JPH11265726A - 電池電極の巻回方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セパレータ２２を巻芯３に半周以上巻回して
から切断することにより、巻きずれの生じるおそれのな
い電池電極の巻回方法及びその装置を提供する。 【解決手段】 左側の巻芯２に巻回された発電要素２１
から引き出したセパレータ２２を右側の巻芯３のスリッ
トに挿入してから、この巻芯３を少なくとも半回転以上
回転させた後に、これら巻芯２，３間のセパレータ２２
をカッタ４ａによって切断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セパレータの間に
正負極電極を挟み込んで巻回することにより巻回型の発
電要素を形成する電池電極の巻回方法及びその装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】リチウムイオン電池の巻回型の発電要素
２１は、図６に示すように、巻き始めを巻芯２又は巻芯
３のスリットに挿入したセパレータ２２の間に正極電極
２３と負極電極２４を挟み込んで巻回することにより作
成される。正極電極２３は、帯状のアルミニウム箔から
なる正極集電体の両面に正極電極材料を塗布したもので
あり、巻き始めの部分に正極電極材料の未塗工部を設け
て、ここにタブリード２５を接続固定している。正極電
極材料として、コバルト酸リチウム、リチウム・ニッケ
ル酸素又はリチウム・マンガン系等の正極活物質にバイ
ンダ等を混合したものを用いる。また、負極電極２４
は、帯状の銅箔からなる負極集電体の両面に負極電極材
料を塗布したものであり、巻き終わりの部分に負極電極
材料の未塗工部を設けて、ここに図示しないタブリード
を接続固定している。負極電極材料には、カーボン系等
の負極活物質にバインダ等を混合したものを用いる。そ
して、セパレータ２２は、これら正極電極２３と負極電
極２４との間を絶縁すると共に、非水電解液中でこれら
正負極電極２３，２４間のイオンの移動を可能にする多
孔質の合成樹脂フィルムである。即ち、例えばイオン透
過性多孔質のポリエチレン・フィルムや、ポリプロピレ
ンの層の間にこのポリエチレンの層を介在させた３層構
造のイオン透過性多孔質のフィルムを用いる。

【０００３】上記発電要素２１の巻回作業を連続的に行
う巻回装置は、図７に示すように、回転可能なロータ１
上の両端部にそれぞれ巻芯２，３を備えている。巻芯
２，３は、スピンドルを軸方向に沿ったスリットで２つ
に分割した形状の軸であり、回転可能になると共に、ロ
ータ１の盤面に対して突出したり後退することができる
ようになっている。これらの巻芯２，３は、ロータ１が
半回転するたびに、互いの左右の位置が切り替わる。こ
のロータ１の下方には、セパレータ切断部４が上下動可
能に配置されている。セパレータ切断部４には、上向き
のカッタ４ａが取り付けられると共に、その左右にばね
によって上方に付勢される押さえローラ４ｂ，４ｃが取
り付けられている。このセパレータ切断部４は、上昇時
にロータ１の中央部に設けられたカッタ台５の溝にカッ
タ４ａの刃先を嵌入させるようになっている。カッタ台
５は、ロータ１が半回転するたびにカッタ４ａの刃先を
挿入できるように、上下２箇所に溝を設けている。ま
た、このセパレータ切断部４の上昇時には、右側の押さ
えローラ４ｃがカッタ台５の下面右端を押圧すると共
に、左側の押さえローラ４ｂがロータ１上の左側に配置
された巻芯２又は巻芯３（図７では巻芯２）に巻回され
た発電要素２１の周側面を押圧するようになっている。

