説明

ペースト塗工装置及び電極の製造方法

【課題】良好に支持体に電極ペーストを塗工することが可能なペースト塗工装置及び電極の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
分散剤を含有する正極ペーストを貯める第1のタンク18からコーティングダイ30に至る塗工流路34の途中に配置されたスタティック・ミキサ26と、そのスタティック・ミキサ26を通過後の正極ペーストを第1のタンク18に循環させる循環流路36と、を備えることを特徴とし、それにより、正極ペーストの正極導電材と結び付く分散剤の移動が阻止されて正極導電材の凝集を阻止できる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、支持体に電極ペーストを塗工するためのペースト塗工装置及び電極の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、この種の塗布装置は、例えば図5に示すように、スラリー1は、スラリータンク2に収容されている。送液ポンプ3は、配管4によりスラリータンク2に接続されている。送液ポンプ3は、スラリータンク2内のスラリー1をダイコータ5に送液する。塗布ロール6は、ダイコータ5に近接して配置されている。スタティックミキサ7は、送液ポンプ3からダイコータ5までのスラリー供給経路内に配置されている。ダイコータ5は、スラリー1が供給されるスラリー供給口5Aと、先端がスラリー吐出口5Cであるギャップ部5Bとを備える。スラリー供給口5Aからギャップ部5Bに導入されたスラリー1は、スラリー吐出口5Cから吐出され、塗布ロール6上を移動する集電体8上に塗布される。
このような塗布装置としては、例えば、特許文献1に記載されたスラリー塗布装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2008−117541号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、この特許文献1に記載されたスラリー塗布装置においては、スラリー1に分散剤が配合されると、時間の経過とともに分散剤の移動の影響を受けてスラリー1の粘度が上昇し、スラリー1を集電体8上に均一の厚さで塗布することが困難となる恐れがあった。従って、その集電体8を用いた電池の特性も低下する恐れがあった。
【0005】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、良好に支持体に電極ペーストを塗工することが可能なペースト塗工装置及び電極の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記の問題点を解決するために、本発明のペースト塗工装置は、次の構成を有している。
(1)分散剤を含有する電極ペーストを貯めるタンクから塗工部に至るペースト流路の途中に配置された静止型混合機と、前記静止型混合機を通過後の前記電極ペーストを前記タンクに循環させる循環流路と、を備えることを特徴とする。
(2)(1)に記載するペースト塗工装置において、前記ペースト流路には、前記静止型混合機の下流側にフィルタが配置されていることを特徴とする。
(3)(1)又は(2)に記載するペースト塗工装置において、前記分散剤は、塩基性官能基を有するビニルピロリンド系ポリマーであることを特徴とする。
【0007】
また、上記の問題点を解決するために、本発明の電極の製造方法は、次の構成を有している。
(4)(1)乃至(3)のいずれかに記載するペースト塗工装置を用いて支持体に電極ペーストを塗工して電極を製造したことを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
上記構成を有する本発明のペースト塗工装置の作用・効果について説明する。
(1)分散剤を含有する電極ペーストを貯めるタンクから塗工部に至るペースト流路の途中に配置された静止型混合機と、前記静止型混合機を通過後の前記電極ペーストを前記タンクに循環させる循環流路と、を備えるので、良好に支持体に電極ペーストを塗工することができるなど優れた作用効果を奏する。
【0009】
(2)(1)に記載するペースト塗工装置において、前記ペースト流路には、前記静止型混合機の下流側にフィルタが配置されているので、フィルタの交換時期が長くなり、装置のランニングコストが安くなる。
【0010】
(3)(1)又は(2)に記載するペースト塗工装置において、前記分散剤は、塩基性官能基を有するビニルピロリンド系ポリマーであるので、電極ペースト中において正極導電材が良く分散し、電池の特性が向上する。
また、上記構成を有する本発明の電極の製造方法の作用・効果について説明する。
