プレスロール、二次電池の製造装置および製造方法、ならびに二次電池
【課題】 加圧される部材の厚みのバラツキを極力なくすことができ、より低い圧力で効果的な加圧ができると共に、コンパクトで、取扱いが容易なプレスロール、電極材原反の加圧処理に適用した場合に、電極活物質層の高密度化、均質化を図ることができる二次電池の製造装置および製造方法、ならびに電極材の幅方向における厚みのバラツキが抑制されて電池特性が向上した二次電池を提供する。
【解決手段】 ロールシャフト１８と外筒１９との間に外周面部を弾性変形可能とすると共に熱媒が循環される流路を形成する中空構造を有し、外周面部の温度が均一となるように流路が折り返されている構造を有するフレキシブルロール１４を用いて電極材原反の加圧処理を行う。
【解決手段】 ロールシャフト１８と外筒１９との間に外周面部を弾性変形可能とすると共に熱媒が循環される流路を形成する中空構造を有し、外周面部の温度が均一となるように流路が折り返されている構造を有するフレキシブルロール１４を用いて電極材原反の加圧処理を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プレスロール、二次電池の製造装置および製造方法、ならびに二次電池に関し、特に、電極材に対して加圧処理を行う機構および工程を改良し、電池特性を向上するプレスロール、二次電池の製造装置および製造方法、ならびに二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、種々の電子機器の飛躍的進歩に伴って、電子機器の駆動電源として、繰返し充放電を行うことにより、長期に亘って使用可能な二次電池の研究が進められている。代表的な二次電池としては、鉛蓄電池やアルカリ蓄電池、リチウムイオン二次電池等が知られている。
【０００３】
このような二次電池は、例えば支持部材であり電極集電体となる帯状のアルミニウム箔や銅箔等の金属箔の片面または両面に、電極活物質が形成された正極材および負極材を、セパレータを介して巻回、積層等をして、発電要素たる電池素子としている。二次電池は、このように帯状の正極材および負極材を巻回、積層等をすることにより、電池反応の生じる面積を大きく確保することができるため、大電流を得ることが可能である。
【０００４】
上述したような二次電池においては、その単位面積あたりのエネルギー量を増やして電池特性を向上させるために、電極活物質の粒子を堅固に電極集電体に固定させることや、電極活物質層中における活物質の高密度化、均質化および正極材、負極材の表面の平滑化等が要求されている。このため、正極材および負極材は、その製造の際に、電極集電体に形成された電極活物質層に対して加圧処理が施されている。二次電池においては、この加圧処理を行うことにより、電極活物質の粒子が高密度に且つ、堅固に電極集電体に固定することができるとともに、正極材および負極材の表面を平滑にすることができる。
【０００５】
このような加圧処理は、例えば、従来から図１２Ａおよび図１２Ｂに示すような、一対の金属ロール５１ａ、５１ｂを備える二次電池製造装置５０によって行われている。これら一対の金属ロール５１ａ、５１ｂは、例えば、ロール径が２００ｍｍ〜５００ｍｍのスチールロールであり、図示を省略する加熱機構によって、その外周面が例えば８０℃〜１５０℃に加熱されている。二次電池製造装置５０においては、一方の金属ロール５１ａを固定し、他方の金属ロール５１ｂに、図１２Ｂ中に示す矢印方向の圧力Ｐ１を加えて、金属ロール５１ｂを金属ロール５１ａに圧接し、これら金属ロール５１ａ、５１ｂ間に電極活物質層が形成された電極材原反６０を通過させることで加圧処理を行っている。
【０００６】
しかしながら、これからの二次電池に対しては、さらなる高密度化が要求されている。このような要請に応えるために、二次電池の製造に際しては、上述した一対の金属ロール５１ａ、５１ｂ間に電極材原反６０を通過させて、さらに高圧で加圧処理をすると、図１３に示すように、ロールの両端側に加えられる圧力Ｐ１によって金属ロール５１ｂが押し曲げられて中央部が浮き上がる、いわゆるベンディング現象が生じる。
【０００７】
二次電池製造装置５０では、このようなベンディング現象が生じると、金属ロール５１ａ、５１ｂの両端部に圧力が集中するため、浮き上がった中央部に比較して、両端部での加圧が異常に高圧で行われる。このため、二次電池製造装置５０は、ベンディング現象が生じたまま加圧処理を行うと、均質な加圧処理が行われず、中央部と両端部との幅方向の厚みのバラツキが、大きな山型の厚み分布とされた電極活物質層を有する電極材原反が作成される。
【０００８】
このような幅方向の電極活物質の厚みのバラツキが大きな電極材原反では、電極活物質の均質化が損なわれて電池特性が低下すると共に、後工程で電池一個あたりの幅に裁断した場合に、各電池間での容量等、電池特性のバラツキが大きくなる等の問題が生じる。
【０００９】
この問題を解決するために、従来の二次電池製造装置５０においては、上述したベンディング現象の発生を防止するために、図１４に示すように、圧力Ｐ１と逆方向の圧力Ｐ２を金属ロール５１ｂにさらに加える逆ベンディング機構が設けられている。しかしながら、このような逆ベンディング機構を備える二次電池製造装置５０にあっては、さらに高い圧力が金属ロール５１ａ、５１ｂ等に加えられるため、二次電池製造装置５０を構成する各部位の剛性をより強固にし、また装置自体の構成もより大きく且つ、より複雑にする必要がある。その結果、従来の二次電池の製造装置では、製造装置が全体として大掛かりなものとなってコスト高となると共に、装置自体の取扱いも複雑化するという問題があった。
【００１０】
これら問題を解決するため、下記の特許文献１には、一例として、フレキシブルロールを用いて電極材原反を加圧する二次電池の製造装置および製造方法が記載されている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−５９４８８号公報
【００１２】
特許文献１に記載の二次電池の製造装置および製造方法によれば、電極活物質の高密度化、および均質化を飛躍的に改善することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、今後の電極活物質層の高密度化に伴い、さらに電極材原反の幅方向の均質化、厚みのバラツキを極力ゼロに近づける必要が生じてきている。例えば、上述した特許文献１に記載のフレキシブルロールを用いた加圧処理では、電極活物質層の幅方向における厚みのバラツキを２μｍ程度以下とするのが限界であり、よりフラットな状態に近づけることが困難であった。
【００１４】
したがって、この発明の目的は、加圧される部材の厚みのバラツキを極力なくすことができ、より低い圧力で効果的な加圧ができると共に、コンパクトで、取扱いが容易なプレスロール、電極材原反の加圧処理に適用した場合に、電極活物質層の高密度化、均質化を図ることができる二次電池の製造装置および製造方法、ならびに電極材の幅方向における厚みのバラツキが抑制されて電池特性が向上した二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、第１の発明は、金属ロールと圧接されて、外周面部と金属ロールの外周面部との間に電極材原反を挟入して電極材原反を加圧するためのプレスロールであって、芯材とロールの外周面部との間に外周面部を弾性変形可能とすると共に熱媒が循環される流路を形成する中空構造を有し、外周面部の温度が均一となるように流路が折り返されていることを特徴とするプレスロールである。
【００１６】
また、第２の発明は、電極材原反に対して加圧処理を行う二次電池の製造装置において、芯材とロールの外周面部との間に外周面部を弾性変形可能とすると共に熱媒が循環される流路を形成する中空構造を有し、外周面部の温度が均一となるように上記流路が折り返されているプレスロールと、プレスロールと隣接して配置された金属ロールと、プレスロールを金属ロールに対して圧接する圧接手段とを有し、プレスロールと金属ロールとの間に電極材原反を狭入して電極材原反を圧延することを特徴とする二次電池の製造装置である。
【００１７】
また、第３の発明は、電極材原反に対して加圧処理を行う加圧工程を有する二次電池の製造方法において、芯材とロールの外周面部との間に外周面部を弾性変形可能とすると共に熱媒が循環される流路を形成する中空構造を有し、外周面部の温度が均一となるように流路が折り返されているプレスロールを、プレスロールと隣接して配置された金属ロールに圧接し、プレスロールと金属ロールとの間に電極材原反を狭入して電極材原反を圧延することを特徴とする二次電池の製造方法である。
【００１８】
また、第４の発明は、芯材とロールの外周面部との間に外周面部を弾性変形可能とすると共に熱媒が循環される流路を形成する中空構造を有し、外周面部の温度が均一となるように流路が折り返されているプレスロールを、プレスロールと隣接して配置された金属ロールに圧接し、プレスロールと金属ロールとの間に狭入することで圧延された電極材原反から所定幅に裁断されて帯状の正極材および負極材が作製され、正極材および負極材に形成された活物質層の幅方向における厚みのバラツキが１μｍ以下であることを特徴とする二次電池である。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、プレスロールが芯材とロールの外周面部との間に、熱媒が循環される流路が形成されており、該流路が外周面部の温度が均一となるように折り返されている構成を有することにより、導入される熱媒と導出される熱媒とに温度差が生じる場合であっても、プレスロールの外周面全体の温度差を限りなく少なくすることができる。依って、温度差によって生じるサーマルクラウン現象によるロールの変形を防止できる。
【００２０】
また、プレスロールが芯材とロールの外周面部との間に、外周面部を弾性変形可能とする中空構造を有することにより、加圧する際にロールに生じるベンディング現象による変形を吸収することができる。
【００２１】
これらによって、圧延の際にロールの幅方向に加わる圧力を限りなく均等にすることができる。結果、加圧された部材の幅方向における厚みのバラツキを、ほとんどなくすことができる。依って、二次電池の電極材原反の加圧処理に適用することで、電極材の幅方向における厚みのバラツキを極力抑えることができ、電極材に形成された活物質層の高密度化、均質化および表面の平滑化を図ることができ、電池特性を向上することができる。
【００２２】
また、圧延の際にロールの幅方向に加わる圧力を限りなく均等にすることができることや、プレスロールの中空構造を利用して熱媒の流路を形成していることから、低圧で十分な加圧が行える為、製造コストを低減できると共に、加圧処理時の作業性、例えば製造装置自体の操作性や加圧処理時の生産性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、この発明の一実施形態によるプレスロール、二次電池の製造装置および製造方法、ならびに二次電池について、図面を参照しながら詳細に説明する。先ず、この発明の一実施形態によるプレスロール、二次電池の製造装置および製造方法の説明に先立ち、これらを利用して作製される二次電池の一例について説明する。
【００２４】
図１に示すように、二次電池１は、リチウムイオン二次電池であり、帯状の正極材２と負極材３とが、セパレータ４を介して積層され、且つ渦巻き状に複数回巻回されて発電要素たる電池素子とされ、非水電解液と共に有底円筒状を呈する電池缶５内に収納されている。二次電池１は、電池缶５の開放部位に蓋体６がかしめ付けられ、内部に収納された電池素子および非水電解液を密封している。
【００２５】
正極材２には、アルミニウム箔等である正極集電体の両面または片面に、正極活物質を含む正極材塗料が塗布されて正極活物質層が形成されている。正極材２に使用する正極活物質には、リチウム含有化合物が用いられ、このリチウム含有化合物としては、例えばＬｉxＭＯ2（式中Ｍは１種類以上の遷移金属を表し、ｘは、０．０５≦ｘ≦１．１０である。）で表されるリチウム遷移金属複合酸化物があげられる。また、正極材２には、一端近傍に蓋体６を介して外部と導通される正極リード７が取り付けられている。
【００２６】
正極材塗料は、上述した正極活物質と結合剤とを混合させて、この混合物を溶剤となる有機溶媒溶液中に分散させて作製される。正極活物質と混合される結合剤としては、この種のリチウムイオン二次電池において結合剤として通常用いられている公知の材料を用いることができる。また、正極材塗料には、導電剤として炭素粉末等の炭素材料を添加してもよい。
【００２７】
負極材３には、ニッケル箔や銅箔等である負極集電体の両面または片面に、負極活物質を含有する負極材塗料が塗布されて、負極活物質層が形成されている。負極材３に使用する負極活物質には、炭素材料が用いられ、この炭素材料としてはリチウムをドープ且つ脱ドープすることが可能なものであればよく、例えば２０００℃以下の比較的低い温度で焼成して得られる低結晶性炭素材料や、結晶化しやすい原料を３０００℃近くの高温で処理した人造黒鉛や天然黒鉛等の高結晶性炭素材料があげられる。また、炭素材料としては、上述したものの他に、例えば熱分解炭素類、コークス類、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体（フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの）、炭素繊維、活性炭等があげられる。また、負極材３には、一端近傍に電池缶５を介して外部と導通される負極リード８が取り付けられている。
【００２８】
負極材塗料は、上述した負極活物質と結合剤とを混合させて、この混合物を溶剤となる有機溶媒溶液中に分散させて作製される。負極材塗料に含有される結合剤としては、この種のリチウムイオン二次電池において結合剤として通常用いられている公知の材料を用いることができる。
