JP4656451B2 - 捲回電極体の製造方法および電極巻取装置 - Google Patents

Description

本発明は、帯状電極と帯状セパレータを重ねて巻取軸に巻き取る捲回電極体の製造方法、および、電極巻取装置に関する。

帯状電極と帯状セパレータを重ねて巻取軸に巻き取る捲回電極体の製造方法は、例えば、特開平９−１９４０９１号公報や、特開２００７−３２９０５９号公報に開示されている。

特開平９−１９４０９１号公報では、ターレットの第１位置で、巻取軸によって帯状電極と帯状セパレータ（以下、帯状電極等という）が所定量巻き取られる。次に、巻取軸を一端停止させ、ターレットを回転させて、当該巻取軸をターレットの第２位置に移動させる。そして、当該第２位置で、帯状電極等が切断され、巻取軸の回転を再開させて、切断された帯状電極等が巻き取られている（いわゆる残巻取）。また、巻取軸を当該第２位置に移動させたときに、別の巻取軸を第１位置に移動させる。そして、第２位置で残巻取の工程が行なわれるときに、第１位置で、別の巻取軸によって帯状電極等が所定量巻き取られる。また、特開２００７−３２９０５９号公報には、巻回完了した電極群を、ターレットを回転させて搬送するとともに、巻芯に、次の捲回ができる状態に帯状セパレータをセットする方法が開示されている。
特開平９−１９４０９１号公報 特開２００７−３２９０５９号公報

上述した特許文献１では、ターレットの第１位置で、帯状電極等の巻取りが行なわれる。そして巻取軸を一旦停止させて、ターレットを回転させ、巻取軸を第２位置に移動させる。その後、当該第２位置で、切断された帯状電極等を巻き取る。この方法では、全体として工程数が多く、生産性が良いとは言えない。これに対し、例えば、ターレットを回転させながら巻取軸を回転させて帯状電極等を巻き取るなどをすると、生産性を向上させることができるが、帯状電極等に作用する張力の変動が大きくなり易い。リチウムイオン二次電池などの捲回電極体を製造する場合には、帯状電極等を捲回する際に、帯状電極等に作用する張力が大きく変動すると、電池性能に影響する場合がある。このため、単純に、ターレットを回転させながら巻取軸を回転させて帯状電極等を巻き取るなどして、生産性を向上させることができない。

本発明に係る捲回電極体の製造方法は、ターレットに配設された複数の巻取軸のうち１つの巻取軸に、帯状電極と帯状セパレータを重ねて予め定められた長さを巻き取る第１工程と、帯状電極をカッターによって切断する第２工程と、ターレットを回転させつつ巻取軸を回転させて第２工程の切断によって巻き残された帯状電極を巻き取るとともに、帯状セパレータを送り出す第３工程とを含んでいる。

かかる製造方法によれば、ターレットを回転させつつ巻取軸を回転させて第２工程の切断によって巻き残された帯状電極が巻き取られるので、生産性がよい。また、第３工程では、帯状セパレータが送り出されるので、帯状セパレータに作用する張力変動も小さく抑えることができる。このため、巻きずれが小さい捲回電極体を効率よく製造することができる。

この場合、第３工程において、第２処理の切断によって巻き残された帯状電極の長さと、ターレットを回転させることによって前記巻き戻されまたは巻き取られる帯状電極の長さとに基づいて、巻取軸の回転させる速度を調整してもよい。

このように、巻取軸の回転させる速度を調整するによって、切断されて巻き残された帯状電極に対して定められる所定の長さをより確実に巻き取ることができる。これにより、捲回電極体を効率よく製造することができる。

また、上記第３工程において、第２処理の切断によって巻き残された帯状電極の長さと、ターレットを回転させることによって巻き戻されまたは巻き取られる帯状電極の長さと、ターレットを回転させることによって引き出される帯状セパレータの長さとに基づいて、帯状セパレータを送り出す速度を調整してもよい。

このように、帯状セパレータを送り出す速度を調整することによって、帯状セパレータに作用する張力の変動をより小さく抑えることができ、巻きずれが小さい捲回電極体を効率よく製造することができる。

また、本発明に係る電極巻取装置は、帯状電極と帯状セパレータを重ねて巻取軸に巻き取る装置である。この電極巻取装置は、ターレットと、ターレットに配設された複数の巻取軸と、帯状電極を切断するカッターとを備えている。ターレットと、巻取軸と、カッターとは制御部によって制御されている。当該制御部は、帯状電極と帯状セパレータを重ねて予め定められた長さを巻取軸に巻き取る第１処理と、帯状電極をカッターによって切断する第２処理とを行なう。さらに、制御部は、ターレットを回転させつつ巻取軸を回転させて、切断によって巻き残された帯状電極を巻き取るとともに、帯状セパレータを送り出す第３処理を行なう。

