(57)【要約】【課題】加工速度を上昇させて電極を量産するに好適な電極製造方法および電極製造装置を提供する。【解決手段】帯状の金属箔１２の少なくとも一方の面上に電極活物質４ｂ，６ｂを間欠的に塗布・乾燥された帯状電極材１１にレーザを照射して切断して、電極を製作する電極製造方法である。そして、レーザを照射するレーザヘッド２６を予め設定した切断面に沿って予め設定した移動速度により移動させて、レーザヘッド２６を移動開始した時点よりの経過時間に基づいて、レーザヘッド２６が臨む帯状電極材１１の切断面の変化に対応するエネルギ強度のレーザ光を記憶・設定する。そして、レーザを照射するレーザヘッド２６を予め設定した切断面に沿って予め設定した移動速度により移動させ、レーザヘッド２６を移動開始した時点よりの経過時間に応じて設定・記憶したエネルギ強度のレーザ光をレーザヘッド２６から照射するようにした。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の金属箔の少なくとも一方の面上に電極活物質を間欠的に塗布・乾燥された帯状電極材にレーザを照射して、金属箔が露出した端子と金属箔の少なくとも一方の面に電極活物質を備える電極部分とからなる電極を切断して製作する電極製造方法において、
レーザを照射するレーザヘッドを予め設定した切断面に沿って予め設定した移動速度により移動させて、レーザヘッドを移動開始した時点よりの経過時間に基づいて、レーザヘッドが臨む帯状電極材の切断面の変化に対応するレーザ光のエネルギ強度を記憶・設定し、
レーザを照射するレーザヘッドを予め設定した切断面に沿って予め設定した移動速度により移動させ、
レーザヘッドを移動開始した時点よりの経過時間に応じて設定・記憶したエネルギ強度のレーザ光をレーザヘッドから照射するようにしたことを特徴とする電極製造方法。
【請求項２】
前記レーザヘッドを移動開始した時点よりの経過時間に基づいて、レーザヘッドが臨む帯状電極材の切断面の変化に対応するエネルギ強度のレーザ光の記憶・設定は、レーザヘッドにファイバケーブルを介してレーザビームを供給するレーザ発振機の発振状態を制御するファンクションジェネレータにより実行されることを特徴とする請求項１に記載の電極製造方法。
【請求項３】
帯状電極材は、端子として金属箔が露出した部位と電極活物質を備える部位との境界部分に跨って絶縁樹脂テープを貼付けて備え、
前記予め設定した切断面は、前記絶縁樹脂テープを貼付けて備える部位を最初の切断面とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電極製造方法。
【請求項４】
前記レーザヘッドの移動速度が予め設定した移動速度より低下する部位においては、レーザヘッドから照射するレーザ光のエネルギ強度を、予め設定・記憶したエネルギ強度に対して移動速度の低下に応じて低下させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の電極製造方法。
【請求項５】
帯状の金属箔の少なくとも一方の面上に電極活物質を間欠的に塗布・乾燥された帯状電極材にレーザを照射して、金属箔が露出した端子と金属箔の少なくとも一方の面に電極活物質を備える電極部分とからなる電極を切断して製作する電極製造装置において、
レーザを照射するレーザヘッドを予め設定した切断面に沿って予め設定した移動速度により移動させるレーザヘッド移動手段と、
レーザヘッドにファイバケーブルを介して発振したレーザビームを供給するレーザ発振機と、
レーザを照射するレーザヘッドを予め設定した切断面に沿って予め設定した移動速度により移動させて、レーザヘッドを移動開始した時点よりの経過時間に基づいて、レーザヘッドが臨む帯状電極材の切断面の変化に対応するレーザ光のエネルギ強度を記憶・設定し、レーザヘッドを移動開始した時点よりの経過時間に応じて設定・記憶したエネルギ強度のレーザ光をレーザヘッドから照射するようレーザ発振機を制御するファンクションジェネレータと、を備えることを特徴とする電極製造装置。
【請求項６】
前記ファンクションジェネレータは、前記レーザヘッドの移動速度が予め設定した移動速度より低下する部位においては、レーザヘッドから照射するレーザ光のエネルギ強度を、予め設定・記憶したエネルギ強度に対して移動速度の低下に応じて低下させることを特徴とする請求項５に記載の電極製造装置。
【請求項７】
前記レーザヘッドは、レーザノズルを取囲む筒状部材と、筒状部材の外周に嵌合して筒状部材との間に空間部を形成する外側カバーと、からなる集塵ノズルを備え、
前記外側カバーの先端側は、隙間を持って筒状部材の先端側に沿って内周側に折曲げられることにより、筒状部材と外側カバーとの間の空間部をレーザノズルの先端側に向けて開口する環状隙間に形成し、
筒状部材と外側カバーとの間の空間部に外部空気を供給すると共に筒状部材の内部空間の空気を外部に排出することにより、前記空間部から環状隙間を通して空気を外周側から切断部位に噴出させ、レーザノズルの先端側から跳ね上がる塵埃を噴出させた空気により筒状部材の内部空間に導入し、筒状部材の内部空間から外部に排出することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の電極製造装置。
【請求項８】
