電池極板の製造方法および製造装置
【課題】極板の安全性を低下させる余剰な電極材料部分を生じることなく、かつ余剰部分を捨てずに電池極板を製造する。
【解決手段】除去機構２０は、糸２５を保持する糸巻きホルダー２６と、糸２５の張力を制御する張力制御機構２８および中間ホルダー２７と、除去した幅方向余剰分３ａを回収する回収装置２９からなる。除去機構２０の糸２５は、集電体２平面と９０度未満の角度で集電体２側面に当接し、かつ内側に圧縮する水平方向分力が０．１[ｋｇｆ]より大きく、集電体の材質に応じた極板２１にシワもしくは破れのない値に設定される。これにより幅方向余剰分３ａは剥ぎ落とされ、回収装置２９が回収し、再利用される。除去機構２０を通り、極板１の幅方向余剰分３ａが除去・回収され極板２１を得る。
【解決手段】除去機構２０は、糸２５を保持する糸巻きホルダー２６と、糸２５の張力を制御する張力制御機構２８および中間ホルダー２７と、除去した幅方向余剰分３ａを回収する回収装置２９からなる。除去機構２０の糸２５は、集電体２平面と９０度未満の角度で集電体２側面に当接し、かつ内側に圧縮する水平方向分力が０．１[ｋｇｆ]より大きく、集電体の材質に応じた極板２１にシワもしくは破れのない値に設定される。これにより幅方向余剰分３ａは剥ぎ落とされ、回収装置２９が回収し、再利用される。除去機構２０を通り、極板１の幅方向余剰分３ａが除去・回収され極板２１を得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池極板の製造方法および製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウム二次電池は蓄電設備や高機能端末などに使用されるため、高容量化が望まれている。そのためには、限られた容積の中に多くの活物質を保持し、かつ空間を余さないように厚みが均一な電池極板とすることが課題とされている。
【０００３】
従来の電池極板の製造方法として、図４に示される一対のロール４，５により電極材料３をシート状にした後、走行する集電体２にロール６によって転写し、極板１を製造する方法が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
製造された極板１は適正な密度に圧延された後に、スリッターを用いて、実際の電池で用いられる幅に裁断され、複数個のフープ（帯状板）を得る。一般的には、図５に示すスリッターによる裁断が用いられ、圧延後の広幅電極板７から引き出された極板はいくらかのガイドロールを介し、スリット８に入り裁断され、巻き取り部に巻き取られ、狭幅電極板９ａ，９ｂとなる（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
このとき、所定の重量・厚み・幅を満たすフープのみが、電池の正極板・負極板として用いられ、それの要件を満たさないものは廃棄される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２８６９１５６号公報
【特許文献２】特許２００８−１７６９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図４に示すような従来の製造方法では、材料ロスを減らすために集電体２を余すことなく用いて、電極材料３を集電体幅の最端部まで塗布する。そのため、ロールで形成されるシート状の電極材料３の幅は走行する集電体２の幅より少し広くする必要がある。できあがった極板１は、図６に示すように幅方向断面で集電体２が中央にない部分まで電極材料３がはみ出した状態となる。
【０００８】
はみ出した電極材料３の部分は脆いため、その後の負極板・正極板・セパレータを巻回し、電池の形状にする組立工程において、材料の脱落・飛散が起こりやすく短絡不良の原因となる。そのため、幅方向断面で示すと図７のような形になる転写後の極板１は、スリット工程で裁断され、廃棄端部１０と狭幅極板部１１とに分けられ、狭幅極板部１１は組立工程に送られ、廃棄端部１０は捨てられる。
【０００９】
本発明は、前記従来技術の課題を解決するものであり、極板に安全性を著しく低下させる原因となり得る余剰な電極材料部分を生じることなく、かつ廃棄端部を捨てることなく製造することができる電池極板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】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明に係る電池極板の製造方法は、巻き出し部から巻き取り部へ走行する集電体平面の表，裏のいずれか一方またはその両方の面に電極材料を付着させる電池極板の製造方法であって、集電体側面に幅方向の両側端から当接する糸を備え、かつ集電体平面と糸との成す角度が１５度以上９０度未満である除去機構を集電体の走行路中に設け、除去機構により集電体側面の極板幅方向に付着した電極材料の余剰部分を除去することを特徴とする。
【００１１】
また、除去機構の糸が当接する集電体側面を幅方向の両側端から内側に圧縮する水平方向分力を０．１[ｋｇｆ]より大きく、かつ集電体の材質に応じた極板にシワもしくは破れの発生しない値に設定して、電極材料の余剰部分を除去すること、さらに、除去機構に備える極板から除去した電極材料の余剰部分を回収する手段により、除去した電極材料を回収し、再利用することを特徴とする。
【００１２】
また、電池極板の製造装置は、巻き出し部から巻き取り部へ走行する集電体平面の表，裏のいずれか一方またはその両方の面に電極材料を付着させる電池極板の製造装置において、集電体側面に幅方向の両側端から当接し、かつ集電体平面との成す角度が１５度以上９０度未満である糸と、極板幅方向の電極材料の余剰部分を再利用するため、糸により除去した電極材料の余剰部分を回収する手段とを有し、集電体の走行路中に設けられた除去機構を備えたことを特徴とする。
【００１３】
前記の装置および方法によれば、走行する集電体平面に電極材料を付着させた極板において、除去機構により極板の幅方向両端にある電極材料の余剰部分を除去すると共に、余剰部分を回収、再利用して電池極板を製造できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、集電体の表面、裏面のいずれか一方またはその両方に電極材料が付着した状態の極板に、安全性を著しく低下させる原因となり得る余剰な電極材料の部分を生じることのない電池極板を製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態における電池極板の製造方法を示す概略構成図
【図２】本実施形態における除去機構の概略を示す拡大図
【図３】本実施形態における（ａ）は除去機構に用いた糸の電池極板にかかる力、（ｂ）は良好とする極板の範囲、（ｃ）は集電体の最端部から除去する電極材料を説明する図
【図４】従来のロール転写による電池極板の製造方法を示す概略構成図
【図５】従来のスリットによる電池極板の製造方法を示す概略構成図
【図６】電極材料が集電体より広幅状態の極板を示す斜視図
【図７】電極材料が集電体より広幅状態の極板処理を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施形態における電池極板の製造方法を示す概略構成図である。ここで、前記従来例を示す図４において説明した構成部材に対応した機能を有するものには同一の符号を付す。
