負極活物質層１８の隣り合う２辺（長辺及び短辺）の長さは、正極活物質層１５の隣り合う２辺（長辺及び短辺）の長さより長く、負極活物質層１８は、正極活物質層１５より一回り大きい。なお、セパレータ２４の平面形状は、負極電極１６の平面形状と同じであり、正極電極１３より一回り大きい。

次に、電極製造設備３０について説明する。
図３（ａ）及び図４に示すように、電極製造設備３０は、帯状の電極材料２０を個片の正極電極１３又は負極電極１６の形状に切断するための設備である。電極製造設備３０には、電極材料２０が供給される。

搬送方向Ｄ１は、電極製造設備３０において、電極材料２０が搬送される方向を示している。搬送方向Ｄ１は、電極材料２０の長手方向と一致する。また、幅方向Ｄ２は、電極材料２０の面に沿う方向のうち、搬送方向Ｄ１と直交する方向を示している。

ここで、電極材料２０について説明する。
図３（ｂ）及び図４に示すように、帯状の電極材料２０は帯状集電箔２１と、帯状集電箔２１の両面に存在する塗工部２２を備える。正極電極１３用の電極材料２０においては、帯状集電箔２１は正極集電箔１４となる部位であり、負極電極１６用の電極材料２０においては、帯状集電箔２１は負極集電箔１７となる部位である。また、正極電極１３用の電極材料２０においては、塗工部２２は正極活物質層１５となる部位であり、負極電極１６用の電極材料２０においては、塗工部２２は負極活物質層１８となる部位である。

塗工部２２は、活物質、導電剤、溶媒及びバインダを混合したペースト状の活物質合剤を帯状集電箔２１の表面に塗布し、乾燥した後、加圧して形成されている。塗工部２２は、電極材料２０の長手方向に沿って、帯状に一定の幅で延びている。また、電極材料２０は、電極材料２０の長手方向に沿って存在する露出部２３を備える。本実施形態では、電極材料２０は、両方の長縁部Ｅ１，Ｅ２に沿って存在する露出部２３を備える。各露出部２３は、帯状集電箔２１の長手方向に沿って一定幅で露出している。露出部２３は、帯状集電箔２１において塗工部２２が存在しない部位であり、帯状集電箔２１が露出した部分である。塗工部２２に対し、露出部２３は電極材料２０の幅方向Ｄ２に隣接している。本実施形態では、電極材料２０の幅方向Ｄ２に沿って、一方の露出部２３、塗工部２２及び他方の露出部２３が並んでいる。

電極製造設備３０について詳しく説明する。
図３（ａ）及び図４に示すように、電極製造設備３０は、電極材料２０を供給する供給部３１を備える。供給部３１は、ロール状に捲回された電極材料２０を支持するホルダ３２を備える。ホルダ３２は、電極材料２０の搬送速度にあわせて、電極材料２０を送出する。電極製造設備３０は、電極材料２０を搬送する円柱状の搬送ロール３３を、電極材料２０を挟んで一対備える。搬送ロール３３の軸心は、幅方向Ｄ２に沿って延びる。搬送ロール３３は、図示しない駆動装置によって軸心まわりで回転する。

電極製造設備３０は、切断装置としてのロータリーダイカッタ３４を備える。ロータリーダイカッタ３４は、電極材料２０を、正極電極１３又は負極電極１６の外形に沿って予め決められた切断予定線２０ａで切断するための装置である。切断予定線２０ａは、電極材料２０において、切断が予定されている部位である。この実施形態において、切断予定線２０ａは、予め定めた形状である正極電極１３又は負極電極１６の輪郭と同一の形状であり、閉環状である。

図５（ａ）に示すように、正極電極１３の切断予定線２０ａのうち、正極電極１３の第１の縁１３ａ及び正極タブ１４ａに対応した部分は、露出部２３上に設定され、第１の縁１３ａに沿う切断予定線２０ａは搬送方向Ｄ１に延び、正極タブ１４ａに沿う切断予定線２０ａは搬送方向Ｄ１及び幅方向Ｄ２に延びる。切断予定線２０ａのうち、正極電極１３の第３の縁１３ｃ及び第４の縁１３ｄに対応した部分は、露出部２３と塗工部２２を横断して設定され、電極材料２０の幅方向Ｄ２に延びる。切断予定線２０ａのうち、正極電極１３の第２の縁１３ｂに対応した部分は、塗工部２２上に設定され、電極材料２０の搬送方向Ｄ１に延びる。

