JPWO2012020658A1

JPWO2012020658A1 - 電極巻き取り方法

Info

Publication number: JPWO2012020658A1
Application number: JP2012528641A
Authority: JP
Inventors: 杉原　勉; 勉杉原
Original assignee: Komatsu NTC Ltd
Current assignee: Komatsu NTC Ltd
Priority date: 2010-08-10
Filing date: 2011-08-01
Publication date: 2013-10-28
Also published as: CN103052581A; KR20130025957A; WO2012020658A1; TW201217259A

Abstract

電池または蓄電器の積層巻き工程において、巻き取り動作終了後、次の巻き取り動作へ移行する際にセパレータを利用して、工程を簡単化し、かつ高速化する。１製品長さの一対の電極２，３、これらの間に介在するセパレータ４，５をコア９に巻き取る電極巻き取り工程において、巻きステーションＢで電極２，３、セパレータ４，５をコア９に巻き取った後、電極２，３のみを切断してから、コア９に対して巻き付け状態の電極２，３、セパレータ４，５を次のステーション（Ｃ）に、また次に巻き取るべき新たなコア９を巻きステーションＢにそれぞれ移動させ、次のステーション（Ｃ）でコア９に対して巻き付け状態のセパレータ４，５を巻きステーションＢの新たなコア９に接近させ、そのセパレータ４，５を新たなコア９に固着してから次のステーション（Ｃ）と巻きステーションＢとの間でセパレータ４，５を切断する。

Description

本発明は、電池または蓄電器のケース内部の電極を連続的に製造する工程において、正負一対の電極を絶縁用のセパレータとともにコアに巻き取って、積層状態の電極を形成する過程で、巻き取り動作終了後、次の巻き取り動作へ移行する際に、コアに対するセパレータの処理方法に関する。

例えば二次電池は、ケースの内部に一対の電極をコアに巻き付けた状態で備えている。その製造過程で、一対の電極は、電極巻き取り装置によって、絶縁用のセパレータを介在させながらコアに必要な長さだけ巻き取られ、製品単位に切断される。

従来、コアに巻き終えたセパレータおよび電極は、巻き取り終了ごとにそれぞれ個別に切断されていた。そのため、電極巻き取り装置は、切断後に後続のセパレータの切断端および一対の電極の切断端を保持するためのクランプをセパレータおよび電極ごとに独立して備えている。この結果、装置が複雑で高価となっている。

また、巻き取り動作の開始段階において、後続のセパレータの切断端および一対の電極の切断端を次に巻き付ける新たなコアに固定する動作も、セパレータや電極ごとに独立して行われている。このため、前の巻き取り動作終了後、次の巻き取り動作開始までに、セパレータや電極の固定動作に時間がかかり、これが生産能率の障害となっていた。

なお、特許文献１は、シート先端部を巻き軸に結合する技術を開示している。その技術は、シート先端部をクランプ爪によって個別に引き込んでいるため、シート先端部の簡単な処理となっていない。

特許第４０６０７３２号公報（特開平２００４−２６２５６１公報）

したがって、本発明の課題は、巻き取り動作終了後、次の巻き取り動作へ移行する際にセパレータを利用して、工程を簡単化し、かつ高速化することである。

上記の課題のもとに、本発明の電極巻き取り方法は、正負一対の電極の間にセパレータを介在させ、１製品長さの電極およびセパレータをコアに巻き取り、１製品単位毎に電極およびセパレータを切断する電極巻き取り工程において、巻きステーションで１製品長さの電極およびセパレータをコアに巻き取った後、一対の電極のみを切断してから、コアに対して巻き付け状態の電極およびセパレータを次のステーションに、また次に巻き取るべき新たなコアを巻きステーションにそれぞれ移動させることによって、次のステーションでコアに対して巻き付け状態のセパレータを巻きステーションにある新たなコアに接近させ、そのセパレータを巻きステーションの新たなコアに固着してから次のステーションと巻きステーションとの間でセパレータを切断している（請求項１）。

