JP2009064687A - Method and apparatus for manufacturing wound electrode body - Google Patents
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Abstract
【課題】シート状電極が精度よく巻き付けられた捲回電極体の製造方法および製造装置を提供する。
【解決手段】巻芯20の外周に巻き付けられた2枚のシート状セパレータ86a、86b間に正負のいずれか一方のシート状電極84bの先端部分85bを挿入する工程と、外側セパレータ86bの外方から押付部材40を巻芯に押し付け、当該押付部材と巻芯との間で挿入されたシートの先端部分を狭持する工程と、シート状電極の先端部分に当該シートの挿入方向と逆方向にテンションを付与し、当該シートの先端部分を引き伸ばす工程と、巻芯を回転させて、引き伸ばされたシートの先端部分を巻き込む工程と、引き伸ばされたシートの先端部分を巻き込んだ後、巻芯をさらに回転させてシート状電極を2枚のシート状セパレータとともに捲回する工程とを含む捲回電極体製造方法である。
【選択図】図4BA method and apparatus for manufacturing a wound electrode body in which a sheet-like electrode is wound with high accuracy are provided.
A step of inserting a leading end portion 85b of either positive or negative sheet-like electrode 84b between two sheet-like separators 86a and 86b wound around the outer periphery of a winding core 20, and an outer side of the outer separator 86b. Pressing the pressing member 40 against the winding core and sandwiching the leading end portion of the sheet inserted between the pressing member and the winding core, and the leading end portion of the sheet-like electrode in the direction opposite to the insertion direction of the sheet Applying a tension and stretching the leading end of the sheet; rotating the core to wind the leading end of the stretched sheet; and winding the leading end of the stretched sheet; A wound electrode body manufacturing method including a step of rotating and winding a sheet-shaped electrode together with two sheet-shaped separators.
[Selection] Figure 4B
Description
本発明は、電池に用いられる電極体を製造する方法および装置に関する。詳しくは、渦巻き状構造を有する捲回電極体の製造方法と製造装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing an electrode body used for a battery. Specifically, the present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a wound electrode body having a spiral structure.
近年、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池その他の二次電池は、車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携帯端末の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられるものとして期待されている。 In recent years, lithium-ion batteries, nickel-metal hydride batteries, and other secondary batteries have become increasingly important as power sources for vehicles or as power sources for personal computers and portable terminals. In particular, a lithium ion battery that is lightweight and obtains a high energy density is expected to be preferably used as a high-output power source mounted on a vehicle.
この種の電池の一つとして、渦巻き状構造を有する捲回電極体を備えた電池構造が知られている。電極体を渦巻き状とすることにより正負極の反応面積を大きくすることができ、これによってエネルギー密度を増大して高出力が可能となる。捲回電極体は、シート状の正極、負極およびセパレータから構成され、各シートを重ねて捲回することにより製造される。このような捲回電極体の製造方法として種々の方法が提案されている。図7A〜図7Dを参照しながら従来の工法を説明する。 As one of this type of battery, a battery structure including a wound electrode body having a spiral structure is known. By making the electrode body spiral, the reaction area of the positive and negative electrodes can be increased, thereby increasing the energy density and enabling high output. The wound electrode body is composed of a sheet-like positive electrode, a negative electrode, and a separator, and is manufactured by stacking and winding each sheet. Various methods have been proposed as a method for manufacturing such a wound electrode body. A conventional construction method will be described with reference to FIGS. 7A to 7D.
まず、図7Aに示すように、巻芯90のスリット91に2枚のシート状セパレータ92a、92bを挿入し、この状態で巻芯90を少し回転させてシート状セパレータ92a、92bを巻き付ける。
First, as shown in FIG. 7A, the two sheet-
次いで、図7Bに示すように、巻き付けた外側のセパレータ92aと内側のセパレータ92bとの間に、チャック96に把持されて誘導されてきた正負いずれか一方(例えば負極)のシート状電極94の先端部分を挿入する。
Next, as shown in FIG. 7B, between the wound
そして、図7Cに示すように、外側セパレータ92aの外方からローラ98を当該外側セパレータ92aに押し付ける。これにより、シート状電極94の先端部分をシート状セパレータ92a、92bとともにローラ98と巻芯90との間で狭持することができる。引き続いて、図7Dに示すように、シート状電極94を把持するチャック96を開放して該シート94にテンション(張力)を加える。また、同様の操作によって図示しない他方(例えば正極)のシート状電極を巻芯90と内側セパレータ92bとの間に挿入・挟持する。そして、この状態で巻芯90を回転させることにより、正負一対(2枚)のシート状電極及び2枚のシート状セパレータが捲回されてなる捲回電極体が形成(製造)される。かかる方法によれば、テンションをかけながらシート状電極が捲回されるので捲回中におけるシート状電極の巻きズレを防止することができる。
Then, as shown in FIG. 7C, the