この電極巻取装置によれば、帯状電極をカッターによって切断し、その後、ターレットを回転させる工程と、切断によって巻き残された帯状電極を巻き取る工程が同時に行なわれる。このため、工程数を減らすことができ、生産性を良くすることができる。また、帯状セパレータが送り出されるから、帯状セパレータに作用する張力の変動を小さく抑えることができる。

この場合、上述した第３処理において、第２処理の切断によって巻き残された帯状電極の長さと、ターレットを回転させることによって巻き戻されまたは巻き取られる帯状電極の長さとに基づいて、巻取軸の回転を制御する第１制御量を設定してもよい。このように巻取軸の回転を制御する制御量を設定することによって、切断されて巻き残された帯状電極に対して定められる所定の長さをより確実に巻き取ることができる。

さらに、この場合、上述した第３処理において、第２処理の切断によって巻き残された帯状電極の長さと、ターレットを回転させることによって巻き戻されまたは巻き取られる帯状電極の長さと、ターレットを回転させることによって引き出される帯状セパレータの長さとに基づいて、帯状セパレータを送り出す第２制御量を設定してもよい。このように帯状セパレータを送り出す制御量を設定することによって、帯状セパレータに作用する張力の変動をより小さく抑えることができる。

以下、本発明の一実施形態に係る捲回電極体の製造方法および電極巻取装置を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態では、リチウムイオン二次電池(lithium-ion secondary battery)の捲回電極体の製造方法を一例に挙げて、本発明に係る捲回電極体の製造方法および電極巻取装置を説明する。

リチウムイオン二次電池などの捲回電極体１０は、例えば、図１に示すように、帯状正極１１と、第１帯状セパレータ１２と、帯状負極１３と、第２帯状セパレータ１４とが、順に重ねられて巻き取られている。なお、以下の説明において、適宜、帯状正極１１と、帯状負極１３を総称して「帯状電極」という。また、適宜、帯状電極１１、１３および帯状セパレータ１２、１４を総称して「帯状材」という。

帯状正極１１は、この実施形態では、アルミニウム箔からなる帯状シート３１（正極集電体）の両面にリチウムを含む電極材料３２（正極活物質）が塗工されている。当該電極材料３２としては、例えば、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）などが挙げられる。

帯状負極１３は、この実施形態では、銅箔からなる帯状シート４１（負極集電体）の両面に電極材料４２（負極活物質）が塗工されている。当該電極材料４２に含まれる好適な負極活物質としては、例えば、グラファイト（Graphite）やアモルファスカーボン（Amorphous Carbon）などの炭素系材料、リチウム含有遷移金属酸化物や遷移金属窒化物等などが挙げられる。

帯状セパレータ１２、１４は、イオン性物質が透過可能な膜であり、この実施形態では、ポリプロピレン製の微多孔膜を用いている。

この実施形態では、正負の帯状電極１１、１３は、それぞれ帯状シート３１、４１に電極材料３２、４２が塗工されている。電極材料３２、４２は帯状シート３１、４１の幅方向片側に偏って塗工されており、帯状シート３１、４１の幅方向反対側の縁部には塗工されていない。正負の帯状電極１１、１３のうち、帯状シート３１、４１に電極材料３２、４２が塗工された部位を塗工部１１ａ、１３ａといい、帯状シート３１、４１に電極材料３２、４２が塗工されていない部位を未塗工部１１ｂ、１３ｂという。

図２は、帯状正極１１と、第１帯状セパレータ１２と、帯状負極１３と、第２帯状セパレータ１４とが順に重ねられた状態を示す幅方向の断面図である。帯状正極１１の塗工部１１ａと帯状負極１３の塗工部１３ａは、それぞれ帯状セパレータ１２、１４を挟んで対向している。図１および図２に示すように、捲回電極体１０の捲回方向に直交する方向（巻き軸方向）の両側において、帯状正極１１と帯状負極１３の未塗工部１１ｂ、１３ｂは、帯状セパレータ１２、１４からそれぞれはみ出ている。当該帯状正極１１と帯状負極１３の未塗工部１１ｂ、１３ｂは、捲回電極体１０の正極と負極の集電体１１ｂ１、１３ｂ１をそれぞれ形成している。

かかるリチウムイオン二次電池では、放充電時に、帯状正極１１の塗工部１１ａと帯状負極１３の塗工部１３ａの間で、帯状セパレータ１２、１４を通してリチウムイオンが行き来する。この際、リチウムイオンの析出するのを防止するため、帯状正極１１の塗工部１１ａは、帯状負極１３の塗工部１３ａからはみ出ないようにしたい。帯状正極１１の塗工部１１ａは、帯状負極１３の塗工部１３ａからはみ出ないように構成することによって、放充電時に、リチウムイオンの析出するのを防止することができる。

