(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
横断面が四角形状の集電棒と、
一端が前記集電棒に固定された、前記集電棒を中心として横断面が四角形状になるよう前記集電棒に渦巻状に巻き込まれた帯状の一方の極板と、
前記集電棒および前記一方の極板と絶縁状態を保ちつつ、前記一方の極板と重ね合わされながら横断面が四角形状になるよう前記集電棒に渦巻状に巻き込まれた帯状の他方の極板と、
を備えた電極群。
【請求項２】
横断面が四角形状の集電棒を中心として、帯状の一方の極板および帯状の他方の極板が絶縁状態で重ね合わされながら横断面が四角形状になるよう渦巻状に巻き込まれた電極群を製造するための製造装置であって、
前記集電棒をその軸心を中心として回転させて、前記帯状の一方の極板および前記帯状の他方の極板を重ね合わせながら前記集電棒に巻き込むための巻き込み手段と、
前記巻き込み手段により回転される前記集電棒の回転角度を検出するための回転角度検出手段と、
前記回転角度検出手段により検出された前記集電棒の回転角度に従って、前記集電棒の軸心から外周面までの最短距離と前記軸心から前記外周面までの最長距離との差の範囲内で、前記集電棒に対して接離方向に往復移動することにより前記集電棒に巻き込まれる前記帯状の一方の極板および前記帯状の他方の極板を案内するための案内手段と、
を備えた電極群の製造装置。
【請求項３】
前記案内手段を前記集電棒方向に付勢するための付勢手段をさらに備えた、請求項２に記載の電極群の製造装置。
【請求項４】
横断面が四角形状の集電棒を中心として、帯状の一方の極板および帯状の他方の極板が絶縁状態で重ね合わされながら横断面が四角形状になるよう渦巻状に巻き込まれた電極群を製造するための製造装置であって、
前記集電棒をその軸心を中心として回転させて、前記帯状の一方の極板および前記帯状の他方の極板を重ね合わせながら前記集電棒に巻き込むための巻き込み手段と、
前記巻き込み手段により前記集電棒に巻き込まれる前記帯状の一方の極板および前記帯状の他方の極板を前記集電棒方向に付勢するための付勢手段と、
を備えた電極群の製造装置。
【請求項５】
横断面が四角形状の集電棒を中心として、帯状の一方の極板および帯状の他方の極板が絶縁状態で重ね合わされながら横断面が四角形状になるよう渦巻状に巻き込まれた電極群の製造方法であって、
前記集電棒をその軸心を中心として回転させ、前記帯状の一方の極板と前記帯状の他方の極板とを重ね合わせながらかつ前記集電棒の外周面形状に沿って前記帯状の一方の極板と前記帯状の他方の極板とを案内しながら前記集電棒に渦巻状に巻き込む工程を含む、
電極群の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極群、特に、渦巻型の電極群に関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
リチウム電池などの分野では、渦巻型の電極群を備えたものが知られている。ここで、渦巻型の電極群とは、一般に、円柱状の芯棒体を中心として、帯状の一方の極板（例えば、正極板）および帯状の他方の極板（例えば、負極板）がセパレーターを挟んで絶縁状態で重ね合わされながら渦巻状に巻き込まれた電極群をいう。
【０００３】
上述のような渦巻状の電極群は、一般に円柱状に形成されるため、それを備えた電池も通常は円柱状に形成される。このような円柱状の電池は、体積効率が良好でなく、それを搭載するための空間の効率的な利用を妨げる場合が多い。
【０００４】
本発明の目的は、渦巻型の電極群について、それを備えた電池がそれを搭載するための空間を効率的に利用できるようにすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電極群は、横断面が四角形状の集電棒と、一端が集電棒に固定された、集電棒を中心として横断面が四角形状になるよう集電棒に渦巻状に巻き込まれた帯状の一方の極板と、集電棒および一方の極板と絶縁状態を保ちつつ、一方の極板と重ね合わされながら横断面が四角形状になるよう集電棒に渦巻状に巻き込まれた帯状の他方の極板とを備えている。
【０００６】
このような本発明の電極群は、集電棒として横断面が四角形状のものを用い、また、帯状の一方の極板と帯状の他方の極板とを横断面が四角形状になるよう集電棒に渦巻状に巻き込んでいるので、全体として角柱状に形成される。このような角柱状の電極群によれば、それを採用した電池を角柱状に形成することができる。角柱状に形成された電池は、それを搭載するための空間を効率的に利用することができる。
