JP5070833B2 - 円筒形電池の製造方法およびその製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、アルカリマンガン乾電池に代表される円筒形電池の正極材と負極材との間に介在されるセパレータの位置を改良した円筒形電池の製造方法およびその製造装置に関するものである。

近年、強負荷の放電性能を必要とされる携帯型情報機器やデジタルカメラなどでは大電流放電する電子機器が多く市場に普及している。これらの電子機器の電源として求められているアルカリマンガン乾電池に代表される円筒形電池の需要が急速に高まっている。それに伴い、アルカリマンガン乾電池の生産効率の向上および高品質で信頼性のある大容量でハイパワーな円筒形電池の生産が求められている。

図９に従来技術に係るアルカリマンガン乾電池の構成を示す。アルカリマンガン乾電池は、円筒状外形の底部に正極凸部８５が形成された電池ケース１０３内に、円筒状の正極材１０４、円筒状の筒状セパレータ１０１および正方形の底部セパレータ１０２、ゲル状の負極材１０６を収納し電池ケース１０３の開口端を絶縁ガスケット８７を介して封口板８８で封口すると共に、ゲル状の負極材１０６中に挿入された負極集電棒８９に封口板８８を接続して構成されている。この電池ケース１０３の底部には底部セパレータ１０２が配設され、ゲル状の負極材１０６と正極端子となる電池ケース１０３との間が内部短絡しないように隔離する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来電池の構成に係る製造装置の工程手順を示す状態図を図１０（ａ）〜（ｃ）に示す。図１０（ａ）で示すように前工程で正極材１０４を挿入された電池ケース１０３を電池搬送治具１１０で筒状セパレータ１０１が通過できる円形のガイド穴１１４とガイド穴１１４の上部に正方形の底部セパレータ１０２を保持する保持部１１１からなるセパレータ装填治具１１２の中心軸が同一軸線上になるように搬送する。

次に図１０（ｂ）で示すように、電池ケース１０３内の正極材１０４の内周面に接するように円筒状に２回巻かれた筒状セパレータ１０１とセパレータ装填治具１１２の保持部１１１に保持された底部セパレータ１０２を巻芯１１３を用いてセパレータ装填治具１１２と巻芯１１３と電池ケース１０３とをそれぞれの中心軸が同一軸線上に一致した状態で、筒状セパレータ１０１の先端部を底部セパレータ１０２に当接させて両セパレータを同時にガイド穴１１４を通過させて電池ケース１０３に挿入される。

その後、図１０（ｃ）で示すように挿入された両セパレータ１０１，１０２は電池ケース１０３内において配設されたまま巻芯１１３は上昇し、電池搬送治具１１０は次工程（図示せず）へと搬送される。その後、次工程において両セパレータ１０１，１０２で囲まれた中央空間にゲル状の負極材を投入し、電解液を注液後に電池ケース１０３の開口部を封口板で封口して円筒形電池を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特許第３５５２９１１号公報 特許第３６５５４６９号公報

しかしながら、上述した特許文献に示される従来技術では、図９に示すように底部セパレータ１０２の角部と筒状セパレータ１０１の巻初めと巻終わりからなる重なり部が重な
り合い、負極材１０６と正極材１０４との極間距離が増大し両極の反応不足を引き起こしたり、負極材１０６の収容量が減少したりすることで所要の放電性能が得られないなどの課題があった。

図１１で示す筒状セパレータ１０１と底部セパレータ１０２の組付ける状態を示した斜視図のように、筒状セパレータ１０１の一部分を底部セパレータ１０２で包み込んだ際に筒状セパレータ１０１の巻始めと巻終わりが重なった重なり部１０１ａと底部セパレータ１０２の折り曲げられた角部１０２ａとが重なり合って厚くなり、図９に示す負極材１０６と正極材１０４とが筒状セパレータ１０１を介して対面する反応面の極間距離が増大して隙間が生じ、負極材１０６と正極材１０４との極間反応が悪くなる。その上、筒状セパレータ１０１の重なり部１０１ａと底部セパレータ１０２の折り曲げられた角部１０２ａによって両セパレータが幾重にもなるため負極材１０６の収容量が減少することになり、所要の放電性能が得られないという問題が生じていた。