前記筒状部材と外側カバーとの間の空間部は、環状に連なる環状空間に形成されてなることを特徴とする請求項７に記載の電極製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極製造方法および電極製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からレーザを照射することにより、表面に形成した電極活物質層と共に集電体となる金属箔を切断して、平板状の電極を製造する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
これは、レーザの照射により、金属箔のみからなる部分を切断して電極端子を形成するとともに、電極活物質層が形成された部分に対しては切断面に沿った電極活物質層をレーザの熱作用によって除去し、電極活物質の溶融凝固部を形成するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−３４００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記従来例のように、金属箔のみからなる加工領域と電極活物質層が形成された加工領域とで、領域毎にバリのない良好な切断品質を得るためには、照射するレーザの強度、スポット径、相対的移動速度等の加工条件を、加工領域毎に変更する必要がある。
【０００６】
このため、加工ヘッドの位置信号に基づき、加工している領域が確認され、領域に対応する加工条件が選択される。また、加工ヘッドの位置信号に基づき、電極活物質層が形成された部分の切り出しを実行する領域と端子の切り出しを実行する領域との境界位置に加工ヘッドが到達したと確認された時点で加工ヘッドを停止させて加工条件の変更が実行される。この加工条件の変更は、新たに加工する領域を判定し、その領域に適する加工条件を選択し、選択した加工条件により新たな領域の加工が再開されることになる。
【０００７】
以上のように、通常のシーケンス制御による加工条件の変更においては、常に加工ヘッドの位置が確認され、領域の境界において領域の確認、加工条件の確認等の信号のやり取り時間を必要とし、結果して加工ヘッドが停止される等、加工速度の高速化に限界があった。そのため、加工速度を上昇させて電極を量産することに限界があった。
【０００８】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、加工速度を上昇させて電極を量産するに好適な電極製造方法および電極製造装置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】
【０００９】
本発明は、帯状の金属箔の少なくとも一方の面上に電極活物質を間欠的に塗布・乾燥された帯状電極材にレーザを照射して、金属箔が露出した端子と金属箔の少なくとも一方の面に電極活物質を備える電極部分とからなる電極を切断して製作する電極製造方法である。
【００１０】
そして、本発明においては、レーザを照射するレーザヘッドを予め設定した切断面に沿って予め設定した移動速度により移動させて、レーザヘッドを移動開始した時点よりの経過時間に基づいて、レーザヘッドが臨む電極材の切断面の変化に対応するレーザ光のエネルギ強度を記憶・設定するようにした。
【発明の効果】
【００１１】
したがって、本発明では、レーザを照射するレーザヘッドを予め設定した切断面に沿って予め設定した移動速度により移動させる。同時に、レーザヘッドを移動開始した時点よりの経過時間に応じて設定・記憶したエネルギ強度のレーザ光をレーザヘッドから照射する。これにより、加工速度を低下させずに、ワークに与えるエネルギを切断部位毎に制御して、バリのない良好な切断品質を保ちながら、同じ速度で切断加工でき、電極を効率的に量産できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の電極を適用する電池の平面図。
【図２】同じく電極を適用する電池の断面図。
【図３】正極電極の正面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）。
【図４】負極電極の正面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）。
【図５】ロール状に巻取られた状態からの展開状態を示す帯状電極材の側面図。
【図６】帯状電極材の断面図。
【図７】負極用帯状電極材の要部を示す断面図（Ａ）および平面図（Ｂ）。
【図８】正極用帯状電極材の要部を示す断面図（Ａ）および平面図（Ｂ）。
【図９】レーザ切断装置の概略を示す説明図。
【図１０】レーザヘッドの構造を示す側面図。
【図１１】負極用帯状電極材の切断面（Ａ）、レーザ照射タイミング（Ｂ）、レーザ出力（Ｃ）、レーザエネルギ（Ｄ）の時間的な変化を示すタイムチャート。
【図１２】正極用帯状電極材の切断面（Ａ）、レーザ照射タイミング（Ｂ）、レーザ出力（Ｃ）、レーザエネルギ（Ｄ）の時間的な変化を示すタイムチャート。
【図１３】本発明の第２実施形態の電極製造装置に使用するレーザヘッドの構造を示す概略構成図。
【図１４】図１３に示したレーザヘッドのＡ部分の断面図（Ａ）、及びＢ部分の断面図（Ｂ）。
【図１５】図１３に示すレーザヘッドの動作状態を示す説明図。
【図１６】図１５に続くレーザヘッドの動作状態を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の電極製造方法および電極製造装置を、リチウムイオン電池における電極製造方法および電極製造装置に適用したものについて説明する。
【００１４】