【０００４】上記ロータ１の上の右側に配置された巻芯
２又は巻芯３（図７では巻芯３）のさらに右方向には、
上下で向かい合う一対の巻回材料供給ローラ６，７が配
置されている。上側の巻回材料供給ローラ６は、位置が
固定されているが、下側の巻回材料供給ローラ７は、上
下動可能となっている。そして、これら巻回材料供給ロ
ーラ６，７の右方向には、上方に負極電極２４を切断す
るための負極カッタ８と、この負極電極２４をクランプ
して巻回材料供給ローラ６，７の間に送り出す負極クラ
ンパ９とが配置されると共に、下方に正極電極２３を切
断するための正極カッタ１０と、この正極電極２３をク
ランプして巻回材料供給ローラ６，７の間に送り出す正
極クランパ１１とが配置されている。また、セパレータ
２２は、これら負極電極２４と正極電極２３との間、及
び、正極電極２３の下方からそれぞれ巻回材料供給ロー
ラ６，７の間に供給されるようになっている。

【０００５】上記ロータ１と巻回材料供給ローラ６，７
との間の上方には、上下動可能に配置された負極ガイド
ローラ１２と、下方に向けてエアーを吹き出すエアーノ
ズル１３とが配置されている。

【０００６】上記巻回装置の動作を図７〜図１４に基づ
いて説明する。図７は、ロータ１の左側に配置された巻
芯２に既に発電要素２１が巻回され、ここから引き出さ
れた２条のセパレータ２２がカッタ台５の下方を通り巻
回材料供給ローラ６，７の間を介して供給側に繋がった
状態を示す。また、ロータ１の右側の巻芯３は、スリッ
トをほぼ水平の角度にして盤面側に後退している。ただ
し、正極電極２３と負極電極２４は、既に切断されて巻
芯２の発電要素２１内に巻き込まれている。また、これ
らの正負極電極２３，２４の供給側では、電極クランパ
９，１１にクランプされ、切断された端が巻回材料供給
ローラ６，７の間まで送り出されている。

【０００７】上記状態で、まず図８に示すように、下側
の巻回材料供給ローラ７が上昇して巻回材料供給ローラ
６との間にセパレータ２２と正負極電極２３，２４を挟
み込む。すると、２条のセパレータ２２がロータ１の右
側の巻芯３の手前側でスリットに沿って揃うので、この
巻芯３を突出させてスリットの間にこれらのセパレータ
２２を挿入する。即ち、図９に示すように、ロータ１の
盤面側に後退していた巻芯３が前方（図９では上方）に
突出して、セパレータ２２がこの巻芯３のスリットの間
に挿入されることになる。また、正負極電極２３，２４
の先端が巻回材料供給ローラ６，７の間に挟まれて保持
されるので、電極クランパ９，１１も、これらの正負極
電極２３，２４のクランプを解除する。巻回材料供給ロ
ーラ６，７は、いずれも供給側へのワンウェイクラッチ
となっているので、正負極電極２３，２４やセパレータ
２２の供給側のバックテンションを受けても、これらを
確実に保持することができる。

【０００８】次に、図１０に示すように、セパレータ切
断部４を上昇させて、カッタ台５の下方を通るセパレー
タ２２をカッタ４ａにより切断する。この際、巻芯２に
巻回された発電要素２１は、周側面を押さえローラ４ｂ
によって押圧されるので、巻きが緩むようなおそれは生
じない。そして、この後、巻芯２をさらに回転させてセ
パレータ２２を全て巻き込むと共に、図示しない巻止テ
ープを張り付けてセパレータ２２を止め付ける。また、
切断された供給側のセパレータ２２は、先端がカッタ台
５と押さえローラ４ｃとの間で押圧されて保持される。
なお、電極クランパ９，１１は、次のクランプ動作のた
めに、この間に後退させておく。

【０００９】上記のようにしてロータ１の左側の巻芯２
に発電要素２１が完全に巻回されると、図１１に示すよ
うに、右側の巻芯３を回転させて巻回を開始する。する
と、巻回材料供給ローラ６，７の間を通して供給される
セパレータ２２が押さえローラ４ｃによって保持されて
いたセパレータ２２の端と共に巻芯３に巻き込まれる。
また、これに伴って、巻回材料供給ローラ６，７の間に
挟まれていた正負極電極２３，２４も、セパレータ２２
の間に挟まって巻回される。なお、正極電極２３は、２
条のセパレータ２２の間に挟まれているのでそのまま巻
回されるが、負極電極２４は、これらのセパレータ２２
の上に乗っているだけなので、先端が跳ね上がって巻芯
３に巻き込まれなくなるおそれがある。そこで、エアー
ノズル１３のエアーを噴出させると共に、負極ガイドロ
ーラ１２を下降させることにより、この負極電極２４を
セパレータ２２に押し付けておくようにする。

