(57)【要約】【課題】シート状電極を捲回してなる捲回体を内周側からピンで押し拡げて扁平状に成形としながらも、シート状電極の一端とピンとの干渉を防止することができる電池の製造方法を提供する。【解決手段】シート状電極３１を捲回してなる円筒状の捲回体３の内周側に、ピンＰ１、Ｐ２を配置する第１工程と、ピンＰ１、Ｐ２を互いに離反するように移動させることにより、捲回体３の内周面３ａと当接させ、捲回体を内周側から押し拡げて扁平状に成形する第２工程と、ピンＰ１、Ｐ２を互いに接近するように移動させるとともに、ピンＰ１、Ｐ２を捲回体３の内周側から取り出す第３工程と、を有し、第３工程においてピンＰ１、Ｐ２を互いに接近するように移動させる際に、ピンＰ１、Ｐ２のうち、捲回体３の内周側に配置されたシート状電極３１の一端３２側に位置するピンＰ２を、捲回体３の捲回方向とは逆方向に回転させる。【選択図】図６
2015046244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状電極を捲回してなる円筒状の捲回体の内周側に、一対のピンを配置する第１工程と、
前記一対のピンを互いに離反するように移動させることにより、前記捲回体の内周面と当接させ、前記捲回体を内周側から押し拡げて扁平状に成形する第２工程と、
前記一対のピンを互いに接近するように移動させるとともに、前記一対のピンを前記捲回体の内周側から取り出す第３工程と、を有し、
前記第３工程において前記一対のピンを互いに接近するように移動させる際に、前記一対のピンのうち、前記捲回体の内周側に配置された前記シート状電極の一端側に位置するピンを、前記捲回体の捲回方向とは逆方向に回転させることを特徴とする電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート状電極を捲回してなる捲回体を扁平状に成形して使用する電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、シート状電極を円筒状となるように捲回し、その後、この捲回体を扁平状に成形して使用するリチウムイオン二次電池が知られている。
【０００３】
下記特許文献１に記載されたリチウムイオン二次電池の製造装置では、まず、正極シートと負極シートとの間にセパレータを挟んでシート状電極を形成し、このシート状電極を捲回することで円筒状の捲回体を形成する。次に、円筒状の捲回体の内周側に配置した一対のピン（取出し棒）を互いに離反移動させることで、当該一対のピンを捲回体の内周面と当接させ、捲回体を内周側から押し拡げる。
【０００４】
捲回体は、一対のピンによって内周側から押し拡げられると同時に、上下一対のプレス板によって外周側から押圧される。一対のピンは捲回体の変形途中で内周側から取り出され、その後、捲回体は内周側の空間が無くなるまでプレス板によって押圧成形される。このような製造装置を用いることにより、リチウムイオン二次電池を簡便かつ低コストに量産することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１７３６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載された従来の製造方法では、捲回体の内周側から一対のピンを取り出す際に、当該ピンによりシート状電極を損傷させてしまうという課題があった。
【０００７】
以下、上記課題について図９を参照しながら詳述する。図９は、従来の製造方法における捲回体の内周側におけるピンの動きを表す側面図である。
【０００８】
図９に表すように、捲回体３００は、一端３２０から他端３３０までわたるシート状電極３１０を、公知の捲回機により捲回することで円筒状に形成されている。捲回体３００の内周側には一端３２０が配置され、外周側には他端３３０が配置されている。一端３２０は、捲回体３００の内周面からやや離間した状態となっている。
【０００９】
この捲回体３００を扁平状に成形するため、図９（Ａ）に表すように、捲回体３００の内周側に、セパレータＳを挟んで対向する一対のピンＰ１０、Ｐ２０を配置し、このピンＰ１０、Ｐ２０をそれぞれ矢印Ａ１０1、Ａ１０２で表す方向に互いに離反するように移動させる。これにより、ピンＰ１０、Ｐ２０は捲回体３００の内周面と当接し、捲回体３００を内周側から略水平方向に押し拡げる。このとき同時に、捲回体３００は上下一対のプレス板により外周側から上下方向に押圧されるが、説明の簡便のため、図９ではプレス板の図示を省略している。
