WO2011118713A1

WO2011118713A1 - 電極板製造装置

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Publication number: WO2011118713A1
Application number: PCT/JP2011/057193
Authority: WO
Inventors: 植田　寿
Original assignee: 三菱重工業株式会社
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2011-09-29
Also published as: JP2011204612A; KR20120136375A; TW201210771A; US20130000458A1; CN102906905A; EP2555282A1

Abstract

　本発明の電極板型抜装置は、電極板の原板を支持面（３５）にて支持可能な原板支持部（３）と；原板支持部（３）に刃先を向けて配置された抜き刃を進退可能に駆動する駆動部と；駆動部により抜き刃が原板支持部（３）に向かって進出しているときに、支持面（３５）上の原板を吸引する圧力調整部（７）と；を有している。圧力調整部（７）は、例えば配管（７１）と；第１の分岐管（７２）と；第１のバルブ（７５）と；減圧部（７４）と；を有している。支持面（３５）の近傍が吸引されることにより、シート材（９０）に設けられた貫通孔（９４）を介して電極板が支持面（３５）側に吸着して固定される。

Description

電極板製造装置

　本発明は、電極板製造装置に関する。
　本願は、２０１０年３月２６日に、日本に出願された特願２０１０－０７３１６８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　従来から、各種電気装置の電力源として電池セルが用いられている。繰返し充放電することが可能な電池セルである二次電池は、電力源の他に発電装置等の電力バッファとして用いられることもある。電池セルの構成例として、正極板と負極板とがセパレータを介して積層された積層体を有する構成が挙げられる。電極板（正極板または負極板）は、集電材の表面に電極活物質が設けられたものである。電極板の製造方法の一例として、特許文献１に開示されている方法が挙げられる。

　特許文献１では、集電材の母材の表面に電極活物質を塗布して電極板の原板を形成した後に、抜き型（トムソン型：Thomson die）を用いて原板を型抜きすることにより電極板を製造している。この抜き型は、抜き刃（トムソン刃：Thomson cutter）と、抜き刃に囲まれる部分に設けられた押さえ板と、支持台に向かう方向に押さえ板を付勢するバネとを備えている。押さえ板は、押さえ面が抜き刃よりも支持台側に突出している。

　支持台に支持されている原板に抜き型を押し付けると、まず押さえ板が原板に当接して原板を支持台に押し付ける。さらに抜き型を押し付けると、抜き刃が押さえ板よりも支持台側に突出して原板を切断する。原板を押さえつけた状態で切断するので、切断部の端面が抜き刃の側面に追従することによる切断部の変位が軽減され、切断部の変位によるバリの発生や電極活物質の脱離が低減される。

日本国特開２００３－３１７７０９号公報

　特許文献１の技術にあっては、次に説明するように、原板が切断部の近傍で集中的に圧縮され、電極板の周縁部で電極活物質が集電材から剥離して脱離することがある。

　抜き刃は有限の板厚をもっており、刃先から離れるにつれて板厚が厚くなっている。抜き刃が原板に侵入するにつれて、切断部は、抜き刃の板厚方向すなわち原板の主面に沿う方向に押し広げられ、切断部の周縁部の原板は主面に沿う方向に圧縮される。

　切断部の近傍が押さえ部材により押圧されているので、切断部の周縁部で変位可能な範囲が切断部の近傍に限定され、切断部の近傍で原板が集中的に圧縮される。原板が集中的に圧縮されると、電極活物質と集電材とで材質の違いにより、電極活物質の変形が集電材の変形に追従できなくなる。すると、電極活物質と集電材との密着力が低下し、型抜の過程や型抜後に電極活物質が集電材から剥離して脱離してしまう。

　本発明は、上述の事情に鑑み成されたものであって、電極活物質の剥離や脱離が生じにくい電極板の型抜き（打ち抜き）を行う電極板製造装置を提供することを目的の１つとする。

　上記の目的を達成するために、本発明の一態様に係る電極板製造装置は以下の手段を採用している。
　電極板製造装置が、電極板の原板を支持面にて支持可能な原板支持部と；前記原板支持部に刃先を向けて配置された抜き刃を進退可能に駆動する駆動部と；前記駆動部により前記抜き刃が前記原板支持部に向かって進出しているときに、前記支持面上の前記原板を吸引する圧力調整部と；を備える。

　このような電極板製造装置において、原板支持部に原板が配置されている状態で抜き刃が原板支持部に向かって進出すると、原板に刃先が接触して原板から電極板が型抜される。抜き刃が原板支持部に向かって進出しているときに、支持面の近傍が吸引されて原板が原板支持部側に固定される。原板が原板支持部に固定されるので、抜き刃に対する原板の位置ずれが防止され、また抜き刃が原板から退去するときに、型抜された電極板が抜き刃に同伴して移動することが防止される。

　抜き刃に重ならない領域の支持面の近傍を吸引するので、原板に刃先が接触する位置から離れた部分の原板が固定される。原板において、固定された部分と刃先に接触する部分との間である中間部は、変形が許容されるので切断力により原板支持部に向かって曲げ変形させられる。変形した部分、すなわち切断部の端部では、抜き刃と接触する面（切断面）に対して、集電材と電極活物質との界面の法線方向が交差する。したがって、抜き刃が切断部を押し広げる力は、前記界面の法線方向に分力を有することになり、この分力が集電材と電極活物質とを密着させる方向に作用する。よって、集電材から電極活物質が剥離することが低減され、集電材から電極活物質が脱離することが低減される。

　原板が原板支持部側に吸引されて固定されるので、原板を固定するために原板を原板支持部側に押圧する必要性が低くなる。押さえ部材を簡略化あるいは省略することにより、押さえ部材のメンテナンス頻度を低くすること等ができ、また押さえ部材の一部が脱離して電極板に付着することによる異物の発生を回避することもできる。

