KR20110122861A - 전극판 제조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 전극판 제조 장치는, 전극판의 원판을 지지할 수 있는한 원판 지지부와, 제 1 가압부와, 프레임 형상의 블랭킹 날과, 지지 기판과, 구동부를 갖고, 상기 제 1 가압부는 상기 블랭킹 날의 상기 프레임 형상의 내측이고 또한 블랭킹 날로부터 소정의 간격을 두고 배치되고, 상기 지지 기판이 상기 원판 지지부를 향하여 진출했을 때, 상기 제 1 가압부가 상기 원판을 가압함과 함께, 상기 블랭킹 날이 상기 원판을 상기 프레임 형상을 따라 절단한다.

Description

전극판 제조 장치{ELECTRODE PLATE MANUFACTURING DEVICE}

본 발명은 전극판 제조 장치에 관한 것이다.

본원은 2010년 3월 26일에 일본 출원된 일본 특허출원 2010-073170호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

종래부터 각종 전기 장치의 전력원으로서 전지 셀이 사용되고 있다. 반복 충방전하는 것이 가능한 전지 셀인 2 차 전지는, 전력원 이외에 발전 장치 등의 전력 버퍼로서 사용되는 경우도 있다. 전지 셀의 구성예로는, 정극판과 부극판이 세퍼레이터를 개재하여 각각 복수 적층된 상태인 적층형, 1 개의 정극판과 1 개의 부극판이 세퍼레이터를 개재하여 감겨진 상태인 권회형의 2 개를 들 수 있다. 어느 형도 전극판 (정극판 또는 부극판) 에는, 집전체의 표면에 전극 활물질이 도공(塗工)되어 있다.

이 중, 적층형 전극판의 제조 방법의 일례로는, 특허문헌 1 에 개시되어 있는 방법을 들 수 있다.

특허문헌 1 에서는, 집전체의 표면에 전극 활물질을 도포하여 원판을 형성한 후에, 블랭킹형 (톰슨형) 을 사용하여 원판을 블랭킹함으로써 대략 직사각형의 전극판을 제조하고 있다. 블랭킹형은, 지지 기판에 띠 형상의 블랭킹 날 (톰슨 날) 을 수직으로 고정시키고, 블랭킹 날을 덮으면서 탄성 재료로 이루어지는 가압 부재를 장착한 것이다. 대략 직사각형의 전극판을 블랭킹하는 경우에는, 블랭킹 날도 동일한 형상으로 되어 있다. 블랭킹형을 원판에 가압하지 않은 상태에서는, 블랭킹 날이 가압 부재에 매립되어 있어, 외부로부터 가압 부재 내부의 블랭킹 날은 보이지 않는다.

지지대에 지지되어 있는 원판에 블랭킹형을 가압하면, 가압 부재가 압축 변형되어, 블랭킹 날이 가압 부재보다 지지 기판으로부터 돌출된다. 원판이 가압 부재의 가압력에 의해 지지대를 향하여 가압됨과 함께, 블랭킹 날에 의해 절단되고, 그 결과, 전극판이 형성된다.

특허문헌 1 에서는, 블랭킹 날의 형상이 외날이면, 전극판의 절단면의 부하를 가하지 않기 때문에, 버나 전극 활물질의 크랙이 생길 우려는 거의 없다.

일본 공개특허공보 2003-100288호

그러나, 특허문헌 1 의 기술을 이용해도, 전극판의 둘레 가장자리부에서 전극 활물질이 집전재로부터 박리·결락, 즉 탈리되는 경우가 있다. 따라서, 제조 수율이 좋지 않다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 서술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 전극판의 블랭킹시에 전극 활물질의 탈리를 최대한 방지하여, 제조 수율을 향상시키는 전극판 제조 장치를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.

본 발명에서는 상기 목적을 달성하기 위해 이하의 수단을 채용하고 있다.

본 발명의 전극판 제조 장치는, 전극 활물질이 도공된 전극판의 원판을 지지할 수 있는한 원판 지지부와, 제 1 가압부와, 프레임 형상의 블랭킹 날과, 상기 원판 지지부에 대향 배치되고, 상기 제 1 가압부와 상기 블랭킹 날이 고정된 지지 기판과, 상기 지지 기판을 상기 원판 지지부를 향하여 진퇴 가능하게 구동시키는 구동부를 갖고, 상기 제 1 가압부는 상기 블랭킹 날의 상기 프레임 형상의 내측이고 또한 상기 전극 활물질을 절단하는 블랭킹 날로부터 소정의 간격을 두고 배치되고, 상기 구동부에 의해 상기 지지 기판이 상기 원판 지지부를 향하여 진출했을 때, 상기 제 1 가압부가 상기 원판을 가압함과 함께, 상기 블랭킹 날이 상기 원판을 상기 프레임 형상을 따라 절단한다.

제 1 가압부가, 전극 활물질을 절단하는 블랭킹 날로부터 소정의 간격을 두고 배치되어 있기 때문에, 당해 간격에 존재하는 원판은 제 1 가압부에 의해 가압되어 있지 않다. 이 때문에 당해 간격에 있어서의 원판의 변형이 허용된다. 한편, 제 1 가압부가 전극판이 되는 원판 부분을 가압하여 고정시키기 때문에, 블랭킹 날에 의한 원판의 절단시에 상기 소정의 간격이 있음에도 불구하고 위치 어긋남 없이 절단, 즉 양호한 정밀도로 블랭킹이 가능해진다. 따라서, 집전체로부터 전극 활물질이 탈리되는 것이 방지됨과 함께, 양호한 정밀도로 전극판을 제조하는 것이 가능해진다.

