特許 6402308 電極積層体における電極板の位置ずれ検出方法およびその装置

(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】6402308

(24)【登録日】2018年9月21日

(45)【発行日】2018年10月10日

(54)【発明の名称】電極積層体における電極板の位置ずれ検出方法およびその装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/04 20060101AFI20181001BHJP

   H01M 4/66 20060101ALI20181001BHJP

   H01M 2/26 20060101ALI20181001BHJP

【ＦＩ】

   H01M10/04 Z

   H01M4/66 A

   H01M2/26 A

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-569358(P2016-569358)

(86)(22)【出願日】2016年1月12日

(86)【国際出願番号】JP2016050682

(87)【国際公開番号】WO2016114257

(87)【国際公開日】20160721

【審査請求日】2017年7月12日

(31)【優先権主張番号】特願2015-4462(P2015-4462)

(32)【優先日】2015年1月13日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】507317502

【氏名又は名称】エリーパワー株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】391017540

【氏名又は名称】東芝ＩＴコントロールシステム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101236

【弁理士】

【氏名又は名称】栗原 浩之

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 尋史

(72)【発明者】

【氏名】坂田 卓也

(72)【発明者】

【氏名】篠原 正治

(72)【発明者】

【氏名】小湊 宏

(72)【発明者】

【氏名】山影 陽平

【審査官】 冨士 美香

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１８７１９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０４０３７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１１１１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２２２０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１６４６２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０３９０１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ １０／０４

Ｈ０１Ｍ ２／２６

Ｈ０１Ｍ ４／６６

Ｈ０１Ｍ １０／０５８

Ｈ０１Ｍ ６／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アルミ箔で形成した正電極シートの両面上にそれぞれ正極活物質を塗布して形成した正電極板と、他の金属箔で形成した負電極シートの両面上にそれぞれ負極活物質を塗布して形成した負電極板と絶縁体のセパレータを介して交互に積層した電極積層体の前記セパレータの幅方向の一端面から突出する前記正極活物質の未塗工部分である前記アルミ箔の正極側接続部を含む前記電極積層体の一端面側の所定の領域に向けてＸ線を照射してＸ線画像を撮像するとともに、前記Ｘ線画像に前記アルミ箔が写らないように前記Ｘ線の強度を調整し、
前記Ｘ線画像における前記正極側接続部との境界である正極活物質の塗工端の位置と、前記一端面側の負電極板の端面の位置とを特定し、前記塗工端の位置と、前記一端面側の負電極板の端面の位置に基づき前記正電極板と前記負電極板との位置ずれを検出することを特徴とする電極積層体における電極板の位置ずれ検出方法。

【請求項2】

請求項１に記載する電極板の位置ずれ検出方法において、
前記Ｘ線は、Ｘ線管における管電圧を７０ｋＶ以上、管電流を２８０μＡ以上として得る強度であることを特徴とする電極積層体における電極板の位置ずれ検出方法。

【請求項3】

アルミ箔で形成した正電極シートの両面上にそれぞれ正極活物質を塗布して形成した正電極板と、他の金属箔で形成した負電極シートの両面上にそれぞれ負極活物質を塗布して形成した負電極板とを絶縁体のセパレータを介して交互に積層した電極積層体における電極板の位置ずれ検出装置において、
前記電極積層体の前記セパレータの幅方向の一端面から突出する前記正極活物質の未塗工部分である前記アルミ箔を挟んで配設されたＸ線照射部及びＸ線検出部と、演算処理部と、を有するとともに、
前記Ｘ線照射部は、前記電極積層体の前記セパレータの幅方向の一端面から突出する前記正極活物質の未塗工部分である前記アルミ箔の正極側接続部を含む前記電極積層体の一端面側の所定の領域に前記アルミ箔を透過する強度のＸ線を照射し、
前記Ｘ線検出部は、照射された前記Ｘ線を入射して前記所定の領域の画像を表すＸ線画像信号を生成し、
前記演算処理部は、前記Ｘ線画像信号に基づき、前記正極側接続部との境界である正極活物質の塗工端の位置と、前記一端面側の負電極板の端面の位置とを特定し、前記一端面側の塗工端の位置と、前記負電極板の端面の位置に基づき正電極板と負電極板との前記電極積層体との位置ずれを検出する演算処理部を内蔵していることを特徴とする電極積層体における電極板の位置ずれ検出装置。

