JPWO2016208679A1 - 電極の製造方法、及び、電極 - Google Patents

電極の製造方法、及び、電極 Download PDF

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Abstract

金属箔に活物質層が形成された電極の製造方法であって、帯状の金属箔に活物質層が形成された帯状電極を電極毎にレーザ光によって切断する切断工程と、前記切断工程で切断された前記電極の端部を画像認識で検出する画像認識工程と、を含み、前記レーザ光によって切断することで前記電極の前記端部を変色させる、電極の製造方法。

Description

本発明の一側面は、電極の製造方法、及び、電極に関する。
従来の電極の製造工程では、帯状の金属箔に活物質層が形成された帯状電極から刃具を用いて電極を打ち抜き、後工程の積層工程等で利用するために電極の端部の位置を検出する。この位置の検出には、一般的に、撮像装置で電極を撮像した画像による画像認識が利用される(例えば、特許文献1参照)。
特開2013−51035号公報
撮像装置で電極を撮像する場合、所定の光量が必要となるので、照明が当てられる。そのため、白系の電極の場合(例えば、白系の活物質からなる活物質層が形成されている電極、活物質層を覆う白系のセラミックからなる保護層を有する電極)、この電極が撮像された画像では電極と背景とのコントラストが低下する。そのため、この画像による画像認識では、電極の端部の認識精度が低下する。
そこで、本発明の一側面においては、電極の端部の画像認識精度が向上する電極の製造方法、及び、電極を提案することを課題とする。
本発明の一側面に係る電極の製造方法は、金属箔に活物質層が形成された電極の製造方法であって、帯状の金属箔に活物質層が形成された帯状電極を電極毎にレーザ光によって切断する切断工程と、切断工程で切断された電極の端部を画像認識で検出する画像認識工程とを含み、切断工程では、レーザ光によって帯状電極を切断することで電極の端部を変色させる。
この電極の製造方法では、レーザ光によるエネルギーを帯状電極に与えることで、熱による溶融で帯状電極から個々の電極を切断する。これにより、電極の切断面(端部)は、例えば熱によって表面物質の蒸発が生じ、それに伴う表面状態の変化で色合いが変化(変色)する。ここで、色合いが変化(変色)した領域を変質した変質部と定義する。変質部は表面の材質に応じて、焦げたり蒸発したりして変質する。例えば、活物質層の場合は、焦げる場合もあり得るし、後述する保護層の場合は蒸発する場合もあり得る。そのため、この電極の製造方法では、画像認識で電極の端部を検出する際に画像における電極の端部と背景とのコントラストが大きくなり、電極の端部の画像認識精度が向上する。
一実施形態の電極の製造方法の切断工程では、連続波のレーザ光によって帯状電極を切断してもよい。連続波のレーザ光を用いた場合、所定の大きさのエネルギーを帯状電極に連続的に与えることで、熱による溶融で厚い活物質層も短い時間で切断できると共に活物質層の切断面を熱で変色させることができる。
一実施形態の電極の製造方法では、帯状電極には活物質層を覆う保護層が形成されていてもよい。保護層を有する電極の場合でも、レーザ光による熱で電極の端部の保護層が溶融するので、画像における電極の端部と背景とのコントラストが低下しない。
一実施形態の電極の製造方法では、端部の延在方向に交差する方向における端部の変色した領域の寸法は、100μm以上であってもよい。
一実施形態の電極の製造方法では、画像認識工程では、カメラで撮像された画像に対する画像認識により端部を検出し、端部の延在方向に交差する方向における端部の変色した領域の寸法は、カメラの3画素分の寸法以上であってもよい。
これらの場合、画像認識工程において、安定して電極の端部を認識することができる。
一実施形態の電極製造方法は、金属箔に活物質層が形成された電極の製造方法であって、帯状の金属箔に活物質層が形成された帯状電極を電極毎にレーザ光によって切断する切断工程を含み、切断工程では、レーザ光によって帯状電極を切断することで電極の端部を変色させ、端部の延在方向に交差する方向における端部の変色した領域の寸法は、100μm以上である。
