(57)【要約】【課題】上刃と下刃間のクリアランス量の定量化を容易にするギャング刃式裁断装置のクリアランス定量方法を提供する。【解決手段】非水電解液二次電池用電極の製造過程で金属製ウェブ上に活物質を間欠塗工して乾燥させたものをプレス加工した後、前記ウェブを長手方向に裁断するギャング刃式の裁断装置にあって、上下方向に重なり部分をもつように隣接して配置された各円盤状をなす上刃１８と下刃２０の対向する各端面間のクリアランスＣを定量する方法において、裁断後のテープ状電極材２２の裁断縁部に形成された未塗工部の折れ曲がり部２３の折れ量Ｄを測定することにより、前記上刃１８と前記下刃２０間のクリアランスを定量する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非水電解液二次電池用電極の製造過程で金属製ウェブ上に活物質を間欠塗工して乾燥させたものをプレス加工した後、前記ウェブを長手方向に裁断するギャング刃式の裁断装置にあって、上下方向に重なり部分をもつように隣接して配置された各円盤状をなす上刃と下刃の対向する各端面間のクリアランスを定量する方法において、
裁断後のテープ状電極材の裁断縁部に形成された未塗工部の折れ曲がり部の折れ量を測定することにより、前記上刃と前記下刃間のクリアランスを定量することを特徴とするギャング刃式裁断装置のクリアランス定量方法。
【請求項２】
前記クリアランスは、３０±２０μｍが最適であることを特徴とする請求項１に記載のギャング刃式裁断装置のクリアランス定量方法。
【請求項３】
非水電解液二次電池用電極の製造過程で金属製ウェブ上に活物質を間欠塗工して乾燥させたものをプレス加工した後、前記ウェブを長手方向に裁断するギャング刃式裁断装置による裁断方法において、
上下方向に重なり部分をもつように隣接して配置された各円盤状をなす上刃と下刃の対向する各端面間のクリアランスを３０±２０μｍに設定した状態で裁断を行うことを特徴とするギャング刃式裁断装置による裁断方法。
【請求項４】
非水電解液二次電池用電極の製造過程で金属製ウェブ上に活物質を間欠塗工して乾燥させたものをプレス加工した後、前記ウェブを長手方向に裁断するギャング刃式の裁断装置において、
上下方向に重なり部分をもつように隣接して配置された各円盤状をなす上刃と下刃の対向する各端面間のクリアランスを３０±２０μｍに設定したことを特徴とするギャング刃式裁断装置。
【請求項５】
前記クリアランスは、上軸に外装された複数の上刃間にそれぞれ配設された複数の上刃用スペーサと、前記上軸と平行な下軸に外装された複数の下刃間にそれぞれ配設された複数の下刃用スペーサとの寸法関係によって設定されることを特徴とする請求項４に記載のギャング刃式裁断装置。
【請求項６】
前記上軸の端部のねじ部に装着されることで前記複数の上刃および前記複数の上刃用スペーサを軸方向に締め付ける上軸用ナットと、前記下軸の端部のねじ部に装着されることで前記複数の下刃および前記複数の下刃用スペーサを軸方向に締め付ける下軸用ナットとを有し、前記上軸用ナットおよび前記下軸用ナットの各締め付け力を変えることで、前記クリアランスが調節されることを特徴とする請求項５に記載のギャング刃式裁断装置。
【請求項７】
前記上軸用ナットおよび前記下軸用ナットの各締め付け力が３０〜７５Ｎであることを特徴とする請求項６に記載のギャング刃式裁断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解液二次電池用電極の製造過程で用いられるギャング刃式裁断装置のクリアランス定量方法、ギャング刃式裁断装置による裁断方法、および、ギャング刃式裁断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パソコンや携帯電話の電池として、非水電解液二次電池であるリチウムイオン二次電池が用いられている。リチウムイオン二次電池は、従来の充電可能な二次電池に比べて、高容量で、かつ、充電を頻繁に行っても容量低下を生じないという利点がある。
【０００３】
リチウムイオン二次電池内に収容される正極と負極になる電極には、金属箔からなる集電体上に、リチウムを挿入脱離可能な活物質と結着剤、必要に応じて導電助剤や増粘剤等を添加して水や有機溶剤を加えてスラリ化したものを塗布乾燥したものが用いられる。