本発明は上記従来の課題を鑑みてなされたもので、円筒状に巻回してなる筒状セパレータの重なり部と方形状の底部セパレータの角部とを重ならないように配置することにより、負極材の容量の減少を抑制することができ、また両セパレータを介しての正極材と負極材との極間距離が近くなるので内部抵抗のバラツキを抑えられ、放電特性のバラツキを抑制でき、放電特性の向上が可能となる信頼性の高い大容量でハイパワーな円筒形電池の製造方法およびその製造装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために本発明の円筒形電池の製造方法は、有底円筒状の電池ケース内に円筒状に成形した正極材を収納し、方形状の底部セパレータと円筒状の筒状セパレータを挿入後に電解液とゲル状の負極材を挿入したのち、電池ケースの開口部を負極集電棒を具備した封口板で封口する円筒形電池の製造方法において、底部セパレータと筒状セパレータを同時に挿入する際、底部セパレータの角部を位置決めし円筒状に成形した筒状セパレータの巻始めと巻終わりからなる重なり部が底部セパレータの角部と重ならない位置となるように位置決めした後に挿入することを特徴としている。

本発明によれば、円筒状に巻回してなる前記筒状セパレータの重なり部と方形の底部セパレータの角部とを重ならないように配置することにより、筒状セパレータの重なり部と底部セパレータの角部が折れ曲がった折り重なり部とが重ならないことで負極材の容量の減少を抑制でき、かつ正極材と負極材との極間距離が近くなり、内部抵抗のバラツキおよび放電特性が向上され大容量で高い信頼性を得ることが可能となる。

本発明の第１の発明においては、有底円筒状の電池ケース内に円筒状に成形した正極材を収納し、方形状の底部セパレータと円筒状の筒状セパレータを挿入後に電解液とゲル状の負極材を挿入したのち、電池ケースの開口部を負極集電棒を具備した封口板で封口する円筒形電池の製造方法において、底部セパレータと筒状セパレータを同時に挿入する際に底部セパレータの角部を位置決めし、円筒状に成形した筒状セパレータの巻始めと巻終わりからなる重なり部が底部セパレータの角部と重ならない位置となるように位置決めした後に挿入することにより、筒状セパレータの重なり部と底部セパレータの折り曲げた角部とが重ならず、負極材の容量の減少が抑制され、かつ正極材と負極材との極間距離が近くなり内部抵抗のバラツキが抑えられ、放電特性を向上させることが可能となる。

本発明の第２の発明においては、底部セパレータの周縁の立上り部が円筒状に成形した正極材の内周面に接するように挿入すると同時に筒状セパレータの先端部を底部セパレー
タの周縁の立上り部で外側より包むように装着することにより、衝撃や振動等による底部セパレータの位置がズレて負極材と電池ケースとの接触による内部短絡を抑え、負極材の底面側は底部セパレータのみで電池ケースとの間を絶縁されるので負極材の収容量の減少を抑制し、効率よい放電が可能となる。

本発明の第３の発明においては、底部セパレータとして、帯状セパレータを４辺の長さが同一寸法になるように切断して成形することにより、底部セパレータの切り出しのロスをなくして原材料の歩留まり向上が可能となる。

本発明の第４の発明においては、有底円筒状の電池ケース内に円筒状に成形した正極材を収納し、方形状の底部セパレータと円筒状の筒状セパレータを挿入後に電解液とゲル状の負極材を挿入し、電池ケースの開口部を負極集電棒を具備した封口板で封口する円筒形電池の製造装置において、底部セパレータの供給部と底部セパレータの角部を位置決めする位置決め部を有し、筒状セパレータ供給部と筒状セパレータの巻始めと巻終わりからなる重なり部を底部セパレータの角部と重ならないように位置決めする位置決め部と位置決めされた筒状セパレータと底部セパレータとを正極材を収納した電池ケース内に同時に挿入する挿入部と、正極材を収納した電池ケースを搬入する搬送部と搬出する搬出部から構成したことにより、筒状セパレータの重なり部を位置決めした底部セパレータの角部と重ならない位置に配置し装着することが可能となる。

本発明の第５の発明においては、底部セパレータの供給部として、帯状セパレータを送り出す送りローラと帯状セパレータから正方形に切断する切断刃ローラと、切断した底部セパレータを真空吸着して搬送する真空吸着ローラと真空吸着レバーを有する送転盤と、真空を発生する真空部と駆動源である駆動部から構成したことにより、帯状セパレータから正方形である底部セパレータを切り出すことが可能となり底部セパレータの取り扱いが簡素化でき、生産能力の向上が可能となる。

本発明の第６の発明においては、底部セパレータの位置決め部として、底部セパレータ保持回転盤内に設けられた底部セパレータ保持部と電池ケースを位置決めするガイドから構成したことにより、底部セパレータの角部の位置決めをし、その位置決めした状態を維持しながら筒状セパレータの重なり部と重ならないように配置することができ確実な位置決めが可能となる。