본 발명의 전극판 제조 장치에 의하면, 전극판의 둘레 가장자리부에 있어서의 전극 활물질의 탈리를 방지하여, 제조 수율을 향상시킬 수 있다.

도 1 은 전지 셀의 구성예를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 2 의 (a) 는 전극판을 나타내는 평면도, 도 2 의 (b) 는 도 2 의 (a) 의 A-A' 선 단면도이다.
도 3 은 전지 셀의 제조 방법을 개략하여 나타내는 플로우 차트이다.
도 4 는 전극판 제조 장치의 개략 구성을 나타내는 사시도이다.
도 5 는 구동계를 하방에서 원판 지지부를 통하여 본 사시도이다.
도 6 의 (a) 는 전극판 제조 장치의 상면도, 도 6 의 (b) 는 전극판 제조 장치의 측면도이다.
도 7 의 (a) 는 블랭킹형의 평면도, 도 7 의 (b) 는 도 7 의 (a) 의 B-B' 선 단면도이다.
도 8 의 (a) ∼ (c) 는, 원판이 블랭킹되는 과정을 나타내는 단면도이다.
도 9 는 블랭킹 공정에서 절단부에 작용하는 힘을 나타내는 설명도이다.
도 10 의 (a) 는 변형예 1 의 블랭킹형을 나타내는 평면도, 도 10 의 (b) 는 변형예 2 의 블랭킹 날을 나타내는 단면도이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태를 설명한다. 설명에 사용하는 도면에 있어서, 특징적인 부분을 알기 쉽게 나타내기 위해, 도면 중의 구조의 치수나 축척을 실제 구조에 대해 상이하게 하는 경우가 있다. 실시형태에서 설명하는 요소 전부가 본 발명에 필수인 것은 아니다. 실시형태에 있어서 동일한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 도시하고, 그 상세한 설명을 생략하는 경우가 있다. 본 발명에 관련된 전극판 제조 장치의 설명에 앞서, 먼저 전지 셀의 구성예 및 전지 셀의 제조 방법의 일례에 대하여 설명한다.

도 1 은 전지 셀의 구성예를 나타내는 분해 사시도, 도 2 의 (a) 는 전극판의 일례를 나타내는 평면도, 도 2 의 (b) 는 도 2 의 (a) 의 A-A' 선 화살표 방향에서 본 단면도이다.

도 1 에 나타내는 바와 같이 전지 셀 (1) 은, 내부에 전해액을 저류하는 전지 용기 (10) 를 구비한다. 전지 셀 (1) 은 예를 들어 리튬 이온 2 차 전지이다. 본 실시형태의 전극 제조 장치는, 전극판을 블랭킹하여 제조하는 전지 셀이면 어느 것에도 적용할 수 있기 때문에, 전지 용기의 형상이나 재질에 한정되지 않는다. 또한, 본 실시형태의 전극 제조 장치는, 전지의 종류에도 한정되지 않고, 예를 들어 1 차 전지에도 적용할 수 있다.

본 예의 전지 용기 (10) 는, 알루미늄제의 중공 용기이고, 외형이 도 1 중의 XYZ 축을 따르는 대략 각주(角柱) 형상 (대략 직육면체 형상) 이다. 전지 용기 (10) 는, 개구부를 갖는 용기 본체 (11) 와, 이 개구부를 막아 용기 본체 (11) 에 접합된 덮개 (12) 를 갖고 있다. 용기 본체 (11) 의 개구부와 덮개 (12) 는, 서로 밀폐할 수 있는 형상으로 되어 있다.

덮개 (12) 에는 전극 단자 (13, 14) 가 형성되어 있다. 전극 단자 (13) 가 정극 단자이고, 전극 단자 (14) 가 부극 단자이다. 전지 용기 (10) 의 내부에 복수의 전극판 (15, 16) 및 복수의 세퍼레이터 (17) 가 수용되어 있다. 전극판 (15) 이 정극판이고, 전극판 (16) 이 부극판이다. 복수의 전극판 (15, 16) 은, 정극판과 부극판이 교대로 나열되듯이 반복 배치되어 있다. 또한, 정극판인 정극판 (15) 의 전극 활물질은, 예를 들어 3 원계 재료 LiNixCoyMnzO2 (x+y+z=1) 이고, 부극판인 전극판 (16) 의 전극 활물질은, 예를 들어 카본 재료 (인조 흑연 등) 이다.

세퍼레이터 (17) 는 1 쌍의 전극판 (15, 16) 에 끼워져 배치되어 있어, 전극판 (15, 16) 이 서로 직접 접촉하지 않는다. 세퍼레이터 (17) 는, 다공질의 절연 재료로 이루어지고, 리튬 이온 등의 전해 성분을 통과시킨다. 실제로는 복수의 정극판, 복수의 부극판 및 복수의 세퍼레이터가 적층되어 적층체가 구성되어 있다. 전지 셀 (1) 은, 전지 용기 (10) 에 상기 적층체가 수용된 구조로 되어 있다. 전해액은, 전지 용기 (10) 의 내부에서 전극판 (15, 16) 과 접촉하도록 저류된다.

