特許 6244932 蓄電装置の製造装置及び蓄電装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6244932

(24)【登録日】2017年11月24日

(45)【発行日】2017年12月13日

(54)【発明の名称】蓄電装置の製造装置及び蓄電装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/04 20060101AFI20171204BHJP

   H01M 2/26 20060101ALI20171204BHJP

   H01M 4/64 20060101ALI20171204BHJP

   H01M 4/04 20060101ALI20171204BHJP

   H01G 13/00 20130101ALI20171204BHJP

【ＦＩ】

   H01M10/04 Z

   H01M2/26 A

   H01M4/64 A

   H01M4/04 A

   H01G13/00 381

   H01G13/00 391G

【請求項の数】6

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-8428(P2014-8428)

(22)【出願日】2014年1月21日

(65)【公開番号】特開2015-138610(P2015-138610A)

(43)【公開日】2015年7月30日

【審査請求日】2016年6月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100176245

【弁理士】

【氏名又は名称】安田 亮輔

(72)【発明者】

【氏名】小森 隆史

【審査官】 山内 達人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−３４３３５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０６５５１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１３８２８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０３８５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２５８０６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１２３５８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１２７１２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０００８９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 吉田弘美，現実的なかす上がり対策例 「かす上がり対策マトリックス」の使い方，プレス技術，２０１０年，第４８巻 第１０号，ｐｐ. １８−１９

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ １０／０４

Ｈ０１Ｍ １０／０５８

Ｈ０１Ｍ ２／２６

Ｈ０１Ｍ ４／６４

Ｈ０１Ｍ ４／０４

Ｈ０１Ｇ １３／００

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属箔の縁に突出するタブを有する電極を備えた蓄電装置の製造装置であって、
前記タブの形状に対応する形状の溝部が形成された上刃を有する上型と、
前記上刃が上下方向に通過可能な孔部と、前記孔部側に突出し前記溝部の形状に対応する形状の突起とを含み、前記金属箔が載置されて、前記上刃が下降して前記孔部を通過することにより前記溝部が前記突起の周囲を通過して前記金属箔を打ち抜いて前記タブを形成する下刃を有する下型と、を備え、
前記上刃の前記溝部の周縁部には、当該周縁部に沿って配列されて前記上刃から下型側に突出可能な複数のピンが設けられている、蓄電装置の製造装置。

【請求項2】

前記タブは矩形であり、前記上刃の溝部はコ字状をなしており、
前記複数のピンの少なくとも一部は、前記溝部の底部側に設けられている、請求項１に記載の蓄電装置の製造装置。

【請求項3】

前記複数のピンは、前記溝部の３辺に沿って配列されている、請求項２に記載の蓄電装置の製造装置。

【請求項4】

前記複数のピンは、前記タブの突出方向に沿って前記溝部の両側部において対称に位置するように配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電装置の製造装置。

【請求項5】

金属箔の縁に突出するタブを有する電極を備えた蓄電装置の製造方法であって、
前記タブの形状に対応する形状の溝部が形成された上刃を有する上型と、前記上刃が上下方向に通過可能な孔部と前記孔部側に突出し前記溝部の形状に対応する形状の突起とを含む下刃を有する下型とを用い、前記上刃を下降させて前記孔部を通過させることにより前記溝部が前記突起の周囲を通過して前記下刃に載置された前記金属箔を打ち抜いて前記タブを形成する打抜き工程と、
前記打抜き工程と同時に又は前記打抜き工程の後に、前記溝部の周縁部に沿って配列された複数のピンを、前記上刃から前記下型側に突出させるピン突出工程と、
を含む、蓄電装置の製造方法。

【請求項6】

前記複数のピンは、前記タブの突出方向に沿って前記溝部の両側部において対称に位置するように配置されている、請求項５に記載の蓄電装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蓄電装置の製造装置及び蓄電装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

リチウムイオン二次電池等の蓄電装置には、本体部及び本体部から突出するタブ部を有する電極が用いられる。従来、この電極は、導電箔の表面の一部に活物質層を形成したシートを用意し、当該シートを、型抜きや打抜きすること等により製造されていた。この場合、主として活物質層が形成されていない部分がタブ部となり、主として活物質層が形成された部分が本体部となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−２０４６１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の方法では、電極を抜く際に、電極のタブ部分等に切抜き片が引っ掛かって落ちなかったり、抜き終わった後切抜き片が上型につれて持ち上がったりする場合がある。