【００１０】上記巻芯３の巻回が開始されると、図１２
に示すように、セパレータ切断部４と下側の巻回材料供
給ローラ７が下降し、引き続いて巻回を行う。また、セ
パレータ切断部４が下降すると、巻芯２に巻回された発
電要素２１を図示しないシュータによって把持し、この
巻芯２をロータ１の盤面側に引き戻すことにより巻回装
置から取り外して搬出する。巻芯３の巻回により正負極
電極２３，２４が未塗工部まで供給されると、図１３に
示すように、これらの正負極電極２３，２４を電極カッ
タ８，１０でそれぞれ切断すると共に、切断された供給
側の正負極電極２３，２４を電極クランパ９，１１でそ
れぞれクランプする。そして、巻芯３は、切断された正
負極電極２３，２４が完全に巻き込まれて発電要素２１
の巻回が終了するまで回転を続けて、その後停止する。

【００１１】上記巻芯３の巻回が終了すると、図１４に
示すように、ロータ１を右回りに半回転させて巻芯２と
巻芯３の位置を入れ替える。また、この際に、電極クラ
ンパ９，１１を前進させて、正負極電極２３，２４の先
端を巻回材料供給ローラ６，７の間に送り出す。する
と、図７に示した状態に戻り、以降これらの動作を繰り
返すことにより、発電要素２１を連続的に巻回すること
ができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、セパレータ
切断部４のカッタ４ａは、合成樹脂フィルムのセパレー
タ２２を切断するために、刃が比較的ピッチの大きい山
型のノコギリ状となっている。従って、このカッタ４ａ
をセパレータ２２に押し当てて切断すると、図１５に示
すように、切断されたセパレータ２２の端が刃の山型に
振られて、カッタ台５と押さえローラ４ｃとの間で押圧
されているにもかかわらず、左右にずれるおそれがあ
る。特に、巻回材料供給ローラ６，７に偏摩耗等が生じ
左右の保持力に不均一ができると、このセパレータ２２
のずれが大きくなる。そして、このようにスリットに挿
入されたセパレータ２２にずれが生じたまま巻芯３が巻
回を開始すると、発電要素２１に巻きずれが生じるとい
う問題があった。

【００１３】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、セパレータを巻芯に半周以上巻回してから切
断することにより、巻きずれの生じない電池電極の巻回
方法及びその装置を提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、一方
の巻芯に巻回された発電要素から引き出したセパレータ
を他方の巻芯のスリットに挿入すると共に、これらの巻
芯間でセパレータをカッタによって切断し、切断したセ
パレータの間に電極を挟み込んで他方の巻芯の巻回を行
うことにより連続的に発電要素の巻回作業を行う電池電
極の巻回方法において、セパレータを他方の巻芯のスリ
ットに挿入してから、この他方の巻芯を少なくとも半回
転以上回転させた後に、巻芯間のセパレータをカッタに
よって切断することを特徴とする。

【００１５】請求項１によれば、巻芯を回転させてセパ
レータを半周以上巻回してから、このセパレータをカッ
タで切断するので、セパレータが巻芯部分で確実に保持
されるためにずれがほとんど生じない。また、切断部で
セパレータにずれが生じたとしても、このずれの影響は
巻芯を超えてセパレータの供給側に及ぶことはないの
で、巻回時に巻きずれが生じるようなおそれもなくな
る。

