(57)【要約】【課題】切断面にバリやかえりが発生するのを抑制する。【解決手段】本発明は、集電体１４と、集電体１４上に形成された電極層２２と、を備える電極２３を切断する電極切断装置５０であって、電極を押圧するローラ５２と、ローラ５２の表面に周方向に沿って形成され、ローラ５２による押圧時に電極２３を切断する切断刃５３と、を備えることを特徴とする。これにより、電極２３を押圧しながら切断することができるので、切断時に電極２３の切断面にバリやかえりが発生するのを抑制できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体と、前記集電体上に形成された電極層と、を備える電極を切断する電極切断装置であって、
前記電極を押圧するローラと、
前記ローラの表面に周方向に沿って形成され、前記ローラによる押圧時に前記電極を切断する切断刃と、
を備えることを特徴とする電極切断装置。
【請求項２】
前記ローラは前記電極を介して対向するように２つ設けられ、
前記ローラによる押圧時には、前記ローラに形成された前記切断刃の刃先同士が接触する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電極切断装置。
【請求項３】
前記ローラは前記電極を介して対向するように２つ設けられ、
前記ローラによる押圧時には、前記ローラに形成された前記切断刃の刃面同士が接触する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電極切断装置。
【請求項４】
前記切断刃は、前記ローラによる押圧時に、押圧方向と略直交する方向に前記電極を圧縮しながら切断する、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の電極切断装置。
【請求項５】
集電体と、前記集電体上に形成された電極層と、を備える電極を製造する電極製造方法であって、
前記電極を押圧しながらその電極を切断するプレス切断工程を備える、
ことを特徴とする電極製造方法。
【請求項６】
前記電極層を構成する電極材に溶媒を含ませた電極混練物を前記集電体に塗布する塗布工程と、
前記塗布工程後に、前記電極混練物に含まれる溶媒を揮発させて、前記集電体上に前記電極層を形成する乾燥工程と、
を備え、
前記プレス切断工程は、前記乾燥工程後に実施される、
ことを特徴とする請求項５に記載の電極製造方法。
【請求項７】
前記プレス切断工程では、前記電極の押圧方向に切断刃を挿し込み、その押圧方向と略直交する方向にその電極を圧縮しながら切断する、
ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の電極製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電極切断装置及び電極製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電極をスリット刃によって切断するものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−２４１６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した従来のものでは、切断時に電極の切断面にバリが生じてしまうため、切断面に生じたバリを切断後にローラ等のプレス装置によって押圧して押さえ込まなければならないという問題点があった。
【０００５】
本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、切断時に電極の切断面にバリやかえりが発生するのを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、集電体と、集電体上に形成された電極層と、を備える電極を切断する電極切断装置である。そして、本発明による電極切断装置は、電極を押圧するローラと、ローラの表面に周方向に沿って形成されてローラによる押圧時に電極を切断する切断刃と、を備える。
【０００７】
また本発明は、集電体と、集電体上に形成された電極層と、を備える電極を製造する電極製造方法である。そして、電極を押圧しながらその電極を切断するプレス切断工程を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電極を押圧しながら切断することができるので、切断時に電極の切断面にバリやかえりが発生するのを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】リチウムイオン二次電池の概略図である。
【図２】電極製造装置の概略構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態によるプレス切断装置の拡大図である。