一実施形態の電極は、金属箔に活物質層が形成された電極であって、帯状の金属箔に活物質層が形成された帯状電極の切断により製造され、切断により形成される端部には、変色した領域が形成されており、端部の延在方向に交差する方向における端部の変色した領域の寸法は、100μm以上である。
一実施形態の電極は、レーザ光によって帯状電極を切断することにより製造されてもよい。また、レーザ光は、連続波のレーザ光であってもよい。
本発明の一側面によれば、電極の端部の画像認識精度が向上する。
一実施形態に係る電極の製造方法が適用される電極の製造ラインの一部を模式的に示す図である。 (a)は切断前の帯状電極の平面図であり、(b)は(a)の帯状電極のII−II線に沿った断面図であり、(c)は切断後の電極の平面図である。 切断後の電極の端部の拡大断面図である。 (a)は帯状のセパレータ上に正極が置かれた状態を模式的に示す図であり、(b)は2枚のセパレータで正極が包まれた状態を模式的に示す図である。 刃具を用いて切断された電極の模式図である。 電極とカメラの画素との関係を示す図である。 レーザ光を用いて切断された電極の模式図である。 電極とカメラの画素との関係を示す図である。 電極とカメラの画素との関係、及び、光強度の関係を示す図である。
以下、図面を参照して、本発明の一側面の実施形態に係る電極の製造方法、及び、電極を説明する。なお、各図において同一又は相当する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
一実施形態では、帯状電極から電極をレーザ光によって切断する切断工程、切断された電極毎に電極の端部を画像認識で検出する画像認識工程を含む電極の製造方法に適用する。この切断工程及び画像認識工程は、電極の製造ラインの一部に組み込まれている。電極の端部の情報を利用する後工程として、袋状のセパレータに包まれた正極(電極)を作製する際の一つの工程である帯状のセパレータ上に正極を載置する載置工程を例示する。この後工程は、製造ラインにおける画像認識工程の後に組み込まれている。なお、製造される電極は、例えば、二次電池又は電気二重層キャパシタ等の蓄電装置に用いられる。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である。この実施形態では、リチウムイオン二次電池に用いられる電極を製造する場合とする。
図1〜図4を参照して、一実施形態に係る電極の製造方法が適用されている電極の製造ライン1について説明する。図1は、一実施形態に係る電極の製造方法が適用される電極の製造ラインの一部を模式的に示す図である。図2(a)は切断前の帯状電極の平面図であり、図2(b)は図2(a)の帯状電極におけるII−II線に沿った断面図であり、図2(c)は切断後の電極の平面図である。図3は、切断後の電極の端部の拡大断面図である。図4(a)は帯状のセパレータ上に正極が置かれた状態を模式的に示す図であり、図4(b)は2枚のセパレータで正極が包まれた状態を模式的に示す図である。
製造ライン1について説明する前に電極について説明しておく。電極は、金属箔の少なくとも一面に電極ペーストが塗工されて活物質層が形成され、この活物質層を覆うように保護ペーストが塗工されて保護層が形成されている。保護層は、活物質層を保護する層であり、活物質層の絶縁性、耐熱性等を確保する。保護層は、活物質層に比べて薄い層である。電極は、金属箔の端部に活物質層が形成されていないタブを有している。
金属箔は、例えば、正極の場合にはアルミニウム箔であり、負極の場合には銅箔、ニッケル箔である。電極ペーストは、所定の粘度を有するスラリ状であり、活物質、バインダ、溶剤等を含んでいる。活物質は、正極活物質又は負極活物質である。正極活物質は、例えば、複合酸化物、硫黄系材料である。複合酸化物は、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、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、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、ホウ素添加炭素である。バインダは、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂である。溶剤は、例えば、NMP(N−メチルピロリドン)、メタノール、メチルイソブチルケトン等の有機溶剤である。また、電極ペーストは、カーボンブラック、黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)等の導電助剤を含んでいてもよい。また、電極ペーストは、カルボキシメチルセルロース(CMC)等の増粘剤を含んでいてもよい。
