(57)【要約】【課題】バリを発生させることなく電極を切断することができる電極切断刃及びそれを用いた電極切断装置を提供する。【解決手段】上下一対からなる回転可能な円盤状の上刃１及び下刃２を備え、金属箔７両面に塗布層８が形成されてなる電極９を前記上下刃１、２の重なり合う部分に進入させて切断する電極切断刃であって、上下刃１、２の一方の刃である上刃１の外周縁部に形成された刃先形状部１１は、他方の刃である下刃２の刃先１５が接触する腹側テーパ面１２と、前記腹側テーパ面１２と連続する背側テーパ面１３とにより構成され、前記上刃１の刃先１４を通る鉛直面Ｆに対して前記腹側テーパ面１２が所定の角度αをなす。【選択図】図１
2010253615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下一対からなる回転可能な円盤状の上刃及び下刃を備え、金属箔両面に塗布層が形成されてなる電極を前記上下刃の重なり合う部分に進入させて切断する電極切断刃であって、
前記上下刃の何れか一方の刃の外周縁部に形成された刃先形状部は、他方の刃の刃先が接触する腹側テーパ面と、前記腹側テーパ面と連続する背側テーパ面とにより構成され、
前記一方の刃の刃先を通る鉛直面に対して前記腹側テーパ面が所定の角度αをなすことを特徴とする電極切断刃。
【請求項２】
前記上下刃の水平方向における刃先間のクリアランスｃと、前記電極の電極厚みａとの間に、
１.７５≦（ｃ／ａ×１００）≦１５.７なる関係が成り立つように前記クリアランスｃを設定することを特徴とする請求項１に記載の電極切断刃。
【請求項３】
前記クリアランスｃは、
前記上下刃における鉛直方向の重なり量ｂと、前記角度αとにより、ｂ×ｔａｎ（α）で表され、前記関係が成り立つように前記電極厚みａに応じて前記角度αと重なり量ｂとを各々設定することを特徴とする請求項２に記載の電極切断刃。
【請求項４】
前記一方の刃の外周縁部に形成された前記腹側テーパ面と前記背側テーパ面とのなす角である刃先角度βが、３０〜６０°であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の電極切断刃。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか一項に記載の電極切断刃を用いたことを特徴とする電極切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属箔両面に塗布層が形成された電極をバリを発生させることなく切断することができる電極切断刃及びそれを用いた電極切断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非水電解質二次電池の一例であるリチウムイオン電池の電極としては、電極活物質層（合材層）が両面に形成された電極基材である金属箔が用いられる。この電極活物質層が表面に形成された金属箔の製造においては、塗工ダイを用いて電極活物質を含む電極活物質ペーストを金属箔の表面に塗布した後、乾燥炉に導入される。この乾燥炉において、表面に電極活物質ペーストが塗布された金属箔を乾燥することで、表面に塗布層である電極活物質層が形成された金属箔となる。その後、プレス加工等の処理が施されて、金属箔両面に塗布層が形成されてなる電極を電池用電極として用いるために所定の形状に加工する際、電極を切断装置により所定の形状に切断する技術は公知となっている。（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
特許文献１には、ポリプロピレン製の上刃と下刃との噛合時において、上刃と下刃との間に隙間を形成することを特徴とする電池用電極に適用されるリチウムシートの切断装置が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、上刃の周縁部側面と下刃の周縁部側面とが接触して所定の噛み合わせ深さが得られる形状であることを特徴とした刃を使用するスリッター装置及び電極製造方法が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２のように回転する上下の丸刃を用いて電極を切断する場合、切断面にバリが発生する。特に、塗布層厚みを超えるバリが発生した場合において、そのバリが発生した電極を使用すると電池内部で短絡が生じる虞がある。このようなバリが発生しないようにするため、一般的には、金属箔等の物質を切断する場合に厚みに対して数％程度のクリアランス（隙間）を有した状態で切断することが好ましいとされており、特許文献１のように上刃と下刃との間に所定の隙間（クリアランス）を設ける切断方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１２４８１６号公報
