(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極活性材料がその片面または両面に付加される連続電極シートを単位電極の間隔で切込み加工して、複数の単位電極を前記電極シートから形成するための装置において、
所定位置において前記電極シートの上部および下部に切込みをプレス加工するためのプレス機と、
前記電極シートの供給方向に基づいて前記プレス機の後部に配置される２つ以上のグリッパーであって、前記プレス機の動作に従って前記単位電極に対応するサイズである１ピッチずつ前記電極シートを引き出して輸送するグリッパーと、
前記プレス加工された電極シートを保護するために、前記プレス加工された電極シートと一緒に巻き付けられる保護材料を供給するための装置と、
を含み、
前記グリッパーの１つが、前記電極シートを引き出して輸送する間に、残りのグリッパーは、引き出すための位置に移動する、装置。
【請求項２】
前記グリッパーは、前記電極シートを交互に引き出すために、前記プレス機に隣接する第１のグリッパーおよび前記第１のグリッパーの後部に配置される第２のグリッパーを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のグリッパーが、前記電極シートを前記プレス機から引き出し、それを輸送する間に、前記第２のグリッパーは、引き出すための前記位置に戻り、前記第１のグリッパーの輸送が終了するとすぐに前記電極シートを前記プレス機から輸送し始める、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記切込みは、前記切込みが互いに対称であるように前記電極シートの前記上部および前記下部にそれぞれ形成される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記プレス機は、一回のプレス加工動作によって複数の切込みを形成するために少なくとも２つの空洞を有するモールドを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記モールドは、４から６の空洞を有する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記電極シートが、それの移動方向に２つ以上のライン単位に分けられ、２つ以上の単位電極が、１ピッチでそれぞれのライン単位に形成されるように、前記プレス機は、ライン単位間に切込みをプレス加工する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記グリッパーの輸送方向と反対の方向で前記プレス機の前記後部に逆張力を前記電極シートに印加するための引張り部分をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記引張り部分は、回転可能に設定されたローラーおよび前記ローラーに軸方向に接続されたモーターを含み、
前記モーターは、前記グリッパーと同期する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記引張り部分は、前記電極シートを輸送するためのローラー、および前記ローラーを停止させるためのパウダーブレーキまたはトルクリミッターを含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記電極シートを巻き付けている巻出し機および前記電極シートの蛇行を制御するための蛇行コントローラが、前記引張り部分の前部にこの順序で配置される、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記グリッパーの後部で前記プレス機によって切込み加工された前記電極シートを検査するための検査機をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記電極シートは、タップを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項に記載の切込み加工装置を使用して製造される電極アセンブリ。
【請求項１５】
請求項１４に記載の電極アセンブリが、電解質溶液と一緒に電池ケースに密封される、二次電池。
【請求項１６】
単位電池として請求項１５に記載の二次電池の２つ以上を含む電池パック。
【請求項１７】
前記電池パックは、電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)、プラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)または電力貯蔵システムの電力源として使用される、請求項１６に記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切込み加工のための新規装置に関する。具体的には、本発明は、電極活性材料がその片面または両面に付加される連続電極シートを単位電極の間隔で切込み加工して、複数の単位電極をその電極シートから形成するための装置に関し、その装置は、設定位置において電極シートの上部および下部に切込みをプレス加工するためのプレス機と、電極シートの供給方向に基づいてプレス機の後部に配置され、プレス機の動作に従って単位電極に対応するサイズである1ピッチずつ電極シートを引き出して輸送する2つ以上のグリッパーとを含み、グリッパーの1つが、電極シートを引き出して輸送するとき、残りのグリッパーは、引き出すための位置に移動する。
