JP2001345096A - 電池電極の製造装置、および電池電極の製造方法 - Google Patents

電池電極の製造装置、および電池電極の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 幅方向の厚みが均一で且つ塗工スジの発生し
ない基材上に上層に活物質層、下層に導電層を同時に2
層塗布することが困難である。 【解決手段】 集電体2を所定の方向に走行させるため
の第1のガイドロール5と、集電体2の走行方向の第1
のガイドロール5より下流側に配置され、第1のガイド
ロール5とともに、集電体2を所定の方向に走行させる
ための第2のガイドロール6と、集電体2上に少なくと
も2種類以上の塗料を同時に塗布することができるノズ
ル1と、集電体2とノズル1の先端との間隔を実質上一
定間隔に維持するための支持部108とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、リチウム
イオン電池やニッケル水素電池等で用いられる活物質ペ
ーストを集電体上に塗布形成する場合等に利用可能な塗
布方法等に関し、特に上層に活物質層、下層に導電層を
同時に形成するための電池電極の製造方法等に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、基材上に塗料を多層に塗布す
ることが必要な分野としては、例えば、リチウムイオン
電池や磁気テープ等があり、生産性の点から基材上に塗
料を同時に多層塗布することや、また、最近、特に軽
量,薄型化された携帯電話やパソコン等への2次電池需
要の増大に伴い電池容量の向上が強く望まれている。こ
れらに使用する円筒型もしくは角型電池の正極板あるい
は負極板のそれぞれの活物質ペースト(以下、単に、ペ
ーストと称す)は、集電体と活物質層との密着性を高め
るために、数%の結着剤が添加されている。
【0003】しかし、ペースト中に一定以上量の結着剤
を添加した場合、塗布形成後の乾燥工程におけるマイグ
レーションの影響により、集電体と活物質層とが剥離し
やすくなり、サイクル特性が著しく低下するという電池
特性上致命的な欠陥となる。
【0004】従って、ペーストを塗布する工程におい
て、活物質層と集電体との間に導電層を設けて、活物質
層と導電層とを形成する必要がある。
【0005】活物質ペーストと導電層とを集電体上に同
時に塗布して電池電極を製造する方法としては、特開平
9−223499号公報に示されている。
【0006】これは、図13に示すように、集電体20
2をバックロール201に巻回して、これと対向する位
置に複数のスロットにより構成されたエクストルージョ
ンダイを設け、集電体202上にペーストを同時に塗布
する多層塗布方法である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平9−223499号公報記載の塗布手段により、金
属箔(集電体)に、上層側塗料としての電池用ペースト
と、下層側塗料としての導電剤ペーストとを同時に2層
塗布したが、塗布幅方向及び金属箔の走行方向の塗膜の
厚みムラが何れも大きく、電池用極板としては使用でき
ないという課題のあることが判った。
【0008】上記塗布手段により得られた同時2層塗布
のサンプルの塗布幅方向の塗膜厚みムラを測定した結
果、図8(b)に示すような大きなウネリを持ち、厚み
バラツキは15%であることを確認した。また、塗膜に
は塗工スジが多数発生するという課題もあった。
【0009】このような2つの課題の発生理由として
は、次の通りである。
【0010】即ち、塗布膜の厚みバラツキが大きくなる
理由は、エクストルージョンダイの上層側及び下層側の
下流側リップのいずれかのエッジが、バックロールの中
心より外れることにより、塗布上流側に発生する液溜ま
りが安定に保持できないことによるものである。さらに
いうと、エクストルージョンダイの上層側とバックロー
ルとの距離と、エクストルージョンダイの下層側とバッ
クロールとの距離とを実質上等しくできないことによる
ものである。
【0011】また、塗工スジが発生する理由は、下層厚
みをできるだけ薄く(1〜3μm以下)塗布することか
ら、エクストルージョンダイの下層側リップと基材との
隙間が小さくなりすぎることにより、リップと基材との
隙間に異物等が残留することによるものである。
【0012】また、従来は、湾曲した基材の塗布面に塗
料を塗布しなければならないという課題もあった。
【0013】本発明は、上記課題を考慮し、基材上に、
例えば活物質ペーストと導電剤ペーストを同時に2層塗
布形成したときの、上層塗料の厚みを実質上均一とする
ことができる電池電極の製造装置および製造方法を提供
することを目的としている。
【0014】また、本発明は、塗工スジの発生を抑制で
きる電池電極の製造装置および製造方法を提供すること
を目的としている。
【0015】また、本発明は、基材の実質上平面の塗布
面に塗料を塗布することができる電池電極の製造装置お
よび製造方法を提供することを目的としている。
【0016】
【課題を解決するための手段】第1の本発明(請求項1
に対応)は、基材を所定の方向に走行させるための第1
のガイドロールと、前記基材の走行方向の前記第1のガ
イドロールより下流側に配置され、前記第1のガイドロ
ールとともに、前記基材を前記所定の方向に走行させる
ための第2のガイドロールと、前記基材上に少なくとも
2種類以上の塗料を同時に塗布することができるノズル
と、前記基材と前記ノズルの先端との間隔を実質上一定
間隔に維持するための支持手段とを備えたことを特徴と
する電池電極の製造装置である。
【0017】第2の本発明(請求項2に対応)は、前記
支持手段が、前記基材を直接的にまたは間接的に支持す
る手段であることを特徴とする第1の本発明に記載の電
池電極の製造装置である。
【0018】第3の本発明(請求項3に対応)は、前記
