CN110311088A - 电极板的制造方法及制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电极板的制造方法及制造装置，其能抑制设备的大型化、复杂化且获得高密度的电极层。在制造在集电箔的两表面具有电极层的电极板时，使用：原板送出部，送出在集电箔的两表面具有未成形电极层的原电极板；挤压辊对，从被送出的原电极板的两表面侧与其接触来将未成形电极层形成为电极层；电极板收取部，接收经过挤压辊对的电极板；及驱动部，使挤压辊对的各辊向原电极板及电极板的搬运方向旋转，将原板送出部、挤压辊对及电极板收取部的位置关系设定为原电极板乃至电极板向一个辊卷绕的配置，使驱动部对各辊的驱动以如下方式进行：使得与进行卷绕的内辊的圆柱面的移动速度相比，外辊的圆柱面的移动速度更快。

Description

电极板的制造方法及制造装置

技术领域

本发明涉及作为电池的构成构件的电极板的制造方法及制造装置。更详细地说，涉及对在集电箔的两表面具有电极层的结构的电极板进行制造的方法及装置。

背景技术

以往，二次电池、其他各种电池使用正负电极板构成。这些电极板大多情况下是在集电箔的两表面具有电极层的结构。电极层以电极活性物质为主要成分形成为层状。通常，这样的电极板是在集电箔的两表面形成原料粉末与液体成分的混合物的层，然后使液体成分挥发而除去来制造。而且，在液体成分挥发后，在厚度方向上对电极层进行加压(例如，专利文献1)。这是因为电极层的密度大对确保电池容量有利。

【现有技术文献】

【专利文献】

专利文献1：日本特开2009-245788号公报

发明内容

【发明要解决的技术问题】

但是，在前述的现有技术中，具有如下的问题。若使加压后的电极层的密度足够大，则不可避免地导致制造设备的大型化。这是因为必须将对电极层进行加压的辊形成为能够应对高载荷的辊。在专利文献1的技术中，在辊上还附加有加热功能来实现高密度化，但是加热功能的附加也是制造设备的复杂化、大型化的主要原因。

本发明是为了解决前述的现有技术具有的问题而提出的。即，本发明的技术问题在于提供一种电极板的制造方法及制造装置，其能够抑制设备的大型化、复杂化，并且能够获得高密度的电极层。

【用于解决技术问题的技术手段】

本发明的一个方式的电极板的制造方法，为一种制造在集电箔的两表面具有电极层的电极板的电极板的制造方法，包括如下工序：从原板送出部送出在集电箔的两表面具有未成形电极层的原电极板；使包括一对辊的挤压辊对从自所述原板送出部送出的原电极板的两表面侧与所述原电极板接触，而将所述未成形电极层形成为电极层；通过电极板收取部接收经过了所述挤压辊对的电极板；及通过驱动部使所述挤压辊对的各辊向所述原电极板及所述电极板的搬运方向旋转，将所述原板送出部、所述挤压辊对及所述电极板收取部的位置关系设定为所述原电极板及所述电极板向一个辊卷绕的配置，使所述驱动部对所述各辊的驱动以如下方式进行：使得与卷绕所述原电极板及所述电极板的一个辊即内辊的圆柱面的移动速度相比，另一个辊即外辊的圆柱面的移动速度更快。

在上述方式中的电极板的制造方法中，从原板送出部送出的原电极板的两表面的未成形电极层在经过挤压辊对时被压缩而成为电极层。由此，原电极板变为电极板。在此，在挤压辊对的内辊上卷绕原电极板乃至电极板，并且设定为与进行卷绕的内辊相比外辊以更快的移动速度旋转。因此，在通过挤压辊对进行挤压时，对未成形电极层不仅施加挤压载荷，还施加基于速度差的剪切力。由此，由于未成形电极层受到更强的压缩，因此获得挤压载荷以上的压缩效果。因此，能获得具有密度大的良好的电极层的电极板。

在上述方式的电极板的制造方法中，进一步优选使外辊的圆柱面的移动速度处于内辊的圆柱面的移动速度的1.03～1.05倍的范围内。如果速度比处于该范围内，则能够容易地兼顾大的压缩效果和防止对原电极板乃至电极板施加过大的负荷。

