JP6699496B2 - 電池製造用プレスロール装置 - Google Patents

Description

本発明は，長尺状の第１電極箔反物の上にその長手方向に間隔を開けて複数の第２電極箔短冊が配置されるように積層して電極積層体を得る電池製造用プレスロール装置に関するものである。

従来から，２次電池その他の電池として，第１電極と第２電極とを交互に重ね合わせた電極積層体を内蔵するものが使用されている。このような電極積層体には，第１電極および第２電極としていずれも短冊状の箔を利用し，これらを平積み状に積層した構造のものがある。

このような積層構造の電極積層体の製造に利用できる先行技術として，特許文献１に記載されている連続圧縮装置が挙げられる。同文献の技術では，帯状の「金属箔集電体２ａ」の表面上に間欠的に塗布された「電極活物質２ｂ」の層を，２つの「圧縮ロール４」の間に通して圧縮することでその厚さを調節する（同文献の［００２０］，図２）。同文献の技術ではさらに，２つの「圧縮ロール４」のギャップを調整する「油圧圧下装置８」を設けている。これにより，新たな「電極活物質２ｂ」の部分が「圧縮ロール４」による圧縮箇所に到達するときの衝撃による電極帯板の破断を防止しようとしている（同文献の［００３３］）。

特開２０１２−２１６４６５号公報

しかしながら前記した従来の技術を第１電極と第２電極との積層体の製造に利用しようとすると，次のような問題点があった。すなわち，第１電極箔反物の上に間隔を開けて第２電極箔短冊を配置したものを「圧縮ロール４」でプレスしようとすると，種々の不具合を生じた。例えば，押圧力の確保と第２電極箔短冊の破損防止との両立が著しく困難なのである。「圧縮ロール４」のギャップが大きすぎると押圧力が掛からないし，ギャップが小さすぎると第２電極箔短冊が破損してしまう。第２電極箔短冊はそれ自体が金属部分を含む構造体であり，「電極活物質２ｂ」の層とは違うからである。さらに第２電極箔短冊はごく薄いものであるため，「圧縮ロール４」のギャップとして適切な範囲は著しく狭い。このため，特許文献１に記載されているピストン方式の「油圧圧下装置８」でのギャップ調整は，精度が低すぎるのである。

本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，第１電極箔反物の上に間隔を開けて第２電極箔短冊を配置したものを，第２電極箔短冊を破損させることなく，かつ適度に押圧力を掛けてプレスできる電池製造用プレスロール装置を提供することにある。

本発明の一態様における電池製造用プレスロール装置は，電極積層体となる第１電極箔反物および第２電極箔短冊を，第１電極箔反物の上にその長手方向に間隔を開けて複数の第２電極箔短冊が配置されるように積層する装置であって，第１電極箔反物とその上に載置された前記第２電極箔短冊とを厚み方向にプレスするプレスロール対を有している。そのプレスロール対における第２電極箔短冊側に位置する第１ロールは，第１電極箔反物の進行とともに回転する円筒状のスリーブ部材と，スリーブ部材の中に位置して，第１電極箔反物の進行とともには回転せず，プレスロール対のプレス位置に対して第１電極箔反物の進行方向にオフセットした位置を中心にスリーブ部材とともに揺動する偏心部材とを有しており，さらに，第１ロールの半径方向外向きに延びて形成され，偏心部材の揺動とともに揺動するてこバーと，第１ロールが第１電極箔反物および第２電極箔短冊に押し付けられる向きにてこバーへの押圧力を発生する押圧力発生部と，押圧力発生部の押圧力によるてこバーの揺動を規制するストッパ部材とを有している。ここで本態様の電池製造用プレスロール装置では，偏心部材の揺動中心軸位置から，てこバーがストッパ部材による規制を受ける位置までのレバー長が，第１電極箔反物の進行方向に対する，プレス位置と揺動中心軸位置とのオフセット量より大きくされている。

上記態様における電池製造用プレスロール装置では，第１ロールのうち，第１電極箔反物の進行とともに回転するのは，円筒状のスリーブ部材の部分のみである。その内部にある偏心部材は，第１電極箔反物の進行とともには回転しない一方で，プレス位置に対してオフセットした位置を中心に揺動するものである。この揺動により，第１ロールの第１電極箔反物および第２電極箔短冊に対する押圧量が変動することになる。そして，偏心部材にはてこバーが取り付けられており，てこバーが押圧力発生部の押圧力を受けることで，第１ロールの第１電極箔反物および第２電極箔短冊に対する押圧力が発生するようになっている。ただし，押圧力発生部の押圧力によるてこバーの動きは，ストッパ部材により規制されている。これにより，第１ロールが第１電極箔反物および第２電極箔短冊へ向かって過度に揺動することが防止されている。てこバーのレバー比のため，ストッパ部材による規制位置の調節により，第１ロールの位置を精密に調節することができる。