この種の従来技術として例えば特許文献1が挙げられる。特許文献1には、電極とセパレータとから成る捲回体を形成する際に各シートにバックテンション(後方への張力)を付与することで弛みや巻きズレが発生するのを抑制する捲回電極体製造装置が記載されている。また、その他の捲回装置に関する従来技術として特許文献2〜4が挙げられる。
しかしながら、上述した従来の工法では、捲回中に発生するシート状電極の巻きズレを防止することは可能であるが、巻き始めの段階で発生する巻きズレを防止することが困難であった。すなわち、図7Aに示したように、シート状電極94は、その先端がローラ98と巻芯90との間で狭持(クランプ)されるまではテンションをかけることができずテンションフリーの状態となるため、かかるテンションフリーのシート状電極94の先端をローラ98が押し付けると、該ローラ98の押付力(クランプする力)によって動きが制約された該シート状電極94に弛みが発生する虞がある。
However, with the conventional method described above, it is possible to prevent the winding deviation of the sheet-like electrode that occurs during winding, but it is difficult to prevent the winding deviation that occurs at the beginning of winding. That is, as shown in FIG. 7A, the sheet-
さらに説明すると、典型的な捲回電極体の形成装置では、図7Bに示すように、シート状電極94の先端部分をローラ98でクランプできるように、ローラ98の中心線C1と巻芯90の中心線C2とをズラす必要があるが、このようにローラ98と巻芯90との中心線をズラすと、図8Aに示すように、シートの先端部分を押し付ける(クランプする)際に、当該先端部分に働くローラ98の押付(クランプ)力が該先端部分を弛ませる方向に作用する。そのため、ローラ98でクランプ時に大きな弛み95が発生する。そして、図8Bに示すように、大きな弛み95が発生したシート状電極94をそのまま巻回すると、捲回工程の初期操作(巻き始め)の段階において捲回電極体の内部に巻きズレが発生する主な原因ともなりかねず、好ましくない。
More specifically, in a typical wound electrode body forming apparatus, as shown in FIG. 7B, the center line C1 of the
本発明はかかる従来の捲回工程の初期操作(巻き始め)における問題点を解決すべく創出されたものであり、その主な目的は、シート状電極が精度よく巻き付けられた捲回電極体の製造方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、そのようなシート状電極が精度よく巻き付けられた捲回電極体を好適に製造する装置を提供することである。 The present invention was created to solve the problems in the initial operation (start of winding) of the conventional winding process, and the main object of the present invention is to provide a wound electrode body in which a sheet-like electrode is wound with high accuracy. It is to provide a manufacturing method. Another object of the present invention is to provide an apparatus for suitably producing a wound electrode body in which such a sheet-like electrode is wound with high accuracy.
本発明によって提供される電極体の製造方法は、渦巻き状構造を有する電極体(以下「捲回電極体」という)を製造する方法である。詳しくは、正負一対のシート状電極(即ち捲回電極体に巻き取る前の帯状の正負一対の電極)および2枚のシート状セパレータ(即ち捲回電極体に巻き取る前の帯状のセパレータ)が巻芯に捲回される捲回電極体の製造方法である。 The method for producing an electrode body provided by the present invention is a method for producing an electrode body having a spiral structure (hereinafter referred to as “winding electrode body”). Specifically, a pair of positive and negative sheet-like electrodes (that is, a pair of positive and negative strip-shaped electrodes before winding on a wound electrode body) and two sheet-like separators (that is, a strip-shaped separator before winding on a wound electrode body) are provided. It is a manufacturing method of the winding electrode body wound by the winding core.
本発明の捲回電極体の製造方法は、上記巻芯の外周に上記2枚のシート状セパレータを巻き付ける工程と、上記巻芯の外周に巻き付けられた2枚のシート状セパレータ間に上記正負のいずれか一方のシート状電極の先端部分を挿入する工程と、上記2枚のシート状セパレータのうちの外側に配置される外側セパレータの外方から押付部材を上記巻芯に押し付け、当該押付部材と巻芯との間で上記挿入されたシート状電極の先端部分を上記2枚のセパレータごと狭持する工程と、上記シート状電極の先端部分に当該シートの挿入方向と逆方向にテンションを付与し、当該シートの先端部分を引き伸ばす工程と、上記押付部材により押し付けながら上記巻芯を回転させて、上記引き伸ばされたシートの先端部分を巻き込む工程と、上記引き伸ばされたシートの先端部分を巻き込んだ後、上記巻芯をさらに回転させて、上記シート状電極を上記2枚のシート状セパレータとともに捲回する工程とを含む。 The method for producing a wound electrode body according to the present invention includes the step of winding the two sheet-shaped separators around the outer periphery of the core, and the positive and negative between the two sheet-shaped separators wound around the outer periphery of the core. A step of inserting a leading end portion of any one of the sheet-like electrodes, and a pressing member pressed against the core from the outside of the outer separator disposed outside the two sheet-like separators; The step of sandwiching the tip portion of the inserted sheet-like electrode with the two separators between the core and a tension is applied to the tip portion of the sheet-like electrode in the direction opposite to the insertion direction of the sheet. A step of stretching the leading end portion of the sheet, a step of rotating the core while pressing by the pressing member, and winding the leading end portion of the stretched sheet, and the stretching After involving tip portion of the sheet, and further rotating the winding core, the sheet electrode and a step of winding together with the sheet-like separator two above.
