JP2019012641A - 電極製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長尺金属箔の反りの発生した箇所に活物質合剤が塗布されることを抑制できる電極製造装置を提供すること。【解決手段】電極製造装置２０は、長尺金属箔１８を長手方向に搬送する搬送装置と、スリット３３の吐出口３４から活物質合剤１２ａを吐出し、長尺金属箔１８における短手方向両端よりも内側に活物質合剤１２ａを塗布するスリット式塗工装置３０と、を備える。また、電極製造装置２０は、張力付与装置４０を備える。張力付与装置４０は、長尺金属箔１８の短手方向の両端側に露出した露出部１８ａを、厚み方向両側から挟み込みつつ短手方向外側に送り出して張力を付与する送りローラ４２を有する。送りローラ４２は、スリット３３における吐出口３４の長手方向に沿ってスリット３３と並んで配設されている。【選択図】図３

Description

本発明は、スリット式塗布装置と、張力付与装置とを備える電極製造装置に関する。

従来から、ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）などの車両に搭載される蓄電装置としては、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池などがある。蓄電装置は、金属箔の表面に活物質層を有する電極（正極及び負極）が間にセパレータを介在させた状態で層状に重なる電極組立体を有している。電極組立体には、個片状の電極を、多数積層して形成される積層型が知られており、このような電極組立体を備えた積層型の蓄電装置も知られている。

積層型の蓄電装置に用いる電極の製造は、搬送される長尺金属箔に対し、活物質、導電助剤、バインダ、及び溶媒を混練した活物質合剤を塗布して塗工部を形成し、その塗工部を乾燥させる。なお、塗工工程において、活物質合剤は、長尺金属箔の長手方向に沿う縁部には塗布されず、長尺金属箔の短手方向の両端側には、金属箔の露出した露出部が長尺金属箔の長手方向に形成される。その後、塗工部をプレスして活物質密度を高めた後、個片の電極に切断することで電極が製造される。

ところで、長尺金属箔においては、搬送される間に自重により垂れ下がる等して短手方向に反りが生じる場合があり、反りが生じた状態で長尺金属箔に活物質合剤が塗布されると、得られる電極における充放電反応が不均一になる等があって好ましくない。そこで、長尺金属箔を短手方向両側から引っ張り、反りを抑えた状態で活物質層を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１では、搬送される長尺金属箔を、活物質層を形成するための蒸着領域に走行させる。蒸着領域において、長尺金属箔の短手方向（幅方向）の両側には幅方向張力発生装置が配置されている。そして、幅方向張力発生装置により、長尺金属箔に短手方向外側に向けた張力を付与することで、長尺金属箔の反りを抑えた状態で活物質層の形成が行われる。

特開２００８−４１５１５号公報

ところが、特許文献１では、長尺金属箔における張力が付与された箇所よりも搬送方向上流側及び下流側では反りが発生する虞がある。そして、特許文献１において、活物質層の形成は蒸着によって行われ、蒸着領域は、長尺金属箔において張力が付与された箇所よりも搬送方向上流側及び下流側に及んでおり、長尺金属箔において反りが発生した箇所に活物質合剤が蒸着されてしまう虞がある。

本発明の目的は、長尺金属箔の反りの発生した箇所に活物質合剤が塗布されることを抑制できる電極製造装置を提供することにある。

上記問題点を解決するための電極製造装置は、長尺金属箔を長手方向に搬送する搬送装置と、スリットの吐出口から活物質合剤を吐出し、前記長尺金属箔における短手方向両端よりも内側に前記活物質合剤を塗布するスリット式塗工装置と、前記短手方向の両端側に露出した前記長尺金属箔の露出部を、厚み方向両側から挟み込みつつ短手方向外側に送り出して張力を付与する送りローラを有する張力付与装置と、を備え、前記スリットの前記吐出口は、長手が前記長尺金属箔の短手方向に延び、前記送りローラは、前記吐出口の長手方向に沿って前記スリットと並んで配設されていることを要旨とする。

これによれば、送りローラによって長尺金属箔の短手方向外側へ向けた張力を付与でき、張力付与装置によって長尺金属箔の短手方向に沿った反りの発生を抑制できる。そして、反りの発生を抑制する送りローラとスリットの吐出口が並んで配設されているため、長尺金属箔において反りの発生を抑制した箇所に活物質合剤が塗布され、結果として、反りの発生した箇所に活物質合剤が塗布されることを抑制できる。

また、電極製造装置について、前記張力付与装置は、前記送りローラを回転させる駆動源と、前記駆動源を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記駆動源によって前記送りローラを回転させた際に想定される前記長手方向への単位時間当たりの前記長尺金属箔の送り量が、前記搬送装置による単位時間当たりの前記長尺金属箔の送り量よりも多くなるように前記駆動源を制御する。