また、本発明は、上記の電極巻き取り方法において、コアに対して巻き付け状態の電極およびセパレータを巻きステーションから次のステーションへ円弧に沿って移動させている（請求項２）。

本発明の電極巻き取り方法によると、電極巻き取り工程において、巻きステーションで一対の電極のみを切断してから、コアに対して巻き付け状態の電極およびセパレータを次のステーションすなわち巻き止め・取り外しステーションに、また次に巻き取るべき新たなコアを巻きステーションにそれぞれ移動させることによって、次のステーションでコアに対して巻き付け状態のセパレータが切断前に新たなコアに接近し、新たなコアに固着できる位置にあるから、新たなコアに対するセパレータの固着が容易かつ高速で行え、さらに、セパレータが巻きステーションと次のステーションとの間、すなわち新たなコアに対して固着した位置よりもセパレータの移動方向下流側で切断され、後続のセパレータの切断端が次のコアに固着された状態で保持されため、セパレータを保持するためのクランプ手段、切断端の案内や位置決め手段が必要なく、セパレータの切断端の処理が連続的に簡単かつ迅速に行える（請求項１）。

また、巻きステーションから次のステーションへのコアの移動によって、巻き付け状態のセパレータの後端部が巻きステーションに移動した次の新たなコアに接近するため、セパレータを次のコアに接近させるための特別な機構が必要とされず、セパレータの後端部の必要な位置への案内が容易となる（請求項１）。

コアに対して巻き付け状態の電極およびセパレータが巻きステーションから次のステーションへ円弧に沿って移動させれば、回転式のインデックス装置によって、電極の製造工程が円弧に沿って連続的に展開できる（請求項２）。

本発明の電極巻き取り方法にもとづく電極巻き取り装置の正面図であり、一対の電極およびセパレータの案内経路、コアの移動順序を示す。前記電極巻き取り装置の正面図において、コア装着ステーションＡで巻き取り芯にコアを装着した状態を示す。前記電極巻き取り装置の正面図において、コア装着ステーションＡで装着したコアを巻きステーションＢに移動させから、セパレータの端部を巻き止め・取り外しステーションＣに引き出し、その位置に固定した状態を示す。前記電極巻き取り装置の正面図において、セパレータを巻きステーションＢのコアに固着するときの状態を示す。前記電極巻き取り装置の正面図において、セパレータを巻きステーションＢのコアに固着した後、コアの近くでセパレータを切断したときの状態を示す。前記電極巻き取り装置の正面図において、巻きステーションＢでコアに電極およびセパレータを重ねて合わせて巻き取るときの状態を示す。前記電極巻き取り装置の正面図において、巻きステーションＢでコアに電極およびセパレータを巻き取った後、それぞれの電極を案内経路で切断した状態を示す。前記電極巻き取り装置の正面図において、巻きステーションＢでコアに電極およびセパレータを巻き取った後、セパレータを切断しないままコアに対して巻き付け状態の電極およびセパレータを巻き止め・取り外しステーションＣの位置に移動させ、またコア装着ステーションＡで装着したコアを巻きステーションＢに移動させたときの状態を示す。前記電極巻き取り装置の正面図において、巻きステーションＢのコアにセパレータを固着し、巻き止め・取り外しステーションＣの位置で切断したセパレータの巻き終わり端を巻き止めした状態を示す。

図１の電極巻き取り装置１において、帯状の正極側の電極２、帯状の負極側の電極３およびこれらの一対の電極２，３の間に介在する帯状絶縁用２枚のセパレータ４，５は、それぞれ図示しないリールから送り出され、必要に応じ複数のガイドローラ１１，１２，１３，１４、図示しない張力・速度調節用のダンサローラ手段や、幅方向のずれ調節手段を経て回転式のインデックステーブル６の近くに位置する一対のニップローラ１０の位置に案内される。

電極２，３は、一対のニップローラ１０の位置よりも電極移動方向の上流側で、それぞれ電極クランプ２３，２４の間、一対の電極カッタ２５，２６の間を経て一対のニップローラ１０の間に案内される。一対のニップローラ１０は、必要に応じて設けられるが、それらのうち少なくとも一方のものは、他方のものに対して接離自在となっている。

