レーザー透過部材の切断方法及び切断装置並びに電極製造方法
【課題】通常はレーザーカットできない素材であっても、カットが可能になって量産性に優れるレーザー透過部材の切断方法及び切断装置並びに電極製造方法を提供する。
【解決手段】レーザー切断可能部材に設けられたレーザー透過部材を切断する方法であって、レーザー透過部材が設けられた領域のレーザー切断可能部材にレーザーを照射する照射工程＃１０１と、照射工程＃１０１でレーザーが照射された軌跡を挟んで広がる２つの領域に力を加えて引き離す切断工程＃１０２と、を含む。
【解決手段】レーザー切断可能部材に設けられたレーザー透過部材を切断する方法であって、レーザー透過部材が設けられた領域のレーザー切断可能部材にレーザーを照射する照射工程＃１０１と、照射工程＃１０１でレーザーが照射された軌跡を挟んで広がる２つの領域に力を加えて引き離す切断工程＃１０２と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザー透過部材の切断方法及び切断装置並びに電極製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、素材をレーザーカットしてリチウム二次電池用の電極を製造する手法を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２８９１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本件発明者らも素材をレーザーカットして電池用の電極を製造する手法を開発している。そして本件発明者らが開発を進めていくなかで、素材(被切断物)の材料によっては、何らかの工夫をしなければうまくカットできない場合があることが知見された。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、本発明の目的は、通常はレーザーカットできない素材であっても、カットが可能になって量産性に優れるレーザー透過部材の切断方法及び切断装置並びに電極製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。
【０００７】
本発明は、レーザー切断可能部材に設けられたレーザー透過部材を切断する方法である。そして前記レーザー透過部材が設けられた領域のレーザー切断可能部材にレーザーを照射する照射工程と、前記照射工程でレーザーが照射された軌跡を挟んで広がる２つの領域に力を加えて引き離す切断工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、レーザーが照射された軌跡を挟んで広がる２つの領域に力を加えることで、両領域を引き離して切断することができ、通常はレーザーカットできない素材であっても、カットが可能になって量産性に優れる。
【０００９】
本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、リチウムイオン二次電池を説明する図である。
【図２】図２は、量産性に優れる電極製造方法を説明する図である。
【図３】図３は、電極素材シートから電極を製造するためのカットラインを示す図である。
【図４】図４は、レーザー照射の推奨条件を示すマップである。
【図５】図５は、レーザー透過部材切断装置の概要を示す図である。
【図６】図６は、レーザーヘッドの詳細図である。
【図７】図７は、切断台の構造及び作動を説明する図である。
【図８】図８は、レーザー及び切断台の作動タイミングチャートである。
【図９】図９は、切断台の可動部の作動を説明する図である。
【図１０】図１０は、カットラインIIにおける切断の状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
最初に本発明の理解を容易にするために、発明者らの技術着想について説明する。
【００１２】
図１はリチウムイオン二次電池を説明する図であり、図１(Ａ)はリチウムイオン二次電池のセルパックの外観を示す斜視図、図１(Ｂ)はセルパックに収納される単位電池の平面図である。
【００１３】
ここでは、電池としてリチウムイオン二次電池を一例に取り上げて説明する。
【００１４】
リチウムイオン二次電池のセルパック１０は、外装材１１に、所定数積層されて電気的に接続された単位電池１２が内蔵されている。なお単位電池１２については図１(Ｂ)を参照して後述する。また図示を省略するが、このリチウムイオン二次電池のセルパック１０が所定数積層されて、アルミニウムなどで形成されたボックス(筐体)に納められてリチウムイオン二次電池パッケージになる。
【００１５】
外装材１１は、積層された単位電池１２を収容する。外装材１１の材料は種々考えられるが、たとえば、アルミニウムをポリプロピレンフィルムで被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルムのシート材がある。外装材１１は、まずはじめに積層された単位電池１２を収容した状態で、一辺が開口するように三辺が熱融着される。そして電解液が注液された後に残りの一辺も熱融着される。外装材１１は、単位電池１２の電力を外部に取り出すための正極タブ１１１ａ及び負極タブ１１１ｂを備える。
【００１６】
正極タブ１１１ａは、一端が外装材１１の内部で正極集電部に接続され、他端が外装材１１の外に出る。
【００１７】
負極タブ１１１ｂは、一端が外装材１１の内部で負極集電部に接続され、他端が外装材１１の外に出る。
【００１８】
図１(Ｂ)に示されるように、単位電池１２は、正極１２１ａと、負極１２１ｂと、セパレーター１２２と、を含む。
【００１９】
セパレーター１２２は、流動性のある電解質(電解液)を保持する電解質層である。セパレーター１２２は、ポリアミド製不織布，ポリエチレン不織布，ポリプロピレン不織布，ポリイミド不織布，ポリエステル不織布，アラミド不織布などの不織布である。また、セパレーター１２２は、フィルムが延伸されて細孔が形成された微多孔膜フィルムでもよい。このようなフィルムは、既存のリチウムイオン電池用セパレーターとして使用される。またポリエチレン，ポリプロピレン，ポリイミドフィルムやあるいはこれらを積層したものであってもよい。セパレーター１２２の厚さは、特には限定されない。しかしながら、薄いほうが電池がコンパクトになる。そこでセパレーター１２２は、性能を確保できる範囲で、できるだけ薄いことが望ましい。一般的にはセパレーター１２２の厚さは１０〜１００μｍ程度である。ただし一定厚でなくてもよい。
【００２０】
電解質(電解液)は、たとえば、ポリマー骨格中に数重量％〜９９重量％程度電解液を保持させたゲル電解質である。特に高分子ゲル電解質がよい。高分子ゲル電解質は、たとえば、イオン導伝性を有する固体高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものである。また、リチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を保持させたものでもよい。
【００２１】
高分子ゲル電解質は、高分子電解質１００％でできたもの以外のものであって、電解液をポリマー骨格に含ませたものであればよい。特に、電解液とポリマーとの比率（質量比）は、２０：８０〜９８：２程度が好ましい。このような比率であれば、電解質による流動性と、電解質としての性能と、が両立される。
【００２２】
ポリマー骨格は、熱硬化性ポリマー及び熱可塑性ポリマーのいずれでもよい。具体的には、たとえば、ポリエチレンオキシドを主鎖又は側鎖に持つ高分子(ＰＥＯ)，ポリアクリロニトリル(ＰＡＮ)，ポリメタクリル酸エステル，ポリフッ化ビニリデン(ＰＶＤＦ)，ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体(ＰＶＤＦ−ＨＦＰ)，ポリメチルメタクリレート(ＰＭＭＡ)などである。ただし、これらに限られない。
【００２３】