【００１６】請求項２の発明は、巻芯にセパレータと電
極を供給する巻回材料供給手段と、この巻芯を回転駆動
させることによりセパレータの間に電極を挟み込んで巻
回する巻芯回転駆動手段と、この巻芯回転駆動手段によ
って巻芯に巻回された発電要素から引き出したセパレー
タを別の巻芯のスリットに挿入するセパレータ挿入手段
と、このセパレータ挿入手段によって別の巻芯に架け渡
されたセパレータをカッタで切断するセパレータ切断手
段とを備えた電池電極の巻回装置において、セパレータ
挿入手段がセパレータを他方の巻芯のスリットに挿入す
ると、セパレータ切断手段がセパレータを切断する前
に、この他方の巻芯を少なくとも半回転以上回転させる
巻芯予備回転手段が設けられたことを特徴とする。

【００１７】請求項２によれば、セパレータ切断手段が
カッタを制御してセパレータを切断する前に、巻芯予備
回転手段が巻芯を制御して半回転以上回転させるだけ
で、切断時にこのセパレータを巻芯に保持させることが
できる。従って、制御手順にわずかな工程を追加するだ
けで、発電要素の巻回時に巻きずれが生じるのを防止す
ることができるようになる。

【００１８】請求項３の発明は、前記半回転以上が２７
０°以上の回転であることを特徴とする。

【００１９】請求項３によれば、巻芯を２７０°以上回
転させるので、スリットに挿入したセパレータが部分的
に重なり合って締め付けることにより確実な保持を行う
ことができるようになる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００２１】図１〜図５は本発明の一実施形態を示すも
のであって、図１は巻回装置の右側の巻芯が予備回転を
行った際の動作を示す正面図、図２は巻芯が半回転した
場合のセパレータの巻回状態を示す部分拡大正面図、図
３は巻芯が２７０°以上回転した場合のセパレータの巻
回状態を示す部分拡大正面図、図４は巻回装置のセパレ
ータ切断部がセパレータを切断した際の動作を示す正面
図、図５は巻回装置のセパレータ切断部がセパレータを
切断した際の状態を示す背面図である。なお、図６〜図
１５に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には
同じ番号を付記する。

【００２２】本実施形態では、図６に示したリチウムイ
オン電池の発電要素２１を連続的に製造する巻回装置に
ついて説明する。この巻回装置の機械構造は、図７に示
した従来例と同様のものを用いる。ただし、本実施形態
では、この巻回装置の制御手順を一部変更している。

【００２３】本実施形態の巻回装置は、従来例と同様
に、図７に示したロータ１の左側に配置された巻芯２に
既に発電要素２１が巻回された状態で、図８に示すよう
に、下側の巻回材料供給ローラ７が上昇することによ
り、巻回材料供給ローラ６との間に２条のセパレータ２
２と正負極電極２３，２４を挟み込み、ロータ１の右側
の巻芯３を突出させてスリットの間にこれらのセパレー
タ２２を挿入する。そして、従来例では、この後に図１
０に示したように、セパレータ切断部４が上昇してセパ
レータ２２が切断される。

【００２４】しかし、本実施形態の巻回装置では、図１
に示すように、右側の巻芯３が半回転以上回転する。こ
こで、巻芯３が半回転だけ回転した場合には、図２に示
すように、スリットに挿入されたセパレータ２２がこの
巻芯３の周側面に１／４周ずつ、合わせて半周分巻回さ
れるので、バックテンションによる摩擦力が働いて、セ
パレータ２２を確実に保持することができる。しかし、
図３に示すように、巻芯３が２７０°以上回転すると、
巻回されたセパレータ２２が部分的に重なり合って締め
付けるので、摩擦力が極めて大きくなり、このセパレー
タ２２の保持をさらに確実にすることができる。

【００２５】このようにして巻芯３が半回転以上の予備
回転を行うと、セパレータ切断部４を上昇させて、カッ
タ台５の下方を通るセパレータ２２をカッタ４ａにより
切断する。この際、巻芯２に巻回された発電要素２１
は、従来例と同様に、周側面を押さえローラ４ｂによっ
て押圧されるので、巻きが緩むようなおそれは生じな
い。また、切断された供給側のセパレータ２２も、従来
例と同様に、先端がカッタ台５と押さえローラ４ｃとの
間で押圧されて保持される。ただし、押さえローラ４ｃ
は、ばねによってあまり強くない力で押圧しているにす
ぎないので、この押さえローラ４ｃによる保持力だけで
は、切断された供給側のセパレータ２２の端がカッタ４
ａの刃の山型に振られた場合に、左右にずれが生じるの
を防止することができない。

