JP6252766B2 - 電極の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電極材料を切断して形成される電極の製造方法に関する。

二次電池やキャパシタのような蓄電装置は再充電が可能であり、繰り返し使用することができるため電源として広く利用されている。二次電池として、正極用のシート状の電極及び負極用のシート状の電極が、間にセパレータが介在する状態で積層された積層型の電極組立体を備えたものがある。電極としては、矩形状の金属箔の両面に活物質層を備えるとともに、金属箔が露出した部分によって形成された未塗工部及びタブを備えたものがある。このような電極の製造方法としては、一例として、まず、長尺帯状の金属箔上に、ペースト状の活物質合剤を、金属箔の長手方向に間欠塗工して電極材料を形成する。

その後、活物質合剤の層（塗工部）をプレスし、乾燥させる。そして、電極材料を長手方向に沿って等間隔おきにカットして短冊状とした後、各短冊を電極形状に打ち抜く。その結果、塗工部によって活物質層が形成されるとともに、金属箔によって未塗工部及びタブが形成され、電極が製造される。

ところで、正極及び負極の電極は、その活物質層に欠落部や厚みの薄い部位といった不良部が存在すると、その不良部が二次電池の電気特性に影響を与えてしまう。このため、電極の製造工程では、活物質合剤が塗工された後、その活物質合剤の層である塗工部の外観検査を行い、塗工部での不良部の有無を検出し、不良部が検出された場合は、その不良部のある塗工部を電極形状に打ち抜かずにそのまま取り除いたり、打ち抜いた後に廃棄するようにしている。

不良部のある塗工部を識別できるようにするため、電極材料にはマークが付される（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、不良部の存在する塗工部の塗布始端部と対応する位置の金属箔に始点マークを付すとともに、不良部の存在する塗工部の塗布終端部と対応する位置の金属箔に終点マークを付す。そして、マーク検出装置によって始点マーク及び終点マークを検出し、始点マークから終点マークまでの間の部分を破棄している。

特許文献１において、始点マーク及び終点マークは、金属箔の短手方向の両側部に形成された余白部に付されている。ところが、電極の製造方法においては、製造工程の途中で電極材料から余白部をカットする場合がある。また、コスト低減のために、余白部の幅を極力狭くする場合がある。この場合には、余白部にマークを付すことが困難になるとともに、幅狭の余白部に付されたマークではその検出が困難になる虞がある。

そこで、例えば、図１０に示すように、マーク８０を付す位置として、間欠塗工された金属箔において、長手方向に隣り合う塗工部８１同士の間から金属箔の露出した露出部８２がある。この場合、露出部８２が電極の一部を形成する可能性があることから、露出部８２に損傷を与えないようにする目的で、例えば、油性マーカーで露出部８２にマーク８０が付される。電極用の金属箔としては、銅製又はアルミニウム製の箔が多用されており、油性マーカーは、黒色や青色といった金属箔に対し識別が容易な色が選択される。

特開２０１１−１３４４７９号公報

ところが、塗工部８１は、活物質層により黒色系の色をなすことが多い。露出部８２に油性マーカー等でマーク８０を付した場合、露出部８２と塗工部８１とが並んでいるため、マーク８０の色と塗工部８１の色が似てしまい、マーク検出装置によって塗工部８１が誤って検出されてしまう場合がある。

本発明は、マークの誤検出を回避することができる電極の製造方法を提供することにある。

上記問題点を解決するための電極の製造方法は、長尺状の金属箔の少なくとも一面に、活物質合剤の塗工部及び前記金属箔の露出部を前記金属箔の長手方向へ交互に有する電極材料を切断して形成される電極の製造方法であって、前記塗工部を検査し、該塗工部に不良部が存在する場合に、該不良部の存在する塗工部を識別可能とするマークを前記露出部に付す外観検査工程と、マーク検出装置で前記マークの有無を検出し、前記マーク検出装置の検出結果に基づいて判定部が前記塗工部の良否の判定を行う判定工程と、を含み、前記判定工程では、前記判定部は、前記マーク検出装置から得られる前記露出部に関する検出結果だけを使用して判定を行うことを要旨とする。

これによれば、判定部が塗工部の良否を判定するときの判定材料は、露出部に関する検出結果だけである。すなわち、判定部は、塗工部に関する検出結果は判定材料として使用せずに塗工部の良否を判定する。このため、露出部に塗工部が隣り合っており、塗工部と露出部のマークの色が似ていても、判定部は露出部に関してだけマークの有無を判定することとなり、マークの有無を検出することができ、マークの誤検出を回避することができる。

