JP2016179453A - Coating apparatus, coating method and coating film formation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多孔基材に化学電池材料などの塗工液を塗工する塗工装置および塗工方法、並びに、その塗工装置を組み込んだ塗膜形成システムに関する。 The present invention relates to a coating apparatus and a coating method for coating a porous substrate with a coating solution such as a chemical battery material, and a coating film forming system incorporating the coating apparatus.
従来より、リチウムイオン電池などの化学電池の製造においては、金属箔等の基材をロールトゥロール方式にて搬送しつつ、その基材の表面に電極材料の塗工液を吐出して塗膜を形成する。また、電極を多層構造とするために、基材の表裏両面に塗膜を形成することが多く、基材の両面に電極材料の塗工液を吐出して塗膜を形成する両面塗工装置が知られている。このような両面塗工装置としては、まず基材の一方面に塗工液を塗工してから乾燥処理を行い、次に基材の他方面に塗工液を塗工して再度乾燥処理を行うものがある。このような手法によっても、基材の両面に塗工処理を行うことは可能であるが、1つのラインに乾燥炉が2台必要となり、装置の全長が長くなってコストが増大する。 Conventionally, in the manufacture of a chemical battery such as a lithium ion battery, a substrate such as a metal foil is transported by a roll-to-roll method, and a coating solution is ejected onto the surface of the substrate by discharging an electrode material coating liquid. Form. Moreover, in order to make an electrode into a multilayer structure, a coating film is often formed on both front and back surfaces of a substrate, and a coating film is formed by discharging a coating solution of an electrode material on both surfaces of the substrate. It has been known. As such a double-sided coating device, first, the coating liquid is applied to one side of the base material, followed by a drying treatment, and then the coating liquid is applied to the other side of the base material, followed by a drying treatment again. There is something to do. Even with such a technique, it is possible to perform the coating treatment on both surfaces of the base material, but two drying furnaces are required for one line, which increases the overall length of the apparatus and increases the cost.
このため、乾燥処理を行う前に基材の両面に塗工液を同時に塗工し、基材の両面に対して一括して乾燥処理を行う装置が開発されている。例えば、特許文献1,2には、基材を挟んで表面側と裏面側とに相対向するようにダイ(塗工ノズル)を1本ずつ配置し、双方の塗工ノズルから基材の表裏両面に塗工液を同時に吐出して両面同時塗工を行う両面塗工装置が開示されている。特許文献1,2に開示されるような両面塗工装置では、基材の表裏両面に塗工液を塗工してから一括して乾燥処理を行うため、乾燥炉が1台で足りるとともに、電極の生産性が高まる。このような両面塗工装置においては、塗膜の塗工形状の調整は表裏の塗工ノズルの基材に対する相対位置を変更することで行い、また塗工膜厚は各塗工ノズルからの塗工液の吐出流量によって制御している。
For this reason, an apparatus has been developed in which a coating liquid is simultaneously applied to both surfaces of a substrate before the drying treatment, and the drying treatment is collectively performed on both surfaces of the substrate. For example, in
塗工ノズルから基材に塗工液を吐出する塗工方式においては、高い塗工均一性を実現するために塗工ノズルの加工精度、特に吐出口近傍の加工精度が極めて重要である。しかしながら、そのような高い加工精度にて製作された塗工ノズルは高額であり、塗工ノズルを2本搭載することによって塗工装置の製造コストが高騰する要因となっていた。加えて、塗工ノズルを2本搭載した場合には、塗工ノズルに塗工液を送給するポンプ等の塗工液供給機構も塗工ノズルの本数に応じて2組設ける必要があるため、塗工装置の製造コストがさらに高騰することとなる。 In a coating method in which a coating liquid is discharged from a coating nozzle onto a substrate, the processing accuracy of the coating nozzle, particularly the processing accuracy near the discharge port, is extremely important in order to achieve high coating uniformity. However, the coating nozzle manufactured with such a high processing accuracy is expensive, and mounting two coating nozzles is a factor that increases the manufacturing cost of the coating apparatus. In addition, when two coating nozzles are installed, it is necessary to provide two sets of coating liquid supply mechanisms such as a pump for feeding the coating liquid to the coating nozzles according to the number of coating nozzles. The manufacturing cost of the coating apparatus will further increase.
また、塗工装置に2本の塗工ノズルを設置した場合、双方の塗工ノズルの設置位置が僅かでもずれると、基材の表面と裏面とで塗膜の塗工端がずれるという問題も発生していた。 In addition, when two coating nozzles are installed in the coating apparatus, if the installation positions of both coating nozzles are slightly shifted, there is a problem that the coating end of the coating film is shifted between the front surface and the back surface of the substrate. It has occurred.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、1本の塗工ノズルにて基材の表裏両面に塗工液を塗工することができる塗工装置および塗工方法、並びに、その塗工装置を組み込んだ塗膜形成システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and a coating apparatus and a coating method capable of coating a coating liquid on both the front and back surfaces of a substrate with a single coating nozzle, and its It aims at providing the coating-film formation system incorporating the coating apparatus.
