JP2017064847A - リチウム箔の処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リチウム箔の刃体への付着を防止することで、切断が繰り返し行われてもリチウム箔をきれいに切断することができ、作業効率を向上させることができる。【解決手段】カッター１Ａの上刃体１ａ及び下刃体１ｂには、少なくともリチウム箔Ｌの切断時においてリチウム箔Ｌの切断面に接触する位置で刃体１ａ、１ｂを貫通する複数の貫通穴２、２、…が形成され、上刃体１ａ及び下刃体１ｂは互いに刃面方向に沿って近接離反する２枚の刃体からなり、それぞれの刃体同士が近接した状態で刃面方向に重なるせん断刃を形成し、２枚の刃体１ａ、１ｂのそれぞれに前記貫通穴２が形成された構成の処理装置を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、リチウム箔の処理装置に関する。

従来、リチウムイオン二次電池は、鉛蓄電池やニッケル水素電池に比べてエネルギー密度及び起電力が高いという特徴を有しているため、小型化・軽量化が要求される各種の機器用電源として広く利用されている。このリチウムイオン二次電池は、一般に、正極活物質が正極集電体に塗工された正極板と、負極活物質が負正極集電体に塗工された負極板とを有している。そして、これら両極板間にセパレータ及び電解質を介在させて積層させるとともに、その積層体をケース内に密封させて構成されている。

このようなリチウムイオン二次電池の形態としては、円筒型、缶型、ラミネートパック型等の各種形態が採用されている。
また、フィルム型のリチウムイオン二次電池も提案されている。このようなリチウムイオン二次電池として、ゲル状の電解質を用いたフィルム型のリチウムイオン二次電池を券回させたものも提案されている（例えば、特許文献１参照）。
さらに、リチウムイオン二次電池の負極としては、負極集電箔の上にリチウム箔を積層して構成することが開示されている（例えば、特許文献２参照）。
このようにリチウム箔を用いた場合は、良好な耐過放電特性等の利益を得ることができる。

特開２０００−１３８０７６号公報 特開２０１５−８８３９４号公報

しかしながら、上記特許文献１に示されるような積層型構造のリチウムイオン二次電池では、以下のような問題があった。
すなわち、従来のリチウム箔を用いるリチウムイオン二次電池やキャパシタの製造工程に当たっては、テープ状のリチウム箔を所定の長さに切断する切断工程が、リチウム箔の性質上、円滑に行うことができないという問題があった。つまり、リチウム箔の切断工程においては、厚さが１００〜２００μｍの薄くて、かつ軟質体からなるリチウム箔がカッターで切断されるが、同じカッターで切断を繰り返すと、その切断によって生じたリチウム箔の構成材、すなわちリチウム箔の一部が刃体に付着し、その後の切断が困難になったり、リチウム箔の切断面がめくれてきれいに切断できなくなったりするという欠点があった。

仮に、切断面がめくりあがったリチウム箔片が基板に貼着されると、リチウム箔の一部が基板からはみ出して製品の品質が低下することから、切断面に問題のあるリチウム箔を使用することは避けなければならない。このために、リチウム箔の切断工程を自動化するには、リチウム箔の刃体への付着を防止することが求められており、その点で改善の余地があった。

また、リチウム箔の切断ごとにリチウム箔の一部が刃体に付着すると、例えば数回の切断毎に刃体に付着するリチウム箔を取り除く作業を行う必要があるうえ、刃体の交換頻度も増えるという問題があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、リチウム箔の刃体への付着を防止することができ、作業効率を向上させることができるリチウム箔の処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るリチウム箔の処理装置は、リチウム箔をカッターを用いて切断処理するリチウム箔の処理装置であって、前記カッターの刃体には、少なくとも前記リチウム箔の切断時において前記リチウム箔の切断面に接触する位置で前記刃体を貫通する貫通穴が形成されていることを特徴としている。

