電極板製造装置
【課題】電極活物質の脱離を低減する。
【解決手段】本発明の電極板製造装置は、電極活物質が塗工された電極板の原板を支持可能な原板支持部と、第１の押圧部と、枠形状の抜き刃と、原板支持部に対向配置され、第１の押圧部と抜き刃とが固定された支持基板と、支持基板を原板支持部に向かって進退可能に駆動する駆動部とを有し、第１の押圧部は抜き刃の枠形状の内側であって且つ電極活物質を切断する抜き刃から所定の間隔を空けて配置され、駆動部により支持基板が原板支持部に向かって進出した際に、第１の押圧部が原板を押圧するとともに、抜き刃が原板を枠形状に沿って切断する。
【解決手段】本発明の電極板製造装置は、電極活物質が塗工された電極板の原板を支持可能な原板支持部と、第１の押圧部と、枠形状の抜き刃と、原板支持部に対向配置され、第１の押圧部と抜き刃とが固定された支持基板と、支持基板を原板支持部に向かって進退可能に駆動する駆動部とを有し、第１の押圧部は抜き刃の枠形状の内側であって且つ電極活物質を切断する抜き刃から所定の間隔を空けて配置され、駆動部により支持基板が原板支持部に向かって進出した際に、第１の押圧部が原板を押圧するとともに、抜き刃が原板を枠形状に沿って切断する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極板製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、各種電気装置の電力源として電池セルが用いられている。繰返し充放電することが可能な電池セルである二次電池は、電力源の他に発電装置等の電力バッファとして用いられることもある。電池セルの構成例としては、正極板と負極板とがセパレータを介してそれぞれ複数積層された状態の積層型、１つの正極板と１つの負極板がセパレータを介して巻かれた状態の巻回型の２つが挙げられる。いずれの型も、電極板（正極板または負極板）には、集電体の表面に電極活物質が塗工されている。
このうち、積層型の電極板の製造方法の一例としては、特許文献１に開示されている方法が挙げられる。
【０００３】
特許文献１では、集電体の表面に電極活物質を塗布して原板を形成した後に、抜き型（トムソン型）を用いて原板を型抜きすることにより略矩形の電極板を製造している。抜き型は、支持基板に帯状の抜き刃（トムソン刃）を垂直に固定し、抜き刃を覆いつつ弾性材料からなる押さえ部材を取付けたものである。略矩形の電極板を型抜きする場合には、抜き刃も同様の形状となっている。抜き型を原板に押し付けていない状態では、抜き刃が押さえ部材に埋まっており、押さえ部材の内部に抜き刃があるようには見えない。
支持台に支持されている原板に抜き型を押し付けると、押さえ部材が圧縮変形して、抜き刃が押さえ部材よりも支持基板から突出するようになる。原板が、押さえ部材の押圧力により支持台に向かって押圧されるとともに、抜き刃により切断され、この結果、電極板が形成される。
特許文献１では、抜き刃の形状が片刃であると、電極板の切断面の負荷をかけないので、バリや電極活物質のクラックが生じるおそれはほとんどないとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１００２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術を用いても、電極板の周縁部で電極活物質が集電材から剥離・欠落、すなわち脱離することがある。従って、製造歩留まりが芳しくないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述の事情に鑑み成されたものであって、電極板の型抜きの際に電極活物質の脱離を極力防止し、製造歩留まりを向上させる電極板製造装置を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、前記目的を達成するために以下の手段を採用している。
本発明の電極板製造装置は、電極活物質が塗工された電極板の原板を支持可能な原板支持部と、第１の押圧部と、枠形状の抜き刃と、前記原板支持部に対向配置され、前記第１の押圧部と前記抜き刃とが固定された支持基板と、前記支持基板を前記原板支持部に向かって進退可能に駆動する駆動部とを有し、前記第１の押圧部は前記抜き刃の前記枠形状の内側であって且つ前記電極活物質を切断する抜き刃から所定の間隔を空けて配置され、前記駆動部により前記支持基板が前記原板支持部に向かって進出した際に、前記第１の押圧部が前記原板を押圧するとともに、前記抜き刃が前記原板を前記枠形状に沿って切断することを特徴とする。
【０００８】
第１の押圧部が、電極活物質を切断する抜き刃から所定の間隔を空けて配置されているので、当該間隔に存在する原板は第１の押圧部により押圧されていない。このため、当該間隔における原板の変形が許容される。一方、第１の押圧部が電極板となる原板部分を押圧して固定するので、抜き刃による原板の切断時に上記所定の間隔があるにもかかわらず位置ずれがなく切断、すなわち精度よく型抜きが可能となる。よって、集電体から電極活物質が脱離することが防止されるとともに、精度よく電極板を製造することが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電極板製造装置によれば、電極板の周縁部における電極活物質の脱離を防止し、製造歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電池セルの構成例を模式的に示す斜視図である。
【図２】（ａ）は電極板を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【図３】電池セルの製造方法を概略して示すフローチャートである。
【図４】電極板製造装置の概略構成を示す斜視図である。
【図５】駆動系を下方から、原板支持部を透かして見た斜視図である。
【図６】（ａ）は電極板製造装置の上面図、（ｂ）は電極板製造装置の側面図である。
【図７】（ａ）は抜き型の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、原板が型抜される過程を示す断面図である。
【図９】型抜工程で切断部に働く力を示す説明図である。
【図１０】（ａ）は変形例１の抜き型を示す平面図、（ｂ）は変形例２の抜き刃を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。説明に用いる図面において、特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造の寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせている場合がある。実施形態で説明する要素の全てが本発明に必須であるとは限らない。実施形態において同様の構成要素については、同じ符号を付して図示し、その詳細な説明を省略する場合がある。本発明に係る電極板製造装置の説明に先立ち、まず、電池セルの構成例および電池セルの製造方法の一例について説明する。
【００１２】
図１は、電池セルの構成例を示す分解斜視図、図２（ａ）は電極板の一例を示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’線矢視断面図である。
【００１３】
図１に示すように電池セル１は、内部に電解液を貯留する電池容器１０を備える。電池セル１は、例えばリチウムイオン二次電池である。本実施形態の電極製造装置は、電極板を型抜きして製造する電池セルであればいずれのものに適用できるので、電池容器の形状や材質に限定されない。また、電池の種類にも限定されず、例えば一次電池にも適用可能である。