【０００７】
本発明に係る電極群の製造装置は、横断面が四角形状の集電棒を中心として、帯状の一方の極板および帯状の他方の極板が絶縁状態で重ね合わされながら横断面が四角形状になるよう渦巻状に巻き込まれた電極群を製造するための製造装置である。この製造装置は、集電棒をその軸心を中心として回転させて、帯状の一方の極板および帯状の他方の極板を重ね合わせながら集電棒に巻き込むための巻き込み手段と、巻き込み手段により回転される集電棒の回転角度を検出するための回転角度検出手段と、回転角度検出手段により検出された集電棒の回転角度に従って、集電棒の軸心から外周面までの最短距離と軸心から外周面までの最長距離との差の範囲内で、集電棒に対して接離方向に往復移動することにより集電棒に巻き込まれる帯状の一方の極板および帯状の他方の極板を案内するための案内手段とを備えている。
【０００８】
このような本発明に係る電極群の製造装置によれば、帯状の一方の極板および帯状の他方の極板は、巻き込み手段により回転される集電棒に対して互いに重ね合わされながら巻き込まれる。この際、案内手段は、回転角度検出手段により検出された集電棒の回転角度に従って、集電棒に対して接離方向に往復移動する。このため、帯状の一方の極板および帯状の他方の極板は、案内手段により案内されて集電棒の外周面形状に従って巻き込まれ得る。このようにして集電棒に巻き込まれた帯状の一方の極板および帯状の他方の極板は、全体として、集電棒の形状に対応した角柱状の電極群を形成し得る。
【０００９】
なお、本発明に係る電極群の製造装置は、例えば、案内手段を集電棒方向に付勢するための付勢手段をさらに備えていてもよい。この場合、集電棒に巻き込まれる帯状の一方の極板および帯状の他方の極板は、案内手段により案内されると共に付勢手段により集電棒方向に付勢されるので、集電棒の外周面形状に従ってより確実に巻き込まれ得る。
【００１０】
本発明に係る他の電極群の製造装置は、横断面が四角形状の集電棒を中心として、帯状の一方の極板および帯状の他方の極板が絶縁状態で重ね合わされながら横断面が四角形状になるよう渦巻状に巻き込まれた電極群を製造するための製造装置である。この製造装置は、集電棒をその軸心を中心として回転させて、帯状の一方の極板および帯状の他方の極板を重ね合わせながら集電棒に巻き込むための巻き込み手段と、巻き込み手段により集電棒に巻き込まれる帯状の一方の極板および帯状の他方の極板を集電棒方向に付勢するための付勢手段とを備えている。
【００１１】
このような製造装置によれば、帯状の一方の極板および帯状の他方の極板は、巻き込み手段により回転される集電棒に対して互いに重ね合わされながら巻き込まれる。この際、集電棒に巻き込まれる帯状の一方の極板および帯状の他方の極板は、付勢手段により集電棒方向に付勢される。このため、両極板は、集電棒の外周面形状に従って巻き込まれ得る。このようにして集電棒に巻き込まれた両極板は、全体として、集電棒の形状に対応した角柱状の電極群を形成し得る。
【００１２】
本発明に係る電極群の製造方法は、横断面が四角形状の集電棒を中心として、帯状の一方の極板および帯状の他方の極板が絶縁状態で重ね合わされながら横断面が四角形状になるよう渦巻状に巻き込まれた電極群の製造方法である。この製造方法は、集電棒をその軸心を中心として回転させ、帯状の一方の極板と帯状の他方の極板とを重ね合わせながらかつ集電棒の外周面形状に沿って帯状の一方の極板と帯状の他方の極板とを案内しながら集電棒に渦巻状に巻き込む工程を含んでいる。
【００１３】
このような電極群の製造方法によれば、帯状の一方の極板および帯状の他方の極板は、互いに重ね合わされながら集電棒に巻き込まれる。この際、帯状の一方の極板および帯状の他方の極板は、集電棒の外周面形状に沿って案内されながら巻き込まれ得る。したがって、集電棒に巻き込まれた帯状の一方の極板および帯状の他方の極板は、全体として、集電棒の形状に対応した角柱状の電極群を形成し得る
【００１４】
【実施例】
図１に、本発明の一実施例に係る電極群を示す。なお、図１は、電極群の横断面図である。図において、電極群１は、芯棒体２、並びにその芯棒体２を中心として巻き込まれた陰極集電体３，陽極集電体４およびセパレーター５を主に備えている。
【００１５】
芯棒体２は、陰極集電棒として機能し得る部材からなり、中心部２ａが開口した、横断面が正方形の角筒状に形成されている。
【００１６】
