(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
例えば、EV(Electric Vehicle)やPHV(Plug in Hybrid Vehicle)などの車両には、駆動源としてのモータで使用される電力を蓄えるための蓄電装置が搭載されている。このような蓄電装置としては、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池といった二次電池が知られている。二次電池は、活物質層を有する正極及び負極の電極が層状に重なった電極組立体を備える。電極組立体の構造としては、一定長の長尺な正極及び負極の電極を、重ね合わせた状態で筒状に巻き上げた捲回式と、概略矩形をなす正極及び負極の電極を、交互に多数積層した積層式と、が知られている。例えば、リチウムイオン二次電池などの電極では、集電体としての金属箔を備え、金属箔の表面に活物質層を備えた構成が多用されている。
【0003】
矩形形状の電極の製造過程に使用される装置として、帯状の電極材料を切断することにより、予め定めた矩形形状の電極を切り出すロータリーダイカッタがある。なお、電極材料は、帯状集電体である長尺金属箔に活物質合剤を塗布して形成された塗工部を備える。そして、ロータリーダイカッタのダイロールとアンビルロールとの間に電極材料を通過させることで、ダイロールの刃型によって電極材料が押し切られ、電極が切り出される。
【0004】
ロータリーダイカッタとしては、ダイロールと、クッション材を備えたアンビルロールと、の組み合わせがよく知られているが、さらにダイロールの表面にもスポンジ製のクッション材を装着したものもある(例えば、特許文献1参照)。特許文献1において、クッション材は、刃型が電極材料に接近していくに従い徐々に圧縮される。そして、電極材料が切断された後、アンビルロールに向けて働くクッション材の弾性力により、電極材料から個片の電極が切り離されやすくなる。
【0005】
ダイロールを用いた電極材料の切断時は、例えば、塗工部から活物質粒子が脱落したり、金属箔の小片が剥離したりして異物が発生する。このような異物は、刃型が電極材料を貫通するときに該電極材料から分離すると、異物の一部がアンビルロールに付着する。また、個片の電極が切り離されたとき、電極材料や電極の切断面から異物が分離されると、その異物の一部が床面に落下したり、次工程に送られる個片の電極や、電極を搬送する搬送装置に付着したりする。これらの異物が、個片の電極の積層時に混入すると、電極組立体内部での短絡の一因となるため、積層の前段階でエアブロー等の手段によって、電極に付着した異物を除去することが知られていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、特許文献1の如く、クッション材を有するダイロールを用いた場合、さらに異物が切断前の電極材料の塗工部とダイロールの刃型との間に介在し、良好な切断が妨げられる場合があった。前工程よりの異物の混入が疑われたが、ダイロールを観察したところ、ダイロールによる切断に起因する異物であることが判明した。この異物とは、ダイロールのクッション材内部にめり込んだ異物の一部が、クッション材の圧縮が解除された後も直ぐにはクッション材から分離せず、次第に押し出され、クッション材の圧縮解除後、180度以上回転した後に電極材料の表面に落下した異物である。この異物がダイロールの刃型によって塗工部表面に押し付けられると、例えば、その周囲の電極の形状に歪みを生じさせ、良好な切断を妨げていた。
【0008】
本発明の目的は、ダイロールのクッション材に付着した異物の除去に適した電極製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記問題点を解決するための電極製造装置は、帯状集電体の表面に形成された活物質合剤の塗工部を備える電極材料を、個片の電極の形状に切断する電極製造装置であって、刃型を周面に備えるダイロールと、前記ダイロールの周面に対向して配置されたアンビルロールと、前記ダイロールの周面に装着され、前記ダイロールの周面と前記アンビルロールとの間で圧縮されて弾性変形し、前記刃型を突出可能なスポンジ製のクッション材と、前記クッション材の外面に対向配置された異物除去装置と、を備えることを要旨とする。