本例の電池容器１０は、アルミニウム製の中空容器であり、外形が図１中のＸＹＺ軸に沿う略角柱状（略直方体状）である。電池容器１０は、開口部を有する容器本体１１と、この開口部を塞いで容器本体１１に接合された蓋１２とを有している。容器本体１１の開口部と蓋１２は、互いに密閉することができる形状になっている。
【００１４】
蓋１２には、電極端子１３、１４が設けられている。電極端子１３が正極端子であり、電極端子１４が負極端子である。電池容器１０の内部に、複数の電極板１５、１６および複数のセパレータ１７が収容されている。電極板１５が正極板であり、電極板１６が負極板である。複数の電極板１５、１６は、正極板と負極板とが交互に並ぶように繰り返し配置されている。なお、正極板である電極板１５の電極活物質は、例えば三元系材料LiNixCoyMnzO2 (x+y+z=1)であり、負極板である電極板１６の電極活物質は、例えばカーボン材料（人造黒鉛など）である。
【００１５】
セパレータ１７は、一対の電極板１５、１６に挟まれて配置されており、電極板１５、１６が互いに直接接触しないようになっている。セパレータ１７は、多孔質の絶縁材料からなり、リチウムイオン等の電解成分を通すようになっている。実際には、複数の正極板、複数の負極板および複数のセパレータが積層されて積層体が構成されている。電池セル１は、電池容器１０に前記積層体が収容された構造になっている。電解液は、電池容器１０の内部で電極板１５、１６と接触するように貯留される。
【００１６】
図２（ａ）にＸＺ平面に配置した電極板１５を示す。電極板１５は、母部１５０および電極タブ１５１を有している。母部１５０の平面形状は、例えば矩形の角部を丸めた略矩形状である。電極タブ１５１は、母部１５０の一辺を基端として母部１５０の外側に突出するように形成されている。電極タブ１５１が突出する方向は、例えば、前記基端を有する一辺（以下、タブ設置辺という）に略直交し、かつ母部１５０の主面に沿う方向であるＺ方向である。電極タブ１５１は、タブ設置辺の片方に偏らせて形成されている。複数の電極板１５の電極タブ１５１が一括して、電極端子１３と電気的に接続されている。
【００１７】
図２（ｂ）に図２（ａ）で示した電極板１５のＡ−Ａ’線矢視断面図を示す。電極板１５は、集電材１５２および電極活物質１５３を有している。集電体１５２は、例えばアルミニウムや銅などからなり、厚みが数十μｍ程度（例えば、２０μｍ程度）のシート状の導体箔などである。電極活物質１５３は、電解液の種類に応じた形成材料からなり、集電体１５２の両面に塗工されている。電極活物質１５３の厚みは、数十μｍ〜数百μｍ程度（例えば、１００μｍ程度）である。
【００１８】
電極板１５は、電極活物質１５３が塗工されている母部１５０と、電極活物質１５３が塗工されていない電極タブ１５１とを有している。電極タブ１５１は、後述のように、集電体１５２が型抜きされたものである。
【００１９】
電極板１６は、上述のように電極活物質の形成材料が異なり、また、母部の寸法が電極板１５よりも大きく形成されるが、構造や形状については電極板１５と同様である。図１に示したように電極板１６の電極タブ１６１は、電極板１５の電極タブ１５１と重ならないように配置されている。複数の電極板１６の電極タブ１６１を一括して、電極端子１４と電気的に接続している。
【００２０】
図３は、電池セルの製造方法の一例を概略して示すフローチャートである。
電池セル１を製造するには、ステップＳ１で正極用と負極用のシート状の集電体の各々の両面にそれぞれの電極に対応した電極活物質を塗工する。次いでステップＳ２で、塗工済みの電極活物質をロールプレス等して集電体に圧着し、その後、電極活物質を乾燥させる。これにより、ステップＳ３で正極用と負極用の電極板の原板がそれぞれ完成となる。
【００２１】
そして、ステップＳ４で各々の原板からそれぞれの電極板を型抜すること等により、正極および負極となる電極板を完成させる。このステップで、本実施形態の電極板製造装置を用いる。
次いで、ステップＳ５で、正極板と負極板とをセパレータを介して積層することにより、積層体を形成する。
さらに、ステップＳ６で、電池容器の内部に積層体を収容して封止する。この際、正極板を正極端子と電気的に接続し、また負極板を負極端子と接続する。そして、容器本体に蓋を溶接等により接合する。
次いで、ステップＳ７で、電池容器の内部に電解液を注入した後に注入孔を封止して、電池セルが得られる。
【００２２】
では、これより、図４、図５及び図６を用いて、電極板の型抜きを行う電極板製造装置の実施形態につき説明する。図４は、電極板製造装置の一実施形態について概略構成を示す斜視図、図５は、駆動系を下方から、原板支持部を透かして見た分解斜視図である。図６は、電極板製造装置の上面図および側面図である。図４以降の図に記載のＸＹＺ軸は、図１、図２に記載のＸＹＺ軸とは関係がない。
【００２３】
図４に示すように、原板支持部２０の上面２０ａの上に樹脂性の保護シート９０が配置され、この保護シート９０の上に正極用または負極用の原板９１が配置される。保護シート９０は搬送ローラー２１及び２２により、また原板９１は搬送ローラー２３及び２４により搬送される。保護シート９０と原板９１は同一速度且つステップ動作となるよう互いに同期して搬送される。これら搬送ローラー２１乃至２４の駆動は駆動部３１の動作と同期するよう制御部３０により制御される。
図４、図５に示すように、駆動系３は、駆動部３１、駆動部３１の同一面にそれぞれの一端が配置され且つ駆動部３１により上下運動を行う支柱３４、３５と、支柱３４、３５の他端に接続され且つ支持基板３６を保持する保持部３２と、支持基板３６の面のうち原板支持部２０の上面２０ａと向き合う面に固定された抜き型３３とから構成される。
抜き型３３には、抜き刃３７及び押圧手段３９が配されている。
上記上下運動は、制御部３０により制御される。
【００２４】
電極板製造装置２は、概略すると以下のように動作する。
制御部３０は、所定の送り幅で原板９１及び保護シート９０を搬送した後に搬送ローラー２１乃至２４を停止させる。すなわち、制御部３０は搬送ローラー２１乃至２４を間欠動作させる。
【００２５】
搬送ローラー２１乃至２４を停止させた後に、制御部３０が駆動部３１を制御し、駆動部３１が保持部３２を上下方向に移動させる（すなわち、進退可能に駆動する）。まず、保持部３２を原板支持部２０の上面２０ａに向かって下方に移動させることで、抜き型３３が上面２０ａに搬送された原板９１に押し当てられる。すると、抜き刃３７、３８が原板９１を貫通して切断し、抜き刃３７、３８に囲まれる部分が、それぞれ電極板として原板９１から型抜される。次に、保持部３２を上方に移動させることで抜き型３３が原板９１から離れ、上方に退避する。そして、制御部３０が上記間欠動作を行うように搬送ローラー２１〜２４を制御して、保護シート９０および原板９１を所定の送り幅でＹ方向へ送る。これにより、型抜された部分の原板９１は電極板を回収する装置（図示せず）により回収され、型抜されていない部分の原板９１はＹ方向へ送られる。電極板型抜装置２は、上記の動作を繰り返して、原板９１を繰返し型抜する。
なお、保持部３２を下方に移動させた際、抜き刃３７、３８は原板９１を貫通するものの、保護シート９０を貫通することはないように設計されているので、抜き刃３７、３８が原板支持部２０に当たって刃が欠けるなどの損傷は生じない。
【００２６】
図６（ｂ）に示すように、原板９１の搬送用である搬送ローラー２３、２４は、搬送ローラー２１、２２よりも下方（-Ｚ方向）に配置されている。各搬送ローラーのこのような配置により原板９１に張力を発生させ、原板９１にしわが寄ることを防止できるので、適切に電極板の型抜きを行うことができる。
【００２７】