(4)(1)乃至(3)のいずれかに記載するペースト塗工装置を用いて支持体に電極ペーストを塗工して電極を製造したので、良好に支持体に電極ペーストを塗工することができ、したがって、電池の特性が向上すると共に、品質が安定する。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明のペースト塗工装置及び電極の製造方法を実施する実施形態1に係る電極の製造装置を概略的に示す図である。
【図2】本発明のペースト塗工装置及び電極の製造方法を実施する実施形態2に係る電極の製造装置を概略的に示す図である。
【図3】本発明の比較例1に係る電極の製造装置を概略的に示す図である。
【図4】本発明の比較例2に係る電極の製造装置を概略的に示す図である。
【図5】従来の塗布装置を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
(実施形態1)
以下、本発明に係るペースト塗工装置及び電極の製造方法について、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は、適宜簡略化或いは変形誇張されて描画されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも実施例と同一ではない。
【0013】
図1は、本発明のペースト塗工装置及び電極の製造方法を実施する実施形態1に係る電極の製造装置を概略的に示す図である。
まず本発明者らは、正極活性物質、正極導電材及び分散剤を溶媒に分散させながら混練して正極ペースト(本発明の電極ペーストに相当する)を製造し、その後放置した場合、時間の経過と共に正極ペーストの粘度が上昇することに気づいた。
推定される増粘メカニズムは、混練直後、正極導電材はそれに分散剤が吸着している分散状態にある。放置すると、時間の経過と共に正極導電材の分散剤が正極活性物質に移動して正極導電材の分散剤が不足し凝集することで増粘が起きると推定される。そして、本発明者らは、混練直後の正極ペーストに、攪拌により常にせん断を与え続けることにより、正極ペーストの粘度の上昇を防止できることを発見した。
【0014】
図1に示す電極の製造装置10は、上記発見を具体化するものであり、以下に図1を参照してその詳細を説明する。
すなわち、電極の製造装置10は、ペースト塗工装置12と、塗工ローラ14とから構成され、前記ペースト塗工装置12は、前記塗工ローラ14に支持される支持体16の片側面に正電極ペーストを塗工することができ、それにより、電池の正電極が製造される。
前記ペースト塗工装置12は、混練された正極ペーストを貯蔵する第1のタンク18と、前記第1のタンク18に貯蔵された正極ペーストを第1のフィルタ20を介して第2のタンク24に移送する第1のポンプ22と、第2のタンク24に貯蔵された正極ペーストをスタティック・ミキサ(本発明の静止型混合機に相当する)26及び第2のフィルタ28(本発明のフィルタに相当する)を介してコーティングダイ30(本発明の塗工部に相当する)に移送する第2のポンプ32とを備える。前記第1のポンプ22及び第2のポンプ32は、無脈動・定量移送を実現可能なモーノポンプにより構成されている。
【0015】
前記第1のポンプ22の吸入側は、前記第1のタンク18の底部に接続パイプを介して接続され、また、第1のフィルタ20の吐出側は、第2のタンク24の上部側面に接続パイプを介して接続されており、従って、前記第1のポンプ22によって前記第1のタンク18の底部から排出された正極ペーストは、第1のフィルタ20を介して第2のタンク24の上部部分に移送される。
また、前記第2のポンプ32の吸入側は、前記第2のタンク24の底部に接続パイプを介して接続され、従って、前記第2のポンプ32によって前記第2のタンク24の底部から排出された正極ペーストは、前記スタティック・ミキサ26、前記第2のフィルタ28及びそれらを接続する接続パイプを介してコーティングダイ30に供給される。
前記コーティングダイ30は、エクストルージョン型のダイであり、前記第2のフィルタ28からの接続パイプが接続される供給口とは導入路30Aを介して接続されるスリット状の吐出口30Bを備える。前記塗工ローラ14は、吐出口30Bと近接して配置されており、従って、前記第2のポンプ32によってコーティングダイ30に供給された正極ペーストは、吐出口30Bから流出して前記塗工ローラ14上に支持された前記支持体16の片側面に均一の厚さで塗工される。
したがって、前記ペースト塗工装置12は、前記第1のタンク18から前記第1のポンプ22、前記第1のフィルタ20、前記第2のタンク24、前記第2のポンプ32、前記スタティック・ミキサ26及び前記第2のフィルタ28を介して前記コーティングダイ30の吐出口30Bに至る塗工流路(本発明のペースト流路に相当する)34を有する。
【0016】