一対の電極カッタ２５，２６は、例えば挟み式であり、各電極２，３を切断するために設けられている。また、電極クランプ２３，２４は、それぞれ電極カッタ２５，２６により切断された電極２，３の後続の切断端を保持して、一対のニップローラ１０の位置に移動することにより、各電極２，３の切断端を一対のニップローラ１０の間に巻き込み可能な位置に案内する。

インデックステーブル６は、一例として中心角１２０°毎の外周の位置において、回転自在の巻き取り軸７を有しており、中心軸８により１２０°毎に間欠的に駆動されることによって、３つの巻き取り軸７をコア装着ステーションＡ、巻きステーションＢおよび巻き止め・取り外しステーションＣへと順次に移動させる。

なお、インデックステーブル６は、その背面側で図示しないインデックスモータによって中心角１２０°毎に間欠的に駆動されるようになっており、また、それぞれの巻き取り軸７は、コア装着ステーションＡ、巻きステーションＢおよび巻き止め・取り外しステーションＣで停止した時に、インデックステーブル６の背面側で、図示しない軸駆動モータの出力軸にクラッチなどの連結手段により連結され、必要な回数だけ回転できるようになっている。

それぞれの巻き取り軸７は、軸端の前面位置で例えば割り型の偏平な巻き取り芯１５を有している。これらの巻き取り芯１５は、コア９の装着後に、巻き取り軸７の直径方向にずれ、大きな外周長さとなるが、コア４５に電極２，３、セパレータ４，５を巻き取った後に、完全に重なる位置に変位することによって、外周長さを縮小し、巻き取り芯１５からコア９および巻き付け状態の電極２，３、セパレータ４，５を抜き取りやすい状態とする。このための各巻き取り芯１５の変位駆動手段は、図示しないが、巻き取り軸７の内部に組み込まれている。なお、巻き取り芯１５は、割り型でなく単純な一体ものでもよく、また偏平でなく丸型であってもよい。

前記のように、インデックステーブル６は、反時計方向に１２０°毎に間欠的に回転することによって３つの巻き取り軸７をコア装着ステーションＡ、巻きステーションＢ、巻き止め・取り外しステーションＣへと順次に移動させる。コア装着ステーションＡ、巻きステーションＢおよび巻き止め・取り外しステーションＣは、それぞれ下記に記載の動作をさせるために設けられている。

まず、コア装着ステーションＡは、一例として割り型の巻き取り芯１５に形成後のコア９を装着するか、または図示しないコア形成ユニットによって、巻き取り芯１５の周囲に帯状のコア材を巻き付けて、コア９を形成するためのステーション位置である。ここでは簡単のために、形成後のコア９が巻き取り芯１５に装着されるものとする。

つぎに、巻きステーションＢは、巻き取り芯１５に装着されたコア９に一対の電極２，３や２枚のセパレータ４，５を積層状態として巻き取るステーション位置であり、セパレータ４，５の処理のために、セパレータ処理ユニット１６を有している。セパレータ処理ユニット１６は、セパレータ４，５を処理（固着・切断）するために、セパレータ真空チャック１７、セパレータ溶着ヒータ１８、セパレータ切断カッタ１９およびこれらの進退駆動用のアクチュエータ２０，２１，２２によって構成されている。

そして、巻き止め・取り外しステーションＣは、積層状態の電極２，３およびセパレータ４，５を巻き止め処理し、巻き取り芯１５からコア９と共に積層状態の電極２，３およびセパレータ４，５を製品として取り外すステーション位置である。巻き止め処理や、製品の取り外しは、自動テープ貼り付け装置や自動取り外し装置（ハンドリング装置）によって行われる。

次に、図２ないし図９は、本発明の電極巻き取り方法にもとづく電極巻き取り装置１の動作を示している。以下の説明は、便宜上、１個のコア９をコア装着ステーションＡから巻きステーションＢ、巻き止め・取り外しステーションＣへと順次に移動させて行われているが、実際には、各ステーション位置での動作は、３個のコア９についてインデックステーブル６の回転、停止に応じて同時に並行して連続的に行われる。