【００１８】
図１に示すように、巻き出し２２に取り付けられた集電体２を第１の塗布部にあるロール１６に抱きつかせて、ロール１４との間で一方の面に電極材料３を転写し乾燥炉１７を通過させる。さらに、第２の塗布部にあるロール１６に抱きつかせて、ロール１４との間で他方の面に電極材料３を転写し乾燥炉１９を通過させた後、極板１を得る。この極板１を、除去機構２０を経て極板２１とした後、巻き取り２３にて巻き取られる。
【００１９】
ロール１３ｂ，ロール１４は、互いの外周どうしの間に所定のギャップを形成するように並列に配置されており、押出ダイ１３ａから吐き出されギャップを通過する電極材料３の厚みを整える機能を担っている。
【００２０】
剥離ロール１５は、電極材料３の塗膜に一定長さ・間隔の間欠部を設けるための手段であり、形状が変わっても塗膜の一部除去するという機能を果たせば良い。この剥離ロール１５は一部分が凸形状をしており、その凸部とロール１４と互いの外周どうしの間に所定のギャップを形成するように並列に配置され、塗膜の一部を周期的に除去する。
【００２１】
またロール１６は、ロール１４の外周との間に所定のギャップを形成するように並列に配置されており、これらロール１４，ロール１６上を一方向に走行する集電体２に厚みを整えた電極材料３を転写する機能を担っている。
【００２２】
このロール１３ｂ，ロール１４で形成される膜状の電極材料３の幅は、集電体２の蛇行によって、集電体２の幅方向に電極材料３のない部分が生じるのを避けるため、例えば集電体２の走行時の蛇行制御範囲が１[ｍｍ]の場合、集電体２の幅より１[ｍｍ]以上広く設定されることが望ましい。
【００２３】
ロール１３ｂ，ロール１４の表面には、シリコンやフッ素に代表される離形性が高い材質を含む樹脂およびそれらの成分が含浸，含有した複合金属物（例えば、フッ素を含有したニッケルメッキなど）を用いることができる。
【００２４】
またロールとして、ＳＵＳロールを規則的に溝加工したまたはブラストし荒らした面に、シリコンまたはフッ素に代表される離形性が高い材質をコートし、平滑な面が得られるように円周面を加工して、離形性が高い材質をコートした面を規則的またはランダムに部分的表面に出した材料や、クロムメッキした際に生じる小さなクラックに、シリコンまたはフッ素に代表される離形性が高い材質を溶融させて塗布した後に、表面を研磨してランダムに離形性が高い材質を塗布した面を部分的表面に出した材料を用いることができる。
【００２５】
剥離ロール１５の材質はＳＵＳ研磨仕上げ、もしくはクロムメッキ仕上げ、ニッケルメッキのものを用いることができる。ロール１６は例えば、ＳＵＳ研磨仕上げ、もしくはクロムメッキ仕上げ、ニッケルメッキのものを用いることができる。
【００２６】
乾燥炉１７と乾燥炉１９は塗膜の水分を除去する機能を担っており、方式としては熱風、遠赤外、中赤外、電磁誘導加熱等が使用できる。
【００２７】
なお、第２の塗布部の各ロールは第１の塗布部の各ロールと同一のものが用いられ、その機能も同じである。ただし、剥離ロール１５については、極板の表裏で間欠部の長さが異なる場合は、それに合わせ凸部の長さが変わる。
【００２８】
除去機構２０は前述の転写動作により、集電体２の幅方向に余剰に付いた電極材料３を除去する機能を担っている。
【００２９】
巻き取り２３は製造された極板２１を巻き取る機能を担っている。
【００３０】
また、図２は本実施形態の除去機構の概略を示す拡大図である。図２の除去機構２０は、糸２５と、その糸２５を極板１（２１）に対し角度が付いた状態で保持できる糸巻きホルダー２６と、糸２５の張力を制御する張力制御機構２８と、極板１（２１）と張力制御機構２８との間で糸２５を保持する中間ホルダー２７と、除去した電極材料の幅方向余剰分３ａを回収する回収装置２９で構成される。
【００３１】
乾燥炉１９を通過した極板１は除去機構２０を通すことで、極板１の電極材料３の幅方向余剰分３ａを除去・回収した極板２１にすることができる。除去機構２０は極板１（２１）の上方に糸巻きホルダー２６があり、その糸巻きホルダー２６から垂らした糸２５が下方に伸びており、糸２５は極板２１の幅方向の端部に接し、中間ホルダー２７を介し、張力調整機構２８により、張力制御される。除去機構２０の糸２５の材料が、麻や綿や羊毛、絹といった天然繊維であるか、ナイロンやポリエステルといった人工繊維であるときに使用できる。
【００３２】
糸２５によって、剥ぎ落とされた極板１の幅方向余剰分３ａは、回収装置２９によって回収され、この回収された幅方向余剰分３ａは、再度電極材料３を配合する際に計量・投入され、再利用される。これにより、材料利用率が格段に向上する。回収装置２９の方式としては、掃除機のようなバキューム方式、静電気方式、蒸気により溶液成分を粉に吸着させて落下させる方式等が使用できる。
【００３３】
図１に示した本実施形態の電池極板の製造方法における電極材料３の転写について、以下のようにして試験をした。
【００３４】
第１の塗布部のロール１３ｂおよびロール１４を回転させた状態にて、一定量の電極材料３を転写元のロール１３ｂ表面に投入供給する。そして、ロール１３ｂとロール１４との間のギャップで所定の厚さになるように調厚し、さらにロール１４と剥離ロール１５を用いてロール１４上の膜状の電極材料３を間欠的に剥離する。これを、ロール１６上を走行する集電体２上に、膜状の電極材料３を転写した後に乾燥炉１７を通し、極板１の表面を作製する。その後に表面と同様の方法で第２の塗布部において極板１の裏面を作製する。
【００３５】
第１，第２の塗布部において、ロール１３ｂの直径は３００[ｍｍ]，幅は３００[ｍｍ]、ロール１４の直径は３００[ｍｍ]，幅は３００[ｍｍ]、剥離ロール１５の直径は３００[ｍｍ]，幅は３００[ｍｍ]、ロール１６の直径は３００[ｍｍ]，幅は３００[ｍｍ]とした。また、剥離ロール１５にはロールの外周部に幅３００[ｍｍ]、円周方向長さ１０[ｍｍ]、高さ１[ｍｍ]の凸部を１点設けた。塗布幅は押出ダイ１３ａの吐出口スリットの幅で決定し、１２２[ｍｍ]とした。
【００３６】
第１の塗布部におけるロール１３ｂ，１４，１５，１６の回転数は、集電体２の走行速度に合わせて２０[ｍ／ｍｉｎ]に相当する回転数とした。ロール１３ｂとロール１４との間のギャップは１５０[μｍ]、ロール１４と剥離ロール１５の凸部との間のギャップは１５０[μｍ]、ロール１４とロール１６との間のギャップは（１８０[μｍ]＝１５０[μｍ]＋集電体２の厚み３０[μｍ]）とした。ロール１３ｂ，ロール１４にはそれぞれシリコンを表面上に焼き付けたものを用い、剥離ロール１５，ロール１６は、クロムメッキ仕上げのものを用いた。
【００３７】
また、第２の塗布部においても、ロール１３ｂとロール１４との間のギャップは１５０[μｍ]、ロール１４と剥離ロール１５の凸部との間のギャップは１５０[μｍ]、ロール１４とロール１６との間のギャップは１５０[μｍ]＋極板の表面厚み（１２０[μｍ]）とした。ロール１３ｂ，ロール１４にはそれぞれシリコンを表面上に焼き付けたものを用い、剥離ロール１５，ロール１６は、クロムメッキ仕上げのものを用いた。
【００３８】