高分子ゲル電解質に含まれる電解液(電解質塩及び可塑剤)は、通常リチウムイオン電池で用いられるものである。たとえば、ＬｉＰＦ6，ＬｉＢＦ4，ＬｉＣｌＯ4，ＬｉＡｓＦ6，ＬｉＴａＦ6，ＬｉＡｌＣｌ4，Ｌｉ2Ｂ10Ｃｌ10等の無機酸陰イオン塩、ＬｉＣＦ3ＳＯ3，Ｌｉ(ＣＦ3ＳＯ2)2Ｎ，Ｌｉ(Ｃ2Ｆ5ＳＯ2)2Ｎ等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも１種類のリチウム塩(電解質塩)を含み、プロピレンカーボネート，エチレンカーボネート等の環状カーボネート類である。ジメチルカーボネート，メチルエチルカーボネート，ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類でもよい。テトラヒドロフラン，２−メチルテトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジブトキシエタン等のエーテル類でもよい。γ−ブチロラクトン等のラクトン類でもよい。アセトニトリル等のニトリル類でもよい。プロピオン酸メチル等のエステル類でもよい。ジメチルホルムアミド等のアミド類でもよい。酢酸メチル及び蟻酸メチルの中から選ばれる少なくとも１種類以上を混合した非プロトン性溶媒等の有機溶媒(可塑剤)を用いたものでもよい。ただし、これらに限られない。
【００２４】
正極１２１ａは、正極集電箔と、その両面に形成された正極活物質層と、を有する。正極１２１ａは、セパレーター１２２の一方の面(図１(Ｂ)ではセパレーター１２２の下面)に配置される。
【００２５】
正極集電箔は、たとえば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金などによる箔である。正極集電箔の厚さは、特に限定されないが、通常は１〜１００μｍ程度である。
【００２６】
正極活物質層の正極活物質は、特にリチウム−遷移金属複合酸化物が好ましい。具体的には、たとえば、スピネルＬｉＭｎ2Ｏ4などのＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物，ＬｉＣｏＯ2などのＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物，ＬｉＮｉＯ2などのＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物，ＬｉＦｅＯ2などのＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物などである。また、ＬｉＦｅＰＯ4などの遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物でもよい。さらに、Ｖ2Ｏ5，ＭｎＯ2，ＴｉＳ2，ＭｏＳ2，ＭｏＯ3などの遷移金属酸化物や硫化物でもよい。また、ＰｂＯ2，ＡｇＯ，ＮｉＯＯＨなどでもよい。このような正極活物質は、電池容量、出力特性に優れた電池を構成できる。
【００２７】
正極活物質の粒径は、正極材料をペースト化してスプレーコートなどによって製膜できる程度であればよいが、小さいほうが電極抵抗を低減できる。具体的には、正極活物質の平均粒径が０．１〜１０μｍであるとよい。
【００２８】
正極活物質は、この他にもイオン伝導性を高めるために、電解質，リチウム塩，導電助剤などを含んでもよい。導電助剤は、一例を挙げれば、アセチレンブラック，カーボンブラック，グラファイトなどである。
【００２９】
正極活物質，電解質(好ましくは固体高分子電解質)，リチウム塩，導電助剤の配合量は、電池の使用目的(出力重視，エネルギー重視など)、イオン伝導性が考慮されて設定される。たとえば、電解質、特に固体高分子電解質の配合量が過少であると、活物質層内でのイオン伝導抵抗やイオン拡散抵抗が大きくなり、電池性能が低下する。一方、電解質、特に固体高分子電解質の配合量が過多であると、電池のエネルギー密度が低下する。したがって、これらが考慮されて、具体的な配合量が設定される。正極活物質層の厚さは、特には限定されない。電池の使用目的(出力重視，エネルギー重視など)、イオン伝導性などが考慮されて設定される。一般的な正極の厚さは１〜５００μｍ程度である。
【００３０】
負極１２１ｂは、負極集電箔と、その両面に形成された負極活物質層と、を有する。負極１２１ｂは、セパレーター１２２のもう一方の面(図１(Ｂ)ではセパレーター１２２の上面)に配置される。
【００３１】
負極集電箔は、正極集電箔と同じものを使用しても、別のものを使用してもよい。
【００３２】
負極活物質層の負極活物質は、具体的には、金属酸化物，リチウム−金属複合酸化物金属，カーボン，チタン酸化物，リチウム−チタン複合酸化物などである。特に、カーボン，遷移金属酸化物，リチウム−遷移金属複合酸化物が好ましい。なかでもカーボン又はリチウム−遷移金属複合酸化物は、電池を高電池容量化、高出力化できる。これらが１種単独で用いられてもよいし、２種以上併用されてもよい。
【００３３】
このような単位電池１２が所定数積層されて各正極集電箔がひとつに集合されて電気的に並列接続される。この集合部分が正極集電部であり、この正極集電部に正極タブ１１１ａが接続される。また各負極集電箔がひとつに集合されて電気的に並列接続される。この集合部分が負極集電部であり、この負極集電部に負極タブ１１１ｂが接続される。
【００３４】
正極１２１ａ及び負極１２１ｂは、セパレーター１２２を挟むように配置されるが、万一、位置がズレると、正極１２１ａ及び負極１２１ｂが短絡するおそれがある。特に、正極１２１ａ及び負極１２１ｂが交差する図１(Ｂ)に一点破線円で囲んだＡ部で短絡するおそれがある、ということが本件発明者らによって知見された。そこで本件発明者らは、少なくとも正極１２１ａ及び負極１２１ｂのいずれか一方の電極のＡ部を含む領域に絶縁性の粘着テープを貼付することを着想した。なおこの絶縁性の粘着テープは、正極１２１ａ及び負極１２１ｂの短絡を防止するものなので、いずれか一方に貼付すればよいし両方に貼付してもよい。また以下の説明では、正極／負極に特定せず、電極として説明する。
【００３５】
図２は、量産性に優れる電極製造方法を説明する図である。
【００３６】
具体的な種々の手法を検討していくなかで、本件発明者らは、量産性を考慮して、絶縁性の粘着テープ１２１３を電極素材シート１２１０に貼付した状態でレーザーを照射してカットすることで電極を製造する手法に想到した。なお電極素材シート１２１０は、電極集電箔１２１１の所定領域に電極活物質層１２１２が形成されている。また絶縁性の粘着テープ１２１３は、たとえばポリプロピレン(polypropylene；ＰＰ)などの樹脂テープである。
【００３７】
電極素材シート１２１０に、樹脂テープ１２１３を貼付した状態が図２に示されている。図２(Ｂ)から判るように、電極集電箔１２１１の所定領域に電極活物質層１２１２が形成されている。そして樹脂テープ１２１３は、電極集電箔１２１１に形成された電極活物質層１２１２と、電極活物質層１２１２が形成されていない電極集電箔１２１１と、を跨いで貼付されている。
【００３８】
図３は、電極素材シートから電極を製造するためのカットラインを示す図である。
【００３９】
上述のように、本件発明者らは、量産性を考慮して、樹脂テープ１２１３を電極素材シート１２１０に貼付した状態でレーザーを照射してカットすることで電極を製造する手法に想到した。樹脂テープ１２１３が貼付された電極素材シート１２１０を、一点破線で示したカットラインに沿ってカットする。このようにすれば、量産性に優れた手法で所望の電極１２１を製造できる。
【００４０】
しかしながら、樹脂テープ１２１３は、レーザーを透過してしまうので、何らかの工夫をしなければ、うまくカットできないことが本件発明者らによって知見された。
【００４１】
すなわち、図３のカットラインＩ及びカットラインIIに存在する樹脂テープ１２１３はレーザーを透過してしまうので、何らかの工夫をしなければ、カットできない。なおカットラインIIIには、樹脂テープ１２１３が貼付されておらず、電極集電箔１２１１が露出している。したがってここについては通常の方法でレーザーカットできる。
【００４２】