　本発明の電極板製造装置によれば、電極活物質の剥離や脱離が生じにくい電極板の型抜き（打ち抜き）を行うことができる。

電池セルの構成例を模式的に示す斜視図である。（ａ）は電極板を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ’線断面図である。電池セルの製造方法を概略して示すフローチャートである。第１実施形態の電極板型抜装置の概略構成を示す斜視図である。抜き型および駆動部を下方から見た斜視分解図である。原板支持部およびシート材を上方から見た斜視分解図である。支持面を平面視した各種構成要素の位置関係を示す平面図である。図７のＢ－Ｂ’線矢視断面図である。第１実施形態の電極板型抜装置の動作例のタイミングチャートである。切断部の近傍に働く力を示す説明図である。第２実施形態の電極板型抜装置の概略構成を示す斜視図である。

　以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。説明に用いる図面において、特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造の寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせている場合がある。本実施形態において同様の構成要素については、同じ符号を付して図示し、その詳細な説明を省略する場合がある。発明の技術範囲の下記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。実施形態で説明する構成要素の全ての組合せが本発明に必須であるとは限らない。
　本発明に係る電極板型抜装置の説明に先立ち、まず、電池セルの構成例について説明する。

　図１は、電池セルの構成例を示す分解斜視図、図２の（ａ）は電極板の一例を示す平面図、図２の（ｂ）は図２の（ａ）におけるＡ－Ａ’線矢視断面図である。

　図１に示すように電池セル１は、内部に電解液を貯留する電池容器１０を備える。電池セル１は、例えばリチウムイオン二次電池である。本発明の適用範囲は電池容器の形状や材質に限定されない。本例の電池容器１０は、アルミニウム製の中空容器であり、外形が略角柱状（略直方体状）である。電池容器１０は、開口を有する容器本体１１と、この開口を塞いで容器本体１１に接合された蓋１２とを有している。

　蓋１２に、電極端子１３、１４が設けられている。例えば、電極端子１３が正極端子であり、電極端子１４が負極端子である。電池容器１０の内部に、複数の電極板１５、１６および複数のセパレータ１７が収容されている。例えば、電極板１５が正極板であり、電極板１６が負極板である。複数の電極板１５、１６は、正極板と負極板とが交互に並ぶように繰り返し配置されている。

　セパレータ１７は、一対の電極板１５、１６に挟まれて配置されており、電極板１５、１６が互いに直接接触しないようになっている。セパレータ１７は、多孔質の絶縁材料等からなり、リチウムイオン等の電解成分を通すようになっている。実際には、複数の正極板、複数の負極板および複数のセパレータが積層されて積層体が構成されている。電池セル１は、電池容器１０に前記積層体が収容された構造になっている。電解液は、電池容器１０の内部で電極板１５、１６と接触するように貯留される。

　図２の（ａ）に示すように電極板１５は、母部１５０および電極タブ１５１を有している。母部１５０は、電極板１６に対向して配置され、主として電気的な容量に寄与する部分である。母部１５０の平面形状は、例えば矩形の角部を丸めた略矩形状である。

　電極タブ１５１は、母部１５０と電極端子１３と電気的に接続する部分である。電極タブ１５１は、母部１５０の一辺を基端として母部１５０の外側に突出するように形成されている。電極タブ１５１が突出する方向は、例えば、前記基端を有する一辺に略直交し、かつ母部１５０の主面に沿う方向である。電極タブ１５１は、基端を有する一辺の片方に偏らせて形成されている。複数の電極板１５の電極タブ１５１が一括して、電極端子１３と電気的に接続されている。

　図２の（ｂ）に示すように電極板１５は、集電材１５２および電極活物質１５３を有している。集電材１５２は、例えばアルミニウムや銅などからなり、厚みが数十μｍ程度（例えば、２０μｍ程度）のシート状のものである。電極活物質１５３は、電解液の種類に応じた形成材料からなり、集電材１５２の両面に設けられている。電極活物質１５３の厚みは、数十μｍ～数百μｍ程度（例えば、１００μｍ程度）である。

　本例の電極板１５は、電極活物質１５３が設けられている形成領域１５４と、電極活物質１５３が設けられていない非形成領域１５５とを有している。形成領域１５４は、母部１５０の略全体と、電極タブ１５１において母部１５０と連続する側の一部とにまたがっている。電極タブ１５１の先端側は、非形成領域１５５になっている。電極板１５は、非形成領域１５５にて導電部材と接続され、この導電部材を介して電極端子１３と電気的に接続される。

　電極板１６は、電極活物質の形成材料や、母部あるいは電極タブの寸法等が電極板１５と異なり、構造や形状については電極板１５と同様である。例えば、負極板として機能する電極板の母部は、正極板として機能する電極板の母部の全体と重なるように、寸法が設定される。図１に示したように電極板１６の電極タブ１６１は、電極板１５の電極タブ１５１と重ならないように配置されている。複数の電極板１６の電極タブ１６１が一括して、電極端子１４と電気的に接続されている。

　図３は、電池セルの製造方法を概略して示すフローチャートである。
　電池セル１を製造するには、ステップＳ１で集電材の母材に電極活物質を塗工する。母材は、例えば、ロール状に巻き取られた帯状の導電箔である。次いでステップＳ２で、電極活物質を母材に圧着し、また電極活物質を乾燥させる。必要に応じて後処理を行うこと等により、ステップＳ３で電極板の原板を完成させる。原板は、母材の両面に電極活物質が設けられたものである。ここでは、ステップＳ１～Ｓ３で原板を製造して準備しているが、例えば製造された原板を購入等により入手して準備してもよい。