【特許文献２】特開２００２−３４３３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、回転する２つの丸刃の隙間をスペーサーなどを用いて一定間隔に保つことは困難である。また、下刃を固定し、上刃背側に付勢手段としてばねやゴムなどの弾性体を配置し、一定の圧力で上刃を下刃に押し付ける手法が広く用いられているが、この場合、必然的に上刃刃先と下刃刃先が隙間を有しない状態で接触することになり、特許文献１で提案されている隙間を構成することは不可能である。
【０００８】
また、特許文献２で提案されている形状の丸刃では、上下刃のそれぞれの周縁部側面同士を接触させるため、上述したような隙間を確保することができず、バリの発生を完全に防止することができない。
【０００９】
そこで、本発明では、バリを発生させることなく電極を切断することができる電極切断刃及びそれを用いた電極切断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】
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１１】
即ち、請求項１においては、
上下一対からなる回転可能な円盤状の上刃及び下刃を備え、金属箔両面に塗布層が形成されてなる電極を前記上下刃の重なり合う部分に進入させて切断する電極切断刃であって、
前記上下刃の何れか一方の刃の外周縁部に形成された刃先形状部は、他方の刃の刃先が接触する腹側テーパ面と、前記腹側テーパ面と連続する背側テーパ面とにより構成され、
前記一方の刃の刃先を通る鉛直面に対して前記腹側テーパ面が所定の角度αをなす電極切断刃である。
【００１２】
請求項２においては、
前記上下刃の水平方向における刃先間のクリアランスｃと、前記電極の電極厚みａとの間に、
１.７５≦（ｃ／ａ×１００）≦１５.７なる関係が成り立つように前記クリアランスｃを設定する電極切断刃である。
【００１３】
請求項３においては、
前記クリアランスｃは、
前記上下刃における鉛直方向の重なり量ｂと、前記角度αとにより、ｂ×ｔａｎ（α）で表され、前記関係が成り立つように前記電極厚みａに応じて前記角度αと重なり量ｂとを各々設定する電極切断刃である。
【００１４】
請求項４においては、
前記一方の刃の外周縁部に形成された前記腹側テーパ面と前記背側テーパ面とのなす角である刃先角度βが、３０〜６０°である電極切断刃である。
【００１５】
請求項５においては、
請求項１から請求項４の何れか一項に記載の電極切断刃を用いた電極切断装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１７】
金属箔両面に塗布層が形成された電極において、金属箔のバリを発生させることなく切断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る電極切断刃及びそれを用いた電極切断装置の構成を示す模式図。
【図２】電極切断刃を示す模式図であり、（ａ）は模式側面図、（ｂ）は模式正面図。
【図３】上刃の刃先を説明するための模式図。
【図４】図２のＡ部を拡大して示す断面図。
【図５】被切断材である電極を示す断面図。
【図６】切断の進行状態を示す模式断面図。
【図７】電極切断時における評価基準を示す説明図であり、（ａ）は評価×を示す説明図、（ｂ）は評価△を示す説明図、（ｃ）は評価○を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
以下において、本発明の一実施形態に係る電極切断刃およびその電極切断刃を適用した電極切断装置について図１から図４を用いて説明する。
