塗工装置および電極の製造方法
【課題】 流路内の塗工液の圧力を適切に制御することができる塗工装置、およびこれを用いて高品質な電極を歩留まりよく形成することができる電極の製造方法を提供する。
【解決手段】 塗工部２２０内の流路２２１に塗工液Ｍを供給し、吐出孔２２２から吐出して集電体１１０に電極層１２０を形成する。流路２２１と吐出孔２２２との境界に保持溝２４１および遮断部材２４２を設ける。電極層１２０を形成する工程では、保持溝２４１内で遮断部材２４２の閉鎖面２４２Ａを吐出孔２２２の上壁面２２２Ａに接触させて流路２２１と吐出孔２２２との間を遮断する。露出領域１３０を形成する工程では、遮断部材２４２の閉鎖面２４２Ａを上壁面２２２Ａから離して流路２２１と吐出孔２２２とを連通させる。遮断機構２４０に協調して圧力調整弁２５２を開閉すると共に移動機構２６０により塗工部２２０と集電体１１０との間の間隙Ｇの大きさを変化させる。
【解決手段】 塗工部２２０内の流路２２１に塗工液Ｍを供給し、吐出孔２２２から吐出して集電体１１０に電極層１２０を形成する。流路２２１と吐出孔２２２との境界に保持溝２４１および遮断部材２４２を設ける。電極層１２０を形成する工程では、保持溝２４１内で遮断部材２４２の閉鎖面２４２Ａを吐出孔２２２の上壁面２２２Ａに接触させて流路２２１と吐出孔２２２との間を遮断する。露出領域１３０を形成する工程では、遮断部材２４２の閉鎖面２４２Ａを上壁面２２２Ａから離して流路２２１と吐出孔２２２とを連通させる。遮断機構２４０に協調して圧力調整弁２５２を開閉すると共に移動機構２６０により塗工部２２０と集電体１１０との間の間隙Ｇの大きさを変化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集電体に活物質を含む電極層を間欠的に形成するための塗工装置、およびこの塗工装置を用いた電極の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等のポータブル電子機器の電源として使用される二次電池の研究開発が活発に進められている。中でも、リチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度を実現することができるものとして注目されている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池は、正極と負極とをセパレータを間にして配置した構成を有している。正極および負極は、金属箔よりなる集電体に活物質を含む塗工液を塗工して電極層を形成したものである。また、正極および負極には、電極層が形成されず集電体が露出した露出領域が設けられている。この露出領域は、電流を外部に取り出すためのリードを取り付けるために必要とされる。
【０００４】
図１０は、電極層の形成に用いられている従来の塗工装置の一例を表したものである。この塗工装置は、集電体３１０を保持ロール４１１上で搬送しながら、塗工部（スロットダイ）４２０から塗工液Ｍを吐出して集電体３１０に電極層３２０を形成するものである。塗工部４２０の内部には、塗工液Ｍが供給される流路４２１および吐出孔（スロット）４２２が形成されている。流路４２１の入口には、弁棒４４１および駆動機構４４２よりなる往復式遮断弁４４０が設けられている。この往復式遮断弁４４０は、流路４２１を開放または閉鎖することにより塗工液Ｍを供給または遮断し、集電体３１０に電極層３２０または集電体３１０が露出した露出領域３３０を形成するためのものである。
【特許文献１】特開２００３−３３１８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の塗工装置では、運転開始直後に塗工された電極層３２０の厚みが所定の値に不足しており、不良品として廃棄せざるを得ず、歩留りを低下させてしまうという問題があった。すなわち、塗工液Ｍの吐出が停止している時には、流路４２１内の塗工液Ｍの圧力は狭い吐出孔４２２の流路抵抗とつり合った状態となっている。ここで吐出を再開すると、流路４２１内の塗工液Ｍの圧力は、吐出孔４２２の流路抵抗圧力を上回ることで徐々に吐出が始まり、図１１に示したように、定常塗工圧力に達するまで上昇を続ける。よって、定常塗工圧力に達した時点から所定の塗工量が得られるが、運転開始直後から定常塗工圧力に達するまでに塗工された電極層３２０は、塗工量が不足しているため薄くなってしまう。
【０００６】
また、従来の塗工装置は、図１２（Ａ）に示したように、電極層３２０の塗工開始端部３２０Ａの厚みが局部的に大きくなってしまうという問題を有していた。すなわち、往復式遮断弁４４０により流路４２１が開放されて塗工液Ｍが供給されると、流路４２１内の塗工液Ｍの圧力が上昇する。このとき、塗工液Ｍは擬塑性流体の挙動を示すので、吐出孔４２２内で剪断力が働かず停止している塗工液Ｍの見掛粘度は短時間のうちに高まってしまう。そのため、流路４２１内に供給される塗工液Ｍの圧力によって吐出孔４２２内の塗工液Ｍに剪断力が加えられて流動を始めるまでは、吐出孔４２２内の流路抵抗も高い状態にある。塗工液Ｍの圧力が吐出孔４２２の流路抵抗に打ち勝つことで塗工液Ｍの吐出に至るので、吐出開始直前、瞬間的に吐出孔４２２内の塗工液Ｍの圧力は定常塗工圧力を超過する。そののち、吐出孔４２２内の塗工液Ｍの圧力は、流動開始と共に定常塗工圧力に近づいていき塗工量が安定する。しかし、吐出開始時に発生する塗工液Ｍの圧力の超過は、塗工開始端部３２０Ａの塗工量過剰を招き、厚みが部分的に大きくなってしまっていた。
【０００７】
このように電極層３２０の塗工開始端部３２０Ａの厚みが局部的に厚くなっていると、図１２（Ｂ）に示したように、電極層３２０の形成後にローラで加圧して単位体積当たりの密度を高める圧密工程において、塗工開始端部３２０Ａに局部的に強い圧延が加えられて破断してしまい、歩留りを低下させるおそれがあった。
【０００８】
更に、従来では、塗工部４２０と集電体３１０との間の間隙Ｇを予め一定に保持するようにしていたので、図１２（Ｂ）に示したように、電極層３２０の塗工終了端部３２０Ｂを直線的に形成することができなかったり、塗工液Ｍの飛沫Ｓが付着してしまうという問題が生じていた。これは、往復式遮断弁４４０により流路４２１を閉鎖して塗工を停止しようとしても、吐出孔４２２内の塗工液Ｍの残圧のため塗工液Ｍを瞬時に遮断することができないからである。
【０００９】
塗工終了端部３２０Ｂに付着した飛沫Ｓは、次のような問題を引き起こしていた。例えば正極において塗工終了端部３２０Ｂに飛沫Ｓが付着してしまった場合、図１３に示したように、この正極５２１と負極５２２とをセパレータ５２３を間にして対向配置して電池を構成したときに、正極５２１上の飛沫Ｓに対向する負極５２２側の電極層が存在しないことになってしまう。よって、このまま充放電を行うと正極５２１側の飛沫Ｓから遊離したリチウムイオンは負極５２２側の電極層に吸蔵されず金属リチウムとして析出してしまい、セパレータ５２３を貫通して短絡不良の原因となり、歩留り低下の要因となっていた。
【００１０】
この問題を解決するため、例えば特許文献１では、塗工部４２０と集電体３１０との間の間隙Ｇを積極的に制御し、飛沫Ｓの付着を抑えるようにした方法が提案されている。しかし、この方法を実現するためには、塗工部４２０と集電体３１０との配置関係、集電体３１０の走行経路など、装置構成において更に改良の余地があった。
【００１１】
加えて、従来では、同じく図１２（Ｂ）に示したように、電極層３２０の塗工開始端部３２０Ａや塗工終了端部３２０Ｂの角にＲ形状部３２０Ｃが形成されてしまうという問題もあった。これは、吐出孔４２２の両端は、壁面の影響で流路抵抗が大きいことから、塗工開始時には中央に比べて吐出が遅れ、また、塗工終了時には中央に比べて吐出が早く途絶えてしまうからである。この問題は、生産性をあげるために集電体３１０の巻取速度を上げるにつれて顕著になっていた。
【００１２】
このようなＲ形状部３２０Ｃが形成されてしまうと、図１４に示したように、電極３００を所定幅に裁断して複数の電極条３４０を形成する際に、両端の電極条３４０は、電極層３２０の長さが所定値に不足するので廃棄しなければならかった。よって、電極層３２０の有効塗工幅Ｗが小さくなってしまい、これも歩留り低下の原因となってしまっていた。
【００１３】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、流路内の塗工液の圧力を適切に制御することができ、塗工性能を高めることができる塗工装置、およびこの塗工装置を用いて高品質な電極を歩留りよく形成することができる電極の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明による塗工装置は、塗工液が供給される流路、および流路の下流側端部に接続されると共に平坦な壁面を有する吐出孔を有する塗工部と、流路と吐出孔との境界に設けられた保持溝、並びに、保持溝内で第１位置および第２位置にそれぞれ変位可能であると共に、保持溝から露出した部分の一部に閉鎖面が設けられた遮断部材を含み、遮断部材は、第１位置において閉鎖面が吐出孔の保持溝に対向する壁面に接触することにより流路と吐出孔との間を遮断し、第２位置において閉鎖面が壁面から離れることにより流路と吐出孔とを連通させる遮断機構とを備えたものである。
【００１５】
この塗工装置では、保持溝内で遮断部材が第１位置にあるときには、遮断部材の閉鎖面が吐出孔の保持溝に対向する壁面に接触して流路と吐出孔との間が遮断され、塗工液が吐出孔から吐出されなくなる。また、遮断部材が第２位置にあるときには、閉鎖面が壁面から離れ、流路と吐出孔とが連通し、塗工液が吐出孔から吐出される。
【００１６】
本発明による電極の製造方法は、集電体に活物質を含む電極層と、前記集電体が露出した露出領域とを形成した電極を製造するものであって、本発明の塗工装置を用い、露出領域を形成する工程では、遮断部材を第１位置に変位させることにより閉鎖面を吐出孔の保持溝に対向する壁面に接触させて流路と吐出孔との間を遮断し、電極層を形成する工程では、遮断部材を第２位置に変位させることにより閉鎖面を壁面から離して流路と吐出孔とを連通させるようにしたものである。これにより、電極層を間欠的に有する電極が製造される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の塗工装置によれば、流路と吐出孔との境界に保持溝を設け、この保持溝内で遮断部材の閉鎖面を吐出孔の壁面に接触させることにより流路と吐出孔との間を遮断し、または遮断部材の閉鎖面を壁面から離すことにより流路と吐出孔とを連通させるようにしたので、流路内の塗工液の圧力を適切に制御することができ、塗工性能を高めることができる。よって、この塗工装置を用いた本発明の電極の製造方法によれば、高品質な電極を歩留りよく形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図５は本発明の一実施の形態に係る塗工装置を用いて製造される二次電池の断面構造を表すものである。この二次電池１０は、いわゆる円筒型といわれるリチウムイオン電池であり、ほぼ中空円柱状の電池缶１１の内部に、巻回体２０を有している。電池缶１１は、例えばニッケル（Ｎｉ）のめっきがされた鉄（Ｆｅ）により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶１１の内部には、巻回体２０を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板１２，１３がそれぞれ配置されている。
【００２０】