【００２９】
二次電池１においては、正極材２および負極材３の裁断前の状態である電極材原反が、プレスロールと金属ロール（この金属ロールは、プレスロールを含む。）との間に狭入されることで圧延して作製される。プレスロールは、芯材とロールの外周面部との間に外周面部を弾性変形可能とすると共に熱媒が循環される流路を形成する中空構造を有し、外周面部の温度が均一となるように流路が折り返された構造を有したものである。二次電池１は、このように作製された電極材原反を使用して正極材２および負極材３とすることにより、上述した正極活物質層および負極活物質層の幅方向における厚みのバラツキ、具体的には各活物質層の中央部と両端部とにおける厚みのバラツキが１μｍ以下とされている。二次電池１においては、このように正極材２および負極材３に形成された活物質層の厚みのバラツキが１μｍ以下に抑えられることで、活物質層の均質化、高密度化および表面の平滑化が向上し、電池特性が向上する。
【００３０】
セパレータ４は、正極材２の正極活物質層と、負極材３の負極活物質層とを離間させるものであり、この種のリチウムイオン二次電池のセパレータとして通常用いられている公知の材料を用いることができ、例えばポリプロピレンなどの高分子フィルムが用いられる。
【００３１】
非水電解液としては、有機溶媒に電解質を溶解させた溶液が用いられる。有機溶媒としては、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、スルホラン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、２−メチルテトラヒドロフラン、３−メチル−１，３−ジオキソラン、プロピオン酸メチル、酪酸メチル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート等を使用することができる。このような有機溶媒は、１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。また、有機溶媒に溶解させる電解質としては、溶剤に溶解し、且つイオン伝導性を示すリチウム塩であれば特に限定されるものではなく、例えばＬｉＰＦ6、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2等を使用することができる。これら電解質は、１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００３２】
次に、上述した構成を有する二次電池１の製造方法の一例について説明する。二次電池１の電池素子を構成する正極材および負極材（以下、特に区別しない場合には電極材と総称する。）は、例えば、混合・分散工程、塗布工程、加圧処理工程および裁断工程の各工程を順次経て作製される。以下、これら各工程について説明する。
【００３３】
混合・分散工程においては、後工程たる塗布工程にて金属箔原反に塗布するスラリー状の正極材塗料および負極材塗料（以下、特に区別しない場合には電極材塗料と総称する。）が調整される。正極材塗料の調整は、正極活物質および結合剤、その他必要に応じて導電剤等を混合し、この混合物を溶剤となる有機溶媒溶液内に均一に分散させて行う。また、負極材塗料の調整は、負極活物質および結合剤を混合し、この混合物を有機溶媒溶液内に均一に分散させて行う。なお、この混合・分散工程においては、例えばロールミル、ボールミル等、電極材塗料を調整するときに通常使用される種々の混合・分散機を使用することができる。
【００３４】
塗布工程においては、幅広の金属箔原反の両面または片面に前行程たる混合・分散工程で調整された電極材塗料を塗布し、乾燥させて該金属箔原反の片面または両面に活物質層が形成され、幅広の電極材原反が作製される。この塗布工程において使用する金属箔原反には、正極材を作製する場合にはアルミニウム箔等を、負極材を作製する場合には銅箔等を使用する。なお、この塗布工程においては、例えばグラビアロール方式やダイヘッドを用いた塗布方式等、電極材を作製する際に通常採られる塗布方式を実施することができる。
【００３５】
加圧処理工程においては、上述した塗布工程で活物質層が形成された幅広の電極材原反に対する加圧が行われる。この加圧処理工程では、芯材とロールの外周面部との間に外周面部を弾性変形可能とすると共に熱媒が循環される流路を形成する中空構造を有し、外周面部の温度が均一となるように流路が折り返されているプレスロールと、プレスロールと隣接して配置された金属ロール（この金属ロールは、プレスロールを含む。）とを圧接し、プレスロールと金属ロールとの間に電極材原反を狭入することで電極材原反に対する加圧を行っている。
【００３６】
加圧処理工程で使用するプレスロールには、例えば、ロール径が１８０ｍｍ〜３５０ｍｍの弾性作用を有するスチールロールが使用される。このプレスロールは、その外周面が加熱機構により温度調整されて、例えば８０℃〜１５０℃までに加熱されている。
【００３７】
また、金属ロールには、例えば、ロール径が１８０ｍｍ〜３５０ｍｍのスチールロールが使用される。この金属ロールは、その外周面が加熱機構により温度調整されて、例えば８０℃〜１５０℃までに加熱されている。
【００３８】
加圧処理工程では、このようにプレスロールおよび金属ロールの外周面の温度を高くして加圧することで、加圧処理の効果および生産性を向上させつつ、活物質層の高密度化を図ることができる。
【００３９】
加圧処理工程では、各ロール間にニップ圧力が線圧として、例えば４００ｋｇ／ｃｍ〜６００ｋｇ／ｃｍとなるように加圧されている。このとき、隣接するロール間における圧力Ｐmaxが４ｋｇ／ｍｍ2以上となるように、好ましくは４ｋｇ／ｍｍ2〜１５ｋｇ／ｍｍ2の範囲となるように加圧されている。ここで、圧力Ｐmaxとは、図２に示すように、ロール材Ａとロール材Ａ'とが接触している範囲Ｂ（同図中−ｂ，＋ｂ間）において、最も高い圧力がかかっている部位における圧力を示す。
【００４０】
上述した加圧処理工程では、プレスロールと金属ロール（この金属ロールは、プレスロールを含む。）を使用して加圧を行うので、プレスロールが弾性変形することによって、ベンディング現象等によるロールの変形をプレスロールが吸収して、電極活物質層を有する電極材原反の幅方向における厚みのバラツキを抑制することができる。さらに、プレスロールは、外周面の温度が均一とされるため、サーマルクラウン現象による変形が抑えられる。依って、加圧処理工程では、電極材原反に対する均質な加圧処理が行われるようになり、電極材に形成された活物質層の高密度化、均質化および表面の平滑化が図られ、二次電池の電池特性の向上に寄与し得る。
【００４１】
また、加圧処理工程では、圧力分布のバラツキが抑制されることから、低い圧力で十分な加圧が行われる。このため、加圧処理工程では、使用する機械のコンパクト化等により加圧処理時の生産性を向上させることができる。
【００４２】
上述した加圧処理工程を経て作製された電極材原反は、活物質層の幅方向の厚みのバラツキ、具体的には活物質層の中央部と両端部とにおける厚みのバラツキが１μｍ以下となっている。この結果、後述する裁断工程において、所定幅に裁断された後の電極材（正極材及び負極材）においても、その幅方向の厚みのバラツキが１μｍ以下とされる。
【００４３】
裁断工程においては、加圧処理後の電極材原反が、電池一個あたりの所定幅に裁断され、多数条の電極材（正極材または負極材）とされる。なお、この裁断工程においては、例えばスリッターやダイスを備えるプレス機で剪断する方式等、電極材を作製する際に通常採られる裁断方式を実施することができる。
【００４４】
上述した各工程を経て作製された正極材および負極材は、正極リード、負極リードが取り付けられた後に、セパレータを介して積層され、且つ渦巻き状に巻回されて電池素子とされる。二次電池は、この電池素子が非水電解液と共に電池缶内に収納され、正極リードを蓋体に、負極リードを電池缶にそれぞれ接続するとともに、蓋体をかしめ付けて密閉することにより作製される。
【００４５】
次に、上述した二次電池の製造方法に適用可能な二次電池の製造装置の一例について説明する。この発明を適用した二次電池の製造装置は、図３に示すように、上述した加圧処理工程を行う際に使用されるホットプレス装置１０を有している。ホットプレス装置１０は、他のロールに挟まれたプレスロール（以下、適宜フレキシブルロールと称する。）１４を用いて電極材原反１１に対して加熱しながら加圧処理を行う。
【００４６】
このホットプレス装置１０は、第１の金属ロール１２と、第１の金属ロール１２と対向して配置された第２の金属ロール１３と、第１の金属ロール１２と第２の金属ロール１３と隣接して配置されたフレキシブルロール１４とを備えており、各ロール１２，１３，１４の中心軸が同一平面上に並ぶように配置されている。すなわち、このホットプレス装置１０の図示を省略するフレームには、第１の金属ロール１２と、フレキシブルロール１４と、第２の金属ロール１３とが順に積み重ねられた状態で支持されている。
【００４７】
そして、このホットプレス装置１０は、電極材原反１１を、第１の金属ロール１２とフレキシブルロール１４との間で挟み込み、その間を通過させることで、電極材原反１１に対して加圧しながら加圧処理を行う。なお、各ロール１２，１３，１４は、図示を省略する駆動機構により回転駆動される。また、このホットプレス装置１０では、各ロール１２，１３，１４の回転速度および回転方向を制御することによって、互いに隣接するロール１２，１３，１４同士を互いに逆向きに回転駆動すると共に、第１の金属ロール１２とフレキシブルロール１４との間で挟み込まれた電極材原反１１に弛み等が発生するのを防止している。
【００４８】
第１の金属ロール１２は、その両端部に設けられた一対の支軸がフレームに設けられた一対の軸受部に軸支されることによって、軸回りに回転可能に支持されている。第１の金属ロール１２は、プレス時に他のロール１３，１４に対して基準となるロールであり、鉛直方向に移動することなく、一対の軸受部がフレームに固定支持されている。また、第１の金属ロール１２の外周面部は、例えばＳＵＪ（高炭素クロム軸受鋼鋼材）やＳＣＭ（クロムモリブデン鋼鋼材）等の特殊用途鋼や機械構造用炭素鋼・合金鋼からなっており、その硬度は、ＨＲＣ５０〜６０程度である。また、第１の金属ロール１２には、外周面部を加熱するヒータ機構が設けられている。なお、第１の金属ロール１２の外周面部は、例えば８０℃〜１５０℃の範囲で温度調節することが好ましい。
【００４９】
第２の金属ロール１３は、その両端部に設けられた一対の支軸がフレームに設けられた一対の軸受部に軸支されることによって、軸回りに回転可能に支持されている。この第２の金属ロール１３は、電極材原反１１に対する押圧を調節する加圧用ロールであり、一対の軸受部が鉛直方向に移動可能に支持されると共に、一対の軸受部には、電極材原反１１に対する押圧を調節するための油圧等による調節機構（図示せず。）が設けられている。そして、第２の金属ロール１３は、この調節機構が一対の軸受部を押圧することで、第１の金属ロール１２に対して加圧する方向に変位駆動される。これにより、第２の金属ロール１３は、電極材原反１１に対する押圧を調節することが可能となっている。また、第２の金属ロール１３の外周面部は、例えばＳＵＪやＳＣＭ等の特殊用途鋼や機械構造用炭素鋼・合金鋼からなっており、その硬度は、ＨＲＣ５０〜６０程度である。また、第２の金属ロール１３には、外周面部を加熱するヒータ機構が設けられている。なお、第２の金属ロール１３の外周面部は、例えば８０℃〜１５０℃の範囲で温度調節することが好ましい。
【００５０】
フレキシブルロール１４は、その両端部に設けられた一対の支軸がフレームに設けられた一対の軸受部に軸支されることによって、軸回りに回転可能に支持されている。また、一対の軸受部は、鉛直方向に移動可能に支持されている。したがって、フレキシブルロール１４は、第２の金属ロール１３に押圧されることによって、第１の金属ロール１２に対して加圧する方向に移動することになる。このフレキシブルロール１４を第１の金属ロール１２に圧接する機構は、第２の金属ロール１３を使用することに限らず、例えば、第２の金属ロール１３とフレキシブルロール１４との間に弾性ロールを介在させてフレキシブルロール１４を第１の金属ロール１２に対して圧接する機構としてもよい。
【００５１】
弾性ロールとしては、例えば図４に示すように、金属製の芯材１６と、この芯材１６の外周面を覆う厚みが例えば１０ｍｍ〜２０ｍｍの弾性体の層、例えば樹脂層１７とで構成し、該樹脂層１７部分を含む全体のロール径が、例えば２５０ｍｍ〜３５０ｍｍのものを使用する。弾性ロール１５を使用する場合には、その両端部に設けられた一対の支軸がフレームに設けられた一対の軸受部に軸支されることによって、軸回りに回転可能に支持させる。また、一対の軸受部は、鉛直方向に移動可能に支持させる。そして、弾性ロール１５が第２の金属ロール１３に押圧されることによって、第１の金属ロール１２に対してフレキシブルロール１４を加圧する方向に移動する構成とする。
【００５２】
フレキシブルロール１４は、芯材とロールの外周面部との間に外周面部を弾性変形可能とすると共に熱媒が循環される流路を形成する中空構造を有し、外周面部の温度が均一となるように流路が折り返された構造を有している。
【００５３】
具体的に、このフレキシブルロール１４は、図５に示すように、略円柱状のロールシャフト１８と、ロールシャフト１８が挿通される略円筒状の外筒１９と、ロールシャフト１８の外周面と外筒１９の内周面との間に介在される内周側スパイラルリング２０および外周側スパイラルリング２１とを有している。
【００５４】