本発明の第７の発明においては、筒状セパレータの供給部として、帯状セパレータを供給する巻出し部と帯状セパレータを所定の寸法に切断する切断部からなる構成にしたことにより、巻回時に筒状セパレータの巻終わりが巻始めの位置になる寸法で切断し、ズレることなく確実な筒状セパレータの重なり部を成形することが可能となる。

本発明の第８の発明においては、筒状セパレータの位置決め部として、切断した帯状セパレータを巻初め位置に導く巻付けガイドと巻芯と巻芯に巻き付ける巻付けローラと挿入ヘッド回転盤と駆動部からなる構成にしたことにより、巻回時に筒状セパレータの巻終わりが巻始めの位置になる寸法で切断された筒状セパレータを巻回し所定の位置で筒状セパレータの重なり部の位置決めをすることが可能となる。

以下、本発明の一実施の形態について図を参照にしながら詳細に説明する。まず、本発明の一実施の形態の円筒形電池であるアルカリマンガン乾電池の構成について、図１を参照して説明する。

図１に示すように底面に正極端子とする外方に向けて突出形成した正極凸部６を設け、有底円筒形に形成された正極端子一体型の電池ケース１に電池ケース１の内周面に接して
いる円筒形状に成形された正極材２が収容され、この正極材２の内径方向に底部セパレータ５と筒状セパレータ３で隔てられた電解液（図示せず）とゲル状の負極材４が収容されている。電池ケース１の開口端は絶縁ガスケット７を介して、封口板８によって封口されると共にゲル状の負極材４に挿入した負極集電棒９を接続し負極端子である封口板８が取り付けられて円筒形のアルカリマンガン乾電池１０を構成している。

以下、本発明の一実施の形態に関わるアルカリマンガン乾電池の製造方法について図を参照しながら詳細に説明するが、本発明は、これらのみに限定されない。まず、図１に示すように有底円筒形に形成し底面には正極端子となる外方に向けて突出形成した正極凸部６が設けられた電池ケース１内に、粉末状の正極合剤を円筒形状に圧縮成形した正極材２を電池ケース１の内周面に接した状態で挿入し収納する。アルカリマンガン乾電池の品種により収納する円筒形状した正極材２を複数個収納し、本発明の一実施の形態においては電池ケース１内に２個の正極材２を収納する。

なお、正極材２は二酸化マンガンと黒鉛とを９０：１０の重量比で混合した混合物とアルカリ電解液とを１００：３の重量比で混合し、十分に攪拌した後、フレーク状に圧縮成形した。また、アルカリ電解液には、４０重量％の水酸化ナトリウム水溶液を用い、フレーク状の正極合剤を粉砕して粉末状にしてふるいによって分級し、１０〜１００メッシュのものを中空円筒形に圧縮成形してペレット状の正極材２を得た。この正極材２を電池ケース１内に２個挿入した。

次に筒状セパレータ３の直径より大きい幅をもつ帯状のセパレータを幅の寸法と同じ長さの寸法に切断し、即ち正方形に成形した底部セパレータ５を電池ケース１の中心と底部セパレータ５の中心が同一になる位置に配置する。ここで正方形に切断された底部セパレータ５の角部５ａは切断時に位置決めされて、その位置決めされた状態を保持しながら電池ケース１の上に配置する。なお、底部セパレータ５はイオンのみを透過する微孔性フィルムとして再生セルロースを用い、その両面に化学繊維からなる不織布をラミネートしており、厚みは０．０２ｍｍから０．３ｍｍが好ましい。

また、筒状セパレータ３の高さ方向の寸法と同じ寸法の幅を持つ帯状のセパレータを所定の長さに切断し、巻芯を用いて円筒状に巻回して筒状セパレータ３を作製する。ここで、筒状セパレータ３の巻回する回数はアルカリマンガン乾電池の品種により決定され、本発明の一実施の形態においては３巻きの巻回回数を有した筒状セパレータ３とした。

さらに切断する長さは３巻きすることで巻始めと巻終わりが同一位置になる長さで切断した。なお、必要回数巻いた後に切断しても構わない。また、この筒状セパレータ３も底部セパレータ５と同様にイオンのみを透過する微孔性フィルムとして再生セルロースを用い、その両面に化学繊維からなる不織布をラミネートしている。

次に筒状セパレータ３の中心と電池ケース１および底部セパレータ５の中心が同一になる位置に配置する。ここで、筒状セパレータ３の中心と底部セパレータ５の中心を合致させ、筒状セパレータ３の巻始めと巻終わりの重なり部を底部セパレータ５の角部５ａと重ならない位置に底部セパレータ５の上に配置する。

