JP6809140B2

JP6809140B2 - 電極切断装置

Info

Publication number: JP6809140B2
Application number: JP2016213035A
Authority: JP
Inventors: 合田　泰之; 泰之合田; 寛恭西原
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2016-10-31
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2021-01-06
Anticipated expiration: 2036-10-31
Also published as: JP2018073659A

Description

この発明は、電極切断装置に関する。

従来から、ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）などの車両に搭載される蓄電装置としては、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池などがある。例えばリチウムイオン二次電池では、金属箔の表面に活物質層を有する電極（正極及び負極）が、両者の間を絶縁した状態で層状に重なる電極組立体を有している。電極組立体には、個片状の電極を多数積層して形成される積層型が知られており、このような電極組立体を備えた積層型の蓄電装置も知られている。

また、特許文献１には、ガラス板にレーザを照射することによってガラス板を切断する切断装置が開示されている。こうした切断装置と同様の切断装置を、上記の積層型の蓄電装置に用いる電極を切り抜いて製造する電極切断装置として採用することも可能である。例えば、電極切断装置では、長尺金属箔の両面に活物質が配置された塗工部を備える電極材料を搬送しながら個片の電極に切断する。

特開２０１３−６３８６４号公報

ところで、レーザによって電極材料の切断を行う電極切断装置では、電極材料に対してレーザを照射する際に、レーザによる熱で電極材料が溶解して生じた異物（スパッタ）が電極材料のレーザ照射面から飛び出すことがある。そして、レーザ照射面から飛び出したスパッタは、重力を受けてレーザ照射面に落下するおそれがある。こうして電極材料のレーザ照射面にスパッタが落下すると、切り抜かれた電極の表面にスパッタが残ってしまい、蓄電装置の短絡の原因等となるため好ましくない。

なお、電極材料のレーザ照射面に空気を送るエアブロー部を採用すれば、電極材料の切断の際にスパッタが生じてもエアブローによりスパッタを吹き飛ばすことができるため、電極材料のレーザ照射面にスパッタが落下することを抑制することができる。また、電極材料における切断領域より搬送方向の下流側に粘着ローラを配置すれば、電極材料の切断によってスパッタが電極材料のレーザ照射面に落下したとしても、粘着ローラによってレーザ照射面からスパッタを除去することができる。しかしながら、こうした手段を採用しなくとも、電極材料へのスパッタ付着を抑制できるとなお好ましい。

本発明の目的は、電極材料のレーザ照射面にスパッタが付着することを抑制できる電極切断装置を提供することにある。

上記課題を解決する電極切断装置は、長尺金属箔からなる電極材料を長手方向に搬送しながら個片の電極に切断する電極切断装置であって、前記電極材料の面に沿う方向であって、且つ前記電極材料の搬送方向と直交する方向に互いに離間した位置に配置され、前記電極材料を支持する一対の支持部と、前記電極材料の面に沿う方向であって、且つ前記搬送方向と直交する方向において前記一対の支持部の間の前記電極材料の領域をレーザ照射によって切断する切断部と、を備え、前記電極材料のうちで前記切断部のレーザが照射される面をレーザ照射面としたとき、前記一対の支持部は、前記レーザ照射面が、鉛直方向に沿っている、もしくは鉛直方向に沿う位置よりも鉛直方向における下方に向けて傾いている状態に前記電極材料を支持することを要旨とする。

上記構成では、一対の支持部による電極材料の支持状態では、電極材料のレーザ照射面が鉛直方向に沿っている、もしくは鉛直方向に沿う位置よりも鉛直方向における下方に向けて傾いている。電極材料のレーザ照射面が鉛直方向に沿っている状態では、電極材料のレーザ照射面が鉛直方向と直交する方向に向いている状態となっている。また、電極材料のレーザ照射面が鉛直方向に沿う位置よりも鉛直方向における下方に向けて傾いている状態では、電極材料のレーザ照射面が鉛直方向における下方に向いている状態となっている。こうした構成によれば、切断部によるレーザ照射により電極材料からスパッタが飛び出したとしても、鉛直方向、すなわちレーザ照射面から離れる方向にスパッタが落下するようになる。したがって、電極材料のレーザ照射面にスパッタが付着することを抑制できる。