ロールシャフト１８は、金属製の芯材であり、その両端部には、上述したフレームの一対の軸受部に軸支される一対の支軸１８ａ，１８ｂが設けられている。また、一対の支軸１８ａ，１８ｂの中心部には、後述する熱媒を導入または導出するための管路２２ａ，２２ｂが設けられている。これら管路２２ａ，２２ｂは、それぞれ一対の支軸１８ａ，１８ｂの両端部からロールシャフト１８の中心軸を通り、軸方向の中途部にてロールシャフト１８の外周面に臨むように形成されている。具体的には、管路２２ａ，２２ｂは、共にロールシャフト１８の中心軸を通り、外筒１９の開口の一端側でロールシャフト１８の外周面に臨むように形成されている。
【００５５】
外筒１９は、フレキシブルロール１４の外周面部を構成するものであり、例えばＳＵＪやＳＣＭ等の特殊用途鋼や機械構造用炭素鋼・合金鋼からなっており、その硬度は、ＨＲＣ５０〜６０程度である。内周側スパイラルリング２０は、樹脂等の弾性体が略円筒状に形成されてなり、その外周面には、後述する熱媒が循環される螺旋状の溝部２３が形成されている。外周側スパイラルリング２１は、樹脂等の弾性体が略円筒状に形成されてなり、その外周面には、後述する熱媒が循環される螺旋状の溝部２４が形成されている。
【００５６】
ロールシャフト１８と外筒１９との間に内周側スパイラルシャフト２０および外周側スパイラルリング２１が位置するように、内周側スパイラルシャフト２０がロールシャフト１８に固定されており、さらにその外側に外周側スパイラルリング２１が固定されている。なお、外周側スパイラルリング２１は、円筒形状の両端がそれぞれ略円盤状の一対の側板２５ａ，２５ｂによって内周側スパイラルリング２１に固定されている。
【００５７】
このフレキシブルロール１４は、内周側スパイラルリング２０および外周側スパイラルリング２１、ならびに一対の側板２５ａ，２５ｂを貫通するロールシャフト１８が外筒１９内に挿入された後に、外筒１９の両端開口部が一対の側板２６ａ，２６ｂによってそれぞれ封止された構造を有している。一対の側板２６ａ，２６ｂは、全体略円盤状に形成されてなり、その中心部には、ロールシャフト１８を貫通させる貫通孔２７ａ，２７ｂが形成されている。また、側板２６ａ，２６ｂの一端側は、外筒１９の内周部に嵌合されるように縮径された段付き形状を有している。
【００５８】
そして、これら一対の側板２６ａ，２６ｂは、外筒１９の両端開口部を封止した後に、ロールシャフト１８に固定されることによって、ロールシャフト１８、内周側スパイラルリング２０、外周側スパイラルリング２１および外筒１９を同軸上に位置させる。また、外筒１９と一対の側板２６ａ，２６ｂとの間には、ロールシャフト１８に対する外筒１９のラジアル方向（軸と直交する方向）およびスラスト方向（軸と平行な方向）の位置を規制するためのＯリング２８ａ，２８ｂ，２８ｃが設けられている。なお、ロールシャフト１８と外筒１９とは、リジットでなくフリー状態となっている。すなわち、ロールシャフト１８は、外筒１９をＯリング２８ａ，２８ｂ，２８ｃで支えており、ロールシャフト１８と外筒１９は機械的に固定されていない。Ｏリング２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、外筒１９と一対の側板２６ａ，２６ｂとの間に形成される僅かな隙間から、後述する熱媒が漏れることを防止する機能も有している。
【００５９】
一対の側板２５ａ，２５ｂと、一対の側板２６ａ，２５ｂとの間にはそれぞれ隙間が形成されている。ロールシャフト１８の一端側、すなわち側板２５ａと側板２６ａとの間の隙間には、溝部２４による流路の一端側と、側板２５ａに設けられた孔によって溝部２３による流路の一端側とが通じている。ロールシャフト１８の他端側、すなわち側板２５ｂと側板２６ｂとの間の隙間には、溝部２４による流路の他端側と管路２２ｂとが繋がっている。また、溝部２３による流路の他端側は、内周側スパイラルリング２０に設けられた孔によって管路２２ａと繋がっている。
【００６０】
したがって、フレキシブルロール１４の内部には、ロールシャフト１８の一端側に設けられた管路２２ａから油等の熱媒を導入した後に、ロールシャフト１８の他端側から一端側に向かって、内周側スパイラルリング２０の溝部２３と外周側スパイラルリング２１との間を循環させ、さらにロールシャフト１８の一端側で折り返し、ロールシャフト１８の一端側から他端側に向かって、外周側スパイラルリング２１の溝部２４と外筒１９との間を循環させて、ロールシャフト１８の他端側に設けられた管路２２ｂから導出させる流路が形成されている。フレキシブルロール１４は、この流路を熱媒が循環することで、外筒１９が加熱される構造を有する。
【００６１】
また、内周側スパイラルリング２０と外周側スパイラルリング２１との間には、熱媒を溝部２３に沿って効率よく循環させるために、柔らかいゴム状のシール２９が設けられている。このシール２９は、螺旋状の溝部２３の間に形成される頂上部が外周側スパイラルリング２１の内周面と接触する位置に設けられている。また、外周側スパイラルリング２１と外筒１９との間には、熱媒を溝部２４に沿って効率よく循環させるために、柔らかいゴム状のシール３０が設けられている。このシール３０は、螺旋状の溝部２４の間に形成される頂上部が外筒１９の内周面と接触する位置に設けられている。
【００６２】
以上のように、このフレキシブルロール１４では、ロールシャフト１８と外筒１９とが直接接触することはなく、ロールシャフト１８と外筒１９との間に介在される内周側スパイラルリング２０および外周側スパイラルリング２１によって、ロールシャフト１８と外筒１９との間が弾性変形可能とされた中空構造となっている。また、フレキシブルロール１４の内部には、熱媒を循環させる流路が形成されており、フレキシブルロール１４の外周面部を加熱することが可能となっている。なお、フレキシブルロール１４の外周面部は、例えば８０℃〜１５０℃の範囲で温度調節することが好ましい。
【００６３】
また、熱媒を循環させる流路は、ロールシャフト１８の一端から導入された熱媒がロールシャフト１８の他端側で溝部２３による流路に導入されて折り返され、さらに、溝部２３による流路から導出された熱媒がロールシャフト１８の一端側で折り返されて、溝部２４による流路に導入されて、ロールシャフト１８の他端側でロールシャフト１８に導出されて、ロールシャフト１８の他端から導出されるため、熱媒の流れ方向が対称とされ、熱媒の温度が徐々に低くなっていくことを全体的に緩和し、さらに、熱媒がロール内に滞留している時間を長くすることができる。これにより、外筒１９の温度が一定に保たれ、ロールの幅方向の温度差を抑えることができる。
【００６４】
なお、熱媒を循環させる流路は、ロールの内部で折り返すことでフレキシブルロール１４の外周面部の温度が均一となるように構成されたものであれば、特に、図５に示した形状に限ったものではなく、例えば、熱媒の導入、導出方向が逆向きであってもよいし、また、外周側スパイラルリング２１の外側にさらにスパイラルリングを設けた構成であってもよいし、管路２２ａ，２２ｂによる熱媒の導入および導出位置が違っていてもよい。
【００６５】
次に、以上のように構成されるホットプレス装置１０を用いて、上述した加圧処理工程を行う動作について説明する。
【００６６】
ホットプレス装置１０では、図３に示すように、電極材原反１１を、第１の金属ロール１２とフレキシブルロール１４との間で挟み込み、その間を通過させることで、電極材原反１１に対して加熱しながら加圧処理を行う。また、このホットプレス装置１０では、第２の金属ロール１３が第１の金属ロール１２に対して加圧する方向に移動することで、フレキシブルロール１４が第１の金属ロール１２との間で電極材原反１１を加圧する。
【００６７】
ところで、加圧用ロールである第２の金属ロール１３には、その両端部に加えられる圧力によって撓みが生じ、その中央部分が浮き上がる、いわゆるベンディング現象が生じる場合がある。
【００６８】
また、従来の加圧処理工程では、一対の金属ロールの間に電極材原反１１を挟み込んで加圧処理を行った場合に、一対の金属ロール同士の接触幅が狭くなることに起因して、電極材原反１１の幅方向における圧力分布が、上述した第２の金属ロール１３に発生するベンディング現象等によって大きく変化してしまう虞があった。
【００６９】
そこで、このホットプレス装置１０では、ロールシャフト１８と外筒１９との間が弾性変形可能とされた中空構造を有するフレキシブルロール１４が設けられており、このフレキシブルロール１４と第１の金属ロール１２との間で電極材原反１１を挟み込み、電極材原反１１に対して加圧処理を行っている。この場合、電極材原反１１を加圧する際にフレキシブルロール１４が弾性変形することによって、ベンディング現象による第２の金属ロール１３の変形を吸収して、電極材原反１１の幅方向の厚みのバラツキを抑えることができる。
【００７０】
また、フレキシブルロール１４内に設けられた熱媒の流路によって、フレキシブルロール１４の外周面部の温度差がほとんどない状態とすることができる。これによって、加圧用のロールに発生するサーマルクラウン現象を抑制でき、幅方向における厚みのバラツキをさらに少なくすることができる。
【００７１】
また、電極材原反１１を圧延の際に、ロールの幅方向に加わる圧力を限りなく均等にすることができることや、フレキシブルロール１４が中空構造を利用して熱媒の流路を形成していることから、低圧で十分な加圧が行える為、製造コストを低減できると共に、加圧処理時の作業性、例えば製造装置自体の操作性や加圧処理時の生産性を向上できる。
【００７２】
なお、第２の金属ロール１３とフレキシブルロール１４との間に、上述した弾性ロール１５を配置すれば、加圧処理時に弾性ロール１５の外周面部が弾性変形することによって、ベンディング現象による第２の金属ロール１３の変形を吸収し、より電極材原反１１の幅方向における厚みのバラツキを抑えることができる。
【００７３】
ところで、上述したフレキシブルロール１４のバネ定数は、例えば５０〜３５０ｋｇ／ｍｍであることが好ましい。
【００７４】
ここで、図６に示すように、長さＢが単位長さ（１ｍｍ）である外筒１９のリング状部分について考える。ここでは、外筒１９の肉厚を２ｈ（ｍｍ）とし、外筒１９の外径と内径との相加平均をＲ（ｍｍ）とする。
【００７５】
この外筒１９のリング状部分は、図７に示すように、単位長さ当たりの荷重Ｐ（ｋｇ）を加えると、変位ｕ（ｍｍ）だけ変位する。このとき、リング状部分のバネ定数をｋ（ｋｇ／ｍｍ）とすると、ｋ＝Ｐ／ｕとなる。
【００７６】
一方、変位ｕは、弾性理論から、ｕ＝Ｐ・Ｒ（π／８−１／π（１＋Ｋ））／Ａ・Ｅ・Ｋと求められる。なお、Ａは断面積（ｍｍ2）、Ｅは弾性係数（ｋｇ／ｍｍ2）、Ｋは形状係数を示し、Ａ＝２ｈＢであり、Ｋ＝Ｒ／２ｈ・log（（Ｒ＋ｈ）／（Ｒ−ｈ））−１である。
【００７７】
したがって、このリング状部分のバネ定数ｋは、ｋ＝Ａ・Ｅ・Ｋ／Ｒ（π／８−１／π（１＋Ｋ））として求めることができる。例えば、外筒１９の外径が２９６ｍｍ、内径が２４４ｍｍの場合、単位長さ当たりのバネ定数ｋは、計算により１６７ｋｇ／ｍｍと求めることができる。
【００７８】
以上のことから、外筒１９の断面積Ａを大きくする、即ち肉厚を厚くする、或いは外筒１９の径、詳しくは外径と内径との相加平均Ｒを小さくした場合には、バネ定数ｋは大きくなることから、荷重による変形（撓み）は小さくなる。逆に、外筒１９の肉厚を薄くする、或いは外筒１９の径を大きくした場合には、バネ定数ｋは小さくなることから、荷重による変形（撓み）は大きくなる。したがって、外筒１９の材質に応じて肉厚および径を選定すれば、フレキシブルロール１４の所望のバネ定数を得ることが可能である。
【００７９】
通常、リジットな金属ロール同士で加圧すると、その間の接触幅が狭くなって、幅方向の圧力分布が小さな要因に対しても大きく変化してしまう。故に、加圧方式によるベンディング作用でロール幅方向の圧力分布が大きく変動してしまう。フレキシブルロール１４は、上述したような弾性作用を備えることで、これら幅方向の圧力分布の変動を抑制することができる。
【００８０】
この発明では、上述した第１の金属ロール１２との接触幅に起因する圧力分布のバラツキを抑制するため、フレキシブルロール１４のバネ定数ｋを、５０〜３５０ｋｇ／ｍｍとしている。これにより、フレキシブルロール１４の第１の金属ロール１２に対する接触面積を均一に保つことが可能であり、電極材原反１１の幅方向に対して均質な加圧処理を行うことが可能である。
【００８１】
以上のように、このホットプレス装置１０を用いた加圧処理工程では、第２の金属ロール１３にベンディング現象が発生した場合でも、フレキシブルロール１４の変形により第２の金属ロール１３の撓みを吸収して均質な加圧処理を行うことが可能である。また、電極材原反１１を加圧する際に、フレキシブルロール１４が弾性変形することによって、このフレキシブルロール１４と第１の金属ロール１２との接触幅に起因する圧力分布のバラツキを抑制し、電極材原反１１の幅方向に対して均質な加圧処理を行うことが可能である。
【００８２】
したがって、この加圧処理工程では、電極材原反１１に対する均質な加圧処理を行うことが可能なことから、加圧後の活物質層の厚みのバラツキを抑制し、活物質層の高密度化、均質化による二次電池の電池特性の向上を図ることが可能である。
【００８３】
ホットプレス装置１０の変形例としては、図８に示すように、第１の金属ロール１２と、第１の金属ロール１２と対向して配置された第２の金属ロール１３と、第１の金属ロール１２と第２の金属ロール１３との間に、第２の金属ロール１３と隣接して配置された第１のフレキシブルロール１４ａと、第１の金属ロール１２および第１のフレキシブルロール１４ａと隣接して配置された第２のフレキシブルロール１４ｂとを備え、各ロール１２，１３，１４ａ，１４ｂの中心軸が同一平面上に並ぶように配置された構成としてもよい。
【００８４】