ノズルが、前記基材上に塗布される塗料のうち、上層側
の塗料を保持する上層マニホールドと、下層側の塗料を
保持する下層マニホールドとを有し、前記上層側の塗料
を貯留している上層タンクから前記上層マニホールドへ
の前記上層側の塗料の供給と停止とを制御する上層三方
弁、および/または、前記下層側の塗料を貯留している
下層タンクから前記下層マニホールドへの前記下層側の
塗料の供給と停止とを制御する下層三方弁と、前記ノズ
ル内の前記上層側の塗料を吸排する上層吸排手段、およ
び/または前記下層側の塗料を吸排する下層吸排手段と
をさらに備えたことを特徴とする第1または第2の本発
明に記載の電池電極の製造装置である。
【0019】第4の本発明(請求項4に対応)は、第1
から第3のいずれかの本発明に記載の電池電極の製造装
置を用いて、走行する前記基材上に少なくとも2種類以
上の塗料を同時に塗布することを特徴とする電池電極の
製造方法である。
【0020】第5の本発明(請求項5に対応)は、前記
基材上に塗布される塗料のうち、前記下層側の塗料が導
電ペーストであり、前記上層側の塗料が電池電極用の活
物質ペーストであることを特徴とする第4の本発明に記
載の電池電極の製造方法である。
【0021】第6の本発明(請求項6に対応)は、前記
導電ペーストが水系のペーストであることを特徴とする
第5の本発明に記載の電池電極の製造方法である。
【0022】第7の本発明(請求項7に対応)は、前記
活物質ペーストには、結着剤が0.01wt%以上5w
t%以下含まれていることを特徴とする第5または第6
の本発明に記載の電池電極の製造方法である。
【0023】第8の本発明(請求項8に対応)は、前記
導電ペーストのせん断速度1000(1/S)のときの
塗料粘度が0.1mPa以上1000mPa以下であっ
て、前記導電ペーストを、ウェット厚みが2μm以上1
00μm以下となるように前記基材上に塗布することを
特徴とする第5から第7のいずれかの本発明に記載の電
池電極の製造方法である。
【0024】第9の本発明(請求項9に対応)は、前記
電池電極用の活物質ペーストのせん断速度1000(1
/S)のときの塗料粘度が1mPa以上10000mP
a以下であることを特徴とする第5から第7のいずれか
の本発明に記載の電池電極の製造方法である。
【0025】第10の本発明(請求項10に対応)は、
前記基材上に塗布される塗料のうち、前記下層側の塗料
が電池電極用の第1の活物質ペーストであり、前記上層
側の塗料が電池電極用の第2の活物質ペーストであっ
て、前記第1の活物質ペーストには、結着剤が0.01
wt%以上10wt%以下含まれており、前記第2の活
物質ペーストには、結着剤が0.1wt%以上30wt
%以下含まれていることを特徴とする第4の本発明に記
載の電池電極の製造方法である。
【0026】第11の本発明(請求項11に対応)は、
走行する基材上に少なくとも2種類以上の塗料を同時に
塗布することができるノズルと、液溜まり形成凸部とを
少なくとも備えた電池電極の製造装置であって、前記ノ
ズルの先端が、前記基材の走行方向下流側から上流側の
順に設けられた、第1のリップと、第2のリップと、第
3のリップとを少なくとも有し、前記第1のリップが、
前記第1のリップと前記第2のリップとの間から吐出さ
れる塗料の塗布面を平滑化するための第1の平滑化部を
有し、前記第2のリップが、前記第2のリップと前記第
3のリップとの間から吐出される塗料の塗布面を平滑化
するための第2の平滑化部を有し、前記液溜まり形成凸
部が、前記ノズルの前記第3のリップの前記上流側に設
けられ、前記第3のリップの先端よりも前記基材の塗布
面側に突き出ており、前記第3のリップの先端と前記液
溜まり形成凸部とで、前記第2のリップと前記第3のリ
ップとの間から吐出される塗料の液溜まりを形成するこ
とを特徴とする電池電極の製造装置である。
【0027】第12の本発明(請求項12に対応)は、
前記第1のリップの先端が、前記第3のリップの先端よ
り前記基材の塗布面に対して遠くなる位置に設けられて
おり、前記第2のリップにおける前記第1のリップ側の
先端は、前記第3のリップ側の先端よりも前記第1のリ
ップ側の先端よりに位置していて、前記第2のリップに
は段差が形成されており、前記段差が、前記第1のリッ
プと前記第2のリップとの間から吐出される塗料の液溜
まりを形成するためのものであることを特徴とする第1
1の本発明に記載の電池電極の製造装置である。
【0028】第13の本発明(請求項13に対応)は、
前記ノズルの前記第3のリップの先端の、前記第2のリ
ップ側終端から前記液溜まり形成凸部までの長さL1
が、0.1mm以上5mm以下であることを特徴とする
第11または第12の本発明に記載の電池電極の製造装
置である。
【0029】第14の本発明(請求項14に対応)は、
前記ノズルの前記第2のリップの先端の前記第2の平滑
化部の前記基材の走行方向と実質上同一方向の長さL2
が、0.1mm以上5mm以下であることを特徴とする
第11から第13のいずれかの本発明に記載の電池電極
の製造装置である。
【0030】第15の本発明(請求項15に対応)は、
前記ノズルの前記第2のリップの前記段差の前記第1の
リップ側の先端の、前記基材の走行方向と実質上同一方
向の長さL3が、1mm以上5mm以下であることを特
徴とする第12から第14のいずれかの本発明に記載の
電池電極の製造装置である。
【0031】第16の本発明(請求項16に対応)は、
前記基材の走行方向と実質上垂直な方向における、前記
ノズルの前記第3のリップの先端と、前記液溜まり形成
凸部の先端との距離d1が1μm以上100μm以下で
あることを特徴とする第11から第15のいずれかの本
発明に記載の電池電極の製造装置である。
【0032】第17の本発明(請求項17に対応)は、
前記ノズルの前記第2のリップの段差d2が20μm以
上500μm以下であることを特徴とする第12から第