図６（ａ）に示すように、原板９１には電極活物質が塗工されている形成領域９２と、電極活物質が塗工されていない非形成領域９３とが設けられている。非形成領域９３は、原板９１の幅方向（Ｘ方向）の両端部に形成されている。
抜き型３３は２つの抜き刃３７、３８を備え、いずれも同形状のものである。原板９１の一端の非形成領域９３から１つの電極板の電極タブを型抜きし、他端の非形成領域９３からもう１つの電極板の電極タブを型抜きし、合計２つの電極板を同時に型抜きできるように抜き刃３７、３８が配置されている。具体的には、抜き刃３７、３８は、形成領域９２のＸ方向の中心から搬送方向であるＹ方向に引いた仮想の線に対して線対称に設けられている。
【００２８】
以下、抜き刃３７および押圧手段３９について詳しく説明する。抜き刃３８と押圧手段３９との関係については、抜き刃３７と押圧手段３９との関係と同様である。
【００２９】
図７（ａ）は支持基板の対向面を平面視した抜き型３３の平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ’線矢視断面図である。図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、支持基板３６の面であって抜き刃３７と押圧手段３９が配置且つ固定される配置面３６ａを平面視したときの抜き刃３７の形状（以下、平面形状という）は、閉じた形状（枠形状）になっており、電極板の輪郭と概ね一致している。抜き刃３７は片刃であり、刃先が設けられた帯状体（板状体）が、上記枠形状になるように折り曲げられたものである。刃先が配置面３６ａに略垂直になるように、抜き刃３７が支持基板３６に埋め込まれている。帯状体の板厚は、例えば０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度である。
詳しくは、抜き刃３７の内周面（一方の面）３７１は、配置面３６ａと略垂直（配置面３６ａの法線方向となす角度が略０°）になっており、内周面３７１の先端が刃先３７３になっている。抜き刃３７の外周面（他方の面）３７２は、刃先３７３に向かう部分が配置面３６ａの法線方向から３０°程度の角度をなして傾斜している。
【００３０】
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、押圧手段３９は、原板９１を型抜するときに原板９１を原板支持部２０の上面２０ａに向けて押圧する部材である。押圧手段３９は、第１の押圧部３９１および第２の押圧部３９２を有している。配置面３６ａを平面視したときの抜き刃３７に対して、第１の押圧部３９１は上記枠形状の内側、すなわち内周面３７１の内側（一方の面側）に設けられており、第２の押圧部３９２は外周面３７２の外側（他方の面側）に設けられている。
第１の押圧部３９１および第２の押圧部３９２は、例えばゴムやスポンジ等の弾性体からなる。ここでは、第１の押圧部３９１および第２の押圧部３９２が、同じ材質からなる。押圧手段３９としては、押圧面を有する部材がバネ等により原板支持部に向けて付勢されているものであってもよい。
【００３１】
第１の押圧部３９１の表面３９１ａおよび第２の押圧部３９２の表面３９２ａが刃先３７３よりも突出するように、第１の押圧部３９１および第２の押圧部３９２の配置面３６ａの法線方向（図７（ｂ）の−Ｚ方向）の寸法（厚み）が設定されている。ここでは、表面３９１ａと表面３９２ａとがＺ方向で同一の位置にある。
【００３２】
第１の押圧部３９１は、その側面３９１ｂが上記枠形状の抜き刃の内周面３７１から離れるように、間隔ｄが設けられている。図７（ａ）に示すように、上記枠形状の抜き刃のいずれの内周面３７１からも間隔ｄだけ離れているので、第１の押圧部３９１は電極板の形状を縮小した形状と略同一となる。
もちろん、後述のようにこの間隔ｄは原板９１に塗工された電極活物質１５３の脱離を防止するためのものである。従って、金属である集電体１５２のみで形成される電極タブ１５１部分はそもそも当該脱離が生じえないので、上記枠形状の抜き刃のうち電極タブ１５１を形成すべく集電体１５２を切断する抜き刃の内周面と第１の押圧部３９１との間には間隔を設けず、電極活物質１５３を切断する抜き刃の内周面３７１と第１の押圧部３９１との間にだけ間隔ｄを設ける構成としてもよい。
間隔ｄは、原板９１の形成材料や板厚に応じて設定されるが、ここでは約５ｍｍとしている。
【００３３】
第２の押圧部３９２は、その側面３９２ｂが外周面３７２に当接するように、設けられている。側面３９２ｂが外周面３７２に当接していれば、型抜の過程において、抜き刃３７の近傍で原板９１を押圧することができ、原板９１と抜き刃３７との位置ずれを効果的に回避することができる。
【００３４】
次に、図８及び図９を用いて原板９１が抜き型３３により型抜される過程について説明する。図８（ａ）〜（ｃ）は、型抜の過程における原板および抜き刃を拡大して示す断面図、図９は型抜の過程で切断部に働く力を示す説明図である。
【００３５】
原板９１を型抜するには、上述のように、制御部３０が支持基板３６を下方に移動させ、図８（ａ）に示すように第１の押圧部の表面３９１ａおよび第２の押圧部の表面３９２ａを、原板９１の表面のうち保護シート９０に接している表面とは異なる表面である電極活物質１５３に接触させる。この段階で刃先３７３は、原板９１の一方の表層に位置する電極活物質１５３に接触していない。
【００３６】
制御部３０が支持基板３６をさらに下方に移動させると、図８（ｂ）に示すように、第１の押圧部３９１および第２の押圧部３９２が原板支持部２０に向かって押圧されて圧縮変形し、刃先３７３が原板９１に接触する。第１の押圧部３９１および第２の押圧部３９２の押圧力により、原板９１が原板支持部２０に向かって押圧される。これにより、原板９１と抜き刃３７との相対位置が規制され、刃先３７３を原板９１の所定の位置Ｐに接触させることができる。
【００３７】
制御部３０が支持基板３６をさらに下方に移動させると、図８（ｃ）に示すように、刃先３７３が原板９１を貫通して原板９１が切断される。抜き刃３７で囲まれる内側の部分の原板９１が電極板として型抜される。その後、制御部３０が支持基板３６を上方に移動させると、第１の押圧部３９１による上記型抜きされた電極板に対する押圧力および第２の押圧部３９２による上記型抜きされた電極板以外の他の原板９１の部分に対する押圧力を作用させたまま抜き刃３７が原板９１等から離れるので、型抜された電極板が抜き刃３７に同伴して移動することが回避される。
【００３８】
ところで、抜き刃３７の内側の切断部９１ａと、抜き刃３７の外側の切断部９１ｂは、原板９１に侵入した部分の抜き刃３７の板厚の分だけ、互いに離れる方向に押し広げられる。
図９に示すように、第２の押圧部３９２に当接している部分の原板９１は、第２の押圧部３９２の押圧力Ｆ２で押圧されて位置が規制される。切断部９１ｂは、抜き刃３７の外側に向かう圧縮力Ｆ４を外周面３７２から受けて、原板９１の表面に沿う方向に圧縮される。
しかしながら、切断部９１ｂは、第２の押圧部３９２に当接している部分の位置が外周面３７２の直下、すなわち刃先３７３に近接した位置で規制されていることにより、原板９１の表面に沿う方向で変形可能な範囲が限定される。切断部９１ｂの歪が緩和されにくいので、切断部９１ｂに圧縮力Ｆ４が集中的に作用する。すると、集電体１５２と電極活物質１５３とで材質が異なり機械特性が異なるので、集電体１５２と電極活物質１５３とが互いに追従して変形することができなくなり、集電体１５２と電極活物質１５３との界面（以下、単に界面という）に沿う方向にせん断力が作用する。界面のせん断力は、集電材９１１と電極活物質９１２、９１３とにずれを生じさせる力であるので、電極活物質１５３が集電体１５２から脱離しやすくなる。ただし、切断部９１ｂは、抜き刃３７の外側の部分であり、電極板にならない部分であるので、切断部９１ｂに電極活物質の脱離を生じたとしても不都合を生じることはない。
