(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に多数の小さな孔を有する金属薄板から成る電極芯材に、活物質を塗着・乾燥・圧延したフープ状の電池用電極板の活物質を除去する方法において、移送用ローラーで移送途中の前記電池用電極板の前記活物質を除去し前記電極芯材を露出させる部分に、表裏両面からレーザー光線をスキャニングさせ、前記電極芯材を露出させる部分の一方向にレーザービームをパルス照射しながら掃引し、一方向の端部に達した後、一方向と異なる方向に前記レーザービームのビーム径より小さい範囲でずらし再び一方向の逆方向にパルス照射しながら掃引することを繰り返して、前記活物質を主成分とする合剤を昇華させることにより前記活物質を除去する電池用電極板の活物質除去方法。
【請求項２】
前記電極芯材を露出させる部分にレーザー光線をスキャニングする際に、ＹＡＧレーザー装置の発生するＣＷ励起Ｑスイッチパルス状の前記レーザービームを、同一箇所に対して連続的に数回のパルス照射した後に順次隣接する他の場所に移動させて前記スキャニングを複数回繰り返すことにより前記電極芯材を露出させる部分の前記活物質を除去することを特徴とする請求項１に記載の電池用電極板の活物質除去方法。
【請求項３】
前記電池用電極板の表面のレーザー光線の照射部付近に、前記電池用電極板の表面と傾斜角度を持たせて、前記レーザー光線のスキャニングの方向と略直角方向に圧縮空気を吹き付け、その風下側に吹き飛ばされたガス及び粉塵を吸い込むことを特徴とする請求項１に記載の電池用電極板の活物質除去方法。
【請求項４】
前記レーザー光線のビーム断面形状は円形であり、焦点深度を前記電池用電極板の表面の両側に塗着した活物質層の、いずれの側の厚さよりも深く設定したレーザー光線を用いたことを特徴とする請求項１に記載の電池用電極板の活物質除去方法。
【請求項５】
表面に貫通する多数の孔を有するラスメタル又はパンチングメタルから成る電極芯材に活物質を塗着した広幅のフープ状の電池用電極板を移送用ローラーに巻き付けて、間欠的に、又は不等速に移送しながら、前記電池用電極板の前記活物質を除去し前記電極芯材を露出させる部分の複数箇所を同時にレーザー光線をスキャニングさせることを特徴とする請求項１に記載の電池用電極板の活物質除去方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池用電極の製造方法に関し、更に詳しくは、ラスメタル、又は、パンチングメタルよりなる導電性芯材に活物質を塗着した電極板の一部分から、リード線の接続を容易化すると共に、品質を安定化させる為に、電極板のリード線接続部に塗着された活物質を除去する、電極板の活物質除去方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ニッケル水素２次電池やリチウム２次電池などの正負それぞれの電極板は、集電体としても用いられる金属箔、パンチングメタル、ラスメタル、発泡メタルなどからなるフープ状をした導電性芯材に、主要成分を活物質とする合剤を塗着・乾燥して製造される場合が多い。
【０００３】
その後、フープ状電極材料の活物質塗着部にロール圧延加工を加えて、前記電極材料の厚さ調整を行い、さらに、電極板のリード線接続部と成るべき部分に塗着された活物質の除去をし、電極板としての所定の形状に裁断後、この部分に対して、リード線をスポット溶接、プロジェクション溶接、超音波溶接などの方法により接続する事により、２次電池用電極板として完成させる。
【０００４】
ところで、電池ケース内に可能な限り沢山の活物質を組み込むことにより、電池容量を増やしたいとの希望から、活物質の塗着部の厚さは、全面に渡りほぼ均等な厚さであり、塗着部の周辺部でも中央部と較べて徐々に薄くなるということは無く、電極板の活物質の塗着部と、活物質の除去部の境界線に沿って際立った段差が設けられ、又、活物質の除去部に於いては、リード線の溶接品質の安定性の面から、活物質層の厚さは当然ゼロであり、塗着物を構成する活物質の粉末や、その他の異物なども含めて全く付着物の無い、クリーンな芯材の表面が露出していることが求められる。
【０００５】
当然ながら、電極板の製造工程の最初から、電極面の内で活物質の塗着を必要とする部分にのみ、ペースト状活物質を塗着することが、省資源、工数削減などの面から最も好ましい。しかし、従来の一般的な塗着方法に於いては、活物質の塗着層の厚さは片側のみで５０〜１３０μｍ程度（ロール圧延後の寸法）であるが、活物質の電極芯材に対しての塗着に当たっては、活物質を主成分とする高粘度のペースト状の液体を芯材表面に、塗工用ダイヘッドを用いて塗着しており、活物質の塗着面と非塗着面の境界線で塗着厚さに際立った段差をつけることは、ペースト状の活物質に働く表面張力や重力の影響などを受けて困難であるため、電極芯材の電極面として利用される部分よりもやや広範囲に、活物質を可能な限り均等な厚さに塗着後、塗着の不要な部分や、塗着していると不具合の生ずる部分に対しては、一旦、塗着、乾燥、ロール圧延により厚さ調整をした後、除去することが一般的に行われている。