電極材料３は、第１組成として、活物質としてのニッケル酸リチウム（以下、ＬｉＮｉＯ２という）と、導電剤としてのアセチレンブラックと、非水溶性高分子の第１結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦという）と、非水分散の溶媒としてのｎ−メチル−２−ピロリドン（以下、ＮＭＰという）とを混合してなる非水系正極の電極材料、また第２組成として、活物質としてのグラファイトと、水溶性高分子の第１結着剤としてのカルボキシメチルセルロースナトリウム（以下、ＣＭＣという）、および第２結着剤としてのスチレンブタジエンゴム（以下、ＳＢＲという）と、溶媒として純水とを混合してなる水系負極の電極材料を下記の（表１）に示す。また、各箇所の押出ダイからの供給量は２９３[ｃｃ／ｍｉｎ]とした。
【００３９】
【表１】
【００４０】
正極の場合、固形分濃度７６〜８６[重量％]、負極の場合、固形分濃度６６〜７６[重量％]が転写可能であった。今回の実施形態においては、正極板を第１組成の配合にて固形分濃度８６[重量％]で、負極板を第２組成の配合にて固形分濃度７６[重量％]で製造した。
【００４１】
また、図３（ａ）は本実施形態における除去機構に用いた糸の電池極板にかかる力、（ｂ）は良好とする極板の範囲、（ｃ）は集電体の最端部から除去する電極材料を説明する図である。糸２５の水平方向分力３３は集電体２のせん断破壊応力以下で、かつ集電体２の座屈を発生させない荷重が使用でき、水平方向分力３３の求め方は、
（数１）
Ｈ＝Ｆ×ｃｏｓθ
ここで、Ｈ：水平方向分力３３、Ｆ：糸２５の張力３１、θ：極板１と糸２５との角度３２
に示すとおりである。
【００４２】
なお、巻き取り２３が巻き取るために走行方向にかかる集電体２への張力は、使用する集電体２の許容引張り応力および幅，厚みで決定される。つまり、材料の材質および形状で決定され、許容範囲を超える張力で引っ張られると集電体２が裂けてしまう恐れがあるため、許容範囲を超え使用することができない。
【００４３】
このため、除去機構２０を用いた実施形態において、巻き取り２３が巻き取る極板２１の巻き取り張力を０．５〜８．０[ｋｇｆ]の範囲とし、糸２５により発生する水平方向分力３３を０．１〜１．５[ｋｇｆ]の範囲で変更し、極板２１の状態を確認した。
【００４４】
用いた糸２５の線径は１．５[ｍｍ]、材質は木綿で、負極板（第２組成の電極材料）を除去した際の結果を（表２）に示す。なお、集電体２には幅１２０[ｍｍ]，厚み３０[μｍ]の銅箔を用いた。
【００４５】
【表２】
【００４６】
（表２）において、良好とした極板２１は、除去機構の糸２５により極板１の幅方向余剰分３ａを除去した後、０．０１[ｍｍ]以上集電体２が露出しておらず、もしくは余剰に付いた電極材料３が０．０２[ｍｍ]以下である（図３（ｂ）参照）。
【００４７】
また、巻きズレ発生とした極板２１は、巻き取り２３にて、巻き取った極板２１の位置ズレが１[ｍｍ]以上発生した状態である。巻きズレがあると、組立工程で巻き回する際に不良が発生する。
【００４８】
極板シワ発生とは、極板２１の幅方向において、極板２１が糸２５に挟まれる力（糸２５の水平方向分力３３）が強いため、極板２１が折れてしまう状態である。
【００４９】
極板へのめり込み発生とは、極板２１の幅方向において、極板２１が糸２５に挟まれる力（糸２５の水平方向分力３３）が強すぎるため、極板２１が裂け、糸２５が極板２１にめり込んでしまう状態である。
【００５０】
糸破断とは、糸２５の張力が糸２５の破断応力以上になり、裂けてしまう状態である。
【００５１】
極板切れ発生とは、極板２１の張力が極板２１の破断応力以上になり、裂けてしまう状態である。
【００５２】
なお、極板２１と糸２５との角度３２はθ＝９０°以上の場合、部分的に除去できない部分があった。一方、θ＝９０°未満にすることで全数余剰な電極材料３を除去することが可能であった。
【００５３】
また、具体的には極板２１で、厚み１２０[μｍ]の電極材料３において集電体２の最端部から除去した部分（図３（ｃ）参照）は、極板２１（集電体２）と糸２５との角度３２としてθ＝１０°の場合、電極材料３の除去される割合は０．７３[％]となり、θ＝１５°の場合の割合は０．４８[％]、θ＝３０°の場合の割合は０．２[％]となる。そして、除去した電極材料３の容量低下は０．５[％]以下としたいため、この容量の観点から極板２１（集電体２）と糸２５の成す角度３２の範囲としては、θ＝１５°以上９０°未満とする。
【００５４】
さらに、用いた糸２５の線径は０．７５[ｍｍ]、材質は木綿で、負極板（第２組成の電極材料）を除去した際の結果を（表３）に示す。なお、集電体２には幅１２０[ｍｍ]，厚み３０[μｍ]の銅箔を用いた。
【００５５】
【表３】
【００５６】
また、用いた糸２５の線径は３．０[ｍｍ]、材質は木綿で、負極板（第２組成の電極材料）を除去した際の結果を（表４）に示す。なお、集電体２には幅１２０[ｍｍ]，厚み３０[μｍ]の銅箔を用いた。
【００５７】
【表４】
【００５８】
前述した（表２）〜（表４）の結果から幅１２０[ｍｍ]，厚み３０[μｍ]の銅箔が好適に走行できる巻き取り張力の範囲として、下限は０．６[ｋｇｆ]、上限は７．９[ｋｇｆ]であり、その間が好適に使用できる範囲であることがわかった。
【００５９】
また、好適に余剰な電極材料３を除去することができる水平方向分力３３の下限は、糸２５の線径に関わらず０．１[ｋｇｆ]である。
【００６０】
そして、水平方向分力３３の上限は、糸２５の線径が１．５[ｍｍ]以下の場合、糸２５の径と比例関係にある。一方、糸２５の線径が１．５[ｍｍ]を超える場合、水平方向分力３３の上限は０．８[ｋｇｆ]であることが、実験結果からわかった。
【００６１】
水平方向分力３３の上限を超えた場合の不良モードは２つあり、１つは糸２５の線径１．５[ｍｍ]以下の場合、極板２１に糸２５がめり込む。これは、糸２５によって生じた水平方向分力３３によるせん断力が銅箔のせん断破壊応力に達したためと思われる。もう１つは、糸２５の線径が１．５[ｍｍ]を超える場合、極板シワが発生する。これは糸２５の水平方向分力３３により、極板２１が限界応力に達し、座屈が生じてしまったためと思われる。
【００６２】
次に、他の条件を変えずに集電体２の厚みのみを半分にしたときの結果を示す。ここで、用いた糸２５の線径は１．５[ｍｍ]、材質は木綿で、負極板（第２組成の電極材料）を除去した際の結果を（表５）に示す。なお、集電体２には幅１２０[ｍｍ]，厚み１５[μｍ]の銅箔を用いた。
【００６３】
【表５】
【００６４】
さらに、用いた糸の線径は３．０[ｍｍ]、材質は木綿で、負極板（第２組成の電極材料）を除去した際の結果を（表６）に示す。なお、集電体には幅１２０[ｍｍ]，厚み１５[μｍ]の銅箔を用いた。
【００６５】
【表６】
【００６６】
以上の結果を整理したものを（表７）に示す。
【００６７】
【表７】
【００６８】
（表７）より、集電体２として用いた銅箔の厚みに比例して、巻き取り張力の上限が変化しており、厚みと巻き取り張力の上限の間に比例関係があることがわかった。一方、巻き取り張力の下限は、集電体２の厚みに関係なく０．６[ｋｇｆ]以上であれば良い。
【００６９】