すなわち、このホットプレス装置１０の変形例は、図示を省略するフレームに、第１の金属ロール１２と、第２のフレキシブルロール１４ｂと、第１のフレキシブルロール１４ａと、第２の金属ロール１３とが順に積み重ねられた状態で支持された構造を有している。
【００８５】
そして、このホットプレス装置１０の変形例では、電極材原反１１を第１のフレキシブルロール１４ａと第２のフレキシブルロール１４ｂとの間で挟み込み、その間を通過させることで、電極材原反１１に対して加熱しながら加圧処理を行う。
【００８６】
なお、このホットプレス装置１０の変形例では、第２のフレキシブルロール１４ｂが追加された以外は、上述したプレス装置１０と同じ構成を有していることから、以下、各部の構成説明を省略するものとする。
【００８７】
以上のように、このホットプレス装置１０の変形例を用いた加圧処理工程では、第２の金属ロール１３にベンディング現象が発生した場合でも、第１のフレキシブルロール１４ａの弾性変形により第２の金属ロール１３の撓みを吸収すると共に、第２のフレキシブルロール１４ｂの弾性変形により第１の金属ロール１２の撓みを吸収して均質な加圧処理を行うことが可能である。また、電極材原反１１を加圧する際に、第１のフレキシブルロール１４ａおよび第２のフレキシブルロール１４ｂが弾性変形することによって、これら第１のフレキシブルロール１４ａと第２のフレキシブルロール１４ｂとの接触幅に起因する圧力分布のバラツキを抑制し、電極材原反１１の幅方向に対して均質な加圧処理を行うことが可能である。
【００８８】
したがって、この加圧処理工程では、電極材原反１１に対する均質な加圧処理を行うことが可能なことから、加圧後の活物質層の厚みのバラツキを抑制し、活物質層の高密度化、均質化による二次電池の電池特性の向上を図ることが可能である。
【００８９】
また、第１のフレキシブルロール１４ａおよび第２のフレキシブルロール１４ｂ内に設けられた熱媒の流路によって、第１のフレキシブルロール１４ａおよび第２のフレキシブルロール１４ｂのそれぞれの外周面部の温度差がほとんどない状態とすることができる。これによって、加圧用のロールに発生するサーマルクラウン現象を抑制でき、加圧後の電極材原反１１の幅方向における厚みのバラツキをさらに少なくすることができる。
【００９０】
また、電極材原反１１を圧延の際に、ロールの幅方向に加わる圧力を限りなく均等にすることができることや、第１のフレキシブルロール１４ａおよび第２のフレキシブルロール１４ａが中空構造を利用して熱媒の流路を形成していることから、低圧で十分な加圧が行える為、製造コストを低減できると共に、加圧処理時の作業性、例えば製造装置自体の操作性や加圧処理時の生産性を向上できる。
【００９１】
なお、この変形例においても、第２の金属ロール１３と第１のフレキシブルロール１４ａとの間および／または第１の金属ロール１２と第２のフレキシブルロール１４ｂとの間に、上述した弾性ロール１５を配置すれば、加圧処理時に弾性ロール１５の外周面部が弾性変形することによって、ベンディング現象による第２の金属ロール１３および／または第１の金属ロール１２の変形を吸収し、より電極材原反１１の幅方向における厚みのバラツキを抑えることができる。
【００９２】
また、上述したホットプレス装置１０は、第１の金属ロール１２、第２の金属ロール１３およびフレキシブルロール１４によって構成し、上述したホットプレス装置１０の変形例は、第１の金属ロール１２、第２の金属ロール１３、第１のフレキシブルロール１４ａおよび第２のフレキシブルロール１４ｂによって構成したが、必要に応じて電極材原反１１をガイドするガイドロールや、加圧後の電極材原反１１をバックアップするバックアップロールを設け、安定した加圧処理が行える構成としてもよい。
【００９３】
ここで、上述したフレキシブルロール１４を用いて加圧処理工程を行い、実際に二次電池を作製した実施例について説明する。また、実施例と比較するために作製した比較例について説明する。先ず、以下に示すような実施例１および比較例１の正極材を作製した。
【００９４】
＜実施例１＞
幅広のアルミニウム箔原反にリチウムイオン二次電池用の正極材塗料を正極活物質層の塗布厚が２３０μｍとなるように塗布した。その後、上述した図８に示すホットプレス装置１０の変形例を用いて、その正極活物質層が形成されたアルミニウム箔原反に対して加圧処理を行い、所定幅に裁断して正極材を作製した。このとき、各ロール１２，１３，１４ａ，１４ｂ間に加圧される圧力は、線圧として５００ｋｇ／ｃｍであり、第１のフレキシブルロール１４ａと第２のフレキシブルロール１４ｂとの間に、電極材原反１１として、正極活物質層が形成されたアルミニウム箔原反を通過させて加圧を行った。
【００９５】
＜比較例１＞
実施例１における第１のフレキシブルロール１４ａおよび第２のフレキシブルロール１４ｂに換えて、図９に示すフレキシブルロール４０を使用して加圧処理を行った以外は、正極材塗料の組成、活物質層の塗布厚、加圧時のニップ圧力等、実施例１と同一条件下で正極材を作製した。なお、図９に示すフレキシブルロール４０は、上述した特許文献１で説明されている、熱媒がロール内で折り返されず一方向に向かって循環されるものであり、ここでは説明を省略する。
【００９６】
これら実施例１および比較例１の正極材について、ロールの幅方向における表面温度の測定を行った。その結果を図１０に示す。
【００９７】
図１０からも明らかなように、比較例１として使用したフレキシブルロール４０は、幅方向における表面の温度変化のバラツキが大きくなっている。具体的には、最も温度が高い左端寄りの中央部が約１１０℃となり、最も温度が低い右端部が約１０５℃となり、幅方向において最大５℃程度の温度差が生じている。
【００９８】
これに対し、実施例１として使用した、上述したホットプレス装置１０の変形例における第１のフレキシブルロール１４ａおよび第２のフレキシブルロール１４ｂは、幅方向における表面の温度変化のバラツキが小さくなっている。具体的には、最も温度が高い中央部が約１１０℃となり、最も温度が低い右端部が約１０９℃となり、幅方向において最大１℃程度の温度差に抑えられている。
【００９９】
これら実施例１および比較例１の正極材について、幅方向における厚みのバラツキの評価を行った。その結果を図１１に示す。
【０１００】
図１１からも明らかなように、フレキシブルロール４０を使用して加圧処理を行った比較例１の正極材は、加圧側のフレキシブルロール４０においてサーマルクラウン現象が生じたため、中央部と両端部との厚みのバラツキが大きくなっている。具体的には、最も厚い中央部が約１６７．５μｍとなり、最も薄い右端部が約１６５μｍとなり、最大２．５μｍ程度の厚みの差が中央部と端部とで生じている。
【０１０１】
これに対し、上述したホットプレス装置１０の変形例を用いて加圧処理を行った実施例１の正極材は、サーマルクラウン現象が生じていないために、中央部と両端部との厚みのバラツキが小さくなっている。具体的には、実施例１においては、最も厚い中央部が約１６７μｍとなり、最も薄い両端部が約１６６μｍとなり、中央部と端部との厚みのバラツキが１μｍ以下に抑えられている。
【０１０２】
なお、図１０および図１１に示した結果は、正極材のものであるが、負極材においても同様の結果が得られた。
【０１０３】
以上のことから、フレキシブルロール１４を用いて加圧処理を行うことによって、電極材の幅方向にける厚みのバラツキを抑制できることが明らかとなった。
【０１０４】
この発明は、上述したこの発明の実施形態に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、上述した一実施形態では、電解液を使用するリチウムイオン二次電池に電極材原反１１を適用するとしたが、これに限らず、固形またはゲル状の電解質を使用するポリマー電池等、他の電極材原反を有する電池に適用することができる。
【０１０５】
さらに、二次電池の製造に限らず、弾性作用を有するプレスロールで、しかも加熱できる構造のものを使用する類似の産業分野にも活用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】この発明の実施形態を適用可能な二次電池の構成の一例を示す図である。
【図２】ロール間の圧力を説明するための図である。
【図３】一実施形態によるホットプレス装置の構成の一例を示す概略図である。
【図４】弾性ロールの構成の一例を示す断面図である。
【図５】一実施形態によるフレキシブルロールの構成の一例を示す断面図である。
【図６】フレキシブルロールのバネ定数を説明するための図である。
【図７】フレキシブルロールの変形状態を説明するための図である。
【図８】一実施形態によるホットプレス装置の構成の他の例を示す概略図である。
【図９】熱媒の流路が一方向に向かって形成されているフレキシブルロールの構成の一例を示す断面図である。
【図１０】フレキシブルロールの幅方向の表面温度を測定した結果を示す図である。
【図１１】正極材の幅方向の厚みを測定した結果を示す図である。
【図１２】従来の電極材原反の加圧処理を説明するための図である。
【図１３】ベンディング現象を説明するための図である。
【図１４】ベンディング現象への対処を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１・・・二次電池
２・・・正極材
３・・・負極材
１０・・・ホットプレス装置
１１・・・電極材原反
１２・・・第１の金属ロール
１３・・・第２の金属ロール
１４・・・フレキシブルロール
１４ａ・・・第１のフレキシブルロール
１４ｂ・・・第２のフレキシブルロール
１５・・・弾性ロール
１５ａ・・・第１の弾性ロール
１５ｂ・・・第２の弾性ロール
１８・・・ロールシャフト
１９・・・外筒
２０・・・内周側スパイラルリング
２１・・・外周側スパイラルリング
２２ａ，２２ｂ・・・管路
２３，２４・・・溝部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プレスロール、二次電池の製造装置および製造方法、ならびに二次電池に関し、特に、電極材に対して加圧処理を行う機構および工程を改良し、電池特性を向上するプレスロール、二次電池の製造装置および製造方法、ならびに二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、種々の電子機器の飛躍的進歩に伴って、電子機器の駆動電源として、繰返し充放電を行うことにより、長期に亘って使用可能な二次電池の研究が進められている。代表的な二次電池としては、鉛蓄電池やアルカリ蓄電池、リチウムイオン二次電池等が知られている。
【０００３】
このような二次電池は、例えば支持部材であり電極集電体となる帯状のアルミニウム箔や銅箔等の金属箔の片面または両面に、電極活物質が形成された正極材および負極材を、セパレータを介して巻回、積層等をして、発電要素たる電池素子としている。二次電池は、このように帯状の正極材および負極材を巻回、積層等をすることにより、電池反応の生じる面積を大きく確保することができるため、大電流を得ることが可能である。
【０００４】
上述したような二次電池においては、その単位面積あたりのエネルギー量を増やして電池特性を向上させるために、電極活物質の粒子を堅固に電極集電体に固定させることや、電極活物質層中における活物質の高密度化、均質化および正極材、負極材の表面の平滑化等が要求されている。このため、正極材および負極材は、その製造の際に、電極集電体に形成された電極活物質層に対して加圧処理が施されている。二次電池においては、この加圧処理を行うことにより、電極活物質の粒子が高密度に且つ、堅固に電極集電体に固定することができるとともに、正極材および負極材の表面を平滑にすることができる。
【０００５】
このような加圧処理は、例えば、従来から図１２Ａおよび図１２Ｂに示すような、一対の金属ロール５１ａ、５１ｂを備える二次電池製造装置５０によって行われている。これら一対の金属ロール５１ａ、５１ｂは、例えば、ロール径が２００ｍｍ〜５００ｍｍのスチールロールであり、図示を省略する加熱機構によって、その外周面が例えば８０℃〜１５０℃に加熱されている。二次電池製造装置５０においては、一方の金属ロール５１ａを固定し、他方の金属ロール５１ｂに、図１２Ｂ中に示す矢印方向の圧力Ｐ１を加えて、金属ロール５１ｂを金属ロール５１ａに圧接し、これら金属ロール５１ａ、５１ｂ間に電極活物質層が形成された電極材原反６０を通過させることで加圧処理を行っている。
【０００６】
しかしながら、これからの二次電池に対しては、さらなる高密度化が要求されている。このような要請に応えるために、二次電池の製造に際しては、上述した一対の金属ロール５１ａ、５１ｂ間に電極材原反６０を通過させて、さらに高圧で加圧処理をすると、図１３に示すように、ロールの両端側に加えられる圧力Ｐ１によって金属ロール５１ｂが押し曲げられて中央部が浮き上がる、いわゆるベンディング現象が生じる。
【０００７】
二次電池製造装置５０では、このようなベンディング現象が生じると、金属ロール５１ａ、５１ｂの両端部に圧力が集中するため、浮き上がった中央部に比較して、両端部での加圧が異常に高圧で行われる。このため、二次電池製造装置５０は、ベンディング現象が生じたまま加圧処理を行うと、均質な加圧処理が行われず、中央部と両端部との幅方向の厚みのバラツキが、大きな山型の厚み分布とされた電極活物質層を有する電極材原反が作成される。
【０００８】
このような幅方向の電極活物質の厚みのバラツキが大きな電極材原反では、電極活物質の均質化が損なわれて電池特性が低下すると共に、後工程で電池一個あたりの幅に裁断した場合に、各電池間での容量等、電池特性のバラツキが大きくなる等の問題が生じる。
【０００９】