在上述的任一方式的电极板的制造方法中，还优选原电极板及所述电极板向所述内辊卷绕的卷绕角处于30～120°的范围内。如果卷绕角处于该范围内，则内辊对原电极板及电极板的搬运稳定，并且与原电极板及电极板的弯曲相伴的应力不会过大。

在上述任一方式的电极板的制造方法中，进一步优选从原板送出部将正反面的未成形电极层的密度存在密度差的原电极板以密度更大的未成形电极层朝向挤压辊对中的内辊的一侧的方式送出。即，以密度更小的未成形电极层朝向挤压辊对中的外辊的一侧的方式送出。在外辊侧，与移动速度比内辊快相应地，在未成形电极层的表面与外辊的表面之间产生滑动。相应地，在外辊侧，压缩效果比内辊侧高。因此，原电极板的正反面的未成形电极层的密度差被缓和，能获得在正反面具有更均质的电极层的电极板。

本发明的另一方面的电极板的制造装置为制造在集电箔的两表面具有电极层的电极板的装置，具有：原板送出部，送出在集电箔的两表面具有未成形电极层的原电极板；挤压辊对，包括一对辊，从自所述原板送出部送出的原电极板的两表面侧与所述原电极板接触，而将所述未成形电极层形成为电极层；电极板收取部，接收经过了所述挤压辊对的电极板；及驱动部，使所述挤压辊对的各辊向所述原电极板及所述电极板的搬运方向旋转，将所述原板送出部、所述挤压辊对及所述电极板收取部的位置关系设定为所述原电极板及所述电极板向一个辊卷绕的配置，所述驱动部以如下方式对所述各辊进行驱动：使得与卷绕所述原电极板及所述电极板的一个辊的圆柱面的移动速度相比，另一个辊的圆柱面的移动速度更快。能够通过该制造装置，实施前述的各方式的电极板的制造方法。

【发明的效果】

根据本构成，能提供一种电极板的制造方法及制造装置，其能抑制设备的大型化、复杂化，并且获得高密度的电极层。

附图说明

图1是示出电极板的制造装置的结构的立体图。

图2是示出基于挤压辊对的挤压位置附近的电极板的状况的剖视图。

图3是说明电极板向挤压辊对的一个辊卷绕的卷绕角的主视图。

图4是示出通过本方式中的挤压力压缩电极层的状况的放大剖视图。

图5是示出通过比较例中的挤压力压缩电极层的状况的放大剖视图。

图6是示出针对两辊的转速差与电极层的密度上升率之间的关系的试验结果的坐标图。

【标号说明】

1 电极板的制造装置

2 原板送出部

3 挤压辊对

4 电极板收取部

5 驱动部

6 原电极板

7 电极板

8 辊安装轴

9 张力滚子

11 第1辊

12 第2辊

13 张力滚子

14 卷曲轴

19 集电箔

20 未成形电极层

21 电极层

θ 卷绕角

具体实施方式

下面，一边参照附图，一边详细地说明将本发明具体化了的实施方式。本方式是将本发明具体化为图1所示那样构成的电极板的制造装置及通过该装置实施的电极板的制造方法的实施方式。

图1所示的电极板的制造装置(下面，也仅称为“制造装置”)1具有原板送出部2、挤压辊对3、电极板收取部4和驱动部5。原板送出部2是将原电极板6向挤压辊对3送出的部位。挤压辊对3是在厚度方向上从原电极板6的两表面侧(在图中从上下)与原电极板6接触并对其加压而形成电极板7的部位。电极板收取部4是从挤压辊对3接收电极板7并进行卷曲的部位。驱动部5是使挤压辊对3的各辊旋转的部分。

下面依次说明。

原板送出部2具有辊安装轴8和张力滚子9。辊安装轴8是安装原板卷10的轴。原板卷10是卷曲有原电极板6而成的卷。张力滚子9是对原板卷10与挤压辊对3之间的原电极板6作用张力的滚子。