陰極集電体３は、例えば、銅箔に陰極用活物質層を配置したものからなり、帯状に形成されている。なお、陰極用活物質層には、例えばカーボンなどの陰極用活物質が含まれている。このような陰極集電体３は、一端３ａが芯棒体２にスポット溶接されており、時計回りに渦巻状に巻き込まれている。
【００１７】
陽極集電体４は、例えば、アルミニウム箔に陽極用活物質層を配置したものからなり、帯状に形成されている。なお、陽極用活物質層には、例えばＬｉＣｏＯ2 やＬｉＮｉＯ2 などの陽極用活物質が含まれている。このような陽極集電体４は、一端４ａが芯棒体２の近傍に配置されており、陰極集電体３と平行に時計回りに渦巻状に巻き込まれている。
【００１８】
セパレーター５は、電池用に通常用いられる電気絶縁材料からなる帯状に形成されている。このようなセパレーター５は、二つ折りにされており、その折り返し部５ａが芯棒体２に当接するよう配置されている。また、二つ折りにされたセパレーター５は、陰極集電体３と陽極集電体４との間に配置され、両集電体３，４間を絶縁しながら陰極集電体３および陽極集電体４と平行に時計回りに渦巻状に巻き込まれている。なお、陽極集電体４の一端４ａは、このようなセパレーター５により、芯棒体２との絶縁性が保たれている。
【００１９】
上述の電極群１において、芯棒体２を中心として巻き込まれた陰極集電体３、陽極集電体４およびセパレーター５は、いずれも芯棒体２の外周面形状に対応した角状に巻き込まれている。このため、電極群１は、全体として角柱状に形成されている。
【００２０】
このような電極群１は、例えば、電槽内に収容され、電池を形成し得る。この際、電極群１が角柱状に形成されているため、電槽として角型のものをもちいることができる。この結果、本実施例の電極群１を備えた電池は、全体として角型に構成することができるので、それを搭載するための空間に無駄なスペースを形成しにくく、当該空間を効率的に利用することができる。
【００２１】
次に、上述の電極群１を製造するための製造装置について説明する。図２は、製造装置１０の概略構成を示す図である。図において、製造装置１０は、巻き込み装置１１と、一対の案内装置１２，１２とから主に構成されている。
【００２２】
巻き込み装置１１は、モーター１３と、モーター１３に回転可能に取り付けられたギヤ１４と、ギヤ１４に噛み合わされた減速ギヤ１５と、減速ギヤ１５により回転されかつ一対の案内装置１２，１２間に延びる回転軸１６とを主に備えている。なお、回転軸１６は、上述の芯棒体２の中心部２ａに挿入することができるよう、角柱状に形成されている。このような巻き込み装置１１は、モーター１３の回転力をギヤ１４および減速ギヤ１５を介して回転軸１６に伝達し、回転軸１６を図３（図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図）の反時計回り（図の矢印方向）に回転し得る。
【００２３】
上述の巻き込み装置１１において、減速ギヤ１５には、回転軸１６の回転角度θ（図３）を検出するためのエンコーダー１７が装備されている。このエンコーダー１７は、アンプ１８を介して演算器１９に接続されており、演算器１９に回転軸１６の回転角度θを伝達し得る。
【００２４】
一対の案内装置１２，１２は、回転軸１６を挟んで上下に配置されている。各案内装置１２は、回転軸１６と平行に延びるローラー２０と、エアシリンダー２１と、ローラー２０を自由回転可能に支持しかつエアシリンダー２１の付勢力によりローラ２０を回転軸１６方向に付勢するための支持体２２とを備えている。
【００２５】
エアシリンダー２１は、サーボ２３に接続されている。このサーボ２３は、演算器１９に接続されており、演算器１９による演算結果に従って、エアシリンダー２１全体を図２の上下方向に移動させ得る。
【００２６】
次に、演算器１９での演算内容について説明する。演算器１９には、エンコーダー１７により検出された回転軸１６の回転角度θが入力される。ここで云う回転軸１６の回転角度θとは、図３に示すように、回転軸１６の軸心ｃを中心として、回転軸１６が図の反時計回りに回転する場合の回転角度を云う。演算器１９は、このような回転軸１６の回転角度θに従って、エアシリンダー２１全体の移動量（Ｘ）を算出する。ここで算出されるエアシリンダー２１全体の移動量は、図３に示すように、回転軸１６の軸心ｃから回転軸１６に装着された芯棒体２の外周面までの距離ｒと、回転軸１６の軸心ｃから芯棒体２の外周面までの最短距離ｒａとの差（ｒ−ｒａ）である。なお、距離ｒは、回転軸１６の軸心ｃから芯棒体２の外周面までの最短距離ｒａと、軸心ｃから芯棒体２の外周面までの最長距離（軸心ｃから芯棒体２の角部までの距離）ｒｂとの差の範囲内になり、下記の計算式により算出される。