この実施形態では、図１および図２に示すように、帯状正極１１の両側において、帯状正極１１の塗工部１１ａの縁から帯状負極１３の塗工部１３ａの縁がはみ出る距離ｄ１、ｄ２に、それぞれ予め定めた距離を確保している。

また、帯状正極１１の塗工部１１ａと帯状負極１３の塗工部１３ａが、それぞれ帯状セパレータ１２、１４からはみ出ないようにして内部短絡を防止している。帯状正極１１の塗工部１１ａと帯状負極１３の塗工部１３ａの幅については、製造上の誤差があったり、帯状正極１１と帯状負極１３、および、帯状セパレータ１２、１４が重ねられる際に幅方向にずれが生じたりする。このため、誤差やずれを許容するべく、帯状負極１３の塗工部１３ａの幅ｂと帯状正極１１の塗工部１１ａの幅ａとの差分（ｂ−ａ）、第１帯状セパレータ１２と第２帯状セパレータ１４の幅ｃ１、ｃ２と帯状負極１３の塗工部１３ａの幅ｂとの差分（（ｃ１、ｃ２）−ｂ）に所要の距離を設定している。

この実施形態では、上述したように距離ｄ１、ｄ２、差分（ｂ−ａ）および差分（（ｃ１、ｃ２）−ｂ）を設定することによって製造上の誤差や巻取時のずれを許容している。製造誤差や、巻取時のずれが大きい場合には、上述した距離ｄ１、ｄ２、差分（ｂ−ａ）、および、差分（（ｃ１、ｃ２）−ｂ）を大きく設定する必要がある。また、製造誤差や、巻取時のずれを小さくすることができれば、差分（ｂ−ａ）、差分（（ｃ１、ｃ２）−ｂ）を小さく設定することができ、それだけ原材料コストを低減することができる。このように、当該捲回電極体１０の製造においては、帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４の巻きずれを出来る限り小さくしたい。

電極巻取装置１００は、図３に示すように、帯状正極１１（第１帯状電極）と、第１帯状セパレータ１２と、帯状負極１３（第２帯状電極）と、第２帯状セパレータ１４とを順に重ねて巻取軸１２１、１２２に巻き取る装置である。帯状正極１１（第１帯状電極）と、第１帯状セパレータ１２と、帯状負極１３（第２帯状電極）と、第２帯状セパレータ１４は、それぞれ供給リール２１〜２４から供給される。

この電極巻取装置１００は、ターレット１１０と、巻取軸１２１、１２２と、ダンサローラ３１１〜３１４と、エッジ検知装置３２１〜３２４と、補正機構３３１〜３３４を備えている。また、この電極巻取装置１００は制御部４００を備えている。制御部４００は、ＣＰＵなどからなる演算部と、不揮発性メモリーなどからなる記憶部とを備えており、予め設定されたプログラムに沿って種々の電子的な演算処理を行ない、電極巻取装置１００を制御する。

ダンサローラ３１１〜３１４は、巻取軸１２１、１２２に巻き取られる帯状材１１〜１４に作用する張力を調整する装置である。

エッジ検知装置３２１〜３２４は巻取軸１２１、１２２に巻き取られる帯状材１１〜１４の縁部の位置をそれぞれ検知する装置である。補正機構３３１〜３３４は巻取軸１２１、１２２に巻き取られる帯状材１１〜１４の幅方向の位置を補正する機構である。

制御部４００は、ダンサローラ３１１〜３１４を制御している。帯状材１１〜１４に適切な張力を作用させることによって、搬送ローラと帯状材１１〜１４との間に適当な摩擦力を作用させ、帯状材１１〜１４が軌道上で幅方向にずれるのを抑制できる。

また、制御部４００は、エッジ検知装置３２１〜３２４の検知信号に基づいて補正機構３３１〜３３４を制御している。帯状材１１〜１４は、当該補正機構３３１〜３３４によって幅方向の位置を補正されつつ巻取軸１２１、１２２に巻き取られている。このように、電極巻取装置１００は、上述したダンサローラや補正機構３３１〜３３４などによって、帯状材１１〜１４の巻ずれを小さく抑制して巻取軸１２１、１２２に帯状材１１〜１４を巻き取っている。

なお、ダンサローラ３１１〜３１４や補正機構３３１〜３３４の具体的な制御方法や、ダンサローラ３１１〜３１４や、エッジ検知装置３２１〜３２４や、補正機構３３１〜３３４などの具体的な機械構成は、適宜種々の構成を採用することができる。

この電極巻取装置１００は、帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４を重ねて巻取軸１２１、１２２に所定の長さ巻き取る。その後、例えば、帯状電極１１、１３の切断や、切断された帯状電極１１、１３を巻き取る工程など、複数の工程が行なわれる。この電極巻取装置１００は、ターレット１１０に複数の巻取軸１２１、１２２を備えており、ターレット１１０を回転させることによって、巻取軸１２１、１２２の位置を代えて、複数の工程を別の位置で行なっている。これによって、生産性の向上を図っている。