保護ペーストは、所定の粘度を有するスラリ状であり、セラミック、バインダ、溶剤を含んでいる。セラミックは、絶縁性及び耐熱性に優れるものでもよく、例えば、酸化アルミニウム(アルミナ)である。酸化アルミニウムの色は、白色系である。バインダは、例えば、電極ペーストのバインダとして例示したものである。溶媒は、例えば、電極ペーストの溶媒として例示したものである。なお、保護層を形成する物質としては、セラミック以外の物質を用いてもよく、絶縁性及び耐熱性に優れる物質でもよい。
セパレータは、正極と負極とを隔離し、両極の接触による短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。特に、2枚のセパレータによって正極のタブ以外の部分を包み込むために、2枚のセパレータの端部が溶着により接合された袋状のセパレータとなる。セパレータは、略矩形状である。セパレータは、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、メチルセルロース等からなる織布又は不織布である。
電極を製造する場合、電極ペーストを帯状の金属箔に塗工する工程、その塗工された電極ペーストを乾燥する工程が行われ、帯状の金属箔に活物質層が形成される。この活物質層の形成後に、活物質層全体を覆うように保護ペーストを塗工する工程、その塗工された保護ペーストを乾燥する工程が行われ、活物質層を覆う保護層が形成される。これにより、図2(a)、(b)に示すように、帯状の金属箔Mに活物質層Aが形成され、その活物質層Aを覆う保護層Pが形成された帯状電極ZEが生成される。この実施形態では、金属箔Mの両面に連続塗工で活物質層A及び保護層Pが形成された帯状電極ZEとし、帯状電極ZEの幅方向において2個の電極が配置される2条取りとする。切断工程では、帯状電極ZEから、図2(c)に示す電極Eを切断する。画像認識工程では、切断された電極Eの端部の位置及び傾きを画像認識で検出する。電極を製造する場合、上記した各工程の他にもプレス、ベーク、検査等の工程もある。
帯状電極ZEは、図2(b)に示すように、金属箔Mのみからなる部分と、金属箔Mと保護層Pからなる部分と、金属箔Mと活物質層Aと保護層Pからなる部分とを有している。金属箔Mの厚みは、例えば、数10μmである。活物質層Aの厚みは、例えば、数100μmである。保護層Pの厚みは、例えば、数10μmである。したがって、金属箔Mと活物質層Aと保護層Pからなる部分は、他の部分に比べて厚い。画像認識工程では、この金属箔Mと活物質層Aと保護層Pからなる部分の端部を検出する。なお、図2(a)に示す帯状電極ZEには、一点鎖線により切断装置で切断される線CLを示している。この切断線CLは、仮想線であり、実際には線が引かれていない。
それでは、製造ライン1について説明する。製造ライン1では、切断装置10により搬送中の帯状電極ZEを電極E毎に切断し(切断工程)、画像認識装置20により電極E毎に電極Eの端部の位置及び傾きを検出し(画像認識工程)、電極E(正極)を帯状のセパレータS上に載置する(載置工程)。製造ライン1には、各工程に搬送装置30,40,50がそれぞれ設けられ、各工程間に移載装置60,70がそれぞれ設けられている。この各装置10,20,30,40,50,60,70は、製造ライン1の制御装置(図示せず)等で制御される。
切断装置10は、レーザ光を用いて帯状電極ZEを切断する装置である。切断装置10は、搬送中の帯状電極ZEの上方からレーザ光Lを照射する。また、切断装置10は、電極Eの外形状に相当する切断線CLに沿ってレーザ光Lのスポットの中心を移動させて照射する。切断装置10は、レーザ光発振器11と、スキャナ12とを備えている。
レーザ光発振器11は、連続波のレーザ光Lを発振する発振器である。レーザ光発振器11は、発振したレーザ光Lをスキャナ12に出力する。レーザ光Lの波長は、例えば、1000〜1100nmである。レーザ光Lの出力は、例えば、500Wである。レーザ光発振器11では、出力を所定の範囲で変更可能である。