さらに、筒状セパレータ３を巻いた巻芯を電池ケース１の開口部の方向に挿入することで、図３に示すように筒状セパレータ３の下部を底部セパレータ５の周縁を折り曲げた立上り部５ｄで包み込んだ状態となり、電池ケース１に収納した円筒状の正極材２の内径に沿わせて装着することができる。底部セパレータ５の角部５ａを寄せて折り曲げた重なり部５ｂが筒状セパレータ３の重なり部３ａと重ならない状態で装着していることで、従来技術で課題となっていた筒状セパレータ３の重なり部３ａと底部セパレータ５の重なり部
５ｂとが重なって負極材４の容量の減少する現象を抑制することができ、両セパレータを介しての正極材２と負極材４との極間距離が近くなり電池の内部抵抗のバラツキを抑えられる。

また、底部セパレータ５と筒状セパレータ３の中心のズレがなく挿入し装着しているため、底部セパレータ５は中心を対称にして絞られ、電池ケース１の底部を底部セパレータ５で覆う形となり、後の工程においてゲル状の負極材４を充填した時の正極材２との短絡を防ぐ。

その後、電解液（図示せず）を注液し、ゲル状になった負極材４を挿入した後、周縁に絶縁ガスケット７が装着され負極端子である封口板８の中央部の負極集電棒９を負極材４に挿入しながら、電池ケース１の開口部に装着して、電池ケース１の開口部を内側方向に折り曲げてかしめ封口し密閉したアルカリマンガン乾電池１０を作製する。

なお、ゲル状の負極材４はゲル化剤としてポリアクリル酸ナトリウムと、アルカリ電解液として４０重量％の水酸化ナトリウム水溶液と、負極活物質として亜鉛粉末とを１：３３：６６の重量比で混合している。

以下に本発明における円筒形電池の製造装置の模式図を図２に示す。以下に示される構成については、本発明を説明するために掲げた製造装置の一例を示すものであって、本発明は円筒形電池の構造および製造装置を下記のものに特定するものではない。

例えば、図２は本発明に係る直径１４ｍｍ、高さ５０ｍｍｍの円筒形電池であるアルカリマンガン乾電池ＬＲ６の筒状セパレータと底部セパレータを供給挿入する製造装置を示すものである。図２において、本発明に係るアルカリマンガン乾電池の製造装置の底部セパレータ５を供給する工程と筒状セパレータ３を供給し電池ケース１に底部セパレータ５とを同時に挿入する工程に分けて説明する。

まず、底部セパレータ５を供給する工程では底部セパレータ５の供給部５２として、帯状セパレータ１８を送り出す送りローラ２７と帯状セパレータ１８を切断する切断ローラ１１と切断した底部セパレータ５を吸着保持する真空吸着ローラ１２から構成する。

切断刃ローラ１１は円盤形状で円周面に等間隔に割り付けられた複数の切断刃１１ａを備え、円盤形状の真空吸着ローラ１２の円周面には底部セパレータ５を真空吸着する複数の真空孔が備わる。また、真空吸着ローラ１２に接続した真空を発生させる真空部４０と切断刃ローラ１１と真空吸着ローラ１２を同期して回転駆動を与える駆動部４１を備え、切断刃ローラ１１の切断刃１１ａに真空吸着ローラ１２の円周面が接触した状態で垂直に並列配置した。

また、送転盤１４に具備した底部セパレータ５を搬送するＵ字形状の真空吸着レバー１３と垂直に配置した真空吸着ローラ１２の円周面に底部セパレータ５が入る隙間を空けて、送転盤１４を水平に配置し、送転盤１４に接続した真空を発生させる真空部４２と送転盤１４を回転駆動させる駆動部４３を設けた。

また、送転盤１４に具備した真空吸着レバ１３の中心と底部セパレータ保持回転盤２８に内蔵した底部セパレータ５の位置決め部１７の中心が重なる位置で送転盤１４と平行に底部セパレータ保持回転盤２８を平行に配置した。さらに、図４に示すように真空吸着レバ１３の下面に吸着した底部セパレータ５を後述詳細に述べる巻芯１６で位置決め部１７に挿入する際に、真空吸着レバ１３は巻芯１６と同じ方向（図中の矢印方向）にお互いが回動するため干渉しないようにＵ字形状をしている。また、位置決め部１７は後述詳細に
述べるが図６に示すように挿入穴２３と保持部２２とガイド穴３７と突起ガイド２１とから構成した。