16のいずれかの本発明に記載の電池電極の製造装置で
ある。
【0033】第18の本発明(請求項18に対応)は、
前記第1のリップの先端と前記基材との隙間の大きさを
調整するための隙間調整手段を備えたことを特徴とする
第11から第17のいずれかの本発明に記載の電池電極
の製造装置である。
【0034】第19の本発明(請求項19に対応)は、
前記ノズルが、前記第1のリップと前記第2のリップの
前記第1のリップ側の一部とで構成される上ブロック
と、前記第2のリップの残部と前記第3のリップとで少
なくとも構成される下ブロックとで構成されることを特
徴とする第11から第18のいずれかの本発明に記載の
電池電極の製造装置である。
【0035】
【発明の実施の形態】以下に本発明をその実施の形態を
示す図面に基づいて説明する。
【0036】(第1の実施の形態)図1に、本発明にか
かる第1の実施の形態の電池電極の製造方法を実施する
ための装置の概略図を示す。
【0037】本発明にかかる第1の実施の形態を実施す
るための装置の構成を説明する。
【0038】ノズル1は、集電体2の塗布面側と摺動
し、且つ支持するための支持部108と、第1リップ1
05と、第2リップ106と、第3リップ107と、ペ
ースト11の溜である上層マニホールド101と、導電
ペースト12の溜である下層マニホールド102と、押
し出しのための上層スリット103と、下層スリット1
04とで構成される。
【0039】また活物質層3と導電層4を間欠的に所定
のピッチで2層同時に塗布形成するため、吸引装置9,
10は、ピストン901,1001を矢印AもしくはB
方向に移動させるためのエアシリンダ902,1002
と、これをノズル1へ装着するための治具903,10
03とが設けられている。
【0040】ペースト11と導電ペースト12は、それ
ぞれタンク71,81からポンプ72,82によりフィ
ルター73,83、三方弁74,84を通り、ノズル1
の上層マニホールド101または下層マニホールド10
2へ供給され上層スリット103,下層スリット104
から押し出される。
【0041】集電体2は、支持部108とロール5,6
とで支持され且つ、第3リップ107の先端との距離が
d1となるように設定されており、また、第2リップ1
06と第1リップ105との距離がd2となるようにさ
れている。このそれぞれの隙間に上層スリット103、
下層スリット104から押し出されたペースト11、導
電ペースト12が流れ込み、導電ペースト12のペース
ト溜まり1201が形成される。
【0042】そして、このペースト溜まり1201を形
成しながら、集電体2の上に、活物質層3と導電層4と
が同時に2層塗布形成される。ガイドロール5,6は、
ノズル1に対する集電体2の角度を調節できるようにし
てある。少なくともノズル1の下流側に位置するガイド
ロール6は矢印C、D方向に移動可能であることが好ま
しい。
【0043】次に、上層に電池電極用のペースト11と
下層に導電ペースト12を集電体2上に同時に所定のピ
ッチで間欠的に2層塗布形成する動作について説明す
る。
【0044】ペースト11、導電ペースト12の塗布を
中断する場合は、三方弁74,84によりポンプ72,
82から送られてくるペースト11、導電ペースト12
の流れを同時にリターン側に切り替えると同時に、ピス
トン901,1001を矢印A方向に移動させる。即
ち、三方弁74,84の上記切替により、ノズル1への
ペースト供給を停止することができ、また、ピストン9
01,1001の上記移動により、上層スリット10
3,下層スリット104やペースト溜まり1201に存
在するペーストを吸引することができる。これにより、
特に塗布終端部の切れがよくなり、間欠的に2層同時塗
布が可能となる。
【0045】次に、塗布再開時には、三方弁74,84
によりポンプ72,82から送られてくるペースト1
1、導電ペースト12の流れを供給側に切り替えること
でノズル1へのペースト供給を再開すると同時に、ピス
トン901,1001を矢印B方向に移動させ、前記吸
引したペースト11をノズル内部に戻す。
【0046】これらの動作の繰り返しにより所定のピッ
チで間欠的に安定した2層同時塗布ができる。
【0047】なお、間欠塗布ではなく、連続的に活物質
層3、導電剤層4を集電体2上に2層同時塗布する場合
には、吸引装置9,10や三方弁74,84は設ける必
要がないことは、いうまでもない。
【0048】次に、本実施の形態の特徴について詳細に
説明する。
【0049】本実施の形態の特徴は、ノズル1に、2つ
以上のスリット103,104と、集電体2を支持しな
がら塗布するための支持部108とを設けて、上層にペ
ースト11、下層に導電ペースト12を同時に塗布する
ことである。
【0050】特に、電池電極用のペースト11の活物質
中の結着剤量を0.01wt%以上、5wt%以下にす
ることは重要である。活物質中の結着剤量が0.01w
t%より小さい場合、活物質層3と導電層4との界面部
分における密着性が小さくなりすぎるため、電池性能を
低下させる問題が生じる。また、活物質中の結着剤量が
5wt%より大きい場合、ペースト11と導電ペースト
12とを同時に2層塗布し、その後の乾燥後の活物質層
3の密度が低下するため、これもまた電池性能を低下さ
せる問題が生じる。
【0051】電池電極用のペースト11の活物質中の結
着剤量を0.01wt%以上、5wt%以下の範囲にす
ることにより、図14に示すように、活物質層3中の結
着剤の偏在がなく均一に分布することができるため、導
電層4と活物質層3との密着性の向上と活物質層3の密
度を一定にすることができる。
【0052】また、せん断速度1000(1/S)の粘
度をηとしたとき、0.1mPa≦η≦1000mPa
の範囲とした下層の導電ペースト12のウェット厚みを
tとしたとき、2μm≦t≦100μmの範囲にするこ
とは重要である。せん断速度1000(1/S)の粘度