電池缶１１の開放端部には、電池蓋１４と、この電池蓋１４の内側に設けられた安全弁機構１５および熱感抵抗素子（Positive Temperature Coefficient；ＰＴＣ素子）１６とが、ガスケット１７を介してかしめられることにより取り付けられており、電池缶１１の内部は密閉されている。電池蓋１４は、例えば、電池缶１１と同様の材料により構成されている。安全弁機構１５は、熱感抵抗素子１６を介して電池蓋１４と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合にディスク板１５Ａが反転して電池蓋１４と巻回体２０との電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子１６は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものである。ガスケット１７は、例えば、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。
【００２１】
巻回体２０は、正極２１と負極２２とをセパレータ２３を介して積層し、巻回したものであり、中心にはステンレス鋼等よりなるセンターピン２４が挿入されている。正極２１は、例えば、アルミニウム箔等よりなる正極集電体にリチウム含有化合物等の正極活物質を含む電極層が設けられたものであり、負極２２は、例えば、銅箔等よりなる負極集電体にリチウムを吸蔵・離脱可能な炭素材料等の負極活物質を含む電極層が設けられたものである。また、セパレータ２３は、例えば、ポリプロピレン等の多孔質膜により構成されており、セパレータには、例えば、リチウム塩などの電解質塩を炭酸エステルなどの非水溶媒に溶解させた電解液が含浸されている。巻回体２０の正極２１にはアルミニウム（Ａｌ）などよりなる正極リード２５が接続されており、負極２２にはニッケルなどよりなる負極リード２６が接続されている。正極リード２５は安全弁機構１５に溶接されることにより電池蓋１４と電気的に接続されており、負極リード２６は電池缶１１に溶接され電気的に接続されている。
【００２２】
図１は、このような二次電池１０の正極２１または負極２２の製造に用いられる塗工装置の全体構成を表したものである。この塗工装置は、集電体１１０に活物質を含む電極層１２０と、集電体１１０が露出した露出領域１３０とを形成するものであり、集電体１１０を保持ロール２１１により保持しつつ搬送する搬送部２１０と、保持ロール２１１上の集電体１１０に対向配置された塗工部２２０とを有している。
【００２３】
搬送部２１０は、集電体１１０の巻出装置および巻取装置（いずれも図示せず）を備えており、集電体１１０は巻出装置から一定速度で巻き出され、保持ロール２１１上で塗工部２２０により塗工液Ｍが塗布されたのち巻取装置に一定速度で巻き取られるようになっている。保持ロール２１１は、例えば矢印Ａに示したように時計回りに回転することにより、集電体１１０を保持しつつ上方へ搬送して塗布部２２０を通過させる。なお、搬送部２１０には、保持ロール２１１のほか、適宜の個数のガイドロール（図示せず）が、集電体１１０の搬送経路に応じて配設されている。
【００２４】
塗工部２２０は、例えば密閉型スロットダイにより構成され、活物質を含む塗工液Ｍが供給される流路２２１を有している。流路２２１の下流側端部には、吐出孔２２２が接続されている。吐出孔２２２は流路２２１よりも細く、その壁面は平坦である。また、吐出孔２２２は、流路２２１の下流側端部から流路２２１に交差する方向に延び、その先端は保持ロール２１１上の集電体１１０に向けて開かれている。一方、流路２２１の上流側端部には、配管２３１を介して定量供給ポンプ２３０が接続されている。単位時間当たりの塗工量は、この定量供給ポンプ２３０からの塗工液Ｍの供給量により調整される。更に、この流路２２１の途中には、流路２２１内の塗布液Ｍの圧力を検出する圧力検出器２２３が取り付けられている。
【００２５】
流路２２１と吐出孔２２２との境界には、遮断機構２４０が設けられている。遮断機構２４０は、流路２２１と吐出孔２２２とを遮断または連通させるためのものであり、両者が交差する角部に設けられた例えば断面円弧状の保持溝２４１と、この保持溝２４１内に設けられた遮断部材２４２とにより構成されている。遮断部材２４２は、保持溝２４１内で回動することにより第１位置および第２位置にそれぞれ変位可能であり、回動の際に保持溝２４１に接触する部分は例えば断面円弧状とされている。また、遮断部材２４２には、保持溝２４１から露出した部分の一部に平坦な閉鎖面２４２Ａが設けられており、図２に示したように、第１位置において閉鎖面２４２Ａを吐出孔２２２の上壁面２２２Ａに接触させて流路２２１と吐出孔２２２との間を遮断し、図１に示したように、第２位置において閉鎖面２４２Ａを上壁面２２２Ａから離して流路２２１と吐出孔２２２とを連通させる。これにより、この塗工装置では、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力を適切に制御することができ、高品質な電極を歩留りよく形成することができるようになっている。
【００２６】
また、遮断機構２４０は流路２２１と吐出孔２２２との境界に設けられているので、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力の影響を受けることなく吐出孔２２２からの塗工液Ｍの吐出およびその停止を直接的に制御することができる。これに対して、従来では、流路の上流側端部の往復式遮断弁により塗工開始・中断を制御していたので、往復式遮断弁と吐出孔との間には大きな圧力損失を有する配管や流路などが介在しており、塗工開始・中断の制御に時間的遅れが生じ、高速塗工には対応することができなかった。
【００２７】
更に、この遮断部材２４２は、保持溝２４１から露出した部分の閉鎖面２４２Ａよりも上流側に、流路２２１を下流側に向けて緩やかに狭める塗工液案内部２４２Ｂを有している。この塗工液案内部２４２Ｂを設けていない場合には流路２２１の大きさが急に変化するので、粘性の高い塗工液Ｍが通過しにくくなる虞がある。塗工液案内部２４２Ｂを設けることによりなだらかな流路２２１を形成し、塗工液Ｍの流れを阻害することなく吐出孔２２２に導入することができる。
【００２８】
塗工液案内部２４２Ｂは、曲面でも平面でもよいが、平面により構成されていることが好ましい。曲面よりも平面のほうが作製しやすいからである。
【００２９】
また、塗工液案内部２４２Ｂは、一つの平面になっていてもよいが、複数、例えば二つの平面２４２Ｂ１，２４２Ｂ２により構成されていることが好ましい。よりなだらかな流路２２１を形成することができ、壁面効果により粘性境界層を安定的に発達させるのに有利であると共に、遮断部材２４２の強度も高くすることができるからである。
【００３０】
更に、これら二つの平面２４２Ｂ１，２４２Ｂ２は、上流側ほど面積が大きくなっていることが好ましい。このようにすれば、図３に拡大して示したように、上流側の平面２４２Ｂ２には、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力Ｐｍの影響により、（ａ−ｂ）×Ｐｍ［Ｐａ］で表される偶力Ｆがかかる。この偶力Ｆは、遮断部材２４２を、回動軸Ｃを中心として、閉鎖面２４２Ａを上壁面２２２Ａにより密着させる方向に回動させようとする方向に働く。よって、流路２２１と吐出孔２２２との間の遮断性・密閉性を更に向上させることができる。
【００３１】
このような遮断部材２４２としては、例えば、断面円形の部材、好ましくは円柱に、閉鎖面２４２Ａおよび塗工液案内部２４２Ｂの平面２４２Ｂ１，２４２Ｂ２を面取りしたものが好ましい。
【００３２】
更に、この塗工装置は、図１に示したように、流路２２１に連結された調整路２５１を有しており、この調整路２５１に圧力調整弁２５２が設けられている。調整路２５１は、例えば、流路２２１につながる配管２３１から分岐して設けられている。圧力調整弁２５２は、遮断機構２４０と協調して調整路２５１を開放または閉鎖することにより、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力を制御するものであり、流路２２１に直結して設けられているので流路２２１内の塗工液Ｍの圧力を反応よく、かつ高い再現性をもって制御することができる。なお、調整路２５１から排出された塗工液Ｍは回収され、塗工部２２０に再供給されるようになっている。
【００３３】
このような塗工部２２０は、例えばエアシリンダーなどにより構成された移動機構２６０に固定されている。移動機構２６０は、塗工部２２０を、吐出孔２２２の延長方向に平行な矢印Ｂ方向に移動させることにより、塗工部２２０と集電体１１０との間の間隙Ｇの大きさを変化させるものである。例えば、移動機構２６０は、間隙Ｇの大きさを、後述するように、電極層１２０を形成する工程では、電極層１２０の目的とする厚みに応じた定常塗工間隙Ｇ１とし、露出領域１３０を形成する工程では、定常塗工間隙Ｇ１よりも大きな非塗工時間隙Ｇ２とするようになっている。なお、非塗工時間隙Ｇ２は、定常塗工間隙Ｇ１と等しくてもよい。
【００３４】
更に、移動機構２６０は、間隙Ｇの大きさを、電極層１２０の形成中においても任意に変化させることができるようになっている。例えば、電極層１２０を形成する工程の開始直後の期間には、間隙Ｇの大きさを、定常塗工間隙Ｇ１よりも小さな塗工開始時間隙Ｇ３とする。一方、電極層１２０を形成する工程の終了直前の期間には、間隙Ｇの大きさを、定常塗工間隙Ｇ１よりも小さな塗工終了時間隙Ｇ４とする。このようにすることにより、この塗工装置では、電極層１２０の厚みの局部的なばらつきを改善すると共に、形状精度を高めることができるようになっている。なお、塗工開始時間隙Ｇ３は定常塗工間隙Ｇ１と等しくてもよい。また、塗工終了時間隙Ｇ４は定常塗工間隙Ｇ１に等しくてもよい。
【００３５】
定常塗工間隙Ｇ１，非塗工時間隙Ｇ２，塗工開始時間隙Ｇ３および塗工終了時間隙Ｇ４は、塗工液Ｍの種類や集電体１１０の巻取速度によって異なるが、それぞれ、例えば０．０１≦Ｇ≦１．００［ｍｍ］の範囲内で設定される。
【００３６】
図４は、この塗工装置を用いた電極の製造方法を説明するためのタイミングチャートである。この電極の製造方法では、運転停止の状態から、時刻ｔ１で起動し、時刻ｔ２まで予備運転工程を行う。時刻ｔ２から時刻ｔ３まで電極層１２０を形成する初回の工程を行い、時刻ｔ３から時刻ｔ４まで露出領域１３０を形成する工程を行う。時刻ｔ４から時刻ｔ５まで、再び電極層１２０を形成する工程を行い、時刻ｔ５から時刻ｔ６まで、再び露出領域を形成する工程を行う。そののち、同様にして、電極層１２０を形成する工程と、露出領域１３０を形成する工程とを交互に行う。
【００３７】
運転停止の状態では、塗工部２２０の流路２２１内の塗工液Ｍの圧力は流路２２１内の流路抵抗と釣り合った状態となっている。このとき、遮断機構２４０の遮断部材２４２を第１位置とし、閉鎖面２４２Ａを上壁面２２２Ａに接触させることにより流路２２１と吐出孔２２２との間を遮断する（遮断機構；閉鎖）。また、圧力調整弁２５２により調整路２５１を閉鎖し（圧力調整弁；閉鎖）、定量供給ポンプ２３０は停止とする。間隙Ｇの大きさは、非塗工時間隙Ｇ２としておく。
【００３８】
予備運転工程では、定量供給ポンプ２３０の運転を開始すると共に圧力調整弁２５２により調整路２５１を開放し（圧力調整弁；開放）、流路２２１への塗工液Ｍの供給を開始する（時刻ｔ１）。流路２２１内の塗工液Ｍの圧力を圧力検出器２２３により検出し、所定の定常塗工圧力Ｐに達するまで遮断機構２４０の遮断部材２４２を第１位置とすることにより流路２２１と吐出孔２２２との間を遮断しておく（遮断機構；閉鎖）。これにより、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力を十分に高めてから電極層１２０を形成することができ、初回から電極層１２０を所望の厚みで形成することができ、運転開始直後の電極層１２０の厚み不足をなくすことができる。なお、予備運転工程においては、間隙Ｇの大きさは、非塗工時間隙Ｇ２のまま維持する。
【００３９】
ここで定常塗工圧力Ｐは、塗工液Ｍの種類や集電体１１０の巻取速度により異なるが、例えば０．０２≦Ｐ≦０．１０［ＭＰａ］の範囲内で設定する。
【００４０】