【0010】
これによれば、ダイロールの回転に伴い刃型が電極材料に押し当てられていくのに伴いクッション材が電極材料に押し当てられると、クッション材は圧縮していくとともに、電極材料に刃型が押し当てられ、電極材料が切断される。切断時に、例えば、塗工部から活物質粒子が脱落したり、集電体の小片が剥離したりして異物が発生する場合がある。この異物は、クッション材の圧縮時、スポンジの細孔に入り込む等してクッション材にめり込む。この異物の一部は、クッション材の圧縮解除の直後にクッション材から分離し、落下するが、他の一部は直ぐには分離せず、ダイロールの回転が進んだ後、クッション材から押し出されて分離する。そこで、後者の異物を異物除去装置によって、圧縮解除直後よりさらにダイロールが回転した位置で、クッション材から除去することができ、ダイロールのクッション材に付着した異物の除去に適した電極製造装置を提供できる。
【0011】
よって、クッション材に付着した異物が、切断に供される前の塗工部表面に落下することを抑制できる。また、異物除去装置を用いることで、異物がクッション材内部に再度押し込まれることを抑制できる。その結果として、ダイロールの刃型によって異物が塗工部表面に押し付けられることを抑制でき、電極材料の良好な切断が異物によって妨げられない。
【0012】
また、電極製造装置について、前記異物除去装置は、非接触方式であり、前記電極材料の搬送方向において前記刃型による前記電極材料の切断場所よりも上流側に配置されているのが好ましい。
【0013】
これによれば、クッション材にめり込んだ異物の一部が徐々に押し出される場合であっても、搬送方向における切断場所より上流側で、クッション材に付着した異物を除去できる。異物の多くはクッション材より露出しており、除去が容易となる。また、上流側に配置される異物除去装置は非接触方式であるため、露出した異物がクッション材内部に再度押し込まれることもない。
【0014】
また、電極製造装置について、前記異物除去装置は、前記クッション材に対向し、かつ開口する吸引口を有し、内部の負圧により空気とともに異物を吸引するものが好ましい。
これによれば、異物除去装置が、開口に対向するクッション材の表面上より異物を剥ぎ取るとともに、クッション材の表面に沿い落下する異物も、漏れなく吸引し、除去できる。
【0015】
また、電極製造装置について、前記電極材料の面方向に沿い、かつ長手方向に直交する方向を短手方向とすると、前記電極材料の短手方向への前記異物除去装置の寸法は、前記クッション材の前記短手方向への寸法より大きいのが好ましい。
【0016】
これによれば、クッション材の短手方向全ての範囲を異物除去装置で対応することができ、クッション材の短手方向全ての範囲からの異物除去が可能になる。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、ダイロールのクッション材に付着した異物の除去に適した電極製造装置を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、電極製造装置を具体化した一実施形態を
図1〜
図5にしたがって説明する。
まず、電極を備える蓄電装置としての二次電池について説明する。
図1に示すように、二次電池10は外観が角型をなす角型電池である。二次電池10は、リチウムイオン二次電池である。二次電池10は、ケース12内に電極組立体11を備える。電極組立体11は、複数の正極の電極と、複数の負極の電極とが、両者の間を絶縁した状態で交互に積層されて構成された積層式である。
【0020】
図2に示すように、正極及び負極の電極13は、それぞれ矩形状である。電極13は、矩形状の金属箔(正極はアルミニウム箔、負極は銅箔)14の両面に活物質層15を備える。電極13は、金属箔の一辺に沿って未塗工部14aを備える。未塗工部14aは、活物質層15が存在せず、金属箔14が露出した部分である。未塗工部14aは、金属箔14の一辺の一部から突出した形状のタブ14bを含む。
【0021】
次に、電極13の材料である電極材料17について説明する。
