(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池に用いられる、正電極と負電極とセパレータとからなる電極積層体の製造方法であって、
長尺シート状の前記正電極と前記負電極の間に、長尺シート状の前記セパレータを挟んで集合電極シートを形成する材料供給工程と、この集合電極シートを、歯先部と歯底部がかみ合う、独立して回転する一対の歯車体Ｘおよび歯車体Ｙの間に挿入し、前記歯車体Ｘの歯先部と前記歯車体Ｙの歯先部とを交互に使用してつづら折りさせる折り曲げ積層工程とを有し、
前記折り曲げ積層工程において、前記集合電極シートを各歯車体の歯先部と歯底部以外の部分に接触させず、前記集合電極シートが接している歯車体Ｘの歯先部と歯車体Ｙの歯先部との距離を前記集合電極シートの折り曲げピッチ寸法値とし、
前記歯車体Ｘと前記歯車体Ｙとのかみ合い時において、かみ合う歯先部と歯底部との周速度を一致させることを特徴とする電極積層体の製造方法。
【請求項２】
前記折り曲げ積層工程において、少なくとも一方の歯車体は、その歯先部および歯底部で、前記集合電極シートを把持する構成であり、該歯車体は、その歯先部と該歯先部に隣接する歯底部との距離が前記集合電極シートの折り曲げピッチ寸法値であることを特徴とする請求項１記載の電極積層体の製造方法。
【請求項３】
前記折り曲げ積層工程において、前記集合電極シートが接している歯車体Ｘの歯先部と歯車体Ｙの歯先部との距離が前記集合電極シートの折り曲げピッチ寸法値となるように、前記歯車体Ｘと前記歯車体Ｙの回転角度を管理しながら、各歯車体をそれぞれ回転させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電極積層体の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の製造方法に用いられる電極積層体の製造装置であって、
前記集合電極シートを形成する材料供給手段と、該集合電極シートをつづら折りさせる折り曲げ手段とを備えてなり、
前記折り曲げ手段が、歯先部と歯底部がかみ合う、独立して回転する一対の前記歯車体Ｘおよび前記歯車体Ｙからなり、各歯車体は少なくとも歯先部で前記集合電極シートを把持でき、歯先部と歯底部以外の部分が該集合電極シートと接触しない構成であり、
折り曲げ時において、前記歯車体Ｘおよび前記歯車体Ｙは、前記集合電極シートが接している歯車体Ｘの歯先部と歯車体Ｙの歯先部との距離が該集合電極シートの折り曲げピッチ寸法値となるように、それぞれ回転し、
前記歯車体Ｘと前記歯車体Ｙとのかみ合い時において、かみ合う歯先部と歯底部との周速度が一致することを特徴とする電極積層体の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車などに使用される大型二次電池の電極積層体の製造方法、およびこの製造方法に用いられる製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
動力電源や電力貯蔵用途の大型二次電池には、大電流対応としての放熱性の良さや電流の外部取出しの容易さから、角型缶容器または角型ラミネートに収納される形で電極積層体（フラット積層型）を用いることが多い。フラット積層型でなく、正電極、負電極、セパレータをロール状に捲回される方式では、電池が大型である場合や、電流が多く発熱が大きい場合では、伸びによるクラックなどの問題が起こりやすい。電極積層体は、セパレータを正電極と負電極の間に挟み層状に積層したものであり、蓄電容量に応じてセパレータと電極とが多数積層されている。なお、二次電池としては、特にリチウムイオン二次電池が、電池電圧、エネルギー密度、サイクル特性などに優れ、自己放電も少ないため、電気自動車などに積載する二次電池として主に利用されている。
【０００３】
現状、二次電池の電極積層体の製造に用いる積層方法は、概して３方式に分類される。方式１は、事前に所定の寸法に裁断された電極シートとセパレータをロボットアームやアクチュエータの搬送機能を用いて１枚ずつ積み上げる方法である。方式２は、長尺シート状の正電極と負電極とセパレータとを所定の寸法に折り曲げ畳むことで積層する方法である。方式３は、方式１と方式２とを組み合わせた方法である。
【０００４】