この問題を解決するために、従来の二次電池製造装置５０においては、上述したベンディング現象の発生を防止するために、図１４に示すように、圧力Ｐ１と逆方向の圧力Ｐ２を金属ロール５１ｂにさらに加える逆ベンディング機構が設けられている。しかしながら、このような逆ベンディング機構を備える二次電池製造装置５０にあっては、さらに高い圧力が金属ロール５１ａ、５１ｂ等に加えられるため、二次電池製造装置５０を構成する各部位の剛性をより強固にし、また装置自体の構成もより大きく且つ、より複雑にする必要がある。その結果、従来の二次電池の製造装置では、製造装置が全体として大掛かりなものとなってコスト高となると共に、装置自体の取扱いも複雑化するという問題があった。
【００１０】
これら問題を解決するため、下記の特許文献１には、一例として、フレキシブルロールを用いて電極材原反を加圧する二次電池の製造装置および製造方法が記載されている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−５９４８８号公報
【００１２】
特許文献１に記載の二次電池の製造装置および製造方法によれば、電極活物質の高密度化、および均質化を飛躍的に改善することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、今後の電極活物質層の高密度化に伴い、さらに電極材原反の幅方向の均質化、厚みのバラツキを極力ゼロに近づける必要が生じてきている。例えば、上述した特許文献１に記載のフレキシブルロールを用いた加圧処理では、電極活物質層の幅方向における厚みのバラツキを２μｍ程度以下とするのが限界であり、よりフラットな状態に近づけることが困難であった。
【００１４】
したがって、この発明の目的は、加圧される部材の厚みのバラツキを極力なくすことができ、より低い圧力で効果的な加圧ができると共に、コンパクトで、取扱いが容易なプレスロール、電極材原反の加圧処理に適用した場合に、電極活物質層の高密度化、均質化を図ることができる二次電池の製造装置および製造方法、ならびに電極材の幅方向における厚みのバラツキが抑制されて電池特性が向上した二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、第１の発明は、金属ロールと圧接されて、外周面部と金属ロールの外周面部との間に電極材原反を挟入して電極材原反を加圧するためのプレスロールであって、芯材とロールの外周面部との間に外周面部を弾性変形可能とすると共に熱媒が循環される流路を形成する中空構造を有し、外周面部の温度が均一となるように流路が折り返されていることを特徴とするプレスロールである。
【００１６】
また、第２の発明は、電極材原反に対して加圧処理を行う二次電池の製造装置において、芯材とロールの外周面部との間に外周面部を弾性変形可能とすると共に熱媒が循環される流路を形成する中空構造を有し、外周面部の温度が均一となるように上記流路が折り返されているプレスロールと、プレスロールと隣接して配置された金属ロールと、プレスロールを金属ロールに対して圧接する圧接手段とを有し、プレスロールと金属ロールとの間に電極材原反を狭入して電極材原反を圧延することを特徴とする二次電池の製造装置である。
【００１７】
また、第３の発明は、電極材原反に対して加圧処理を行う加圧工程を有する二次電池の製造方法において、芯材とロールの外周面部との間に外周面部を弾性変形可能とすると共に熱媒が循環される流路を形成する中空構造を有し、外周面部の温度が均一となるように流路が折り返されているプレスロールを、プレスロールと隣接して配置された金属ロールに圧接し、プレスロールと金属ロールとの間に電極材原反を狭入して電極材原反を圧延することを特徴とする二次電池の製造方法である。
【００１８】
また、第４の発明は、芯材とロールの外周面部との間に外周面部を弾性変形可能とすると共に熱媒が循環される流路を形成する中空構造を有し、外周面部の温度が均一となるように流路が折り返されているプレスロールを、プレスロールと隣接して配置された金属ロールに圧接し、プレスロールと金属ロールとの間に狭入することで圧延された電極材原反から所定幅に裁断されて帯状の正極材および負極材が作製され、正極材および負極材に形成された活物質層の幅方向における厚みのバラツキが１μｍ以下であることを特徴とする二次電池である。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、プレスロールが芯材とロールの外周面部との間に、熱媒が循環される流路が形成されており、該流路が外周面部の温度が均一となるように折り返されている構成を有することにより、導入される熱媒と導出される熱媒とに温度差が生じる場合であっても、プレスロールの外周面全体の温度差を限りなく少なくすることができる。依って、温度差によって生じるサーマルクラウン現象によるロールの変形を防止できる。
【００２０】
また、プレスロールが芯材とロールの外周面部との間に、外周面部を弾性変形可能とする中空構造を有することにより、加圧する際にロールに生じるベンディング現象による変形を吸収することができる。
【００２１】
これらによって、圧延の際にロールの幅方向に加わる圧力を限りなく均等にすることができる。結果、加圧された部材の幅方向における厚みのバラツキを、ほとんどなくすことができる。依って、二次電池の電極材原反の加圧処理に適用することで、電極材の幅方向における厚みのバラツキを極力抑えることができ、電極材に形成された活物質層の高密度化、均質化および表面の平滑化を図ることができ、電池特性を向上することができる。
【００２２】
また、圧延の際にロールの幅方向に加わる圧力を限りなく均等にすることができることや、プレスロールの中空構造を利用して熱媒の流路を形成していることから、低圧で十分な加圧が行える為、製造コストを低減できると共に、加圧処理時の作業性、例えば製造装置自体の操作性や加圧処理時の生産性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、この発明の一実施形態によるプレスロール、二次電池の製造装置および製造方法、ならびに二次電池について、図面を参照しながら詳細に説明する。先ず、この発明の一実施形態によるプレスロール、二次電池の製造装置および製造方法の説明に先立ち、これらを利用して作製される二次電池の一例について説明する。
【００２４】
図１に示すように、二次電池１は、リチウムイオン二次電池であり、帯状の正極材２と負極材３とが、セパレータ４を介して積層され、且つ渦巻き状に複数回巻回されて発電要素たる電池素子とされ、非水電解液と共に有底円筒状を呈する電池缶５内に収納されている。二次電池１は、電池缶５の開放部位に蓋体６がかしめ付けられ、内部に収納された電池素子および非水電解液を密封している。
【００２５】
正極材２には、アルミニウム箔等である正極集電体の両面または片面に、正極活物質を含む正極材塗料が塗布されて正極活物質層が形成されている。正極材２に使用する正極活物質には、リチウム含有化合物が用いられ、このリチウム含有化合物としては、例えばＬｉxＭＯ2（式中Ｍは１種類以上の遷移金属を表し、ｘは、０．０５≦ｘ≦１．１０である。）で表されるリチウム遷移金属複合酸化物があげられる。また、正極材２には、一端近傍に蓋体６を介して外部と導通される正極リード７が取り付けられている。
【００２６】
正極材塗料は、上述した正極活物質と結合剤とを混合させて、この混合物を溶剤となる有機溶媒溶液中に分散させて作製される。正極活物質と混合される結合剤としては、この種のリチウムイオン二次電池において結合剤として通常用いられている公知の材料を用いることができる。また、正極材塗料には、導電剤として炭素粉末等の炭素材料を添加してもよい。
【００２７】
負極材３には、ニッケル箔や銅箔等である負極集電体の両面または片面に、負極活物質を含有する負極材塗料が塗布されて、負極活物質層が形成されている。負極材３に使用する負極活物質には、炭素材料が用いられ、この炭素材料としてはリチウムをドープ且つ脱ドープすることが可能なものであればよく、例えば２０００℃以下の比較的低い温度で焼成して得られる低結晶性炭素材料や、結晶化しやすい原料を３０００℃近くの高温で処理した人造黒鉛や天然黒鉛等の高結晶性炭素材料があげられる。また、炭素材料としては、上述したものの他に、例えば熱分解炭素類、コークス類、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体（フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの）、炭素繊維、活性炭等があげられる。また、負極材３には、一端近傍に電池缶５を介して外部と導通される負極リード８が取り付けられている。
【００２８】
負極材塗料は、上述した負極活物質と結合剤とを混合させて、この混合物を溶剤となる有機溶媒溶液中に分散させて作製される。負極材塗料に含有される結合剤としては、この種のリチウムイオン二次電池において結合剤として通常用いられている公知の材料を用いることができる。
【００２９】
二次電池１においては、正極材２および負極材３の裁断前の状態である電極材原反が、プレスロールと金属ロール（この金属ロールは、プレスロールを含む。）との間に狭入されることで圧延して作製される。プレスロールは、芯材とロールの外周面部との間に外周面部を弾性変形可能とすると共に熱媒が循環される流路を形成する中空構造を有し、外周面部の温度が均一となるように流路が折り返された構造を有したものである。二次電池１は、このように作製された電極材原反を使用して正極材２および負極材３とすることにより、上述した正極活物質層および負極活物質層の幅方向における厚みのバラツキ、具体的には各活物質層の中央部と両端部とにおける厚みのバラツキが１μｍ以下とされている。二次電池１においては、このように正極材２および負極材３に形成された活物質層の厚みのバラツキが１μｍ以下に抑えられることで、活物質層の均質化、高密度化および表面の平滑化が向上し、電池特性が向上する。
【００３０】
セパレータ４は、正極材２の正極活物質層と、負極材３の負極活物質層とを離間させるものであり、この種のリチウムイオン二次電池のセパレータとして通常用いられている公知の材料を用いることができ、例えばポリプロピレンなどの高分子フィルムが用いられる。
【００３１】
非水電解液としては、有機溶媒に電解質を溶解させた溶液が用いられる。有機溶媒としては、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、スルホラン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、２−メチルテトラヒドロフラン、３−メチル−１，３−ジオキソラン、プロピオン酸メチル、酪酸メチル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート等を使用することができる。このような有機溶媒は、１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。また、有機溶媒に溶解させる電解質としては、溶剤に溶解し、且つイオン伝導性を示すリチウム塩であれば特に限定されるものではなく、例えばＬｉＰＦ6、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2等を使用することができる。これら電解質は、１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００３２】
次に、上述した構成を有する二次電池１の製造方法の一例について説明する。二次電池１の電池素子を構成する正極材および負極材（以下、特に区別しない場合には電極材と総称する。）は、例えば、混合・分散工程、塗布工程、加圧処理工程および裁断工程の各工程を順次経て作製される。以下、これら各工程について説明する。
【００３３】
混合・分散工程においては、後工程たる塗布工程にて金属箔原反に塗布するスラリー状の正極材塗料および負極材塗料（以下、特に区別しない場合には電極材塗料と総称する。）が調整される。正極材塗料の調整は、正極活物質および結合剤、その他必要に応じて導電剤等を混合し、この混合物を溶剤となる有機溶媒溶液内に均一に分散させて行う。また、負極材塗料の調整は、負極活物質および結合剤を混合し、この混合物を有機溶媒溶液内に均一に分散させて行う。なお、この混合・分散工程においては、例えばロールミル、ボールミル等、電極材塗料を調整するときに通常使用される種々の混合・分散機を使用することができる。
【００３４】
塗布工程においては、幅広の金属箔原反の両面または片面に前行程たる混合・分散工程で調整された電極材塗料を塗布し、乾燥させて該金属箔原反の片面または両面に活物質層が形成され、幅広の電極材原反が作製される。この塗布工程において使用する金属箔原反には、正極材を作製する場合にはアルミニウム箔等を、負極材を作製する場合には銅箔等を使用する。なお、この塗布工程においては、例えばグラビアロール方式やダイヘッドを用いた塗布方式等、電極材を作製する際に通常採られる塗布方式を実施することができる。
【００３５】
加圧処理工程においては、上述した塗布工程で活物質層が形成された幅広の電極材原反に対する加圧が行われる。この加圧処理工程では、芯材とロールの外周面部との間に外周面部を弾性変形可能とすると共に熱媒が循環される流路を形成する中空構造を有し、外周面部の温度が均一となるように流路が折り返されているプレスロールと、プレスロールと隣接して配置された金属ロール（この金属ロールは、プレスロールを含む。）とを圧接し、プレスロールと金属ロールとの間に電極材原反を狭入することで電極材原反に対する加圧を行っている。
【００３６】
加圧処理工程で使用するプレスロールには、例えば、ロール径が１８０ｍｍ〜３５０ｍｍの弾性作用を有するスチールロールが使用される。このプレスロールは、その外周面が加熱機構により温度調整されて、例えば８０℃〜１５０℃までに加熱されている。