上記捲回電極体の製造方法によれば、捲回工程の初期操作(巻き始め)の段階において、押付部材(典型的にはローラ)でクランプした際に生じ得るシート状電極の先端部分の弛みを、バックテンション(張力)を付与することで取り除くことができる。これにより、シート状電極の先端部分をピンと張った状態で巻き取ることができ、巻き始め段階における捲回電極体の内部でのシート状電極の巻きズレを防止することができる。従って、本発明の製造方法によれば、シート状電極が精度よく巻き付けられた信頼性の高い捲回電極体を備えた電池を提供することができる。 According to the above-described method for manufacturing a wound electrode body, in the initial operation (starting winding) stage of the winding process, the leading end portion of the sheet-like electrode that may occur when clamping with a pressing member (typically a roller) Can be removed by applying a back tension. Thereby, it can wind up in the state which tensioned the front-end | tip part of the sheet-like electrode, and can prevent winding deviation of the sheet-like electrode inside the wound electrode body in the winding start stage. Therefore, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to provide a battery including a highly reliable wound electrode body in which a sheet-like electrode is wound with high accuracy.
ここで開示される製造方法の好ましい一態様では、かかる捲回は、上記シートの先端部分に付与された(当該先端部分を引き伸ばす)逆方向テンションよりも大きなテンションを上記シート状電極にかけながら実行する。これにより、捲回中におけるシート状電極の巻きズレ(典型的にはシートの幅方向における巻きズレ)の発生を抑制することができる。 In a preferable aspect of the manufacturing method disclosed herein, the winding is performed while applying a tension larger than the reverse tension applied to the leading end portion of the sheet (stretching the leading end portion) to the sheet-like electrode. . Thereby, the generation | occurrence | production of the winding shift | offset | difference (typically winding shift | offset | difference in the width direction of a sheet | seat) of the sheet-like electrode during winding can be suppressed.
また、典型的には、上記捲回を行う前に、上記正負のうちの他方のシート状電極を、上記2枚のシート状セパレータのうちの内側に配置される内側セパレータと上記巻芯との間に挿入する工程を含む。そして、上記捲回工程において、押付部材(典型的にはローラ)により押し付けながら巻芯を回転させて、正負一対のシート状電極を2枚のセパレータとともに捲回することにより、巻き始めの段階で巻きズレ発生を防止して高い精度で捲回された捲回電極体を製造することができる。 Moreover, typically, before performing the winding, the other sheet-like electrode of the positive and negative is connected to the inner separator disposed on the inner side of the two sheet-like separators and the core. Including a step of interposing. In the winding step, the winding core is rotated while being pressed by a pressing member (typically a roller), and a pair of positive and negative sheet-like electrodes are wound together with two separators, so that at the beginning of winding. It is possible to manufacture a wound electrode body that is wound with high accuracy while preventing the occurrence of winding deviation.
また、本発明は、正負一対のシート状電極および2枚のシート状セパレータを備える捲回電極体の製造装置を提供する。 Moreover, this invention provides the manufacturing apparatus of the wound electrode body provided with a pair of positive and negative sheet-like electrodes and two sheet-like separators.
即ち、本発明の製造装置は、上記巻芯の外周に巻き付けられた2枚のシート状セパレータ間に上記正負のいずれか一方のシート状電極の先端部分を挿入する第1の挿入手段と、上記2枚のシート状セパレータのうちの外側に配置される外側セパレータの外方から上記巻芯に押し付け、当該巻芯との間で上記挿入されたシート状電極の先端部分を上記2枚のセパレータごと狭持する押付部材と、上記シート状電極の先端部分に当該シートの挿入方向と逆方向にテンションを付与し、当該シートの先端部分を引き伸ばす第1のテンション付与手段と、上記押付部材で押し付けながら上記巻芯を回転させて、上記引き伸ばされたシート状電極の先端部分を巻き込む捲回手段とを備えている。 That is, the manufacturing apparatus according to the present invention includes a first insertion unit that inserts a leading end portion of any one of the positive and negative sheet-like electrodes between two sheet-like separators wound around the outer periphery of the core. Pressing against the core from the outside of the outer separator disposed outside the two sheet-shaped separators, the leading end portion of the inserted sheet-shaped electrode between the two cores together with the two separators While pressing with the pressing member for holding, a first tension applying means for applying tension to the leading end portion of the sheet-like electrode in the direction opposite to the insertion direction of the sheet and extending the leading end portion of the sheet, Winding means for rotating the winding core to wind up the leading end portion of the stretched sheet-like electrode.
上記捲回電極体の製造装置によれば、捲回工程の初期操作(巻き始め)の段階において、押付部材で押し付けた(クランプした)際に生じ得るシート状電極の先端部分の弛みを、第1のテンション付与手段によるバックテンション(張力)を付与することで取り除くことができる。これにより、シート状電極の先端部分をピンと張った状態で巻き取ることができ、巻き始め段階における捲回電極体の内部でのシート状電極の巻きズレを防止することができる。従って、本発明の製造装置によれば、シート状電極が精度よく巻き付けられた信頼性の高い捲回電極体を備えた電池を提供することができる。 According to the above wound electrode body manufacturing apparatus, in the initial operation (starting of winding) stage of the winding process, the slack of the leading end portion of the sheet-like electrode that may occur when pressing (clamping) with the pressing member is performed. It can be removed by applying a back tension (tension) by the tension applying means 1. Thereby, it can wind up in the state which tensioned the front-end | tip part of the sheet-like electrode, and can prevent winding deviation of the sheet-like electrode inside the wound electrode body in the winding start stage. Therefore, according to the manufacturing apparatus of the present invention, it is possible to provide a battery including a highly reliable wound electrode body in which a sheet-like electrode is wound with high accuracy.