【００２７】
ｒ＝ｒａ／ｃｏｓθ
【００２８】
このようにして演算されるエアシリンダー２１全体の移動量（Ｘ）は、具体的には、０（回転軸１６の回転角度θが例えば０°の場合）からｒｂ−ｒａ（回転軸１６の回転角度θが例えば４５°の場合）の範囲となる。回転軸１６の回転角度θと移動量（Ｘ）との関係を図４に示す。図に示すように、回転軸１６が一回転する間に、移動量（Ｘ）は０からｒｂ−ｒａの範囲を４往復することになる。
【００２９】
このようにして演算器１９により算出された移動量（Ｘ）は、サーボ２３に伝達される。サーボ２３は、この情報に従ってエアシリンダー２１全体を図２の上下方向に往復移動させる。具体的には、図３に示すような回転軸１６の回転角度θが０°の場合から回転軸１６が図の反時計回りに回転し始めると、サーボ２３は、エアシリンダー２１を演算器１９で算出された移動量（Ｘ）分だけ回転軸１６から離れる方向に移動させる。そして、回転角度θが４５°になったときを境にして、図４に示すように移動量（Ｘ）は減少し始めるので、サーボ２３は、エアシリンダー２１を回転軸１６方向に移動させる。このように、エアシリンダー２１は、図４に示す周期に従って移動し、回転軸１６が一回転する間に、移動量（Ｘ）の範囲で４往復することになる。
【００３０】
次に、上述の製造装置１０を用いて電極群１を製造する方法について説明する。先ず、図５に示すように、芯棒体２に陰極集電体３の一端３ａをスポット溶接する。そして、このように陰極集電体３が溶接された芯棒体２を、図２および図３に示すように製造装置１０の回転軸１６に装着する。
【００３１】
このようにして回転軸１６に装着された芯棒体２に対して、図６に示すようにセパレーター５を配置する。ここでは、帯状のセパレーター５の一端側５１が芯棒体２に溶接された陰極集電体３上に重なり得るように、セパレーター５を芯棒体２と上側の案内装置１２のローラー２０との間に配置する。そして、このセパレーター５の他端側を芯棒体２の図左側面から下側面に沿わせ、当該下側面で折り返す。こうして形成されたセパレーター５の折り返し部５ａには、陽極集電体４の一端４ａを挟み込む。このように、製造装置１０に対して陰極集電体３、陽極集電体４およびセパレーター５を配置した状態では、エアシリンダー２１の付勢力により各案内装置１２のローラー２０がセパレーター５を芯棒体２方向に付勢している。
【００３２】
次に、製造装置１０を作動させ、回転軸１６を図６の反時計回り（図の矢印方向）に回転させ始める。これにより、陰極集電体３および陽極集電体４は、セパレーター５間に挟まれながら、図７および図８に示すように芯棒体２に徐々に巻き込まれる。
【００３３】
芯棒体２に対する陰極集電体３、陽極集電体４およびセパレーター５のこのような巻き込み工程において、エンコーダー１７は回転軸１６の回転角度θを常時検出し、その情報をアンプ１８を介して演算器１９に伝達する。演算器１９は、上述の計算式に基づいてエアシリンダー２１の移動量（Ｘ）を算出する。この算出結果に基づいて、サーボ２３はエアシリンダー２１を上下に往復移動させる。例えば、図７に示すように回転軸１６が４５°回転した場合、エアシリンダー２１は、図６に示す場合（回転角度θ＝０°の場合）よりもＸ（ここでは、Ｘ＝ｒｂ−ｒａ）だけ回転軸１６から離れた位置に移動する。さらに、図８に示すように、回転軸が４５°回転すると（回転角度θ＝９０°の場合）、エアシリンダー２１は、図７の場合の位置からＸ（ここでは、Ｘ＝ｒｂ−ｒａ）だけ回転軸１６に近づいた位置に移動する。
【００３４】
このように、本実施例の製造装置１０では、回転軸１６の回転角度に従ってエアシリンダー２１が往復移動し、しかも支持体２２はエアシリンダー２１により回転軸１６方向に付勢されるので、支持体２２に支持されたローラー２０は、常にセパレーター５に密接しながら図６，７および８に矢印で示す方向に自由回転する。このため、芯棒体２に巻き込まれる陰極集電体３、陽極集電体４およびセパレーター５は、ローラー２０により案内されながら芯棒体２の外周面に沿った角柱状に確実に巻き込まれ、最終的には角柱状の電極群１を形成し得る。
【００３５】
なお、このような巻き込み工程では、各支持体２２は、エアシリンダー２１の付勢力に逆らって、芯棒体２に巻き込まれた陰極集電体３、陽極集電体４およびセパレーター５の厚さの分だけ回転軸１６から離れる方向に徐々に移動する。
