(57)【要約】【課題】砥粒による電極材料同士の接合不良を抑制すること。【解決手段】電極材料の接合装置は、噴射部５１と、接合部とを備える。噴射部５１は、導電性金属の砥粒を噴射することで、活物質合剤層のうち、各電極材料の長手方向一端に位置する部位を除去する。接合部は、活物質合剤層を除去することで各電極材料に生じた露出部同士を接合する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状金属箔の少なくとも片面に活物質合剤層をそれぞれ備える第１電極材料及び第２電極材料を前記帯状金属箔の露出した露出部同士で接合する電極材料の接合装置であって、
各電極材料の前記活物質合剤層のうち、各電極材料の長手方向の一端に位置する部位に導電性金属の砥粒を噴射する噴射部と、
前記帯状金属箔の前記露出部同士を接合する接合部と、を備える電極材料の接合装置。
【請求項２】
帯状金属箔の少なくとも片面に活物質合剤層をそれぞれ備える第１電極材料及び第２電極材料を前記帯状金属箔の露出した露出部同士で接合する電極材料の接合方法であって、
各電極材料の前記活物質合剤層のうち、各電極材料の長手方向の一端に位置する部位に導電性金属の砥粒を噴射し、
前記砥粒の噴射によって露出した前記帯状金属箔の前記露出部同士を接合する電極材料の接合方法。
【請求項３】
前記砥粒を、１００〜３００ｍ／ｓの速度で前記帯状金属箔の表面に対して噴射する請求項２に記載の電極材料の接合方法。
【請求項４】
前記砥粒と前記露出部は同一金属である請求項２又は請求項３に記載の電極材料の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極材料の接合装置、及び、電極材料の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池などの蓄電装置は、正負の電極を備える。電極の製造は、長尺の帯状金属箔の両面に活物質合剤の層を有する電極材料を形成し、その電極材料を電極の形状に合わせて切断することで行われる。
【０００３】
電極材料の製造は、搬送中の帯状金属箔に活物質合剤を塗布することで行われる。活物質合剤は、活物質、導電剤、溶媒及びバインダを混合したペーストである。電極材料の製造後には、不良部分の検査が行われる。不良部分は、例えば、帯状金属箔に塗布された活物質合剤である活物質合剤層の厚みが不足している部分などである。不良部分が検出されると、その不良部分は電極材料から取り除かれる。このため、電極材料は分断されるが、その他の部分は不良部分ではなく、電極を製造できる部分である。よって、不良部分を取り除いた後には、分断された電極材料同士を接合して、電極の製造に供する。
【０００４】
分断された電極材料同士を接合する場合は、一般的に帯状金属箔同士を接合する。この場合は、電極材料から活物質合剤層を除去して、帯状金属箔を露出させた露出部を得る必要がある。帯状金属箔から活物質合剤層を除去する方法は、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１には、帯状金属箔の全面に活物質合剤層が設けられた電極材料に絶縁性の砥粒を高速で噴射することで活物質合剤層を除去することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−９３５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、絶縁性の砥粒を噴射することで活物質合剤層を除去すると、露出部に絶縁性の砥粒が残存する場合がある。絶縁性の砥粒が残存したままの露出部同士を接合しようとすると、絶縁性の砥粒によって露出部同士の接合が阻害されるおそれがある。
【０００７】
本発明の目的は、砥粒による電極材料同士の接合不良を抑制できる電極材料の接合装置、及び、電極材料の接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する電極材料の接合装置は、帯状金属箔の少なくとも片面に活物質合剤層をそれぞれ備える第１電極材料及び第２電極材料を前記帯状金属箔の露出した露出部同士で接合する電極材料の接合装置であって、各電極材料の前記活物質合剤層のうち、各電極材料の長手方向の一端に位置する部位に導電性金属の砥粒を噴射する噴射部と、前記帯状金属箔の露出部同士を接合する接合部と、を備える。
【０００９】