本発明に係るリチウム箔の処理装置では、カッターの刃体に貫通穴が設けられているので、リチウム箔の切断面に刃体の刃面が接触する接触面積を小さくすることができる。そのため、基板に塗布されたリチウム箔が刃体に付着することを抑制することができ、リチウム箔の切断面をきれいに切断することができる。
したがって、カッターの刃体に付着するリチウム箔を取り除く作業を少なくすることができ、１つのカッターで繰り返し切断することが可能となり、刃体の交換頻度を低減することができる。

また、本発明に係るリチウム箔の処理装置は、前記カッターは、互いに刃面方向に沿って近接離反する２枚の刃体からなり、それぞれの刃体同士が近接した状態で刃面方向に重なるせん断刃を形成し、前記２枚の前記刃体のそれぞれに前記貫通穴が形成されていることが好ましい。

この場合には、２枚の刃体のせん断により効率よくリチウム箔を切断することができる。そして、それぞれの刃体に貫通穴が形成されているので、そのせん断時においてリチウム箔が刃体に付着することを防止することができる。

また、本発明に係るリチウム箔の処理装置は、前記貫通穴は、前記刃体の刃先に近い位置に設けられていることが好ましい。

この場合には、リチウム箔の切断時において、刃体がリチウム箔に接触する直後の刃先の近傍に貫通穴が設けられているので、リチウム箔が刃体に対してさらに付着し難い構造となる利点がある。

また、本発明に係るリチウム箔の処理装置は、前記貫通穴は、前記刃体に対して複数設けられていることが好ましい。

この場合には、１つの貫通穴の開口を大きく開けずに、刃体の開口率を増大させることが可能となり、リチウム箔の切断面に刃体の刃面が接触する接触面積を効果的に小さくすることができる。

また、本発明に係るリチウム箔の処理装置は、前記刃体は、表面の抵抗を低減する抵抗低減材がコーティングされていることが好ましい。

この場合には、カッターの刃体が抵抗低減材でコーティングされているので、リチウム箔の付着が効果的に防止され、切断が繰り返し行われてもリチウム箔をきれいに切断することができる。

また、本発明に係るリチウム箔の処理装置は、前記抵抗低減材は、ふっ素樹脂塗料の被膜、セラミック等の無機材料の被膜又は超高分子量ポリエチレンの被膜からなることが好ましい。

この場合には、抵抗低減材をふっ素樹脂塗料の被膜、セラミック等の無機材料の被膜又は超高分子量ポリエチレンの被膜によって形成できるので、容易に刃体をコーティングすることができる。

また、本発明に係るリチウム箔の処理装置は、上述したリチウム箔の処理装置によって切断されたリチウム箔に対して、プレス機械を用いて押圧して貼着処理するリチウム箔の処理装置であって、前記プレス機械の前記リチウム箔と当接する側の型のプレス面は、表面の抵抗を低減する抵抗低減材がコーティングされていることを特徴としている。

本発明では、貼着処理で用いられるプレス機のプレス面、すなわちリチウム箔を押圧する面が抵抗低減材でコーティングされているので、プレス後にプレス面をリチウム箔から離間させる際に、その押圧するプレス面に対してリチウム箔が付着することを効果的に防止することができ、効率のよい貼着処理を行うことができる。
したがって、プレス面に付着するリチウム箔を取り除く作業を少なくすることができ、メンテナンス作業の効率化を図ることができる。

また、本発明に係るリチウム箔の処理装置は、前記抵抗低減材は、ふっ素樹脂の被膜、セラミック等の無機材料の被膜又は超高分子量ポリエチレンの被膜からなることが好ましい。

本発明では、抵抗低減材をふっ素樹脂塗料の被膜、セラミック等の無機材料の被膜又は超高分子量ポリエチレンの被膜によって形成できるので、容易にリチウム箔を押圧する面をコーティングすることができる。