また、前記ペースト塗工装置12は、前記コーティングダイ30から前記第1のタンク18に至る循環流路36を有する。前記循環流路36を構成する接続パイプの一端は、前記コーティングダイ30の導入路30Aに接続され、また接続パイプの他端は、前記第1のタンク18の上部側面において接続されている。
したがって、前記第2のフィルタ28を介して前記コーティングダイ30に供給された正極ペーストの大半は、前記循環流路36を介して前記第1のタンク18に戻る。
【0017】
前記スタティック・ミキサ26は、円筒状の外装パイプの内部に2種類のエレメントが交互に、且つ、各々90度になるよう固定されている。したがって、エレメントの数、エレメントの外径や長さを調整することによって、外装パイプ内を通過する正極ペーストに十分なせん断を与えることができるが、一般に市販されているスタティック・ミキサから適宜選択して使用することができる。また、前記スタティック・ミキサ26を通る流量は、0.5リットル/秒〜2リットル/秒ぐらいが望ましい。
前記第1のフィルタ20及び前記第2のフィルタ28は、正極ペーストに含有する凝集した正極誘電材やその他の塊などを除去するためのものであり、一般に市販されているフィルタから適宜選択して使用することができる。特に、前記第2のフィルタ28は、前記コーティングダイ30によって前記支持体16に正極ペーストを塗工する際に、スジやダマの発生防止に、重要な役割を担っている。
前記第2のタンク24は、正極ペーストの液面の高さを一定に調整し、前記支持体16への正極ペーストの塗工厚を一定にするためのものであり、5リットル〜15リットル程度の容量のものが用いられる。
前記第1のタンク18の容量は、半日もしくは1日の作業に必要な前記正極ペーストの量によって決定され、通常100リットル〜300リットル程度の容量のものが用いられる。
【0018】
前記正極ペーストは、正極活性物質、正極導電材及び分散剤を溶媒に分散させながら混練して製造したものである。さらに前記正極ペーストには、結着剤を含有させることが好ましい。
本実施例において使用する正極活物質としては特に限定はされないが、リチウムイオンをドーピングまたはインターカレーション可能な金属酸化物、金属硫化物等の金属化合物、および導電性高分子等を使用することができる。例えば、Fe、Co、Ni、Mn等の遷移金属の酸化物、リチウムとの複合酸化物、遷移金属硫化物等の無機化合物等が挙げられる。具体的には、MnO、V、V13、TiO等の遷移金属酸化物粉末、層状構造のニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、スピネル構造のマンガン酸リチウムなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物粉末、オリビン構造のリン酸化合物であるリン酸鉄リチウム系材料、TiS、FeSなどの遷移金属硫化物粉末等が挙げられる。また、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン等の導電性ポリマーを使用することもできる。また、上記の無機化合物や有機化合物を混合して用いてもよい。
【0019】
また、正極導電材としては、炭素材料が最も好ましい。炭素材料としては、導電性を有する炭素材料であれば特に限定されるものではないが、グラファイト、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンファイバー、フラーレン等を単独で、もしくは2種類以上併せて使用することができる。導電性、入手の容易さ、およびコスト面から、カーボンブラックの使用が好ましい。
【0020】
カーボンブラックとしては、気体もしくは液体の原料を反応炉中で連続的に熱分解し製造するファーネスブラック、特にエチレン重油を原料としたケッチェンブラック、原料ガスを燃焼させて、その炎をチャンネル鋼底面にあて急冷し析出させたチャンネルブラック、ガスを原料とし燃焼と熱分解を周期的に繰り返すことにより得られるサーマルブラック、特にアセチレンガスを原料とするアセチレンブラックなどの各種のものを単独で、もしくは2種類以上併せて使用することができる。また、通常行われている酸化処理されたカーボンブラックや、中空カーボン等も使用できる。
【0021】
また、分散剤としては、例えば、塩基性官能基を有する有機色素誘導体、塩基性官能基を有するアントラキノン誘導体、塩基性官能基を有するアクリドン誘導体、または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体から選ばれる1種以上の分散剤を挙げられる。
【0022】
また、溶媒としては、例えば、アルコール類、グリコール類、セロソルブ類、アミノアルコール類、アミン類、ケトン類、カルボン酸アミド類、リン酸アミド類、スルホキシド類、カルボン酸エステル類、リン酸エステル類、エーテル類、ニトリル類、水等が挙げられる。