ターレット１１０は、電極巻取装置１００に対して回転可能に配設されている。ターレット１１０の回転中心には、回転軸１１１が配設されている。この実施形態では、ターレット１１０の周方向に１８０度ずれた位置に、２つの巻取軸１２１、１２２が配設されている。ターレット１１０には、図４に示すように、巻取軸１２１、１２２が帯状材１１〜１４を巻き取る第１位置Ｘ１と、巻き取られた帯状材１１〜１４を巻取軸１２１、１２２から抜き取る第２位置Ｘ２とが設けられている。第１位置Ｘ１と第２位置Ｘ２は、ターレット１１０の周方向に１８０度ずれた位置に配置されている。そして、ターレット１１０を回転させることによって、帯状材１１〜１４を巻き取る巻取軸１２１、１２２が切り替えられる。

図３に示すように、帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４の軌道は、各供給リール２１〜２４からターレット１１０の第１位置Ｘ１に向けて設定されている。帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４は、当該第１位置Ｘ１で所定の順番で重なるように束ねられている。

この実施形態では、巻取軸１２１、１２２は、帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４を束ねて保持する一対の軸部材で構成されている。図示は省略するが、巻取軸１２１、１２２は、それぞれターレット１１０に対して突出させたり引っ込めたり進退可能な機構を有している。

巻取軸１２１、１２２は、ターレット１１０から突出して、帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４の一旦を束ねて保持する。そして、巻取軸１２１、１２２を回転（自転）させることによって、外周面に帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４を巻き取ることができる。また、巻取軸１２１、１２２をターレット１１０に対して引っ込めることによって、巻取軸１２１、１２２から捲回電極体を抜き取ることができる。

帯状電極１１、１３を切断するカッター１３１、１３２は、図４に示すように、当該第１位置Ｘ１に供給される帯状電極１１、１３の軌道上に配設されている。この実施形態では、カッター１３１、１３２の近傍には、切断された帯状電極１１、１３の端部を保持する保持部１４１、１４２を備えている。また、帯状セパレータ１２、１４を切断するカッター１３３は、ターレット１１０の回転軸１１１の近傍に配設されている。ターレット１１０と、巻取軸１２１、１２２と、カッター１３１、１３２、１３３は制御部４００によって制御されている。

制御部４００は、帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４を重ねて予め定められた長さを巻取軸１２１、１２２に巻き取る第１処理を行なう。

この実施形態では、図４に示すように、巻取軸１２１、１２２のうち一方の巻取軸１２１をターレット１１０の第１位置Ｘ１に移動させ、他方の巻取軸１２２をターレット１１０の第２位置Ｘ２に移動させる。そして、第１位置Ｘ１に配置した巻取軸１２１に、帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４を所定の順番に重ねて端部を保持させる。そして、当該巻取軸１２１を回転させて、帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４を予め定められた長さ巻き取る。

第１処理によって帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４が予め定められた長さ巻取軸１２１に巻き取られた後で、図５に示すように、帯状電極１１、１３をカッター１３１、１３２によって切断する第２処理が行なわれる。

この実施形態では、カッター１３１、１３２の近傍において、保持部１４１、１４２によって帯状電極１１、１３を保持させた状態で、帯状電極１１、１３を切断する。切断された帯状電極１１、１３の端部のうち、供給リール２１、２３に繋がっている端部は、保持部１４１、１４２によって保持されている。他方、巻取軸１２１に巻き取られている帯状電極１１、１３の端部は、自由端となっている。

次に、図６に示すように、ターレット１１０を回転させつつ巻取軸１２１を回転（自転）させて第２処理の切断によって巻き残された帯状電極１１、１３を巻き取るとともに、帯状セパレータ１２、１４を送り出す第３処理が行なわれる。

すなわち、第２処理によって帯状電極１１、１３が切断されても、巻取軸１２１に巻き取られている帯状セパレータ１２、１４は、供給リール２１〜２４に繋がった状態である。このため、第２処理の切断によって巻き残された帯状電極１１、１３を巻き取るのに応じて、制御部４００は、帯状セパレータ１２、１４の供給リール２２、２４を回転させて帯状セパレータ１２、１４を送り出す。

かかる第３処理において、図７に示すように、巻取軸１２１はターレット１１０の第２位置Ｘ２に移動する。他方、第２位置Ｘ２に居た巻取軸１２２はターレット１１０の第１位置Ｘ１に移動する。

その後、第１位置Ｘ１では、巻取軸１２２に帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４がセットされて、新たに帯状材１１〜１４の捲回が開始される。

また、第２位置Ｘ２に移動した巻取軸１２１には、帯状セパレータ１２、１４が繋がっている。この実施形態では、図７に示すように、巻取軸１２１が第２位置Ｘ２に移動する際に、帯状セパレータ１２、１４はターレット１１０の回転軸１１１に掛け回され、回転軸１１１の近傍に配設されたカッター１３３によって切断される。