また、好適に余剰な電極材料３を除去することができる水平方向分力３３の下限は、糸２５の線径に関わらず０．１[ｋｇｆ]以上であるという点から銅箔の厚みとは関係がない。
【００７０】
一方、銅箔の厚みが２倍になると、水平方向分力３３の上限は２倍になる。例えば、糸２５の線径が１．５[ｍｍ]の場合で、集電体２の厚みが１５[μｍ]のときは、水平方向分力３３の上限は０．４[ｋｇｆ]であり、巻き取り張力の上限は４．０[ｋｇｆ]である。
【００７１】
そして、糸２５の線径が同じ１．５[ｍｍ]で、集電体２の厚みが先ほどの２倍である３０[μｍ]のときは、水平方向分力３３の上限は０．８[ｋｇｆ]であり、巻き取り張力の上限は７．９[ｋｇｆ]とほぼ２倍になる。
【００７２】
これは、糸２５により生じるせん断力が、糸２５が接する銅箔側面部の面積と反比例の関係にあり、銅箔の厚みが減った分だけ面積が減り、その結果、小さな力でせん断破壊応力に到るためと思われる。また、座屈に置いても、せん断破壊応力同様、厚みが薄くなると、小さな力で限界応力に達し、座屈に到るためと思われる。
【００７３】
結果は省略するが、電極材料３の厚みのみを変えて、集電体２の厚み３０[μｍ]、用いた糸２５の線径は１．５[ｍｍ]、材質は木綿で、負極板（第２組成の電極材料）を除去した場合、（表２）と全く同じ結果であった。つまり、電極材料３の厚みは巻き取り張力と水平方向分力３３に影響しない。
【００７４】
次に、負極板と同様に正極板として、集電体２を厚み３０[μｍ]，幅１２０[ｍｍ]のアルミニウム箔に代えて、前述と同様の検討をした結果を（表８）〜（表１０）に示す。
【００７５】
用いた糸２５の線径は０．７５[ｍｍ]、材質は木綿で、正極板（第１組成の電極材料）を除去した際の結果を（表８）に示す。また、集電体２には厚み３０[μｍ]，幅１２０[ｍｍ]のアルミニウム箔を用いた。
【００７６】
【表８】
【００７７】
さらに、用いた糸２５の線径は１．５[ｍｍ]、材質は木綿で、正極板（第１組成の電極材料）を除去した際の結果を（表９）に示す。なお、集電体２には厚み３０[μｍ]，幅１２０[ｍｍ]のアルミニウム箔を用いた。
【００７８】
【表９】
【００７９】
また、用いた糸２５の線径は３．０[ｍｍ]、材質は木綿で、正極板（第１組成の電極材料）を除去した際の結果を（表１０）に示す。なお、集電体２には厚み３０[μｍ]，幅１２０[ｍｍ]のアルミニウム箔を用いた。
【００８０】
【表１０】
【００８１】
以上の結果を整理したものを（表１１）に示す。
【００８２】
【表１１】
【００８３】
集電体２の材質をアルミニウム箔に変え、検討した結果、銅箔のときと似た傾向の結果が得られ、好適に走行可能な巻き取り張力の上限は銅箔のときのおよそ３／４の値になり、好適に電極材料３を除去できる水平方向分力３３の上限は共に、銅箔のときのおよそ１／２の値となった。なお、巻き取り張力の下限については０．６[ｋｇｆ]、水平方向分力３３の下限については０．１[ｋｇｆ]であった。
【００８４】
正極板で厚みを変えた結果については、省略するが厚みを半分にした場合、銅箔同様に好適に走行可能な巻き取り張力の上限、好適に電極材料３を除去できる水平方向分力３３の上限は共に、半分になった。
【００８５】
正極板においては好適に除去できる糸２５の水平方向分力３３の範囲としては、下限は０．１[ｋｇｆ]以上である。
【００８６】
本実施形態のように、電極材料３が、
（１）リチウム含有複合酸化物よりなる活物質と導電材と非水溶性高分子結着材とを非水分散の溶媒にて混練分散した非水系正極電極材料、
（２）リチウム含有複合酸化物よりなる活物質と導電材と水溶性高分子結着材とを水分散の溶媒にて混練分散した水系正極電極材料、
（３）少なくともリチウムを保持し得る活物質と水溶性高分子結着材とを水分散の溶媒にて混練分散した負極電極材料、
であるときに好適に使用できる。
【００８７】
次に、効果を比較するため一方を実施例として、本実施形態の除去機構２０を用いて、極板１の電極材料３の幅方向余剰分３ａを除去した極板２１を製造し、他方を比較例として、特許文献１，２に記載した従来の製造方法と同様の工法で極板を製造した。なお、比較例に用いた各材料は、実施例と全く同じものを用いた。
【００８８】
そして、それらの極板を用いて、１０００個を電池にした際の短絡不良数と材料利用率で評価を行った。
【００８９】
実施例および比較例では、正極板を第１組成の配合にて固形分濃度８６[重量％]で、負極板を第２組成の配合にて固形分濃度７６[重量％]で製造した。
【００９０】
なお、材料利用率は、
（数２）
材料利用率[％]＝（極板として使用された材料・部材）÷（全投入材料・部材）×１００
で表される。
【００９１】
その結果を（表１２）に示す。
【００９２】
【表１２】
【００９３】
比較例においては、スリット時の金属バリ起因の短絡不良が少量発生し、材料利用率も実施例に比べ、悪い結果となった。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明に係る電池極板の製造方法および製造装置は、集電体の表面、裏面のいずれか一方またはその両方に電極材料が付着した状態の極板に、安全性を著しく低下させる原因となり得る余剰な電極材料の部分を生じることのない電池極板を得ることができ、非水系あるいは水系の二次電池、リチウム電池などの電池極板の製造に有用であり、機能性粉末を結合材樹脂、溶媒等と混合して成膜する電気二重層キャパシタ、ディスプレイ誘電体層等の製造方法にも適用できる。
【符号の説明】
【００９５】
１，２１ 極板
２ 集電体
３ 電極材料
３ａ 幅方向余剰分
４，５，６ ロール
７ 広幅電極板
８ スリット
９ａ，９ｂ 狭幅電極板
１０ 廃棄端部
１１ 狭幅極板部
１３ａ 押出ダイ
１３ｂ，１４，１６ ロール
１５ 剥離ロール
１７，１９ 乾燥炉
２０ 除去機構
２２ 巻き出し
２３ 巻き取り
２５ 糸
２６ 糸巻きホルダー
２７ 中間ホルダー
２８ 張力制御機構
２９ 回収装置
３１ 張力
３２ 角度
３３ 水平方向分力
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池極板の製造方法および製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウム二次電池は蓄電設備や高機能端末などに使用されるため、高容量化が望まれている。そのためには、限られた容積の中に多くの活物質を保持し、かつ空間を余さないように厚みが均一な電池極板とすることが課題とされている。
【０００３】
従来の電池極板の製造方法として、図４に示される一対のロール４，５により電極材料３をシート状にした後、走行する集電体２にロール６によって転写し、極板１を製造する方法が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
製造された極板１は適正な密度に圧延された後に、スリッターを用いて、実際の電池で用いられる幅に裁断され、複数個のフープ（帯状板）を得る。一般的には、図５に示すスリッターによる裁断が用いられ、圧延後の広幅電極板７から引き出された極板はいくらかのガイドロールを介し、スリット８に入り裁断され、巻き取り部に巻き取られ、狭幅電極板９ａ，９ｂとなる（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