【００３７】
また、金属ロールには、例えば、ロール径が１８０ｍｍ〜３５０ｍｍのスチールロールが使用される。この金属ロールは、その外周面が加熱機構により温度調整されて、例えば８０℃〜１５０℃までに加熱されている。
【００３８】
加圧処理工程では、このようにプレスロールおよび金属ロールの外周面の温度を高くして加圧することで、加圧処理の効果および生産性を向上させつつ、活物質層の高密度化を図ることができる。
【００３９】
加圧処理工程では、各ロール間にニップ圧力が線圧として、例えば４００ｋｇ／ｃｍ〜６００ｋｇ／ｃｍとなるように加圧されている。このとき、隣接するロール間における圧力Ｐmaxが４ｋｇ／ｍｍ2以上となるように、好ましくは４ｋｇ／ｍｍ2〜１５ｋｇ／ｍｍ2の範囲となるように加圧されている。ここで、圧力Ｐmaxとは、図２に示すように、ロール材Ａとロール材Ａ'とが接触している範囲Ｂ（同図中−ｂ，＋ｂ間）において、最も高い圧力がかかっている部位における圧力を示す。
【００４０】
上述した加圧処理工程では、プレスロールと金属ロール（この金属ロールは、プレスロールを含む。）を使用して加圧を行うので、プレスロールが弾性変形することによって、ベンディング現象等によるロールの変形をプレスロールが吸収して、電極活物質層を有する電極材原反の幅方向における厚みのバラツキを抑制することができる。さらに、プレスロールは、外周面の温度が均一とされるため、サーマルクラウン現象による変形が抑えられる。依って、加圧処理工程では、電極材原反に対する均質な加圧処理が行われるようになり、電極材に形成された活物質層の高密度化、均質化および表面の平滑化が図られ、二次電池の電池特性の向上に寄与し得る。
【００４１】
また、加圧処理工程では、圧力分布のバラツキが抑制されることから、低い圧力で十分な加圧が行われる。このため、加圧処理工程では、使用する機械のコンパクト化等により加圧処理時の生産性を向上させることができる。
【００４２】
上述した加圧処理工程を経て作製された電極材原反は、活物質層の幅方向の厚みのバラツキ、具体的には活物質層の中央部と両端部とにおける厚みのバラツキが１μｍ以下となっている。この結果、後述する裁断工程において、所定幅に裁断された後の電極材（正極材及び負極材）においても、その幅方向の厚みのバラツキが１μｍ以下とされる。
【００４３】
裁断工程においては、加圧処理後の電極材原反が、電池一個あたりの所定幅に裁断され、多数条の電極材（正極材または負極材）とされる。なお、この裁断工程においては、例えばスリッターやダイスを備えるプレス機で剪断する方式等、電極材を作製する際に通常採られる裁断方式を実施することができる。
【００４４】
上述した各工程を経て作製された正極材および負極材は、正極リード、負極リードが取り付けられた後に、セパレータを介して積層され、且つ渦巻き状に巻回されて電池素子とされる。二次電池は、この電池素子が非水電解液と共に電池缶内に収納され、正極リードを蓋体に、負極リードを電池缶にそれぞれ接続するとともに、蓋体をかしめ付けて密閉することにより作製される。
【００４５】
次に、上述した二次電池の製造方法に適用可能な二次電池の製造装置の一例について説明する。この発明を適用した二次電池の製造装置は、図３に示すように、上述した加圧処理工程を行う際に使用されるホットプレス装置１０を有している。ホットプレス装置１０は、他のロールに挟まれたプレスロール（以下、適宜フレキシブルロールと称する。）１４を用いて電極材原反１１に対して加熱しながら加圧処理を行う。
【００４６】
このホットプレス装置１０は、第１の金属ロール１２と、第１の金属ロール１２と対向して配置された第２の金属ロール１３と、第１の金属ロール１２と第２の金属ロール１３と隣接して配置されたフレキシブルロール１４とを備えており、各ロール１２，１３，１４の中心軸が同一平面上に並ぶように配置されている。すなわち、このホットプレス装置１０の図示を省略するフレームには、第１の金属ロール１２と、フレキシブルロール１４と、第２の金属ロール１３とが順に積み重ねられた状態で支持されている。
【００４７】
そして、このホットプレス装置１０は、電極材原反１１を、第１の金属ロール１２とフレキシブルロール１４との間で挟み込み、その間を通過させることで、電極材原反１１に対して加圧しながら加圧処理を行う。なお、各ロール１２，１３，１４は、図示を省略する駆動機構により回転駆動される。また、このホットプレス装置１０では、各ロール１２，１３，１４の回転速度および回転方向を制御することによって、互いに隣接するロール１２，１３，１４同士を互いに逆向きに回転駆動すると共に、第１の金属ロール１２とフレキシブルロール１４との間で挟み込まれた電極材原反１１に弛み等が発生するのを防止している。
【００４８】
第１の金属ロール１２は、その両端部に設けられた一対の支軸がフレームに設けられた一対の軸受部に軸支されることによって、軸回りに回転可能に支持されている。第１の金属ロール１２は、プレス時に他のロール１３，１４に対して基準となるロールであり、鉛直方向に移動することなく、一対の軸受部がフレームに固定支持されている。また、第１の金属ロール１２の外周面部は、例えばＳＵＪ（高炭素クロム軸受鋼鋼材）やＳＣＭ（クロムモリブデン鋼鋼材）等の特殊用途鋼や機械構造用炭素鋼・合金鋼からなっており、その硬度は、ＨＲＣ５０〜６０程度である。また、第１の金属ロール１２には、外周面部を加熱するヒータ機構が設けられている。なお、第１の金属ロール１２の外周面部は、例えば８０℃〜１５０℃の範囲で温度調節することが好ましい。
【００４９】
第２の金属ロール１３は、その両端部に設けられた一対の支軸がフレームに設けられた一対の軸受部に軸支されることによって、軸回りに回転可能に支持されている。この第２の金属ロール１３は、電極材原反１１に対する押圧を調節する加圧用ロールであり、一対の軸受部が鉛直方向に移動可能に支持されると共に、一対の軸受部には、電極材原反１１に対する押圧を調節するための油圧等による調節機構（図示せず。）が設けられている。そして、第２の金属ロール１３は、この調節機構が一対の軸受部を押圧することで、第１の金属ロール１２に対して加圧する方向に変位駆動される。これにより、第２の金属ロール１３は、電極材原反１１に対する押圧を調節することが可能となっている。また、第２の金属ロール１３の外周面部は、例えばＳＵＪやＳＣＭ等の特殊用途鋼や機械構造用炭素鋼・合金鋼からなっており、その硬度は、ＨＲＣ５０〜６０程度である。また、第２の金属ロール１３には、外周面部を加熱するヒータ機構が設けられている。なお、第２の金属ロール１３の外周面部は、例えば８０℃〜１５０℃の範囲で温度調節することが好ましい。
【００５０】
フレキシブルロール１４は、その両端部に設けられた一対の支軸がフレームに設けられた一対の軸受部に軸支されることによって、軸回りに回転可能に支持されている。また、一対の軸受部は、鉛直方向に移動可能に支持されている。したがって、フレキシブルロール１４は、第２の金属ロール１３に押圧されることによって、第１の金属ロール１２に対して加圧する方向に移動することになる。このフレキシブルロール１４を第１の金属ロール１２に圧接する機構は、第２の金属ロール１３を使用することに限らず、例えば、第２の金属ロール１３とフレキシブルロール１４との間に弾性ロールを介在させてフレキシブルロール１４を第１の金属ロール１２に対して圧接する機構としてもよい。
【００５１】
弾性ロールとしては、例えば図４に示すように、金属製の芯材１６と、この芯材１６の外周面を覆う厚みが例えば１０ｍｍ〜２０ｍｍの弾性体の層、例えば樹脂層１７とで構成し、該樹脂層１７部分を含む全体のロール径が、例えば２５０ｍｍ〜３５０ｍｍのものを使用する。弾性ロール１５を使用する場合には、その両端部に設けられた一対の支軸がフレームに設けられた一対の軸受部に軸支されることによって、軸回りに回転可能に支持させる。また、一対の軸受部は、鉛直方向に移動可能に支持させる。そして、弾性ロール１５が第２の金属ロール１３に押圧されることによって、第１の金属ロール１２に対してフレキシブルロール１４を加圧する方向に移動する構成とする。
【００５２】
フレキシブルロール１４は、芯材とロールの外周面部との間に外周面部を弾性変形可能とすると共に熱媒が循環される流路を形成する中空構造を有し、外周面部の温度が均一となるように流路が折り返された構造を有している。
【００５３】
具体的に、このフレキシブルロール１４は、図５に示すように、略円柱状のロールシャフト１８と、ロールシャフト１８が挿通される略円筒状の外筒１９と、ロールシャフト１８の外周面と外筒１９の内周面との間に介在される内周側スパイラルリング２０および外周側スパイラルリング２１とを有している。
【００５４】
ロールシャフト１８は、金属製の芯材であり、その両端部には、上述したフレームの一対の軸受部に軸支される一対の支軸１８ａ，１８ｂが設けられている。また、一対の支軸１８ａ，１８ｂの中心部には、後述する熱媒を導入または導出するための管路２２ａ，２２ｂが設けられている。これら管路２２ａ，２２ｂは、それぞれ一対の支軸１８ａ，１８ｂの両端部からロールシャフト１８の中心軸を通り、軸方向の中途部にてロールシャフト１８の外周面に臨むように形成されている。具体的には、管路２２ａ，２２ｂは、共にロールシャフト１８の中心軸を通り、外筒１９の開口の一端側でロールシャフト１８の外周面に臨むように形成されている。
【００５５】
外筒１９は、フレキシブルロール１４の外周面部を構成するものであり、例えばＳＵＪやＳＣＭ等の特殊用途鋼や機械構造用炭素鋼・合金鋼からなっており、その硬度は、ＨＲＣ５０〜６０程度である。内周側スパイラルリング２０は、樹脂等の弾性体が略円筒状に形成されてなり、その外周面には、後述する熱媒が循環される螺旋状の溝部２３が形成されている。外周側スパイラルリング２１は、樹脂等の弾性体が略円筒状に形成されてなり、その外周面には、後述する熱媒が循環される螺旋状の溝部２４が形成されている。
【００５６】
ロールシャフト１８と外筒１９との間に内周側スパイラルシャフト２０および外周側スパイラルリング２１が位置するように、内周側スパイラルシャフト２０がロールシャフト１８に固定されており、さらにその外側に外周側スパイラルリング２１が固定されている。なお、外周側スパイラルリング２１は、円筒形状の両端がそれぞれ略円盤状の一対の側板２５ａ，２５ｂによって内周側スパイラルリング２１に固定されている。
【００５７】
このフレキシブルロール１４は、内周側スパイラルリング２０および外周側スパイラルリング２１、ならびに一対の側板２５ａ，２５ｂを貫通するロールシャフト１８が外筒１９内に挿入された後に、外筒１９の両端開口部が一対の側板２６ａ，２６ｂによってそれぞれ封止された構造を有している。一対の側板２６ａ，２６ｂは、全体略円盤状に形成されてなり、その中心部には、ロールシャフト１８を貫通させる貫通孔２７ａ，２７ｂが形成されている。また、側板２６ａ，２６ｂの一端側は、外筒１９の内周部に嵌合されるように縮径された段付き形状を有している。
【００５８】
そして、これら一対の側板２６ａ，２６ｂは、外筒１９の両端開口部を封止した後に、ロールシャフト１８に固定されることによって、ロールシャフト１８、内周側スパイラルリング２０、外周側スパイラルリング２１および外筒１９を同軸上に位置させる。また、外筒１９と一対の側板２６ａ，２６ｂとの間には、ロールシャフト１８に対する外筒１９のラジアル方向（軸と直交する方向）およびスラスト方向（軸と平行な方向）の位置を規制するためのＯリング２８ａ，２８ｂ，２８ｃが設けられている。なお、ロールシャフト１８と外筒１９とは、リジットでなくフリー状態となっている。すなわち、ロールシャフト１８は、外筒１９をＯリング２８ａ，２８ｂ，２８ｃで支えており、ロールシャフト１８と外筒１９は機械的に固定されていない。Ｏリング２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、外筒１９と一対の側板２６ａ，２６ｂとの間に形成される僅かな隙間から、後述する熱媒が漏れることを防止する機能も有している。
【００５９】
一対の側板２５ａ，２５ｂと、一対の側板２６ａ，２５ｂとの間にはそれぞれ隙間が形成されている。ロールシャフト１８の一端側、すなわち側板２５ａと側板２６ａとの間の隙間には、溝部２４による流路の一端側と、側板２５ａに設けられた孔によって溝部２３による流路の一端側とが通じている。ロールシャフト１８の他端側、すなわち側板２５ｂと側板２６ｂとの間の隙間には、溝部２４による流路の他端側と管路２２ｂとが繋がっている。また、溝部２３による流路の他端側は、内周側スパイラルリング２０に設けられた孔によって管路２２ａと繋がっている。
【００６０】
したがって、フレキシブルロール１４の内部には、ロールシャフト１８の一端側に設けられた管路２２ａから油等の熱媒を導入した後に、ロールシャフト１８の他端側から一端側に向かって、内周側スパイラルリング２０の溝部２３と外周側スパイラルリング２１との間を循環させ、さらにロールシャフト１８の一端側で折り返し、ロールシャフト１８の一端側から他端側に向かって、外周側スパイラルリング２１の溝部２４と外筒１９との間を循環させて、ロールシャフト１８の他端側に設けられた管路２２ｂから導出させる流路が形成されている。フレキシブルロール１４は、この流路を熱媒が循環することで、外筒１９が加熱される構造を有する。
【００６１】
また、内周側スパイラルリング２０と外周側スパイラルリング２１との間には、熱媒を溝部２３に沿って効率よく循環させるために、柔らかいゴム状のシール２９が設けられている。このシール２９は、螺旋状の溝部２３の間に形成される頂上部が外周側スパイラルリング２１の内周面と接触する位置に設けられている。また、外周側スパイラルリング２１と外筒１９との間には、熱媒を溝部２４に沿って効率よく循環させるために、柔らかいゴム状のシール３０が設けられている。このシール３０は、螺旋状の溝部２４の間に形成される頂上部が外筒１９の内周面と接触する位置に設けられている。