これによれば、噴射部から噴射された砥粒により、活物質合剤層を帯状金属箔から剥ぎ取り、露出部を形成できる。そして、接合部により、露出部同士を接合することで第１電極材料と第２電極材料とを接合することができる。砥粒は導電性金属なので、露出部の形成後に該露出部に砥粒が残っていたとしても、砥粒によって露出部同士の接合が阻害されることを抑制できる。
【００１０】
上記課題を解決する電極材料の接合方法は、帯状金属箔の少なくとも片面に活物質合剤層をそれぞれ備える第１電極材料及び第２電極材料を前記帯状金属箔の露出した露出部同士で接合する電極材料の接合方法であって、各電極材料の前記活物質合剤層のうち、各電極材料の長手方向の一端に位置する部位に導電性金属の砥粒を噴射し、前記砥粒の噴射によって露出した前記帯状金属箔の露出部同士を接合する。
【００１１】
これによれば、露出部の形成後に該露出部に砥粒が残っていたとしても、砥粒によって露出部同士の接合が阻害されることを抑制できる。また、砥粒として導電性金属を用いることにより、摩擦による火花の発生の虞もない。
【００１２】
上記電極材料の接合方法について、前記砥粒を、１００〜３００ｍ／ｓの速度で前記帯状金属箔の表面に対して噴射してもよい。
これによれば、砥粒により、活物質合剤層を帯状金属箔から剥ぎ取ることができるとともに、好適な運動エネルギーを有した状態で帯状金属箔の表面に対して砥粒が噴射される。このため、導電性金属の砥粒が帯状金属箔の表面に付着するようになる結果、導電性金属の砥粒が付着した露出部の形成を効率よく行うことができる。
【００１３】
上記電極材料の接合方法について、前記砥粒及び前記露出部は同一金属であってもよい。
これによれば、砥粒と露出部とを異種金属とする場合に比べて、露出部同士の接合不良を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、砥粒による電極材料同士の接合不良を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は電極材料製造装置の概略構成図、（ｂ）は切断装置により不良部分が取り除かれた電極材料を示す図、（ｃ）は活物質合剤層が除去された第１電極材料及び第２電極材料を示す図、（ｄ）は第１電極材料と第２電極材料を接合した電極材料を示す概略構成図。
【図２】噴射部の概略構成図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は電極材料の接合方法を説明するための図。
【図４】露出部を拡大して示す断面図。
【図５】（ａ）は活物質合剤層を除去していない第１電極材料と第２電極材料とを接合した電極材料を示す断面図、（ｂ）は活物質合剤層を除去した第１電極材料と第２電極材料とを接合した電極材料を示す断面図。
【図６】第１電極材料と第２電極材料の変形例を示す断面図。
【図７】噴射部の変形例を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、電極材料の接合装置、及び、電極材料の接合方法の一実施形態について説明する。
電極材料は、リチウムイオン二次電池などの蓄電装置に用いられる正負の電極を製造するために用いられる。電極材料は、長尺の帯状金属箔に活物質合剤を塗布して形成されたものである。電極材料を電極の形状に合わせて切断することで電極を得ることができる。
【００１７】
図１（ａ）に示すように、電極材料製造装置１０は、長尺状の帯状金属箔３１を供給する供給装置１２と、帯状金属箔３１に活物質合剤を塗布する塗工装置１６と、電極材料３３を巻き取る巻取装置１４と、を備える。
【００１８】
供給装置１２は、供給リール１３を備える。供給リール１３には帯状金属箔３１が巻装されている。供給リール１３は回転することで帯状金属箔３１を送り出す。帯状金属箔３１としては、負極の電極を製造する場合には例えば銅箔が用いられ、正極の電極を製造する場合には例えばアルミニウム箔が用いられる。巻取装置１４は、巻取リール１５を備える。巻取リール１５は回転することで電極材料３３を巻き取る。巻取リール１５及び供給リール１３の回転により帯状金属箔３１は供給リール１３から巻取リール１５に向けて搬送される。
【００１９】
塗工装置１６は、帯状金属箔３１を挟んで２つ設けられている。各塗工装置１６は、帯状金属箔３１の長手方向に連続して活物質合剤を塗布することで、帯状金属箔３１の両面に活物質合剤層３２を形成する。活物質合剤は、活物質、溶媒、増粘剤、導電助剤、バインダ等を混練したものである。
【００２０】
