塗工装置及び電極箔の製造方法
【課題】電極の塗工開始終了端の湾曲を抑制するに好適に塗工装置及び電極箔の製造方法を提供する。
【解決手段】シート状基材２０が巻掛けされたバックアップローラ８と、該バックアップローラ８上を搬送されるシート状基材２０に電極スラリー２１を塗り付けるダイコーター１０とを少なくとも備えた塗工装置２に関する。そして、前記バックアップローラ８のうち、巻掛けられたシート状基材２０の幅方向の両端部を支持する外側領域の外径を、当該外側領域間に挟まれる中央領域の外径より、大きい凹形状８Ａとした。
【解決手段】シート状基材２０が巻掛けされたバックアップローラ８と、該バックアップローラ８上を搬送されるシート状基材２０に電極スラリー２１を塗り付けるダイコーター１０とを少なくとも備えた塗工装置２に関する。そして、前記バックアップローラ８のうち、巻掛けられたシート状基材２０の幅方向の両端部を支持する外側領域の外径を、当該外側領域間に挟まれる中央領域の外径より、大きい凹形状８Ａとした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池を構成する電極箔の製造に使用される塗工装置及び電極箔の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から二次電池を構成する電極箔を製造するにあたり、シート状基材（金属箔）に電極スラリー（電極活物質を含む液体）を塗布する塗工装置において、塗工された電極層の厚みを縁部も含めて均一とするための技術が提案されている(特許文献１参照)。
【０００３】
これは、シート状基材が巻掛けされたバックアップローラと、該バックアップローラ上を搬送されるシート状基材に電極スラリーを塗り付けるダイコーターとを備えた塗工装置を備える。そして、前記バックアップローラのうち、巻掛けられたシート状基材上で前記ダイコーターにて規定幅で電極スラリーが塗布される部位の周面を円柱面で形成し、同じく塗布された電極スラリーが流れて端部側へ拡がる部位の周面を前記円柱面と略同軸であって該バックアップローラの端部に向かい漸次縮径する円錐面で形成するよう構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１７３５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、電極箔の電極層を厚膜化してそれを使用する二次電池の容量を向上するためには、電極スラリーの粘度を高くする必要がある。また、電極箔の生産性を上げるためには、塗工速度を上げる必要がある。
【０００６】
しかしながら、上記した粘度の高い電極スラリーを速い速度でダイコーターヘッドより吐出させると、ダイコーターヘッドの中央から吐出される電極スラリーの流速がダイコーターヘッドの端部から吐出される電極スラリーの流速より速くなる。その結果、塗工した電極の開始形状及び終了形状が湾曲した形状となり、その端部は電極として使用できず、切断等を必要とし、歩留まりが低下する。
【０００７】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、電極の塗工開始終了端の湾曲を抑制するに好適に塗工装置及び電極箔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】
【０００８】
本発明は、シート状基材が巻掛けされたバックアップローラと、該バックアップローラ上を搬送されるシート状基材に電極スラリーを塗り付けるダイコーターとを少なくとも備えた塗工装置に関する。そして、前記バックアップローラのうち、巻掛けられたシート状基材の幅方向の両端部を支持する外側領域の外径を、当該外側領域間に挟まれる中央領域の外径より、大きい凹形状とした。
【発明の効果】
【０００９】
したがって、本発明では、ダイコーターヘッドから吐出され、幅方向中央部が幅方向両端部に対して凸形状となる電極スラリーの先端部の形状に、バックアップローラにより幅方向中央領域において凹形状に保持されるシート状基材の形状を相似させることができる。このため、ダイコーターヘッドから繰出される電極スラリーの先端部とシート状基材との距離を、シート状基材の中央部と端部とで同等とでき、塗工した電極の端部の湾曲を少なくできる。よって、電極の歩留まりが向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態を示す塗工装置を含む電極箔の製造方法の概略構成図。
【図２】塗工装置の塗工部を示す正面図。
【図３】塗工装置による塗工状態を示す説明図。
【図４】塗工装置の変形例を示す正面図。
【図５】変形例の塗工装置による塗工状態を示す説明図。
【図６】塗工装置の別の変形例を示す正面図。
【図７】塗工装置の更に別の変形例のバックアップローラの斜視図（Ａ）及び正面図（Ｂ）。
【図８】更に別の変形例のバックアップローラによりシード状基材の保持状態を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態に係る塗工装置及び電極箔の製造方法を図面に基づいて説明する。この第１実施形態に係る塗工装置２は、二次電池の電極として使用される電極箔を製造するために使用されるものであり、シート状基材２０に電極層２２を形成するための装置である。電極箔の製造においては、前記塗工装置２によりシート状基材２０に電極スラリー２１を塗布・乾燥させ、乾燥された電極層２２が後工程である図示しない圧延装置によりプレスされて密度調整され、電極箔に裁断されて二次電池に使用される。
【００１２】
前記シート状基材２０は、電極層２２を形成する基板となるものであって、例えば、アルミニウム箔、銅箔、ニッケル箔、鉄箔、ステンレス鋼箔など製造される電極箔の種類や用途に応じた任意の金属箔である。例えば、正極集電体にはアルミニウムなどの金属箔を用い、負極集電体には銅などの金属箔を用いることができる。金属箔の具体的な厚さについて特に制限はないが、例えば、アルミニウムの場合には２０μｍ、銅の場合には１０μｍ程度の薄膜である。
【００１３】
また、前記電極層２２は、溶剤で溶いた電極活物質（正極活物質又は負極活物質）とバインダとを混合したスラリー状の流動体(電極スラリー２１)から乾燥されプレスされて形成される。正極を形成するために用いる正極スラリーと、負極を形成するために用いる負極スラリーとがある。以下では、正極スラリー及び負極スラリーのいずれかに特に限定されない場合には、単に「電極スラリー」という。