電極切断装置１０は、いわゆるスリッター装置であり、リチウムイオン二次電池等に用いられる帯状の電極９（被切断材）を長手方向に切断するための装置である。電極切断装置１０は、図１に示すように、上下一対からなる回転可能な円盤状の上刃１及び下刃２を備えた電極切断刃、付勢手段３、上刃回転軸４、下刃回転軸５、回転駆動手段６を主に備えている。
また、電極切断装置１０においては、上刃回転軸４に上刃１が装着され、下刃回転軸５に下刃２が装着されており、下刃回転軸５は上刃回転軸４に平行かつ所定間隔下方に離間して配置され、前記上刃１と前記下刃２の外周周縁部同士が接触した状態を常に保つように構成されている。
また、被切断材である電極９は、リチウムイオン二次電池の電極として適用されるものであり、図５に示すように、所定幅の帯状の金属箔７の両面に電極活物質ペーストを塗布後乾燥して形成された塗布層８（電極活物質層）を有するものである。また、塗布層８を両面に形成してなる電極９において、その電極厚みをａとする。
なお、本実施形態においては、被切断材として金属箔７の両面に塗布層８を形成したものを例として挙げたが、特に限定するものではなく、金属箔７の片面のみに塗布層８を形成したものであってもかまわない。
また、上刃１及び下刃２においては、それぞれ対向して接触する側を腹側とし、それぞれの外側、すなわち腹側の反対側を背側とする。
【００２１】
電極切断刃は、上下一対からなる回転可能な円盤状の上刃１及び下刃２を備え、金属箔７両面に塗布層８が形成されてなる電極９を前記上下刃１、２の重なり合う部分に進入させて切断するものである。
【００２２】
上刃１は、図１から図３に示すように、前記上刃回転軸４上に装着される回転可能な円盤状の丸刃であり、上刃１の外周縁部に形成された刃先形状部１１は上刃１の直径方向外方に向かって尖状となっており、腹側テーパ面１２と、前記腹側テーパ面１２と連続する背側テーパ面１３とにより構成される。また、前記腹側テーパ面１２と背側テーパ面１３とが形成する稜線は、上刃１の最外周縁部に亘って刃先形状部１１の先端部である上刃刃先１４となる。
【００２３】
腹側テーパ面１２は、図４に示すように、下刃２の下刃刃先１５が接触するテーパ面であり、上刃１の上刃刃先１４を通る鉛直面Ｆに対して前記腹側テーパ面１２が所定の角度αをなす。
また、前記上刃１の外周縁部に形成された腹側テーパ面１２と背側テーパ面１３とのなす角度である刃先角度はβである（図３参照）。
【００２４】
下刃２は、前記下刃回転軸５上に装着される回転可能な円盤状の丸刃（本実施形態においては円筒状の丸刃）であり、下刃２の腹側外周縁部に、断面視略直角形状部分における先端部である下刃刃先１５を有している。また、下刃刃先１５は、前記上刃１の腹側テーパ面１２の上下方向中途部に接触している。また、下刃２の腹側に有する側面１６は、鉛直面Ｆに対して平行となる面である。
なお、本実施形態においては、上下刃１、２のうち上刃１の外周縁部に前記腹側テーパ面１２及び背側テーパ面１３を設けて、下刃２の下刃刃先１５を前記腹側テーパ面１２に接触するように構成したが、特に限定するものではなく、前記上下刃の何れか一方の刃の外周縁部に、腹側テーパ面及び背側テーパ面を設けて、他方の刃の刃先を腹側テーパ面に接触するように構成することも可能である。すなわち、本実施形態で説明する上下刃の上下位置関係を、逆にして構成することも可能である。
【００２５】
また、上下刃１、２は、図４に示すように、上刃１の腹側テーパ面１２に下刃刃先１５を当接し、互いの刃先１４、１５同士を重なり合せた状態（オーバーラップした状態）で配置されており、このような状態において、上下刃１、２における鉛直方向（図４におけるｙ軸方向）における重なり量のことを、ラップ量ｂとする。また、上下刃１、２の水平方向（図４におけるｘ軸方向）における上刃刃先１４と下刃刃先１５との刃先間の距離をクリアランス量ｃとする。また、図４からも明らかなように、クリアランス量ｃは、前記ラップ量ｂと前記角度αとにより、ｂ×ｔａｎ（α）で表すことができる。換言すれば、上刃１の角度αとラップ量ｂが設定されると、クリアランス量ｃも決定される。
【００２６】
付勢手段３は、図１に示すように、上刃１背側に隣接して上刃回転軸４上に設けられた弾性体であり、上刃１を一定圧力で下刃２側（図１においては左側）に付勢することができる。すなわち、付勢手段３は、上刃１の腹側テーパ面１２を前記弾性体により下刃刃先１５に対して所定の側圧を掛けた状態で接触させることが可能である。