次に、図２に示すように筒状セパレータ３を供給し電池ケース１に底部セパレータ５とを同時に挿入する工程では、筒状セパレータ３を成形する巻芯１６や筒状セパレータ３の位置決め部２５を複数具備した円盤形状の挿入ヘッド回転盤１５を上段に備え、中段には底部セパレータ５の位置を決めて保持する位置決め部１７を複数具備した円盤形状の底部セパレータ保持回転盤２８と下段に電池ケース１を収納した電池搬送治具２４を搬送する送転盤５１を同軸上に配置し、同じ回転数で回転駆動を与える駆動部４６からなる構成にした。

また、挿入ヘッド回転盤１５の巻芯１６の中心と底部セパレータ保持回転盤２８にある底部セパレータ５の位置決め部１７の中心と送転盤５１の電池搬送治具２４に収納した電池ケース１の中心とは合致しており、さらに送転盤１４の真空吸着レバ１３の中心とも合致している。

挿入ヘッド回転盤１５の筒状セパレータ３の位置決め部２５に筒状セパレータ３を供給する供給部５３として、帯状セパレータ３６を供給する巻出し部４８と帯状セパレータ３６を送り出す送りローラ２９を備え、帯状セパレータ３６を所定の寸法で切断する切断部４９を備えた。

また、挿入ヘッド回転盤１５に備えた筒状セパレータ３の位置決め部２５は、図５に示すように自転する巻芯１６と帯状セパレータ３６の巻初め位置を決め案内する巻付けガイド１９と巻き付けるための巻付けローラ２０が２個からなる構成をし、巻芯１６は筒状セパレータ３の巻き厚みに相当する大きさだけ大きくした段部２６を有する構成になっている。

また、底部セパレータ保持回転盤２８に備えた底部セパレータ５の位置決め部１７は、図６に示すように底部セパレータ５の外形より小さい直径の挿入穴２３と挿入穴２３の下部に底部セパレータ５を位置決めしたまま平面状態で収容する底部セパレータ５の対角線の長さと相等しい直径の真円である保持部２２と保持部２２に通じるガイド穴３７と電池ケース１の位置を決める突起ガイド２１によって構成され、先端の突起ガイド２１は電池ケース１の開口端に挿入することで電池ケース１の位置を決められる構成になっている。

さらに、図２に示す底部セパレータ保持回転盤２８の下方に電池ケース１を収納した電池搬送治具２４を搬送する送転盤５１を備え、送転盤５１に電池ケース１を収納した電池搬送治具２４を搬入する搬入部である搬入コンベア４５と送転盤５１から電池ケース１を収納した電池搬送治具２４を次の工程に搬出する搬出部である搬出コンベア４７を接続した。

（実施の形態１）
次に、本発明の実施の形態１に係る製造装置についてさらに詳しく説明する。底部セパレータ５を供給し保持する工程では、まず図２に示す厚みが０．２ｍｍ、幅が１５ｍｍの不織布を極薄の厚みに加工した帯状セパレータ１８を送りローラ２７を回転させ、切断刃ローラ１１と真空吸着ローラ１２との間に搬送した。

駆動部４１を駆動させて切断ローラ１１と真空吸着ローラ１２を回転させ、切断刃ローラ１１に具備した等間隔に割り付けられた切断刃１１ａと真空吸着ローラ１２との間で挟み込み、幅寸法と同じ１５ｍｍの長さで切断し、正方形の底部セパレータ５を形成した。帯状セパレータ１８の幅は正方形に形成した底部セパレータ５の幅寸法にし、幅寸法と同
じ長さ寸法に切り出すことにより正方形となり、材料ロスがなく、切り屑が発生しないので屑処理の作業工程も省略することができる。

また、切断刃ローラ１１の切断刃１１ａで切断した底部セパレータ５は、真空部４０を作動させ真空吸着ローラ１２の表面に真空吸着した。その際、帯状セパレータ１８を送り出す送り速度より真空吸着ローラ１２の回転速度を早くし、切断した底部セパレータ５が繋がることなく等間隔に間を空けて搬送され、切断した底部セパレータ５を1枚ずつ搬送することができる。

次に、真空吸着ローラ１２で真空吸着した底部セパレータ５は、真空吸着ローラ１２により送転盤１４の真空吸着レバ１３の受け渡し位置まで搬送する。その後、真空部４２を作動させて真空吸着レバ１３の下面に搬送されてきた状態を保持したまま真空吸着して受け渡した後、送転盤１４に接続した駆動部４３を作動させて、底部セパレータ保持回転盤２８に内蔵された底部セパレータ５の位置決め部１７の位置まで底部セパレータ５を搬送した。

