KR101420476B1 - 전극 시트의 제조 방법 및 그 장치 - Google Patents

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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

이 전극 시트의 제조 방법은, 제1 절단 공정에서는 띠 형상의 금속박에, 소정의 간격을 두고 전극 재료가 길이 방향으로 복수 개 도포 시공된 원 시트재를, 전극 재료가 도포 시공된 각 도포 시공부의 사이에서 분단한다.
프레스 공정에서는, 당해 제1 절단 공정에서 분단된 각 원 시트재를 프레스한다. 이 경우, 프레스기로 프레스되는 원 시트재는, 각각 독립되어 있다. 이로 인해 도포 시공부가 압연된 영향이 각 원 시트재에서 멈춘다. 또한, 원 시트재에 발생하는 왜곡이 서로 영향을 주어 주름이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

Description

전극 시트의 제조 방법 및 그 장치 {ELECTRODE SHEET MANUFACTURING METHOD, AND APPARATUS THEREFOR}
본 발명은 전극 시트의 제조 방법에 관한 것이다. 전극 시트는, 예를 들어 2차 전지(축전지)의 권회 전극체에 사용된다.
전극 시트의 제조 방법으로서는, 예를 들어 일본특허출원공개 제2003-68288호 공보에 개시되어 있다. 이 공보에서는, 집전체 위에 활물질층을 형성한 띠 형상의 부재를 주행시키면서 주행 방향으로 절단하고 있다. 절단 날은, 띠 형상 부재의 주행 방향으로 복수 개가 있으며, 띠 형상 부재의 폭 방향 중앙부를 먼저 절단하고, 그 후 띠 형상 부재의 양단부에 위치하는 전지 전극을 마지막으로 절단한다. 이에 의해, 전극의 단부면에 버어가 발생하는 것을 방지할 수 있다고 하는 것이다.
또한, 일본특허출원공개 평9-45313호 공보에는, 띠 형상의 집전체에 길이 방향과 직교시켜서, 일정한 간격으로 미 도포 시공 영역을 남겨 줄무늬 형상으로 전극 재료를 도포 시공하고, 당해 띠 형상의 집전체를 폭 방향으로 재단해서 전극 시트를 제조하는 기술이 개시되어 있다.
또한, 일본특허출원공개 평9-63578호 공보에는, 가압기로부터 도포 시공기를 경유하여 건조기에 이르는 니켈 도금 펠트의 패스 라인의 장력을 조정하는 기구에 관한 발명이 기재되어 있다. 구체적으로는, 도포 시공기의 전후 패스 라인에, 각각 일정한 텐션(장력)을 부여하는 전 텐션 부여 수단 및 후 텐션 부여 수단을 마련하는 것이 개시되어 있다.
또한, 일본특허출원공개 제2002-234229호 공보에는, 전극 시트에 대해서 두께 방향의 왜곡을 교정하는 장치가 개시되어 있다.
특허문헌 1 : 일본특허출원공개 제2003-68288호 공보 특허문헌 2 : 일본특허출원공개 평9-45313호 공보 특허문헌 3 : 일본특허출원공개 평9-63578호 공보 특허문헌 4 : 일본특허출원공개 제2002-234229호 공보
본 발명자는, 도 1에 도시한 바와 같이, 폭이 넓은 띠 형상의 금속박(10)에, 소정의 간격을 두고 전극 재료(11, 12, 13)를 길이 방향으로 복수 개 도포 시공한 원 시트재(1)로부터 복수의 전극 시트를 얻는 것을 고려하고 있다. 당해 원 시트재(1)는, 금속박(10)에 소정의 간격을 두고 전극 재료(11, 12, 13)를 도포 시공하고, 건조한다. 그 후, 원 시트재(1)를 롤러로 압연해서 전극 재료(11, 12, 13)의 밀도를 올린다. 그리고 당해 원 시트재(1)는, 전극 재료가 도포 시공된 도포 시공부(11, 12, 13) 및 도포 시공부(11, 12, 13) 사이[미 도포 시공부(18, 19)]에서, 길이 방향으로 설정된 절단선(z1 내지 z5)을 따라 절단된다. 이에 의해, 복수의 전극 시트를 효율적으로 제조할 수 있다.
원 시트재(1)는, 상술한 바와 같이 롤러로 압연해서 전극 재료(11, 12, 13)의 밀도를 올리지만, 본 발명자는 이러한 공정에 있어서, 금속박(10)에 주름이 발생하는 것을 발견했다. 품질이 좋은 전극 시트를 제조하기 위해서는 이러한 주름의 발생을 억제하고자 한다. 본 발명은 이러한 주름의 발생을 억제하기 위해 창안되었다.
본 발명에 관한 전극 시트의 제조 방법은, 제1 절단 공정과, 프레스 공정을 갖는다. 제1 절단 공정에서는, 띠 형상의 금속박에 소정의 간격을 두고 전극 재료가 길이 방향으로 복수 개 도포 시공된 원 시트재를, 전극 재료가 도포 시공된 각 도포 시공부 사이에서 분단한다. 프레스 공정에서는, 당해 제1 절단 공정에서 분단된 각 원 시트재를 프레스한다.
이 제조 방법에 따르면, 프레스 공정 전에 전극 재료가 도포 시공된 각 도포 시공부의 사이에서 원 시트재가 분단된다. 프레스 공정에서는, 당해 분단된 각 원 시트재를 프레스하므로, 프레스 공정에서는 각 원 시트재가 간섭하지 않고, 금속박에 주름이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
프레스 공정은, 제1 절단 공정에서 분단된 각 원 시트재를 폭 방향으로 배열하여, 한 쌍의 롤 사이에 두고 프레스해도 좋다. 이 경우, 한 쌍의 롤로 프레스할 수 있으므로, 반송 경로가 번잡해지지 않고, 또한 설비 비용을 저렴하게 억제할 수 있고, 또한 공간 절약화를 도모할 수 있다. 또한, 균일한 전극 시트를 얻기 위해, 각 원 시트재를 압연하는 설정을 쉽게 할 수 있으므로 작업성도 양호하다.
또한, 제1 절단 공정과 상기 프레스 공정 사이에, 제1 절단 공정에서 복수 개로 분단된 각 원 시트재의 간격을 넓혀, 프레스 공정에 각 원 시트재를 공급하는 간격 조정 공정을 가져도 좋다. 이러한 간격 조정 공정에 의해, 제1 절단 공정에서 분단된 원 시트재의 단부가 스치는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제1 절단 공정과 상기 프레스 공정 사이에, 제1 절단 공정에서 복수 개로 분단된 각 원 시트재의 속도를 조정하는 속도 조정 공정을 갖고, 당해 속도 조정 공정에 의해 상기 프레스 공정에 공급되는 각 원 시트재의 속도를 조정해도 좋다. 이러한 속도 조정 공정에 의해, 각 원 시트재에 작용하는 장력차를 해소할 수 있어, 프레스 공정에 원 시트재를 원활하게 반송할 수 있다.
또한, 프레스 공정 후에 제1 절단 공정에서 분단된 각 원 시트재를, 전극 재료가 도포 시공된 도포 시공부에서 절단하는 제2 절단 공정을 가져도 좋다. 이에 의해, 각 원 시트재로부터 폭 방향 한쪽으로 도포 시공부가 치우친 전극 시트를 얻을 수 있다.
이 경우, 프레스 공정 후, 제2 절단 공정 전에, 제1 절단 공정에서 분단된 각 원 시트재의 왜곡을 교정하는 왜곡 교정 공정을 가져도 좋다. 이러한 왜곡 교정 공정에서는, 원 시트재의 도포 시공부에 비해 미 도포 시공부를 늘이면 좋다.
즉, 프레스 공정에서는 전극 재료가 도포 시공된 도포 시공부에서는 금속박이 연장되지만, 그에 비해 미 도포 시공부에서는 금속박의 연장은 적다. 이로 인해, 원 시트재에 왜곡이 발생할 수 있지만, 이러한 왜곡 교정 공정에 의해, 왜곡을 교정할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 전극 시트의 제조 장치는, 반송 기구와, 제1 절단기와, 프레스기를 갖는다. 여기에서, 반송 기구는 원 시트재를 반송한다. 제1 절단기는 반송 기구에서 반송된 원 시트재를 분단한다. 또한, 프레스기는 반송 기구의 반송 경로에 있어서 제1 절단기보다도 하류측에 배치되고, 제1 절단기에서 분단된 각 원 시트재를 프레스한다. 반송 기구는 띠 형상의 금속박에 소정의 간격을 두고 전극 재료가 길이 방향으로 복수 개 도포 시공된 원 시트재를 반송할 수 있다. 제1 절단기는, 전극 재료가 도포 시공된 도포 시공부 사이에서 당해 원 시트재를 분단할 수 있도록 슬리터(slitter)가 배치되어 있다.
이 제조 장치에 따르면, 프레스기에 공급되기 전에, 제1 절단기에 의해 전극 재료가 도포 시공된 각 도포 시공부 사이에서 원 시트재가 분단된다. 프레스기는, 당해 분단된 각 원 시트재를 프레스하므로, 각 원 시트재가 간섭하지 않고 금속박에 주름이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
이 경우, 반송 경로에 있어서 제1 절단기의 상류에, 제1 절단기에 공급되는 원 시트재의 폭 방향 위치를 조정하는 위치 조정 기구를 배치해도 좋다.
또한, 프레스기는 한 쌍의 롤을 갖고, 제1 절단기에 의해 분단된 각 원 시트재를 당해 롤의 축 방향으로 간격을 두고 배열하여, 한 쌍의 롤 사이에 두고 프레스해도 좋다. 이 경우, 한 쌍의 롤로 프레스할 수 있으므로, 반송 경로가 번잡해지지 않고, 또한 설비 비용을 저렴하게 억제할 수 있고, 또한 공간 절약화를 도모할 수 있다. 또한, 균일한 전극 시트를 얻기 위해, 각 원 시트재를 압연하는 설정을 쉽게 할 수 있으므로 작업성도 양호하다.
또한, 반송 경로에 있어서 제1 절단기와 프레스기 사이에, 제1 절단기에 의해 복수 개로 분단된 각 원 시트재의 간격을 넓히는 간격 조정기를 가져도 좋다. 이에 의해, 제1 절단기로 분단된 각 원 시트재의 단부가 스치는 것을 방지할 수 있다.
또한, 반송 경로에 있어서 제1 절단기와 프레스기 사이에, 제1 절단기에 의해 복수 개로 분단된 각 원 시트재의 속도를 조정하는 속도 조정 기구를 갖고, 당해 속도 조정 기구에 의해 프레스기에 공급되는 각 원 시트재의 속도를 조정해도 좋다. 이러한 속도 조정 기구에 의해, 각 원 시트재에 작용하는 장력차를 해소할 수 있어, 프레스기에 원 시트재를 원활하게 반송할 수 있다.
또한, 반송 경로에 있어서 프레스기보다도 하류측에, 제1 절단기에 의해 분단된 각 원 시트재를, 전극 재료가 도포 시공된 도포 시공부에서 분단하는 제2 절단기를 배치해도 좋다. 이에 의해, 각 원 시트재로부터 폭 방향 한쪽으로 도포 시공부가 치우친 전극 시트를 얻을 수 있다.