図4に示すように、電極材料17は、帯状集電体としての長尺金属箔18と、長尺金属箔18の両面に存在する塗工部19を備える。長尺金属箔18は、電極13の金属箔14となる部位である。また、塗工部19は、電極13の活物質層15となる部位である。電極材料17において、その塗工部19の面に沿い、かつ電極材料17の長手方向に直交する方向を短手方向Yとする。電極材料17は、短手方向Yの両端縁であり、長手方向に沿う両方の長縁に沿って露出部18aを備える。各露出部18aは、長尺金属箔18において各塗工部19によって覆われていない部位であり、長尺金属箔18が露出した部分である。そして、各露出部18aは、電極13が電極材料17から打ち抜かれた際に、未塗工部14a及びタブ14bとなる部位である。
【0022】
次に、電極13の製造方法について説明する。
電極の製造方法は、長尺金属箔18の表面に活物質合剤を連続して塗布して塗工部19を形成して電極材料17を形成する塗工工程、及び塗工工程に付随し、塗工部19を加熱して、活物質合剤に含まれる溶媒を蒸発させるとともにバインダを硬化させる乾燥工程を含む。塗工工程では、長尺金属箔18の両面に塗工部19が形成されるとともに、長尺金属箔18の一対の長縁部に沿って、長尺金属箔18の露出した露出部18aが形成される。また、電極の製造方法は、加圧により塗工部19を圧縮する加圧工程を経る。また、電極の製造方法は、電極材料17を電極13の形状に切断する切断工程を経る。そして、切断工程で電極材料17から電極13が切り出される。
【0023】
次に、電極13の生産設備20について説明する。生産設備20は、上記乾燥工程を含む塗工工程及び加圧工程を経て形成された電極材料17に対し、切断工程を行う装置である。
【0024】
図3に示すように、生産設備20は、帯状の電極材料17を切断する工程を行い、予め定めた形状の電極13を製造するための設備である。
生産設備20は、電極材料17を供給する供給部21を備える。供給部21は、ロール状に捲回された電極材料17を支持するホルダ22を備える。ホルダ22は、電極材料17の搬送速度にあわせて、電極材料17を送出する。生産設備20は、電極材料17を搬送する円柱状の搬送ロール23を、電極材料17を挟んで一対備える。搬送ロール23の軸心は、電極材料17の短手方向Yに沿って延びる。搬送ロール23は、図示しない駆動装置によって軸心まわりで回転する。
【0025】
生産設備20は、送り出された電極材料17の搬送方向Xにおける搬送ロール23より下流側に電極製造装置30を備える。電極製造装置30は、ダイロール41と、アンビルロール45と、ダイロール41の周面に装着されたクッション材44と、異物除去装置としての吸引部46とを備える。
【0026】
図4に示すように、ダイロール41及びアンビルロール45を含むロータリーダイカッタ40において、ダイロール41の軸心、及び、アンビルロール45の軸心は、電極材料17の短手方向Yに沿って延び、かつ互いに平行である。ダイロール41及びアンビルロール45は、軸心まわりで回転できるように図示しない駆動装置に支持されている。
【0027】
ダイロール41は、円柱状のロール本体42と、ロール本体42の径方向外側に突出する形状の刃型43と、を備える。ロール本体42が回転することで刃型43が移動する。刃型43は、電極13の外形線に合わせた閉環状である。
【0028】
クッション材44は、例えば、スポンジ製である。クッション材44は、ダイロール41の周面のうち、刃型43を除く全ての面を覆う状態に装着されている。刃型43の刃先は、クッション材44の先端から僅かに突出している。クッション材44は、ダイロール41とアンビルロール45の間で圧縮されて弾性変形し、クッション材44の外周面から刃型43を突出させる。
【0029】
具体的には、
図3に示すように、刃型43がアンビルロール45に最も接近した場所に近付くに従い、クッション材44は徐々に圧縮されて弾性変形していき、刃型43がアンビルロール45に最も接近した場所でクッション材44は最も圧縮される。このとき、刃型43はクッション材44の表面から最も突出する状態である。
【0030】
