特開 2024-68766 蓄電素子の製造装置および蓄電素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024068766

(43)【公開日】2024-05-21

(54)【発明の名称】蓄電素子の製造装置および蓄電素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/04 20060101AFI20240514BHJP

   H01M 4/13 20100101ALI20240514BHJP

   H01G 11/06 20130101ALI20240514BHJP

   H01G 13/00 20130101ALI20240514BHJP

   H01G 11/66 20130101ALI20240514BHJP

【ＦＩ】

H01M4/04 A

H01M4/13

H01G11/06

H01G13/00 381

H01G11/66

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022179341

(22)【出願日】2022-11-09

(71)【出願人】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000970

【氏名又は名称】弁理士法人 楓国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100130638

【弁理士】

【氏名又は名称】野末 貴弘

(74)【代理人】

【氏名又は名称】西澤 均

(72)【発明者】

【氏名】隅田 雅之

(72)【発明者】

【氏名】西村 涼平

(72)【発明者】

【氏名】粟津 剛

【テーマコード（参考）】

5E078

5E082

5H050

【Ｆターム（参考）】

5E078AA14

5E078AB02

5E078AB06

5E078FA24

5E082AB09

5H050AA19

5H050BA08

5H050BA15

5H050BA17

5H050CA08

5H050CB08

5H050GA29

5H050HA03

5H050HA12

(57)【要約】

【課題】タブを有する長尺状の電極シートを搬送ローラで搬送するときに、タブの折れ曲がりを抑制する。
【解決手段】幅方向の外側に突出したタブ２を有する長尺状の電極シート１を搬送する蓄電素子の製造装置１００は、電極シート１を支持する搬送ローラ１０と、電極シート１のタブ２を搬送ローラ１０側に倒すためのタブ押さえローラ２０とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

幅方向の外側に突出したタブを有する長尺状の電極シートを搬送する蓄電素子の製造装置であって、
前記電極シートを支持する搬送ローラと、
前記電極シートの前記タブを前記搬送ローラ側に倒すためのタブ押さえローラと、
を備えることを特徴とする蓄電素子の製造装置。

【請求項2】

前記タブ押さえローラは、前記電極シートの搬送方向において、前記電極シートが前記搬送ローラと接触し始める接触開始位置よりも上流側の位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電素子の製造装置。

【請求項3】

前記接触開始位置における前記電極シートと直交する方向に見たときに、前記搬送ローラの中心軸と、前記タブ押さえローラの中心軸との間の距離は、前記電極シートの搬送方向における前記タブの寸法より短いことを特徴とする請求項２に記載の蓄電素子の製造装置。

【請求項4】

前記タブ押さえローラは、前記電極シートのうち、前記タブと前記タブ以外の本体部とに接触する位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電素子の製造装置。

【請求項5】

前記タブ押さえローラは、前記タブとは接触せずに、前記タブ以外の本体部のうち、前記タブの近傍領域にのみ接触する位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電素子の製造装置。

【請求項6】

前記タブ押さえローラの直径は、前記搬送ローラの直径より小さいことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の蓄電素子の製造装置。

【請求項7】

搬送ローラに沿って、幅方向の外側に突出したタブを有する長尺状の電極シートを搬送する工程を有し、
前記電極シートの搬送中に、前記タブを前記搬送ローラ側に倒すことを特徴とする蓄電素子の製造方法。

【請求項8】

前記電極シートが前記搬送ローラと接触し始める接触開始位置よりも上流側の位置で前記タブを前記搬送ローラ側に倒すことを特徴とする請求項７に記載の蓄電素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蓄電素子の製造装置および蓄電素子の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電池などの蓄電素子を製造するために、長尺状の電極シートを搬送ローラに沿って搬送しながら、様々な処理を行う装置が知られている。

【0003】

そのような装置の１つとして、特許文献１には、表面に活物質層が形成された第１の領域と、活物質層が形成されていない第２の領域とを有する長尺状の電極シートを圧縮するプレスユニットと、圧縮後の電極シートの第２の領域に張力を与えるストレッチユニットとを備える電極のプレス装置が開示されている。この電極のプレス装置によれば、ストレッチユニットによって第２の領域に張力を与えることによって、圧縮成形で電極シートに生じた歪みや反りを矯正することができるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３－７３６９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、蓄電素子の電極として、外側に突出したタブを備えた電極が知られている。タブには、活物質層は形成されていない。このタブを有する長尺状の電極シートを搬送ローラで搬送しようとすると、搬送ローラが設けられている位置をタブが通過したときに、タブに円弧状の折れ目がついて折れ曲がることが分かった。また、このタブの折れ曲がりは、タブが搬送ローラを通過するときに、電極シートと平行な状態を基準として、タブの位置が搬送ローラとは反対側にあるときに生じることも分かった。