流路２２１内の塗工液Ｍの圧力が定常塗工圧力Ｐに達したら、電極層１２０を形成する工程を開始する前に、遮断機構２４０の遮断部材２４２を第２位置に変位させることにより閉鎖面２４２Ａを上壁面２２２Ａから離して流路２２１と吐出孔２２２とを連通させ（時刻ｔ１１、遮断機構；開放）、続いて、圧力調整弁２５２により調整路２５１を閉鎖したのち（時刻ｔ１２、圧力調整弁；閉鎖）、塗工液Ｍの塗工を開始して（時刻ｔ２）電極層１２０を形成する工程を行う。
【００４１】
このとき、圧力調整弁２５２により調整路２５１を閉鎖するタイミングを適切に設定することにより、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力を定常塗工圧力Ｐに維持しつつ塗工を開始することができる。これにより、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力が定常塗工圧力Ｐよりも低い場合に塗工開始端部１２０Ａの角に発生しやすいＲ形状を抑制し、電極層１２０の有効塗工幅を長くすることができる。なお、圧力調整弁２５２の適正な閉鎖タイミングは、塗工液Ｍの種類や集電体１１１の巻取速度により異なる。
【００４２】
また、このように圧力調整弁２５２により調整路２５１を閉鎖するタイミングを適切に設定することは、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力が定常塗工圧力Ｐを超過するのを抑え、塗工部２２０と集電体１１０との間の間隙Ｇに存在する塗工液Ｍの量を抑制することにもなる。これに加えて、電極層１２０を形成する工程の開始直後の期間（時刻ｔ２〜時刻ｔ２１）には、移動機構２６０により塗工部２２０を移動させて、間隙Ｇの大きさを定常塗工間隙Ｇ１よりも小さな塗工開始時間隙Ｇ３とする。以上により、電極層１２０の塗工開始端部１２０Ａの厚みが局部的に大きくなることを抑えることができ、この後の圧密工程において塗工開始端部１２０Ａに局部的に強い圧延が加えられて破断してしまうのを防ぐことができる。
【００４３】
電極層１２０を形成する工程では、遮断機構２４０の遮断部材２４２を第２位置として流路２２１と吐出孔２２２とを連通させ（遮断機構；開放）、圧力調整弁２５２により調整路２５１を閉鎖する（圧力調整弁；閉鎖）。間隙Ｇの大きさは定常塗工間隙Ｇ１とする。
【００４４】
電極層１２０を形成する工程を終了する前に、遮断機構２４０の遮断部材２４２を第１位置に変位させることにより流路２２１と吐出孔２２２との間を遮断し（時刻ｔ２２、遮断機構；閉鎖）、圧力調整弁２５２により調整路２５１を開放したのち（時刻ｔ２３、圧力調整弁；開放）、塗工液Ｍの塗工を終了して（時刻ｔ３）電極層１２０を形成する工程を終了する。
【００４５】
このとき、圧力調整弁２５２により調整路２５１を開放するタイミングを適切に設定することにより、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力を定常塗工圧力Ｐに維持しつつ塗工を終了することができる。これにより、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力が定常塗工圧力Ｐよりも低い場合に塗工終了端部１２０Ｂの角に発生しやすいＲ形状を抑制し、電極層１２０の有効塗工幅を長くすることができる。
【００４６】
また、このように圧力調整弁２５２により調整路２５１を開放するタイミングを適切に設定することで、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力が定常塗工圧力Ｐを超過するのを抑え、塗工部２２０と集電体１１０との間の間隙Ｇに存在する塗工液Ｍの量を抑制するもできる。これに加えて、電極層１２０を形成する工程の終了直前の期間（時刻ｔ２４〜時刻ｔ３）には、移動機構２６０により塗工部２２０を移動させて、間隙Ｇの大きさを、定常塗工間隙Ｇ１よりも小さな塗工終了時間隙Ｇ４とする。以上により、塗工部２２０と集電体１１０との間の間隙Ｇに存在する塗工液Ｍを集電体１１０上ですり切り、塗工終了端部１２０Ｂの直線性を高めると共に塗工液Ｍの飛沫が付着するのを抑えることができる。
【００４７】
なお、塗工終了時間隙Ｇ４および塗工開始時間隙Ｇ３はそれぞれ独立に設定することができ、例えば、塗工終了時間隙Ｇ４は塗工開始時間隙Ｇ３よりも狭くてもよいし、または同一あるいはより広くてもよい。なお、塗工開始時間隙Ｇ３を定常塗工間隙Ｇ１と等しくしてもよい。また、塗工終了時間隙Ｇ４を定常塗工間隙Ｇ１に等しくしてもよい。
【００４８】
露出領域１３０を形成する工程では、遮断機構２４０の遮断部材２４２を第１位置として流路２２１と吐出孔２２２との間を遮断し（遮断機構；閉鎖）、圧力調整弁２５２により調整路２５１を開放する（圧力調整弁；開放）。間隙Ｇの大きさは非塗工時間隙Ｇ２とする。なお、非塗工時間隙Ｇ２を定常塗工間隙Ｇ１と等しくしてもよい。
【００４９】
再び電極層１２０を形成する工程を開始する前に、遮断機構２４０の遮断部材２４２を第２位置に変位させることにより流路２２１と吐出孔２２２とを連通させ（時刻ｔ３１、遮断機構；開放）、続いて、圧力調整弁２５２により調整路２５１を閉鎖したのち（時刻ｔ３２、圧力調整弁；閉鎖）、塗工液Ｍの塗工を開始して（時刻ｔ４）電極層１２０を形成する工程を行う。
【００５０】
これ以降は、電極層１２０を形成する初回の工程およびそれに続いて露出領域１３０を形成する工程と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００５１】
このように本実施の形態では、流路２２１と吐出孔２２２との境界に保持溝２４１を設け、この保持溝２４１内で遮断部材２４２の閉鎖面２４２Ａを吐出孔２２２の上壁面２２２Ａに接触させることにより流路２２１と吐出孔２２２との間を遮断し、または遮断部材２４２の閉鎖面２４２Ａを上壁面２２２Ａから離して流路２２１と吐出孔２２２とを連通させるようにしたので、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力を適切に制御することができ、塗工性能を高めることができる。よって、この塗工装置を用いて二次電池１０の正極２１または負極２２を製造することにより、高品質な正極２１または負極２２を歩留りよく形成することができる。
【００５２】
特に、遮断部材２４２の閉鎖面２４２Ａよりも上流側に、流路２２１を下流側に向けて緩やかに狭める塗工液案内部２４２Ｂを設けたので、塗工液Ｍの流れを阻害することなく吐出孔２２２から吐出させることができる。
【００５３】
また、塗工液案内部２４２Ｂを二つの平面２４２Ｂ１，２４２Ｂ２により構成し、これら二つの平面２４２Ｂ１，２４２Ｂ２を、上流側ほど面積が大きくなるようにしたので、上流側の平面２４２Ｂ２にかかる偶力Ｆにより、流路２２１と吐出孔２２２との間の遮断性・密閉性を更に向上させることができる。
【００５４】
更に、電極層１２０を形成する初回の工程を行う前の予備運転工程において、流路２２１への塗工液Ｍの供給を開始したのち、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力が定常塗工圧力Ｐに達するまで遮断機構２４０により流路２２１と吐出孔２２２との間を遮断しておくようにしたので、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力を十分に高めてから電極１２０を形成することができ、初回から電極層１２０を所望の厚みで形成することができ、運転開始直後の電極層１２０の厚み不足をなくすことができる。
【００５５】
加えて、遮断機構２４０と協調して圧力制御弁２５２により調整路２５１を開放または閉鎖することにより流路２２１内の塗工液Ｍの圧力を制御し、かつ移動機構２６０により間隙Ｇの大きさを適切に制御するようにしたので、電極層１２０の塗工開始端部１２０Ａ厚みが局部的に厚くなるのを抑えて圧密工程における電極の破断を防止したり、塗工終了端部１２０Ｂの直線性を高めて飛沫の付着を抑えたり、塗工開始端部１２０Ａや塗工終了端部１２０Ｂの角にＲ形状部が形成されるのを抑えることができる。
【実施例】
【００５６】
更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。
【００５７】
（実施例）
上記実施の形態で説明した塗工装置により正極２１を作製した。その際、図４に示した製造方法により、厚み１８μｍのアルミニウム箔よりなる集電体１１０に、正極活物質としてリチウム・コバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ2 ）を含む電極層１２０と、集電体１１０が露出した露出領域１３０とを形成した。
【００５８】
本実施例に対する比較例として、図１０に示したような、往復式遮断弁４４０により塗工開始・終了を制御するようにした従来の塗工装置を用いたことを除いては、本実施例と同様にして正極を形成した。
【００５９】
実施例および比較例のそれぞれについて、塗工時間による平均塗工量の推移を調べた。その結果を図６に示す。また、得られた実施例および比較例の正極について、電極層を乾燥させたのち、塗工開始端部からの距離と厚みとの関係、塗工終了端部の形状、並びに、塗工開始端部および塗工終了端部の角の形状を調べた。その結果をそれぞれ図７，図８および図９に示す。なお、図８および図９は該当部位の写真を模写したものである。
【００６０】
図６から分かるように、実施例では、運転開始直後から安定した平均塗工量が得られたのに対して、比較例では、運転開始直後の平均塗工量が少なく、徐々に増加して安定した値に達するまでに時間がかかった。すなわち、上記実施の形態で説明した塗工装置を用い、予備運転工程を行って流路２２１内の塗工液Ｍの圧力を十分に高めてから電極層１２０の形成を始めるようにすれば、運転開始から終了まで平均塗工量を一定に維持することができ、運転開始直後の電極層２２０の厚み不足を抑えることができることが分かった。
【００６１】
また、実施例では、比較例に比べて、図７から分かるように、電極層１２０の塗工開始端部１２０Ａの厚みのばらつきが低減され、図８に示したように、塗工終了端部１２０Ｂに飛沫Ｓが付着せず直線性が改善されていた。更に、図９に示したように、塗工開始端部１２０Ａや塗工終了端部１２０Ｂの角は矩形状となり、Ｒ形状部が形成されることもなかった。すなわち、上記実施の形態で説明した塗工装置を用い、遮断機構２４０と協調して圧力制御弁２５２を開放または閉鎖することにより流路２２１内の塗工液Ｍの圧力を制御し、かつ移動機構２６０により間隙Ｇの大きさを適切に制御すれば、電極層１２０の厚みの局部的なばらつきを抑え、形状精度も高めることができることが分かった。
【００６２】
なお、負極２２として、厚み１３μｍの銅箔よりなる集電体１１０に、負極活物質として炭素材料を含む電極層１２０と、集電体１１０が露出した露出領域１３０とを上記実施例と同様にして形成したところ、上記実施例と同様の結果が得られた。
【００６３】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、塗工装置の構成を具体的に挙げて説明したが、塗工装置の構成は上記実施の形態および実施例に限られない。例えば、上記実施の形態および実施例では、遮断機構２４０を吐出孔２２２の下壁面の側に設けると共に、遮断部材２４２の閉鎖面２４２Ａを吐出孔２２２の上壁面２２２Ａに接触させるようにした場合について説明したが、遮断機構２４０を設ける位置は、遮断部材２４２の閉鎖面２４２Ａを吐出孔２２２の保持溝２４１に対向する壁面に接触させることができる限り、特に限定されない。よって、例えば、遮断機構２４０を吐出孔２２２の上壁面の側に設けると共に、遮断部材２４２の閉鎖面２４２Ａを吐出孔２２２の下壁面に接触させるようにしてもよい。
【００６４】
また、例えば、上記実施の形態および実施例では、圧力調整弁２５２が、定量供給ポンプ２３０から塗工部２２０へ塗工液Ｍを供給する配管２３１に接続されている場合について説明したが、圧力調整弁２５２は、例えば、流路２２１に直結される独立した配管経路によって接続されていてもよい。
