(57)【要約】      （修正有）【課題】帯状電極体が彎曲し捲回軸方向からずれた際に、異常を簡便に判別することができる電極体捲回装置を提供する。【解決手段】一定の距離をおいた二つの回転可能な支軸１を設け、二つの支軸１の中心軸が平行になるように配置し、支軸１間に帯状電極体６を一定張力が加わるように配置し、帯状電極体６の平面部の法線方向から、帯状電極体６平面部の中央部に気体を吹き付けることによって、支軸１の中心軸方向から帯状電極体６の撓み形状の変化を観察することによって、短時間で帯状電極体６の彎曲などの形状異常を判別、区別することができる電極体捲回装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の距離をおいた二つの回転可能な支軸を設け、二つの前記支軸の中心軸が平行になるように配置し、前記支軸間には一定張力が加えられた帯状電極体を配置し、前記帯状電極体の平面部中央に向けて任意の一定圧力で気体を吹き付けることで前記帯状電極体の彎曲を評価できることを特徴とする電極体の評価方法。
【請求項２】
一定の距離をおいた二つの回転可能な支軸を設け、二つの前記支軸の中心軸が平行になるように配置し、前記支軸間には一定張力が加えられた帯状電極体を配置し、前記帯状電極体の平面部中央に向けて任意の一定圧力で気体を吹き付けることで前記帯状電極体の彎曲を評価できることを特徴とする電極体の評価装置。
【請求項３】
一定の距離をおいた二つの回転可能な支軸を設け、二つの前記支軸の中心軸が平行になるように配置し、前記支軸間には一定張力が加えられた帯状電極体を配置し、前記帯状電極体の平面部中央に向けて任意の一定圧力で気体を吹き付けることで前記帯状電極体の彎曲を評価する装置を具備した電極体捲回装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯状電極体の評価方法と、前記評価方法を原理とする評価装置ならびに電極体捲回装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やノートパソコン等のポータブル、コードレス機器に普及により、これらの機器に電力を供給する電池の需要が高まっている。なかでも、小型、軽量で、エネルギー密度が高く、繰り返し充放電が可能な二次電池需要が高まっている。
【０００３】
このような二次電池は、帯状に作製形成された正極、負極、および正極と負極を隔てるセパレータを重ねて、渦巻き状に捲回された電極体群がケース内に挿入され、電解液を具備することによって、構成される。
【０００４】
従来、上記二次電池を構成する帯状電極体が搬送される工程において、帯状電極体のエッジ位置を電極体平面部の法線方向からイメージセンサで検出ことによって、蛇行を修正する電池用電極体の製造装置があり（特許文献１参照）、この技術を電極体の渦巻き状の捲回装置に応用すると、正極、負極、セパレータが巻きズレしにくい、電極体群の捲回装置を構成されている。
【０００５】
また、搬送方向から彎曲した帯状電極体でも、ローラによって強制的に帯状電極体蛇行を修正し連続搬送できる蛇行防止装置も発明されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−１８２６１０号公報
【特許文献２】特開平９−０１７４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような搬送方向や、捲回方向から帯状電極体が彎曲しているとき、渦巻き状の捲回電極体群を形成する前に、あらかじめ捲回方向から湾曲した帯状電極体の湾曲の度合いを測定し、異常を判別、区別することが必要で、その測定には作業者が定規を用いて湾曲の大きさを直接はかり測定し、その大きさより形状の異常を判断していたため、判別に時間が長くかかる課題を有していた。
【０００７】