電極材料製造装置１０は、帯状金属箔３１の搬送方向において、塗工装置１６の下流に配置され、電極材料３３の不良部分３４を検査する検査装置１７と、帯状金属箔３１の搬送方向において、検査装置１７よりも下流に配置され、不良部分３４を切断する切断装置１８とを備える。電極材料３３の不良部分３４とは、例えば、帯状金属箔３１に塗布された活物質合剤層３２の厚みが不足している部分や、活物質合剤層３２の厚みが過剰な部分である。検査装置１７は、例えば、画像処理によって検査を行う装置や、Ｘ線により検査を行う装置である。検査装置１７で不良部分３４が検出されると、切断装置１８は不良部分３４を電極材料３３の長手方向から挟む二箇所を短手方向の全体に亘って切断する。切断装置１８による切断により、不良部分３４は取り除かれる。
【００２１】
電極材料製造装置１０は、帯状金属箔３１の搬送方向において、切断装置１８よりも下流にロールプレス１９を備える。ロールプレス１９は、一対のローラ２０を備える。ローラ２０間を電極材料３３が通過することで、活物質合剤層３２の密度が高められる。ローラ２０の間隔は、活物質合剤層３２を所定の厚みにできるように設定されている。
【００２２】
巻取装置１４に巻き取られた電極材料３３は、その後、電極材料３３を電極の形状に切断する電極製造装置に供給される。電極製造装置は、搬送中の電極材料３３を切断することで電極を製造する。
【００２３】
ところで、図１（ｂ）に示すように、切断装置１８で電極材料３３が切断されると、電極材料３３は切断された箇所で第１電極材料４１と第２電極材料４２に分断される。なお、本実施形態では、帯状金属箔３１の搬送方向において、切断された箇所よりも上流側の部分を第１電極材料４１とし、切断された箇所よりも下流側の部分を第２電極材料４２とする。
【００２４】
電極材料３３が分断されると、第１電極材料４１を巻取リール１５によって巻き取ることができず、帯状金属箔３１を搬送することができない。このため、不良部分３４を取り除いた後には、図１（ｃ）に示すように、第１電極材料４１と第２電極材料４２とを電極材料の接合装置５０によって接合する。これにより、図１（ｄ）に示すように、第１電極材料４１と第２電極材料４２とが接合された電極材料３３を得ることができる。
【００２５】
図１（ｃ）に示すように、電極材料の接合装置５０は、噴射部５１と、接合部８１とを備える。噴射部５１は、活物質合剤層３２のうち、各電極材料４１，４２の長手方向一端に位置する部位を除去する。これにより、各電極材料４１，４２は、帯状金属箔３１の長手方向の一端に、帯状金属箔３１の両面が露出した露出部４３を備える。接合部８１は、各電極材料４１，４２の露出部４３同士を接合することで、第１電極材料４１と第２電極材料４２を接合した電極材料３３を構成する。接合部８１は、露出部４３同士を接合することができればよく、例えば、電気抵抗溶接、固相接合、超音波溶接、かしめによる接合、ろう接などを行う装置が用いられる。中でも特に生産性の観点から、電気抵抗溶接、すなわち、スポット溶接法やシーム溶接法により接合を行う装置が適している。
【００２６】
図２に示すように、噴射部５１は、筒状の筐体５２を備える。筐体５２は、軸線方向に延びる通路５３を備える。通路５３は、筐体５２の両端に開口する。軸線方向に直交する方向での通路５３の断面積を通路面積とする。通路５３は筐体５２の軸線方向一端寄りにある第１通路５４と、第１通路５４よりも通路面積の小さい第２通路５５と、筐体５２の軸線方向他端寄りにあり、第２通路５５よりも通路面積の小さい第３通路５６とを備える。第１通路５４は、筐体５２の一端に開口する第１開口部５４ａを備え、第３通路５６は筐体５２の他端に開口する第２開口部５６ａを備える。
【００２７】
筐体５２は、筐体５２の外周面から第１通路５４に至るガス供給通路５７を備える。ガス供給通路５７は、筐体５２外と第１通路５４とを連通させている。ガス供給通路５７は、筐体５２の軸線方向において、第２通路５５寄りに位置している。
【００２８】
筐体５２は、第２通路５５の一部を取り巻き、第２通路５５に連通する溝５８を備える。溝５８は、第２通路５５の通路面積を部分的に広くしている部分ともいえる。筐体５２は、筐体５２の外周面から溝５８に至る供給通路５９を備える。供給通路５９は、筐体５２外と溝５８とを連通させている。
【００２９】
噴射部５１は、第１通路５４に挿入された筒状の加速ノズル６１を備える。加速ノズル６１は、軸線方向においてガス供給通路５７よりも第１開口部５４ａ側に位置している。ガス供給通路５７と加速ノズル６１内とは連通している。加速ノズル６１の一部は、第１開口部５４ａから筐体５２外（通路５３外）に突出している。