또한, 반송 경로에 있어서 프레스기와 제2 절단기 사이에 왜곡 교정기를 배치해도 좋다. 왜곡 교정기는, 예를 들어 원 시트재가 걸리게 되는 교정 롤러를 갖고, 당해 교정 롤러는 원 시트재의 도포 시공부를 지지하는 부위에 비해, 미 도포 시공부를 지지하는 부위가 굵으면 좋다. 이 경우, 교정 롤러는 원 시트재의 폭 방향 양측의 미 도포 시공부를 지지하는 부위가 교환 가능하면 좋다.
즉, 프레스기에서는 전극 재료가 도포 시공된 도포 시공부에서는 금속박이 연장되지만, 그에 비해 미 도포 시공부에서는 금속박의 연장은 적다. 이로 인해, 원 시트재에 왜곡이 발생할 수 있지만, 이러한 왜곡 교정기에 의해 왜곡을 교정할 수 있다.
또한, 반송 경로에 있어서 제2 절단기의 상류에, 제2 절단기에 공급되는 원 시트재의 폭 방향 위치를 조정하는 위치 조정 기구를 배치해도 좋다.
이러한 전극 시트의 제조 방법 및 전극 시트의 제조 장치는, 예를 들어 전극 시트와 띠 형상 세퍼레이터가 포개어져 권회된 권회 전극체를 갖는 전지의 제조 방법에 있어서, 전극 시트의 제조 방법 및 그 장치로서 채용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전극 시트의 제조 방법에 사용되는 원 시트재를 도시하는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전극 시트의 제조 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전극 시트의 제조 방법의 제1 절단 공정으로부터 프레스 공정까지의 공정을 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전극 시트의 제조 방법의 프레스 공정을 나타내는 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전극 시트의 제조 방법의 프레스 공정을 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전극 시트의 제조 장치의 교정 롤러를 도시하는 정면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전극 시트의 제조 장치의 교정 롤러를 도시하는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전극 시트의 제조 방법의 프레스 공정으로부터 제2 절단 공정까지의 공정을 나타내는 평면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전극 시트의 제조 장치의 절단기의 구조를 도시하는 측면도이다.
도 10은 권회 전극체의 구조 예를 나타내는 도면이다.
도 11은 권회 전극체의 구조 예를 나타내는 도면이다.
도 12는 축전지의 구조 예를 나타내는 도면이다.
도 13은 축전지를 전원으로서 탑재한 차량의 일례를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전극 시트의 제조 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전극 시트의 제조 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전극 시트의 제조 장치의 가이드 롤 기구를 도시하는 평면도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전극 시트의 제조 장치의 권취 장치를 도시하는 부분 단면도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전극 시트의 제조 장치의 가이드 롤러를 도시하는 단면도이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 전극 시트의 제조 장치의 교정 롤러를 도시하는 단면도이다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전극 시트의 제조 방법 및 제조 장치를 도면을 기초로 하여 설명한다.
이 전극 시트의 제조 장치(100)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 반송 기구(102)와, 제1 절단기(104)와, 간격 조정기(106)와, 속도 조정 기구(108)와, 프레스기(110)와, 왜곡 교정기(112)와, 제2 절단기(114)와, 위치 조정 기구(120a, 120b)를 구비하고 있다.
≪반송 기구(102)≫
반송 기구(102)는 금속박(10)(집전체)에 전극 재료가 도포 시공된 원 시트재(1)를 반송하는 기구이다. 본 실시 형태에서는, 반송 기구(102)는 공급 릴(121)로부터 원 시트재(1)를 꺼내어, 제1 절단기(104), 간격 조정기(106), 속도 조정 기구(108), 프레스기(110), 왜곡 교정기(112), 제2 절단기(114)로, 차례로 원 시트재(1)를 반송한다. 당해 반송 기구(102)는 원 시트재(1)를 안내하는 가이드 롤러(128)를 복수 구비하고 있다. 원 시트재(1)는 제1 절단기(104)에 의해 분단되고, 다시 제2 절단기(114)에 의해 각 전극 시트(5a 내지 5f)로 분단된다. 각 전극 시트(5a 내지 5f)는, 각각 권취 장치(126, 127)에 롤 형상으로 권취된다.
≪원 시트재(1)≫
원 시트재(1)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 폭이 넓은 금속박(10)에, 전극 재료(11, 12, 13)가 도포 시공되어 있다. 본 실시 형태에서는, 원 시트재(1)는 금속박(10)의 길이 방향으로 전극 재료가 도포 시공된 3개의 도포 시공부(11, 12, 13)를 갖는다. 또한, 원 시트재(1)의 폭 방향 양 모서리부에는 전극 재료가 도포 시공되어 있지 않은 소정 폭의 미 도포 시공부(16, 17)를 갖는다. 도포 시공부(11, 12, 13)는 상술한 미 도포 시공부(16, 17)의 내측에서, 각각 소정의 간격을 두고 소정의 폭으로 도포 시공되어 있으며, 각 도포 시공부(11, 12, 13) 사이에 미 도포 시공부(18, 19)가 마련되어 있다. 당해 미 도포 시공부(18, 19)는 양단부의 미 도포 시공부(16, 17)의 대략 2배의 폭을 갖는다. 이 원 시트재(1)는 금속박(10)의 양면에, 동일한 위치에 도포 시공부(11, 12, 13)가 도포 시공되어 있으며, 전극 재료(11, 12, 13)를 건조한 후 공급 릴(121)에 권취되어 있다.
이 원 시트재(1)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 도포 시공부(11, 12, 13)의 폭 방향의 중심 및 각 도포 시공부(11, 12, 13) 사이에, 절단선(z1 내지 z5)이 설정되어 있다. 이러한 절단선(z1 내지 z5)을 절단함으로써, 띠 형상의 금속박(10)의 폭 방향 한쪽으로 치우쳐 소정의 폭으로 전극 재료가 도포 시공된 전극 시트를 복수 개(본 실시 형태에서는, 6개) 잘라낸다.
≪제1 절단기(104), 제1 절단 공정≫
제1 절단기(104)는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 반송 기구(102)에 의해 반송된 원 시트재(1)를 분단한다. 본 실시 형태에서는, 제1 절단기(104)는 도 3에 도시한 바와 같이, 전극 재료가 도포 시공된 각 도포 시공부(11, 12, 13) 사이의 미 도포 시공부(18, 19)에 설정된 절단선(z2, z4)을 따라 원 시트재(1)를 절단한다. 제1 절단기(104)에는, 절단선(z2, z4)에 대응해서 복수의 슬리터(104a, 104b)를 구비하고 있다. 당해 슬리터(104a, 104b)에는 여러 가지의 슬리터(절단기)로부터, 금속박(10)을 적절하게 절단할 수 있는 것을 채용하면 좋다. 전극 시트는 전지에 의해, 또한 정극(正極)과 부극(負極)에 의해서도, 금속박의 재질이나 두께 등이 다르다. 이로 인해, 슬리터(104a, 104b)는 적합하게는 금속박(10)의 재질이나 두께 등에 따라서, 절단 조건을 적절하게 변경할 수 있는 것을 채용하면 좋다.
≪위치 조정 기구(120a)≫
반송 경로에 있어서, 제1 절단기(104)의 상류에는 위치 조정 기구(120a)가 배치되어 있다. 위치 조정 기구(120a)는, 예를 들어 원 시트재(1)의 위치를 검지하는 검지 장치와, 원 시트재(1)의 위치를 바로잡는 보정 기구를 조합한, EPC 장치(edge position control device) 또는 CPC 장치(center position control device)를 사용하면 좋다. EPC 장치는, 도 3에 도시한 바와 같이, 원 시트재(1)의 엣지 위치를 검지하는 센서(120a1)를 갖고, 당해 센서(120a1)의 검지를 기초로 하여 엣지 위치를 맞추어, 원 시트재(1)의 폭 방향의 위치를 바로잡는 장치이다. 또한, 원 시트재(1)의 폭 방향의 위치를 바로잡는 기구는 도시를 생략하고 있다. 또한, CPC 장치는 도시는 생략하지만, 원 시트재(1)의 양단부의 엣지 위치를 검지함으로써 원 시트재(1)의 센터 위치를 검지하고, 당해 센터 위치를 맞추어 원 시트재(1)의 폭 방향의 위치를 바로잡는 장치이다.
EPC 장치와 CPC 장치는, 모두 원 시트재(1)의 위치를 조정하는 기구로서 사용할 수 있다. 특히, 엣지 위치를 관리하고자 하는 경우에는 EPC 장치를 사용하면 좋고, 센터 위치를 관리하고자 하는 경우에는 CPC 장치를 사용하면 좋다. 본 실시 형태에서는, 제1 절단기(104)에 공급되는 원 시트재(1)의 위치를 관리하는 위치 조정 기구(120a)로서, EPC 장치를 사용하고 있다.
이 위치 조정 기구(120a)에 의해, 원 시트재(1)의 절단선(z2, z4)을 제1 절단기(104)의 슬리터(104a, 104b)에 적절하게 맞출 수 있다.
≪간격 조정기(106), 간격 조정 공정≫
제1 절단기(104)에 의해 절단선(z2, z4)에 슬릿이 들어가게 된 원 시트재(1)는, 간격 조정기(106)에 공급된다. 간격 조정기(106)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 절단기(104)에 의해 분단된 원 시트재(1a, 1b, 1c)의 간격을 넓힌다. 즉, 제1 절단기(104)에 의해 절단선(z2, z4)에 들어가게 된 슬릿을 넓혀, 분단된 원 시트재(1a, 1b, 1c)의 간격을 조정한다. 이러한 기구는, 도시는 생략하지만 기울기 롤이나 고정 바 등, 반송되는 시트재의 위치를 바로잡는 기구를 사용하면 좋다. 본 실시 형태에서는, 이러한 간격 조정기(106)에 의해, 제1 절단기(104)에 의해 분단된 원 시트재(1a, 1b, 1c)의 간격을 넓힐 수 있으므로, 분단된 원 시트재(1a, 1b, 1c)의 모서리가 서로 스치는 것을 방지할 수 있어, 이물질의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 절단기(104)에 의해 분단된 원 시트재(1a, 1b, 1c) 중 중앙의 원 시트재(1b)의 반송 경로와, 분단 전의 원 시트재(1)의 반송 경로가 동일한 직선(z3)을 따라 설정되어 있다. 이에 의해, 분단 후의 원 시트재(1a, 1b, 1c)와, 분단 전의 원 시트재(1) 사이에서 적절하게 장력이 작용하여, 분단 전의 원 시트재(1)를 적절하게 반송할 수 있다.
≪속도 조정 기구(108), 속도 조정 공정≫
속도 조정 기구(108)는 제1 절단기(104)에 의해 분단된 원 시트재(1a, 1b, 1c)가, 프레스기(110)에 공급되는 속도를 조정하는 기구이다.