挤压辊对3是具有第1辊11和第2辊12的辊对。使原电极板6在第1辊11与第2辊12之间通过。原电极板6在挤压辊对3中通过，从而在厚度方向上从上下方稍微被压缩而成为电极板7。在图1中，第1辊11是位于要搬运的电极板6、7的上侧的上辊，第2辊12是位于下侧的下辊。

电极板收取部4具有张力滚子13和卷曲轴14。卷曲轴14是对经过挤压辊对3出来的电极板7进行卷曲而形成电极板卷15的轴。张力滚子13是对挤压辊对3与电极板卷15之间的电极板7作用张力的滚子。而且，通过张力滚子9和张力滚子13，规定原电极板6及电极板7向第2辊12卷绕的卷绕角。关于卷绕角在后面说明。

驱动部5具有控制装置16、第1马达17和第2马达18。通过第1马达17和第2马达18，分别驱动第1辊11和第2辊12旋转。旋转的朝向都是使原电极板6及电极板7在搬运方向上从原板送出部2向电极板收取部4推进的朝向。控制装置16是控制第1马达17及第2马达18的装置。由此，能够使第1辊11和第2辊12以不同的圆周速度旋转。关于第1辊11与第2辊12的转速的关系在后面说明。

在此，说明原电极板6及电极板7。原电极板6和电极板7实际上相同，将受到挤压辊对3的挤压前的未完成阶段的电极板称为原电极板6，将作为电极板达到完成阶段的挤压后的电极板区分称为电极板7。通过图2说明原电极板6及电极板7的结构。在图2中示出基于挤压辊对3的挤压位置及该位置前后的原电极板6及电极板7的状况。

原电极板6在集电箔19的两表面形成有未成形电极层20。电极板7在集电箔19的两表面形成有电极层21。电极层21是以电极活性物质作为主要成分形成的层。未成形电极层20是受到挤压辊对3的挤压从而在厚度方向上被压缩而成为电极层21的未完成的电极层。即，未成形电极层20的密度比完成了的电极层21更小，但除此之外没有特别的不同。也就是说，原电极板6是在集电箔19的两表面形成利用电极层21的原料粉末和液体成分而成的层然后经由干燥处理，仅剩余通过挤压辊对3的挤压的阶段的电极板。将这样的阶段的电极板卷曲而成的是原板卷10。

接着，针对向第2辊12上卷绕的卷绕角进行说明。图3示出原电极板6及电极板7与第2辊12的配置关系。如图3所示，原电极板6及电极板7不是呈直线状在挤压辊对3中经过，而是一边卷绕于一个辊一边经过。在本实施方式中，原电极板6及电极板7卷绕的辊是第2辊12。即原电极板6及电极板7在一定程度的长度区间与第2辊12接触。另一方面，原电极板6及电极板7仅在大致一个位置与第1辊11接触。因此，原电极板6及电极板7的搬运速度主要被第2辊12的旋转支配。此外，第1辊11是本公开中的在卷绕时位于电极板的外侧的外辊的一例，第2辊是位于内侧的内辊的一例。

关于卷绕角θ，优选30～120°的范围内(更优选30～90°的范围内)。这是因为，若卷绕角θ过小(接近直线)，则通过第2辊12的旋转对原电极板6及电极板7的搬运不稳定；另一方面，若卷绕角θ过大(接近U形弯)，则作用于原电极板6及电极板7的弯曲应力变大。此外，在图2中，忽略卷绕角θ进行描绘。另外，作为电极板的制造装置1，通过使张力滚子9和张力滚子13中的至少一者的位置可变，而能够具有调整卷绕角θ的功能。此外，卷绕角θ是将位于挤压辊对3的上游侧的原电极板6的前进方向向挤压辊对3的下游侧延长的方向(即，图3中的假想线A)与位于挤压辊对3的下游侧的电极板7的前进方向(即，图3中的电极板7的中心线B)所成的角。

接着，针对第1辊11与第2辊12的转速的关系进行说明。在本方式的电极板的制造装置1中，在第1辊11和第2辊12中，通过旋转形成的圆柱面的移动速度存在速度差。也就是说，如果第1辊11和第2辊12的直径相同，则转速不同。下面，说明第1辊11和第2辊12直径相同的情况。