【００３０】
噴射部５１は、第２通路５５に挿入された筒状の供給ノズル６２を備える。供給ノズル６２は、供給ノズル６２の厚み方向に貫通した孔６３を軸線方向の途中に備える。この孔６３は、溝５８と繋がっている。供給ノズル６２の一部は、加速ノズル６１内にある。
【００３１】
噴射部５１は、第３通路５６に挿入された筒状のガス供給管６４を備える。ガス供給管６４の一部は、供給ノズル６２内にある。噴射部５１は、ガス供給器６５を備える。ガス供給器６５は、ガス供給管６４に取り付けられ、ガス供給管６４へのガスの供給のタイミングや、速度等の制御を行う。
【００３２】
噴射部５１は、砥粒７２を収容するホッパ７１を備える。ホッパ７１は、供給通路５９に連通するように筐体５２の外周面に配置されている。ホッパ７１は、供給通路５９、溝５８、及び、孔６３を介して供給ノズル６２に繋がっている。ホッパ７１に収容された砥粒７２は、導電性金属の微粒子である。本実施形態では、導電性金属として帯状金属箔３１と同一の導電性金属が用いられる。すなわち、帯状金属箔３１が銅箔の場合には銅の砥粒７２が用いられ、帯状金属箔３１がアルミニウム箔の場合にはアルミニウムの砥粒７２が用いられる。
【００３３】
上記した噴射部５１は、加速ノズル６１から砥粒７２を噴射する。砥粒７２を噴射する際には、ガス供給器６５からガス供給管６４に供給ガスが供給される。供給ガスとしては、例えば、アルゴンやヘリウム等の不活性ガスが用いられる。供給ノズル６２には、ホッパ７１から供給通路５９、溝５８、及び、孔６３を介して砥粒７２が供給される。加速ノズル６１には、ガス供給通路５７から加速ガスが供給される。加速ガスとしては、例えば、空気や不活性ガス等の気体が用いられる。加速ガスの流れにより供給ノズル６２の内部に負圧が生じ、供給ノズル６２の内部の供給ガス及び砥粒７２は所定の速度まで加速される。加速された砥粒７２は、加速ノズル６１から高速で噴射される。加速ノズル６１から各電極材料４１，４２の表面に対して噴射された時点での導電性金属の砥粒７２の速度は、１００〜３００ｍ／ｓであることが好ましい。
【００３４】
次に、電極材料の接合装置５０を用いた電極材料の接合方法について作用とともに説明する。
各電極材料４１，４２を接合する際には、まず、噴射部５１によって各電極材料４１，４２に露出部４３を形成する。
【００３５】
図３（ａ）に示すように、各電極材料４１，４２は、切断装置１８で切断された段階では、帯状金属箔３１の一端の両面に活物質合剤層３２を備える。そして、各電極材料４１，４２の活物質合剤層３２のうち、各電極材料４１，４２の長手方向の一端となる部位に向けて噴射部５１から砥粒７２を噴射する。
【００３６】
図３（ｂ）に示すように、噴射部５１は、加速ノズル６１から噴射された砥粒７２があたる箇所が帯状金属箔３１の短手方向の一端から他端に向けて移動するように加速ノズル６１を帯状金属箔３１の短手方向に移動させていく。この際、噴射部５１は、加速ノズル６１の軸線方向と帯状金属箔３１の面が斜めに交わるように配置する。加速ノズル６１の移動は、例えば、加速ノズル６１に連結されたアクチュエータにより行われる。
【００３７】
高速で噴射された砥粒７２が活物質合剤層３２に当たると、活物質合剤層３２は、砥粒７２によって研磨され、除去されていく。本実施形態の噴射部５１は、帯状金属箔３１の両面から活物質合剤層３２を除去する。これにより、図３（ｃ）に示すように、各電極材料４１，４２の長手方向の一端に露出部４３が形成される。
【００３８】
図４に示すように、露出部４３には砥粒７２が残存する場合があるが、砥粒７２及び露出部４３は同一金属である。
したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００３９】
（１）導電性金属の砥粒７２を用いて活物質合剤層３２を除去する。このため、露出部４３に砥粒７２が残存していても、露出部４３と砥粒７２はともに導電性金属なので、砥粒７２によって露出部４３同士の接合が阻害されることが抑制される。このため、絶縁性の砥粒により露出部４３を形成し、その露出部４３に砥粒が残存する場合に比べて、露出部４３同士の接合強度の強い電極材料３３を得ることができる。更には、砥粒７２として導電性金属を用いることにより、摩擦による火花の発生の虞もない。
【００４０】