スキャナ12は、搬送中の帯状電極ZEに対してレーザ光Lを電極Eの外形状に相当する切断線CLに沿って移動させる装置である。スキャナ12は、搬送装置30で搬送される帯状電極ZEの上方に配置され、下方の帯状電極ZEに向けてレーザ光Lを照射する。スキャナ12は、例えば、2枚のミラーと、各ミラーの3次元的な角度を変化(つまり、各ミラーを3次元的に回転)させる2個の駆動装置と、集光レンズとを有している。スキャナ12では、各駆動装置で各ミラーの角度をそれぞれ変化させ、この2枚のミラーでレーザ光Lをそれぞれ反射させて照射方向を変化させる。各駆動装置で各ミラーの角度を変化させる速度に応じて、レーザ光Lによる切断速度が変化する。切断速度は、例えば、20〜50m/分である。切断速度は、搬送装置30で搬送される帯状電極ZEの搬送速度とは独立して設定される。各駆動装置での各ミラーの角度を変化させるパターン及び変化させる速度は、搬送速度毎に予め設定され、スキャナ12に記憶されている。スキャナ12では、2枚のミラーで反射されたレーザ光Lを集光レンズに入射させ、集光レンズで集光されたレーザ光Lを搬送中の帯状電極ZEに向けて照射する。レーザ光Lのスポット径は、例えば、100μmである。
なお、切断装置10では、帯状電極ZEに対してレーザ光Lが照射される箇所にアシストガスをそれぞれ噴き付けるようにしてもよい。また、切断装置10は、連続波のレーザ光以外でもよく、例えば、パルス波のレーザ光でもよい。
画像認識装置20は、電極E毎に、画像認識により電極Eの端部の位置及び傾き(角度)を検出する装置である。画像認識装置20では、例えば、図2(c)に示すように、基準位置BCと基準線BLが予め記憶されており、電極Eの端部の位置として角部C(活物質層Aが形成されている部分の角部であり、面取り形状であってもよい)の基準位置BCに対する相対位置を検出し、電極Eの端部の傾きとして端部(活物質層Aが形成されている部分の端部)に沿う線ELの基準線BLに対する相対角度を検出する。基準位置BCと基準線BLは、帯状のセパレータS上に電極Eを載置する位置等に基づいて設定される。画像認識装置20は、カメラ21と、画像処理部22とを備えている。
カメラ21は、電極Eを撮像するカメラである。カメラ21は、搬送装置40で搬送された電極Eの上方に配置され、下方の電極Eを撮像する。カメラ21で電極Eを撮像する際に、搬送装置40による電極Eの搬送は一旦停止される。カメラ21は、撮像した画像を画像処理部22に出力する。カメラ21で撮像する場合には適度な光量が必要となるので、カメラ21で電極Eを撮像する箇所には照明が当てられている。例えば、搬送装置40に照明機器が組み込まれ、電極Eの下側から照明が当てられる。そのため、カメラ21で電極Eを撮像する箇所は、明るくて、白っぽい。なお、この検査(例えば電極Eの撮像)は、電極Eの搬送を止めずに、電極Eを搬送しながら行ってもよい。
画像処理部22は、カメラ21で撮像された画像に対する画像認識により電極Eの端部の位置及び傾きを検出する画像処理部である。画像処理部22での画像認識方法の一例を説明する。まず、画像の各画素の輝度値を用いて画素間の輝度差からエッジを検出することで、電極Eの端部(切断面)に沿う線を検出して、電極Eの外形線を取得する。そして、この電極Eの外形線から検出対象の角部C及び端部に沿う線ELを抽出し、角部Cの基準位置BCに対する相対位置を求めると共に端部に沿う線ELの基準線BLに対する相対角度を求める。この相対位置及び相対角度は、電極Eを帯状のセパレータS上に載置する際の補正量として用いられる。
搬送装置30は、帯状電極ZE及び切断後の電極Eを搬送する装置である。搬送装置30では、帯状電極ZE及び切断後の電極Eを連続的に搬送する。搬送装置30の上方の所定の箇所に、切断装置10のスキャナ12が配置されている。搬送中は、帯状電極ZEに所定のテンション(張力)がかかっている。
搬送装置40は、搬送装置30から移載された電極Eを搬送する装置である。搬送装置40は、搬送方向Dにおける搬送装置30の下流側に配置されている。搬送装置40では、画像認識装置20のカメラ21の直下に電極Eが到達する毎に、電極Eの搬送を所定時間停止させる。搬送装置40の上方の所定の箇所に、カメラ21が配置されている。
搬送装置50は、帯状のセパレータSを搬送する装置である。搬送装置50では、帯状のセパレータSを連続的に搬送してもよいし、あるいは、帯状のセパレータS上に電極Eを載置する際に搬送を一時停止させてもよい。搬送中は、帯状のセパレータSに所定のテンション(張力)がかかっている。