본 실시 형태에서는, 간격 조정기(106)에 의해 원 시트재(1a, 1b, 1c)의 간격이 조정되면, 분단된 각 원 시트재(1a, 1b, 1c)의 경로 길이에 차가 발생한다. 또한, 원 시트재(1a, 1b, 1c)는, 각각 도포 시공부(11, 12, 13)의 두께가 균일하지 않아 프레스기(110)에 의한 압연량에 차가 발생하는 경우가 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 이러한 원 시트재(1a, 1b, 1c)를 나란히 주행시킨 상태에서 프레스기(110)에 공급하면, 경로 길이의 차나, 압연량의 차에 따라서, 각 원 시트재(1a, 1b, 1c)에 장력차가 발생하여, 원활하게 반송할 수 없는 경우가 있다.
본 실시 형태에서는, 프레스기(110)의 상류에 속도 조정 기구(108)를 갖는다. 이 속도 조정 기구(108)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 절단기(104)에 의해 분단된 원 시트재(1a, 1b, 1c) 중, 한가운데의 원 시트재(1b)를 기준으로 하여, 다른 원 시트재(1a, 1c)의 속도를 조정하고 있다. 기준이 되는 한가운데의 원 시트재(1b)는 장력 조정 기구[본 실시 형태에서는, 덴서 롤러(108a)]에 통과하게 되어 장력이 조정된다. 또한, 도시는 생략하지만, 모터 또는 브레이크 기구에 통과하게 되어, 프레스기(110)에 공급되는 속도가 조정되고 있다. 다른 원 시트재(1a, 1c)는, 소정의 장력을 유지하는 동시에, 경로 길이를 변동시키는 리저버 기구(108b)를 구비하고 있다. 이러한 리저버 기구(108b)는 덴서 롤러(108a)의 동작에 연동하고 있다.
본 실시 형태에서는, 속도 조정 기구(108)에 의해, 한가운데의 원 시트재(1b)를 기준으로 하여, 다른 원 시트재(1a, 1c)의 속도가 조정된다. 이에 의해, 프레스기(110)에 공급되는 각 원 시트재(1a, 1b, 1c)의 장력차가 해소되므로, 각 원 시트재(1a, 1b, 1c)를 프레스기(110)로 원활하게 반송할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 속도 조정 기구(108)는 한가운데의 원 시트재(1b)를 기준으로 하여, 다른 원 시트재(1a, 1c)의 속도를 조정하고 있지만, 기준이 되는 원 시트재는 분단된 원 시트재(1a, 1b, 1c) 중 어느 하나라도 좋다. 기계 구성상, 기준이 되는 원 시트재는, 적절한 것을 선택하면 좋다.
≪프레스기(110), 프레스 공정≫
다음에, 프레스기(110)를 설명한다.
프레스기(110)는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 반송 기구(102)의 반송 경로에 있어서 제1 절단기(104)보다도 하류측에 배치되고, 제1 절단기(104)에 의해 분단된 각 원 시트재(1a, 1b, 1c)를 프레스한다. 본 실시 형태에서는, 프레스기(110)는 제1 절단기(104)에 의해 분단된 각 원 시트재(1a, 1b, 1c)를 폭 방향으로 배열하여, 한 쌍의 롤(110a, 110b) 사이에 두고 프레스하고 있다.
당해 프레스 공정에서, 원 시트재(1a, 1b, 1c)를 압연함으로써, 전극 재료의 밀도를 올릴 수 있어, 전지의 단위 용량당의 능력을 향상시킬 수 있다. 또한, 프레스기(110)에 의해 프레스함으로써, 각 원 시트재(1a, 1b, 1c)를 압연할 수 있어, 각 전극 시트를 적절한 두께로 할 수 있다. 후술하지만, 2차 전지를 구성하는 전극 시트는, 세퍼레이터를 개재하여 포개어진 상태로 권회된다. 이때, 각 전극 시트가 적절한 두께이면, 권회체의 두께의 편차를 억제할 수 있는 동시에, 권회 시의 권취 어긋남 등도 방지할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 원 시트재(1a, 1b, 1c)는 각각 금속박(10)에 전극 재료(11 내지 13)가 도포 시공되어 있다. 이 경우, 한 쌍의 롤(110a, 110b)로 압연하면, 전극 재료가 도포 시공된 도포 시공부[11(12, 13)]에서는 금속박(10)에 압력이 작용하여, 금속박(10)이 신장된다. 이 경우, 금속박(10)은 폭 방향뿐만 아니라 길이 방향으로도 신장된다. 이에 반해, 미 도포 시공부{16, 18[(18, 19), (19, 17)]}에는 압력이 미치치 않아, 금속박(10)의 신장은 도포 시공부[11(12, 13)]에 비해 거의 발생하지 않는다.
이로 인해, 프레스기(110)를 통과시키면, 도 5에 도시한 바와 같이, 도포 시공부[11(12, 13)]와 미 도포 시공부{16, 18[(18, 19), (19, 17)]}에서, 길이 방향의 신장에 차가 발생한다. 이 차에 의해, 원 시트재(1a, 1b, 1c)에 왜곡이 발생한다. 이러한 왜곡은 가능한 한 교정하고자 한다. 이를 위해, 본 실시 형태에서는 반송 경로에 있어서 프레스기(110)의 하류에 왜곡 교정기(112)를 배치하고 있다.
≪왜곡 교정기(112), 왜곡 교정 공정≫
왜곡 교정기(112)는 제1 절단기(104)에 의해 분단된 원 시트재(1a, 1b, 1c)에 발생하는 왜곡을 교정한다. 왜곡 교정기(112)는 도 2 및 도 6에 도시한 바와 같이, 원 시트재(1a, 1b, 1c)가 걸리게 되는 교정 롤러(112a)를 갖는다.
교정 롤러(112a)의 외경은, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 원 시트재(1a, 1b, 1c)의 도포 시공부(11, 12, 13)를 지지하는 부위에 비해, 미 도포 시공부(16, 18), (18, 19), (19, 17)를 지지하는 부위(112a1, 112a2)가 굵다.
이 교정 롤러(112a)에 원 시트재(1a, 1b, 1c)가 걸리게 되면, 중간부의 도포 시공부(11, 12, 13)에 비해, 폭 방향 양측의 미 도포 시공부(16, 18), (18, 19), (19, 17)가 신장된다. 특히, 미 도포 시공부(16, 18), (18, 19), (19, 17)를 지지하는 부위(112a1, 112a2)가, 내측으로부터 외측을 향해 테이퍼 형상으로 굵어져 있다. 이로 인해, 미 도포 시공부(16, 18), (18, 19), (19, 17)는 당해 교정 롤러(112a)를 통과할 때에, 길이 방향으로 균일하게 신장된다.
또한, 금속박의 재질이나 두께, 또한 전극 재료의 도포 시공량 등의 요인에 의해 발생하는 왜곡의 크기가 다르다. 이로 인해, 상기 당해 미 도포 시공부{16, 18[(18, 19), (19, 17)]}를 지지하는 부위(112a1, 112a2)의 테이퍼의 정도는, 이러한 금속박의 재질이나 왜곡 크기 등의 요인에 의해 조정하면 좋다.
본 실시 형태에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 2개의 교정 롤러(112a)가 동일한 회전 기구(112b)에 부착되어 있으며, 각 원 시트재(1a, 1b, 1c)의 표리를 순서대로 2개의 롤러(112a)에 걸고 있다. 이 경우, 금속박의 재질이나 왜곡 크기 등의 요인에 의해 회전 기구(112b)의 각도를 조정하면 좋다.
본 실시 형태에서는, 도 7에 도시한 바와 같이, 당해 미 도포 시공부{16, 18[(18, 19), (19, 17)]}를 지지하는 부위(112a1, 112a2)가 교환 가능하게 구성되어 있다. 즉, 본 실시 형태에서는, 교정 롤러(112a)는 축 부재(151)에, 베어링(152, 153)을 개재하여 스페이서(154, 155)가 회전 가능하게 장착되어 있다. 그리고 당해 스페이서(154, 155)에, 교정 롤러(112a)의 중간부를 구성하는 원통 부재(156)가 장착되어 있다. 또한, 당해 미 도포 시공부{16, 18[(18, 19), (19, 17)]}를 지지하는 부위(112a1, 112a2)는, 중간부와는 별도의 부재로 구성되어 있으며, 스페이서(154, 155)의 양측에 부착되어 있다. 이로 인해, 이러한 부위(112a1, 112a2)만을 교환함으로써, 테이퍼의 정도를 바꿀 수 있다. 이에 의해 제조하는 전극 시트가 변경된 경우, 구체적으로는 금속박이나 전해 재료의 도포 시공량 등의 조건이 바뀐 경우에, 이러한 부위(112a1, 112a2)를 가장 적절한 것으로 교환하면 좋다. 이에 의해, 설비의 범용성을 확보할 수 있다.
또한, 상술한 왜곡 교정기(112)에서는, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 미 도포 시공부(16, 18), (18, 19), (19, 17)를 지지하는 부위(112a1, 112a2)가 내측으로부터 외측을 향해 테이퍼 형상으로 굵어져 있다. 교정 롤러(112a)는, 이러한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 19에 도시한 바와 같이, 교정 롤러(112a)의 미 도포 시공부(16, 18)를 지지하는 부위(112a1, 112a2)는 단차를 마련하여, 내측으로부터 외측을 향해 굵게 해도 좋다. 이 경우라도, 당해 교정 롤러(112a)를 통과할 때에, 미 도포 시공부(16, 18)를 길이 방향으로 균일하게 늘일 수 있다. 이 경우, 미 도포 시공부(16, 18)를 지지하는 부위(112a1, 112a2)를 교환 가능하게 구성해도 좋다. 이 경우, 미 도포 시공부(16, 18)를 지지하는 부위(112a1, 112a2)를 교환하고, 단차의 형상과 단차의 정도를 바꿀 수 있다. 이에 의해 제조하는 전극 시트가 변경된 경우, 구체적으로는 금속박이나 전해 재료의 도포 시공량 등의 조건이 바뀐 경우에, 이러한 부위(112a1, 112a2)를 가장 적절한 것으로 교환하면 좋다. 이에 의해, 설비의 범용성을 확보할 수 있다.
이러한 왜곡 교정기(112)에 의해 왜곡이 교정된 원 시트재(1a, 1b, 1c)는, 도 2 및 도 8에 도시한 바와 같이, 각각 제2 절단기(114)로 보내진다.
≪제2 절단기(114), 제2 절단 공정≫
제2 절단기(114)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 프레스기(110)로 프레스된 후, 원 시트재(1a, 1b, 1c)를 도포 시공부(11, 12, 13)에서 절단하는 절단기이다.
즉, 본 실시 형태에서는 도 3 및 도 8에 도시한 바와 같이, 제2 절단기(114)에 의해 절단하는 절단선(z1, z3, z5)은, 각각 원 시트재(1a, 1b, 1c)의 도포 시공부(11, 12, 13)의 폭 방향 중심으로 설정되어 있다.