【図４】本発明の第１実施形態によるプレス切断装置によってシート電極が切断される過程を示した図である。
【図５】本発明の第２実施形態によるプレス切断装置によってシート電極が切断される過程を示した図である。
【図６】本発明の第３実施形態によるプレス切断装置によって切断されたシート電極を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
図１は、リチウムイオン二次電池１の概略図である。図１（Ａ）はリチウムイオン二次電池１の斜視図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００１２】
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、リチウムイオン二次電池１は、蓄電要素２と、蓄電要素２を収容する外装ケース３と、を備える。
【００１３】
蓄電要素２は、正極４、電解質層としてのセパレータ５、及び負極６を順次積層した積層体として構成される。正極４は板状の正極集電体４ａの両面に正極層４ｂを有しており、負極６は板状の負極集電体６ａの両面に負極層６ｂを有している。なお、蓄電要素２の最外層に配置される正極４については、正極集電体４ａの片面にのみ正極層４ｂが形成される。
【００１４】
隣接する正極４、セパレータ５、及び負極６が一つの単位電池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位電池７をそれぞれ電気的に並列接続して構成される。
【００１５】
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、蓄電要素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、蓄電要素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。
【００１６】
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の集合部に接続する。
【００１７】
次に、電極（正極４又は負極６）の一般的な製造方法について簡単に説明する。
【００１８】
一般的に電極を製造する際には、電極材と溶媒とを混練させたスラリー状の電極混練物を集電体（正極集電体４ａ又は負極集電体６ａ）に塗布した後に（塗布工程）、電極混練物の溶媒を揮発させて固形分１００％の電極層（正極層４ｂ又は負極層６ｂ）を形成する（乾燥工程）。その後、電極層を押圧してその厚さ（嵩密度）を調整し（プレス工程）、シート状の電極（以下「シート電極」という。）を製造する。
【００１９】
次に、電極として必要な幅となるようにシート電極を切断し（切断工程）、切断された各シート電極を巻き取って複数のロール電極（巻電極）を製造する。そして、電極として必要な長さとなるようにロール電極を切断し、最終的に必要な幅と長さを持つ電極を製造する。
【００２０】
このとき、切断工程においてシート電極の切断面にバリやかえりが発生すると、最終的に製造された電極を積層してリチウムイオン二次電池を製造するときに、そのバリやかえりがセパレータなど破り、正極と負極が短絡してしまうおそれがある。
【００２１】
このような問題を解決するために、例えば切断工程で発生したバリやかえりを押さえ込むために、切断工程後にプレス工程を設けると、設備投資額や製造工数が増加してしまう。
【００２２】
そこで本実施形態では、プレス工程と切断工程を同時に実施することでシート電極の切断面にバリやかえりが発生するのを抑制し、設備投資額や製造工数の増加を防止する。以下、本実施形態による電極製造装置について説明する。
【００２３】
図２は、リチウムイオン電池１の電極製造時に使用する本実施形態による電極製造装置１００の概略構成図である。
【００２４】
電極製造装置１００は、搬送装置１０と、混練装置２０と、塗布装置３０と、乾燥装置４０と、プレス切断装置５０と、を備える。
【００２５】
電極製造装置１００は、搬送装置１０によって搬送される金属箔１４の表面に、混練装置２０で混練した電極混練物２１を塗布装置３０によって塗布し、乾燥装置４０によって電極混練物２１を乾燥させてシート電極２３を形成した後、プレス切断装置５０によってそのシート電極２３を押圧しながら切断してロール電極を製造する装置である。
【００２６】
以下、電極製造装置１００を構成する各装置について詳しく説明する。
【００２７】
搬送装置１０は、引取ロール１１と、巻取ロール１２と、サポートロール１３と、を備える。搬送装置１０は、ロールトゥロール方式によって正極集電体４ａ又は負極集電体６ａとなる薄い膜状の金属箔（厚さ１０［μｍ］〜４０［μｍ］）１４を引取ロール１１から巻取ロール１２へと搬送する。
【００２８】
