(57)【要約】【課題】裁断されたテープ状電極材の裁断縁部における活物質層の脱落を防止できるギャング刃式裁断装置を提供する。【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１２および下刃１６の切り刃１８，２０となる円周エッジ部にテーパ加工を施したことを特徴とする。【選択図】図２
2006172828.tif 000002
【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および／または下刃の切り刃となる円周エッジ部にテーパ加工を施したことを特徴とするギャング刃式裁断装置。
【請求項２】
前記テーパ加工量が前記上刃と前記下刃で同じ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。
【請求項３】
前記テーパ加工量が前記上刃と前記下刃で異な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。
【請求項４】
互いに隣接する前記上刃と前記下刃の対向する各軸方向端面が接触していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のギャング刃式裁断装置。
【請求項５】
互いに隣接する前記上刃と前記下刃の対向する各軸方向端面間にクリアランスが設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか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工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る。このギャング刃式の裁断装置は、図１に示すように、上軸１０に所定間隔で外装固定された例えば金属製円盤状をなす複数の上刃１２と、上軸１０に対して平行に配置された下軸１４に所定間隔で外装固定された例えば金属製円盤状をなす複数の下刃１６とを備えている。
【０００９】
各上刃１２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１０に外装されてそれぞれ配設されており、上刃１２の軸方向端面間が所望の電極材幅である間隔Ｗをなす２つの上刃１２が対をなしている。また、各下刃１６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１４に外装されてそれぞれ配設されており、下刃１６の軸方向端面間が所望の電極材幅である間隔Ｗをなす２つの下刃１６が対をなしている。そして、上軸１０および下軸１４は、図示しない駆動機構により回転駆動され、これに伴って上刃１２および下刃１６も回転するようになっている。
【００１０】
上刃１２と下刃１６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１２と下刃１６の各軸方向端面１３，１７が接触している。この接触分部に対応する上刃１２および下刃１６の各円周エッジ部が切り刃１８，２０にそれぞれなっている。この状態で、上刃１２と下刃１６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Ｗ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。
【００１１】
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。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。
【００１２】
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】
【００１３】
本願発明者は、スリット工程での活物質層の脱落現象を観察するうちに、裁断加工されたウェブ長さが多くなってきて上刃１２および下刃１６の各切り刃１８，２０が摩耗してくるにつれて、活物質層の脱落が発生しなくなることに気が付いた。
【００１４】
本発明は、前記知見に基づいてなされたもので、活物質層の脱落が発生しなくなったときの上刃１２および下刃１６の各切り刃１８，２０の摩耗状態と同じように、予め前記各切り刃１８，２０を研磨加工しておくことにより、スリット工程での活物質層の脱落を防止できるギャング刃式裁断装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を解決するために、本発明は、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および／または下刃の切り刃となる円周エッジ部にテーパ加工を施したことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明のギャング刃式裁断装置において、前記テーパ加工量は、前記上刃と前記下刃で同じであってもよいし、あるいは、異なってもよい。
【００１７】
また、本発明のギャング刃式裁断装置において、互いに隣接する前記上刃と前記下刃の対向する各軸方向端面が接触していてもよいし、あるいは、前記各軸方向端面間にクリアランスが設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のギャング刃式裁断装置によれば、上刃および／または下刃の切り刃となる円周エッジ部にテーパ加工を施しておくことで、裁断されたテープ状電極材の裁断縁部における活物質層の脱落を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
本発明の一実施形態であるギャング刃式裁断装置は、図１を参照して上述したのと同様の構成を備えている。すなわち、このギャング刃式の裁断装置は、上軸１０に所定間隔で外装固定された例えば金属製円盤状をなす複数の上刃１２と、上軸１０に対して平行に配置された下軸１４に所定間隔で外装固定された例えば金属製円盤状をなす複数の下刃１６とを備えている。
【００２０】
各上刃１２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１０に外装されてそれぞれ配設されており、上刃１２の軸方向端面間が所望の電極材幅である間隔Ｗをなす２つの上刃１２が対をなしている。また、各下刃１６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１４に外装されてそれぞれ配設されており、下刃１６の軸方向端面間が所望の電極材幅である間隔Ｗをなす２つの下刃１６が対をなしている。そして、上軸１０および下軸１４は、図示しない駆動機構により回転駆動され、これに伴って上刃１２および下刃１６も回転するようになっている。
【００２１】
上刃１２と下刃１６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、互いに対向する上刃１２と下刃１６の各軸方向端面１３，１７が接触している。この接触分部に対応する上刃１２および下刃１６の各円周エッジ部が切り刃１８，２０にそれぞれなっている。図２（ａ）に示すように、上刃１２および下刃１８の各切り刃１８，２０には、面取りするようなテーパ加工が施されている。
【００２２】
上刃１２および下刃１６の切り刃１８，２０の各テーパ加工量は、同じであってもよいし、異なってもよい。また、上刃１２と下刃１６の各軸方向端面１３，１７が接触している場合に限らず、図２（ｂ）に示すように、互いに対向する上刃１２と下刃１６の各軸方向端面１３，１７間にクリアランスＧが設けられていてもよい。
【００２３】
さらに、上刃１２は、上軸１０に対して軸方向端面１３が直角をなすように取り付けられている場合に限らず、上軸１０に対して軸方向端面１３が９０度よりも僅かに小さい角度をなすように傾斜した状態に取り付けられてもよい。同様に、下刃１６は、下軸１４に対して軸方向端面１７が直角をなすように取り付けられている場合に限らず、下軸１４に対して軸方向端面１７が９０度よりも僅かに小さい角度をなすように傾斜した状態に取り付けられてもよい。
【００２４】
前記構成からなるカッターユニットを備えたギャング刃式裁断装置において、上刃１２と下刃１６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Ｗ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。このとき、上刃１２と下刃１６の各切り刃１８，２０に面取りされたようなテーパ加工が施されていることにより、裁断されたテープ状電極材の裁断縁部における活物質層の脱落を防止することができる。
【００２５】
なお、本実施形態では、上刃１２と下刃１６の両方の切り刃１８，２０にテーパ加工を施したが、いずれか一方の切り刃だけにテーパ加工を施してもよい。
【００２６】
次に、活物質層の脱落が発生しなくなったときの上刃１２と下刃１６の各切り刃１８，２０の３つの摩耗状態Ａ，Ｂ，Ｃを表す実測値を下記の表１に示す。だだし、摩耗状態Ｂは上刃１２についてのみ観察されたものである。表１における寸法ａ，ｂおよび角度θは、図３に示すように、面取り状にテーパ加工したように摩耗した各切り刃１８，２０について精密形状測定機（ランクテーラーホブソン社製Ｓ５Ｃフォームタリサーフ）を用いて実測されたものである。
【００２７】
【表１】
2006172828.tif 000003
【００２８】
したがって、上刃１２および下刃１６の各切り刃１８，２０のテーパ加工量は、前記表１の寸法および角度と同じか、それらに近いものになるようにするのが好ましいと考えられるが、前記テーパ加工量はこれらの寸法および角度に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】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】各切り刃をテーパ加工した上刃および下刃の拡大図。
【図３】テーパ加工したように摩耗した切り刃の寸法および角度を示す図。
【符号の説明】
【００３０】
１０…上軸
１２…上刃
１３…軸方向端面
１４…下軸
１６…下刃
１７…軸方向端面１８，２０…切り刃
【図１】
2006172828.tif 000004
【図２】
2006172828.tif 000005
【図３】
2006172828.tif 000006