これによれば、長尺金属箔を長手方向に自由に送ることができると想定した場合、送りローラによる長尺金属箔の送り量が、搬送装置による送り量より多くなるように、制御装置によって駆動源を制御すると、送りローラを露出部に対して空転させることができ、露出部に対して送りローラの滑りを発生させることができる。すると、露出部と送りローラに動摩擦が発生する。送りローラが長尺金属箔に連れ回りして、送りローラと露出部に静摩擦が発生する場合と比べると、露出部に発生する摩擦を小さくできる。その結果、長尺金属箔を挟み込む力を小さくできる。

また、電極製造装置について、前記露出部を挟み込む送りローラのうち、一方の送りローラは前記駆動源によって回転し、他方の送りローラは前記長尺金属箔に連れ回りしてもよい。

これによれば、両方の送りローラが駆動源によって回転する場合と比べると、一方の送りローラのみが駆動源によって回転する場合の方が、露出部を挟み込む力を制御しやすい。

また、電極製造装置について、前記一対の送りローラは、それぞれ駆動源によって回転してもよい。
これによれば、両方の送りローラを露出部に対して空転させることができ、露出部に対して両方の送りローラの滑りを発生させることができる。よって、露出部に発生する摩擦を小さくして、長尺金属箔を挟み込む力を小さくできる。

本発明によれば、長尺金属箔の反りの発生した箇所に活物質合剤が塗布されることを抑制できる。

電極を示す斜視図。 電極製造装置を示す模式図。 スリット式塗工装置及び張力付与装置を示す斜視図。 スリット式塗工装置を示す側断面図。 張力付与装置を示す平面図。 別例の張力付与装置を示す斜視図。

以下、電極製造装置を具体化した一実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
まず、電極を備える蓄電装置としての二次電池について説明する。図示しないが、二次電池は外観が角型をなす角型電池である。二次電池は、リチウムイオン電池である。二次電池は、ケース内に電極組立体を備える。電極組立体は、複数の正極の電極と、複数の負極の電極とが、両者の間を絶縁した状態で交互に積層されて構成されている。

図１に示すように、正極及び負極の電極１０は、それぞれ矩形状である。電極１０は、矩形状の金属箔１１（正極はアルミニウム箔、負極は銅箔）の両面に活物質層１２を備える。電極１０は、一つの長縁部に沿って活物質層１２の存在しない未塗工部１１ａを備える。電極１０は、未塗工部１１ａに沿う長縁部の一部から突出した形状のタブ１３を備える。

次に、電極１０の製造方法について説明する。
電極１０の製造方法は、帯状の長尺金属箔の表面に、活物質、導電助剤、バインダ、及び溶媒を混練した活物質合剤を連続塗工して帯状の塗工部を形成する塗工工程、及び塗工工程に付随し、塗工部を加熱して、活物質合剤に含まれる溶媒を蒸発させるとともにバインダを硬化させる乾燥工程を含む。さらに、電極の製造方法は、塗工部を圧縮し、活物質密度を高める加圧工程と、塗工部及び露出部を個片の電極の形状に切断する切断工程と、を含む。

次に、上記塗工工程及び乾燥工程を行い、電極１０の前駆体である電極材料１７を製造する電極製造装置２０について説明する。
図２に示すように、電極製造装置２０は、長尺金属箔１８を長手方向に搬送する搬送装置２１と、長尺金属箔１８に活物質合剤１２ａを塗布して塗工部１９を形成するスリット式塗工装置３０と、長尺金属箔１８に張力を付与する張力付与装置４０と、塗工部１９を乾燥する乾燥装置５０とを備える。

搬送装置２１は、供給リール２２を備える。長尺金属箔１８は長手方向が供給リール２２の周方向に延びる状態で供給リール２２に巻装されている。供給リール２２は、図示しない支持装置によって回転可能に支持されている。

また、搬送装置２１は、巻取リール２３を備える。長尺金属箔１８は長手方向が巻取リール２３の周方向に延びる状態で巻き取られる。巻取リール２３は、図示しない支持装置によって回転可能に支持されている。供給リール２２から供給された長尺金属箔１８が、回転する巻取リール２３に巻き取られることにより、長尺金属箔１８は一定の送り速度で長手方向に搬送される。送り速度とは、単位時間当たりにおける長尺金属箔１８の送り量である。長尺金属箔１８の送り速度は、供給リール２２からの長尺金属箔１８の送り出し速度によって決定され、供給リール２２の支持装置によって制御される。また、長尺金属箔１８が搬送される方向を搬送方向Ｘとする。