第２位置Ｘ２では、切断された帯状セパレータ１２、１４の端部をテープ等で捲回電極体の外周面に留める。そして、ターレット１１０に対して巻取軸１２１を引っ込めて、巻取軸１２１から捲回電極体を抜き取る。

このように、ターレット１１０の第１位置Ｘ１では、図５に示すように、帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４が所定の長さ巻取軸１２１に巻き取られた後、帯状電極１１、１３が切断される。そして、図６に示すように、ターレット１１０を回転させつつ巻取軸１２１を回転させて、切断によって巻き残された帯状電極１１、１３が巻き取られる。すなわち、第１位置Ｘ１から第２位置Ｘ２に巻取軸１２１、１２２を移動させつつ、切断によって巻き残された帯状電極１１、１３を巻き取る。第２位置Ｘ２では、帯状セパレータ１２、１４が切断され、帯状セパレータ１２、１４の端部が固定され、および、巻取軸１２１、１２２から捲回電極体が抜き取られる。

電極巻取装置１００は、適当なタイミングでターレット１１０を回転させて、巻取軸１２１、１２２を切り替えながら、これらの作業を繰り返し行なう。

この実施形態では、上述した第３処理によって、ターレット１１０を回転させて巻取軸１２１を移動させつつ、巻取軸１２１を回転（自転）させて切断によって巻き残された帯状電極１１、１３を巻き取る。従って、この電極巻取装置１００によれば、ターレット１１０を回転させる工程と、切断によって巻き残された帯状電極１１、１３を巻き取る工程が同時に行なわれる。このため、工程数を減らすことができ、生産性を良くすることができる。さらに、第３処理では、帯状セパレータ１２、１４が送り出されるから、帯状セパレータ１２、１４に作用する張力の変動を小さく抑えることができる。

この実施形態では、第３処理では、巻取軸１２１の回転（自転）と、帯状セパレータ１２、１４が送り出しを適切に制御している。上述した第３処理において、巻取軸１２１の回転を制御する第１制御量Ｖ１と、帯状セパレータ１２、１４が送り出す第２制御量Ｃ２とは、以下のように設定されている。

巻取軸１２１の回転を制御する第１制御量Ｖ１は、第２処理の切断によって巻き残された帯状電極１１、１３の長さと、ターレット１１０を回転させることによって、巻き戻されるまたは巻き取られる帯状電極１１、１３の長さとに基づいて設定されている。

第２処理の切断によって巻き残された帯状電極１１、１３の長さは、図５に示すように、第２処理でカッター１３１、１３２によって帯状電極１１、１３が切断された際、切断によって巻き残された帯状電極１１、１３の長さである。この場合、帯状電極１１、１３の軌道に沿って、第１位置Ｘ１で帯状電極１１、１３が巻取軸１２１、１２２に巻き取られる位置から帯状電極１１、１３がカッター１３１、１３２によって切断される位置までの距離を求めるとよい。

この実施形態では、第１位置Ｘ１で帯状電極１１、１３が巻取軸１２１、１２２に巻き取られる位置は、プーリーの配置などの位置や、巻取軸１２１、１２２に巻き取られた長さなどによって、予め計算されている。また、カッター１３１、１３２によって切断される位置は、カッター１３１、１３２を配設した位置で求められている。帯状電極１１、１３の軌道は、プーリーの配置などによって決められる。第２処理でカッター１３１、１３２によって帯状電極１１、１３が切断された際、切断によって巻き残された帯状電極１１、１３の長さは、上記のように求められた長さを採用している。切断によって巻き残された帯状電極１１、１３の長さに基づいて、第２処理で切断後に、巻き取る帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４の長さを設定することができる。

また、図５に示すように、第１位置Ｘ１と第２位置Ｘ２とで、巻取軸１２１に帯状電極１１、１３が巻き取られる位置が変わる。この実施形態では、巻取軸１２１に帯状電極１１、１３が巻き取られる位置は、第２位置Ｘ２では、第１位置Ｘ１よりも巻取軸１２１の回転方向の後方にずれる。すなわち、図５と図７とでは、ターレット１１０上で、巻取軸１２１に巻き取られている帯状電極１１、１３の位置が巻取軸１２１の回転方向の後方にずれている。このため、巻取軸１２１が第１位置Ｘ１から第２位置Ｘ２に移動したとすると、第２位置Ｘ２では、既に巻取軸１２１に巻き取られた帯状電極１１、１３が、巻取軸１２１から巻き戻される。従って、巻取軸１２１を第１位置Ｘ１から第２位置Ｘ２に移動させつつ、切断によって巻き残された帯状電極１１、１３を巻取軸１２１に巻き取る場合には、既に巻取軸１２１に巻き取られている帯状電極１１、１３が巻き戻される長さを、巻き取る必要がある。