【0006】

本発明は、上記課題を解決するものであり、タブを有する長尺状の電極シートを搬送ローラで搬送するときに、タブの折れ曲がりを抑制することができる蓄電素子の製造装置および蓄電素子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】

【0007】

本発明の蓄電素子の製造装置は、幅方向の外側に突出したタブを有する長尺状の電極シートを搬送する蓄電素子の製造装置であって、
前記電極シートを支持する搬送ローラと、
前記電極シートの前記タブを前記搬送ローラ側に倒すためのタブ押さえローラと、
を備えることを特徴とする。

【0008】

本発明の蓄電素子の製造方法は、搬送ローラに沿って、幅方向の外側に突出したタブを有する長尺状の電極シートを搬送する工程を有し、
前記電極シートの搬送中に、前記タブを前記搬送ローラ側に倒すことを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明の蓄電素子の製造装置によれば、タブ押さえローラによって、電極シートのタブを搬送ローラ側に倒すことにより、搬送ローラが設けられている位置をタブが通過するときの折れ曲がりを抑制することができる。

【0010】

本発明の蓄電素子の製造方法によれば、電極シートの搬送中に電極シートのタブを搬送ローラ側に倒すことにより、搬送ローラが設けられている位置をタブが通過するときの折れ曲がりを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】一実施形態における蓄電素子の製造装置の構成を模式的に示す斜視図である。

【図2】図１に示す蓄電素子の製造装置を矢印Ｋ１の方向から見たときの構成を模式的に示す側面図である。

【図3】図１に示す蓄電素子の製造装置を矢印Ｋ２の方向から見たときの構成を模式的に示す平面図である。

【図4】図１に示す蓄電素子の製造装置を矢印Ｋ３の方向から見たときの構成を模式的に示す平面図である。

【図5】長尺状の電極シートを模式的に示す平面図である。

【図6】タブ押さえローラがタブとは接触せずに、電極シートの本体部のうち、タブの近傍領域にのみ接触するように構成されている蓄電素子の製造装置を模式的に示す平面図である。

【図7】一実施形態における蓄電素子の製造装置の適用例を模式的に示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に本発明の実施形態を示して、本発明の特徴を具体的に説明する。

【0013】

図１は、一実施形態における蓄電素子の製造装置１００の構成を模式的に示す斜視図である。図２は、図１に示す蓄電素子の製造装置１００を矢印Ｋ１の方向から見たときの構成を模式的に示す側面図である。図３は、図１に示す蓄電素子の製造装置１００を矢印Ｋ２の方向から見たときの構成を模式的に示す平面図である。図４は、図１に示す蓄電素子の製造装置１００を矢印Ｋ３の方向から見たときの構成を模式的に示す平面図である。

【0014】

本実施形態における蓄電素子の製造装置１００によって製造される蓄電素子は、タブを有する電極を備えており、例えば、電池である。電池は、一次電池でも二次電池でもよく、その種類に特に制約はない。また、蓄電素子が電池に限定されることはなく、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタなどであってもよい。

【0015】

一実施形態における蓄電素子の製造装置１００は、幅方向の外側に突出したタブ２を有する長尺状の電極シート１を搬送する装置であって、搬送ローラ１０とタブ押さえローラ２０とを備える。電極シート１は、蓄電素子の電極を作製するためのシートである。

【0016】

図５は、長尺状の電極シート１を模式的に示す平面図である。図５に示すように、電極シート１は、幅方向の外側に突出した複数のタブ２を有する。幅方向は、長尺状の電極シート１の長手方向、すなわち、電極シート１の搬送方向と直交する方向である。複数のタブ２は、図５に示すように、電極シート１の幅方向の片側にのみ設けられていてもよいし、両側に設けられていてもよい。電極シート１の幅方向の両側にタブ２が設けられている場合、後の工程で電極シート１を幅方向の中央の位置で切断して使用することが可能である。

