(57)【要約】【課題】電極を予め定められた姿勢に維持すること。【解決手段】電極用カットサンプル作製装置２１は、容器２２と保持板３１とを備えている。容器２２は、有底筒状であり、円板状の底壁２３と、底壁２３の周縁から立設した円筒状の側壁２４とを有している。容器２２は、径方向に対向する内周面から容器２２の中心軸に向けて突出した形状の突出部２６を備える。各突出部２６は、容器２２の中心軸側から側壁２４の外面に向けて凹む溝部２７を有する。溝部２７は、底壁２３から開口部２５に至るまで延びている。保持板３１は、折り曲げられることで第１壁部３４と第２壁部によって試料１４を挟んで保持する。そして、この保持板３１が溝部２７に挿入されて、保持されることで試料１４の姿勢は維持される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底壁から側壁が立設するとともに、充填材が充填される有底筒状の容器を備え、前記充填材に埋設される電極をカットしたカットサンプルを作製するための電極用カットサンプル作製装置であって、
前記容器には、前記側壁の外面に向けて凹むとともに前記容器の開口部と前記底壁との間で延びる溝部が、互いに対向して一対設けられ、
互いに対向する第１壁部及び第２壁部の下端が底部で繋げられるとともに、前記第１壁部と前記第２壁部によって前記電極を挟んだ状態で保持する保持板を有し、該保持板は、前記底部の両端に挿入用端部を備え、それら挿入用端部が前記一対の溝部に挿入されることで、前記底部が前記底壁と接した状態で姿勢が保持される電極用カットサンプル作製装置。
【請求項２】
前記保持板には、前記電極を前記容器内に露出させる切欠が設けられている請求項１に記載の電極用カットサンプル作製装置。
【請求項３】
前記保持板には、前記第１壁部と前記第２壁部との間の領域に前記充填材を流入させるための流入孔が設けられている請求項１又は請求項２に記載の電極用カットサンプル作製装置。
【請求項４】
前記電極は、リチウムイオン二次電池に用いられる電極である請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の電極用カットサンプル作製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極用カットサンプル作製装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池などの蓄電装置に用いられる電極は、金属箔の両面の少なくとも一方に活物質層を備える。二次電池の製造工程の中には、製造された電極の検査工程が含まれる。電極の検査工程では、活物質層の密度の検査や、導電材が活物質層に均一に分散しているかが検査される。これらの検査は、活物質層を含むように電極を切断した断面を分析することで行われるが、研磨に伴う活物質の脱落などを抑止するため、樹脂などの充填材に電極を埋設したサンプルを切断したカットサンプルが用いられる。
【０００３】
この種のカットサンプルを製造する装置としては、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１では、筒状の容器に予め定められた姿勢で試料を収容して、容器内に充填材を注入している。充填材が硬化することで試料が充填材に埋設される。そして、充填材に埋設された電極を切断することでカットサンプルを得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−５４３４３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、カットサンプル（電極）の断面の分析や、観察においては、その断面を得るために電極がどのような角度で切断されたかが重要になる。電極が充填材に埋設されると、充填材内の電極を視認することが困難になる。このため、充填材に埋設された電極を切断するときには、試料が容器に収容されたときの姿勢に維持されているとみなして電極の切断を行う。この際、電極が予め定められた姿勢のまま維持されていれば、電極は所定の角度で切断される。一方で、充填材が硬化するまでの間などに電極が予め定められた姿勢から傾くと、電極は所定の角度で切断されず、分析の精度が低下する原因となる。
【０００６】
本発明の目的は、電極を予め定められた姿勢に維持することができる電極用カットサンプル作製装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する電極用カットサンプル作製装置は、底壁から側壁が立設するとともに、充填材が充填される有底筒状の容器を備え、前記充填材に埋設される電極をカットしたカットサンプルを作製するための電極用カットサンプル作製装置であって、前記容器には、前記側壁の外面に向けて凹むとともに前記容器の開口部と前記底壁との間で延びる溝部が、互いに対向して一対設けられ、互いに対向する第１壁部及び第２壁部の下端が底部で繋げられるとともに、前記第１壁部と前記第２壁部によって前記電極を挟んだ状態で保持する保持板を有し、該保持板は、前記底部の両端に挿入用端部を備え、それら挿入用端部が前記一対の溝部に挿入されることで、前記底部が前記底壁と接した状態で姿勢が保持される。