なお、図示は省略するが、巻取軸１２１の回転方向が図５と同じで、ターレット１１０の回転方向が反対であれば、巻取軸１２１を第１位置Ｘ１から第２位置Ｘ２に移動させたときに、既に巻取軸１２１に巻き取られている帯状電極１１、１３はさらに巻き取られる。また、ターレット１１０の回転方向が図５と同じで、巻取軸１２１の回転方向が反対であれば、巻取軸１２１を第１位置Ｘ１から第２位置Ｘ２に移動させたときに、既に巻取軸１２１に巻き取られている帯状電極１１、１３はさらに巻き取られる。また、ターレット１１０の回転方向と、巻取軸１２１の回転方向が共に図５と反対であれば、巻取軸１２１を第１位置Ｘ１から第２位置Ｘ２に移動させたときに、既に巻取軸１２１に巻き取られている帯状電極１１、１３は巻き戻される。

この実施形態では、かかる知見に基づいて、上述した第３処理において、ターレット１１０を回転させることによって巻き戻されるまたは巻き取られる帯状電極１１、１３の長さを求め、巻取軸１２１の回転を制御する第１制御量Ｖ１を定めている。

すなわち、この実施形態では、ターレット１１０を１８０度回転させる時間をｔ１として、巻取軸１２１を第１位置Ｘ１から第２位置Ｘ２に移動させるまで、巻取軸１２１の回転を制御する第１制御量Ｖ１は、図８に示すように設定されている。

図８中、Ｖ１１は、第２処理の切断によって巻き残された帯状電極１１、１３の長さに基づいて設定される制御量である。Ｖ１２は、ターレット１１０を回転させることによって、巻き戻される帯状電極１１、１３の長さに基づいて設定される制御量である。

Ｖ１は、Ｖ１１＋Ｖ１２で求められている。なお、この実施形態では、図５〜図７に示すように、ターレット１１０を回転させることによって帯状電極１１、１３は巻き戻されるので、Ｖ１２は、プラスの制御量となる。これに対して、ターレット１１０を回転させることによって帯状電極１１、１３が巻取軸１２１に巻き取られる場合には、Ｖ１２はマイナスの制御量になる。

なお、この実施形態では、図９に示すように、第１制御量Ｖ１を単位制御時間毎に切り分けて、単位制御時間毎に、制御量を算出している。また、この実施形態では、第１制御量Ｖ１は、巻取軸１２１に巻き取られる帯状電極１１、１３の速度で算出されている。

また、この実施形態では、第３処理において、帯状セパレータ１２、１４を適切に送り出すべく、帯状セパレータ１２、１４を送り出す第２制御量Ｃ２が設定されている。

第２制御量Ｃ２は、第１制御量Ｖ１と、ターレット１１０を回転させることによって引き出される帯状セパレータ１２、１４の長さとに基づいて求められている。

仮に、巻取軸１２１が回転しない場合でも、図５〜図７に示すように、ターレット１１０を回転させると、帯状セパレータ１２、１４は引き出される。また、図５に示すように第１位置Ｘ１に巻取軸１２１があるときに比べて、図６のように約９０度ターレット１１０が回転すると、帯状セパレータ１２、１４は引き出される。さらに、図７に示すように、第２位置Ｘ２に巻取軸１２１が移動すると、帯状セパレータ１２、１４はさらに引き出される。

この実施形態では、かかる知見に基づいて、第３処理において、帯状セパレータ１２、１４を送り出す第２制御量Ｖ２を定めている。

すなわち、ターレット１１０を１８０度回転させる時間をｔ１として、巻取軸１２１を第１位置Ｘ１から第２位置Ｘ２に移動させるまで、帯状セパレータ１２、１４を送り出す第２制御量Ｖ２は、図１０に示すように設定されている。

図１０中、Ｖ１は、上述した第１制御量Ｖ１である。切断によって巻き残された帯状電極１１、１３を適切に巻き取るべく、上述した第１制御量Ｖ１に基づいて、巻取軸１２１の回転が制御されている。かかる巻取軸１２１の回転に応じて帯状セパレータ１２、１４を送り出す必要がある。また、図１０中、Ｖ２１は、ターレット１１０を回転させることによって引き出される帯状セパレータ１２、１４の長さに基づいて設定される制御量である。Ｖ２は、Ｖ１＋Ｖ２１で求められている。

なお、より具体的には、この実施形態では、図１１に示すように、第１制御量Ｖ１を単位制御時間毎に切り分けて、単位制御時間毎に、制御量を算出している。また、この実施形態では、第２制御量Ｖ２は、送り出される帯状セパレータ１２、１４の速度で算出されている。