【０００４】
正極には、主にリチウム含有遷移金属酸化物（コバルト酸リチウムやマンガン酸リチウムなど）を活物質として用いる。この活物質に導電助剤としてアセチレンブラックなどのカーボンブラックやグラファイトなどを添加し、ポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を用いて必要に応じてＮ−メチル−２−ピロリドンを添加し、混合することでスラリを調整する。このスラリをコーティング工程においてダイコートまたはコンマコートでアルミニウム箔などのウェブ上に間欠塗工して乾燥させる。そして、電池の高容量化のために、プレス工程において前記ウェブをプレスすることで活物質層を高密度化させる。その後、スリット工程において、前記ウェブから複数のテープ状電極材を形成するように長手方向に沿って裁断する。そして最後に、前記テープ状電極材を所定の長さに裁断することにより正極電極が得られる。
【０００５】
一方、負極には、主にリチウムイオンを吸蔵・放出可能なグラファイトなどを活物質として用いる。この活物質に、カルボキシメチルセルロースやスチレンブタジエンゴムなどのゴム系バインダを混合し、必要に応じて水を添加して分散することで、スラリを調整する。このスラリをコーティング工程においてダイコートまたはコンマコートで銅箔などのウェブ上に間欠塗工して乾燥させる。そして、電池の高容量化のために、プレス工程において前記ウェブをプレスすることで活物質層を高密度化させる。その後、スリット工程において、前記ウェブから複数のテープ状電極材を形成するように長さ方向に沿って裁断する。そして最後に、前記テープ状電極材を所定の長さに裁断することにより負極電極が得られる。
【０００６】
上記のようにして得られた正極電極と負極電極とを例えばポリエチレン製多孔質フィルムからなるセパレータを挟んだ状態で巻回し、所定の缶に収納してから電解液を注入して封鎖することにより、リチウムイオン二次電池が得られる。
【０００７】
前記プレス工程を経ることによってウェブ上の活物質層が高密度化すると、活物質層は硬く、すなわち曲げ強さが高くなり易い。また、高容量の電池にするために活物質層における結着剤の配合量を少なくすると、ウェブへの塗膜の密着力が低下して、活物質層は脆く、すなわちせん断強さが低くなり易い。このようなウェブへの密着力が低く、活物質層のせん断強さが低く、かつ曲げ強さが高いウェブ状電極基材は、スリット工程で所定幅に裁断する際にテープ状電極材の裁断縁部において活物質層が脱落しやすくなる。
【０００８】
前記スリット工程において、表面に活物質層が塗工形成されたウェブ状電極基材をテープ状電極材に裁断するのに、ギャング刃式の裁断装置が用いられている。このギャング刃式の裁断装置は、図６に示すように、上軸５０に所定間隔で外装固定された円盤状をなす複数の上刃５１，５２と、上軸５０に対して平行に配置された下軸５３に所定間隔で外装固定された円盤状をなす複数の下刃５４，５５とを備えている。上刃５１，５２では各軸方向端面間が所望の電極材幅である間隔Ａをなす２つの上刃５１，５２が対をなし、下刃５４，５５では各軸方向端面間が所望の電極材幅である間隔Ａをなす２つの下刃５４，５５が対をなしている。
【０００９】
上刃５１と下刃５５、および、上刃５２と下刃５４は、上下方向において重なり部分をもつように隣接して配置され、かつ、上刃５１と下刃５５の各軸方向端面、および、上刃５２と下刃５４の各軸方向端面が接触している。この状態で、上刃５１，５２と下刃５４，５５との間に、表面に活物質層が形成されたウェブ状電極基材を通すことにより、所望幅Ａの複数のテープ状電極材が裁断されて形成されることになる。しかしながら、このようにして裁断されたテープ状電極材の裁断縁部において、活物質層が欠けて脱落する現象が見られた。
【００１０】
活物質層の脱落が発生すると、電池組立後、脱落破片が電池内でセパレータを圧迫し、電池を機器に接続していない状態でも急速な自己放電を生じたり（ソフトショート、ＯＣＶ不良＜Open Circuit Voltage＞）、活物質層の脱落により電池容量が低下するといった問題がある。
【００１１】
