JP3782160B2 - 捲回型電極の製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒形状で、かつ高容量の捲回型電極を、歩留まりよく製造できる製造方法および製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話機や携帯型ノートバソコンなど、電子機器類のコートレス化，高性能化，小形軽量化の推進に伴って、これら電子機器類の電源となる二次電池の高容量化が要求されている。すなわち、電源となる二次電池は、従来使用されていた鉛蓄電池，ニッケルカドミウム電池の代りに、ニッケル水素二次電池の実用化が進められている。
【０００３】
ところで、この種の二次電池は、一般的に、正極シート，層間絶縁用シート，負極シートおよび層間絶縁用シートの積層体を巻装して成る捲回型電極（起電部）を、円筒形の外装容器内に液密に封装した構成を採っている。そして、この円筒形電池の捲回型電極は、通常、半円筒形状部を有する一対の巻芯棒（巻芯体）で、１枚もしくは２枚の帯状のセパレータ（層間絶縁用シート）を挟持し、このセパレータに帯状の正極シート，帯状の負極シート分けて沿わせた後、巻芯棒を回転させることによって、渦巻き状に巻装して製造している。
【０００４】
図３は、従来、捲回型電極の製造に使用されている製造装置の要部構成を平面的に示したものである。ここで、１は帯状の正極シート２，帯状の負極シート３および帯状の層間絶縁用シート４，４′を渦巻状に巻装する巻芯体1aを有する捲回機構本体、５は前記捲回機構本体１の巻芯体1aに、前記正極シート２，層間絶縁用シート４，負極シート３および層間絶縁用シート４′を各別に走行・供給するためのガイド機構、6a，6bは前記捲回機構本体１の巻芯体1aに対して進退・移動可能型に設置され、巻芯体1aに渦巻状に積層・巻装・形成される捲回型電極の外周面を一定の圧力で押さえ、密なる巻装化を図る加圧ローラである。
【０００５】
なお、この構成では、捲回機構本体１の巻芯体1aが層間絶縁用シートを挟持可能とするため、対向する平坦面部を形成する断面半円筒状部を備えている。また、ガイド機構５は、ガイド用ブロック５₁ ，５₂ ，５₃ ，５₄ 化し、これらガイド用ブロック５₁ ，５₂ ，５₃ ，５₄ の組み合わせで、所要の走行路5a，5b，5c，5dを形成ししており、さらに、ガイド用ブロック５₁ ，５₂ ，５₃ ，５₄ は、バキュームエアーによって、前記層間絶縁用シート４，４′が被走行面で摺動的に保持されるようになっている。
【０００６】
そして、この製造装置による捲回型電極の製造は、次のように行われている。すなわち、巻芯体1aの対向する平坦面間に層間絶縁用シート（セパレータ）を挟持させ、かつこの層間絶縁用シート４に負極シート３を、また層間絶縁用シート４′に正極シート２を、それぞれ沿わせた形で供給する一方、捲回機構本体１の巻芯体1aを回転・駆動することによって巻き込む。換言すると、前記各シート２，３，４，４′を巻芯体1aに対して渦巻状に積層・巻装しながら、形成される渦巻の外周面を加圧ローラ6a，6bによって一定の圧力で加圧して、捲回型電極（起電部）を製造している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の捲回型電極の製造方法の場合は、次のような不都合な問題がある。たとえば、ニッケル水素二次電池の小形・高容量化に伴って、正極シート２および負極シート３の厚さが厚くなる傾向にあり、また、捲回型電極の最外周面側では、正極シート２の巻き終わり終端部を負極シート３が包み込む形態を採っている。
【０００８】