まず、リチウムイオン電池の構成を、例えば、図１、２に示すリチウムイオン二次電池を一例として、その概要を説明する。図１は本発明の適用例としてのリチウムイオン二次電池の平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図２に示すように、リチウムイオン二次電池１は、電池要素２と、電池要素２を収容する外装ケース３と、を備える。
【００１５】
電池要素２は、正極電極４、電解質層としてのセパレータ５、及び負極電極６を順次積層した積層体として構成される。
【００１６】
正極電極４は、図３に示すように、板状の正極集電体４ａの両面に正極層４ｂを有している。正極集電体４ａには、正極層４ｂが配置されている部分から突出して、後述する正極タブ８と電気的に接続するための端子１０ａが設けられている。正極集電体４ａの端子１０ａを構成する突出部分には、両面に配置する正極層４ｂが配置されていない。正極集電体４ａには、例えば、アルミニウム箔が使用される。また、正極層４ｂには、正極活物質として、例えば、ＬｉＭｎ2Ｏ4、導電助剤には、アセチレンブラック、バインダーとして、ＰＶＤＦを使用する。そして、これらを、例えば、それぞれ８０質量％、１０質量％、１０質量％に配合し、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）に分散させて正極スラリーを調製し、正極集電体４ａの両面に順次塗布し、乾燥させて、正極電極４を形成する。
【００１７】
また、正極電極４の端子１０ａの根元領域及び正極層４ｂの端子１０ａに臨む端部領域の表面には、セパレータを介して隣接して積層される負極電極との電気的な短絡を防止するために、図示しないが、例えば、ポリプロピレン等の樹脂からなる絶縁樹脂テープが貼付けられている。
【００１８】
負極電極６は、図４に示すように、板状の負極集電体６ａの両面に負極層６ｂを有している。負極集電体６ａには、負極層６ｂが配置されている部分から突出して、後述する負極タブ９と電気的に接続するための端子１０ｂが設けられている。負極集電体６ａの端子１０ｂを構成する突出部分には、両面に配置する負極層６ｂが配置されていない。負極集電体６ａには、例えば、銅箔が使用される。また、負極層６ｂは、負極活物質として、例えば、グラファイト、導電助剤には、アセチレンブラック、バインダーとして、ＰＶＤＦを使用する。そして、負極活物質、導電助剤、バインダーをそれぞれ、例えば、９０質量％、２質量％、８質量％に配合し、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）に分散させて負極スラリーを調製し、負極集電体６ａの両面に順次塗布し、乾燥させて、負極電極６を形成する。
【００１９】
なお、図示するリチウムイオン二次電池１においては、電池要素２の最外層に配置される正極電極４においては、正極集電体４ａの片面のみに正極層４ｂが形成される。また、電池要素２の最外層に配置される負極電極６においても、負極集電体６ａの片面のみに負極層６ｂが形成される。
【００２０】
隣接する正極電極４、セパレータ５、及び負極電極６が一つの単電池７を構成しており、リチウムイオン電池１は積層された複数の単電池７をそれぞれ電気的に並列接続して構成される。
【００２１】
外装ケース３は、アルミニウム等の金属をポリプロピレンフィルム等の絶縁体で被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルムのシート材からなる。外装ケース３は、電池要素２を収納した状態で、ケース外周部が熱融着によって接合される。この外装ケース３には、電池要素２からの電力を外部に取り出すため、外部端子としての正極タブ８及び負極タブ９が設けられる。
【００２２】
正極タブ８の一端は外装ケース３の外側にあり、正極タブ８の他端は外装ケース３の内部で各正極集電体４ａの端子１０ａの集合部に接続する。負極タブ９の一端は外装ケース３の外側にあり、負極タブ９の他端は外装ケース３の内部で各負極集電体６ａの端子１０ｂの集合部に接続する。
【００２３】
外装ケース３は、二次電池の組立時に、１枚のラミネートフィルムを折り返して、内部に電池要素２を収容し、正極タブ８及び負極タブ９を取出す２辺を熱融着により封止し、残る一辺は封止せずに上方へ開いた開口を備える袋状に形成する。上方に開いた開口は、外装ケース３内に収容された電池要素２への電解液の注液口に使用され、注液完了後に封止する。電解液は、例えば、１ｍｏｌ／リットルのＬｉＰＦ６，ＬｉＢＦ４等を支持塩とし、プロピレンカーボネートとエチレンカーボネートの混合溶媒（質量比５０：５０）を溶媒とするものが用いられる。
【００２４】
なお、外装ケース３として、上記形態では１枚のラミネートフィルムを２つ折りにしたものを例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、２枚のラミネートフィルムを用いてもよい。この場合、３辺をまず熱融着してラミネートフィルムを袋状に形成する。また、外装ケース３として、ラミネートフィルムにより袋状としたものに代えて、缶等による外装ケース３であってもよい。
【００２５】
次に、正極電極４及び負極電極６の製造方法について説明する。
【００２６】
電極素材は、集電体４ａ，６ａとなる帯状の金属箔１２に活物質層４ｂ，６ｂを間欠的に塗布し、乾燥され、プレスローラ等により加圧された後に、図５に示すように、ロール状に巻取られた状態で供給される。以下では、複数の活物質層４ｂ，６ｂが配列された帯状の電極材を「帯状電極材１１」という。また、正極用帯状電極材１１ａにあっては、上記に加えて、図５及び図６に示すように、塗布されている活物質層４ｂの一方の端部表面と金属箔１２表面の一部とに跨って、絶縁樹脂テープ１３が貼られて、ロール状に巻取られた状態で供給される。