ここで開示される製造装置の好ましい一態様では、上記捲回手段は、上記引き伸ばされたシートの先端部分を巻き込んだ後、上記巻芯をさらに回転させて、上記シート状電極を上記2枚のシート状セパレータとともに捲回するように構成される。また、上記捲回時に、上記第1のテンション付与手段によるテンションよりも大きなテンションを上記シート状電極に付与する第2のテンション付与手段を備えている。これにより、捲回中におけるシート状電極の巻きズレ(典型的にはシートの幅方向における巻きズレ)の発生を抑制することができる。 In a preferred aspect of the manufacturing apparatus disclosed herein, the winding means winds the leading end portion of the stretched sheet, and then further rotates the winding core so that the sheet-like electrode is attached to the two sheets. It is comprised so that it may wind with a sheet-like separator. Further, a second tension applying means for applying a tension larger than the tension by the first tension applying means to the sheet-like electrode at the time of winding is provided. Thereby, the generation | occurrence | production of the winding shift | offset | difference (typically winding shift | offset | difference in the width direction of a sheet | seat) of the sheet-like electrode during winding can be suppressed.
なお、典型的には、本発明の製造装置は、上記正負のうちの他方のシート状電極を、上記2枚のシート状セパレータのうちの内側に配置される内側セパレータと上記巻芯との間に挿入する第2の挿入手段を備える。そして、上記捲回手段によって巻芯を回転させて、正負一対のシート状電極を2枚のセパレータとともに捲回することにより、巻き始めの段階で巻きズレ発生を防止して高い精度で捲回された捲回電極体を製造することができる。 Typically, the manufacturing apparatus of the present invention is configured such that the other of the positive and negative sheet-like electrodes is disposed between the inner separator disposed between the two sheet-like separators and the core. 2nd insertion means to insert in. Then, by rotating the winding core by the winding means and winding the pair of positive and negative sheet-like electrodes together with the two separators, the winding is prevented from being generated at the beginning of winding and wound with high accuracy. A wound electrode body can be manufactured.
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、電極活物質の製造方法、電池の構築に係る一般的技術等)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, members / parts having the same action are described with the same reference numerals. In addition, this invention is not limited to the following embodiment. In addition, the dimensional relationships (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not reflect actual dimensional relationships. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention (for example, a method for producing an electrode active material, a general technique relating to construction of a battery, etc.) It can be grasped as a design matter of those skilled in the art based on the prior art. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.
図1を参照しながら本実施形態の捲回電極体を構成するシート状電極体82の構成について簡単に説明する。図1は捲回電極体の構成について説明するための図である。
With reference to FIG. 1, the structure of the sheet-
本実施形態の捲回電極体80は、シート状電極体82(以下、「電極体シート」と称する。)が捲回されて成る。電極体シート82は、捲回電極体80を組み立てる前段階における長尺状(帯状)のシート構造を有している。本実施形態に係る電極体シート82は、典型的な電池の捲回電極体と同様、シート状電極84a、84b(詳細には、シート状正極84a(以下「正極シート」と称する。)とシート状負極84b(以下「負極シート」と称する。))を計2枚のシート状セパレータ86a、86b(以下「セパレータシート」と称する。)とから構成されている。
The
次に、図2Aおよび図2Bを参照しながら、捲回電極体80の製造装置100の構成について説明する。図2Aは製造装置100の構成を模式的に示す概略図であり、図2Bは捲回工程の初期操作(巻き始め)の段階における巻芯20の周辺を拡大した要部拡大図である。
Next, the configuration of the
図2Aに示すように、捲回電極体の製造装置100は、電極体シート82(すなわち正負極シート84a、84bおよび2枚のセパレータシート86a、86b)がそれぞれロール状態(54a、54b、56a、56b)から引き出されて、タッチローラ40で加圧しながら巻芯20で捲回電極体として巻き取られるようにした装置である。各シートのラインには、それぞれテンションローラ(第2のテンション付与手段)64a、64b、66a、66bが設けられており、捲回中には各シートにテンション(張力)が掛かるように構成されている。
As shown in FIG. 2A, in the wound electrode