【背景技術】
【０００２】
最近、再充電可能な二次電池は、無線携帯機器のエネルギー源または補助電源デバイスとして広く使用される。加えて、二次電池は、化石燃料を使用する従来のガソリン車、ディーゼル車および同様のものによって引き起こされる大気汚染を解決するための代替案として提案されている電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)、プラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)および同様のものの電力源として大きな注目を集めている。
【０００３】
そのような二次電池は、電極アセンブリが電解質溶液と一緒に電池ケースに取り付けられる状態で製造される。製造方法に応じて、電極アセンブリは、スタック型、折畳み型、スタック-折畳み型および同様のものに分類される。スタック型またはスタック-折畳み型電極アセンブリの場合には、単位アセンブリは、カソードおよびアノードがこの順序でそれらの間にセパレーターが挿入されるように積層される構造を有する。そのような電極アセンブリを製造するためには、カソードおよびアノードの製造が、最初に必要とされる。
【０００４】
すなわち、カソードおよびアノードなどの単位電極を製造するためには、最初に、電極活性材料がそれの片面または両面に付加される連続電極シートを単位電極の間隔で切込み加工するためのプロセスが、必要とされる。切込み加工プロセスは一般に、プレス機を使用して電極シートの一部を切込み加工することによって行われる。
【０００５】
プレス装置は、プレス加工すべき材料である電極シートを所定形状の形に加工するための装置であり、加工は一般に、連続供給方式で行われる。
【０００６】
そのような連続供給方式は、プレス機が電極シートを同時に輸送しかつプレス加工する方法であり、プレス加工される電極シートが停止することなく連続して供給されることを特徴とする。
【０００７】
図1を参照してこの連続供給方式を説明すると、本装置は、電極シート10を所定形状の形にプレス加工するためのプレス機20および電極シート10をプレス機20に供給するためのフィーダー30を含み、プレス機20はまた、フィーダーとしての機能も果たす。すなわち、プレス機20は、電極シート10をプレス加工し、同時に輸送長さの半分を輸送し、待機するフィーダー30は、残りの輸送長さを輸送する状態で電極シート10を連続して輸送する。電極シート10は、所定速度で連続して輸送される。
【０００８】
しかしながら、そのような連続供給方式は、電極シート10を所定速度で供給することができ、それ故にプレス機20の安定したプレス加工を可能にするが、しかし、プレス機20が左右に移動するとき、プレス機20と一緒に移動するモールド22の慣性に起因して電極シート10を高速で供給することが困難であるので、生産効率の低下の問題が生じ、それ故にコストの増加をもたらす。
【０００９】
それに応じて、これらの問題を解決するために新規の切込み加工装置を開発する必要性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明は、上記の問題およびまだ解決されなければならない他の技術的問題を解決するためになされた。
【００１１】
切込みを電極シートに高速で安定して形成するための切込み加工装置を提供することが、本発明の1つの目的である。
【００１２】
その切込み加工装置を使用して優れた動作特性を発揮する二次電池を提供することが、本発明の別の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様によると、電極活性材料がその片面または両面に付加される連続電極シートを単位電極の間隔で切込み加工して、複数の単位電極をその電極シートから形成するための装置が、提供され、その装置は、設定位置において電極シートの上部および下部に切込みをプレス加工するためのプレス機と、電極シートの供給方向に基づいてプレス機の後部に配置される2つ以上のグリッパーであって、プレス機の動作に従って単位電極に対応するサイズである1ピッチずつ電極シートを引き出して輸送するグリッパーとを含み、グリッパーの1つが、電極シートを引き出して輸送する間に、残りのグリッパーは、引き出すための位置に移動する。
【００１４】
すなわち、本発明による切込み加工装置は、プレス機の後部に配置されるグリッパーが、電極シートを1ピッチずつ引き出し、プレス機が、グリッパーの動作によって輸送される電極シートをプレス加工するだけである構成を有し、それによって、プレス機がまた輸送も行う従来の構成と比べて、高速に切込みを電極シートに形成する。
【００１５】
好ましい実施形態では、グリッパーは、電極シートを交互に引き出すために、プレス機に隣接する第1のグリッパーおよび第1のグリッパーの後部に配置される第2のグリッパーを含んでもよい。2つのグリッパーを含むそのようなグリッパーはまた、広く「二重グリッパー」とも呼ばれることになる。
【００１６】
具体的には、二重グリッパーの動作は、次の通りである。第1のグリッパーが、電極シートをプレス機から引き出し、それを輸送する間に、第2のグリッパーは、引き出すための位置に戻り、第1のグリッパーの輸送が終了するとすぐに電極シートをプレス機から輸送し始める。
【００１７】
切込みは、切込みが互いに対称であるように電極シートの上部および下部にそれぞれ形成される。このため、切込みは、その後の切断プロセス中に容易に切断できる。
【００１８】