　次いで、詳しくは後述するが、ステップＳ４で原板から電極板を型抜すること等により、所望の形状の電極板を完成させる。次いで、ステップＳ５で、正極板と負極板とをセパレータを介して積層することにより、積層体を形成する。次いで、ステップＳ６で、電池容器の内部に積層体を収容して封止する。具体的には、容器本体に積層体を挿入する。そして、正極板を正極端子と電気的に接続し、また負極板を負極端子と接続する。そして、容器本体に蓋を溶接等により接合する。次いで、ステップＳ７で、電池容器の内部に電解液を注入して封止すること等により、電池セルが得られる。

　本発明に係る電極板の製造装置では、以下のようにしてステップＳ４を行う。まず、ステップＳ４１で原板を原板支持部に配置する。次いで、ステップＳ４２で原板と原板支持部との間を吸引して、原板を原板支持部に吸着させる。次いで、ステップＳ４３で、原板支持部に吸着している原板に抜き刃を接触させて原板を型抜する。ステップＳ４２で吸引する領域は、ステップＳ４３で抜き刃を接触させるときに原板を平面視した状態で抜き刃に重ならない領域に設定する。本発明に係る電極板の製造方法は、例えば、本発明に係る電極板型抜装置を用いて原板から電極板を型抜することにより実施可能である。

［第１実施形態］
　次に、第１実施形態の電極板型抜装置について説明する。また、本発明に係る電極板の製造方法の一実施形態についてもあわせて説明する。本発明に係る電極板型抜装置は、正極板、負極板のいずれの製造に用いることも可能であるが、ここでは電極板１５に適用した例を説明する。

　図４は、第１実施形態の電極板型抜装置の概略構成を示す斜視図、図５は駆動部および抜き型を下方から見た斜視分解図、図６はシート材、原板支持部および圧力調整部を上方から見た斜視分解図、図７は支持面を平面視した各種構成要素の平面配置図、図８は図７のＢ－Ｂ’線に沿う断面の一部を示す図である。

　図４に示すように、第１実施形態の電極板型抜装置２は、制御部２０、原板支持部３、駆動部４、抜き型５、搬送部６、および圧力調整部７を備える。電極板型抜装置２は、電極板の原板９１から電極板を型抜する装置である。原板９１は、上述のように、集電材の母材の両面に電極活物質が設けられたものである。原板９１は、シート材９０と重ねられて型抜される。シート材９０の詳細については後述するが、シート材９０は抜き刃や原板支持部３を保護する機能等を有している。

　電極板型抜装置２は、概略すると以下のように動作する。
　搬送部６は、制御部２０に制御され、シート材９０および原板９１を所定の送り幅で搬送する。シート材９０および原板９１は、シート材９０を原板支持部３側にして重ねられ、原板支持部３の上面を経由して搬送される。圧力調整部７は、吸引手段および吸引解除手段を含んでいる。圧力調整部７の吸引手段は、制御部２０に制御され、原板支持部３の上面を吸引状態にする。これにより、シート材９０および原板９１は、原板支持部３に吸着して固定状態になる。

　駆動部４は、制御部２０に制御され、抜き刃が設けられた抜き型５を原板９１に向かって進出させる。抜き型５の進出により抜き刃が原板９１に接触し、原板９１が切断されて電極板が型抜される。電極板が型抜された後に、駆動部４は抜き型５を原板９１から退去させる。また、圧力調整部７の吸引解除手段は、原板支持部３の上面の吸引状態を解除し、シート材９０および原板９１が固定状態から解除される。搬送部６は、シート材９０および原板９１を所定の送り幅で再び搬送する。電極板型抜装置２は、以下同様にして電極板を繰り返し型抜する。

　次に、電極板型抜装置２の構成要素について詳しく説明する。
　図４に示したように搬送部６は、搬送ローラー６１～６４を有している。搬送ローラー６１、６２は、原板支持部３の上面に沿う一方向（Ｙ方向）に原板支持部３を挟んで設けられている。搬送ローラー６３、６４は、原板支持部３の上面に沿う一方向（Ｙ方向）に搬送ローラー６１、６２を挟んで設けられている。前記一方向が、搬送ローラー６１～６４による搬送方向になっている。

　原板９１の搬送用である搬送ローラー６３、６４は、シート材９０の搬送用である搬送ローラー６１、６２よりも下方に配置されている。原板９１は、搬送ローラー６３、６４に懸架されて搬送される。原板９１は、搬送ローラー６３、６４の間で搬送ローラー６１、６２に懸架されることにより、シート材９０と重ね合わされる。原板９１は、搬送ローラー６１～６４の回転に伴ってシート材９０と重ね合わされて搬送される。搬送ローラー６１、６２、６３、６４は、上記重ね合わされた原板９１とシート材９０とを同一タイミングおよび同一速度で搬送するため、後述の制御部２０により、互いに同期して動作するよう制御される。
　原板９１は、搬送ローラー６１～６４が停止した状態で、シート材９０と重ね合わされたまま抜き型５により型抜される。

　図４、図５に示すように、駆動部４は、ベース４１、保持部４２、および支柱４３、４４を有している。ベース４１は、アクチュエータ等を内包している。ベース４１から下方に突出して、支柱４３、４４が設けられている。ベース４１のアクチュエータは、図４に示した制御部２０により制御され、支柱４３、４４を上下方向に移動させる。

　保持部４２は、支柱４３、４４に取付けられている。保持部４２は、例えば抜き型５を着脱可能に保持するものであり、抜き型５を交換することが容易になっている。支柱４３、４４の上下移動に伴って、保持部４２が上下方向に移動し、保持部４２に保持された抜き型５が原板支持部３の上面に向かって進退移動する。

　抜き型５は、支持基板５０および抜き刃５１、５２を有している。抜き型５は、例えばトムソン型であり、抜き刃５１、５２は例えばトムソン刃である。抜き型５は、抜き刃５１、５２の刃先を原板支持部３の上面に向けた姿勢で、保持部４２に保持される。