【０００８】
これによれば、保持板は、底部が容器の底壁に接することで溝部への挿入方向での移動が規制され、溝部への挿入方向での位置決めがされる。また、保持板は、一対の溝部に挿入されることで姿勢が保持される。したがって、保持板に挟まれた電極も保持板とともに姿勢が保持されることになる。この状態で容器内に充填材を充填することで、予め定められた姿勢に電極が維持された状態で充填材を充填できるので、電極が傾くことが抑制される。
【０００９】
上記電極用カットサンプル作製装置について、前記保持板には、前記電極を前記容器内に露出させる切欠が設けられていてもよい。
これによれば、充填材が電極に接しやすい。このため、第１壁部と第２壁部との間に充填材が流入しにくい場合であっても、電極を充填材に埋設させることができる。
【００１０】
上記電極用カットサンプル作製装置について、前記保持板には、前記第１壁部と前記第２壁部との間の領域に前記充填材を流入させるための流入孔が設けられていてもよい。
これによれば、第１壁部と第２壁部との間の領域に充填材が流入しやすく、電極を充填材に埋設させやすい。
【００１１】
上記電極用カットサンプル作製装置について、前記電極は、リチウムイオン二次電池に用いられる電極であってもよい。
リチウムイオン二次電池に用いられる電極は、他の二次電池に用いられる電極に比べて薄い。このため、充填材が硬化するまえに傾きやすい（倒れやすい）。電極を挟んだ保持板を溝部に保持させることで、電極が薄くても傾きを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電極を予め定められた姿勢に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】電極の斜視図。
【図２】カットサンプル作製装置の斜視図。
【図３】保持板の斜視図。
【図４】カットサンプル作製装置の平面図。
【図５】カットサンプルの作製方法を説明するための図。
【図６】カットサンプルの断面図。
【図７】変形例の保持板の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、電極用カットサンプル作製装置の一実施形態について説明する。
二次電池は、図示しないが、外観が角型をなす角型電池であり、リチウムイオン電池である。二次電池は、ケース内に電極組立体を備える。電極組立体は、複数の正極の電極と、複数の負極の電極とが、両者の間をセパレータで絶縁した状態で交互に積層されて構成されている。
【００１５】
図１に示すように、正極及び負極の電極１１は、それぞれ集電体である矩形状の金属箔１２（正極はアルミニウム箔、負極は銅箔）の両面に活物質層１３を備える。電極１１を製造するときには、長尺の帯状金属箔の両面に活物質合剤を塗布した後、活物質合剤を乾燥させることで帯状金属箔の両面に活物質層１３が形成される。なお、活物質合剤としては、活物質、導電剤、バインダ、及び溶媒を混練したものが用いられる。更に、活物質層１３を加圧することで、活物質層１３の密度を向上させて電極材料を得る。そして、電極材料を所定の形状に打ち抜くことで電極１１が製造される。電極１１を製造した後には、電極１１の検査が行われる。電極１１の検査は、電極１１の一部を試料１４として切り取り、この試料１４を用いて製造したカットサンプルの断面を分析する。なお、説明の便宜上、図１では試料１４（電極１１）の厚みを誇張して表現している。
【００１６】
図２に示すように、電極用カットサンプル作製装置２１は、容器２２と保持板３１とを備えている。
容器２２は、有底筒状であり、円板状の底壁２３と、底壁２３の周縁から立設した円筒状の側壁２４とを有している。容器２２は、その内部に保持板３１を挿入するための開口部２５を有する。容器２２は、径方向に対向する内周面から容器２２の中心軸に向けて突出した形状の突出部２６を備える。各突出部２６は、底壁２３から開口部２５まで延びる板状である。
【００１７】
各突出部２６は、容器２２の中心軸側から側壁２４の外面に向けて凹む溝部２７を有する。溝部２７は、底壁２３から開口部２５に至るまで延びている。すなわち、突出部２６の長手方向全体に亘って設けられている。なお、以下の説明において、溝部２７が中心軸から側壁２４の外面に向けて凹む方向に沿う寸法を溝部２７の深さ、溝部２７が底壁２３と開口部２５との間で延びる方向に沿う寸法を溝部２７の長さ、溝部２７が凹む方向及び延びる方向に直交する方向に沿う寸法を溝部２７の幅として説明する。
【００１８】