図５（ｂ）に示すように、負極電極１６の切断予定線２０ａのうち、負極電極１６の第１の縁１６ａ及び負極タブ１７ａの基端側に対応した部分は、塗工部２２上に設定されている。切断予定線２０ａのうち、第１の縁１６ａに対応した部分は、電極材料２０の搬送方向Ｄ１に延び、負極タブ１７ａの基端側に対応した部分は幅方向Ｄ２に延びる。切断予定線２０ａのうち、負極タブ１７ａの先端側に対応した部分は、露出部２３上に設定されている。切断予定線２０ａのうち、負極電極１６の第３の縁１６ｃ及び第４の縁１６ｄに対応した部分は、塗工部２２上に設定され、電極材料２０の幅方向Ｄ２に延びる。また、切断予定線２０ａのうち、第２の縁１６ｂに対応した部分は、塗工部２２上に設定され、電極材料２０の搬送方向Ｄ１に延びる。

図４に示すように、ロータリーダイカッタ３４は、ダイロール３５と、アンビルロール４５とを備える。ロータリーダイカッタ３４は、正極電極１３を切り出すための正極用のロータリーダイカッタ３４と、負極電極１６を切り出すための負極用のロータリーダイカッタ３４とを備える。

ダイロール３５の軸心、及び、アンビルロール４５の軸心は、幅方向Ｄ２に沿って延び、かつ互いに平行である。ダイロール３５及びアンビルロール４５は、軸心まわりで回転できるように図示しない駆動装置に支持されている。

ダイロール３５は、円柱状のロール本体３６と、ロール本体３６の径方向外側に突出する形状の切刃４０とを備え、ロール本体３６が回転することで切刃４０が移動する。切刃４０は、正極電極１３又は負極電極１６の切断予定線２０ａの形状に合わせた閉環状である。切刃４０は、ロール本体３６の周方向に沿って延びる形状の一対の第１刃部４１を備える。

また、切刃４０は、一方の第１刃部４１の途中にタブ用刃部４２を備える。タブ用刃部４２は、ロール本体３６の軸方向に沿う一対の長刃４２ａと、ロール本体３６の周方向に沿い、一対の長刃４２ａ同士を繋ぐ短刃４２ｂとを備える。切刃４０は、ロール本体３６の軸方向に沿って周面から突出する形状の一対の第２刃部４３を備える。各第２刃部４３は、一対の第１刃部４１の両端の間で延び、第１刃部４１同士を繋いでいる。

正極用のダイロール３５において、第１刃部４１の長手方向への長さは、正極電極１３の第１の縁１３ａ及び第２の縁１３ｂの長さと同じである。また、第２刃部４３の長手方向への長さは、正極電極１３の第３の縁１３ｃ及び第４の縁１３ｄの長さと同じである。加えて、タブ用刃部４２の形状は、正極タブ１４ａの形状と同じである。

負極用のダイロール３５において、第１刃部４１の長手方向への長さは、負極電極１６の第１の縁１６ａ及び第２の縁１６ｂの長さと同じである。また、第２刃部４３の長手方向への長さは、負極電極１６の第３の縁１６ｃ及び第４の縁１６ｄの長さと同じである。加えて、タブ用刃部４２の形状は、負極タブ１７ａの形状と同じである。

切刃４０の先端とアンビルロール４５の周面が最接近した状態では、切刃４０の先端とアンビルロール４５の周面との間にはクリアランスが存在し、切刃４０の先端はアンビルロール４５の周面に接触しない。

ロータリーダイカッタ３４は、アンビルロール４５の軸方向両端に嵩上げ部４６を備える。嵩上げ部４６は、樹脂製の帯材をアンビルロール４５の周面に貼り付けて形成されている。アンビルロール４５の径方向に沿った嵩上げ部４６の寸法を厚みとする。正極用のロータリーダイカッタ３４において、嵩上げ部４６の厚みは、正極の電極材料２０の塗工部２２の厚みと同じに設定され、負極用のロータリーダイカッタ３４において、嵩上げ部４６の厚みは、負極の電極材料２０の塗工部２２の厚みと同じに設定される。