移載装置60は、搬送装置30上の電極Eを搬送装置40上に移載する装置である。移載装置60は、例えば、ロボットアーム61と、このロボットアーム61の一端側に取り付けられた複数個の吸着パッド62とを備えている。移載装置60では、ロボットアーム61により複数個の吸着パッド62を搬送装置30の一端部まで搬送された電極Eの上方に移動させ、複数個の吸着パッド62で電極Eを吸着する。そして、移載装置60では、ロボットアーム61により複数個の吸着パッド62に吸着された電極Eを搬送装置40の一端部の上方に移動させ、複数個の吸着パッド62による吸着を停止させて搬送装置40上に電極Eを載置する。なお、図1には、ロボットアーム61の一部分のみ示している。
移載装置70は、搬送装置40上の電極Eを搬送装置50で搬送される帯状のセパレータS上に移載する装置である。移載装置70は、例えば、移載装置60と同様に、ロボットアーム71と、このロボットアーム71の一端側に取り付けられた複数個の吸着パッド72とを備えている。移載装置70では、ロボットアーム71により複数個の吸着パッド72を搬送装置40の他端部(カメラ21の直下)で停止している電極Eの上方に移動させ、複数個の吸着パッド72で電極Eを吸着する。そして、移載装置70では、ロボットアーム71により複数個の吸着パッド72に吸着された電極Eを搬送装置50で搬送される帯状のセパレータSの上方に移動させ、複数個の吸着パッド72による吸着を停止させて帯状のセパレータS上に電極Eを載置する(図4参照)。なお、図1には、ロボットアーム71の一部分のみ示している。
移載装置70では、ロボットアーム71により帯状のセパレータS上に電極Eを移載するときに、画像認識装置20で検出された電極Eの角部Cの基準位置BCに対する相対位置及び端部に沿う線ELの基準線BLに対する相対角度を補正量として、電極Eの位置及び傾きを補正して帯状のセパレータS上に載置する。これにより、電極Eの周りに適切な幅の溶着領域が確保されて、電極Eが帯状のセパレータS上に載置される。適切な幅の溶着領域が確保されていないと、2枚のセパレータ同士を溶着するときに、電極E(正極)の一部がセパレータと共に溶着される可能性がある。
製造ライン1で実施される切断工程、画像処理工程、載置工程について説明する。まず、切断工程について説明する。搬送装置30では、所定の搬送速度で帯状電極ZEを搬送する。帯状電極ZEの搬送中、切断装置10のレーザ光発振器11では、レーザ光Lを発振し、レーザ光Lをスキャナ12に出力する。スキャナ12では、帯状電極ZEの搬送に同期させて、各駆動装置で各ミラーの角度をそれぞれ変化させている。そして、スキャナ12では、入力されたレーザ光Lをこの2枚のミラーで順次反射させて照射方向を変化させ、このレーザ光Lを集光レンズで集光して下方の帯状電極ZEに向けて照射する。この照射されたレーザ光Lは、搬送中の帯状電極ZEの切断線CL上を移動する。これにより、帯状電極ZEから電極Eが切断される。
帯状電極ZEにおいて連続波のレーザ光Lが照射された箇所には、高いエネルギーが連続的に与えられる。これにより、レーザ光Lが照射された箇所は、この連続的に与えられる高いエネルギーの熱によって切断される。この際、保護層P(セラミック等)、活物質層A(活物質等)、金属箔M等の一部が、熱によって溶融すると共に変質する。この溶融の程度や変質の程度は、レーザ光Lの出力を大きくしたりあるいは切断速度を低下させることで、大きくなる。
図3には、電極Eの切断された箇所の断面を示している。電極Eの上側ほど、レーザ光Lで受ける熱量が多くなるので、活物質等の溶融量が多くなる。そのため、図3に示すように、電極Eの切断面Fは、上側ほど大きく欠け、上側の保護層Pの一部が除去されている。また、電極Eの切断面Fは、変質して黒っぽくなっている。このように、電極Eの切断面Fは、白系の保護層Pの一部が除去され、活物質層Aの上側ほど大きくかけているので、上方から見て活物質層Aが露出した状態になる。そのため、上方から電極Eを見ると、変質により、電極Eの切断面F(端部)は黒っぽく見える。また、変質部ができていない箇所がある場合でも、活物質層Aの活物質が黒系の材料であると(例えば、負極活物質のカーボン、正極活物質の複合酸化物)、電極Eの切断面Fが黒っぽく見える。