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、多孔基材に塗工液を塗工する塗工装置において、第1ローラから送り出された多孔基材を第2ローラで巻き取ることによって多孔基材を連続して搬送する搬送機構と、前記搬送機構によって搬送される多孔基材の一方面に塗工液を吐出する塗工ノズルと、前記搬送機構によって搬送される多孔基材を挟んで前記塗工ノズルと対向する位置に設けられた平滑板と、を備え、前記塗工ノズルは、前記平滑板と平行な塗工面および前記塗工面の一部に形成された吐出口を有し、前記平滑板は少なくとも前記吐出口を覆う位置に設けられることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of
また、請求項2の発明は、請求項1の発明に係る塗工装置において、前記搬送機構による多孔基材の搬送方向に沿って下流側の前記平滑板の端部が前記塗工ノズルの前記塗工面の下流側端部に対向する位置に前記平滑板が設置されることを特徴とする。
Moreover, invention of Claim 2 is the coating apparatus which concerns on invention of
また、請求項3の発明は、請求項1または請求項2の発明に係る塗工装置において、前記平滑板と前記塗工ノズルの前記塗工面との間隔を測定するリニアスケールをさらに備えることを特徴とする。
Moreover, invention of Claim 3 is a coating apparatus which concerns on invention of
また、請求項4の発明は、塗膜形成システムであって、請求項1から請求項3のいずれかの発明に係る塗工装置と、前記塗工装置によって基材に形成された塗工液の塗膜を乾燥させる乾燥部と、を備えることを特徴とする。 Moreover, invention of Claim 4 is a coating-film formation system, Comprising: The coating liquid which was formed in the base material by the coating apparatus which concerns on invention in any one of Claims 1-3, and the said coating apparatus And a drying section for drying the coating film.
また、請求項5の発明は、多孔基材に塗工液を塗工する塗工方法において、第1ローラから送り出された多孔基材を第2ローラで巻き取ることによって多孔基材を連続して搬送する搬送工程と、搬送される多孔基材の一方面に塗工ノズルから塗工液を吐出する吐出工程と、を備え、前記吐出工程では、搬送される多孔基材を挟んで前記塗工ノズルと対向する位置に設けられた平滑板によって少なくとも塗工ノズルの吐出口を覆いつつ前記塗工ノズルから塗工液を吐出することを特徴とする。
The invention of
また、請求項6の発明は、請求項5の発明に係る塗工方法において、前記塗工ノズルは、前記平滑板と平行な塗工面を有し、前記吐出口は前記塗工面の一部に形成され、前記吐出工程では、多孔基材の搬送方向に沿って下流側の前記平滑板の端部が前記塗工ノズルの前記塗工面の下流側端部に対向しつつ前記塗工ノズルから塗工液を吐出することを特徴とする。
The invention of claim 6 is the coating method according to the invention of
請求項1から請求項4の発明によれば、塗工ノズルの吐出口を覆う位置に平滑板を設けて多孔基材の一方面に塗工ノズルから塗工液を吐出するため、多孔基材の他方面に塗工液が滲出して塗工ノズルと平滑板との間に塗工液の液溜まりが形成され、1本の塗工ノズルにて基材の表裏両面に塗工液を塗工することができる。 According to the first to fourth aspects of the present invention, a smooth plate is provided at a position covering the discharge port of the coating nozzle, and the coating liquid is discharged from the coating nozzle onto one surface of the porous substrate. The coating liquid oozes out on the other side of the coating to form a liquid pool of coating liquid between the coating nozzle and the smooth plate, and the coating liquid is applied to both the front and back surfaces of the substrate with one coating nozzle. Can be crafted.
特に、請求項2の発明によれば、搬送機構による多孔基材の搬送方向に沿って下流側の平滑板の端部が塗工ノズルの塗工面の下流側端部に対向する位置に平滑板が設置されるため、多孔基材の走行位置が塗工面と平滑板との間に形成された塗工液の液溜まりの中央部に規制され、多孔基材の両面に等しい膜厚にて塗工液の塗膜を形成することができる。 In particular, according to the invention of claim 2, the smooth plate is located at a position where the end of the downstream smooth plate faces the downstream end of the coating surface of the coating nozzle along the transport direction of the porous substrate by the transport mechanism. Therefore, the travel position of the porous substrate is regulated at the center of the liquid pool of the coating liquid formed between the coating surface and the smooth plate, and it is applied with the same film thickness on both surfaces of the porous substrate. A coating film of the working liquid can be formed.