電極材料２０は、一方の塗工部２２がアンビルロール４５に支持される状態で、ダイロール３５とアンビルロール４５の間を通過する。このとき、各露出部２３は、嵩上げ部４６の上に載る状態でダイロール３５とアンビルロール４５の間を通過する。よって、塗工部２２の厚みによって、露出部２３がアンビルロール４５の周面より高い位置にあっても、露出部２３は嵩上げ部４６によってアンビルロール４５の周面から嵩上げされる。また図５（ａ）又は図５（ｂ）に示すように、アンビルロール４５の軸方向において、嵩上げ部４６は、塗工部２２の長手方向に沿う縁から離れた位置にあり、アンビルロール４５の軸方向に沿って、塗工部２２と嵩上げ部４６との間には隙間Ｓが形成される。

図３（ａ）に示すように、電極製造設備３０は、案内装置５０を備える。案内装置５０は、正極電極１３又は負極電極１６を第１方向としての搬送方向Ｄ１へ案内する一方で、正極電極１３又は負極電極１６として切り出される部分とは異なる部分である端材５４を、第１方向とは異なる第２方向としての搬送方向Ｄ３へ案内する。

案内装置５０は、円柱状の分離ローラ５１と、ガイドローラ５２と、巻取リール５３と、を備える。分離ローラ５１及びガイドローラ５２の軸心は、幅方向Ｄ２に沿って延びる。分離ローラ５１は、軸心まわりで回転できるように図示しない駆動装置に支持され、ガイドローラ５２は、軸心まわりで回転できるように図示しない駆動装置に支持されている。また、巻取リール５３は、軸心まわりで回転できるように図示しない駆動装置に支持されている。

分離ローラ５１は、切り出される正極電極１３又は負極電極１６を搬送方向Ｄ１へ案内する。搬送方向Ｄ１は、電極材料２０の搬送方向Ｄ１と一致している。その一方で、分離ローラ５１及びガイドローラ５２は、正極電極１３又は負極電極１６が分離された端材５４を搬送方向Ｄ３へ案内する。また、ガイドローラ５２は、搬送方向Ｄ３へ案内された端材５４に張力を働かせている。巻取リール５３は、搬送方向Ｄ３へ案内された端材５４を巻き取る。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、この実施形態において、端材５４は、切断予定線２０ａより外側の部分であり、正極電極１３又は負極電極１６と異なる部分である。端材５４において、電極材料２０の幅方向Ｄ２の一端側の部位を第１部位５４ａとし、幅方向Ｄ２の他端側の部位を第２部位５４ｂとする。

図５（ａ）に示すように、正極電極１３を切断した場合、端材５４の第１部位５４ａは露出部２３だけを含み、第２部位５４ｂは塗工部２２と露出部２３を含む。また、図５（ｂ）に示すように、負極電極１６を切断した場合、端材５４の第１部位５４ａは塗工部２２と露出部２３を含み、第２部位５４ｂも塗工部２２と露出部２３を含む。

図９又は図１０に示すように、分離ローラ５１及びガイドローラ５２は、直径が軸方向で異なる段付ローラである。分離ローラ５１及びガイドローラ５２は、軸方向の両端部に大径部となる第１支持部５５を備える。また、分離ローラ５１及びガイドローラ５２は、両方の第１支持部５５に挟まれた部位に、第１支持部５５より小径部となる第２支持部５６を備える。第１支持部５５は、第２支持部５６より大径である。第１支持部５５の直径と、第２支持部５６の直径との差は、塗工部２２の厚みと同じ又はほぼ同じである。

分離ローラ５１及びガイドローラ５２の軸方向に沿う第２支持部５６の寸法は、電極材料２０の幅方向Ｄ２に沿う塗工部２２の寸法より長い。第２支持部５６には塗工部２２が支持される。また、第１支持部５５には、塗工部２２によって嵩上げされ、かつ第２支持部５６の周面より高い位置にある露出部２３が支持される。

電極製造設備３０は、切り出された正極電極１３又は負極電極１６を搬送方向Ｄ１へ搬送する搬送装置５７を備える。
次に、電極製造設備３０による正極電極１３又は負極電極１６の製造方法を記載する。

供給部３１から供給された電極材料２０を、個片の正極電極１３又は負極電極１６の形状に切断する際、正極の電極材料２０は、下側の塗工部２２がアンビルロール４５に支持される。