このとき、所定の重量・厚み・幅を満たすフープのみが、電池の正極板・負極板として用いられ、それの要件を満たさないものは廃棄される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２８６９１５６号公報
【特許文献２】特許２００８−１７６９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図４に示すような従来の製造方法では、材料ロスを減らすために集電体２を余すことなく用いて、電極材料３を集電体幅の最端部まで塗布する。そのため、ロールで形成されるシート状の電極材料３の幅は走行する集電体２の幅より少し広くする必要がある。できあがった極板１は、図６に示すように幅方向断面で集電体２が中央にない部分まで電極材料３がはみ出した状態となる。
【０００８】
はみ出した電極材料３の部分は脆いため、その後の負極板・正極板・セパレータを巻回し、電池の形状にする組立工程において、材料の脱落・飛散が起こりやすく短絡不良の原因となる。そのため、幅方向断面で示すと図７のような形になる転写後の極板１は、スリット工程で裁断され、廃棄端部１０と狭幅極板部１１とに分けられ、狭幅極板部１１は組立工程に送られ、廃棄端部１０は捨てられる。
【０００９】
本発明は、前記従来技術の課題を解決するものであり、極板に安全性を著しく低下させる原因となり得る余剰な電極材料部分を生じることなく、かつ廃棄端部を捨てることなく製造することができる電池極板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】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明に係る電池極板の製造方法は、巻き出し部から巻き取り部へ走行する集電体平面の表，裏のいずれか一方またはその両方の面に電極材料を付着させる電池極板の製造方法であって、集電体側面に幅方向の両側端から当接する糸を備え、かつ集電体平面と糸との成す角度が１５度以上９０度未満である除去機構を集電体の走行路中に設け、除去機構により集電体側面の極板幅方向に付着した電極材料の余剰部分を除去することを特徴とする。
【００１１】
また、除去機構の糸が当接する集電体側面を幅方向の両側端から内側に圧縮する水平方向分力を０．１[ｋｇｆ]より大きく、かつ集電体の材質に応じた極板にシワもしくは破れの発生しない値に設定して、電極材料の余剰部分を除去すること、さらに、除去機構に備える極板から除去した電極材料の余剰部分を回収する手段により、除去した電極材料を回収し、再利用することを特徴とする。
【００１２】
また、電池極板の製造装置は、巻き出し部から巻き取り部へ走行する集電体平面の表，裏のいずれか一方またはその両方の面に電極材料を付着させる電池極板の製造装置において、集電体側面に幅方向の両側端から当接し、かつ集電体平面との成す角度が１５度以上９０度未満である糸と、極板幅方向の電極材料の余剰部分を再利用するため、糸により除去した電極材料の余剰部分を回収する手段とを有し、集電体の走行路中に設けられた除去機構を備えたことを特徴とする。
【００１３】
前記の装置および方法によれば、走行する集電体平面に電極材料を付着させた極板において、除去機構により極板の幅方向両端にある電極材料の余剰部分を除去すると共に、余剰部分を回収、再利用して電池極板を製造できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、集電体の表面、裏面のいずれか一方またはその両方に電極材料が付着した状態の極板に、安全性を著しく低下させる原因となり得る余剰な電極材料の部分を生じることのない電池極板を製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態における電池極板の製造方法を示す概略構成図
【図２】本実施形態における除去機構の概略を示す拡大図
【図３】本実施形態における（ａ）は除去機構に用いた糸の電池極板にかかる力、（ｂ）は良好とする極板の範囲、（ｃ）は集電体の最端部から除去する電極材料を説明する図
【図４】従来のロール転写による電池極板の製造方法を示す概略構成図
【図５】従来のスリットによる電池極板の製造方法を示す概略構成図
【図６】電極材料が集電体より広幅状態の極板を示す斜視図
【図７】電極材料が集電体より広幅状態の極板処理を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施形態における電池極板の製造方法を示す概略構成図である。ここで、前記従来例を示す図４において説明した構成部材に対応した機能を有するものには同一の符号を付す。
【００１８】
図１に示すように、巻き出し２２に取り付けられた集電体２を第１の塗布部にあるロール１６に抱きつかせて、ロール１４との間で一方の面に電極材料３を転写し乾燥炉１７を通過させる。さらに、第２の塗布部にあるロール１６に抱きつかせて、ロール１４との間で他方の面に電極材料３を転写し乾燥炉１９を通過させた後、極板１を得る。この極板１を、除去機構２０を経て極板２１とした後、巻き取り２３にて巻き取られる。
【００１９】
ロール１３ｂ，ロール１４は、互いの外周どうしの間に所定のギャップを形成するように並列に配置されており、押出ダイ１３ａから吐き出されギャップを通過する電極材料３の厚みを整える機能を担っている。
【００２０】
剥離ロール１５は、電極材料３の塗膜に一定長さ・間隔の間欠部を設けるための手段であり、形状が変わっても塗膜の一部除去するという機能を果たせば良い。この剥離ロール１５は一部分が凸形状をしており、その凸部とロール１４と互いの外周どうしの間に所定のギャップを形成するように並列に配置され、塗膜の一部を周期的に除去する。
【００２１】
またロール１６は、ロール１４の外周との間に所定のギャップを形成するように並列に配置されており、これらロール１４，ロール１６上を一方向に走行する集電体２に厚みを整えた電極材料３を転写する機能を担っている。
【００２２】
このロール１３ｂ，ロール１４で形成される膜状の電極材料３の幅は、集電体２の蛇行によって、集電体２の幅方向に電極材料３のない部分が生じるのを避けるため、例えば集電体２の走行時の蛇行制御範囲が１[ｍｍ]の場合、集電体２の幅より１[ｍｍ]以上広く設定されることが望ましい。
【００２３】
ロール１３ｂ，ロール１４の表面には、シリコンやフッ素に代表される離形性が高い材質を含む樹脂およびそれらの成分が含浸，含有した複合金属物（例えば、フッ素を含有したニッケルメッキなど）を用いることができる。
【００２４】
またロールとして、ＳＵＳロールを規則的に溝加工したまたはブラストし荒らした面に、シリコンまたはフッ素に代表される離形性が高い材質をコートし、平滑な面が得られるように円周面を加工して、離形性が高い材質をコートした面を規則的またはランダムに部分的表面に出した材料や、クロムメッキした際に生じる小さなクラックに、シリコンまたはフッ素に代表される離形性が高い材質を溶融させて塗布した後に、表面を研磨してランダムに離形性が高い材質を塗布した面を部分的表面に出した材料を用いることができる。
【００２５】
剥離ロール１５の材質はＳＵＳ研磨仕上げ、もしくはクロムメッキ仕上げ、ニッケルメッキのものを用いることができる。ロール１６は例えば、ＳＵＳ研磨仕上げ、もしくはクロムメッキ仕上げ、ニッケルメッキのものを用いることができる。