　支持基板５０は、原板支持部３の上面に対向配置される対向面５０ａを有している。支持基板５０は、例えば対向面５０ａが略平坦な平板部材である。抜き刃５１、５２は、いずれも同様のものであり、支持基板５０の略平坦面に設けられている。抜き刃５１、５２は、搬送方向に略平行な線、例えば原板９１の中心線に対して対称的に配置されている。

　抜き刃５１は、原板９１の形成領域９２と非形成領域９３にまたがって配置されている（図７参照）。抜き刃５１に型抜された形成領域９２は、主として電極板１５の母部１５０になる。抜き刃５１に型抜された非形成領域９３は、主として電極板１５の電極タブ１５１になる。

　対向面５０ａを平面視したときの抜き刃５１、５２の平面形状は、閉じた枠形状になっており、電極板の輪郭と概ね一致している。抜き刃５１、５２は、帯状の板状体からなり、板状体の一方の長辺に沿って刃先が設けられたものである。板状体の板厚は、例えば０．５ｍｍ～２．０ｍｍ程度である。抜き刃５１、５２は、板状体の幅方向が対向面５０ａに略垂直になるように、支持基板５０に埋め込まれている。

　ここでは、抜き刃５１、５２が片刃により構成されている。（図８参照）。抜き刃５１は、電極板１５になる部分に向かい合う内周面５１１の先端が刃先５１３になっている。
内周面５１１の裏面である外周面５１２は、刃先５１３に向うにつれて内周面５１１に近づくように傾斜している。抜き刃５２も同様である。

　図４、図６に示すように原板支持部３は、例えばワークテーブルであり、基台３１、箱状体３２および天板３３を有している。箱状体３２は、基台３１の上に固定されている。
箱状体３２は、基台３１と反対側に開口した凹部３４を有している。天板３３は、凹部３４を塞いで箱状体３２に固定されている。

　原板支持部３の上面すなわち天板３３の上面は、支持面３５になっている。シート材９０は、支持面３５に当接して配置される。抜き型５が原板９１に押し付けられたときに、支持面３５は、抜き型５と反対側からシート材９０を支持することにより、原板９１を間接的に支持する。凹部３４は、圧力調整部７の吸引手段の流路の一部を構成している。凹部３４の内側には、例えば凹部３４の内側が減圧されたときに天板３３にたわみを生じないように、必要に応じてリブ構造や支柱が設けられる。支持面３５には、複数の孔部３６が設けられている。孔部３６は、天板３３を貫通して凹部３４に通じている。

　圧力調整部７は、配管７１、第１の分岐管７２、第２の分岐管７３、減圧部７４、第１のバルブ７５、および第２のバルブ７６を有している。配管７１は、凹部３４に通じており、第１、第２の分岐管７２、７３に分岐している。第１の分岐管７２は、減圧部７４に接続されている。減圧部７４は、ポンプ等により構成される。第１のバルブ７５は、第１の分岐管７２に設けられており、第１の分岐管７２の内側の流れを開始あるいは停止させる。第２の分岐管７３は、電極板型抜装置２の周囲の雰囲気に対して開放されている。第２のバルブ７６は、第２の分岐管７３に設けられており、第２の分岐管７３の内側の流れを開始あるいは停止させる。

　本実施形態の吸引手段は、凹部３４、孔部３６、配管７１、第１の分岐管７２、第１のバルブ７５および減圧部７４により構成されている。第２のバルブ７６を閉じ、減圧部７４がオン状態で第１のバルブ７５が開放されると、第１の分岐管７２、配管７１、凹部３４、および孔部３６を流路として流路の内部ガスが排気され、支持面３５の近傍が吸引状態になる。減圧部７４のオンオフおよび第１のバルブ７５の開閉は制御部２０により制御される。

　本実施形態の吸引解除手段は、凹部３４、孔部３６、配管７１、第２の分岐管７３、および第２のバルブ７６により構成されている。吸引手段により支持面３５の近傍が吸引状態であるときに第１のバルブ７５を閉じ且つ第２のバルブ７６を開放すると、第２の分岐管７３、配管７１、凹部３４、および孔部３６を流路として、支持面３５の近傍に電極板型抜装置２の周囲の外気が流入して、吸引状態が解除される。第２のバルブ７６の開閉は、制御部２０により制御される。

　本実施形態の配管７１は、配管７１から凹部３４に向かう外気が孔部３６に直接吹き込まないように、凹部３４の内側に接続される部分の軸方向が設定されている。ここでは、配管７１が凹部３４の側壁に接続されており、凹部３４に流入する外気は支持面３５に概ね平行な方向に流れる。これにより、吸引状態が解除されるときにシート材９０および原板９１が支持面３５から浮き上がりにくくなる。

　なお、第２の分岐管７３の代わりに、配管７１とは別に凹部３４に通じる第２の配管が設けられていてもよい。この第２の配管に第２のバルブ７６を取付けることにより、吸引解除手段が構成される。第２の分岐管７３あるいは第２の配管が加圧装置に接続されており、加圧装置を含んで吸引解除手段が構成されていてもよい。加圧装置で外気を加圧して配管７１に導入することで、より速く吸引状態を解除できる。
　凹部３４の複数箇所に対して、複数の配管７１あるいは配管７１を分岐させた複数の分岐管が接続されていてもよい。これにより、凹部３４の内側の圧力分布を均一化することができ、支持面３５に沿う方向で吸引の程度を均一化することができる。

　シート材９０は、抜き刃５１、５２よりも硬度が低い材質、例えば樹脂シート等からなる。原板９１を型抜するときに抜き刃５１、５２の刃先が支持面３５と直接接触しないように、シート材９０の厚みが設定されている。シート材９０が支持面３５と刃先との間に介在することにより、支持面３５と刃先とが互いの接触による損傷から保護される。