同時に、図５（ａ）又は図５（ｂ）に示すように、露出部２３が嵩上げ部４６に支持される状態で、ダイロール３５とアンビルロール４５の間を通過する。嵩上げ部４６により、露出部２３をアンビルロール４５の周面から嵩上げしつつ、切刃４０の形状に沿って電極材料２０の切断を行う。

図５（ａ）又は図６に示すように、正極の電極材料２０において、切刃４０のうち、タブ用刃部４２に繋がる一方の第１刃部４１及びタブ用刃部４２は露出部２３に押し込まれ、他方の第１刃部４１、及び一対の第２刃部４３は、塗工部２２に押し込まれる。このとき、他方の第１刃部４１及び一対の第２刃部４３は、上側の塗工部及び帯状集電箔２１を貫通するが、下側の塗工部２２は貫通しない。しかし、切刃４０の進入により、下側の塗工部２２は割れ、正極電極１３の第２の縁１３ｂ、第３の縁１３ｃ、及び第４の縁１３ｄに沿う部分は全切断される。

また、タブ用刃部４２に繋がる一方の第１刃部４１は、露出部２３に押し当てられながら、嵩上げ部材６１と塗工部２２との隙間Ｓに逃げ込み、露出部２３を隙間Ｓに向けて押し込みながら切る。その結果、露出部２３のうち、隙間Ｓに押し込まれた部分には、電極材料２０の長手方向に沿って切れ込み２３ａが形成され、全切断はされない。

よって、正極電極１３の第１の縁１３ａに沿う部分には、切れ込み２３ａが形成されるとともに、金属箔のみで形成された非切断部２３ｂが形成される。非切断部２３ｂは、切断前の露出部２３の厚みより薄く、切断前と比べて破断されやすくなった部分である。また、タブ用刃部４２は、露出部２３に押し当てられると、露出部２３を嵩上げ部４６に向けて押し込み、露出部２３を全切断する。

その結果、図６の実線に示すように、正極電極１３の正極タブ１４ａ、第２の縁１３ｂ、第３の縁１３ｃ、及び第４の縁１３ｄに沿う部分は全切断される。その一方で、図６の２点鎖線に示すように、第１の縁１３ａに沿う部分のみが、非切断部２３ｂによって電極材料２０と繋がった状態となる。

図５（ｂ）に示すように、負極の電極材料２０は、塗工部がアンビルロール４５に支持されるとともに、露出部２３が嵩上げ部４６に支持される状態で、ダイロール３５とアンビルロール４５の間を通過する。嵩上げ部４６により、露出部２３をアンビルロール４５の周面から嵩上げしつつ、切刃４０の形状に沿って電極材料２０の切断を行う。

切刃４０のうち、タブ用刃部４２の長刃４２ａの基端部、一対の第１刃部４１及び一対の第２刃部４３は上側の塗工部２２に押し込まれる。このとき、長刃４２ａの基端部、一対の第１刃部４１及び一対の第２刃部４３は、上側の塗工部２２及び帯状集電箔２１を貫通するが、下側の塗工部２２は貫通しない。しかし、切刃４０の進入により、下側の塗工部２２は割れ、負極タブ１７ａの基端部、第１の縁１６ａ、第２の縁１６ｂ、第３の縁１６ｃ、及び第４の縁１６ｄに沿う部分は全切断される。

また、タブ用刃部４２のうち、一対の長刃４２ａの先端部及び短刃４２ｂは、露出部２３に押し当てられると、露出部２３を嵩上げ部４６に向けて押し込み、露出部２３を全切断する。また、タブ用刃部４２のうち、一対の長刃４２ａの一部は、露出部２３に押し当てられながら隙間Ｓに逃げ込み、露出部２３を隙間Ｓに向けて押し込みながら切る。

その結果、露出部２３のうち、隙間Ｓに押し込まれた部分には、電極材料２０の幅方向Ｄ２に沿って僅かに切れ込み２３ａが形成され、全切断はされない。このため、負極タブ１７ａに沿う部分には、金属箔のみで形成された非切断部２３ｂが形成される。