特許文献１には、非水電解液電池用電極シートの金属部分のバリやヒゲの発生を防止し、電極シートの裁断面における波打ち現象を少なくすることを目的とした非水電解液電池用電極シートの裁断装置が開示されているが、この装置ではウェブへの塗膜の密着力が低く、活物質層のせん断強さが低く、かつ曲げ強さが高い電極板の活物質層の脱落は防止できなかった。
【特許文献１】特許第３０８５１０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本願発明者は、スリット工程での活物質層の脱落を防止する方法を検討した結果、上刃５１と下刃５５の各端面間、および、上刃５２と下刃５４の各端面間に若干のクリアランスを設けることにより、前記活物質層の脱落という問題を解決できることを見出した。その詳細については、本願出願人の別の特許出願である特願２００４−９６４８０に記載されている。
【００１３】
しかしながら、前記クリアランス量は例えば３０μｍ程度の微小なものであるため、直接的に測定して定量することが困難であった。
【００１４】
そこで、本願発明者は、前記クリアランス量の定量方法について鋭意研究した結果、裁断されたテープ状電極材の裁断縁部に形成された未塗工部の折れ曲がり部の折れ量がギャング刃の上刃と下刃のクリアランス量にほぼ相当することを見出したのである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明はこの知見に基づいてなされたもので、第１発明は、非水電解液二次電池用電極の製造過程で金属製ウェブ上に活物質を間欠塗工して乾燥させたものをプレス加工した後、前記ウェブを長手方向に裁断するギャング刃式の裁断装置にあって、上下方向に重なり部分をもつように隣接して配置された各円盤状をなす上刃と下刃の対向する各端面間のクリアランスを定量する方法において、
裁断後のテープ状電極材の裁断縁部に形成された未塗工部の折れ曲がり部の折れ量を測定することにより、前記上刃と前記下刃間のクリアランスを定量することを特徴とするものである。
【００１６】
第１発明のギャング刃式裁断装置のクリアランス定量方法において、前記クリアランスは３０±２０μｍが最適である。
【００１７】
また、第２発明は、非水電解液二次電池用電極の製造過程で金属製ウェブ上に活物質を間欠塗工して乾燥させたものをプレス加工した後、前記ウェブを長手方向に裁断するギャング刃式裁断装置による裁断方法において、
上下方向に重なり部分をもつように隣接して配置された各円盤状をなす上刃と下刃の対向する各端面間のクリアランスを３０±２０μｍに設定した状態で裁断を行うことを特徴とするものである。
【００１８】
さらに、第３発明は、非水電解液二次電池用電極の製造過程で金属製ウェブ上に活物質を間欠塗工して乾燥させたものをプレス加工した後、前記ウェブを長手方向に裁断するギャング刃式裁断装置において、
上下方向に重なり部分をもつように隣接して配置された各円盤状をなす上刃と下刃の対向する各端面間のクリアランスを３０±２０μｍに設定したことを特徴とするものである。
【００１９】
第３発明のギャング刃式裁断装置において、前記クリアランスは、上軸に外装された複数の上刃間にそれぞれ配設された複数の上刃用スペーサと、下軸に外装された複数の下刃間にそれぞれ配設された複数の下刃用スペーサとの寸法関係によって設定されてもよい。
この場合、ギャング刃式裁断装置が、前記上軸の端部のねじ部に装着されることで前記複数の上刃および前記複数の上刃用スペーサを軸方向に締め付ける上軸用ナットと、前記下軸の端部のねじ部に装着されることで前記複数の下刃および前記複数の下刃用スペーサを軸方向に締め付ける下軸用ナットとを有し、前記上軸用ナットおよび前記下軸用ナットの各締め付け力を変えることで前記クリアランスが調節されてもよく、さらに、前記上軸用ナットおよび前記下軸用ナットの各締め付け力は３０〜７５Ｎであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のギャング刃式裁断装置のクリアランス定量方法、ギャング刃式裁断装置による裁断方法、および、ギャング刃式裁断装置によれば、上刃と下刃のクリアランス量を最適化するのが容易になり、これにより最適なクリアランス量に設定されたギャング刃式の裁断装置によって活物質層の脱落を生じさせることなく非水電解液二次電池用電極となるテープ状電極材の裁断を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態であるギャング刃式裁断装置のカッターユニット１０を示す。このカッターユニット１０は、一端部がエンドピース１２に固定された棒状の上軸１４と、一端部がエンドピース１２に固定され、かつ前記上軸１４に対して平行に延びている棒状の下軸１６とを備えている。上軸４および下軸１６の各他端部は、ねじ部１４ａ，１６ａにそれぞれなっており、これらのねじ部１４ａ，１６ａに上軸用ナット１５および下軸用ナット１７がそれぞれ螺合装着されている。