【００２７】
上刃回転軸４は、上刃１を装着するための回転軸であり、ラップ量ｂを調節するために、段階的に上下に高さ調整をすることが可能である。また、下刃回転軸５は、下刃２を装着するための回転軸であり、スペーサー１７・１７を介して下刃２を固定することができる。また、上刃回転軸４及び下刃回転軸５は、回転駆動手段６に接続されており、図示しない駆動伝達手段を介して上刃回転軸４と下刃回転軸５とを相対回転させるとともに、上下刃１、２の刃先周速を同速になるように制御することができる。
【００２８】
このように構成された電極切断刃である上下刃１、２は、電極９の所定の電極厚みａに対して上下刃１、２同士を所定のクリアランス量ｃにて噛み合わせた（接触させた）状態で、上下刃１、２を相対回転することが可能であり、この上下刃１、２が重なり合う部分に被切断材である電極９を進入させることにより、電極９を切断することができる（図６参照）。
また、電極切断刃である上下刃１、２を適用した電極切断装置１０は、前記回転駆動手段６により上下刃回転軸４、５上に各々設けた上刃１及び下刃２を相対回転させて、その上下刃１、２が重なり合う部分に被切断材である電極９を進入させることにより、電極９を短冊状に切断可能である。
【００２９】
ここで、前記電極切断刃である上下刃１、２及び電極切断装置１０を用いて切断を行う際に、バリが発生しない好適な条件としては、まず、電極厚みａ、ラップ量ｂ、クリアランス量ｃ、上刃１の前記角度αにおいて次の関係を満たすことが好ましい。
関係式：ａ×０.０１≦ｂ×ｔａｎ（α）≦ａ×０.０５（クリアランス量ｃ＝ｂ×ｔａｎ（α））
すなわち、互いに噛み合った上下刃１、２が有するクリアランス量ｃとしては、電極９の電極厚みａに対して１〜５％程度の値であることが好ましい。ただし、この条件においても、バリを完全に発生しないようにすることは難しい。そこで、電極切断時にバリが発生しないより好適な条件について以下に示す。
なお、本実施形態においては、理解に供するために電極切断刃である一対の上下刃１、２について説明したが、特に一対の上下刃１、２に限定するものではなく、本実施形態で説明した一対の上下刃１、２を所定幅のスペーサーを用いることで各回転軸４、５の回転軸方向に複数配置することも可能である。
【００３０】
次に、前述した電極切断刃である上下刃１、２及び上下刃１、２を適用した電極切断装置１０を用いて所定の評価条件により電極９を切断して、その切断面について以下に示す評価条件及び評価方法に基づき目視観察により評価を行った。具体的には、上刃１の角度α、上刃１の刃先角度β、ラップ量ｂ、及び電極厚みａに対するクリアランス量ｃの比率（以下、クリアランス比率という。クリアランス比率＝ｃ／ａ×１００［％］）の各パラメータ条件をふった上刃１を用いて、電極９を５００ｍに亘って進入方向と同方向に切断後、その電極９の断面について目視観察を行った、その評価結果として実施例１〜１１及び比較例１〜７を以下に示す。
【００３１】
（評価条件）
電極厚みａ：１００μｍ
電極搬送速度（上下刃１、２への電極進入速度）：２０ｍ／ｍｉｎ
【００３２】
（バリ発生有無等の評価方法）
実施例及び比較例の評価は、図７に示すように、以下の３段階評価（○、△、×）で行い、良品を○とした。評価はマイクロスコープ（キーエンス製ＶＨＸ６００）を用いて行った。
×：金属箔のバリが塗布層厚み以上または塗布層が剥離したもの（図７（ａ））。
△：金属箔のバリが塗布層以内（図７（ｂ））。
○：金属箔のバリ発生なし（図７（ｃ））。
【表１】
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【００３３】
表１に示すように、実施例１から実施例１１においては、クリアランス量ｃが電極厚みａに対して１.７４〜１５.７％の範囲を満たし、刃先角度βが３０〜６０°の範囲でバリが発生しないという良好な結果が得られた。
【００３４】
一方、比較例１から比較例７においては、切断不良が発生した。具体的には、比較例１から３においては、角度α＝０°とし、すなわち、クリアランス量ｃ＝０として、まったく刃先間にクリアランス（隙間）を設けない構成であったため、上下刃１、２と被切断材である電極９との摺動により切断時の抵抗が大きくなり、切断面長手方向において連続的にバリが発生した。つまり、前記腹側テーパ面１２が所定の角度αをなすこと（クリアランス量ｃを有すること）がバリを発生しないようにするために少なくとも必要であることが確認できた。