【００６５】
また、例えば、上記実施の形態および実施例では、閉鎖面２４２Ａが平坦面であり、閉鎖面２４２Ａと上壁面２２２Ａとが面接触することにより流路２２１と吐出孔２２２との間を遮断する場合について説明したが、閉鎖面２４２Ａは流路２２１と吐出孔２２２との間を遮断することができればよく、また、そのとき閉鎖面２４２Ａと上壁面２２２Ａとは必ずしも面接触している必要はなく、線接触でもよい。また、遮断部材２４２の上壁面２２２Ａへの接触部を柔軟な弾性変形素材により構成すれば、閉鎖面２４２Ａは完全な平坦面でなくてもよく、粗い平面であってもよい。また、遮断部材２４２は、上壁面２２２Ａにならう形状であれば、波形の断面形状などでもよい。
【００６６】
更に、例えば、上記実施の形態および実施例では、吐出孔２２２は、流路２２１の下流側端部から流路２２１に交差する方向に延びており、両者の交差する角部に保持溝２４１が設けられている場合について説明したが、流路２２１と吐出孔２２２とを同一直線上に形成し、両者の境界に保持溝２４１を設けるようにしてもよい
【００６７】
加えて、例えば、上記実施の形態および実施例では、保持溝２４１は断面円弧状であり、遮断部材２４２の回動の際に保持溝２４１に接触する部分も断面円弧状とされている場合について説明したが、保持溝２４１および遮断部材２４２の形状は上記実施の形態および実施例で説明した例に限られない。すなわち、遮断部材２４２の回動の際に保持溝２４１に接触する部分の形状は、保持溝２４１と遮断部材２４２との間の隙間から保持溝２４１内に塗工液Ｍが入り込まないようにする必要がある。そのためには、少なくとも回動の際に保持溝２４１の円弧の両端に接触する部分だけが断面円弧状であればよく、それ以外の部分は平面または多角形などでもよい。一方、保持溝２４１は、内部で遮断部材２４２が回動するのを妨げない形状である限り、特に断面円弧状に限定されない。
【００６８】
更にまた、例えば、上記実施の形態および実施例では、定量供給ポンプ２３０により塗工液Ｍを継続的に供給する場合について説明したが、上述した電極の製造方法と並行して、ポンプにより流路２２１内の塗工液Ｍの圧力を制御することができるようにしてもよい。
【００６９】
加えてまた、上記実施の形態および実施例では、搬送部２１０の保持ロール２１１が、矢印Ａに示したように時計回りに回転することにより、集電体１１０を保持しつつ上方へ搬送して塗布部２２０を通過させる場合について説明したが、保持ロール２１１の回転方向および集電体１１０の搬送方向は特に限定されない。例えば、保持ロール２１１は反時計回りに回転することにより集電体１１０を下方へ搬送するものであってもよい。
【００７０】
更にまた、塗工部２２０と集電体１１０との配置関係、塗工液Ｍの吐出方向、集電体１１０の走行経路などは、上記実施の形態および実施例で説明した例に限られない。
【００７１】
加えてまた、例えば、上記実施の形態では、二次電池の構成を具体的に挙げて説明したが、二次電池の構成は上記実施の形態に限られない。例えば、上記実施の形態では、円筒型の二次電池について説明したが、本発明は、他の形状の二次電池にも適用することができる。また、例えば、上記実施の形態では、巻回体２０が正極２１および負極２２を積層し、巻回した構造を有する場合について説明したが、正極２１および負極２２を折り畳んだりあるいは積み重ねたものであってもよい。
【００７２】
更にまた、例えば、上記実施の形態および実施例では、リチウムイオン二次電池を例に挙げて説明したが、本発明は、リチウムイオン二次電池以外の他の二次電池にも適用することができる。
【００７３】
加えてまた、例えば、上記実施の形態および実施例では、本発明の塗工装置によって二次電池１０の正極２１および負極２２の製造を行う場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、二次電池１０と同様の構造を有する一次電池の正極および負極の製造を行うことも可能である。
【００７４】
更にまた、例えば、上記実施の形態では、溶媒に液状の電解質である電解液を用いる場合について説明したが、電解液に代えて、他の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例えば、電解液を高分子化合物に保持させたゲル状の電解質、イオン伝導性を有する固体電解質、固体電解質と電解液とを混合したもの、あるいは固体電解質とゲル状の電解質とを混合したものが挙げられる。
【００７５】
加えてまた、例えば、上記実施の形態および実施例では、電極反応物質としてリチウムを用いる場合について説明したが、ナトリウム（Ｎａ）あるいはカリウム（Ｋ）などの長周期型周期表における他の１族の元素、またはマグネシウムあるいはカルシウム（Ｃａ）などの長周期型周期表における２族の元素、またはアルミニウムなどの他の軽金属、またはリチウムあるいはこれらの合金を用いる場合についても、本発明を適用することができ、同様の効果を得ることができる。その際、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能な負極活物質、正極活物質あるいは溶媒などは、その電極反応物質に応じて選択される。
【００７６】
更にまた、例えば、上記実施例では、正極２１および負極２２の両方を本発明の塗工装置および製造方法により製造するようにした場合について説明したが、正極２１および負極２２の少なくとも一方を本発明の塗工装置および製造方法により製造するようにしてもよい。
【００７７】
加えてまた、上記実施の形態および実施例では、本発明の塗工装置を電池電極の製造に適用し、集電体１１０に活物質を含む塗工液Ｍを塗工して電極層１２０および露出領域１３０を形成する場合について説明したが、本発明は、電池の製造に限らず、対象物に塗工液を間欠的に塗工する必要がある場合に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る塗工装置の構成を概略的に表す図である。
【図２】図１に示した遮断部材の動作を説明するための図である。
【図３】遮断部材を拡大して表す図である。
【図４】塗工装置による電極の製造方法を説明するための図である。
【図５】塗工装置を用いて製造された二次電池の構成を表す断面図である。
【図６】本発明の実施例の結果を表す図である。
【図７】本発明の実施例の結果を表す図である。
【図８】本発明の実施例で製造した電極層の塗工終了端部の形状を、比較例と対照しつつ説明するための図である。
【図９】本発明の実施例で製造した電極層の塗工開始端部および塗工終了端部の端の形状を、比較例と対象しつつ説明するための図である。
【図１０】従来の塗工装置の構成を概略的に表す図である。
【図１１】従来の塗工装置における流路内の塗工液の圧力の変化を説明するための図である。
【図１２】従来の塗工装置により形成された電極層の形状およびその問題点を説明するための図である。
【図１３】従来の塗工装置により形成された正極を用いて電池を構成した場合の問題点を説明するための図である。
【図１４】従来の塗工装置により形成された電極層の他の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７９】
１１…電池缶、１２，１３…絶縁板、１４…電池蓋、１５…安全弁機構、１６…熱感抵抗素子、１７…ガスケット、２０…電極体、２１…正極、２２…負極、２３…セパレータ、２４…センターピン、２５…正極リード、２６…負極リード、１１０…集電体、１２０…電極層、１２０Ａ…塗工開始端部、１２０Ｂ…塗工終了端部、１３０…露出領域、２１０…搬送部、２１１…保持ロール、２２０…塗工部、２２１…流路、２２２…吐出孔、２２３…圧力検出器、２３０…定量供給ポンプ、２４０…遮断機構、２４１…保持溝、２４２…遮断部材、２４２Ａ…閉鎖面、２４２Ｂ…塗工液案内部、２４２Ｂ１，２４２Ｂ２…平面、２５１…調整路、２５２…圧力調整弁、２６０…移動機構、Ｍ…塗工液。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集電体に活物質を含む電極層を間欠的に形成するための塗工装置、およびこの塗工装置を用いた電極の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等のポータブル電子機器の電源として使用される二次電池の研究開発が活発に進められている。中でも、リチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度を実現することができるものとして注目されている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池は、正極と負極とをセパレータを間にして配置した構成を有している。正極および負極は、金属箔よりなる集電体に活物質を含む塗工液を塗工して電極層を形成したものである。また、正極および負極には、電極層が形成されず集電体が露出した露出領域が設けられている。この露出領域は、電流を外部に取り出すためのリードを取り付けるために必要とされる。
【０００４】
図１０は、電極層の形成に用いられている従来の塗工装置の一例を表したものである。この塗工装置は、集電体３１０を保持ロール４１１上で搬送しながら、塗工部（スロットダイ）４２０から塗工液Ｍを吐出して集電体３１０に電極層３２０を形成するものである。塗工部４２０の内部には、塗工液Ｍが供給される流路４２１および吐出孔（スロット）４２２が形成されている。流路４２１の入口には、弁棒４４１および駆動機構４４２よりなる往復式遮断弁４４０が設けられている。この往復式遮断弁４４０は、流路４２１を開放または閉鎖することにより塗工液Ｍを供給または遮断し、集電体３１０に電極層３２０または集電体３１０が露出した露出領域３３０を形成するためのものである。
【特許文献１】特開２００３−３３１８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の塗工装置では、運転開始直後に塗工された電極層３２０の厚みが所定の値に不足しており、不良品として廃棄せざるを得ず、歩留りを低下させてしまうという問題があった。すなわち、塗工液Ｍの吐出が停止している時には、流路４２１内の塗工液Ｍの圧力は狭い吐出孔４２２の流路抵抗とつり合った状態となっている。ここで吐出を再開すると、流路４２１内の塗工液Ｍの圧力は、吐出孔４２２の流路抵抗圧力を上回ることで徐々に吐出が始まり、図１１に示したように、定常塗工圧力に達するまで上昇を続ける。よって、定常塗工圧力に達した時点から所定の塗工量が得られるが、運転開始直後から定常塗工圧力に達するまでに塗工された電極層３２０は、塗工量が不足しているため薄くなってしまう。
【０００６】
また、従来の塗工装置は、図１２（Ａ）に示したように、電極層３２０の塗工開始端部３２０Ａの厚みが局部的に大きくなってしまうという問題を有していた。すなわち、往復式遮断弁４４０により流路４２１が開放されて塗工液Ｍが供給されると、流路４２１内の塗工液Ｍの圧力が上昇する。このとき、塗工液Ｍは擬塑性流体の挙動を示すので、吐出孔４２２内で剪断力が働かず停止している塗工液Ｍの見掛粘度は短時間のうちに高まってしまう。そのため、流路４２１内に供給される塗工液Ｍの圧力によって吐出孔４２２内の塗工液Ｍに剪断力が加えられて流動を始めるまでは、吐出孔４２２内の流路抵抗も高い状態にある。塗工液Ｍの圧力が吐出孔４２２の流路抵抗に打ち勝つことで塗工液Ｍの吐出に至るので、吐出開始直前、瞬間的に吐出孔４２２内の塗工液Ｍの圧力は定常塗工圧力を超過する。そののち、吐出孔４２２内の塗工液Ｍの圧力は、流動開始と共に定常塗工圧力に近づいていき塗工量が安定する。しかし、吐出開始時に発生する塗工液Ｍの圧力の超過は、塗工開始端部３２０Ａの塗工量過剰を招き、厚みが部分的に大きくなってしまっていた。
【０００７】