【００２２】
上軸１４には、それぞれ例えば厚さ３ｍｍの金属製円盤状をなす複数の上刃１８が外装されている。エンドピース１２と上刃１８との間、各上刃１８間、および、上刃１８と素上軸用ナット１５との間には、図示しない例えば金属円筒状の上刃用スペーサが上軸１４に外装されてそれぞれ配設されている。この上刃用スペーサによって、対向する軸方向端面間の間隔が所望の製品幅Ａに設定されている２つの上刃１８が対をなしている。また、上軸１４は、図示しない駆動機構によって、組み付けられた上刃１８および上刃用スペーサと一体になって回転駆動されるようになっている。
【００２３】
下軸１６にもまた、それぞれ例えば厚さ３ｍｍの金属製円盤状をなす複数の下刃２０が外装されている。エンドピース１２と下刃２０との間、各下刃２０間、および、下刃２０と下軸用ナット１７との間には、図示しない例えば金属円筒状の下刃用スペーサが下軸２０に外装されてそれぞれ配設されている。この下刃用スペーサによって、対向する軸方向端面間の間隔が所望の製品幅Ａに設定されている２つの下刃２０が対をなしている。また、下軸１６は、図示しない駆動機構によって、組み付けられた下刃２０および下刃用スペーサと一体になって回転駆動されるようになっている。
【００２４】
上刃１８と下刃２０は、上下方向において重なり部分をもつような位置関係に配置されている。そして、互いに隣接する上刃１８と下刃２０の各軸方向端面間には、クリアランスまたはクリアランス量Ｃが形成されている。
【００２５】
前記クリアランスＣは、基本的には、前記上刃用スペーサと前記下刃用スペーサとの寸法関係によって設定される。しかしながら、上軸１４においては上刃１８および上刃用スペーサを軸方向に締め付ける上軸用ナット１５の締め付け力、および、下軸１６においては下刃２０および下刃用スペーサを軸方向に締め付ける下軸用ナット１７の締め付け力が変わると、複数の上刃１８と複数の上刃用スペーサとの密着状態が変化するとともに、複数の下刃２０と複数の下刃用スペーサとの密着状態が変化することで、前記クリアランス量Ｃが僅かながらに変化するようになっている。
【００２６】
前記クリアランス量Ｃは、３０±２０μｍが最適範囲であることが経験上判明している。クリアランス量Ｃがこの範囲内に設定されていれば、図２（ａ）に示すように、前記カッターユニット１０でテープ状に裁断された電極材２２の上側活物質層２４の裁断縁部の傾き量Ｂを０〜３０μｍ程度に小さく抑えることができ、前記裁断縁部における上側活物質層２４の脱落を防止できる。クリアランス量Ｃが前記範囲よりも小さいと、図２（ｂ）に示すように前記裁断縁部において上側活物質層２４の脱落部２５が発生する。一方、クリアランス量Ｃが前記範囲よりも大きいと、図２（ｃ）に示すように、前記裁断縁部における上側活物質層２４の傾き部２６が横方向に突出することで、この傾き部２６が上刃１８や下刃２０に接触して脱落が生じやすくなる。なお、図２において、符号２８は金属箔からなる集電体を示し、符号３０は下側活物質層を示す。
【００２７】
上述したように、前記クリアランス量Ｃは、３０±２０μｍが最適範囲であり、基本的には前記上刃用スペーサと前記下刃用スペーサとの寸法関係によって設定されるが、上軸用ナット１５および下軸用ナット１７の各締め付け力によっては前記クリアランス量Ｃが若干変化する。このため、これまではカッターユニット１０が組み込まれた裁断装置の構造上、前記クリアランス量を直接的に測定して正確に定量することができなかった。
【００２８】