【００３５】
また、比較例５においては、実施例におけるクリアランス比率の範囲（１.７４〜１５.７％の範囲）よりもクリアランス比率が小さい場合であり、比較的大きなバリが発生した。一方、比較例４のように、実施例におけるクリアランス比率の範囲よりもクリアランス比率が大きい場合においても比較例５と同様に比較的大きなバリが発生し、さらに、塗布層８（塗工部）の剥離（図７（ａ）参照）が観察された。
また、比較例６のように刃先角度βを６０°よりも大きくすると塗布層８に剥離が見られた。一方、比較例７のように刃先角度βが３０°よりも鋭くなると、刃先劣化が著しくなり、電極９断面に大きなバリが発生した。
【００３６】
以上の実施例と比較例とを比べることで明らかなように、実施例１〜１１を満たす条件（クリアランス量ｃが電極厚みに対して１．７４〜１５．７％となる範囲、すなわちクリアランス比率が１.７５〜１５.７％の範囲内）を有する電極切断刃である上下刃１、２を適用することにより、バリが生じていない良好な電極切断面を得ることができた。つまり、上記結果より、前記上下刃１、２の水平方向における刃先間距離であるクリアランス量ｃと、前記電極９の電極厚みａとの間に、１.７５≦（ｃ／ａ×１００）≦１５.７なる関係が成り立つように前記クリアランス量ｃを設定することでバリを発生することなく電極を切断することが可能となる。
【００３７】
以上のように、上下一対からなる回転可能な円盤状の上刃１及び下刃２を備え、金属箔７両面に塗布層８が形成されてなる電極９を前記上下刃１、２の重なり合う部分に進入させて切断する電極切断刃であって、
前記上下刃１、２の一方の刃である上刃１の外周縁部に形成された刃先形状部１１は、他方の刃である下刃２の刃先１５が接触する腹側テーパ面１２と、前記腹側テーパ面１２と連続する背側テーパ面１３とにより構成され、
前記上刃１の刃先１４を通る鉛直面Ｆに対して前記腹側テーパ面１２が所定の角度αをなす電極切断刃を適用することにより、金属箔７両面に塗布層８が形成された電極９において、金属箔７のバリを発生させることなく切断することができる。
【００３８】
また、前記上下刃１、２の水平方向における刃先間のクリアランスｃと、前記電極９の電極厚みａとの間に、
１.７５≦（ｃ／ａ×１００）≦１５.７なる関係が成り立つように前記クリアランスｃを設定する電極切断刃を適用することにより、金属箔７両面に塗布層８が形成された電極９において、金属箔７のバリを発生させることなく切断することができる。
【００３９】
また、前記クリアランスｃは、
前記上下刃１、２における鉛直方向の重なり量であるラップ量ｂと、前記角度αとにより、ｂ×ｔａｎ（α）で表され、前記関係が成り立つように前記電極厚みａに応じて前記角度αとラップ量ｂとを各々設定する電極切断刃を適用することにより、金属箔７両面に塗布層８が形成された電極９において、金属箔７のバリを発生させることなく切断することができる。
【００４０】
また、前記上刃１の外周縁部に形成された前記腹側テーパ面１２と前記背側テーパ面１３とのなす角である刃先角度βが、３０〜６０°である電極切断刃を適用することにより、金属箔７両面に塗布層８が形成された電極９において、金属箔７のバリを発生させることなく切断することができる。
【００４１】
また、前述した電極切断刃を適用した電極切断装置１０により、金属箔７両面に塗布層８が形成された電極９において、金属箔７のバリを発生させることなく切断することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１    上刃
２    下刃
７    金属箔
８    塗布層
９    電極
１０  電極切断装置
１１  刃先形状部
１２  腹側テーパ面
１３  背側テーパ面
１４  上刃刃先
１５  下刃刃先
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010253615.tif 000008
【図６】
2010253615.tif 000009
【図７】
2010253615.tif 000010