先ず、図２の示すとおり、コア装着ステーションＡにおいて、巻き取り芯１５にコア９が装着される。コア９の装着時に、必要に応じて、割り型の巻き取り芯１５は、完全に重なり合う方向に変位することによって、外周長さを縮小し、コア９を装着しやすくしているが、コア９の装着後に、直径方向にずれて、外周長さを増大し、コア９を抜けにくい状態として確実に保持している。

次に、図３に示すとおり、インデックステーブル６は、反時計方向に回転駆動されて、装着後のコア９をコア装着ステーションＡから巻きステーションＢへ移動させ、そのコア９を巻きステーションＢで停止させる。このときコア装着ステーションＡの巻き取り芯１５に新たなコア９が装着される。

巻き取り動作の準備段階で、作業員は、セパレータ４，５を重ね合わせて一対のニップローラ１０の間から引き出し、セパレータ４，５を巻きステーションＢの位置のコア９に接近させながら、セパレータ４，５の先端を次のステーションとしての巻き止め・取り外しステーションＣの巻き取り芯１５の側面に粘着テープ３０などにより仮止めするか、または巻き止め・取り外しステーションＣの巻き取り芯１５に装着されているコア９の外周面に粘着テープ３０などにより固定する。上記作業員による操作は、準備段階においてのみ行われ、準備段階後においては不要である。

上記のように、セパレータ４，５の先端の固着位置は、巻き止め・取り外しステーションＣの巻き取り芯１５の側面ではなく、巻き止め・取り外しステーションＣの巻き取り芯１５に装着されているコア９の外周面とすることもできるが、以下の説明は、巻き止め・取り外しステーションＣの巻き取り芯１５の側面にセパレータ４，５の先端を直接に仮止めするものとする。

この後、図４に示すとおり、セパレータ処理ユニット１６は、２枚のセパレータ４，５の処理動作として、巻きステーションＢのコア９に対するセパレータ４，５の溶着動作、および巻き止め・取り外しステーションＣと巻きステーションＢとの間で張られたセパレータ４，５の切断動作を順次に行う。すなわち、セパレータ真空チャック１７は、アクチュエータ２０により前進し、巻きステーションＢと次のステーションとしての巻き止め・取り外しステーションＣとの間に張られたセパレータ４，５を吸着により保持しながら、セパレータ４，５の溶着しようとする部分を巻きステーションＢのコア９の外周面に対し押し付ける。

次に、図５に示すとおり、セパレータ溶着ヒータ１８は、アクチュエータ２１に駆動されて前進し、セパレータ４，５の溶着しようとする部分をコア４５の外周面に溶着により固着する。つぎに、セパレータ切断カッタ１９は、アクチュエータ２２に駆動されて前進し、巻き止め・取り外しステーションＣと巻きステーションＢのコア９との間に張られたセパレータ４，５を切断する。このようにして、準備段階で、セパレータ４，５は、重なり合って巻きステーションＢのコア９に固定される。これらの動作のあと、セパレータ真空チャック１７、セパレータ溶着ヒータ１８およびセパレータ切断カッタ１９は、もとの位置に復帰する。なお、この時点で、巻き止め・取り外しステーションＣの巻き取り芯１５の側面に対するセパレータ４，５の仮止めは、今後、不要となるため、剥ぎ取って廃棄される。

また、図５に示すとおり、一対の電極２，３は、それぞれの先端部分で電極クランプ２３，２４に保持され、各電極クランプ２３，２４の移動によって、一対のニップローラ１０の間に案内される。このとき、一対のニップローラ１０は、必要に応じて離れていてもよい。電極２，３の案内後に、電極クランプ２３，２４は、もとの位置に戻り、また一対のニップローラ１０は、電極２，３およびセパレータ４，５を挟み込む。このようにして一対の電極２，３は、セパレータ４，５に挟まれて、コア９の外周に巻き取り可能な状態となる。