【０００６】
例えば、従来の電極表面に塗着された活物質の除去方法としては、集電体として表面の平滑な金属箔が用いられている場合に於いては、活物質を主成分とする合剤毎に、適当な溶媒を事前に選定しておき、この溶媒を電極板の活物質塗着面に吹き付け、又は、塗布して、活物質表面を軟化させ、又は、芯材に対する活物質の接着力を弱めた後、エッジを持ったへら状の工具を電極芯材の表面に押しつけて、芯材表面に沿ってスライドさせ活物質を削り取る除去方法が用いられていた（例えば特開平８−１３８６５５号公報）。
【０００７】
さらに別の従来から用いられている方法として、集電体として３次元網状構造をしたものを用いた場合の活物質除去方法であるが、特開平９−２０４９１１号公報にも記されている様に、電極板の活物質除去部分に対して、多数の細い針状のピンを束ねた「剣山状の工具」をこの活物質除去部に対して、連続的且つ衝撃的に叩きつけることにより活物質を除去する方法が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の場合では、活物質を主成分とする合剤を構成する各種の成分、特に結着材などによっては、塗着物に対して、必ずしも有効で好ましい溶媒が選定できるとは限らず、又、電極芯材として平滑な表面の金属箔ではなく、金属箔に孔のあるパンチングメタルやラスメタルなどを用いた場合であれば、薄板で孔が浅いとはいえ、孔の部分に塗着された活物質を完全に、且つ、効果的に除去することは困難である。
【０００９】
又、後者の「剣山状の工具」を用いる場合についても、活物質の除去に要する時間が長く、あまりにも生産性が低い。もし生産性を上げようとすると、電極板の活物質除去部に対して、加える衝撃力を強くしたり、打撃回数を多くする必要があり、その場合には集電体となる芯材に損傷を与えるケースが度々発生し、必ずしも、好ましい活物質の除去方法ということは出来ない。
【００１０】
本発明に於いては、電極用芯材として、パンチングメタルやラスメタル状の、表面に孔のある芯材に塗着された活物質に対しても、効果的に除去の可能な方法を提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決するために、本発明の提案する方法は、表面に多数の小さな孔を有する金属薄板から成る電極芯材に、活物質を塗着・乾燥・圧延したフープ状の電池用電極板の活物質を除去する方法において、移送用ローラーで移送途中の前記電池用電極板の前記活物質を除去し前記電極芯材を露出させる部分に、表裏両面からレーザー光線をスキャニングさせ、前記電極芯材を露出させる部分の一方向にレーザービームをパルス照射しながら掃引し、一方向の端部に達した後、一方向と異なる方向に前記レーザービームのビーム径より小さい範囲でずらし再び一方向の逆方向にパルス照射しながら掃引することを繰り返して、前記活物質を主成分とする合剤を昇華させることにより前記活物質を除去する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態の一例として、ここでは、リチウム二次電池の負極用電極板の活物質除去に採用した方法について、図１を参照しながら簡単に説明する。
【００１３】
図１は、電極板２に塗着された活物質４のうち、除去を必要とするリード線接続部２２に塗着された活物質に対して、レ−ザ−ビ−ムをガルバノメ−タ−によってスキャニングし、パルス照射することにより活物質除去部２０上の活物質を昇華させて除去する。前記スキャニングは図１に示すＸ方向にまずレ−ザ−ビ−ムを掃引し、端部に達したらＹ方向にレ−ザ−のビ−ム径より少し小さい範囲でずらし再びＸ方向に掃引することを繰り返す。前記レ−ザ−ビ−ムのスキャニングにおいては同一箇所に複数回のパルス照射を実施する。
【００１４】
例えば、出力１００Ｗで周波数２００００Ｈｚ型のＹＡＧレーザー装置の発生するＣＷ励起Ｑスイッチパルス状レーザービームの径をφ０．１mmとし、ガルバノスキャニングにより、送り速度６００mm／sec、送りピッチＸ方向：０．０３mm、Ｙ方向：０．１mmで照射して、活物質４を昇華させて除去する、本発明の概略を示す図である。その際、同一箇所に対しては連続的に４パルスを限度に照射し、順次隣接する他の場所に移動させることにより、活物質の除去部８mm×８mm全面を順次照射して、一ヵ所に長時間熱が蓄積することを避けながら活物質４の除去を行うことにより、芯材５に対して、熱によるダメージを与えることなく効果的に活物質を除去することが出来た。但し、上記のレーザービームの照射一回のみでは、塗着物層が厚く塗着物である活物質を完全に除去出来ず、一部の活物質がなお電極芯材の表面に残留した為に、上記のレーザービーム照射条件と同一の条件で、活物質が完全に無くなる迄４回の照射を繰り返すことが必要であった。