본 실시 형태에서는, 제2 절단기(114)는 절단선(z1, z3, z5)에 대응해서 3개의 슬리터(114a, 114b, 114c)를 구비하고 있다. 3개의 슬리터(114a, 114b, 114c)는 원 시트재(1a, 1b, 1c)의 반송 경로에 대하여 폭 방향의 위치가 고정되어 있다. 이로 인해, 이러한 슬리터(114a, 114b, 114c)에 대하여, 원 시트재(1a, 1b, 1c)의 도포 시공부(11, 12, 13)의 폭 방향 중심이 맞도록, 원 시트재(1a, 1b, 1c)를 반송할 필요가 있다. 이로 인해, 제2 절단기(114)의 상류에 위치 조정 기구(120b)를 배치하고 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 위치 조정 기구(120b)로서 CPC 장치(center position control device)가 사용되고 있다. 이 위치 조정 기구(120b)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 원 시트재(1a, 1b, 1c)의 양단부에 배치된 센서(120b1, 120b2)에 의해 원 시트재(1a, 1b, 1c)의 양단부의 엣지 위치를 검지한다. 그리고 센서(120b1, 120b2)에 의해 검지된 엣지 위치를 기초로 하여 원 시트재(1a, 1b, 1c)의 센터 위치[절단선(z1, z3, z5)]를 산출해 내어, 당해 센터 위치를 제2 절단기(114)의 슬리터(114a, 114b, 114c)에 맞추고 있다.
이에 의해, 원 시트재(1a, 1b, 1c)의 절단선(z1, z3, z5)을 적절하게 슬리터(114a, 114b, 114c)에 맞출 수 있다.
또한, 제2 절단기(114)에는, 전극 재료가 도포 시공된 금속박(10)을 적절하게 절단할 수 있는 슬리터(114a, 114b, 114c)를 채용하면 좋다. 예를 들어, 공지의 슬리터(절단기)로부터 소요의 기능을 발휘하는 슬리터를 선택하면 좋다. 또한, 전극 시트는, 전지에 의해 또한 정극과 부극에 의해, 금속박의 재질 및 두께, 도포 시공된 전극 재료 및 그 두께가 다르다. 이로 인해, 슬리터(114a, 114b, 114c)는 적합하게는, 당해 원 시트재(1a, 1b, 1c)에 따라서, 절단 조건을 적절하게 변경할 수 있는 것을 채용하면 좋다.
이와 같이 제2 절단기(114)로 원 시트재(1a, 1b, 1c)를 분단함으로써, 복수 개(본 실시 형태에서는, 6개)의 전극 시트(5a 내지 5f)를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 도 8에 도시한 바와 같이, 제2 절단기(114)에 의해 분단된 전극 시트(5a 내지 5f) 중 전극 시트(5b, 5d, 5f)의 반송 경로와, 각각 분단되기 전의 원 시트재(1a, 1b, 1c)의 반송 경로는, 각각 동일한 직선(z1, z3, z5)을 따라 설정되어 있다. 이에 의해, 제2 절단기(114)에 의해 분단된 후의 전극 시트(5a 내지 5f)와, 분단되기 전의 원 시트재(1a, 1b, 1c)와의 사이에서 적절하게 장력이 작용하여, 분단되기 전의 원 시트재(1a, 1b, 1c)를 적절하게 반송할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 전극 시트(5d)의 반송 경로와, 제1 절단기(104)에 의해 분단되기 전의 원 시트재(1)의 반송 경로가, 동일한 직선(z3)[본 실시 형태에서는, z3은 제1 절단기(104)에 의해 분단되기 전의 원 시트재(1)의 폭 방향의 중심선]을 따라 설정되어 있다. 이에 의해, 제1 절단기(104)에 의해 분단되기 전의 원 시트재(1)와 제2 절단기(114)에 의해 분단된 전극 시트(5a 내지 5f)와의 사이에서 적절하게 장력이 작용하여, 분단되기 전의 원 시트재(1)를 적절하게 반송할 수 있다.
이와 같이, 분단된 각 전극 시트(5a 내지 5f)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 각각 권취 장치(126, 127)에 권취된다.
이 전극 시트의 제조 장치(100)에 따르면, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 절단기(104)에 의해 전극 재료가 도포 시공된 각 도포 시공부(11, 12, 13) 사이에서 원 시트재(1)를 분단한다. 그리고 당해 분단된 원 시트재(1a, 1b, 1c)를 프레스기(110)로 프레스한다. 이로 인해, 이 프레스 공정에서는 각 원 시트재(1a, 1b, 1c)가 간섭하지 않아 원 시트재(1a, 1b, 1c)에 주름이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 복수 개의 도포 시공부(11, 12, 13)를 갖는 원 시트재(1)를 그대로 프레스하는 경우, 도포 시공부(11 내지 13)에 비해, 미 도포 시공부(16 내지 19)에서는 금속박(10)이 늘어나지 않는다. 이로 인해, 원 시트재(1a, 1b, 1c)에 주름이 발생한다.
이에 대해, 본 실시 형태에서는, 프레스기(110)에 의해 프레스되는 원 시트재(1a, 1b, 1c)는, 각각 독립되어 있다. 이로 인해 도포 시공부(11, 12, 13)가 압연된 영향이 각 원 시트재(1a, 1b, 1c)에서 멈춘다. 이로 인해, 원 시트재(1a, 1b, 1c)에 발생하는 왜곡이 서로 영향을 주어 주름이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제1 절단기(104)는 미 도포 시공부(18, 19)만을 절단하므로 절단 조건의 설정이 쉽다. 즉, 이 원 시트재(1)에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 도포 시공부(11, 12, 13)와, 미 도포 시공부(18, 19)에 각각 절단선(z1 내지 z5)이 설정되어 있다. 이 경우, 도포 시공부(11, 12, 13)에 설정된 절단선(z1, z3, z5)과 미 도포 시공부(18, 19)에 설정된 절단선(z2, z4)은 절단 조건이 다르다. 본 실시 형태에서는, 제1 절단기(104)에 의해, 미 도포 시공부(18, 19)에 설정된 절단선(z2, z4)만을 절단하므로, 제1 절단기(104)의 절단 조건의 설정이 쉬워진다.
또한, 본 실시 형태에서는 반송 기구(102)에 있어서, 제1 절단기(104)의 상류에, 제1 절단기(104)에 공급되는 원 시트재(1)의 폭 방향 위치를 조정하는 위치 조정 기구(120a)가 배치되어 있다. 이로 인해, 제1 절단기(104)에 대하여, 원 시트재(1)의 미 도포 시공부(18, 19)에 설정된 절단선(z2, z4)의 위치를 적절하게 맞출 수 있다. 이에 의해, 원 시트재(1)를 절단선(z2, z4)으로 고정밀도로 분단할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 프레스기(110)는 도 2에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 롤(110a, 110b)을 갖는다. 그리고 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 절단기(104)에 의해 분단된 각 원 시트재(1a, 1b, 1c)는, 당해 롤(110a, 110b)의 축 방향으로 간격을 두고 배열할 수 있다. 이 상태에서, 각 원 시트재(1a, 1b, 1c)는 프레스기(110)에 프레스된다. 이 경우, 각 원 시트재(1a, 1b, 1c)에 대하여 각각 프레스기를 배치하는 경우에 비해, 반송 기구도 번잡해지지 않아, 설비 비용을 저렴하게 할 수 있는 동시에 공간 절약화를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 반송 경로에 있어서 제1 절단기(104)와 프레스기(110) 사이에 속도 조정 기구(108)를 갖는다. 속도 조정 기구(108)는 제1 절단기(104)에 의해 복수 개로 분단된 각 원 시트재(1a, 1b, 1c)가, 프레스기(110)에 공급되는 속도를 조정한다. 이로 인해, 프레스기(110)에 공급되는 각 원 시트재(1a, 1b, 1c)의 장력을 조정할 수 있어, 원 시트재(1a, 1b, 1c)를 프레스기(110)에 원활하게 공급할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 반송 경로에 있어서 프레스기(110)보다도 하류측에, 제1 절단기(104)에 의해 분단된 각 원 시트재(1a, 1b, 1c)를, 도포 시공부(11, 12, 13)에서 분단하는 제2 절단기(114)를 갖는다.
이 경우, 제1 절단기(104)에 의해, 미 도포 시공부(18, 19)에 설정된 절단선(z2, z4)만을 절단하고, 그 후 제2 절단기(114)에 의해 도포 시공부(11, 12, 13)에 설정된 절단선(z1, z3, z5)을 절단한다. 이로 인해, 제2 절단기(114)의 절단 조건의 설정이 쉬워진다.
본 실시 형태에서는, 도 2 및 도 8에 도시한 바와 같이, 반송 경로에 있어서 프레스기(110)와 제2 절단기(114) 사이에 왜곡 교정기(112)가 배치되어 있다. 그리고 왜곡 교정기(112)에 의해, 프레스기(110)로 원 시트재(1a, 1b, 1c)에 발생한 왜곡을 교정하고 있다.
즉, 프레스기(110)를 통과할 때, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 전극 재료가 도포 시공된 도포 시공부(11, 12, 13)에서는 금속박이 늘어나지만, 그에 비해, 미 도포 시공부{16, 18[(18, 19), (19, 17)]}에서는 금속박은 늘어나지 않는다. 이로 인해, 프레스기(110)를 통과하면, 원 시트재(1a, 1b, 1c)에 왜곡이 발생한다. 본 실시 형태에서는, 도 2 및 도 8에 도시한 바와 같이, 프레스기(110)와 제2 절단기(114) 사이에 왜곡 교정기(112)가 배치되어 있으므로, 이러한 왜곡을 교정해서 원 시트재(1a, 1b, 1c)를 제2 절단기(114)에 공급할 수 있다. 이에 의해, 제2 절단기(114)로 절단하는 위치를 고정밀도로 조정할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 제1 절단기(104)와 제2 절단기(114)는 예를 들어 도 9에 도시한 바와 같이, 표리 한쪽의 절단 날(1042, 1142)(고정 날)을 고정해 두고, 반대측의 절단 날(1041, 1141)(가동 날)이 가동하도록 구성하고 있다. 이 경우, 가동 날(1041, 1141)을 일련의 요동 아암(1043, 1143)에 부착하여 일체적으로 조작할 수 있도록 구성하면 좋다. 이와 같이 구성함으로써, 가동 날(1041, 1141)이 복수 개 있는 경우라도, 요동 아암(1043, 1143)의 요동량을 조정하는 것만으로 좋으므로, 고정 날(1042, 1142)에 대한 가동 날(1041, 1141)의 진입량의 조정을 간단하게 행할 수 있다.
즉, 본 실시 형태에서는, 제1 절단기(104)에서는 도 3에 도시한 바와 같이, 미 도포 시공부(18, 19)에 설정된 절단선(z2, z4)에 대하여, 2개의 슬리터(104a, 104b)를 구비하고 있다. 또한, 제2 절단기(114)에서는, 도 8에 도시한 바와 같이, 도포 시공부(11, 12, 13)에 설정된 절단선(z1, z3, z5)에 대하여, 3개의 슬리터(114a, 114b, 114c)를 구비하고 있다. 이 경우에 있어서, 도 9에 도시한 바와 같이, 고정 날(1042, 1142)에 대하여, 가동 날(1041, 1141)을 일련의 요동 아암(1043, 1143)에 부착하여 일체적으로 조작할 수 있도록 구성하면 좋다. 이 구성에 의해, 가동 날(1041, 1141)의 진입량이 일정하므로, 각 슬리터(104a, 104b, 114a, 114b, 114c)의 절단 조건을 맞추는 것이 쉬워진다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제2 절단 공정에서는 제1 절단 공정에서 분단된 복수의 원 시트재(1a, 1b, 1c)를 가로로 배열해서 절단하고 있다. 이와 같이 구성함으로써, 각 원 시트재(1a, 1b, 1c)를 절단하는 절단기를 각각 따로따로 설치할 필요가 없어, 일체의 절단기로 구성할 수 있다. 각 원 시트재(1a, 1b, 1c)에 대하여 절단 조건을 맞추는 것이 쉬워진다. 또 원 시트재(1a, 1b, 1c)의 반송 기구도 번잡해지지 않아, 설비 비용을 저렴하게 할 수 있는 동시에 공간 절약화를 도모할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전극 시트의 제조 방법 및 그 장치를 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에는 한정되지 않는다.