この構成に基づくと、プレス機のプレス加工速度は、例えば150から300SPM(1分間当たりのストローク数)であり、それは、またフィーダーとしての機能も果たす従来のプレス機と比べて増加している。例えば、フィーダーおよびプレッサーとして両方の機能を果たすプレス機は、100SPM以下のプレス加工速度を有する。
【００１９】
プレス機は、一回のプレス加工動作によって複数の切込みを形成するために少なくとも2つの空洞を有するモールドを含んでもよい。この場合には、生産効率は、改善できる。
【００２０】
好ましくは、モールドは、4から6の空洞を有する。そのようなモールドを含むプレス機は、一回のプレス加工動作によって4から6の切込みを形成することができ、切込みは、タップなどの形状を有してもよい。
【００２１】
場合によっては、電極シートが、それの移動方向に2つ以上のライン単位に分けられ、2つ以上の単位電極が、1ピッチでそれぞれのライン単位に形成されるように、プレス機は、ライン単位間に切込みをプレス加工してもよい。この場合には、切込みは、それぞれのラインで分けられた電極シートの上部および下部に形成されてもよく、ライン単位で分けられない電極シートと比べて生産効率を2倍改善することができる。
【００２２】
好ましい実施形態では、切込み加工装置はさらに、グリッパーの輸送方向と反対の方向でプレス機の後部に逆張力を電極シートに印加するための引張り部分を含んでもよい。
【００２３】
引張り部分は、回転可能に設定されたローラーおよびローラーに軸方向に接続されたモーターを含んでもよく、モーターは、グリッパーと同期する。
【００２４】
この場合には、モーターは、グリッパーが停止するところの前方の5から10mmの点で動作を停止する。結果として、電極シートは、ローラーと一緒にスリップし、それ故に逆張力が、電極シートに印加される。
【００２５】
引張り部分は、電極シートを輸送するためのローラー、およびローラーを停止させるためのパウダーブレーキまたはトルクリミッターを含んでもよい。
【００２６】
具体的には、パウダーブレーキまたはトルクリミッターは、グリッパーがプレス機への電極シートの輸送を完了する前にローラーが逆張力を電極シートに印加することに抵抗する。
【００２７】
切込み加工装置は、電極シートを巻き付けている巻出し機および電極シートの蛇行を制御するための蛇行コントローラが、引張り部分の前部にこの順序で配置される構造を有してもよい。
【００２８】
この場合には、本装置はさらに、巻出し機と一緒に、電極シートへの所定張力を維持するために、蛇行コントローラと引張り部分との間に配置される張力維持モジュールを含んでもよい。
【００２９】
そのような張力維持モジュールは、ウェイトダンサー(weight dancer)かまたはエアーダンサー(air dancer)から成ってもよい。
【００３０】
場合によっては、切込み加工装置はさらに、グリッパーの後部でプレス機によって切込み加工された電極シートを検査するための検査機を含んでもよい。
【００３１】
この場合には、検査機は、プレス加工された電極シートから画像データを得るためのカメラおよび画像データを分析するための決定モジュールを含んでもよい。
【００３２】
一方では、電極シートは、タップを含んでもよい。このタップは、切込み加工プロセスで切込みと一緒に形成されてもよい。
【００３３】
本発明はまた、切込み加工装置を使用して製造される電極アセンブリも提供する。
【００３４】
電極アセンブリは、カソードおよびアノードがこの順序でそれらの間にセパレーターが挿入されるように積層される構造を有する。
【００３５】
例えば、カソードは、カソード活性材料を含有するカソード混合物をNMPなどの溶媒と混合することによって準備されたスラリーをカソード電流コレクターに塗布し、その後に続いて乾燥および圧延することによって作製される。
【００３６】
カソード混合物はさらに、カソード活性材料に加えて導電性材料、バインダーまたはフィラーなどの成分を適宜含有してもよい。
【００３７】
カソード活性材料は、電気化学反応を引き起こす物質として、2つ以上の遷移金属を含むリチウム遷移金属酸化物であり、それの例は、1つまたは複数の遷移金属で置換されたリチウムコバルト酸化物(LiCoO2)またはリチウムニッケル酸化物(LiNiO2)、1つまたは複数の遷移金属で置換されたリチウムマンガン酸化物、LiNi1-yMyO2の分子式によって表されるリチウムニッケル酸化物(ただしM=Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B、Cr、ZnまたはGa、リチウムニッケル酸化物はそれらの元素のうちの1つまたは複数の元素を含み、0.01≦y≦0.7)、Li1+zNi1/3Co1/3Mn1/3O2またはLi1+zNi0.4Mn0.4Co0.2O2などのLi1+zNibMncCo1-(b+c+d)MdO(2-e)Aeによって表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(ただし-0.5≦z≦0.5、0.1≦b≦0.8、0.1≦c≦0.8、0≦d≦0.2、0≦e≦0.2、b+c+d<1、M=Al、Mg、Cr、Ti、SiまたはY、A=F、PまたはCl)、およびLi1+xM1-yM'yPO4-zXzの分子式によって表されるオリビンリチウム金属リン酸塩(ただしM=遷移金属、好ましくはFe、Mn、CoまたはNi、M'=Al、MgまたはTi、X=F、SまたはN、-0.5≦x≦+0.5、0≦y≦0.5、および0≦z≦0.1)などの層状化合物を含むが限定されない。