電極製造装置２０は、長尺金属箔１８の搬送方向Ｘにおける供給リール２２より下流側に第１テンションローラ２４ａを有する。第１テンションローラ２４ａは、供給リール２２から斜め上方に向けて供給された長尺金属箔１８が横方向に搬送されるように向きを変更する。

電極製造装置２０は、長尺金属箔１８の搬送方向Ｘにおける巻取リール２３より上流側に第２テンションローラ２４ｂを有する。第２テンションローラ２４ｂは、搬送される長尺金属箔１８が斜め下方の巻取リール２３に向かうように向きを変更する。

スリット式塗工装置３０は、長尺金属箔１８の搬送方向Ｘにおける第１テンションローラ２４ａより下流側に配置されている。スリット式塗工装置３０は、長尺金属箔１８の片面に対向するように長尺金属箔１８の上方に配置されている。スリット式塗工装置３０は、搬送される長尺金属箔１８の片面に活物質合剤１２ａを塗布する。

図３又は図４に示すように、スリット式塗工装置３０は、直方体状のボディ３１を備える。ボディ３１は、長尺金属箔１８への対向面となる下端面にリップ面３１ａを備える。リップ面３１ａは、長手が長尺金属箔１８の短手方向に延びる矩形状である。また、リップ面３１ａは平坦面である。ボディ３１において、リップ面３１ａの長手が延びる方向を横幅方向とする。ボディ３１は、横幅方向が長尺金属箔１８の短手方向に延びるように長尺金属箔１８の上方に配置されている。

スリット式塗工装置３０は、ボディ３１の内側に活物質合剤１２ａの貯留部３２を備える。また、スリット式塗工装置３０は、貯留部３２の空間に連通するスリット３３をボディ３１に備える。貯留部３２及びスリット３３は、ボディ３１の横幅方向全体に亘って存在する。スリット３３において、リップ面３１ａに面した開口部は活物質合剤１２ａの吐出口３４を構成する。吐出口３４の長手は、ボディ３１の横幅方向に延びている。なお、リップ面３１ａのうち、搬送方向Ｘにおける吐出口３４より下流側の部分は、吐出口３４から吐出された活物質合剤１２ａに接触して、活物質合剤１２ａの塗工厚みを規定する。

図５に示すように、吐出口３４の長手方向一端は、長尺金属箔１８の短手方向一端より内側に位置し、吐出口３４の長手方向他端は、長尺金属箔１８の短手方向他端より内側に位置している。

図示しないタンクから図示しないポンプにより圧送された活物質合剤１２ａは、貯留部３２に流入し、貯留部３２によりボディ３１の横幅方向に広げられる。活物質合剤１２ａは、貯留部３２の空間と連通するスリット３３に流入し、スリット３３の吐出口３４から吐出される。

吐出口３４から吐出された活物質合剤１２ａは、長尺金属箔１８におけるスリット３３と対向する箇所に直線状に塗布される。長尺金属箔１８が送られていくことにより、長尺金属箔１８の片面には帯状に延びる塗工部１９が形成される。また、スリット３３の長手方向の両端は、長尺金属箔１８の短手方向両端より内側に位置しているため、長尺金属箔１８の短手方向における塗工部１９より外側には、長尺金属箔１８そのもので形成された露出部１８ａが形成される。

図３又は図５に示すように、張力付与装置４０は、長尺金属箔１８の搬送方向Ｘにおいてスリット式塗工装置３０と同じ位置に配置されている。張力付与装置４０は、長尺金属箔１８の露出部１８ａに対し、長尺金属箔１８の短手方向外側に向けた張力を付与する。張力付与装置４０は、各露出部１８ａを厚み方向両側から挟み込む送りローラ４２と、送りローラ４２を回転させる駆動源としてのモータ４５と、モータ４５を制御する制御装置４６と、を有する。

長尺金属箔１８の短手方向両側に配置された送りローラ４２同士は、長尺金属箔１８の短手方向に対向している。また、各送りローラ４２の回転軸線Ｌは、長尺金属箔１８の搬送方向Ｘに対して所定の角度傾いている。各送りローラ４２は、回転軸線Ｌの延びる方向を調節可能である。送りローラ４２が各露出部１８ａを厚み方向両側から挟み込んだ状態で回転することにより、長尺金属箔１８は短手方向外側に引っ張られ、反りの発生が抑制される。