したがって、直径の小さい捲回型電極などでは、正極シート２の巻き終わり段差によって、この巻き終わり終端部を包み込む負極シート３が急激な角度で折り曲げられることになり、形成する捲回型電極を損傷する恐れがある。また、捲回型電極を巻装・形成する過程で、形成されつつある捲回型電極外周面に一定の加圧を与える加圧ローラ6a，6bが、前記正極シート２の巻き終わり段差を下層の負極シート３に食い込ませるるように作用し、層間絶縁用シート４（４′）を突き破りショートを招来するなどの問題が発生する。ここで、加圧ローラ6a，6bによる一定の加圧値を下げると、正極シート２，負極シート３および層間絶縁用シート４，４′の緻密な巻装化、換言すると巻層数の増大などの要求に対応できず、結果的に二次電池の高容量化を達成できない。
【０００９】
したがって、本発明は緻密な巻装化が可能で、高容量化用の捲回型電極（起電部）を歩留まりよく作成できる製造方法および製造装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、巻芯体に帯状の正極シート、層間絶縁用シート、負極シートおよび層間絶縁用シートを積層・渦巻状に巻装する巻装工程と、前記巻芯体に巻装形成される筒状電極外周面を直径方向に対向して回転型の加圧ローラでほぼ一定の圧力で押圧する押圧工程とを有し、前記押圧工程において、前記正極シートの巻装が終了した最終的な段階で、前記一定の圧力よりも小さい圧力で前記筒状電極外周面を押圧することを特徴とする捲回型電極の製造方法である。
【００１１】
請求項２の発明は、帯状の正極シート、層間絶縁用シート、負極シートおよび層間絶縁用シートを積層・渦巻状に巻装する巻芯体を有する捲回機構本体と、前記巻芯体に対し同心円的に、かつ対向して配置され、巻装形成される円筒状電極の外周面を保持する複数に分割された対向面が半円筒以下の円弧を有する円筒状電保持ブロックと、前記円筒状電極保持ブロック間に進退可能に配置され、かつ巻芯体に巻装形成される円筒状電極に対応して直径方向に対向押圧する複数の加圧ローラと、前記加圧ローラとの加圧力を調整可能であり、前記正極シートの巻装が終了した最終的な巻装の段階で、前記加圧ローラとの加圧力をそれまでの加圧力より低減する圧力調節機構とを具備することを特徴とする捲回型電極の製造装置である。
【００１２】
すなわち、本発明は、巻芯体に捲回型電極形成用シートを渦巻状、かつ円筒状巻装しながら、その円筒状巻装体の外周面を加圧ローラで加圧し、緻密な巻装を行うに当たって、加圧ローラによる加圧を変動可能にして、再外層側で内側に包み込まれる正極シートの末端部が形成する段差部が通過するときの加圧ローラの加圧を選択的に低減化することを骨子としたものである。
【００１３】
このように、正極シートの末端部が形成する段差部が通過するときの加圧を、選択的に低減・緩和することによって、前記段差部に隣接する負極シート層や層間絶縁用シート層、さらには近接する正極シート層などが、過度の圧力で破損，損傷などを起こす恐れが解消されるので、高品質な円筒状電極を歩留まりよく製造・提供することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下図１および図２を参照して実施例を説明する。
【００１５】
図１は、この実施例における捲回型電極の製造装置の要部構成を平面的に示したものである。図１において、７は帯状の負極シート８，正極シート９および層間絶縁用シート（セパレート）10，10′を渦巻状に巻装する巻芯体（巻芯棒）7aを有する捲回機構本体、11は前記捲回機構本体７の巻芯体7aに正極シート９，第１の層間絶縁用シート10，負極シート８および第２の層間絶縁用シート10′を供給するガイド機構である。ここで、捲回機構本体７は、図示を省略した回転駆動機構を備えており、この回転駆動機構によって巻芯体7aが矢印方向に回転する構成を成しており、また、巻芯体7aは、層間絶縁用シートを挟持することができるように、対向する平坦面部を形成する断面半円状部を備えた構成となっているている。
【００１６】