【００３９】
一方、電極板になる部分である切断部９１ａは、切断部９１ｂと異なり、次に説明するように電極活物質１５３の脱離を生じにくくなっている。第１の押圧部３９１に当接している部分の原板９１は、切断部９１ｂと同様に第１の押圧部３９１の押圧力Ｆ１で押圧されて位置が規制される。また、切断部９１ａは、抜き刃３７の内側に向かう圧縮力Ｆ３を内周面３７１から受けて、内周面３７１の法線方向に圧縮される。
切断部９１ａは、上記間隔ｄがあることにより、第１の押圧部３９１に押圧される部分と内周面３７１に接触する部分との間に、押圧されていない部分を有している。刃先３７３の侵入による切断面の変位が、切断部９１ａ、９１ｂで等しいとすると、切断部９１ａの方が変位可能な範囲が広いので、曲げ変形しやすい。切断部９１ａが内周面３７１と接触する部分における界面の接線Ｌは、切断部９１ａの曲げ変形（たわみ角）が大きくなるほど、内周面３７１の法線方向に対して傾斜する。
圧縮力Ｆ３は、接線Ｌに平行な分力Ｆ５と、接線Ｌに垂直な分力Ｆ６とに分解することができる。分力Ｆ５は、集電体１５２と電極活物質１５３とをずれさせるせん断力である。分力Ｆ６は、内周面３７１と接触する部分において、集電体１５２と電極活物質１５３とを互いに接近させる力である。すなわち、分力Ｆ６は、集電体１５２と電極活物質１５３とを、互いに密着させるように作用する。
【００４０】
原板９１の主面に沿う方向に対する接線Ｌの傾きが大きくなるほど、分力Ｆ５に対する分力Ｆ６の比率が大きくなる。すなわち、接線Ｌの傾きを大きくするほど、分力Ｆ６が大きくなる。換言すると、接線Ｌの傾きを所定の値以上にすることにより、分力Ｆ５に起因して密着力を減少させる効果に対し、分力Ｆ６に起因して密着力を増加させる効果を卓越させることができる。本実施形態では、このような観点で間隔ｄが設定されており、型抜の過程で集電体１５２と電極活物質１５３との密着性が低下することが回避されている。ここでは、間隔ｄは約５ｍｍとしており、上記電極板の材料において良好な結果が得られている。
【００４１】
なお、間隔ｄをいかなる値に設定すれば、接線Ｌの傾きが所望の値になるかについては、各種数値シミュレーションや、系統的な実験等により求めることができる。例えば、簡易なモデルで間隔ｄを評価する方法として、以下の方法がある。原板が切断されない上限のせん断力である切断強度は、原板の機械特性や抜き刃の種類により定まる。原板と同じ材質の片持ち梁に対して、自由端に前記切断強度の力を作用させたときの片持ち梁のたわみ角は、片持ち梁の長さにより定まる。原板の変形を片持ち梁の変形と同様であると仮定すると、上述の接線Ｌの傾きがたわみ角に対応し、間隔ｄが片持ち梁の長さに対応するので、間隔ｄと接線Ｌとの関係を求めることができる。
【００４２】
本願発明者は、抜き刃の内周面および外周面の双方に押圧手段を当接させた比較用の抜き型（特許文献１記載の抜き型と同様）を作製し、本発明に係る電極板型抜装置２を用いる場合と電極活物質の脱離のしにくさについて比較した。その結果、電極板型抜装置２による電極板は、比較例よりも電極活物質が剥離しにくいことが確認された。また、間隔ｄについては、１ｍｍ以上に設定するとよく、２ｍｍ以上にすると電極活物質の脱離を防止する効果が高められるという結果が得られた。また、型抜の過程における原板と抜き刃との位置ずれを防止する観点では、間隔ｄを１０ｍｍ以下にするとよく、５ｍｍ以下にすると位置ずれを防止する効果が高められるという結果が得られた。このように、間隔ｄとしては、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下にするとよく、２ｍｍ以上５ｍｍ以下にするとさらによい。
【００４３】
なお、本発明の技術範囲は上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。例えば、本発明の電極板型抜装置は、正極板の型抜、負極板の型抜のいずれにも用いることが可能である。抜き型については、下記の変形例１、変形例２のような変形も可能である。
【００４４】
図１０（ａ）に示す変形例１の抜き型３３Ｂは、押圧手段３９Ｂの第２の押圧部３９２Ｂが抜き刃３７の外周面３７２から離間して設けられている点で、上記実施形態と異なっている。このような抜き型３３Ｂを用いても、電極板における電極活物質の脱離を防止する効果が得られる。第２の押圧部３９２Ｂを抜き刃３７から離間させて設ける場合には、型抜の過程で原板と抜き刃３７との位置ずれを減らす観点で、抜き刃３７と第１の押圧部３９１との間隔よりも、抜き刃３７と第２の押圧部３９２Ｂとの間隔を狭くすることが好ましい。
【００４５】
図１０（ｂ）に示す変形例２の抜き刃３７Ｃは、両刃により構成されている点で、上記実施形態と異なっている。抜き刃３７Ｃの内周面３７１Ｃおよび外周面３７２Ｃは、いずれも、刃先３７３Ｃに向かう部分が支持基板３６の主面の法線方向に対して傾斜している。このような抜き刃３７Ｃを用いても上記間隔ｄを適宜設定することで電極活物質の脱離を防止する効果が得られる。
【符号の説明】
【００４６】
１・・・電池セル、２・・・電極板製造装置、３・・・駆動系、１０・・・電池容器、
１１・・・容器本体、１２・・・蓋、１３、１４・・・電極端子、
１５、１６・・・電極板、１７・・・セパレータ、２０・・・原板支持部、
２０ａ・・・上面、２１〜２４・・・搬送ローラー、３０・・・制御部、
３１・・・駆動部、３２・・・保持部、３３、３３Ｂ・・・抜き型、
３４、３５・・・支柱、３６・・・支持基板（基板）、３６ａ・・・配置面、
３７、３７Ｃ、３８・・・抜き刃、３９、３９Ｂ・・・押圧手段、
９０・・・保護シート、９１・・・原板、９１ａ、９１ｂ・・・切断部、
９２・・・形成領域、９３・・・非形成領域、１５０・・・母部、
１５１・・・電極タブ、１５２・・・集電体、１５３・・・電極活物質、
１６１・・・電極タブ、
３７１、３７１Ｃ・・・内周面（一方の面）、
３７２、３７２Ｃ・・・外周面（他方の面）、３７３、３７３Ｃ・・・刃先、
３９１・・・第１の押圧部（押圧手段）、３９１ａ・・・第１の押圧部の表面、
３９１ｂ・・・第１の押圧部の側面、３９２、３９２Ｂ・・・第２の押圧部（押圧手段）、３９２ａ・・・第２の押圧部の表面、３９２ｂ・・・第２の押圧部の側面、
９１１・・・集電体、９１２、９１３・・・電極活物質、ｄ・・・間隔、
Ｆ１、Ｆ２・・・押圧力、Ｆ３、Ｆ４・・・圧縮力、Ｆ５、Ｆ６・・・分力、
Ｌ・・・接線、Ｐ・・・所定の位置、Ｓ１〜Ｓ７・・・ステップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極板製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、各種電気装置の電力源として電池セルが用いられている。繰返し充放電することが可能な電池セルである二次電池は、電力源の他に発電装置等の電力バッファとして用いられることもある。電池セルの構成例としては、正極板と負極板とがセパレータを介してそれぞれ複数積層された状態の積層型、１つの正極板と１つの負極板がセパレータを介して巻かれた状態の巻回型の２つが挙げられる。いずれの型も、電極板（正極板または負極板）には、集電体の表面に電極活物質が塗工されている。
このうち、積層型の電極板の製造方法の一例としては、特許文献１に開示されている方法が挙げられる。
【０００３】
特許文献１では、集電体の表面に電極活物質を塗布して原板を形成した後に、抜き型（トムソン型）を用いて原板を型抜きすることにより略矩形の電極板を製造している。抜き型は、支持基板に帯状の抜き刃（トムソン刃）を垂直に固定し、抜き刃を覆いつつ弾性材料からなる押さえ部材を取付けたものである。略矩形の電極板を型抜きする場合には、抜き刃も同様の形状となっている。抜き型を原板に押し付けていない状態では、抜き刃が押さえ部材に埋まっており、押さえ部材の内部に抜き刃があるようには見えない。