　図６～図８に示すように、シート材９０には複数の貫通孔９４が設けられている。ここでは、支持面３５を平面視した状態で、抜き刃５１に囲まれる支持面３５上の領域を型抜領域という。型抜領域を搬送部６の送り幅ΔＹ（原板９１を型抜するピッチ）の整数倍だけ搬送方向の上流に平行移動させたシート材９０上の領域は、型抜と搬送を繰り返すうちに型抜領域上に配置されることになる領域（以下、型抜予定領域９５という）である。

　複数の貫通孔９４は、前記型抜領域あるいは型抜予定領域９５に収まるように配置される。ここでは、複数の貫通孔９４のうちで１つの型抜予定領域９５に含まれる貫通孔９４を１つのグループとしたときに、複数のグループが、搬送部６の送り幅ΔＹと略同じ間隔で搬送方向に繰り返し設けられている。すなわち、シート材９０を搬送部６の送り幅ΔＹで搬送するたびに、平面視した抜き刃５１と重ならない領域に前記グループに属する貫通孔９４が配置されるようになっている。

　本実施形態の貫通孔９４は、抜き刃５１の平面形状の内周に沿って内周から離れた位置に、概ね等間隔で設けられている。１つのグループに属する貫通孔９４は、いずれも略同一の開口形状および開口寸法になっている。貫通孔９４の開口形状としては、多角形や多角形の角を丸めた形状、円形や楕円形、直線や自由曲線に囲まれる形状等から選択され、ここでは略円形になっている。貫通孔９４の開口寸法は、減圧部７４の吸引力および原板９１の機械特性等に基づいて設定される（後に設定方法の一例を示す）。貫通孔９４の開口寸法は、典型的には、抜き刃５１の板厚と同程度のオーダー（例えば０．５ｍｍ～２ｍｍ程度）に設定される。
　抜き刃５１の平面形状の内周から貫通孔９４までの距離は、例えば１ｍｍ～１０ｍｍ程度である。抜き刃５１により原板９１が型抜きされた際、型抜きされた電極板が浮いて位置ズレを発生させないように、電極の端部のより近い位置に貫通孔９４が配置されるよう当該距離が設定される。

　ここでは、貫通孔９４の開口寸法が、孔部３６の開口寸法よりも小さくなっている。支持面３５を平面視した状態で１つの孔部３６に対して複数（図示は２つ）の貫通孔９４が重なり、貫通孔９４の少なくとも一部分が、孔部３６と重なるようになっている。

　１グループに属する貫通孔９４の配置パターンや、天板３３における孔部３６の配置パターンは、平面視した抜き刃５１の内側に配置された貫通孔９４が孔部３６と連通するように設定されている。なお、孔部３６は、貫通孔９４と連通しない部分にも設けられている。この連通した部分により原板９１（もしくは電極板）を吸着してこれをシート材９０を介して天板の支持面３５に固定し、連通しない部分でシート材９０を吸着してこれを天板の支持面３５に固定する。

　具体的に説明すると、吸引手段により孔部３６や貫通孔９４の内側のガスＧが排気されると、原板９１の上下面での圧力差により原板９１が支持面３５に向かって押圧される。
シート材９０は、原板９１により支持面３５に向かって押圧される。また、シート材９０は、貫通孔９４と連通しない孔部３６の内側が減圧されることによっても、支持面３５に向かって押圧される。

　次に、電極板型抜装置２の動作例について説明する。図９は、電極板型抜装置の動作例を示すタイミングチャートである。

　図９に示すように、制御部２０は、搬送部６を搬送状態にしておき、原板９１およびシート材９０が所定の送り幅ΔＹで搬送されるように、時間ｔ０に搬送部６を停止状態にする。これにより、型抜領域上にシート材９０の貫通孔９４の１つのグループが配置される。時間ｔ０以前では、第１のバルブ７５は閉止状態、減圧部７４はオフ状態、第２のバルブ７６は開放状態、駆動部４は抜き型５を原板９１から退去させた状態（図９では引上と示す）になっている。

　制御部２０は、時間ｔ０に第１のバルブ７５を開放状態にするとともに減圧部７４をオン状態にし、かつ第２のバルブ７６を閉止状態にする。これにより、原板９１およびシート材９０が支持面３５に吸着して固定される。

　制御部２０は、原板９１およびシート材９０が固定された後の時間ｔ１に、第１のバルブ７５を閉止状態にするとともに減圧部７４をオフ状態にする。また、制御部２０は、駆動部４を制御して抜き型５を原板９１に向けて進出させる（図９では押下と示す）。これにより、抜き刃５１、５２が原板９１に接触し、電極板１５が型抜される。原板９１が固定されているので、抜き刃５１、５２との位置ずれが回避され、高精度な形状の電極板１５が得られる。抜き刃５１、５２の刃先と支持面３５との間にシート材９０が介在していることにより、刃先や支持面３５の損傷が回避される。

　制御部２０は、原板９１が型抜された後の時間ｔ２に、第２のバルブ７６を閉止状態に保持したまま、駆動部４を制御して抜き型５を原板９１から退去させる。原板９１およびシート材９０が支持面３５に吸着しているので、型抜された電極板１５が抜き刃５１、５２に同伴して移動することが回避される。

　制御部２０は、抜き型５が原板９１から退去した後の時間ｔ３に、第２のバルブ７６を開放状態にする。これにより、貫通孔９４を塞ぐ部分の上下面の圧力差がなくなり、支持面３５の近傍の吸引状態が解除されて、原板９１およびシート材９０が固定状態から解除される。

　制御部２０は、原板９１およびシート材９０が固定状態から解除された後の時間ｔ４に、搬送部６を搬送状態にして、搬送部６に原板９１およびシート材９０を所定の送り幅ΔＹで搬送させる。制御部２０は、以下同様に搬送部６、吸引手段、駆動部４、および吸引解除手段の動作を制御する。このようにして、電極板型抜装置２は、原板９１から電極板１５を繰り返し型抜する。一連の動作が制御部２０により制御されているので、型抜工程を自動化することができ、電極板１５を効率よく型抜することができる。
　なお、時間ｔ４の後であってシート材９０が搬送ローラー６２に巻き取られるまでの時間に、型抜きされた電極板は、アームなどの電極板載置装置（図示なし）により吸着されて、別途容易されたテーブル（図示なし）に順次積層される。