【００２６】
乾燥炉１７と乾燥炉１９は塗膜の水分を除去する機能を担っており、方式としては熱風、遠赤外、中赤外、電磁誘導加熱等が使用できる。
【００２７】
なお、第２の塗布部の各ロールは第１の塗布部の各ロールと同一のものが用いられ、その機能も同じである。ただし、剥離ロール１５については、極板の表裏で間欠部の長さが異なる場合は、それに合わせ凸部の長さが変わる。
【００２８】
除去機構２０は前述の転写動作により、集電体２の幅方向に余剰に付いた電極材料３を除去する機能を担っている。
【００２９】
巻き取り２３は製造された極板２１を巻き取る機能を担っている。
【００３０】
また、図２は本実施形態の除去機構の概略を示す拡大図である。図２の除去機構２０は、糸２５と、その糸２５を極板１（２１）に対し角度が付いた状態で保持できる糸巻きホルダー２６と、糸２５の張力を制御する張力制御機構２８と、極板１（２１）と張力制御機構２８との間で糸２５を保持する中間ホルダー２７と、除去した電極材料の幅方向余剰分３ａを回収する回収装置２９で構成される。
【００３１】
乾燥炉１９を通過した極板１は除去機構２０を通すことで、極板１の電極材料３の幅方向余剰分３ａを除去・回収した極板２１にすることができる。除去機構２０は極板１（２１）の上方に糸巻きホルダー２６があり、その糸巻きホルダー２６から垂らした糸２５が下方に伸びており、糸２５は極板２１の幅方向の端部に接し、中間ホルダー２７を介し、張力調整機構２８により、張力制御される。除去機構２０の糸２５の材料が、麻や綿や羊毛、絹といった天然繊維であるか、ナイロンやポリエステルといった人工繊維であるときに使用できる。
【００３２】
糸２５によって、剥ぎ落とされた極板１の幅方向余剰分３ａは、回収装置２９によって回収され、この回収された幅方向余剰分３ａは、再度電極材料３を配合する際に計量・投入され、再利用される。これにより、材料利用率が格段に向上する。回収装置２９の方式としては、掃除機のようなバキューム方式、静電気方式、蒸気により溶液成分を粉に吸着させて落下させる方式等が使用できる。
【００３３】
図１に示した本実施形態の電池極板の製造方法における電極材料３の転写について、以下のようにして試験をした。
【００３４】
第１の塗布部のロール１３ｂおよびロール１４を回転させた状態にて、一定量の電極材料３を転写元のロール１３ｂ表面に投入供給する。そして、ロール１３ｂとロール１４との間のギャップで所定の厚さになるように調厚し、さらにロール１４と剥離ロール１５を用いてロール１４上の膜状の電極材料３を間欠的に剥離する。これを、ロール１６上を走行する集電体２上に、膜状の電極材料３を転写した後に乾燥炉１７を通し、極板１の表面を作製する。その後に表面と同様の方法で第２の塗布部において極板１の裏面を作製する。
【００３５】
第１，第２の塗布部において、ロール１３ｂの直径は３００[ｍｍ]，幅は３００[ｍｍ]、ロール１４の直径は３００[ｍｍ]，幅は３００[ｍｍ]、剥離ロール１５の直径は３００[ｍｍ]，幅は３００[ｍｍ]、ロール１６の直径は３００[ｍｍ]，幅は３００[ｍｍ]とした。また、剥離ロール１５にはロールの外周部に幅３００[ｍｍ]、円周方向長さ１０[ｍｍ]、高さ１[ｍｍ]の凸部を１点設けた。塗布幅は押出ダイ１３ａの吐出口スリットの幅で決定し、１２２[ｍｍ]とした。
【００３６】
第１の塗布部におけるロール１３ｂ，１４，１５，１６の回転数は、集電体２の走行速度に合わせて２０[ｍ／ｍｉｎ]に相当する回転数とした。ロール１３ｂとロール１４との間のギャップは１５０[μｍ]、ロール１４と剥離ロール１５の凸部との間のギャップは１５０[μｍ]、ロール１４とロール１６との間のギャップは（１８０[μｍ]＝１５０[μｍ]＋集電体２の厚み３０[μｍ]）とした。ロール１３ｂ，ロール１４にはそれぞれシリコンを表面上に焼き付けたものを用い、剥離ロール１５，ロール１６は、クロムメッキ仕上げのものを用いた。
【００３７】
また、第２の塗布部においても、ロール１３ｂとロール１４との間のギャップは１５０[μｍ]、ロール１４と剥離ロール１５の凸部との間のギャップは１５０[μｍ]、ロール１４とロール１６との間のギャップは１５０[μｍ]＋極板の表面厚み（１２０[μｍ]）とした。ロール１３ｂ，ロール１４にはそれぞれシリコンを表面上に焼き付けたものを用い、剥離ロール１５，ロール１６は、クロムメッキ仕上げのものを用いた。
【００３８】
電極材料３は、第１組成として、活物質としてのニッケル酸リチウム（以下、ＬｉＮｉＯ２という）と、導電剤としてのアセチレンブラックと、非水溶性高分子の第１結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦという）と、非水分散の溶媒としてのｎ−メチル−２−ピロリドン（以下、ＮＭＰという）とを混合してなる非水系正極の電極材料、また第２組成として、活物質としてのグラファイトと、水溶性高分子の第１結着剤としてのカルボキシメチルセルロースナトリウム（以下、ＣＭＣという）、および第２結着剤としてのスチレンブタジエンゴム（以下、ＳＢＲという）と、溶媒として純水とを混合してなる水系負極の電極材料を下記の（表１）に示す。また、各箇所の押出ダイからの供給量は２９３[ｃｃ／ｍｉｎ]とした。
【００３９】
【表１】
【００４０】
正極の場合、固形分濃度７６〜８６[重量％]、負極の場合、固形分濃度６６〜７６[重量％]が転写可能であった。今回の実施形態においては、正極板を第１組成の配合にて固形分濃度８６[重量％]で、負極板を第２組成の配合にて固形分濃度７６[重量％]で製造した。
【００４１】
また、図３（ａ）は本実施形態における除去機構に用いた糸の電池極板にかかる力、（ｂ）は良好とする極板の範囲、（ｃ）は集電体の最端部から除去する電極材料を説明する図である。糸２５の水平方向分力３３は集電体２のせん断破壊応力以下で、かつ集電体２の座屈を発生させない荷重が使用でき、水平方向分力３３の求め方は、
（数１）
Ｈ＝Ｆ×ｃｏｓθ
ここで、Ｈ：水平方向分力３３、Ｆ：糸２５の張力３１、θ：極板１と糸２５との角度３２
に示すとおりである。
【００４２】
なお、巻き取り２３が巻き取るために走行方向にかかる集電体２への張力は、使用する集電体２の許容引張り応力および幅，厚みで決定される。つまり、材料の材質および形状で決定され、許容範囲を超える張力で引っ張られると集電体２が裂けてしまう恐れがあるため、許容範囲を超え使用することができない。
【００４３】
このため、除去機構２０を用いた実施形態において、巻き取り２３が巻き取る極板２１の巻き取り張力を０．５〜８．０[ｋｇｆ]の範囲とし、糸２５により発生する水平方向分力３３を０．１〜１．５[ｋｇｆ]の範囲で変更し、極板２１の状態を確認した。
【００４４】
用いた糸２５の線径は１．５[ｍｍ]、材質は木綿で、負極板（第２組成の電極材料）を除去した際の結果を（表２）に示す。なお、集電体２には幅１２０[ｍｍ]，厚み３０[μｍ]の銅箔を用いた。
【００４５】
【表２】
【００４６】
（表２）において、良好とした極板２１は、除去機構の糸２５により極板１の幅方向余剰分３ａを除去した後、０．０１[ｍｍ]以上集電体２が露出しておらず、もしくは余剰に付いた電極材料３が０．０２[ｍｍ]以下である（図３（ｂ）参照）。