請求項5および請求項6の発明によれば、平滑板によって少なくとも塗工ノズルの吐出口を覆いつつ塗工ノズルから多孔基材の一方面に塗工液を吐出するため、多孔基材の他方面に塗工液が滲出して塗工ノズルと平滑板との間に塗工液の液溜まりが形成され、1本の塗工ノズルにて基材の表裏両面に塗工液を塗工することができる。
According to the invention of
特に、請求項6の発明によれば、多孔基材の搬送方向に沿って下流側の平滑板の端部が塗工ノズルの塗工面の下流側端部に対向しつつ塗工ノズルから塗工液を吐出するため、多孔基材の走行位置が塗工面と平滑板との間に形成された塗工液の液溜まりの中央部に規制され、多孔基材の両面に等しい膜厚にて塗工液の塗膜を形成することができる。 In particular, according to the invention of claim 6, coating from the coating nozzle while the end of the downstream smooth plate faces the downstream end of the coating surface of the coating nozzle along the transport direction of the porous substrate. In order to discharge the liquid, the travel position of the porous substrate is regulated at the center of the liquid reservoir of the coating liquid formed between the coating surface and the smooth plate, and it is applied with the same film thickness on both surfaces of the porous substrate. A coating film of the working liquid can be formed.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る塗工装置を組み込んだ塗膜形成システム1の全体構成を示す図である。なお、図1および以降の各図には、それらの方向関係を明確にするためZ軸方向を鉛直方向とし、XY平面を水平面とするXYZ直交座標系を適宜付している。また、図1および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a coating
この塗膜形成システム1は、長尺の多孔基材をロールトゥロール(Roll-to-Roll)方式にて連続搬送しつつ、その多孔基材に電極材料である活物質を含む塗工液を塗工し、その塗工液の乾燥処理を行ってリチウムイオン二次電池の電極製造を行う装置である。塗膜形成システム1は、塗工装置10に乾燥部80を備えて構成される。また、塗膜形成システム1は、システム全体を管理する制御部90を備える。
The coating
本発明に係る塗工装置10は、主たる要素として塗工ノズル20、平滑板30および搬送機構60を備える。また、塗工装置10は、塗工ノズル20に塗工液を送給する塗工液供給機構28を備える。制御部90は、塗工装置10の各機構部も制御しており、塗工装置10の制御部としても機能する。
The
搬送機構60は、巻き出しローラ(第1ローラ)61、巻き取りローラ(第2ローラ)62および複数の補助ローラ63を備える。長尺の多孔基材5は、巻き出しローラ61から送り出されて複数の補助ローラ63に案内されつつ巻き取りローラ62によって巻き取られることにより、塗工装置10、乾燥部80の順にロールトゥロール方式にて連続して搬送される。なお、補助ローラ63の個数および配置位置については、図1の例に限定されるものではなく、必要に応じて適宜に増減することができる。
The
塗工ノズル20は、搬送機構60によって略水平方向に沿って搬送される多孔基材5の下方に配置されている。塗工ノズル20は、例えばステンレススチールにて形成され、多孔基材5の幅方向に沿ったスリット状の吐出口21を備えたスリットノズルである。塗工ノズル20は、搬送機構60によって搬送される多孔基材5の裏面に電極材料の塗工液を吐出する。なお、多孔基材5の「裏面」とは、多孔基材5の2つの面のうちの下方を向いた一方面であり、「表面」とはその反対側の他方面である。すなわち、多孔基材5の表面および裏面は、多孔基材5の両面を単に識別するための表記であり、いずれか特定の面が表面または裏面に限定されるものではない。
The
塗工ノズル20には、塗工液供給機構28から塗工液が送給される。塗工液供給機構28は、塗工液を貯留するタンク、当該タンクから塗工液を塗工ノズル20に向けて圧送するポンプ、当該ポンプが塗工ノズル20に塗工液を圧送する送液圧を測定する圧力センサ等(いずれも図示省略)を備える。制御部90は塗工液供給機構28のポンプを制御する。
The coating liquid is fed from the coating
塗工ノズル20は、搬送機構60による多孔基材5の搬送経路のうち搬送方向が略水平方向となる部分にて多孔基材5の下方に設けられる。塗工ノズル20は、そのスリット状の吐出口21が上側を向くように(つまり、多孔基材5の裏面に対向するように)設けられる。塗工ノズル20は、スリット状の吐出口21に繋がる流路を規定するためのシムおよびマニホールド等を備える。塗工液供給機構28から送給された塗工液は、当該流路を流れて吐出口21から上方に向けて多孔基材5の裏面に吐出される。
The
また、塗工ノズル20の鉛直方向に沿った高さ位置は駆動部26によって調整される。駆動部26は、例えばパルスモータとボールネジとを備えた駆動機構であり、塗工ノズル20を鉛直方向に沿って昇降移動させる。なお、駆動部26は、塗工ノズル20の姿勢を調整する機構をさらに備えていても良い。
The height position of the