支持台に支持されている原板に抜き型を押し付けると、押さえ部材が圧縮変形して、抜き刃が押さえ部材よりも支持基板から突出するようになる。原板が、押さえ部材の押圧力により支持台に向かって押圧されるとともに、抜き刃により切断され、この結果、電極板が形成される。
特許文献１では、抜き刃の形状が片刃であると、電極板の切断面の負荷をかけないので、バリや電極活物質のクラックが生じるおそれはほとんどないとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１００２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術を用いても、電極板の周縁部で電極活物質が集電材から剥離・欠落、すなわち脱離することがある。従って、製造歩留まりが芳しくないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述の事情に鑑み成されたものであって、電極板の型抜きの際に電極活物質の脱離を極力防止し、製造歩留まりを向上させる電極板製造装置を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、前記目的を達成するために以下の手段を採用している。
本発明の電極板製造装置は、電極活物質が塗工された電極板の原板を支持可能な原板支持部と、第１の押圧部と、枠形状の抜き刃と、前記原板支持部に対向配置され、前記第１の押圧部と前記抜き刃とが固定された支持基板と、前記支持基板を前記原板支持部に向かって進退可能に駆動する駆動部とを有し、前記第１の押圧部は前記抜き刃の前記枠形状の内側であって且つ前記電極活物質を切断する抜き刃から所定の間隔を空けて配置され、前記駆動部により前記支持基板が前記原板支持部に向かって進出した際に、前記第１の押圧部が前記原板を押圧するとともに、前記抜き刃が前記原板を前記枠形状に沿って切断することを特徴とする。
【０００８】
第１の押圧部が、電極活物質を切断する抜き刃から所定の間隔を空けて配置されているので、当該間隔に存在する原板は第１の押圧部により押圧されていない。このため、当該間隔における原板の変形が許容される。一方、第１の押圧部が電極板となる原板部分を押圧して固定するので、抜き刃による原板の切断時に上記所定の間隔があるにもかかわらず位置ずれがなく切断、すなわち精度よく型抜きが可能となる。よって、集電体から電極活物質が脱離することが防止されるとともに、精度よく電極板を製造することが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電極板製造装置によれば、電極板の周縁部における電極活物質の脱離を防止し、製造歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電池セルの構成例を模式的に示す斜視図である。
【図２】（ａ）は電極板を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【図３】電池セルの製造方法を概略して示すフローチャートである。
【図４】電極板製造装置の概略構成を示す斜視図である。
【図５】駆動系を下方から、原板支持部を透かして見た斜視図である。
【図６】（ａ）は電極板製造装置の上面図、（ｂ）は電極板製造装置の側面図である。
【図７】（ａ）は抜き型の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、原板が型抜される過程を示す断面図である。
【図９】型抜工程で切断部に働く力を示す説明図である。
【図１０】（ａ）は変形例１の抜き型を示す平面図、（ｂ）は変形例２の抜き刃を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。説明に用いる図面において、特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造の寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせている場合がある。実施形態で説明する要素の全てが本発明に必須であるとは限らない。実施形態において同様の構成要素については、同じ符号を付して図示し、その詳細な説明を省略する場合がある。本発明に係る電極板製造装置の説明に先立ち、まず、電池セルの構成例および電池セルの製造方法の一例について説明する。
【００１２】
図１は、電池セルの構成例を示す分解斜視図、図２（ａ）は電極板の一例を示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’線矢視断面図である。
【００１３】
図１に示すように電池セル１は、内部に電解液を貯留する電池容器１０を備える。電池セル１は、例えばリチウムイオン二次電池である。本実施形態の電極製造装置は、電極板を型抜きして製造する電池セルであればいずれのものに適用できるので、電池容器の形状や材質に限定されない。また、電池の種類にも限定されず、例えば一次電池にも適用可能である。
本例の電池容器１０は、アルミニウム製の中空容器であり、外形が図１中のＸＹＺ軸に沿う略角柱状（略直方体状）である。電池容器１０は、開口部を有する容器本体１１と、この開口部を塞いで容器本体１１に接合された蓋１２とを有している。容器本体１１の開口部と蓋１２は、互いに密閉することができる形状になっている。
【００１４】
蓋１２には、電極端子１３、１４が設けられている。電極端子１３が正極端子であり、電極端子１４が負極端子である。電池容器１０の内部に、複数の電極板１５、１６および複数のセパレータ１７が収容されている。電極板１５が正極板であり、電極板１６が負極板である。複数の電極板１５、１６は、正極板と負極板とが交互に並ぶように繰り返し配置されている。なお、正極板である電極板１５の電極活物質は、例えば三元系材料LiNixCoyMnzO2 (x+y+z=1)であり、負極板である電極板１６の電極活物質は、例えばカーボン材料（人造黒鉛など）である。
【００１５】
セパレータ１７は、一対の電極板１５、１６に挟まれて配置されており、電極板１５、１６が互いに直接接触しないようになっている。セパレータ１７は、多孔質の絶縁材料からなり、リチウムイオン等の電解成分を通すようになっている。実際には、複数の正極板、複数の負極板および複数のセパレータが積層されて積層体が構成されている。電池セル１は、電池容器１０に前記積層体が収容された構造になっている。電解液は、電池容器１０の内部で電極板１５、１６と接触するように貯留される。
【００１６】
図２（ａ）にＸＺ平面に配置した電極板１５を示す。電極板１５は、母部１５０および電極タブ１５１を有している。母部１５０の平面形状は、例えば矩形の角部を丸めた略矩形状である。電極タブ１５１は、母部１５０の一辺を基端として母部１５０の外側に突出するように形成されている。電極タブ１５１が突出する方向は、例えば、前記基端を有する一辺（以下、タブ設置辺という）に略直交し、かつ母部１５０の主面に沿う方向であるＺ方向である。電極タブ１５１は、タブ設置辺の片方に偏らせて形成されている。複数の電極板１５の電極タブ１５１が一括して、電極端子１３と電気的に接続されている。
【００１７】
図２（ｂ）に図２（ａ）で示した電極板１５のＡ−Ａ’線矢視断面図を示す。電極板１５は、集電材１５２および電極活物質１５３を有している。集電体１５２は、例えばアルミニウムや銅などからなり、厚みが数十μｍ程度（例えば、２０μｍ程度）のシート状の導体箔などである。電極活物質１５３は、電解液の種類に応じた形成材料からなり、集電体１５２の両面に塗工されている。電極活物質１５３の厚みは、数十μｍ〜数百μｍ程度（例えば、１００μｍ程度）である。