巻芯20は、引き出されてくる電極体シート82を巻き取り、巻き取り終了後には捲回電極体から取り外されるように構成されている。巻芯20は、図2Bに示すように、巻芯支持部22(捲回手段)に取り付けられている。この実施形態では、巻芯支持部22は図示しない駆動源(典型的にはモータ)に接続され、巻芯20を一方向に回転自在に支持している。巻芯支持部22は、巻芯20を回転させて電極体シート82(正負極シート84a、84bおよび2枚のセパレータシート86a、86b)を捲回するように構成されている。なお、巻芯20にはセパレータシート86a、86bを貫通させて導くスリット21が形成されている。
The winding
巻芯20の下方には、押付部材としてのタッチローラ40が配置されている。タッチローラ40は、外側セパレータ86b(2枚のセパレータシート86a、86bのうちの外側に配置されるセパレータ)の外方から巻芯20に押し付けられるように構成されている。この実施形態では、タッチローラ40はローラ支持部42に回転自在に取り付けられている。ローラ支持部42は図示しない押圧機構に連結され、かかる押圧機構は、ローラ支持部42を所定方向(図示した例では上下の直線方向)に移動させて、タッチローラ40を巻芯20に押し付けるように構成されている。なお、この実施形態では、捲回工程の初期操作(巻き始め)の段階において、負極シート84bの先端部分85bを押し付け(クランプ)できるように、タッチローラ40の中心線C1と巻芯20の中心線C2とをずらして配置している。
A
図2Bは捲回工程の初期操作(巻き始め)の段階における巻芯20の周辺を拡大して示している。図2Bに示すように、負極シート84bのライン中には、負極チャック30b(第1の挿入手段)が取り付けられている。負極チャック30bは、負極シート84bの先端部分85b(初期操作の段階における負極シートの巻き始めの部位)を所定の位置に挿入するように構成されている。具体的には、負極チャック30bは、シート先端部分85bを巻芯20の近傍で把持する把持ローラ32、34と、当該負極チャック30bを移動させる駆動機構(図示せず)とを備えている。駆動機構は、負極チャック30bを所定方向(図では左方向)に移動させ、把持ローラ32、34に把持されたシート先端部分85bをセパレータシート86a、86b間に誘導するように構成されている。
FIG. 2B shows an enlarged view of the periphery of the winding
また、負極チャック30bにはサーボシリンダ(第1のテンション付与手段)10が取り付けられている。サーボシリンダ10は、負極シート84bの巻き始めの段階で、シートの先端部分に当該シートの挿入方向と逆方向にテンション(張力)を付与し、当該シートの先端部分を引き伸ばすように構成されている。この実施形態では、サーボシリンダ10は、図示しないアクチュエータ(例えば電動モータ)とコントローラとを備え、アクチュエータは、コントローラの制御によって負極チャック30b(特にシート先端部分85bを把持する把持ローラ32、34)を所定のタイミングでシートの挿入方向とは逆方向に後退させるように構成されている。かかるサーボシリンダ10の位置制御によって、負極シートの先端部分に所定のタイミングでバック(逆方向)テンションが付与することができる。
A servo cylinder (first tension applying means) 10 is attached to the
なお、図2Bでは省略したが、正極シート84aのライン中には、正極チャック30a(第2の挿入手段)が配設されている。正極チャック30aは、負極チャック30bと同様の構造(すなわち把持ローラおよび駆動機構)を有し、正極シート84aの先端部分(初期操作の段階における正極シートの巻き始めの部位)を巻芯20と内側セパレータシート86a(2枚のセパレータ86a、86bのうちの内側に配置されるセパレータ)との間に挿入するように構成されている。
Although omitted in FIG. 2B, the
まず、図3Aに示したように、巻芯20に2枚のセパレータシート86a、86bを巻き付ける。具体的には、2枚のセパレータシート86a、86bをロール状態56a、56bから引き出して、巻芯20に設けられたスリット21に貫通させ、各セパレータシート86a、86bにテンションローラ66a、66bでテンション(例えば100gf(約1N)/cm2)を加えながら巻芯20を回転(例えば1回転)させて巻き付ける。このようにして、最初に巻芯の外周にセパレータシート86a、86bを巻き付ける。
First, as shown in FIG. 3A, the two
次に、負極シート84bを巻芯20に巻き取る準備を行う。すなわち、ロール状態54bから負極シート84bを引き出し、負極シート84bにテンションローラ(第2のテンション付与手段)64bでテンション(例えば100gf/cm2)を加えながら、負極シートの巻き始めの部位を負極チャック30bの把持ローラ32、34で把持する。これにより、把持ローラ32、34の把持位置よりもシート後側はテンション(例えば100gf/cm2)が印加された状態となるが、把持ローラ32、34の把持位置よりもシート前側は、テンションローラ64bによるテンションがかからず、テンションフリーの状態となる。
Next, preparation for winding the
次に、図3Bに示すように、負極チャック30bを所定方向(図では左方向)に移動させ、巻芯20の外周に巻き付けられた2枚のセパレータ86a、86b間にシート先端部分85bを挿入する。
Next, as shown in FIG. 3B, the
続いて、図4Aに示すように、タッチローラ40を所定の押付方向(図では鉛直上向き)に移動させ、外側セパレータシート86bの外方からタッチローラ40を巻芯20に押し付ける(クランプする)。このタッチローラの押付(クランプ)によって、タッチローラ40と巻芯20との間で負極シート84bの先端部分85bを2枚のセパレータシート86a、86bごと狭持する。このとき、テンションフリーのシート先端部分85bは、タッチローラ40の押付(クランプ)力によって図のように弛むこととなる。
Subsequently, as shown in FIG. 4A, the
この状態から、図4Bに示すように、シートの先端部分85bに当該シートの挿入方向と逆方向にテンションを付与し、当該シートの先端部分85bを引き伸ばす。この実施形態では、サーボシリンダ10のアクチュエータを作動し、負極チャック30bを把持ローラ32、34とともに所定量(ここでは5mm程度)だけ後退させる。これにより、弛みの生じたシートの先端部分85bは引き伸ばされ、ピンと張った状態となる。なお、かかるテンションは、シートの先端部分85bの弛みを解消し得る程度の大きさで、且つ、タッチローラ40によるクランプが外れない(即ちタッチローラ40及び巻芯20間で狭持されたシート部位が引き抜かれない)程度の大きさ(この実施形態では30gf(約0.3N)/cm2未満、例えば0.1〜0.3N/cm2)であればよく、捲回電極体の製造条件に応じて適宜調整することができる。なお、負極チャック30bを後退させるタイミングは、サーボシリンダ10のコントローラによって制御され得る。即ち、コントローラは、タッチローラ40を巻芯20に押し付けた(クランプした)際に発せられる信号などに基づいて、負極チャック30bを後退させるようにサーボシリンダ10のアクチュエータを作動する。
From this state, as shown in FIG. 4B, tension is applied to the