また、この実施形態では、帯状セパレータ１２、１４の送り出し量は、帯状セパレータ１２、１４の供給リール２２、２４の回転を制御することによって調整されている。この際、供給リール２２、２４に巻かれている帯状セパレータ１２、１４は、徐々に変化する。このため、制御部４００は、供給リール２２、２４に巻かれている帯状セパレータ１２、１４の外径を随時検知し、所定の速度で帯状セパレータ１２、１４を送り出すべく供給リール２２、２４の回転速度を計算している。そして、当該計算結果に基づいて供給リール２２、２４の回転を制御している。

なお、上述した実施形態では、第３処理において、帯状セパレータ１２、１４を送り出す第２制御量Ｃ２は、第１制御量Ｖ１と、ターレット１１０を回転させることによって引き出される帯状セパレータ１２、１４の長さとに基づいて求められている。かかる第２制御量Ｃ２を求める際、第１制御量Ｖ１に代えて、第２処理の切断によって巻き残された帯状電極１１、１３の長さＣ１１（図８参照）と、ターレット１１０を回転させることによって巻き戻されまたは巻き取られる帯状電極１１、１３の長さＣ１２（図８参照）とに基づいて求めてもよい。すなわち、第２制御量Ｃ２は、第２処理の切断によって巻き残された帯状電極１１、１３の長さＣ１１（図８参照）と、ターレット１１０を回転させることによって巻き戻されまたは巻き取られる帯状電極１１、１３の長さＣ１２（図８参照）と、ターレット１１０を回転させることによって引き出される帯状セパレータ１２、１４の長さＶ２１（図１０参照）とに基づいて設定してもよい。

上述した実施形態において、製造された捲回電極体は、リチウムイオン二次電池の捲回電極体として用いることができる。なお、製造された捲回電極体を用いて、リチウムイオン二次電池を製造する方法は、種々の適当な方法を採用するとよい。

上述した電極巻取装置１００に採用されている捲回電極体の製造方法は、以下の第１工程〜第３工程が含まれている。

すなわち、ターレット１１０に配設された複数の巻取軸１２１、１２２のうち１つの巻取軸に、帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４を重ねて予め定められた長さを巻き取る第１工程、
帯状電極１１、１３をカッター１３１、１３２によって切断する第２工程、
ターレット１１０を回転させつつ巻取軸１２１、１２２を回転させて第２工程の切断によって巻き残された帯状電極１１、１３を巻き取るとともに、帯状セパレータ１２、１４を送り出す第３工程、
かかる第１工程〜第３工程を含む捲回電極体の製造方法によれば、ターレット１１０を回転させつつ巻取軸１２１、１２２を回転させて第２工程の切断によって巻き残された帯状電極１１、１３が巻き取られるので、生産性がよい。また、第３工程では、帯状セパレータ１２、１４が送り出されるので、帯状セパレータ１２、１４に作用する張力変動も小さく抑えることができる。このため、巻きずれが小さい捲回電極体を効率よく製造することができる。また、かかる捲回電極体を用いることにより、性能の良い電池を効率よく提供することができる。

この場合、第３工程において、巻取軸１２１、１２２の回転させる速度は、第２処理の切断によって巻き残された帯状電極１１、１３の長さと、ターレット１１０を回転させることによって巻き戻されまたは巻き取られる帯状電極１１、１３の長さとに基づいて調整するとよい。このように、巻取軸１２１、１２２の回転させる速度を調整するによって、切断されて巻き残された帯状電極１１、１３に対して定められる所定の長さをより確実に巻き取ることができる。これにより、捲回電極体を効率よく製造することができ、性能の良い電池を効率よく提供することができる。

また、上述した第３工程において、帯状セパレータ１２、１４を送り出す速度は、第２処理の切断によって巻き残された帯状電極１１、１３の長さと、ターレット１１０を回転させることによって巻き戻されまたは巻き取られる帯状電極１１、１３の長さと、ターレット１１０を回転させることによって引き出される帯状セパレータ１２、１４の長さとに基づいて調整するとよい。このように、帯状セパレータ１２、１４を送り出す速度を調整することによって、帯状セパレータ１２、１４に作用する張力の変動をより小さく抑えることができ、巻きずれが小さい捲回電極体を効率よく製造することができる。これにより、性能の良い電池を効率よく提供することができる。

以上、本発明の一実施形態に係る捲回電極体の製造方法および電極巻取装置を説明したが、本発明に係る捲回電極体の製造方法および電極巻取装置は上述した実施形態に限定されない。

例えば、電極巻取装置の装置構成は、上述した実施形態に限定されない。特に、ダンサローラやエッジ検知装置や補正機構の有無についても、上述した実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。また、上述した電極巻取装置１００では、ターレット１１０に２つの巻取軸１２１、１２２が配設されているが、ターレット１１０に配設される巻取軸の数は、２つに限定されず、２つ以上の複数であればよい。なお、上述した実施形態のように、本発明では、ターレットの回転と切断によって巻き残された帯状電極の巻取りが同時に行なわれ、作業が集約されているので、ターレット１１０に配設される巻取軸の数を２つにすることができる。

