(57)【要約】      （修正有）【課題】常に安定して電極を良好に切断することができる電極の製造方法の提供。【解決手段】長尺状の金属箔から成る集電箔１３と、集電箔１３の両面に成膜された活物質層と、前記活物質層を外側から覆うセパレータ１５とを含むシート電極１０をレーザ光Ｂによって切断する切断工程を含む電極の製造方法であって、前記切断工程の前において、前記レーザ光Ｂによって切断される部分のセパレータ１５の表面にレーザ光吸収部材（ラインＡ）を印刷する印刷工程をさらに含むことを特徴とする。【選択図】図１
2018037143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺状の金属箔から成る集電箔と、前記集電箔の両面に成膜された活物質層と、前記活物質層を外側から覆うセパレータとを含む電極をレーザ光によって切断する切断工程を含む電極の製造方法であって、
前記切断工程の前において、前記レーザ光によって切断される部分の前記セパレータの表面にレーザ光吸収部材を印刷する印刷工程をさらに含むことを特徴とする電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、非水二次電池に用いられる電極の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護、省エネルギーの観点から、エンジンとモータを動力源として併用したハイブリッド自動車やモータを動力源とした電気自動車が開発、製品化されている。このハイブリッド自動車や電気自動車のエネルギー源として、電気を繰り返し充電放電可能な二次電池は必須の技術である。
一般的にこの二次電池としては、リチウム二次電池、ニッケル二次電池などの二次電池が用いられるが、なかでも、非水系のリチウム二次電池は、その動作電圧が高く、高い出力を得やすいので有力な電池であり、ハイブリッド自動車や電気自動車の電源としてますます重要性が増してきている電池である。
【０００３】
ところで、特許文献１には、レーザー光によってワークを切断するようにした切断装置が開示されている。すなわち、この特許文献１に開示された切断装置は、第１のレーザー光ＬＢ１をワークに照射する第１レーザー光照射手段と、第２のレーザー光ＬＢ２をワークに照射する第２レーザー光照射手段とを備え、第１のレーザー光ＬＢ１のスポットの中心と第２のレーザー光ＬＢ２のスポットの中心とを切断方向に所定距離ずらすことにより、ワークを切断するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１８８９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、この特許文献１に記載されている切断装置を用いてワークを切断する際において、特にワークがセパレータ一体型の電極の場合には、セパレータが過剰な熱で燃焼してうまく切断できず、不良品が発生する場合があり、延いては、この電極を用いた最終製品、例えば、非水二次電池の性能が安定しなかったり製造コストが高くなる恐れがあった。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、常に安定して電極を良好に切断することができる電極の製造方法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】
【０００７】
上記の問題点を解決するために、本発明の電極の製造方法は、次の構成を有している。
（１）長尺状の金属箔から成る集電箔と、前記集電箔の両面に成膜された活物質層と、前記活物質層を外側から覆うセパレータとを含む電極をレーザ光によって切断する切断工程を含む電極の製造方法であって、前記切断工程の前において、前記レーザ光によって切断される部分の前記セパレータの表面にレーザ光吸収部材を印刷する印刷工程をさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成を有する本発明の電極の製造方法の作用・効果について説明する。