なお、レーザ照射面が鉛直方向に沿う位置よりも鉛直方向における下方に向けて傾いている状態には、レーザ照射面が鉛直方向における下方に向いている状態であり、且つ鉛直方向と直交する方向に沿うように電極材料が配置される状態も含まれる。

電極切断装置にて、前記切断部が前記レーザ照射面の鉛直方向における下方に配置されている形態では、前記切断部と前記レーザ照射面との鉛直方向における間に空気を送るエアブロー部をさらに備えるようにしてもよい。

切断部がレーザ照射面の鉛直方向における下方に配置される場合では、電極材料と切断部との位置関係等によっては、切断部によるレーザ照射により電極材料から飛び出したスパッタが、切断部に落下するおそれがある。切断部にスパッタが付着すると、レーザ照射に不都合が生じるおそれがあり好ましくない。

上記構成によれば、そうした切断部へのスパッタの付着のおそれがある場合であっても、エアブロー部によって切断部とレーザ照射面との鉛直方向における間に空気を送ることにより、スパッタを吹き飛ばすことができる。したがって、切断部へのスパッタの付着を抑制することができる。

本発明によれば、電極材料のレーザ照射面にスパッタが付着することを抑制できる。

電極を示す斜視図。電極切断装置を示す斜視図。電極材料の搬送方向の下流側から見た状態の電極切断装置を模式的に示す図。鉛直方向の上側から見た状態の電極切断装置を模式的に示す図。別例の電極切断装置であって、電極材料の搬送方向の下流側から見た状態の電極切断装置を模式的に示す図。

以下、電極切断装置を具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
まず、電極を備える蓄電装置としての二次電池について説明する。図示しないが、二次電池は外観が角型をなす角型電池である。二次電池は、リチウムイオン二次電池である。二次電池は、ケース内に電極組立体を備える。電極組立体は、複数の正極の電極と、複数の負極の電極とが、両者の間を絶縁した状態で交互に積層されて構成されている。

図１に示すように、正極及び負極の電極１０は、それぞれ矩形状である。電極１０は、矩形状の金属箔（正極はアルミニウム箔、負極は銅箔）１１の両面に活物質層１２を備える。電極１０は、金属箔の一辺に沿って未塗工部１１ａを備える。未塗工部１１ａは、活物質層１２が存在せず、金属箔１１が露出した部分である。未塗工部１１ａは、金属箔１１の一辺の一部から突出した形状のタブ１３を含む。

次に、電極１０の製造方法について説明する。
電極の製造方法は、帯状の長尺金属箔の表面に活物質を連続して塗布して塗工部を形成し、電極材料を形成する塗工工程と、電極材料を個片の電極の形状に切断する切断工程と、を含む。塗工工程では、長尺金属箔の両面に塗工部が形成されるとともに、長尺金属箔の長縁部に沿って、長尺金属箔の露出した露出部が形成される。そして、切断工程では、電極材料から電極が切り出される。

次に、電極材料１７について詳細に説明する。
図２又は図３に示すように、電極材料１７は、長尺金属箔１８と、長尺金属箔１８の両面に存在する塗工部１９を備える。長尺金属箔１８は、電極１０の金属箔１１となる部位である。また、塗工部１９は、電極１０の活物質層１２となる部位である。電極材料１７において、その塗工部１９の面に沿い、かつ電極材料１７の長手方向に直交する方向を短手方向とする。

図２に示すように、電極材料１７は、長手方向に沿う一端１７ａ及び他端１７ｂのうち、一端１７ａに沿って露出部１８ａを備える。露出部１８ａは、長尺金属箔１８において塗工部１９によって覆われていない部位であり、長尺金属箔１８が露出した部分である。そして、露出部１８ａは、電極１０が電極材料１７から切り取られた際に、未塗工部１１ａ及びタブ１３となる部位である。

