JP3145231B2 - スパイラル形電極体の巻回形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、正極板と負極板とをセ
パレータを介してスパイラル状に巻回形成してなるスパ
イラル形電極体の巻回形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】筒形電池に用いられるスパイラル形電極
体を作る装置として、断面凹状の溝部が形成された摺動
ガイド用の上部及び下部ガイドブロックを長手方向に対
向配置し、左右いずれか一方のガイドブロックの凹状溝
部に正極板を設置し、他方のガイドブロックに負極板を
設置し、これら正極板及び負極板と段違いになるように
上部及び下部ガイドブロックの凹状溝部にセパレータを
設置し、前記正極板及び負極板の長手方向一端部を粘着
テープ等を介して前記セパレータの表面及び裏面にそれ
ぞれ固定した後、前記セパレータの長手方向中央を巻取
軸に挟んで回転させ、前記セパレータの表裏に前記正極
板及び負極板を積層させた状態でスパイラル状に巻回形
成する装置が用いられている。

【０００３】このスパイラル形電極体の巻回形成装置で
は、各ガイドブロックの凹状溝部はそれぞれ正極板，負
極板，及びセパレータの幅に対応して形成されており、
巻回作業時には正極板，負極板，及びセパレータは前記
凹状溝部内を摺動しつつこれにガイドされ、前記巻回軸
側に引き取られて巻回される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
は前記セパレータはマイクロポーラスフィルムなどの極
めて薄いフィルムからできているため皺が発生しやす
く、各ガイドブロックの凹状溝部内に沿って精度良くガ
イドされるとは限らず、巻回途中で浮き上がったり、蛇
行したりして巻きずれが生じ、極端な場合、正極板と負
極板とが直接接触して内部短絡などの不良を起こすこと
がしばしばあった。

【０００５】このような巻回不良の発生を防止するに
は、セパレータがガイドブロックの凹状溝部からずれな
いように注意深くガイドしながら巻回するほかなく、製
品歩留りを向上させるためには著しい作業効率の低下や
生産性低下を余儀無くされていた。

【０００６】本発明は以上の問題を解決するものであっ
て、その目的は、巻回作業中のセパレータの巻きずれを
防止し、電極体の歩留り向上と作業効率向上とを図るよ
うにしたスパイラル形電極体の巻回形成装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のスパイラル形電極体の巻回形成装置では、
巻取軸と、ともに断面凹状の溝部が上面に形成された上
部ガイドブロックと下部ガイドブロックを積層したガイ
ドブロック対を該巻取軸の左右に対向配置させて二対有
しており、セパレータの一端側を該巻取軸の左右何れか
一方側に配設された上部ガイドブロックの該溝部内に配
置し、該セパレータの他端側を該巻取軸の他方側に配設
された下部ガイドブロックの該溝部内に配置し、前記一
方側に配設された下部ガイドブロックの該凹状溝部内に
正極板と負極板の何れか一方を配置するとともにこの極
板の該巻取軸側端部を該セパレータの下面に固定し、前
記他方側に配設された上部ガイドブロックの該凹状溝部
内に該正極板と該負極板の何れか他方を配置するととも
にこの極板の該巻取軸側端部を該セパレータの上面に固
定し、前記上部ガイドブロックの前記凹状溝部内に配置
されている前記セパレータの上に該上部ガイドブロック
の該凹状溝部に嵌合してその長手方向に摺動可能な重り
を載置し、前記セパレータの長手方向中央部を前記巻取
軸に係止し、該巻取軸を回転してなるのである。

【０００８】また、好ましくは、前記下部ガイドブロッ
クの前記凹状溝部に設置された前記セパレータに対向す
る前記上部ガイドブロックの下面に、該セパレータを該
下部ブロックの該凹状溝部の内底面に弾性的に押圧した
状態で該巻取軸に巻回するためのクッション材を設けて
なるのである。