本構成によれば，第１電極箔反物の上に間隔を開けて第２電極箔短冊を配置したものを，第２電極箔短冊を破損させることなく，かつ適度に押圧力を掛けてプレスできる電池製造用プレスロール装置が提供されている。

実施の形態に係る積層電池製造装置の構成を示す模式図である。 実施の形態に係るプレスロール装置を示す斜視図である。 貼り合わせロールおよびてこバーを示す正面図である。 正極箔短冊に貼り合わせロールによる衝撃が掛かる状況を示す模式図である。 正極箔短冊に貼り合わせロールによる衝撃が掛からない状況を示す模式図である。 貼り合わせロールにより実際に正極箔短冊の押圧がなされている状況を示す正面図である。

以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，図１に示す積層電池製造装置１として，本発明を具体化したものである。そこでまず，積層電池製造装置１について説明する。

図１の積層電池製造装置１は，正極反物供給部２と，負極反物供給部３と，正極反物切断機構４と，貼り合わせロール５と，負極反物切断機構６と，台座７と，プレスロール８とを有している。正極反物供給部２には，正極箔反物コイル９が取り付けられており，正極箔反物１０が巻き出されるようになっている。負極反物供給部３には，負極箔反物コイル１１が取り付けられており，負極箔反物１２が巻き出されるようになっている。正極箔反物１０および負極箔反物１２はいずれも，長尺箔状のものであり，集電箔の表面上に電極活物質層が形成された構造のものである。負極箔反物１２の表面上にはさらに，セパレータ層も形成されている。正極箔反物１０および負極箔反物１２はいずれも，その長手方向に進行して貼り合わせロール５へ向かうようになっている。

正極反物切断機構４は，正極箔反物１０を幅方向に切断することで，カード状の正極箔短冊１３とするものである。貼り合わせロール５は，負極箔反物１２と正極箔短冊１３とを貼り合わせるものである。このため貼り合わせロール５に対して，負極箔反物１２はそのまま，正極箔反物１０は切断されて正極箔短冊１３となってから，供給されるようになっている。正極箔短冊１３はさらに，貼り合わせロール５に対して，負極箔反物１２の長手方向に間隔を置いて供給されるようになっている。

負極反物切断機構６は，負極箔反物１２を幅方向に切断するものである。この切断により，正極箔短冊１３と負極箔短冊とが１枚ずつ積層された電極箔ペア短冊１４が得られる。台座７は，得られた電極箔ペア短冊１４を置くためのものである。プレスロール８は，台座７の上に多数枚積層された電極箔ペア短冊１４を厚み方向にプレスするものである。なお，負極反物切断機構６のすぐ上流側には，負極箔反物１２と正極箔短冊１３とを支持するニップロール１６が設けられている。

次に，上記の積層電池製造装置１の作用を説明する。積層電池製造装置１により電極積層体１５を製造する際には，貼り合わせロール５に対して，負極箔反物１２と，正極箔短冊１３とが供給される。負極箔反物１２は前述のように，負極反物供給部３から供給され，長手方向に進行することにより貼り合わせロール５に至る。正極箔短冊１３は，正極反物供給部２および正極反物切断機構４により貼り合わせロール５に供給される。貼り合わせロール５にて正極箔短冊１３は，負極箔反物１２の上に，長手方向に対して間隔を開けて配置される。

そして貼り合わせロール５により，正極箔短冊１３および負極箔反物１２が厚み方向に軽く押し付けられる。この状態で正極箔短冊１３は，負極箔反物１２に対して軽く接着されている。負極箔反物１２のセパレータ層にある程度の接着性があるからである。このためこれ以後，振動等で容易に正極箔短冊１３の位置が負極箔反物１２に対してずれてしまうことはない。

貼り合わせロール５より下流側における正極箔短冊１３および負極箔反物１２は，負極箔反物１２の上に，正極箔短冊１３が長手方向に対して間隔を開けて配置された状態となっている。このような状態の正極箔短冊１３および負極箔反物１２が，貼り合わせロール５から負極反物切断機構６へ向かう。負極反物切断機構６に至った負極箔反物１２は，幅方向に切断される。負極反物切断機構６が切断するのは，負極箔反物１２のうち，正極箔短冊１３のない箇所である。