【0005】

本発明は、電極に切抜き片が引っ掛かって落ちなかったり、切抜き片が上型につれて持ち上がったりすることを防止し、電極の製造効率を向上することができる蓄電装置の製造装置及び蓄電装置の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る蓄電装置の製造装置は、金属箔にタブが形成された電極を備えた蓄電装置の製造装置であって、タブの形状に対応する溝部が形成された上刃を有する上型と、金属箔が載置されて、上刃との協働により金属箔を打ち抜いて電極を形成する下刃を有する下型と、を備え、上型の溝部の周縁部には、下型側に向けて突出可能なピンが設けられている。

【0007】

この蓄電装置の製造装置によれば、下型側に向けて突出可能なピンが上型の溝部の周縁部に設けられていることで、ピンが下型側に突出して切抜き片を押し下げ、電極に引っ掛かった切抜き片を落としやすくなる。よって、電極に切抜き片が引っ掛かって落ちなかったり、切抜き片が上型につれて持ち上がったりすることが防止され、電極の製造効率を向上できる。

【0008】

また、上記蓄電装置の製造装置において、タブは矩形であり、上刃の溝部はコ字状をなしており、ピンは、溝部の底部側に設けられている。この構成によれば、コ字状をなす溝部の底部側に設けられたピンにより、タブの先端側に対応する部分が押される。よって、電極のタブ部に引っ掛かった切抜き片を落としやすくすることができる。

【0009】

また、本発明に係る蓄電装置の製造方法は、端子電極に接続されるタブを縁に有するタブ付電極を備えた蓄電装置の製造方法であって、タブの形状に対応する溝部が形成された上刃を有する上型と、下刃を有する下型との協働により、下型に載置された金属箔を打ち抜いてタブ付電極を形成する打抜き工程と、溝部の周縁部に設けられたピンを下型側に突出させるピン突出工程と、を含む。

【0010】

この蓄電装置の製造方法によれば、下型側に向けて突出可能なピンが上刃の溝部の周縁部に設けられていることで、ピンが下型側に突出して切抜き片を押し下げ、電極に引っ掛かった引抜き片を落としやすくなる。よって、電極に切抜き片が引っ掛かって落ちなかったり、切抜き片が上型につれて持ち上がったりすることが防止され、電極の製造効率を向上できる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、電極に切抜き片が引っ掛かって落ちなかったり、切抜き片が上型につれて持ち上がったりすることが防止され、蓄電装置用電極の製造効率を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係る蓄電装置の分解斜視図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る蓄電装置の電極の製造方法を示すフロー図である。

【図3】（a）〜（c）は、本発明の一実施形態に係るカット工程を示す図である。

【図4】（a）〜（c）は、本発明の一実施形態に係る打抜き工程を示す模式図である。

【図5】（a）及び（b）は、図４（c）のＡ−Ａ断面図であり、ピンの突出工程を示す模式図である。

【図6】（a）及び（b）は、図４中の上型及び下型を示す模式図である。

【図7】図５中の上刃及びピンを示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

【0014】

図１は、本発明の一実施形態に係る蓄電装置の製造装置により製造された蓄電装置の分解斜視図である。図１に示されるように、蓄電装置１は、ケース３と、ケース３に収容された電極組立体５と、電極組立体５の周囲に設けられている絶縁シート８と、を備える。

【0015】

電極組立体５は、それぞれシート状である複数の正極１２及び複数の負極２２が、セパレータを介して交互に積層されることにより形成される。正極１２及び負極２２は、それぞれ活物質が担持されている本体部（図示せず）と、活物質が担持されていないタブ１８，２８と、を備える。

【0016】

図１に示されるように、正極１２は、その縁に突出するタブ１８を有している。図１では、タブ１８は、集約されて折り曲げられている。正極１２はタブ１８を介して導電部材１０に接続されている。タブ１８と導電部材１０とは、例えば超音波溶接により接合されている。導電部材１０は、正極端子（端子電極）ＰＥに接続される。正極端子ＰＥは、絶縁リング１４を介してケース３に取り付けられている。