【００３８】
導電性材料は通常、カソード活性材料を含む混合物の全重量に基づいて1から30重量%の量を追加される。導電性材料が、電池で有害な化学変化を引き起こすことなく適切な導電率を有する限りは、任意の導電性材料が、特定の制限なく使用されてもよい。導電性材料の例は、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェン(Ketjen)ブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラックおよびサーマルブラックなどのカーボンブラック、炭素繊維および金属繊維などの導電性繊維、フッ化炭素粉末、アルミニウム粉末およびニッケル粉末などの金属粉末、酸化亜鉛およびチタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー、酸化チタンなどの導電性金属酸化物、ならびにポリフェニレン誘導体を含む、導電性材料を含む。
【００３９】
バインダーは、導電性材料および電流コレクターへの電極活性材料の接合を強化する成分である。バインダーは通常、カソード活性材料を含む混合物の全重量に基づいて1から30重量%の量を追加される。バインダーの例は、ポリビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース(CMC)、デンプン、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレンジエンターポリマー(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴムおよび様々な共重合体を含む。
【００４０】
フィラーは、電極の膨張を抑制するために適宜使用される成分である。フィラーが、製造された電池で有害な化学変化を引き起こさず、繊維状材料である限りは、任意のフィラーが、特定の制限なく使用されてもよい。フィラーの例は、ポリエチレンおよびポリプロピレンなどのオレフィン重合体、ならびにガラス繊維および炭素繊維などの繊維状材料を含む。
【００４１】
カソード電流コレクターは一般に、3から500μmの厚さを有するように製造される。カソード電流コレクターが、製造された電池で有害な化学変化を引き起こすことなく適切な導電率を有する限りは、任意のカソード電流コレクターが、特定の制限なく使用されてもよい。カソード電流コレクターの例は、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼結炭素、および炭素、ニッケル、チタンもしくは銀で表面処理されたアルミニウムまたはステンレス鋼を含む。これらの電流コレクターは、電極活性材料への接着を強化するためにそれの表面に微細な凹凸を含む。加えて、電流コレクターは、フィルム、シート、フォイル、ネット、多孔質構造体、発泡体および不織布を含む様々な形で使用されてもよい。
【００４２】
例えば、アノードは、アノード活性材料を含有するアノード混合物をNMPなどの溶媒と混合することによって準備されたスラリーをアノード電流コレクターに塗布し、その後に続いて乾燥することによって作製される。アノード混合物はさらに、上で述べたような導電性材料、バインダーまたはフィラーなどの成分を適宜含有してもよい。
【００４３】
アノード活性材料の例は、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛、炭素繊維、硬質炭素、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、ペリレン、活性炭などの炭素および黒鉛材料、Al、Si、Sn、Ag、Bi、Mg、Zn、In、Ge、Pb、Pd、PtおよびTiなどの、リチウムと合金化可能な金属およびこれらの元素を含有する化合物、金属およびそれの化合物との炭素および黒鉛材料の複合物、ならびにリチウム含有窒化物を含む。これらのうちで、炭素を基にした活性材料、シリコンを基にした活性材料、スズを基にした活性材料、またはシリコン炭素を基にした活性材料が、より好ましい。材料は、単独でまたはそれらの2つ以上の組合せで使用されてもよい。
【００４４】
アノード電流コレクターは一般に、3から500μmの厚さを有するように製作される。アノード電流コレクターが、電池で有害な化学変化を引き起こすことなく適切な導電率を有する限りは、任意のアノード電流コレクターが、特定の制限なく使用されてもよい。アノード電流コレクターの例は、銅、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼結炭素、および炭素、ニッケル、チタンもしくは銀で表面処理された銅またはステンレス鋼、ならびにアルミニウムカドミウム合金を含む。カソード電流コレクターと同様に、アノード電流コレクターは、電極活性材料への接着を強化するためにそれの表面に微細な凹凸を含む。加えて、電流コレクターは、フィルム、シート、フォイル、ネット、多孔質構造体、発泡体および不織布を含む様々な形で使用されてもよい。
【００４５】
セパレーターは、カソードとアノードとの間に挿入される。セパレーターとしては、高いイオン透過性および機械的強度を有する絶縁薄膜が、使用される。セパレーターは典型的には、0.01から10μmの孔径および5から300μmの厚さを有する。セパレーターとしては、耐化学性および疎水性を有する、ポリプロピレンもしくはポリエチレンなどのオレフィン重合体および/またはガラス繊維でできたシートまたは不織布が、使用される。ポリマーなどの固体電解質が、電解質として用いられるときは、固体電解質はまた、セパレーターおよび電解質として両方の機能を果たしてもよい。