【００１０】
ピンＰ１０、Ｐ２０及びプレス板により、側面視で捲回体３００が所定の楕円形状となるまで変形させた後は、プレス板のみで捲回体３００をさらに扁平状となるよう変形させる。このため、捲回体３００の内周側に配置されているピンＰ１０、Ｐ２０がその変形の妨げとならないよう、内周側から取り出す必要がある。この取り出しに際し、ピンＰ１０、Ｐ２０と、捲回体３００の内周面との当接を解除する必要がある。そこで、図９（Ｂ）に表すように、今度はピンＰ１０、Ｐ２０をそれぞれ矢印Ａ１０３、Ａ１０４で表す方向に互いに接近するように移動させ、それまで当接していた部位から離間させる。
【００１１】
このように、捲回体３００の内周側においてピンＰ１０、Ｐ２０を接近移動させると、図９（Ｃ）に表すように、シート状電極３１０の一端３２０とピンＰ２０との干渉が生じ、一端３２０を捲回体３００の内周面から捲り上げてしまうおそれがあった。さらには、図９（Ｄ）に表すように、捲り上げられた一端３２０がピンＰ２０の下方に潜り込み、捲回体３００の捲回方向（一端３２０側から他端３３０側までシート状電極３１０に沿って向かう方向）側に折れてしまうという課題があった。このような、一端３２０とピンＰ２０との干渉や、一端３２０の折れが生じると、シート状電極３１０を構成する正極シートや負極シートに活物質の剥離等が生じ、安定した電池性能を得られなくなる懸念がある。
【００１２】
ピンＰ１０、Ｐ２０の形状は、捲回体３００を内周側から押し拡げる際の反作用によって大きな変形が生じないように、高い剛性を発揮するものでなければならない。また、ピンＰ１０、Ｐ２０の配置については、捲回体３００を所望の扁平状に成形するため、離反移動した際に捲回体３００の内周面のうち所定の部位と当接できるように設定されたものでなければならない。このように、ピンＰ１０、Ｐ２０の形状や配置は、捲回体３００の成形の観点から種々の制約を受けることになる。したがって、ピンＰ１０、Ｐ２０の形状や配置の工夫によって、ピンＰ１０、Ｐ２０とシート状電極３１０の一端３２０との干渉を抑制することにも限界があった。
【００１３】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、シート状電極を捲回してなる捲回体を内周側からピンで押し拡げて扁平状に成形としながらも、シート状電極の一端とピンとの干渉を防止することができる電池の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明に電池の製造方法は、シート状電極を捲回してなる円筒状の捲回体の内周側に、一対のピンを配置する第１工程と、前記一対のピンを互いに離反するように移動させることにより、前記捲回体の内周面と当接させ、前記捲回体を内周側から押し拡げて扁平状に成形する第２工程と、前記一対のピンを互いに接近するように移動させるとともに、前記一対のピンを前記捲回体の内周側から取り出す第３工程と、を有し、前記第３工程において前記一対のピンを互いに接近するように移動させる際に、前記一対のピンのうち、前記捲回体の内周側に配置された前記シート状電極の一端側に位置するピンを、前記捲回体の捲回方向とは逆方向に回転させることを特徴としている。
【００１５】
本発明に係る電池の製造方法によれば、第３工程で一対のピンを互いに接近するように移動させる際、捲回体の内周側に配置されたシート状電極の一端側に位置するピンを、捲回体の捲回方向とは逆方向に回転させるため、当該ピンはシート状電極の一端を避けながら接近移動することができる。