【0017】

負極２２は、その縁に突出するタブ２８を有している。図１では、タブ２８は、集約されて折り曲げられている。負極２２はタブ２８を介して導電部材２０に接続されている。タブ２８と導電部材２０とは、例えば超音波溶接により接合されている。導電部材２０は、負極端子（端子電極）ＮＥに接続される。負極端子ＮＥは、絶縁リング２４を介してケース３に取り付けられている。

【0018】

ケース３内には電解液が充填されている。電解液としては、例えば有機溶媒又は非水系の電解液等が挙げられる。

【0019】

次に、本発明の一実施形態の蓄電装置の製造装置を説明する。本実施形態では、電極（正極及び負極）を製造する装置について説明する。電極組立体５、ケース３又は蓄電装置の組み立て等に関する製造装置は、特に限定されないが、公知技術から選択することができる。本実施形態により製造された電極は、リチウムイオン二次電池以外の蓄電装置に適用されてもよい。例えば、電極は、電気二重層キャパシタ等に適用されてもよい。

【0020】

図３及び図４に示されるように、本実施形態の蓄電装置の製造装置１００は、金属箔６３（図３（c）参照）にタブ１８，２８が形成されてなる電極１２，２２を備えた蓄電装置１の製造装置である。蓄電装置の製造装置１００は、上刃３１を有する上型３０と、下刃４１を有する下型４０とを備える。上刃３１には、タブ１８，２８の形状に対応する溝部３３が形成されている。下刃４１には、金属箔６３が載置される。上刃３１と下刃４１との協働により、金属箔６３が打ち抜かれて電極１２，２２が形成される。

【0021】

図４及び図６に示されるように、上型３０は、フレーム３８に対し上下方向に移動可能に連結された上型ホルダ３２と、上型ホルダ３２の下側に設けられた上刃３１とを有する。初期状態において、たとえば、上刃３１の底面は上型ホルダ３２の底面より上方に位置している。上刃３１は、上型ホルダ３２に設けられた図示しない駆動手段及び案内手段により、上型ホルダ３２に対して上下方向に移動可能になっている。上型ホルダ３２は、上刃３１を下方に移動させて、上刃３１の底面を上型ホルダ３２の底面より下方に突出させる。

【0022】

下型４０は、フレーム３８に固定された下型ホルダ４２と、下型ホルダ４２の上側に設けられた下刃４１とを有する。たとえば、下刃４１の上面は下型ホルダ４２の上面に一致している。下型ホルダ４２はベース４３に固定されて支持されている。下刃４１は、上刃３１が上下方向に通過可能な孔部４４を有する。

【0023】

上型３０の上刃３１と下型４０の下刃４１とは、金属箔６３が打ち抜かれる際に互いに接触する接触部３４と接触部４６とをそれぞれ有している。接触部３４と接触部４６とは、互いに隙間なく合わさる形状をなしている。

【0024】

上刃３１は、接触部３４の一部を成すコ字状の溝部３３を有する。下刃４１は、接触部４６の一部を成して、孔部４４側に突出する矩形状の突起４５を有する。突起４５の形状は溝部３３の形状に対応している。溝部３３は、上刃３１が下降して孔部４４内に進入する際、突起４５の周囲を通過する。

【0025】

金属箔６３に対する打ち抜き動作について説明すると、図４に示されるように、上型ホルダ３２と上刃３１とが一緒に下降する。上型ホルダ３２が下型ホルダ４２上に接触すると、上刃３１が引き続き下降し、下刃４１の孔部４４を通過する（図６（a）の破線参照）。上刃３１の下降に伴い、下刃４１の上面に載置された金属箔６３が上刃３１の接触部３４と下刃４１の接触部４６とによって打ち抜かれる。このとき、溝部３３と突起４５とによって、金属箔６３にタブが形成される。突起４５は、金属箔６３のタブが形成される部分を下から支持する。

【0026】

上刃３１が下刃４１の孔部４４を通過するとき、上刃３１の底面が下刃４１の底面より低いところまで下降してもよいし、上刃３１の底面が下刃４１の上面と底面との間まで下降してもよい。