次に、電極切断装置２０について説明する。電極切断装置２０は、上記塗工工程を経て形成された電極材料１７に対して切断工程を行う装置である。
図２に示すように、電極切断装置２０は、電極材料１７を吸着しつつ搬送方向Ｘに搬送する。電極切断装置２０は、電極材料１７を支持する支持部としての一対の吸着コンベア２２と、切断部３２と、を備える。一対の吸着コンベア２２は、鉛直方向Ｇにおいて、互いに離間して配置されている。一対の吸着コンベア２２の外側面同士の間の鉛直方向Ｇの長さは、電極材料１７の短手方向の寸法より若干短い。

図４に示すように、一対の吸着コンベア２２は、搬送方向Ｘの両側に配置されたローラ２３と、ローラ２３に架け渡された無端状のベルト２４と、ベルト２４を吸引する吸引部２５と、をそれぞれ備える。ベルト２４はその全体に吸引孔を備えている。また、吸引部２５も同様に、ベルト２４と対向する部分に吸引孔を備えている。吸引部２５によって空気が吸引されることにより、吸引部２５の吸引孔及びベルト２４の吸引孔を介して空気が吸引され、電極材料１７がベルト２４を吸着可能である。

電極材料１７の長手方向である搬送方向Ｘにおける電極切断装置２０の上流側にて、上記塗工工程が行われるときの電極材料１７は、その両側の面１７ｃ，１７ｄが鉛直方向Ｇと直交する方向に沿うように配置されている。そして、電極切断装置２０への電極材料１７の搬送に際して、ローラ等に沿わせて電極材料１７が回転される。さらに、電極切断装置２０による電極材料１７の吸着により、電極材料１７が鉛直方向Ｇにずれずに搬送される。これにより、電極切断装置２０にて搬送される電極材料１７は、電極材料１７の面１７ｃ，１７ｄが搬送方向Ｘ及び鉛直方向Ｇに沿うようになる。

図２に示すように、一対の吸着コンベア２２は、電極材料１７の面１７ｃ，１７ｄに沿う方向であって、且つ搬送方向Ｘと直交する方向（以下、単に直交方向Ｙという）において、互いに離間して配置されている。そして、一対の吸着コンベア２２は、直交方向Ｙにおいて電極材料１７の一端１７ａ付近と他端１７ｂ付近とを支持する。なお、一対の吸着コンベア２２は、電極材料１７の両側の面１７ｃ，１７ｄのうちで一方の面１７ｄを支持する。また、一対の吸着コンベア２２は、直交方向Ｙにおいて一対の吸着コンベア２２の間の電極材料１７の領域Ａに塗工部１９を含むように、電極材料１７を支持している。具体的には、一対の吸着コンベア２２の間には、直交方向Ｙにおける電極材料１７の塗工部１９と露出部１８ａとが位置している。

図３に示すように、切断部３２は、電極材料１７の面１７ｃ，１７ｄのうち、一対の吸着コンベア２２で支持された面１７ｄとは別の面１７ｃに対向するように配置される。そして、切断部３２は、直交方向Ｙにおいて一対の吸着コンベア２２の間の電極材料１７の領域Ａを切断領域として、レーザによって電極材料１７の領域Ａを切断する。

また、切断部３２は、レーザヘッド３３とレンズ３４とを備える。切断部３２は、レーザヘッド３３から出力したレーザをレンズ３４に集光することにより、電極材料１７のレーザ照射面としての面１７ｃにレーザを照射して電極材料１７を切断する。レーザの光軸が電極材料１７の面１７ｃに対して交差するように、切断部３２が配置されている。そして、切断部３２では、図２に二点鎖線で示す位置にレーザを照射して電極材料１７を切断することにより、電極１０の外郭を形成する。本実施形態では、搬送方向Ｘに電極１０が並んで形成されるように、電極材料１７が搬送されながら切断部３２による切断が行われる。