また、位置決め部１７では図７（ａ）に示すように真空吸着レバ１３の下面に真空吸着している底部セパレータ５に向かって、巻芯１６を下降させ底部セパレータ５を位置決め部１７の保持部２２へ挿入し保持する。その際、筒状セパレータ３を挿入する工程で後述詳細に述べる電池ケース１を収納した電池搬送治具２４が底部セパレータ保持回転盤２８の下方に待機している。

さらに、図７（ｂ）に示すように底部セパレータ５が巻芯１６により押され、底部セパレータ５の角部５ａは底部セパレータ５よりも小さい径の挿入穴２３の縁にあたり上向きに変形して絞られながら挿入され、底部セパレータ５の対角線の長さと相等しい直径２１ｍｍの保持部２２内に挿入される。

その後、図７（ｃ）に示すように保持部２２の収容空間の高さが底部セパレータ５の変形した角部５ａを復元できる寸法に構成しているため保持部２２の空間内に挿入穴２３を塞ぐ元の平らな状態で、底部セパレータ５を保持部２２に保持した。また、底部セパレータ保持回転盤２８の下方に待機している電池ケース１を収納した電池搬送治具２４を上昇させ、突起ガイド２１に電池ケース１の開口部を挿入して電池ケース１の位置決めをした後、巻芯１６を元の位置に上昇した。

また、図７（ｄ）に示すように底部セパレータ５の角部５ａが保持部２２の内壁をガイドとして位置決め部１７の中心と底部セパレータ５の中心とが自動的に一致するように保持した。

挿入穴２３が保持部２２の内径より小さく形成していることにより、小さくて軽い底部セパレータ５が振動や風によって保持部２２内から飛び出すことや保持部２２の内壁で底部セパレータ５の角部５ａをガイドして位置ズレを抑制するため、保持部２２に収容した底部セパレータ５が回動移動する状況においても位置決めした状態が保持される。また、底部セパレータ５は水平方向で搬送されたままの状態を保持し、巻芯１６で挿入するため底部セパレータ５を位置がズレることなく位置決め部１７の保持部２２に確実に挿入し保持ができる。

次に、図２に示す筒状セパレータ３を供給し電池ケース１に底部セパレータ５とを同時に挿入する工程では、別工程（図示せず）で中空円筒形に圧縮成形したペレット状の正極材２を２個挿入した電池ケース１を収納した電池搬送治具２４を搬入コンベア４５にて回転盤５１まで搬送した。

また、筒状セパレータ３の供給部５３として、巻出し部４８より厚みが０．２ｍｍ、幅が４４ｍｍの帯状セパレータ３６を送りローラ２９により送り出し、挿入ヘッド回転盤１５の位置決め部２５に帯状セパレータ３６を挿入して切断部４９で８５ｍｍの長さに切断し、その帯状セパレータ３６の先端を挿入ヘッド回転盤１５の位置決め部２５に挿入した。

次に、図８（ａ）に示すように位置決め部２５にある巻芯１６と巻付けガイド１９との間に帯状セパレータ３６の厚さに相当する間隙を設け、その隙間に帯状セパレータ３６の先端を挿入した。その後、底部セパレータ５の角部５ａの位置と重ならない位置に設定された巻初め位置に帯状セパレータ３６の端面を案内し、自由に自転する巻付けローラ２０を巻芯１６の方向に接近させ巻初め位置の帯状セパレータ３６の端面を巻付けガイド１９内にある巻付けローラ２０と巻芯１６で挟み、巻芯１６を３回転自転させて巻芯１６の段部２６の下方に帯状セパレータ３６を巻き付けた後、巻芯１６を停止して３巻きからなる筒状セパレータ３を成形した。

また、筒状セパレータ３の巻始めと巻終わりからなる重なり部は、巻終わりが巻初めの位置で巻終わる寸法で切断部４９にて帯状セパレータ３６を切断しており、巻初めの位置が決まることで巻終わる位置もおのずと決定する。なお、必要巻数を巻き終えた後に、センサーで検知して帯状セパレータ３６を切断部４９で切断し筒状セパレータ３を成形しても構わない。

筒状セパレータ３を成形した後、巻付けローラ２０を離して筒状セパレータ３を巻き付けた巻芯１６を下降させ、保持部２２に平面状態で保持されている底部セパレータ５を電池ケース１の底面に底部セパレータ５が当接するまで挿入した。