このように電極層３２０の塗工開始端部３２０Ａの厚みが局部的に厚くなっていると、図１２（Ｂ）に示したように、電極層３２０の形成後にローラで加圧して単位体積当たりの密度を高める圧密工程において、塗工開始端部３２０Ａに局部的に強い圧延が加えられて破断してしまい、歩留りを低下させるおそれがあった。
【０００８】
更に、従来では、塗工部４２０と集電体３１０との間の間隙Ｇを予め一定に保持するようにしていたので、図１２（Ｂ）に示したように、電極層３２０の塗工終了端部３２０Ｂを直線的に形成することができなかったり、塗工液Ｍの飛沫Ｓが付着してしまうという問題が生じていた。これは、往復式遮断弁４４０により流路４２１を閉鎖して塗工を停止しようとしても、吐出孔４２２内の塗工液Ｍの残圧のため塗工液Ｍを瞬時に遮断することができないからである。
【０００９】
塗工終了端部３２０Ｂに付着した飛沫Ｓは、次のような問題を引き起こしていた。例えば正極において塗工終了端部３２０Ｂに飛沫Ｓが付着してしまった場合、図１３に示したように、この正極５２１と負極５２２とをセパレータ５２３を間にして対向配置して電池を構成したときに、正極５２１上の飛沫Ｓに対向する負極５２２側の電極層が存在しないことになってしまう。よって、このまま充放電を行うと正極５２１側の飛沫Ｓから遊離したリチウムイオンは負極５２２側の電極層に吸蔵されず金属リチウムとして析出してしまい、セパレータ５２３を貫通して短絡不良の原因となり、歩留り低下の要因となっていた。
【００１０】
この問題を解決するため、例えば特許文献１では、塗工部４２０と集電体３１０との間の間隙Ｇを積極的に制御し、飛沫Ｓの付着を抑えるようにした方法が提案されている。しかし、この方法を実現するためには、塗工部４２０と集電体３１０との配置関係、集電体３１０の走行経路など、装置構成において更に改良の余地があった。
【００１１】
加えて、従来では、同じく図１２（Ｂ）に示したように、電極層３２０の塗工開始端部３２０Ａや塗工終了端部３２０Ｂの角にＲ形状部３２０Ｃが形成されてしまうという問題もあった。これは、吐出孔４２２の両端は、壁面の影響で流路抵抗が大きいことから、塗工開始時には中央に比べて吐出が遅れ、また、塗工終了時には中央に比べて吐出が早く途絶えてしまうからである。この問題は、生産性をあげるために集電体３１０の巻取速度を上げるにつれて顕著になっていた。
【００１２】
このようなＲ形状部３２０Ｃが形成されてしまうと、図１４に示したように、電極３００を所定幅に裁断して複数の電極条３４０を形成する際に、両端の電極条３４０は、電極層３２０の長さが所定値に不足するので廃棄しなければならかった。よって、電極層３２０の有効塗工幅Ｗが小さくなってしまい、これも歩留り低下の原因となってしまっていた。
【００１３】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、流路内の塗工液の圧力を適切に制御することができ、塗工性能を高めることができる塗工装置、およびこの塗工装置を用いて高品質な電極を歩留りよく形成することができる電極の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明による塗工装置は、塗工液が供給される流路、および流路の下流側端部に接続されると共に平坦な壁面を有する吐出孔を有する塗工部と、流路と吐出孔との境界に設けられた保持溝、並びに、保持溝内で第１位置および第２位置にそれぞれ変位可能であると共に、保持溝から露出した部分の一部に閉鎖面が設けられた遮断部材を含み、遮断部材は、第１位置において閉鎖面が吐出孔の保持溝に対向する壁面に接触することにより流路と吐出孔との間を遮断し、第２位置において閉鎖面が壁面から離れることにより流路と吐出孔とを連通させる遮断機構とを備えたものである。
【００１５】
この塗工装置では、保持溝内で遮断部材が第１位置にあるときには、遮断部材の閉鎖面が吐出孔の保持溝に対向する壁面に接触して流路と吐出孔との間が遮断され、塗工液が吐出孔から吐出されなくなる。また、遮断部材が第２位置にあるときには、閉鎖面が壁面から離れ、流路と吐出孔とが連通し、塗工液が吐出孔から吐出される。
【００１６】
本発明による電極の製造方法は、集電体に活物質を含む電極層と、前記集電体が露出した露出領域とを形成した電極を製造するものであって、本発明の塗工装置を用い、露出領域を形成する工程では、遮断部材を第１位置に変位させることにより閉鎖面を吐出孔の保持溝に対向する壁面に接触させて流路と吐出孔との間を遮断し、電極層を形成する工程では、遮断部材を第２位置に変位させることにより閉鎖面を壁面から離して流路と吐出孔とを連通させるようにしたものである。これにより、電極層を間欠的に有する電極が製造される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の塗工装置によれば、流路と吐出孔との境界に保持溝を設け、この保持溝内で遮断部材の閉鎖面を吐出孔の壁面に接触させることにより流路と吐出孔との間を遮断し、または遮断部材の閉鎖面を壁面から離すことにより流路と吐出孔とを連通させるようにしたので、流路内の塗工液の圧力を適切に制御することができ、塗工性能を高めることができる。よって、この塗工装置を用いた本発明の電極の製造方法によれば、高品質な電極を歩留りよく形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図５は本発明の一実施の形態に係る塗工装置を用いて製造される二次電池の断面構造を表すものである。この二次電池１０は、いわゆる円筒型といわれるリチウムイオン電池であり、ほぼ中空円柱状の電池缶１１の内部に、巻回体２０を有している。電池缶１１は、例えばニッケル（Ｎｉ）のめっきがされた鉄（Ｆｅ）により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶１１の内部には、巻回体２０を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板１２，１３がそれぞれ配置されている。
【００２０】
電池缶１１の開放端部には、電池蓋１４と、この電池蓋１４の内側に設けられた安全弁機構１５および熱感抵抗素子（Positive Temperature Coefficient；ＰＴＣ素子）１６とが、ガスケット１７を介してかしめられることにより取り付けられており、電池缶１１の内部は密閉されている。電池蓋１４は、例えば、電池缶１１と同様の材料により構成されている。安全弁機構１５は、熱感抵抗素子１６を介して電池蓋１４と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合にディスク板１５Ａが反転して電池蓋１４と巻回体２０との電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子１６は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものである。ガスケット１７は、例えば、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。
【００２１】
巻回体２０は、正極２１と負極２２とをセパレータ２３を介して積層し、巻回したものであり、中心にはステンレス鋼等よりなるセンターピン２４が挿入されている。正極２１は、例えば、アルミニウム箔等よりなる正極集電体にリチウム含有化合物等の正極活物質を含む電極層が設けられたものであり、負極２２は、例えば、銅箔等よりなる負極集電体にリチウムを吸蔵・離脱可能な炭素材料等の負極活物質を含む電極層が設けられたものである。また、セパレータ２３は、例えば、ポリプロピレン等の多孔質膜により構成されており、セパレータには、例えば、リチウム塩などの電解質塩を炭酸エステルなどの非水溶媒に溶解させた電解液が含浸されている。巻回体２０の正極２１にはアルミニウム（Ａｌ）などよりなる正極リード２５が接続されており、負極２２にはニッケルなどよりなる負極リード２６が接続されている。正極リード２５は安全弁機構１５に溶接されることにより電池蓋１４と電気的に接続されており、負極リード２６は電池缶１１に溶接され電気的に接続されている。
【００２２】
図１は、このような二次電池１０の正極２１または負極２２の製造に用いられる塗工装置の全体構成を表したものである。この塗工装置は、集電体１１０に活物質を含む電極層１２０と、集電体１１０が露出した露出領域１３０とを形成するものであり、集電体１１０を保持ロール２１１により保持しつつ搬送する搬送部２１０と、保持ロール２１１上の集電体１１０に対向配置された塗工部２２０とを有している。
【００２３】
搬送部２１０は、集電体１１０の巻出装置および巻取装置（いずれも図示せず）を備えており、集電体１１０は巻出装置から一定速度で巻き出され、保持ロール２１１上で塗工部２２０により塗工液Ｍが塗布されたのち巻取装置に一定速度で巻き取られるようになっている。保持ロール２１１は、例えば矢印Ａに示したように時計回りに回転することにより、集電体１１０を保持しつつ上方へ搬送して塗布部２２０を通過させる。なお、搬送部２１０には、保持ロール２１１のほか、適宜の個数のガイドロール（図示せず）が、集電体１１０の搬送経路に応じて配設されている。
【００２４】
塗工部２２０は、例えば密閉型スロットダイにより構成され、活物質を含む塗工液Ｍが供給される流路２２１を有している。流路２２１の下流側端部には、吐出孔２２２が接続されている。吐出孔２２２は流路２２１よりも細く、その壁面は平坦である。また、吐出孔２２２は、流路２２１の下流側端部から流路２２１に交差する方向に延び、その先端は保持ロール２１１上の集電体１１０に向けて開かれている。一方、流路２２１の上流側端部には、配管２３１を介して定量供給ポンプ２３０が接続されている。単位時間当たりの塗工量は、この定量供給ポンプ２３０からの塗工液Ｍの供給量により調整される。更に、この流路２２１の途中には、流路２２１内の塗布液Ｍの圧力を検出する圧力検出器２２３が取り付けられている。
【００２５】
流路２２１と吐出孔２２２との境界には、遮断機構２４０が設けられている。遮断機構２４０は、流路２２１と吐出孔２２２とを遮断または連通させるためのものであり、両者が交差する角部に設けられた例えば断面円弧状の保持溝２４１と、この保持溝２４１内に設けられた遮断部材２４２とにより構成されている。遮断部材２４２は、保持溝２４１内で回動することにより第１位置および第２位置にそれぞれ変位可能であり、回動の際に保持溝２４１に接触する部分は例えば断面円弧状とされている。また、遮断部材２４２には、保持溝２４１から露出した部分の一部に平坦な閉鎖面２４２Ａが設けられており、図２に示したように、第１位置において閉鎖面２４２Ａを吐出孔２２２の上壁面２２２Ａに接触させて流路２２１と吐出孔２２２との間を遮断し、図１に示したように、第２位置において閉鎖面２４２Ａを上壁面２２２Ａから離して流路２２１と吐出孔２２２とを連通させる。これにより、この塗工装置では、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力を適切に制御することができ、高品質な電極を歩留りよく形成することができるようになっている。
【００２６】
また、遮断機構２４０は流路２２１と吐出孔２２２との境界に設けられているので、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力の影響を受けることなく吐出孔２２２からの塗工液Ｍの吐出およびその停止を直接的に制御することができる。これに対して、従来では、流路の上流側端部の往復式遮断弁により塗工開始・中断を制御していたので、往復式遮断弁と吐出孔との間には大きな圧力損失を有する配管や流路などが介在しており、塗工開始・中断の制御に時間的遅れが生じ、高速塗工には対応することができなかった。
【００２７】
更に、この遮断部材２４２は、保持溝２４１から露出した部分の閉鎖面２４２Ａよりも上流側に、流路２２１を下流側に向けて緩やかに狭める塗工液案内部２４２Ｂを有している。この塗工液案内部２４２Ｂを設けていない場合には流路２２１の大きさが急に変化するので、粘性の高い塗工液Ｍが通過しにくくなる虞がある。塗工液案内部２４２Ｂを設けることによりなだらかな流路２２１を形成し、塗工液Ｍの流れを阻害することなく吐出孔２２２に導入することができる。