次に、電極切断装置２０による電極１０の製造方法を記載する。なお、電極材料１７は、正極の電極１０を製造するための電極材料１７であり、長尺金属箔１８はアルミニウム箔製であり、塗工部１９は正極用の活物質で形成されている。

図２に示すように、電極切断装置２０において、電極材料１７は、一対の吸着コンベア２２によって支持される。一対の吸着コンベア２２によって支持された電極材料１７では、搬送方向Ｘに搬送されながら、切断部３２によって領域Ａでの切断が行われる。この切断に際しては、吸着コンベア２２によって電極材料１７が吸着されているため、電極材料１７は直交方向Ｙの両側から引っ張られるようになる。このため、電極材料１７の位置ずれが抑制された状態で切断部３２による切断が行われる。そして、切断部３２による切断によって、電極材料１７には電極１０の外郭が形成された状態となる。これにより、電極材料１７には、外郭の一部からタブ１３が突出した形状の電極１０が切り出された状態となる。そして、電極材料１７はさらに搬送方向Ｘへ案内され、切り出された電極１０と電極１０以外の端材５４とが分離される。

したがって、本実施形態によれば、以下に示す作用及び効果を得ることができる。
（１）電極材料１７のうちで切断部３２のレーザが照射される面１７ｃは、鉛直方向Ｇに沿っている。そして、切断部３２によるレーザ照射により電極材料１７からスパッタが飛び出したとしても、鉛直方向Ｇ、すなわち電極材料１７の面１７ｃから離れる方向にスパッタが落下するようになる。したがって、電極材料１７の面１７ｃにスパッタが付着することを抑制できる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
○ 電極材料１７の面１７ｃが鉛直方向Ｇに沿う位置よりも下方に向けて傾くように、一対の吸着コンベア２２で電極材料１７の面１７ｄを支持して電極材料１７を配置してもよい。例えば、図５に示す電極切断装置４０のように、電極材料１７のうちで切断部３２のレーザが照射される面１７ｃが、鉛直方向Ｇと直交するように、電極材料１７を配置してもよい。この電極切断装置４０においては、切断部３２が電極材料１７よりも下方に配置されることにより、電極材料１７の面１７ｃと対向するように切断部３２が位置している。そして、電極材料１７においては、レーザが照射される面１７ｃが下方に向いている状態となっている。このため、上記実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。

○ 電極材料１７の配設態様としては、上記実施形態の図３等で示したレーザ照射面としての面１７ｃが鉛直方向Ｇに沿っている態様や、上記形態の図５で示した面１７ｃが鉛直方向Ｇと直交する方向に沿っている態様のほか、次の態様を採用可能である。すなわち、そうした態様では、まずは、電極材料１７の面１７ｃが鉛直方向Ｇに沿う位置よりも下方に向いている状態となるように、一対の吸着コンベア２２で電極材料１７の面１７ｄを支持している。そして、電極材料１７の面１７ｃが、鉛直方向Ｇに沿っている状態から鉛直方向Ｇと直交する方向に沿っている状態までの間で傾いた状態となるように、一対の吸着コンベア２２で電極材料１７の面１７ｄを支持している。こうした形態の電極材料１７を備える電極切断装置２０においても、電極材料１７の面１７ｃと対向するように切断部３２が位置している。このため、この形態においても、電極材料１７におけるレーザが照射される面１７ｃが下方に向いている状態となるため、上記実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。

○ 電極材料１７のレーザが照射される面１７ｃの下方に切断部３２が配置される場合では、電極材料１７と切断部３２との位置関係等によっては、切断部３２によるレーザ照射により電極材料１７から飛び出したスパッタが、切断部３２に落下するおそれがある。切断部３２にスパッタが付着すると、レーザ照射に不都合が生じるおそれがあり好ましくない。具体的には、レンズ３４にスパッタが付着した状態でレーザを照射すると、そのスパッタが付着した部分を起点にレンズ３４に割れが生じるおそれがある。このように、切断部３２が電極材料１７のレーザが照射される面１７ｃの下方に配置され、切断部３２へのスパッタの付着のおそれがある場合には、図５に示すようにエアブロー部５２を採用することが好ましい。こうした形態によれば、上記実施形態で得られた効果と併せて以下の作用及び効果を得ることができる。