（１）長尺状の金属箔から成る集電箔と、前記集電箔の両面に成膜された活物質層と、前記活物質層を外側から覆うセパレータとを含む電極をレーザ光によって切断する切断工程を含む電極の製造方法であって、前記切断工程の前において、前記レーザ光によって切断される部分の前記セパレータの表面にレーザ光吸収部材を印刷する印刷工程をさらに含むため、常に安定して電極を良好に切断することができ、結果的にこの電極を用いた最終製品の性能が安定し、また製造コストを抑制することができるなど優れた作用効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の電極の製造方法を実施するワーク切断装置を概略的に示す図である。
【図２】ワーク切断装置によって切断されるワークの断面図である。
【図３】ワーク切断装置によって切断される付近のワークの平面図である。
【図４】（ａ）は、実験例１〜実験例４の実験結果を示す図である。（ｂ）は、セパレータの溶け幅を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施形態１）
以下、本発明に係る電極の製造方法について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態において図は、適宜簡略化或いは変形誇張されて描画されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも実施例と同一ではない。
【００１１】
図１は、本発明の電極の製造方法を実施するワーク切断装置を概略的に示す図である。
すなわち、ワーク切断装置９では、ロール状の捲回された長尺シート状のシート電極１０を、図１において左側から右側に向けて搬送可能である。なお、前記シート電極１０は、本発明のワークに相当する。
前記ワーク切断装置９は、印刷装置１１およびレーザ切断装置１２を備えており、前記印刷装置１１では本発明の印刷工程が、また、前記レーザ切断装置１２では本発明の切断工程が実行される。
【００１２】
前記シート電極１０は、図２に示すように、金属箔集電体１３（本発明の集電箔に相当する）の両面に活物質が層状に塗工することにより成膜された活物質層１４を有し、更に前記活物質層１４の外側面、つまり上下面にそれぞれセパレータ１５がバインダによって密着接着された、いわゆるセパレータ一体型電極である。
正極用のシート電極１０としては、アルミニウム箔やステンレス箔などの金属箔集電体１３の両面に、活物質層１４としてリチウムコバルト複合酸化物やリチウムマンガン複合酸化物などを含む活物質が層状に塗工されたものである。また、負極用のシート電極としては、銅箔やステンレス箔などの金属箔集電体１３の両面に、活物質層１４として黒鉛やコークスなどを含む活物質が層状に塗工されたものである。
また、前記活物質層１４は、金属箔集電体１３の、長手方向と直交する幅方向の片側縁部分１３ａを除く両表面に形成されている。
さらに、前記セパレータ１５は、ポリエチレン樹脂材料からなる多孔質フィルムで構成されており、前記活物質層１４の外側面、つまり上下面においてＣＭＣ（カルボキシメチルセルロースの略）などからなるバインダにより密着状態で接着されている。  
【００１３】
前記印刷装置１１は、インクジェット型の印刷装置本体１１ａと、その印刷装置本体１１ａにより制御されるインクジェット型の２個の印刷ヘッド１１ｂとから構成されている。２個の前記印刷ヘッド１１ｂは、前記シート電極１０上方および下方において前記シート電極１０の幅方向（シート電極１０の長尺方向とは直交する方向）に延びるようにして前記シート電極１０とは間隔をおいてそれぞれ配置されており、前記印刷装置本体１１ａからの制御信号に基づいて、前記印刷装置本体１１ａから供給される黒色のインクを前記シート電極１０に向かって噴射することによって前記セパレータ１５の表面に（前記シート電極１０の上下面において）黒色のラインＡを印刷することが可能である（図３参照のこと）。なお、前記印刷ヘッド１１ｂは、前記印刷装置本体１１ａからの制御信号によって印刷するラインＡの長さや幅を変更可能である。なお、ラインＡが本発明のレーザ光吸収部材に相当する。
【００１４】