ここで、図６に示すとおり、巻きステーションＢの巻き取り軸７は、軸駆動モータに駆動されて反時計方向に回転し、コア９の外周面に電極２、セパレータ４、電極３、セパレータ５の順に積層状態として１製品長さのだけ巻き取る。このときの巻き取り長さ（１製品長さ）は、巻き取り軸７の回転量（回転の数）によって設定できる。

１製品長さ分の巻き取りが終了すると、図７に示すとおり、巻きステーションＢの巻き取り軸７は所定の回転角度で停止する。この停止後に、各電極クランプ２３，２４がそれぞれ電極２，３を挟み込んで保持すると、各電極カッタ２５，２６は、各電極クランプ２３，２４によって保持されている対応の電極２，３のみを切断し、続いて巻きステーションＢに案内される次の新たなコア９に対する次の巻き動作に備える。なお、ここで巻き取り軸７は、再び少し回転して、切り離された電極２，３の終端を巻き込む。この時点において、セパレータ４，５はまだ切断されない。

次に、図８に示すとおり、インデックステーブル６は、反時計方向に回転して、巻きステーションＢにおいてコア９に対し巻き付け状態の電極２，３、セパレータ４，５を次のステーションとしての巻き止め・取り外しステーションＣに、また次に巻き取るべき新たなコア９をコア装着ステーションＡから巻きステーションＢにそれぞれ移動させる。これによって、次のステーションとしての巻き止め・取り外しステーションＣの位置のセパレータ４，５は、巻きステーションＢに移動してきたコア９に接近し、その位置のコア９の外周面に固着できる状態となる。なお、セパレータ４，５は、巻きステーションＢのコア９に対して溶着可能な距離で接近しておればよく、もちろんコア９に対して接触していてもよい。

図８の状態は、セパレータ４，５について見れば、前記の図３と同じとなる。そこで、図９のように、セパレータ処理ユニット１６は、図４の動作と同様に、巻きステーションＢに移動してきた新たなコア９に対するセパレータ４，５の溶着動作、および巻きステーションＢと次のステーションとしての巻き止め・取り外しステーションＣとの間で張られたセパレータ４，５の切断動作を順次に実行する。

すなわち、セパレータ真空チャック１７は、アクチュエータ２０により前進し、巻きステーションＢと次のステーションとしての巻き止め・取り外しステーションＣとの間に張られたセパレータ４，５を吸着しつつステーションＢの新たなコア９に対し押し付ける。この状態で、セパレータ溶着ヒータ１８は、アクチュエータ２１に駆動されて前進し、セパレータ４，５を新たなコア９の外周面に溶着により固着する。このようにしてセパレータ４，５は、重なり合って巻きステーションＢの新たなコア９に固定される。

また、セパレータ切断カッタ１９は、アクチュエータ２２に駆動されて前進し、巻きステーションＢと次のステーションとしての巻き止め・取り外しステーションＣとの間で張られたセパレータ４，５を切断し、巻き止め・取り外しステーションＣのコア９のセパレータ４，５を新たなコア９から分離する。つぎに、巻き止め・取り外しステーションＣのセパレータ４，５の切断端（巻き終わり端）は、コア９の回転によってそれらの外周に巻き取られ、図示しない自動テープ貼り付け装置の動作によって、巻き止めテープ２９でセパレータ５の外周に巻き止め状態とされる。

最後に、巻き取り芯１５が外周長を縮小して、コア９およびその外周に巻き付けた電極２，３およびセパレータ４，５が巻き取り芯１５から抜ける状態となるため、図示しない自動取り出し装置（ハンドリング装置）は、巻き取り芯１５からコア９およびその外周に巻き付けた電極２，３およびセパレータ４，５を１つの製品として取り出す。

以上のように、電極巻き取り装置１は、コア装着ステーションＡで装着されたコア９に対して、巻きステーションＢで１製品長さの一対の電極２，３およびセパレータ４，５を巻き付け、次のステーションとしての巻き止め・取り外しステーションＣにおいて１製品単位のコア９および電極２，３からセパレータ４，５を分離し、電池などに組み込まれる製品を連続的に製造する。