【００１４】
正極スラリーは、例えば、正極活物質、導電助剤、およびバインダを有し、溶媒を添加することで、所定の粘度にされる。正極活物質は、例えば、マンガン酸リチウムである。導電助剤は、例えば、アセチレンブラックである。バインダは、例えば、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）である。溶媒は、例えば、ＮＭＰ（ノルマルメチルピロリドン）である。なお、正極活物質は、マンガン酸リチウムに特に限定されないが、容量および出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物を適用することが好ましい。導電助剤は、例えば、カーボンブラックやグラファイトを利用することも可能である。バインダおよび溶媒は、ＰＶＤＦおよびＮＭＰに限定されない。
【００１５】
負極スラリーは、例えば、負極活物質、導電助剤、およびバインダを有し、溶媒を添加することで、所定の粘度にされる。負極活物質は、例えば、グラファイトである。導電助剤、バインダ、および溶媒は、例えば、アセチレンブラック、ＰＶＤＦ、およびＮＭＰである。なお、負極活物質は、グラファイトに特に限定されず、ハードカーボンや、リチウム−遷移金属複合酸化物を利用することも可能である。導電助剤は、例えば、カーボンブラックやグラファイトを利用することも可能である。バインダおよび溶媒は、ＰＶＤＦおよびＮＭＰに限定されない。
【００１６】
図１に示すように、前記塗工装置２には、シート状基材２０に電極スラリー２１を塗布する機能を有する塗工部４と、電極スラリー２１を乾燥させる機能を有する乾燥部６とが備えられる。前記乾燥部６は、例えば、乾燥炉で構成され、この乾燥部６を通過することにより、塗布された電極スラリー２１に含まれる溶媒が蒸発され、強制的に乾燥させられる。乾燥炉は、例えば、誘導コイルが金属箔に磁場を作用させて金属箔に熱を付与し、その熱により電極スラリー２１を加熱して溶媒を蒸発させる誘導加熱式乾燥炉であってもよく、また、熱風により溶媒を蒸発させる熱風式乾燥炉であってもよい。なお、本実施例においては、塗工装置２として、塗工部４と乾燥部６とを備えるが、乾燥部６を別途独立した構成とすることもできる。
【００１７】
前記塗工装置２では、ロール状に巻かれたシート状基材２０が連続的に繰り出されて塗工部４まで搬送され、該シート状基材２０の一面（表面）に電極スラリー２１が塗布され、乾燥部６まで搬送されて強制乾燥させられたのち、再びロール状に巻き取られる。この塗工装置２による一連の処理にて、シート状基材２０の一面に電極層２２が形成される。電極箔を製造する本実施例では、前記塗工装置２による一連の処理にて、金属箔に電極活物質層が形成されることとなる。なお、シート状基材２０の両面に電極層２２を形成する場合は、上記と同様の処理をシート状基材２０の他面（裏面）に施して、該シート状基材２０の他面（裏面）に電極層２２を形成することができる。
【００１８】
続いて、図示しない圧延装置にて、ロール状に巻かれたシート状基材２０が連続的に繰り出されて圧延ロール間でプレスされ、再びロール状に巻き取られる。この圧延装置によるプレス処理により、シート状基材２０に形成された電極層２２の充填密度が高められる。電極箔を製造する本実施例では、圧延装置にて、電極活物質層が形成された金属箔がプレスされることにより、該電極活物質層の電極活物質の充填密度が高められ、また、均一化されて、電極箔と成る。
【００１９】
次に、前記塗工装置２の塗工部４の構成を説明する。図１に示すように、塗工装置２の塗工部４には、シート状基材２０が巻掛けされたバックアップローラ８と、該バックアップローラ８上を通過するシート状基材２０に電極スラリー２１を塗り付けるダイコーター１０とを、備える。以下、シート状基材２０の幅方向を『幅方向』と定義する。従って、シート状基材２０が巻掛けられたバックアップローラ８の軸と略平行な方向は、幅方向である。
【００２０】
前記塗工装置２には、前記バックアップローラ８以外に、単数又は複数のガイドローラ１４が備えられ、シート状基材２０がテンションを有して巻掛けされる。これらのローラ１４の回転により、ロール状に巻き取られたシート状基材２０が所定の速度で連続的に塗工部４に繰り出され、また、乾燥部６まで搬送されたのち、再びロール状に巻き取られる。
【００２１】
前記ダイコーター１０は、塗液タンク９から供給される電極スラリー２１を、くちばし状ノズルに開口されたスリット１１(以下では「ダイコーターヘッド」ともいう)から流出させて、バックアップローラ８上のシート状基材２０に塗り付ける。ダイコーター１０のノズルのスリット１１は、シート状基材２０の幅方向に長尺であって、スリット１１の開口幅によりシート状基材２０に対して電極スラリー２１が塗布される規定幅が定まる。なお、前記ダイコーター１０は、一般に使用されている既存のダイコーターを広く採用することができる。
【００２２】
前記バックアップローラ８は、ダイコーター１０にて電極スラリー２１が塗布されるシート状基材２０を巻掛けるものであり、ダイコーター１０からの塗布圧を受けるものである。バックアップローラ８は、該バックアップローラ８の上流又は下流に配置されたガイドローラ１４が回転駆動されることにより搬送されるシート状基材２０のテンションを受けて回動する従動ローラで構成している。
【００２３】
上記構成において、前記バックアップローラ８に巻掛けられたシート状基材２０にダイコーター１０のスリット１１が近づけられて、規定幅（ダイコーター１０のスリット１１の開口幅）で電極スラリー２１が塗布される。
【００２４】
前記バックアップローラ８には、図２に示すように、シート状基材２０に形成される電極層２２の開始線及び終了線を直線とするための、凹形状８Ａが備えられている。即ち、前記バックアップローラ８の表面形状は、幅方向中央部で最小径となり、幅方向両側に移るに連れて直径が漸次増径する、凹形状８Ａに形成している。つまり、前記バックアップローラ８の幅方向両側で最大径を備え、幅方向中央部に移るに連れて漸次縮径する凹形状８Ａとしている。
【００２５】