前記レーザ切断装置１２は、ファイバーレーザ装置により構成された切断装置本体１２ａと、スキャナーとしてのガルバノミラー１２ｂとから構成されている。前記ガルバノミラー１２ｂは、図示しないモータなどの駆動装置によって回転軸１２ｃを中心として往復回動若しくは回転が可能であり、したがって、前記ガルバノミラー１２ｂが回転軸１２ｃを中心として往復回動もしくは回転した際には、前記切断装置本体１２ａから発光されたレーザ光Ｂが前記ガルバノミラー１２ｂによって前記シート電極１０上を幅方向に走査照射され、それによって前記シート電極１０はその長手方向とは直交する幅方向において切断される。
【００１５】
以上のように構成されたワーク切断装置９おいて、ロール状の捲回された長尺シート状のシート電極１０は、引き出されて図１において左側から右側に向けて搬送される。
シート電極１０の切断位置が印刷装置１１の上下の印刷ヘッド１１ｂ間に到達した際には、印刷ヘッドによってシート電極１０上下面に所定の印刷幅のラインＡが印刷され（図３参照のこと、なお図３では上面のみを示す）、これにより本発明の印刷工程が実行される。
その後、シート電極１０の搬送に伴って、シート電極１０の上下面に印刷されたラインＡがレーザ切断装置１２の切断位置に達した場合には、切断装置本体１２ａからレーザ光Ｂが発光され、そしてその発光されたレーザ光ＢはラインＡ上のシート電極１０に走査照射され、それによってシート電極１０がその長手方向とは直交する幅方向において切断され、本発明の切断工程が実行される。
この際、切断工程に先立って、シート電極１０のセパレータ１５の表面には黒色のラインＡが印刷されているため、セパレータ１５はレーザ光Ｂを良く吸収し、したがって、シート電極１０を良好に切断することができる。つまり、セパレータ１５をあまり燃焼させることなく、シート電極１０、つまり、金属箔集電体１３、その両面に成膜された活物質層１４および活物質層１４の外側に接合された上下のセパレータ１５を良好に切断することができる。
【００１６】
つぎに、実験例１〜実験例４について説明する。
なお、実験例１〜実験例４においては、シート電極１０の材料として下記の材料を用いた。
セパレータ１５：多孔質形状のポリエチレン製セパレータ
活物質：グラファイト
バインダ：ＣＭＣ
金属箔集電体１３：銅箔
なお、セパレータ１５は、バインダにより活物質層１４に密着接合させた。
【００１７】
（実験例１）
上記材料で構成されたシート電極１０を切断装置本体１２ａから発光されたレーザ光Ｂによって一直線上（幅方向）に切断した。なおこの場合、シート電極１０にラインＡが印刷されていないので、実験例１は、従来技術に相当する。
なお、この際の切断装置本体１２ａの切断条件は下記のとおりである。
出力：１ＫＷ
レーザ光Ｂのスポット径：１００μｍ
切断速度：２０００ｍｍ／ｓｅｃ
切断後、セパレータ１５の熱影響を評価するために、マイクロスコープを用いて切断された片側のセパレータ１５の溶け幅（図４（ｂ）を参照のこと）を測定した。
【００１８】
（実験例２）
シート電極１０のセパレータ１５の上下面に、印刷装置１１の印刷ヘッド１１ｂによって幅６０μｍの黒色のラインＡをそれぞれ印刷し、そのラインＡの部分において切断装置本体１２ａによってシート電極１０を幅方向に切断した。
なお、切断装置本体１２ａの切断条件は、実験例１と同様である。
切断後、セパレータ１５の熱影響を評価するために、マイクロスコープを用いて切断された片側のセパレータ１５の溶け幅（図４（ｂ）を参照のこと）を測定した。
（実験例３）
シート電極１０のセパレータ１５の上下面に、印刷装置１１の印刷ヘッド１１ｂによって幅１１０μｍの黒色のラインＡをそれぞれ印刷し、そのラインＡの部分において切断装置本体１２ａによってシート電極１０を幅方向に切断した。
なお、切断装置本体１２ａの切断条件は、実験例１と同様である。
切断後、セパレータ１５の熱影響を評価するために、マイクロスコープを用いて切断された片側のセパレータ１５の溶け幅（図４（ｂ）を参照のこと）を測定した。
（実験例４）
シート電極１０のセパレータ１５の上下面に、印刷装置１１の印刷ヘッド１１ｂによって幅２ｍｍの黒色のラインＡをそれぞれ印刷し、そのラインＡの部分において切断装置本体１２ａによってシート電極１０を幅方向に切断した。