【００２７】
このロール状の帯状電極材１１を展開すると、金属箔１２の領域と活物質層４ｂ，６ｂが塗布されている領域とが交互に配列されている。また、正極用帯状電極材１１ａにあっては、活物質層４ｂの一方の端部表面と金属箔１２表面の一部とに跨って、絶縁樹脂テープ１３が貼られている。しかも、塗布された活物質層４ｂ，６ｂは、プレスローラ等による加圧により帯状の方向に伸されるため、その長手方向の寸法や長手方向の端部形状にバラツキを生ずる。
【００２８】
このため、このような帯状電極材１１を、後述するレーザ切断装置により切断して実際に使用する電極４，６とするには、図７及び図８に示すように、端子１０を形成する側の活物質層４ｂ，６ｂが塗布されている領域（活物質層領域）の端部を一部切断して、基準切断面（図中の地点ａ−ｂ間）を形成する。そして、その基準切断面を基準として、所定寸法の金属箔１２領域と金属箔１２領域から離れた活物質層４ｂ，６ｂ領域の他端近傍とを夫々切断する必要がある。具体的には、上記基準切断面を基準として、金属箔１２を予め設定した所定寸法に切り出して端子１０を形成する。また、上記基準切断面を基準として、活物質層４ｂ，６ｂ領域の他方の端部近傍を予め設定した所定寸法となる活物質切断面により切出して電極領域を形成する。
【００２９】
負極用帯状電極材１１ｂにあっては、図７に示すように、基準切断面（図中の地点ａ−ｂ間）には、金属箔１２の両面に活物質層６ｂを備える３層構造である。また、上記基準切断面を基準として金属箔１２を予め設定した所定寸法に切り出して端子１０ｂとする切断面（遷移切断面、図中の地点ｂ−ｃ間）にも、切断初期には金属箔１２の両面に活物質層６ｂを備える３層構造である。そして、遷移切断面が金属箔１２に達した後は金属箔１２のみが存在する１層構造（箔切断面、図中の地点ｃ−ｅ−ｆ間）となる。
【００３０】
また、正極用帯状電極材１１ａにあっては、図８に示すように、基準切断面（図中の地点ａ−ｂ間）には、金属箔１２の両面に活物質層４ｂと絶縁樹脂テープ１３を備える５層構造である。また、上記基準切断面を基準として金属箔１２を予め設定した所定寸法に切り出して端子１０ａとする切断面（遷移切断面、図中の地点ｂ−ｃ間）にも、切断初期には金属箔１２の両面に活物質層４ｂと絶縁樹脂テープ１３を備える５層構造である。そして、遷移切断面が金属箔１２に達した後の初期段階（図中の地点ｃ−ｄ間）においては、金属箔１２の両面に絶縁樹脂テープ１３が存在する３層構造があり、絶縁樹脂テープ１３がない領域に達した段階で金属箔１２のみが存在する１層構造（箔切断面、図中の地点ｄ−ｅ−ｆ間））となる。
【００３１】
また、正負極用帯状電極材１１ａ,１１ｂにおいて、上記基準切断面を基準として、図７及び図８に示すように、活物質層４ｂ，６ｂ領域の他方の端部を予め設定した所定寸法に切り出して電極領域とする活物質切断面（図中の地点ｇ−ｈ間）には、金属箔１２の両面に活物質層４ｂ，６ｂを備える３層構造となる。
【００３２】
図９はレーザ切断装置２０を示す。レーザ切断装置２０は、帯状電極材１１を搬送する搬送コンベア２１と、帯状電極材１１に向かってレーザヘッド２６よりレーザビームを照射するレーザ照射装置２５と、レーザヘッド２６にアシストガスを供給するアシストガス供給装置２２と、レーザヘッド２６をＸ−Ｙ軸方向に移動制御するＸ−Ｙ軸ロボット２３と、を備える。ここでは、Ｘ方向は帯状電極材１１を横切る方向とし、Ｙ方向は帯状電極材１１に沿う方向とする。
【００３３】
搬送コンベア２１は、展開した帯状電極材１１をレーザ照射装置２５により電極とする切断中には停止され、１個毎の切断が終了する毎に活物質層４ｂ，６ｂの配置ピッチ分だけ送る間欠搬送作動を実行する。切断後の電極４，６は順次搬送コンベア２１によって次工程へ送られる。
【００３４】
Ｘ−Ｙ軸ロボット２３は、搬送された帯状電極材１１に対して、ロボットコントローラ２３Ａによりレーザヘッド２６を、図７，８の地点ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｆ−ｇ−ｈに沿って移動制御する。図１１（Ａ）及び図１２（Ａ）は、レーザヘッド２６が臨む帯状電極材１１の切断面における層構造の時間的な変化を示す。先ず、上記した帯状電極材１１の基準切断面（Ｘ方向）に沿い移動させる（図７，８中の地点ａ−ｂ間、図１１，１２の時点ｔ２−ｔ３、以下同様に示す）。次いで、それに続く遷移切断面（Ｘ−Ｙ方向）に沿い移動させ（地点ｂ−ｃ（−ｄ）間、時点ｔ３−ｔ４）、金属箔１２の箔切断面（Ｘ−Ｙ方向→Ｘ方向）に沿って移動させる（地点ｄ−ｅ−ｆ間、時点ｔ４−ｔ５）よう制御する。次いで、レーザヘッド２６を、帯状電極材１１の搬送方向とは逆方向のＹ方向に所定距離の空走させた（地点ｆ−ｇ間、時点ｔ５−ｔ６）後に、電極領域を形成するための活物質切断面に沿ってＸ方向に移動させる（地点ｇ−ｈ間、時点ｔ６−ｔ７）よう制御する。
【００３５】
各切断面に対する移動速度は、ロボットスタート信号によりレーザヘッド２６を移動開始させ、概ね等速状態で高速移動させる。例えば、一辺が２００ｍｍ前後の電極を帯状電極材から切出す場合には、１個あたりの切出し時間を１ｓｅｃとする場合には、切出し長さは約４００ｍｍ以上となるため、例えば、５００ｍｍ／ｓと設定する。なお、空走時は、設定した速度に制約されることなく、更に高速移動させる。
【００３６】