これにより、第２工程では、捲回体を内周側から押し拡げて扁平状に変形させながらも、第３工程では、ピンと、捲回されたシート状電極の一端との干渉を防止し、延いては活物質の剥離等を防止して安定した電池性能を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、シート状電極を捲回してなる捲回体を内周側からピンで押し拡げて扁平状に成形しながらも、シート状電極の一端とピンとの干渉を防止することができる電池の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る電池を表す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る捲回体の変形前の状態を表す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る捲回体の内周側に一対のピンを配置した状態を表す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る捲回体の内周側に一対のピンを配置した状態を表す側面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る捲回体を変形させている状態を表す斜視図である。
【図６】本発明の実施形態に係る捲回体の内周側におけるピンの動き表す側面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る捲回体が扁平状となった状態を表す斜視図である。
【図８】本発明の実施形態に係る一対のピンの移動機構を表す模式図である。
【図９】従来の製造方法における捲回体の内周側におけるピンの動きを表す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１９】
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る電池を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電池を表す断面図である。
【００２０】
リチウムイオン二次電池である電池１は、金属製の容器２と、その容器２の中に充填される電解液（図示略）と、その容器２の中に電解液と共に収容される電極用の捲回体３と、捲回体３に設けられる正極用の外部端子４と、負極用の外部端子５とを備える。各外部端子４、５の一部は、それぞれ容器２の外に突出して配置される。各外部端子４、５は、容器２の蓋６に固定される。
【００２１】
捲回体３は、正極シートと負極シートとの間にセパレータを挟んで積層したシート状電極を捲回し、扁平状にすることにより形成される。正極シートとしては、アルミ箔等のシートの両面に、ニッケル酸リチウムやコバルト酸リチウム等の活物質を含有するペーストを塗布したものが用いられる。また、負極シートとしては、銅箔等のシートの両面に、炭素質粉体材料等の活物質を含有するペーストを塗布したものが用いられる。さらに、セパレータとしては、ポリプロピレン系の微多孔膜等が用いられる。
【００２２】
この捲回体３の中央部には、セパレータ７が露出し、そのセパレータ７の左右両側には、金属箔よりなる正極未塗布部８及び負極未塗布部９が露出する。正極未塗布部８は、正極側の外部端子４が溶接部１０にて溶接される。同じく、負極未塗布部９は、負極側の外部端子４が溶接部１０にて溶接される。
【００２３】
次に、図２〜図７を参照して、電池１の製造方法について説明する。図２は、本発明の実施形態に係る捲回体の変形前の状態を表す斜視図である。図３は、本発明の実施形態に係る捲回体の内周側に一対のピンを配置した状態を表す斜視図である。図４は、本発明の実施形態に係る捲回体の内周側に一対のピンを配置した状態を表す側面図である。図５は、本発明の実施形態に係る捲回体を変形させている状態を表す斜視図である。図６は、本発明の実施形態に係る捲回体の内周側におけるピンの動き表す側面図である。図７は、本発明の実施形態に係る捲回体が扁平状となった状態を表す斜視図である。
【００２４】
図２に表すように、捲回体３０は、シート状電極３１をその一端３２から他端３３にかけて軸Ｃ０周りに矢印Ｒ１で表す方向（捲回方向）に捲回することで、軸Ｃ０を中心軸とする円筒状を呈している。公知の捲回機によって径方向に隙間なく捲回された捲回体３０は、その内周面３ａ上に一端３２が、外周面３ｂ上に他端３３が配置される。一端３２は、軸Ｃ０側に若干捲れ上がり、内周面３ａとやや離間した状態となっている。
【００２５】
（第１工程）
この円筒状の捲回体３０を扁平状に成形するため、まず、図３に表すように、一対のピンＰ１、Ｐ２を矢印Ａ１で表す方向に挿入して、捲回体３０の内周側に配置する。このピンＰ１、Ｐ２は、いずれも断面が略直角三角形を呈し、それぞれ延伸軸Ｃ１、Ｃ２に沿って略直線状に延伸する三角柱状の部材である。ピンＰ１、Ｐ２は、それぞれの延伸軸Ｃ１、Ｃ２が捲回体３０の軸Ｃ０（図１参照）に略平行となるように配置される。