【０００９】

【作用】前記の構成を有する本発明によれば、セパレー
タには重りによって適宜な荷重がかけられているので巻
回作業時にはセパレータに張力が加えられ、セパレータ
は緊張された状態で前記凹状溝部内を摺動しつつ所定の
巻取位置からずれることなく前記巻回軸に巻き取られ
る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき添付図面を用
いて詳細に説明する。なお、以下の説明を通じて「紙面
に向かって左」あるいは「紙面に向かって右」という表
現を用いるが、これは説明上の便宜的なものであって、
特に本発明を限定するものではない。

【００１１】図１〜図４は、この発明の巻回装置を示す
ものである。この装置は、巻取軸１を挟んでその左右に
対向して摺動ガイド用の上部ガイドブロック２ａ，３ａ
及び下部ガイドブロック２ｂ，３ｂを積層状態に配置し
ている。

【００１２】これらのガイドブロック２ａ，２ｂ，３
ａ，３ｃは、いずれもデルリンなどの滑りやすい材質か
ら構成される。図１及び図２の紙面向かって左側の上部
ガイドブロック２ａは負極板４のガイド用であり、下部
ガイドブロック２ｂはセパレータ５のガイド用であり、
負極板４の長さに対応した長さを有し、それぞれの上面
に負極板４及びセパレータ５の幅に応じた幅で、適宜の
深さのガイド用の凹状溝部４ａ，５ａが形成されてい
る。

【００１３】また、同じく図１及び図２の紙面向かって
右側の上部ガイドブロック３ａはセパレータ５のガイド
用で、また、下部ガイドブロック３ｂは正極板６のガイ
ド用で、正極板６の長さに対応した長さを有し、それぞ
れの上面にセパレータ５及び正極板６の幅に応じた幅
で、適宜の深さのガイド用の凹状溝部５ａ，６ａが形成
されている。

【００１４】なお、それぞれの幅についてみると、セパ
レータ５の幅が最も広く、次いで正極板６、負極板４の
順であり、凹状溝部４ａ，５ａ，６ａの幅はこれらの寸
法を考慮して設定される。また、正極板６，負極板４に
は、電流取出し用リード部材が接続されるが、図示の複
雑化を避けるため、便宜上省略する。

【００１５】以上の構成の巻回装置を用いてスパイラル
形電極体を製作するには、まず負極板４，正極板６をそ
れぞれ所定のガイドブロック２ａ，３ｂの凹状溝部４
ａ，６ａに嵌合設置する。そして、セパレータ５はその
左右両側がそれぞれ負極板４及び正極板６と段違いにな
るように下部ガイドブロック２ｂ及び上部ガイドブロッ
ク３ａに設置される。

【００１６】このとき、図１及び図２の向かって左側で
は、図２及び図３に示すように、ポリプロピレンなどの
滑性シート材からなる押圧部材としてのガイド板７をス
ポンジなどのクッション材８を介して上部ガイドブロッ
ク２ａの下面に固設し、その上部ガイドブロック２ａを
凹状溝部５ａに設置されたセパレータ５に載置すること
で、ガイド板７がクッション材８によってセパレータ５
上に弾性的に押圧される。なお、ガイド板７を直接上部
ガイドブロック２ａの下面に固設してもよいが、セパレ
ータ５の損傷を防止する上では、クッション材８を介し
て取り付けることが好ましい。

【００１７】また、図１及び図２の向かって右側の上部
ガイドブロック３ａにおいては、図４に示すように、凹
状溝部５ａと嵌合して摺動する重り９をセパレータ５の
上に設置することで、セパレータ５はこの重り９に押さ
え付けられ、凹状溝部５ａに対して押圧される。

【００１８】さらに、図１及び図２の向かって左側の上
部ガイドブロック２ａの上面には、負極板４が凹状溝部
４ａから浮き上がるのを防止するための重り１０を設置
する。なお、この重り１０は荷重による負極板４の変形
を防止するため、負極板４に直接接触することなく単に
上部ガイドブロック２ａの両側部突出上面に設置され
る。