図７の実線に示すように、負極電極１６のうち、負極タブ１７ａの先端部及び基端部、第１の縁１６ａ、第２の縁１６ｂ、第３の縁１６ｃ及び第４の縁１６ｄに沿う部分は全切断される。その一方で、図７の２点鎖線に示すように、負極タブ１７ａに沿う一部が、非切断部２３ｂで電極材料２０と繋がった状態となる。

そして、図３（ａ）に示すように、正極電極１３又は負極電極１６は、搬送方向Ｄ１の下流側の端部が搬送装置５７に乗ると、正極電極１３又は負極電極１６が搬送装置５７に引っ張られ、該搬送装置５７に乗り移る。その一方で、電極材料２０から正極電極１３又は負極電極１６が切り出されて残った端材５４は分離ローラ５１及びガイドローラ５２によって搬送方向Ｄ３へ案内される。

図９又は図１０に示すように、正極電極１３を切り出した場合、露出部２３だけを含む、一方の長縁部Ｅ１側の第１部位５４ａに対し、一方の第１支持部５５が接触し、該第１部位５４ａは第１支持部５５に直接支持される。このため、端材５４において、露出部２３だけを含む第１部位５４ａであっても、分離ローラ５１及びガイドローラ５２に接触し、直接支持された状態で分離ローラ５１及びガイドローラ５２に巻き掛けられる。

また、露出部２３及び塗工部２２を含む、他方の長縁部Ｅ２側の第２部位５４ｂにおいて、露出部２３に対し、他方の第１支持部５５が接触し、塗工部２２は第２支持部５６に直接支持される。その後、端材５４は巻取リール５３に巻き取られる。

図１１に示すように、負極電極１６を切り出した場合、露出部２３及び塗工部２２を含む第１部位５４ａと、露出部２３及び塗工部２２を含む第２部位５４ｂとは、分離ローラ５１及びガイドローラ５２に接触し、直接支持された状態で分離ローラ５１及びガイドローラ５２に巻き掛けられる。

端材５４が、正極電極１３の搬送方向と異なる搬送方向Ｄ３へ案内されていくと、非切断部２３ｂに負荷が掛かり、正極電極１３が搬送方向Ｄ１へ案内されていくに連れて非切断部２３ｂが裂けていき、非切断部２３ｂが破断される。その結果、正極電極１３と端材５４とが分離される。

また、端材５４が、負極電極１６の搬送方向と異なる搬送方向Ｄ３へ案内されていくと、非切断部２３ｂに負荷が掛かり、負極電極１６が搬送方向Ｄ１へ案内されていくに連れて非切断部２３ｂが破断される。その結果、負極電極１６と電極材料２０が分離される。

上記実施形態によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
（１）電極材料２０から正極電極１３を切断し、端材５４を分離ローラ５１及びガイドローラ５２に巻き掛けて搬送する際、露出部２３だけの第１部位５４ａに第１支持部５５を接触させることができる。このため、第１部位５４ａを分離ローラ５１に接触させた状態で直接支持することができる。よって、第１部位５４ａが分離ローラ５１を通過する際に、第１部位５４ａには張力が働いており、第１部位５４ａの露出部２３が弛むことを抑制し、非切断部２３ｂを安定して破断させることができる。

よって、非切断部２３ｂの破断の際に、非切断部２３ｂの周囲となる第１部位５４ａに皺が発生することを抑制できる。その結果として、第１部位５４ａが皺を原因として切れてしまうことを抑制できる。また、第１部位５４ａに発生した皺を原因として、正極電極１３又は負極電極１６が端材５４と分離される際に、それら正極電極１３又は負極電極１６の姿勢がずれてしまうことを抑制できる。加えて、露出部２３から切り出される正極タブ１４ａや負極タブ１７ａに皺が生じることも抑制できる。

（２）ガイドローラ５２の軸方向の端部に第１支持部５５を設けた。そして、電極材料２０から正極電極１３を切断した後、端材５４をガイドローラ５２に巻き掛けて搬送する際、露出部２３だけを含む第１部位５４ａに第１支持部５５を接触させることができる。このため、露出部２３だけの第１部位５４ａであってもガイドローラ５２に接触させた状態に直接支持することができる。このため、第１部位５４ａがガイドローラ５２を通過する際に、第１部位５４ａには張力が働いており、端材５４の露出部２３が弛むことを抑制し、弛みを原因として皺が生じることを抑制できる。