また、帯状電極体の蛇行を補正修正する装置を具備した渦巻き状捲回電極体群を形成する装置では、帯状電極体が捲回方向から彎曲した異常な形状をした場合、搬送時の帯状電極体の蛇行を抑制できたとしても、帯状電極体の湾曲形状は維持されるため、このように彎曲した帯状電極体を用いて、渦巻き状の捲回電極体群を形成すると、巻きずれが発生する課題があり、帯状電極体の彎曲を、捲回電極体を形成する前に、インラインで検知し判別しなければならない課題を有していた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記のような問題を鑑みて、帯状電極体が電極体表面方向で捲回方向から湾曲した形状が異常な帯状電極体の形状の評価法と、その原理を用いて電極体を評価する装置と前記評価する装置を含む電極体捲回装置を提供するものである。
【０００９】
本発明は一定の距離をおいた二つの回転可能な支軸を設け、二つの前記支軸の中心軸の向きが平行になるように配置し、前記支軸間に帯状電極体を、一定張力で印加するように配置した状態で、二つの前記支軸の中心軸を含む平面の法線方向から、前記帯状電極体の
平面部中央に向けて、任意の一定圧力で気体を吹き付け、前記支軸の中心軸方向と平行方向から、前記帯状電極体の形状変化を測定することによって、帯状電極体の形状を評価できることを特徴とする評価方法である。また、前記評価方法を測定原理とすることを特徴とする電極体の評価装置ならびに電極体捲回装置である。
【００１０】
本発明の評価方法およびそれを測定原理とする電極体の評価装置を用いることにより、帯状電極体の捲回方向からの湾曲の大きさを作業者が定規で直接測定しないですむため、形状異常の判別を簡便に行うことができる。
【００１１】
また、インラインで帯状電極体が捲回方向から彎曲した帯状電極体を判別することができるため、帯状電極体の彎曲した異常電極体を渦巻き状に捲回して構成される電極体群の形成を行う前にあらかじめ、判別することが可能となる。さらには、捲回電極体群を構成する他の材料の消費を削減できる効果がある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、捲回方向から湾曲した電極体の形状異常を簡便に判別することができる評価方法およびそれを測定原理とする電極体の評価装置を提供することができる。さらには、捲回電極体群の巻きすれの直接の原因である彎曲した帯状電極体を、異常を捲回電極体群の形成前にあらかじめインラインで判別することができる、電極体捲回装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参考にしながら説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における帯状電極体の評価法および評価装置の一例の概略を示す斜視図で、図２は図１を帯状電極体を支持する支軸１ａ、１ｂの中心軸方向から見た概略図である。二つの支軸１ａ、１ｂは回転することができ、二つの支軸１ａ、１ｂの間隔は、一定間隔を維持して平行に配置される。この二つの支軸１ａ、１ｂの間に一定幅で切り出した帯状電極体６は、支軸１ａ、１ｂの中心軸の方向と帯状電極体６を捲回する方向である長さ方向が直行するように配置する。さらに帯状電極体６は、テンションローラ２で帯状電極体６を捲回する方向に張力を加え、帯状電極体６の捲回方向の両端は、固定軸５に固定する。このとき、加える張力は、１００ｇｆ〜８００ｇｆ／ｍｍとし、電極体が切れない程度にする。また、テンションローラ２のいずれか片方が、固定式回転ローラであってもよい。さらに支軸１ａ、１ｂ間の中央部で、帯状電極体６の下向きの平面部中央部に向けて、垂直に気体を吹き出すようにノズル４を調整して設置した。ノズル４に供給する気体は、タンクおよびコンプレッサから、バッファタンク、減圧弁などを備え、一定圧力、流量の気体が供給できることが好ましい。電極体に吹き付ける気体は、乾燥処理した空気、また窒素ガス、さらにはヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトンなどの不活性ガスが好ましい。さらに、帯状電極体を介して向き合うように、センサの発光部３ａと受光部３ｂを平行に配置し、配置された発光部の中心と受光部の中心を結ぶ直線が、捲回方向と直行するように調整する。