【００１９】次に、負極板４及び正極板６の長手方向の
対向端部を粘着テープ１１によりセパレータ５の表面及
び裏面にそれぞれ貼付する。

【００２０】以上の準備終了後、巻取軸１の一端部から
切込み形成された挾持部１ａをセパレータ５の中央に直
交して差し込み、図中矢印方向に回転させると、セパレ
ータ５は前記凹状溝部５ａ内を摺動しつつガイドされな
がら前記巻回軸１側に引き寄せられてその外周に巻き付
けられる。

【００２１】また、負極板４及び正極板６も、セパレー
タ５の表裏に密接した状態でそれぞれの溝部４ａ，６ａ
内を摺動しつつ巻取軸１側に引き寄せられて、セパレー
タ５を挟んでその表裏にスパイラル形に巻き付けられ
る。

【００２２】このとき、図１及び図２の向かって左側に
位置するセパレータ５は、適度な摩擦力でガイド板７と
凹状溝部５ａとの間に相対的な滑りを生じ、図１及び図
２の向かって右側に位置するセパレータ５は、重り９に
よって適宜な荷重を加えられた状態で凹状溝部５ａに沿
って摺動しつつ巻取軸１側に引き寄せられるので、適度
な引張り荷重が作用している状態でそれぞれ凹状溝部５
ａ内を正確にガイドされ、十分な精度をもって巻回され
ることになる。

【００２３】巻回終了後は、巻き終わり端部を前記と同
様の粘着テープ１１で固定し、巻き上がった電極体を巻
回軸１から引き抜けば、巻回作業を終了する。

【００２４】次に、本発明の巻回装置の効果を確認する
ために、一例としてスパイラル形リチウム電池につい
て、セパレータに加える引張り荷重と巻きずれ発生率及
びセパレータ損傷率との関係を調べたところ、表１に示
す結果を得た。

【００２５】なお、セパレータは幅２８mm，長さ６００
mm，厚さ２５μｍのマイクロポーラスフィルム、負極板
４は幅２３．５mm，長さ２００mm，厚さ０．２mmの金属
リチウムシート、正極板６は幅２６mm，長さ１９０mm，
厚さ０．５mmの二酸化マンガン合剤シートを用いた。ま
た、各ガイドブロック２ａ，２ｂ，３ａ，３ｃはデルリ
ン製とし、その形状寸法は、長さ３００mm，幅５０mm，
厚さ５mm（凹状溝部を除く）とした。それぞれの凹状溝
部４ａ，５ａ，６ａの幅及び深さ寸法は、前記セパレー
タ，負極板，及び正極板の寸法に準じて形成した。な
お、セパレータ５を押圧挾持する上部ガイドブロック２
ａの下面には、長さ２００mm，幅２５mm，厚さ３mmのス
ポンジを介して、長さ２５０mm，幅２７mm，厚さ１mmの
ポリプロピレンシートを貼り付けた。

【００２６】

【表１】 表１に示す結果から、引張り荷重が０．０１〜０．０５
kgf では荷重が小さく巻きずれが生ずる場合があり、逆
に７〜１０kgf に設定した場合には、その引張り荷重に
よってセパレータが破れるなどの損傷が発生することが
判明した。したがって、この例では０．１〜６kgf 程度
に設定することが望ましい。

【００２７】次に、以上の結果に基づき、引張り荷重を
４kgf に設定した場合の本発明装置による巻回方法と、
無荷重で巻回を行う従来装置とを比較したところ、従来
装置では巻きずれ発生率が８／１００であったのに対
し、本発明装置では１／１００未満となり、本発明装置
による巻きずれ防止の効果が十分にあることを確認し
た。

