(57)【要約】【課題】  二次電池等に供される電極において、外部端子接続部と活性物質塗布領域との境界を所定の位置に規定した電極を安定して提供する。【解決手段】  電極打ち抜き加工時において、打ち抜き前の原反における活性物質の塗布領域の端部を撮像し、これと打ち抜き操作時における外部端子部境界の基準位置とを比較し、当該比較結果に基づいて原反の打ち抜き位置の微調整を行うこととする。【選択図】    図１
2005267870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属箔に活性物質層が形成された領域を有する原反に対して打ち抜き加工を施して二次電池或いは電気二重層キャパシタに用いられる電極を製造する製造装置であって、
一定幅を有し且つ前記一定幅内の所定の範囲に前記活性物質層が形成された長尺の前記原反を一定のピッチで繰り出す原反ピッチ送り機構と、
前記活性物質層の形成端部を撮像する撮像装置と、
前記原反を固定して前記原反に対して打ち抜き加工を施して外部端子接続部付き電極を形成する打ち抜き機とを有する製造装置であって、
更に前記撮像装置により得られた形成端部の画像から前記活性物質層の端部の位置を得る画像解析装置と、前記画像解析装置により得られた前記形成端部の位置に基づいて打ち抜き位置を調整する位置調整機構とを有することを特徴とする二次電池或いは電気二重層キャパシタ用電極の製造装置。
【請求項２】
前記位置調整機構は、前記電極における外部端子接続部と電極本体部との設計上の境界と、前記原反における活性物質層の形成端部とが所定の位置関係となるように前記打ち抜き位置を調整することを特徴とする請求項１記載の二次電池或いは電気二重層キャパシタ用電極の製造装置。
【請求項３】
前記位置調整機構は、打ち抜き機における前記原反の固定位置を前記原反の送り方向と略直角な方向に移動させることを特徴とする請求項１記載の二次電池或いは電気二重層キャパシタ用電極の製造装置。
【請求項４】
前記位置調整機構は、前記原反ピッチ送り機構であることを特徴とする請求項３記載の二次電池或いは電気二重層キャパシタ用電極の製造装置。
【請求項５】
打ち抜きにより得られた電極の一面を固定し、前記固定面の他の面に付着した要除去物質を除去するクリーニング装置を有することを特徴とする請求項１記載の二次電池或いは電気二重層キャパシタ用電極の製造装置。  
【請求項６】
請求項１乃至６記載の製造装置を要する二次電池或いは電気二重層キャパシタの製造装置。
【請求項７】
金属箔に活性物質層が形成された領域を有する原反に対して打ち抜き加工を施して電極を形成する二次電池或いは電気二重層キャパシタの形成方法であって、
一定幅を有し且つ前記一定幅内の所定の範囲に前記活性物質層が形成された長尺の前記原反を一定のピッチで繰り出し、
前記原反の長手方向に延在する前記活性物質層の形成端部を撮像して、前記打ち抜き加工における基準位置と前記形成端部とを比較し、
前記比較操作の結果に基づいて前記原反を固定して前記原反に対して打ち抜き加工を施す際の打ち抜き位置を調整する工程を有することを特徴とする二次電池或いは電気二重層キャパシタ用電極の製造方法。
【請求項８】
前記基準位置は、前記電極における外部端子接続部と電極本体部との境界であることを特徴とする請求項７記載の二次電池或いは電気二重層キャパシタ用電極の製造方法。
【請求項９】
前記打ち抜き位置の調整は、前記原反の固定位置を前記原反の送り方向と略直角な方向に移動させることで為されることを特徴とする請求項７記載の二次電池或いは電気二重層キャパシタ用電極の製造方法。
【請求項１０】
前記打ち抜き加工によって得られた電極の一面を固定し、他の面に付着した要除去物質を除去する操作が更に為されることを特徴とする請求項７記載の二次電池或いは電気二重層キャパシタ用電極の製造方法。
【請求項１１】