도 2 의 (a) 에 XZ 평면에 배치한 전극판 (15) 을 나타낸다. 전극판 (15) 은, 모부 (母部) (150) 및 전극 탭 (151) 을 갖고 있다. 모부 (150) 의 평면 형상은, 예를 들어 직사각형의 모서리부를 둥글게 한 대략 직사각형 형상이다. 전극 탭 (151) 은, 모부 (150) 의 한 변을 기단으로 하여 모부 (150) 의 외측에 돌출되도록 형성되어 있다. 전극 탭 (151) 이 돌출되는 방향은, 예를 들어, 상기 기단을 갖는 한 변 (이하, 탭 설치변이라고 한다) 에 대략 직교하고, 또한 모부 (150) 의 주면을 따른 방향인 Z 방향이다. 전극 탭 (151) 은, 탭 설치변의 편방에 치우쳐 형성되어 있다. 복수의 전극판 (15) 의 전극 탭 (151) 이 일괄하여, 전극 단자 (13) 와 전기적으로 접속되어 있다.

도 2 의 (b) 에 도 2 의 (a) 로 나타낸 전극판 (15) 의 A-A' 선 화살표 방향에서 본 단면도를 나타낸다. 전극판 (15) 은, 집전체 (152) 및 전극 활물질 (153) 을 갖고 있다. 집전체 (152) 는, 예를 들어 알루미늄이나 구리 등으로 이루어지고, 두께가 수 십 ㎛ 정도 (예를 들어, 20 ㎛ 정도) 의 시트 형상의 도체박 등이다. 전극 활물질 (153) 은, 전해액의 종류에 따른 형성 재료로 이루어지고, 집전체 (152) 의 양면에 도공되어 있다. 전극 활물질 (153) 의 두께는, 수십 ㎛ ∼ 수 백 ㎛ 정도 (예를 들어, 100 ㎛ 정도) 이다.

전극판 (15) 은 전극 활물질 (153) 이 도공되어 있는 모부 (150) 와, 전극 활물질 (153) 이 도공되어 있지 않은 전극 탭 (151) 을 갖고 있다. 전극 탭 (151) 은 후술하는 바와 같이 집전체 (152) 가 블랭킹된 것이다.

전극판 (16) 은 상기 서술한 바와 같이 전극 활물질의 형성 재료가 상이하고, 또, 모부의 치수가 전극판 (15) 보다 크게 형성되지만, 구조나 형상에 대해서는 전극판 (15) 과 동일하다. 도 1 에 나타낸 바와 같이 전극판 (16) 의 전극 탭 (161) 은, 전극판 (15) 의 전극 탭 (151) 과 중첩되지 않도록 배치되어 있다. 복수의 전극판 (16) 의 전극 탭 (161) 을 일괄하여 전극 단자 (14) 와 전기적으로 접속하고 있다.

도 3 은 전지 셀의 제조 방법의 일례를 개략적으로 나타내는 플로우 차트이다.

전지 셀 (1) 을 제조하기 위해서는, 단계 S1 에서 정극용과 부극용의 시트 형상의 집전체의 각각의 양면에 각각의 전극에 대응한 전극 활물질을 도공한다. 이어서 단계 S2 에서, 도공이 끝난 전극 활물질을 롤 프레스하거나 하여 집전체에 압착하고, 그 후, 전극 활물질을 건조시킨다. 이로써, 단계 S3 에서 정극용과 부극용의 전극판의 원판이 각각 완성이 된다.

그리고, 단계 S4 에서 각각의 원판으로부터 각각의 전극판을 블랭킹하거나 함으로써, 정극 및 부극이 되는 전극판을 완성시킨다. 이 단계에서 본 실시형태의 전극판 제조 장치를 사용한다.

이어서, 단계 S5 에서 정극판과 부극판을 세퍼레이터를 개재하여 적층함으로써 적층체를 형성한다.

또한, 단계 S6 에서 전지 용기의 내부에 적층체를 수용하고 봉지(封止)한다.

이 때, 정극판을 정극 단자와 전기적으로 접속하고, 또 부극판을 부극 단자와 접속한다. 그리고, 용기 본체에 덮개를 용접 등에 의해 접합한다.

이어서, 단계 S7 에서 전지 용기의 내부에 전해액을 주입한 후에 주입 구멍을 봉지하여, 전지 셀이 얻어진다.

이로써, 도 4, 도 5 및 도 6 을 이용하여 전극판의 블랭킹을 실시하는 전극판 제조 장치의 실시형태에 대하여 설명한다. 도 4 는 전극판 제조 장치의 일 실시형태에 대해 개략 구성을 나타내는 사시도, 도 5 는 구동계를 하방으로부터, 원판 지지부를 통하여 본 분해 사시도이다. 도 6 은 전극판 제조 장치의 상면도 및 측면도이다. 도 4 이후의 도면에 기재된 XYZ 축은, 도 1, 도 2 에 기재된 XYZ 축과는 관계가 없다.