さらに、 12a， 12bは前記巻芯体7aに対し同心円的に、かつ対向して配置され、巻装形成される円筒状電極の外周面を保持する一対の対向面が半円筒以下の円弧を有する円筒状電保持ブロック、 13a， 13bは前記円筒状電極保持ブロック 12a， 12b間に進退可能に配置され、かつ巻芯体7aに巻装・形成される円筒状電極に対応して直径方向に、たとえばエアーシリンダー 14a， 14bで押圧する一対の加圧ローラ、 15a， 15bは前記エアーシリンダー 14a， 14bの圧力を調整して、加圧ローラ 13a， 13bの加圧力を変化させる圧力調節機構である。
【００１７】
ここで、円筒状電極保持ブロック 12a， 12bは、巻芯体7aに巻装形成された円筒状電極を挟着的に保持するもので、電極形成用シート８，９，10，10′を渦巻状に巻装している過程では、巻芯体7aから離隔・待機しており、巻装終了後に円筒状電極外周面に接近して挟着的に保持するように機能する。また、加圧ローラ13a， 13bは、前記巻芯体7aの回転に対応して回転し、巻芯体7aに巻装・形成されつつある円筒状電極の外周面を一定の圧力で加圧して、緻密な巻装・形成を図るものである。したがって、この加圧ローラ 13a， 13bは、前記円筒状電極の巻装・形成に対応して、巻芯体7aの直径方向に進退（移動）可能に設置されている。なお、加圧ローラ 13a， 13bによる加圧は、電極形成用シート８，９，10，10′の素材，厚さ，円筒状電極の容量・寸法などによって適宜選択調整されるとともに、巻芯体7aでの巻装・形成の最終的な段階で、それまで印加していた圧力よりも低下した圧力（たとえば75％程度以下に低減した圧力）を加えられるように、圧力の切り替えができる構成と成っている。
【００１８】
次に、図１に要部構成を図示した製造装置によるの捲回型電極の製造例について説明する。
【００１９】
先ず、巻芯体7aの離隔・対向平坦部間に、層間絶縁用シート10，10′として作用させるため、図示されていない巻き戻し型ローラに両端側が巻かれたテープ状の絶縁シートを挿着もしくは挟着する。ここで、絶縁シートは、たとえば厚さ 0.2mm，幅63mmのテープ状であり、一方側にたとえば厚さ 0.6mm，幅60mmのテープ状の正極シート９を沿わせ、また、他方側にたとえば厚さ 0.3mm，幅60mmのテープ状の負極シート８を沿わせて配置する。
【００２０】
次いで、巻芯体7aを駆動回転させ、ガイド機構11によって、正極シート９および絶縁シート10の積層体と、負極シート８および絶縁用シート10′の積層体とをそれぞれ摺動的に走行させて、巻芯体7aの外周面上に、渦巻状に巻装させる。この渦巻状に巻装に当たっては、一対の加圧ローラ 13a， 13bを渦巻・巻装面に一定の圧力で対接させたまま、前記渦巻・巻装が進められる。つまり、渦巻・巻装面に一定の圧力を加えテンションを与えた状態で渦巻・巻装を進めることによって、緩みのない緻密な渦巻・巻装を行う。
【００２１】
前記正極シート９および絶縁シート10の積層体と、負極シート８および絶縁用シート10′の積層体との渦巻状巻装の終了時において、換言すると、電池容量に対応する捲回型電極の製造・形成の最終的な段階では、正極シート９の巻装の終了後、この正極シート９の巻装終端部を越えて（被覆して）、負極シート８および絶縁用シート10′の積層体が巻装され、最終的には外周面が負極シート８で構成された円筒状電極が形成される。
【００２２】
図２は、前記渦巻状巻装の終了時段階における、渦巻状巻装体の外周面に対する加圧ローラ 13a， 13bの対接状態を模式的に示す断面図である。図２から分かるように、正極シート９の巻装終端部は、外周面の負極シート８および絶縁用シート10′の積層体に対して段差をなしている。ところで、この発明によれば、この巻装最終段階においては、加圧ローラ 13a， 13bが正極シート９の巻装終端部（段差部）を通過するとき、それまで印加していた一定の圧力を低減化・変更する。つまり、最終的な巻装段階では、正極シート９の巻装終端部が段差を形成するため、この段差部に対応する渦巻状巻装体の外周面での加圧ローラ 13a， 13bの対接圧力を選択的に低下させる。