また、本発明に係るリチウム箔の処理装置は、前記型には、前記プレス面から突出可能な複数のプッシャーピンが設けられていることが好ましい。

この場合には、プレス機のプレス面をリチウム箔から離間させる際に、複数のプッシャーピンをプレス面から突出させることで、リチウム箔がプッシャーピンに押されてプレス面に対して剥がれやすくなるため、プレス面にリチウム箔が付着することを効果的に防止することができる。

本発明のリチウム箔の処理装置によれば、リチウム箔の刃体への付着を防止することで、切断が繰り返し行われてもリチウム箔をきれいに切断することができ、作業効率を向上させることができる。

本発明の実施の形態によるリチウム箔の処理装置をリチウムイオン二次電池の負極製造工程に適用したときの切断装置を示す概略構成図である。 本実施の形態によるリチウム箔の処理装置をリチウムイオン二次電池の負極製造工程に適用したときの貼着装置の概略構成図である。 図１に示す処理装置の切断刃の正面図である。 （ａ）は図２のＸ１−Ｘ１線矢視図、（ｂ）は図２のＸ２−Ｘ２線矢視図である。

以下、本発明の実施の形態によるリチウム箔の処理装置について、図面に基づいて説明する。

図１は、本実施の形態によるリチウム箔の処理装置をリチウムイオン二次電池の負極製造工程に適用したときの一部分の概略構成図であり、リールＲは、所定の幅を有するとともに、所定長さを有するテープ状のリチウム箔Ｌを巻回して構成されている。

リールＲに巻回されているリチウム箔Ｌは、図示しない多数のローラ等を含んで構成されている繰り出し機構を介してカッター１Ａを備えた切断装置１（処理装置）側に送り出されるように構成されている（図１の矢印の搬送方向ａ参照）。そして、この切断装置１の搬送方向ａの下流側、すなわちリールＲと反対側には、図２に示す貼着装置１０（処理装置）が設けられている。

ここでは、テープ状のリチウム箔Ｌの幅は後述する図４（ａ）におけるリチウム箔片Ｌ０の高さ方向の長さに等しく決められている。
また、リチウム箔Ｌの長さは、一つのリールＲから多数のリチウム箔片Ｌ０が得られるように長尺状に形成されている。なお、リチウム箔Ｌの厚さは、例えばリチウムイオン二次電池で用いられる場合は１００〜２００μｍ程度である。

切断装置１は、リチウム箔Ｌを中心にした上側に上刃体１ａが配置され、下側に下刃体１ｂが配置されて構成されている。そして、カッター１Ａは、金属製の上刃体１ａ及び下刃体１ｂからなり、図示しない駆動装置を介して互いに一部分が刃面方向に沿って重なるまで接近し、かつ、その接近した上刃体１ａ及び下刃体１ｂが互いに離れるように移動できるせん断刃を構成している（図１の矢印ｂ，ｃ参照）。つまり、上刃体１ａ及び下刃体１ｂは、鋏の上下刃のように駆動して、リチウム箔Ｌをその長手方向と直交する方向に切断できるように構成されている。
カッター１Ａは、リチウム箔を切断可能な強度を有していればよく、公知の材料を用いることが出来る。このような材料としては、鉄、ステンレス、銅、アルミニウム等の金属あるいは合金、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の樹脂材料、カーボン、カーボンファイバーなど炭素系材料等が例示できる。導電性を有する材料であれば、静電気を生じ難く、あるいは除電しやすく、これによりリチウム箔が付着し難くなるため好ましい。

これら上刃体１ａ及び下刃体１ｂのうち、互いに接近して一部分が重なる範囲には、図３に示されるように、リチウム箔Ｌの切断時においてリチウム箔Ｌの切断面に接触する位置で刃体１ａ、１ｂを貫通し、互いに所定の間隔の間隔を保って複数（図示の例では５個）の円形状の貫通穴２、２、…がそれぞれ設けられている。したがって、これら上刃体１ａ及び下刃体１ｂが接近して重なったときの接触面積を小さくすることができる。