なお、搬送コンベア２１を間欠搬送作動させることに代えて、停止させることなく連続搬送させるようにしてもよい。この場合には、Ｘ−Ｙ軸ロボット２３は、ロボットコントローラ２３Ａによりレーザヘッド２６を搬送コンベア２１の搬送方向であるＹ方向に同期して移動させると共に、それに上乗せして上記した移動制御を実行させる。
【００３７】
レーザ照射装置２５は、レーザヘッド２６と、レーザヘッド２６にファイバケーブルを介して発振したレーザビームを供給するレーザ発振機２７と、レーザ発振機２７で発振させるレーザビームの発振状態を制御するファンクションジェネレータ２８と、を備える。レーザ光としては、波長が１０μｍのＣＯ２レーザ光に比較して、切断速度を速くでき、しかも細く切断できて、切屑の発生が少ない、波長１ｍｍのシングルモードのＹＡＧレーザ光を使用する。
【００３８】
レーザヘッド２６は、図１０に示すように、上端のファイバーコネクタを介して供給されたレーザビームを集光させて照射すると共に後述するアシストガスの放出口を備えるノズルチップ２６Ａを備える。また、レーザヘッド２６には、ノズルチップ位置確認用のカメラ２６Ｂと、アシストガスをノズルチップ２６Ａに供給するアシストガス供給口２６Ｃと、を備え、ロボット２３のＸ軸に取付られる。
【００３９】
ファンクションジェネレータ２８は、レーザ発振機２７で発振させるレーザのパルス条件（周波数、ＤＵＴＹ比（連続発振はＤＵＴＹ比１００％）、ピーク出力）を設定する。本実施形態においては、ロボットスタート信号をロボットコントローラ２３Ａから受信した後の経過時間に応じて、基準切断面に対するパルス条件→遷移切断面に対するパルス条件→箔切断面に対するパルス条件→空走中の発進停止→活物質切断面に対するパルス条件を、順次設定して、レーザ発振機２７によるレーザ発振を制御する。
【００４０】
例えば、負極用帯状電極材１１ｂに対しては、図１１の（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、レーザヘッド２６が基準切断面を通過する所定時間（ｔ２−ｔ３間）及び遷移切断面を通過する所定時間（ｔ３−ｔ４間）には、ピーク出力は小さいが周波数が高いか若しくはＤＵＴＹ比が１００％の連続発振パルスとする。そして、レーザヘッド２６が箔切断面に移行して箔切断面を通過する所定時間（ｔ４−ｔ５間）には、ピーク出力を低下させ且つＤＵＴＹ比を低下させるか周波数の小さい発振パルスとし、レーザヘッド２６が空走中は発進停止させる。空走後の活物質切断面を通過する所定時間（ｔ６−ｔ７間）には、ピーク出力が小さいが周波数が高いか若しくはＤＵＴＹ比が１００％の連続発振パルスとする。
【００４１】
また、正極用帯状電極材１１ａに対しては、図１２に示すように、レーザヘッド２６が基準切断面を通過する所定時間（ｔ２−ｔ３間）には、ピーク出力が高く且つ周波数が高いか若しくはＤＵＴＹ比が１００％の連続発振パルスとする。遷移切断面を通過する所定時間には、レーザヘッド２６が活物質領域にある初期（ｔ３−ｔ４間）にはピーク出力が高く且つ周波数が高いか若しくはＤＵＴＹ比が１００％の連続発振パルスとする。また、レーザヘッド２６が活物質領域を離れて絶縁樹脂テープ１３が切断面に存在する後期（ｔ４−ｔ８間）にはピーク出力を一時的に最大化させる。
【００４２】
そして、レーザヘッド２６が箔切断面に移行して箔切断面を通過する所定時間（ｔ８−ｔ５間）には、ピーク出力を低下させ且つＤＵＴＹ比を低下させるか周波数の小さい発振パルスとし、レーザヘッドが空走中は発進停止させる。空走後の活物質切断面を通過する所定時間（ｔ６−ｔ７間）には、ピーク出力が小さいが周波数が高いか若しくはＤＵＴＹ比が１００％の連続発振パルスとする。
【００４３】
アシストガス供給装置２２は、供給装置２２Ａよりエアーホースを介してアシストガスをアシストガス供給口２６Ｃに供給し、レーザヘッド２６のレーザ光線の照射口と同軸に設けられたノズル２６Ａより噴出させる。噴出されたアシストガスは、レーザ光線による溶融部位を拡げると共に速やかに冷却する。また、アシストガスのＯＮ／ＯＦＦが自由に切替できるようエアーホースの途中に電磁弁２６Ｄが接続されている。
【００４４】
以上の構成の電極製造装置の動作について以下に説明する。
【００４５】
Ｘ−Ｙ軸ロボット２３は、レーザヘッド２６を、搬送コンベア２１側方の加工開始位置に近接した待機位置に位置させている。
【００４６】
先ず、搬送コンベア２１によりロール状の帯状電極材１１が展開されて搬送される。帯状電極材１１の地点ａがレーザヘッド２６の待機位置とＹ軸方向で一致するまで搬送されると、搬送コンベア２１が停止され、帯状電極材１１が加工状態にセットされ、ロボットスタート信号が出力される。
【００４７】
ロボットスタート信号によりＸ−Ｙ軸ロボット２３は、レーザヘッド２６をＸ軸方向に移動させて、帯状電極材１１を横断する方向に移動させる。また、ロボットスタート信号により、ファンクションジェネレータ２８が起動されると共にアシストガス供給装置２２の電磁弁２６Ｄが開放され、レーザヘッド２６のノズル２６Ａからレーザ光線とアシストガスを同軸で照射される。
【００４８】
レーザヘッド２６は、ロボットコントローラにより制御されるＸ−Ｙ軸ロボット２３により、ロボットスタートからの経過時間に応じて、地点ａからｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｆ−ｇ−ｈと移動され待機位置に復帰される。また、レーザヘッド２６から照射されるレーザ光は、ファンクションジェネレータ２８によりロボットスタートからの経過時間に応じて制御される。
【００４９】