また、電極の製造方法について、前記マーク検出装置による前記マークの有無の検出は、電極材料の切断工程を行うために前記電極材料の搬送を停止させたのに合わせ、前記露出部を前記マーク検出装置の検出範囲内で停止させた状態で行うのが好ましい。

これによれば、マーク検出装置は、移動しない露出部を対象としてマークの有無の検出を行う。このため、マーク検出装置から得られる露出部に関する検出結果は精度の高いものとなり、判定部は、精度の高い検出結果に基づいてマークの有無の検出を行うことができる。

また、電極の製造方法について、前記マーク検出装置は常に作動しており、前記判定工程を行うときだけ前記判定部は前記検出結果を判定材料として取得してもよい。
これによれば、例えば、露出部がマーク検出装置の検出範囲内に位置したときだけ、マーク検出装置を作動させる場合と比べて、マーク検出装置の制御を簡単にすることができる。

また、電極の製造方法について、前記金属箔での前記塗工部の有無を検出する塗工部検出装置を備えるとともに、前記塗工部検出装置の検出結果に基づいて、電極材料の切断を行う最後の塗工部か否かを判定する塗工部判定部を備えていてもよい。

これによれば、電極の製造工程において、金属箔に塗工された塗工部の数が不明な場合は、切断工程を行う最後の塗工部を識別するために、露出部にエンドマークを付すとともに、生産設備としてエンドマークの検出装置を設けることがある。なお、エンドマークは油性マーカー等で露出部に付される。この場合、不良部を識別するためのマークとエンドマークとが形状や色が似ていると、エンドマークを検出装置で検出できず、切断工程を終了させることができない虞がある。そこで、塗工部検出装置により、エンドマークではなく塗工部の有無を検出することで、エンドマークが無くても切断工程を行う最後の塗工部を識別することができる。

本発明によれば、マークの誤検出を回避することができる。

電極を示す斜視図。 金属箔に形成された塗工部及び露出部を示す部分平面図。 スリット工程後の電極材料を示す部分平面図。 プレス工程を示す部分側面図。 切断工程を示す部分平面図。 切断装置を示す側面図。 切断装置で切断工程を行った状態を示す側面図。 塗工部の有無を検出する状態を示す側面図。 電極材料の短冊体から電極を打ち抜く状態を示す平面図。 背景技術を示す図。

以下、電極の製造方法を具体化した一実施形態を図１〜図９にしたがって説明する。
蓄電装置としての二次電池は、図示しないが、外観が角型をなす角型電池であり、リチウムイオン電池である。二次電池は、ケース内に電極組立体を備える。電極組立体は、複数の正極の電極と、複数の負極の電極とが、両者の間を絶縁した状態で交互に積層されて構成されている。

図１に示すように、正極及び負極の電極１４は、それぞれ矩形状の金属箔１５（正極はアルミニウム箔、負極は銅箔）の両面に活物質層１６を備える。活物質層１６は黒色系の色である。また、電極１４は、その一辺に沿って、活物質層１６の設けられていない未塗工部１５ａを有するとともに、未塗工部１５ａの一辺の一部に金属箔１５から形成された集電タブ１７を有する。

次に、電極１４の製造方法について説明する。
電極１４の製造方法は、塗布工程と、乾燥工程と、スリット工程と、プレス工程と、外観検査工程と、真空乾燥工程と、判定工程と、切断工程と、打ち抜き工程と、を有する。

図２に示すように、塗布工程では、長尺帯状の金属箔１５が長手方向に搬送された状態で、その金属箔１５の両面（図２では片面のみ図示）に対し、図示しない塗工装置から活物質合剤が間欠的に塗工される。すると、金属箔１５の両面には、活物質合剤の塗工部Ｇと、活物質合剤が塗工されず金属箔１５が露出した露出部Ｒとが金属箔１５の長手方向へ交互に形成される。なお、活物質合剤は、活物質、導電助剤、及びバインダ（結着剤）を混合し、溶剤を添加して混練したペースト状のものである。

また、塗布工程では、金属箔１５の面に沿い、かつ長手方向に直交する短手方向において、各塗工部Ｇの両側には、余白部Ｍが形成されるように活物質合剤が塗布される。そして、塗工部Ｇ、露出部Ｒ及び余白部Ｍが金属箔１５に形成されることにより電極材料３０が形成される。

次に、図示しない乾燥工程では、電極材料３０は、乾燥機内を通過する。乾燥機内には、例えば、８０度前後の熱風が供給されている。電極材料３０は、乾燥機内部を通過する間に、塗工部Ｇに含まれる溶剤の大半が蒸発する。