【００２６】
図４に表すように、捲回体３０の内周側には、その内周側の空間を２つに区画するようにして、セパレータＳが内周面３ａに当接して配置される。ピンＰ１、Ｐ２は、このセパレータＳで区分されるそれぞれの空間に分かれて配置され、このうちピンＰ２は、シート状電極３１の一端３２と同一の空間に配置される。ピンＰ１、Ｐ２は、互いに接近させた状態で、捲回体３０の内周側に挿入される。捲回体３０の内周側に配置されたピンＰ１、Ｐ２は、セパレータＳを間に挟んで、それぞれの傾斜面Ｐ１ａ、Ｐ２ａを対向させるようにして配置される。
【００２７】
（第２工程）
次に、第１工程で捲回体３０の内周側に配置したピンＰ１、Ｐ２を用いて、捲回体３０を変形させる。まず、図５に表すように、捲回体３０の内周側において、矢印Ａ６、Ａ７で表すように、ピンＰ１、Ｐ２を互いに離反するように移動させる。この矢印Ａ６、Ａ７の方向は、いずれも略水平方向であり、軸Ｃ０（図２参照）を挟んで対照となる方向である。ピンＰ１、Ｐ２は、それぞれの延伸軸Ｃ１、Ｃ２を軸Ｃ０と略平行な状態に保ちながら離反移動する。離反移動するピンＰ１、Ｐ２は、捲回体３０の内周面３ａに当接し、それぞれ内周面３ａに対し径方向に力を加えることで、捲回体３０を内周側から略水平方向に押し拡げる。
【００２８】
捲回体３０は、内周側からピンＰ１、Ｐ２によって押し拡げられると同時に、矢印Ａ３、Ａ４で表すように、上下一対のプレス板（図示せず）によって外周側から押圧される。この矢印Ａ３、Ａ４の方向は、いずれも略鉛直方向であり、軸Ｃ０（図２参照）を挟んで対照となる方向である。上下一対のプレス板は、それぞれ軸Ｃ０を挟んで対照となる位置で捲回体３０の外周面３ｂと当接し、軸Ｃ０側に力を加えている。
【００２９】
一対のピンＰ１、Ｐ２による内周側からの押し拡げ、及び、一対のプレス板による外周側からの押圧により、円筒状を呈していた捲回体３０は、扁平状に変形していく。捲回体３０の変形により、その内周側の空間も狭小となっていく。
【００３０】
（第３工程）
ピンＰ１、Ｐ２及びプレス板により、側面視で捲回体３０が所定の楕円形状となるまで変形させた後は、プレス板のみで捲回体３０をさらに扁平状となるよう変形させる。このため、捲回体３０の内周側に配置されているピンＰ１０、Ｐ２０がその変形の妨げとならないよう、内周側から取り出す必要がある。この取り出しに際し、ピンＰ１、Ｐ２と、捲回体３０の内周面３ａとの当接を解除する必要がある。
【００３１】
このため、捲回体３０の上下をプレス板で抑えた状態で、図６（Ａ）に表すように、ピンＰ１、Ｐ２をそれぞれ矢印Ａ８、Ａ９で表す方向に互いに接近するように移動させ、それまで当接していた内周面３ａの部位から離間させる。この矢印Ａ８、Ａ９の方向は、いずれも略水平方向であり、軸Ｃ０（図２参照）を挟んで対照となる方向である。ピンＰ１、Ｐ２は、それぞれの延伸軸Ｃ１、Ｃ２を軸Ｃ０と略平行な状態に保ちながら接近移動する。なお、説明の簡便のため、図６ではプレス板及びセパレータＳの図示を省略している。
【００３２】
ここで、ピンＰ１、Ｐ２を接近移動させると同時に、シート状電極３１の一端３２と同一の空間に配置されたピンＰ２については、図６（Ｂ）に矢印Ｒ３で表すように、その延伸軸Ｃ２周りに回転させる。この回転方向は、捲回体３０の捲回方向（図２の矢印Ｒ１の方向）と逆方向である。これにより、ピンＰ２は、下方の角部Ｐ２ｂが一端３２を避け、且つ、上方の角部Ｐ２ｃが一端３２の上方に回り込むように回転しながら、ピンＰ１側に移動することとなる。
【００３３】
ピンＰ１、Ｐ２をさらに接近移動させるとともに、ピンＰ２を延伸軸Ｃ２周りに回転させることで、図６（Ｃ）に表すように、一端３２と干渉させることなく、ピンＰ２の一部を一端３２の上方に移動させることができる。この状態では、ピンＰ２の角部Ｐ２ｂは、一端３２と同程度の高さに位置している。
【００３４】
ピンＰ１、Ｐ２の接近移動、及び、ピンＰ２の回転をさらに継続すると、ピンＰ２はその角部Ｐ２ｂが一端３２を避けるように回転し、図６（Ｄ）に表すように、ピンＰ２の全体が一端３２の上方に移動する。これにより、ピンＰ２と一端３２とを干渉させることなく、ピンＰ１、Ｐ２を捲回体３の軸Ｃ０（図２参照）近傍において接近した状態とし、捲回体３の内周面３ａと十分な間隔をもって当接を解除することができる。その後、ピンＰ１、Ｐ２を矢印Ａ１（図３参照）で表した方向とは逆方向に移動させることにより、捲回体３の内周側からピンＰ１、Ｐ２を引き抜くようにして取り出すことができる。