また、連続波のレーザ光Lを用いた溶融による切断の場合、厚い活物質層Aも短い照射時間で切断できる。そのため、連続波のレーザ光Lを用いた切断は、搬送速度及び切断速度を高い速度に設定しても、帯状電極ZEの切断が可能である。搬送速度及び切断速度を高くすることで、電極Eの単位時間当たりの生産量が増え、生産効率が高くなる。
次に、画像認識工程について説明する。搬送装置30の端部の所定の箇所に電極Eが到達すると、移載装置60では、搬送装置30上の電極Eを複数個の吸着パッド62で吸着する。そして、移載装置60では、ロボットアーム61により電極Eを搬送装置40の所定の箇所まで移動させ、搬送装置40上に電極Eを載置する。搬送装置40では、電極Eを搬送し、電極Eが画像認識装置20のカメラ21の直下に到達すると所定時間停止させる。カメラ21では、下方の電極Eを撮像し、撮像した画像を画像処理部22に出力する。画像処理部22では、画像認識により画像から電極Eの外形線を抽出し、電極Eの角部Cの基準位置BCに対する相対位置を検出すると共に電極Eの端部に沿う線ELの基準線BLに対する相対角度を検出する。
電極Eの端部となる切断面F(特に、活物質層Aが形成されている部分)は上方から見て黒系であるので、画像に写っている電極Eの端部と背景とのコントラスト(例えば、輝度差)は大きい。そのため、画像認識装置20では、電極Eの端部(切断面F)に沿う外形線を高精度に抽出でき、電極Eの角部Cの相対位置及び端部に沿う線ELの相対角度を高精度に取得できる。
最後に、載置工程について説明する。画像認識装置20での電極Eの画像認識が終了すると、移載装置70では、搬送装置40上の電極Eを複数個の吸着パッド72で吸着する。そして、移載装置70では、ロボットアーム71により画像認識装置20で検出しれた相対位置及び相対角度がそれぞれ零になるように電極Eの位置及び傾きを補正しつつ電極Eを搬送装置50で搬送中の帯状のセパレータSの所定の箇所まで移動させ、帯状のセパレータS上に電極Eを載置する。
図4(a)に示すように、帯状のセパレータS上には、略一定の間隔をあけて電極Eが順次載置される。帯状のセパレータS上に載置された電極Eの端部に沿う線ELは、帯状のセパレータSの端部に沿う線SLと略平行である。このように各電極Eが帯状のセパレータS上に載置されることで、電極Eの周りに適切な幅の溶着領域が確保される。
なお、帯状のセパレータS上に電極Eが載置された後、その上に別の帯状のセパレータを被せる。そして、例えば、図示しない溶着装置により、電極E毎に溶着ヘッドをセパレータの溶着領域に順次移動させて、2枚のセパレータ同士を溶着する。さらに、例えば、図示しない切断装置により、2枚のセパレータに包まれた電極E毎に切断する。これにより、図4(b)に示す溶着された2枚のセパレータSに包まれた電極E(正極)が作製される。この2枚のセパレータには、タブTの部分を除いて電極Eを囲むように溶着部Wが形成されている。
以上の各工程を含む電極の製造方法では、レーザ光Lによって帯状電極ZEから電極Eを切断することにより、電極Eを撮像した画像における電極Eの端部(切断面)と背景とのコントラストが大きくなり、電極Eの端部の画像認識精度が向上する。そのため、電極Eの端部の位置及び傾きを高精度に取得できる。その結果、例えば、電極Eである正極を帯状のセパレータS上の所定の箇所に電極Eを高精度に載置でき、適切な溶着領域を確保できる。これにより、2枚のセパレータ同士を溶着するときに、溶着部W内に電極E(正極)が入るのを防止できる。
また、電極の製造方法では、連続波のレーザ光Lを用いることにより、所定の大きさのエネルギーを帯状電極ZEに連続的に与えることで、熱による溶融で厚い活物質層Aも短い時間で切断できると共に活物質層Aの切断面Fを熱で変色させることができる。厚い活物質層Aも短い時間で切断できるので、帯状電極ZEの搬送速度及び切断速度を高く設定でき、電極Eの生産効率を向上できる。
以上、本発明の一側面の実施形態について説明したが、上記実施形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
例えば、上記実施形態では活物質層を覆う保護層も有する電極に適用したが、保護層がない電極にも適用可能である。保護層のない電極の場合、例えば、白系の活物質(負極活物質の酸化スズ)を含む活物質層を有する電極でも、レーザ光によって切断されることで活物質層の端部が黒っぽく変色し、電極の端部の画像認識精度が向上する。