このため、バックアップローラ８にテンションを掛けて巻掛けされるシート状基材２０もバックアップローラ８の外周形状に沿って、幅方向中央部で最も凹み、幅方向両側に移るに連れて漸次増径された形状に弾性変形されて、バックアップローラ８に巻掛けされる。
【００２６】
従って、シート状基材２０の表面は、ダイコーター１０のスリット１１の開口に対して、幅方向両端部でスリット１１の開口に最も接近し、幅方向中央部に移るに連れてスリット１１の開口からの距離が漸次大きくなるように位置決めされる。
【００２７】
以上の構成の塗工装置２において、ダイコーター１０のスリット１１から粘度の高い電極スラリー２１を流出させると、粘度の高い電極スラリー２１はスリット１１の壁面を滑りながら流出する。このため、流出開始時においては、スリット１１壁面との接触面積が、相対的に大きいスリット１１幅方向両端からの流出速度の立上がりが、相対的に小さいスリット１１幅方向中央部からの流出速度の立上がりに比較して遅くなる。即ち、スリット１１から流出する粘度の高い電極スラリー２１の流出量は、スリット１１の幅方向中央部において最も多く、幅方向両端に移るに連れて電極スラリー２１の流出量が小さくなる。このため、流出開始時においては、スリット１１から流出された電極スラリー２１の先端形状は、幅方向中央部で最も高く幅方向両端に移るに連れて漸次低くなる山形に湾曲する。そして、スリット１１内を滑りながら流出する電極スラリー２１の流速が設定されている規定の速度に達した後は、スリット１１幅方向の中央部と両端部とで同じ速度で流出される。
【００２８】
前記流出開始時の山形の先端を備える電極スラリー２１の前方には、前記バックアップローラ８に沿って幅方向中央部で最も凹み、幅方向両側に移るに連れて漸次増径された形状に弾性変形されているシート状基材２０の表面が存在する。このため、図３に示すように、電極スラリー２１の山形の先端を備える先端は、シート状基材２０の表面の幅方向いずれの領域においても略同時刻に到達し、シート状基材２０の表面に直線状に塗布される。
【００２９】
その後の後続する電極スラリー２１の流出速度は、スリット１１幅方向の中央部と両端部とで同じ速度で流出されるため、シート状基材２０の表面に幅方向に均一に電極スラリー２１が塗布される。
【００３０】
また、ダイコーター１０のスリット１１から粘度の高い電極スラリー２１の流出を止める、即ち、内圧による押出しを停止させると、粘度の高い電極スラリー２１は速やかに流出が停止される。この流出停止時においては、ダイコーター１０内圧による押出し力を停止させるため、スリット１１壁面との接触面積が、相対的に小さくスリット１１壁面による制動が少ないスリット１１幅方向中央部からの電極スラリー２１の離脱が先行し、相対的に大きくスリット１１壁面による制動が大きいスリット１１幅方向両端からの電極スラリー２１の離脱が若干遅れる。
【００３１】
このため、流出停止時においては、スリット１１から流出された電極スラリー２１の後端形状は、幅方向中央部で最も低く(凹み)幅方向両端に移るに連れて漸次後方に高くなる山形に湾曲する。この山形の後端を備える電極スラリー２１は、シート状基材２０の表面の幅方向いずれの領域においても略同時刻に塗布が終了し、シート状基材２０の表面に略直線状に塗布が終了される。
【００３２】
以上の本実施形態においては、バックアップローラ８の幅方向両側で大径を備え、幅方向中央部に移るに連れて漸次縮径する凹形状８Ａとしているため、バックアップローラ８にテンションを掛けて巻掛けされるシート状基材２０も同様の形状に保持される。このため、ダイコーター１０のスリット１１から流出される粘度の高い山形となった先端形状を備える電極スラリー２１をシート状基材２０の表面に対する塗布開始形状及び塗布終了形状を直線状とすることができる。このため、その塗布開始・終了端部を電極として有効に使用でき、切断等を必要とせず、歩留まりを向上できる。
【００３３】
以上、本発明の一実施形態に係る塗工装置２及び電極箔の製造方法を説明したが、本発明に係る塗工装置２及び電極箔の製造方法は上述した実施形態に限定されない。
【００３４】
例えば、図４，５は本実施形態の変形例を示す。この変形例においては、バックアップローラ８の内面を空洞とし、空洞内と巻掛けられるシート状基材２０が接する領域のローラ表面とを連通させる微細な穴８Ｂを無数設け、空洞内の空気をエアポンプ１６により排出させる構成を、図２，３に示す実施例に追加したものである。前記無数の微細な穴８Ｂは、バックアップローラ８自体をセラミック等の多孔質体により形成することにより構成することもできる。また、バックアップローラ８自体を金属や樹脂により構成する場合には、ローラ表面から空洞内に貫通する多数の穴８Ｂを形成することにより構成できる。
【００３５】
この変形例においては、バックアップローラ８の空洞内の空気をエアポンプ１６により排出させることにより、微細な無数の穴８Ｂを介してローラ表面の空気が排出される。従って、バックアップローラ８に巻掛けられるシート状基材２０がローラ表面に密着された状態となる。このため、シート状基材２０が凹形状８Ａに形成したバックアップローラ８の表面から離れて浮き上がることを防止でき、安定して電極スラリー２１を塗布することができる。
【００３６】
また、図６に示す本実施形態の別の変形例では、バックアップローラ８の内面を空洞とし、空洞内に冷却装置１８からの冷媒を供給・循環させることにより、バックアップローラ８の表面温度を低温状態とした構成を、図２，３に示す実施例に追加したものである。
【００３７】
この変形例においては、バックアップローラ８表面温度を、電極スラリー２１が吐出されるダイコーターヘッド１１や電極スラリー２１温度よりも低い低温状態としている。このため、それに巻掛けられるシート状基材２０の温度を低下させることができる。このため、シート状基材２０に塗布された電極スラリー２１の温度を速やかに低下させることができ、その流動性を低下させ、塗布された電極層２２としての形状変化を抑えることができる。
【００３８】
図７、８に示す本実施形態の更に別の変形例においては、バックアップローラ８の表面を構成する凹形状８Ａを、より単純化した構成を図２，３に示す実施例に追加したものである。
【００３９】