【００４６】
本発明はまた、電極アセンブリが電池ケースにリチウム塩含有非水電解質溶液と一緒に密封される構造を有する二次電池も提供する。
【００４７】
リチウム塩含有非水電解質は、非水電解質およびリチウム塩から成り、好ましい電解質の例は、非水有機溶媒、有機固体電解質、無機固体電解質および同様のものを含む。
【００４８】
非水溶媒の例は、N-メチル-2-ピロリジノン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、ガンマブチロラクトン、1,2-ジメトキシエタン、テトラヒドロキシフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、1,3-ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、ギ酸メチル、酢酸メチル、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エーテル、プロピオン酸メチルおよびプロピオン酸エチルなどの非プロトン性有機溶媒を含む。
【００４９】
有機固体電解質の例は、ポリエチレン誘導体、ポリエチレンオキシド誘導体、ポリプロピレンオキシド誘導体、リン酸エステル重合体、撹拌ポリリシン(poly agitation lysine)、ポリエステル硫化物、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、およびイオン性解離基(ionic dissociation group)を含有するポリマーを含む。
【００５０】
無機固体電解質の例は、Li3N、LiI、Li5NI2、Li3N-LiI-LiOH、LiSiO4、LiSiO4-LiI-LiOH、Li2SiS3、Li4SiO4、Li4SiO4-LiI-LiOHおよびLi3PO4-Li2S-SiS2などのリチウムの窒化物、ハロゲン化物および硫酸塩を含む。
【００５１】
リチウム塩は、上述の非水電解質に容易に溶解できる材料であり、それの例は、LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、クロロボランリチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、リチウムテトラフェニルホウ酸およびイミドを含む。
【００５２】
加えて、充放電特性および難燃性を改善するために、例えば、ピリジン、亜リン酸トリエチル、トリエタノールアミン、環状エーテル、エチレンジアミン、n-グリム、ヘキサホスホリックトリアミド、ニトロベンゼン誘導体、硫黄、キノンイミン染料、N-置換オキサゾリジノン、N,N-置換イミダゾリジン、エチレングリコールジアルキルエーテル、アンモニウム塩、ピロール、2-メトキシエタノール、三塩化アルミニウムまたは同様のものが、非水電解質に加えられてもよい。もし必要ならば、不燃性を与えるために、非水電解質はさらに、四塩化炭素および三フッ化エチレンなどのハロゲン含有溶媒を含有してもよい。さらに、高温貯蔵特性を改善するために、非水電解質は、二酸化炭素ガスまたは同様のものをさらに含有してもよい。
【００５３】
電池ケースは、積層シートがそれに熱的に接合される円筒缶、矩形缶または袋であってもよい。これらのうちで、袋状ケースが一般に、低重量、低製造コストおよび容易な形状変更などの利点に起因して使用されてもよい。
【００５４】
積層シートは、熱接合がその中で行われる内部樹脂層、バリアー金属層、および耐久性を発揮する外部樹脂層を含む。
【００５５】
外部樹脂層は、外部環境への優れた耐性を有するべきであり、それ故に所定レベル以上の引張り強度および耐候性を必要とする。この点に関して、外部被覆層のためのポリマー樹脂は、優れた引張り強度および耐候性を示すポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエチレンテレフタレート(PET)または配向ナイロンを含有してもよい。
【００５６】
加えて、外部被覆層は、ポリエチレンナフタレート(PEN)でできておりかつ/またはそれの外面にポリエチレンテレフタレート(PET)層を提供される。
【００５７】
ポリエチレンナフタレート(PEN)は、ポリエチレンテレフタレート(PET)と比べて、薄い厚さでさえ優れた引張り強度および耐候性を示し、それ故に外部被覆層としての使用に適している。
【００５８】
内部樹脂層のためのポリマー樹脂は、熱接合性(熱接着性)を有し、その中への電解質溶液の浸透を防止するために電解質溶液の低吸湿性を有し、電解質溶液によって膨張も堆積もされないポリマー樹脂であってもよく、より好ましくは塩素化ポリプロピレン(CPP)フィルムである。
【００５９】
好ましい実施形態では、本発明による積層シートは、5から40μmの厚さを有する外部被覆層、20から150μmの厚さを有するバリアー層、および10から50μmの厚さを有する内部シーラント層を含んでもよい。積層シートのそれぞれの層の厚さが、過度に薄いときは、材料のバリアー性能および強度の改善が、期待できず、他方では、その厚さが、過度に厚いときは、不都合なことに、加工可能性が、低下し、シートの厚さが、増加する。
【００６０】
そのような二次電池は、小型機器の電力源として使用される電池セルならびに高温安定性、長いサイクル特性および高速特性および同様のものを必要とする中型および大型機器の電力源として使用される複数の電池セルを含む中型および大型電池モジュールのための単位電池に使用されてもよい。