【００４７】
また、巻きズレ発生とした極板２１は、巻き取り２３にて、巻き取った極板２１の位置ズレが１[ｍｍ]以上発生した状態である。巻きズレがあると、組立工程で巻き回する際に不良が発生する。
【００４８】
極板シワ発生とは、極板２１の幅方向において、極板２１が糸２５に挟まれる力（糸２５の水平方向分力３３）が強いため、極板２１が折れてしまう状態である。
【００４９】
極板へのめり込み発生とは、極板２１の幅方向において、極板２１が糸２５に挟まれる力（糸２５の水平方向分力３３）が強すぎるため、極板２１が裂け、糸２５が極板２１にめり込んでしまう状態である。
【００５０】
糸破断とは、糸２５の張力が糸２５の破断応力以上になり、裂けてしまう状態である。
【００５１】
極板切れ発生とは、極板２１の張力が極板２１の破断応力以上になり、裂けてしまう状態である。
【００５２】
なお、極板２１と糸２５との角度３２はθ＝９０°以上の場合、部分的に除去できない部分があった。一方、θ＝９０°未満にすることで全数余剰な電極材料３を除去することが可能であった。
【００５３】
また、具体的には極板２１で、厚み１２０[μｍ]の電極材料３において集電体２の最端部から除去した部分（図３（ｃ）参照）は、極板２１（集電体２）と糸２５との角度３２としてθ＝１０°の場合、電極材料３の除去される割合は０．７３[％]となり、θ＝１５°の場合の割合は０．４８[％]、θ＝３０°の場合の割合は０．２[％]となる。そして、除去した電極材料３の容量低下は０．５[％]以下としたいため、この容量の観点から極板２１（集電体２）と糸２５の成す角度３２の範囲としては、θ＝１５°以上９０°未満とする。
【００５４】
さらに、用いた糸２５の線径は０．７５[ｍｍ]、材質は木綿で、負極板（第２組成の電極材料）を除去した際の結果を（表３）に示す。なお、集電体２には幅１２０[ｍｍ]，厚み３０[μｍ]の銅箔を用いた。
【００５５】
【表３】
【００５６】
また、用いた糸２５の線径は３．０[ｍｍ]、材質は木綿で、負極板（第２組成の電極材料）を除去した際の結果を（表４）に示す。なお、集電体２には幅１２０[ｍｍ]，厚み３０[μｍ]の銅箔を用いた。
【００５７】
【表４】
【００５８】
前述した（表２）〜（表４）の結果から幅１２０[ｍｍ]，厚み３０[μｍ]の銅箔が好適に走行できる巻き取り張力の範囲として、下限は０．６[ｋｇｆ]、上限は７．９[ｋｇｆ]であり、その間が好適に使用できる範囲であることがわかった。
【００５９】
また、好適に余剰な電極材料３を除去することができる水平方向分力３３の下限は、糸２５の線径に関わらず０．１[ｋｇｆ]である。
【００６０】
そして、水平方向分力３３の上限は、糸２５の線径が１．５[ｍｍ]以下の場合、糸２５の径と比例関係にある。一方、糸２５の線径が１．５[ｍｍ]を超える場合、水平方向分力３３の上限は０．８[ｋｇｆ]であることが、実験結果からわかった。
【００６１】
水平方向分力３３の上限を超えた場合の不良モードは２つあり、１つは糸２５の線径１．５[ｍｍ]以下の場合、極板２１に糸２５がめり込む。これは、糸２５によって生じた水平方向分力３３によるせん断力が銅箔のせん断破壊応力に達したためと思われる。もう１つは、糸２５の線径が１．５[ｍｍ]を超える場合、極板シワが発生する。これは糸２５の水平方向分力３３により、極板２１が限界応力に達し、座屈が生じてしまったためと思われる。
【００６２】
次に、他の条件を変えずに集電体２の厚みのみを半分にしたときの結果を示す。ここで、用いた糸２５の線径は１．５[ｍｍ]、材質は木綿で、負極板（第２組成の電極材料）を除去した際の結果を（表５）に示す。なお、集電体２には幅１２０[ｍｍ]，厚み１５[μｍ]の銅箔を用いた。
【００６３】
【表５】
【００６４】
さらに、用いた糸の線径は３．０[ｍｍ]、材質は木綿で、負極板（第２組成の電極材料）を除去した際の結果を（表６）に示す。なお、集電体には幅１２０[ｍｍ]，厚み１５[μｍ]の銅箔を用いた。
【００６５】
【表６】
【００６６】
以上の結果を整理したものを（表７）に示す。
【００６７】
【表７】
【００６８】
（表７）より、集電体２として用いた銅箔の厚みに比例して、巻き取り張力の上限が変化しており、厚みと巻き取り張力の上限の間に比例関係があることがわかった。一方、巻き取り張力の下限は、集電体２の厚みに関係なく０．６[ｋｇｆ]以上であれば良い。
【００６９】
また、好適に余剰な電極材料３を除去することができる水平方向分力３３の下限は、糸２５の線径に関わらず０．１[ｋｇｆ]以上であるという点から銅箔の厚みとは関係がない。
【００７０】
一方、銅箔の厚みが２倍になると、水平方向分力３３の上限は２倍になる。例えば、糸２５の線径が１．５[ｍｍ]の場合で、集電体２の厚みが１５[μｍ]のときは、水平方向分力３３の上限は０．４[ｋｇｆ]であり、巻き取り張力の上限は４．０[ｋｇｆ]である。
【００７１】
そして、糸２５の線径が同じ１．５[ｍｍ]で、集電体２の厚みが先ほどの２倍である３０[μｍ]のときは、水平方向分力３３の上限は０．８[ｋｇｆ]であり、巻き取り張力の上限は７．９[ｋｇｆ]とほぼ２倍になる。
【００７２】
これは、糸２５により生じるせん断力が、糸２５が接する銅箔側面部の面積と反比例の関係にあり、銅箔の厚みが減った分だけ面積が減り、その結果、小さな力でせん断破壊応力に到るためと思われる。また、座屈に置いても、せん断破壊応力同様、厚みが薄くなると、小さな力で限界応力に達し、座屈に到るためと思われる。
【００７３】
結果は省略するが、電極材料３の厚みのみを変えて、集電体２の厚み３０[μｍ]、用いた糸２５の線径は１．５[ｍｍ]、材質は木綿で、負極板（第２組成の電極材料）を除去した場合、（表２）と全く同じ結果であった。つまり、電極材料３の厚みは巻き取り張力と水平方向分力３３に影響しない。
【００７４】
次に、負極板と同様に正極板として、集電体２を厚み３０[μｍ]，幅１２０[ｍｍ]のアルミニウム箔に代えて、前述と同様の検討をした結果を（表８）〜（表１０）に示す。
【００７５】
用いた糸２５の線径は０．７５[ｍｍ]、材質は木綿で、正極板（第１組成の電極材料）を除去した際の結果を（表８）に示す。また、集電体２には厚み３０[μｍ]，幅１２０[ｍｍ]のアルミニウム箔を用いた。
【００７６】
【表８】
【００７７】
さらに、用いた糸２５の線径は１．５[ｍｍ]、材質は木綿で、正極板（第１組成の電極材料）を除去した際の結果を（表９）に示す。なお、集電体２には厚み３０[μｍ]，幅１２０[ｍｍ]のアルミニウム箔を用いた。
【００７８】
【表９】
【００７９】
また、用いた糸２５の線径は３．０[ｍｍ]、材質は木綿で、正極板（第１組成の電極材料）を除去した際の結果を（表１０）に示す。なお、集電体２には厚み３０[μｍ]，幅１２０[ｍｍ]のアルミニウム箔を用いた。
【００８０】
【表１０】
【００８１】
以上の結果を整理したものを（表１１）に示す。
【００８２】
【表１１】
【００８３】
集電体２の材質をアルミニウム箔に変え、検討した結果、銅箔のときと似た傾向の結果が得られ、好適に走行可能な巻き取り張力の上限は銅箔のときのおよそ３／４の値になり、好適に電極材料３を除去できる水平方向分力３３の上限は共に、銅箔のときのおよそ１／２の値となった。なお、巻き取り張力の下限については０．６[ｋｇｆ]、水平方向分力３３の下限については０．１[ｋｇｆ]であった。