即ち、バックアップローラ８は概略円柱状に形成されるも、シート状基材２０が巻掛けられる領域内の幅方向両端に環状の突起８Ｃを設けるようにしている。このため、バックアップローラ８のシート状基材２０が巻掛けられる領域は、幅方向両端で大径となり、幅方向中央側において小径となる、単純な凹形状８Ａとなる。そして、このバックアップローラ８にシート状基材２０がテンションを付与された状態で巻掛けられると、図８に示すように、シート状基材２０が弾性変形して、その幅方向両端で大径となり、幅方向中央領域に移るに連れて漸次径が縮小されることとなる。
【００４０】
従って、バックアップローラ８のローラ表面形状が段付きを持った凹形状８Ａであるにも係わらず、巻掛けられるシート状基材２０の表面形状を、図２，３に示すと同様の凹形状に形成することができる。
【００４１】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００４２】
（ア）シート状基材２０が巻掛けされたバックアップローラ８と、該バックアップローラ８上を搬送されるシート状基材２０に電極スラリー２１を塗り付けるダイコーター１０とを少なくとも備えた塗工装置２に関する。そして、前記バックアップローラ８のうち、巻掛けられたシート状基材２０の幅方向の両端部を支持する外側領域の外径を、当該外側領域間に挟まれる中央領域の外径より、大きい凹形状８Ａとした。したがって、ダイコーターヘッド１１から吐出され、幅方向中央部が幅方向両端部に対して凸形状となる電極スラリー２１の先端部の形状に、バックアップローラ８により幅方向中央領域において凹形状８Ａに保持されるシート状基材２０の形状を、相似させることができる。このため、ダイコーターヘッド１１からの電極スラリー２１の先端部とシート状基材２０との距離を、シート状基材２０の中央部と端部とで同等とでき、塗工した電極層２２の端部の湾曲を少なくできる。
【００４３】
（イ）図２、３に示す塗工装置２においては、バックアップローラ８の外側領域間に挟まれる中央領域を、当該外側領域の外径から、巻掛けられるシート状基材２０の幅方向中央に向かい漸次縮径する凹形状８Ａとしている。このため、ダイコーターヘッド１１から吐出され、幅方向中央部が幅方向両端部に対して凸形状となる電極スラリー２１の先端部の形状に、バックアップローラ８により幅方向中央領域において凹形状に保持されるシ００４６ート状基材２０の形状を、より一層相似させることができる。このため、ダイコーターヘッド１１からの電極スラリー２１の先端部とシート状基材２０との距離を、シート状基材２０の中央部と端部とで同等とでき、塗工した電極の端部の湾曲を少なくできる。
【００４４】
（ウ）図４、５に示す塗工装置２においては、バックアップローラ８の外周には、巻掛けられるシート状基材２０が接する領域において開口する多数の空気吸引穴８Ｂを備え、空気吸引穴８Ｂを介して巻掛けられるシート状基材２０との間の空気を排出させることにより、シート状基材２０をバックアップローラ８表面に吸着する。このため、シート状基材２０が凹形状８Ａに形成したバックアップローラ８の表面から離れて浮き上がることが防止でき、安定して電極スラリー２１を塗布することができる。
【００４５】
（エ）図６に示す塗工装置２においては、バックアップローラ８は、冷却手段としての冷却装置１８によりシート状基材２０に塗り付けられる電極スラリー２１の温度より低い低温状態に保持される。このため、シート状基材２０に塗布された電極スラリー２１の温度を低下させることができ、その流動性を低下させ、塗布された電極層２２としての形状変化を抑えることができる。
【００４６】
（オ）バックアップローラ８に巻掛けされてバックアップローラ８上を搬送されるシート状基材２０にダイコーター１０より押し出した電極スラリー２１を塗り付ける電極箔の製造方法である。そして、前記バックアップローラ８により巻掛けられるシート状基材２０の幅方向の中央部を両端部より窪ませた凹形状８Ａに保持して、ダイコーター１０より押し出した電極スラリー２１を塗り付けるようにしている。したがって、ダイコーターヘッド１１から吐出され、幅方向中央部が幅方向両端部に対して凸形状となる電極スラリー２１の先端部の形状に、バックアップローラ８により幅方向中央領域において凹形状に保持されるシート状基材２０の形状を、相似させることができる。このため、ダイコーターヘッド１１からの電極スラリー２１の先端部とシート状基材２０との距離を、シート状基材２０の中央部と端部とで同等とでき、塗工した電極層２２の端部の湾曲を少なくできる。
【符号の説明】
【００４７】
２ 塗工装置
４ 塗工部
６ 乾燥部
８ バックアップローラ
８Ａ 凹形状
１０ ダイコーター
１１ スリット、ダイコーターヘッド
２０ シート状基材
２１ 電極スラリー
２２ 電極層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池を構成する電極箔の製造に使用される塗工装置及び電極箔の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から二次電池を構成する電極箔を製造するにあたり、シート状基材（金属箔）に電極スラリー（電極活物質を含む液体）を塗布する塗工装置において、塗工された電極層の厚みを縁部も含めて均一とするための技術が提案されている(特許文献１参照)。
【０００３】
これは、シート状基材が巻掛けされたバックアップローラと、該バックアップローラ上を搬送されるシート状基材に電極スラリーを塗り付けるダイコーターとを備えた塗工装置を備える。そして、前記バックアップローラのうち、巻掛けられたシート状基材上で前記ダイコーターにて規定幅で電極スラリーが塗布される部位の周面を円柱面で形成し、同じく塗布された電極スラリーが流れて端部側へ拡がる部位の周面を前記円柱面と略同軸であって該バックアップローラの端部に向かい漸次縮径する円錐面で形成するよう構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１７３５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、電極箔の電極層を厚膜化してそれを使用する二次電池の容量を向上するためには、電極スラリーの粘度を高くする必要がある。また、電極箔の生産性を上げるためには、塗工速度を上げる必要がある。
【０００６】