（３）ロータリーダイカッタ３４は、正極の電極材料２０を切断する際、非切断部２３ｂを電極材料２０の搬送方向Ｄ１に沿って露出部２３に形成する。そして、分離ローラ５１によって、正極電極１３が搬送方向Ｄ１に搬送され、端材５４が搬送方向Ｄ３に搬送されていくのに合わせて、非切断部２３ｂに負荷が作用し、非切断部２３ｂが裂けながら破断していく。端材５４が分離ローラ５１を通過する際、端材５４における露出部２３に皺が生じることを抑制できることから、皺を原因として非切断部２３ｂに負荷が付与されにくくなることが抑制され、結果として非切断部２３ｂが破断されなくなることを抑制できる。

（４）第１支持部５５は、分離ローラ５１の軸方向両端部が大径となった段付ローラである。このため、第１支持部５５の直径は経時変化しにくく、露出部２３に対し、第１支持部５５を安定して接触させることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 第１支持部５５と第２支持部５６を備える構成は、分離ローラ５１だけでよく、ガイドローラ５２は、第１支持部５５を備えず、軸方向に沿って一定の直径の構成であってもよい。

○ 分離ローラ５１及びガイドローラ５２の直径を軸方向に異ならせて第１支持部５５と第２支持部５６を形成したが、直径を異ならせる方法はこれに限らない。
例えば、図１２に示すように、分離ローラ５１及びガイドローラ５２は、軸方向に一定の直径を有するローラ本体６０を備え、そのローラ本体６０の軸方向両端に、シート状部材である嵩上げ部材６１を貼り付けて拡径させる。そして、嵩上げ部材６１の貼り付けた部分に大径部となる第１支持部５５を形成し、ローラ本体６０の部分に、第１支持部５５より小径部となる第２支持部５６を形成する。

このように構成した場合、塗工部２２の厚みに合った嵩上げ部材６１をローラ本体６０に貼り付けることで、塗工部２２の厚みが変化しても、露出部２３を第１支持部５５で支持することができる。

○ 分離ローラ５１及びガイドローラ５２の直径を軸方向に異ならせて第１支持部５５と第２支持部５６を形成したが、直径を異ならせる方法はこれに限らない。
例えば、図１３に示すように、分離ローラ５１は軸方向に一定の直径を有するローラ本体６０を備える。このローラ本体６０と平行な状態に供給ローラ６２を配置し、その供給ローラ６２とローラ本体６０に無端ベルト６３を巻装する。無端ベルト６３を樹脂製とし、嵩上げ部材とする。そして、供給ローラ６２を図示しない駆動装置により、ローラ本体６０と同じ方向に回転させ、無端ベルト６３をローラ本体６０と同期して回転させる。すると、無端ベルト６３により、ローラ本体６０が拡径される。そして、無端ベルト６３の部分に第１支持部５５を形成し、ローラ本体６０の部分に第２支持部５６を形成する。

○ 実施形態のロータリーダイカッタ３４では、電極材料２０の幅方向Ｄ２に１枚の正極電極１３又は負極電極１６を切り出すようにしたが、これに限らず、電極材料２０の幅方向Ｄ２に２枚の正極電極１３又は負極電極１６を切り出すようにしてもよい。

図１４（ａ）に示すように、帯状集電箔２１及び塗工部２２を幅方向Ｄ２に拡大する。なお、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）では、正極電極１３用の電極材料２０について図示している。また、電極材料２０の幅方向Ｄ２に２枚の正極電極１３又は負極電極１６が切断できるように、幅方向Ｄ２に切刃４０を拡大する。切刃４０は、タブ用刃部４２に繋がらない方の第１刃部４１を共通して備えるとともに、その共通の第１刃部４１に対し、幅方向Ｄ２に２枚の正極電極１３又は負極電極１６を切断するための第２刃部４３が繋がる形状となる。また、幅方向Ｄ２の両側に位置する各第１刃部４１にはタブ用刃部４２が繋がっている。幅方向Ｄ２の両側のタブ用刃部４２の位置は、ダイロール３５の周方向にずれている。

そして、電極材料２０の幅方向Ｄ２に２枚の正極電極１３又は負極電極１６を切り出すため、電極材料２０は、塗工部２２において幅方向Ｄ２に２分する位置が、タブ用刃部４２に繋がらない共通の第１刃部４１によって全切断される。また、電極材料２０の長手方向に連続して正極電極１３又は負極電極１６を切り出すため、電極材料２０は、隣り合う正極電極１３同士又は負極電極１６同士の間が第２刃部４３によって全切断される。