【００２８】なお、電池の容量や種類によってセパレー
タの厚さ，材質などに差があるので、例示した引張り荷
重の範囲に限らず、電池の種類に応じた最適荷重を設定
すればよいことはいうまでもない。

【００２９】

【発明の効果】以上実施例によって詳細に説明したよう
に、本発明によるスパイラル形電極体の巻回形成装置に
あっては、セパレータに適宜な荷重がかけられ、セパレ
ータを巻回軸によって巻き取っていくときに、セパレー
タには常時張力が作用するので、セパレータはガイドブ
ロックに設けられた凹状溝部内に沿って摺動しつつ前記
巻回軸側に引き取られる。したがって、巻取り途中でセ
パレータに蛇行が生ずることがなく、巻きずれやそれに
よる正負極の短絡などの不具合を未然に防止できる。ま
た、巻きずれ防止に配慮しながら慎重に作業をする必要
があった従来の装置よりも作業速度が向上するので、歩
留り向上と併せて作業効率及び生産性も向上する利点が
ある。

【００３０】さらに、下部ガイドブロックの凹状溝部に
設置されたセパレータに対向する上部ガイドブロックの
下面にクッション材を取り付けるとともにクッション材
によってセパレータを下部ブロックの凹状溝部の内底面
に弾性的に押圧した状態でセパレータを巻取軸に巻回し
てなる場合には巻取軸の両側のセパレータにバランスの
良い張力を作用させることが出来るとともに、クッショ
ン材は巻取り作業中のセパレータが損傷しないように保
護することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置に用いる県会装置を示す斜視図であ
る。

【図２】同断面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図である。

【符号の説明】

１ 巻回軸 ２ａ，３ａ 上部ガイドブロック ２ｂ，３ｂ 下部ガイドブロック ４ 負極板 ５ セパレータ ６ 正極板 ４ａ，５ａ，６ａ 凹状溝部 ７ ガイド板（押圧部材） ８ クッション材 ９ 重り １１ 粘着テープ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内藤 英寿 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電 気化学株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−151986（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−219868（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−90574（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 4/04 H01M 10/00 - 10/40

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 巻取軸と、該巻取軸を挟んでそれぞれの
   側にガイドブロック対を配設し、この各ガイドブロック
   対がともに断面凹状の溝部が上面に形成された上部ガイ
   ドブロックと下部ガイドブロックの積層構造からなるス
   パイラル形電極体の巻回形成装置であって、セパレータ
   の一端側を該巻取軸の左右何れか一方側に配設された上
   部ガイドブロックの該溝部内に配置し、該セパレータの
   他端側を該巻取軸の他方側に配設された下部ガイドブロ
   ックの該溝部内に配置し、前記一方側に配設された下部
   ガイドブロックの該凹状溝部内に正極板と負極板の何れ
   か一方を配置するとともにこの極板の該巻取軸側端部を
   該セパレータの下面に固定し、前記他方側に配設された
   上部ガイドブロックの該凹状溝部内に該正極板と該負極
   板の何れか他方を配置するとともにこの極板の該巻取軸
   側端部を該セパレータの上面に固定し、前記上部ガイド
   ブロックの前記凹状溝部内に配置されている前記セパレ
   ータの上に該上部ガイドブロックの該凹状溝部に嵌合し
   てその長手方向に摺動可能な重りを載置し、前記セパレ
   ータの長手方向中央部を前記巻取軸に係止し、該巻取軸
   を回転してなるスパイラル形電極体の巻回形成装置。
2. 【請求項２】 前記下部ガイドブロックの前記凹状溝部
   に設置された前記セパレータに対向する前記上部ガイド
   ブロックの下面にクッション材を取り付けるとともに該
   クッション材によって該セパレータを該下部ブロックの
   該凹状溝部の内底面に弾性的に押圧するようにしてなる
   ことを特徴とする請求項１に記載のスパイラル形電極体
   の巻回形成装置。