そこで発明者らは、種々の実験を繰り返し、カットラインＩについては、樹脂テープ１２１３が貼付された電極活物質層１２１２に所定のパワー密度のレーザーを照射することで電極活物質に含有される成分が蒸発し、この蒸発ガスの熱や圧力などによって樹脂テープ１２１３が切断されることを見いだした。一方カットラインIIについては、図３(Ｂ)に示されているように、樹脂テープ１２１３が電極活物質層１２１２ではなく電極集電箔１２１１に貼付されている。そのため、電極活物質層の蒸発現象が生じないため、樹脂テープ１２１３はカットされない。しかしながら、レーザーカットされるときの電極集電箔１２１１の熱を受けて、樹脂テープ１２１３も所々溶融し、強度が弱まることが見いだされた。この状態でカットライン(レーザー照射軌跡)を挟んだ電極１２１及び余剰部材１２５を保持して両者を引き離すことで、カットラインIIにおける樹脂テープ１２１３を切断することができる。ただしレーザーからの入熱量が小さすぎると、樹脂テープ１２１３の強度が弱まらない。またレーザーからの入熱量が大きすぎると、電極集電箔１２１１が過剰にカットされてしまう。このようなことから図４に示すような推奨条件マップを得た。この図４を用いれば、カットライン(レーザー照射軌跡)を挟んだ電極１２１及び余剰部材１２５を引き離すことが可能な強度から、レーザーの出力及び切断速度を求めることができる。なおカットラインＩについても上記所定のパワー密度よりも小さいレーザーを照射することで、樹脂テープ１２１３が所々溶融して強度が弱まるものの切断はされない状態になる。このような状態でカットライン(レーザー照射軌跡)を挟んだ電極１２１及び余剰部材１２５を保持して両者を引き離すことで、カットラインＩにおける樹脂テープ１２１３を切断することも可能である。
【００４３】
以下では、このような技術思想を具現化するレーザー透過部材切断装置について説明する。
【００４４】
図５は、レーザー透過部材切断装置の概要を示す図である。
【００４５】
レーザー透過部材切断装置２０は、レーザー発振部２１と、レーザーヘッド２２と、レーザーヘッド位置決め部２３と、ワーク搬送台２４と、を含む。
【００４６】
レーザー発振部２１は、レーザーを発生させる。レーザーは、たとえば波長が１μｍ帯のレーザーである。このようなレーザーであれば電極素材シート１２１０を切断したときに発生する切り屑を少なくできる。したがって電池の内部に切り屑が残りにくくなる。また高速にカットできる。したがって量産性に優れる。なお、波長が１μｍ帯のレーザーとしては、ＹＡＧレーザーやファイバーレーザーがある。より具体的には、波長１．０７μｍシングルモードファイバーレーザーなどがある。
【００４７】
レーザーヘッド２２は、ファイバーケーブル２６１を介してレーザー発振部２１に接続される。レーザーヘッド２２は、レーザーを発射する。またレーザーヘッド２２は、ガスチューブ２６２を介してガス供給部２５に接続される。ガスチューブ２６２の途中には、電磁弁２６３が設けられており、ガスの供給又は停止を切り替えることができる。レーザーヘッド２２のその他の詳細については、後述する。
【００４８】
レーザーヘッド位置決め部２３は、レーザーヘッド２２を支持するとともに、前後方向(Ｘ方向)及び左右方向(Ｙ方向)にレーザーヘッド２２を移動させる。
【００４９】
ワーク搬送台２４は、電極素材シート１２１０を所定の位置まで搬送するとともに、レーザーカット時に位置がズレないように電極素材シート１２１０を保持する。具体的には、ワーク搬送台２４は、シート搬送コンベヤー２４１と、切断台２４２と、電極搬送コンベヤー２４３と、を含む。
【００５０】
シート搬送コンベヤー２４１は、電極素材シート１２１０を載置して搬送するベルトコンベヤーである。
【００５１】
切断台２４２は、シート搬送コンベヤー２４１で搬送されてきた電極素材シート１２１０を吸引して位置がズレないように保持する。この状態で、レーザーヘッド２２が電極素材シート１２１０にレーザーを照射する。なお切断台２４２は、固定部２４２１と、可動部２４２２と、を含む。固定部２４２１及び可動部２４２２のいずれにもエア吸引口が設けられている。可動部２４２２の作動については後述する。
【００５２】
電極搬送コンベヤー２４３は、切断台２４２において電極素材シート１２１０から切り出された電極１２１を載置して搬送するベルトコンベヤーである。
【００５３】
図６は、レーザーヘッドの詳細図である。
【００５４】
レーザーヘッド２２は、末端２２１にファイバーコネクターを備える。このファイバーコネクターにファイバーケーブル２６１が接続される。レーザーヘッド２２は、ファイバーコネクターからレーザーを取り入れる。レーザーヘッド２２は、先端２２２がノズルチップである。ノズルチップの先端口径は、一例を挙げるとφ０．８〜１．５ｍｍである。レーザーヘッド２２は、ノズルチップからレーザーを照射する。またレーザーヘッド２２は、ガス取り入れ部２２３を備える。このガス取り入れ部２２３にガスチューブ２６２が接続される。レーザーヘッド２２は、ガス供給部２５から供給されたガスを、ガス取り入れ口２２３から取り入れる。そしてこのガスは、ノズルチップの先端口からレーザーと同軸に噴射される。さらにレーザーヘッド２２は、カメラ２２４を備える。このカメラ２２４は、ノズルチップの先端口の位置確認用である。
【００５５】
図７は、切断台の構造及び作動を説明する図である。
【００５６】
上述のように、切断台２４２は、固定部２４２１と、可動部２４２２と、を含む。
【００５７】
固定部２４２１には、電極素材シート１２１０から切り出す電極１２１の外形形状に沿ってエア吸引口２４２１ａが設けられている。
【００５８】
可動部２４２２には、電極素材シート１２１０から除去する余剰部材１２５が載置される領域にエア吸引口２４２２ａが設けられている。また可動部２４２２は、軸方向がＸ軸方向(前後方向)であるピボット２４２２ｂを中心として、水平状態から下降する。
【００５９】
図８は、レーザー及び切断台の作動タイミングチャートである。
【００６０】
なおこのタイミングチャートは、各部の作動の前後関係を説明するにとどまり、横軸の一定間隔であっても一定時間を示すものではない。
【００６１】
タイミングｔ１までは、レーザーは停止している。また固定部２４２１はエア吸引を停止している。また可動部２４２２はエア吸引を停止しているとともに下降状態である。この状態でシート搬送コンベヤー２４１が電極素材シート１２１０を搬送する。可動部２４２２が下降状態であるので、電極素材シート１２１０を搬送しやすい。
【００６２】
電極素材シート１２１０が所定位置に到達したタイミングｔ１になったら、固定部２４２１及び可動部２４２２がエア吸引を開始する。そしてタイミングｔ２になったら可動部２４２２が水平状態にされる。これらによって電極素材シート１２１０が位置ズレを生じないように保持される。
【００６３】
タイミングｔ３になったら、レーザー照射を開始する。なおタイミングｔ３からタイミングｔ４までがカットラインＩに沿ったレーザー照射を示す。タイミングｔ４からタイミングｔ５までがカットラインIIに沿ったレーザー照射を示す。タイミングｔ５からタイミングｔ６までがカットラインIIIに沿ったレーザー照射を示す。なおこの工程が照射工程＃１０１であり、図９(Ａ−１)(Ａ−２)に示されている。
【００６４】
タイミングｔ７になったら、固定部２４２１がエア吸引を停止する。
【００６５】
タイミングｔ８になったら、可動部２４２２が下降する。これによって電極素材シート１２１０から余剰部材１２５が引き千切られる。なおこの工程が切断工程＃１０２であり、図９(Ｂ−１)(Ｂ−２)に示されている。
【００６６】
タイミングｔ９になったら、可動部２４２２がエア吸引を停止する。これによって余剰部材１２５が可動部２４２２から離れて下方に廃棄される。なおこの工程が廃棄工程＃１０３であり、図９(Ｃ−１)(Ｃ−２)に示されている。
【００６７】
図１０は、カットラインIIにおける切断の状態を説明する図である。なお上側が平面図、下側が縦断面図である。
【００６８】