クッション材44の外周面から突出した刃型43は、電極材料17の塗工部19に押し付けられ、上側の塗工部19、長尺金属箔18、及び下側の塗工部19を切断する。刃型43がアンビルロール45に最も接近した場所であり、クッション材44が最も圧縮された場所で、電極材料17が切断される。以下、刃型43がアンビルロール45に最も接近した場所を切断場所Pとする。また、ダイロール41において、切断場所Pから鉛直に延びる直線Lとの交点をRとした場合、切断場所Pからダイロール41の回転方向に沿った交点R、即ち180度回転した位置までを切断場所Pより下流側とし、180度回転した交点Rから切断場所Pまでを切断場所Pより上流側とする。
【0031】
電極材料17が搬送方向Xに搬送されながらダイロール41が回転することにより、刃型43によって電極材料17が搬送方向Xに沿って徐々に切断されていき、電極材料17から個片の電極13が切り出される。クッション材44が圧縮されて弾性変形すると、クッション材44には原形状への復帰力が発生する。電極材料17から個片の電極13が切断された後、圧縮解除に伴い、アンビルロール45に向けて働くクッション材44の原形状への復帰力により、電極材料17から個片の電極13が切り離されやすくなる。
【0032】
図3又は
図5に示すように、電極製造装置30が備える吸引部46は、電極材料17の搬送方向Xにおいては、ダイロール41より上流側にある。吸引部46は、クッション材44の外周面上の位置のうち、ダイロール41の回転方向における切断場所Pより上流側に配置される。吸引部46は、細長いパイプ状をなし、図示しない負圧源(例えば真空ポンプ)に接続され、吸引口46aから異物等を吸引する。吸引口46aは、クッション材44の外周面に対向し、かつ開口する。そして、吸引部46は、その内部の負圧により、空気とともに異物を吸引する。
【0033】
よって、吸引部46は、クッション材44の外周面に対し非接触な状態で異物等を除去する非接触方式である。なお、非接触方式の吸引部46とは、吸引力を発生させて異物をクッション材44から除去する方式のことであり、本実施形態では、吸引力を負圧源によって発生させている。
【0034】
吸引部46において、電極材料17の短手方向Yに平行な方向を長手方向とし、クッション材44において、電極材料17の短手方向Yに平行な方向を長手方向とする。吸引部46の長手方向への吸引口46aの寸法は、クッション材44の長手方向への寸法より長い。吸引口46aの両端は、短手方向Yにおけるクッション材44の両端を越えた位置にある。よって、吸引口46aは、クッション材44の長手方向全体に向けて開口している。
【0035】
生産設備20は、搬送方向Xにおけるロータリーダイカッタ40より下流側にも吸引部47を備える。吸引部47は、細長いパイプ状をなし、かつ吸引部46と共通の負圧源に接続され、吸引口47aから異物等を吸引する。吸引部47において、電極材料17の短手方向Yに平行な方向を長手方向とする。吸引部47の長手方向への吸引口47aの寸法は、電極材料17の長手方向への寸法より長い。吸引口47aの両端は、短手方向Yにおける電極材料17の両端を越えた位置にある。よって、吸引口47aは、電極材料17の短手方向Y全体に向けて開口している。
【0036】
図3に示すように、生産設備20は、搬送方向Xにおける吸引部47より下流側に案内装置50を備える。案内装置50は、切断された電極13を搬送方向D1へ案内する一方で、電極13として切り出される部分とは異なる部分である端材54を、搬送方向D1とは異なる搬送方向D2へ案内する。
【0037】
案内装置50は、円柱状の分離ローラ51と、ガイドローラ52と、巻取リール53と、を備える。分離ローラ51及びガイドローラ52の軸心は、電極材料17の短手方向Yに沿って延びる。分離ローラ51は、軸心まわりで回転できるように図示しない駆動装置に支持され、ガイドローラ52は、軸心まわりで回転できるように図示しない駆動装置に支持されている。また、巻取リール53は、軸心まわりで回転できるように図示しない駆動装置に支持されている。
【0038】
分離ローラ51は、切り出された電極13を搬送方向D1へ案内する。搬送方向D1は、電極材料17の搬送方向Xと一致している。その一方で、分離ローラ51及びガイドローラ52は、電極13が分離された端材54を搬送方向D2へ案内する。また、ガイドローラ52は、搬送方向D2へ案内された端材54に張力を働かせている。巻取リール53は、搬送方向D2へ案内された端材54を巻き取る。
【0039】
生産設備20は、電極搬送装置60を備える。電極搬送装置60は、案内装置50によって案内された電極13を搬送先へ搬送する。