【００１８】
電極板１５は、電極活物質１５３が塗工されている母部１５０と、電極活物質１５３が塗工されていない電極タブ１５１とを有している。電極タブ１５１は、後述のように、集電体１５２が型抜きされたものである。
【００１９】
電極板１６は、上述のように電極活物質の形成材料が異なり、また、母部の寸法が電極板１５よりも大きく形成されるが、構造や形状については電極板１５と同様である。図１に示したように電極板１６の電極タブ１６１は、電極板１５の電極タブ１５１と重ならないように配置されている。複数の電極板１６の電極タブ１６１を一括して、電極端子１４と電気的に接続している。
【００２０】
図３は、電池セルの製造方法の一例を概略して示すフローチャートである。
電池セル１を製造するには、ステップＳ１で正極用と負極用のシート状の集電体の各々の両面にそれぞれの電極に対応した電極活物質を塗工する。次いでステップＳ２で、塗工済みの電極活物質をロールプレス等して集電体に圧着し、その後、電極活物質を乾燥させる。これにより、ステップＳ３で正極用と負極用の電極板の原板がそれぞれ完成となる。
【００２１】
そして、ステップＳ４で各々の原板からそれぞれの電極板を型抜すること等により、正極および負極となる電極板を完成させる。このステップで、本実施形態の電極板製造装置を用いる。
次いで、ステップＳ５で、正極板と負極板とをセパレータを介して積層することにより、積層体を形成する。
さらに、ステップＳ６で、電池容器の内部に積層体を収容して封止する。この際、正極板を正極端子と電気的に接続し、また負極板を負極端子と接続する。そして、容器本体に蓋を溶接等により接合する。
次いで、ステップＳ７で、電池容器の内部に電解液を注入した後に注入孔を封止して、電池セルが得られる。
【００２２】
では、これより、図４、図５及び図６を用いて、電極板の型抜きを行う電極板製造装置の実施形態につき説明する。図４は、電極板製造装置の一実施形態について概略構成を示す斜視図、図５は、駆動系を下方から、原板支持部を透かして見た分解斜視図である。図６は、電極板製造装置の上面図および側面図である。図４以降の図に記載のＸＹＺ軸は、図１、図２に記載のＸＹＺ軸とは関係がない。
【００２３】
図４に示すように、原板支持部２０の上面２０ａの上に樹脂性の保護シート９０が配置され、この保護シート９０の上に正極用または負極用の原板９１が配置される。保護シート９０は搬送ローラー２１及び２２により、また原板９１は搬送ローラー２３及び２４により搬送される。保護シート９０と原板９１は同一速度且つステップ動作となるよう互いに同期して搬送される。これら搬送ローラー２１乃至２４の駆動は駆動部３１の動作と同期するよう制御部３０により制御される。
図４、図５に示すように、駆動系３は、駆動部３１、駆動部３１の同一面にそれぞれの一端が配置され且つ駆動部３１により上下運動を行う支柱３４、３５と、支柱３４、３５の他端に接続され且つ支持基板３６を保持する保持部３２と、支持基板３６の面のうち原板支持部２０の上面２０ａと向き合う面に固定された抜き型３３とから構成される。
抜き型３３には、抜き刃３７及び押圧手段３９が配されている。
上記上下運動は、制御部３０により制御される。
【００２４】
電極板製造装置２は、概略すると以下のように動作する。
制御部３０は、所定の送り幅で原板９１及び保護シート９０を搬送した後に搬送ローラー２１乃至２４を停止させる。すなわち、制御部３０は搬送ローラー２１乃至２４を間欠動作させる。
【００２５】
搬送ローラー２１乃至２４を停止させた後に、制御部３０が駆動部３１を制御し、駆動部３１が保持部３２を上下方向に移動させる（すなわち、進退可能に駆動する）。まず、保持部３２を原板支持部２０の上面２０ａに向かって下方に移動させることで、抜き型３３が上面２０ａに搬送された原板９１に押し当てられる。すると、抜き刃３７、３８が原板９１を貫通して切断し、抜き刃３７、３８に囲まれる部分が、それぞれ電極板として原板９１から型抜される。次に、保持部３２を上方に移動させることで抜き型３３が原板９１から離れ、上方に退避する。そして、制御部３０が上記間欠動作を行うように搬送ローラー２１〜２４を制御して、保護シート９０および原板９１を所定の送り幅でＹ方向へ送る。これにより、型抜された部分の原板９１は電極板を回収する装置（図示せず）により回収され、型抜されていない部分の原板９１はＹ方向へ送られる。電極板型抜装置２は、上記の動作を繰り返して、原板９１を繰返し型抜する。
なお、保持部３２を下方に移動させた際、抜き刃３７、３８は原板９１を貫通するものの、保護シート９０を貫通することはないように設計されているので、抜き刃３７、３８が原板支持部２０に当たって刃が欠けるなどの損傷は生じない。
【００２６】
図６（ｂ）に示すように、原板９１の搬送用である搬送ローラー２３、２４は、搬送ローラー２１、２２よりも下方（-Ｚ方向）に配置されている。各搬送ローラーのこのような配置により原板９１に張力を発生させ、原板９１にしわが寄ることを防止できるので、適切に電極板の型抜きを行うことができる。
【００２７】
図６（ａ）に示すように、原板９１には電極活物質が塗工されている形成領域９２と、電極活物質が塗工されていない非形成領域９３とが設けられている。非形成領域９３は、原板９１の幅方向（Ｘ方向）の両端部に形成されている。
抜き型３３は２つの抜き刃３７、３８を備え、いずれも同形状のものである。原板９１の一端の非形成領域９３から１つの電極板の電極タブを型抜きし、他端の非形成領域９３からもう１つの電極板の電極タブを型抜きし、合計２つの電極板を同時に型抜きできるように抜き刃３７、３８が配置されている。具体的には、抜き刃３７、３８は、形成領域９２のＸ方向の中心から搬送方向であるＹ方向に引いた仮想の線に対して線対称に設けられている。
【００２８】
以下、抜き刃３７および押圧手段３９について詳しく説明する。抜き刃３８と押圧手段３９との関係については、抜き刃３７と押圧手段３９との関係と同様である。
【００２９】
図７（ａ）は支持基板の対向面を平面視した抜き型３３の平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ’線矢視断面図である。図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、支持基板３６の面であって抜き刃３７と押圧手段３９が配置且つ固定される配置面３６ａを平面視したときの抜き刃３７の形状（以下、平面形状という）は、閉じた形状（枠形状）になっており、電極板の輪郭と概ね一致している。抜き刃３７は片刃であり、刃先が設けられた帯状体（板状体）が、上記枠形状になるように折り曲げられたものである。刃先が配置面３６ａに略垂直になるように、抜き刃３７が支持基板３６に埋め込まれている。帯状体の板厚は、例えば０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度である。
詳しくは、抜き刃３７の内周面（一方の面）３７１は、配置面３６ａと略垂直（配置面３６ａの法線方向となす角度が略０°）になっており、内周面３７１の先端が刃先３７３になっている。抜き刃３７の外周面（他方の面）３７２は、刃先３７３に向かう部分が配置面３６ａの法線方向から３０°程度の角度をなして傾斜している。
【００３０】
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、押圧手段３９は、原板９１を型抜するときに原板９１を原板支持部２０の上面２０ａに向けて押圧する部材である。押圧手段３９は、第１の押圧部３９１および第２の押圧部３９２を有している。配置面３６ａを平面視したときの抜き刃３７に対して、第１の押圧部３９１は上記枠形状の内側、すなわち内周面３７１の内側（一方の面側）に設けられており、第２の押圧部３９２は外周面３７２の外側（他方の面側）に設けられている。