次に、図5Aに示すように、タッチローラ40を巻芯20に押し付けながら巻芯20を矢印「70」方向に少し回転(例えば1/4回転)させ、引き伸ばされたシート先端部分85bを巻芯20に巻き込む。このシート先端部分85bの巻き込みによって、該先端部分85bを巻芯20にしっかりと取り付けることができる。そして、負極チャック30bの把持ローラ32、34を開放する。把持ローラ32、34の開放によって、当該把持位置よりもシート後側にかかっていたテンション(例えば100gf/cm2)がシートの先端部分85bにも伝わる。そのため、図4Bに示したシートの先端部分85bに付与されたテンション(即ち当該先端部分を引き伸ばす際に要するテンション、この例では30gf/cm2未満)よりも大きなテンション(例えば1〜1.5N/cm2例えば100gf/cm2)を負極シート84b全体にかけることができる。このようにして、負極シート84bを巻芯20に巻き取る準備が完了する。
Next, as shown in FIG. 5A, while the
次に、図5Bに示すように、正極シート84aを巻芯20に巻き取る準備を行う。本実施形態では、ロール状態54aから正極シート84aを引き出し、正極シート84aにテンションローラ64aでテンション(例えば100gf(約0.98N)/cm2)を加えながら当該シートの先端部分85aを正極チャックの把持ローラで把持する。そして、巻芯20を矢印「70」方向にゆっくりと回転させながら正極チャックを移動させ、シート先端部分85aを巻芯20と内側セパレータシート86aとの間に挿入する。シート先端部分85aは、内側セパレータシート86a上に載置されつつ、タッチローラ40の押付位置まで誘導され、巻芯20に巻き込まれる。そして、正極チャックの把持ローラを開放して正極シート84aにテンションを掛ける。このようにして、正極シート84aを巻芯20に巻き取る準備が完了する。
Next, as shown in FIG. 5B, preparation for winding the
なお、この実施形態では、まず負極シートを巻き取る準備を行い、その後正極シートを巻き取る準備を行っているが、かかる準備を同時に行ってもよい。すなわち、正極シートの先端部分85aを巻芯20と内側セパレータ86aとの間に挿入しつつ、負極シートの先端部分85bを2枚のセパレータ86a、86b間に挿入することができる。
In this embodiment, preparation for winding the negative electrode sheet is first performed, and then preparation for winding the positive electrode sheet is performed. However, such preparation may be performed simultaneously. That is, it is possible to insert the
このようにして、正負極シート84a、84bおよび2枚のセパレータシート86a、86bを巻き取る準備が完了したら、その後、図5Cに示すように、タッチローラ40により押し付けながら巻芯20を矢印「70」方向にさらに回転させる。これにより、正極シート84a、負極シート84bおよび2枚のセパレータシート86a、86bは、タッチローラ40による締め付けを受けながら巻芯20に巻き取られる。そして、正極シート84a、負極シート84bおよび2枚のセパレータシート86a、86bを、それぞれ巻き取り終了時に所定の長さ(例えば4m50cm)となるように終端位置で切断し、終端位置で切断された巻き終わり部分を巻き取ることにより、捲回電極体が製造(形成)される。このようにして、捲回電極体の捲回工程が完了する。
In this way, when the preparation for winding up the positive and
本実施形態の捲回電極体の製造方法によれば、図4Bに示したように、捲回工程の初期操作(巻き始め)の段階において、タッチローラ40でクランプした際に生じ得る負極シート84bの先端部分85bの弛みを、バックテンション(張力)を付与することで取り除くことができる。これにより、図5Aに示したように、負極シート84bの先端部分85bをピンと張った状態で巻き取ることができ、巻き始め段階における捲回電極体の内部での負極シート84bの巻きズレを防止することができる。従って、本発明の製造方法および製造装置によれば、負極シート84bが精度よく巻き付けられた信頼性の高い捲回電極体を備えた電池を提供することができる。
According to the method for manufacturing a wound electrode body of the present embodiment, as shown in FIG. 4B, the
さらに、上記捲回工程は、正負極シート84a、84bおよび2枚のセパレータ86a、86bにそれぞれテンションがかかった状態で実行されるので、捲回中における各シートの巻きズレ(典型的には各シートの幅方向における巻きズレ)の発生を抑制することができる。
Further, the winding process is performed in a state where tension is applied to the positive and
なお、この実施形態では、負極シート84bの先端部分85bをタッチローラ40でクランプする例を示したが、本発明の構成では正負にかかわらずシート先端部分の弛みを抑制することができ、それゆえ例えば正負を逆の配置として、タッチローラ40で正極シート84aの先端部分をクランプするように構成してもよい。
In this embodiment, an example in which the
この実施形態では、負極シート84bの先端部分85bを把持した状態で負極チャック30bを後退させることによって、当該先端部分85bに非常に簡易な構成でバックテンションを付与することができる。また、かかる負極チャック30bの後退は、サーボシリンダ10の位置制御によって容易かつ確実に実行することができる。
In this embodiment, by retracting the
なお、この実施形態では、第1のテンション付与手段としてサーボシリンダ10を使用しているが、負極チャック30b(特に、シート先端部分を把持する把持ローラ32、34)を所定のタイミングで後退させることができるのであれば、シートの先端部分85bにバックテンションを付与することができ、それゆえ第1のテンション付与手段はサーボシリンダ10に限定されない。
In this embodiment, the
例えば、図6Aおよび図6Bに示したように、圧縮された弾性部材12、14の付勢力によって一対の把持ローラ32、34を後退させるように構成することができる。弾性部材は、例えばバネ12、14である。バネ12、14は、図6Aに示すように、一対の把持ローラ32、34にそれぞれ取り付けられ、第1のブレーキ板16、17によって圧縮された状態で固定されている。なお、図6Aは、図4Aの負極シート84bの先端部分85bをタッチローラ40でクランプした状態に対応して示している。
For example, as shown in FIGS. 6A and 6B, the pair of
そして、この状態から、図6Bに示すように、第1のブレーキ板16、17を開放すると、圧縮されたバネ12、14の付勢力によって一対の把持ローラ32、34は押し戻され、第2のブレーキ板18、19の位置まで後退する。このようにして、一対の把持ローラ32、34を後退させることによって、負極シート84bの先端部分85bの弛みを解消することができる。かかる構成によれば、上述したサーボシリンダによる位置制御よりも装置構成を簡略化し得、装置コストを低減することができる。なお、第2のブレーキ板18、19の位置まで押し戻された把持ローラ32、34は、例えばエアーを用いて第1のブレーキ板16、17の位置に容易に押し込むことができる。