　電極板型抜装置２によれば、次に説明するように、電極活物質の剥離や脱離を低減することができる。図１０は、切断時の原板に働く力を示す説明図である。

　図１０に示すように、抜き刃５１が原板９１に侵入すると、抜き刃５１の内周面５１１側の切断面と外周面５１２側の切断面とが、侵入した部分の抜き刃５１の板厚だけ、互いに離れる方向に押し広げられる。これにより、原板９１の切断により離間した両端部は、それぞれ原板９１の主面に沿う方向に圧縮される。

　ところで、通常の電極板型抜装置では、抜き刃に接触する程度に近接させて原板の押さえ部材が設けられている。したがって、切断時に原板の変形が許容される範囲が抜き刃のごく近傍に限定され、切断面の近傍の歪が緩和されにくくなる。また、通常は抜き刃の全周でほぼ同時に原板を切断するので、抜き刃の周方向でも歪が緩和されにくくなる。圧縮による歪が緩和されにくいことにより、切断面の近傍に圧縮力が集中的に作用する。圧縮力が集中的に作用すると、集電材と電極活物質とが互いに追従して変形することができなくなり、集電材と電極活物質との界面（以下、単に界面という）に沿う方向にせん断力が作用する。原板の変形が許容される範囲が限定されているので、切断面の近傍が曲げ変形しにくくなっている。したがって、圧縮力が原板の主面に概ね沿う方向に作用し、圧縮力のほとんどが前記せん断力に寄与してしまう。このようにして、集電材と電極活物質との密着性が低下してしまう。

　本発明を適用して型抜される電極板１５について、通常同様に型抜された電極板と比較する。抜き刃５１の内周面５１１側の切断面を含んだ原板９１の端部９７は、電極板１５の周縁部になる部分である。原板９１は、貫通孔９４の内側が減圧されているので、貫通孔９４を塞ぐ部分（以下、閉塞部という）にてシート材９０に押圧される。原板９１を押圧する力Ｆ１は、閉塞部の上面での圧力をＰ０、貫通孔９４の内側の圧力をＰ１、貫通孔９４の開口面積をＳとすると、下記の式（１）で表される。
　　　　　　　Ｆ１＝（Ｐ０－Ｐ１）×Ｓ　・・・（１）

　閉塞部の原板９１は、力Ｆ１により位置が規制される。例えば、Ｐ０は大気圧、Ｐ１は約５０キロパスカル～約８０キロパスカルとするとよい。端部９７は、抜き刃５１の内周面５１１から圧縮力Ｆ２を受けて、主として内周面５１１から貫通孔９４までの部分が変形する。平面視した抜き刃５１に重ならないように、貫通孔９４が配置されているので、端部９７にて変形が許容される範囲が確保される。したがって、圧縮による歪が緩和されやすくなり、端部９７に働く圧縮力が小さくなる。また、内周面５１１から貫通孔９４までの部分は、支持面３５の法線方向への変形も許容され、内周面５１１と接触する部分における界面の接線Ｌは、内周面５１１の法線方向に対して傾斜する。

　圧縮力Ｆ２は、接線Ｌに平行な分力Ｆ３と、接線Ｌに垂直な分力Ｆ４とに分解することができる。分力Ｆ３は、前記せん断力と同様に、集電材９１１と電極活物質９１２、９１３とをずれさせる力である。分力Ｆ４は、内周面５１１と接触する部分において、集電材９１１と電極活物質９１２、９１３とを互いに接近させる力である。すなわち、分力Ｆ４は、集電材９１１と電極活物質９１２、９１３とを、互いに密着させるように作用する。

　原板９１の主面に沿う方向に対する接線Ｌの傾きが大きくなるほど、分力Ｆ３に対する分力Ｆ４の比率が大きくなる。すなわち、接線Ｌの傾きを大きくするほど、集電材９１１と電極活物質９１２、９１３とを剥離をさせるせん断力が小さくなるのに対して、集電材９１１と電極活物質９１２、９１３とを、互いに密着させる力が大きくなる。換言すると、抜き刃５１の内周面５１１から貫通孔９４が離れていることにより、接線Ｌの傾きを増すことができ、分力Ｆ３に起因して密着力を減少させる効果に対し、分力Ｆ４に起因して密着力を増加させる効果を卓越させることができる。

　このように、本発明を適用して型抜される電極板１５は、圧縮による歪が緩和されるので作用する圧縮応力自体が小さくなり、また圧縮力のうちでせん断力に寄与する分力が小さくなるとともに、圧縮力のうちで集電材と電極活物質とを密着させる分力が大きくなる。したがって、電極活物質９１２、９１３が集電材９１１から剥離することが格段に低減され、電極活物質９１２、９１３が集電材９１１から脱離することが格段に低減される。

　抜き刃５１が片刃により構成されており、内周面５１１が原板９１の略法線方向から原板９１に侵入する。したがって、端部９７側の切断面の変位が小さくなり、圧縮力Ｆ２を減らすことができるので、端部９７における電極活物質９１２、９１３の剥離や脱離を低減することができる。

　抜き刃５１の周方向に着目すると、貫通孔９４が離散的に配置されているので、貫通孔９４の間で原板９１の歪が緩和されやすくなり、圧縮応を弱めることができる。抜き刃５１の内周面５１１に沿って概ね等間隔で並んでいるので、貫通孔９４の間に分散される歪が、抜き刃５１の周方向に蓄積されることが回避され、型抜された電極板１５にゆがみを生じることが回避される。