예를 들어, 원 시트재(1)에는 전극 재료가 3개로 나뉘어 도포 시공되어 있는 것을 예시했지만, 원 시트재(1)에는 3개 이상의 전극 재료가 도포 시공되어 있어도 좋다. 또한, 각 도면의 치수 등도, 도시 및 설명의 편의상, 적절하게 간략화하고 있다. 따라서, 전극 시트의 제조 장치(100)의 각 구성은 도시된 것에도 한정되지 않는다.
또한, 반송 기구는 원 시트재(1)가 변경된 경우라도 대응할 수 있도록 범용성을 가져도 좋다. 또한, 제1 절단기 및 제2 절단기는 원 시트재(1)의 도포 시공부 및 미 도포 시공부에 설정된 절단선의 위치에 따라서, 슬리터의 위치를 변경할 수 있는 것이라도 좋다. 프레스기는 한 쌍의 롤러로 구성되어 있는 것이 바람직하며, 원 시트재(1)에 따라서, 롤러의 형상 등은 다양하게 변경하면 좋다. 여기에서 언급하는 사항에 관계없이, 본 발명은 다양한 변경이 가능하다.
이러한 전극 시트는, 예를 들어 다양한 2차 전지의 권회 전극체를 구성한다. 예를 들어, 권회 전극체를 갖는 2차 전지에는 리튬 이온 2차 전지(lithium-ion secondary battery)나, 니켈 수소 2차 전지(nickel-hydride secondary battery) 등이 있다. 이하, 리튬 이온 2차 전지의 일례를 설명한다.
리튬 이온 2차 전지는, 예를 들어 도 12에 도시한 바와 같이, 직사각형의 금속으로 된 전지 케이스(300)로 구성되어 있고, 전지 케이스(300)에는 권회 전극체(310)가 수용되어 있다.
본 실시 형태에서는, 권회 전극체(310)는 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이, 띠 형상 전극으로서, 정극 시트(311)와 부극 시트(313)를 구비하고 있다. 또한, 띠 형상 세퍼레이터로서, 제1 세퍼레이터(312)와, 제2 세퍼레이터(314)를 구비하고 있다. 그리고 정극 시트(311)와, 제1 세퍼레이터(312)와, 부극 시트(313)와, 제2 세퍼레이터(314)의 순으로 포개어져 권취되어 있다. 여기서, 정극 시트(311)와 부극 시트(313)는 각각 본 발명에 관한 전극 시트에 상당한다. 정극 시트(311)는 플러스인 전극 시트이며, 부극 시트(313)는 마이너스인 전극 시트이다.
정극 시트(311)는, 본 실시 형태에서는 알루미늄박으로 이루어지는 집전체 시트(311c)[금속박(10)에 상당]의 양면에, 정극 활물질을 포함하는 전극 재료(311d)가 도포 시공되어 있다. 당해 전극 재료(311d)에 포함되는 정극 활물질로서는, 예를 들어 망간산 리튬(LiMn2O4), 코발트산 리튬(LiCoO2), 니켈산 리튬(LiNiO2) 등을 들 수 있다.
부극 시트(313)는 본 실시 형태에서는, 동박으로 이루어지는 집전체 시트(313c)[금속박(10)에 상당]의 양면에, 부극 활물질을 포함하는 전극 재료(313d)가 도포 시공되어 있다. 당해 전극 재료(313d)에 포함되는 부극 활물질로서는, 예를 들어 그라파이트(Graphite)나 아몰퍼스 카본(Amorphous Carbon) 등의 탄소계 재료, 리튬 함유 천이 금속 산화물이나 천이 금속 질화물 등을 들 수 있다.
세퍼레이터(312, 314)는 이온성 물질이 투과 가능한 막이며, 본 실시 형태에서는 폴리프로필렌제의 매우 작은 다공막이 사용되고 있다.
본 실시 형태에서는, 전극 재료(311d, 313d)는 집전체 시트(311c, 313c)의 폭 방향 한쪽으로 치우쳐 도포 시공되어 있으며, 집전체 시트(311c, 313c)의 폭 방향 반대측의 모서리부에는 도포 시공되어 있지 않다. 정부(正負)의 전극 시트(311, 313) 중, 집전체 시트(311c, 313c)에 전극 재료(311d, 313d)가 도포 시공된 부위를 도포 시공부(311a, 313a)라 하고, 집전체 시트(311c, 313c)에 전극 재료(311d, 313d)가 도포 시공되어 있지 않은 부위를 미 도포 시공부(311b, 313b)라 한다.
도 11은, 정극 시트(311)와, 제1 세퍼레이터(312)와, 부극 시트(313)와, 제2 세퍼레이터(314)가 순서대로 포개어진 상태를 나타내는 폭 방향의 단면도이다. 정극 시트(311)의 도포 시공부(311a)와 부극 시트(313)의 도포 시공부(313a)는, 각각 세퍼레이터(312, 314)를 사이에 두고 대향하고 있다. 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이, 권회 전극체(310)의 권회 방향에 직교하는 방향(권취 축 방향)의 양측에 있어서, 정극 시트(311)와 부극 시트(313)의 미 도포 시공부(311b, 313b)가, 세퍼레이터(312, 314)로부터 각각 비어져 나와 있다. 당해 정극 시트(311)와 부극 시트(313)의 미 도포 시공부(311b, 313b)는, 권회 전극체(310)의 정극과 부극의 집전체(311b1, 313b1)를 각각 형성하고 있다.
이러한 리튬 이온 2차 전지에서는, 방충전 시에, 정극 시트(311)의 도포 시공부(311a)와 부극 시트(313)의 도포 시공부(313a) 사이에서, 띠 형상 세퍼레이터(312, 314)를 통하게 해서 리튬 이온이 오고 간다. 이때, 리튬 이온이 석출되는 것을 방지하기 위해, 정극 시트(311)의 도포 시공부(311a)는 부극 시트(313)의 도포 시공부(313a)로부터 비어져 나오지 않도록 하고자 한다. 정극 시트(311)의 도포 시공부(311a)는 부극 시트(313)의 도포 시공부(313a)로부터 비어져 나오지 않도록 구성함으로써, 방충전 시에, 리튬 이온이 석출되는 것을 방지할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이, 정극 시트(311)의 도포 시공부(311a)의 폭(전극 폭 a)을, 부극 시트(313)의 도포 시공부(313a)의 폭(전극 폭 b)보다도 좁게 해, 정극 시트(311)의 도포 시공부(311a)가 부극 시트(313)의 도포 시공부(313a)로부터 비어져 나오지 않도록 하고 있다. 또한, 정극 시트(311)의 도포 시공부(311a)와 부극 시트(313)의 도포 시공부(313a)가, 각각 세퍼레이터(312, 314)로부터 비어져 나오지 않도록 해서 내부 단락을 방지하고 있다.
그러나 제조상의 오차가 있거나, 정극 시트(311)와 부극 시트(313), 및 세퍼레이터(312, 314)가 포개어질 때에 폭 방향으로 어긋남이 발생하거나 한다. 이로 인해, 오차나 어긋남을 허용하기 위해, 부극 시트(313)의 도포 시공부(313a)의 폭 b와 정극 시트(311)의 도포 시공부(311a)의 폭 a와의 차분(b-a), 제1 세퍼레이터(312)와 제2 세퍼레이터(314)의 폭 c1, c2와 부극 시트(313)의 도포 시공부(313a)의 폭 b와의 차분[(c1, c2)-b]에 소요의 거리를 설정하고 있다.
본 발명에 관한 전극 시트의 제조 장치(100)에 따르면, 도 1에 도시한 바와 같이, 1매의 원 시트재(1)로부터 복수의 전극 시트를 잘라낼 수 있어, 전극 시트의 제조 비용을 줄일 수 있다. 또한, 전극 시트를 제조할 때에 프레스하지만, 프레스 시에 발생하는 주름이 저감되므로, 정밀도가 좋은 전극 시트를 얻을 수 있다. 이에 의해, 상술한 차분(b-a), 차분[(c1, c2)-b]의 저감을 도모할 수 있다. 또한, 각 전극 시트(311, 313)에 발생하는 주름이나 왜곡을 매우 작게 억제할 수 있다. 이로 인해, 당해 권회 전극체(310)의 제조 시의 권취 어긋남이 발생하기 어렵다.
또한, 전지 케이스(300)에는 도 12에 도시한 바와 같이, 정극 단자(301)와 부극 단자(303)가 설치되어 있다. 정극 단자(301)는 권회 전극체(310)의 정극 집전체(311b1)(도 10 참조)에 전기적으로 접속되어 있다. 부극 단자(303)는 권회 전극체(310)의 부극 집전체(313b1)(도 10 참조)에 전기적으로 접속되어 있다. 이러한 전지 케이스(300)에는 전해액이 주입된다. 전해액은, 적당한 전해질염(예를 들어 LiPF6 등의 리튬염)을 적당량 포함하는 디에틸 카보네이트, 에틸렌 카보네이트 등의 혼합 용매와 같은 비수전해액으로 구성할 수 있다. 본 발명에 따르면, 전극 시트를 고정밀도로 제조할 수 있으므로, 축전지의 장기 수명화를 도모할 수 있다.
이러한 리튬 이온 2차 전지(lithium-ion secondary battery)는 복수 개가 조합되어 세트 전지(1000)를 구성하고, 예를 들어 도 13에 도시한 바와 같이, 차량(1001)의 전원으로서 탑재된다. 본 발명은 전지 성능의 안정성이나, 장기 수명화에 기여한다.
이와 같이 본 발명은, 권회 전극체를 갖는 2차 전지(축전지)의 제조 방법 및 제조 장치로서 유익하다.
이하, 전극 시트의 제조 방법 및 제조 장치에 대해 다른 실시 형태를 더 설명한다.
상술한 전극 시트의 제조 방법에서는, 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이, 원 시트재(1)의 폭 방향으로 소정의 간격을 두고 원 시트재(1)의 길이 방향으로 설정된 절단선(z1 내지 z5)을 따라, 원 시트재(1)를 절단해서 복수의 전극 시트(5a 내지 5f)(시트재)를 얻고 있다. 이와 같이, 전극 시트의 제조 방법에서는 원 시트재가 길이 방향을 따라 절단됨으로써, 복수의 시트재(전극 시트)를 얻는다. 절단된 복수의 시트재(5a 내지 5f)는, 다음 공정으로의 반송 중에 서로의 모서리가 스치지 않도록, 인접한 시트재의 간격을 둘 필요가 있다. 그러나 원 시트재를 절단해서 복수의 시트재를 얻을 경우, 절단에 의해 얻을 수 있는 시트재의 수가 많아지면 질수록, 공간적인 여유가 없어 평면적으로 간격을 넓히는 것이 어려워진다.