【００２６】しかしながら、本実施形態の巻回装置は、
セパレータ２２が巻芯３に半周以上巻回されて確実に保
持されているので、このセパレータ２２の端が振られて
も、ずれが生じるおそれはほとんどなくなる。つまり、
押さえローラ４ｃは、ばね圧によってセパレータ２２を
幅方向の線上で押さえているにすぎないが、巻芯３は、
バックテンションを受けて周側面全体でセパレータ２２
を保持するので、これを左右にずらすには極めて大きな
力が必要になるからである。また、このように巻芯３が
セパレータ２２を確実に保持しているので、図５に示す
ように、セパレータ２２の端がカッタ４ａの刃に振られ
てずれが生じたとしても、既に巻芯３に巻回されたセパ
レータ２２には影響せず、発電要素２１の巻回時に巻き
ずれが生じるようなおそれもなくなる。

【００２７】上記のようにしてセパレータ２２が切断さ
れると、図１１に示したように、巻芯３を連続して回転
させて本来の巻回を開始する。なお、上記巻芯３の予備
回転からこの本来の巻回の初期までの間は、負極電極２
４の先端をセパレータ２２に押し付けておくために、エ
アーノズル１３のエアーを噴出させると共に、負極ガイ
ドローラ１２を下降させておく。そして、以降は、図１
２〜図１４に示したように、正負極電極２３，２４が未
塗工部まで供給されるとこれらを切断して、巻芯３の巻
回を終了し、ロータ１を右回りに半回転させて巻芯２と
巻芯３の位置を入れ替える。そして、図７に示した状態
に戻ると、以降これらの動作を繰り返すことにより、発
電要素２１を連続的に巻回する。なお、巻芯２がロータ
１の右側に配置された場合には、この巻芯２が発電要素
２１の本来の巻回を開始する前に半回転以上の予備回転
を行うことになる。

【００２８】上記構成のリチウムイオン電池の電極の巻
回方法及びその装置によれば、巻芯３を予備回転させて
セパレータ２２を半周以上巻回することにより確実に保
持してからカッタ４ａで切断するので、このセパレータ
２２にずれが生じるようなことはほとんどなくなる。ま
た、切断部でセパレータ２２の端にずれが生じたとして
も、このずれは巻芯３に巻回されたセパレータ２２には
影響しないので、発電要素２１の巻回時に巻きずれが生
じるようなおそれもなくなる。さらに、本実施形態の巻
回装置は、従来例と同じ装置を用いて、セパレータ切断
部４によるセパレータ２２の切断の前に、巻芯３を予備
回転させる制御手順を付け加えるだけなので、例えばコ
ンピュータ制御による場合にはプログラムを多少修正す
るだけで本発明が実施可能となり、製造コストの負担に
なるようなおそれも生じない。

【００２９】なお、上記実施形態では、リチウムイオン
電池の電極の巻回方法及びその装置について説明した
が、巻回型の発電要素を備えた他の電池一般にも同様に
実施可能である。

【００３０】また、上記実施形態や従来例では、スリッ
トが設けられたスピンドル状の巻芯２，３について説明
したが、例えばこのスピンドルを軸方向に沿って２つに
分割した形状の半割れ軸を前後から突出させることによ
り、これらの間にスリットを形成するようにした巻芯を
用いることもできる。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の電池電極の巻回方法及びその装置によれば、セパレー
タを巻芯に半周以上巻回して確実に保持させてから切断
するので、切断時にこのセパレータがずれないようにし
たり、このずれが巻回に影響を与えるのを防ぎ、発電要
素の巻回時に巻きずれが生じるのを防止することができ
るようになる。しかも、制御手順にわずかな工程を追加
するだけでよいので、製造コストの負担になるようなお
それもない。また、セパレータを巻芯に２７０°以上巻
き付ければ、より確実な保持を行うことができるように
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、巻回
装置の右側の巻芯が予備回転を行った際の動作を示す正
面図である。