図１０(Ａ)に示されるように、電極素材シート１２１０に対してカットラインIIに沿ってレーザーＬを照射すると、レーザーは樹脂テープ１２１３を透過し電極集電箔１２１１に吸収される。
【００６９】
そして図１０(Ｂ)に示されるように、電極集電箔１２１１は切断される。このとき樹脂テープ１２１３は電極集電箔１２１１の熱を受けて温度上昇して部分的には切断されるものの、架橋状に切れ残りが発生する。
【００７０】
しかしながら、強度が低下しているので、図１０(Ｃ)に示されるように、余剰部材１２５を引き離すと、図１０(Ｄ)に示されるように、余剰部材１２５が切断される。切断が完了すると、樹脂テープ１２１３は収縮して元に戻るので、切断面が過度に汚くなることはない。
【００７１】
レーザーを透過してしまう樹脂テープはレーザーカットできない。本実施形態では、樹脂テープが貼付された電極素材シート１２１０にレーザーを照射する。すると樹脂テープ１２１３は電極素材シート１２１０の熱を受けて温度上昇する。しかしながら、発生する熱量が小さいと、樹脂テープ１２１３は、部分的には切断されるものの、架橋状に切れ残りが発生してしまう。特に電極素材シート１２１０の電極集電箔１２１１のような金属箔では、レーザーの吸収度合いが少ないために発生熱量が小さい。そのため、そこに貼付された樹脂テープ１２１３が切断されにくい。そこで、本実施形態では、架橋状に切れ残った状態でカットライン(レーザー照射軌跡)を挟んだ電極１２１及び余剰部材１２５を保持して両者を引き離すようにした。このようにすることで、樹脂テープ１２１３を切断できるようになった。このように本実施形態によれば、レーザーを透過してしまってレーザーカットできない樹脂テープであっても、切断できるのである。そして樹脂テープを使用できるので、量産性に優れるのである。
【００７２】
なお樹脂テープ１２１３が貼付された電極活物質層１２１２に所定のパワー密度のレーザーを照射することで電極活物質に含有される成分が蒸発し、この蒸発ガスの熱や圧力などによって樹脂テープ１２１３が切断されるが、それよりも小さいレーザーを照射されたときには、樹脂テープ１２１３が所々溶融して強度が弱まるものの切断はされない状態になる。このような状態でカットライン(レーザー照射軌跡)を挟んだ電極１２１及び余剰部材１２５を保持して両者を引き離すことでも、樹脂テープ１２１３を切断することも可能である。
【００７３】
また電極素材シート１２１０にレーザーを照射した後、電極素材シート１２１０を移動させることなく引き切るようにしたので、工程が無駄に長くなってしまうことを防止できる。また、レーザー照射直後に搬送すると、切れ残りが周辺設備に引っ掛かって搬送異状となるおそれがあるが、本実施形態によれば、そのような異状も発生しない。このように、ラインの冗長化及び搬送異常を回避できるとともに、設備費を低減できるのである。
【００７４】
さらに引き切った後、電極素材シート１２１０を移動させることなく不用な余剰部材を廃棄するようにしたので、個別に廃却機構を設置する必要がなくなるため、設備費を低減できるとともに、ラインタクトタイムを向上できる。
【００７５】
さらにまた電極素材シート１２１０をエア吸引して保持するが、このような設備は他の設備を利用でき、設備費の上昇を招かない。
【００７６】
また余剰部材１２５を引き離すときには回転又はスライドさせることで確実に切断できる。
【００７７】
さらに本実施形態によれば、樹脂テープを特殊な材質する必要がなく、またレーザーも通常用いられる汎用的なものを使用可能であるので、部材変更によって直材費が増大してしまうことや、切断品質が劣化してしまうことや、加工時間が増加してしまうことを回避できるのである。
【００７８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００７９】
たとえば、上記説明においては、切断台の可動部２４２２は、軸方向がＸ軸方向(前後方向)であるピボット２４２２ｂを中心として、水平状態から回転して下降するものとしたが、上昇してもよい。またピボットの軸方向がＹ軸方向(左右方向)であったり、Ｚ軸方向(上下方向)であってもよい。また切断台の可動部２４２２が、前後又は左右又は上下にスライド(平行移動)してもよい。
【００８０】
また上記説明においては、切断台の固定部２４２１及び可動部２４２２は、電極素材シート１２１０を吸引して保持するが、把持することで保持してもよい。
【００８１】
さらに上記説明においては、電極素材シート１２１０の上下両面に樹脂テープ１２１３が貼付されていたが、いずれか片面に貼付されていてもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１０ リチウムイオン二次電池のセルパック
１１ 外装材
１２ 単位電池
１２１ 電極 （１２１ａ 正極，１２１ｂ 負極）
１２１０ 電極素材シート１２１０
１２１１ 電極集電箔
１２１２ 電極活物質層
１２１３ 絶縁性の粘着テープ（樹脂テープ；樹脂部材）
１２２ セパレーター
１２５ 余剰部材
２０ レーザー透過部材切断装置
２１ レーザー発振部
２２ レーザーヘッド
２３ レーザーヘッド位置決め部
２４ ワーク搬送台
２４１ シート搬送コンベヤー
２４２ 切断台
２４２１ 固定部
２４２２ 可動部
２４３ 電極搬送コンベヤー
＃１０１ 照射工程
＃１０２ 切断工程
＃１０３ 廃棄工程
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザー透過部材の切断方法及び切断装置並びに電極製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、素材をレーザーカットしてリチウム二次電池用の電極を製造する手法を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２８９１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本件発明者らも素材をレーザーカットして電池用の電極を製造する手法を開発している。そして本件発明者らが開発を進めていくなかで、素材(被切断物)の材料によっては、何らかの工夫をしなければうまくカットできない場合があることが知見された。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、本発明の目的は、通常はレーザーカットできない素材であっても、カットが可能になって量産性に優れるレーザー透過部材の切断方法及び切断装置並びに電極製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。
【０００７】
本発明は、レーザー切断可能部材に設けられたレーザー透過部材を切断する方法である。そして前記レーザー透過部材が設けられた領域のレーザー切断可能部材にレーザーを照射する照射工程と、前記照射工程でレーザーが照射された軌跡を挟んで広がる２つの領域に力を加えて引き離す切断工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、レーザーが照射された軌跡を挟んで広がる２つの領域に力を加えることで、両領域を引き離して切断することができ、通常はレーザーカットできない素材であっても、カットが可能になって量産性に優れる。
【０００９】
本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、リチウムイオン二次電池を説明する図である。
【図２】図２は、量産性に優れる電極製造方法を説明する図である。
【図３】図３は、電極素材シートから電極を製造するためのカットラインを示す図である。
【図４】図４は、レーザー照射の推奨条件を示すマップである。
【図５】図５は、レーザー透過部材切断装置の概要を示す図である。
【図６】図６は、レーザーヘッドの詳細図である。
【図７】図７は、切断台の構造及び作動を説明する図である。
【図８】図８は、レーザー及び切断台の作動タイミングチャートである。
【図９】図９は、切断台の可動部の作動を説明する図である。