【0023】
また、結着剤としては、エチレン、プロピレン、塩化ビニル、酢酸ビニル、ビニルアルコール、マレイン酸、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸、メタクリル酸エステル、アクリロニトリル、スチレン、ビニルブチラール、ビニルアセタール、ビニルピロリドン等を構成単位として含む重合体または共重合体;ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、アクリル樹脂、ホルムアルデヒド樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂;カルボキシメチルセルロースのようなセルロース樹脂;スチレン−ブタジエンゴム、フッ素ゴムのようなゴム類;ポリアニリン、ポリアセチレンのような導電性樹脂等が挙げられる。また、これらの樹脂の変性体や混合物、および共重合体でも良い。特に、耐性面から分子内にフッ素原子を含む高分子化合物、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、テトラフルオロエチレン等の使用が好ましい。
【0024】
また、支持体16としては、材質や形状は特に限定されず、材質としては、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、ステンレス等の金属や合金が用いられるが、特にアルミニウムの使用が好ましい。また、形状としては、一般的には平板上の箔が用いられるが、表面を粗面化したものや、穴あき箔状のもの、およびメッシュ状のものも使用できる。
【0025】
また、支持体16上に電極下地層があらかじめ形成されていてもよく、電極下地ペーストを支持体16上に塗布、乾燥する方法が挙げられる。電極下地層の膜厚としては、導電性および密着性が保たれる範囲であれば特に制限されないが、一般的には0.05μm以上、20μm以下であり、好ましくは0.1マイクロμm以上、10μm以下である。
電極下地層を用いる場合は、塩基性官能基を有する有機色素誘導体、塩基性官能基を有するアントラキノン誘導体、塩基性官能基を有するアクリドン誘導体、または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体から選ばれる1種以上の分散剤と、導電助剤としての炭素材料、分散助剤としての酸、および溶剤とからなる分散体をそのまま使用しても良いが、バインダー成分を添加し、電極下地ペーストとして使用することが好ましい。
なお、正電極は、支持体16上に正極ペーストを直接塗工したものでも良い。
【0026】
次に、以上のように構成された電極の製造装置10において、以下にその動作を説明する。
まず、正極活性物質、正極導電材、分散剤及び結着剤を溶媒に分散させながら混練して正極ペーストを製造して、それを第1のタンク18に投入する。
次に、第1のポンプ22を起動して第1のタンク18内の正極ペーストを第1のフィルタ20を介して第2のタンク24に移送する。
次に、第2のタンク24内の液面が一定以上になったところで、第2のポンプ32を起動してスタティック・ミキサ26及び前記第2のフィルタ28を介してコーティングダイ30に正極ペーストを供給すると共に、塗工ローラ14を回転させて塗工ローラ14上に支持された支持体16を移動させると、支持体16の片側面に、吐出口30Bから吐出する正極ペーストが一定の厚みで塗工され、電池の正電極が製造できる。そして、このようにして製造された正電極は、周知の負電極や電解質と組み合わされて電池として組み立てられる。
このとき、スタティック・ミキサ26を通過する正極ペーストは、スタティック・ミキサ26によって常にせん断が与えられ、それにより、正極導電材と結び付く分散剤の移動が阻止されて正極導電材が凝集することがない。したがって、従来の、正極導電材と結び付く分散剤が減少して正極導電材が凝集し、その結果、時間の経過と共に正極ペーストの粘度が上昇するといった問題点を解消することができる。
また、正極ペーストは、正極導電材が凝集することがないので、第2のフィルタ28の使用可能な期間を延ばすことができる。特に、本実施例では、第2のフィルタ28がスタティック・ミキサ26直後の下流側に設けられているため、その効果が顕著である。
【0027】
一方、第2のポンプ32によってコーティングダイ30に供給された正極ペーストの大半は、コーティングダイ30のから循環流路36を経て第1のタンク18内に帰還する。