【００１５】
ノズル４から気体が電極体の平面部に吹き付けられると電極体は支軸１ａ、１ｂのそれぞれの中心軸を含む平面の法線方向に、撓みやゆがみが生じる。このとき、センサ発光部３ａから発光されセンサ受光部４ｂで受光される光が、電極体に遮られ、電極体の彎曲度合いによって、その光が遮られる面積が変化する。このときの遮蔽される光の影の面積および、支軸１ａ、１ｂのそれぞれの中心軸を含む平面の法線方向の影の幅を測定し、その変化量から、電極体の捲回方向からの彎曲したなどの形状変化として判定する。図３には電極体の捲回方向に直交する水平方向から見たノズルとセンサ部分を拡大した断面図を示
す。図４には電極体の捲回方向から見たノズルとセンサ部分を拡大した断面図を示す。帯状の電極体が電極体表面方向で捲回方向（長さ方向）から湾曲したり、帯状電極体の幅が変化したりしなければ、図４のように、吹き付ける気体によって上方に凸に撓むが、幅方向でバランスよく撓み、センサー間を電極体が遮断する面積が小さくなる。また、帯状の電極体が電極体表面方向で捲回方向から湾曲していれば、幅方向でどちらか一方に偏った撓みとなり、電極体がセンサの光を遮蔽する面積が大きくなったり変動しやすくなる。図５は、電極体表面方向で捲回方向（長さ方向）から湾曲した帯状電極体を評価したときの捲回方向から見た断面図である。用いるセンサは、発光部と受光部からなるセンサには、平行受光方式ラインセンサカメラあるいは、イメージセンサなどが好ましい。
【００１６】
これにより、支軸の中心軸方向から、帯状電極体が捲回方向から湾曲した形状異常を評価できる。
【００１７】
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２における帯状電極体の評価法および評価装置を含む電極体捲回装置の一例の概略を示す斜視図で、図７は図６を帯状電極体を支持する支軸１ｃ、1ｄの中心軸方向から見た概略図である。実施の形態２は、図６および図７で示され、実施の形態１を一連の装置の中に組み込んだ電極体の評価装置および捲回状電極体群を形成する装置の一例である。フープ状電極体１０から、渦巻き上の捲回電極体群を形成する一連の装置に途中に、実施の形態１の電極体の評価方法および、評価装置を組み込んだ一例である。図６および図７において、フープ状電極体１０から供給される帯状電極体６を蛇行の検出および蛇行を修正できる蛇行防止修正装置８に導入し、回転ローラ７を経て、テンションローラ２に導入され、実施の形態１と同様にセンサ３ａ、３ｂの間に、支軸１ａ、１ｂの中心軸の方向と帯状電極体６を捲回する方向である長さ方向が直行するように配置し、テンションローラによって、捲回方向に一定張力が加えられる。
【００１８】
実施の形態１では、帯状電極体の捲回方向に配置された固定軸５でしっかり固定され、渦巻き状電極体群を形成する帯状電極体を一定長さに切り出し、装置に設置する必要があるが、実施の形態２では、長く巻き取られた帯状電極体を切り出さずに、フープ状電極体１０から捲回状電極体群形成装置９に至るまでに、インラインで帯状電極体の評価が可能であるため、切り出しする必要がない。また、支軸ローラに設置される電極体は連続的に支軸１ｃから支軸１ｄに移動しながら、一定張力をテンションローラ２によって加えることができるため、評価を連続的にでき、評価処理を早くできる。これにより、捲回状電極体群形成装置９に帯状電極体６を連続的に供給できる。このように実施の形態１と同様に、帯状電極体の捲回方向からの湾曲を評価でき、しかもインラインで連続的な評価が可能となる。
【００１９】
また、電極体が生産規格からはずれてしまった場合には、捲回状電極体群形成装置９にて、評価した電極体のみを巻き取り、不良排出できる。
【００２０】