このうち、方式１は、特にセパレータのように厚さが２０μｍ程度と薄く、剛性不足であると、その把持や位置決めが容易ではなく、電極を積層することに時間がかかるという問題がある。また、材料を１枚ずつ所定寸法に裁断する際に発生する粉塵が、異物混入の品質問題となり易い。
【０００５】
方式３の例として特許文献１を示す。特許文献１では、特に厚さが薄く積層困難なセパレータ（絶縁フィルム）を事前裁断せずに長尺シートのまま折畳みアームでつづら折りすることで、積層時間の短縮を図る自動積層装置が開示されている。しかしながら、正電極および負電極については、方法１と同じく、１枚ずつ所定寸法に裁断する作業を残していることから、十分な解決策とはなっていない。
【０００６】
方法２の例として特許文献２を示す。特許文献２では、負極とセパレータと正極とを熱溶着させた集合電極シートをコルゲートロールでつづら折りする二次電池電極の製造方法が開示されている。この方法では、折り畳むことにより積層時間を短縮することができるとともに、材料の事前裁断をなくしたことにより、方法１の品質問題を解決している。しかしながら、この方法は、曲げピッチ寸法精度を、集合電極シートに所定の形状を有するコルゲートロールを押し当てる（挟み込む）ことで担保しているため、このことに起因する新たな品質問題が発生する不安がある。すなわち、コルゲートロール間を集合電極シートが通過する際、コルゲートロールからの連続的な加圧力により皺が発生したり、シートが蛇行して正しく曲げられなかったりする。このような不安から搬送速度は低く抑えられ生産性は高くない。具体的には、搬送速度は２〜３ｍ／ｍiｎとされている。また、ロール円周上の凸部と凹部との周速度の違いから、凸部と凹部とに挟まれた集合電極シートには凸部および凹部によるこすりキズや異物発生のおそれがある。
【０００７】
方法２の他の例として特許文献３を示す。特許文献３では、集合電極シートを２つの歯車のかみ合わせ部に通すことで、歯車の歯型形状を集合電極シートに転写し、連続くさび形状を形成する電池用電極の製造方法が開示されている。しかしながら、この方法でも、特許文献２のコルゲートロールと同様の問題がある。すなわち、転写に必要な加圧力を歯面から集合電極シートに連続的に与えることによる皺や曲げ品質の問題、また、歯先部では歯先とこの歯先と接触する集合電極シートとの回転速度の違いからこすりキズや異物発生のおそれがあるなどの問題がある。
【０００８】
その他、二次電池とは異なる分野で、排水溝、排気溝、浄化槽などに用いられる波形網状体（フィルタ）を製造する方法として特許文献４および特許文献５を示す。これらの特許文献では、回転軸と複数の羽根板からなる一対の回転体を用いて、無機質繊維などからなる網状体をつづら状に折り畳む方法が開示されている。しかしながら、この方法は、未硬化の樹脂を、羽根板で受け取って折り畳む方法であるため、皺などが多く発生する。また、網状体は、羽根板に沿って接触しつつ折り畳まれる。このため、形状の厳格性（皺がないことや曲げ品質に優れる）が要求され、折り畳み時の他部材との接触によるキズや異物発生を極力排除する必要がある、二次電池の電極積層体の製造には適用することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１２６１号公報
【特許文献２】特開２００２−３４３３４２号公報
【特許文献３】特開２００６−１９０５３１号公報
【特許文献４】特開平６−１９２９５５号公報
【特許文献５】特開平７−３１０２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述のように、特許文献１〜３などに開示された、大型二次電池の電極積層体の製造方法には曲げや裁断時の異物発生に起因する品質問題や材料への連続的な加圧力に起因する生産性の悪さなどが課題として残されている。また、二次電池の電極積層体は、その薄さおよび構造から、皺がなく、曲げ形状に優れ、かつ、キズや異物発生を極力排除した全体として高い品質が要求されるため、特許文献４や５のような他分野における折り曲げ積層体の製法を転用することも困難である。特に、近年の二次電池需要の増加および品質向上の要求から、より高い品質の二次電池の電極積層体を高い生産性で製造できる方法や装置の開発が望まれている。
【００１１】