こうして電極箔ペア短冊１４が得られる。負極箔反物１２の進行とともに次々に電極箔ペア短冊１４が得られるので，台座７の上には多数枚の電極箔ペア短冊１４が積層されることとなる。台座７の上に積層された電極箔ペア短冊１４は，プレスロール８により，厚み方向にプレスされる。より詳細には，新たに１枚の電極箔ペア短冊１４が台座７の上に置かれるたびに，プレスロール８によるプレスが実施される。これにより，新たに供給された電極箔ペア短冊１４が，先に供給されてすでに台座７の上に積層されている電極箔ペア短冊１４に対して一体化される。前述のセパレータ層の接着性による。

このようにして所定の枚数の電極箔ペア短冊１４が台座７の上に積層されプレスロール８による一体化がなされると，電極積層体１５が得られる。電極積層体１５は，電池における発電要素として機能するものである。電極積層体１５は通常，電池容器内に電解液とともに収納される。

ここで，貼り合わせロール５についてさらに詳細に説明する。貼り合わせロール５は，図２に示すプレスロール装置１８の一部である。図２のプレスロール装置１８は，貼り合わせロール５の他に，下ロール１７を有している。貼り合わせロール５と下ロール１７との間に負極箔反物１２が通されるようになっている。図２では省略しているが実際には負極箔反物１２上に正極箔短冊１３が間隔を開けて配置される。負極箔反物１２と正極箔短冊１３とは，プレスロール装置１８を通るときに貼り合わせロール５と下ロール１７とにより厚み方向に軽く押圧される。すなわち貼り合わせロール５と下ロール１７とは，プレスロール対をなしている。

貼り合わせロール５の軸１９および下ロール１７の軸２０は，軸受け部材２１に保持されている。下ロール１７の軸２０は，回転駆動源２２に接続されている。貼り合わせロール５の軸１９には，てこバー２３が取り付けられている。てこバー２３は，軸１９に対して固定された状態にある。さらにプレスロール装置１８には，バネ２４と，ストッパ２５とが設けられている。バネ２４は，てこバー２３を押圧するものである。ストッパ２５は，バネ２４の押圧によるてこバー２３の動きを規制するものである。

貼り合わせロール５は，スリーブ部材２６と，偏心部材２７とにより構成されている。スリーブ部材２６は，円筒状の部材であり，負極箔反物１２や正極箔短冊１３に外面で接触し，負極箔反物１２の進行とともに回転するものである。偏心部材２７は，スリーブ部材２６の内部に位置するものである。ただし偏心部材２７は，スリーブ部材２６の回転とともには回転しないものである。偏心部材２７の外面とスリーブ部材２６の内面とは，隙間なく接触している。これにより，スリーブ部材２６が偏心部材２７に対してガタつくことなく摺動して回転できるようになっている。また，偏心部材２７と軸１９とてこバー２３との３者で一体をなしている。

貼り合わせロール５について図３によりさらに説明する。図３ではプレスロール装置１８の正面図を，軸受け部材２１を省略して示している。図３に示すように，てこバー２３は，偏心部材２７から，負極箔反物１２の搬送方向の上流側に向かって突出して形成されている。すなわちてこバー２３は，貼り合わせロール５の半径方向外向きに延びて形成されている。図３に示される貼り合わせロール５においては，軸１９の位置が固定位置である。軸１９は軸受け部材２１に保持されているからである。したがって，貼り合わせロール５の偏心部材２７は，軸１９を中心にわずかながら回転，つまり揺動可能である。このため，偏心部材２７は，わずかながら高さ方向に位置の変位が可能である。偏心部材２７の高さの変位により，スリーブ部材２６を含めた貼り合わせロール５が高さ方向に変位することになる。なお図３では，偏心部材２７における軸１９の偏心の程度を，図２の場合よりもより強調して描いている。

そして，偏心部材２７と一体であるてこバー２３に対して，前述のバネ２４の弾力Ｆが掛かっている。これにより，貼り合わせロール５は，負極箔反物１２や正極箔短冊１３に向かって押し付けられる（矢印Ｇ）ことになる。ただし，弾力Ｆによるてこバー２３の押し上げは，ストッパ２５により規制されている。このため，貼り合わせロール５の負極箔反物１２や正極箔短冊１３への押し付けも規制されている。