また、実施の形態１および実施の形態２の本発明の評価法で用いた電極体の作製方法および、本発明法の効果を検証するための帯状電極体の評価検証方法を以下、記述する。
【００２１】
〔評価用帯状電極体の作製〕
電極体の作製は、リチウム含有複合酸化物ＬｉｘＣｏ１−ｘＯ２（式中、ｘは、１．１０≧ｘ≧０．９８を満たす。）からなる正極活物質を含む正極合剤（塗料）を、集電体であるアルミニウムの厚さ２０μｍの金属箔状に塗着し、乾燥して塗着層の正極合材層を含む厚さが０．２ｍｍの電極体を作製した。合材層の形成には、結着剤として、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を用いた。評価を実施した電極体は、下記の電極体評価して、彎曲度合いを測定して電極体の形状などを確認しておいた。作製した電極体は、彎曲のない
正常電極体と、帯状電極体の捲回方向から湾曲させた異常電極体１〜４を作製した。
【００２２】
〔電極体の評価検証方法〕
彎曲度合いの検証では、幅５０ｍｍの帯状電極体を１ｍで切り出し、１ｍあたりの電極体の彎曲幅を測定した。測定の方法は、図８に示すように、彎曲した電極体の幅平面方向で凹部を金属製直尺に向け、１ｍで切り出した電極体の角が金属製直尺の直線部に接するように設置し、金属製直尺（ＪＩＳ規格）の直線部と彎曲した電極体が最も遠い距離（矢印部の長さ）を湾曲の大きさとし、金属製直尺を用いて測定した。正常電極体と異常電極体の評価結果を表１にまとめた。
【００２３】
【表１】
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【実施例】
【００２４】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００２５】
（実施例１）
図１〜５に示す実施の形態１と同様な評価装置にて、電極体を評価した。センサにはセンサ発光部３ａと、センサ受光部３ｂを設けた。支軸１ａ、１ｂ間は６０ｃｍとし、幅５０ｍｍの帯状電極体を１００ｃｍに切り出し装置に設置した。電極体に加えた張力は５００ｇｆ（５００ｇｆ／ｍｍ）とした。電極体を浮上させる気体には、露点−６０℃のドライエアーを用いた。ノズル４ａは、直線流型の独国Lechier社製ＦＬ−６００Ｂを用い、ノズル４ａへのドライエアーの導入圧力が０．１ＭＰａになるように、コンプレッサーおよびバッファータンク内を設け、減圧弁にて調整した。
【００２６】
センサ部には、透過式ＣＣＤイメージセンサ（キーエンス社製）を用いた。検出精度は、０．１ｍｍとした。評価は、図４に示す様、発光光が電極体によって遮蔽される最大幅を測定して行った。以下、電極体によって遮蔽される光の最大幅を遮蔽幅とした。図３は、捲回方向と直交する水平方向から見た測定時のセンサ部の概略図で、図４、５は、捲回方向から見た測定時のセンサ部の拡大断面図である。このようにして、実施の評価法１を実施した。
【００２７】
上記の実施の方法１によって、表１の５種類の電極体を評価した。評価結果を表２に示す。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
評価の結果、正常電極体１では、０．５ｍｍと最小値を示すが、彎曲した異常電極体１〜４では１．５ｍｍ以上と遮蔽幅が大きくなり、帯状電極体にねじれが生じており、帯状電極体が捲回方向から湾曲していたりする帯状電極体で、彎曲の大きさが１ｍｍ以上の異常な形状の帯状電極体は、遮蔽幅が１．５mm以上で、正常電極体と異常電極体を区別、判別することができた。
【００３０】
（実施例２）
電極体の取り付け条件は、実施例１と同じとした。ノズル４ｂは、平板流型の独国Lechier社製ＦＬ−６００Ａを用い、ノズル４ｂに導入するドライエアーは、実施例１と同様、導入圧力が０．１ＭＰａになるように、コンプレッサーおよびバッファータンク内を設け、減圧弁にて調整した。
【００３１】