本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、長尺シート状の正電極と負電極とセパレータとを所定の寸法に折り曲げ畳む方式の製造方法において、高い生産性を実現しながら、キズや異物発生を極力排除できる二次電池の電極積層体の製造方法、およびこの製造方法に用いられる製造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】
【００１２】
本発明の電極積層体の製造方法は、二次電池に用いられる、正電極と負電極とセパレータとからなる電極積層体の製造方法であり、長尺シート状の上記正電極と上記負電極の間に、長尺シート状の上記セパレータを挟んで集合電極シートを形成する材料供給工程と、この集合電極シートを、歯先部と歯底部がかみ合う、独立して回転する一対の歯車体Ｘおよび歯車体Ｙの間に挿入し、歯車体Ｘの歯先部と歯車体Ｙの歯先部とを交互に使用してつづら折りさせる折り曲げ積層工程とを有し、上記折り曲げ積層工程において、上記集合電極シートを各歯車体の歯先部と歯底部以外の部分に接触させず、上記集合電極シートが接している歯車体Ｘの歯先部と歯車体Ｙの歯先部との距離を上記集合電極シートの折り曲げピッチ寸法値とすることを特徴とする。
【００１３】
「歯車体」とは、外周上に歯先部と歯底部とを交互に有する歯車形状の回転体である。また、「歯先部」は、歯先および該歯先付近を含む部位であり、「歯底部」は、歯底および該歯底付近を含む部位である。上記のように歯車体Ｘおよび歯車体Ｙは、（１）歯先部と歯底部とがかみ合う一対の歯車体であり、かつ、（２）それぞれが独立して回転するものである。ここで、「歯先部と歯底部とがかみ合う」構造とは、歯車体Ｘと歯車体Ｙの回転軸中心を結んだ線上において、一方の歯車体の歯先部（歯先面）と、他方の歯車体の歯底部（歯底面）とが、挟まれる集合電極シートを介して接触し、次いで、上記他方の歯車体の歯先部（歯先面）と、上記一方の歯車体の歯底部（歯底面）とが、挟まれる集合電極シートを介して接触し、回転に伴いこれが繰り返しなされる構造である。また、「独立して回転する」とは、歯車体Ｘと歯車体Ｙとが別個独立に制御されて回転することである。このように、歯車体Ｘおよび歯車体Ｙは、歯先部と歯底部とが間接的に交互に接触するものの、これにより運動を伝達するものではなく、歯面がかみ合うことで運動を伝達する通常の一対の歯車とは異なるものである。
【００１４】
また、上記折り曲げ積層工程において、少なくとも一方の歯車体は、その歯先部および歯底部で、上記集合電極シートを把持する構成であり、該歯車体は、その歯先部と該歯先部に隣接する歯底部との距離が上記集合電極シートの折り曲げピッチ寸法値であることを特徴とする。
【００１５】
また、上記歯車体Ｘと上記歯車体Ｙとのかみ合い時において、かみ合う歯先部と歯底部との周速度を一致させることを特徴とする。ここで、「かみ合い時」とは、歯車体Ｘと歯車体Ｙの回転軸中心を結んだ線上において、一方の歯車体の歯先部と、他方の歯車体の歯底部とが、挟まれる集合電極シートを介して接触している状態の時であり、「周速度が一致」とは、集合電極シートを介して接触している上記歯先部の周速度と上記歯底部の周速度とが、その大きさおよび方向ともに一致していることをいう。
【００１６】
また、上記折り曲げ積層工程において、上記集合電極シートが接している歯車体Ｘの歯先部と歯車体Ｙの歯先部との距離が、上記集合電極シートの折り曲げピッチ寸法値となるように、上記歯車体Ｘと上記歯車体Ｙの回転角度を管理しながら、各歯車体をそれぞれ回転させることを特徴とする。
【００１７】
本発明の電極積層体の製造装置は、上記本発明の製造方法に用いられる装置であり、上記集合電極シートを形成する材料供給手段と、該集合電極シートをつづら折りさせる折り曲げ手段とを備えてなり、上記折り曲げ手段が、歯先部と歯底部がかみ合う、独立して回転する一対の上記歯車体Ｘおよび上記歯車体Ｙからなり、各歯車体は少なくとも歯先部で上記集合電極シートを把持でき、歯先部と歯底部以外の部分が該集合電極シートと接触しない構成であり、折り曲げ時において、上記歯車体Ｘおよび上記歯車体Ｙは、上記集合電極シートが接している歯車体Ｘの歯先部と歯車体Ｙの歯先部との距離が該集合電極シートの折り曲げピッチ寸法値となるように、それぞれ回転することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の電極積層体の製造方法は、上述のとおり、長尺シート