第１の押圧部３９１および第２の押圧部３９２は、例えばゴムやスポンジ等の弾性体からなる。ここでは、第１の押圧部３９１および第２の押圧部３９２が、同じ材質からなる。押圧手段３９としては、押圧面を有する部材がバネ等により原板支持部に向けて付勢されているものであってもよい。
【００３１】
第１の押圧部３９１の表面３９１ａおよび第２の押圧部３９２の表面３９２ａが刃先３７３よりも突出するように、第１の押圧部３９１および第２の押圧部３９２の配置面３６ａの法線方向（図７（ｂ）の−Ｚ方向）の寸法（厚み）が設定されている。ここでは、表面３９１ａと表面３９２ａとがＺ方向で同一の位置にある。
【００３２】
第１の押圧部３９１は、その側面３９１ｂが上記枠形状の抜き刃の内周面３７１から離れるように、間隔ｄが設けられている。図７（ａ）に示すように、上記枠形状の抜き刃のいずれの内周面３７１からも間隔ｄだけ離れているので、第１の押圧部３９１は電極板の形状を縮小した形状と略同一となる。
もちろん、後述のようにこの間隔ｄは原板９１に塗工された電極活物質１５３の脱離を防止するためのものである。従って、金属である集電体１５２のみで形成される電極タブ１５１部分はそもそも当該脱離が生じえないので、上記枠形状の抜き刃のうち電極タブ１５１を形成すべく集電体１５２を切断する抜き刃の内周面と第１の押圧部３９１との間には間隔を設けず、電極活物質１５３を切断する抜き刃の内周面３７１と第１の押圧部３９１との間にだけ間隔ｄを設ける構成としてもよい。
間隔ｄは、原板９１の形成材料や板厚に応じて設定されるが、ここでは約５ｍｍとしている。
【００３３】
第２の押圧部３９２は、その側面３９２ｂが外周面３７２に当接するように、設けられている。側面３９２ｂが外周面３７２に当接していれば、型抜の過程において、抜き刃３７の近傍で原板９１を押圧することができ、原板９１と抜き刃３７との位置ずれを効果的に回避することができる。
【００３４】
次に、図８及び図９を用いて原板９１が抜き型３３により型抜される過程について説明する。図８（ａ）〜（ｃ）は、型抜の過程における原板および抜き刃を拡大して示す断面図、図９は型抜の過程で切断部に働く力を示す説明図である。
【００３５】
原板９１を型抜するには、上述のように、制御部３０が支持基板３６を下方に移動させ、図８（ａ）に示すように第１の押圧部の表面３９１ａおよび第２の押圧部の表面３９２ａを、原板９１の表面のうち保護シート９０に接している表面とは異なる表面である電極活物質１５３に接触させる。この段階で刃先３７３は、原板９１の一方の表層に位置する電極活物質１５３に接触していない。
【００３６】
制御部３０が支持基板３６をさらに下方に移動させると、図８（ｂ）に示すように、第１の押圧部３９１および第２の押圧部３９２が原板支持部２０に向かって押圧されて圧縮変形し、刃先３７３が原板９１に接触する。第１の押圧部３９１および第２の押圧部３９２の押圧力により、原板９１が原板支持部２０に向かって押圧される。これにより、原板９１と抜き刃３７との相対位置が規制され、刃先３７３を原板９１の所定の位置Ｐに接触させることができる。
【００３７】
制御部３０が支持基板３６をさらに下方に移動させると、図８（ｃ）に示すように、刃先３７３が原板９１を貫通して原板９１が切断される。抜き刃３７で囲まれる内側の部分の原板９１が電極板として型抜される。その後、制御部３０が支持基板３６を上方に移動させると、第１の押圧部３９１による上記型抜きされた電極板に対する押圧力および第２の押圧部３９２による上記型抜きされた電極板以外の他の原板９１の部分に対する押圧力を作用させたまま抜き刃３７が原板９１等から離れるので、型抜された電極板が抜き刃３７に同伴して移動することが回避される。
【００３８】
ところで、抜き刃３７の内側の切断部９１ａと、抜き刃３７の外側の切断部９１ｂは、原板９１に侵入した部分の抜き刃３７の板厚の分だけ、互いに離れる方向に押し広げられる。
図９に示すように、第２の押圧部３９２に当接している部分の原板９１は、第２の押圧部３９２の押圧力Ｆ２で押圧されて位置が規制される。切断部９１ｂは、抜き刃３７の外側に向かう圧縮力Ｆ４を外周面３７２から受けて、原板９１の表面に沿う方向に圧縮される。
しかしながら、切断部９１ｂは、第２の押圧部３９２に当接している部分の位置が外周面３７２の直下、すなわち刃先３７３に近接した位置で規制されていることにより、原板９１の表面に沿う方向で変形可能な範囲が限定される。切断部９１ｂの歪が緩和されにくいので、切断部９１ｂに圧縮力Ｆ４が集中的に作用する。すると、集電体１５２と電極活物質１５３とで材質が異なり機械特性が異なるので、集電体１５２と電極活物質１５３とが互いに追従して変形することができなくなり、集電体１５２と電極活物質１５３との界面（以下、単に界面という）に沿う方向にせん断力が作用する。界面のせん断力は、集電材９１１と電極活物質９１２、９１３とにずれを生じさせる力であるので、電極活物質１５３が集電体１５２から脱離しやすくなる。ただし、切断部９１ｂは、抜き刃３７の外側の部分であり、電極板にならない部分であるので、切断部９１ｂに電極活物質の脱離を生じたとしても不都合を生じることはない。
【００３９】
一方、電極板になる部分である切断部９１ａは、切断部９１ｂと異なり、次に説明するように電極活物質１５３の脱離を生じにくくなっている。第１の押圧部３９１に当接している部分の原板９１は、切断部９１ｂと同様に第１の押圧部３９１の押圧力Ｆ１で押圧されて位置が規制される。また、切断部９１ａは、抜き刃３７の内側に向かう圧縮力Ｆ３を内周面３７１から受けて、内周面３７１の法線方向に圧縮される。
切断部９１ａは、上記間隔ｄがあることにより、第１の押圧部３９１に押圧される部分と内周面３７１に接触する部分との間に、押圧されていない部分を有している。刃先３７３の侵入による切断面の変位が、切断部９１ａ、９１ｂで等しいとすると、切断部９１ａの方が変位可能な範囲が広いので、曲げ変形しやすい。切断部９１ａが内周面３７１と接触する部分における界面の接線Ｌは、切断部９１ａの曲げ変形（たわみ角）が大きくなるほど、内周面３７１の法線方向に対して傾斜する。
圧縮力Ｆ３は、接線Ｌに平行な分力Ｆ５と、接線Ｌに垂直な分力Ｆ６とに分解することができる。分力Ｆ５は、集電体１５２と電極活物質１５３とをずれさせるせん断力である。分力Ｆ６は、内周面３７１と接触する部分において、集電体１５２と電極活物質１５３とを互いに接近させる力である。すなわち、分力Ｆ６は、集電体１５２と電極活物質１５３とを、互いに密着させるように作用する。
【００４０】
原板９１の主面に沿う方向に対する接線Ｌの傾きが大きくなるほど、分力Ｆ５に対する分力Ｆ６の比率が大きくなる。すなわち、接線Ｌの傾きを大きくするほど、分力Ｆ６が大きくなる。換言すると、接線Ｌの傾きを所定の値以上にすることにより、分力Ｆ５に起因して密着力を減少させる効果に対し、分力Ｆ６に起因して密着力を増加させる効果を卓越させることができる。本実施形態では、このような観点で間隔ｄが設定されており、型抜の過程で集電体１５２と電極活物質１５３との密着性が低下することが回避されている。ここでは、間隔ｄは約５ｍｍとしており、上記電極板の材料において良好な結果が得られている。
【００４１】