도 4 에 나타내는 바와 같이, 원판 지지부 (20) 의 상면 (20a) 위에 수지성의 보호 시트 (90) 가 배치되고, 이 보호 시트 (90) 위에 정극용 또는 부극용의 원판 (91) 이 배치된다. 보호 시트 (90) 는 반송 롤러 (21 및 22) 에 의해, 또 원판 (91) 은 반송 롤러 (23 및 24) 에 의해 반송된다. 보호 시트 (90) 와 원판 (91) 은 동일 속도 또한 단계 동작이 되도록 서로 동기하여 반송된다. 이들 반송 롤러 (21 내지 24) 의 구동은 구동부 (31) 의 동작과 동기하도록 제어부 (30) 에 의해 제어된다.

도 4, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 구동계 (3) 는, 구동부 (31), 구동부 (31) 의 동일면에 각각의 일단이 배치되고 또한 구동부 (31) 에 의해 상하 운동을 실시하는 지주 (34, 35) 와, 지주 (34, 35) 의 타단에 접속되고 또한 지지 기판 (36) 을 유지하는 유지부 (32) 와, 지지 기판 (36) 의 면 중 원판 지지부 (20) 의 상면 (20a) 과 마주보는 면에 고정된 블랭킹형 (33) 으로 구성된다.

블랭킹형 (33) 에는 블랭킹 날 (37) 및 가압 수단 (39) 이 배치되어 있다.

상기 상하 운동은 제어부 (30) 에 의해 제어된다.

전극판 제조 장치 (2) 는 개략하면 이하와 같이 동작한다.

제어부 (30) 는 소정의 이송 폭으로 원판 (91) 및 보호 시트 (90) 를 반송한 후에 반송 롤러 (21 내지 24) 를 정지시킨다. 즉, 제어부 (30) 는 반송 롤러 (21 내지 24) 를 간헐 동작시킨다.

반송 롤러 (21 내지 24) 를 정지시킨 후에, 제어부 (30) 가 구동부 (31) 를 제어하고, 구동부 (31) 가 유지부 (32) 를 상하 방향으로 이동시킨다 (즉, 진퇴 가능하게 구동시킨다). 먼저 유지부 (32) 를 원판 지지부 (20) 의 상면 (20a) 을 향하여 하방으로 이동시킴으로써, 블랭킹형 (33) 이 상면 (20a) 으로 반송된 원판 (91) 에 눌려진다. 그러면, 블랭킹 날 (37, 38) 이 원판 (91) 을 관통하여 절단하고, 블랭킹 날 (37, 38) 에 둘러싸이는 부분이, 각각 전극판으로서 원판 (91) 으로부터 블랭킹된다. 다음으로, 유지부 (32) 를 상방으로 이동시킴으로써 블랭킹형 (33) 이 원판 (91) 으로부터 떨어져 상방으로 퇴피된다. 그리고, 제어부 (30) 가 상기 간헐 동작을 실시하도록 반송 롤러 (21 ∼ 24) 를 제어하여, 보호 시트 (90) 및 원판 (91) 을 소정의 이송 폭으로 Y 방향으로 이송한다. 이로써, 블랭킹된 부분의 원판 (91) 은 전극판을 회수하는 장치 (도시 생략) 에 의해 회수되고, 블랭킹되어 있지 않은 부분의 원판 (91) 은 Y 방향으로 이송된다. 전극판 블랭킹 장치 (2) 는, 상기의 동작을 반복하여 원판 (91) 을 반복 블랭킹한다.

또한, 유지부 (32) 를 하방으로 이동시켰을 때, 블랭킹 날 (37, 38) 은 원판 (91) 을 관통하지만, 보호 시트 (90) 를 관통하는 경우는 없도록 설계되어 있다. 그 때문에, 블랭킹 날 (37, 38) 이 원판 지지부 (20) 에 닿아 날이 결락되는 등의 손상은 생기지 않는다.

도 6 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 원판 (91) 의 반송용인 반송 롤러 (23, 24) 는, 반송 롤러 (21, 22) 보다 하방 (-Z 방향) 에 배치되어 있다. 각 반송 롤러의 이와 같은 배치에 의해 원판 (91) 에 장력을 발생시켜, 원판 (91) 에 주름이 생기는 것을 방지할 수 있기 때문에, 적절히 전극판의 블랭킹을 실시할 수 있다.

도 6 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 원판 (91) 에는 전극 활물질이 도공되어 있는 형성 영역 (92) 과, 전극 활물질이 도공되어 있지 않은 비형성 영역 (93) 이 형성되어 있다. 비형성 영역 (93) 은 원판 (91) 의 폭 방향 (X 방향) 의 양 단부에 형성되어 있다.

블랭킹형 (33) 은 2 개의 블랭킹 날 (37, 38) 을 구비하는데, 모두 동일한 형상의 것이다. 원판 (91) 의 일단의 비형성 영역 (93) 으로부터 1 개의 전극판의 전극 탭을 블랭킹하고, 타단의 비형성 영역 (93) 으로부터 다른 1 개의 전극판의 전극 탭을 블랭킹하여, 합계 2 개의 전극판을 동시에 블랭킹할 수 있도록 블랭킹 날 (37, 38) 이 배치되어 있다. 구체적으로는 블랭킹 날 (37, 38) 은, 형성 영역 (92) 의 X 방향의 중심으로부터 반송 방향인 Y 방향으로 그은 가상의 선에 대해 선대칭으로 형성되어 있다.

이하, 블랭킹 날 (37) 및 가압 수단 (39) 에 대하여 상세하게 설명한다.