【００６２】
以上のように、このフレキシブルロール１４では、ロールシャフト１８と外筒１９とが直接接触することはなく、ロールシャフト１８と外筒１９との間に介在される内周側スパイラルリング２０および外周側スパイラルリング２１によって、ロールシャフト１８と外筒１９との間が弾性変形可能とされた中空構造となっている。また、フレキシブルロール１４の内部には、熱媒を循環させる流路が形成されており、フレキシブルロール１４の外周面部を加熱することが可能となっている。なお、フレキシブルロール１４の外周面部は、例えば８０℃〜１５０℃の範囲で温度調節することが好ましい。
【００６３】
また、熱媒を循環させる流路は、ロールシャフト１８の一端から導入された熱媒がロールシャフト１８の他端側で溝部２３による流路に導入されて折り返され、さらに、溝部２３による流路から導出された熱媒がロールシャフト１８の一端側で折り返されて、溝部２４による流路に導入されて、ロールシャフト１８の他端側でロールシャフト１８に導出されて、ロールシャフト１８の他端から導出されるため、熱媒の流れ方向が対称とされ、熱媒の温度が徐々に低くなっていくことを全体的に緩和し、さらに、熱媒がロール内に滞留している時間を長くすることができる。これにより、外筒１９の温度が一定に保たれ、ロールの幅方向の温度差を抑えることができる。
【００６４】
なお、熱媒を循環させる流路は、ロールの内部で折り返すことでフレキシブルロール１４の外周面部の温度が均一となるように構成されたものであれば、特に、図５に示した形状に限ったものではなく、例えば、熱媒の導入、導出方向が逆向きであってもよいし、また、外周側スパイラルリング２１の外側にさらにスパイラルリングを設けた構成であってもよいし、管路２２ａ，２２ｂによる熱媒の導入および導出位置が違っていてもよい。
【００６５】
次に、以上のように構成されるホットプレス装置１０を用いて、上述した加圧処理工程を行う動作について説明する。
【００６６】
ホットプレス装置１０では、図３に示すように、電極材原反１１を、第１の金属ロール１２とフレキシブルロール１４との間で挟み込み、その間を通過させることで、電極材原反１１に対して加熱しながら加圧処理を行う。また、このホットプレス装置１０では、第２の金属ロール１３が第１の金属ロール１２に対して加圧する方向に移動することで、フレキシブルロール１４が第１の金属ロール１２との間で電極材原反１１を加圧する。
【００６７】
ところで、加圧用ロールである第２の金属ロール１３には、その両端部に加えられる圧力によって撓みが生じ、その中央部分が浮き上がる、いわゆるベンディング現象が生じる場合がある。
【００６８】
また、従来の加圧処理工程では、一対の金属ロールの間に電極材原反１１を挟み込んで加圧処理を行った場合に、一対の金属ロール同士の接触幅が狭くなることに起因して、電極材原反１１の幅方向における圧力分布が、上述した第２の金属ロール１３に発生するベンディング現象等によって大きく変化してしまう虞があった。
【００６９】
そこで、このホットプレス装置１０では、ロールシャフト１８と外筒１９との間が弾性変形可能とされた中空構造を有するフレキシブルロール１４が設けられており、このフレキシブルロール１４と第１の金属ロール１２との間で電極材原反１１を挟み込み、電極材原反１１に対して加圧処理を行っている。この場合、電極材原反１１を加圧する際にフレキシブルロール１４が弾性変形することによって、ベンディング現象による第２の金属ロール１３の変形を吸収して、電極材原反１１の幅方向の厚みのバラツキを抑えることができる。
【００７０】
また、フレキシブルロール１４内に設けられた熱媒の流路によって、フレキシブルロール１４の外周面部の温度差がほとんどない状態とすることができる。これによって、加圧用のロールに発生するサーマルクラウン現象を抑制でき、幅方向における厚みのバラツキをさらに少なくすることができる。
【００７１】
また、電極材原反１１を圧延の際に、ロールの幅方向に加わる圧力を限りなく均等にすることができることや、フレキシブルロール１４が中空構造を利用して熱媒の流路を形成していることから、低圧で十分な加圧が行える為、製造コストを低減できると共に、加圧処理時の作業性、例えば製造装置自体の操作性や加圧処理時の生産性を向上できる。
【００７２】
なお、第２の金属ロール１３とフレキシブルロール１４との間に、上述した弾性ロール１５を配置すれば、加圧処理時に弾性ロール１５の外周面部が弾性変形することによって、ベンディング現象による第２の金属ロール１３の変形を吸収し、より電極材原反１１の幅方向における厚みのバラツキを抑えることができる。
【００７３】
ところで、上述したフレキシブルロール１４のバネ定数は、例えば５０〜３５０ｋｇ／ｍｍであることが好ましい。
【００７４】
ここで、図６に示すように、長さＢが単位長さ（１ｍｍ）である外筒１９のリング状部分について考える。ここでは、外筒１９の肉厚を２ｈ（ｍｍ）とし、外筒１９の外径と内径との相加平均をＲ（ｍｍ）とする。
【００７５】
この外筒１９のリング状部分は、図７に示すように、単位長さ当たりの荷重Ｐ（ｋｇ）を加えると、変位ｕ（ｍｍ）だけ変位する。このとき、リング状部分のバネ定数をｋ（ｋｇ／ｍｍ）とすると、ｋ＝Ｐ／ｕとなる。
【００７６】
一方、変位ｕは、弾性理論から、ｕ＝Ｐ・Ｒ（π／８−１／π（１＋Ｋ））／Ａ・Ｅ・Ｋと求められる。なお、Ａは断面積（ｍｍ2）、Ｅは弾性係数（ｋｇ／ｍｍ2）、Ｋは形状係数を示し、Ａ＝２ｈＢであり、Ｋ＝Ｒ／２ｈ・log（（Ｒ＋ｈ）／（Ｒ−ｈ））−１である。
【００７７】
したがって、このリング状部分のバネ定数ｋは、ｋ＝Ａ・Ｅ・Ｋ／Ｒ（π／８−１／π（１＋Ｋ））として求めることができる。例えば、外筒１９の外径が２９６ｍｍ、内径が２４４ｍｍの場合、単位長さ当たりのバネ定数ｋは、計算により１６７ｋｇ／ｍｍと求めることができる。
【００７８】
以上のことから、外筒１９の断面積Ａを大きくする、即ち肉厚を厚くする、或いは外筒１９の径、詳しくは外径と内径との相加平均Ｒを小さくした場合には、バネ定数ｋは大きくなることから、荷重による変形（撓み）は小さくなる。逆に、外筒１９の肉厚を薄くする、或いは外筒１９の径を大きくした場合には、バネ定数ｋは小さくなることから、荷重による変形（撓み）は大きくなる。したがって、外筒１９の材質に応じて肉厚および径を選定すれば、フレキシブルロール１４の所望のバネ定数を得ることが可能である。
【００７９】
通常、リジットな金属ロール同士で加圧すると、その間の接触幅が狭くなって、幅方向の圧力分布が小さな要因に対しても大きく変化してしまう。故に、加圧方式によるベンディング作用でロール幅方向の圧力分布が大きく変動してしまう。フレキシブルロール１４は、上述したような弾性作用を備えることで、これら幅方向の圧力分布の変動を抑制することができる。
【００８０】
この発明では、上述した第１の金属ロール１２との接触幅に起因する圧力分布のバラツキを抑制するため、フレキシブルロール１４のバネ定数ｋを、５０〜３５０ｋｇ／ｍｍとしている。これにより、フレキシブルロール１４の第１の金属ロール１２に対する接触面積を均一に保つことが可能であり、電極材原反１１の幅方向に対して均質な加圧処理を行うことが可能である。
【００８１】
以上のように、このホットプレス装置１０を用いた加圧処理工程では、第２の金属ロール１３にベンディング現象が発生した場合でも、フレキシブルロール１４の変形により第２の金属ロール１３の撓みを吸収して均質な加圧処理を行うことが可能である。また、電極材原反１１を加圧する際に、フレキシブルロール１４が弾性変形することによって、このフレキシブルロール１４と第１の金属ロール１２との接触幅に起因する圧力分布のバラツキを抑制し、電極材原反１１の幅方向に対して均質な加圧処理を行うことが可能である。
【００８２】
したがって、この加圧処理工程では、電極材原反１１に対する均質な加圧処理を行うことが可能なことから、加圧後の活物質層の厚みのバラツキを抑制し、活物質層の高密度化、均質化による二次電池の電池特性の向上を図ることが可能である。
【００８３】
ホットプレス装置１０の変形例としては、図８に示すように、第１の金属ロール１２と、第１の金属ロール１２と対向して配置された第２の金属ロール１３と、第１の金属ロール１２と第２の金属ロール１３との間に、第２の金属ロール１３と隣接して配置された第１のフレキシブルロール１４ａと、第１の金属ロール１２および第１のフレキシブルロール１４ａと隣接して配置された第２のフレキシブルロール１４ｂとを備え、各ロール１２，１３，１４ａ，１４ｂの中心軸が同一平面上に並ぶように配置された構成としてもよい。
【００８４】
すなわち、このホットプレス装置１０の変形例は、図示を省略するフレームに、第１の金属ロール１２と、第２のフレキシブルロール１４ｂと、第１のフレキシブルロール１４ａと、第２の金属ロール１３とが順に積み重ねられた状態で支持された構造を有している。
【００８５】
そして、このホットプレス装置１０の変形例では、電極材原反１１を第１のフレキシブルロール１４ａと第２のフレキシブルロール１４ｂとの間で挟み込み、その間を通過させることで、電極材原反１１に対して加熱しながら加圧処理を行う。
【００８６】
なお、このホットプレス装置１０の変形例では、第２のフレキシブルロール１４ｂが追加された以外は、上述したプレス装置１０と同じ構成を有していることから、以下、各部の構成説明を省略するものとする。
【００８７】
以上のように、このホットプレス装置１０の変形例を用いた加圧処理工程では、第２の金属ロール１３にベンディング現象が発生した場合でも、第１のフレキシブルロール１４ａの弾性変形により第２の金属ロール１３の撓みを吸収すると共に、第２のフレキシブルロール１４ｂの弾性変形により第１の金属ロール１２の撓みを吸収して均質な加圧処理を行うことが可能である。また、電極材原反１１を加圧する際に、第１のフレキシブルロール１４ａおよび第２のフレキシブルロール１４ｂが弾性変形することによって、これら第１のフレキシブルロール１４ａと第２のフレキシブルロール１４ｂとの接触幅に起因する圧力分布のバラツキを抑制し、電極材原反１１の幅方向に対して均質な加圧処理を行うことが可能である。
【００８８】
したがって、この加圧処理工程では、電極材原反１１に対する均質な加圧処理を行うことが可能なことから、加圧後の活物質層の厚みのバラツキを抑制し、活物質層の高密度化、均質化による二次電池の電池特性の向上を図ることが可能である。
【００８９】
また、第１のフレキシブルロール１４ａおよび第２のフレキシブルロール１４ｂ内に設けられた熱媒の流路によって、第１のフレキシブルロール１４ａおよび第２のフレキシブルロール１４ｂのそれぞれの外周面部の温度差がほとんどない状態とすることができる。これによって、加圧用のロールに発生するサーマルクラウン現象を抑制でき、加圧後の電極材原反１１の幅方向における厚みのバラツキをさらに少なくすることができる。
【００９０】
また、電極材原反１１を圧延の際に、ロールの幅方向に加わる圧力を限りなく均等にすることができることや、第１のフレキシブルロール１４ａおよび第２のフレキシブルロール１４ａが中空構造を利用して熱媒の流路を形成していることから、低圧で十分な加圧が行える為、製造コストを低減できると共に、加圧処理時の作業性、例えば製造装置自体の操作性や加圧処理時の生産性を向上できる。
【００９１】
なお、この変形例においても、第２の金属ロール１３と第１のフレキシブルロール１４ａとの間および／または第１の金属ロール１２と第２のフレキシブルロール１４ｂとの間に、上述した弾性ロール１５を配置すれば、加圧処理時に弾性ロール１５の外周面部が弾性変形することによって、ベンディング現象による第２の金属ロール１３および／または第１の金属ロール１２の変形を吸収し、より電極材原反１１の幅方向における厚みのバラツキを抑えることができる。
【００９２】
また、上述したホットプレス装置１０は、第１の金属ロール１２、第２の金属ロール１３およびフレキシブルロール１４によって構成し、上述したホットプレス装置１０の変形例は、第１の金属ロール１２、第２の金属ロール１３、第１のフレキシブルロール１４ａおよび第２のフレキシブルロール１４ｂによって構成したが、必要に応じて電極材原反１１をガイドするガイドロールや、加圧後の電極材原反１１をバックアップするバックアップロールを設け、安定した加圧処理が行える構成としてもよい。
【００９３】
ここで、上述したフレキシブルロール１４を用いて加圧処理工程を行い、実際に二次電池を作製した実施例について説明する。また、実施例と比較するために作製した比較例について説明する。先ず、以下に示すような実施例１および比較例１の正極材を作製した。
【００９４】
＜実施例１＞
幅広のアルミニウム箔原反にリチウムイオン二次電池用の正極材塗料を正極活物質層の塗布厚が２３０μｍとなるように塗布した。その後、上述した図８に示すホットプレス装置１０の変形例を用いて、その正極活物質層が形成されたアルミニウム箔原反に対して加圧処理を行い、所定幅に裁断して正極材を作製した。このとき、各ロール１２，１３，１４ａ，１４ｂ間に加圧される圧力は、線圧として５００ｋｇ／ｃｍであり、第１のフレキシブルロール１４ａと第２のフレキシブルロール１４ｂとの間に、電極材原反１１として、正極活物質層が形成されたアルミニウム箔原反を通過させて加圧を行った。
【００９５】
＜比較例１＞
実施例１における第１のフレキシブルロール１４ａおよび第２のフレキシブルロール１４ｂに換えて、図９に示すフレキシブルロール４０を使用して加圧処理を行った以外は、正極材塗料の組成、活物質層の塗布厚、加圧時のニップ圧力等、実施例１と同一条件下で正極材を作製した。なお、図９に示すフレキシブルロール４０は、上述した特許文献１で説明されている、熱媒がロール内で折り返されず一方向に向かって循環されるものであり、ここでは説明を省略する。