即ち、ロボットスタートからの経過時間が時点ｔ２−ｔ３間は基準切断面である図７，８中の地点ａ−ｂ間を移動され、時点ｔ３−ｔ４間は遷移切断面である地点ｂ−ｃ（−ｄ）間を移動され、時点ｔ４−ｔ５間は金属箔の箔切断面である地点ｄ−ｅ−ｆ間を移動される。
【００５０】
切断対象が負極用帯状電極材１１ｂである場合には、時点ｔ２−ｔ３間は基準切断面を切断するために、また、時点ｔ３−ｔ４間は遷移切断面を切断するために、ピーク出力が小さく、周波数が高いか若しくはＤＵＴＹ比が１００％の連続発振パルスとして照射される。
【００５１】
照射されたレーザ光は、帯状電極材１１ｂの基準切断面を構成している活物質層６ｂを溶融させ、次いで金属箔１２を溶融させ、次いで照射方向前方側にある活物質層６ｂを溶融させ、溶融物質は、ビームと同軸に噴射されたアシストガスで吹飛ばして切断する。
【００５２】
また、切断対象が正極用帯状電極材１１ａである場合には、時点ｔ２−ｔ３間は図７，８中の地点ａ−ｂの絶縁樹脂テープ１３が貼付けられた基準切断面を切断するために、負極用帯状電極材１１ｂを切断するよりもピーク出力が大きく、周波数が高いか若しくはＤＵＴＹ比が１００％の連続発振パルスとして照射する。
【００５３】
即ち、通常のレーザ切断加工では、ワークを溶融し、溶融したものをアシストガスで吹飛ばすことで切断するため、レーザを吸収する活物質層４ｂ上に貼られた樹脂製の絶縁テープ１３を切断することはできない。
【００５４】
しかしながら、本実施形態では、負極用帯状電極材１１ｂを切断するよりもピーク出力が大きく、周波数が高いか若しくはＤＵＴＹ比が１００％の連続発振パルスとして照射するため、下記のように、切断することができる。
【００５５】
絶縁樹脂テープ１３にレーザ光を照射すると、レーザ光は絶縁樹脂テープ１３を透過し、活物質層４ｂにレーザ光が吸収される。このとき、高いパワー密度のレーザ光が照射されていることにより、活物質層４ｂが蒸発し、その蒸発する際の熱と圧力により絶縁樹脂テープ１３の溶融が開始する。絶縁樹脂テープ１３の溶融が進み、完全に切断されると切断部位から活物質層４ｂの蒸気が逃げるため、それ以上に絶縁樹脂テープ１３に入熱しなくなり、溶融が収まる。そして、アシストガスが吹付けられていることにより、周辺の絶縁樹脂テープ１３は冷却され、過度の範囲に絶縁樹脂テープ１３が溶融することを防止できる。次いで照射方向前方側にある活物質層４ｂを溶融させ、照射方向前方側の絶縁樹脂テープ１３についても照射方向手前側の絶縁樹脂テープ１３と同様に切断され、レーザエネルギのみで絶縁樹脂テープ１３を切断することができる。
【００５６】
絶縁樹脂テープ１３が切断可能な条件としては、例えば、切断速度６７０ｍｍ／ｓ、アシストガス：ドライエアー、アシストガス流量：１０Ｌ／ｍｉｎとした場合に、レーザエネルギを、例えば、２４０ｋＷ／ｍｍ２という非常に高いパワー密度とすることが必要である。
【００５７】
また、正極用帯状電極材１１ａの時点ｔ３−ｔ４間の遷移切断面である地点ｂ−ｃ間の移動中においても、負極用帯状電極材１１ｂを切断するよりもピーク出力が大きく、周波数が高いか若しくはＤＵＴＹ比が１００％の連続発振パルスとして照射する。このため、上記したように、絶縁樹脂テープ１３を合わせて、上記と同様に切断することができる。
【００５８】
また、正極用帯状電極材１１ａの時点ｔ４−ｔ５間の絶縁テープ１３が金属箔１２上に存在する遷移切断面である地点ｃ−ｄ間の移動中においては、レーザヘッド２６からピーク出力を一時的に最大化させた高い連続発振パルスのレーザ光が照射される。
【００５９】
このため、レーザ光は絶縁樹脂テープ１３を透過するが、照射先にある金属箔１２がピーク出力を一時的に最大化させた高い連続発振パルスのレーザ光により溶融され、その溶融熱が絶縁樹脂テープ１３を溶融させる。溶融された絶縁テープ１３は、レーザ光と同軸に噴射されているアシストガスにより吹き分けられて切断されると共に、アシストガスにより、周辺の絶縁樹脂テープ１３が冷却され、過度の範囲に絶縁樹脂テープ１３が溶融することを防止できる。
【００６０】
以降（負極用帯状電極材１１ｂの地点ｃ以降、正極用帯状電極材１１ａの地点ｄ以降）の作動は、負極用帯状電極材１１ｂ及び正極用帯状電極材１１ａのいずれであっても、同じである。即ち、負極用帯状電極材１１ｂの時点ｔ４−ｔ５（正極用帯状電極材１１ａの時点ｔ８−ｔ５）の箔切断面である負極用帯状電極材１１ｂの地点ｃ−ｅ−ｆ（正極用帯状電極材１１ａの地点ｄ−ｅ−ｆ）間の金属箔１２を切断する際には、ピーク出力を低下させ且つＤＵＴＹ比を低下させた発振パルスとして照射される。照射されたレーザ光は、ダイレクトに金属箔１２に照射されるため、レーザ光が照射された部位のみの金属箔１２を溶融させて、切断することができる。
【００６１】
次いで、レーザヘッド２６は、時点ｔ５−ｔ６間は、帯状電極材１１の搬送方向とは逆方向のＹ方向に所定距離の空走させる地点ｆ−ｇ間を移動され、この空走中は、レーザ照射が停止される。
【００６２】
そして、時点ｔ６−ｔ７の間は、電極領域を形成するための活物質切断面に沿ってＸ方向の地点ｇ−ｈ間を移動され、活物質切断面を切断するために、ピーク出力が小さく周波数が高いか若しくはＤＵＴＹ比が１００％の連続発振パルスが照射される。
【００６３】
照射されたレーザ光は、帯状電極材１１の活物質切断面を構成している活物質層４ｂ，６ｂを溶融させ、次いで金属箔１２を溶融させ、次いで照射方向前方側にある活物質層４ｂ，６ｂを溶融させ、溶融物質は、ビームと同軸に噴射されたアシストガスで吹飛ばして切断する。
【００６４】