このように本実施例においては、コーティングダイ30によって支持体16に正極ペーストが塗工されている際、スタティック・ミキサ26を通過した正極ペーストが常にコーティングダイ30の導入路30Aから循環流路36を経て第1のタンク18内に帰還しているため、第1のタンク18内の正極ペースト、第2のタンク24内の正極ペースト、塗工流路34上の正極ペースト及び循環流路36上の正極ペーストを含む未塗工の正極ペーストが、周期的にスタティック・ミキサ26によりせん断が与えられ、それにより、正極導電材と結び付く分散剤の移動が常に阻止され、したがって、仮に、正極ペーストの製造から時間が経過したとしても正極導電材が凝集することがない。したがって、正極ペーストの製造からの経過時間の関係なく支持体16に塗工される正極ペーストの膜厚が安定して一定となり、これを使用した電池の特性も向上すると共に品質も安定する。
【0028】
また、第1のタンク18では、正極ペーストが第1のタンク18の底部から第1のポンプ22によって吸引され、また循環流路36を経て第1のタンク18の上部に循環するため、第1のタンク18内の正極ペーストは、第1のタンク18内に滞ることなく全体に亘って満遍なく循環して周期的にスタティック・ミキサ26によりせん断が与えられ、したがって、第1のタンク18内での正極ペーストの凝集が防止できる。また、第2のタンク24でも同様で、第1のポンプ22によって第1のフィルタ20を介して第2のタンク24の上部に移送された正極ペーストは、第2のタンク24の底部から第2のポンプ32によって吸引されるため、第2のタンク24内の正極ペーストは、第2のタンク24内に滞ることなく全体に亘って満遍なく循環して周期的にスタティック・ミキサ26によりせん断が与えられ、第2のタンク24内での正極ペーストの凝集が防止できる。
【0029】
(実施例1)
以下に、実施例1を詳細に説明するが、本発明の主旨を超えない限り、本発明は以下に記載される実施例に限定されるものではない。
正極ペーストの原材料となる以下の正極活性物質、正極導電材、分散剤及び結着剤を、以下の溶媒に分散させながら混練して正極ペーストを製造した。
正極活性物質・・・リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物 100重量部
正極導電材・・・アセチレンブラック 10重量部
分散剤・・・ビニルピロリンド系ポリマー 0.5重量部
結着剤・・・ポリフッ化ビニリデン(PVDF) 3重量部
溶媒・・・N−メチルピロリドン(NMP) 113重量部
【0030】
次に、このようにして得た正極ペーストを電極の製造装置10の第1のタンク18に投入して正電極を製作した。この際、分散剤としてビニルピロリンド系ポリマーを用いたため、正極ペースト中において正極導電材が良く分散した。
なお、この時のペースト塗工装置12のタンク容量及び流量条件は、以下の通りであった。
第1のタンク18の容量・・・250リットル
第2のタンク24の容量・・・10リットル
スタティク・ミキサ26を通る流量・・・1リットル/秒
また、フィルタ及びスタティク・ミキサとして下記のものを使用した。
第1のフィルタ20及び第2のフィルタ28・・・ロキテクノ製HC−100
スタティク・ミキサ26・・・日本フローコントロール製スパイラルタイプ100−806
【0031】
次に、本実施例の評価として、正極ペーストの初期粘度、1日後の粘度、3日後の粘度を測定した。また、正電極の反応抵抗を測定した。
その測定結果は、以下のとおりであった。
初期粘度:3500cp
1日後の粘度:3600cp
3日後の粘度:3750cp
反応抵抗:8.08mΩ
なお、正極ペーストの初期粘度、1日後の粘度、3日後の粘度は、正極ペーストの製造直後、製造から1日後、及び3日後に正極ペーストをコーティングダイ30の直前部分から抜き取り、B型粘度計を用いて20rpmの条件で測定した。
また、正電極の反応抵抗は、製造から3日の間放置後の正極ペーストを使用して正電極を製造し、その製造された正電極を用いて1000mAhの容量の電池を製作し、0°Cにて交流インピーダンスを測定し、その測定結果をコールコールプロットと呼ばれるグラフで表示して円弧から反応抵抗を測定した。
【0032】
このように本実施例においては、正極ペーストの製造から3日後においても正極ペーストの粘度はほとんど製造直後と変わることがなく、したがって、正極導電材と結び付く分散剤が減少することなくて正極導電材が凝集していないことが判った。また、反応抵抗から電池の特性も良好であった。
したがって、本実施例の電極の製造装置10によれば、正極ペーストの製造直後から時間が経過しても正極ペーストの製造直後と略同じ特性の正電極を安定的に製造することができる。