平滑板30は、搬送機構60によって搬送される多孔基材5を挟んで塗工ノズル20と対向する位置に設けられる。すなわち、平滑板30は、搬送機構60による多孔基材5の搬送経路のうち搬送方向が略水平方向となる部分にて多孔基材5の上方に設けられる。図2および図3は、平滑板30と塗工ノズル20との配置関係を示す図である。図2は多孔基材5の搬送経路の側方から見た図であり、図3は多孔基材5の搬送経路に沿った方向から見た図である。
The
平滑板30は、例えばステンレススチールにて形成された平面視で矩形の板状部材である。平滑板30の表面のうち少なくとも搬送機構60によって搬送される多孔基材5に対向する面は、高い精度にて平滑な面とされている。平滑板30は、多孔基材5に対向する面が水平方向に沿うように固定設置される。
The
図2および図3に示すように、塗工ノズル20には、平滑板30の多孔基材5に対向する面と平行な塗工面22が形成されている。すなわち、塗工面22も水平方向に沿う平面である。搬送機構60による多孔基材5の搬送方向DR(図2)に沿った塗工面22の長さは例えば約4mmである。スリット状の吐出口21は塗工面22の一部に形成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
本実施形態においては、搬送機構60による多孔基材5の搬送方向DR(図2)に沿って下流側の平滑板30の端部31が塗工ノズル20の塗工面22の搬送方向DRに沿った下流側の端部23に対向する位置に平滑板30が設置されている。すなわち、多孔基材5の搬送方向DRに沿って平滑板30の下流側の端部31が塗工面22の下流側の端部23の鉛直方向直上となるように平滑板30が設置されている。
In the present embodiment, the
平滑板30の搬送方向DRに沿った長さは塗工面22の長さよりも長い。よって、平滑板30は、塗工ノズル20の吐出口21の鉛直方向直上を覆う位置に設けられていることとなる。
The length of the
また、図3に示すように、塗工ノズル20には、リニアスケール40が付設されている。リニアスケール40は、先端を平滑板30に接触させることによって、平滑板30の多孔基材5に対向する面と塗工ノズル20の塗工面22との間隔を測定する。リニアスケール40による測定結果は制御部90に伝達される。制御部90は、リニアスケール40による測定結果に基づいて、平滑板30の多孔基材5に対向する面と塗工ノズル20の塗工面22との間隔が予め設定された設定値となるように駆動部26を制御して塗工ノズル20を昇降させる。平滑板30の多孔基材5に対向する面と塗工ノズル20の塗工面22との間隔の設定値は、例えば100μm以上200μm以下の範囲内である。
Further, as shown in FIG. 3, a
図1に戻り、多孔基材5の搬送経路に沿って一対の第1ピンチローラ71,71および一対の第2ピンチローラ72,72が設けられている。一対の第1ピンチローラ71,71は、多孔基材5の搬送経路に沿って塗工ノズル20および平滑板30よりも上流側に設置されている。第1ピンチローラ71,71は、円筒形状のローラである。
Returning to FIG. 1, a pair of
一方、一対の第2ピンチローラ72,72は、多孔基材5の搬送経路に沿って塗工ノズル20および平滑板30よりも下流側に設置されている。各第2ピンチローラ72は、回転軸の両端に一対の円板状のローラを固設して構成されており、多孔基材5の幅方向両縁部と接触する。第2ピンチローラ72,72は、塗工直後の多孔基材5と接触することとなるが、多孔基材5の幅方向両縁部と接触するため塗膜に直接接触することはなく、塗膜の損傷を防止するとともに、第2ピンチローラ72,72の汚染を防ぐこともできる。
On the other hand, the pair of
巻き出しローラ61から巻き取りローラ62に至る多孔基材5の搬送経路の全体において多孔基材5に作用する張力を規定しているのは、巻き出しローラ61および巻き取りローラ62である。典型的には、巻き取りローラ62による巻き取り速度の方が巻き出しローラ61による送り出し速度よりも若干大きく設定されており、それによって多孔基材5に張力が与えられる。多孔基材5の搬送経路のうち第1ピンチローラ71,71および第2ピンチローラ72,72の間の区間、すなわち塗工ノズル20が設けられた区間においては、巻き出しローラ61および巻き取りローラ62によって規定される張力から独立して第1ピンチローラ71,71および第2ピンチローラ72,72によって多孔基材5の張力を調整することができる。
The unwinding
また、多孔基材5の搬送経路に沿って乾燥部80よりも下流側にはダンサーローラ75が設けられている。ダンサーローラ75は、位置が固定された2つの補助ローラ63の間に配置されている。ダンサーローラ75は、上下方向に可動のローラである。すなわち、ダンサーローラ75は、回転軸が固定されておらず、多孔基材5に作用する張力によって上下動する。換言すれば、ダンサーローラ75は、上下方向についての位置が拘束されていないため、その高さ位置にかかわらず常に一定の張力を多孔基材5に与える。ダンサーローラ75が多孔基材5に付与する張力はダンサーローラ75自体の質量によって規定される。なお、ダンサーローラ75には、多孔基材5に付与する張力を調整するための錘が付設されていても良い。
A
乾燥部80は、塗工ノズル20によって多孔基材5に塗工された塗工液の塗膜の乾燥処理を行う。乾燥部80は、搬送機構60によって搬送される多孔基材5を加熱することによって、塗工液から溶剤を蒸発させて乾燥処理を行う。乾燥部80は、例えば、塗工液の塗膜を緩やかに昇温させる予熱部、塗膜を所定温度にまで昇温して主たる加熱を行うメイン乾燥部、塗膜をより高温に加熱して膜中の歪みや残留応力を除去するアニール部、加熱された塗膜を冷却する冷却部などを備えていても良い。
The drying
制御部90は、塗膜形成システム1に設けられた各動作機構を制御して多孔基材5に対する塗工処理を進行させる。制御部90のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部90は、各種演算処理を行うCPU、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるROM、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるRAMおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスクを備えて構成される。制御部90のCPUが所定の処理プログラムを実行することによって塗膜形成システム1における塗工処理が進行する。