具体的には，てこバー２３とストッパ２５とが接触している状態における貼り合わせロール５の位置が，次の２つの条件に合うように，ストッパ２５の規制位置が調節されている。その第１の条件は，負極箔反物１２への正極箔短冊１３の押圧がきちんと掛かること，である。そのためには，貼り合わせロール５と下ロール１７とのギャップが大きすぎてはいけない。第２の条件は，正極箔短冊１３の肩部への衝撃が過大でないこと，である。そのためには，ギャップが小さすぎてはいけない。ギャップが小さすぎると図４に示すように，負極箔反物１２とともに搬送される正極箔短冊１３の肩部に，貼り合わせロール５による衝撃が掛かってしまう。衝撃の程度によっては正極箔短冊１３が破損することもありうる。また，正極箔短冊１３の間隔と貼り合わせロール５の径との関係にもよるが，正極箔短冊１３のないところで貼り合わせロール５が負極箔反物１２に接触する可能性もある。この接触が起こると，負極箔反物１２にストレスが掛かって破断に至ることもある。

そして，正極箔短冊１３の厚さは通常，０．５ｍｍを下回るくらいしかないので，上記の第１の条件と第２の条件がいずれも満たされる範囲は著しく狭い。このため，貼り合わせロール５の位置を直接位置決めして条件を満たすことは容易ではない。しかしながら本形態では図２，図３に示したように，てこバー２３を介してストッパ２５により，貼り合わせロール５の高さ位置を位置決めしている。そして本形態では，てこバー２３のレバー比により，貼り合わせロール５の高さ位置を適切な範囲内に容易に位置決めできるようにしている。

てこバー２３のレバー比とは，図３中に示される距離Ｌ１と距離Ｌ２との比のことである。距離Ｌ１は，負極箔反物１２の搬送方向に対する，軸１９の軸心位置と貼り合わせロール５の軸心位置との間の距離である。これはすなわち，貼り合わせロール５におけるプレス位置と揺動中心軸位置とのオフセット量，ということである。距離Ｌ２は，軸１９の軸心位置と，ストッパ２５にてこバー２３が当たる位置との間の距離である。本形態では，距離Ｌ１よりも距離Ｌ２の方が長い設定とされている。このため，ストッパ２５によるてこバー２３の規制位置の調節を行うと，その調節量がレバー比により縮小されて，貼り合わせロール５の高さ位置の調節量として現れるようになっている。したがって，ストッパ２５の位置調節により，貼り合わせロール５の高さ位置を，前述の条件を両立するように容易に調節できる。

本形態では図２に示されるように，ストッパ２５はカムとして構成されている。したがって，適当な操作レバーをストッパ２５に取り付けてストッパ２５を回転させることで，ストッパ２５によるてこバー２３の規制位置を調節することができる。この調節は一旦行えばその後再調節の必要はほとんどない。よって，この調節を行った後にストッパ２５を固定して再調節できなくしてしまってもよい。

このように貼り合わせロール５の高さ位置が適切に調節されている状態では，図５に示すように，負極箔反物１２および正極箔短冊１３を通しても，正極箔短冊１３にほとんど衝撃が掛からない。このため良好な電極箔ペア短冊１４が得られる。図５に示す状況では，正極箔短冊１３のある箇所とない箇所とでの貼り合わせロール５の高さの差Ｔ１は，ごくわずかである。このため，正極箔短冊１３の肩部に掛かる衝撃はごくわずかである。また，貼り合わせロール５が負極箔反物１２に接触してしまうことはない。高さの差Ｔ１（潰し代）は，正極箔短冊１３の厚さＴ２（厳密にいえば潰し代Ｔ１を差し引いた厚さ）が例えば０．３ｍｍとすればだいたいその１０分の１の０．０３ｍｍ程度である。

図５において，正極箔短冊１３のないところでの貼り合わせロール５の高さは，正極箔短冊１３のあるところでの高さよりも潰し代Ｔ１の分低い。この下がっている方の高さがストッパ２５により規制される高さである。したがってこのとき，バネ２４の弾力はストッパ２５で受け止められるので，貼り合わせロール５の押圧力としては作用しない。一方，正極箔短冊１３のあるところでは，貼り合わせロール５がわずかに持ち上げられている。この状態では図６に示すように，てこバー２３によりバネ２４が少し圧縮される。このため，バネ２４の弾力が貼り合わせロール５の押圧力Ｇとして作用する。これにより，負極箔反物１２への正極箔短冊１３の圧着がなされる。潰し代Ｔ１は前述のようにごくわずかであるが，そのときのてこバー２３の上下幅Ｔ３は，前述のレバー比の効果によりもっと大きい。１：１００程度のレバー比は容易に可能なので，ストッパ２５の位置の調整代を数ｍｍ程度とることができ，カム機構のストッパ２５では容易に調整できる。