本発明の電極巻き取り方法は、電池や蓄電器に限らず、その他の類似の構造の電極にも応用できる。またステーションは、３以上として設定することもでき、それらのうちの巻きステーションＢと次のステーションとしての巻き止め・取り外しステーションＣとは、円弧ではなく、直線上に沿って移動させることもできる。

１電極巻き取り装置
２電極（正）
３電極（負）
４セパレータ
５セパレータ
６インデックステーブル
７巻き取り軸
８中心軸
９コア
１０ニップローラ
１１ガイドローラ
１２ガイドローラ
１３ガイドローラ
１４ガイドローラ
１５巻き取り芯
１６セパレータ処理ユニット
１７セパレータ真空チャック
１８セパレータ溶着ヒータ
１９セパレータ切断カッタ
２０アクチュエータ
２１アクチュエータ
２２アクチュエータ
２３電極クランプ
２４電極クランプ
２５電極カッタ
２６電極カッタ
２９巻き止めテープ
３０粘着テープ
Ａコア装着ステーション
Ｂ巻きステーション
Ｃ巻き止め・取り外しステーション

上記の課題のもとに、本発明の電極巻き取り方法は、正負一対の電極の間にセパレータを介在させ、１製品長さの電極およびセパレータをコアに巻き取り、１製品単位毎に電極およびセパレータを切断する電極巻き取り工程において、巻きステーションで１製品長さの電極およびセパレータをコアに巻き取った後、一対の電極のみを切断してから、コアに対して巻き付け状態の電極およびセパレータを次のステーションに、また次に巻き取るべき新たなコアを巻きステーションにそれぞれ移動させることによって、次のステーションでコアに対して巻き付け状態のセパレータを巻きステーションにある新たなコアに接近させ、巻きステーションと次のステーションとの間に張られたセパレータをセパレータ真空チャックによる吸着によって保持しながら、セパレータの溶着しようとする部分を巻きステーションのコアの外周面に押しつけ、それらのセパレータを巻きステーションの新たなコアにセパレータ溶着ヒータによる溶着によって固着してから次のステーションと巻きステーションとの間でセパレータ切断カッタによってセパレータを切断している（請求項１）。

本発明の電極巻き取り方法によると、電極巻き取り工程において、巻きステーションで一対の電極のみを切断してから、コアに対して巻き付け状態の電極およびセパレータを次のステーションすなわち巻き止め・取り外しステーションに、また次に巻き取るべき新たなコアを巻きステーションにそれぞれ移動させることによって、次のステーションでコアに対して巻き付け状態のセパレータが切断前に新たなコアに接近し、吸着により保持されて、新たなコアに対して溶着すべき外周面に押しつけられるから、新たなコアに対するセパレータの溶着による固着が容易かつ高速で行え、さらに、セパレータが巻きステーションと次のステーションとの間、すなわち新たなコアに対して固着した位置よりもセパレータの移動方向下流側で切断され、後続のセパレータの切断端が次の新たなコアに固着された状態で保持されため、セパレータを保持するためのクランプ手段、切断端の案内や位置決め手段が必要なく、セパレータの切断端の処理が連続的に簡単かつ迅速に行える（請求項１）。

Claims

正負一対の電極の間にセパレータを介在させ、１製品長さの電極およびセパレータをコアに巻き取り、１製品単位毎に電極およびセパレータを切断する電極巻き取り工程において、
巻きステーションで１製品長さの電極およびセパレータをコアに巻き取った後、一対の電極のみを切断してから、コアに対して巻き付け状態の電極およびセパレータを次のステーションに、また次に巻き取るべき新たなコアを巻きステーションにそれぞれ移動させることによって、次のステーションでコアに対して巻き付け状態のセパレータを巻きステーションにある新たなコアに接近させ、そのセパレータを巻きステーションの新たなコアに固着してから次のステーションと巻きステーションとの間でセパレータを切断することを特徴とする電極巻き取り方法。
コアに対して巻き付け状態の電極およびセパレータを巻きステーションから次のステーションへ円弧に沿って移動させることを特徴とする請求項１に記載の電極巻き取り方法。