をηとしたとき、0.1mPa≦η≦1000mPaの
範囲とした導電ペースト12のウェット厚みが2μmよ
り小さい場合、集電体2と第3リップ107との隙間d
1を極めて小さくする必要があるので、隙間d1に引っ
かかった異物等が残留して塗工スジとなる。
【0053】また、せん断速度1000(1/S)の粘
度をηとしたとき、0.1mPa≦η≦1000mPa
の範囲とした導電ペースト12のウェット厚みが100
μmより大きい場合、ペースト11とせん断速度100
0(1/S)の粘度をηとしたとき、0.1mPa≦η
≦1000mPaの範囲とした導電ペースト12とを同
時に2層塗布し、その後の乾燥後の厚みが厚くなりすぎ
るため、電池性能を低下させる問題が生じる。
【0054】また、図11に示すように上層のペースト
11のせん断速度1000(1/S)の塗料粘度をηと
したとき、1mPa≦η≦10000mPaの範囲にす
ることは重要である。上層のペースト11のせん断速度
1000(1/S)の塗料粘度が1mPaより小さい場
合、ペースト11の表面張力が大きくなり、下層の導電
ペースト12との界面を形成することができずに混じり
合うため、2層塗布形成ができない。また、上層のペー
スト11のせん断速度1000(1/S)の塗料粘度が
10000mPaより大きい場合、上層マニホールド1
01の圧力が上昇することによる圧力損失の影響によ
り、幅方向の厚みバラツキが大きくなる。
【0055】また、図12に示すように下層の導電ペー
スト12のせん断速度1000(1/S)の塗料粘度を
ηとしたとき、0.1mPa≦η≦1000mPaの範
囲にすることは重要である。下層の導電ペースト12の
せん断速度1000(1/S)の塗料粘度が0.1mP
aより小さい場合、スリット出口に形成する下層のペー
スト溜まり1201が形成できなくなり、集電対2への
導電ペースト12の塗布が乱されて、導電層4の厚みが
不均一となる。
【0056】また、下層の導電ペースト12のせん断速
度1000(1/S)の塗料粘度が1000mPaより
大きい場合、上層のペースト11と同様に下層マニホー
ルド102の圧力が上昇することによる圧力損失の影響
により、幅方向の厚みバラツキが大きくなる。
【0057】本実施の形態によれば、上層スリット10
3、下層スリット104から吐出されたペースト11、
導電ペースト12を集電体2上に、2層同時に塗布形成
した結果、図8(a)に示すように塗工スジを抑制、且
つ、幅方向の厚みが均一な電池電極板を作成することが
出来た。
【0058】なお、上述した第1の実施の形態では、本
発明の電池電極の製造装置の支持手段または液溜まり形
成凸部の一例として、支持部108を用いた。
【0059】(第2の実施の形態)図2、3に、本発明
にかかる第2の実施の形態の電池電極の製造装置の概略
図を示す。
【0060】本発明にかかる第2の実施の形態を実施す
るための装置の構成は実施の形態1と同様のため、同様
の機能を有する箇所については説明を省略する。
【0061】本実施の形態は、図2に示すように、ノズ
ル1の先端は、下流側から第1リップ105、上層塗料
の出口である上層スリット103、第2リップ106、
下層塗料の出口である下層スリット104、および第3
リップ107で構成されている。
【0062】第1リップ105は、上層塗料の塗布面を
平滑にするための上層平滑部1051を有しており、第
2リップ106は、下層塗料の塗布面を平滑にするため
の下層平滑部1062と、上層塗料の液溜まりを形成す
るための上層液溜まり部1061とを有しており、第3
リップ107は、基材(集電体)2を支持するための支
持部1072と、下層塗料の液溜まりを形成するための
下層液溜まり部1071とを有している。
【0063】本実施の形態の詳細に関する特徴を図2、
3を用いて以下に説明する。
【0064】第1の特徴は、支持部1072と下層液溜
まり部1071との間の空間、すなわち段差d1の部分
と、下層平滑部1062の頂部と上層液溜まり部106
1との段差d2の部分とにおいて、上層スリット103
と下層スリット104からそれぞれ吐出されたペースト
11と導電ペースト12の溜まり1101,1201を
形成しながら集電体2上に2層同時に塗布することであ
る。
【0065】ペースト溜まり1101,1201を形成
することで、集電体2のノズル方向に対する位置変動が
多少あっても、塗布が乱されることなく、活物質層3や
導電層4の厚みを均一とすることができる。さらに、上
層側のペースト溜まり1101により、下層側のペース
ト溜まり1201部分への圧力を付与させることがで
き、極めて薄い導電層4を得ることができる。
【0066】第2の特徴は、下層スリット104の出口
の下端部から、支持部1072の頂部までの、基材走行
方向に沿った長さをL1としたとき、0.1mm≦L1
≦5mmの範囲にすることは重要である。L1が0.1
mmより小さい場合、スリット104出口に形成するペ
ースト溜まり1201が形成できなくなり、集電体2へ
の導電ペースト12の塗布が乱されて、活物質層3や導
電層4の厚みが不均一となる。また、L1が5mmより
も大きい場合、スリット出口では集電体2に幅方向でシ
ワが生じやすくなり、活物質層3や導電層4の幅方向の
厚み変動が大きくなる。
【0067】また、下層平滑部1062の、基材走行方
向に沿った長さをL2としたとき、0.1mm≦L2≦
5mmの範囲にすることは、ペースト11と導電ペース
ト12を2層同時に塗布する場合に極めて重要である。
【0068】L2が0.1mmより小さい場合、上層側
のペースト溜まり1101からの圧力を受けやすくな
り、下層側のペースト溜まり1201への圧力が大きく
なりすぎて、ペースト11と導電ペースト12とを2層
同時に塗布することができない。また、L2が5mmよ
り大きい場合、上層側のペースト溜まり1101からの
圧力が付与されずに、導電層4の厚みを薄く塗布できな