The
上述のような構成を備える塗膜形成システム1にて電極製造を行うときには、搬送機構60によって多孔基材5をロールトゥロールで連続搬送しつつ、塗工ノズル20から多孔基材5に対して塗工液を塗工する。本実施形態において塗工の対象となる多孔基材5は、リチウムイオン二次電池の集電体として機能する金属の多孔箔である。多孔箔とは複数の穴が穿設された金属箔である。塗膜形成システム1にてリチウムイオン二次電池の正極を製造する場合には、多孔基材5として例えばアルミニウム(Al)の多孔箔を用いることができる。また、塗膜形成システム1にて負極を製造する場合には、多孔基材5として例えば銅(Cu)の多孔箔を用いることができる。多孔基材5は長尺のシート状の多孔箔であり、その幅および厚さについては特に限定されるものではないが、例えば幅600mm〜700mm、厚さ10μm〜20μmとすることができる。また、多孔基材5として用いる多孔箔に穿設された穴の径は例えばφ0.1mmであり、穴の開口率(複数の穴の総面積/金属箔の面積)は10%〜50%(本実施形態では30%)とすることができる。複数の穴は金属箔の全面に均一な密度にて穿設されている。
When the electrode is manufactured in the coating
このような多孔基材5としての多孔箔が巻き出しローラ61から送り出されて巻き取りローラ62によって巻き取られることにより、塗工装置10、乾燥部80の順にロールトゥロール方式にて連続して搬送される。塗工装置10においては、搬送機構60によって搬送される多孔基材5の下方に塗工ノズル20が配置される。塗工ノズル20は、搬送機構60によって略水平方向に搬送される多孔基材5の裏面に吐出口21から電極材料の塗工液を吐出する。すなわち、塗工ノズル20は、多孔基材5の下側から塗工液を吐出する。
Such a porous foil as the
塗膜形成システム1にて正極を製造する場合には、正極材料の塗工液として、例えば正極活物質であるコバルト酸リチウム(LiCoO2)、導電助剤であるカーボン(C)、結着剤であるポリフッ化ビニリデン(PVDF)、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)の混合液を用いる。コバルト酸リチウムに代えて、正極活物質としてニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMn2O4)、燐酸鉄リチウム(LiFePO4)などを用いることもできる。
When the positive electrode is manufactured by the coating
一方、塗膜形成システム1にて負極を製造する場合には、負極材料の塗工液として、例えば負極活物質である黒鉛(グラファイト)、結着剤であるPVDF、溶剤であるNMPの混合液を用いる。黒鉛に代えて、負極活物質としてハードカーボン、チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)、シリコン合金、スズ合金などを用いることもできる。また、正極材料および負極材料の双方において、結着剤としてPVDFに代えてスチレン−ブタジエンゴム(SBR)などを使用することができ、溶剤としてNMPに代えて水(H2O)などを使用することができる。さらに、結着剤としてSBR、溶剤として水を用いる場合には、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース(CMC)を併用することもできる。これら正極材料および負極材料の塗工液は固体(微粒子)が分散されたスラリーであってその粘度はいずれも1Pa・s(パスカル秒)以上であり、一般的にチクソトロピー性を有する。
On the other hand, when the negative electrode is manufactured by the coating
本実施形態においては、下方の塗工ノズル20から多数の穴が穿設された多孔基材5の裏面に塗工液を吐出すると、裏面に着液した塗工液がそれら多数の穴を通って多孔基材5の表面側に滲出する。その結果、多孔基材5の裏面にのみ塗工液を吐出するだけで多孔基材5の表裏両面に塗工液を塗工できることとなる。
In the present embodiment, when the coating liquid is discharged from the
図4は、多孔基材5の一方面に塗工液を吐出したときに生じる現象を示す図である。搬送機構60によって搬送方向DRとして示す向きに搬送される多孔基材5には複数の穴5aが穿設されている。複数の穴5aが穿設された多孔基材5の裏面に塗工ノズル20から塗工液を吐出すると、多孔基材5の裏面に着液した塗工液の一部が複数の穴5aから多孔基材5の表面側に滲出する。これにより、多孔基材5の表面にも塗工液が塗工されたのと同じこととなる。
FIG. 4 is a diagram showing a phenomenon that occurs when the coating liquid is discharged onto one surface of the
複数の穴5aを通って多孔基材5の表面側に滲出した塗工液は、多孔基材5を挟んで塗工ノズル20と対向する位置に設けられた平滑板30に到達する。その結果、図4に示すように、塗工ノズル20の塗工面22と平滑板30との間に塗工液の液溜まりが形成されることとなる。そして、その液溜まり中を搬送方向DRに示す向きに多孔基材5が搬送されることによって、多孔基材5の表裏両面に塗工液が塗工される。
The coating liquid that has oozed to the surface side of the