状の正電極と負電極とセパレータとからなる集合電極シートを所定の寸法に折り曲げ積層することで電極積層体を製造する方法であり、この折り曲げ積層工程が、歯先部と歯底部がかみ合う、独立して回転する一対の歯車体Ｘおよび歯車体Ｙの間に集合電極シートを挿入し、歯車体Ｘの歯先部と歯車体Ｙの歯先部とを交互に使用してつづら折りさせ、その際に、集合電極シートを各歯車体の歯先部と歯底部以外の部分に接触させず、集合電極シートが接している歯車体Ｘの歯先部と歯車体Ｙの歯先部との距離を集合電極シートの折り曲げピッチ寸法値とする工程であるので、折り曲げ積層工程中の全動作に渡って、集合電極シートと歯車体の接触が歯先部または歯底部に限定されながら、所定の曲げピッチ寸法値で連続的なつづら折りが可能となる。
【００１９】
このように、集合電極シートに対する歯車体の接触を最小限にすることで、シートへの不要なストレス（応力）などを与えることなく折り曲げを行なうことができ、折り曲げ時の皺・異物の発生やシートの蛇行などが抑制され、高い品質の折り曲げができる。また、歯車体を利用し、留まることなく連続的に折り曲げが可能であることから、ロボットアームやアクチュエータを利用する方法と比較して、曲げ作業の高速化が図れ、高い生産性にて電極積層体を製造することができる。また、長尺シート状の正電極と負電極とセパレータとを事前に所定の寸法に裁断することなく、長尺シート状のまま集合電極シートとして折り曲げるので、従来の方式１の場合と比較して、異物発生を激減させることができる。
【００２０】
また、上記構成の少なくとも一方の歯車体において、その歯先部および歯底部で、集合電極シートを把持する構成とし、該歯車体の歯先部と該歯先部に隣接する歯底部との距離を集合電極シートの折り曲げピッチ寸法値とすることで、歯先部のみでの把持が困難な場合でも、歯底部に吸着機能等を設けて容易に把持でき、該歯底部での把持も利用した折り曲げが可能となる。
【００２１】
また、上記歯車体Ｘと上記歯車体Ｙとのかみ合い時において、かみ合う歯先部と歯底部との周速度を一致させることで、周速度の異なりに起因する、シート表面のこすりキズや異物発生を防止することができる。
【００２２】
また、上記構成において、集合電極シートが接している歯車体Ｘの歯先部と歯車体Ｙの歯先部との距離が、集合電極シートの折り曲げピッチ寸法値となるように、歯車体Ｘと歯車体Ｙの回転角度を事前に算出した回転角度値のテーブルなどに従い管理しながら、各歯車体をそれぞれ回転させることで、常に、集合電極シートが接している歯車体Ｘの歯先部と歯車体Ｙの歯先部との距離を折り曲げピッチ寸法値に担保しながら、これら歯先間に把持された集合電極シートの折り曲げおよび送りが可能になる。
【００２３】
本発明の電極積層体の製造方法および製造装置は、従来の上記方式２に属しつつ、通常の歯車を用いる従来方式の課題を、集合電極シートとの接触面積を極小化した独自の歯車体を用いることや該歯車体の回転角度管理により、劇的に改善したものであり、従来方式より２倍以上速い速度でつづら折りを実施でき、高い生産性を有しながら、キズや異物発生を極力排除した高品質の電極積層体を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の電極積層体の製造工程を示す概要図である。
【図２】第１の実施形態に係る集合電極シートの折り曲げ動作図である。
【図３】第２の実施形態に係る集合電極シートの折り曲げ動作図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の電極積層体の製造方法は、リチウムイオン二次電池などの二次電池に用いられる、正電極と負電極とセパレータとからなる電極積層体（フラット積層型）を製造するための方法である。本発明の電極積層体の製造方法を図１に基づき説明する。図１は、二次電池の電極積層体の製造工程を示す概略図である。なお、図中の黒矢印は送り方向を示している。
【００２６】