【0027】

図５及び図６に示されるように、上刃３１は、さらに下型側に向けて突出可能に設けられているピン５５を有する。

【0028】

図７に示されるように、ピン５５は、上刃３１を上下方向で貫通する貫通孔５２の中で摺動可能に挿入されている。ピン５５は、図６の（a）及び（b）に示されるように、上刃３１の溝部３３の周縁部に設けられている。より詳しくは、複数のピン５５が、タブ部６８の外周すなわち３辺に沿って配列されている。ピン５５の上方には、ピン５５に連結されてピン５５を突出させることが可能な押し出し手段５０が設けられている。

【0029】

押し出し手段５０は、ピン５５の中に上下方向に設けられているバネ５３と、貫通孔５２の上方に離間して配置されて形成されているカバー部５１と、カバー部５１と上刃３１の上面とを連結するホルダ５６と、一端がカバー部５１に連結され、他端がバネ５３の上端に連結された連結バー５４と、を有する。バネ５３の下端はピン５５の底面に連結され、上端は連結バー５４に連結されている。バネ５３は、ピン５５を初期位置（図７（a）参照）に付勢する。カバー部５１は、平面視で貫通孔５２を覆うように形成されている。

【0030】

ホルダ５６は、カバー部５１の下面と上刃３１の上面との間で、ピン５５を囲むように形成されている。ホルダ５６の上面はカバー部５１の下面に密接されている。ホルダ５６の下面は、上刃３１の上面に密接されている。ホルダ５６の側面にはエアを吹き込むことが可能な孔５７が形成されている。

【0031】

図５（a）及び（b）は、図４（ｃ）のＡ−Ａ図である。図５（a）及び（b）に示されるように、上刃３１と下刃４１との協働により金属箔６３を打ち抜く際、孔５７にエア供給装置８０からエアを吹き込むことにより、バネ５３が伸長し、ピン５５が下方へ押し出される。これにより、ピン５５を上刃３１の底面から突出させる。よって、図５（a）及び（b）に示されるように、切抜き片６５が落とされる。ここで、エア供給装置８０は、例えばコンプレッサ及び自動弁等を有している。

【0032】

以上説明した蓄電装置の製造装置１００では、上型３０を下降させ、上刃３１と下刃４１とが協働することにより、上刃３１の溝部３３が下刃４１の孔部４４を通過され、金属箔６３にタブ１８，２８が形成される。よって、蓄電装置の電極を製造する。

【0033】

このとき、押し出し手段５０の孔５７にエア供給装置８０からエアを吹き込むことにより、図５に示されるように、ピン５５が上刃３１の底面から突出される。よって、金属箔６３の切抜き片６５が落とされる。これにより、金属箔６３に引っ掛かった切抜き片６５を落としやすくなるので、電極に切抜き片６５が引っ掛かって落ちなかったり、切抜き片６５が上型３０につれて持ち上がったりすることが防止され、電極の製造効率を向上できる。

【0034】

以下、本実施形態の蓄電装置の製造方法について説明する。

【0035】

図２は、蓄電装置１の製造方法の一部として、リチウムイオン二次電池の電極の製造方法を示したフロー図である。図２に示されるように、この製造方法は、塗工工程Ｓ１０、乾燥工程Ｓ１２、カット工程Ｓ１４、打抜き工程Ｓ１６、ピンの突出工程Ｓ１８を含む。

【0036】

（塗工工程）
塗工工程Ｓ１０では、図３（a）に示されるように、電極ペーストを帯状の金属箔シート６０の塗工面に間欠的に塗工して塗工部６１を形成する。電極ペーストは、活物質（正極活物質又は負極活物質）を含んでいる。

【0037】

（乾燥工程）
塗工部６１が形成された後、その上の電極ペーストを乾燥させて活物質層が間欠的に形成された金属箔シート６０を形成する。

【0038】

（カット工程）
カット工程Ｓ１４では、図３（b）に示されるように、金属箔シート６０をその両側で長辺方向Ｘの切断線Ｈに沿って切断した後、金属箔シート６０の長辺に略垂直な幅方向Ｙの切断線Ｚに沿って塗工部６１をそれぞれ切断して金属箔６３を形成する。両側の切断線Ｈは、長辺方向Ｘにおける塗工部６１の辺より中央寄りに位置する。切断線Ｚは、本体部形成部６４のタブ形成部６７と反対する側にある。

【0039】

図３（c）に示されるように、金属箔６３は、電極の本体部を形成する本体部形成部６４と、電極のタブを形成するタブ形成部６７と、を有する。本体部形成部６４には、活物質が塗工されている。タブ形成部６７は、タブ部６８及び切抜き片６５に相当する。