図１４（ｂ）に示すように、分離ローラ５１の第１支持部５５は、幅方向Ｄ２両側の露出部２３を支持し、それら露出部２３に第１の縁１３ａ，１６ａに沿う非切断部２３ｂが形成される。その一方で、第２の縁１３ｂ，１６ｂ、第３の縁１３ｃ，１６ｃ、第４の縁１３ｄ，１６ｄに沿う部分は全切断される。

この形態において、端材５４の第１部位５４ａ及び第２部位５４ｂはそれぞれ露出部２３のみで形成される。そして、端材５４を分離ローラ５１に巻き掛けて搬送する際、露出部２３だけの第１部位５４ａ及び第２部位５４ｂに第１支持部５５を接触させることができる。このため、第１部位５４ａ及び第２部位５４ｂを分離ローラ５１に接触させた状態で直接支持することができる。よって、第１部位５４ａ及び第２部位５４ｂが分離ローラ５１を通過する際に、第１部位５４ａ及び第２部位５４ｂには張力が働いており、第１部位５４ａ及び第２部位５４ｂの露出部２３が弛むことを抑制し、非切断部２３ｂを安定して破断させることができる。

よって、電極材料２０の幅方向Ｄ２に２枚の正極電極１３又は負極電極１６を切断する形態であっても、非切断部２３ｂの破断の際に、非切断部２３ｂの周囲に皺が発生することを抑制できる。

○ 実施形態では、電極材料２０の長手方向に間隔をあけて正極電極１３又は負極電極１６を切り出したが、電極材料２０の長手方向に連続して正極電極１３又は負極電極１６を切り出してもよい。この場合、電極材料２０は、隣り合う正極電極１３同士又は負極電極１６同士の間の部分が全切断される。

○ 実施形態のロータリーダイカッタ３４では、電極材料２０の幅方向Ｄ２に１枚の正極電極１３又は負極電極１６を切断するようにしたが、これに限らない。電極材料２０の帯状集電箔２１及び塗工部２２を幅方向Ｄ２に拡大する。このとき、幅方向Ｄ２に隣り合う塗工部同士の間に、電極材料２０の長手方向に沿う露出部を形成する。この場合、正極電極１３又は負極電極１６が幅方向Ｄ２に２枚以上切り出せるように、切刃４０を幅方向Ｄ２に２つ以上並べた形状とする。

○ 実施形態では、非切断部２３ｂは、露出部２３に切れ込み２３ａを形成して金属箔の厚みを薄くした部位であったが、これに限らない。露出部２３に切れ込み２３ａは形成せず、切られていない露出部２３そのもので非切断部２３ｂを形成してもよい。

○ 分離ローラ５１においての各電極１３，１６の搬送方向Ｄ１と、端材５４の搬送方向Ｄ３は相互に異なっていれば、端材５４の搬送方向Ｄ３は実施形態と異なっていてもよい。

○ 非切断部２３ｂを形成しながら電極の形状に切断する切断装置としてロータリーダイカッタ３４に具体化したが、切断装置はレーザ照射装置に変更してもよい。
○ 非切断部２３ｂは、電極材料２０の露出部２３に形成したが、塗工部２２に形成してもよい。

○ 切れ込み２３ａは、一方の塗工部２２は全切断するが、帯状集電箔２１は全切断しない状態で形成し、非切断部２３ｂを、帯状集電箔２１と他方の塗工部２２で形成してもよい。

○ 分離ローラ５１とは異なる方式で、非切断部２３ｂを破断してもよい。例えば、超音波により非切断部２３ｂを破断する方式が採用されてもよい。
○ ロータリーダイカッタ３４では、電極材料２０の幅方向Ｄ２に１枚の正極電極１３又は負極電極１６を切断するようにしたが、これに限らない。電極材料２０の帯状集電箔２１及び塗工部２２を幅方向Ｄ２に拡大する。このとき、幅方向Ｄ２に隣り合う塗工部同士の間に、電極材料２０の長手方向に沿う露出部を形成する。この場合、正極電極１３又は負極電極１６が幅方向Ｄ２に２枚以上切り出せるように、切刃４０を幅方向Ｄ２に２つ以上並べた形状とする。