在本方式中，设定为第1辊11的转速比第2辊12的转速快。因此，第1辊11相对于原电极板6及电极板7的移动过度旋转。这是因为，如前所述，原电极板6及电极板7的搬运速度由接触距离长的第2辊12的转速决定。针对通过第1辊11及第2辊12施加于原电极板6的未成形电极层20的力进行说明。如图2所示的箭头P1、P2、T1、T2、G1、G2表示在被第1辊11及第2辊12夹持的夹持位置施加于未成形电极层20的力。下面，在图2中，将未成形电极层20中的位于相当于原电极板6的正面侧的上侧的部分称为“上未成形电极层20”，将位于相当于原电极板6的反面侧的下侧的部分称为“下未成形电极层20”。这些分别是如下的力。

P1……从第1辊11施加于上侧的未成形电极层20的压缩力

P2……从第2辊12施加于下侧的未成形电极层20的压缩力

T1……从第1辊11施加于上侧的未成形电极层20的剪切力

T2……从第2辊12施加于下侧的未成形电极层20的剪切力

G1……力P1与力T1的合力

G2……力P2与力T2的合力

其中，力P1和力P2是各层(原电极板6及电极板7)的厚度方向的力，朝向相互相反且大小相等。力T1和力T2是搬运方向的力。其中，力T1是朝向前方的力，而力T2是朝向后方的力。力T1朝向前方是因为成为上侧的未成形电极层20被过度旋转的第1辊11推进的方式。力T2朝向后方是因为成为相对于第1辊11的过度推进，旋转慢的第2辊12进行制动的方式。并且，若比较力T1和力T2的大小，则力T1比力T2大。其中，由前述的转速的差产生的该力T1与力T2之间的大小差被第1辊11与上侧的未成形电极层20之间的滑动吸收。由于力T1与力T2之间的大小差，关于合力G1与合力G2的大小，也是合力G1比合力G2大。

在本方式的挤压辊对3中，对原电极板6的未成形电极层20施加上述作为合力G1和合力G2说明的倾斜方向的力。因此，如图4所示，易于发生因挤压导致的未成形电极层20的构成粒子的移动。因此，即使通过挤压形成的载荷不那么大，压缩效果也好。相对于此，如图5所示，在仅作用厚度方向的压缩力P1的情况下，构成粒子的位置的稳定性相对于挤压的载荷高。因此，若使挤压的载荷变大而P1本身不变大，则不能获得好的压缩效果。在第1辊11与第2辊12中不使转速产生速度差的情况下，易于变成图5那样。在本方式中，通过第1辊11和第2辊12使转速产生速度差，由此获得图4所示的好的压缩效果。此外，集电箔19是金属箔，硬度远高于电极层21的硬度，因此几乎不被挤压辊对3压缩。

而且，如上述可知，在本方式中，对原电极板6的正反两面的未成形电极层20中的第1辊11侧的未成形电极层20作用更大的压缩力。这也是由第1辊11与第2辊12的转速差引起的。并且，相应地，通过挤压产生的压缩效果也是第1辊11侧的未成形电极层20的该效果比第2辊12侧的未成形电极层20的该效果稍大。

因此，在原本的原电极板6中，在正反面(在图中为上侧及下侧)的未成形电极层20之间具有密度差的情况下，通过经过挤压辊对3而能够缓和该密度差。即，只要以密度更大的未成形电极层20朝向第2辊12的方式将原板卷10安装于辊安装轴8即可。

实际上，原电极板6中的正反面的未成形电极层20之间具有密度差的情况较多。其理由在于原电极板6的制造过程。这是因为在原电极板6的制造过程中，大多情况下，并不是同时形成正反面的未成形电极层20，而是一个面一个面依次形成。这是因为，每次形成未成形电极层20时，都进行用于调整单位面积重量和平坦化的挤压，所以先形成的未成形电极层20经历两次挤压。在本方式的制造装置1中，能够获得减轻了这样的正反面的密度差的电极板7。在原电极板6中的正反面的未成形电极层20的密度差小的情况下和作为产品的电极板7中的正反面的电极层21的密度差的允许限度大的情况下，原板卷10的安装方向即使相反也没有问题。