블랭킹 날 (38) 과 가압 수단 (39) 의 관계에 대해서는, 블랭킹 날 (37) 과 가압 수단 (39) 의 관계와 동일하다.

도 7 의 (a) 는 지지 기판의 대향면을 평면에서 본 블랭킹형 (33) 의 평면도, 도 7 의 (b) 는 도 7 의 (a) 의 B-B' 선 화살표 방향에서 본 단면도이다. 도 7 의 (a), 도 7 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 지지 기판 (36) 의 면이고 블랭킹 날 (37) 과 가압 수단 (39) 이 배치 또한 고정되는 배치면 (36a) 을 평면에서 보았을 때의 블랭킹 날 (37) 의 형상 (이하, 평면 형상이라고 한다) 은, 닫힌 형상 (프레임 형상) 으로 되어 있어, 전극판의 윤곽과 대체로 일치하고 있다. 블랭킹 날 (37) 은 외날로서, 날끝이 형성된 띠 형상체 (판 형상체) 가, 상기 프레임 형상이 되도록 절곡된 것이다. 날끝이 배치면 (36a) 에 대략 수직이 되도록 블랭킹 날 (37) 이 지지 기판 (36) 에 매립되어 있다. 띠 형상체의 판 두께는 예를 들어 0.5 ㎜ ∼ 2.0 ㎜ 정도이다.

상세하게는 블랭킹 날 (37) 의 내주면 (일방의 면) (371) 은, 배치면 (36a) 과 대략 수직 (배치면 (36a) 의 법선 방향이 이루는 각도가 대략 0˚) 으로 되어 있고, 내주면 (371) 의 선단이 날끝 (373) 으로 되어 있다. 블랭킹 날 (37) 의 외주면 (타방의 면) (372) 은, 날끝 (373) 을 향하는 부분이 배치면 (36a) 의 법선 방향으로부터 30˚정도의 각도를 이루며 경사져 있다.

도 7 의 (a), (b) 에 나타내는 바와 같이, 가압 수단 (39) 은, 원판 (91) 을 블랭킹할 때에 원판 (91) 을 원판 지지부 (20) 의 상면 (20a) 을 향하여 가압하는 부재이다. 가압 수단 (39) 은, 제 1 가압부 (391) 및 제 2 가압부 (392) 를 갖고 있다. 배치면 (36a) 을 평면에서 보았을 때의 블랭킹 날 (37) 에 대해, 제 1 가압부 (391) 는 상기 프레임 형상의 내측, 즉 내주면 (371) 의 내측 (일방의 면측) 에 형성되어 있고, 제 2 가압부 (392) 는 외주면 (372) 의 외측 (타방의 면측) 에 형성되어 있다.

제 1 가압부 (391) 및 제 2 가압부 (392) 는, 예를 들어 고무나 스펀지 등의 탄성체로 이루어진다. 여기에서는, 제 1 가압부 (391) 및 제 2 가압부 (392) 가 동일한 재질로 이루어진다. 가압 수단 (39) 으로서는, 가압면을 갖는 부재가 스프링 등에 의해 원판 지지부를 향하여 탄성 지지되어 있는 것이어도 된다.

제 1 가압부 (391) 의 표면 (391a) 및 제 2 가압부 (392) 의 표면 (392a) 이 날끝 (373) 보다 돌출되도록, 제 1 가압부 (391) 및 제 2 가압부 (392) 의 배치면 (36a) 의 법선 방향 (도 7 의 (b) 의 -Z 방향) 의 치수 (두께) 가 설정되어 있다. 여기에서는, 표면 (391a) 과 표면 (392a) 이 Z 방향으로 동일한 위치에 있다.

제 1 가압부 (391) 는, 그 측면 (391b) 이 상기 프레임 형상의 블랭킹 날의 내주면 (371) 으로부터 멀어지도록, 간격 (d) 이 형성되어 있다. 도 7 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 상기 프레임 형상의 블랭킹 날의 어느 내주면 (371) 으로부터도 간격 (d) 만큼 떨어져 있으므로, 제 1 가압부 (391) 는 전극판의 형상을 축소한 형상과 대략 동일해진다.

물론, 후술하는 바와 같이 이 간격 (d) 은 원판 (91) 에 도공된 전극 활물질 (153) 의 탈리를 방지하기 위한 것이다. 따라서, 금속인 집전체 (152) 만으로 형성되는 전극 탭 (151) 부분은 원래 당해 탈리가 발생할 수 없기 때문에, 상기 프레임 형상의 블랭킹 날 중 전극 탭 (151) 을 형성하기 위해 집전체 (152) 를 절단하는 블랭킹 날의 내주면과 제 1 가압부 (391) 사이에는 간격을 두지 않고, 전극 활물질 (153) 을 절단하는 블랭킹 날의 내주면 (371) 과 제 1 가압부 (391) 사이에만 간격 (d) 을 형성하는 구성으로 해도 된다.

간격 (d) 은 원판 (91) 의 형성 재료나 판 두께에 따라 설정되는데, 여기에서는 약 5 ㎜ 로 하고 있다.