【００９６】
これら実施例１および比較例１の正極材について、ロールの幅方向における表面温度の測定を行った。その結果を図１０に示す。
【００９７】
図１０からも明らかなように、比較例１として使用したフレキシブルロール４０は、幅方向における表面の温度変化のバラツキが大きくなっている。具体的には、最も温度が高い左端寄りの中央部が約１１０℃となり、最も温度が低い右端部が約１０５℃となり、幅方向において最大５℃程度の温度差が生じている。
【００９８】
これに対し、実施例１として使用した、上述したホットプレス装置１０の変形例における第１のフレキシブルロール１４ａおよび第２のフレキシブルロール１４ｂは、幅方向における表面の温度変化のバラツキが小さくなっている。具体的には、最も温度が高い中央部が約１１０℃となり、最も温度が低い右端部が約１０９℃となり、幅方向において最大１℃程度の温度差に抑えられている。
【００９９】
これら実施例１および比較例１の正極材について、幅方向における厚みのバラツキの評価を行った。その結果を図１１に示す。
【０１００】
図１１からも明らかなように、フレキシブルロール４０を使用して加圧処理を行った比較例１の正極材は、加圧側のフレキシブルロール４０においてサーマルクラウン現象が生じたため、中央部と両端部との厚みのバラツキが大きくなっている。具体的には、最も厚い中央部が約１６７．５μｍとなり、最も薄い右端部が約１６５μｍとなり、最大２．５μｍ程度の厚みの差が中央部と端部とで生じている。
【０１０１】
これに対し、上述したホットプレス装置１０の変形例を用いて加圧処理を行った実施例１の正極材は、サーマルクラウン現象が生じていないために、中央部と両端部との厚みのバラツキが小さくなっている。具体的には、実施例１においては、最も厚い中央部が約１６７μｍとなり、最も薄い両端部が約１６６μｍとなり、中央部と端部との厚みのバラツキが１μｍ以下に抑えられている。
【０１０２】
なお、図１０および図１１に示した結果は、正極材のものであるが、負極材においても同様の結果が得られた。
【０１０３】
以上のことから、フレキシブルロール１４を用いて加圧処理を行うことによって、電極材の幅方向にける厚みのバラツキを抑制できることが明らかとなった。
【０１０４】
この発明は、上述したこの発明の実施形態に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、上述した一実施形態では、電解液を使用するリチウムイオン二次電池に電極材原反１１を適用するとしたが、これに限らず、固形またはゲル状の電解質を使用するポリマー電池等、他の電極材原反を有する電池に適用することができる。
【０１０５】
さらに、二次電池の製造に限らず、弾性作用を有するプレスロールで、しかも加熱できる構造のものを使用する類似の産業分野にも活用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】この発明の実施形態を適用可能な二次電池の構成の一例を示す図である。
【図２】ロール間の圧力を説明するための図である。
【図３】一実施形態によるホットプレス装置の構成の一例を示す概略図である。
【図４】弾性ロールの構成の一例を示す断面図である。
【図５】一実施形態によるフレキシブルロールの構成の一例を示す断面図である。
【図６】フレキシブルロールのバネ定数を説明するための図である。
【図７】フレキシブルロールの変形状態を説明するための図である。
【図８】一実施形態によるホットプレス装置の構成の他の例を示す概略図である。
【図９】熱媒の流路が一方向に向かって形成されているフレキシブルロールの構成の一例を示す断面図である。
【図１０】フレキシブルロールの幅方向の表面温度を測定した結果を示す図である。
【図１１】正極材の幅方向の厚みを測定した結果を示す図である。
【図１２】従来の電極材原反の加圧処理を説明するための図である。
【図１３】ベンディング現象を説明するための図である。
【図１４】ベンディング現象への対処を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１・・・二次電池
２・・・正極材
３・・・負極材
１０・・・ホットプレス装置
１１・・・電極材原反
１２・・・第１の金属ロール
１３・・・第２の金属ロール
１４・・・フレキシブルロール
１４ａ・・・第１のフレキシブルロール
１４ｂ・・・第２のフレキシブルロール
１５・・・弾性ロール
１５ａ・・・第１の弾性ロール
１５ｂ・・・第２の弾性ロール
１８・・・ロールシャフト
１９・・・外筒
２０・・・内周側スパイラルリング
２１・・・外周側スパイラルリング
２２ａ，２２ｂ・・・管路
２３，２４・・・溝部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ロールと圧接されて、外周面部と上記金属ロールの外周面部との間に電極材原反を挟入して上記電極材原反を加圧するためのプレスロールであって、
芯材とロールの外周面部との間に上記外周面部を弾性変形可能とすると共に熱媒が循環される流路を形成する中空構造を有し、上記外周面部の温度が均一となるように上記流路が折り返されていることを特徴とするプレスロール。
【請求項２】
請求項１において、
上記流路は、上記芯材の外周面に螺旋状に設けられていることを特徴とするプレスロール。
【請求項３】
請求項１において、
上記ロールは、バネ定数が５０〜３５０ｋｇ／ｍｍの金属からなることを特徴とするプレスロール。
【請求項４】
請求項１において、
上記芯材の一端および他端は、それぞれ上記流路と通じており、上記熱媒は、上記芯材の一端から導入され、上記流路を通って、上記芯材の他端から導出されることを特徴とするプレスロール。
【請求項５】
請求項４において、
上記芯材の一端から導入された熱媒は、上記芯材の他端側で上記流路に導入されて折り返され、さらに、上記芯材の一端側で折り返されて、上記芯材の他端側で上記芯材に導出されて上記芯材の他端から導出されることを特徴とするプレスロール。
【請求項６】
電極材原反に対して加圧処理を行う二次電池の製造装置において、
芯材とロールの外周面部との間に上記外周面部を弾性変形可能とすると共に熱媒が循環される流路を形成する中空構造を有し、上記外周面部の温度が均一となるように上記流路が折り返されているプレスロールと、
上記プレスロールと隣接して配置された金属ロールと、
上記プレスロールを上記金属ロールに対して圧接する圧接手段とを有し、
上記プレスロールと上記金属ロールとの間に電極材原反を狭入して上記電極材原反を圧延することを特徴とする二次電池の製造装置。
【請求項７】
請求項６において、
上記流路は、上記芯材の外周面に螺旋状に設けられていることを特徴とする二次電池の製造装置。
【請求項８】
請求項６において、
上記プレスロールは、バネ定数が５０〜３５０ｋｇ／ｍｍの金属からなることを特徴とする二次電池の製造装置。
【請求項９】
請求項６において、
上記芯材の一端および他端は、それぞれ上記流路と通じており、上記熱媒は、上記芯材の一端から導入され、上記流路を通って、上記芯材の他端から導出されることを特徴とする二次電池の製造装置。
【請求項１０】
請求項９において、
上記芯材の一端から導入された熱媒は、上記芯材の他端側で上記流路に導入されて折り返され、さらに、上記芯材の一端側で折り返されて、上記芯材の他端側で上記芯材に導出されて上記芯材の他端から導出されることを特徴とする二次電池の製造装置。
【請求項１１】
請求項６において、
さらに、上記金属ロールの外周面部を加熱する加熱機構を有することを特徴とする二次電池の製造装置。
【請求項１２】
請求項６において、
上記金属ロールが上記プレスロールと同じ構造であることを特徴とする二次電池の製造装置。
【請求項１３】
電極材原反に対して加圧処理を行う加圧工程を有する二次電池の製造方法において、
芯材とロールの外周面部との間に上記外周面部を弾性変形可能とすると共に熱媒が循環される流路を形成する中空構造を有し、上記外周面部の温度が均一となるように上記流路が折り返されているプレスロールを、上記プレスロールと隣接して配置された金属ロールに圧接し、上記プレスロールと上記金属ロールとの間に電極材原反を狭入して上記電極材原反を圧延することを特徴とする二次電池の製造方法。
【請求項１４】
芯材とロールの外周面部との間に上記外周面部を弾性変形可能とすると共に熱媒が循環される流路を形成する中空構造を有し、上記外周面部の温度が均一となるように上記流路が折り返されているプレスロールを、上記プレスロールと隣接して配置された金属ロールに圧接し、上記プレスロールと上記金属ロールとの間に狭入することで圧延された電極材原反から所定幅に裁断されて帯状の正極材および負極材が作製され、上記正極材および上記負極材に形成された活物質層の幅方向における厚みのバラツキが１μｍ以下であることを特徴とする二次電池。
【請求項１】
金属ロールと圧接されて、外周面部と上記金属ロールの外周面部との間に電極材原反を挟入して上記電極材原反を加圧するためのプレスロールであって、
芯材とロールの外周面部との間に上記外周面部を弾性変形可能とすると共に熱媒が循環される流路を形成する中空構造を有し、上記外周面部の温度が均一となるように上記流路が折り返されていることを特徴とするプレスロール。
【請求項２】
請求項１において、
上記流路は、上記芯材の外周面に螺旋状に設けられていることを特徴とするプレスロール。
【請求項３】
請求項１において、
上記ロールは、バネ定数が５０〜３５０ｋｇ／ｍｍの金属からなることを特徴とするプレスロール。
【請求項４】
請求項１において、
上記芯材の一端および他端は、それぞれ上記流路と通じており、上記熱媒は、上記芯材の一端から導入され、上記流路を通って、上記芯材の他端から導出されることを特徴とするプレスロール。
【請求項５】
請求項４において、
上記芯材の一端から導入された熱媒は、上記芯材の他端側で上記流路に導入されて折り返され、さらに、上記芯材の一端側で折り返されて、上記芯材の他端側で上記芯材に導出されて上記芯材の他端から導出されることを特徴とするプレスロール。
【請求項６】
電極材原反に対して加圧処理を行う二次電池の製造装置において、
芯材とロールの外周面部との間に上記外周面部を弾性変形可能とすると共に熱媒が循環される流路を形成する中空構造を有し、上記外周面部の温度が均一となるように上記流路が折り返されているプレスロールと、
上記プレスロールと隣接して配置された金属ロールと、
上記プレスロールを上記金属ロールに対して圧接する圧接手段とを有し、
上記プレスロールと上記金属ロールとの間に電極材原反を狭入して上記電極材原反を圧延することを特徴とする二次電池の製造装置。
【請求項７】
請求項６において、
上記流路は、上記芯材の外周面に螺旋状に設けられていることを特徴とする二次電池の製造装置。
【請求項８】
請求項６において、
上記プレスロールは、バネ定数が５０〜３５０ｋｇ／ｍｍの金属からなることを特徴とする二次電池の製造装置。
【請求項９】
請求項６において、
上記芯材の一端および他端は、それぞれ上記流路と通じており、上記熱媒は、上記芯材の一端から導入され、上記流路を通って、上記芯材の他端から導出されることを特徴とする二次電池の製造装置。
【請求項１０】
請求項９において、
上記芯材の一端から導入された熱媒は、上記芯材の他端側で上記流路に導入されて折り返され、さらに、上記芯材の一端側で折り返されて、上記芯材の他端側で上記芯材に導出されて上記芯材の他端から導出されることを特徴とする二次電池の製造装置。
【請求項１１】
請求項６において、
さらに、上記金属ロールの外周面部を加熱する加熱機構を有することを特徴とする二次電池の製造装置。
【請求項１２】
請求項６において、
上記金属ロールが上記プレスロールと同じ構造であることを特徴とする二次電池の製造装置。
【請求項１３】
電極材原反に対して加圧処理を行う加圧工程を有する二次電池の製造方法において、
芯材とロールの外周面部との間に上記外周面部を弾性変形可能とすると共に熱媒が循環される流路を形成する中空構造を有し、上記外周面部の温度が均一となるように上記流路が折り返されているプレスロールを、上記プレスロールと隣接して配置された金属ロールに圧接し、上記プレスロールと上記金属ロールとの間に電極材原反を狭入して上記電極材原反を圧延することを特徴とする二次電池の製造方法。
【請求項１４】
芯材とロールの外周面部との間に上記外周面部を弾性変形可能とすると共に熱媒が循環される流路を形成する中空構造を有し、上記外周面部の温度が均一となるように上記流路が折り返されているプレスロールを、上記プレスロールと隣接して配置された金属ロールに圧接し、上記プレスロールと上記金属ロールとの間に狭入することで圧延された電極材原反から所定幅に裁断されて帯状の正極材および負極材が作製され、上記正極材および上記負極材に形成された活物質層の幅方向における厚みのバラツキが１μｍ以下であることを特徴とする二次電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００６−８６０５７（Ｐ２００６−８６０５７Ａ）
【公開日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２７０９９１（Ｐ２００４−２７０９９１）
【出願日】平成１６年９月１７日（２００４．９．１７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月１７日（２００４．９．１７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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