しかしながら、上記した粘度の高い電極スラリーを速い速度でダイコーターヘッドより吐出させると、ダイコーターヘッドの中央から吐出される電極スラリーの流速がダイコーターヘッドの端部から吐出される電極スラリーの流速より速くなる。その結果、塗工した電極の開始形状及び終了形状が湾曲した形状となり、その端部は電極として使用できず、切断等を必要とし、歩留まりが低下する。
【０００７】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、電極の塗工開始終了端の湾曲を抑制するに好適に塗工装置及び電極箔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】
【０００８】
本発明は、シート状基材が巻掛けされたバックアップローラと、該バックアップローラ上を搬送されるシート状基材に電極スラリーを塗り付けるダイコーターとを少なくとも備えた塗工装置に関する。そして、前記バックアップローラのうち、巻掛けられたシート状基材の幅方向の両端部を支持する外側領域の外径を、当該外側領域間に挟まれる中央領域の外径より、大きい凹形状とした。
【発明の効果】
【０００９】
したがって、本発明では、ダイコーターヘッドから吐出され、幅方向中央部が幅方向両端部に対して凸形状となる電極スラリーの先端部の形状に、バックアップローラにより幅方向中央領域において凹形状に保持されるシート状基材の形状を相似させることができる。このため、ダイコーターヘッドから繰出される電極スラリーの先端部とシート状基材との距離を、シート状基材の中央部と端部とで同等とでき、塗工した電極の端部の湾曲を少なくできる。よって、電極の歩留まりが向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態を示す塗工装置を含む電極箔の製造方法の概略構成図。
【図２】塗工装置の塗工部を示す正面図。
【図３】塗工装置による塗工状態を示す説明図。
【図４】塗工装置の変形例を示す正面図。
【図５】変形例の塗工装置による塗工状態を示す説明図。
【図６】塗工装置の別の変形例を示す正面図。
【図７】塗工装置の更に別の変形例のバックアップローラの斜視図（Ａ）及び正面図（Ｂ）。
【図８】更に別の変形例のバックアップローラによりシード状基材の保持状態を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態に係る塗工装置及び電極箔の製造方法を図面に基づいて説明する。この第１実施形態に係る塗工装置２は、二次電池の電極として使用される電極箔を製造するために使用されるものであり、シート状基材２０に電極層２２を形成するための装置である。電極箔の製造においては、前記塗工装置２によりシート状基材２０に電極スラリー２１を塗布・乾燥させ、乾燥された電極層２２が後工程である図示しない圧延装置によりプレスされて密度調整され、電極箔に裁断されて二次電池に使用される。
【００１２】
前記シート状基材２０は、電極層２２を形成する基板となるものであって、例えば、アルミニウム箔、銅箔、ニッケル箔、鉄箔、ステンレス鋼箔など製造される電極箔の種類や用途に応じた任意の金属箔である。例えば、正極集電体にはアルミニウムなどの金属箔を用い、負極集電体には銅などの金属箔を用いることができる。金属箔の具体的な厚さについて特に制限はないが、例えば、アルミニウムの場合には２０μｍ、銅の場合には１０μｍ程度の薄膜である。
【００１３】
また、前記電極層２２は、溶剤で溶いた電極活物質（正極活物質又は負極活物質）とバインダとを混合したスラリー状の流動体(電極スラリー２１)から乾燥されプレスされて形成される。正極を形成するために用いる正極スラリーと、負極を形成するために用いる負極スラリーとがある。以下では、正極スラリー及び負極スラリーのいずれかに特に限定されない場合には、単に「電極スラリー」という。
【００１４】
正極スラリーは、例えば、正極活物質、導電助剤、およびバインダを有し、溶媒を添加することで、所定の粘度にされる。正極活物質は、例えば、マンガン酸リチウムである。導電助剤は、例えば、アセチレンブラックである。バインダは、例えば、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）である。溶媒は、例えば、ＮＭＰ（ノルマルメチルピロリドン）である。なお、正極活物質は、マンガン酸リチウムに特に限定されないが、容量および出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物を適用することが好ましい。導電助剤は、例えば、カーボンブラックやグラファイトを利用することも可能である。バインダおよび溶媒は、ＰＶＤＦおよびＮＭＰに限定されない。
【００１５】
負極スラリーは、例えば、負極活物質、導電助剤、およびバインダを有し、溶媒を添加することで、所定の粘度にされる。負極活物質は、例えば、グラファイトである。導電助剤、バインダ、および溶媒は、例えば、アセチレンブラック、ＰＶＤＦ、およびＮＭＰである。なお、負極活物質は、グラファイトに特に限定されず、ハードカーボンや、リチウム−遷移金属複合酸化物を利用することも可能である。導電助剤は、例えば、カーボンブラックやグラファイトを利用することも可能である。バインダおよび溶媒は、ＰＶＤＦおよびＮＭＰに限定されない。
【００１６】
図１に示すように、前記塗工装置２には、シート状基材２０に電極スラリー２１を塗布する機能を有する塗工部４と、電極スラリー２１を乾燥させる機能を有する乾燥部６とが備えられる。前記乾燥部６は、例えば、乾燥炉で構成され、この乾燥部６を通過することにより、塗布された電極スラリー２１に含まれる溶媒が蒸発され、強制的に乾燥させられる。乾燥炉は、例えば、誘導コイルが金属箔に磁場を作用させて金属箔に熱を付与し、その熱により電極スラリー２１を加熱して溶媒を蒸発させる誘導加熱式乾燥炉であってもよく、また、熱風により溶媒を蒸発させる熱風式乾燥炉であってもよい。なお、本実施例においては、塗工装置２として、塗工部４と乾燥部６とを備えるが、乾燥部６を別途独立した構成とすることもできる。
【００１７】