本実施形態では、正極４を製造する場合には正極集電体４ａとなる金属箔１４としてアルミニウム箔を使用し、負極６を製造する場合には負極集電体６ａとなる金属箔１４として銅箔を使用するが、これに限られるものではない。
【００２９】
引取ロール１１には、金属箔１４が巻かれる。引取ロール１１は制動機構１５を備えており、この制動機構１５によって引取ロール１１の回転が適宜規制され、金属箔１４に所定の張力が付与される。
【００３０】
巻取ロール１２は、駆動モータ１６によって回転駆動され、引取ロール１１から引き取った金属箔１４を巻き取る。
【００３１】
サポートロール１３は、引取ロール１１と巻取ロール１２との間の金属箔搬送経路に複数設けられ、搬送中の金属箔１４の下面を保持する。
【００３２】
混練装置２０は二軸混練機であり、電極材を溶媒中で均一に分散させてスラリー状の電極混練物２１を製造する装置である。混練装置２０は二軸混練機に限られるものではなく、例えば遊星式ミキサやニーダを用いても良い。
【００３３】
電極混練物２１には、正極４を製造する場合に製造される正極混練物と、負極６を製造する場合に製造される負極混練物と、がある。
【００３４】
正極混練物を製造する場合は、混練装置２０に電極材としての正極活物質、導電助剤、及びバインダ（結着剤）が投入され、これらが溶媒中で均一に分散させられる。負極混練物を製造する場合は、混練装置２０に電極材としての負極活物質、導電助剤、及びバインダが投入され、これらが溶媒中で均一に分散させられる。
【００３５】
正極活物質は、リチウム金属酸化物などのリチウムイオンを吸蔵・放出する物質である。本実施形態では、正極活物質としてマンガン酸リチウムを使用する。
【００３６】
負極活物質は、リチウム金属酸化物やハードカーボン、グラファイトなどのリチウムイオンを放出・吸蔵する物質である。本実施形態では、負極活物質としてハードカーボンを使用する。
【００３７】
導電助剤は、カーボン材料（カーボン粉末やカーボンファイバ）などの導電性を高める物質である。カーボン粉末としては、アセチレンブラック、ファーネスブラック、及びケッチェンブラックなどの種々のカーボンブラックや、グラファイト粉末を使用することができる。本実施形態では、正極混練物を製造する場合も負極混練物を製造する場合も共に、導電助剤としてカーボンブラックを使用する。
【００３８】
バインダは、活物質微粒子同士を結び付ける物質である。本実施形態では、正極混練物を製造する場合も負極混練物を製造する場合も共に、バインダとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を使用するが、これに限られるものではない。
【００３９】
溶媒は、電極材を溶かす液体である。本実施形態では、正極混練物を製造する場合も負極混練物を製造する場合も共に、溶媒としてＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を使用するが、これに限られるものではない。
【００４０】
塗布装置３０は、混練装置２０で製造された電極混練物２１を金属箔１４の表面に塗布する装置であって、ギヤポンプ３１と、スリットダイ３２と、を備える。
【００４１】
ギヤポンプ３１は、混練装置２０とスリットダイ３２との間に設けられ、混練装置２０で製造された電極混練物２１を加圧してスリットダイ３２へ送り込む。
【００４２】
スリットダイ３２は、先端部に形成されたスリット３３を介して電極混練物２１を吐出し、搬送途中の金属箔１４の表面に電極混練物２１を塗布する。スリットダイ３２は、金属箔１４の搬送方向に所定の間隔を空けて電極混練物２１を塗布する。
【００４３】
乾燥装置４０は例えば熱風乾燥炉であり、金属箔搬送経路に設けられる。乾燥装置４０は、装置内の温度を所定温度に保ちつつ電極混練物２１に熱風を吹き付け、電極混練物２１中の溶媒を揮発させて、金属箔上に固形分１００％の電極層２２を形成する。これにより、金属箔１４と電極層２２とからなる幅広のシート電極２３が形成される。
【００４４】
プレス切断装置５０は、乾燥装置４０よりも下流側の金属箔搬送経路に設けられて、乾燥装置４０から出てきたシート電極２３を押圧しながらそのシート電極２３を金属箔搬送方向に３分割に切断する装置である。プレス切断装置５０によって３分割されたシート電極２３のそれぞれが個別に巻取ロール１２によって巻き取られることで、シート電極２３をロール状に巻いたロール電極が製造される。プレス切断装置５０の詳しい構成については図３を参照して説明する。
【００４５】
図３はプレス切断装置５０の拡大図である。図３（Ａ）は、プレス切断装置５０を図２と同様に金属箔搬送方向に直行する方向から見た側面図であり、図３（Ｂ）は、プレス切断装置５０を金属箔搬送方向から見た正面図である。
【００４６】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、プレス切断装置５０は、シート電極２３を介して対向するように設けられた２つのトリミングローラ５１を備える。