【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、巻芯
が半回転した場合のセパレータの巻回状態を示す部分拡
大正面図である。

【図３】本発明の一実施形態を示すものであって、巻芯
が２７０°以上回転した場合のセパレータの巻回状態を
示す部分拡大正面図である。

【図４】本発明の一実施形態を示すものであって、巻回
装置のセパレータ切断部がセパレータを切断した際の動
作を示す正面図である。

【図５】本発明の一実施形態を示すものであって、巻回
装置のセパレータ切断部がセパレータを切断した際の状
態を示す背面図である。

【図６】リチウムイオン電池の巻回型の発電要素の構造
を説明するための斜視図である。

【図７】従来例を示すものであって、巻回装置の左側の
巻芯が発電要素の巻回を終了した際の動作を示す正面図
である。

【図８】従来例を示すものであって、巻回装置の下側の
巻回材料供給ローラが上昇した際の動作を示す正面図で
ある。

【図９】従来例を示すものであって、巻回装置の右側の
巻芯が突出する際の動作を示す背面図である。

【図１０】従来例を示すものであって、巻回装置のセパ
レータ切断部が上昇した際の動作を示す正面図である。

【図１１】従来例を示すものであって、巻回装置の右側
の巻芯が巻回を開始した際の動作を示す正面図である。

【図１２】従来例を示すものであって、巻回装置の右側
の巻芯が巻回を行っている際の動作を示す正面図であ
る。

【図１３】従来例を示すものであって、巻回装置の電極
カッタが正負極電極を切断した際の動作を示す正面図で
ある。

【図１４】従来例を示すものであって、巻回装置のロー
タが半回転する際の動作を示す正面図である。

【図１５】従来例を示すものであって、巻回装置のセパ
レータ切断部がセパレータを切断した際の状態を示す背
面図である。

【符号の説明】

２ 巻芯 ３ 巻芯 ４ セパレータ切断部 ４ａ カッタ ２１ 発電要素 ２２ セパレータ ２３ 正極電極 ２４ 負極電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の巻芯に巻回された発電要素から引
   き出したセパレータを他方の巻芯のスリットに挿入する
   と共に、これらの巻芯間でセパレータをカッタによって
   切断し、切断したセパレータの間に電極を挟み込んで他
   方の巻芯の巻回を行うことにより連続的に発電要素の巻
   回作業を行う電池電極の巻回方法において、 セパレータを他方の巻芯のスリットに挿入してから、こ
   の他方の巻芯を少なくとも半回転以上回転させた後に、
   巻芯間のセパレータをカッタによって切断することを特
   徴とする電池電極の巻回方法。
2. 【請求項２】 巻芯にセパレータと電極を供給する巻回
   材料供給手段と、 この巻芯を回転駆動させることによりセパレータの間に
   電極を挟み込んで巻回する巻芯回転駆動手段と、 この巻芯回転駆動手段によって巻芯に巻回された発電要
   素から引き出したセパレータを別の巻芯のスリットに挿
   入するセパレータ挿入手段と、 このセパレータ挿入手段によって別の巻芯に架け渡され
   たセパレータをカッタで切断するセパレータ切断手段と
   を備えた電池電極の巻回装置において、 セパレータ挿入手段がセパレータを他方の巻芯のスリッ
   トに挿入すると、セパレータ切断手段がセパレータを切
   断する前に、この他方の巻芯を少なくとも半回転以上回
   転させる巻芯予備回転手段が設けられたことを特徴とす
   る電池電極の巻回装置。
3. 【請求項３】 前記半回転以上が２７０°以上の回転で
   あることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電
   池電極の巻回方法及びその装置。