前記塗工装置２では、ロール状に巻かれたシート状基材２０が連続的に繰り出されて塗工部４まで搬送され、該シート状基材２０の一面（表面）に電極スラリー２１が塗布され、乾燥部６まで搬送されて強制乾燥させられたのち、再びロール状に巻き取られる。この塗工装置２による一連の処理にて、シート状基材２０の一面に電極層２２が形成される。電極箔を製造する本実施例では、前記塗工装置２による一連の処理にて、金属箔に電極活物質層が形成されることとなる。なお、シート状基材２０の両面に電極層２２を形成する場合は、上記と同様の処理をシート状基材２０の他面（裏面）に施して、該シート状基材２０の他面（裏面）に電極層２２を形成することができる。
【００１８】
続いて、図示しない圧延装置にて、ロール状に巻かれたシート状基材２０が連続的に繰り出されて圧延ロール間でプレスされ、再びロール状に巻き取られる。この圧延装置によるプレス処理により、シート状基材２０に形成された電極層２２の充填密度が高められる。電極箔を製造する本実施例では、圧延装置にて、電極活物質層が形成された金属箔がプレスされることにより、該電極活物質層の電極活物質の充填密度が高められ、また、均一化されて、電極箔と成る。
【００１９】
次に、前記塗工装置２の塗工部４の構成を説明する。図１に示すように、塗工装置２の塗工部４には、シート状基材２０が巻掛けされたバックアップローラ８と、該バックアップローラ８上を通過するシート状基材２０に電極スラリー２１を塗り付けるダイコーター１０とを、備える。以下、シート状基材２０の幅方向を『幅方向』と定義する。従って、シート状基材２０が巻掛けられたバックアップローラ８の軸と略平行な方向は、幅方向である。
【００２０】
前記塗工装置２には、前記バックアップローラ８以外に、単数又は複数のガイドローラ１４が備えられ、シート状基材２０がテンションを有して巻掛けされる。これらのローラ１４の回転により、ロール状に巻き取られたシート状基材２０が所定の速度で連続的に塗工部４に繰り出され、また、乾燥部６まで搬送されたのち、再びロール状に巻き取られる。
【００２１】
前記ダイコーター１０は、塗液タンク９から供給される電極スラリー２１を、くちばし状ノズルに開口されたスリット１１(以下では「ダイコーターヘッド」ともいう)から流出させて、バックアップローラ８上のシート状基材２０に塗り付ける。ダイコーター１０のノズルのスリット１１は、シート状基材２０の幅方向に長尺であって、スリット１１の開口幅によりシート状基材２０に対して電極スラリー２１が塗布される規定幅が定まる。なお、前記ダイコーター１０は、一般に使用されている既存のダイコーターを広く採用することができる。
【００２２】
前記バックアップローラ８は、ダイコーター１０にて電極スラリー２１が塗布されるシート状基材２０を巻掛けるものであり、ダイコーター１０からの塗布圧を受けるものである。バックアップローラ８は、該バックアップローラ８の上流又は下流に配置されたガイドローラ１４が回転駆動されることにより搬送されるシート状基材２０のテンションを受けて回動する従動ローラで構成している。
【００２３】
上記構成において、前記バックアップローラ８に巻掛けられたシート状基材２０にダイコーター１０のスリット１１が近づけられて、規定幅（ダイコーター１０のスリット１１の開口幅）で電極スラリー２１が塗布される。
【００２４】
前記バックアップローラ８には、図２に示すように、シート状基材２０に形成される電極層２２の開始線及び終了線を直線とするための、凹形状８Ａが備えられている。即ち、前記バックアップローラ８の表面形状は、幅方向中央部で最小径となり、幅方向両側に移るに連れて直径が漸次増径する、凹形状８Ａに形成している。つまり、前記バックアップローラ８の幅方向両側で最大径を備え、幅方向中央部に移るに連れて漸次縮径する凹形状８Ａとしている。
【００２５】
このため、バックアップローラ８にテンションを掛けて巻掛けされるシート状基材２０もバックアップローラ８の外周形状に沿って、幅方向中央部で最も凹み、幅方向両側に移るに連れて漸次増径された形状に弾性変形されて、バックアップローラ８に巻掛けされる。
【００２６】
従って、シート状基材２０の表面は、ダイコーター１０のスリット１１の開口に対して、幅方向両端部でスリット１１の開口に最も接近し、幅方向中央部に移るに連れてスリット１１の開口からの距離が漸次大きくなるように位置決めされる。
【００２７】
以上の構成の塗工装置２において、ダイコーター１０のスリット１１から粘度の高い電極スラリー２１を流出させると、粘度の高い電極スラリー２１はスリット１１の壁面を滑りながら流出する。このため、流出開始時においては、スリット１１壁面との接触面積が、相対的に大きいスリット１１幅方向両端からの流出速度の立上がりが、相対的に小さいスリット１１幅方向中央部からの流出速度の立上がりに比較して遅くなる。即ち、スリット１１から流出する粘度の高い電極スラリー２１の流出量は、スリット１１の幅方向中央部において最も多く、幅方向両端に移るに連れて電極スラリー２１の流出量が小さくなる。このため、流出開始時においては、スリット１１から流出された電極スラリー２１の先端形状は、幅方向中央部で最も高く幅方向両端に移るに連れて漸次低くなる山形に湾曲する。そして、スリット１１内を滑りながら流出する電極スラリー２１の流速が設定されている規定の速度に達した後は、スリット１１幅方向の中央部と両端部とで同じ速度で流出される。
【００２８】
前記流出開始時の山形の先端を備える電極スラリー２１の前方には、前記バックアップローラ８に沿って幅方向中央部で最も凹み、幅方向両側に移るに連れて漸次増径された形状に弾性変形されているシート状基材２０の表面が存在する。このため、図３に示すように、電極スラリー２１の山形の先端を備える先端は、シート状基材２０の表面の幅方向いずれの領域においても略同時刻に到達し、シート状基材２０の表面に直線状に塗布される。
【００２９】
その後の後続する電極スラリー２１の流出速度は、スリット１１幅方向の中央部と両端部とで同じ速度で流出されるため、シート状基材２０の表面に幅方向に均一に電極スラリー２１が塗布される。
【００３０】
また、ダイコーター１０のスリット１１から粘度の高い電極スラリー２１の流出を止める、即ち、内圧による押出しを停止させると、粘度の高い電極スラリー２１は速やかに流出が停止される。この流出停止時においては、ダイコーター１０内圧による押出し力を停止させるため、スリット１１壁面との接触面積が、相対的に小さくスリット１１壁面による制動が少ないスリット１１幅方向中央部からの電極スラリー２１の離脱が先行し、相対的に大きくスリット１１壁面による制動が大きいスリット１１幅方向両端からの電極スラリー２１の離脱が若干遅れる。