【００４７】
トリミングローラ５１は、シート電極２３を押圧する円柱状のローラ部５２と、ローラ部５２の表面に周方向に沿って設けられてシート電極２３を切断する４枚の円環状の切断刃５３と、を備える。
【００４８】
ローラ部５２は、シート電極２３を表裏両面から挟むようにして押圧することでシート電極２３の電極層２２の厚み（嵩密度）を調節するとともに、切断時に発生したバリやかえりを押さえ込む。
【００４９】
切断刃５３は、刃先５３１の角度が鋭角となるように２つの傾斜する刃面５３２を交差させて構成される。対向する２つのトリミングローラ５１の切断刃５３は、ローラ部５２によるシート電極２３の押圧時にそれぞれの刃先５３１が互いに接触するように形成される。これにより、ローラ部５２によってシート電極２３を押圧しながら、切断刃５３によってシート電極２３を金属箔搬送方向に沿って切断することができる。
【００５０】
図４は、本実施形態によるプレス切断装置５０によってシート電極２３が切断される過程を示した図である。
【００５１】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、シート電極２３を挟むためにトリミングローラ５１をシート電極２３へ向けて移動させると、まず切断刃５３の刃先５３１がシート電極２３に徐々に挿し込まれていく。これにより、トリミングローラ５１による押圧方向に対して直交する方向にシート電極２３が押し込まれながら切断されていく。
【００５２】
そして、最終的には図４（Ｃ）に示すように、トリミングローラ５１のローラ部５２によってシート電極２３を押圧しながら、切断刃５３の刃先５３１同士を接触させてシート電極２３を完全に切断する。
【００５３】
このように、本実施形態によれば、トリミングローラ５１のローラ部５２によってシート電極２３を押圧しながら、そのシート電極２３を切断刃５３によって切断することができる。
【００５４】
これにより、切断後のシート電極２３の切断面にバリやかえりが発生するのを抑制できる。つまり、シート電極２３を切断して製造されたロール電極を適宜加工して製造される電極に、バリやかえりが存在している可能性が低くなる。そのため、電極（正極４又は負極６）とセパレータ５とを順次積層して蓄電要素２を構成するときに、電極のバリやかえりがセパレータ５を破って電極同士が短絡してしまうのを抑制できる。
【００５５】
また、切断によるバリやかえりの発生を抑制することができるため、バリやかえりを無くすためだけに切断後のシート電極２３をさらに別途設けたプレス装置等によって押圧する必要がない。そのため、製造工数や設備投資額を減らすことができる。
【００５６】
また、シート電極２３が、押圧方向と直交する方向、すなわちシート電極２３の電極層が圧縮される方向に押し込まれるため、電極層の密度が上がり、金属箔から電極層が滑落するのを抑制できる。
【００５７】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【００５８】
例えば、図５（Ａ）から図５（Ｃ）に示すように、一方のトリミングローラ５１の切断刃５３を、他方のトリミングローラ５１の切断刃５３に対してトリミングローラ５１の軸方向にオフセットさせ、刃面５３２同士を接触させてシート電極２３を切断しても良い。このようにしても、トリミングローラ５１のローラ部５２によってシート電極２３を押圧しながら、そのシート電極２３を切断刃５３によって押圧方向に対して略直交する方向に押し込みながら切断することができる。したがって、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００５９】
また、図６に示すように、切断刃５３の根元部５４に丸みを持たせ、シート電極２３のエッジに対して角取り処理を施しても良い。
【００６０】
また、上記実施形態では、２つのトリミングローラ５１の双方の切断刃５３を設けたが、一方にのみ切断刃５３を設けても良い。
【００６１】
また、上記実施形態では、切断刃５３の刃先５３１の高さを全て同じにしたが、ローラ部５２の両端の切断刃５３に比べて中央の切断刃５３の刃先５３１の高さを高くしても良い。
【００６２】
さらに、上記実施形態では、切断刃５３の数を４本としたが、切断刃５３の数はこれに限られるものではない。
【符号の説明】
【００６３】
１４    金属箔（集電体）
２１    電極混練物
２２    電極層
５２    ローラ部（ローラ）
５３    切断刃
５３１    刃先
５３２    刃面
【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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【図６】
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