また、正電極の製造を中断しなければならないトラブルが発生したとしても、バルブなどを閉めてコーティングダイ30の吐出口30Bへの正極ペーストの供給を中止すると共に、第1のポンプ22及び第2のポンプ32を駆動し続けて、第1のタンク18から第1のポンプ22、第1のフィルタ20、第2のタンク24、第2のポンプ32、スタティック・ミキサ26、第2のフィルタ28、及びコーティングダイ30に至る塗工流路34、コーティングダイ30から第1のタンク18に至る循環流路36を介して常に正極ペーストを循環させておけば、正極ペーストは、常にスタティック・ミキサ26によりせん断が与えられることになるため、正極導電材が凝集することがなく、製造直後の正極ペーストの状態を保つことができる。したがって、そのようなトラブルが発生したとしても、一旦製造した正極ペーストを廃棄する必要がなく、材料の無駄な廃棄を防止できる。
【0033】
(実施形態2)
以上、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこの実施例に限
定されるものではなく、別の態様でも実施され得る。図2は、本発明のペースト塗工装置及び電極の製造方法を実施する実施形態2に係る電極の製造装置を概略的に示す図である。なお、その説明中、前述の実施例と同じ作用効果を奏すものには、同じ符号を付して説明する。
すなわち、電極の製造装置50は、ペースト塗工装置52と、塗工ローラ14とから構成され、前記塗工ローラ14は、実施形態1と変わることなく、ペースト塗工装置52の構成が実施形態1とは異なる。つまり、実施形態1のペースト塗工装置12は、スタティック・ミキサ26が第2のポンプ32と第2のフィルタ28との間に配設されていたが、実施形態2のペースト塗工装置52は、スタティック・ミキサ26が第1のポンプ22と第2のタンク24との間に配置され、また、循環流路54が前記スタティック・ミキサ26と第2のタンク24との間から前記第1のタンク18の上部側面に接続されて、さらに、実施形態1の第1のフィルタ20が塗工流路34に存在しない点で相違している。
なお、前記スタティック・ミキサ26から流出した正極ペーストは、流量調節弁56により前記第2のタンク24へ向かう流量と前記循環流路54を介して前記第1のタンク18へ向かう流量が調節される。
【0034】
次に、以上のように構成された電極の製造装置50において、以下にその動作を説明する。
まず、正極活性物質、正極導電材、分散剤及び結着剤を溶媒に分散させながら混練して正極ペーストを製造して、それを第1のタンク18に投入する。
次に、第1のポンプ22を起動して第1のタンク18内の正極ペーストをスタティック・ミキサ26及び流量調節弁56を介して第2のタンク24に移送すると共に、スタティック・ミキサ26、流量調節弁56及び循環流路54を介して第1のタンク18へ循環させる。
次に、第2のタンク24内の液面が一定以上になったところで、第2のポンプ32を起動して第2のフィルタ28を介してコーティングダイ30に正極ペーストを供給すると共に、塗工ローラ14を回転させて塗工ローラ14上に支持された支持体16を移動させると、支持体16の片側面に、吐出口30Bから吐出する正極ペーストが一定の厚みで塗工され、電池の正電極が製造できる。
このとき、スタティック・ミキサ26を通過する正極ペーストは、スタティック・ミキサ26によって常にせん断が与えられ、それにより、正極導電材と結び付く分散剤の移動が阻止されて正極導電材が凝集することがない。したがって、従来の、正極導電材と結び付く分散剤が減少して正極導電材が凝集し、その結果、時間の経過と共に正極ペーストの粘度が上昇するといった問題点を解消することができる。
また、正極ペーストは、正極導電材が凝集することがないので、第2のフィルタ28の使用可能な期間を延ばすことができる。
【0035】
一方、スタティック・ミキサ26通過した正極ペーストは、流量調節弁56及び循環流路54を介して第1のタンク18へ循環しているため、第1のタンク18内の未塗工の正極ペーストが、周期的にスタティック・ミキサ26により常にせん断が与えられ、それにより正極導電材と結び付く分散剤の移動が阻止されて正極導電材が凝集することがない。したがって、正極ペーストの製造からの経過時間の関係なく支持体16に塗工される正極ペーストの膜厚が安定して一定となり、これを使用した電池の特性も向上すると共に安定する。
【0036】
(実施例2)
以下に、実施例2を詳細に説明するが、本発明の主旨を超えない限り、本発明は以下に記載される実施例に限定されるものではない。
正極ペーストの原材料となる実施例1と同じ正極活性物質、正極導電材、分散剤及び結着剤を、実施例1と同じ溶媒に分散させながら混練して正極ペーストを製造した。
【0037】
次に、このようにして得た正極ペーストを電極の製造装置50の第1のタンク18に投入して正電極を製作した。
なお、この時のペースト塗工装置52のタンク容量及び流量条件は、実施例1と同じである。
【0038】
次に、本実施例の評価として、正極ペーストの初期粘度、1日後の粘度、3日後の粘度を測定した。また、正電極の反応抵抗を測定した。