まず、材料供給工程として、長尺シート状である正電極シート１、セパレータシート２、および負電極シート３が、それぞれロール巻きされたアンコイラ装置４ａ〜４ｃから供給され、合せローラ部５においてこれらシートを一体化して長尺状の集合電極シート１０を形成する。集合電極シート１０は、正電極シート１と負電極シート３との間に、セパレータシート２を挟んだ構成としている。次に、折り曲げ積層工程として、集合電極シート１０が、さらに搬送されて投入ローラ部６により、歯車体Ｘおよび歯車体Ｙからなる折り曲げ部７に挿入され、所定の折り曲げピッチ寸法値になるようにつづら折りされる。その後、切断工程として、折り曲げ部７を通過した集合電極シート１０が、コンベア８ａで切断部８に搬送され、山数計測器８ｃにより山数が計測されて、電極積層体に必要な山数毎に切断刃８ｂにより切断される。最後に、後処理工程として、縮め爪９ａと縮めストッパー９ｂとからなる縮め部９において積層方向に圧縮されて電極積層体１１の形となり排出される。この電極積層体１１の幅方向両端部にタブが溶接され、これを角型缶容器などに収納し、電解液に浸されて二次電池となる。
【００２７】
本発明の製造方法は、上記材料供給工程と上記折り曲げ積層工程とを有することを必須とし、特に折り曲げ部７における折り曲げ積層工程に特徴を有する。より詳細には、この折り曲げ積層工程が、供給される集合電極シート１０を、歯先部と歯底部がかみ合う、独立して回転する一対の歯車体Ｘおよび歯車体Ｙの間に挿入し、歯車体Ｘの歯先部と歯車体Ｙの歯先部とを交互に使用してつづら折りさせる工程であり、集合電極シート１０を各歯車体の歯先部と歯底部以外の部分に接触させず、集合電極シート１０が接している歯車体Ｘの歯先部と歯車体Ｙの歯先部との距離を集合電極シート１０の折り曲げピッチ寸法値とすることに特徴を有する。
【００２８】
上記の材料供給工程、切断工程、および後処理工程としては、所望の処理を実行可能であれば、二次電池の電極積層体の製造工程で使用される公知の装置・方法を採用することができる。ただし、投入ローラ部６やコンベア８ａによるシート搬送タイミングは、折り曲げ積層工程における動作と密接な関係を持たせて動作させる必要がある。この装置での積層速度は、シート搬送速度で３０〜２００ｍ／ｍｉｎの性能を想定している。
【００２９】
本発明における折り曲げ積層工程の第１の実施形態を図２に基づき詳細に説明する。図２は、この実施形態の折り曲げ積層工程における折り曲げ動作を示す図である。図２に示すように、各歯車体の歯先部を効果的に用いて集合電極シートのつづら折りを実施している。各歯先部における集合電極シートの把持は、該シートのテンション（張力）と、曲げによる該シートと歯先部との摩擦力による。また、各歯底部における集合電極シートの把持は、該歯底部にバキューム機能などの吸着機構を設けることで行なう。また、各歯先部での把持力が不足する場合には、歯底部と同様の吸着機構を該歯先部に設けてもよい。なお、折り曲げ積層工程では、集合電極シートにテンションをかけているため、歯先部または歯底部で接触・把持している箇所以外では、曲がらず、弛まない。以下、歯先部、歯底部、ピッチ寸法値などは、図中の記号のみでも表記する。
【００３０】
図２（１）は、シート投入点Ｏより投入された集合電極シート１０を、歯車体Ｘの歯先部Ｅと歯車体Ｙの歯底部ｅにて挟み込み、歯車体Ｙの歯先部Ａにて曲げている状態を示している。歯車体Ｘの回転角度β１は、歯車体Ｙの回転角度α１を基準として、集合電極シートが接している歯車体Ｘの歯先部Ｅと歯車体Ｙの歯先部Ａとの距離を、集合電極シート１０の折り曲げピッチ寸法値Ｐに一致させることで算出することができる（算出方法は省略）。なお、集合電極シートを送るための各歯車体の回転方向は図に示すとおりであり、歯車体Ｘと歯車体Ｙとは逆回転となる。
【００３１】
図２（１）の状態から少しの時間経過により、シート投入点Ｏより流入する集合電極シート１０の長さ量だけ、歯先部ＡとＯとの距離を増加させるように、歯車体Ｙの回転角度α１を増加させる。また、歯先部間距離ＡＥ＝Ｐとなるように歯車体Ｘの回転角度β１を増加させる。さらに時間経過すると、図２（２）の状態となる。この状態では、歯車体Ｙの歯先部Ａが、流入した集合電極シート１０の長さ量に応じた位置（回転角度α２まで増加）になり、かつ、歯車体Ｘの歯先部Ｅが、歯先部Ａの位置に対応して、集合電極シートが接している歯先部間距離ＡＥ＝Ｐとなる位置（回転角度β２まで増加）になっている。
【００３２】
図２（３）は、図２（１）から歯車体Ｘと歯車体Ｙが相対的に９０度回転した状態である。シート投入点Ｏより投入された集合電極シート１０を、歯車体Ｙの歯先部Ａと歯車体Ｘの歯底部ａにて挟み込み、歯車体Ｘの歯先部Ｆにて曲げている。ここでは、図２（１）とは逆に、歯車体Ｘの回転角度β３を基準として歯車体Ｙの回転角度α１を算出している。算出は、集合電極シートが接している歯車体Ｙの歯先部Ａと歯車体Ｘの歯先部Ｆとの距離を、折り曲げピッチ寸法値Ｐに一致させることで行なう。