【００２８】
塗工液案内部２４２Ｂは、曲面でも平面でもよいが、平面により構成されていることが好ましい。曲面よりも平面のほうが作製しやすいからである。
【００２９】
また、塗工液案内部２４２Ｂは、一つの平面になっていてもよいが、複数、例えば二つの平面２４２Ｂ１，２４２Ｂ２により構成されていることが好ましい。よりなだらかな流路２２１を形成することができ、壁面効果により粘性境界層を安定的に発達させるのに有利であると共に、遮断部材２４２の強度も高くすることができるからである。
【００３０】
更に、これら二つの平面２４２Ｂ１，２４２Ｂ２は、上流側ほど面積が大きくなっていることが好ましい。このようにすれば、図３に拡大して示したように、上流側の平面２４２Ｂ２には、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力Ｐｍの影響により、（ａ−ｂ）×Ｐｍ［Ｐａ］で表される偶力Ｆがかかる。この偶力Ｆは、遮断部材２４２を、回動軸Ｃを中心として、閉鎖面２４２Ａを上壁面２２２Ａにより密着させる方向に回動させようとする方向に働く。よって、流路２２１と吐出孔２２２との間の遮断性・密閉性を更に向上させることができる。
【００３１】
このような遮断部材２４２としては、例えば、断面円形の部材、好ましくは円柱に、閉鎖面２４２Ａおよび塗工液案内部２４２Ｂの平面２４２Ｂ１，２４２Ｂ２を面取りしたものが好ましい。
【００３２】
更に、この塗工装置は、図１に示したように、流路２２１に連結された調整路２５１を有しており、この調整路２５１に圧力調整弁２５２が設けられている。調整路２５１は、例えば、流路２２１につながる配管２３１から分岐して設けられている。圧力調整弁２５２は、遮断機構２４０と協調して調整路２５１を開放または閉鎖することにより、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力を制御するものであり、流路２２１に直結して設けられているので流路２２１内の塗工液Ｍの圧力を反応よく、かつ高い再現性をもって制御することができる。なお、調整路２５１から排出された塗工液Ｍは回収され、塗工部２２０に再供給されるようになっている。
【００３３】
このような塗工部２２０は、例えばエアシリンダーなどにより構成された移動機構２６０に固定されている。移動機構２６０は、塗工部２２０を、吐出孔２２２の延長方向に平行な矢印Ｂ方向に移動させることにより、塗工部２２０と集電体１１０との間の間隙Ｇの大きさを変化させるものである。例えば、移動機構２６０は、間隙Ｇの大きさを、後述するように、電極層１２０を形成する工程では、電極層１２０の目的とする厚みに応じた定常塗工間隙Ｇ１とし、露出領域１３０を形成する工程では、定常塗工間隙Ｇ１よりも大きな非塗工時間隙Ｇ２とするようになっている。なお、非塗工時間隙Ｇ２は、定常塗工間隙Ｇ１と等しくてもよい。
【００３４】
更に、移動機構２６０は、間隙Ｇの大きさを、電極層１２０の形成中においても任意に変化させることができるようになっている。例えば、電極層１２０を形成する工程の開始直後の期間には、間隙Ｇの大きさを、定常塗工間隙Ｇ１よりも小さな塗工開始時間隙Ｇ３とする。一方、電極層１２０を形成する工程の終了直前の期間には、間隙Ｇの大きさを、定常塗工間隙Ｇ１よりも小さな塗工終了時間隙Ｇ４とする。このようにすることにより、この塗工装置では、電極層１２０の厚みの局部的なばらつきを改善すると共に、形状精度を高めることができるようになっている。なお、塗工開始時間隙Ｇ３は定常塗工間隙Ｇ１と等しくてもよい。また、塗工終了時間隙Ｇ４は定常塗工間隙Ｇ１に等しくてもよい。
【００３５】
定常塗工間隙Ｇ１，非塗工時間隙Ｇ２，塗工開始時間隙Ｇ３および塗工終了時間隙Ｇ４は、塗工液Ｍの種類や集電体１１０の巻取速度によって異なるが、それぞれ、例えば０．０１≦Ｇ≦１．００［ｍｍ］の範囲内で設定される。
【００３６】
図４は、この塗工装置を用いた電極の製造方法を説明するためのタイミングチャートである。この電極の製造方法では、運転停止の状態から、時刻ｔ１で起動し、時刻ｔ２まで予備運転工程を行う。時刻ｔ２から時刻ｔ３まで電極層１２０を形成する初回の工程を行い、時刻ｔ３から時刻ｔ４まで露出領域１３０を形成する工程を行う。時刻ｔ４から時刻ｔ５まで、再び電極層１２０を形成する工程を行い、時刻ｔ５から時刻ｔ６まで、再び露出領域を形成する工程を行う。そののち、同様にして、電極層１２０を形成する工程と、露出領域１３０を形成する工程とを交互に行う。
【００３７】
運転停止の状態では、塗工部２２０の流路２２１内の塗工液Ｍの圧力は流路２２１内の流路抵抗と釣り合った状態となっている。このとき、遮断機構２４０の遮断部材２４２を第１位置とし、閉鎖面２４２Ａを上壁面２２２Ａに接触させることにより流路２２１と吐出孔２２２との間を遮断する（遮断機構；閉鎖）。また、圧力調整弁２５２により調整路２５１を閉鎖し（圧力調整弁；閉鎖）、定量供給ポンプ２３０は停止とする。間隙Ｇの大きさは、非塗工時間隙Ｇ２としておく。
【００３８】
予備運転工程では、定量供給ポンプ２３０の運転を開始すると共に圧力調整弁２５２により調整路２５１を開放し（圧力調整弁；開放）、流路２２１への塗工液Ｍの供給を開始する（時刻ｔ１）。流路２２１内の塗工液Ｍの圧力を圧力検出器２２３により検出し、所定の定常塗工圧力Ｐに達するまで遮断機構２４０の遮断部材２４２を第１位置とすることにより流路２２１と吐出孔２２２との間を遮断しておく（遮断機構；閉鎖）。これにより、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力を十分に高めてから電極層１２０を形成することができ、初回から電極層１２０を所望の厚みで形成することができ、運転開始直後の電極層１２０の厚み不足をなくすことができる。なお、予備運転工程においては、間隙Ｇの大きさは、非塗工時間隙Ｇ２のまま維持する。
【００３９】
ここで定常塗工圧力Ｐは、塗工液Ｍの種類や集電体１１０の巻取速度により異なるが、例えば０．０２≦Ｐ≦０．１０［ＭＰａ］の範囲内で設定する。
【００４０】
流路２２１内の塗工液Ｍの圧力が定常塗工圧力Ｐに達したら、電極層１２０を形成する工程を開始する前に、遮断機構２４０の遮断部材２４２を第２位置に変位させることにより閉鎖面２４２Ａを上壁面２２２Ａから離して流路２２１と吐出孔２２２とを連通させ（時刻ｔ１１、遮断機構；開放）、続いて、圧力調整弁２５２により調整路２５１を閉鎖したのち（時刻ｔ１２、圧力調整弁；閉鎖）、塗工液Ｍの塗工を開始して（時刻ｔ２）電極層１２０を形成する工程を行う。
【００４１】
このとき、圧力調整弁２５２により調整路２５１を閉鎖するタイミングを適切に設定することにより、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力を定常塗工圧力Ｐに維持しつつ塗工を開始することができる。これにより、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力が定常塗工圧力Ｐよりも低い場合に塗工開始端部１２０Ａの角に発生しやすいＲ形状を抑制し、電極層１２０の有効塗工幅を長くすることができる。なお、圧力調整弁２５２の適正な閉鎖タイミングは、塗工液Ｍの種類や集電体１１１の巻取速度により異なる。
【００４２】
また、このように圧力調整弁２５２により調整路２５１を閉鎖するタイミングを適切に設定することは、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力が定常塗工圧力Ｐを超過するのを抑え、塗工部２２０と集電体１１０との間の間隙Ｇに存在する塗工液Ｍの量を抑制することにもなる。これに加えて、電極層１２０を形成する工程の開始直後の期間（時刻ｔ２〜時刻ｔ２１）には、移動機構２６０により塗工部２２０を移動させて、間隙Ｇの大きさを定常塗工間隙Ｇ１よりも小さな塗工開始時間隙Ｇ３とする。以上により、電極層１２０の塗工開始端部１２０Ａの厚みが局部的に大きくなることを抑えることができ、この後の圧密工程において塗工開始端部１２０Ａに局部的に強い圧延が加えられて破断してしまうのを防ぐことができる。
【００４３】
電極層１２０を形成する工程では、遮断機構２４０の遮断部材２４２を第２位置として流路２２１と吐出孔２２２とを連通させ（遮断機構；開放）、圧力調整弁２５２により調整路２５１を閉鎖する（圧力調整弁；閉鎖）。間隙Ｇの大きさは定常塗工間隙Ｇ１とする。
【００４４】
電極層１２０を形成する工程を終了する前に、遮断機構２４０の遮断部材２４２を第１位置に変位させることにより流路２２１と吐出孔２２２との間を遮断し（時刻ｔ２２、遮断機構；閉鎖）、圧力調整弁２５２により調整路２５１を開放したのち（時刻ｔ２３、圧力調整弁；開放）、塗工液Ｍの塗工を終了して（時刻ｔ３）電極層１２０を形成する工程を終了する。
【００４５】
このとき、圧力調整弁２５２により調整路２５１を開放するタイミングを適切に設定することにより、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力を定常塗工圧力Ｐに維持しつつ塗工を終了することができる。これにより、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力が定常塗工圧力Ｐよりも低い場合に塗工終了端部１２０Ｂの角に発生しやすいＲ形状を抑制し、電極層１２０の有効塗工幅を長くすることができる。
【００４６】
また、このように圧力調整弁２５２により調整路２５１を開放するタイミングを適切に設定することで、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力が定常塗工圧力Ｐを超過するのを抑え、塗工部２２０と集電体１１０との間の間隙Ｇに存在する塗工液Ｍの量を抑制するもできる。これに加えて、電極層１２０を形成する工程の終了直前の期間（時刻ｔ２４〜時刻ｔ３）には、移動機構２６０により塗工部２２０を移動させて、間隙Ｇの大きさを、定常塗工間隙Ｇ１よりも小さな塗工終了時間隙Ｇ４とする。以上により、塗工部２２０と集電体１１０との間の間隙Ｇに存在する塗工液Ｍを集電体１１０上ですり切り、塗工終了端部１２０Ｂの直線性を高めると共に塗工液Ｍの飛沫が付着するのを抑えることができる。
【００４７】
なお、塗工終了時間隙Ｇ４および塗工開始時間隙Ｇ３はそれぞれ独立に設定することができ、例えば、塗工終了時間隙Ｇ４は塗工開始時間隙Ｇ３よりも狭くてもよいし、または同一あるいはより広くてもよい。なお、塗工開始時間隙Ｇ３を定常塗工間隙Ｇ１と等しくしてもよい。また、塗工終了時間隙Ｇ４を定常塗工間隙Ｇ１に等しくしてもよい。
【００４８】
露出領域１３０を形成する工程では、遮断機構２４０の遮断部材２４２を第１位置として流路２２１と吐出孔２２２との間を遮断し（遮断機構；閉鎖）、圧力調整弁２５２により調整路２５１を開放する（圧力調整弁；開放）。間隙Ｇの大きさは非塗工時間隙Ｇ２とする。なお、非塗工時間隙Ｇ２を定常塗工間隙Ｇ１と等しくしてもよい。
【００４９】
再び電極層１２０を形成する工程を開始する前に、遮断機構２４０の遮断部材２４２を第２位置に変位させることにより流路２２１と吐出孔２２２とを連通させ（時刻ｔ３１、遮断機構；開放）、続いて、圧力調整弁２５２により調整路２５１を閉鎖したのち（時刻ｔ３２、圧力調整弁；閉鎖）、塗工液Ｍの塗工を開始して（時刻ｔ４）電極層１２０を形成する工程を行う。
【００５０】
これ以降は、電極層１２０を形成する初回の工程およびそれに続いて露出領域１３０を形成する工程と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００５１】