　貫通孔９４の開口寸法が、孔部３６の開口寸法よりも小さくなっているので、位置ずれ等に起因して貫通孔９４が孔部３６と不測に連通しなくなる不都合が回避される。貫通孔９４の開口寸法が、孔部３６の開口寸法よりも大きい場合と比較すると、上記の不都合を回避可能な点は同様であるが、閉塞部を小面積にすることができる。これにより、閉塞部の剛性を高めることができ、閉塞部が吸引力に負けて塑性変形することによる電極板１５の損傷が回避される。特に、本実施形態では、平面視した１つの孔部３６に対して複数の貫通孔９４が重なるように配置されている。したがって、孔部３６の開口寸法を貫通孔９４の開口寸法よりも大きくすることができるとともに、孔部３６の間隔を広げることができ、孔部３６が設けられている部分の天板３３の強度を確保することが容易になる。

　原板９１が吸引されて固定されるので、原板９１を固定するために原板９１を抜き刃５１から側に押さえる部材を設ける必要性が低くなる。押さえ部材を簡略化あるいは省略することにより、押さえ部材のメンテナンス頻度を低くすること等ができる。また、押さえ部材の一部が脱離して電極板に付着することによる異物の発生を回避することもできる。

　次に、減圧部７４に減圧されることにより生じる原板９１の上下面での圧力差の設定方法の例について説明する、前記圧力差は、例えば型抜された電極板１５が抜き刃５１に同伴しない条件や、貫通孔９４と平面的に重なる部分の原板９１が損傷しない条件を満たすように設定される。

　前者の条件は、簡易なモデルに基づくと以下のようにして求められる。貫通孔９４あたりの吸着力に相当する力Ｆ１は、前記の式（１）で表される。電極板あたりの貫通孔９４の数をｎとすると、電極板あたりの総吸着力Ｆは、下記の式（２）で表される。
　　　　　　　Ｆ＝（Ｐ０－Ｐ１）×Ｓ×ｎ　・・・（２）

　抜き刃５１が、型抜された電極板１５から退去するときに切断面に働く摩擦力Ｆ５とすると、摩擦力Ｆ５よりも総吸着力Ｆが大きくなっていれば、抜き刃５１の退去に伴う電極板１５の同伴を回避可能である。例えば、実験等によりＦ５を求めておき、Ｆ５＜Ｆを満たすように貫通孔９４の数ｎや開口面積Ｓ、減圧部７４による減圧の程度を示す圧力差（Ｐ０－Ｐ１）を設定すればよい。これにより、例えば減圧部７４に減圧されることによる真空度の下限値が求まる。

　後者の条件については、原板９１の材質に基づいて設定される。原板９１の板厚をｔ、貫通孔９４の周長をＬ１とすると、貫通孔９４の縁部にて原板９１の板厚方向に働くせん断力τは、τ＝Ｆ１／ｔ／Ｌ１で表される。原板９１の材質によって、原板９１のヤング率や弾性域などの機械特性が定まる。原板９１の機械特性を用いると、吸引状態で原板９１が貫通孔９４の内側にたわみを生じたときに、電極活物質に割れを生じないたわみの上限値が求まる。また、吸引状態が解除されたときに、型抜された電極板１５に残留歪を生じないたわみ量の上限値を求めることもできる。このような上限値により、例えば減圧部７４に減圧されることによる真空度の上限値が求まる。

［第２実施形態］
　次に、第２実施形態の電極板型抜装置について説明する。第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、抜き刃に対する貫通孔の相対位置を検出する検出部を備えている点、および制御部が検出部の検出結果に基づいて搬送部を制御する点である。

　図１１は、第２実施形態の電極板型抜装置における原板支持部の概略構成を示す分解斜視図である。図１１に示すように本実施形態では、検出部８が原板支持部３Ｂの天板３３に設けられている。シート材９０Ｂには、検出部８により検出可能なアライメントマーク９８が設けられている。シート材９０Ｂは原板９１より幅広であって、シート材９０Ｂと原板９１とが重ならないシート材９０Ｂの側端部にアライメントマーク９８が配置される。また、このアライメントマークは、貫通孔９４の配置パターンに対して所定の相対位置に配置されている。

　検出部８およびアライメントマーク９８の態様としては、公知の検出方法で検出可能なものを適宜選択して採用することができる。例えば、シート材に塗料を付着させてアライメントマークとし、このアライメントマークを光学的に検出するデバイスを検出部として採用することができる。

　本実施形態のアライメントマーク９８は、貫通孔９４と一括して形成された貫通孔により構成されている。図４に示した第１実施形態のシート材９０と同様に、シート材９０Ｂは、支持面３５に沿う方向であって搬送方向の直交方向（Ｘ方向）の寸法が原板９１よりも大きくなっており、前記直交方向で原板９１よりも外側に張出している。アライメントマーク９８は、シート材９０Ｂの原板９１から張出した部分に設けられている。貫通孔９４のグループ（配置パターン）は、原板９１を型抜するピッチで搬送方向に並んでおり、アライメントマーク９８もこのピッチで搬送方向に等間隔に並んでいる。

　検出部８は、例えば受光素子を含んで構成され、検出部８に入射する光を検出する。検出部８は、シート材９０Ｂの搬送に伴ってアライメントマーク９８が天板３３の上を通る経路に配置されている。検出部８の上をアライメントマーク９８が通ると、アライメントマーク９８を通った光が検出部８に検出される。これにより、アライメントマーク９８の位置が検出され、検出部８と抜き刃との相対位置、およびアライメントマーク９８と貫通孔９４との相対位置が既知であることから、抜き刃に対する貫通孔９４の相対位置が検出される。

　天板３３はシート材９０Ｂに近接する部材であり、検出部８が天板３３に設けられているので、アライメントマーク９８を通った光を高精度に検出することができる。結果として、抜き刃に対する貫通孔９４の相対位置を高精度に検出することができる。