その後に、レーザ照射およびアシストガスの噴射が停止されて、レーザヘッド２６は待機位置に復帰される。
【００６５】
以上の説明において、レーザヘッド２６はＸ−Ｙロボット２３により地点ａ−ｆ間において等速度で移動されるものについて説明した。しかしながら、地点ｂにおいては、その移動方向がＸ軸方向からＸ−Ｙ方向に、地点ｅにおいては、Ｘ−Ｙ方向からＸ方向に、夫々移動方向が変化する。この移動方向の変化時には、レーザヘッド２６の移動速度が一時的に低下することがあり、この移動速度の低下により、ワークに照射しているレーザエネルギが変化しない場合には、ワークへの入熱量が増加することが懸念される。
【００６６】
このため、地点ｂ及び地点ｅにおいては、ファンクションジェネレータ２８で設定するパルス条件によるエネルギ量を一時的に低下させて、ワークへの過度の入熱量によるバリの発生や切屑の飛散を防止して、ワークの切断部位全域での良好な切断品質を維持することが望ましい。エネルギ量の低減は、周波数、ＤＵＴＹ比（連続発振はＤＵＴＹ比１００％）、ピーク出力のいずれであってもよい。ファンクションジェネレータ２８は、このようなμｓｅｃ単位での条件設定が可能であり、ワークの地点毎のパルス条件変更に非常に短い時間で対応させることができる。
【００６７】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００６８】
（ア）帯状の金属箔１２の少なくとも一方の面上に電極活物質４ｂ，６ｂを間欠的に塗布・乾燥された帯状電極材１１にレーザを照射して、金属箔１２が露出した端子１０と金属箔１２の少なくとも一面に電極活物質４ｂ，６ｂを備える電極部分とからなる電極を切断して製作する電極製造方法である。
【００６９】
そして、本発明においては、レーザを照射するレーザヘッド２６を予め設定した切断面に沿って予め設定した移動速度により移動させて、レーザヘッド２６を移動開始した時点よりの経過時間に基づいて、レーザヘッド２６が臨む帯状電極材１１の切断面の変化に対応するエネルギ強度のレーザ光を記憶・設定する。このため、レーザを照射するレーザヘッド２６を予め設定した切断面に沿って予め設定した移動速度により移動させ、レーザヘッド２６を移動開始した時点よりの経過時間に応じて設定・記憶したエネルギ強度のレーザ光をレーザヘッド２６から照射することにより、加工速度を落さずに、ワークに与えるエネルギを切断部位毎に制御して、バリのない良好な切断品質を保ちながら、同じ速度で切断加工でき、電極を効率的に量産できる。
【００７０】
（イ）レーザヘッド２６を移動開始した時点よりの経過時間に基づいて、レーザヘッド２６が臨む帯状電極材１１の切断面の変化に対応するエネルギ強度のレーザ光の記憶・設定は、レーザヘッド２６にファイバケーブルを介してレーザビームを供給するレーザ発振機２７の発振状態を制御するファンクションジェネレータ２８により実行される。このため、レーザ発振条件の変更を極めて短時間（μｓｅｃ単位）に実行でき、切断加工速度を上昇でき、電極を効率的に量産できる。
【００７１】
（ウ）予め設定した切断面は、前記絶縁樹脂テープ１３を貼付けて備える部位を最初の切断面とする。このため、レーザヘッド２６を切断面に沿って移動させるロボット２３の位置バラツキの影響が最少となる時間帯（ロボットスタート位置に近い程時間の位置ズレが少ない）で、最も切断が困難で条件余裕度が狭い絶縁樹脂テープ１３を貼付けて備える部位を切断するので、切断部全域での切断品質を保ちやすい。また、切断面が絶縁樹脂テープ１３から金属箔１２へ変化する部位は、エネルギ条件の変更の時間的猶予がない部位でもあるが、エネルギ条件の変更時間のズレが少なくできる。
【００７２】
（エ）レーザヘッド２６の移動速度が予め設定した移動速度より低下する部位においては、レーザヘッド２６から照射するレーザ光のエネルギ強度を、予め設定・記憶したエネルギ強度に対して移動速度の低下に応じて低下させる。このため、ロボット２３の運動方向の変化等の設備的な制約によりレーザヘッド２６の移動速度が低下する部位、例えば、Ｒ部などにおいても、切断速度の低下に対応してレーザヘッド２６から照射するレーザ光のエネルギ強度が低下され、ワークに過度の入熱が入ることを抑制でき、切断部全域で良好な切断品質を確保できる。
【００７３】
（第２実施形態）
図１３〜図１６は、本発明を適用した電極製造装置の第２実施形態を示し、図１３はレーザヘッドのノズル部を示す概略図、図１４（Ａ）,（Ｂ）は、ノズル部の断面図、図１５、図１６は動作説明図である。本実施形態においては、レーザヘッド２６に集塵装置を備える構成を第１実施形態に追加したものである。なお、第１実施形態と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００７４】
図１３において、本実施形態の電極製造装置におけるレーザヘッド２６には、ノズル２６Ａを取囲む筒状部材３０と、筒状部材３０の外周に嵌合して筒状部材３０との間に空間部を形成する外側カバー３５と、より構成される集塵ノズル２９を備える。
【００７５】
筒状部材３０は、筒状の内周面がノズル２６Ａ先端側で小径となり、ノズル２６Ａ後端側で大径となるテーパ状に形成されて、ノズル後端側に排気側環状空間３１を形成している。ノズル後端側の排気用環状空間３１は、図１４（Ａ）に示すように、接線方向に配置された排気口３２を介して外部の吸引排気装置３３に接続され、筒状部材３０内の空気は接線方向の排気口３２を介して吸引排気装置３３により排出されるようにしている。
【００７６】