ここで、本実施形態においては、多孔基材5の搬送方向DRに沿って下流側の平滑板30の端部31が塗工ノズル20の塗工面22の搬送方向DRに沿った下流側の端部23の鉛直方向直上となるように平滑板30が設置されている。すなわち、多孔基材5の搬送方向DRに沿って下流側の平滑板30の端部31と塗工面22の端部23とが相対向しており、塗工ノズル20のリアリップ面(塗工面22のうちの吐出口21よりも搬送方向DRに沿って下流側の面)が過不足無く平滑板30によって覆われることとなる。
Here, in the present embodiment, the
このような状態の場合、塗工ノズル20の塗工面22と平滑板30との間に形成された塗工液の液溜まりの鉛直方向中央部を多孔基材5が通過すると、多孔基材5よりも上方の液溜まりの液圧と下方の液溜まりの液圧とが等しくなる。多孔基材5の走行位置は、多孔基材5よりも上方の液圧と下方の液圧とのバランスによって規制される。換言すれば、多孔基材5よりも上方の液圧と下方の液圧とが等しくなるように、多孔基材5の走行位置が塗工面22と平滑板30との間に形成された塗工液の液溜まりの鉛直方向中央部に規制されるのである。なお、多孔基材5の上下の液圧バランスによって多孔基材5の走行位置が容易に規制できるように、塗工ノズル20近傍における多孔基材5の張力を一対の第1ピンチローラ71,71および第2ピンチローラ72,72によって調整しておくのが望ましい。
In such a state, when the
多孔基材5の上下の液溜まりの液圧は、平滑板30と塗工ノズル20の塗工面22との間隔および塗工ノズル20からの塗工液の吐出流量によって規定される。平滑板30と塗工ノズル20の塗工面22との間隔は、リニアスケール40(図3)によって測定されており、その測定結果に基づいて当該間隔が所定値となるように制御部90によって駆動部26が制御される。
The liquid pressure in the upper and lower liquid pools of the
塗工面22と平滑板30との間に形成された塗工液の液溜まりの鉛直方向中央部を通過するように多孔基材5が搬送されると、多孔基材5の表裏両面に形成される塗工液の塗膜の膜厚が等しくなる。すなわち、多孔基材5の表裏両面に均一な膜厚にて塗工液が塗工されたこととなる。多孔基材5の表面および裏面のそれぞれに形成される塗工液の塗膜の膜厚は、塗工ノズル20からの塗工液の吐出流量、搬送機構60による多孔基材5の搬送速度、および、平滑板30と塗工面22との間隔によって規定される。
When the
塗工ノズル20によって表裏両面に塗工液が塗工された多孔基材5は乾燥部80に搬送され、多孔基材5が加熱されて塗工液から溶剤が蒸発し、塗工液の塗膜の乾燥処理が行われる。多孔基材5が乾燥部80から搬出される時点では塗工液の塗膜が十分に乾燥されている。そして、乾燥部80から搬出された多孔基材5は巻き取りローラ62によって巻き取られる。なお、乾燥処理後の多孔基材5に作用する張力は、ダンサーローラ75によって一定に調整される。
The
本実施形態においては、複数の穴5aが穿設された多孔基材5の裏面に塗工ノズル20から塗工液を吐出することにより、塗工液の一部を複数の穴5aから多孔基材5の表面に滲出させて多孔基材5の表裏両面に塗工液を塗工している。すなわち、1本の塗工ノズル20のみによって多孔基材5の表裏両面に塗工液を塗工することができるのである。
In the present embodiment, by discharging the coating liquid from the
両面塗工を行うことができる塗工装置10に搭載する高価な塗工ノズル20が1本で足りれば、装置の製造コスト高騰を抑制することができる。また、塗工装置10に搭載する塗工ノズル20が1本であれば、2本の塗工ノズルを搭載した場合に必須となる双方の設置位置の整合作業等は不要となる。さらに、塗工装置10に搭載した1本の塗工ノズル20についてのみパラメータ(塗工ノズル20の傾き等)の調整を行えば良いため、塗工条件の最適化が容易となる。
If only one
また、本実施形態では、多孔基材5を挟んで塗工ノズル20と対向する位置に平滑板30を設けているため、塗工ノズル20の塗工面22と平滑板30との間に塗工液の液溜まりが保持されるとともに、多孔基材5の表面側における塗膜の膜厚を均一にすることができる。塗膜形成システム1によって製造された電極の幅方向での膜厚(但し、多孔基材5の表裏両面の合計膜厚)のバラツキは±2%程度であり、塗工ノズルを2本設けて両面同時塗工を行った場合のバラツキ(±1%)と比較しても遜色のないものである。
Moreover, in this embodiment, since the
特に、本実施形態においては、搬送機構60による多孔基材5の搬送方向DRに沿って下流側の平滑板30の端部31が塗工ノズル20の塗工面22の搬送方向DRに沿った下流側の端部23に対向する位置に平滑板30が設置されているため、多孔基材5の走行位置が塗工面22と平滑板30との間に形成された塗工液の液溜まりの鉛直方向中央部に規制される。その結果、多孔基材5の表裏両面に形成される塗工液の塗膜の膜厚が等しくなる。
In particular, in this embodiment, the
また、図5は、塗膜形成システム1によって製造された電極の部分断面図である。塗膜形成システム1では、多孔基材5の裏面に吐出された塗工液を穴5aを介して多孔基材5の表面に滲出させた状態で乾燥処理を行っているため、乾燥処理後の固化した塗膜は穴5aの部分によって多孔基材5の表裏で一体化されたものとなっている。すなわち、乾燥処理後の多孔基材5の表面側の塗膜と裏面側の塗膜とは穴5aの部分であたかもリベットで鋲着されたかのようになっており、強固に連結されている。このため、乾燥処理後の電極において、多孔基材5の表面または裏面から塗膜が剥離するという不具合を防止することができる。その結果、塗工液中の結着剤を減らして活物質の濃度を高めることができ、電極性能を向上させることができる。
FIG. 5 is a partial cross-sectional view of an electrode manufactured by the coating