【００６１】
好ましい中型および大型機器の例は、電池駆動モーターによって動力を供給される動力工具、電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)およびプラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)を含む電動車両、電動バイク(E-バイク)、電動スクーター(E-スクーター)を含む電動二輪車、電動ゴルフカート、電力貯蔵システムならびに同様のものを含むが限定されない。
【００６２】
本発明の上記および他の目的、特徴ならびに他の利点は、添付の図面を併用する次の詳細な説明からより明確に理解されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】従来の切込み加工装置を例示する部分的概略図である。
【図２】本発明の一実施形態による切込み加工装置を例示する部分的概略図である。
【図３】図2の電極シートを例示する平面概略図である。
【図４】本発明の別の実施形態による電極シートを例示する平面概略図である。
【図５】本発明の別の実施形態による切込み加工装置の構成を例示する概略図である。
【図６】本発明の別の実施形態による切込み加工装置のプロセスを例示する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
今から、本発明は、次の例を参照してより詳細に述べられることになる。これらの例は、本発明を例示するためにだけ提供され、本発明の範囲および趣旨を限定すると解釈すべきでない。
【００６５】
図2は、本発明の一実施形態による切込み加工装置の部分的概略図である。図3は、図2の電極シートの平面概略図である。
【００６６】
これらの図面を参照すると、切込み加工装置100aは、電極活性材料がそれの両面に付加される連続電極シート10を単位電極16の間隔で切込み加工して、複数の単位電極16をその連続電極シート10から製造する。
【００６７】
加えて、切込み加工装置100aは、設定位置において電極シート10の上部および下部にそれぞれの切込み11および12をプレス加工するプレス機20aと、プレス機20aの動作に従って単位電極16に対応するサイズである1ピッチ(p)ずつ電極シート10を引き出して輸送する二重グリッパー構造の第1のグリッパー30aおよび第2のグリッパー30bとを含む。
【００６８】
第1のグリッパー30aおよび第2のグリッパー30bは、電極シート10の供給方向に基づいてプレス機20aの後側に配置され、第1のグリッパー30aが、電極シート10を引き出して輸送するとき、第2のグリッパー30bは、引き出すための位置に移動する。
【００６９】
具体的には、第1のグリッパー30aが、電極シート10をプレス機20aから引き出し、それをBの位置に輸送する間に、第2のグリッパー30bは、引き出すためのCの位置に戻り、第1のグリッパー30aの輸送が完了するBの位置から連続して電極シート10をプレス機20aから輸送する。
【００７０】
切込み11および12は、互いに対称であるようにプレス機20aによって電極シート10の上部および下部に形成される。
【００７１】
加えて、プレス機20aは、モールド22aを含み、それ故に電極シート10をプレス加工して切込み11および12を形成し、電極シート10を設定状態でプレス加工するだけである。
【００７２】
一方では、プレス機20aは、第1のグリッパー30aおよび第2のグリッパー30bと同期する。すなわち、プレス機20aが、停止している間に、第1のグリッパー30aおよび第2のグリッパー30bは、電極シート10を1ピッチ(p)ずつ引き出し、電極シート10をプレス機20aに供給し、プレス機20aが、プレス加工する間は、それらの動作は、停止する。
【００７３】
加えて、第1のグリッパー30aおよび第2のグリッパー30bは、電極シート10を把持する状態での引出し動作によって電極シート10をプレス機に1ピッチ(p)ずつ供給する。第1のグリッパー30aおよび第2のグリッパー30bは、交互に動作する。すなわち、第1のグリッパー30aが、動作し、位置「A」から位置「B」に移動し、電極シート10を1ピッチずつ供給する間に、第2のグリッパー30bは、位置「D」から位置「C」(待機位置)に戻り、電極シート10を第1のグリッパー30bから引き続いて(すぐに)供給するように配置される。
【００７４】
第1のグリッパー30aの動作が終了するとき、すなわち第1のグリッパー30aが位置「B」に移動して供給を完了し、プレス機20aが切込みをプレス加工するとき、第2のグリッパー30bは、供給の準備をするために電極シート10を把持し、第2のグリッパー30bは、位置「C」から位置「D」に移動し、引き続いてプレス機20aによるプレス加工が終了するとすぐに電極シート10を供給する。
【００７５】
2つのグリッパー30aおよび30bが使用されるそのような構成は、グリッパーが電極シート10を供給し、次いで元の位置に戻る間に、1つのグリッパーが使用されるときに生じるような、断続的な供給が生じるのを防止し、それ故に生産効率をさらに改善する。
【００７６】
図4は、本発明の別の実施形態による電極シートを例示する平面概略図である。
【００７７】
図4を図2と一緒に参照すると、プレス機20aは、切込み13および14を第1のラインと第2のラインとの間にプレス加工し、2つの単位電極は、電極シート10aの移動方向に1ピッチ(p)で2つのライン単位に分けられ、2つの単位電極は、それぞれのライン単位に1ピッチ(p)で切込み加工される。