≪장치(400A)≫
도 14에 도시하는 장치(400A)는, 마찬가지로 원 시트재(500)의 폭 방향으로 소정의 간격을 두고 절단선(z1 내지 z5)(도 16 참조)을 따라, 원 시트재(500)를 길이 방향을 따라 절단해서 복수의 시트재(505a 내지 505f)를 얻는 경우에 사용한다. 이 장치(400A)에 따르면, 절단된 복수의 시트재(505a 내지 505f)의 모서리가 서로 스치지 않도록 반송할 수 있다. 이 경우, 장치(400A)는 도 14에 도시한 바와 같이, 우선 원 시트재(500)를 절단기(401)로 절단한 후, 시트재(505a 내지 505f) 중 인접하는 시트재를 상하로 나뉘어 반송한다. 이에 의해, 절단된 복수의 시트재(505a 내지 505f)의 간격을 두는 것이 쉬워진다. 예를 들어, 도 14에 도시한 바와 같이, 원 시트재(500)를 절단기(401)로 절단한 후, 단부로부터 홀수 번째의 시트재(505a, 505c, 505e)를 상방으로 반송하고, 짝수 번째의 시트재(505b, 505d, 505f)를 하방으로 반송하면 좋다. 이에 의해, 절단에 의해 얻을 수 있는 시트재(505a 내지 505f)의 수가 많은 경우라도, 절단 후에 인접하는 시트재(505a 내지 505f)의 모서리가 서로 스치는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 평면상, 반송 경로의 설치 공간을 공간 절약화할 수 있다.
또한, 절단된 복수의 시트재(505a 내지 505f)는, 예를 들어 클리너나 검사 장치에 통과하게 되는 경우가 있다. 이 경우, 예를 들어 도 14에 도시한 장치(400A)와 같이, 상하의 반송 경로에 클리너(410a, 410b), 검사 장치(420a, 420b), 권취 장치(430a, 430b)를 각각 배치해도 좋다. 이 경우, 상방의 반송 경로를 주행하는 시트재(505a, 505c, 505e)와 하방의 반송 경로를 주행하는 시트재(505b, 505d, 505f)는, 각각 다른 클리너(410a, 410b), 다른 검사 장치(420a, 420b)에 통과하게 된다. 그리고 각각 다른 권취 장치(430a, 430b)에서 권취된다.
그러나 이 경우에는, 도 14에 도시한 바와 같이, 클리너(410a, 410b), 검사 장치(420a, 420b), 권취 장치(430a, 430b)가, 상하의 반송 경로에 각각 필요해진다. 또한, 각 시트재(505a 내지 505f)의 상하로 갈라진 반송 경로가 각각 길어 번잡해진다. 또한, 가이드 롤러(402)의 수 등도 많아져, 대개 설비 비용이 커지기 쉽다. 게다가, 전극 시트(505a 내지 505f)를 반송하는 반송 경로를 설정하는 공간, 클리너(410a, 410b)나 검사 장치(420a, 420b)를 배치하는 공간 등, 소요의 공간을 필요로 한다.
≪장치(400B)≫
이에 반해, 도 15에 도시하는 장치(400B)의 구성에서는, 설비 비용이 줄고, 공간 절약화가 도모된다. 이 장치(400B)는, 도 15에 도시한 바와 같이, 기구 A(공정 A)와, 기구 B(공정 B)를 구비하고 있다.
기구 A(공정 A)는 원 시트재(500)를 복수의 시트재(505a 내지 505f)로 절단하고, 인접하는 시트재를 상하로 나누어, 상하의 반송 경로에서 각 시트재(505a 내지 505f)의 위치를 조정한다. 즉, 기구 A에서는, 장치(400)는 우선, 원 시트재(500)를 절단선(z1 내지 z5)(도 16 참조)을 따라 복수의 시트재(505a 내지 505f)로 절단한 후, 인접하는 시트재(505a, 505c, 505e)와, 시트재(505b, 505d, 505f)를 상하로 나눈다. 다음에, 상하의 반송 경로에서 각 시트재(505a 내지 505f)의 위치(간격)를 조정한다.
또한, 기구 B(공정 B)에서는, 장치(400B)는 상하의 반송 경로에서 위치(간격)가 조정된 시트재(505a 내지 505f)를 폭 방향으로 간격을 두고 나란히 1개의 반송 경로로 안내해서 반송한다.
이러한 장치(400B)에서는, 원 시트재(500)는 절단기(401)에 의해, 복수의 시트재(505a 내지 505f)로 절단된다. 그리고 절단된 시트재(505a 내지 505f)는, 인접하는 시트재가 상하로 나뉘어 반송된다. 본 실시 형태에서는, 절단된 시트재(505a 내지 505f) 중, 주행 방향을 향해 우측 단부로부터 홀수 번째의 시트재(505a, 505c, 505e)가 상방으로 반송되고, 짝수 번째의 시트재(505b, 505d, 505f)가 하방으로 반송된다. 이로 인해, 절단기(401)에 의해 절단된 시트재(505a 내지 505f)는, 인접하는 시트재(505a 내지 505f)의 모서리가 서로 스치지 않는다.
또한, 본 실시 형태에서는, 도 16에 도시한 바와 같이, 절단기(401)에 의해 분단된 전극 시트(505a 내지 505f) 중 시트(505d)의 반송 경로와, 각각 분단되기 전의 원 시트재(500)의 반송 경로는, 각각 동일한 직선(z3)[본 실시 형태에서는, z3은 분단되기 전의 원 시트재(500)의 폭 방향의 중심선]을 따라 설정되어 있다. 이에 의해, 절단기(401)에 의해 분단된 후의 전극 시트(505a 내지 505f)와, 분단되기 전의 원 시트재(500)와의 사이에서 적절하게 장력이 작용하여, 분단되기 전의 원 시트재(500)를 적절하게 반송할 수 있다.
≪가이드 롤 기구(403a, 403b)≫
다음에, 도 15에 도시하는 장치(400B)는, 상하로 갈라진 상하의 반송 경로에 각각 시트재의 위치(간격)를 조정하는 가이드 롤 기구(403a, 403b)를 구비하고 있다.
이러한 가이드 롤 기구(403a, 403b)는, 예를 들어 CPC이나 EPC에 사용되는 가이드 롤 기구를 사용하면 좋다. 이러한 가이드 롤 기구(403a, 403b)로서는, 가부시끼가이샤 니레코에서 만든 EPC용 가이드 롤 기구를 사용할 수 있다. EPC 용 가이드 롤 기구는, 대표적인 것으로서 센터 피봇 방식의 가이드 롤 기구나, 엔드 피봇 방식의 가이드 롤 기구가 있다. 가이드 롤 기구(403a, 403b)는, 적절하게 적당한 것을 선택해서 사용할 수 있다. 이러한 가이드 롤 기구(403a, 403b)를 상하의 반송 경로에 설치함으로써, 상하의 반송 경로에 있어서, 각각 절단된 각 전극 시트(505a 내지 505f)의 위치(간격)를 고정밀도로 관리할 수 있다.
장치(400B)에서는, 상술한 가이드 롤 기구(403a, 403b)에 의해, 상방의 시트재(505a, 505c, 505e)와 하방의 시트재(505b, 505d, 505f)의 위치(간격)가 조정된다. 그 후, 시트재(505a 내지 505f)를 소요의 간격을 두고 폭 방향으로 배열하여 1개의 반송 경로로 반송한다. 즉, 도 16에 도시한 바와 같이, 상방의 반송 경로를 통과하는 시트재(505a, 505c, 505e)는, 상방에 배치된 가이드 롤 기구(403a)에 의해 각각 위치가 조정된다. 또한, 하방의 반송 경로를 통과하는 시트재(505b, 505d, 505f)는, 하방에 배치된 가이드 롤 기구(403b)에 의해 각각 위치가 조정된다. 또한, 도시의 편의상, 도 16에서는 가이드 롤 기구(403a, 403b)의 설치 위치는 어긋나게 해서 기재되어 있다.
각 시트재(505a 내지 505f)는, 각 시트재(505a 내지 505f)의 모서리가 서로 스치지 않도록 폭 방향으로 배열되어 1개의 반송 경로로 반송된다. 이로 인해, 가이드 롤 기구(403a, 403b)는, 상하의 반송 경로에 있어서 각 시트재(505a 내지 505f)의 반송 경로에 각각에 설치되어 있다. 이에 의해, 시트재(505a 내지 505f)를 1개의 반송 경로로 반송할 때에, 각 시트재(505a 내지 505f)의 모서리가 서로 스치지 않도록, 각 시트재(505a 내지 505f)에 소요의 간격을 발생시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 절단된 시트재(505a 내지 505f) 중, 주행 방향을 향해 우측단부로부터 홀수 번째의 시트재(505a, 505c, 505e)가 상방으로 반송되고, 짝수 번째의 시트재(505b, 505d, 505f)가 하방으로 반송된다. 그리고 상방의 가이드 롤 기구(403a)에 의해 홀수 번째의 시트재(505a, 505c, 505e)의 위치(간격)가 적절하게 조정된다. 또한, 하방의 가이드 롤 기구(403b)에 의해 짝수 번째의 시트재(505b, 505d, 505f)의 위치(간격)가 적절하게 조정된다. 그리고 각 시트재(505a 내지 505f)에 소요의 간격을 발생시킨 후, 시트재(505a 내지 505f)는 부호 505a 내지 505f의 순서로 폭 방향으로 나란히 배열되어, 1개의 반송 경로로 안내된다.
이 장치(400B)는, 도 15에 도시한 바와 같이, 가이드 롤 기구(403a, 403b)에 의해, 상하의 반송 경로에 있어서, 각각 절단된 각 전극 시트(505a 내지 505f)의 위치(간격)를 고정밀도로 조정할 수 있다. 그리고 도 16에 도시한 바와 같이, 각 시트재(505a 내지 505f)의 모서리가 서로 스치지 않도록, 각 시트재(505a 내지 505f)에 소요의 간격을 발생시켜, 시트재(505a 내지 505f)를 1개의 반송 경로로 안내할 수 있다. 이와 같이 하여, 장치(400B)에서는 절단된 복수의 시트재(505a 내지 505f)에 소요의 간격을 발생시켜, 폭 방향으로 배열하여 1개의 반송 경로로 반송할 수 있다. 이로 인해, 절단된 복수의 시트재(505a 내지 505f)를 1개의 클리너(410), 1개의 검사 장치(420)에 통과시킬 수 있다. 또한, 1개의 권취 장치(430)에 의해, 복수의 시트재(505a 내지 505f)를 권취할 수 있다.
이때, 클리너(410)는, 예를 들어 폭 방향으로 간격을 두고 배열된 복수의 시트재(505a 내지 505f)를 주행시키면서, 시트재(505a 내지 505f)에 부착된 이물질을 제거할 수 있는 장치이면 좋다. 또한, 검사 장치(420)는 폭 방향으로 간격을 두고 배열된 복수의 시트재(505a 내지 505f)를 주행시키면서 검사할 수 있는 장치이면 좋다. 검사 장치(420)로서는, 예를 들어 시트재(505a 내지 505f)에 도포 시공된 전극 재료의 폭이나 두께, 시트재(505a 내지 505f)에 대한 도포 시공 위치 등을 검사하는 장치를 들 수 있다.