請求項７乃至１０記載の製造方法により得られた電極を用いて二次電池或いは電気二重層キャパシタを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池或いは電気二重層キャパシタの製造方法及び製造装置に関する。より詳細には、二次電池或いは電気二重層キャパシタにおいて電極として用いられる部材の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、ノートパソコン等のIT機器に搭載される電源として二次電池が多く用いられ、またこれらのバックアップ電源等の用途に電気二重層キャパシタが用いられつつある。これらIT機器は、小型化と同時に様々な機能の付加が進められており、用いられる電源に対しても同時に小型化、薄型化、及び軽量化が求められている。当該要求に対応する電池或いはキャパシタの形態として、例えば、アルミラミネートの外装体を用いた電極積層型の電池が挙げられる。電極積層型の電池は、いわゆる巻回型の電池と比較して薄型化が容易であり、且つ金属缶が不要であることから低コスト或いは軽量化も容易である。
【０００３】
図３に二次電池及び電気二重層キャパシタの具体的構成の概略を示す。これら二次電池等１は、正極３、セパレータ５、負極７を積層して得られる積層体及び主としてセパレータ５中に含浸される電解液を有している。正極３及び負極７は、各々略方形状の本体部分３ａ、７ａ（図４参照）と当該本体部分から突出する外部端子接続部３ｂ、７ｂとを有している。セパレータ５及び各電極の本体部分からなる積層体本体を、例えばアルミラミネートからなる外装体１１中に収納し、シール部材９により外部端子接続部３ｂ、７ｂをシールすることにより、積層体本体を外装体１１内に封止している。
【０００４】
これら二次電池等の製造工程の一部を概略的に図４に示す。二次電池等に用いられる正極３及び負極７は、アルミ或いは銅からなる金属箔２１に対して活性物質２３を塗布または貼り付けて形成されており、略方形の活性物質の存在する領域が電極本体部３ａ、７ａとなり、活性物質の存在しない領域が外部端子接続部３ｂ、７ｂとなる。これら正極３及び負極７は基本的には同一工程によって得られ、予め別工程により得られているセパレータ５とこれらを積層することで積層体を得ている。通常、これら電極は、図５に示すように、一定幅を有する金属箔２０上の所定領域に活性物質２３を塗布または貼り付けたものを準備し、これに連続的に打ち抜き加工を施すことによって得ている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１１０２４６号公報
【特許文献２】特開２００３−２７２９７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
金属箔に対する活性物質の塗布は塗布用のノズル或いはブレードを用いて行われる。この塗布部と非塗布部の境界は、ノズル或いはブレードの端部に対応し、塗布材たる活性物質塗料の粘度、濡れ性等の物理的性質及び吐出量、塗布速度等の塗布条件により、これを一定の直線とすることは通常困難である。活性物質塗布後の原反に対する打ち抜き加工は、長尺材の外形、例えばその一辺を基準として行われることが一般的である。
また金属箔に活性物質を貼り付ける場合は長尺の剥離フィルム等に活性炭等を塗布したものを剥がして導電性接着剤等で金属箔に接着して作成する。この場合にも活性物質の存在する部分と存在しない部分との境界を一定の直線とすることは困難である。本発明では塗布方式を説明の例とし、活性物質の存在する部分を塗布部、活性物質の存在しない部分を非塗布部と定義し、以下に説明する。
【０００７】
前述した境界部分のばらつきから、例えば非塗布部の幅もばらつくことが大きく、これまでの手法によれば外部端子接続部分に活性物質の塗布部分が存在する、或いは活性物質が形成されるべき領域に非塗布領域が存在する状態の電極が得られる可能性が大きかった。活性物質の塗布部分が外部端子接続部分に必要以上に存在する場合には、リード溶接時に溶接が不完全となる恐れがあり、活性物質が形成されるべき領域に非塗布領域が存在する場合には、所望の特性が得られない恐れがある。
【０００８】
また、金属箔に塗布された活性物質は、その粒子の表面積を増加させるために通常は多孔質状態となることが好ましいとされている。この多孔質状態を保つために、活性物質層は比較的もろく且つ強度が低い状態であることが多い。このため、打ち抜き加工を経た際には打ち抜き位置或いはその近傍の活性物質が破断して電極表面等に付着してしまうことがある。また、打ち抜き加工時に金属箔の抜きカス（バリ等が脱落したもの。）が発生することもあり、このような状態のまま、次工程である積層工程で積層を行った場合には、破断後の活性物質や金属箔の抜きカス等によって本来高い絶縁性を保つべき部材間に短絡が生じることも考えられる。