【００８４】
正極板で厚みを変えた結果については、省略するが厚みを半分にした場合、銅箔同様に好適に走行可能な巻き取り張力の上限、好適に電極材料３を除去できる水平方向分力３３の上限は共に、半分になった。
【００８５】
正極板においては好適に除去できる糸２５の水平方向分力３３の範囲としては、下限は０．１[ｋｇｆ]以上である。
【００８６】
本実施形態のように、電極材料３が、
（１）リチウム含有複合酸化物よりなる活物質と導電材と非水溶性高分子結着材とを非水分散の溶媒にて混練分散した非水系正極電極材料、
（２）リチウム含有複合酸化物よりなる活物質と導電材と水溶性高分子結着材とを水分散の溶媒にて混練分散した水系正極電極材料、
（３）少なくともリチウムを保持し得る活物質と水溶性高分子結着材とを水分散の溶媒にて混練分散した負極電極材料、
であるときに好適に使用できる。
【００８７】
次に、効果を比較するため一方を実施例として、本実施形態の除去機構２０を用いて、極板１の電極材料３の幅方向余剰分３ａを除去した極板２１を製造し、他方を比較例として、特許文献１，２に記載した従来の製造方法と同様の工法で極板を製造した。なお、比較例に用いた各材料は、実施例と全く同じものを用いた。
【００８８】
そして、それらの極板を用いて、１０００個を電池にした際の短絡不良数と材料利用率で評価を行った。
【００８９】
実施例および比較例では、正極板を第１組成の配合にて固形分濃度８６[重量％]で、負極板を第２組成の配合にて固形分濃度７６[重量％]で製造した。
【００９０】
なお、材料利用率は、
（数２）
材料利用率[％]＝（極板として使用された材料・部材）÷（全投入材料・部材）×１００
で表される。
【００９１】
その結果を（表１２）に示す。
【００９２】
【表１２】
【００９３】
比較例においては、スリット時の金属バリ起因の短絡不良が少量発生し、材料利用率も実施例に比べ、悪い結果となった。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明に係る電池極板の製造方法および製造装置は、集電体の表面、裏面のいずれか一方またはその両方に電極材料が付着した状態の極板に、安全性を著しく低下させる原因となり得る余剰な電極材料の部分を生じることのない電池極板を得ることができ、非水系あるいは水系の二次電池、リチウム電池などの電池極板の製造に有用であり、機能性粉末を結合材樹脂、溶媒等と混合して成膜する電気二重層キャパシタ、ディスプレイ誘電体層等の製造方法にも適用できる。
【符号の説明】
【００９５】
１，２１ 極板
２ 集電体
３ 電極材料
３ａ 幅方向余剰分
４，５，６ ロール
７ 広幅電極板
８ スリット
９ａ，９ｂ 狭幅電極板
１０ 廃棄端部
１１ 狭幅極板部
１３ａ 押出ダイ
１３ｂ，１４，１６ ロール
１５ 剥離ロール
１７，１９ 乾燥炉
２０ 除去機構
２２ 巻き出し
２３ 巻き取り
２５ 糸
２６ 糸巻きホルダー
２７ 中間ホルダー
２８ 張力制御機構
２９ 回収装置
３１ 張力
３２ 角度
３３ 水平方向分力
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻き出し部から巻き取り部へ走行する集電体平面の表，裏のいずれか一方またはその両方の面に電極材料を付着させる電池極板の製造方法であって、
前記集電体側面に幅方向の両側端から当接する糸を備え、かつ前記集電体平面と前記糸との成す角度が１５度以上９０度未満である除去機構を前記集電体の走行路中に設け、前記除去機構により集電体側面の極板幅方向に付着した前記電極材料の余剰部分を除去することを特徴とする電池極板の製造方法。
【請求項２】
前記除去機構の糸が当接する集電体側面を幅方向の両側端から内側に圧縮する水平方向分力を０．１[ｋｇｆ]より大きく、かつ前記集電体の材質に応じた極板にシワもしくは破れの発生しない値に設定して、電極材料の余剰部分を除去することを特徴とする請求項１記載の電池極板の製造方法。
【請求項３】
前記除去機構に備える極板から除去した電極材料の余剰部分を回収する手段により、前記除去した電極材料を回収し、再利用することを特徴とする請求項１または２記載の電池極板の製造方法。
【請求項４】
巻き出し部から巻き取り部へ走行する集電体平面の表，裏のいずれか一方またはその両方の面に電極材料を付着させる電池極板の製造装置において、
前記集電体側面に幅方向の両側端から当接し、かつ前記集電体平面との成す角度が１５度以上９０度未満である糸と、前記極板幅方向の電極材料の余剰部分を再利用するため、前記糸により除去した前記電極材料の余剰部分を回収する手段とを有し、前記集電体の走行路中に設けられた除去機構を備えたことを特徴とする電池極板の製造装置。
【請求項１】
巻き出し部から巻き取り部へ走行する集電体平面の表，裏のいずれか一方またはその両方の面に電極材料を付着させる電池極板の製造方法であって、
前記集電体側面に幅方向の両側端から当接する糸を備え、かつ前記集電体平面と前記糸との成す角度が１５度以上９０度未満である除去機構を前記集電体の走行路中に設け、前記除去機構により集電体側面の極板幅方向に付着した前記電極材料の余剰部分を除去することを特徴とする電池極板の製造方法。
【請求項２】
前記除去機構の糸が当接する集電体側面を幅方向の両側端から内側に圧縮する水平方向分力を０．１[ｋｇｆ]より大きく、かつ前記集電体の材質に応じた極板にシワもしくは破れの発生しない値に設定して、電極材料の余剰部分を除去することを特徴とする請求項１記載の電池極板の製造方法。
【請求項３】
前記除去機構に備える極板から除去した電極材料の余剰部分を回収する手段により、前記除去した電極材料を回収し、再利用することを特徴とする請求項１または２記載の電池極板の製造方法。
【請求項４】
巻き出し部から巻き取り部へ走行する集電体平面の表，裏のいずれか一方またはその両方の面に電極材料を付着させる電池極板の製造装置において、
前記集電体側面に幅方向の両側端から当接し、かつ前記集電体平面との成す角度が１５度以上９０度未満である糸と、前記極板幅方向の電極材料の余剰部分を再利用するため、前記糸により除去した前記電極材料の余剰部分を回収する手段とを有し、前記集電体の走行路中に設けられた除去機構を備えたことを特徴とする電池極板の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−４０５９（Ｐ２０１２−４０５９Ａ）
【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２０１０−１４０１５４（Ｐ２０１０−１４０１５４）
【出願日】平成２２年６月２１日（２０１０．６．２１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【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２１日（２０１０．６．２１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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