【請求項4】

請求項３に記載する電極積層体における電極板の位置ずれ検出装置において、
前記Ｘ線照射部においてＸ線を照射するＸ線管は、管電圧を７０ｋＶ以上、管電流を２８０μＡ以上としたことを特徴とする電極積層体における電極板の位置ずれ検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は電極積層体における電極板の位置ずれ検出方法およびその装置に関し、特にスタック型のリチウムイオン電池の製造工程に適用して有用なものである。

【背景技術】

【0002】

リチウムイオン二次電池の一種として、正電極板と負電極板とを絶縁体のセパレータを介して交互に積層したスタック構造の電極積層体がある。

【0003】

図４はスタック構造のリチウムイオン二次電池の正電極板を示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図、図５は負電極板を示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。図４に記載する通り、正電極板１は、正電極シート３の両面上にそれぞれ正極活物質５を塗布して形成してあり、その端部（図４では左端部）には正極接続端子（図示せず）に接続するための正極側接続部７が形成されている。正極側接続部７は正極活物質５が塗布されていないタブとなっている。正電極シート３は、電気伝導性を有し、表面上に正極活物質５を塗布することができれば、特に限定されないが、アルミ箔が汎用されている。

【0004】

一方、図５に示すように、負電極板２は、負電極シート４の両面上にそれぞれ負極活物質６を塗布して形成してあり、その端部（図５では右端部）には負極接続端子（図示せず）に接続するための負極側接続部８が形成されている。負極側接続部８は負極活物質６が塗布されていないタブとなっている。負電極シート４は、電気伝導性を有し、表面上に負極活物質６を塗布することができれば、特に限定されないが、銅箔が汎用されている。

【0005】

かかる正、負電極板１、２は、図６に示すように、例えば、ジグザグ折りした絶縁体のセパレータ９を挟んで相対向するようにセパレータ９の各谷溝９Ａに挿入され、その後上下方向から押圧して図７に示すスタック状の電極積層体Ｉに成型される。

【0006】

かかる電極積層体Ｉにおいて、セパレータ９の幅方向の一端部から突出する複数の正極側接続部７およびセパレータ９の他端部から突出する複数の負極側接続部８は、次工程で図示されていない正極接続端子および負極接続端子と接続される。

【0007】

ところで、電極積層体Ｉにおける正電極板１と負電極板２間の積層状態でのズレは、例えば電極間でのショート等、種々の問題を生起する原因となる。そこで、各正電極板１と負電極板２との間のズレ量が規定値内に収まるように品質を管理する必要がある。

【0008】

この点に鑑み、従来からＸ線を利用して非破壊検査で電極積層体Ｉにおける電極板（正電極板１と負電極板２）の位置ずれを検出する位置ずれ検出が行われている。

【0009】

図８は従来技術に係るＸ線を利用した位置ずれ検出の態様を概念的に示す図であり、（ａ）は平面的に見た模式図、（ｂ）は端面側から見た模式図である。両図に示すように、セパレータ９の一端面側の所定のＡ領域（正極側接続部７と正極活物質５との境界部分を含む領域）において電極積層体Ｉの幅方向（図中のＹ軸方向）にＸ線を照射することにより得るＸ線画像に基づき負電極板２の正極側の端部の位置（負極側接続部８の反対側における負極電極端位置（負極活物質６の塗工端））を検出する。同時に、セパレータ９の他端面側の所定のＢ領域（負極側接続部８と負極活物質６との境界部分を含む領域）において、同様に電極積層体Ｉの幅方向（図中のＹ軸方向）にＸ線を照射することにより得るＸ線画像に基づき正電極板１の負極側の端部の位置（正極側接続部７の反対側における正極電極端位置（正極活物質５の塗工端））を検出する。このようにして求めた、負電極板２の正極側接続部７側の端部の位置、正電極板１の負極側接続部８側の端部の位置、正極側接続部７の端部の位置、負極側接続部８の端部の位置等の情報から演算により積層される正電極板１間の距離、積層される負電極板２間の距離、積層される正電極板１と負電極板２との距離を求め、設計値として与えられる基準値と比較して正電極板１と負電極板２との位置ずれを検出する。