在此，根据图6说明第1辊11和第2辊12的转速差与从未成形电极层20到电极层21的密度上升率之间的关系。本发明人以下面的条件进行了针对该关系的试验。

电极板的种类：单位面积重量大的正极板

挤压载荷(线压)：9800N/cm

搬运速度：10m/分钟

辊径：39cm(第1辊11、第2辊12都是)

卷绕角θ：30°

在本试验中，使第2辊12的转速恒定为用于实现上述的搬运速度的转速，通过使第1辊11的转速波动，来实现转速差。并且，根据单位面积重量(单位面积的附着量)和层厚计算出挤压后的第1辊11侧的电极层21的密度(挤压后密度)。挤压后密度越大越好，越小越不好。

将结果示出于图6的坐标图。在图6的坐标图中的横轴表示第1辊(上辊)11与第2辊(下辊)12的转速比。即，横轴中的“1”表示两辊的转速相同的情况。在坐标图中越向右，意味着第1辊11的转速越快，相反，越向左，意味着第1辊11的转速越慢。纵轴表示第1辊11侧的电极层21的密度变化指数。在此，如下那样定义密度变化指数。“基准密度”指，转速比为1的情况下的第1辊11侧的挤压后密度。

密度变化指数＝第1辊11侧的挤压后密度/基准密度

在图6中，绘制了各转速比的密度变化指数。用菱形标记表示的标记点表示在电极板未产生破坏而正常地被挤压。用X标记表示的标记点表示在电极板上发生破坏。在该情况下也能够计算出密度变化指数。

在图6中，在横轴为“1”的位置，密度变化指数为“1”。根据前述的术语的定义这是当然的。当从该处向右，即第1辊11的转速变快时，则获得比“1”大的密度变化指数。但是，当转速比超过1.06时，在电极板上产生破坏而变为NG(不良)。根据图6可知，可以说特别优异的转速比是在图中表示为“稳定区域”(能够稳定搬运原电极板6及电极板7的区域)的1.03～1.05的范围内。也就是说，第1辊11的圆柱面的移动速度在第2辊12的圆柱面的移动速度的1.03～1.05倍的范围内。这是因为能获得1.04以上这样的高的密度变化指数，并且在电极板上不会产生破坏。

另一方面，在图6中，若观察横轴中的比“1”靠左侧的区域，则与右侧不同，没找到可以说特别良好的范围的区域。这是因为在速度比0.99的位置，虽然观察到密度变化指数稍微上升，但电极板非常容易发生破坏。即，使速度比0.98左右的第1辊11的转速仅比第2辊12的转速慢一点就发生破坏。这样，两辊的转速的大小关系与本方式相反的情况不优选。

如下那样通过本方式的电极板的制造装置1进行电极板的制造。即，将原板卷10安装于辊安装轴8。此时，如前所述，可以安装为考虑了未成形电极层20彼此的密度差的朝向。然后，使从原板卷10拉出的原电极板6经由张力滚子9进入挤压辊对3。使挤压辊对3的各辊以成为前述的转速的关系的方式旋转。将从挤压辊对3送出的电极板7经由张力滚子13引导至卷曲轴14并进行卷曲而形成电极板卷15。由此，获得前述那样良好的电极板7。

如以上详细说明的那样，根据本实施方式，原电极板6及电极板7卷绕配置于挤压辊对3的一个辊(第2辊12)，并且使两辊的转速产生速度差以使处于卷绕的外侧的第1辊11更高速。由此，效率良好地压缩未成形电极层20，获得具有良好的电极层21的电极板7。这样，实现了一种电极板的制造方法及制造装置1，其即使挤压辊对3不形成能应对大载荷的挤压辊对，也能够获得高密度的电极层21。

此外，本实施方式只不过仅是例示，并不对本发明进行任何限定。因此，本发明当然能够在不脱离其宗旨的范围内进行各种改进、变形。例如，在所述实施方式中，在第1辊11及第2辊12上分别设置马达(第1马达17及第2马达18)来单独地进行驱动。但是不限于此，可以通过共用的1个马达来驱动第1辊11和第2辊12这两者，通过驱动传递的齿数比产生转速差。