いため、電池性能を低下させる問題が生じる。
【0069】また、上層液溜まり部1061の、基材走
行方向に沿った長さをL3としたとき、1mm≦L3≦
5mmの範囲にすることは、ペースト11と導電ペース
ト12を2層同時に塗布する場合に極めて重要である。
【0070】L3が1mmより小さい場合、スリット1
03出口に形成するペースト溜まり1101を形成でき
ないばかりか、下層側のペースト溜まり1201への圧
力が大きくなりすぎて、ペースト11と導電ペースト1
2とを2層同時に塗布することができない。また、L3
が5mmより大きい場合、下層側のペースト溜まり12
01部分への圧力を付与することができずに、導電層4
の厚みを薄く塗布できないため、電池性能を低下させる
問題が生じる。
【0071】第3の特徴は、支持部1072の頂部の接
線と、下層液溜まり部1071との段差をd1としたと
き、1μm≦d1≦100μmの範囲にすることは重要
である。
【0072】d1が1μmより小さい場合、ペースト溜
まり1201に対する集電体2の押しつけ力が強くなり
すぎて、ペースト溜まり1201を安定に形成すること
ができず、活物質層3や導電層4の厚みが不均一とな
る。また、d1が100μmより大きい場合、ペースト
溜まり1201に対する集電体2の押しつけ力が小さす
ぎて、ペースト溜まり1201を安定に形成することが
できず、活物質層3や導電層4の厚みがこの場合にも不
均一となる。
【0073】また、下層平滑部1062の頂部の接線
と、上層液溜まり部1061との段差をd2としたと
き、20μm≦d2≦500μmの範囲にすることは重
要である。
【0074】d2が20μmより小さい場合、ペースト
溜まり1101に対する集電体2の押しつけ力が強くな
りすぎて、スリット103出口に形成するペースト溜ま
り1101を形成できないばかりか、下層側のペースト
溜まり1201への圧力が大きくなりすぎて、ペースト
11と導電ペースト12とを2層同時に塗布することが
できない。また、d2が500μmより大きい場合、ペ
ースト溜まり1201に対する集電体2の押しつけ力が
小さすぎて、ペースト溜まり1201を安定に形成する
ことができず、活物質層3の厚みが不均一となる。
【0075】本実施の形態の範囲内では、上層スリット
103、下層スリット104から吐出されたペースト1
1、導電ペースト12を集電体2上に、2層同時に塗布
形成した結果、図8(a)に示すように幅方向の厚みが
均一且つ、導電層4が極めて薄い電池電極板を作成する
ことが出来た。
【0076】次に、本実施の形態の具体例を説明する。
【0077】ノズル1は図2に示すもので、d1=20
μm、d2=200μm、L2=1mm、上層スリット
ギャップG=0.5mm、下層スリットギャップG=
0.2mmとし、塗布幅480mmである。下層スリッ
ト104の出口の下端部から、支持部1072の頂部ま
での、基材走行方向に沿った長さを0.05〜10mm
の範囲で変化させ、さらに、上層液溜まり部1061
の、基材走行方向に沿った長さを0.5mm〜10mm
の範囲で変化させた。下記の負極,正極のペースト粘度
は、それぞれ1000mPaとし、アンカーペーストは
1mPaとした。
【0078】負極としては、集電体が厚み10μm、幅
500mmの銅箔、負極用ペーストは炭素材、CMC及
び水を混練したものを用いた。アンカー剤としては、導
電性カーボンブラック、結着剤及び水を混練、分散した
ものを用いた。これらを、まず本実施の形態により集電
体上に300〜400mmの所定のピッチで間欠的に活
物質層と導電層とを同時に2層塗布形成、乾燥した。
【0079】正極としては、集電体が厚み20μm、幅
500mmのアルミ箔、正極用ペーストはLiCo
2、導電性カーボンブラック、フッ素系樹脂、CMC
及び水を混練したものを用いた。アンカー剤は、負極に
用いたものと同様とした。これらを、まず本実施の形態
により集電体上に所定のピッチで間欠的に活物質層と導
電層とを同時に2層塗布形成、乾燥した。
【0080】得られた正極及び負極板を所定の厚みに圧
延した後、所定の幅にスリットしてリチウムイオン2次
電池を作成した。比較例として従来の間欠塗布装置によ
り同様の間欠塗布を行った。得られた正極及び負極板を
所定の厚みに圧延した後、所定の幅にスリットして比較
例のリチウムイオン2次電池を作成した。
【0081】上記塗布乾燥後の極板と電池に対して以下
の評価を行い本実施の形態の効果を確認した。
【0082】(1)活物質層3の厚みバラツキ 活物質層3について厚みをマイクロメーターにより50
箇所測定し、厚みの平均値に対する最大厚みと最小厚み
の差を厚みバラツキとして評価した。その結果を、表1
にまとめて示す。
【0083】
【表1】 本実施の形態の範囲内であれば、明らかに厚みバラツキ
を小さくすることができ、電池極板として良好なことが
わかる。
【0084】(2)放電容量 常温において、一定電流(160mA)、終止電圧
(4.2V)で充電を完了した2次電池を、一定電流
(160mAから3200mA)で放電して、放電開始
から低下する電圧が終止電圧(3V)に達したときの放
電容量で比較した。結果を図9に示す。本実施の形態に
よる電池は放電容量が従来例による電池に比べて明らか
にアップしている。
【0085】(3)サイクル特性 常温において一定条件(放電:電流1900mA、終止
電圧3V、充電:電流160mA、終止電圧4.2V)
充放電を繰り返して放電容量を測定し、初期放電容量の
90%になったときの充放電回数(サイクル)で比較し
た。結果を図10に示す。本実施の形態による電池はサ
イクル特性が従来例による電池に比べて明らかにアップ
している。
【0086】上記評価の結果、本実施の形態の効果を以
下にまとめて説明する。
【0087】第1に、集電体2を支持部1072で支持
しながら段差d1、d2を設けることで、ペースト溜ま
り1101,1201を安定に形成しながら、ペースト