センサ部も実施例１と同様に透過式ＣＣＤイメージセンサ（キーエンス社製）を用いた。検出精度は、０．１ｍｍとした。評価は、図１０と１１に示す様、発光光が電極体によって遮蔽される最大幅を測定して行った。以下、電極体によって遮蔽される最大幅を遮蔽幅とする。図９は、捲回方向と直交する水平方向から見た測定時のセンサ部の概略図で、図１０、１１は、捲回方向からみた測定時のセンサ部の拡大概略図である。このようにして、実施の評価法２を実施した。
【００３２】
上記の実施の評価法２によって、表１の５種類の電極体を評価した。評価結果を表３に示す。
【００３３】
【表３】
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【００３４】
評価の結果、正常電極体では、遮蔽幅が０．３ｍｍと帯状電極体の厚み０．２mmよりわずかに大きい値となったが、異常電極体１〜４では２ｍｍ以上で遮蔽幅が大きくなり、帯状電極体が大きくねじれが生じており、帯状電極体が捲回方向から湾曲していたりする帯状電極体で、彎曲の大きさが１ｍｍ以上の異常な形状の帯状電極体は、遮蔽幅が２．０ｍｍ以上で、正常電極体と異常電極体を区別、判別することができた。
【００３５】
（実施例３）
実施の形態２と同様な評価装置にて、帯状電極体の評価法を渦巻き状電極体群を形成する装置の一連の工程にて、図６および図７で示したフープ状電極体１０巻きだし装置から、捲回状電極体群の形成に至る一連の装置および、連続して評価できる帯状電極体の評価法を実施の評価法３とした。
【００３６】
図６および図７に示すように、正常電極体のフープ状電極体１０より、蛇行防止修正装置８を備え付け、実施例１で示した電極体の評価法に電極体を導いた装置である。電極体に加えた張力は５００ｇｆ（５００ｇｆ／ｍｍ2）とした。
【００３７】
電極体を浮上させる気体には、露点−６０℃のドライエアーを用いた。ノズル４ａには、直線流型の独国Lechier社製ＦＬ−６００Ｂを用い、ノズルへのドライエアーの導入圧力が０．１ＭＰａになるように、コンプレッサーおよびバッファータンク内を設け、減圧弁にて調整した。
【００３８】
センサ部は、実施例１と同様に、透過式ＣＣＤイメージセンサ（キーエンス社製）を用いた。検出精度は、０．１ｍｍとした。評価は、図４と５に示す様、発光光が電極体によって遮蔽され遮蔽幅を測定して行った。
【００３９】
また、電極体を評価する際には、支軸１ｃから支軸１ｄの方向に毎秒０．５ｍの速度で、上記の一定張力５００ｇｆ／ｍｍ2を維持して二つの支軸１ｃ、１ｄ間に帯状電極体を支持した。
【００４０】
表１で示した正常電極体および異常電極体１〜５と同様の方法にて作製した、フープ状電極体の正常電極体Ａ、異常電極体１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａを用意した。センサ３を含む評価装置部で遮蔽幅を測定しながら、捲回状電極体群形成装置９へ電極体を毎秒０．５ｍの速度で供給し、負極およびセパレータと組み合わせながら、リチウムイオン電池用渦巻き状電極体群を形成した。
【００４１】
このように評価装置部で実施の評価法３にて評価した電極体を用いて、それ以外に負極板とセパレータからなる渦巻き状捲回電極体を形成した後、渦巻き状捲回電極体を分解して、電極体の評価検証方法でも評価し、本発明の実施の評価法３の評価結果を検証した。負極板には、黒鉛材料とスチレンブタジエンゴム系の結着剤からなる合材を厚み２０μmのＣｕ集電体状に塗布し、厚み０．２ｍｍに形成し、幅５０ｍｍの負極板を作製したものを用いた。セパレータには厚み２０μmのポリエチレン製多孔質膜を用いた。
【００４２】
表４には、実施の評価法３による評価結果遮蔽幅（ｍｍ）と、評価検証方法にて測定した湾曲の大きさを示した。
【００４３】
【表４】
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【００４４】