≪권취 장치(430)≫
또한, 권취 장치(430)는 도 17에 도시한 바와 같이, 복수의 권취 릴(432)이 마찰축(434)(friction shaft)에 장착되어 있다. 마찰축(434)은 당해 권취 릴(432)에 작용하는 토크를 조정할 수 있는 축이다. 이러한 「마찰축(434)」은 다양하게 시판되고 있는 마찰축을 채용할 수 있다. 시판되고 있는 마찰축으로서는, 예를 들어 가부시끼가이샤 세이와가 만든 공기 마찰축을 채용할 수 있다. 이 공기 마찰축은, 공기(압축 공기)의 작용으로 각 권취 릴(432)에 작용하는 토크를 조정할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 마찰축(434)은 축부(434a)와, 토크 부여 링(434b)과, 간격 보유 지지 링(434c)을 구비하고 있다. 축부(434a)는 속이 빈 막대 형상의 부재이며, 외주면에 토크 부여 링(434b)과 간격 보유 지지 링(434c)이 교대로 장착되어 있다. 이러한 마찰축(434)의 외주에는, 복수의 권취 릴(432)이 장착되어 있다. 권취 릴(432)의 사이에는, 스페이서(436)가 개재되어 있으며, 마찰축(434)의 외주에 대한 각 권취 릴(432)의 위치가 설정되어 있다.
권취 릴(432)은 권취 장치(430)를 향해 반송되는 시트재(505a 내지 505f)의 위치에 대응하여, 길이 방향으로 간격을 둔 상태에서 배치되어 있다. 이러한 권취 릴(432)의 내주측에는, 토크 부여 링(434b)이 배치되어 있다. 또한, 이 마찰축(434)의 축부(434a)는 중공 부분에 압축기(C)로부터 압축 공기가 공급된다.
토크 부여 링(434b)은 축부(434a)의 중공 부분의 공기압에 따라서, 권취 릴(432)과의 사이에 마찰력이 발생하고, 권취 릴(432)에 소요의 토크를 작용시킨다. 이때, 축부(434a)의 중공 부분의 공기압이 높아지면, 토크 부여 링(434b)과 권취 릴(432)과의 마찰력이 높아진다. 또한, 축부(434a)의 중공 부분의 공기압이 낮아지면, 토크 부여 링(434b)과 권취 릴(432)과의 마찰력이 낮아진다. 간격 보유 지지 링(434c)은 토크 부여 링(434b)의 간격을 보유 지지하는 링 부재이다. 또한, 이 마찰축(434)의 축부(434a)에는 마찰축(434)을 회전시키는 모터(M)가 접속되어 있다. 모터(M)의 구동력 및 압축기(C)로부터 공급되는 압축 공기의 공기압은, 제어 장치(S)에 의해 제어된다.
이 마찰축(434)은, 상술한 바와 같이, 압축기(C)의 공기압이 제어되어, 권취 릴(432)이 시트재(505a 내지 505f)를 권취하는 데 필요로 하는, 소요의 토크가 발생하도록 조정되어 있다. 즉, 시트재(505a 내지 505f)에 작용하는 장력이 낮은 경우에는, 마찰축(434)의 회전에 수반하여, 권취 릴(432)에 의해 시트재(505a 내지 505f)가 권취된다. 시트재(505a 내지 505f)에 작용하는 장력이 소정 이상으로 높아지면, 마찰축(434)의 토크 부여 링(434b)과, 권취 릴(432)과의 사이에 미끄럼이 발생한다. 이에 의해, 시트재(505a 내지 505f)에 작용하는 장력이 급격하게 증가하는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이, 이 권취 장치(430)는 마찰축(434)에, 복수의 시트재(505a 내지 505f)에 대응해서 간격을 두고 복수의 권취 릴(432)이 배치되어 있다. 마찰축(434)은 각 권취 릴(432)에 작용하는 토크를 조정할 수 있다. 이로 인해, 이 권취 장치(430)는 각 시트재(505a 내지 505f)에 작용하는 장력이 과도하게 증감되지 않도록, 각 시트재(505a 내지 505f)를 권취할 수 있다.
이와 같이, 도 15에 도시하는 장치(400B)는 원 시트재(500)를 복수의 시트재(505a 내지 505f)로 절단한 후, 인접하는 시트재(505a, 505c, 505e)와 시트재(505b, 505d, 505f)를 상하로 나눈다. 다음에, 상하의 반송 경로에서 각 시트재(505a 내지 505f)의 위치(간격)를 조정한다. 다음에, 상하의 반송 경로에 있어서, 위치(간격)가 조정된 각 시트재(505a 내지 505f)를 폭 방향으로 간격을 두고 배열하여 1개의 반송 경로로 반송할 수 있다. 그리고 절단된 복수의 시트재(505a 내지 505f)를 1개의 반송 경로로 반송할 수 있으므로, 1개의 클리너(410), 1개의 검사 장치(420)에 통과시킬 수 있다. 또한, 상술한 1개의 권취 장치(430)에 의해, 각 시트재(505a 내지 505f)를 권취할 수 있다. 이와 같이, 클리너, 검사 장치, 권취 장치를 각각 1개의 장치로 할 수 있으므로, 설비 비용이 줄고, 또 설비의 공간 절약화가 도모된다.
≪가이드 롤러(402)≫
또한, 이와 같이 복수의 시트재(505a 내지 505f)를 1개의 반송 경로로 반송할 경우에는, 각 시트재(505a 내지 505f)에 작용하는 장력이 다른 경우가 있다. 각 시트재(505a 내지 505f)에 작용하는 장력이 다른 경우에는, 반송 경로에 있어서, 각 시트재(505a 내지 505f)의 당김이나 느슨함에 차이가 발생한다. 각 시트재(505a 내지 505f)의 당김이나 느슨함의 차가 커지면, 주름의 발생이나, 권취 릴(432)에 권취된 시트재(505a 내지 505f)의 경도나 길이에 큰 차가 발생하는 경우가 있다.
그래서, 이러한 복수의 시트재(505a 내지 505f)를 반송할 경우의 가이드 롤러(402)로서, 이러한 각 시트재(505a 내지 505f)에 작용하는 장력의 차에 대응하여, 복수의 시트재(505a 내지 505f)를 반송할 수 있는 가이드 롤러를 채용하면 좋다.
이 가이드 롤러(402)는, 예를 들어 도 18에 도시한 바와 같이, 회전축(441)과, 텐던시용 베어링(442)(bearing for tendency drive roller)과, 쉘(443)을 구비하고 있다.
회전축(441)은 베어링을 개재하여 회전 가능하게 지지되어 있고, 본 실시 형태에서는 가이드 롤러(402)를 지지하는 프레임(446)에 베어링(447)을 개재하여 회전 가능하게 장착되어 있다. 회전축(441)의 외주면에는, 각각 소정의 간격을 두고 복수의 텐던시용 베어링(442)이 장착되어 있다. 텐던시용 베어링(442)은 회전축(441)을 지지하는 베어링(447)에 비해, 미끄러짐 저항이 크다. 쉘(443)은 시트재(505a 내지 505f)를 안내하는 부재이며, 이러한 텐던시용 베어링(442)의 외륜에 장착되어 있다.
이러한 가이드 롤러(402)의 각 쉘(443)은 텐던시용 베어링(442)을 개재하여 회전축(441)에 장착되어 있다. 이 경우, 텐던시용 베어링(442)은 반송하는 시트재(505a)에 작용하는 텐션을, 회전축(441)과 쉘(443)과의 상대 회전에 의해 흡수한다. 이와 같이, 각 쉘(443)은, 소위 텐던시 롤러(tendency drive roller)로 구성되어 있다.
이와 같이, 가이드 롤러(402)는 각각 텐던시 롤러를 구성하는 복수의 쉘(443)에 의해, 폭 방향으로 간격을 두고 배열된 시트재(505a 내지 505f)를 반송한다. 즉, 이 가이드 롤러(402)는 베어링(447)으로 지지된 회전축(441)의 회전에 의해 각 쉘(443)이 회전한다. 또한, 시트재(505a 내지 505f)에 작용하는 장력의 차에 따라서, 텐던시용 베어링(442)에 의해 각 쉘(443)이 적절하게 회전축(441)에 대하여 상대 회전한다. 이에 의해, 각 시트재(505a 내지 505f)를 반송하는 각 쉘(443)의 회전 속도에 소요의 차가 발생한다. 이에 의해, 각 시트재(505a 내지 505f)에 작용하는 장력의 차를 허용하면서, 1개의 회전축(441)에 장착된 복수의 쉘(443)에 의해, 각각 시트재(505a 내지 505f)를 반송할 수 있다. 이와 같이, 이 가이드 롤러(402)에 따르면, 폭 방향으로 간격을 두고 배열된 시트재(505a 내지 505f)를, 장력의 차를 허용하면서 안내할 수 있다.
이상과 같이, 이 장치(400B)는 도 15에 도시한 바와 같이, 원 시트재(500)를 복수의 시트재(505a 내지 505f)로 절단한 후, 인접하는 시트재를 상하로 나누어, 상하의 반송 경로에서 각 시트재(505a 내지 505f)의 위치(간격)를 조정한다. 다음에, 상하의 반송 경로에서 위치가 조정된 시트재(505a 내지 505f)를 폭 방향으로 간격을 두고 배열하여 1개의 반송 경로로 안내해서 반송한다. 이러한 장치(400B)는, 도 2에 도시되는 전극 시트의 제조 장치(100)에 적절하게 적용할 수 있다.
예를 들어, 도 3 및 도 8에 도시한 바와 같이, 원 시트재(1)는 제1 절단기(104)에 의해 분단되고, 또한 제2 절단기(114)에 의해 각 전극 시트(5a 내지 5f)로 분단된다. 도 3에서 도시한 예에서는, 원 시트재(1)는 전극 재료가 도포 시공된 도포 시공부(11, 12, 13)가 폭 방향으로 3개이며, 제1 절단기(104)에 의해 3개의 시트재(1a, 1b, 1c)로 절단된다. 그러나 원 시트재(1)는, 전극 재료가 도포 시공된 도포 시공부가 폭 방향으로 3개 이상 형성되어 있어도 좋다. 1매의 원 시트재(1)로부터 얻을 수 있는 전극 시트의 개수가 많아지면 많아질수록 생산성이 향상된다.