11と導電ペースト12とを同時に2層塗布できるた
め、幅方向の厚みが均一、且つ、塗工スジを抑制した電
池電極板を得ることができたことから、製品歩留まりを
格段に向上させることができた。
【0088】第2に、下層平滑部1062の、基材走行
方向に沿った長さをL2としたとき、0.1mm≦L2
≦5mmの範囲、上層液溜まり部1061の、基材走行
方向に沿った長さをL3としたとき、1mm≦L3≦5
mmの範囲にすることで、上層のペースト溜まり110
1が安定に形成され、且つ、下層のペースト溜まり12
01へ圧力が付与されて、導電層4の厚みを極めて薄く
塗布できるため、電池電極板に柔軟性をもたらせて活物
質層3と導電層4がからみ合うことで、電池電極板の剥
がれ強度をアップさせることができ、生産性の格段の向
上と製品歩留まりを格段に向上させることができた。
【0089】第3に、集電体2と活物質層3との間に導
電層4を設けることにより、集電体2と導電層4、導電
層4と活物質層3とのそれぞれの密着性を向上できるた
め、活物質中の結着剤量を大幅に減少させることができ
るので、乾燥時におけるマイグレーションの影響がな
く、サイクル特性を向上させることができた。さらに、
同時に活物質層3の密度も向上した。その結果、本実施
の形態で作成した電池の放電容量を格段に向上させるこ
とができた。
【0090】(第3の実施の形態)図4〜6に、本発明
にかかる第3の実施の形態の電池電極の製造装置の概略
図を示す。
【0091】本実施の形態は、ノズル1の上ブロック1
111と集電体2との隙間の調節に関するものであり、
それ以外は実施の形態2と同様のため、それ以外の構成
は実施の形態2のものを用いることができ、ここでは説
明を省略する。
【0092】本実施の形態の特徴は、図4に示すよう
に、ノズル1が、分割された上ブロック1111と下ブ
ロック1112とでノズル1が構成されている点と、回
動手段1008と隙間調節手段1009が設けられてい
る点である。
【0093】即ち、ノズル1は、図6に示すように、集
電体2の塗布面側と摺動し、且つ支持するための支持部
1072と、第3リップ107と上流第2リップ106
4とを固定ネジ109で締結した下ブロック1112
と、第1リップ105と下流第2リップ1063とを固
定ネジ118で締結した上ブロック1111と、ペース
ト11の溜である上層マニホールド101と、導電ペー
ストの溜である下層マニホールド102と、押し出しの
ための上層スリット103と、下層スリット104とで
構成され、上ブロック1111と下ブロック1112と
を固定ネジ110で締結し、さらに、ノズル1を固定ネ
ジ111により、ステージ1007へ締結してある。
【0094】また、図5に示すように、回動手段100
8は、テーブル1007の背板中央部且つ、ノズル1の
上ブロック1111の背部へ締結されている。この回動
手段1008は、上ブロック1111を振子状に回動さ
せるだけでなく、回動手段1008と上ブロック111
1とを固定しているため、段差d2の隙間を調節すると
きに上ブロック1111と下ブロック1112とを締結
している固定ネジ111を緩めたときに生じる上ブロッ
ク1111の位置ずれを防止するためにある。
【0095】また、図4にしめしたノズル1の位置調整
機構1000はここでは特に限定するものではないが、
例えばエアシリンダ1113とベース1006上に固定
されたガイド1005、ストッパー1004で構成す
る。上ブロック1111の隙間d1を調節するときは、
上ブロック1111と下ブロック1112とを固定して
いる固定ネジ110を緩めた後、ノズル1の上ブロック
1111の両サイドへ締結されている隙間調節手段10
09により、ダイヤルゲージ1010を読みながら、隙
間d1に設定する。
【0096】本実施の形態による装置を用いることで、
幅方向の厚みが均一な電池電極板を得ることができる。
【0097】従って、本実施の形態において、実施の形
態2と同様の効果が得られる。
【0098】(第4の実施の形態)図7に、本発明にか
かる第4の実施の形態の電池電極の製造方法を実施する
ための装置の概略図を示す。
【0099】本実施の形態の特徴は、ノズル1に2つの
スリット103,104と集電体2を支持しながら塗布
するための支持部1072を設けて、上層に活物質中の
結着剤量を0.1%以上、30%以下の範囲とした活物
質ペースト11、下層に活物質中の結着剤量を0.01
%以上、10%以下の範囲とした活物質ペースト12を
同時に2層塗布することであり、それ以外の構成は実施
の形態2のものを用いることができ、ここでは説明を省
略する。
【0100】本実施の形態において、上層スリット10
3から押し出される活物質中の結着剤量を0.1%以
上、30%以下の範囲にすることは重要である。活物質
中の結着剤量が0.1%より小さい場合、下層の活物質
層4との密着性が極端に低下するため、活物質層3が剥
がれやすくなり電池性能を低下させる問題が生じる。ま
た、活物質中の結着剤量が30%より大きい場合、活物
質層3の密度が小さくなるので、この場合においても電
池性能を低下させる問題が生じる。
【0101】また、下層スリット104から押し出され
る活物質中の結着剤量を0.01%以上、10%以下の
範囲にすることは重要である。活物質中の結着剤量が
0.01%より小さい場合、集電体2と活物質層4との
密着性が極端に低下するため、活物質層の脱落が顕著と
なり、製品品質上、致命的な問題が生じる。また、活物
質中の結着剤が10%より大きい場合、活物質層4の密
度が小さくなるので、電池性能を低下させる問題が生じ
る。
【0102】本実施の形態の範囲内では、特に、活物質
層3と4のトータルの幅方向の厚みを均一にすることが
できる。
【0103】従って、本実施の形態において、実施の形
態2と同様の効果が得られる。
【0104】
【発明の効果】以上述べたところから明らかな様に本発