なお、間隔ｄをいかなる値に設定すれば、接線Ｌの傾きが所望の値になるかについては、各種数値シミュレーションや、系統的な実験等により求めることができる。例えば、簡易なモデルで間隔ｄを評価する方法として、以下の方法がある。原板が切断されない上限のせん断力である切断強度は、原板の機械特性や抜き刃の種類により定まる。原板と同じ材質の片持ち梁に対して、自由端に前記切断強度の力を作用させたときの片持ち梁のたわみ角は、片持ち梁の長さにより定まる。原板の変形を片持ち梁の変形と同様であると仮定すると、上述の接線Ｌの傾きがたわみ角に対応し、間隔ｄが片持ち梁の長さに対応するので、間隔ｄと接線Ｌとの関係を求めることができる。
【００４２】
本願発明者は、抜き刃の内周面および外周面の双方に押圧手段を当接させた比較用の抜き型（特許文献１記載の抜き型と同様）を作製し、本発明に係る電極板型抜装置２を用いる場合と電極活物質の脱離のしにくさについて比較した。その結果、電極板型抜装置２による電極板は、比較例よりも電極活物質が剥離しにくいことが確認された。また、間隔ｄについては、１ｍｍ以上に設定するとよく、２ｍｍ以上にすると電極活物質の脱離を防止する効果が高められるという結果が得られた。また、型抜の過程における原板と抜き刃との位置ずれを防止する観点では、間隔ｄを１０ｍｍ以下にするとよく、５ｍｍ以下にすると位置ずれを防止する効果が高められるという結果が得られた。このように、間隔ｄとしては、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下にするとよく、２ｍｍ以上５ｍｍ以下にするとさらによい。
【００４３】
なお、本発明の技術範囲は上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。例えば、本発明の電極板型抜装置は、正極板の型抜、負極板の型抜のいずれにも用いることが可能である。抜き型については、下記の変形例１、変形例２のような変形も可能である。
【００４４】
図１０（ａ）に示す変形例１の抜き型３３Ｂは、押圧手段３９Ｂの第２の押圧部３９２Ｂが抜き刃３７の外周面３７２から離間して設けられている点で、上記実施形態と異なっている。このような抜き型３３Ｂを用いても、電極板における電極活物質の脱離を防止する効果が得られる。第２の押圧部３９２Ｂを抜き刃３７から離間させて設ける場合には、型抜の過程で原板と抜き刃３７との位置ずれを減らす観点で、抜き刃３７と第１の押圧部３９１との間隔よりも、抜き刃３７と第２の押圧部３９２Ｂとの間隔を狭くすることが好ましい。
【００４５】
図１０（ｂ）に示す変形例２の抜き刃３７Ｃは、両刃により構成されている点で、上記実施形態と異なっている。抜き刃３７Ｃの内周面３７１Ｃおよび外周面３７２Ｃは、いずれも、刃先３７３Ｃに向かう部分が支持基板３６の主面の法線方向に対して傾斜している。このような抜き刃３７Ｃを用いても上記間隔ｄを適宜設定することで電極活物質の脱離を防止する効果が得られる。
【符号の説明】
【００４６】
１・・・電池セル、２・・・電極板製造装置、３・・・駆動系、１０・・・電池容器、
１１・・・容器本体、１２・・・蓋、１３、１４・・・電極端子、
１５、１６・・・電極板、１７・・・セパレータ、２０・・・原板支持部、
２０ａ・・・上面、２１〜２４・・・搬送ローラー、３０・・・制御部、
３１・・・駆動部、３２・・・保持部、３３、３３Ｂ・・・抜き型、
３４、３５・・・支柱、３６・・・支持基板（基板）、３６ａ・・・配置面、
３７、３７Ｃ、３８・・・抜き刃、３９、３９Ｂ・・・押圧手段、
９０・・・保護シート、９１・・・原板、９１ａ、９１ｂ・・・切断部、
９２・・・形成領域、９３・・・非形成領域、１５０・・・母部、
１５１・・・電極タブ、１５２・・・集電体、１５３・・・電極活物質、
１６１・・・電極タブ、
３７１、３７１Ｃ・・・内周面（一方の面）、
３７２、３７２Ｃ・・・外周面（他方の面）、３７３、３７３Ｃ・・・刃先、
３９１・・・第１の押圧部（押圧手段）、３９１ａ・・・第１の押圧部の表面、
３９１ｂ・・・第１の押圧部の側面、３９２、３９２Ｂ・・・第２の押圧部（押圧手段）、３９２ａ・・・第２の押圧部の表面、３９２ｂ・・・第２の押圧部の側面、
９１１・・・集電体、９１２、９１３・・・電極活物質、ｄ・・・間隔、
Ｆ１、Ｆ２・・・押圧力、Ｆ３、Ｆ４・・・圧縮力、Ｆ５、Ｆ６・・・分力、
Ｌ・・・接線、Ｐ・・・所定の位置、Ｓ１〜Ｓ７・・・ステップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極活物質が塗工された電極板の原板を支持可能な原板支持部と、
第１の押圧部と、
枠形状の抜き刃と、
前記原板支持部に対向配置され、前記第１の押圧部と前記抜き刃とが固定された支持基板と、
前記支持基板を前記原板支持部に向かって進退可能に駆動する駆動部とを有し、
前記第１の押圧部は前記抜き刃の前記枠形状の内側であって且つ前記電極活物質を切断する抜き刃から所定の間隔を空けて配置され、
前記駆動部により前記支持基板が前記原板支持部に向かって進出した際に、前記第１の押圧部が前記原板を押圧するとともに、前記抜き刃が前記原板を前記枠形状に沿って切断することを特徴とする電極板製造装置。
【請求項２】
前記支持基板に固定されるとともに、前記枠形状の外側に配置される第２の押圧部をさらに有し、
前記駆動部により前記支持基板が前記原板支持部に向かって進出した際に、前記第１の押圧部とともに前記第２の押圧部が前記原板を押圧することを特徴とする請求項１に記載の電極板製造装置。
【請求項３】
制御部と、
前記原板支持部を介して前記原板を搬送する搬送ローラーとをさらに有し、
前記制御部は前記搬送ローラーを間欠動作させ、前記搬送ローラーを停止させた際に前記切断が行われることを特徴とする請求項２に記載の電極板製造装置。
【請求項４】
前記抜き刃は片刃のトムソン刃であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３に記載の電極板製造装置。
【請求項１】
電極活物質が塗工された電極板の原板を支持可能な原板支持部と、
第１の押圧部と、
枠形状の抜き刃と、
前記原板支持部に対向配置され、前記第１の押圧部と前記抜き刃とが固定された支持基板と、
前記支持基板を前記原板支持部に向かって進退可能に駆動する駆動部とを有し、
前記第１の押圧部は前記抜き刃の前記枠形状の内側であって且つ前記電極活物質を切断する抜き刃から所定の間隔を空けて配置され、
前記駆動部により前記支持基板が前記原板支持部に向かって進出した際に、前記第１の押圧部が前記原板を押圧するとともに、前記抜き刃が前記原板を前記枠形状に沿って切断することを特徴とする電極板製造装置。
【請求項２】
前記支持基板に固定されるとともに、前記枠形状の外側に配置される第２の押圧部をさらに有し、
前記駆動部により前記支持基板が前記原板支持部に向かって進出した際に、前記第１の押圧部とともに前記第２の押圧部が前記原板を押圧することを特徴とする請求項１に記載の電極板製造装置。
【請求項３】
制御部と、
前記原板支持部を介して前記原板を搬送する搬送ローラーとをさらに有し、
前記制御部は前記搬送ローラーを間欠動作させ、前記搬送ローラーを停止させた際に前記切断が行われることを特徴とする請求項２に記載の電極板製造装置。
【請求項４】
前記抜き刃は片刃のトムソン刃であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３に記載の電極板製造装置。
【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２０１１−２０４６１４（Ｐ２０１１−２０４６１４Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７３１７０（Ｐ２０１０−７３１７０）
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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