【００２３】
したがって、外周面の平坦面領域は一定の圧力で押圧されて緻密な巻装が行われながら、一方段差部は局部的な過剰圧力での押圧が回避されるので、前記段差部に加わる局部的な圧力に起因する外周面の損傷、段差部に隣接する負極シート８の活物質の脱落などの現象が解消する。さらに、言及すると、高容量，小形で、かつ高品質の円筒状電極（捲回型電極）が歩留まりよく容易に提供され、強いては、信頼性の高い高容量の二次電池を提供できる。
【００２４】
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を採り得る。たとえば、絶縁シート，正極シート，負極シートの厚さや幅などは対象とする二次電池の種類，容量にと対応して適宜設定できる。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、テープ状正極シート，テープ状負極シートおよび層間絶縁用シート（セパレータ）の巻装過程において、その巻装体外周面に適度の圧力が付与され、緩みの発生などを回避もしくは抑制しながら巻装する。一方、巻装工程の終了段階では、前記巻装で形成した巻装体の外周面側に形成される段差部領域での加圧を選択的に緩め、段差部に起因する不都合な現象が抑制・低減されるため、緻密な巻装で外径も小さく、高容量化が容易に図られる円筒状形の捲回型電極を歩留まりよく得ることができ、結果として、信頼性の高い二次電池の提供に大きく寄与する。
【００２６】
請求項２の発明によれば、緻密な巻装で外径も小さく、高容量化が容易に図られる円筒状形の捲回型電極を容易に、かつ歩留まりよく提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る捲回型電極の製造装置の要部構造例を示す平面図。
【図２】捲回型電極の製造工程における積層・巻装の最終的段階での積層・巻装状態を模式的に一部を拡大して示す断面図。
【図３】従来の捲回型電極の製造装置の要部構造を示す平面図。
【符号の説明】
１，７……捲回機構本体
1a，7a……巻芯体
２，９……帯状の正極シート
３，８……帯状の負極シート
４，４′，10，10′……層間絶縁用シート
５，11……ガイド機構
6a，6b， 13a， 13b……加圧ローラ
12a， 12b……円筒型電極保持ブロック
14a， 14b……エアーシリンダー
15a， 15b……圧力調整機構

Claims (2)

1. 巻芯体に帯状の正極シート、層間絶縁用シート、負極シートおよび層間絶縁用シートを積層・渦巻状に巻装する巻装工程と、
   前記巻芯体に巻装形成される筒状電極外周面を直径方向に対向して回転型の加圧ローラでほぼ一定の圧力で押圧する押圧工程と
   を有し、
   前記押圧工程において、前記正極シートの巻装が終了した最終的な段階で、前記一定の圧力よりも小さい圧力で前記筒状電極外周面を押圧することを特徴とする捲回型電極の製造方法。
2. 帯状の正極シート、層間絶縁用シート、負極シートおよび層間絶縁用シートを積層・渦巻状に巻装する巻芯体を有する捲回機構本体と、
   前記巻芯体に対し同心円的に、かつ対向して配置され、巻装形成される円筒状電極の外周面を保持する複数に分割された対向面が半円筒以下の円弧を有する円筒状電保持ブロックと、
   前記円筒状電極保持ブロック間に進退可能に配置され、かつ巻芯体に巻装形成される円筒状電極に対応して直径方向に対向押圧する複数の加圧ローラと、
   前記加圧ローラとの加圧力を調整可能であり、前記正極シートの巻装が終了した最終的な巻装の段階で、前記加圧ローラとの加圧力をそれまでの加圧力より低減する圧力調節機構と
   を具備することを特徴とする捲回型電極の製造装置。

Images