○ 電極材料２０は、帯状集電箔２１の片面だけに塗工部を備える構成であってもよい。この場合、正極電極１３は正極集電箔１４の片面に正極活物質層１５を備え、負極電極１６は、負極集電箔１７の片面に負極活物質層１８を備える構成となる。

○ 例えばキャパシタなど、二次電池以外の蓄電装置にも適用できる。

Ｄ１…第１方向としての搬送方向、Ｄ３…第２方向としての搬送方向、１３…電極としての正極電極、１６…電極としての負極電極、２０…電極材料、２１…帯状集電箔、２２…塗工部、２３…露出部、２３ｂ…非切断部、３０…電極製造設備、３４…切断装置としてのロータリーダイカッタ、５０…案内装置、５１…分離ローラ、５２…ガイドローラ、５４…端材、５５…第１支持部、５６…第２支持部、６０…ローラ本体、６１…嵩上げ部材。

Claims (7)

1. 帯状集電箔の表面に形成された塗工部と、前記塗工部に隣接し、かつ前記帯状集電箔の長手方向に沿って存在し前記帯状集電箔の露出した露出部と、を備える電極材料を前記塗工部及び前記露出部を含む個片の電極の形状に切断する切断装置と、
   前記電極材料のうち、前記電極として切り出される部分を第１方向へ案内する一方で、前記電極として切り出される部分とは異なる部分である端材を、前記第１方向とは異なる第２方向へ案内する案内装置と、を備える電極製造設備であって、
   前記切断装置は、径方向外側に突出する形状の切刃を備えたダイロールを備え、前記電極材料が前記ダイロールを通過する時に、前記電極として切り出される部分における前記露出部の少なくとも一部に前記電極材料が全切断されない非切断部を形成することで、前記電極として切り出される部分と前記端材との間を前記非切断部で繋いだ状態にし、
   前記案内装置は、前記切断装置の下流に位置し、前記電極を前記第１方向に案内し、かつ前記端材を前記第２方向へ案内するために前記端材が巻き掛けられる分離ローラと、前記分離ローラより前記第２方向における下流に位置し、前記第２方向へ案内される端材に張力を働かせるガイドローラとを備え、
   前記分離ローラは、直径の異なる大径部と小径部とを有し、前記大径部に設けられて前記端材における前記露出部を支持する第１支持部と、前記小径部に設けられて前記塗工部を支持する第２支持部と、を備えることを特徴とする電極製造設備。
2. 前記ガイドローラは、直径の異なる大径部と小径部とを有し、前記大径部に設けられて前記端材における前記露出部を支持するガイドローラ第１支持部及び前記小径部に設けられて前記塗工部を支持するガイドローラ第２支持部を備える請求項１に記載の電極製造設備。
3. 前記分離ローラは、直径を異ならせた段付ローラである請求項１又は請求項２に記載の電極製造設備。
4. 前記第１支持部は、軸方向に一定の直径を有するローラ本体の周面に設けた嵩上げ部材によって形成されている請求項１又は請求項２に記載の電極製造設備。
5. 前記嵩上げ部材は、前記ローラ本体の周面に貼り付けたシート状部材である請求項４に記載の電極製造設備。
6. 前記非切断部は、前記露出部の厚みが薄くされた切れ込みである請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載の電極製造設備。
7. 前記切断装置は、径方向に沿った厚みが前記塗工部の厚みに設定された嵩上げ部を有したアンビルロールを備え、
   前記ダイロールの軸心、及び、前記アンビルロールの軸心は、前記電極材料の幅方向に沿って延び、かつ互いに平行であり、
   前記アンビルロールの軸方向において、前記嵩上げ部は、前記塗工部の長手方向に沿う縁から離れた位置にあり、前記塗工部と前記嵩上げ部との間には前記アンビルロールの軸方向に沿って延びる隙間が形成されており、
   前記切断装置は、前記切刃を前記嵩上げ部により嵩上げされた前記露出部に押し込むことによって前記露出部を切断する一方、前記切刃を前記隙間に対応する露出部とともに前記隙間に向けて押し込むことによって該隙間に対応する露出部に前記第１の方向に沿った前記非切断部を形成する請求項６に記載の電極製造設備。

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