また、上記実施形態では画像認識工程で検出した電極の端部の位置及び傾きを用いる後工程の一例としてセパレータ上に電極(正極)を載置する工程を示したが、これ以外にも電極の端部の位置及び傾きを用いる後工程としては、例えば、セパレータに包まれた正極と負極とを積層する工程、正極のみを積層する構成、負極のみを積層する工程がある。
また、上記実施形態では電極の端部の情報として角部の位置(基準位置に対する相対位置)及び端部の傾き(基準線に対する角度)を検出したが、電極の端部の情報としては、位置と傾きの何れか一方を検出してもよいし、それ以外の端部の情報を検出してもよい。
ここで、図5は、刃具を用いて切断された電極の模式図である。図5の(a),(b)は、それぞれ、抜き型を用いた打ち抜きにより切断された正極Ep及び負極Enである。図5の(c),(d)は、それぞれ、ローラカッタを用いて切断された正極Ep及び負極Enである。図5に示されるように、刃具を用いた場合であっても、電極E(正極Ep及び負極En)の端部には、刃の角度に応じて切断面Fに活物質層Aが露出し、変色した領域ARが生じる。しかしながら、その変色した領域ARの寸法(端部の延在方向に交差する方向における寸法)Waは、いずれも90μm程度以下である。すなわち、刃具を用いた場合には、変色した領域ARの寸法が、一般に、100μm未満となる。これは、後述するように、レーザ光を用いた場合と比較して小さい。
このため、図6の(a)に示されるように、例えばカメラ21の画素Xの寸法Xaが50μm程度である場合には、変色した領域ARの認識に対して、一列分の画素Xを用いることになる。このため、電極Eの端部(領域AR)を安定して認識することが困難である。これに対して、図6の(b)に示されるように、画素Xの寸法Xbが例えば30μmであるような、より画素数の多いカメラ21を用いれば、複数列分の画素Xを用いることが可能になる。このため、電極Eの端部を安定して認識することが可能となる。しかしながら、この場合には、カメラ21が高価になってしまう。
これに対して、本実施形態に係る方法によれば、カメラ21が高価になることを避けつつ安定して電極Eの端部を認識することが可能となる。より具体的に説明する。図7は、レーザ光を用いて切断された電極の模式図である。図7の(a),(b)は、それぞれ、連続波であるレーザ光Lを用いて切断された正極Ep及び負極Enである。図7の(c),(d)は、それぞれ、パルス波であるレーザ光Lを用いて切断された正極Ep及び負極Enである。図7に示されるように、レーザ光Lを用いた場合には、変色した領域ARの寸法Wbが、刃具を用いた場合の寸法Waよりも大きく、例えば100μm以上となる。特に連続波であるレーザ光Lを用いた場合(図7の(a),(b))には、当該寸法Wbが300μm以上となる。
したがって、図8に示されるように、例えばカメラ21の画素Xの寸法Xaが50μm程度である場合であっても、変色した領域ARの認識に対して、複数列(例えば4列)分の画素Xを用いるが可能となる。このため、電極Eの端部(領域AR)を安定して認識することができ、画素数の多い高価なカメラを利用する必要がない。なお、レーザ光Lを用いた場合の変色した領域ARは、上述したように、電極Eの表層(例えば保護層P)の色と異なる活物質層Aが露出した領域、及び/又は、表層及び活物質層Aの変質が生じた領域である。
この作用・効果について、図9を参照してより詳細に説明する。図9の(a)に示されるように、刃具を用いて切断された電極Eにあっては、変色した領域ARが相対的に小さい。このため、電極Eの端部の認識には、例えばカメラ21の1列分の画素Xが用いられることになる。したがって、電極Eがカメラ21の焦点に合っている(ここでは、焦点は搬送装置40の搬送面に合わされている)場所では、電極Eの端部と背景とのコントラストが十分に生じ得る。すなわち、コントラストが明確な信号が取得できる。一方で、電極Eに反りが生じている等の原因によってカメラ21の焦点から電極Eがずれている場所においては、コントラストが十分に生じない場合がある。
換言すれば、刃具を用いた場合には、電極Eの端部の認識に用いられる1列の画素X内において、光強度Iが所定の閾値THを越える画素Xと、越えない画素Xとが生じる。このため、電極Eの端部の認識を安定して行うことが困難である。なお、変色が黒色系の場合には、光強度Iが閾値THを越えるとは、光強度Iが閾値よりも小さくなることを意味する。