【００３３】
さらに時間経過すると図２（４）の状態となる。この状態では、歯車体Ｘの歯先部Ｆが、流入した集合電極シート１０の長さ量に応じた位置（回転角度β４まで増加）になり、かつ、歯車体Ｙの歯先部Ａが、歯先部Ｆの位置に対応して、集合電極シートが接している歯先部間距離ＦＡ＝Ｐとなる位置（回転角度α４まで増加）になっている。
【００３４】
ここから、さらに時間経過させると、図２（１）の位置関係にもどり上述の図２（１）〜（４）の動さを繰り返す。これら動作を４回繰り返すと歯車は１回転することになり、以後連続的に歯車を管理して回転させることで連続的につづら折りを実施することができる。
【００３５】
この実施形態において、歯車体Ｘと歯車体Ｙとは、それぞれ独立した２式のサーボモータおよび位置制御可能な制御装置にそれぞれの回転すべき角度を指令して回転させている（図示省略）。また、上記の各回転角度（α１〜４、β１〜４）の増加角は、事前に算出し、時系列で歯車体Ｘと歯車体Ｙの回転角度値としてテーブル化して持ち、上記の制御装置に指令している。回転角度値は、集合電極シートが接している歯車体Ｘの歯先部と歯車体Ｙの歯先部との距離が常にシートの折り曲げピッチ寸法値となるように算出する。また、必要に応じて、回転角度値は、歯車体Ｘと歯車体Ｙとのかみ合い時において、かみ合う歯先部と歯底部との周速度が一致するように算出する。
【００３６】
本発明における折り曲げ積層工程の第２の実施形態を図３に基づき詳細に説明する。図３は、この実施形態の折り曲げ積層工程における折り曲げ動作を示す図である。この実施形態は、第１の実施形態に対して、歯車体Ｙの歯底部でも集合電極シートを把持するようにした形態である。なお、下記で説明する以外の他の構成（歯車体の制御など）については、第１の実施形態と同様である。
【００３７】
また、この形態は、少なくとも歯車体Ｙ（歯底部で把持するもの）については、その歯先部と該歯先部に隣接する歯底部との距離を集合電極シートの折り曲げピッチ寸法値Ｐにすることを前提とする形態である。なお、図２および図３のいずれの実施形態についても、歯車体Ｘおよび歯車体Ｙのそれぞれについて、歯先部と該歯先部に隣接する歯底部との距離（Ａｅなど）を集合電極シートの折り曲げピッチ寸法値Ｐとしている。
【００３８】
図３（１）は、シート投入点Ｏより投入された集合電極シート１０を、歯車体Ｘの歯先部Ｅと歯車体Ｙの歯底部ｅにて挟み込み、歯車体Ｙの歯先部Ａにて曲げている状態を示している。ここで、歯底部ｅにおいても集合電極シート１０を上記手段により把持させる。
【００３９】
図３（１）の状態から時間経過すると、図３（２）の状態となる。この状態では、歯車体Ｙの歯先部Ａが、流入した集合電極シート１０の長さ量に応じた位置（回転角度α２まで増加）になり、同じ歯車体Ｙにおける該歯先部Ａに隣接する歯底部ｅでも、集合電極シート１０を把持している。この状態では、歯車体Ｘは、集合電極シート１０の折り曲げに寄与しないが、歯車体Ｙや集合電極シートの非折り曲げ部分との接触を避けるため、図２（２）の場合と同様に、歯車体Ｘの歯先部Ｅを歯先部間距離ＡＥ＝Ｐとなる位置（回転角度β２まで増加）まで回転させる。
【００４０】
図３（３）は、図３（１）から歯車体Ｘと歯車体Ｙが相対的に９０度回転した状態である。シート投入点Ｏより投入された集合電極シート１０を、歯車体Ｙの歯先部Ａと歯車体Ｘの歯底部ａにて挟み込み、歯車体Ｘの歯先部Ｆにて曲げている。この状態では、歯先部Ａに隣接する歯底部ｅにおいて、集合電極シート１０の把持を継続している。
【００４１】
さらに時間経過すると図３（４）の状態となる。この状態では、歯車体Ｘの歯先部Ｆが、流入した集合電極シート１０の長さ量に応じた位置（回転角度β４まで増加）になり、かつ、歯車体Ｙの歯先部Ａが、歯先部Ｆの位置に対応して、集合電極シートが接している歯先部間距離ＦＡ＝Ｐとなる位置（回転角度α４まで増加）になっている。また、集合電極シート１０を歯車体Ｙの歯底部ｅから解放している。集合電極シート１０の解放タイミングは、図３（４）に示す時期には特に限定されず、解放したシートが各歯車体と干渉せず、また、回転体に巻き込まれない時期であればよい。
【００４２】