【0017】

ここでは、電極シート１のうち、タブ２以外の部分を本体部１ａと呼ぶ。電極シート１の本体部１ａの幅方向の寸法は、例えば、５０ｍｍ以上５００ｍｍ以下であり、長手方向の寸法は任意である。タブ２の形状は任意であるが、例えば、平面視で矩形である。幅方向におけるタブ２の寸法は、例えば、５μｍ以上５０ｍｍ以下であり、電極シート１の長手方向におけるタブ２の寸法は、例えば、５０μｍ以上５０ｍｍ以下である。また、タブ２の厚みは、例えば、５０μｍ以上１０ｍｍ以下である。

【0018】

電極シート１の本体部１ａは、電極箔と、電極箔の表面に形成された活物質層とを含む。ただし、電極箔の一部に活物質層が形成されていない領域が含まれていてもよい。

【0019】

電極が正極である場合、例えば、電極箔としてアルミニウム箔を用い、活物質層に含まれる活物質として、ニッケルコバルトアルミニウムを用いることが可能である。正極の電極箔の厚みは、例えば、１μｍ以上５０μｍ以下であり、正極の活物質層の厚みは、例えば、１０μｍ以上２００μｍ以下である。正極の活物質層は、電極箔の両面に形成されていてもよいし、片面にだけ形成されていてもよい。

【0020】

電極が負極である場合、例えば、電極箔として銅箔を用い、活物質層に含まれる活物質として、グラファイトを用いることが可能である。負極の電極箔の厚みは、例えば、１μｍ以上５０μｍ以下であり、負極の活物質層の厚みは、例えば、１０μｍ以上２００μｍ以下である。負極の活物質層は、電極箔の両面に形成されていてもよいし、片面にだけ形成されていてもよい。

【0021】

電極シート１のタブ２には、上述した活物質層は形成されていないが、本体部１ａの近傍の領域に活物質層が形成されていてもよい。タブ２は、本体部１ａを構成する電極箔と同じ材料からなるが、異なる材料で構成されていてもよい。

【0022】

なお、電極シート１の本体部１ａおよびタブ２の形状、材料、サイズなどが上述したものに限定されることはない。

【0023】

搬送ローラ１０は、長尺状の電極シート１を支持するためのローラであって、例えば、アルミニウムからなる。搬送ローラ１０の表面は、硬質アルマイト処理や表面研磨処理などの処理が施されていてもよい。搬送ローラ１０の直径は、例えば、１０ｍｍ以上５００ｍｍ以下である。ただし、搬送ローラ１０の直径は、電極シート１の形状により適宜調整されてもよく、５００ｍｍ以上であってもよい。径方向と直交する方向、すなわち、搬送ローラ１０によって支持される電極シート１の幅方向と平行な方向における搬送ローラ１０の寸法は、任意であるが、少なくとも電極シート１の幅方向の寸法より大きい。

【0024】

図１～図４では、電極シート１の搬送方向を９０°変える位置に搬送ローラ１０が設けられた例を示しているが、搬送方向を９０°以外の角度に変える位置に設けられていてもよいし、搬送方向が変わらない位置に設けられていてもよい。電極シート１が搬送されるときの搬送速度は、例えば、１０ｍ／ｓ以上２０ｍ／ｓ以下である。

【0025】

後述する図７に示すように、電極シート１は、巻出しロール３１から巻出されて、巻取りロール３２に巻取られる。電極シート１の搬送時には、たるまないように、電極シート１に張力が印加される。印加する張力の大きさは、電極シート１が正極か負極かによって変更するようにしてもよい。例えば、電極シート１が正極の場合、巻出し時の張力を２５Ｎ、巻取り時の張力を１５Ｎとし、電極シート１が負極の場合、巻出し時の張力を３０Ｎ、巻取り時の張力を２５Ｎとしてもよい。

【0026】

タブ押さえローラ２０は、搬送される電極シート１に対して搬送ローラ１０とは反対側の位置に設けられており、電極シート１のタブ２を搬送ローラ１０側に倒すためのローラである。電極シート１のタブ２は、非常に薄いため、電極シート１の搬送時に、電極シート１と平行な状態が維持されない場合がある。電極シート１と平行な状態を基準として、タブ２が搬送ローラ１０側とは反対側に傾いた状態で、電極シート１が搬送ローラ１０に沿って搬送されると、タブ２に円弧状の折れ目がついて折れ曲がる。この折れ曲がりの発生を抑制するためには、タブ２が電極シート１と平行であるか、または、搬送ローラ１０側に傾いている必要がある。このため、タブ押さえローラ２０は、搬送ローラ１０側とは反対側に傾いているタブ２と接触して、搬送ローラ１０側に倒すために設けられている。図２に示すように、タブ押さえローラ２０は、搬送される電極シート１に対して、搬送ローラ１０とは反対側に設けられている。