（２）露出部４３に砥粒７２が残存（付着）した場合、砥粒７２によって凹凸が形成される。砥粒７２による凹凸により、露出部４３同士の接合の際には、アンカー効果が強くなり、露出部４３同士の接合強度が向上する。特に、砥粒７２を１００〜３００ｍ／ｓの速度で帯状金属箔３１の表面に対して噴射することで、好適な運動エネルギーを有した状態で帯状金属箔３１の表面に対して砥粒７２が噴射される。砥粒７２が帯状金属箔３１の表面に付着するようになる結果、導電性金属の砥粒７２が付着した露出部４３の形成を効率よく行うことができる。砥粒７２による凹凸によってアンカー効果が強まり、露出部４３同士の接合強度が更に向上する。
【００４１】
（３）砥粒７２と露出部４３とを同一金属としている。砥粒７２と露出部４３とが異種金属である場合に比べて、砥粒７２を原因とする露出部４３同士の接合不良が生じにくい。
【００４２】
（４）活物質合剤層３２に向けて砥粒７２を噴射する際に、噴射部５１は、加速ノズル６１の軸線方向と帯状金属箔３１の面が斜めに交わるように配置される。すなわち、砥粒７２は活物質合剤層３２に対して斜めに噴射される。砥粒７２は、帯状金属箔３１の面に沿う方向にも付勢されることになり、除去された活物質合剤層３２、及び、砥粒７２が露出部４３に残存することが抑制される。
【００４３】
（５）超音波によって活物質合剤層３２を除去する場合、活物質合剤層３２の除去に長時間を要することに加え、活物質合剤層３２に水分を付与する必要がある。水分を付与すると、活物質合剤層３２にＳＥＩ被膜が生じる原因となり、電極の性能劣化を招く。また、レーザによって活物質合剤層３２を除去する場合、活物質合剤層３２のうち、除去したい部分以外にもレーザの熱が伝わり、活物質合剤層３２が酸化するおそれがある。
【００４４】
本実施形態のように、砥粒７２を噴射することで活物質合剤層３２を除去することで、水分を付与したり、熱を加えることなく活物質合剤層３２を除去することができる。これにより、電極の性能劣化を抑制することができる。
【００４５】
（６）図５（ａ）に示すように、活物質合剤層３２を除去していない第１電極材料４１と第２電極材料４２とを接着剤で接合することで電極材料１００を構成することも考えられる。しかしながら、活物質合剤層３２を除去することなく第１電極材料４１と第２電極材料４２とを接合すると、第１電極材料４１と第２電極材料４２とが重なり合う部位で、各電極材料４１，４２の活物質合剤層３２が重なり合う。したがって、活物質合剤層３２を除去していない第１電極材料４１と第２電極材料４２を接合した電極材料１００における最大厚みＴ１は、各電極材料４１，４２の厚みよりも厚くなる。
【００４６】
図５（ｂ）に示すように、本実施形態のように露出部４３同士を接合すると、第１電極材料４１と第２電極材料４２とが重なり合う部位で活物質合剤層３２が重なり合わない。活物質合剤層３２を除去した第１電極材料４１と第２電極材料４２を接合した電極材料３３における最大厚みＴ２は、各電極材料４１，４２と同一となる。
【００４７】
電極材料３３の最大厚みが過剰に大きくなることを抑制し、ローラ２０間に電極材料３３を通したときのローラ２０の損傷を抑制できる。更に、ロータリーダイカッタによって搬送中の電極材料３３から電極を切り出す場合、ロータリーダイカッタの破損も抑制できる。
【００４８】
なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○図６に示すように、帯状金属箔３１の両面に設けられた活物質合剤層３２のうち、一方の面のみから活物質合剤層３２を除去してもよい。この場合、各電極材料４１，４２は帯状金属箔３１の片面が露出した露出部４３を備える。
【００４９】
○図７に示すように、噴射部５１は、複数の加速ノズル６１を備えていてもよい。複数の加速ノズル６１により、帯状金属箔３１の短手方向の全体に亘って砥粒７２を噴射することができれば、活物質合剤層３２を除去する際に、噴射部５１を移動させることなく活物質合剤層３２を除去することができる。
【００５０】
○砥粒７２は、帯状金属箔３１とは異なる導電性金属であってもよい。
【符号の説明】
【００５１】
３１…帯状金属箔、３２…活物質合剤層、３３…電極材料、４１…第１電極材料、４２…第２電極材料、４３…露出部、５０…電極材料の接合装置、５１…噴射部、７２…砥粒、８１…接合部。
【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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