その測定結果は、以下のとおりであった。
初期粘度:3500cp
1日後の粘度:3750cp
3日後の粘度:4000cp
反応抵抗:8.14mΩ
なお、測定方法は、初期粘度については実施例1と同じである。また、1日後の粘度及び3日後の粘度は、第2のタンク24、第2のポンプ32、第2のフィルタ28及びコーティングダイ30に残留する正極ペーストを破棄した後清掃し、その後、第1のタンク18から供給された正極ペーストをコーティングダイ30の直前部分から抜き取り、B型粘度計を用いて20rpmの条件で測定した。さらに、反応抵抗は、清掃後、第1のタンク18から供給された正極ペーストを用いて製造した正電極を使用して測定した。
【0039】
このように本実施例においても、正極ペーストの製造から3日後においても正極ペーストの粘度はほとんど製造直後と変わることがなく、したがって、正極導電材と結び付く分散剤が減少することなくて正極導電材が凝集していないことが判った。また、反応抵抗から電池の特性も良好であった。
したがって、本実施例の電極の製造装置50によれば、正極ペーストの製造直後から時間が経過しても正極ペーストの製造直後と略同じ特性の正電極を安定的に製造することができる。
【0040】
(比較例1)
次に、本発明の比較例1を図面を参照して詳細に説明する。図3は、本発明の比較例1に係る電極の製造装置60を概略的に示す図である。なお、その説明中、前述の実施形態1と同じ作用効果を奏すものには、同じ符号を付して説明する。
すなわち、電極の製造装置60は、ペースト塗工装置62と、図示しない塗工ローラとから構成され、前記塗工ローラは、実施形態1と変わることなく、ペースト塗工装置62の構成が実施形態1とは異なる。つまり、実施形態1では、第2のポンプ32と第2のフィルタ28との間にスタティック・ミキサ26が配設されていたが、比較例1のペースト塗工装置62は、実施形態1のスタティック・ミキサ26がどこにも存在しない点で大きく相違しているが、その他は、実施形態1のペースト塗工装置12と同様の構成である。
【0041】
次に、以上のように構成された電極の製造装置60において、以下にその動作を説明する。
まず、正極活性物質、正極導電材、分散剤及び結着剤を溶媒に分散させながら混練して正極ペーストを製造して、それを第1のタンク18に投入する。
次に、第1のポンプ22を起動して第1のタンク18内の正極ペーストを第1のフィルタ20を介して第2のタンク24に移送する。
次に、第2のタンク24内の液面が一定以上になったところで、第2のポンプ32を起動して前記第2のフィルタ28を介してコーティングダイ30に正極ペーストを供給すると共に、塗工ローラ14を回転させて塗工ローラ14上に支持された支持体16を移動させると、支持体16の片側面に、吐出口30Bから吐出する正極ペーストが一定の厚みで塗工され、電池の正電極が製造できる。
一方、第2のポンプ32によってコーティングダイ30に供給された正極ペーストの大半は、コーティングダイ30から循環流路36を経て第1のタンク18内に帰還する。
【0042】
比較例1においても、正極ペーストの原材料となる実施例1と同じ正極活性物質、正極導電材、分散剤及び結着剤を、実施例1と同じ溶媒に分散させながら混練して正極ペーストを製造した。
【0043】
次に、このようにして得た正極ペーストを電極の製造装置60の第1のタンク18に投入して正電極を製作した。
なお、この時のペースト塗工装置62のタンク容量及び流量条件は、実施例1と同じである。
【0044】
次に、比較例1の評価として、正極ペーストの初期粘度、1日後の粘度、3日後の粘度を測定した。また、正電極の反応抵抗を測定した。
その測定結果は、以下のとおりであった。
初期粘度:3500cp
1日後の粘度:11000cp
3日後の粘度:15000cp
反応抵抗:10.32mΩ
なお、測定方法は、実施例1と同じである。
【0045】
(比較例2)
次に、本発明の比較例2を図面を参照して詳細に説明する。図4は、本発明の比較例2に係る電極の製造装置70を概略的に示す図である。なお、その説明中、前述の実施形態1と同じ作用効果を奏すものには、同じ符号を付して説明する。
すなわち、電極の製造装置70は、ペースト塗工装置72と、図示しない塗工ローラとから構成され、前記塗工ローラは、実施形態1と変わることなく、ペースト塗工装置72の構成が実施形態1とは異なる。つまり、実施形態1では、正極ペーストをコーティングダイ30から第1のタンク18内に帰還させるための循環流路36が存在したが、比較例2のペースト塗工装置72は、実施形態1の循環流路36がどこにも存在しない点で大きく相違しているが、その他は、実施形態1のペースト塗工装置12と同様の構成である。
【0046】
次に、以上のように構成された電極の製造装置70において、以下にその動作を説明する。