（２）上記の形態によれば、切断部３２へのスパッタの付着のおそれがある場合であっても、エアブロー部５２によって、切断部３２と電極材料１７のレーザが照射される面１７ｃとの間に、図５に白抜きの矢印で示したように空気を送ることにより、スパッタを吹き飛ばすことができる。したがって、切断部３２へのスパッタの付着を抑制することができる。

○ 一対の吸着コンベア２２は、電極材料１７のレーザが照射される面１７ｃを支持するものに変更してもよい。
○ 一対の吸着コンベア２２を、一対の搬送ローラに変更してもよい。なお、この搬送ローラは、電極材料１７の面１７ｃ，１７ｄの両側を支持することにより、電極材料１７を挟んで支持する。

○ 電極材料１７は負極用の電極材料１７であってもよい。この場合、長尺金属箔１８は銅箔であり、長尺金属箔１８は負極用の活物質で形成されている。
○ 電極材料１７は、長尺金属箔１８の片面に塗工部１９を有していてもよい。なお、この場合では、電極１０は、金属箔１１の片面に活物質層１２を有する。

○ 電極１０におけるタブ１３のみが未塗工部１１ａとなり、タブ１３以外の部分が活物質層１２となるように、電極切断装置２０，４０では電極材料１７から電極１０を切り出すようにしてもよい。

○ 電極切断装置２０，４０では、直交方向Ｙにおいて電極材料１７に２つ以上の電極１０が並ぶように電極１０を切り出すようにしてもよい。
○ 電極切断装置２０，４０では、電極材料１７として塗工部１９を有していない状態の長尺金属箔１８を採用し、長尺金属箔１８を個片の電極１０に切断するようにしてもよい。こうした電極切断装置２０，４０を採用する場合では、電極切断装置２０，４０による切断後の電極１０に活物質を塗工する。

○ ニッケル水素二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電装置に用いる電極の製造時に、実施形態の電極切断装置２０や上記形態の電極切断装置４０を採用してもよい。

１０…電極、１３…タブ、１７…電極材料、１７ｃ，１７ｄ…面、１８…長尺金属箔、１９…塗工部、２０，４０…電極切断装置、２２…吸着コンベア、３２…切断部。

Claims

長尺金属箔からなる電極材料を長手方向に搬送しながら個片の電極に切断する電極切断装置であって、
前記電極材料の面に沿う方向であって、且つ前記電極材料の搬送方向と直交する方向に互いに離間した位置に配置され、前記電極材料を支持する一対の支持部と、
前記電極材料の面に沿う方向であって、且つ前記搬送方向と直交する方向において前記一対の支持部の間の前記電極材料の領域をレーザ照射によって切断する切断部と、を備え、
前記電極材料のうちで前記切断部のレーザが照射される面をレーザ照射面としたとき、前記一対の支持部は、前記レーザ照射面が、鉛直方向に沿う位置から鉛直方向と直交する方向に沿う位置までの間で傾くことにより鉛直方向に沿う位置よりも鉛直方向における下方に向けて傾いている状態、もしくは前記レーザ照射面が鉛直方向と直交する方向に沿っている状態に前記電極材料を支持しており、
前記切断部は前記レーザ照射面の鉛直方向における下方に配置されており、
前記電極材料の切断の際に生じたスパッタが前記切断部に付着することを抑制するように前記切断部と前記レーザ照射面との間に空気を送るエアブロー部をさらに備えることを特徴とする電極切断装置。
前記一対の支持部は、前記レーザ照射面が鉛直方向と直交する方向に沿っている状態に前記電極材料を支持しており、
前記エアブロー部は、前記レーザ照射面に沿って空気を送る請求項１に記載の電極切断装置。