【０００９】
本発明は上記状況に鑑みて為されたものであり、打ち抜き加工を行って得られる電極において、活性物質の塗布領域と非塗布領域を常に所望の状況とする打ち抜き加工装置、即ち電極製造装置の提供を目的とするものである。また、本発明は、電極における活性物質の塗布領域を常に所望の範囲とすることにより、高品質で安定した特性を有する電池等の製造方法を提供することを目的としている。また、本発明は、打ち抜き加工より得られた電極から、当該加工時に生じた活性物質粉等を効率よく除去し、次なる積層工程を円滑に行うことを可能とする電池等の製造装置の提供も目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る電極製造装置は、金属箔に活性物質層が形成された領域を有する原反に対して打ち抜き加工を施して二次電池或いは電気二重層キャパシタに用いられる電極を製造する製造装置であって、一定幅を有し且つ一定幅内の所定の範囲に活性物質層が形成された長尺の原反を一定のピッチで繰り出す原反ピッチ送り機構と、活性物質層の形成端部を撮像する撮像装置と、原反を固定して原反に対して打ち抜き加工を施して外部端子接続部付き電極を形成する打ち抜き機とを有する製造装置であって、更に撮像装置により得られた形成端部の画像から活性物質層の端部の位置を得る画像解析装置と、画像解析装置により得られた形成端部の位置に基づいて打ち抜き位置を調整する位置調整機構とを有することを特徴としている。
【００１１】
なお、上述した二次電池或いは電気二重層キャパシタ用電極の製造装置において、位置調整機構は、電極における外部端子接続部と電極本体部との境界と、原反における活性物質層の形成端部とが所定の位置関係となるように打ち抜き位置を調整することが好ましい。また、位置調整機構は、打ち抜き機における原反の固定位置を原反の送り方向と略直角な方向に移動させることが好ましい。或いは位置調整機構は、原反ピッチ送り機構であっても良い。更に上述した装置においては、打ち抜きにより得られた電極の一面を固定し、固定面の他の面に付着した要除去物質を除去するクリーニング装置をも有することが好ましい。更にここで述べた製造装置を組み込むことによって二次電池或いは電気二重層キャパシタの製造装置を構築することとしても良い。
【００１２】
また、上記課題を解決するために、本発明にかかる製造方法は、金属箔に活性物質層が形成された領域を有する原反に対して打ち抜き加工を施して電極を形成する二次電池或いは電気二重層キャパシタ用電極の形成方法であって、一定幅を有し且つ一定幅内の所定の範囲に活性物質層が形成されたの原反を一定のピッチで繰り出し、原反の長手方向に延在する活性物質層の形成端部を撮像して打ち抜き加工における基準位置と形成端部とを比較し、比較操作の結果に基づいて原反を位置修正してから固定して原反に対して打ち抜き加工を施す際の位置を調整する工程を有することを特徴としている。
【００１３】
なお、上述した二次電池或いは電気二重層キャパシタ用電極の製造方法において、基準位置は、電極における外部端子接続部と電極本体部との境界であることが好ましい。また、上述した二次電池或いは電気二重層キャパシタ用電極の製造方法において、打ち抜き位置の調整は、原反の固定位置を原反の送り方向と略直角な方向に移動させることで為されることが好ましい。また、上述した二次電池或いは電気二重層キャパシタ用電極の製造方法において、打ち抜き加工によって得られた電極の一面を固定し、他の面に付着した要除去物質を除去する操作が更に為されることが好ましい。更に、ここで述べた製造方法により得られた電極を用いて二次電池或いは電気二重層キャパシタを製造する方法を構築することとしても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、金属箔上における活性物質の塗布領域の境界を基準として電極の打ち抜き位置を決定している。従って、活性物質が形成されるべき領域に対して活性物質が好適に存在し、且つ外部端子接続部分には活性物質が存在しない所望の電極が、常に安定して得られる。