【００１５】
次に、本発明の内容をより具体的に説明するために、図２、図３、図４、図５を参照しながら引き続き説明する。本発明を利用して、活物質４の除去をしようとしている電極板２の中には一例として、図３に示すような形状のものがあるが、左端部の略長方形をした７mm×８mmの突起部が、リード線接続部２２となる部分で、この部分に塗着された活物質を除去する必要がある。図４は、図３に示す負極板にリード線３を接続後、セパレーター及び正極板と重ね合わせ、電池ケースに組み込む直前の様子を示す図である。なお、図５に破線で電極板２の形状を、ハッチングで活物質除去部（活物質除去部は、リード線接続部２２と大体一致するが、電極板２に裁断する際の位置ずれを考慮して、リード線接続部より、やや広範囲に設定した）２０を示すように、この電極板２を、フープ状電極材料１上に４列に配置し、レーザビームを照射して、４枚の電極板２の活物質除去部２０に塗着された活物質を同時に除去した後、１枚づつの電極板２に裁断する。
【００１６】
ところで、今回は、図５に示すように、電極材料１として銅製で厚さ０．０５mm、幅２４４mmのフープ状ラスメタルを芯材５とし、導電性炭素材を主成分とする活物質から成る合材を芯材５の両側表面に、同一の厚さの０．１５mm（ロール圧延後）に塗着して製造されたものを用いたが、芯材５はラスメタルに限定されるものではなく、パンチングメタルでも、表面の平滑な金属箔の場合にも適用可能であり、合剤成分についても、上記のものに限定されるものではない。
【００１７】
そして、図２は本発明の活物質除去装置の概略を示す斜視図であるが、その構造と機能について簡単に説明すると、図に示すように、フープ状電極材料巻出し部８からフープ状電極材料１を順次送り出し、電極材料巻き付け角度調節用ローラー１１、送り方向変更用ローラー１０、移送用ローラー６ａ、６ｂ、テンションローラー１２、などの外周に巻き付けられて矢印の方向に沿って移送され、最後にフープ状電極材料巻き取り部９に巻き取られる。その移送経路の途中に、サーボモーター７により駆動され、円筒状の外周面に多数の小さな真空吸着用の小孔１３を有する２本の移送用ローラー６ａ、６ｂが上下に配設されているが、移送用ローラーの軸芯上にはエンコーダー（図示せず）が取りつけられているので、移送用ローラーの周速、停止位置共に精度良くコントロール可能であり、さらに、電極材料１にはテンションローラー１２により適度な張力を加えた状態で、移送用ローラーに大きな角度θで電極材料を巻き付けているうえに、真空吸着孔１３によるスリップ防止効果もあり、フープ状電極材料の移送用ローラーの円筒面上に於ける位置決め精度は良好である。
【００１８】
これらの２本の移送用ローラー６ａ、６ｂの外周にフープ状電極材料１を巻き付けて、前記のフープ状電極材料１を間欠的に移送する途中に、ローラーの円筒面上で位置決めして、電極材料１の表裏それぞれに対して、ＹＡＧレーザー装置の照射ヘッド１６ａ、１６ｂを４セットづつを用い、レーザービームを照射し、リード線接続部に塗着された活物質４の除去を行う。なお、ＹＡＧレーザー装置の照射ヘッド１６ａ、１６ｂを、電極板の表裏それぞれに対して４セットづつを用い、同時に並行して、４枚の電極板２のリード線接続部に塗着された活物質表面に対して活物質の除去をするのは、活物質を能率的に除去するためである。このようにして、電極板２のリード線接続部２２と成るべき部分の、芯材５に対してダメージを与える事なく、１ヵ所当たり４秒間の照射で能率的でしかも確実に活物質を除去することが出来た。
【００１９】
又、レーザービームの照射位置や照射繰り返し回数などによる、照射条件のバラツキの影響を小さくする為に、移送用ローラー６ａ、６ｂの径を７８０mmと大きくし、レーザービームの焦点深度を塗着された活物質層の厚さより大きめに設定し、又、レーザビームの照射位置は移送用ローラー６ａ、６ｂの円筒面に電極材料１が真空吸着されて密着状態にある時とした。さらに、アシストガスとして圧縮空気をレーザ光線の照射スポット付近に、電極板の表面及びレーザービームに対して傾斜角度を持たせたノズル１４を利用して吹き付けることにより、暗黒色をした粉塵混じりの活物質の煙状物体を、レーザービームの照射を妨げないように吹き飛ばし、その風下側で集塵ダクト１５で集塵しながら活物質を能率的に気化させることが出来た。
【００２０】