【0040】

（打抜き工程）
カット工程Ｓ１４で得られた金属箔６３に対する打抜き工程Ｓ１６について説明すると、図４に示されるように、上型ホルダ３２と上刃３１とが一緒に下降する。上型ホルダ３２が下型ホルダ４２上に接触すると、上刃３１が引き続き下降し、下刃４１の孔部４４を通過する（図６（a）の破線参照）。上刃３１の下降に伴い、下刃４１の上面に載置された金属箔６３が上刃３１の接触部３４と下刃４１の接触部４６とによって打ち抜かれる。このとき、溝部３３と突起４５とによって、金属箔６３にタブが形成される。

【0041】

（ピンの突出工程）
ピンの突出工程Ｓ１６では、図５（a）及び（b）に示されるように、上刃３１と下刃４１との協働により金属箔６３を打ち抜く際、孔５７にエア供給装置８０からエアを吹き込むことにより、ピン５５が下方へ押し出される。これにより、ピン５５を上刃３１の底面から突出させる。よって、切抜き片６５が押し下げられ、金属箔６３から落とされる。突出されたピン５５は、エアの供給が終了すると、バネ５３の復元力により貫通孔５２に戻される。

【0042】

ピン５５が突出するタイミングについて説明すると、図５（a）に示されるように、上刃３１の底面と下刃４１の上面が略一致する際、ピン５５が突出されてもよいし、図５（b）に示されるように、上刃３１の底面が下刃４１の上面より下方にある時点で、ピン５５が突出されてもよい。

【0043】

以上説明した蓄電装置の製造装置１００及び蓄電装置の製造方法によれば、金属箔シート６０をカットして形成された金属箔６３に対して、溝部３３を有する上刃３１と孔部４４を有する下刃４１との協働により、下型４０の上面に乗せられた金属箔６３を打ち抜き、金属箔６３から切抜き片６５を落とすことで、電極を製造する。

【0044】

このとき、上刃３１に設けられている押し出し手段５０の孔５７に、エア供給装置８０からエアを吹き込む。これにより、ピン５５が上刃３１の底面から突出される。よって、タブ部６８の周辺の切抜き片６５は、突出されたピン５５により下方へ押され、落ちやすくなる。これにより、電極に切抜き片６５が引っ掛かって落ちなかったり、切抜き片６５が上型３０につれて持ち上がったりすることが防止され、電極の製造効率を向上することができる。

【0045】

また、電極のタブ１８，２８は矩形であり、上刃３１の溝部３３はコ字状をなしており、ピン５５は、溝部３３の底部３５の周縁部に設けられているため、この場合、溝部３３の底部３５側に設けられているピン５５が突出されることにより、電極のタブ部６８に引っ掛かった切抜き片６５を落としやすくすることができる。

【0046】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。たとえば、ピン５５の平面的な配置について、上記実施形態では溝部の周縁部に分布されているが、上刃３１の接触部３４に沿ういずれかの位置に分布されてもよい。

【0047】

ピンの突出方法を適宜変更してもよい。たとえば、ピン５５を上から直接に押圧することで突出させてもよい。この場合、たとえば、一端がカバー部５１に連結され、他端がピン５５に直接連結される連結バーを設け、上からカバー部５１を押すことにより、連結バーによりピン５５を下方へ押し出し、上刃３１の底面から突出させる。これにより、金属箔６３の切抜き片６５が押し下げられ、タブ部６８から離れるようになる。

【0048】

上刃３１の形を適宜変更してもよい。たとえば、上刃３１には、タブを形成する溝部３３だけでなく、電極の本体部を形成する凹部を有してもよい。

【0049】

上記実施形態では、塗工工程Ｓ１０において矩形状の塗工部６１を形成するが、塗工部６１は、電極の本体部が形成可能な形状・サイズであればよい。塗工部６１同士の間隔は電極のタブを形成できるようなサイズであれば、特に限定されない。

【符号の説明】

【0050】

１…蓄電装置、１２…正極、２２…負極、１８，２８…タブ、３０…上型、３１…上刃、３３…溝部、４０…下型、４１…下刃、５０…押し出し手段、５５…ピン、６３…金属箔、１００…蓄電装置の製造装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】