【００３５】
上記第３工程を終えた後、捲回体３は外周側から一対のプレス板のみによって上下方向に押圧される。これにより、図７に表すように、捲回体３は内周側の空間が消失した扁平状に成形される。扁平状に成形された捲回体３は、外部端子４、５（図１参照）等が接合され、電池１（図１参照）の用に供される。
【００３６】
以上のように捲回体３を扁平状に成形することで、第２工程では、ピンＰ１、Ｐ２により捲回体３を内周側から押し拡げて扁平状に変形させながらも、第３工程では、そのピンＰ１、Ｐ２と、捲回されたシート状電極３１の一端３２との干渉を防止することができる。このため、シート状電極３１を構成する正極シートや負極シートの活物質の剥離等を防止し、安定した電池性能を得ることが可能となる。
【００３７】
次に、図８を参照して、一対のピンＰ１、Ｐ２を移動及び回転させるための機構について説明する。図８は、本発明の実施形態に係る一対のピンの移動機構を表す模式図である。
【００３８】
移動機構４０は、固定部と可動部とを有するチャックシリンダであり、ピンＰ１及びＰ２の両者を、離反移動、接近移動させるとともに、その移動に回転を伴わせることができるよう構成されている。移動機構４０は、ベース４１と、ピニオン２１、２２と、ラック５１、５２と、を有している。
【００３９】
ベース４１はチャックシリンダの固定部に相当する部材であり、その下部にラック５１、５２が取り付けられている。ラック５１、５２は、互いに所定間隔をあけて取り付けられており、それぞれの上面には、歯５１ａ、５２ａが略水平方向にわたって形成されている。
【００４０】
ピニオン２１、２２は、いずれもチャックシリンダの図示しない可動部に対し取り付けられる部材であり、それぞれピンＰ１、Ｐ２の端部を保持している。チャックシリンダの可動部は図８（Ａ）に矢印Ａ１０、Ａ１１で表す方向に可動に構成されている。ピニオン２１、２２は、その一部が円弧状に形成されており、当該部分には歯２１ａ、２２ａが形成されている。ピニオン２１はラック５１の上方に配置され、その歯２１ａがラック５１の歯５１ａと噛合している。また、ピニオン２２はラック５２の上方に配置され、その歯２２ａがラック５２の歯５２ａと噛合している。
【００４１】
図示しないシリンダの駆動により、チャックシリンダの可動部が図８（Ａ）に矢印Ａ１０、Ａ１１で表す方向に移動すると、当該可動部に取り付けられたピニオン２１、２２も、それぞれ同方向に移動する。この際、端部をピニオン２１、２２によって保持されているピンＰ１、Ｐ２も、同じく矢印Ａ１０、Ａ１１で表す方向に移動する。これにより、ピンＰ１、Ｐ２は、図８（Ａ）に表す位置と図８（Ｂ）に表す位置との間で、離反移動又は接近移動することができる。
【００４２】
また、ピニオン２１、２２の歯２１ａ、２２ａが、ラック５１、５２の歯５１ａ、５２ａとそれぞれ噛合していることから、ピニオン２１、２２が矢印Ａ１０、Ａ１１で表す方向に移動すると、同時に矢印Ｒ４、Ｒ５への回転が生じる。このため、ピンＰ１、Ｐ２は、離反移動又は接近移動すると同時に、それぞれの延伸軸Ｃ１、Ｃ２周りに回転することが可能となる。
【００４３】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４４】
３    ：捲回体
３ａ  ：（捲回体の）内周面
３ｂ  ：（捲回体の）外周面
３１  ：シート状電極
３２  ：（シート状電極の）一端
３３  ：（シート状電極の）他端
Ｐ１、Ｐ２：ピン
【図１】
2015046244.tif 000003
【図２】
2015046244.tif 000004
【図３】
2015046244.tif 000005
【図４】
2015046244.tif 000006
【図５】
2015046244.tif 000007
【図６】
2015046244.tif 000008
【図７】
2015046244.tif 000009
【図８】
2015046244.tif 000010
【図９】
2015046244.tif 000011