このように本実施の形態では、流路２２１と吐出孔２２２との境界に保持溝２４１を設け、この保持溝２４１内で遮断部材２４２の閉鎖面２４２Ａを吐出孔２２２の上壁面２２２Ａに接触させることにより流路２２１と吐出孔２２２との間を遮断し、または遮断部材２４２の閉鎖面２４２Ａを上壁面２２２Ａから離して流路２２１と吐出孔２２２とを連通させるようにしたので、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力を適切に制御することができ、塗工性能を高めることができる。よって、この塗工装置を用いて二次電池１０の正極２１または負極２２を製造することにより、高品質な正極２１または負極２２を歩留りよく形成することができる。
【００５２】
特に、遮断部材２４２の閉鎖面２４２Ａよりも上流側に、流路２２１を下流側に向けて緩やかに狭める塗工液案内部２４２Ｂを設けたので、塗工液Ｍの流れを阻害することなく吐出孔２２２から吐出させることができる。
【００５３】
また、塗工液案内部２４２Ｂを二つの平面２４２Ｂ１，２４２Ｂ２により構成し、これら二つの平面２４２Ｂ１，２４２Ｂ２を、上流側ほど面積が大きくなるようにしたので、上流側の平面２４２Ｂ２にかかる偶力Ｆにより、流路２２１と吐出孔２２２との間の遮断性・密閉性を更に向上させることができる。
【００５４】
更に、電極層１２０を形成する初回の工程を行う前の予備運転工程において、流路２２１への塗工液Ｍの供給を開始したのち、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力が定常塗工圧力Ｐに達するまで遮断機構２４０により流路２２１と吐出孔２２２との間を遮断しておくようにしたので、流路２２１内の塗工液Ｍの圧力を十分に高めてから電極１２０を形成することができ、初回から電極層１２０を所望の厚みで形成することができ、運転開始直後の電極層１２０の厚み不足をなくすことができる。
【００５５】
加えて、遮断機構２４０と協調して圧力制御弁２５２により調整路２５１を開放または閉鎖することにより流路２２１内の塗工液Ｍの圧力を制御し、かつ移動機構２６０により間隙Ｇの大きさを適切に制御するようにしたので、電極層１２０の塗工開始端部１２０Ａ厚みが局部的に厚くなるのを抑えて圧密工程における電極の破断を防止したり、塗工終了端部１２０Ｂの直線性を高めて飛沫の付着を抑えたり、塗工開始端部１２０Ａや塗工終了端部１２０Ｂの角にＲ形状部が形成されるのを抑えることができる。
【実施例】
【００５６】
更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。
【００５７】
（実施例）
上記実施の形態で説明した塗工装置により正極２１を作製した。その際、図４に示した製造方法により、厚み１８μｍのアルミニウム箔よりなる集電体１１０に、正極活物質としてリチウム・コバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ2 ）を含む電極層１２０と、集電体１１０が露出した露出領域１３０とを形成した。
【００５８】
本実施例に対する比較例として、図１０に示したような、往復式遮断弁４４０により塗工開始・終了を制御するようにした従来の塗工装置を用いたことを除いては、本実施例と同様にして正極を形成した。
【００５９】
実施例および比較例のそれぞれについて、塗工時間による平均塗工量の推移を調べた。その結果を図６に示す。また、得られた実施例および比較例の正極について、電極層を乾燥させたのち、塗工開始端部からの距離と厚みとの関係、塗工終了端部の形状、並びに、塗工開始端部および塗工終了端部の角の形状を調べた。その結果をそれぞれ図７，図８および図９に示す。なお、図８および図９は該当部位の写真を模写したものである。
【００６０】
図６から分かるように、実施例では、運転開始直後から安定した平均塗工量が得られたのに対して、比較例では、運転開始直後の平均塗工量が少なく、徐々に増加して安定した値に達するまでに時間がかかった。すなわち、上記実施の形態で説明した塗工装置を用い、予備運転工程を行って流路２２１内の塗工液Ｍの圧力を十分に高めてから電極層１２０の形成を始めるようにすれば、運転開始から終了まで平均塗工量を一定に維持することができ、運転開始直後の電極層２２０の厚み不足を抑えることができることが分かった。
【００６１】
また、実施例では、比較例に比べて、図７から分かるように、電極層１２０の塗工開始端部１２０Ａの厚みのばらつきが低減され、図８に示したように、塗工終了端部１２０Ｂに飛沫Ｓが付着せず直線性が改善されていた。更に、図９に示したように、塗工開始端部１２０Ａや塗工終了端部１２０Ｂの角は矩形状となり、Ｒ形状部が形成されることもなかった。すなわち、上記実施の形態で説明した塗工装置を用い、遮断機構２４０と協調して圧力制御弁２５２を開放または閉鎖することにより流路２２１内の塗工液Ｍの圧力を制御し、かつ移動機構２６０により間隙Ｇの大きさを適切に制御すれば、電極層１２０の厚みの局部的なばらつきを抑え、形状精度も高めることができることが分かった。
【００６２】
なお、負極２２として、厚み１３μｍの銅箔よりなる集電体１１０に、負極活物質として炭素材料を含む電極層１２０と、集電体１１０が露出した露出領域１３０とを上記実施例と同様にして形成したところ、上記実施例と同様の結果が得られた。
【００６３】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、塗工装置の構成を具体的に挙げて説明したが、塗工装置の構成は上記実施の形態および実施例に限られない。例えば、上記実施の形態および実施例では、遮断機構２４０を吐出孔２２２の下壁面の側に設けると共に、遮断部材２４２の閉鎖面２４２Ａを吐出孔２２２の上壁面２２２Ａに接触させるようにした場合について説明したが、遮断機構２４０を設ける位置は、遮断部材２４２の閉鎖面２４２Ａを吐出孔２２２の保持溝２４１に対向する壁面に接触させることができる限り、特に限定されない。よって、例えば、遮断機構２４０を吐出孔２２２の上壁面の側に設けると共に、遮断部材２４２の閉鎖面２４２Ａを吐出孔２２２の下壁面に接触させるようにしてもよい。
【００６４】
また、例えば、上記実施の形態および実施例では、圧力調整弁２５２が、定量供給ポンプ２３０から塗工部２２０へ塗工液Ｍを供給する配管２３１に接続されている場合について説明したが、圧力調整弁２５２は、例えば、流路２２１に直結される独立した配管経路によって接続されていてもよい。
【００６５】
また、例えば、上記実施の形態および実施例では、閉鎖面２４２Ａが平坦面であり、閉鎖面２４２Ａと上壁面２２２Ａとが面接触することにより流路２２１と吐出孔２２２との間を遮断する場合について説明したが、閉鎖面２４２Ａは流路２２１と吐出孔２２２との間を遮断することができればよく、また、そのとき閉鎖面２４２Ａと上壁面２２２Ａとは必ずしも面接触している必要はなく、線接触でもよい。また、遮断部材２４２の上壁面２２２Ａへの接触部を柔軟な弾性変形素材により構成すれば、閉鎖面２４２Ａは完全な平坦面でなくてもよく、粗い平面であってもよい。また、遮断部材２４２は、上壁面２２２Ａにならう形状であれば、波形の断面形状などでもよい。
【００６６】
更に、例えば、上記実施の形態および実施例では、吐出孔２２２は、流路２２１の下流側端部から流路２２１に交差する方向に延びており、両者の交差する角部に保持溝２４１が設けられている場合について説明したが、流路２２１と吐出孔２２２とを同一直線上に形成し、両者の境界に保持溝２４１を設けるようにしてもよい
【００６７】
加えて、例えば、上記実施の形態および実施例では、保持溝２４１は断面円弧状であり、遮断部材２４２の回動の際に保持溝２４１に接触する部分も断面円弧状とされている場合について説明したが、保持溝２４１および遮断部材２４２の形状は上記実施の形態および実施例で説明した例に限られない。すなわち、遮断部材２４２の回動の際に保持溝２４１に接触する部分の形状は、保持溝２４１と遮断部材２４２との間の隙間から保持溝２４１内に塗工液Ｍが入り込まないようにする必要がある。そのためには、少なくとも回動の際に保持溝２４１の円弧の両端に接触する部分だけが断面円弧状であればよく、それ以外の部分は平面または多角形などでもよい。一方、保持溝２４１は、内部で遮断部材２４２が回動するのを妨げない形状である限り、特に断面円弧状に限定されない。
【００６８】
更にまた、例えば、上記実施の形態および実施例では、定量供給ポンプ２３０により塗工液Ｍを継続的に供給する場合について説明したが、上述した電極の製造方法と並行して、ポンプにより流路２２１内の塗工液Ｍの圧力を制御することができるようにしてもよい。
【００６９】
加えてまた、上記実施の形態および実施例では、搬送部２１０の保持ロール２１１が、矢印Ａに示したように時計回りに回転することにより、集電体１１０を保持しつつ上方へ搬送して塗布部２２０を通過させる場合について説明したが、保持ロール２１１の回転方向および集電体１１０の搬送方向は特に限定されない。例えば、保持ロール２１１は反時計回りに回転することにより集電体１１０を下方へ搬送するものであってもよい。
【００７０】
更にまた、塗工部２２０と集電体１１０との配置関係、塗工液Ｍの吐出方向、集電体１１０の走行経路などは、上記実施の形態および実施例で説明した例に限られない。
【００７１】
加えてまた、例えば、上記実施の形態では、二次電池の構成を具体的に挙げて説明したが、二次電池の構成は上記実施の形態に限られない。例えば、上記実施の形態では、円筒型の二次電池について説明したが、本発明は、他の形状の二次電池にも適用することができる。また、例えば、上記実施の形態では、巻回体２０が正極２１および負極２２を積層し、巻回した構造を有する場合について説明したが、正極２１および負極２２を折り畳んだりあるいは積み重ねたものであってもよい。
【００７２】
更にまた、例えば、上記実施の形態および実施例では、リチウムイオン二次電池を例に挙げて説明したが、本発明は、リチウムイオン二次電池以外の他の二次電池にも適用することができる。
【００７３】
加えてまた、例えば、上記実施の形態および実施例では、本発明の塗工装置によって二次電池１０の正極２１および負極２２の製造を行う場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、二次電池１０と同様の構造を有する一次電池の正極および負極の製造を行うことも可能である。
【００７４】
更にまた、例えば、上記実施の形態では、溶媒に液状の電解質である電解液を用いる場合について説明したが、電解液に代えて、他の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例えば、電解液を高分子化合物に保持させたゲル状の電解質、イオン伝導性を有する固体電解質、固体電解質と電解液とを混合したもの、あるいは固体電解質とゲル状の電解質とを混合したものが挙げられる。
【００７５】
加えてまた、例えば、上記実施の形態および実施例では、電極反応物質としてリチウムを用いる場合について説明したが、ナトリウム（Ｎａ）あるいはカリウム（Ｋ）などの長周期型周期表における他の１族の元素、またはマグネシウムあるいはカルシウム（Ｃａ）などの長周期型周期表における２族の元素、またはアルミニウムなどの他の軽金属、またはリチウムあるいはこれらの合金を用いる場合についても、本発明を適用することができ、同様の効果を得ることができる。その際、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能な負極活物質、正極活物質あるいは溶媒などは、その電極反応物質に応じて選択される。
【００７６】
更にまた、例えば、上記実施例では、正極２１および負極２２の両方を本発明の塗工装置および製造方法により製造するようにした場合について説明したが、正極２１および負極２２の少なくとも一方を本発明の塗工装置および製造方法により製造するようにしてもよい。
【００７７】