図３に示すように、スリット工程では、金属箔１５の短手方向両側の余白部Ｍが切り落とされる。
図４に示すように、プレス工程は、一対のプレスローラ２０で電極材料３０を挟み込んで加圧することによって行われる。一対のプレスローラ２０は、金属箔１５の両面側に配置され、塗工部Ｇを、金属箔１５の両面に直交する方向（交差する方向）から加圧する。すると、塗工部Ｇは、それぞれ所定の厚みまで圧縮され、プレスされた電極材料３０は第１巻取ロール３９に巻取られる。

次に、電極材料３０の外観検査工程が行われる。
図５に示すように、外観検査工程は、第１巻取ロール３９に巻き取られた電極材料３０を、第２巻取ロール４０で巻き取りながら、電極材料３０を搬送方向Ｘ１へ搬送しながら行われる。外観検査工程は、塗工部Ｇの表面に生じた不良部Ｋの検出と、不良部Ｋの存在する塗工部Ｇを識別するマークＮを露出部Ｒに付すマーキングと、を含む。なお、不良部Ｋは、活物質層１６から活物質が欠落した部位や、活物質層１６の厚みが所定の厚みより薄かったり、扱ったりする部位である。

具体的には、外観検査工程では、目視によって塗工部Ｇの外観を検査し、塗工部Ｇでの不良部Ｋの有無が判定される。塗工部Ｇに不良部Ｋが存在すると露出部ＲにマークＮが付される。マークＮは、黒色や青色の油性マーカーによって付されるが、マークＮ（油性マーカー）の色は多の色であってもよい。また、マークＮを付す露出部Ｒは、電極材料３０の搬送方向Ｘ１において、ある特定の位置に対し、不良部Ｋの存在した塗工部Ｇより後に到達し、かつ不良部Ｋの存在した塗工部Ｇに隣接する露出部Ｒである。そして、露出部ＲにマークＮが付されるとマーキングが完了する。

真空乾燥工程は、塗工部Ｇに残った僅かな溶剤を取り除くために行われる。真空乾燥工程は、第２巻取ロール４０に巻き取られた電極材料３０を図示しない乾燥炉にセットして行われる。そして、真空乾燥工程は、乾燥炉内を減圧するとともに、塗工部Ｇを加熱することによって行われ、塗工部Ｇに残存する僅かな溶剤が揮発するとともに、バインダが硬化する。

次に、判定工程及び切断工程が行われる。判定工程及び切断工程は、切断機構によって行われる。
まず、切断機構について説明する。

図６に示すように、切断機構６０には、真空乾燥工程後の第２巻取ロール４０がセットされるとともに、第２巻取ロール４０に巻き取られた電極材料３０を巻き取る第３巻取ロール４２がセットされる。そして、切断機構６０では、第２巻取ロール４０に巻き取られた電極材料３０を第３巻取ロール４２で巻き取ることで、電極材料３０を搬送方向Ｘ２に搬送する。切断機構６０は、第２巻取ロール４０と第３巻取ロール４２を同期して駆動させる制御装置６４を備え、制御装置６４が第２巻取ロール４０及び第３巻取ロール４２を制御することで、電極材料３０の搬送方向Ｘ２への搬送量を制御可能であるとともに、電極材料３０の搬送を停止可能である。切断機構６０は、電極材料３０を長手方向に沿って等間隔おきに切断し、電極材料３０の短冊体３０ａを形成するカット装置６１を備える。

図５の２点鎖線に示すように、短冊体３０ａは、１つの塗工部Ｇと、ある特定の位置に対し、その塗工部Ｇよりも後の到達する１つの露出部Ｒとを１組としたものであり、四角形状である。そして、制御装置６４は、第２巻取ロール４０と第３巻取ロール４２を駆動させ、電極材料３０の搬送量及び駆動を制御することで、カット装置６１で１つの短冊体３０ａを形成し得る切断位置に電極材料３０を搬送し、停止させる。切断位置で電極材料３０が停止すると、カット装置６１が加工して切断工程が行われる。

図６に示すように、切断機構６０は、外観検査工程で露出部Ｒに付されたマークＮを検出するマーク検出装置６２を備えるとともに、このマーク検出装置６２は制御装置６４に信号接続されている。本実施形態では、マーク検出装置６２はカメラである。そして、マーク検出装置６２は、検出範囲内に収まった電極材料３０の露出部Ｒを撮影し、撮影した映像を検出結果として制御装置６４に出力する。マーク検出装置６２は、一定間隔毎（例えば、数１０マイクロ毎）に作動し、撮影する毎に、その映像を制御装置６４に出力している。上記したように制御装置６４の制御により、電極材料３０は所定の切断位置に停止されるが、この切断位置とは、マーク検出装置６２の検出範囲（マーク検出装置６２の直下）内に１つの露出部Ｒが収まる位置でもある。