【図１０】図１０は、カットラインIIにおける切断の状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
最初に本発明の理解を容易にするために、発明者らの技術着想について説明する。
【００１２】
図１はリチウムイオン二次電池を説明する図であり、図１(Ａ)はリチウムイオン二次電池のセルパックの外観を示す斜視図、図１(Ｂ)はセルパックに収納される単位電池の平面図である。
【００１３】
ここでは、電池としてリチウムイオン二次電池を一例に取り上げて説明する。
【００１４】
リチウムイオン二次電池のセルパック１０は、外装材１１に、所定数積層されて電気的に接続された単位電池１２が内蔵されている。なお単位電池１２については図１(Ｂ)を参照して後述する。また図示を省略するが、このリチウムイオン二次電池のセルパック１０が所定数積層されて、アルミニウムなどで形成されたボックス(筐体)に納められてリチウムイオン二次電池パッケージになる。
【００１５】
外装材１１は、積層された単位電池１２を収容する。外装材１１の材料は種々考えられるが、たとえば、アルミニウムをポリプロピレンフィルムで被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルムのシート材がある。外装材１１は、まずはじめに積層された単位電池１２を収容した状態で、一辺が開口するように三辺が熱融着される。そして電解液が注液された後に残りの一辺も熱融着される。外装材１１は、単位電池１２の電力を外部に取り出すための正極タブ１１１ａ及び負極タブ１１１ｂを備える。
【００１６】
正極タブ１１１ａは、一端が外装材１１の内部で正極集電部に接続され、他端が外装材１１の外に出る。
【００１７】
負極タブ１１１ｂは、一端が外装材１１の内部で負極集電部に接続され、他端が外装材１１の外に出る。
【００１８】
図１(Ｂ)に示されるように、単位電池１２は、正極１２１ａと、負極１２１ｂと、セパレーター１２２と、を含む。
【００１９】
セパレーター１２２は、流動性のある電解質(電解液)を保持する電解質層である。セパレーター１２２は、ポリアミド製不織布，ポリエチレン不織布，ポリプロピレン不織布，ポリイミド不織布，ポリエステル不織布，アラミド不織布などの不織布である。また、セパレーター１２２は、フィルムが延伸されて細孔が形成された微多孔膜フィルムでもよい。このようなフィルムは、既存のリチウムイオン電池用セパレーターとして使用される。またポリエチレン，ポリプロピレン，ポリイミドフィルムやあるいはこれらを積層したものであってもよい。セパレーター１２２の厚さは、特には限定されない。しかしながら、薄いほうが電池がコンパクトになる。そこでセパレーター１２２は、性能を確保できる範囲で、できるだけ薄いことが望ましい。一般的にはセパレーター１２２の厚さは１０〜１００μｍ程度である。ただし一定厚でなくてもよい。
【００２０】
電解質(電解液)は、たとえば、ポリマー骨格中に数重量％〜９９重量％程度電解液を保持させたゲル電解質である。特に高分子ゲル電解質がよい。高分子ゲル電解質は、たとえば、イオン導伝性を有する固体高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものである。また、リチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を保持させたものでもよい。
【００２１】
高分子ゲル電解質は、高分子電解質１００％でできたもの以外のものであって、電解液をポリマー骨格に含ませたものであればよい。特に、電解液とポリマーとの比率（質量比）は、２０：８０〜９８：２程度が好ましい。このような比率であれば、電解質による流動性と、電解質としての性能と、が両立される。
【００２２】
ポリマー骨格は、熱硬化性ポリマー及び熱可塑性ポリマーのいずれでもよい。具体的には、たとえば、ポリエチレンオキシドを主鎖又は側鎖に持つ高分子(ＰＥＯ)，ポリアクリロニトリル(ＰＡＮ)，ポリメタクリル酸エステル，ポリフッ化ビニリデン(ＰＶＤＦ)，ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体(ＰＶＤＦ−ＨＦＰ)，ポリメチルメタクリレート(ＰＭＭＡ)などである。ただし、これらに限られない。
【００２３】
高分子ゲル電解質に含まれる電解液(電解質塩及び可塑剤)は、通常リチウムイオン電池で用いられるものである。たとえば、ＬｉＰＦ6，ＬｉＢＦ4，ＬｉＣｌＯ4，ＬｉＡｓＦ6，ＬｉＴａＦ6，ＬｉＡｌＣｌ4，Ｌｉ2Ｂ10Ｃｌ10等の無機酸陰イオン塩、ＬｉＣＦ3ＳＯ3，Ｌｉ(ＣＦ3ＳＯ2)2Ｎ，Ｌｉ(Ｃ2Ｆ5ＳＯ2)2Ｎ等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも１種類のリチウム塩(電解質塩)を含み、プロピレンカーボネート，エチレンカーボネート等の環状カーボネート類である。ジメチルカーボネート，メチルエチルカーボネート，ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類でもよい。テトラヒドロフラン，２−メチルテトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジブトキシエタン等のエーテル類でもよい。γ−ブチロラクトン等のラクトン類でもよい。アセトニトリル等のニトリル類でもよい。プロピオン酸メチル等のエステル類でもよい。ジメチルホルムアミド等のアミド類でもよい。酢酸メチル及び蟻酸メチルの中から選ばれる少なくとも１種類以上を混合した非プロトン性溶媒等の有機溶媒(可塑剤)を用いたものでもよい。ただし、これらに限られない。
【００２４】
正極１２１ａは、正極集電箔と、その両面に形成された正極活物質層と、を有する。正極１２１ａは、セパレーター１２２の一方の面(図１(Ｂ)ではセパレーター１２２の下面)に配置される。
【００２５】
正極集電箔は、たとえば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金などによる箔である。正極集電箔の厚さは、特に限定されないが、通常は１〜１００μｍ程度である。
【００２６】
正極活物質層の正極活物質は、特にリチウム−遷移金属複合酸化物が好ましい。具体的には、たとえば、スピネルＬｉＭｎ2Ｏ4などのＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物，ＬｉＣｏＯ2などのＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物，ＬｉＮｉＯ2などのＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物，ＬｉＦｅＯ2などのＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物などである。また、ＬｉＦｅＰＯ4などの遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物でもよい。さらに、Ｖ2Ｏ5，ＭｎＯ2，ＴｉＳ2，ＭｏＳ2，ＭｏＯ3などの遷移金属酸化物や硫化物でもよい。また、ＰｂＯ2，ＡｇＯ，ＮｉＯＯＨなどでもよい。このような正極活物質は、電池容量、出力特性に優れた電池を構成できる。
【００２７】
正極活物質の粒径は、正極材料をペースト化してスプレーコートなどによって製膜できる程度であればよいが、小さいほうが電極抵抗を低減できる。具体的には、正極活物質の平均粒径が０．１〜１０μｍであるとよい。
【００２８】
正極活物質は、この他にもイオン伝導性を高めるために、電解質，リチウム塩，導電助剤などを含んでもよい。導電助剤は、一例を挙げれば、アセチレンブラック，カーボンブラック，グラファイトなどである。
【００２９】