表４の結果のように、評価検証方法で彎曲の大きさが１mm以上あった異常電極体１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａでは、遮蔽幅が２．０ｍｍ以上で測定され、実施例３のようなインラインによる連続測定においても、帯状電極体が捲回方向から湾曲していたりする帯状電極体で、彎曲の大きさが１ｍｍ以上の異常な形状の帯状電極体は、遮蔽幅が２．０ｍｍ以上で、正常電極体と異常電極体を区別、判別することができた。
【００４５】
（実施例４）
ノズル４ａの形状のみを実施例２で用いた平板流型の独国Lechier社製ＦＬ−６００Ａの４ｂに変更した以外はすべて実施例３と同様の装置による、実施の評価法４をおこなった。評価には実施例３で作製した、正常電極体Ａ、異常電極体１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａを用いた。表５には、実施の評価法４による評価結果遮蔽幅（ｍｍ）の結果を示した。
【００４６】
【表５】
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【００４７】
表５の結果のように、評価検証方法で彎曲の大きさが１mm以上あった異常電極体１Ａ、
２Ａ、３Ａ、４Ａでは、遮蔽幅が２．５ｍｍ以上で測定され、実施例３と同様にインラインによる連続測定においても、帯状電極体が捲回方向から湾曲していたりする帯状電極体で、彎曲の大きさが１ｍｍ以上の異常な形状の帯状電極体は、遮蔽幅が２．５ｍｍ以上で、正常電極体と異常電極体を区別、判別することができた。
【００４８】
また、このような異常検出信号を捲回状電極体群形成装置９に転送することによって、電極体の不良排出が容易にできる。また、捲回状電極体群形成装置で、捲回状電極体群を形成せず、異常形状の帯状電極体だけを捲回して排出すれば、電極体群を構成する異常電極体以外の部材のロス消費を削減できる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明にかかる帯状電極体の評価法、および評価装置は、渦巻き状の捲回電極体群を具備する電池あるいは、コンデンサなどの電極体の幅方向の形状評価に適し、不良判別等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態１および実施例１にかかる評価装置の一例の概略を示す斜視図
【図２】図１を支軸１ａ、１ｂの中心軸方向から見た概略図
【図３】本発明の実施の形態１、２および実施例１にかかる評価装置の一部の支軸１ａ、１ｂの中心軸方向から見た概略図
【図４】本発明の実施の形態１、２および実施例１にかかる評価装置の一部の捲回方向から見た断面図
【図５】本発明の実施の形態１、２および実施例１にかかる評価装置の一部の捲回方向からみた断面図
【図６】本発明の実施の形態２および実施例３にかかる評価装置の一例の概略を示す斜視図
【図７】図１を支軸１ｃ、１ｄの中心軸方向から見た概略図
【図８】電極体の評価検証方法にかかる概略図
【図９】本発明の実施の形態１および実施例２にかかる評価装置の一部の支軸１ａ，１ｂの中心軸方向から見た概略図
【図１０】本発明の実施の形態１および実施例２にかかる評価装置の一部を示す捲回方向からみた断面図
【図１１】本発明の実施の形態１および実施例２にかかる評価装置の一部を示す捲回方向からみた断面図
【符号の説明】
【００５１】
１ａ  支軸（回転ローラ）
１ｂ  支軸（回転ローラ）
１ｃ  支軸（回転ローラ）
１ｄ  支軸（回転ローラ）
２  テンションローラ
３ａ  センサ発光部
３ｂ  センサ受光部
４ａ  ノズル（直線流）
４ｂ  ノズル（平行流）
５  固定軸
６  帯状電極体
７  回転ローラ
８  蛇行防止修正装置
９  捲回状電極体群形成装置
１０  フープ状電極体
１１  金属製直尺
１２  帯状電極体が発光光を遮蔽する幅
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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