まず、正極活性物質、正極導電材、分散剤及び結着剤を溶媒に分散させながら混練して正極ペーストを製造して、それを第1のタンク18に投入する。
次に、第1のポンプ22を起動して第1のタンク18内の正極ペーストを第1のフィルタ20を介して第2のタンク24に移送する。
次に、第2のタンク24内の液面が一定以上になったところで、第2のポンプ32を起動して前記第2のフィルタ28を介してコーティングダイ30に正極ペーストを供給すると共に、塗工ローラ14を回転させて塗工ローラ14上に支持された支持体16を移動させると、支持体16の片側面に、吐出口30Bから吐出する正極ペーストが一定の厚みで塗工され、電池の正電極が製造される。
【0047】
比較例2においても、正極ペーストの原材料となる実施例1と同じ正極活性物質、正極導電材、分散剤及び結着剤を、実施例1と同じ溶媒に分散させながら混練して正極ペーストを製造した。
【0048】
次に、このようにして得た正極ペーストを電極の製造装置70の第1のタンク18に投入して正電極を製作した。
なお、この時のペースト塗工装置72のタンク容量及び流量条件は、実施例1と同じである。
【0049】
次に、比較例2の評価として、正極ペーストの初期粘度、1日後の粘度、3日後の粘度を測定した。また、正電極の反応抵抗を測定した。
その測定結果は、以下のとおりであった。
初期粘度:3500cp
1日後の粘度:12000cp
3日後の粘度:17000cp
反応抵抗:10.21mΩ
なお、測定方法は、実施例1と同じである。
【0050】
実施例1、実施例2、比較例1及び比較例2について、正極ペーストの初期粘度、1日後の粘度、3日後の粘度及び正電極の反応抵抗を以下に表1としてまとめると、以下の通りである。
【表1】

【0051】
この表1から明らかなように、実施例1及び実施例2については、正極ペーストの1日後の粘度及び3日後の粘度は、初期粘度とほとんど変化がなく、スタティック・ミキサ26を介して常に循環されている効果が特徴的に現れている。
すなわち、正極ペーストがスタティック・ミキサ26に常にせん断が与えられていることにより、正極導電材と結び付く分散剤の正極活性物質への移動が阻止され、その結果、正極導電材の凝集が阻止されている。
それに比較して、正極ペーストは常に循環しているが、その循環経路にスタティック・ミキサが存在しない比較例1、及びスタティック・ミキサ26は存在するが正極ペーストが循環することはない比較例2においては、正極ペーストの粘度が時間の経過と共に上昇しており、つまり、正極導電材と結び付く分散剤が、時間の経過と共に正極活性物質へ移動することによって、分散剤が結び付いていない正極導電材が凝集していることが判る。
また、反応抵抗から、実施例1及び実施例2の正電極の方が、比較例1及び比較例1の正電極のよりも電池特性が良好であることも明かである。
【0052】
なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、その他一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【符号の説明】
【0053】
10・・・電極の製造装置
12・・・ペースト塗工装置
18・・・第1のタンク
26・・・スタティック・ミキサ
30・・・コーティングダイ
34・・・塗工流路
36・・・循環流路

【特許請求の範囲】
【請求項1】
分散剤を含有する電極ペーストを貯めるタンクから塗工部に至るペースト流路の途中に配置された静止型混合機と、
前記静止型混合機を通過後の前記電極ペーストを前記タンクに循環させる循環流路と、
を備えることを特徴とするペースト塗工装置。
【請求項2】
請求項1に記載するペースト塗工装置において、
前記ペースト流路には、前記静止型混合機の下流側にフィルタが配置されていることを特徴とするペースト塗工装置。
【請求項3】
請求項1又は請求項2に記載するペースト塗工装置において、
前記分散剤は、塩基性官能基を有するビニルピロリンド系ポリマーであることを特徴とするペースト塗工装置。
【請求項4】
請求項1乃至請求項3のいずれかに記載するペースト塗工装置を用いて支持体に電極ペーストを塗工して電極を製造したことを特徴とする電極の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2013−4400(P2013−4400A)
【公開日】平成25年1月7日(2013.1.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−136210(P2011−136210)
【出願日】平成23年6月20日(2011.6.20)
【出願人】(000003207)トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Fターム(参考)】