次に、電極製造装置30を含む生産設備20による電極13の製造方法を記載する。
【0040】
両方の吸引部46,47に共通の負圧源が駆動され、吸引力が発生している状態で、供給部21から供給された電極材料17は、ダイロール41とアンビルロール45の間を通過する。
【0041】
図3又は
図4に示すように、電極材料17が搬送方向Xに搬送されながらダイロール41が回転することにより、刃型43によって電極材料17が搬送方向Xに沿って徐々に切断されていき、電極材料17から個片の電極13が切り出される。また、ダイロール41の回転が進むと、クッション材44は切断場所Pに向かって徐々に圧縮されていき、切断場所Pで最も圧縮される。ダイロール41の回転が進み、切断場所Pから離れるに従いクッション材44の圧縮が解除されていく。
【0042】
電極材料17が切断されたとき、切断場所Pで塗工部19から活物質が脱落したり、長尺金属箔18の小片が剥離したりして異物Zが発生する場合がある。発生した異物Zは、スポンジ製のクッション材44の圧縮時、クッション材44の細孔に入り込む等してクッション材44にめり込み、付着する。切断場所P付近でクッション材44にめり込んだ異物Zの一部は、クッション材44の圧縮解除の直後にクッション材44から分離し、落下するが、他の一部は直ぐには分離せず、ダイロール41の回転が進んだ後、クッション材44から押し出される。ダイロール41が切断場所Pから180度以上回転し、かつ圧縮解除後にクッション材44から押し出された異物Zは、吸引部46の吸引口46aに対向した位置で吸引口46aから吸引され、クッション材44から除去される。
【0043】
なお、クッション材44に付着した直後、切断後の電極13上に落下した異物Zは吸引部47の吸引口47aから吸引され、電極13の表面から除去される。
その後、電極13は、搬送方向D1の下流側の端部が電極搬送装置60に乗ると、電極13が電極搬送装置60に引っ張られ、該電極搬送装置60に乗り移る。その一方で、電極材料17から電極13が切り出されて残った端材54は分離ローラ51によって搬送方向D2へ案内される。
【0044】
上記実施形態によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
(1)電極製造装置30は、ダイロール41の表面を覆うクッション材44に対向配置された吸引部46を備える。ダイロール41の刃型43によって電極材料17を切断したとき、異物Zが発生し、その異物Zがクッション材44にめり込んだ場合、クッション材44の圧縮が解除されても、異物Zが直ぐにクッション材44の表面に露出せず、分離しない場合があり得る。このように、クッション材44の圧縮解除直後に分離しない異物Zについても、さらにダイロール41が回転した位置で、吸引部46によって吸引し、クッション材44から除去できる。このため、クッション材44に付着した異物Zが、切断前の電極材料17上に落下することを抑制できる。その結果として、クッション材44から落下した異物Zがダイロール41の刃型43によって塗工部19に押し付けられて歪みが発生すること等を抑制でき、電極材料17を良好に切断できる。よって、ダイロール41のクッション材44に付着した異物Zの除去に適した電極製造装置30を提供することができる。
【0045】
(2)ロータリーダイカッタ40において、電極材料17への刃型43の押し当て力を弱めることや、電極材料17から個片の電極13を切り離しやすくするために、ダイロール41の表面にクッション材44が装着されている。クッション材44は、スポンジ製であるため、スポンジの細孔内に異物Zがめり込みやすく、クッション材44には異物Zが付着しやすい。しかし、吸引部46によってクッション材44から異物Zを除去可能にしたことで、クッション材44の機能を発揮させつつ、異物Zがダイロール41の刃型43によって塗工部19に押し付けられることを抑制できる。
【0046】
(3)電極材料17の搬送方向Xにおいて切断場所Pよりも上流側に位置するように吸引部46が配置されている。このため、クッション材44の圧縮解除直後には押し出されていなかった異物Zも、切断場所Pより上流側では、クッション材44の表面にほぼ押し出され、分離しやすくなった状態で吸引部46によって除去できる。これにより、電極材料17において、切断場所Pの直前に異物Zが落下することを抑制し、切断時に異物Zが塗工部19に押し付けられることを回避しやすくなる。