제 2 가압부 (392) 는, 그 측면 (392b) 이 외주면 (372) 에 맞닿도록 형성되어 있다. 측면 (392b) 이 외주면 (372) 에 맞닿아 있으면, 블랭킹 과정에서, 블랭킹 날 (37) 의 근방에서 원판 (91) 을 가압할 수 있어, 원판 (91) 과 블랭킹 날 (37) 의 위치 어긋남을 효과적으로 회피할 수 있다.

다음으로, 도 8 및 도 9 를 사용하여 원판 (91) 이 블랭킹형 (33) 에 의해 블랭킹되는 과정에 대하여 설명한다. 도 8 의 (a) ∼ (c) 는, 블랭킹 과정에 있어서의 원판 및 블랭킹 날을 확대하여 나타내는 단면도, 도 9 는 블랭킹 과정에서 절단부에 작용하는 힘을 나타내는 설명도이다.

원판 (91) 을 블랭킹하기 위해서는, 상기 서술한 바와 같이, 제어부 (30) 가 지지 기판 (36) 을 하방으로 이동시켜, 도 8 의 (a) 에 나타내는 바와 같이 제 1 가압부의 표면 (391a) 및 제 2 가압부의 표면 (392a) 을, 원판 (91) 의 표면 중 보호 시트 (90) 에 접하는 표면과는 상이한 표면인 전극 활물질 (153) 에 접촉시킨다. 이 단계에서 날끝 (373f) 은, 원판 (91) 의 일방의 표층에 위치하는 전극 활물질 (153) 에 접촉되어 있지 않다.

제어부 (30) 가 지지 기판 (36) 을 더욱 하방으로 이동시키면, 도 8 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 제 1 가압부 (391) 및 제 2 가압부 (392) 가 원판 지지부 (20) 를 향하여 가압되어 압축 변형되고, 날끝 (373) 이 원판 (91) 에 접촉한다. 제 1 가압부 (391) 및 제 2 가압부 (392) 의 가압력에 의해, 원판 (91) 이 원판 지지부 (20) 를 향하여 가압된다. 이로써, 원판 (91) 과 블랭킹 날 (37) 의 상대 위치가 규제되어, 날끝 (373) 을 원판 (91) 의 소정 위치 (P) 에 접촉시킬 수 있다.

제어부 (30) 가 지지 기판 (36) 을 더욱 하방으로 이동시키면, 도 8 의 (c) 에 나타내는 바와 같이, 날끝 (373) 이 원판 (91) 을 관통하여 원판 (91) 이 절단된다. 블랭킹 날 (37) 로 둘러싸이는 내측 부분의 원판 (91) 이 전극판으로서 블랭킹된다. 그 후, 제어부 (30) 가 지지 기판 (36) 을 상방으로 이동시키면, 제 1 가압부 (391) 에 의한 상기 블랭킹된 전극판에 대한 가압력 및 제 2 가압부 (392) 에 의한 상기 블랭킹된 전극판 이외의 다른 원판 (91) 의 부분에 대한 가압력을 작용시킨 채로 블랭킹 날 (37) 이 원판 (91) 등으로부터 멀어지므로, 블랭킹된 전극판이 블랭킹 날 (37) 에 동반하여 이동하는 것이 회피된다.

그런데, 블랭킹 날 (37) 의 내측의 절단부 (91a) 와, 블랭킹 날 (37) 의 외측의 절단부 (91b) 는, 원판 (91) 에 침입한 부분의 블랭킹 날 (37) 의 판 두께의 분만큼, 서로 멀어지는 방향으로 넓어진다.

도 9 에 나타내는 바와 같이, 제 2 가압부 (392) 에 맞닿아 있는 부분의 원판 (91) 은, 제 2 가압부 (392) 의 가압력 (F2) 에 의해 가압되어 위치가 규제된다. 절단부 (91b) 는, 블랭킹 날 (37) 의 외측을 향하는 압축력 (F4) 을 외주면 (372) 으로부터 받아, 원판 (91) 의 표면을 따른 방향으로 압축된다.

그러나, 절단부 (91b) 는, 제 2 가압부 (392) 에 맞닿아 있는 부분의 위치가 외주면 (372) 의 바로 아래, 즉 날끝 (373) 에 근접한 위치에서 규제되어 있음으로써, 원판 (91) 의 표면을 따른 방향으로 변형 가능한 범위가 한정된다. 절단부 (91b) 의 변형이 완화되기 어렵기 때문에, 절단부 (91b) 에 압축력 (F4) 이 집중적으로 작용한다. 그러면, 집전체 (152) 와 전극 활물질 (153) 이 재질이 상이하고 기계 특성이 상이하기 때문에, 집전체 (152) 와 전극 활물질 (153) 이 서로 추종하여 변형될 수 없게 되어, 집전체 (152) 와 전극 활물질 (153) 의 계면 (이하, 간단히 계면이라고 한다) 을 따른 방향으로 전단력이 작용한다. 계면의 전단력은, 집전체 (911) 와 전극 활물질 (912, 913) 에 어긋남을 발생시키는 힘이므로, 전극 활물질 (153) 이 집전체 (152) 로부터 탈리되기 쉬워진다. 단, 절단부 (91b) 는, 블랭킹 날 (37) 의 외측 부분으로, 전극판이 되지 않는 부분이므로, 절단부 (91b) 에 전극 활물질의 탈리를 일으켰다 해도 문제를 발생시키는 경우는 없다.