【００３１】
このため、流出停止時においては、スリット１１から流出された電極スラリー２１の後端形状は、幅方向中央部で最も低く(凹み)幅方向両端に移るに連れて漸次後方に高くなる山形に湾曲する。この山形の後端を備える電極スラリー２１は、シート状基材２０の表面の幅方向いずれの領域においても略同時刻に塗布が終了し、シート状基材２０の表面に略直線状に塗布が終了される。
【００３２】
以上の本実施形態においては、バックアップローラ８の幅方向両側で大径を備え、幅方向中央部に移るに連れて漸次縮径する凹形状８Ａとしているため、バックアップローラ８にテンションを掛けて巻掛けされるシート状基材２０も同様の形状に保持される。このため、ダイコーター１０のスリット１１から流出される粘度の高い山形となった先端形状を備える電極スラリー２１をシート状基材２０の表面に対する塗布開始形状及び塗布終了形状を直線状とすることができる。このため、その塗布開始・終了端部を電極として有効に使用でき、切断等を必要とせず、歩留まりを向上できる。
【００３３】
以上、本発明の一実施形態に係る塗工装置２及び電極箔の製造方法を説明したが、本発明に係る塗工装置２及び電極箔の製造方法は上述した実施形態に限定されない。
【００３４】
例えば、図４，５は本実施形態の変形例を示す。この変形例においては、バックアップローラ８の内面を空洞とし、空洞内と巻掛けられるシート状基材２０が接する領域のローラ表面とを連通させる微細な穴８Ｂを無数設け、空洞内の空気をエアポンプ１６により排出させる構成を、図２，３に示す実施例に追加したものである。前記無数の微細な穴８Ｂは、バックアップローラ８自体をセラミック等の多孔質体により形成することにより構成することもできる。また、バックアップローラ８自体を金属や樹脂により構成する場合には、ローラ表面から空洞内に貫通する多数の穴８Ｂを形成することにより構成できる。
【００３５】
この変形例においては、バックアップローラ８の空洞内の空気をエアポンプ１６により排出させることにより、微細な無数の穴８Ｂを介してローラ表面の空気が排出される。従って、バックアップローラ８に巻掛けられるシート状基材２０がローラ表面に密着された状態となる。このため、シート状基材２０が凹形状８Ａに形成したバックアップローラ８の表面から離れて浮き上がることを防止でき、安定して電極スラリー２１を塗布することができる。
【００３６】
また、図６に示す本実施形態の別の変形例では、バックアップローラ８の内面を空洞とし、空洞内に冷却装置１８からの冷媒を供給・循環させることにより、バックアップローラ８の表面温度を低温状態とした構成を、図２，３に示す実施例に追加したものである。
【００３７】
この変形例においては、バックアップローラ８表面温度を、電極スラリー２１が吐出されるダイコーターヘッド１１や電極スラリー２１温度よりも低い低温状態としている。このため、それに巻掛けられるシート状基材２０の温度を低下させることができる。このため、シート状基材２０に塗布された電極スラリー２１の温度を速やかに低下させることができ、その流動性を低下させ、塗布された電極層２２としての形状変化を抑えることができる。
【００３８】
図７、８に示す本実施形態の更に別の変形例においては、バックアップローラ８の表面を構成する凹形状８Ａを、より単純化した構成を図２，３に示す実施例に追加したものである。
【００３９】
即ち、バックアップローラ８は概略円柱状に形成されるも、シート状基材２０が巻掛けられる領域内の幅方向両端に環状の突起８Ｃを設けるようにしている。このため、バックアップローラ８のシート状基材２０が巻掛けられる領域は、幅方向両端で大径となり、幅方向中央側において小径となる、単純な凹形状８Ａとなる。そして、このバックアップローラ８にシート状基材２０がテンションを付与された状態で巻掛けられると、図８に示すように、シート状基材２０が弾性変形して、その幅方向両端で大径となり、幅方向中央領域に移るに連れて漸次径が縮小されることとなる。
【００４０】
従って、バックアップローラ８のローラ表面形状が段付きを持った凹形状８Ａであるにも係わらず、巻掛けられるシート状基材２０の表面形状を、図２，３に示すと同様の凹形状に形成することができる。
【００４１】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００４２】
（ア）シート状基材２０が巻掛けされたバックアップローラ８と、該バックアップローラ８上を搬送されるシート状基材２０に電極スラリー２１を塗り付けるダイコーター１０とを少なくとも備えた塗工装置２に関する。そして、前記バックアップローラ８のうち、巻掛けられたシート状基材２０の幅方向の両端部を支持する外側領域の外径を、当該外側領域間に挟まれる中央領域の外径より、大きい凹形状８Ａとした。したがって、ダイコーターヘッド１１から吐出され、幅方向中央部が幅方向両端部に対して凸形状となる電極スラリー２１の先端部の形状に、バックアップローラ８により幅方向中央領域において凹形状８Ａに保持されるシート状基材２０の形状を、相似させることができる。このため、ダイコーターヘッド１１からの電極スラリー２１の先端部とシート状基材２０との距離を、シート状基材２０の中央部と端部とで同等とでき、塗工した電極層２２の端部の湾曲を少なくできる。
【００４３】
（イ）図２、３に示す塗工装置２においては、バックアップローラ８の外側領域間に挟まれる中央領域を、当該外側領域の外径から、巻掛けられるシート状基材２０の幅方向中央に向かい漸次縮径する凹形状８Ａとしている。このため、ダイコーターヘッド１１から吐出され、幅方向中央部が幅方向両端部に対して凸形状となる電極スラリー２１の先端部の形状に、バックアップローラ８により幅方向中央領域において凹形状に保持されるシ００４６ート状基材２０の形状を、より一層相似させることができる。このため、ダイコーターヘッド１１からの電極スラリー２１の先端部とシート状基材２０との距離を、シート状基材２０の中央部と端部とで同等とでき、塗工した電極の端部の湾曲を少なくできる。
【００４４】