【００７８】
プレス機20aは、単一のプレス加工動作を通じて4つのタップ15ならびに切込み11、12、13および14を形成するために4対の空洞を有するモールド22bを含む。
【００７９】
加えて、プレス機22aは、切込み11、12、13および14を電極シート10aに形成するプロセスで4つのタップ15を形成する。これらのタップ15は、電極活性材料が付加されない電極シート10aの領域に形成され、電極シート10aのそれぞれのライン単位に対称構造を有する。
【００８０】
図5は、本発明の別の実施形態による切込み加工装置の構成を例示する概略図である。図6は、図5のプロセスを例示する概略図である。
【００８１】
これらの図面を図2および3と一緒に参照すると、切込み加工装置200は、巻出し機50、蛇行コントローラ60、引張り部分70、切込み11および12を電極シート10の上部および下部にプレス加工するプレス機20a、電極シート10を引き出し、それをプレス機20aに輸送する第1のグリッパー30aおよび第2のグリッパー30b、検査機80ならびに巻取り機90を含む。
【００８２】
引張り部分70は、第1のグリッパー30aおよび第2のグリッパー30bの輸送方向と反対の方向にプレス機20aの前部で逆張力を電極シート10に印加し、電極シート10の所定張力を維持する張力維持モジュール71を含む。
【００８３】
加えて、電極シート10の蛇行を制御する蛇行コントローラ60は、電極シート10を巻き付ける巻出し機50と逆張力を電極シート10に印加する引張り部分70との間に配置され、切込み11および12がプレス加工される電極シート10を検査する検査機80は、第2のグリッパー30bの後部に配置される。
【００８４】
検査された電極シートを巻き取るための巻取り機90は、検査機80の後部に配置され、検査機80は、切込みをプレス加工された電極シートから画像データを得るためのカメラ81および画像データを分析するための決定モジュール82を含む。
【００８５】
具体的には、プレス加工すべき電極シート10は、巻出し機50のローラーに巻き付けられ、巻出し機50のロールは、サーボモーターに軸方向に接続され、電極シート10はそれ故に、サーボモーターに印加される制御信号に応じて能動的に巻き出される。
【００８６】
蛇行コントローラ60は、電極シートを輸送するプロセスで電極シート10が蛇行するのを防止する。蛇行コントローラ60を構成するセンサー(図示せず)は、電極シート10を輸送するプロセスで電極シート10の蛇行を感知し、それによって蛇行コントローラ60を構成する第1のロール61および第2のロール62を軸方向に移動させて電極シート10が蛇行するのを防止する。蛇行コントローラ60を通過している間に蛇行制御を受ける電極シート10は、引張り部分70に輸送される。
【００８７】
引張り部分70は、プレス機20aの前部で電極シート10の張力を制御し、それによって電極シート10が蛇行するのを防止し、引張り部分70を通過する電極シート10は、アイドラーローラー72を通ってプレス機20aに輸送される。
【００８８】
プレス機20aは、設定位置でモールドに従って電極シート10に切込みをプレス加工する。そのような電極シート10は、第1のグリッパー30aおよび第2のグリッパー30bの動作に従って切込み12間の距離(p)ずつプレス機20aに供給され、その距離は、「ピッチ(p)」と呼ばれる。
【００８９】
第1のグリッパー30aおよび第2のグリッパー30bは、電極シート10を引き出し、それをプレス機20aにプレス機20aのプレス加工速度に従って1ピッチずつ輸送する。
【００９０】
検査機80は、視覚検査を通じてプレス機20aのプレス加工が許容できる誤差範囲内であるかどうかを確認する。検査機80を通過する電極シート10は、巻取り機90に輸送され、ロール91に巻き付けられる。
【００９１】
もし必要ならば、引張り部分70が、プレス機20aの後部で電極シート10の張力を維持し、それによって電極シート10が強く張った状態を維持することを可能にするように、別の引張り部分(図示せず)が、検査機80と巻取り機90との間に配置されてもよい。
【００９２】
これらの構成要素に加えて、プレス加工された電極シート10と一緒に巻き付けられる保護材料を供給するための装置が、プレス加工された電極シート10が巻取り機90のロールに巻き付けられるときにプレス加工された電極シート10を保護するために加えられてもよい。
【００９３】
加えて、電極シート10は、電極シート10の蛇行が蛇行コントローラ60によって制御される状態で引張り部分70に輸送される。
【００９４】
プレス機20aは、電極シート10を設定位置でプレス加工し、第1のグリッパー30aおよび第2のグリッパー30bは、プレス機20aのプレス加工が終了すると電極シート10を高速で引き出し、電極シート10をプレス機20aに再び供給する。それに応じて、電極シート10は、急速に移動して停止するので、慣性に起因して微小変動する。この問題は、引張り部分70によって解決される。
【００９５】
引張り部分70は、張力維持モジュール71および逆張力モジュール(図示せず)を含み、張力維持モジュール71は、プレス機の前部でプレス機に輸送される電極シート10に所定張力を印加する。張力維持モジュール71としての機能を果たすウェイトダンサーは、空気圧シリンダー(図示せず)に軸方向に接続され、ウェイトダンサーの移動角を測定するための電位計(potential meter)(図示せず)を含む。