【0010】

なお、Ｘ線を利用して電極板の位置を検出する点を開示する公知文献として特許文献１がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２０１１−０３９０１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

しかしながら、上述の如き従来技術に係る検査方法では、正、負電極板１，２の両端部において２回の同様の検査を行なう必要があり、当然のことながら、検査のタクトタイムが長くなるという問題を有していた。そこで、正、負電極板１，２の何れか一方の端部に対するＸ線による検査で必要な位置の情報を得ることを試みた。具体的には、Ａ領域（正極側接続部７側）にＸ線照射することで、正極側のタブである正極側接続部７の先端と、負電極板２における負極側のタブと反対側の端部との距離あるいは、Ｂ領域（負極側接続部８側）にＸ線照射して、負極側のタブである負極側接続部８の先端と、正電極板１における正極側のタブと反対側の端部との距離を検出して位置ずれの検出の可否を調べた。この結果、正極側接続部７はアルミ箔であり、負極側接続部８は銅箔であるので、ともに剛性に乏しく先端部が垂れ下がってしまう。この結果、所望の精度での距離検出は困難であることが判明した。また、一方の電極板における活物質層とタブ部との境界位置と他方の電極板におけるタブと反対側の端部との距離を検出するにしても、Ｘ線画像におけるタブ部と活物質層との境目を検出することが困難であった。ただ、試行錯誤する中で、検査用のＸ線の強度を増大させた場合、アルミ箔で形成された正極側接続部７のＸ線画像は、所定のＡ領域の全体的なＸ線画像から除去する（Ｘ線画像としては残さない）ことが可能であるという新たな知見を得た。

【0013】

そこで、Ｘ線の強度を増加させてアルミ箔で形成された正極側接続部７のＸ線画像を消すことにより、所定のＡ領域のＸ線画像だけで位置ずれを検出することに思い至った。

【0014】

本発明は、上記知見に基づき、電極板の一端部のＸ線画像情報のみで電極板の位置ずれを適切かつ高精度に検出することにより当該検査のタクトタイムを短縮することができる電極積層体における電極板の位置ずれ検出方法およびその装置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】

【0015】

上記目的を達成する本発明の第１の態様は、アルミ箔で形成した正電極シートの両面上にそれぞれ正極活物質を塗布して形成した正電極板と、他の金属箔で形成した負電極シートの両面上にそれぞれ負極活物質を塗布して形成した負電極板と絶縁体のセパレータを介して交互に積層した電極積層体の前記セパレータの幅方向の一端面から突出する前記正極活物質の未塗工部分である前記アルミ箔の正極側接続部を含む前記電極積層体の一端面側の所定の領域に向けてＸ線を照射してＸ線画像を撮像するとともに、前記Ｘ線画像に前記アルミ箔が写らないように前記Ｘ線の強度を調整し、前記Ｘ線画像における前記正極側接続部との境界である正極活物質の塗工端の位置と、前記一端面側の負電極板の端面の位置とを特定し、前記塗工端の位置と、前記一端面側の負電極板の端面の位置に基づき前記正電極板と前記負電極板との位置ずれを検出することを特徴とする電極積層体における電極板の位置ずれ検出方法にある。

【0016】

本態様によれば、電極積層体の幅方向の一端側である正極側の一箇所でＸ線画像を得ているので、電極板の位置ずれ検査におけるタクトタイムを従来より短縮することができる。ここで、検査に当たって基準としている位置には、正極側接続部との境界である正極活物質の塗工端および負電極板の正極側接続部の側の端面が含まれる。すなわち、何れもリジッドな部位の位置であるばかりでなく、かかる位置検出のノイズとなる可能性があるアルミ箔である正極側接続部はＸ線画像から除去することで、検出基準となる位置をＸ線画像上で明確に特定できるので、位置ずれも正確に検出することができる。

【0017】

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する電極板の位置ずれ検出方法において、前記Ｘ線は、Ｘ線管における管電圧を７０ｋＶ以上、管電流を２８０μＡ以上として得る強度であることを特徴とする電極積層体における電極板の位置ずれ検出方法にある。