明は、上層塗料と下層塗料とを同時に基材に2層塗布形
成したときの、上層塗料の厚みを実質上均一とする電池
電極の製造装置および製造方法を提供することができ
る。
【0105】また、本発明は、塗工スジの発生を抑制す
る電池電極の製造装置および製造方法を提供することが
できる。
【0106】また、本発明は、基材の実質上平面の塗布
面に塗料を塗布する電池電極の製造装置および製造方法
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる第1の実施の形態の製造装置を
示す略示構成図
【図2】本発明にかかる第2の実施の形態の製造装置を
示す略示構成図
【図3】第2の実施の形態における、ノズル1の先端形
状を説明するための略示構成図
【図4】本発明にかかる第3の実施の形態の製造装置を
示す略示構成図
【図5】第3の実施の形態における、位置調整機構10
00を説明するための略示構成図
【図6】第3の実施の形態における、ノズル1を示す略
示構成図
【図7】本発明にかかる第4の実施の形態の製造装置を
示す略示構成図
【図8】(a):第1の実施の形態による塗膜の断面図 (b):従来例による塗膜の断面図
【図9】第1〜4の実施の形態における放電容量の測定
結果を説明するための図
【図10】第1〜4の実施の形態におけるサイクル特性
の測定結果を説明するための図
【図11】本実施の形態で使用した上層塗料のレオロジ
ー特性を示す図
【図12】本実施の形態で使用した下層塗料のレオロジ
ー特性を示す図
【図13】従来例による装置を示す略示構成図
【図14】本発明にかかる第1の実施の形態の電池極板
の構成図
【符号の説明】
1 ノズル 2 集電体 3 活物質層 4 導電層 5 ロール 6 ロール 7 上層の供給系 8 下層の供給系 9 吸引装置 10 吸引装置 11 ペースト 12 導電ペースト 71 タンク 72 ポンプ 73 フィルター 74 三方弁 101 上層マニホールド 102 下層マニホールド 103 上層スリット 104 下層スリット 105 第1リップ 106 第2リップ 107 第3リップ 108 支持部 109 固定ネジ 110 固定ネジ 111 固定ネジ 118 固定ネジ 901 ピストン 902 エアシリンダ 903 治具 1000 位置調整機構 1001 ピストン 1002 エアシリンダ 1003 治具1003 1004 ストッパー 1005 ガイド 1006 ベース 1007 テーブル 1008 回動手段 1009 隙間調節手段 1010 ダイヤルゲージ 1111 上ブロック 1112 下ブロック 1113 エアシリンダ 1051 上層平滑部 1061 上層液溜まり部 1062 下層平滑部 1063 下流第2リップ 1064 上流第2リップ 1071 下層液溜まり部 1072 支持部 1101 ペースト溜まり 1201 ペースト溜まり
フロントページの続き (72)発明者 黒宮 孝雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5H050 AA19 BA02 BA05 BA14 BA17 CA03 CA08 CB07 CB16 DA04 DA10 DA11 FA02 GA22 GA29 HA01 HA04 HA20

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基材を所定の方向に走行させるための第
    1のガイドロールと、 前記基材の走行方向の前記第1のガイドロールより下流
    側に配置され、前記第1のガイドロールとともに、前記
    基材を前記所定の方向に走行させるための第2のガイド
    ロールと、 前記基材上に少なくとも2種類以上の塗料を同時に塗布
    することができるノズルと、 前記基材と前記ノズルの先端との間隔を実質上一定間隔
    に維持するための支持手段とを備えたことを特徴とする
    電池電極の製造装置。
  2. 【請求項2】 前記支持手段は、前記基材を直接的にま
    たは間接的に支持する手段であることを特徴とする請求
    項1に記載の電池電極の製造装置。
  3. 【請求項3】 前記ノズルは、前記基材上に塗布される
    塗料のうち、上層側の塗料を保持する上層マニホールド
    と、下層側の塗料を保持する下層マニホールドとを有
    し、 前記上層側の塗料を貯留している上層タンクから前記上
    層マニホールドへの前記上層側の塗料の供給と停止とを
    制御する上層三方弁、および/または、前記下層側の塗
    料を貯留している下層タンクから前記下層マニホールド
    への前記下層側の塗料の供給と停止とを制御する下層三
    方弁と、 前記ノズル内の前記上層側の塗料を吸排する上層吸排手
    段、および/または前記下層側の塗料を吸排する下層吸
    排手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項1また
    は2に記載の電池電極の製造装置。
  4. 【請求項4】 請求項1から3のいずれかに記載の電池
    電極の製造装置を用いて、走行する前記基材上に少なく
    とも2種類以上の塗料を同時に塗布することを特徴とす
    る電池電極の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記基材上に塗布される塗料のうち、前
    記下層側の塗料が導電ペーストであり、前記上層側の塗
    料が電池電極用の活物質ペーストであることを特徴とす
    る請求項4に記載の電池電極の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記導電ペーストが水系のペーストであ
    ることを特徴とする請求項5に記載の電池電極の製造方
    法。
  7. 【請求項7】 前記活物質ペーストには、結着剤が0.