（ウ）図４、５に示す塗工装置２においては、バックアップローラ８の外周には、巻掛けられるシート状基材２０が接する領域において開口する多数の空気吸引穴８Ｂを備え、空気吸引穴８Ｂを介して巻掛けられるシート状基材２０との間の空気を排出させることにより、シート状基材２０をバックアップローラ８表面に吸着する。このため、シート状基材２０が凹形状８Ａに形成したバックアップローラ８の表面から離れて浮き上がることが防止でき、安定して電極スラリー２１を塗布することができる。
【００４５】
（エ）図６に示す塗工装置２においては、バックアップローラ８は、冷却手段としての冷却装置１８によりシート状基材２０に塗り付けられる電極スラリー２１の温度より低い低温状態に保持される。このため、シート状基材２０に塗布された電極スラリー２１の温度を低下させることができ、その流動性を低下させ、塗布された電極層２２としての形状変化を抑えることができる。
【００４６】
（オ）バックアップローラ８に巻掛けされてバックアップローラ８上を搬送されるシート状基材２０にダイコーター１０より押し出した電極スラリー２１を塗り付ける電極箔の製造方法である。そして、前記バックアップローラ８により巻掛けられるシート状基材２０の幅方向の中央部を両端部より窪ませた凹形状８Ａに保持して、ダイコーター１０より押し出した電極スラリー２１を塗り付けるようにしている。したがって、ダイコーターヘッド１１から吐出され、幅方向中央部が幅方向両端部に対して凸形状となる電極スラリー２１の先端部の形状に、バックアップローラ８により幅方向中央領域において凹形状に保持されるシート状基材２０の形状を、相似させることができる。このため、ダイコーターヘッド１１からの電極スラリー２１の先端部とシート状基材２０との距離を、シート状基材２０の中央部と端部とで同等とでき、塗工した電極層２２の端部の湾曲を少なくできる。
【符号の説明】
【００４７】
２ 塗工装置
４ 塗工部
６ 乾燥部
８ バックアップローラ
８Ａ 凹形状
１０ ダイコーター
１１ スリット、ダイコーターヘッド
２０ シート状基材
２１ 電極スラリー
２２ 電極層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状基材が巻掛けされたバックアップローラと、該バックアップローラ上を搬送されるシート状基材に電極スラリーを塗り付けるダイコーターとを少なくとも備えた塗工装置であって、
前記バックアップローラのうち、巻掛けられたシート状基材の幅方向の両端部を支持する外側領域の外径を、当該外側領域間に挟まれる中央領域の外径より、大きい凹形状としたことを特徴とする塗工装置。
【請求項２】
前記バックアップローラの外側領域間に挟まれる中央領域を、当該外側領域の外径から、巻掛けられるシート状基材の幅方向中央に向かい漸次縮径する凹形状としたことを特徴とする請求項１に記載の塗工装置。
【請求項３】
前記バックアップローラの外周には、巻掛けられるシート状基材が接する領域において開口する多数の空気吸引穴を備え、空気吸引穴を介して巻掛けられるシート状基材との間の空気を排出させることにより、シート状基材をバックアップローラ表面に吸着することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の塗工装置。
【請求項４】
前記バックアップローラは、冷却手段によりシート状基材に塗り付けられる電極スラリーの温度より低い低温状態に保持されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の塗工装置。
【請求項５】
バックアップローラに巻掛けされてバックアップローラ上を搬送されるシート状基材にダイコーターより押し出した電極スラリーを塗り付ける電極箔の製造方法であって、
前記バックアップローラにより巻掛けられるシート状基材の幅方向の中央部を両端部より窪ませた凹形状に保持して、ダイコーターより押し出した電極スラリーを塗り付けることを特徴とする電極箔の製造方法。
【請求項１】
シート状基材が巻掛けされたバックアップローラと、該バックアップローラ上を搬送されるシート状基材に電極スラリーを塗り付けるダイコーターとを少なくとも備えた塗工装置であって、
前記バックアップローラのうち、巻掛けられたシート状基材の幅方向の両端部を支持する外側領域の外径を、当該外側領域間に挟まれる中央領域の外径より、大きい凹形状としたことを特徴とする塗工装置。
【請求項２】
前記バックアップローラの外側領域間に挟まれる中央領域を、当該外側領域の外径から、巻掛けられるシート状基材の幅方向中央に向かい漸次縮径する凹形状としたことを特徴とする請求項１に記載の塗工装置。
【請求項３】
前記バックアップローラの外周には、巻掛けられるシート状基材が接する領域において開口する多数の空気吸引穴を備え、空気吸引穴を介して巻掛けられるシート状基材との間の空気を排出させることにより、シート状基材をバックアップローラ表面に吸着することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の塗工装置。
【請求項４】
前記バックアップローラは、冷却手段によりシート状基材に塗り付けられる電極スラリーの温度より低い低温状態に保持されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の塗工装置。
【請求項５】
バックアップローラに巻掛けされてバックアップローラ上を搬送されるシート状基材にダイコーターより押し出した電極スラリーを塗り付ける電極箔の製造方法であって、
前記バックアップローラにより巻掛けられるシート状基材の幅方向の中央部を両端部より窪ませた凹形状に保持して、ダイコーターより押し出した電極スラリーを塗り付けることを特徴とする電極箔の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−３９６８（Ｐ２０１２−３９６８Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３８２６５（Ｐ２０１０−１３８２６５）
【出願日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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