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、平滑板30の端部31と塗工ノズル20の塗工面22の端部23とが対向していたが、これに限定されるものではなく、平滑板30の端部31と塗工面22の端部23とはずれていても良い。
While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be modified in various ways other than those described above without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, the
図6および図7は、平滑板30と塗工ノズル20との配置関係の他の例を示す図である。図6および図7において、第1実施形態と同一の要素については同一の符号を付している。図6には、平滑板30の端部31が塗工ノズル20の塗工面22の端部23よりもさらに搬送方向DRに沿って下流側に位置している例を示す。このような状態の場合、多孔基材5よりも上方の液溜まりの液圧が上記実施形態よりも大きくなり、多孔基材5の上下の液圧が等しくなるように、多孔基材5の走行位置は上記実施形態よりも下方へと押し下げられる。その結果、多孔基材5の走行位置は塗工面22と平滑板30との間に形成された塗工液の液溜まりの鉛直方向中央部よりも下方に規制され、多孔基材5の上面(表面)の塗膜の膜厚が下面(裏面)の塗膜の膜厚よりも厚くなる。すなわち、多孔基材5の表面側の塗膜の膜厚を裏面側よりも意図的に厚くする場合には、平滑板30の端部31が塗工面22の端部23よりも搬送方向DRに沿って下流側となるように平滑板30を配置すれば良い。
6 and 7 are diagrams illustrating another example of the arrangement relationship between the
一方、図7には、平滑板30の端部31が塗工ノズル20の塗工面22の端部23よりも搬送方向DRに沿って上流側に位置している例を示す。このような状態の場合、多孔基材5よりも下方の液溜まりの液圧が上記実施形態よりも大きくなり、多孔基材5の上下の液圧が等しくなるように、多孔基材5の走行位置は上記実施形態よりも上方へと押し上げられる。その結果、多孔基材5の走行位置は塗工面22と平滑板30との間に形成された塗工液の液溜まりの鉛直方向中央部よりも上方に規制され、多孔基材5の上面の塗膜の膜厚が下面の塗膜の膜厚よりも薄くなる。すなわち、多孔基材5の裏面側の塗膜の膜厚を表面側よりも意図的に厚くする場合には、平滑板30の端部31が塗工面22の端部23よりも搬送方向DRに沿って上流側となるように平滑板30を配置すれば良い。但し、平滑板30は、少なくとも塗工ノズル20の吐出口21の鉛直方向直上を覆う位置に設けられている必要があるため、平滑板30の端部31は塗工ノズル20のリアリップ面(塗工面22のうちの吐出口21よりも搬送方向DRに沿って下流側の面)のいずれかと対向することとなる。
On the other hand, FIG. 7 shows an example in which the
このように、平滑板30は、少なくとも塗工ノズル20の吐出口21の鉛直方向直上を覆う位置に設けられていれば良く、平滑板30の位置を調整することによって多孔基材5の表裏面に形成される塗膜の膜厚を制御することができる。
Thus, the
また、上記実施形態においては、搬送機構60によって搬送される多孔基材5の下方に塗工ノズル20を設置していたが、多孔基材5の上方に塗工ノズル20を設けるようにしても良い。多孔基材5の上方に塗工ノズル20を設けた場合、スリット状の吐出口21から下方に向けて多孔基材5の表面に塗工液を吐出する。この場合、平滑板30は、搬送機構60によって搬送される多孔基材5を挟んで塗工ノズル20と対向する位置、すなわち多孔基材5の下方に設けられる。このようにしても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。もっとも、多孔基材5の上方に塗工ノズル20を設けた場合には、吐出停止時に吐出口21からの塗工液の液だれを防止するための機構(例えば、サックバック機構)を設ける必要が生じるため、上記実施形態のように多孔基材5の下方に塗工ノズル20を設ける方が好ましい。
Moreover, in the said embodiment, although the
また、上記実施形態においては、多孔基材5を金属の多孔箔としていたが、多孔基材5は多孔箔に限定されるものではなく、多数の気孔を有する多孔質体であっても良い。すなわち、多孔基材5は、塗工液が通過可能な穴または気孔を有する基材であれば良い。
Moreover, in the said embodiment, although the
また、塗工ノズル20は、1本のスリット状の吐出口21を有するスリットノズルに限定されるものではなく、複数本のスリットを有するものであっても良いし、略円形の吐出口から塗工液を吐出するノズルであっても良い。
Further, the
また、本発明に係る技術を用いて塗工処理を行う対象となる塗工液はリチウムイオン二次電池の電極材料に限定されるものではなく、例えばリチウムイオンキャパシタや太陽電池材料(電極材、封止材)の塗工液または電子材料の絶縁膜や保護膜の塗工液であっても良い。 In addition, the coating liquid to be coated using the technology according to the present invention is not limited to the electrode material of the lithium ion secondary battery, for example, a lithium ion capacitor or a solar cell material (electrode material, It may be a coating liquid for a sealing material or an insulating film or a protective film for an electronic material.