Then, as shown in FIG. 6B, when the
以下、図1に戻って、捲回電極体80を構成する材料について詳述する。本実施形態に係る捲回電極体80は、通常のリチウムイオン電池の捲回電極体と同様、正極シート84aと負極シート84bとをややずらしつつ捲回して作製される捲回電極体80である。
Hereinafter, returning to FIG. 1, the material constituting the
図1に示すように、正極シート84aはシート状の正極集電体の両面に電池用正極活物質層81aが付着されて形成され得る。ただし、正極活物質層81aは正極シート84aの長手方向に沿った一方の側縁(図では下側の側縁)には付着されず、正極集電体を一定の幅にて露出させた正極活物質層非形成部分83aが形成される。負極シート84bも正極シート84aと同様の構成を有し、シート状の負極集電体の両面に負極活物質層81bが付着されて形成され得る。そして負極シート84bの一方の側縁(図では上側の側縁)には、負極集電体が露出した負極活物質層非形成部分83bが形成され得る。
As shown in FIG. 1, the
なお、かかる捲回電極体80を構成する材料および部材自体は、従来のリチウムイオン電池の電極体と同様でよく、特に制限はない。例えば、正極集電体にはアルミニウム箔(本実施形態)その他の正極に適する金属箔が好適に使用される。正極活物質は従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2等が挙げられる。
In addition, the material and member itself which comprise this winding
一方、負極集電体には銅箔(本実施形態)その他の負極に適する金属箔が好適に使用される。負極活物質は従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、グラファイトカーボン、アモルファスカーボン等の炭素系材料、リチウム含有遷移金属酸化物や遷移金属窒化物等が挙げられる。 On the other hand, for the negative electrode current collector, a copper foil (this embodiment) or other metal foil suitable for the negative electrode is preferably used. As the negative electrode active material, one or more of materials conventionally used in lithium ion batteries can be used without any particular limitation. Preferable examples include carbon-based materials such as graphite carbon and amorphous carbon, lithium-containing transition metal oxides and transition metal nitrides.
また、セパレータシート86a、86bとしては多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成されたものが挙げられる。例えば、合成樹脂製(例えばポリエチレン等のポリオレフィン製)多孔質セパレータシートが好適に使用し得る。なお、電解質として固体電解質若しくはゲル状電解質を使用する場合には、セパレータが不要な場合(即ちこの場合には電解質自体がセパレータとして機能し得る。)があり得る。
Examples of the
なお、このようにして形成された捲回電極体80を電解質とともに容器に収容することにより、電池を製造することができる。かかる電池の構成は特に制限されない。ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ等が好適な電池の構成として挙げられる。特に本発明の実施に好適な電池の構成はリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は高エネルギー密度で高出力を実現できる電池であるため、高性能な電源、特に車両搭載用電源を構築することができる。
In addition, a battery can be manufactured by accommodating the
この場合、電解質は例えばLiPF6等のリチウム塩である。適当量(例えば濃度1M)のLiPF6等のリチウム塩をジエチルカーボネートとエチレンカーボネートとの混合溶媒(例えば質量比1:1)のような非水電解液に溶解して電解液として使用することができる。また、容器の材質は、典型的な電池で使用されるものと同じであればよく特に制限はないが、比較的軽量な材質が挙げられる。例えば、好ましくは表面に絶縁用樹脂コーティングが施されているような金属製容器、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂その他の合成樹脂製容器が好適である。容器に捲回電極体80を収容するとともに、電解液を注入して封止することによって電池は構築される。
In this case, the electrolyte is a lithium salt such as LiPF 6 . An appropriate amount (for example, concentration 1M) of a lithium salt such as LiPF 6 may be dissolved in a nonaqueous electrolytic solution such as a mixed solvent of diethyl carbonate and ethylene carbonate (for example, a mass ratio of 1: 1) and used as the electrolytic solution. it can. Further, the material of the container is not particularly limited as long as it is the same as that used in a typical battery, but a relatively light material can be used. For example, a metal container whose surface is preferably coated with an insulating resin coating, a polyolefin resin such as polypropylene, and other synthetic resin containers are suitable. The battery is constructed by housing the
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated by suitable embodiment, such description is not a limitation matter and of course various modifications are possible.