한편, 전극판이 되는 부분인 절단부 (91a) 는, 절단부 (91b) 와 상이하여, 다음에 설명하는 바와 같이 전극 활물질 (153) 의 탈리가 발생하기 어렵게 되어 있다. 제 1 가압부 (391) 에 맞닿아 있는 부분의 원판 (91) 은, 절단부 (91b) 와 동일하게 제 1 가압부 (391) 의 가압력 (F1) 에 의해 가압되어 위치가 규제된다. 또, 절단부 (91a) 는, 블랭킹 날 (37) 의 내측을 향하는 압축력 (F3) 을 내주면 (371) 으로부터 받아, 내주면 (371) 의 법선 방향으로 압축된다.

절단부 (91a) 는, 상기 간격 (d) 이 있음으로 인해, 제 1 가압부 (391) 에 가압되는 부분과 내주면 (371) 에 접촉되는 부분 사이에, 가압되어 있지 않은 부분을 갖고 있다. 날끝 (373) 의 침입에 의한 절단면의 변위가, 절단부 (91a, 91b) 에서 동등하다고 하면, 절단부 (91a) 가 변위 가능한 범위가 넓기 때문에, 굽힘 변형되기 쉽다. 절단부 (91a) 가 내주면 (371) 과 접촉하는 부분에 있어서의 계면의 접선 (L) 은, 절단부 (91a) 의 굽힘 변형 (휨각) 이 커질수록, 내주면 (371) 의 법선 방향에 대해 경사진다.

압축력 (F3) 은, 접선 L 에 평행한 분력 (F5) 과, 접선 (L) 에 수직인 분력 (F6) 으로 분해할 수 있다. 분력 (F5) 은, 집전체 (152) 와 전극 활물질 (153) 을 어긋나게 하는 전단력이다. 분력 (F6) 은, 내주면 (371) 과 접촉하는 부분에 있어서, 집전체 (152) 와 전극 활물질 (153) 을 서로 접근시키는 힘이다. 즉, 분력 (F6) 은, 집전체 (152) 와 전극 활물질 (153) 을 서로 밀착시키도록 작용한다.

원판 (91) 의 주면을 따른 방향에 대한 접선 (L) 의 기울기가 커질수록, 분력 (F5) 에 대한 분력 (F6) 의 비율이 커진다. 즉, 접선 (L) 의 기울기를 크게 할수록 분력 (F6) 이 커진다. 바꿔 말하면, 접선 (L) 의 기울기를 소정의 값 이상으로 함으로써, 분력 (F5) 에서 기인하여 밀착력을 감소시키는 효과에 대해, 분력 (F6) 에서 기인하여 밀착력을 증가시키는 효과를 탁월하게 할 수 있다. 본 실시형태에서는, 이와 같은 관점에서 간격 (d) 이 설정되어 있고, 블랭킹 과정에서 집전체 (152) 와 전극 활물질 (153) 의 밀착성이 저하되는 것이 회피되고 있다.

여기에서는, 간격 (d) 은 약 5 ㎜ 로 되어 있어, 상기 전극판의 재료에 있어서 양호한 결과가 얻어진다.

또한, 간격 (d) 을 어떠한 값으로 설정하면, 접선 (L) 의 기울기가 원하는 값이 될지에 대해서는, 각종 수치 시뮬레이션이나, 계통적인 실험 등에 의해 구할 수 있다. 예를 들어, 간단한 모델로 간격 (d) 을 평가하는 방법으로서 이하의 방법이 있다. 원판이 절단되지 않는 상한의 전단력인 절단 강도는, 원판의 기계 특성이나 블랭킹 날의 종류에 따라 결정된다. 원판과 동일한 재질의 외팔보에 대해, 자유단에 상기 절단 강도의 힘을 작용시켰을 때의 외팔보의 휨각은, 외팔보의 길이에 따라 정해진다. 원판의 변형을 외팔보의 변형과 동일하다고 가정하면, 상기 서술한 접선 (L) 의 기울기가 휨각에 대응하고, 간격 (d) 이 외팔보의 길이에 대응되므로, 간격 (d) 과 접선 (L) 의 관계를 구할 수 있다.

본원 발명자는, 블랭킹 날의 내주면 및 외주면의 쌍방에 가압 수단을 맞닿게 한 비교용의 블랭킹형 (특허문헌 1 에 기재된 블랭킹형과 동일) 을 제조하여, 본 발명에 관련된 전극판 블랭킹 장치 (2) 를 사용하는 경우와 전극 활물질의 탈리의 곤란성에 대하여 비교하였다. 그 결과, 전극판 블랭킹 (2) 에 의한 전극판은, 비교예보다 전극 활물질이 박리되기 어려운 것이 확인되었다. 또, 간격 (d) 에 대해서는, 1 ㎜ 이상으로 설정하면 되고, 2 ㎜ 이상으로 하면 전극 활물질의 탈리를 방지하는 효과를 높일 수 있다는 결과가 얻어졌다. 또, 블랭킹의 과정에 있어서의 원판과 블랭킹 날의 위치 어긋남을 방지하는 관점에서는, 간격 (d) 을 10 ㎜ 이하로 하면 되고, 5 ㎜ 이하로 하면 위치 어긋남을 방지하는 효과가 높아진다는 결과가 얻어졌다. 이와 같이, 간격 (d) 으로서는, 1 ㎜ 이상 10 ㎜ 이하로 하면 되고, 2 ㎜ 이상 5 ㎜ 이하로 하면 더욱 바람직하다.