　検出部８に検出された検出結果は、制御部２０に出力される。制御部２０は、この検出結果に基づいて、支持面３５を平面視した状態で抜き刃に囲まれる領域内に１つのグループに属する貫通孔９４が収まるように、搬送部６を制御する。搬送部６を制御する方法としては、例えば下記のような方法が挙げられる。

　一つ目の方法では、貫通孔９４が所定の位置に到達するよりも前の時点でアライメントマークが検出されるように、アライメントマークおよび検出部を配置しておく。検出部によりアライメントマークが検出された期間、およびアライメントマークの寸法等に基づいて、実際のシート材の移動速度を算出する。そして、アライメントマークが検出されてからシート材が搬送されるべき距離と、前記移動速度とに基づいて搬送部６による搬送速度を調整する。そして、検出されたアライメントマークに対応する貫通孔９４が所定の位置に配置されるように、搬送部６による搬送を停止させる。

　二つ目の方法は、予め設定された送り幅でシート材９０Ｂが搬送されるときの検出結果と、実際に検出された検出結果とを比較して、送り幅の誤差を減らすように搬送部６の駆動力等を調整する方法である。送り幅の誤差が許容範囲を越えた場合については、搬送ローラー６１～６４を正逆回転させて位置合わせを再度行う方式であってもよいし、誤差が許容範囲を超えたときの型抜領域については型抜を行わないで、誤差に基づいて搬送部６の送り幅を補正し、次の型抜予定領域９５まで搬送を続行する方式であってもよい。

　第２実施形態の電極板型抜装置によれば、制御部２０が検出部８の検出結果に基づいて搬送部６を制御するので、平面視した抜き刃と重ならないように貫通孔９４を高度な位置精度で配置することができる。したがって、支持面３５に沿う方向における所定の位置を吸引状態にすることができ、原板９１において抜き刃５１に接触する部分と支持面３５側に吸着する部分との相対位置を高精度に管理することができる。これにより、例えば搬送部６の駆動部品の経時劣化等に位置精度が影響を受けにくくなり、安定的に電極活物質の剥離や脱離を低減することが可能になる。

　以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。

　電極活物質の剥離や脱離が生じにくい電極板の型抜き（打ち抜き）を行う電極板製造装置を提供することができる。

１・・・電池セル、２・・・電極板型抜装置、３、３Ｂ・・・原板支持部、４・・・駆動部、５・・・抜き型、６・・・搬送部、７・・・圧力調整部、８・・・検出部、１０・・・電池容器、１１・・・容器本体、１２・・・蓋、１３、１４・・・電極端子、１５、１６・・・電極板、１７・・・セパレータ、２０・・・制御部、３１・・・基台、３２・・・箱状体、３３・・・天板、３４・・・凹部、３５・・・支持面、３６・・・孔部（減圧手段）、４１・・・ベース、４２・・・保持部、４３、４４・・・支柱、５０・・・支持基板、５０ａ・・・対向面、５１、５２・・・抜き刃、６１～６４・・・搬送ローラー（搬送部）、７１・・・配管、７２・・・第１の分岐管、７３・・・第２の分岐管、７４・・・減圧部（減圧手段）、７５・・・第１のバルブ、７６・・・第２のバルブ、９０、９０Ｂ・・・シート材、９１・・・原板、９２・・・形成領域、９３・・・非形成領域、９４・・・貫通孔、９５・・・型抜予定領域、９７・・・端部、９８・・・アライメントマーク、１５０・・・母部、１５１・・・電極タブ、１５２・・・集電材、１５３・・・電極活物質、１５４・・・形成領域、１５５・・・非形成領域、１６１・・・電極タブ、５１１・・・内周面、５１２・・・外周面、５１３・・・刃先、９１１・・・集電材、９１２、９１３・・・電極活物質、Ｆ・・・総吸着力、Ｆ１・・・力、Ｆ２・・・圧縮力、Ｆ３・・・分力、Ｆ４・・・分力、Ｆ５・・・摩擦力、Ｇ・・・ガス、Ｌ・・・接線、Ｓ・・・開口面積、Ｓ１～Ｓ７、Ｓ４１～Ｓ４３・・・ステップ、ｔ０～ｔ４・・・時間、ΔＹ・・・送り幅

Claims

　電極板の原板を支持面にて支持可能な原板支持部と；
　前記原板支持部に刃先を向けて配置された抜き刃を進退可能に駆動する駆動部と；
　前記駆動部により前記抜き刃が前記原板支持部に向かって進出しているときに、前記支持面上の前記原板を吸引する圧力調整部と；
　を有する電極板製造装置。
　前記支持面に当接して配置され、前記抜き刃よりも硬度が低い材質からなり、前記支持面を平面視した状態で前記抜き刃と重ならないように配置される複数の貫通孔が形成されたシート材；
　をさらに有し、
　前記原板支持部は、前記貫通孔と連通可能な孔部を備え；
　前記圧力調整部は、前記連通した前記貫通孔及び前記孔部を介して前記吸引を行う；
　請求項１に記載の電極板製造装置。
　前記複数の貫通孔は、前記抜き刃が前記進出して前記原板を前記電極板の形状に打ち抜く際に、前記支持面を平面視した状態で前記打ち抜かれる前記原板の内側の領域に前記形状に沿って配置されている；
　請求項２に記載の電極板製造装置
　前記原板を搬送する第１の搬送部と；
　前記シート材を搬送する第２の搬送部と；
　前記第１および第２の搬送部の搬送を制御する制御部と；
　をさらに有し、
　前記シート材にはアライメントマークが配置され；
　前記制御部は前記アライメントマークを検出することで前記第１および第２の搬送部を制御して前記連通を行う；
　請求項３に記載の電極板製造装置。