【0047】
(4)吸引部46はクッション材44の外周面に対し非接触である。このため、吸引部46が異物Zに接触することでクッション材44内部に再度押し込まれることがない。また、吸引部46は、クッション材44に対向し、かつ開口する吸引口46aを有し、内部の負圧により、空気とともに異物Zを吸引する。よって、吸引部46により、クッション材44の表面上より異物Zを剥ぎ取ることができるとともに、クッション材44の表面に沿い落下する異物Zも、漏れなく吸引し、除去できる。
【0048】
(5)吸引部46の長手方向への吸引口46aの寸法は、クッション材44の長手方向への寸法より長い。そして、吸引部46の長手方向両端にある吸引口46aはクッション材44の両端を越えた位置にある。よって、吸引口46aは、クッション材44の長手方向全体に向けて開口しており、クッション材44の長手方向全ての範囲からの異物Zの除去が可能になる。
【0049】
(6)生産設備20は、電極材料17の搬送方向Xにおけるロータリーダイカッタ40より下流側にも吸引部47を備える。そして、切断場所Pより下流側でクッション材44から分離した異物Zを吸引部47で除去することができる。
【0050】
(7)吸引部46は、ダイロール41の回転方向における切断場所Pより上流側に配置されている。この位置に配置された吸引部46において、吸引口46aは、クッション材44の外周面に最接近した位置にある。よって、吸引口46aには、圧縮解除後に原形状に復帰した状態のクッション材44が対向する。その結果、切断場所Pで圧縮状態で付着した異物Zであっても、ダイロール41が回転し、クッション材44が原形状に復帰するのに伴い、クッション材44の表面に押し出される。そして、吸引部46は、圧縮解除後に復帰したクッション材44の外周面に最接近しているため、外周面付近に押し出された異物Zを効率良く吸引してクッション材44から除去できる。
【0051】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、吸引部46の長手方向への吸引口46aの寸法は、クッション材44の長手方向への寸法より長くしたが、吸引部46の長手方向への吸引口46aの寸法は、クッション材44の長手方向への寸法と同じでもよい。また、吸引口46aの形状は、実施形態に記載されたような長孔状に限らず、多数の小孔により形成されていてもよい。
【0052】
○ 異物除去装置は、空気の利用に限定されず、例えば異物Zを帯電させた後に、電場にて吸引力を発生させて異物を吸引する方式でもよく、非接触方式であれば、特に限定されない。
【0053】
○
図6に示すように、異物除去装置は、クッション材44に付着した異物Zを掻き出す接触式の異物除去装置であるブラシ48と、掻き出された異物Zを吸引する吸引部46とで構成されていてもよい。
【0054】
○ 異物除去装置は、共通の負圧源に接続された吸引部46,47に限らず、個々に独立した吸引装置を配置してもよい。
○ 吸引部46は、電極材料17の搬送方向Xにおける切断場所Pより下流側に配置されていてもよい。
【0055】
○ 吸引部46は、電極材料17の短手方向Yに沿って複数並設されていてもよい。
○ 吸引部46は、ダイロール41の周方向に複数並設されていてもよい。
○ クッション材44は、ダイロール41の周面のうち、刃型43以外の全てを覆っていなくてもよく、例えば、刃型43に沿う場所だけを覆っていてもよい。
【0056】
○ 電極材料17は、長尺金属箔18の片面に塗工部19を有していてもよく、この場合、電極13は、金属箔14の片面に活物質層15を有する。
○ 電極材料17は、長手方向に沿って塗工部19が間欠的に形成されたものでもよい。
【0057】
○ 帯状集電体は、塗工部19が形成でき、電極13に活物質層15を設けることができれば、金属箔ではなくてもよく、シート状の織物や不織布でもよい。
○ ニッケル水素二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電装置に用いる電極の製造時に実施形態の電極製造装置30を採用してもよい。