또한, 본 발명의 기술 범위는 상기 서술한 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 본 발명의 전극판 블랭킹 장치는, 정극판의 블랭킹, 부극판의 블랭킹 중 어느 것에도 사용하는 것이 가능하다. 블랭킹형에 대해서는, 하기의 변형예 1, 변형예 2 와 같은 변형도 가능하다.

도 10 의 (a) 에 나타내는 변형예 1 의 블랭킹형 (33B) 은, 가압 수단 (39B) 의 제 2 가압부 (392B) 가 블랭킹 날 (37) 의 외주면 (372) 으로부터 이간되어 형성되어 있는 점에서, 상기 실시형태와 상이하다. 이와 같은 블랭킹형 (33B) 을 이용해도, 전극판에 있어서의 전극 활물질의 탈리를 방지하는 효과가 얻어진다. 제 2 가압부 (392B) 를 블랭킹 날 (37) 로부터 이간시켜 형성하는 경우에는, 블랭킹의 과정에서 원판과 블랭킹 날 (37) 의 위치 어긋남을 줄이는 관점에서, 블랭킹 날 (37) 과 제 1 가압부 (391) 의 간격보다, 블랭킹 날 (37) 과 제 2 가압부 (392B) 의 간격을 좁게 하는 것이 바람직하다.

도 10 의 (b) 에 나타내는 변형예 2 의 블랭킹 날 (37C) 은, 양 날에 의해 구성되어 있는 점에서, 상기 실시형태와 상이하다. 블랭킹 날 (37C) 의 내주면 (371C) 및 외주면 (372C) 은, 모두 날끝 (373C) 을 향하는 부분이 지지 기판 (36) 의 주면의 법선 방향에 대해 경사져 있다. 이와 같은 블랭킹 날 (37C) 을 사용해도 상기 간격 (d) 을 적절히 설정함으로써 전극 활물질의 탈리를 방지하는 효과가 얻어진다.

산업상 이용가능성

본 발명의 전극판 제조 장치에 의하면, 전극판의 둘레 가장자리부에 있어서의 전극 활물질의 탈리를 방지하여, 제조 수율을 향상시킬 수 있다.

1···전지 셀
2···전극판 제조 장치 (전극판 블랭킹 장치),
3···구동계
10···전지 용기
11···용기 본체
12···덮개
13, 14···전극 단자
15, 16···전극판
17···세퍼레이터
20···원판 지지부
20a···상면
21 ∼ 24···반송 롤러
30···제어부
31···구동부
32···유지부
33, 33B···블랭킹형
34, 35···지주
36···지지 기판 (기판)
36a···배치면
37, 37C, 38···블랭킹 날
39, 39B···가압 수단
90···보호 시트
91···원판
91a, 91b···절단부
92···형성 영역
93···비형성 영역
150···모부
151···전극 탭
152···집전체
153···전극 활물질
161···전극 탭
371, 371C···내주면 (일방의 면)
372, 372C···외주면 (타방의 면)
373, 373C···날끝
391···제 1 가압부 (가압 수단)
391a···제 1 가압부의 표면
391b···제 1 가압부의 측면
392, 392B···제 2 가압부 (가압 수단)
392a···제 2 가압부의 표면
392b···제 2 가압부의 측면
911···집전체
912, 913···전극 활물질
d···간격
F1, F2···가압력
F3, F4···압축력
F5, F6···분력
L···접선
P···소정 위치
S1 ∼ S7···단계

Claims (4)

1. 전극 활물질이 도공된 전극판의 원판을 지지할 수 있는한 원판 지지부와,
   제 1 가압부와,
   프레임 형상의 블랭킹 날과,
   상기 원판 지지부에 대향 배치되고, 상기 제 1 가압부와 상기 블랭킹 날이 고정된 지지 기판과,
   상기 지지 기판을 상기 원판 지지부를 향하여 진퇴 가능하게 구동시키는 구동부를 갖고,
   상기 제 1 가압부는 상기 블랭킹 날의 상기 프레임 형상의 내측이고 또한 상기 전극 활물질을 절단하는 블랭킹 날로부터 소정의 간격을 두고 배치되고,
   상기 구동부에 의해 상기 지지 기판이 상기 원판 지지부를 향하여 진출했을 때, 상기 제 1 가압부가 상기 원판을 가압함과 함께, 상기 블랭킹 날이 상기 원판을 상기 프레임 형상을 따라 절단하는 전극판 제조 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 지지 기판에 고정됨과 함께, 상기 프레임 형상의 외측에 배치되는 제 2 가압부를 추가로 갖고,
   상기 구동부에 의해 상기 지지 기판이 상기 원판 지지부를 향하여 진출했을 때, 상기 제 1 가압부와 함께 상기 제 2 가압부가 상기 원판을 가압하는 전극판 제조 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   제어부와,
   상기 원판 지지부를 통해 상기 원판을 반송하는 반송 롤러를 추가로 갖고,
   상기 제어부는 상기 반송 롤러를 간헐 동작시켜, 상기 반송 롤러를 정지시켰을 때에 상기 절단이 실시되는 전극판 제조 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 블랭킹 날은 외날의 톰슨날인 전극판 제조 장치.

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