これら上刃体１ａ及び下刃体１ｂには、図３のＡ部に一部を拡大断面して示されるように、抵抗低減材３がそれぞれコーティングされていて、上刃体１ａ及び下刃体１ｂの表面の抵抗をそれぞれ低減できるように構成されている。この抵抗低減材３としては、非粘着性に優れたコーティング材が使用でき、例えば、ふっ素樹脂塗料（ＰＴＦＥ）の被膜、セラミック等の無機材料の蒸着、あるいは超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）の被膜等で容易に形成することができる。

上記構成からなる切断装置１は、上刃体１ａ及び下刃体１ｂが抵抗低減材３でコーティングされているので、上刃体１ａ及び下刃体１ｂに対するリチウム箔Ｌの付着が効果的に防止され、切断が繰り返し行われてもリチウム箔Ｌをきれいに切断することができる。
しかも、上刃体１ａ及び下刃体１ｂに貫通穴２が設けられているので、上刃体１ａ及び下刃体１ｂの接触面積が小さくできるから、よりリチウム箔の付着をより防止することができる。

なお、上述の切断装置１は、リチウム箔Ｌを中心にした上下に上刃体１ａ、下刃体１ｂを配置して構成されているが、下刃体１ｂの代わりに固定された受け台とし、上刃体１ａのみを上下動させるようにしてもよい。この場合、受け台の表面も抵抗低減材３がコーティングされることが望ましい。

上述の切断装置１におけるリチウム箔Ｌの切断は、リールＲに巻回されているリチウム箔Ｌが貼着装置１０側に所定距離繰り出された後、すなわち後述する図４（ａ）に示されるリチウム箔片Ｌ０の横の長さの距離分が繰り出された後、切断装置１の上刃体１ａ及び下刃体１ｂが上下動して、リチウムイオン二次電池の一個の負極分のリチウム箔が生成される。本実施の形態では、一個の負極分のリチウム箔を「リチウム箔片Ｌ０」としている。この生成されたリチウム箔片Ｌ０は、多数のローラ等を含んで構成されている図示しない搬送機構を介して図２に示す貼着装置１０側に送出される。

貼着装置１０は、図２に示すように、プレス機械で構成されていて、上型１１と下型１２とを含んで構成されている。上型１１は図示しない駆動機構により上下動（図２に示す矢印ｄ参照）できるように構成されているとともに、下型１２は固定されていて、下降される上型１１の扁平な下面（プレス面１１ａ）を下型１２の扁平な上面で受け止めることができるように構成されている。

上型１１の少なくともプレス面１１ａの全体には、図４（ｂ）のＢ部に一部を拡大断面して示されるように、抵抗低減材１３がコーティングされていて、その上型１１のプレス面１１ａの表面の抵抗を低減できるように構成されている。この抵抗低減材１３としては、非粘着性に優れたコーティング材が使用でき、例えば、ふっ素樹脂塗料（ＰＴＦＥ）の被膜、セラミック等の無機材料の蒸着、あるいは超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）の被膜で容易に形成することができる。

上記構成からなる貼着装置１０においては、上型１１が上昇しているときに、下型１２上にリチウムイオン二次電池の負極の一部をなす銅箔等からなる基板Ｐが載置され、その上にリチウム箔片Ｌ０が載せられる（図４（ａ）参照）。
次いで、上型１１が降下してリチウム箔片Ｌ０が基板Ｐに所定の圧力で押圧され、これによりリチウム箔片Ｌ０が基板Ｐに貼着される。なお、基板Ｐ上にリチウム箔片Ｌ０を載せた後、それを下型１２上にセットすることもできる。