その結果、設計値により近く且つ特性上のばらつきの少ない二次電池或いはキャパシタを得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の第一の実施形態について以下図面を参照して説明する。図１は本発明の第一の実施形態に係る打ち抜き装置を示すブロック図である。打ち抜き装置１００は、制御装置１０１、原反ピッチ送り機構１０３、位置調整機構１０５、撮像装置１０７、画像解析装置１０８、メモリ１０９、及び打ち抜き機１１１を主たる構成として有している。原反ピッチ送り機構１０３は、金属箔に活性物質が予め塗布されたスプール状の原反を、サーボモータ１０３ａ及びガイド機構１０３ｂを用いて、所定ピッチ毎に打ち抜き機１１１方向に移送する。当該機構１０３において、サーボモータ１０３ａによって一定ピッチの原反送りが為され、ガイド機構１０３ｂによって原反送り方向とは垂直な方向の原反位置調整が行われる。位置調整機構１０５は、電極打ち抜き位置において、サーボモータ１０５ａ及びガイド機構１０５ｂを用いて金属箔原反の固定位置を微調整する。当該微調整は原反送り方向及び当該方向とは略直角な方向に対して行われる。
【００１６】
撮像装置１０７は、打ち抜き位置もしくはその近傍に位置する原反における活性物質の塗布領域の境界部分を撮像する。この境界部分は、一定幅を有する原反における一定幅内の所定領域に形成された活性物質層の端部として、原反の長手方向に延在している。画像解析装置１０８は、撮像された影像の画像処理を行い、境界部分の存在位置を求める操作を行う。ここで、得られた境界の位置は、制御装置１０１においてメモリ１０９に記憶された電極における外部端子接続部と電極本体部との境界の位置と比較される。記憶される境界位置は、電極における外部端子接続部と活性物質層の形成領域との境界と略一致する、或いは所定の関係を有することが好ましい。ここで述べる所定の関係としては、形成端部が外部端子接続部と電極本体部との境界線に対して外部端子接続部側に所定量はみ出す、所定量後退する、ある角度と距離とを有して配置される等が含まれる。位置調整機構１０５は、打ち抜き位置において固定された原反に対して、打ち抜き機１１１において原反における境界部分が所定位置となるように当該原反の位置調整を行う。この所定位置は、打ち抜き機１１１における打ち抜きパターンに応じて随時変更可能である。
【００１７】
電極クリーニング装置２００は、電極保持機構２０３、表面クリーニング機構２０５、裏面クリーニング機構２０７及びこれらを制御する制御装置２０１から構成される。電極保持機構２０３は、打ち抜き機１１１により原反より打ち抜かれた電極を保持し、当該電極をクリーニング機構に移送する。また、電極保持機構２０３は、表面クリーニングと裏面クリーニングとを行う際に、電極の被保持面を裏面から表面に切り替える。表面クリーニング機構２０５及び裏面クリーニング機構２０７は、例えばブラシ等によって電極表面或いは裏面を掃いてダストを吸引することで付着した活性物質粉等の分離、除去を行う。効率的な除去を行うために、活性物質粉等の除電操作、吸引排除操作等を更に加えることとしても良い。
【００１８】
以上の構成を用いて、実際に行われる電極打ち抜き工程について図２に示すフローチャートを参照して以下に説明する。まず、金属箔に活性物質を塗布した原反をスプール状にしたものを装置の原反供給位置に固定する。続いて、原反ピッチ送り機構１０３が、原反を所定ピッチにて打ち抜き機方向に移送する。原反が撮像装置１０７による撮像可能位置に達すると、撮像装置１０７による、活性物質の塗布境界部が撮像される。撮像結果は画像解析装置１０８により解析され、メモリ１０９に記憶された基準位置と境界部分との比較が為され、境界部の位置が確認される。
【００１９】
更に、比較結果に基づいて位置調整機構１０５が原反の位置を微調整する。なお、位置調整の範囲が位置調整機構１０５のみにて対応することが不可能な場合には、原反ピッチ送り機構１０３を駆動させることとしても良い。なお、原反を打ち抜き機１１１まで送る際に、当該原反に所定の張力を与えて平坦且つ打ち抜き機の原反支持ステージ（不図示）上に密着させた状態を保持することが必要となる。このため、この張力の影響により位置調整が適正に行われない場合が考えられる。また、原反ピッチ送り機構１０３による位置調整を行った場合には、その後位置調整機構１０５による微調整が再度必要となる。このため、上述した境界部分の撮像から位置調整までの工程を再度繰り返すことが望ましい。