【0018】

本態様によれば、アルミ箔である正極側接続部を所定のＸ線画像から確実に除去することができる。

【0019】

本発明の第３の態様は、アルミ箔で形成した正電極シートの両面上にそれぞれ正極活物質を塗布して形成した正電極板と、他の金属箔で形成した負電極シートの両面上にそれぞれ負極活物質を塗布して形成した負電極板とを絶縁体のセパレータを介して交互に積層した電極積層体における電極板の位置ずれ検出装置において、前記電極積層体の前記セパレータの幅方向の一端面から突出する前記正極活物質の未塗工部分である前記アルミ箔を挟んで配設されたＸ線照射部及びＸ線検出部と、演算処理部と、を有するとともに、前記Ｘ線照射部は、前記電極積層体の前記セパレータの幅方向の一端面から突出する前記正極活物質の未塗工部分である前記アルミ箔の正極側接続部を含む前記電極積層体の一端面側の所定の領域に前記アルミ箔を透過する強度のＸ線を照射し、前記Ｘ線検出部は、照射された前記Ｘ線を入射して前記所定の領域の画像を表すＸ線画像信号を生成し、前記演算処理部は、前記Ｘ線画像信号に基づき、前記正極側接続部との境界である正極活物質の塗工端の位置と、前記一端面側の負電極板の端面の位置とを特定し、前記一端面側の塗工端の位置と、前記負電極板の端面の位置に基づき正電極板と負電極板との前記電極積層体との位置ずれを検出する演算処理部を内蔵していることを特徴とする電極積層体における電極板の位置ずれ検出装置にある。

【0020】

本態様によれば、電極積層体の幅方向の一端側である正極側の一箇所に相対向して配設されたＸ線照射部およびＸ線検出部で所定のＸ線画像を得ているので、電極板の位置ずれ検査におけるタクトタイムを従来より短縮することができる。ここで、検査に当たってＸ線検出部における演算処理部でのズレ量の基準としている位置には、正極側接続部との境界である正極活物質の塗工端および負電極板の正極側の端面が含まれる。すなわち、何れもリジッドな位置であるばかりでなく、かかる位置検出のノイズとなる可能性があるアルミ箔である正極側接続部はＸ線画像から除去することで、検出基準となる位置をＸ線画像上で明確に特定できるので、ズレ量も正確に検出することができる。

【0021】

本発明の第４の態様は、第３の態様に記載する電極積層体における電極板の位置ずれ検出装置において、前記Ｘ線照射部においてＸ線を照射するＸ線管は、管電圧を７０ｋＶ以上、管電流を２８０μＡ以上としたことを特徴とする電極積層体における電極板の位置ずれ検出装置にある。

【0022】

本態様によれば、アルミ箔である正極側接続部を所定のＸ線画像から確実に除去することができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、電極積層体の幅方向の一端側である正極側の一箇所でＸ線画像を得ているので、電極板の位置ずれ検査におけるタクトタイムを従来より短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の実施の形態に係るＸ線検査装置をその検査態様とともに概念的に示す説明図である。

【図2】本形態に係る位置ずれ検出方法により得られる正極側接続部側におけるＸ線画像の説明図である。

【図3】図２の場合の実際のＸ線画像を示す写真である。

【図4】スタック構造のリチウムイオン二次電池の正電極板を示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。

【図5】スタック構造のリチウムイオン二次電池の負電極板を示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。

【図6】ジグザグ折りしたセパレータの各谷溝に電極板を挿入する場合の態様を示す説明図である。

【図7】スタック構造の電極積層体を示す斜視図である。

【図8】従来技術に係るＸ線を利用したズレ量検出の態様を概念的に示す図であり、（ａ）は平面的に見た模式図、（ｂ）は端面側から見た模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、図４〜図８と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。

【0026】

図１は、本発明の実施の形態に係るＸ線検査装置をその検査態様とともに概念的に示す説明図である。同図に示すように、本形態におけるＸ線検査装置１０は、Ｘ線を図中のＹ軸方向に照射するＸ線照射部１１およびＸ線照射部１１が照射したＸ線を入射するＸ線検出部１２とを有する。ここで、Ｘ線照射部１１、Ｘ線検出部１２は、電極積層体Ｉのセパレータ９の幅方向（Ｘ軸方向）の一端面から突出する正極活物質５（例えば図４参照、以下同じ）の未塗工部分である正極側接続部７を挟んで一方側と反対側に配設されている。本形態における正極側接続部７はアルミ箔で形成されている。