また、帯状電極と帯状セパレータについては、リチウムイオン二次電池に用いられる捲回電極体の帯状電極と帯状セパレータを例示したが、本発明に係る捲回電極体の製造方法および電極巻取装置は、リチウムイオン二次電池以外の電池に用いられる捲回電極体の製造にも採用することができ、この場合、帯状電極と帯状セパレータは当該電池に応じた適当な構成に変更するとよい。

本発明の一実施形態に係る電極巻取装置で製造される捲回電極体の構造を示す図。 本発明の一実施形態に係る電極巻取装置で製造される捲回電極体の電極構造を示す断面図。 本発明の一実施形態に係る電極巻取装置の構造を示す図。 本発明の一実施形態に係る電極巻取装置の構造を示す図。 本発明の一実施形態に係る電極巻取装置の使用状態を示す図。 本発明の一実施形態に係る電極巻取装置の使用状態を示す図。 本発明の一実施形態に係る電極巻取装置の使用状態を示す図。 本発明の一実施形態に係る電極巻取装置の巻取軸の回転の制御量を示す図。 本発明の一実施形態に係る電極巻取装置の巻取軸の回転の制御量を示す図。 本発明の一実施形態に係る電極巻取装置の帯状セパレータを送り出す制御量を示す図。 本発明の一実施形態に係る電極巻取装置の帯状セパレータを送り出す制御量を示す図。

符号の説明

１０ 捲回電極体
１１ 帯状正極（帯状電極、帯状材）
１２ 帯状セパレータ（帯状材）
１３ 帯状負極（帯状電極、帯状材）
１４ 帯状セパレータ（帯状材）
２１−２４ 供給リール
１００ 電極巻取装置
１１０ ターレット
１１１ 回転軸
１２１、１２２ 巻取軸
１３１〜１３３ カッター
１４１、１４２ 保持部
３１１-３１４ ダンサローラ
３２１-３２４ エッジ検知装置
３３１-３３４ 補正機構
４００ 制御部
Ｖ１ 第１制御量
Ｖ２ 第２制御量
Ｘ１ ターレットの第１位置
Ｘ２ ターレットの第２位置

Claims (2)

1. 帯状電極と帯状セパレータが重ねられて捲回された捲回電極体の製造方法であって、
   ターレットに配設された複数の巻取軸のうち１つの巻取軸に、帯状電極と帯状セパレータを重ねて予め定められた長さを巻き取る第１工程と、
   前記帯状電極をカッターによって切断する第２工程と、
   前記ターレットを回転させつつ巻取軸を回転させて前記第２工程の切断によって巻き残された帯状電極を巻き取るとともに、前記帯状セパレータを送り出す第３工程とを含み、
   前記第３工程において、
   前記巻取軸を回転させる速度は、
   前記第２工程の切断によって巻き残された帯状電極の長さと、
   前記ターレットを回転させることによって巻き戻されまたは巻き取られる前記帯状電極の長さと
   に基づいて調整され、
   さらに、前記第３工程において、
   前記帯状セパレータを送り出す速度は、
   前記第２工程の切断によって巻き残された帯状電極の長さと、
   前記ターレットを回転させることによって巻き戻されまたは巻き取られる前記帯状電極の長さと、
   前記ターレットを回転させることによって引き出される前記帯状セパレータの長さと
   に基づいて調整される、捲回電極体の製造方法。
2. 帯状電極と帯状セパレータを重ねて巻取軸に巻き取る電極巻取装置であって、
   ターレットと、
   前記ターレットに配設された複数の巻取軸と、
   前記帯状電極を切断するカッターと、
   前記ターレットと、巻取軸と、カッターとを制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記帯状電極と帯状セパレータを重ねて予め定められた長さを巻取軸に巻き取る第１処理と、
   前記帯状電極を前記カッターによって切断する第２処理と、
   前記ターレットを回転させつつ巻取軸を回転させて前記第２処理の切断によって巻き残された帯状電極を巻き取るとともに、前記帯状セパレータを送り出す第３処理とを行い、
   前記第３処理において、
   前記巻取軸の回転を制御する第１制御量は、
   前記第２処理の切断によって巻き残された帯状電極の長さと、
   前記ターレットを回転させることによって巻き戻されまたは巻き取られる前記帯状電極の長さと
   に基づいて設定され、
   さらに、前記第３工程において、
   前記帯状セパレータを送り出す第２制御量は、
   前記第２処理の切断によって巻き残された帯状電極の長さと、
   前記ターレットを回転させることによって巻き戻されまたは巻き取られる前記帯状電極の長さと、
   前記ターレットを回転させることによって引き出される前記帯状セパレータの長さと
   に基づいて設定されている、電極巻取装置。

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