1 塗膜形成システム
5 多孔基材
10 塗工装置
20 塗工ノズル
21 吐出口
22 塗工面
26 駆動部
28 塗工液供給機構
30 平滑板
40 リニアスケール
60 搬送機構
61 巻き出しローラ
62 巻き取りローラ
80 乾燥部
90 制御部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
第1ローラから送り出された多孔基材を第2ローラで巻き取ることによって多孔基材を連続して搬送する搬送機構と、
前記搬送機構によって搬送される多孔基材の一方面に塗工液を吐出する塗工ノズルと、
前記搬送機構によって搬送される多孔基材を挟んで前記塗工ノズルと対向する位置に設けられた平滑板と、
を備え、
前記塗工ノズルは、前記平滑板と平行な塗工面および前記塗工面の一部に形成された吐出口を有し、
前記平滑板は少なくとも前記吐出口を覆う位置に設けられることを特徴とする塗工装置。 A coating device for coating a porous substrate with a coating liquid,
A transport mechanism for continuously transporting the porous substrate by winding the porous substrate fed from the first roller with the second roller;
A coating nozzle for discharging a coating liquid onto one surface of a porous substrate transported by the transport mechanism;
A smooth plate provided at a position facing the coating nozzle across the porous substrate transported by the transport mechanism;
With
The coating nozzle has a discharge surface formed in a part of the coating surface and the coating surface parallel to the smooth plate,
The smoothing plate is provided at a position covering at least the discharge port.
前記搬送機構による多孔基材の搬送方向に沿って下流側の前記平滑板の端部が前記塗工ノズルの前記塗工面の下流側端部に対向する位置に前記平滑板が設置されることを特徴とする塗工装置。 The coating apparatus according to claim 1,
The smooth plate is installed at a position where the end of the smooth plate on the downstream side faces the downstream end of the coating surface of the coating nozzle along the transport direction of the porous substrate by the transport mechanism. Feature coating equipment.
前記平滑板と前記塗工ノズルの前記塗工面との間隔を測定するリニアスケールをさらに備えることを特徴とする塗工装置。 In the coating apparatus of Claim 1 or Claim 2,
The coating apparatus further comprising a linear scale for measuring a distance between the smooth plate and the coating surface of the coating nozzle.
前記塗工装置によって基材に形成された塗工液の塗膜を乾燥させる乾燥部と、
を備えることを特徴とする塗膜形成システム。 A coating apparatus according to any one of claims 1 to 3,
A drying section for drying the coating film of the coating liquid formed on the substrate by the coating apparatus;
A coating film forming system comprising:
第1ローラから送り出された多孔基材を第2ローラで巻き取ることによって多孔基材を連続して搬送する搬送工程と、
搬送される多孔基材の一方面に塗工ノズルから塗工液を吐出する吐出工程と、
を備え、
前記吐出工程では、搬送される多孔基材を挟んで前記塗工ノズルと対向する位置に設けられた平滑板によって少なくとも塗工ノズルの吐出口を覆いつつ前記塗工ノズルから塗工液を吐出することを特徴とする塗工方法。 A coating method for applying a coating liquid to a porous substrate,
A conveying step of continuously conveying the porous substrate by winding the porous substrate sent out from the first roller with the second roller;
A discharge step of discharging the coating liquid from the coating nozzle on one side of the porous substrate to be conveyed;
With
In the discharging step, the coating liquid is discharged from the coating nozzle while covering at least the discharge port of the coating nozzle by a smooth plate provided at a position facing the coating nozzle across the porous substrate to be conveyed. A coating method characterized by that.
前記塗工ノズルは、前記平滑板と平行な塗工面を有し、
前記吐出口は前記塗工面の一部に形成され、
前記吐出工程では、多孔基材の搬送方向に沿って下流側の前記平滑板の端部が前記塗工ノズルの前記塗工面の下流側端部に対向しつつ前記塗工ノズルから塗工液を吐出することを特徴とする塗工方法。 In the coating method according to claim 5,
The coating nozzle has a coating surface parallel to the smooth plate,
The discharge port is formed in a part of the coating surface,
In the discharge step, the coating liquid is applied from the coating nozzle while the end of the smooth plate on the downstream side faces the downstream end of the coating surface of the coating nozzle along the transport direction of the porous substrate. A coating method characterized by discharging.
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