これに対して、図9の(b)に示されるように、レーザ光Lを用いて切断された電極Eにあっては、変色した領域ARが相対的に大きい。このため、電極Eの端部の認識において、カメラ21の複数列(例えば4列)分の画素Xが用いられることになる。したがって、仮に、複数列のうちの両端の列の画素Xにおいてコントラストが低下しても、中央の列の画素Xにおいてコントラストが明確な信号が取得できる。この例では、4列のうちの両端の2列の画素Xにおいてコントラストが低下しても、中央の2列の画素Xにおいてコントラストが明確な信号が取得できる。このため、その信号を用いて、電極Eの端部を確実に認識することができる。
以上の点を勘案すると、切断工程において、レーザ光Lによって帯状電極ZEを切断することで電極Eの端部を変色させるに際して、電極Eの端部の延在方向(切断線CLの延在方向)に交差する方向における当該端部の変色した領域RAの寸法を、100μm以上とすることができる。或いは、切断工程において、レーザ光Lによって帯状電極ZEを切断することで電極Eの端部を変色させるに際して、電極Eの端部の延在方向に交差する方向における当該端部の変色した領域RAの寸法を、カメラ21の3画素分の寸法以上とすることができる。
なお、以上の画像処理を、エッジを用いてアライメントした後の検査工程(例えば異物検査の工程等)に適用してもよいし、捲回電極のように長尺状に電極をスリットした後に幅を検査する工程に適用してもよい。
本発明の一側面によれば、電極の端部の画像認識精度が向上する電極の製造方法、及び、電極を提供できる。
1…製造ライン、10…切断装置、11…レーザ光発振器、12…スキャナ、20…画像認識装置、21…カメラ、22…画像処理部、30,40,50…搬送装置、60,70…移載装置、61,71…ロボットアーム、62,72…吸着パッド。

Claims (9)

  1. 金属箔に活物質層が形成された電極の製造方法であって、
    帯状の金属箔に活物質層が形成された帯状電極を電極毎にレーザ光によって切断する切断工程と、
    前記切断工程で切断された前記電極の端部を画像認識で検出する画像認識工程と、
    を含み、
    前記切断工程では、前記レーザ光によって前記帯状電極を切断することで前記電極の前記端部を変色させる、電極の製造方法。
  2. 前記切断工程では、連続波のレーザ光によって前記帯状電極を切断する、請求項1に記載の電極の製造方法。
  3. 前記帯状電極には、前記活物質層を覆う保護層が形成されている、請求項1又は請求項2に記載の電極の製造方法。
  4. 前記端部の延在方向に交差する方向における前記端部の変色した領域の寸法は、100μm以上である、
    請求項1〜3のいずれか一項に記載の電極の製造方法。
  5. 前記画像認識工程では、カメラで撮像された画像に対する画像認識により前記端部を検出し、
    前記端部の延在方向に交差する方向における前記端部の変色した領域の寸法は、前記カメラの3画素分の寸法以上である、
    請求項1〜4のいずれか一項に記載の電極の製造方法。
  6. 金属箔に活物質層が形成された電極の製造方法であって、
    帯状の金属箔に活物質層が形成された帯状電極を電極毎にレーザ光によって切断する切断工程を含み、
    前記切断工程では、前記レーザ光によって前記帯状電極を切断することで前記電極の端部を変色させ、
    前記端部の延在方向に交差する方向における前記端部の変色した領域の寸法は、100μm以上である、
    電極の製造方法。
  7. 金属箔に活物質層が形成された電極であって、
    帯状の金属箔に活物質層が形成された帯状電極の切断により製造され、
    前記切断により形成される端部には、変色した領域が形成されており、
    前記端部の延在方向に交差する方向における前記端部の変色した領域の寸法は、100μm以上である、
    電極。
  8. レーザ光によって前記帯状電極を切断することにより製造される、
    請求項7に記載の電極。
  9. 前記レーザ光は、連続波のレーザ光である、
    請求項8に記載の電極。
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