【0027】

かくしてＸ線照射部１１は、電極積層体Ｉのセパレータ９の幅方向の一端面から突出する正極活物質５の未塗工部分であるアルミ箔の正極側接続部７を含む電極積層体Ｉの一端面側の所定の領域Ａ（図８参照、以下同じ）に電極板の幅方向（図中のＹ軸方向）に向けてアルミ箔を透過する強度のＸ線を照射する。具体的には、Ｘ線照射部１１のＸ線管における管電圧を７０ｋＶ以上、管電流を２８０μＡ以上とする。この強度のＸ線であれば、アルミ箔である正極側接続部７を所定のＸ線画像から確実に除去することができるからである。

【0028】

一方、Ｘ線検出部１２は、照射されたＸ線を入射して所定の領域Ａの画像を表すＸ線画像信号を生成するとともに、内蔵している演算処理部１２Ａにおいて所定の演算を行い、正、負電極板１，２の相対的なズレ量を演算するなど、電極板に関する位置ずれ検出を行う。

【0029】

かかる位置ずれの検出に関連し、図２を追加して、具体的に説明する。図２は、Ｘ線検出部１２で得られる正極側接続部側における所定の領域ＡのＸ線画像の説明図である。同図に示すように、当該Ｘ線画像では、アルミ箔である正極側接続部７の画像が完全に除去されている。Ｘ線がアルミ箔を完全に透過しているからである。なお、図２中には、点線で正極側接続部７を示している。また、正電極板１と負電極板２との間にはセパレータ９が存在しているが、図２に示すＸ線画像にセパレータは写り込まない。これは、セパレータ９が薄く、セパレータを構成する材料であるポリプロピレンなどがＸ線画像には写りにくいためである。この場合の実際のＸ線画像を表す写真を図３に示す。

【0030】

Ｘ線検出部１２では、入射したＸ線に基づき生成したＸ線画像信号に基づき、正極側接続部７との境界である正極活物質５の塗工端の位置Ｐ１と、一端面側の負電極板２の端面の位置Ｐ２とを特定する。その後、位置Ｐ１，Ｐ２との差から正電極板１と負電極板２との電極積層体Ｉにおける相対的なズレ量を演算する。ここで、演算処理部１２Ａには、設計値に基づく位置Ｐ１，Ｐ２の許容誤差が予め記憶されているので、正電極板１と負電極板２との間でのズレ量が許容値内に収まっているか否かの判定も行っている。

【0031】

本形態によれば、電極積層体Ｉの幅方向の一端側である正極側の一箇所に相対向して配設されたＸ線照射部１１およびＸ線検出部１２で所定のＸ線画像を得ているので、正、負電極板１、２の位置ずれ検査におけるタクトタイムを従来より短縮することができる。ここで、検査に当たってＸ線検出部における演算処理部でのズレ量の基準としている位置は、正極側接続部７との境界である正極活物質５の塗工端および負電極板２の正極側の端面である。すなわち、何れもリジッドな位置であるばかりでなく、かかる位置検出のノイズとなる可能性があるアルミ箔である正極側接続部７はＸ線画像から除去されているので、検出基準となる位置Ｐ１，Ｐ２をＸ線画像上で明確に特定できる。この結果、位置ずれも正確に検出することができる。また、積層された各負電極板２の端面の位置Ｐ２を算出するとともに各負電極板２の位置Ｐ２間でのずれ量の最大値を算出して、所定の基準値内であるか否かを判断し、負電極板２間での位置ずれ検出も行うことができる。さらに、積層された各正電極板１の正極側接続部７との境界である正極活物質５の塗工端の位置Ｐ１を算出して、各正電極板１の位置Ｐ１間でのずれ量の最大値を算出して、所定の基準値内であるか否かを判断して、正電極板１間での位置ずれ検出も行うことができる。

【産業上の利用可能性】

【0032】

本発明は二次電池、特にスタック構造を有するリチウムイオン電池の製造を行う産業分野において有効に利用することができる。

【符号の説明】

【0033】

Ｉ 電極積層体
１ 正電極板
２ 負電極板
３ 正電極シート
４ 負電極シート
５ 正極活物質
６ 負極活物質
７ 正極側接続部
８ 負極側接続部
９ セパレータ
１０ Ｘ線検査装置
１１ Ｘ線照射部
１２ Ｘ線検出部
１２Ａ 演算処理部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】