この時、筒状セパレータ３は底部セパレータ５で包んだ状態で電池ケース１内に挿入され、巻芯１６の段部２６に押されて電池ケース１の底面に底部セパレータ５が当接するまで挿入される。また、巻芯１６に巻回された筒状セパレータ３は、巻付けガイド１９により巻緩みが生じないように保持され、巻芯１６の下降に伴って図６に示した挿入穴２３、保持部２２、ガイド穴３７からなる位置決め部１７に進入し、位置決めされた電池ケース１内に挿入されるため巻緩みは生じない。

さらに、底部セパレータ５と巻芯１６の中心のズレが生じないことで底部セパレータ５は中心を対称にして絞られ電池ケース１の底部を覆うように装着されことにより、後の工程においてゲル状の負極材４を充填した時に電池ケース１や正極材２と短絡することを高い精度で抑制できる。

筒状セパレータ３と底部セパレータ５を同時に挿入後、図８（ｂ）に示すように巻芯１６を元の位置に上昇させ、電池ケース１を電池搬送治具２４とともに下降し、図２に示す搬出コンベア４７で筒状セパレータ３および底部セパレータ５が装着された電池ケース１を収納した電池搬送治具２４を次工程に搬送する。

次工程で、図１で示したように電池ケース１内に電解液を注液しゲル状の負極材４を挿入して、電池ケース１の開口部に封口板８を装着後、電池ケース１の開口部を内側方向に折り曲げてかしめ封口し密閉したＬＲ６のアルカリマンガン乾電池１０を作製した。

この際の筒状セパレータ３と底部セパレータ５は、図３に示すように筒状セパレータ３の下部を底部セパレータ５の周縁を折り曲げた立上り部５ｄで包み込み、図１に示す電池ケース１内でゲル状の負極材４と電池ケース１の底面とを内部短絡しないように隔離絶縁
している。

さらに図３に示すように、底部セパレータ５の角部５ａを寄せて折り曲げた重なり部５ｂが筒状セパレータ３の重なり部３ａと重ならない状態で装着していることで、筒状セパレータ３の重なり部３ａと底部セパレータ５の重なり部５ｂとが重ならず、負極材４の容量が減少する課題を抑制することができ、両セパレータを介しての正極材２と負極材４との極間距離が近くなり電池の内部抵抗のバラツキを抑えられる。

以上のように本発明は、筒状セパレータの巻始めと巻終わりからなる重なり部と正方形の底部セパレータの角部とが重ならない位置に位置決めして、底部セパレータで筒状セパレータを包み込む構成にすることで、底部セパレータの角部からなる折れ曲がった折り重なり部が筒状セパレータの巻始めと巻終わりからなる重なり部と重ならないと共に高い精度で底部セパレータの挿入を実現ができ、漏液や内部短絡を発生させずに大容量で信頼性の高い円筒形電池の供給安定化、安全性の安定化を実現する。

本発明によれば、円筒状に巻回してなる筒状セパレータの重なり部と方形の底部セパレータの角部とを重ならないように構成することにより、筒状セパレータの重なり部と底部セパレータの角部が折れ曲がった折り重なり部とが重ならず、負極材の容量の減少を抑制でき、かつ正極材と負極材との極間距離が近くなり、内部抵抗のバラツキおよび放電特性が向上され、大容量で高品質な信頼性の高い円筒形電池を得ることが可能となり、強負荷放電性能を必要とされる携帯型情報機器やデジタルカメラなどの大電流放電機器の電源として有用である。

本発明の一実施の形態における円筒形電池の半部分切欠断面図 本発明の一実施の形態における製造装置の模式図 本発明の実施の形態における底部セパレータで筒状セパレータを包み込んだ状態を示す模式図 本発明の一実施の形態における底部セパレータを位置決め部に挿入する状態を示す斜視図 本発明の一実施の形態における筒状セパレータの位置決め部の模式図 本発明の一実施の形態における底部セパレータの位置決め部の模式図 （ａ）本発明の一実施の形態における底部セパレータの挿入状態を示す模式図、（ｂ）同位置決め部における底部セパレータ挿入時の状態を示す模式図、（ｃ）同位置決め部における底部セパレータ保持の状態を示す模式図、（ｄ）同位置決め部の平面図 （ａ）本発明の一実施の形態における筒状セパレータ巻回時の状態を示す模式図、（ｂ）同底部セパレータと筒状セパレータの挿入後の状態を示す模式図 従来例における円筒形電池の半部分切欠断面図 （ａ）従来例における筒状セパレータの巻付け状態を示す模式図、（ｂ）同底部セパレータと筒状セパレータの挿入時の状態を示す模式図、（ｃ）同底部セパレータと筒状セパレータの装着時の模式図 従来例における底部セパレータで筒状セパレータを包み込んだ状態を示す模式図