又、移送用ローラー６ａ、６ｂの円筒面に設けられた真空吸着用の小孔１３は移送用ローラーの軸端に取付けられたロータリージョイント（図示せず）等を経由して真空装置に接続された構造とし、移送用ローラー６ａ、６ｂに対する電極材料１の巻き付け角度θは２５０度程度と可能な範囲で大きく設定した。又、電極材料１の位置決めの為に、電極材料の進行方向の位置決めには、光学的なセンサー１８を、進行方向と直角方向に対しては、市販されているＥＰＣ１９を用いて位置決めをした。さらに、移送用ローラーの円筒面で、電極材料の活物質除去部と接する部分については、深さ１mm程度の浅い窪み２１を設け、電極の芯材を透過したレーザービームにより、ダメージを受けないような対策を施した。
【００２１】
なお、今回は採用しなかったが、電極材料として、芯材に対する活物質の塗着厚さが厚く、活物質の完全な除去の為には、レーザービームの照射を何回も繰り返すことが必要であり、生産性を妨げるような電極材料の場合には、予備加工として、大容量でエネルギーの大きな炭酸ガスレーザー装置のレーザービームを照射して、塗着された活物質の大部分を除去した後に、仕上げ加工として、僅かに残った活物質に対して、ＹＡＧレーザー装置からのレーザービームを照射して活物質を完全に除去する方法を採用することにより、能率的で、しかも、芯材にダメージを与えない、活物質の除去方法を採用することも可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、レーザービームを電極板の活物質の除去を必要とする部分に照射して、活物質を昇華させることにより除去する為に、電極板に対してはほとんど、活物質を除去する為の機械的な外力が働かないので、電極板にダメージを与えることが非常に少ない。
【００２３】
また、フープ状の電極材料を移送用ローラーを用いて移送する途中において位置決めし、ガルバノスキャニングにより、レーザービームの照射位置、送り速度、繰り返し照射回数などの照射条件をレーザー装置の出力、ビーム形状、電極芯材の材質、厚さなどに応じて、適宜調節することにより、局部的に芯材が異常な高温に加熱されて、溶解するというような不具合を避けながら、能率的に活物質の除去を行うことが出来る。
【００２４】
さらに、圧縮空気をレーザービームの照射位置に吹き付け、その風下側で活物質のガスや粉塵などを集塵することにより、加工場の環境を損なうことも僅かである。又、電極材料の移送用ローラーの外周表面に真空吸着用の小孔を設けて、ローラー表面に、電極材料を密着させながら移送し、その途中において活物質の除去を行うので、ローラーと電極材料のスリップが無く、電極板の表面に移送の為の傷が付きにくく、電極材料の位置決めが安定している為に、能率的に活物質の除去を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を用いて、電極板の活物質を除去する方法の概略を示す斜視図
【図２】  本発明の電極板に塗着された活物質を除去する装置の概略を示す斜視図
【図３】  （ａ）  リチウム２次電池の負極用電極板を裁断した状態を示す平面図
（ｂ）  リチウム２次電池の負極用電極板を裁断した状態を示す側面図
【図４】  （ａ）  リチウム電池の正負の電極をそれぞれ所定の枚数だけ重ね合わせた状  態を示す平面図
（ｂ）  リチウム電池の正負の電極をそれぞれ所定の枚数だけ重ね合わせた状  態を示す側面図
【図５】  フープ状電極材料を電極板に裁断した場合の配置関係を示す平面図
【符号の説明】
１    フープ状電極材料
２    電極板
３    リード線
４    活物質
５    電極芯材
６ａ  電極材料移送用ローラー
６ｂ  電極材料移送用ローラー
７    電極材料移送用ローラー駆動用モーター
８    フープ状電極材料巻出し部
９    フープ状電極材料巻き取り部
１０    送り方向変更用ローラー
１１    電極材料巻き付け角度調節用ローラー
１２    テンションローラー
１３    真空吸着孔
１４    エアーブロー用ノズル
１５    集塵ダクト
１６    レーザービーム照射ヘッド
１６ａ  レーザービーム照射ヘッド…電極材料のおもて面照射用
１６ｂ  レーザービーム照射ヘッド…電極材料の裏面照射用
１７    フープ状電極材料の蛇行検出装置
１８    光学的位置検出センサー（電極材料の送り方向用）
１９    ＥＰＣ（エッジポジションコントローラー）
２０    活物質除去部…裏表両面の活物質を完全に除去
２０ａ  電極材料のおもて面の活物質除去部
２１    窪み
２２    リード線接続部
θ    電極材料巻き付け角度
【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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