正極活物質，電解質(好ましくは固体高分子電解質)，リチウム塩，導電助剤の配合量は、電池の使用目的(出力重視，エネルギー重視など)、イオン伝導性が考慮されて設定される。たとえば、電解質、特に固体高分子電解質の配合量が過少であると、活物質層内でのイオン伝導抵抗やイオン拡散抵抗が大きくなり、電池性能が低下する。一方、電解質、特に固体高分子電解質の配合量が過多であると、電池のエネルギー密度が低下する。したがって、これらが考慮されて、具体的な配合量が設定される。正極活物質層の厚さは、特には限定されない。電池の使用目的(出力重視，エネルギー重視など)、イオン伝導性などが考慮されて設定される。一般的な正極の厚さは１〜５００μｍ程度である。
【００３０】
負極１２１ｂは、負極集電箔と、その両面に形成された負極活物質層と、を有する。負極１２１ｂは、セパレーター１２２のもう一方の面(図１(Ｂ)ではセパレーター１２２の上面)に配置される。
【００３１】
負極集電箔は、正極集電箔と同じものを使用しても、別のものを使用してもよい。
【００３２】
負極活物質層の負極活物質は、具体的には、金属酸化物，リチウム−金属複合酸化物金属，カーボン，チタン酸化物，リチウム−チタン複合酸化物などである。特に、カーボン，遷移金属酸化物，リチウム−遷移金属複合酸化物が好ましい。なかでもカーボン又はリチウム−遷移金属複合酸化物は、電池を高電池容量化、高出力化できる。これらが１種単独で用いられてもよいし、２種以上併用されてもよい。
【００３３】
このような単位電池１２が所定数積層されて各正極集電箔がひとつに集合されて電気的に並列接続される。この集合部分が正極集電部であり、この正極集電部に正極タブ１１１ａが接続される。また各負極集電箔がひとつに集合されて電気的に並列接続される。この集合部分が負極集電部であり、この負極集電部に負極タブ１１１ｂが接続される。
【００３４】
正極１２１ａ及び負極１２１ｂは、セパレーター１２２を挟むように配置されるが、万一、位置がズレると、正極１２１ａ及び負極１２１ｂが短絡するおそれがある。特に、正極１２１ａ及び負極１２１ｂが交差する図１(Ｂ)に一点破線円で囲んだＡ部で短絡するおそれがある、ということが本件発明者らによって知見された。そこで本件発明者らは、少なくとも正極１２１ａ及び負極１２１ｂのいずれか一方の電極のＡ部を含む領域に絶縁性の粘着テープを貼付することを着想した。なおこの絶縁性の粘着テープは、正極１２１ａ及び負極１２１ｂの短絡を防止するものなので、いずれか一方に貼付すればよいし両方に貼付してもよい。また以下の説明では、正極／負極に特定せず、電極として説明する。
【００３５】
図２は、量産性に優れる電極製造方法を説明する図である。
【００３６】
具体的な種々の手法を検討していくなかで、本件発明者らは、量産性を考慮して、絶縁性の粘着テープ１２１３を電極素材シート１２１０に貼付した状態でレーザーを照射してカットすることで電極を製造する手法に想到した。なお電極素材シート１２１０は、電極集電箔１２１１の所定領域に電極活物質層１２１２が形成されている。また絶縁性の粘着テープ１２１３は、たとえばポリプロピレン(polypropylene；ＰＰ)などの樹脂テープである。
【００３７】
電極素材シート１２１０に、樹脂テープ１２１３を貼付した状態が図２に示されている。図２(Ｂ)から判るように、電極集電箔１２１１の所定領域に電極活物質層１２１２が形成されている。そして樹脂テープ１２１３は、電極集電箔１２１１に形成された電極活物質層１２１２と、電極活物質層１２１２が形成されていない電極集電箔１２１１と、を跨いで貼付されている。
【００３８】
図３は、電極素材シートから電極を製造するためのカットラインを示す図である。
【００３９】
上述のように、本件発明者らは、量産性を考慮して、樹脂テープ１２１３を電極素材シート１２１０に貼付した状態でレーザーを照射してカットすることで電極を製造する手法に想到した。樹脂テープ１２１３が貼付された電極素材シート１２１０を、一点破線で示したカットラインに沿ってカットする。このようにすれば、量産性に優れた手法で所望の電極１２１を製造できる。
【００４０】
しかしながら、樹脂テープ１２１３は、レーザーを透過してしまうので、何らかの工夫をしなければ、うまくカットできないことが本件発明者らによって知見された。
【００４１】
すなわち、図３のカットラインＩ及びカットラインIIに存在する樹脂テープ１２１３はレーザーを透過してしまうので、何らかの工夫をしなければ、カットできない。なおカットラインIIIには、樹脂テープ１２１３が貼付されておらず、電極集電箔１２１１が露出している。したがってここについては通常の方法でレーザーカットできる。
【００４２】
そこで発明者らは、種々の実験を繰り返し、カットラインＩについては、樹脂テープ１２１３が貼付された電極活物質層１２１２に所定のパワー密度のレーザーを照射することで電極活物質に含有される成分が蒸発し、この蒸発ガスの熱や圧力などによって樹脂テープ１２１３が切断されることを見いだした。一方カットラインIIについては、図３(Ｂ)に示されているように、樹脂テープ１２１３が電極活物質層１２１２ではなく電極集電箔１２１１に貼付されている。そのため、電極活物質層の蒸発現象が生じないため、樹脂テープ１２１３はカットされない。しかしながら、レーザーカットされるときの電極集電箔１２１１の熱を受けて、樹脂テープ１２１３も所々溶融し、強度が弱まることが見いだされた。この状態でカットライン(レーザー照射軌跡)を挟んだ電極１２１及び余剰部材１２５を保持して両者を引き離すことで、カットラインIIにおける樹脂テープ１２１３を切断することができる。ただしレーザーからの入熱量が小さすぎると、樹脂テープ１２１３の強度が弱まらない。またレーザーからの入熱量が大きすぎると、電極集電箔１２１１が過剰にカットされてしまう。このようなことから図４に示すような推奨条件マップを得た。この図４を用いれば、カットライン(レーザー照射軌跡)を挟んだ電極１２１及び余剰部材１２５を引き離すことが可能な強度から、レーザーの出力及び切断速度を求めることができる。なおカットラインＩについても上記所定のパワー密度よりも小さいレーザーを照射することで、樹脂テープ１２１３が所々溶融して強度が弱まるものの切断はされない状態になる。このような状態でカットライン(レーザー照射軌跡)を挟んだ電極１２１及び余剰部材１２５を保持して両者を引き離すことで、カットラインＩにおける樹脂テープ１２１３を切断することも可能である。
【００４３】
以下では、このような技術思想を具現化するレーザー透過部材切断装置について説明する。
【００４４】
図５は、レーザー透過部材切断装置の概要を示す図である。
【００４５】
レーザー透過部材切断装置２０は、レーザー発振部２１と、レーザーヘッド２２と、レーザーヘッド位置決め部２３と、ワーク搬送台２４と、を含む。
【００４６】
レーザー発振部２１は、レーザーを発生させる。レーザーは、たとえば波長が１μｍ帯のレーザーである。このようなレーザーであれば電極素材シート１２１０を切断したときに発生する切り屑を少なくできる。したがって電池の内部に切り屑が残りにくくなる。また高速にカットできる。したがって量産性に優れる。なお、波長が１μｍ帯のレーザーとしては、ＹＡＧレーザーやファイバーレーザーがある。より具体的には、波長１．０７μｍシングルモードファイバーレーザーなどがある。
【００４７】
レーザーヘッド２２は、ファイバーケーブル２６１を介してレーザー発振部２１に接続される。レーザーヘッド２２は、レーザーを発射する。またレーザーヘッド２２は、ガスチューブ２６２を介してガス供給部２５に接続される。ガスチューブ２６２の途中には、電磁弁２６３が設けられており、ガスの供給又は停止を切り替えることができる。レーザーヘッド２２のその他の詳細については、後述する。
【００４８】
レーザーヘッド位置決め部２３は、レーザーヘッド２２を支持するとともに、前後方向(Ｘ方向)及び左右方向(Ｙ方向)にレーザーヘッド２２を移動させる。
【００４９】
ワーク搬送台２４は、電極素材シート１２１０を所定の位置まで搬送するとともに、レーザーカット時に位置がズレないように電極素材シート１２１０を保持する。具体的には、ワーク搬送台２４は、シート搬送コンベヤー２４１と、切断台２４２と、電極搬送コンベヤー２４３と、を含む。
【００５０】