    01wt%以上5wt%以下含まれていることを特徴と
    する請求項5または6に記載の電池電極の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記導電ペーストのせん断速度1000
    (1/S)のときの塗料粘度が0.1mPa以上100
    0mPa以下であって、前記導電ペーストを、ウェット
    厚みが2μm以上100μm以下となるように前記基材
    上に塗布することを特徴とする請求項5から7のいずれ
    かに記載の電池電極の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記電池電極用の活物質ペーストのせん
    断速度1000(1/S)のときの塗料粘度が1mPa
    以上10000mPa以下であることを特徴とする請求
    項5から7のいずれかに記載の電池電極の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記基材上に塗布される塗料のうち、
    前記下層側の塗料が電池電極用の第1の活物質ペースト
    であり、前記上層側の塗料が電池電極用の第2の活物質
    ペーストであって、 前記第1の活物質ペーストには、結着剤が0.01wt
    %以上10wt%以下含まれており、前記第2の活物質
    ペーストには、結着剤が0.1wt%以上30wt%以
    下含まれていることを特徴とする請求項4に記載の電池
    電極の製造方法。
  11. 【請求項11】 走行する基材上に少なくとも2種類以
    上の塗料を同時に塗布することができるノズルと、液溜
    まり形成凸部とを少なくとも備えた電池電極の製造装置
    であって、 前記ノズルの先端は、前記基材の走行方向下流側から上
    流側の順に設けられた、第1のリップと、第2のリップ
    と、第3のリップとを少なくとも有し、 前記第1のリップは、前記第1のリップと前記第2のリ
    ップとの間から吐出される塗料の塗布面を平滑化するた
    めの第1の平滑化部を有し、 前記第2のリップは、前記第2のリップと前記第3のリ
    ップとの間から吐出される塗料の塗布面を平滑化するた
    めの第2の平滑化部を有し、 前記液溜まり形成凸部は、前記ノズルの前記第3のリッ
    プの前記上流側に設けられ、前記第3のリップの先端よ
    りも前記基材の塗布面側に突き出ており、 前記第3のリップの先端と前記液溜まり形成凸部とで、
    前記第2のリップと前記第3のリップとの間から吐出さ
    れる塗料の液溜まりを形成することを特徴とする電池電
    極の製造装置。
  12. 【請求項12】 前記第1のリップの先端は、前記第3
    のリップの先端より前記基材の塗布面に対して遠くなる
    位置に設けられており、 前記第2のリップにおける前記第1のリップ側の先端
    は、前記第3のリップ側の先端よりも前記第1のリップ
    側の先端よりに位置していて、前記第2のリップには段
    差が形成されており、 前記段差は、前記第1のリップと前記第2のリップとの
    間から吐出される塗料の液溜まりを形成するためのもの
    であることを特徴とする請求項11に記載の電池電極の
    製造装置。
  13. 【請求項13】 前記ノズルの前記第3のリップの先端
    の、前記第2のリップ側終端から前記液溜まり形成凸部
    までの長さL1が、0.1mm以上5mm以下であるこ
    とを特徴とする請求項11または12に記載の電池電極
    の製造装置。
  14. 【請求項14】 前記ノズルの前記第2のリップの先端
    の前記第2の平滑化部の前記基材の走行方向と実質上同
    一方向の長さL2が、0.1mm以上5mm以下である
    ことを特徴とする請求項11から13のいずれかに記載
    の電池電極の製造装置。
  15. 【請求項15】 前記ノズルの前記第2のリップの前記
    段差の前記第1のリップ側の先端の、前記基材の走行方
    向と実質上同一方向の長さL3が、1mm以上5mm以
    下であることを特徴とする請求項12から14のいずれ
    かに記載の電池電極の製造装置。
  16. 【請求項16】 前記基材の走行方向と実質上垂直な方
    向における、前記ノズルの前記第3のリップの先端と、
    前記液溜まり形成凸部の先端との距離d1が1μm以上
    100μm以下であることを特徴とする請求項11から
    15のいずれかに記載の電池電極の製造装置。
  17. 【請求項17】 前記ノズルの前記第2のリップの段差
    d2が20μm以上500μm以下であることを特徴と
    する請求項12から16のいずれかに記載の電池電極の
    製造装置。
  18. 【請求項18】 前記第1のリップの先端と前記基材と
    の隙間の大きさを調整するための隙間調整手段を備えた
    ことを特徴とする請求項11から17のいずれかに記載
    の電池電極の製造装置。
  19. 【請求項19】 前記ノズルは、前記第1のリップと前
    記第2のリップの前記第1のリップ側の一部とで構成さ
    れる上ブロックと、前記第2のリップの残部と前記第3
    のリップとで少なくとも構成される下ブロックとで構成
    されることを特徴とする請求項11から18のいずれか
    に記載の電池電極の製造装置。
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