筒状部材３０は、筒状の外周面のノズル２６Ａ先端側において環状の溝３４を備えると共に、環状溝３４を取囲んで環状カバー３５が取付けられ、環状溝３４と環状カバー３５とにより給気用環状空間３６が形成されている。給気用環状空間３６には、図１４（Ｂ）に示すように、接線方向に配置した給気口３７を介して外部の空気供給装置３８に接続され、給気用環状空間３６内には空気供給装置３８より給気口３７を介して外気が供給されるようにしている。環状カバー３５のノズル２６Ａ先端側の端部は、筒状部材３０の外周先端側に対して環状の隙間３９を持って内周側に伸び、この環状隙間３９により給気用環状空間３６から集塵用空気を筒状部材３０先端側に噴出す環状ノズルを形成している。
【００７７】
環状カバー３５は、筒状部材３０の軸方向に位置調整可能に、長孔等を介して固定されており、環状カバー３５の筒状部材３０に対する軸方向位置を調整することにより、集塵用空気を筒状部材３０先端側に噴出す環状ノズルの開口面積を調整可能となっている。
【００７８】
本実施形態の電極製造装置においては、レーザヘッド２６のノズル２６Ａからレーザ光とアシストガスを噴出して帯状電極材１１を切断している間において、空気供給装置３８と吸引排気装置３３とが作動される。空気供給装置３８より供給された空気は給気口３７を介して給気用環状空間３６に供給され、給気用環状空間３６内での回転流れを形成すると共に、環状ノズルを介して集塵用空気を筒状部材３０先端側に噴出する。この噴出流は、レーザノズル２６Ａ周りの回転方向に回転されながら噴出して、図１５に示すように、レーザノズル２６Ａよりのレーザ光によるワークの切断の際に発生される切屑の外周側への飛散を阻止する。そして、噴出された空気が円周方向に流れつつ筒状部材３０内に吹き上げられることにより、図１６に示すように、切屑を筒状部材３０内に回転させつつ案内する。そして、切屑を含んだ空気は、ノズル２６Ａ後端側の排気用環状空間３１に導入され、接線方向に配置された排気口３２を介して吸引排気装置３３に導入されて外部に排出される。
【００７９】
本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（エ）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。
【００８０】
（オ）レーザヘッド２６は、レーザノズル２６Ａを取囲む筒状部材３０と、筒状部材３０の外周に嵌合して筒状部材３０との間に空間部を形成する外側カバー３５と、からなる集塵ノズル２９を備える。そして、前記外側カバー３５の先端側は、隙間を持って筒状部材３０の先端側に沿って内周側に折曲げられることにより、筒状部材３０と外側カバー３５との間の空間部３６をレーザノズル２６Ａの先端側に向けて開口する環状隙間３９に形成して備える。このため、筒状部材３０と外側カバー３５との間の空間部に外部空気を供給すると共に筒状部材３０の内部空間の空気を外部に排出することにより、前記空間部から環状隙間３９を通して空気を外周側から切断部位に噴出させ、レーザノズル２６Ａの先端側から跳ね上がる塵埃を噴出させた空気により筒状部材３０の内部空間に導入し、筒状部材３０の内部空間から外部に排出することができる。そして、外側カバー３５の筒状部材３０に対する嵌合位置を調整することにより、レーザノズル２６Ａの先端側に向けて開口する環状隙間３９の開口面積を調整することができ、噴出す空気の方向及び流速をコントロールでき、高速で飛散する粉塵の集塵が可能となる。
【００８１】
（カ）筒状部材３０と外側カバー３５との間の空間部は、環状に連なる環状空間３６に形成されてなるため、供給された空気は環状空間３６に溜り、その後に環状隙間３９により絞られて噴出することとなり、噴出する空気のエアブローとしての流速を増加することができ、高速で飛散する粉塵の集塵が可能となる。
【符号の説明】
【００８２】
１  リチウムイオン二次電池
２  電池要素
３  外装ケース
４  正極
４ｂ  正極活物質
５  セパレータ
６  負極
６ｂ  負極活物質
７  単電池
８  正極タブ
９  負極タブ
１０，１０ａ，１０ｂ  端子
１１，１１ａ，１１ｂ  帯状電極材
１２  金属箔
１３  絶縁樹脂テープ
２０  レーザ切断装置
２１  搬送コンベア
２２  アシストガス供給装置
２３  Ｘ−Ｙ軸ロボット
２５  レーザ照射装置
２６  レーザヘッド
２６Ａ  レーザノズル
２７  レーザ発振機
２８  ファンクションジェネレータ
２９  集塵ノズル
３０  筒状部材
３５  外側カバー
３６  環状空間
３９  環状隙間
【図１】
2012221912.tif 000003
【図２】
2012221912.tif 000004
【図３】
2012221912.tif 000005
【図４】
2012221912.tif 000006
【図５】
2012221912.tif 000007
【図６】
2012221912.tif 000008
【図７】
2012221912.tif 000009
【図８】
2012221912.tif 000010
【図９】
2012221912.tif 000011
【図１０】
2012221912.tif 000012
【図１１】
2012221912.tif 000013
【図１２】
2012221912.tif 000014
【図１３】
2012221912.tif 000015
【図１４】
2012221912.tif 000016
【図１５】
2012221912.tif 000017
【図１６】
2012221912.tif 000018