リチウム箔片Ｌ０が基板Ｐに貼着された後、上型１１が上昇されるが、上型１１のプレス面１１ａの全体に抵抗低減材１３がコーティングされているので、上型１１が上昇する際、リチウム箔片Ｌ０が上型１１に付着して持ち上げられることはない。したがって、貼着装置１０の自動化に資することができる。
なお、上型１１には、プレス面１１ａから突出可能な複数のプッシャーピン４が設けられている。

上述のようにして生成されたリチウム箔片Ｌ０と基板Ｐとの貼着物は負極板とされ、周知のリチウムイオン二次電池と同様に、正極板との間にセパレータ及び電解質を介在させて積層されるとともに、その積層体がケース内に密封させてリチウムイオン二次電池が製造される。

なお、上述の例では、抵抗低減材１３のコーティングは、上型１１のみに行ったが、下型１２の上面にも抵抗低減材１３をコーティングすることができる。この場合は、リチウム箔片Ｌ０と基板Ｐとの貼着物を次の工程に容易に移動することができる。

次に、上述したリチウム箔の処理装置の作用について図面を用いて詳細に説明する。
本実施の形態では、図１及び図３に示すように、カッター１Ａの上刃体１ａおよび下刃体１ｂのそれぞれに貫通穴２が設けられているので、リチウム箔Ｌの切断面に刃体１ａ、１ｂの刃面が接触する接触面積を小さくすることができる。そのため、基板Ｐに塗布されたリチウム箔Ｌが刃体１ａ、１ｂに付着することを抑制することができ、リチウム箔Ｌの切断面をきれいに切断することができる。
したがって、カッター１Ａの刃体１ａ、１ｂに付着するリチウム箔Ｌを取り除く作業を少なくすることができ、１つのカッター１Ａで繰り返し切断することが可能となり、刃体１ａ、１ｂの交換頻度を低減することができる。

また、本実施の形態では、互いに刃面方向に沿って近接離反する２枚の刃体１ａ、１ｂからなり、それぞれの刃体１ａ、１ｂ同士が近接した状態で刃面方向に重なるせん断刃を形成し、２枚の刃体１ａ，１ｂのそれぞれに貫通穴２が形成されたカッター１Ａを備えているので、上刃体１ａおよび下刃体１ｂのせん断により効率よくリチウム箔を切断することができる。そして、それぞれの刃体１ａ、１ｂに貫通穴２が形成されているので、そのせん断時においてリチウム箔Ｌが刃体１ａ、１ｂに付着することを防止することができる。

また、本実施の形態では、刃体１ａ、１ｂの貫通穴２を刃先に近い位置に設けることで、リチウム箔Ｌの切断時において、刃体１ａ、１ｂがリチウム箔Ｌに接触する直後の刃先の近傍に貫通穴２が設けられため、リチウム箔Ｌが刃体１ａ、１ｂに対してさらに付着し難い構造となる利点がある。

また、本実施の形態では、貫通穴２が刃体１ａ、１ｂに対して複数設けられているので、１つの貫通穴２の開口を大きく開けずに、刃体１ａ、１ｂの開口率を増大させることが可能となる。そのため、リチウム箔Ｌの切断面に刃体１ａ、１ｂの刃面が接触する接触面積を効果的に小さくすることができる。

また、本実施の形態では、カッター１Ａの刃体１ａ、１ｂが抵抗低減材３でコーティングされているので、リチウム箔Ｌの付着が効果的に防止され、切断が繰り返し行われてもリチウム箔Ｌをきれいに切断することができる。

また、本実施の形態では、図２に示すように、貼着装置１０で用いられるプレス機の上型１１のプレス面１１ａ、すなわちリチウム箔Ｌを押圧する面が抵抗低減材１３でコーティングされているので、プレス後にプレス面１１ａをリチウム箔Ｌから離間させる際に、その押圧するプレス面１１ａに対してリチウム箔Ｌが付着することを効果的に防止することができ、効率のよい貼着処理を行うことができる。
したがって、プレス面１１ａに付着するリチウム箔Ｌを取り除く作業を少なくすることができ、メンテナンス作業の効率化を図ることができる。