【0027】

タブ押さえローラ２０は、例えば、ポリアセタールなどの樹脂からなる。タブ押さえローラ２０の直径は、搬送ローラ１０の直径より小さいことが好ましい。タブ押さえローラ２０の直径が搬送ローラ１０の直径より小さいことにより、蓄電素子の製造装置１００を小型化することができる。タブ押さえローラ２０の直径は、例えば、１ｍｍ以上１００ｍｍ以下である。径方向と直交する方向、すなわち、電極シート１の幅方向と平行な方向におけるタブ押さえローラ２０の寸法は、例えば、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下である。

【0028】

タブ押さえローラ２０は、電極シート１の搬送方向において、電極シート１が搬送ローラ１０と接触し始める接触開始位置よりも上流側の位置に設けられていることが好ましい。タブ押さえローラ２０が接触開始位置よりも上流側の位置に設けられていることにより、搬送ローラ１０と接触する前に、タブ２を搬送ローラ１０側に倒すことができ、タブ２の折れ曲がりをより確実に抑制することができる。

【0029】

図３に示すように、接触開始位置における電極シート１と直交する方向に見たときに、搬送ローラ１０の中心軸Ｒ１と、タブ押さえローラ２０の中心軸Ｒ２との間の距離Ｌ１は、電極シート１の搬送方向におけるタブ２の寸法Ｌ２より短いことが好ましい。搬送ローラ１０の中心軸Ｒ１とタブ押さえローラ２０の中心軸Ｒ２との間の距離Ｌ１が搬送方向におけるタブ２の寸法Ｌ２より長い場合には、タブ押さえローラ２０によって搬送ローラ１０側に倒されたタブ２がタブ押さえローラ２０から離れて搬送ローラ１０と接触するまでの間に、搬送ローラ１０側とは反対側へと倒れる可能性がある。その場合、上述したように、タブ２に円弧状の折れ目がついて折れ曲がる。

【0030】

これに対して、搬送ローラ１０の中心軸Ｒ１とタブ押さえローラ２０の中心軸Ｒ２との間の距離Ｌ１が搬送方向におけるタブ２の寸法Ｌ２より短い構成とすることにより、タブ２は、タブ押さえローラ２０によって搬送ローラ１０側に倒された状態で搬送ローラ１０と接触するため、タブ２の折れ曲がりをより効果的に抑制することができる。

【0031】

上述したように、タブ２には、活物質層は形成されていないか、または、本体部１ａの近傍の領域に形成されているだけである。このため、タブ押さえローラ２０がタブ２のみと接触する構成では、タブ２は、弾性によって、搬送ローラ１０と接触する前に、搬送ローラ１０とは反対側に倒れる可能性がある。

【0032】

このため、本実施形態における蓄電素子の製造装置１００では、図３に示すように、タブ押さえローラ２０は、電極シート１のうち、タブ２とタブ２以外の本体部１ａとに接触する位置に設けられている。タブ押さえローラ２０がタブ２だけでなく、活物質層が形成されている本体部１ａのタブ２の近傍を押圧することにより、タブ２が搬送ローラ１０と接触するまでの間に、タブ２を搬送ローラ１０側に倒した状態をより確実に維持することができ、タブ２の折れ曲がりをより効果的に抑制することができる。また、タブ押さえローラ２０が本体部１ａにも接触することにより、タブ２に加わる力を分散させることができるので、タブ２へのダメージを低減することができる。

【0033】

また、図６に示すように、タブ押さえローラ２０は、タブ２とは接触せずに、電極シート１の本体部１ａのうち、タブ２の近傍領域にのみ接触する位置に設けられていてもよい。タブ押さえローラ２０は、タブ２を直接押圧しないが、タブ２の根本部分であるタブ２の近傍領域を押圧することによって、タブ２を搬送ローラ１０側に倒すことができる。この場合、タブ押さえローラ２０は、タブ２と直接接触しないので、タブ２と接触することによるダメージを防止することができる。