制御装置６４には、マーク検出装置６２の出力した映像が一定間隔おきに入力されており、制御装置６４には露出部Ｒ及び塗工部Ｇの映像が一定間隔おきに入力されている。そして、制御装置６４は、入力された映像から露出部ＲにマークＮが有るか否かを判定する判定工程を行う。よって、本実施形態では、制御装置６４が判定部を構成する。

また、切断機構６０は、電極材料３０の搬送方向Ｘ２において、マーク検出装置６２より上流側に塗工部検出装置６５を備える。塗工部検出装置６５は制御装置６４に信号接続されている。本実施形態では、塗工部検出装置６５はカメラである。そして、塗工部検出装置６５は、電極材料３０を撮影し、撮影した映像を検出結果として制御装置６４に出力する。本実施形態では、塗工部検出装置６５は、所定時間おきに電極材料３０を撮影し、撮影毎に検出結果を制御装置６４に出力している。

判定工程では、制御装置６４は、電極材料３０が切断位置で停止したときにマーク検出装置６２が撮影した露出部Ｒの映像だけを判定材料として取得し、その露出部Ｒの映像から露出部ＲでのマークＮの有無を判定する。すなわち、制御装置６４は、電極材料３０が切断位置で停止しておらず、搬送方向Ｘ２へ搬送されているときにマーク検出装置６２から出力された映像は、判定工程で用いる判定材料として取得しない。そして、判定工程では、制御装置６４は、露出部ＲでのマークＮの有無に基づき、塗工部Ｇの良否であり、切断位置にある塗工部Ｇにおいて不良部Ｋが有るか否かを判定する。

図６に示すように、切断工程では、判定工程で、切断位置にある塗工部Ｇが不良品であると判定すると（マークＮが有ると判定すると）、制御装置６４は、カット装置６１を駆動させず、カット装置６１が下降しないようにする。

一方、図７に示すように、判定工程で、切断位置にある塗工部Ｇが良品であると判定すると（マークＮが無いと判定すると）、制御装置６４は、カット装置６１を下降させて電極材料３０から短冊体３０ａを切断する。

図８に示すように、切断機構６０では、塗工部検出装置６５が作動し、電極材料３０を繰り返し撮影している。そして、１つの塗工部Ｇを撮影した後、塗工部Ｇが撮影できなくなると、制御装置６４は、切断工程の終了を判断する。したがって、制御装置６４は、塗工部判定部を兼務している。

図９に示すように、打ち抜き工程では、電極材料３０から打ち抜かれた短冊体３０ａを図示しない打ち抜き金型で電極１４の形状に打ち抜く。すると、塗工部Ｇから活物質層１６が形成されるとともに、露出部Ｒから未塗工部１５ａ及び集電タブ１７が形成され、電極１４が製造される。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）切断機構６０によって電極材料３０から短冊体３０ａを切断する際、マーク検出装置６２によってマークＮの有無を検出し、マークＮの有無から塗工部Ｇの良否を判定する。制御装置６４が塗工部Ｇの良否を判定するとき、判定材料となるのは、切断位置にある露出部Ｒを撮影した映像だけであり、その他の塗工部Ｇの映像は使用しない。このため、露出部Ｒに塗工部Ｇが隣り合っており、塗工部ＧとマークＮの色が似ていても、制御装置６４が塗工部ＧをマークＮと誤検出してしまうことはなく、マークＮの有無を精度良く検出することができる。

（２）電極材料３０を切断位置に停止させたとき、マーク検出装置６２の検出範囲に露出部Ｒが位置し、マーク検出装置６２によって露出部Ｒを撮影する。このため、マーク検出装置６２によって露出部Ｒを精度良く撮影し、マークＮの有無を精度良く検出することができる。

（３）マーク検出装置６２は、一定間隔毎に作動し、撮影した映像を一定間隔毎に制御装置６４に出力している。そして、判定工程を行うとき、制御装置６４は、電極材料３０が切断位置にあるときに撮影された映像だけを判定材料として取得する。よって、例えば、電極材料３０が切断位置に位置したときだけ、マーク検出装置６２を作動させる場合と比べて、マーク検出装置６２の制御を簡単にすることができる。