【００９６】
ウェイトダンサー71の移動は、電位計によって測定され、巻出し機50は、測定値に基づいて材料を大幅にまたはわずかに(ある程度)巻き出し、それによって電極シート10に印加される張力を維持する。より具体的には、ウェイトダンサー71が、反時計方向に移動するときは、巻出し機50は、サーボモーターの回転速度を増加させ、より多くの材料をロールから巻き出し、ウェイトダンサー71は、空気圧シリンダーの力によってもとに戻され、張力を電極シート10に印加する。
【００９７】
ウェイトダンサー71が、時計方向に移動するときは、巻出し機50は、サーボモーターの回転速度を減少させ、それによってより少ない材料を巻き出し、ウェイトダンサー71は、元の位置に戻り、電極シート10に印加される張力を減少させる。
【００９８】
そのため、ウェイトダンサー71は、巻出し機50と同期し、プレス機20aに輸送される電極シート10の所定張力を維持する。
【００９９】
逆張力モジュール(図示せず)は、グリッパー30aおよび第2のグリッパー30bの瞬間的動作によって引き起こされる電極シート10の蛇行を防止する。この逆張力モジュールは、プレス機20aの前部に配置され、好ましくはサーボローラーを含む。
【０１００】
サーボローラーは、サーボモーター(図示せず)に軸方向に接続され、サーボローラーの回転は、制御信号を使用して制御される。
【０１０１】
そのようなサーボローラーは、第1のグリッパー30aおよび第2のグリッパー30bと同期して動くように設定される。すなわち、第1のグリッパー30aおよび第2のグリッパー30bが動作するとき、サーボモーターは、サーボローラーを順方向に回転させ、第1のグリッパー30aおよび第2のグリッパー30bの動作が終了するとき、サーボモーターは、停止し、サーボローラーは、回転を停止する。好ましくは、サーボモーターは、第1のグリッパー30aおよび第2のグリッパー30bが停止するところの前方の5から10mmの点で停止し、それによって第1のグリッパー30aおよび第2のグリッパー30bが停止した後にサーボローラーが慣性によって回転するのを防止する。そのため、第1のグリッパー30aおよび第2のグリッパー30bが動作を停止する前に、すなわちプレス機20aへの電極シート10の輸送が終了する前に、サーボモーターは、サーボローラーの回転を停止させ、電極シート10とサーボローラーとの間のスリップによって生成される摩擦を使用して電極シート10のさらなる引出しを防止する。結果として、電極シート10は、第1のグリッパー30aおよび第2のグリッパー30bによってさらに引き出され、慣性によって引き起こされる電極シート10の微小変動はそれ故に、解決できる。
【０１０２】
構成が、デジタル画像データを得ることを可能にする限りは、カメラ81は、任意の構成を有してもよく、好ましくは画像センサーとして優れた画像品質を備える電荷結合デバイス(CCD)を使用するカメラを含み、決定モジュール82は、電極シート10のプレス加工が良好であるか否かをアルゴリズムに従って決定する。
【０１０３】
検査機80でピッチ試験を受けた電極シート10は、ローラーを通じて巻取り機90に供給され、プレス加工された電極シートは、巻取り機90に巻き付けられる。
【０１０４】
一方では、材料の張力を維持するためにウェイトダンサーおよびエアーダンサーを含む後部引張り部分がさらに、検査機80と巻取り機90との間に存在してもよい。
【０１０５】
加えて、蛇行コントローラがさらに、検査機80と巻取り機90との間に存在してもよい。この場合には、蛇行コントローラは、プレス加工された材料がロールに再び巻き付けられるときに電極シート10が蛇行するのを防止する。
【０１０６】
本発明の好ましい実施形態が、例示目的で開示されたけれども、当業者は、様々な変更、追加および置換が、添付の特許請求の範囲で開示されるような本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく可能であることを理解するであろう。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
前述のことから明らかなように、本発明による切込み加工装置は、切込みを電極シートに高速で安定して形成し、それによって切込み加工プロセスの生産効率を大きく改善する。
【符号の説明】
【０１０８】
10  電極シート
10a  電極シート
11  切込み
12  切込み
13  切込み
14  切込み
15  タップ
16  単位電極
20  プレス機
20a  プレス機
22  モールド
22a  プレス機
22b  モールド
30  フィーダー
30a  第1のグリッパー
30b  第2のグリッパー
50  巻出し機
60  蛇行コントローラ
61  第1のロール
62  第2のロール
70  引張り部分
71  張力維持モジュール、ウェイトダンサー
72  アイドラーローラー
80  検査機
81  カメラ
82  決定モジュール
90  巻取り機
91  ロール
100a  切込み加工装置
200  切込み加工装置
【図１】
0005703387.tif 000002
【図２】
0005703387.tif 000003
【図３】
0005703387.tif 000004
【図４】
0005703387.tif 000005
【図５】
0005703387.tif 000006
【図６】
0005703387.tif 000007