10 サーボシリンダ
12 バネ
16、18 ブレーキ板
20 巻芯
21 スリット
22 巻芯支持部
30a 正極チャック
30b 負極チャック
32、34 把持ローラ
40 タッチローラ
42 ローラ支持部
64a、64b、66a、66b テンションローラ
80 捲回電極体
81a 正極活物質層
81b 負極活物質層
82 シート状電極体
83a 正極活物質層非形成部分
83b 負極活物質層非形成部分
84a シート状正極
84b シート状負極
85a 正極シートの先端部分
85b 負極シートの先端部分
86a 内側セパレータシート
86b 外側セパレータシート
90 巻芯
91 スリット
92a 外側セパレータ
92b 内側セパレータ
94 シート
96 チャック
98 ローラ
100 製造装置
C 回転中心
C1 中心線
C2 中心線
10
Claims (7)
前記巻芯の外周に前記2枚のシート状セパレータを巻き付ける工程と、
前記巻芯の外周に巻き付けられた2枚のシート状セパレータ間に前記正負のいずれか一方のシート状電極の先端部分を挿入する工程と、
前記2枚のシート状セパレータのうちの外側に配置される外側セパレータの外方から押付部材を前記巻芯に押し付け、当該押付部材と巻芯との間で前記挿入されたシート状電極の先端部分を前記2枚のシート状セパレータごと狭持する工程と、
前記狭持されたシート状電極の先端部分に当該シートの挿入方向と逆方向にテンションを付与し、当該シートの先端部分を引き伸ばす工程と、
前記押付部材により押し付けながら前記巻芯を回転させて、前記引き伸ばされたシートの先端部分を巻き込む工程と、
前記引き伸ばされたシートの先端部分を巻き込んだ後、前記巻芯をさらに回転させて、前記シート状電極を前記2枚のシート状セパレータとともに捲回する工程と、
を含む、捲回電極体の製造方法。 A method for producing a wound electrode body comprising a pair of positive and negative sheet-like electrodes and two sheet-like separators,
Winding the two sheet-shaped separators around the outer periphery of the core;
Inserting a tip portion of either the positive or negative sheet-like electrode between two sheet-like separators wound around the outer periphery of the core; and
A pressing member is pressed against the winding core from the outside of the outer separator disposed between the two sheet-like separators, and a tip portion of the inserted sheet-like electrode between the pressing member and the winding core Sandwiching the two sheet-like separators together,
Applying tension to the leading end portion of the sandwiched sheet-like electrode in a direction opposite to the insertion direction of the sheet, and stretching the leading end portion of the sheet;
A step of rotating the core while being pressed by the pressing member, and winding the leading end portion of the stretched sheet;
A step of winding the leading end portion of the stretched sheet and then further rotating the core to wind the sheet-like electrode together with the two sheet-like separators;
A method for producing a wound electrode body, comprising:
前記巻芯の外周に巻き付けられた2枚のシート状セパレータ間に前記正負のいずれか一方のシート状電極の先端部分を挿入する第1の挿入手段と、
前記2枚のシート状セパレータのうちの外側に配置される外側セパレータの外方から前記巻芯に押し付け、当該巻芯との間で前記挿入されたシート状電極の先端部分を前記2枚のセパレータごと狭持する押付部材と、
前記シート状電極の先端部分に当該シートの挿入方向と逆方向にテンションを付与し、当該シートの先端部分を引き伸ばす第1のテンション付与手段と、
前記押付部材で押し付けながら前記巻芯を回転させて、前記引き伸ばされたシート状電極の先端部分を巻き込む捲回手段と
を備えている、製造装置。 An apparatus for producing a wound electrode body comprising a pair of positive and negative sheet-like electrodes and two sheet-like separators,
A first insertion means for inserting a tip portion of one of the positive and negative sheet-like electrodes between two sheet-like separators wound around the outer periphery of the core;
One of the two sheet-like separators is pressed against the core from the outside of the outer separator, and the tip of the sheet-like electrode inserted between the two cores is placed between the two separators. A pressing member to be held between,
A first tension applying means for applying tension to the leading end portion of the sheet-like electrode in a direction opposite to the insertion direction of the sheet and extending the leading end portion of the sheet;
A manufacturing apparatus comprising winding means for rotating the winding core while being pressed by the pressing member and winding the leading end portion of the stretched sheet-like electrode.
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|---|---|---|---|---|
| US10854925B2 (en) | 2017-11-24 | 2020-12-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing wound electrode body |
-
2007
- 2007-09-07 JP JP2007232150A patent/JP2009064687A/en not_active Withdrawn
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