そこで、本願発明者は、前記クリアランス量Ｃの定量方法について鋭意研究した結果、図３に示すように、裁断されたテープ状電極材２２の裁断縁部に形成された未塗工部の折れ曲がり部２３の折れ量Ｄ（テープ状電極材２２の幅方向（図３の左右方向）における折れ曲がり部２３の長さに相当する、以下に同じ。）がギャング刃の上刃１８と下刃２０のクリアランス量Ｃにほぼ相当することを見出したのである。
【００２９】
前記折れ曲がり部２３の折れ量Ｄは、裁断されたテープ状電極材２２の裁断縁部をマイクロスコープで観察することによって正確に測定することができるが、測定方法はマイクロスコープによるものに限定されない。
【００３０】
このようにして定量された折れ曲がり部２３の折れ量Ｄに基づいて、上刃１８と下刃２０との間のクリアランス量Ｃが前記最適範囲になるように設定する。
【００３１】
前記クリアランス量Ｄが最適範囲に設定されたカッターユニット１０を装着したギャング刃式裁断装置では、プレス加工を経ることにより高密度化された活物質層を少なくとも一方の表面に有する金属箔ウェブがカッターユニット１０の上軸１４と下軸１６との間に通されると、クリアランスＣが設けられた上刃１８と下刃２０との間で前記ウェブが裁断されて、所望の製品幅Ａ（例えば４０ｍｍ）の複数のテープ状電極材２２が形成される。
【００３２】
このように本実施形態のギャング刃式裁断装置においては、裁断されたテープ状電極材２２の裁断縁部に形成された未塗工部の折れ曲がり部２３の折れ量Ｄを測定して上刃１８と下刃２０間のクリアランス量Ｃを定量することで、上刃１８と下刃２０間のクリアランス量Ｃを最適化するのが容易になり、その結果、最適なクリアランス量Ｃに設定されたギャング刃式裁断装置によって活物質層２４の脱落を生じさせることなく非水電解液二次電池用電極となるテープ状電極材２２の裁断を行うことができる。
【００３３】
続いて、前記クリアランス量Ｄの調節について説明する。
上述したようにクリアランス量Ｄは３０μｍが最適値であるが、その前後２０μｍまでは最適範囲として許容される。ここで、クリアランス量Ｄが３０μｍになるように上刃用スペーサおよび下刃用スペーサの寸法関係を設定してカッターユニット１０を組み立て、上軸用ナット１５および下軸用ナット１７の各締め付け力を３０Ｎ、４５Ｎ、６０Ｎと３種類に変えて、前記折れ量ＤをアルファベットＡ〜Ｍの１３個のサンプルについて測定してみた。その結果を図４のグラフに示す。
【００３４】
そして、図４に示す結果から、各締め付け力における折れ量Ｄの平均値は、３０Ｎで４７．８μｍ、４５Ｎで４０．３μｍ、６０Ｎで３６．３μｍであった。この締め付け力と折れ量Ｄの平均値との関係をグラフに表したものが図５である。このグラフからすると、前記折れ量Ｄすなわち前記クリアランス量Ｃを最適値３０μｍにするためには、各ナット１５，１７の締め付け力を７５Ｎにする必要があることが分かった。しかしながら、７５Ｎでの締め付けは実際問題として困難であることから、締め付け力３０〜７５Ｎの範囲内であれば前記クリアランス量Ｃを前記最適範囲である５０μｍ以下に設定することができるので許容されるものであることが明らかになった。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施形態のギャング刃式裁断装置のカッターユニットを示す図。
【図２】上刃と下刃間のクリアランスが最適範囲内、最適範囲より小さい場合、最適範囲より大きい場合のテープ状電極材の裁断状態を示す図。
【図３】裁断されたテープ状電極材の裁断縁部に形成された未塗工部の折れ曲がり部を示す図。
【図４】１３個のサンプルについて締め付け力と折れ量の関係を示すグラフ。
【図５】締め付け力と折れ量との関係を近似直線で表したグラフ。
【図６】従来のギャング刃式裁断装置のカッターユニットを示す図。
【符号の説明】
【００３６】
１０…カッターユニット
１２…エンドピース
１４…上軸
１５…上軸用ナット
１６…下軸
１７…下軸用ナット
１８…上刃
２０…下刃
２２…テープ状電極材
２３…折れ部
Ｃ…クリアランスまたはクリアランス量
Ｄ…折れ量
【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】
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【図６】
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