【0034】

図７は、一実施形態における蓄電素子の製造装置１００の適用例を模式的に示す側面図である。長尺状の電極シート１は、巻出しロール３１から巻出されて、巻取りロール３２に巻取られる。図７に示す例では、４つの搬送ローラ１０が設けられており、４つの搬送ローラ１０のそれぞれに対応して、４つのタブ押さえローラ２０が設けられている。ただし、搬送ローラ１０の数およびタブ押さえローラ２０の数がそれぞれ４つに限定されることはなく、任意の数とすることができる。

【0035】

巻出しロール３１から巻出されてから、巻取りロール３２に巻取られるまでの間に、電極シート１に対して、様々な処理を行うことが可能である。例えば、巻出しロール３１と、最も上流側に位置する搬送ローラ１０との間の位置で、電極シート１の一部を切断することによって、タブ２を形成することが可能である。また、搬送方向において、２つ目の搬送ローラ１０と３つ目の搬送ローラ１０との間の位置で、電極シート１の本体部１ａやタブ２の外観検査、寸法検査などの検査を行うことも可能である。

【0036】

本発明の一実施形態における蓄電素子の製造方法は、搬送ローラ１０に沿って、幅方向の外側に突出したタブ２を有する長尺状の電極シート１を搬送する工程を有しており、電極シート１の搬送中に、タブ２を搬送ローラ１０側に倒す。タブ２を搬送ローラ１０側に倒す方法は、任意の方法を採用することができる。電極シート１の搬送中にタブ２を搬送ローラ１０側に倒すことにより、搬送ローラ１０が設けられている位置をタブ２が通過するときの折れ曲がりを抑制することができる。上述したように、電極シート１が搬送ローラ１０と接触し始める接触開始位置よりも上流側の位置でタブ２を搬送ローラ１０側に倒すことが好ましい。搬送ローラ１０と接触する前にタブ２を搬送ローラ１０側に倒すことにより、タブ２の折れ曲がりをより確実に抑制することができる。

【0037】

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。

【0038】

本出願における蓄電素子の製造装置および蓄電素子の製造方法は、以下の通りである。
＜１＞．幅方向の外側に突出したタブを有する長尺状の電極シートを搬送する蓄電素子の製造装置であって、
前記電極シートを支持する搬送ローラと、
前記電極シートの前記タブを前記搬送ローラ側に倒すためのタブ押さえローラと、
を備えることを特徴とする蓄電素子の製造装置。
＜２＞．前記タブ押さえローラは、前記電極シートの搬送方向において、前記電極シートが前記搬送ローラと接触し始める接触開始位置よりも上流側の位置に設けられていることを特徴とする＜１＞に記載の蓄電素子の製造装置。
＜３＞．前記接触開始位置における前記電極シートと直交する方向に見たときに、前記搬送ローラの中心軸と、前記タブ押さえローラの中心軸との間の距離は、前記電極シートの搬送方向における前記タブの寸法より短いことを特徴とする＜２＞に記載の蓄電素子の製造装置。
＜４＞．前記タブ押さえローラは、前記電極シートのうち、前記タブと前記タブ以外の本体部とに接触する位置に設けられていることを特徴とする＜１＞～＜３＞のいずれか一つに記載の蓄電素子の製造装置。
＜５＞．前記タブ押さえローラは、前記タブとは接触せずに、前記タブ以外の本体部のうち、前記タブの近傍領域にのみ接触する位置に設けられていることを特徴とする＜１＞～＜３＞のいずれか一つに記載の蓄電素子の製造装置。
＜６＞．前記タブ押さえローラの直径は、前記搬送ローラの直径より小さいことを特徴とする＜１＞～＜５＞のいずれか一つに記載の蓄電素子の製造装置。
＜７＞．搬送ローラに沿って、幅方向の外側に突出したタブを有する長尺状の電極シートを搬送する工程を有し、
前記電極シートの搬送中に、前記タブを前記搬送ローラ側に倒すことを特徴とする蓄電素子の製造方法。
＜８＞．前記電極シートが前記搬送ローラと接触し始める接触開始位置よりも上流側の位置で前記タブを前記搬送ローラ側に倒すことを特徴とする＜７＞に記載の蓄電素子の製造方法。

【符号の説明】

【0039】

１ 電極シート
１ａ 電極シートの本体部
２ タブ
１０ 搬送ローラ
２０ タブ押さえローラ
３１ 巻出しロール
３２ 巻取りロール
１００ 蓄電素子の製造装置
Ｒ１ 搬送ローラの中心軸
Ｒ２ タブ押さえローラの中心軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】