ここから、さらに時間経過させると、図３（１）の位置関係にもどり上述の図３（１）〜（４）の動さを繰り返す。これら動作を４回繰り返すと歯車は１回転することになり、以後連続的に歯車を管理して回転させることで連続的につづら折りを実施することができる。
【００４３】
この実施形態において、集合電極シートを把持させる歯底部は、少なくとも一方の歯車体であればよく、図３に示した回転体Ｙの歯底部で把持する形態の他、回転体Ｘの歯底部で把持する形態としてもよい。この実施形態に示すように歯底部でも把持することで、歯先部のみでの把持が困難な場合でも、歯底部に上述の吸着機能等を設けて容易に把持でき、該歯底部での把持も利用した折り曲げが可能となる。
【００４４】
図２および図３に示すように、これらの実施形態では、歯車体Ｘの歯先部と歯車体Ｙの歯先部とを交互に使用して集合電極シートをつづら折りしており、集合電極シートの把持は歯先部または歯底部のみで行なっている。また、図２（１）などに示すように、歯車体Ｘおよび歯車体Ｙは、歯先部と歯底部とがかみ合う構造であり、一方の歯車体の歯先部と他方の歯車体の歯底部とが間接的に接触している状態では、集合電極シートはこの間に挟み込まれて保持されている。このように、折り曲げ積層工程中の全動作に渡って、集合電極シートと歯車体との接触部位が、歯先部または歯底部に限定されており、折り曲げ時の皺の発生や、シートの蛇行を防止できる。
【００４５】
また、シート投入点Ｏからの集合電極シートの投入量に応じて各歯車体を回転させ、かつ、集合電極シートが接している歯車体Ｘの歯先部と歯車体Ｙの歯先部との距離を一定値Ｐに維持していることから、一旦集合電極シートに接触した歯先部は、離れるまで集合電極シートの同一場所に接触し続ける。
【００４６】
また、これらの実施形態において、図２（１）などに示すような歯車体Ｘと歯車体Ｙとのかみ合い時に、かみ合う歯先部と歯底部との周速度を一致させることで、集合電極シートがかみ合う歯車体間に挟み込まれる際における、周速度の異なりに起因するシート表面のこすりキズや異物発生を防止することができる。
【００４７】
本発明の電極積層体の製造装置は、上述の本発明の製造方法の実施に用いられる装置であり、集合電極シートを形成する材料供給手段と、該集合電極シートをつづら折りさせる折り曲げ手段とを備えてなる。また、必要に応じて、つづら折りされ積層された集合電極シートを所定の山数毎に切断する切断手段等を備えてなる。図１を参照すると、アンコイラ装置４ａ〜４ｃ、合せローラ部５、および投入ローラ部６が材料供給手段であり、折り曲げ部７が折り曲げ手段であり、切断部８が切断手段である。なお、上述のとおり、材料供給手段や切断手段としては、折り曲げ手段と密接に連動させることを前提で、二次電池の電極積層体の製造工程で使用される公知の装置を採用することができる。
【００４８】
図１〜３に示すように、折り曲げ手段である折り曲げ部７は、歯先部と歯底部がかみ合う、独立して回転する一対の歯車体Ｘおよび歯車体Ｙからなる。また、各歯車体は少なくとも歯先部で集合電極シート１０を把持でき、歯先部と歯底部以外の部分が集合電極シート１０と接触しない構成である。さらに、折り曲げ時において、歯車体Ｘおよび歯車体Ｙは、集合電極シート１０が接している歯車体Ｘの歯先部と歯車体Ｙの歯先部との距離が該集合電極シートの折り曲げピッチ寸法値Ｐとなるように、それぞれ回転する。
【００４９】
歯車体Ｘおよび歯車体Ｙは、その回転軸に対する垂直断面形状が、各図に示すとおり歯先部および歯底部を有する歯車型の形状である。また、歯車体Ｘおよび歯車体Ｙは、幅方向（回転軸方向）には上記の垂直断面形状が連続している柱状体である。全体としては、軸心を含む四角柱状体の各面上に略三角柱状体を合計で４つ組み合わせたような形状としている。また、歯車体の外周において軸心から最も近い距離にある４部位（正方形の各頂点位置）が歯底部であり、最も遠い距離にある４部位（略三角形の外周側の頂点）が歯先部である。なお、本発明における「歯先部と歯先部との距離、または、歯先部と歯底部との距離」とは、垂直断面形状において両部を直線で繋いだ距離である。
【００５０】