また、本実施の形態では、プレス機のプレス面１１ａをリチウム箔Ｌから離間させる際に、複数のプッシャーピン４をプレス面１１ａから突出させることで、リチウム箔Ｌがプッシャーピン４に押されてプレス面１１ａに対して剥がれやすくなるため、プレス面１１ａにリチウム箔Ｌが付着することを効果的に防止することができる。

上述のように本実施の形態によるリチウム箔の処理装置では、リチウム箔Ｌの刃体１ａ、１ｂへの付着を防止することで、切断が繰り返し行われてもリチウム箔Ｌをきれいに切断することができ、作業効率を向上させることができる。

以上、本発明によるリチウム箔の処理装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述の説明は、リチウムイオン二次電池の負極を中心に説明したが、本発明による電極処理装置は、リチウムイオンキャパシタ（Ｌｉイオン・キャパシタ）等に適用されるものであってもよい。

また、刃体１ａ、１ｂに形成される貫通穴２の数量、位置、形状等の構成については、例えばリチウム箔Ｌの材質、厚さ、および切断装置１の刃体の移動速度等の条件に合わせて適宜設定することが可能である。
また、本実施の形態では、上刃体１ａと下刃体１ｂからなる２枚の刃体を備えたカッターを採用しているが、このような構成に限定されることはなく、１枚の刃体であってもよい。あるいは、丸刃等の形状のカッターをであってもかまわない。

また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

Ｒ リール
Ｌ リチウム箔
Ｌ０ リチウム箔片
Ｐ 基板
１ 切断装置
１Ａ カッター
１ａ 上刃体
１ｂ 下刃体
２ 貫通穴
３ 抵抗低減材
１０ 貼着装置
１１ 上型
１１ａ プレス面
１２ 下型
１３ 抵抗低減材

Claims (9)

1. リチウム箔をカッターを用いて切断処理するリチウム箔の処理装置であって、
   前記カッターの刃体には、少なくとも前記リチウム箔の切断時において前記リチウム箔の切断面に接触する位置で前記刃体を貫通する貫通穴が形成されていることを特徴とするリチウム箔の処理装置。
2. 前記カッターは、互いに刃面方向に沿って近接離反する２枚の刃体からなり、それぞれの刃体同士が近接した状態で刃面方向に重なるせん断刃を形成し、前記２枚の前記刃体のそれぞれに前記貫通穴が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のリチウムの箔処理装置。
3. 前記貫通穴は、前記刃体の刃先に近い位置に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のリチウム箔の処理装置。
4. 前記貫通穴は、前記刃体に対して複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリチウム箔の処理装置。
5. 前記刃体は、表面の抵抗を低減する抵抗低減材がコーティングされていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリチウム箔の処理装置。
6. 前記抵抗低減材は、ふっ素樹脂塗料の被膜、セラミック等の無機材料の被膜又は超高分子量ポリエチレンの被膜からなることを特徴とする請求項５に記載のリチウム箔の処理装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のリチウム箔の処理装置によって切断されたリチウム箔に対して、プレス機械を用いて押圧して貼着処理するリチウム箔の処理装置であって、
   前記プレス機械の前記リチウム箔と当接する側の型のプレス面は、表面の抵抗を低減する抵抗低減材がコーティングされていることを特徴とするリチウム箔の処理装置。
8. 前記抵抗低減材は、ふっ素樹脂の被膜、セラミック等の無機材料の被膜又は超高分子量ポリエチレンの被膜からなることを特徴とする請求項７に記載のリチウム箔の処理装置。
9. 前記型には、前記プレス面から突出可能な複数のプッシャーピンが設けられていることを特徴とする請求項７又は８に記載のリチウム箔の処理装置。

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