상술한 장치(400B)(도 15 참조)는 원 시트재(1)로부터 얻을 수 있는 전극 시트의 개수를 많게 하는 데 적합하다. 즉, 예를 들어 도시는 생략하지만, 원 시트재(1)에 6개의 도포 시공부가 형성되어 있는 경우에는, 원 시트재(1)는 제1 절단기(104)에 의해 6개로 절단된다. 이러한 경우에, 도 15에 도시한 바와 같이, 우선 인접하는 시트재를 상하로 나누고, 상하의 반송 경로에서 각 시트재의 위치(간격)를 조정한다. 다음에, 상하의 반송 경로에서 위치(간격)가 조정된 시트재를 폭 방향으로 간격을 두고 배열하여 1개의 반송 경로로 안내해서 반송하면 좋다. 이에 의해, 원 시트재(1)로부터 절단된 복수의 시트재의 모서리가 서로 스치는 일 없이, 복수의 시트재를 반송할 수 있다. 또한, 복수의 시트재를 1개의 반송 경로로 안내할 수 있으므로, 예를 들어 프레스기나, 클리너, 검사 장치 등의 공간 절약화를 도모할 수 있는 동시에, 가이드 롤러의 수 등을 적게 할 수 있는 등, 저비용화를 도모할 수 있다. 이 경우, 1매의 원 시트재(1)로부터 얻을 수 있는 전극 시트의 개수가 많아져, 전극 시트의 생산성이 향상되고, 나아가서는 이러한 전극 시트를 사용하는 전지의 생산성이 향상된다.
1 : 원 시트재
1a, 1b, 1c : 분단된 원 시트재
5a 내지 5f : 전극 시트
10 : 금속박(집전체)
11 내지 13 : 도포 시공부(전극 재료)
12 : 세퍼레이터
16 내지 19 : 미 도포 시공부
100 : 제조 장치
102 : 반송 기구
104 : 제1 절단기
104a, 104b : 슬리터(절단기)
106 : 간격 조정기
108 : 속도 조정 기구
108a : 덴서 롤러
108b : 리저버 기구
110 : 프레스기
110a, 110b : 롤
112 : 왜곡 교정기
112a : 교정 롤러
112a1, 112a2 : 테이퍼부(미 도포 시공부를 지지하는 부위)
114 : 제2 절단기
114a 내지 114c : 슬리터
120a, 120b : 위치 조정 기구
121 : 공급 릴
126, 127 : 권취 장치
128 : 가이드 롤러
300 : 전지 케이스
301 : 정극 단자
303 : 부극 단자
310 : 권회 전극체
311 : 정극 시트(전극 시트)
311a : 도포 시공부
311b : 미 도포 시공부
311b1 : 정극 집전체
311c : 집전체 시트(금속박)
311d : 전극 재료
312, 314 : 세퍼레이터
313 : 부극 시트(전극 시트)
313a : 도포 시공부
313b : 미 도포 시공부
313b1 : 부극 집전체
313c : 집전체 시트(금속박)
313d : 전극 재료
401 : 절단기
402 : 가이드 롤러
403a, 403b : 가이드 롤 기구
410, 410a, 410b : 클리너
420, 420a, 420b : 검사 장치
430, 430a, 430b : 권취 장치
432 : 권취 릴
434 : 마찰축
434a : 축부
434b : 토크 부여부
434c : 간격 보유 지지 링
436 : 스페이서
441 : 회전축
442 : 텐던시용 베어링
443 : 쉘
446 : 프레임
447 : 베어링
500 : 원 시트재
505a 내지 505f : 시트재(전극 시트)
1000 : 세트 전지
1001 : 차량
1041, 1141 : 가동 날
1042, 1142 : 고정 날
1043, 1143 : 요동 아암
z1 내지 z5 : 절단선

Claims (23)

  1. 띠 형상의 금속박과,
    상기 띠 형상의 금속박의 폭 방향으로 미리 정해진 간격을 두고, 또한, 상기 띠 형상의 금속박의 길이 방향을 따라 상기 띠 형상의 금속박에 도포 시공된 복수 개의 전극 재료를 갖는 원 시트재를 반송하는 반송 공정;
    반송되고 있는 상기 원 시트재를, 상기 전극재료가 도포 시공된 각 도포 시공부의 사이에서 상기 띠 형상 금속박의 길이 방향을 따라 분단하는 제1 절단 공정; 및
    상기 제1 절단 공정에서부터 연속하여 반송된 각 원 시트재를 프레스하는 프레스 공정;
    을 포함하는, 전극 시트의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프레스 공정은 상기 제1 절단 공정에서 분단된 각 원 시트재를 폭 방향으로 배열하여, 한 쌍의 롤 사이에 두고 프레스하는, 전극 시트의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 절단 공정과 상기 프레스 공정 사이에, 상기 제1 절단 공정에서 복수 개로 분단된 각 원 시트재의 간격을 넓히고, 상기 프레스 공정에 각 원 시트재를 공급하는 간격 조정 공정을 갖는, 전극 시트의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 절단 공정과 상기 프레스 공정 사이에, 상기 제1 절단 공정에서 복수 개로 분단된 각 원 시트재의 속도를 조정하는 속도 조정 공정을 갖고, 당해 속도 조정 공정에 의해 상기 프레스 공정에 공급되는 각 원 시트재의 속도가 조정되는, 전극 시트의 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 프레스 공정 후에 상기 제1 절단 공정에서 분단된 각 원 시트재를, 상기 전극 재료가 도포 시공된 도포 시공부에서 절단하는 제2 절단 공정을 갖는 전극 시트의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 프레스 공정 후, 상기 제2 절단 공정 전에, 상기 제1 절단 공정에서 분단된 각 원 시트재의 왜곡을 교정하는 왜곡 교정 공정을 갖는, 전극 시트의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 왜곡 교정 공정에서는, 원 시트재의 도포 시공부에 비해 미 도포 시공부가 신장되는, 전극 시트의 제조 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 원 시트재를 복수의 시트재로 절단하고, 인접하는 시트재를 상하로 나누어, 상하의 반송 경로에서 각 시트재의 위치를 조정하는 공정 A와,
    상기 공정 A에 있어서, 상기 상하의 반송 경로에서 위치가 조정된 시트재를 폭 방향으로 간격을 두고 나열하여 1개의 반송 경로로 안내해서 반송하는 공정 B를 구비한, 전극 시트의 제조 방법.
  9. 전극 시트를 제조하는 제조 장치이며,
    원 시트재를 반송하는 반송 기구와,
    상기 반송 기구에 의해 반송된 상기 원 시트재를 분단하는 제1 절단기와,
    상기 반송 기구의 반송 경로에 있어서, 상기 제1 절단기보다도 하류측에 배치되어, 상기 제1 절단기에 의해 분단된 각 원 시트재를 프레스하는 프레스기를 구비하고,
    상기 반송 기구는 띠 형상의 금속박에 미리 정해진 간격을 두고 전극 재료가 길이 방향으로 복수 개 도포 시공된 원 시트재를 반송할 수 있고, 상기 제1 절단기는 전극 재료가 도포 시공된 도포 시공부의 사이에서 당해 원 시트재를 분단할 수 있도록 슬리터가 배치되어 있는, 전극 시트의 제조 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 반송 경로에 있어서, 상기 제1 절단기의 상류에, 상기 제1 절단기에 공급되는 원 시트재의 폭 방향 위치를 조정하는 위치 조정 기구를 배치한, 전극 시트의 제조 장치.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 프레스기는 한 쌍의 롤을 갖고, 상기 제1 절단기에 의해 분단된 각 원 시트재를 당해 롤의 축 방향으로 간격을 두고 배열하여, 상기 한 쌍의 롤 사이에 두고 프레스하는 것을 특징으로 하는, 전극 시트의 제조 장치.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 반송 경로에 있어서 상기 제1 절단기와 상기 프레스기 사이에, 상기 제1 절단기에 의해 복수 개로 분단된 각 원 시트재의 간격을 넓히는 간격 조정기가 배치되어 있는, 전극 시트의 제조 장치.
  13. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 반송 경로에 있어서 상기 제1 절단기와 상기 프레스기 사이에, 상기 제1 절단기에 의해 복수 개로 분단된 각 원 시트재의 속도를 조정하는 속도 조정 기구가 배치되어 있으며, 당해 속도 조정 기구에 의해 상기 프레스기에 공급되는 각 원 시트재의 속도가 조정되는, 전극 시트의 제조 장치.
  14. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 반송 경로에 있어서 상기 프레스기보다도 하류측에, 상기 제1 절단기에 의해 분단된 각 원 시트재를, 상기 전극 재료가 도포 시공된 도포 시공부에서 분단하는 제2 절단기가 배치되어 있는, 전극 시트의 제조 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 반송 경로에 있어서 상기 프레스기와 상기 제2 절단기 사이에 왜곡 교정기가 배치되어 있는, 전극 시트의 제조 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 왜곡 교정기는 원 시트재가 걸리게 되는 교정 롤러를 갖고, 당해 교정 롤러는 상기 원 시트재의 도포 시공부를 지지하는 부위에 비해, 미 도포 시공부를 지지하는 부위가 굵은, 전극 시트의 제조 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 교정 롤러는 상기 원 시트재의 폭 방향 양측의 미 도포 시공부를 지지하는 부위가 교환 가능한, 전극 시트의 제조 장치.
  18. 제14항에 있어서, 상기 반송 경로에 있어서 상기 제2 절단기의 상류에, 상기 제2 절단기에 공급되는 원 시트재의 폭 방향 위치를 조정하는 위치 조정 기구가 배치된, 전극 시트의 제조 장치.
  19. 제9항 또는 제10항에 있어서, 원 시트재를 복수의 시트재로 절단하고, 인접하는 시트재를 상하로 나누어, 상하의 반송 경로에서 각 시트재의 위치를 조정하는 기구 A와,
    상기 기구 A에 있어서, 상기 상하의 반송 경로에서 위치가 조정된 시트재를 폭 방향으로 간격을 두고 배열하여 1개의 반송 경로로 안내해서 반송하는 기구 B를 구비한, 전극 시트의 제조 장치.
  20. 제19항에 있어서, 폭 방향으로 간격을 두고 배열된 시트재를 반송하는 가이드 롤러이며,
    베어링을 개재하여 회전 가능하게 지지된 회전축과,
    상기 회전축에 간격을 두고 장착되어, 상기 베어링보다도 미끄러짐 저항이 큰, 복수의 텐던시용 베어링과,
    상기 텐던시용 베어링을 개재하여, 각각 상기 회전축에 장착된 복수의 쉘을 갖고,
    상기 복수의 쉘에 의해 각각 상기 시트재를 반송하는 가이드 롤러를 구비한, 전극 시트의 제조 장치.
  21. 제19항에 있어서, 상기 복수의 시트재의 간격에 대응하여, 길이 방향으로 간격을 두고 복수의 권취 릴이 배치되고, 상기 권취 릴에 작용하는 토크를 조정할 수 있는 마찰축을 갖고,
    상기 마찰축에 배치된 권취 릴에 의해, 상기 복수의 시트재를 권취하는 권취 장치를 구비한, 전극 시트의 제조 장치.
  22. 전극 시트와 띠 형상 세퍼레이터가 포개어져 권회된 권회 전극체를 갖는 전지의 제조 방법이며, 상기 전극 시트의 제조 방법으로서 제1항 또는 제2항에 기재된 전극 시트의 제조 방법을 포함하는, 전지의 제조 방법.
  23. 전극 시트와 띠 형상 세퍼레이터가 포개어져 권회된 권회 전극체를 갖는 전지의 제조 장치이며, 상기 전극 시트의 제조 장치로서 제9항 또는 제10항에 기재된 전극 시트의 제조 장치를 포함하는, 전지의 제조 장치.
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