また、垂直断面において、隣接する歯先部から歯底部までの形状を、該歯先部と該歯底部とを結ぶ直線に対して凹円弧状としている。このように、垂直断面形状における隣接する歯先部から歯底部までの形状を、該歯先部と該歯底部とを結んだ直線よりも内側に抉られた形状とすることで、一方の歯車体において、隣接する歯先部と歯底部とに集合電極シートが張った状態で把持されている場合でも、該歯先部と該歯底部との間の部位に該シートが接触しない。この形状に加えて、回転角度を制御することで、各歯車体は、歯先部と歯底部以外の部分が集合電極シートと接触しない構成としている。
【００５１】
各図では、各歯車体の歯数は４つであるが、これに限定されるものではなく、例えば５つとすることもできる。また、皺の発生などを十分に抑制できる態様であれば、幅方向に一部連続しない形状としてもよい。
【００５２】
集合電極シートの長尺の幅方向の寸法は、電極積層体１個分の幅であり、長尺方向には帯状に連続した形状である。また、折り曲げピッチ寸法値Ｐが電極積層体１個分の高さとなる。各歯車体の幅方向の寸法は、この集合電極シートの幅寸法以上としている。
【００５３】
集合電極シートの構造について説明する。集合電極シートは、正電極シートと負電極シートの間に、セパレータシートを挟んだ形で構成されている。正電極シートおよび負電極シートは、金属箔集電体上に活物質層が形成された長尺のシートである。各シートは、活物質と、導電材と、結着剤と、分散溶媒とを混練してスラリーを調製し、得られたスラリーを金属箔集電体上に均一な厚みに塗布し、乾燥して、両面に形成する場合は他方の面にも塗布・乾燥した後、活物質の形状を破壊しない程度の圧力でプレスして、シート状にすることで得られる。
【００５４】
また、集合電極シートは、各シートをそれぞれ任意の枚数用いて構成され、例えば、正電極シート１枚、負電極シート１枚、およびセパレータシート１枚からなる３層構造、正電極シート２枚、負電極シート１枚、およびセパレータシート２枚からなる５層構造などがある。集合電極シートの層数がいずれの場合であっても、本発明の製造方法および製造装置を用いた積層体の製造が可能である。
【００５５】
正電極シートにおいて、金属箔集電体としてアルミニウム箔を用いる場合は、その厚さが１０〜３０μｍ程度であり、該金属箔集電体を除く厚みが３０〜１２０μｍ程度である。また、負電極シートにおいて、金属箔集電体に銅箔を用いる場合は、その厚さが５〜２０μｍ程度であり、該金属箔集電体を除く厚みが３０〜１００μｍ程度である。正電極シートと負電極シートの間に介在させるセパレータシートは、その厚みが、１０〜３０μｍ程度である。
【００５６】
集合電極シートは、上記した厚みの各シートを重ねあわせたものであるため、その厚みが９０〜２５０μｍ程度（３層構造の場合）であり、全体として薄いものである。また、集合電極シートを切断すると、切断面から構成材料である活物質や金属箔の異物が発生し、これらが積層体の積層間に混入すると、短絡などにより電池品質が低下するおそれがある。また、表面の活物質層が、他部材との接触により損傷して、これらの異物が発生する場合も同様の問題がある。このように、二次電池の電極積層体は、その薄さおよび構造から、キズや異物発生を極力排除した全体として高い品質が要求される。
【００５７】
これに対して、本発明の電極積層体の製造方法および製造装置では、長尺シート状の正電極と負電極とセパレータとを所定の寸法に折り曲げ畳む方式で、上述した集合電極シートとの接触面積を極小化した独自の歯車体を用いることなどにより、高い生産性を実現しながら、キズや異物発生を極力排除して品質の高い二次電池の電極積層体を製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の電極積層体の製造方法および製造装置は、上述のとおり、高い生産性を実現しながら、キズや異物発生を極力排除できるので、二次電池の電極積層体の製造に好適に利用できる。特に、動力電源や電力貯蔵用途の大型のリチウムイオン二次電池の電極積層体の製造に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００５９】
１  正電極シート
２  セパレータシート
３  負電極シート
４ａ〜４ｃ  アンコイラ装置
５  合せローラ部
６  投入ローラ部
７  折り曲げ部
８  切断部
９  縮め部
１０  集合電極シート
１１  電極積層体
【図１】
0005865075.tif 000002
【図２】
0005865075.tif 000003
【図３】
0005865075.tif 000004