加えてまた、上記実施の形態および実施例では、本発明の塗工装置を電池電極の製造に適用し、集電体１１０に活物質を含む塗工液Ｍを塗工して電極層１２０および露出領域１３０を形成する場合について説明したが、本発明は、電池の製造に限らず、対象物に塗工液を間欠的に塗工する必要がある場合に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る塗工装置の構成を概略的に表す図である。
【図２】図１に示した遮断部材の動作を説明するための図である。
【図３】遮断部材を拡大して表す図である。
【図４】塗工装置による電極の製造方法を説明するための図である。
【図５】塗工装置を用いて製造された二次電池の構成を表す断面図である。
【図６】本発明の実施例の結果を表す図である。
【図７】本発明の実施例の結果を表す図である。
【図８】本発明の実施例で製造した電極層の塗工終了端部の形状を、比較例と対照しつつ説明するための図である。
【図９】本発明の実施例で製造した電極層の塗工開始端部および塗工終了端部の端の形状を、比較例と対象しつつ説明するための図である。
【図１０】従来の塗工装置の構成を概略的に表す図である。
【図１１】従来の塗工装置における流路内の塗工液の圧力の変化を説明するための図である。
【図１２】従来の塗工装置により形成された電極層の形状およびその問題点を説明するための図である。
【図１３】従来の塗工装置により形成された正極を用いて電池を構成した場合の問題点を説明するための図である。
【図１４】従来の塗工装置により形成された電極層の他の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７９】
１１…電池缶、１２，１３…絶縁板、１４…電池蓋、１５…安全弁機構、１６…熱感抵抗素子、１７…ガスケット、２０…電極体、２１…正極、２２…負極、２３…セパレータ、２４…センターピン、２５…正極リード、２６…負極リード、１１０…集電体、１２０…電極層、１２０Ａ…塗工開始端部、１２０Ｂ…塗工終了端部、１３０…露出領域、２１０…搬送部、２１１…保持ロール、２２０…塗工部、２２１…流路、２２２…吐出孔、２２３…圧力検出器、２３０…定量供給ポンプ、２４０…遮断機構、２４１…保持溝、２４２…遮断部材、２４２Ａ…閉鎖面、２４２Ｂ…塗工液案内部、２４２Ｂ１，２４２Ｂ２…平面、２５１…調整路、２５２…圧力調整弁、２６０…移動機構、Ｍ…塗工液。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗工液が供給される流路、および前記流路の下流側端部に接続されると共に平坦な壁面を有する吐出孔を有する塗工部と、
前記流路と前記吐出孔との境界に設けられた保持溝、並びに、前記保持溝内で第１位置および第２位置にそれぞれ変位可能であると共に、前記保持溝から露出した部分の一部に閉鎖面が設けられた遮断部材を含み、前記遮断部材は、第１位置において前記閉鎖面が前記吐出孔の前記保持溝に対向する壁面に接触することにより前記流路と前記吐出孔との間を遮断し、第２位置において前記閉鎖面が前記壁面から離れることにより前記流路と前記吐出孔とを連通させる遮断機構と
を備えたことを特徴とする塗工装置。
【請求項２】
前記流路に連結された調整路と、
前記調整路に設けられ、前記遮断機構と協調して前記調整路を開放または閉鎖することにより、前記流路内の塗工液の圧力を制御する圧力調整弁と
を備えたことを特徴とする請求項１記載の塗工装置。
【請求項３】
前記塗工部を、前記吐出孔の延長方向に平行に移動させる移動機構を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の塗工装置。
【請求項４】
前記遮断部材は、前記保持溝から露出した部分の前記閉鎖面より上流側に、前記流路を下流側に向けて緩やかに狭める塗工液案内部を有する
ことを特徴とする請求項１記載の塗工装置。
【請求項５】
前記塗工液案内部は、複数の平面により構成され、前記複数の平面は、上流側ほど面積が大きくなっている
ことを特徴とする請求項４記載の塗工装置。
【請求項６】
集電体に活物質を含む電極層と、前記集電体が露出した露出領域とを形成した電極の製造方法であって、
活物質を含む塗工液が供給される流路、および前記流路の下流側端部に接続されると共に平坦な壁面を有する吐出孔を有する塗工部と、前記流路と前記吐出孔との境界に設けられた保持溝、並びに、前記保持溝内で第１位置および第２位置にそれぞれ変位可能であると共に、前記保持溝から露出した部分の一部に閉鎖面が設けられた遮断部材を含む遮断機構とを備えた塗工装置を用い、
前記露出領域を形成する工程では、前記遮断部材を第１位置に変位させることにより前記閉鎖面を前記吐出孔の前記保持溝に対向する壁面に接触させて前記流路と前記吐出孔との間を遮断し、
前記電極層を形成する工程では、前記遮断部材を第２位置に変位させることにより前記閉鎖面を前記壁面から離して前記流路と前記吐出孔とを連通させる
ことを特徴とする電極の製造方法。
【請求項７】
前記電極層を形成する初回の工程を行う前の予備運転工程を含み、
前記予備運転工程では、前記流路への塗工液の供給を開始したのち、前記流路内の塗工液の圧力が所定値に達するまで前記遮断機構により前記流路と前記吐出孔との間を遮断しておく
ことを特徴とする請求項６記載の電極の製造方法。
【請求項８】
前記流路から分岐する調整路に圧力調整弁を設け、前記露出領域を形成する工程では、前記圧力調整弁により前記調整路を開放し、前記電極層を形成する工程では、前記圧力調整弁により前記調整路を閉鎖する
ことを特徴とする請求項６記載の電極の製造方法。
【請求項９】
前記電極層を形成する工程を開始する前に、前記遮断機構により前記流路と前記吐出孔とを連通させ、続いて、前記圧力調整弁により前記調整路を閉鎖し、そののち、塗工液の塗工を開始して前記電極層を形成する工程を行い、
前記電極層を形成する工程を終了する前に、前記遮断機構により前記流路と前記吐出孔との間を遮断し、続いて、前記圧力調整弁により前記調整路を開放し、そののち、塗工液の塗工を終了して前記電極層を形成する工程を終了する
ことを特徴とする請求項８記載の電極の製造方法。
【請求項１０】
前記塗工部を、前記吐出孔の延長方向に平行に移動させることにより、前記塗工部と前記集電体との間の間隙の大きさを、前記電極層を形成する工程では、前記電極層の目的とする厚みに応じた定常塗工間隙とし、前記露出領域を形成する工程では、前記定常塗工間隙よりも大きな非塗工時間隙とする
ことを特徴とする請求項６記載の電極の製造方法。
【請求項１１】
前記電極層を形成する工程の開始直後の期間には、前記間隙の大きさを、前記定常塗工間隙よりも小さな塗工開始時間隙とする
ことを特徴とする請求項１０記載の電極の製造方法。
【請求項１２】
前記電極層を形成する工程の終了直前の期間には、前記間隙の大きさを、前記定常塗工間隙よりも小さな塗工終了時間隙とする
ことを特徴とする請求項１０記載の電極の製造方法。
【請求項１】
塗工液が供給される流路、および前記流路の下流側端部に接続されると共に平坦な壁面を有する吐出孔を有する塗工部と、
前記流路と前記吐出孔との境界に設けられた保持溝、並びに、前記保持溝内で第１位置および第２位置にそれぞれ変位可能であると共に、前記保持溝から露出した部分の一部に閉鎖面が設けられた遮断部材を含み、前記遮断部材は、第１位置において前記閉鎖面が前記吐出孔の前記保持溝に対向する壁面に接触することにより前記流路と前記吐出孔との間を遮断し、第２位置において前記閉鎖面が前記壁面から離れることにより前記流路と前記吐出孔とを連通させる遮断機構と
を備えたことを特徴とする塗工装置。
【請求項２】
前記流路に連結された調整路と、
前記調整路に設けられ、前記遮断機構と協調して前記調整路を開放または閉鎖することにより、前記流路内の塗工液の圧力を制御する圧力調整弁と
を備えたことを特徴とする請求項１記載の塗工装置。
【請求項３】
前記塗工部を、前記吐出孔の延長方向に平行に移動させる移動機構を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の塗工装置。
【請求項４】
前記遮断部材は、前記保持溝から露出した部分の前記閉鎖面より上流側に、前記流路を下流側に向けて緩やかに狭める塗工液案内部を有する
ことを特徴とする請求項１記載の塗工装置。
【請求項５】
前記塗工液案内部は、複数の平面により構成され、前記複数の平面は、上流側ほど面積が大きくなっている
ことを特徴とする請求項４記載の塗工装置。
【請求項６】
集電体に活物質を含む電極層と、前記集電体が露出した露出領域とを形成した電極の製造方法であって、
活物質を含む塗工液が供給される流路、および前記流路の下流側端部に接続されると共に平坦な壁面を有する吐出孔を有する塗工部と、前記流路と前記吐出孔との境界に設けられた保持溝、並びに、前記保持溝内で第１位置および第２位置にそれぞれ変位可能であると共に、前記保持溝から露出した部分の一部に閉鎖面が設けられた遮断部材を含む遮断機構とを備えた塗工装置を用い、
前記露出領域を形成する工程では、前記遮断部材を第１位置に変位させることにより前記閉鎖面を前記吐出孔の前記保持溝に対向する壁面に接触させて前記流路と前記吐出孔との間を遮断し、
前記電極層を形成する工程では、前記遮断部材を第２位置に変位させることにより前記閉鎖面を前記壁面から離して前記流路と前記吐出孔とを連通させる
ことを特徴とする電極の製造方法。
【請求項７】
前記電極層を形成する初回の工程を行う前の予備運転工程を含み、
前記予備運転工程では、前記流路への塗工液の供給を開始したのち、前記流路内の塗工液の圧力が所定値に達するまで前記遮断機構により前記流路と前記吐出孔との間を遮断しておく
ことを特徴とする請求項６記載の電極の製造方法。
【請求項８】
前記流路から分岐する調整路に圧力調整弁を設け、前記露出領域を形成する工程では、前記圧力調整弁により前記調整路を開放し、前記電極層を形成する工程では、前記圧力調整弁により前記調整路を閉鎖する
ことを特徴とする請求項６記載の電極の製造方法。
【請求項９】
前記電極層を形成する工程を開始する前に、前記遮断機構により前記流路と前記吐出孔とを連通させ、続いて、前記圧力調整弁により前記調整路を閉鎖し、そののち、塗工液の塗工を開始して前記電極層を形成する工程を行い、
前記電極層を形成する工程を終了する前に、前記遮断機構により前記流路と前記吐出孔との間を遮断し、続いて、前記圧力調整弁により前記調整路を開放し、そののち、塗工液の塗工を終了して前記電極層を形成する工程を終了する
ことを特徴とする請求項８記載の電極の製造方法。
【請求項１０】
前記塗工部を、前記吐出孔の延長方向に平行に移動させることにより、前記塗工部と前記集電体との間の間隙の大きさを、前記電極層を形成する工程では、前記電極層の目的とする厚みに応じた定常塗工間隙とし、前記露出領域を形成する工程では、前記定常塗工間隙よりも大きな非塗工時間隙とする
ことを特徴とする請求項６記載の電極の製造方法。
【請求項１１】
前記電極層を形成する工程の開始直後の期間には、前記間隙の大きさを、前記定常塗工間隙よりも小さな塗工開始時間隙とする
ことを特徴とする請求項１０記載の電極の製造方法。
【請求項１２】
前記電極層を形成する工程の終了直前の期間には、前記間隙の大きさを、前記定常塗工間隙よりも小さな塗工終了時間隙とする
ことを特徴とする請求項１０記載の電極の製造方法。
【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２００７−６６７４４（Ｐ２００７−６６７４４Ａ）
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２５２３５４（Ｐ２００５−２５２３５４）
【出願日】平成１７年８月３１日（２００５．８．３１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月３１日（２００５．８．３１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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