（４）切断機構６０は、塗工部検出装置６５を備え、１つの塗工部Ｇを撮影した後、塗工部Ｇの映像が検出できなくなると、制御装置６４は、切断工程の終了を判断する。切断工程を行う最後の塗工部Ｇを識別するために、露出部Ｒにエンドマークを付す必要が無くなる。このため、不良部Ｋを識別するためのマークＮとエンドマークとが混在せず、マークＮやエンドマークの誤検出を回避することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 切断機構６０は、塗工部検出装置６５を備えていなくてもよい。
○ 実施形態では、マーク検出装置６２を常に作動させたが、これに限らない。マーク検出装置６２は、電極材料３０が切断位置で停止したときだけ作動するようにしてもよい。

○ マーク検出装置６２を常に作動させておくが、電極材料３０が切断位置に停止していないときは、マーク検出装置６２が出力した検出結果（撮影した映像）を制御装置６４で無効としておき、電極材料３０が切断位置に停止したときだけ、マーク検出装置６２が出力した検出結果を制御装置６４で有効としてもよい。

又は、マーク検出装置６２を常に作動させておくが、電極材料３０が切断位置に停止していないときは、マーク検出装置６２から制御装置６４に検出結果を出力させないようにしておき、電極材料３０が切断位置に停止したときだけ、マーク検出装置６２から制御装置６４に検出結果を出力させてもよい。

○ 実施形態では、電極材料３０が切断位置で停止したときにマーク検出装置６２が出力した検出結果（撮影した映像）を判定材料として取得するようにしたが、これに限らない。電極材料３０の搬送中であっても、マーク検出装置６２の検出範囲に露出部Ｒが収まった期間だけマーク検出装置６２を作動させてもよい。又は、マーク検出装置６２を常に作動させておき、マーク検出装置６２の検出範囲に露出部Ｒが収まった期間だけ出力された検出結果（撮影された映像）を判定材料として制御装置６４が取得するようにしてもよい。

○ 実施形態では、マークＮが露出部Ｒに存在した場合、カット装置６１によって電極材料３０を切断しなかったが、これに限らない。マークＮが存在してもカット装置６１によって電極材料３０から短冊体３０ａを切断し、不良部Ｋの存在する短冊体３０ａを不良品として廃棄してもよい。

○ 実施形態では、切断工程として電極材料３０から短冊体３０ａを切断するものに具体化したが、これに限らない。電極材料３０から短冊体３０ａを切断する工程を削除し、電極材料３０から電極１４を直接打ち抜く工程を切断工程としてもよい。

○ 実施形態では、マーク検出装置６２をカメラとしたが、マークＮの有無を検出できれば、マーク検出装置６２はカメラ以外のセンサ等に変更してもよい。
○ 実施形態では、金属箔１５の両面に塗工部Ｇ及び露出部Ｒを形成したが、金属箔１５の片面に塗工部Ｇ及び露出部Ｒを形成してもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）金属箔の少なくとも一面に活物質層を有する電極であって、請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の電極の製造方法によって製造された電極。

Ｇ…塗工部、Ｋ…不良部、Ｎ…マーク、Ｒ…露出部、１４…電極、１５…金属箔、３０…電極材料、６２…マーク検出装置、６４…判定部及び塗工部判定部としての制御装置、６５…塗工部検出装置。

Claims (4)

1. 長尺状の金属箔の少なくとも一面に、活物質合剤の塗工部及び前記金属箔の露出部を前記金属箔の長手方向へ交互に有する電極材料を切断して形成される電極の製造方法であって、
   前記塗工部を検査し、該塗工部に不良部が存在する場合に、該不良部の存在する塗工部を識別可能とするマークを前記露出部に付す外観検査工程と、
   マーク検出装置で前記マークの有無を検出し、前記マーク検出装置の検出結果に基づいて判定部が前記塗工部の良否の判定を行う判定工程と、を含み、
   前記判定工程では、前記判定部は、前記マーク検出装置から得られる前記露出部に関する検出結果だけを使用して判定を行うことを特徴とする電極の製造方法。
2. 前記マーク検出装置による前記マークの有無の検出は、電極材料の切断工程を行うために前記電極材料の搬送を停止させたのに合わせ、前記露出部を前記マーク検出装置の検出範囲内で停止させた状態で行う請求項１に記載の電極の製造方法。
3. 前記マーク検出装置は常に作動しており、前記判定工程を行うときだけ前記判定部は前記検出結果を判定材料として取得する請求項１に記載の電極の製造方法。
4. 前記金属箔での前記塗工部の有無を検出する塗工部検出装置を備えるとともに、前記塗工部検出装置の検出結果に基づいて、電極材料の切断を行う最後の塗工部か否かを判定する塗工部判定部を備える請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の電極の製造方法。