図３に示すように、保持板３１は、折り曲げ可能な１枚の金属板である。保持板３１は、折り曲げられていない状態で矩形状である。保持板３１の短手方向の寸法は、各突出部２６間の最短寸法よりも長く、各溝部２７の最深部間の寸法よりも短い。
【００１９】
折り曲げられていない状態の保持板３１の長手方向及び短手方向の中心には、保持板３１を貫通する切欠３２が設けられている。切欠３２は、矩形状であり、短手方向が保持板３１の短手方向と同一方向であり、長手方向が保持板３１の長手方向と同一方向である。
【００２０】
保持板３１は折り筋３３を備え、折り筋３３は長手方向の中央に位置し、かつ、短手方向両端部３１ａの間で直線状に延びる。そして、保持板３１は、保持板３１を二分する折り筋３３を基点として折り曲げられる。保持板３１が折り筋３３を基点として折り曲げられることで、折り筋３３を底部として、互いに対向する第１壁部３４と第２壁部３５とが形成される。折り筋３３によって第１壁部３４の下端と第２壁部３５の下端とが繋がれているともいえる。保持板３１が折り曲げられた状態では、切欠３２も二分され、第１壁部３４と第２壁部３５の両方に跨って位置する。
【００２１】
図４に示すように、保持板３１は、折り曲げられることで形成される第１壁部３４と第２壁部３５によって試料１４を挟んで保持する。第１壁部３４と第２壁部３５において、試料１４を挟んで折り曲げられた状態で対向する面を内面とし、内面とは反対側の面を外面とすると、保持板３１は、第１壁部３４の内面と第２壁部３５の内面との離間距離が極力近くなるように折り曲げられる。また、保持板３１が折り曲げられた状態で第１壁部３４と第２壁部３５の外面間の距離の最も長い部分は、各溝部２７の幅よりも僅かに小さい。
【００２２】
次に、上記した電極用カットサンプル作製装置２１を用いたカットサンプルの作製方法について説明する。
まず、電極１１の一部を切り取り、試料１４とする。電極１１から試料１４を切り取る際には、少なくとも一辺が直線状となり、かつ、当該一辺の長さが折り筋３３の延びる方向（短手方向）への切欠３２の長さよりも長くなるようにする。本実施形態において、試料１４は四角状に切り取られる。
【００２３】
次に、切り取った試料１４を第１壁部３４と第２壁部３５によって挟み込む。このとき、試料１４の一辺を折り筋３３に沿わせる。これにより、試料１４の一部が切欠３２の外部に露出する。また、試料１４の一辺を折り筋３３に沿わせることで、試料１４が面に沿う方向に傾くことが規制されている。更に、試料１４は、第１壁部３４と第２壁部３５によって挟まれているため、面に直交する方向に傾くことも規制されている。このため、試料１４は、保持板３１に保持される。
【００２４】
次に、保持板３１を容器２２内に挿入する。このとき、折り筋３３側から容器２２への挿入を行う。また、保持板３１の短手方向両端部（第１壁部３４及び第２壁部３５における折り筋３３と交わる両端部）３１ａが、一対の溝部２７に挿入されるようにする。すなわち、本実施形態において、挿入用端部は、折り筋３３の両端に位置する端部となる保持板３１の短手方向両端部３１ａとなる。そして、保持板３１の折り筋３３が底壁２３に接するまで保持板３１を挿入する。
【００２５】
保持板３１は、底壁２３に接することで容器２２への挿入方向での位置決めがされ、また、突出部２６によって支持されることで、底壁２３に対して垂直な姿勢が保持されている。したがって、保持板３１に保持されている試料１４についてもその姿勢が保持されている。試料１４は、保持板３１とともに底壁２３に対して垂直、あるいは、略垂直の状態に維持される。
【００２６】
次に、図５に示すように、容器２２内に充填材４１を流し込む。本実施形態の充填材４１は、樹脂（例えば、エポキシ樹脂）に硬化剤を混合した液状の充填材であり、時間経過によって硬化する。容器２２内に流し込まれた充填材４１は、切欠３２や、突出部２６（溝部２７）と保持板３１との間の隙間から、第１壁部３４と第２壁部３５との間にも流入する。そして、充填材４１が硬化することで、充填材４１に試料１４が埋設される。
【００２７】
次に、充填材４１に埋設された試料１４を容器２２とともに切断する。本実施形態では、試料１４に対して水平に、すなわち、容器２２の径方向に試料１４を切断する。また、試料１４において、容器２２内に露出した部分が切断されるようにする（切欠３２が設けられた部分）。これにより、図６に示すようなカットサンプル４２を得ることができる。
【００２８】
次に、カットサンプル４２の断面を研磨して、この断面の分析を行う。断面の分析は、例えば、拡大ＣＣＤカメラによって撮像された断面の画像を、分析装置などによって分析することで行われる。この結果、活物質層１３の密度が低かったり、導電材が偏って分散している場合など、試料１４に異常が生じている場合には、当該試料１４と同一ロットの電極１１は廃棄する。
【００２９】
したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）電極用カットサンプル作製装置２１は、容器２２と保持板３１とを備えている。保持板３１は、折り曲げられることで第１壁部３４と第２壁部３５によって試料１４を挟んで保持しつつ、折り筋３３によって試料１４を下方から支持する。そして、この保持板３１の短手方向両端部３１ａが折り筋３３側から溝部２７に挿入されて、折り筋３３の両端部が保持されることで試料１４の姿勢は維持される。この状態で充填材４１を容器２２に流し込むことで、試料１４が傾くことが抑制された状態で試料１４を充填材４１に埋設することができる。
【００３０】
（２）保持板３１に切欠３２を設けて、容器２２内に試料１４が露出するようにしている。このため、突出部２６と保持板３１の短手方向両端部３１ａとの隙間が少なく、第１壁部３４と第２壁部３５との間の領域に充填材４１が流入しにくかったとしても、充填材４１に試料１４を露出させた状態にさせることができる。
【００３１】
（３）また、切欠３２を設けることで、カットサンプル４２の断面における保持板３１の面積が少なくなる。保持板３１は、金属板であり、充填材４１に比べて研磨しにくい。断面における保持板３１の面積が少なくなることで、カットサンプル４２の断面の研磨が容易になる。
【００３２】
（４）電極１１は、リチウムイオン二次電池に用いられる。リチウムイオン二次電池に用いられる電極１１は、鉛蓄電池に用いられる電極や、ニッケル水素二次電池に用いられる電極など、他の二次電池に用いられる電極に比べて薄い。このため、リチウムイオン二次電池の電極１１は、保持板３１がない状態で底壁２３に載置したときに倒れやすく、傾きやすい。本実施形態のように。保持板３１を用いることで、リチウムイオン二次電池の電極１１であっても、傾きを抑制することができる。
【００３３】
なお、実施形態は、以下のように変更してもよい。
○図７に示すように、保持板３１には、保持板３１を貫通する流入孔３７が設けられていてもよい。この流入孔３７は、試料１４を挟んだときに試料１４と対向しない位置に設けられる。そして、充填材４１が容器２２に流し込まれたときには、第１壁部３４と第２壁部３５との間の領域に流入孔３７から充填材４１が流入する。したがって、突出部２６と保持板３１との間の隙間が少ない場合であっても、第１壁部３４と第２壁部３５との間の領域に充填材４１を流入させやすい。なお、流入孔３７の形状は、図７に示すように、長孔であってもよいし、真円や、四角形状など、どのような形状でもよい。
【００３４】
○切欠３２は、設けられていなくてもよい。この場合であっても、保持板３１と突出部２６との隙間から第１壁部３４と第２壁部３５との間に充填材４１が流入することで、試料１４が充填材４１に埋設される。また、この場合、上記した流入孔３７を保持板３１に設けることで、第１壁部３４と第２壁部３５との間への充填材４１の流入を促進することができる。
【００３５】
○突出部２６は設けられていなくてもよく、溝部２７は側壁２４に設けられていてもよい。すなわち、側壁２４の内面から側壁２４の外面に向けて凹む溝部２７が設けられていてもよい。
【００３６】
○切欠３２は、円形状など矩形状でなくてもよい。また、切欠３２は、第１壁部３４と第２壁部３５とで開口面積が異なっていてもよい。
○保持板３１は、試料１４を保持することができれば、矩形状以外の形状であってもよい。例えば、円形状などでもよい。
【００３７】
○切欠３２は、円形状などでもよい。
○保持板３１は、第１壁部と第２壁部の下端を溶接などによって繋げることで構成されていてもよい。
【００３８】
○容器２２の形状は、適宜変更してもよい。例えば、底壁２３は、平板状であってもよいし、傾斜していてもよい。すなわち、折り筋３３の少なくとも一部が接することで、容器２２への挿入方向での位置決めがされれば、どのような形状でもよい。また、側壁２４は、四角筒状などであってもよい。
【００３９】
○電極１１の一部を切断して、電極１１の一部からカットサンプル４２を作製したが、１つの電極１１の全てを用いてカットサンプルを作製してもよい。
○電極１１は、リチウムイオン二次電池以外の蓄電装置に用いられる電極であってもよい。例えば、キャパシタや、ニッケル水素二次電池に用いられる電極であってもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１１…電極、１４…試料、２１…電極用カットサンプル作製装置、２２…容器、２３…底壁、２４…側壁、２５…開口部、２７…溝部、３１…保持板、３２…切欠、３３…折り筋、３４…第１壁部、３５…第２壁部、４１…充填材、４２…カットサンプル。
【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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【図７】
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