【００２０】
位置調整終了後、打ち抜き機１１１によって、外部端子接続部分を有する電極を原反より打ち抜く。位置調整により活性物質の塗布境界部分は基準位置と一致する或いは所定の位置関係を有するものとなっており、この打ち抜き加工によって、外部端子接続部分と活性物質塗布領域とが好適に配置された所望の電極が得られる。以上の操作終了後、得られた電極は電極クリーニング装置に運ばれて活性物質粉等の除去操作が施される。また、打ち抜き後の原反は、スクラップとしてスプール状に巻き取られる。
【００２１】
クリーニング操作は、電極裏面側にて電極を保持して電極表面のクリーニングを行った後、電極を表面側から保持することとして更に裏面のクリーニング操作を行う。クリーニング操作は、電極表面、裏面共に、例えば樹脂製のブラシ等によってクリーニング面を連続的に擦るようにして、活性物質粉等をその表面から掃き出す。この際、表面、裏面のみならず、打ち抜きで生じた断面部のクリーニングも行われる。クリーニング操作終了後、電極は不図示の収容ボックス等に収用され、次工程に運ばれる。なお、次工程である積層装置を連続的に配置し、クリーニング終了後の電極をそのまま積層工程に移送することとしても良い。
【００２２】
なお、本実施の形態においては、打ち抜き位置における原反の停止位置を調節することとしているが、本発明は当該形態に限定されない。具体的には、位置調整機構１０５を打ち抜き機側に設置することとし、打ち抜き機１１１が打ち抜き加工を行う位置を微調整することとしても良い。この場合、更に、境界の形成方向に応じて打ち抜き機を原反の延在方向を軸として回転させることとしても良い。当該構成は、原反に対してピッチ送り方向以外の方向に向かう張力の付加が防止されることから、幅の狭い、或いはより薄い原反に対して好適な構成と考えられる。また、本実施の形態においては、金属箔を原反として用いているが、電極として適当な性質を有するものであれば原反としての素材は金属に限定されない。
なお、本発明で使用される電極として金属箔の片面に活性物質を塗布したものを例示した、しかしながら、電極として金属箔の両面に活性物質を塗布した場合も考えられる。このように両面に活性物質を塗布したものを打ち抜く場合には、両面を撮像装置で撮像し、これにより得られた両面の活性物質層の端部の位置情報から所望の位置を割り出し打ち抜きを行うこととすれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態である電極形成装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す装置を用いて電極を製造する工程を示すフローチャートである。
【図３】二次電池及び電気二重層キャパシタの構成の概略を示す図である。
【図４】図３に示す構成を製造する工程の一部を示す図である。
【図５】電極打ち抜き工程の一部を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１：二次電池或いは電気二重層キャパシタ、  ３：正極、  ５：セパレータ、  ７：負極、  ９：シール部材、  １１：外装体、  ２０：長尺原反、  ２３：活性物質、  １００：電極打ち抜き装置、  １０１：制御装置、  １０３：原反ピッチ送り機構、  １０５：位置調整機構、  １０７：撮像装置、  １０８：画像解析装置、  １０９：メモリ、  １１１：打ち抜き機、  ２００：クリーニング装置、  ２０１：制御装置、  ２０３：電極保持機構、  ２０５：表面クリーニング機構、  ２０７：裏面クリーニング機構
【図１】
2005267870.tif 000003
【図２】
2005267870.tif 000004
【図３】
2005267870.tif 000005
【図４】
2005267870.tif 000006
【図５】
2005267870.tif 000007