另外，在所述实施方式中，使第1辊11和第2辊12的直径相同，通过它们的转速差实现圆柱面的移动速度即圆周速度之差。但是不限于此，也可以使第1辊11和第2辊12的转速相同，取而代之通过使第1辊11与第2辊12的直径不同来产生圆柱面的移动速度差。当然，可以使第1辊11与第2辊12的半径和转速都不同，圆柱面的移动速度差也不同。

另外，在原板送出部2上使用原板卷10不是必须的。可以构成为，从制造原电极板6的装置直接取入原电极板6并使其进入挤压辊对3。同样地，在电极板收取部4卷曲电极板7不是必须的。可以构成为，将电极板7直接送入对电极板7进行下一阶段的处理的装置。另外，制造的电极板可以是锂离子电池、镍氢电池、全固态电池等各种电池。另外，也可以是正极板、负极板中的任意极板。

Claims (8)

1.一种电极板的制造方法，制造在集电箔的两表面具有电极层的电极板，其特征在于，包括如下工序：

从原板送出部送出在集电箔的两表面具有未成形电极层的原电极板；

使包括一对辊的挤压辊对从自所述原板送出部送出的原电极板的两表面侧与所述原电极板接触，而将所述未成形电极层形成为电极层；

通过电极板收取部接收经过了所述挤压辊对的电极板；及

通过驱动部使所述挤压辊对的各辊向所述原电极板及所述电极板的搬运方向旋转，

将所述原板送出部、所述挤压辊对及所述电极板收取部的位置关系设定为使所述原电极板及所述电极板向一个辊卷绕的配置，

以如下方式进行所述驱动部对所述各辊的驱动：使得与卷绕所述原电极板及所述电极板的一个辊即内辊的圆柱面的移动速度相比，另一个辊即外辊的圆柱面的移动速度更快。

2.根据权利要求1所述的电极板的制造方法，其特征在于，

使所述外辊的圆柱面的移动速度处于所述内辊的圆柱面的移动速度的1.03～1.05倍的范围内。

3.根据权利要求1或2所述的电极板的制造方法，其特征在于，

所述原电极板及所述电极板向所述内辊卷绕的卷绕角处于30～120°的范围内。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的电极板的制造方法，其特征在于，

从所述原板送出部将正反面的未成形电极层的密度存在密度差的原电极板以密度较大的未成形电极层朝向所述挤压辊对中的所述内辊的一侧的方式送出。

5.一种电极板的制造装置，制造在集电箔的两表面具有电极层的电极板，其特征在于，具有：

原板送出部，送出在集电箔的两表面具有未成形电极层的原电极板；

挤压辊对，包括一对辊，从自所述原板送出部送出的原电极板的两表面侧与所述原电极板接触，而将所述未成形电极层形成为电极层；

电极板收取部，接收经过了所述挤压辊对的电极板；及

驱动部，使所述挤压辊对的各辊向所述原电极板及所述电极板的搬运方向旋转，

所述原板送出部、所述挤压辊对及所述电极板收取部的位置关系被设定为使所述原电极板及所述电极板向一个辊卷绕的配置，

所述驱动部以如下方式对所述各辊进行驱动：使得与卷绕所述原电极板及所述电极板的一个辊的圆柱面的移动速度相比，另一个辊的圆柱面的移动速度更快。

6.根据权利要求5所述的电极板的制造装置，其特征在于，

所述驱动部使所述外辊的圆柱面的移动速度处于所述内辊的圆柱面的移动速度的1.03～1.05倍的范围内。

7.根据权利要求5或6所述的电极板的制造装置，其特征在于，

所述原板送出部、所述挤压辊对及所述电极板收取部配置为所述原电极板及所述电极板向所述内辊卷绕的卷绕角处于30～120°的范围内的位置关系。

8.根据权利要求5～7中任一项所述的电极板的制造装置，其特征在于，

所述原板送出部将正反面的未成形电极层的密度存在密度差的原电极板以密度较大的未成形电极层朝向所述挤压辊对中的所述内辊的一侧的方式送出。