シート搬送コンベヤー２４１は、電極素材シート１２１０を載置して搬送するベルトコンベヤーである。
【００５１】
切断台２４２は、シート搬送コンベヤー２４１で搬送されてきた電極素材シート１２１０を吸引して位置がズレないように保持する。この状態で、レーザーヘッド２２が電極素材シート１２１０にレーザーを照射する。なお切断台２４２は、固定部２４２１と、可動部２４２２と、を含む。固定部２４２１及び可動部２４２２のいずれにもエア吸引口が設けられている。可動部２４２２の作動については後述する。
【００５２】
電極搬送コンベヤー２４３は、切断台２４２において電極素材シート１２１０から切り出された電極１２１を載置して搬送するベルトコンベヤーである。
【００５３】
図６は、レーザーヘッドの詳細図である。
【００５４】
レーザーヘッド２２は、末端２２１にファイバーコネクターを備える。このファイバーコネクターにファイバーケーブル２６１が接続される。レーザーヘッド２２は、ファイバーコネクターからレーザーを取り入れる。レーザーヘッド２２は、先端２２２がノズルチップである。ノズルチップの先端口径は、一例を挙げるとφ０．８〜１．５ｍｍである。レーザーヘッド２２は、ノズルチップからレーザーを照射する。またレーザーヘッド２２は、ガス取り入れ部２２３を備える。このガス取り入れ部２２３にガスチューブ２６２が接続される。レーザーヘッド２２は、ガス供給部２５から供給されたガスを、ガス取り入れ口２２３から取り入れる。そしてこのガスは、ノズルチップの先端口からレーザーと同軸に噴射される。さらにレーザーヘッド２２は、カメラ２２４を備える。このカメラ２２４は、ノズルチップの先端口の位置確認用である。
【００５５】
図７は、切断台の構造及び作動を説明する図である。
【００５６】
上述のように、切断台２４２は、固定部２４２１と、可動部２４２２と、を含む。
【００５７】
固定部２４２１には、電極素材シート１２１０から切り出す電極１２１の外形形状に沿ってエア吸引口２４２１ａが設けられている。
【００５８】
可動部２４２２には、電極素材シート１２１０から除去する余剰部材１２５が載置される領域にエア吸引口２４２２ａが設けられている。また可動部２４２２は、軸方向がＸ軸方向(前後方向)であるピボット２４２２ｂを中心として、水平状態から下降する。
【００５９】
図８は、レーザー及び切断台の作動タイミングチャートである。
【００６０】
なおこのタイミングチャートは、各部の作動の前後関係を説明するにとどまり、横軸の一定間隔であっても一定時間を示すものではない。
【００６１】
タイミングｔ１までは、レーザーは停止している。また固定部２４２１はエア吸引を停止している。また可動部２４２２はエア吸引を停止しているとともに下降状態である。この状態でシート搬送コンベヤー２４１が電極素材シート１２１０を搬送する。可動部２４２２が下降状態であるので、電極素材シート１２１０を搬送しやすい。
【００６２】
電極素材シート１２１０が所定位置に到達したタイミングｔ１になったら、固定部２４２１及び可動部２４２２がエア吸引を開始する。そしてタイミングｔ２になったら可動部２４２２が水平状態にされる。これらによって電極素材シート１２１０が位置ズレを生じないように保持される。
【００６３】
タイミングｔ３になったら、レーザー照射を開始する。なおタイミングｔ３からタイミングｔ４までがカットラインＩに沿ったレーザー照射を示す。タイミングｔ４からタイミングｔ５までがカットラインIIに沿ったレーザー照射を示す。タイミングｔ５からタイミングｔ６までがカットラインIIIに沿ったレーザー照射を示す。なおこの工程が照射工程＃１０１であり、図９(Ａ−１)(Ａ−２)に示されている。
【００６４】
タイミングｔ７になったら、固定部２４２１がエア吸引を停止する。
【００６５】
タイミングｔ８になったら、可動部２４２２が下降する。これによって電極素材シート１２１０から余剰部材１２５が引き千切られる。なおこの工程が切断工程＃１０２であり、図９(Ｂ−１)(Ｂ−２)に示されている。
【００６６】
タイミングｔ９になったら、可動部２４２２がエア吸引を停止する。これによって余剰部材１２５が可動部２４２２から離れて下方に廃棄される。なおこの工程が廃棄工程＃１０３であり、図９(Ｃ−１)(Ｃ−２)に示されている。
【００６７】
図１０は、カットラインIIにおける切断の状態を説明する図である。なお上側が平面図、下側が縦断面図である。
【００６８】
図１０(Ａ)に示されるように、電極素材シート１２１０に対してカットラインIIに沿ってレーザーＬを照射すると、レーザーは樹脂テープ１２１３を透過し電極集電箔１２１１に吸収される。
【００６９】
そして図１０(Ｂ)に示されるように、電極集電箔１２１１は切断される。このとき樹脂テープ１２１３は電極集電箔１２１１の熱を受けて温度上昇して部分的には切断されるものの、架橋状に切れ残りが発生する。
【００７０】
しかしながら、強度が低下しているので、図１０(Ｃ)に示されるように、余剰部材１２５を引き離すと、図１０(Ｄ)に示されるように、余剰部材１２５が切断される。切断が完了すると、樹脂テープ１２１３は収縮して元に戻るので、切断面が過度に汚くなることはない。
【００７１】
レーザーを透過してしまう樹脂テープはレーザーカットできない。本実施形態では、樹脂テープが貼付された電極素材シート１２１０にレーザーを照射する。すると樹脂テープ１２１３は電極素材シート１２１０の熱を受けて温度上昇する。しかしながら、発生する熱量が小さいと、樹脂テープ１２１３は、部分的には切断されるものの、架橋状に切れ残りが発生してしまう。特に電極素材シート１２１０の電極集電箔１２１１のような金属箔では、レーザーの吸収度合いが少ないために発生熱量が小さい。そのため、そこに貼付された樹脂テープ１２１３が切断されにくい。そこで、本実施形態では、架橋状に切れ残った状態でカットライン(レーザー照射軌跡)を挟んだ電極１２１及び余剰部材１２５を保持して両者を引き離すようにした。このようにすることで、樹脂テープ１２１３を切断できるようになった。このように本実施形態によれば、レーザーを透過してしまってレーザーカットできない樹脂テープであっても、切断できるのである。そして樹脂テープを使用できるので、量産性に優れるのである。
【００７２】
なお樹脂テープ１２１３が貼付された電極活物質層１２１２に所定のパワー密度のレーザーを照射することで電極活物質に含有される成分が蒸発し、この蒸発ガスの熱や圧力などによって樹脂テープ１２１３が切断されるが、それよりも小さいレーザーを照射されたときには、樹脂テープ１２１３が所々溶融して強度が弱まるものの切断はされない状態になる。このような状態でカットライン(レーザー照射軌跡)を挟んだ電極１２１及び余剰部材１２５を保持して両者を引き離すことでも、樹脂テープ１２１３を切断することも可能である。
【００７３】
また電極素材シート１２１０にレーザーを照射した後、電極素材シート１２１０を移動させることなく引き切るようにしたので、工程が無駄に長くなってしまうことを防止できる。また、レーザー照射直後に搬送すると、切れ残りが周辺設備に引っ掛かって搬送異状となるおそれがあるが、本実施形態によれば、そのような異状も発生しない。このように、ラインの冗長化及び搬送異常を回避できるとともに、設備費を低減できるのである。
【００７４】
さらに引き切った後、電極素材シート１２１０を移動させることなく不用な余剰部材を廃棄するようにしたので、個別に廃却機構を設置する必要がなくなるため、設備費を低減できるとともに、ラインタクトタイムを向上できる。
【００７５】
さらにまた電極素材シート１２１０をエア吸引して保持するが、このような設備は他の設備を利用でき、設備費の上昇を招かない。
【００７６】
また余剰部材１２５を引き離すときには回転又はスライドさせることで確実に切断できる。
【００７７】
さらに本実施形態によれば、樹脂テープを特殊な材質する必要がなく、またレーザーも通常用いられる汎用的なものを使用可能であるので、部材変更によって直材費が増大してしまうことや、切断品質が劣化してしまうことや、加工時間が増加してしまうことを回避できるのである。