この圧着のために必要な押圧力Ｇに比して，バネ２４の弾力はそれほど強いものでなくてよい。前述のレバー比の効果による。レバー比を１：１００程度に設定すれば，押圧力Ｇが例えば４．９［ｋＮ］程度必要としても，バネ２４の弾力は４９［Ｎ］程度出れば十分である。ただしこのことを考える場合の距離Ｌ２は厳密にいえば，軸１９の軸心位置と，てこバー２３に対してバネ２４の弾力が作用する位置との間の距離である。

以上詳細に説明したように本実施の形態によれば，負極箔反物１２の上に間欠的に配置された正極箔短冊１３をプレスするプレスロール装置１８において，貼り合わせロール５に，偏心部材２７とてこバー２３とを備えることにより，貼り合わせロール５の微妙な高さ調節を，レバー比で拡大したストッパ２５の規制位置調節として行うようにしている。これにより，正極箔短冊１３を破損させることなく，かつ適度に押圧力を掛けてプレスできる電池製造用プレスロール装置１８が実現されている。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，本形態では，貼り合わせロール５に対して，負極箔を反物状にて供給し，正極箔を短冊状にて供給することとした。しかしこれは，正負逆であってもよい。また，本形態では，てこバー２３を，貼り合わせロール５に対して負極箔反物１２の搬送方向の上流側に突出するように設けた。しかしこれは必須でなく，てこバー２３は，貼り合わせロール５の半径方向に外向きに突出するいかなる方向に設けてもよい。

また，貼り合わせロール５の揺動中心である軸１９をプレス位置に対して上流側にオフセットさせる代わりに下流側にオフセットさせてもよい。また，バネ２４のように伸長しようとする弾性力発生部材を用いる代わりに，縮小しようとする向きに弾性力を発生する部材を用いることもできる。要は，貼り合わせロール５において正極箔短冊１３への押圧力Ｇとして作用するように構成されていればよい。

１ 積層電池製造装置
２ 正極反物供給部
３ 負極反物供給部
４ 正極反物切断機構
５ 貼り合わせロール（第１ロール）
６ 負極反物切断機構
７ 台座
８ プレスロール
１２ 負極箔反物
１３ 正極箔短冊
１４ 電極箔ペア短冊
１５ 電極積層体
１８ プレスロール装置
１９ 軸
２３ てこバー
２４ バネ
２５ ストッパ
２６ スリーブ部材
２７ 偏心部材

Claims (1)

1. 電極積層体となる第１電極箔反物および第２電極箔短冊を，前記第１電極箔反物の上にその長手方向に間隔を開けて複数の前記第２電極箔短冊が配置されるように積層する電池製造用プレスロール装置であって，
   前記第１電極箔反物とその上に載置された前記第２電極箔短冊とを厚み方向にプレスするプレスロール対を有し，
   前記プレスロール対における前記第２電極箔短冊側に位置する第１ロールは，
   前記第１電極箔反物の進行とともに回転する円筒状のスリーブ部材と，
   前記スリーブ部材の中に位置して，前記第１電極箔反物の進行とともには回転せず，前記プレスロール対のプレス位置に対して前記第１電極箔反物の進行方向にオフセットした位置を中心に前記スリーブ部材とともに揺動する偏心部材とを有しており，
   さらに，
   前記第１ロールの半径方向外向きに延びて形成され，前記偏心部材の揺動とともに揺動するてこバーと，
   前記第１ロールが前記第１電極箔反物および前記第２電極箔短冊に押し付けられる向きに前記てこバーへの押圧力を発生する押圧力発生部と，
   前記押圧力発生部の押圧力による前記てこバーの揺動を規制するストッパ部材とを有しており，
   前記偏心部材の揺動中心軸位置から，前記てこバーが前記ストッパ部材による規制を受ける位置までのレバー長が，
   前記第１電極箔反物の進行方向に対する，前記プレス位置と前記揺動中心軸位置とのオフセット量より大きいことを特徴とする電池製造用プレスロール装置。

Images