【００３６】
〔他の実施例〕
（１）前記実施例では、陰極集電体３と陽極集電体４との絶縁性、芯棒体２と陽極集電体４との絶縁性を確保するためにセパレーター５を用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば、陰極集電体３および陽極集電体４のそれぞれの活物質層上に固体電解質層を重ねて形成した場合は、当該固体電解質層がセパレーターとして機能し得るため、別途セパレーターを用いることなく本発明に係る電極群を構成することができる。なお、陰極集電体３と陽極集電体４とがこのような固体電解質層を備えている場合は、電槽に電解液を注入することなく電池を構成することができる。
【００３７】
（２）前記実施例では、陰極集電体３を芯棒体２にスポット溶接し、陽極集電体４を芯棒体２と絶縁させたが、本発明はこれに限定されない。すなわち、陽極集電体４を芯棒体２にスポット溶接し、陰極集電体３を芯棒体２と絶縁させた場合も本発明を同様に実施することができる。但し、この場合、芯棒体２としては、陽極集電棒として機能するものを用いる必要がある。
【００３８】
（３）上述の製造装置１０では、エアシリンダー２１全体が回転軸１６の回転角度に従って往復移動するように構成したが、このような構成無しに電極群１を製造することもできる。すなわち、上述の製造装置１０において、エアシリンダー２１によりローラ２０が回転軸１６方向に付勢されるように構成されていれば、陰極集電体３、陽極集電体４およびセパレーター５は、当該付勢装置の付勢力のために、常にローラー２０により芯棒体２方向に押圧されながら巻き込まれることになるので、芯棒体２の外周面に沿った角柱状に確実に巻き込まれ、最終的には角柱状の電極群１を形成し得る。
【００３９】
（４）上述の製造装置１０では、ローラ２０を回転軸１６方向に付勢するための手段としてエアシリンダー２１を用いたが、エアシリンダー２１に代えてバネを用いた場合も本発明を同様に実施することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明に係る電極群は、全体として角柱状に形成されている。このため、このような角柱状の電極群を利用すれば、電池を角柱状に形成することができるため、当該電池を搭載するための空間を効率的に利用することができる。
【００４１】
本発明に係る電極群の製造装置は、帯状の一方の極板および帯状の他方の極板を、案内手段により案内しながら集電棒の外周面形状に従って巻き込むことができるので、集電棒の形状に対応した角柱状の電極群を形成し得る。
【００４２】
本発明に係る他の電極群の製造装置は、集電棒に巻き込まれる帯状の一方の極板および帯状の他方の極板を集電棒方向に付勢するための付勢手段を備えているため、両極板は、集電棒の外周面形状に従って巻き込まれ得る。このため、この製造装置は、集電棒の形状に対応した角柱状の電極群を形成し得る。
【００４３】
本発明に係る電極群の製造方法は、帯状の一方の極板および帯状の他方の極板を集電棒の外周面形状に沿って案内しながら巻き込んでいるので、集電棒の形状に対応した角柱状の電極群を形成し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る電極群の横断面図。
【図２】本発明の一実施例に係る電極群の製造装置の概略図。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図。
【図４】前記製造装置における、回転軸の回転角度（θ）と支持体の移動量（Ｘ）との関係を示す図。
【図５】前記製造装置により前記電極群を製造する場合の一工程を示す図。
【図６】前記製造装置により前記電極群を製造する場合の他の工程を示す図。
【図７】前記製造装置により前記電極群を製造する場合のさらに他の工程を示す図。
【図８】前記製造装置により前記電極群を製造する場合のさらに他の工程を示す図。
【符号の説明】
１  電極群
２  芯棒体
３  陰極集電体
４  陽極集電体
５  セパレーター
１０  製造装置
１１  巻き込み装置
１２  案内装置
１６  回転軸
１７  エンコーダー
２１  エアシリンダー
２３  サーボ
【図１】
0003658816.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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