符号の説明

１ 電池ケース
２ 正極材
３ 筒状セパレータ
３ａ 重なり部
４ 負極材
５ 底部セパレータ
５ａ 角部
５ｂ 重なり部
５ｄ 立上り部
６ 正極凸部
７ 絶縁ガスケット
８ 封口板
９ 負極集電棒
１０ アルカリマンガン乾電池
１１ 切断刃ローラ
１１ａ 切断刃
１２ 真空吸着ローラ
１３ 真空吸着レバ
１４ 送転盤
１５ 挿入ヘッド回転盤
１６ 巻芯
１７ 位置決め部
１８ 帯状セパレータ
１９ 巻付けガイド
２０ 巻付けローラ
２１ 突起ガイド
２２ 保持部
２３ 挿入穴
２４ 電池搬送治具
２５ 位置決め部
２６ 段部
２７ 送りローラ
２８ 底部セパレータ保持回転盤
２９ 送りローラ
３６ 帯状セパレータ
４０ 真空部
４１ 駆動部
４２ 真空部
４３ 駆動部
４５ 搬入コンベア
４６ 駆動部
４７ 搬出コンベア
４８ 巻出し部
４９ 切断部
５１ 送転盤
５２ 供給部
５３ 供給部

Claims (8)

1. 有底円筒状の電池ケース内に円筒状に成形した正極材を収納し、方形状の底部セパレータと円筒状の筒状セパレータを挿入後に電解液とゲル状の負極材を挿入したのち、前記電池ケースの開口部を負極集電棒を具備した封口板で封口する円筒形電池の製造方法において、前記底部セパレータと筒状セパレータを同時に挿入する際に、前記底部セパレータの角部を位置決めし円筒状に成形した筒状セパレータの巻始めと巻終わりからなる重なり部が前記底部セパレータの角部と重ならない位置となるように位置決めた後に挿入することを特徴とする円筒形電池の製造方法。
2. 底部セパレータの周縁の立上り部が円筒状に成形した正極材の内周面に接するように挿入すると同時に筒状セパレータの先端部を前記底部セパレータの周縁の立上り部で外側より包むように装着することを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池の製造方法。
3. 底部セパレータとして、帯状のセパレータを４辺の長さが同一寸法になるように切断して成形することを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池の製造方法。
4. 有底円筒状の電池ケース内に円筒状に成形した正極材を収納し、方形状の底部セパレータと円筒状の筒状セパレータを挿入後に電解液とゲル状の負極材を挿入し、前記電池ケースの開口部を負極集電棒が具備された封口板で封口する円筒形電池の製造装置において、前記底部セパレータの供給部と、前記底部セパレータの角部を位置決めする位置決め部を有し、前記筒状セパレータの供給部と、前記筒状セパレータの巻始めと巻終わりからなる重なり部を底部セパレータの角部と重ならないように位置決めする位置決め部と、位置決めされた前記筒状セパレータと底部セパレータとを正極材を収納した電池ケース内に同時に挿入する挿入部と、前記正極材を収納した電池ケースを搬入する搬送部と搬出する搬出部から構成したことを特徴とする円筒形電池の製造装置。
5. 底部セパレータの供給部として、帯状セパレータを送り出す送りローラと帯状セパレータを正方形に切断する切断刃ローラと、切断した前記底部セパレータを真空吸着して搬送する真空吸着ローラと真空吸着レバーを有する送転盤と、真空を発生する真空部と駆動源である駆動部から構成したことを特徴とする請求項４に記載の円筒形電池の製造装置。
6. 底部セパレータの位置決め部として、底部セパレータ保持回転盤内に設けられた前記底部セパレータの保持部と電池ケースを位置決めするガイドから構成にしたことを特徴とする請求項４に記載の円筒形電池の製造装置。
7. 筒状セパレータの供給部として、帯状セパレータを供給する巻出し部と帯状セパレータを所定の寸法に切断する切断部からなる構成にしたことを特徴とする請求項４に記載の円筒形電池の製造装置。
8. 筒状セパレータの位置決め部として、切断した帯状セパレータを巻初め位置に導く巻付けガイドと巻芯と巻芯に巻き付ける巻付けローラと挿入ヘッド回転盤と駆動部からなる構成にしたことを特徴とする請求項４に記載の円筒形電池の製造装置。

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