なお、切断装置本体１２ａの切断条件は、実験例１と同様である。
切断後、セパレータ１５の熱影響を評価するために、マイクロスコープを用いて切断された片側のセパレータ１５の溶け幅（図４（ｂ）を参照のこと）を測定した。
【００１９】
図４（ａ）に、実験例１〜実験例４の実験結果を示すが、実験例１ではシート電極１０にラインＡが印刷されていないので、セパレータの溶け幅が２．５ｍｍと、実験例１〜実験例４の中では最も大きくなった。これは、ポリエチレン樹脂材料からなるセパレータ１５は半透明であるためレーザ光Ｂが透過し、したがって、セパレータ１５はレーザ光Ｂを吸収して加熱されることがなく、セパレータ１５を透過したレーザ光Ｂは活物質層１４が吸収することとなる。このため、活物質層１４の温度が上がり過ぎてセパレータ１５が燃焼することが考えられる。この際、セパレータ１５の切断のために切断装置本体１２ａのレーザ光Ｂの出力を増加させると、一層活物質層１４の温度が上がり、セパレータ１５の燃え広がりが一層広くなるという不具合が存在する。
特にセパレータ１５は、多孔質フィルムにより構成されているので、酸素との接触が多く、燃えやすい構造であるため、活物質層１４からの熱の影響を受けやすく燃焼が増長され易い。セパレータ１５が燃え広がると、シート電極１０は不良品となり、また、セパレータ１５が燃焼すると、セパレータ１５が活物質層１４からめくれ上がり、それによってシート電極１０が不良品となる場合もある。
【００２０】
それに対して、実験例２〜実験例４では、あらかじめシート電極１０のセパレータ１５の上下面に、印刷装置１１の印刷ヘッド１１ｂによって黒色のラインＡをそれぞれ印刷し、その後にそのラインＡの部分において切断装置本体１２ａによってシート電極１０を切断するようにしたので、セパレータ１５が黒色のラインＡによってレーザ光Ｂを吸収する。そして、それによってセパレータ１５が先に溶融して多孔質状態ではなくなった後に活物質層１４からの熱の影響を受けるので、図４に示すように、実験例１のセパレータ１５が多孔質状態の場合と比べて燃え広がりを抑制することができる。このことは、図２において活物質層１４の下側に配置されたセパレータ１５においても、同様なことが言える。
【００２１】
レーザ光Ｂを照射した範囲を溶融させるためには、ラインＡの幅＞レーザ光Ｂのスポット径であることが望ましく、ラインＡの幅＞１．１×レーザ光Ｂのスポット径がより望ましい。一方、切断後のラインＡの残りを防ぐためには、ラインＡの幅＜２０×レーザ光Ｂのスポット径を満たす必要があり、実験例４では、ラインＡの幅が２ｍｍで、レーザ光Ｂのスポット径の２０倍に設定されているため、ラインＡの残りが確認された。
つまり、レーザ光Ｂのスポット径とラインＡの幅との関係は、１．１×レーザ光Ｂのスポット径＜ラインＡの幅＜２０×レーザ光Ｂのスポット径の条件を満たすことが望ましい。
実験例２〜実験例４の中では、実験例３がセパレータ１５の溶け幅も少なく、またラインＡの残りもなく最も良好な結果を示した。
【００２２】
なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、その他一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々変更、改良を加えた態様で実施することができる。例えば、上述した実施例では、印刷装置１１としてインクジェット型の印刷装置を用いたがそれに限定されることはなく色々な形式の印刷装置を用いることができる。また、ラインＡの色を黒色としたが、これに限定されることなく例えばグレー色や赤や青等のカラー色としても差し支えないことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００２３】
９・・・ワーク切断装置
１０・・・シート電極
１１・・・印刷装置
１２・・・レーザ切断装置
１３・・・金属箔集電体
１４・・・活物質層
１５・・・セパレータ
Ａ・・・ライン
Ｂ・・・レーザ光
【図１】
2018037143.tif 000003
【図２】
2018037143.tif 000004
【図３】
2018037143.tif 000005
【図４】
2018037143.tif 000006