【００７８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００７９】
たとえば、上記説明においては、切断台の可動部２４２２は、軸方向がＸ軸方向(前後方向)であるピボット２４２２ｂを中心として、水平状態から回転して下降するものとしたが、上昇してもよい。またピボットの軸方向がＹ軸方向(左右方向)であったり、Ｚ軸方向(上下方向)であってもよい。また切断台の可動部２４２２が、前後又は左右又は上下にスライド(平行移動)してもよい。
【００８０】
また上記説明においては、切断台の固定部２４２１及び可動部２４２２は、電極素材シート１２１０を吸引して保持するが、把持することで保持してもよい。
【００８１】
さらに上記説明においては、電極素材シート１２１０の上下両面に樹脂テープ１２１３が貼付されていたが、いずれか片面に貼付されていてもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１０ リチウムイオン二次電池のセルパック
１１ 外装材
１２ 単位電池
１２１ 電極 （１２１ａ 正極，１２１ｂ 負極）
１２１０ 電極素材シート１２１０
１２１１ 電極集電箔
１２１２ 電極活物質層
１２１３ 絶縁性の粘着テープ（樹脂テープ；樹脂部材）
１２２ セパレーター
１２５ 余剰部材
２０ レーザー透過部材切断装置
２１ レーザー発振部
２２ レーザーヘッド
２３ レーザーヘッド位置決め部
２４ ワーク搬送台
２４１ シート搬送コンベヤー
２４２ 切断台
２４２１ 固定部
２４２２ 可動部
２４３ 電極搬送コンベヤー
＃１０１ 照射工程
＃１０２ 切断工程
＃１０３ 廃棄工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー切断可能部材に設けられたレーザー透過部材を切断する方法であって、
前記レーザー透過部材が設けられた領域のレーザー切断可能部材にレーザーを照射する照射工程と、
前記照射工程でレーザーが照射された軌跡を挟んで広がる２つの領域に力を加えて引き離す切断工程と、
を含むレーザー透過部材切断方法。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザー透過部材切断方法において、
前記レーザー透過部材は、樹脂部材であり、
前記切断工程は、前記照射工程でレーザーが照射された後、前記２つの領域を保持して力を加えて引き離す、
レーザー透過部材切断方法。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザー透過部材切断方法において、
前記切断工程で切断した後、前記２つの領域のうちで一方の不用な領域の保持を中止することでその不用な領域を廃棄する廃棄工程をさらに含む、
レーザー透過部材切断方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のレーザー透過部材切断方法において、
前記切断工程は、前記２つの領域を保持した状態で、それらの２つの領域を回転又はスライドさせることで引き離す、
レーザー透過部材切断方法。
【請求項５】
レーザー透過部材が形成された電極素材シートから電極を製造する方法であって、
前記レーザー透過部材が形成された領域の前記電極素材シートにレーザーを照射する照射工程と、
前記照射工程でレーザーが照射された軌跡を挟んで広がる２つの領域に力を加えて引き離す切断工程と、
を備える電極製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の電極製造方法において、
前記電極素材シートは、電極集電箔の所定領域に電極活物質層が形成されており、
前記レーザー透過部材は、絶縁性の粘着テープであって、前記電極活物質層が形成されていない電極集電箔に貼付されており、
前記レーザーは、波長１μｍ帯のレーザーである、
電極製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載の電極製造方法において、
前記電極素材シートは、電極集電箔の所定領域に電極活物質層が形成されており、
前記レーザー透過部材は、絶縁性の粘着テープであって、前記電極集電箔に形成された電極活物質層に貼付されており、
前記レーザーは、波長１μｍ帯のレーザーである、
電極製造方法。
【請求項８】
レーザー切断可能部材に設けられたレーザー透過部材を切断する装置であって、
前記レーザー透過部材が設けられた領域のレーザー切断可能部材にレーザーを照射する照射部と、
前記レーザーが照射された軌跡を挟んで広がる２つの領域に力を加えて引き離す切断部と、
を備えるレーザー透過部材切断装置。
【請求項１】
レーザー切断可能部材に設けられたレーザー透過部材を切断する方法であって、
前記レーザー透過部材が設けられた領域のレーザー切断可能部材にレーザーを照射する照射工程と、
前記照射工程でレーザーが照射された軌跡を挟んで広がる２つの領域に力を加えて引き離す切断工程と、
を含むレーザー透過部材切断方法。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザー透過部材切断方法において、
前記レーザー透過部材は、樹脂部材であり、
前記切断工程は、前記照射工程でレーザーが照射された後、前記２つの領域を保持して力を加えて引き離す、
レーザー透過部材切断方法。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザー透過部材切断方法において、
前記切断工程で切断した後、前記２つの領域のうちで一方の不用な領域の保持を中止することでその不用な領域を廃棄する廃棄工程をさらに含む、
レーザー透過部材切断方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のレーザー透過部材切断方法において、
前記切断工程は、前記２つの領域を保持した状態で、それらの２つの領域を回転又はスライドさせることで引き離す、
レーザー透過部材切断方法。
【請求項５】
レーザー透過部材が形成された電極素材シートから電極を製造する方法であって、
前記レーザー透過部材が形成された領域の前記電極素材シートにレーザーを照射する照射工程と、
前記照射工程でレーザーが照射された軌跡を挟んで広がる２つの領域に力を加えて引き離す切断工程と、
を備える電極製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の電極製造方法において、
前記電極素材シートは、電極集電箔の所定領域に電極活物質層が形成されており、
前記レーザー透過部材は、絶縁性の粘着テープであって、前記電極活物質層が形成されていない電極集電箔に貼付されており、
前記レーザーは、波長１μｍ帯のレーザーである、
電極製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載の電極製造方法において、
前記電極素材シートは、電極集電箔の所定領域に電極活物質層が形成されており、
前記レーザー透過部材は、絶縁性の粘着テープであって、前記電極集電箔に形成された電極活物質層に貼付されており、
前記レーザーは、波長１μｍ帯のレーザーである、
電極製造方法。
【請求項８】
レーザー切断可能部材に設けられたレーザー透過部材を切断する装置であって、
前記レーザー透過部材が設けられた領域のレーザー切断可能部材にレーザーを照射する照射部と、
前記レーザーが照射された軌跡を挟んで広がる２つの領域に力を加えて引き離す切断部と、
を備えるレーザー透過部材切断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２２１９１４（Ｐ２０１２−２２１９１４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８９９９０（Ｐ２０１１−８９９９０）
【出願日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]