送りローラ４２において、回転軸線Ｌの延びる方向を軸線方向とする。送りローラ４２は、軸線方向の一端に第１端面４２ａを有し、軸線方向の他端に第２端面４２ｂを有する。露出部１８ａより上側に配設された送りローラ４２のうちの一方は、第１端面４２ａが、ボディ３１の横幅方向の一端面３１ｂに対し、斜め側方から面する状態に配設され、他方の送りローラ４２は、第１端面４２ａが、ボディ３１の横幅方向の他端面３１ｃに対し、斜め側方から面する状態に配設されている。また、露出部１８ａより下側に配設された各送りローラ４２は、上側の送りローラ４２の真下に配設されている。

各送りローラ４２は、ボディ３１の横幅方向の両端より外側に配設されている。ボディ３１の横幅方向にはスリット３３における吐出口３４の長手が延びるため、各送りローラ４２は、吐出口３４の長手方向に沿ってスリット３３（吐出口３４）と並んでいる。本実施形態では、スリット３３と送りローラ４２は、長尺金属箔１８の短手方向へ一列に並んでいる。

露出部１８ａを挟み込む一対の送りローラ４２のうち、露出部１８ａより上側（一方）の送りローラ４２は駆動源としてのモータ４５によって回転し、露出部１８ａより下側（他方）の送りローラ４２は、支持装置４７によって回転可能に支持されている。一方の送りローラ４２は、モータ４５によって能動的に回転し、他方の送りローラ４２は、長尺金属箔１８の搬送に伴って受動的に回転する、すなわち連れ回りする。

長尺金属箔１８の短手方向両側に配設された２つのモータ４５には制御装置４６が信号接続されている。２つのモータ４５は、制御装置４６によって同期されており、同じ回転速度で回転する。

長尺金属箔１８は、供給リール２２から送り出され、巻取リール２３に巻き取られるため、搬送方向Ｘへ自由に送ることはできない。ここで、長尺金属箔１８を長手方向に自由に送ることができると想定する。この場合、モータ４５によって送りローラ４２を回転させたとき、その送りローラ４２の回転によって長尺金属箔１８が搬送方向Ｘへ送られる単位時間当たりの量を送り量とする。

制御装置４６は、送りローラ４２による長尺金属箔１８の送り量が、搬送装置２１による長尺金属箔１８の送り量より多くなるように、モータ４５を制御する。なお、制御装置４６には、搬送装置２１による長尺金属箔１８の送り量（送り速度）が入力されており、制御装置４６は、搬送装置２１による送り量に基づいてモータ４５を制御する。

すると、モータ４５によって回転された送りローラ４２は露出部１８ａに対し空転することとなり、露出部１８ａに対する送りローラ４２の滑りが発生し、露出部１８ａと送りローラ４２に動摩擦を発生させることができる。

送りローラ４２の空転が多いほど、すなわち露出部１８ａに発生する動摩擦が大きいほど、一対の送りローラ４２によって露出部１８ａを挟み込む力が小さくなる。一方、送りローラ４２の空転が少なくなり、露出部１８ａに発生する動摩擦が小さくなるほど、静摩擦が発生する状態に近付き、一対の送りローラ４２によって露出部１８ａを挟み込む力が大きくなる。したがって、モータ４５の回転速度を制御し、動摩擦の大きさを制御することで、長尺金属箔１８を挟み込む力を調節することができる。

電極製造装置２０は、搬送方向Ｘにおけるスリット式塗工装置３０より下流側に乾燥装置５０を備える。乾燥装置５０の内部には、高温の熱媒体（例えば空気や窒素ガスなどの気体）が外部から供給される。

そして、乾燥工程において、塗工部１９は、同乾燥装置５０の内部を通過する過程で乾燥される。これにより、活物質合剤１２ａに含まれる溶媒が蒸発するとともに、熱によりバインダの硬化が始まり、活物質や導電助剤が相互に固定される。その結果、長尺金属箔１８と塗工部１９を有する電極材料１７が製造される。

次に、電極材料１７の製造方法を電極製造装置２０の作用とともに記載する。
図２に示すように、供給リール２２から供給された長尺金属箔１８は、第１テンションローラ２４ａ及び第２テンションローラ２４ｂによって支持されながら巻取リール２３に巻き取られ、一定の送り速度で搬送方向Ｘに搬送される。そして、スリット式塗工装置３０により、長尺金属箔１８の表面に活物質合剤１２ａが塗布される。

各露出部１８ａを挟み込む送りローラ４２は、長尺金属箔１８に対する活物質合剤１２ａの塗工箇所に、長尺金属箔１８の短手方向外側に向けた張力を付与する。したがって、長尺金属箔１８における反りの発生の抑制された箇所に活物質合剤１２ａが塗布される。そして、活物質合剤１２ａの塗工によって、塗工部１９及び露出部１８ａが形成されるとともに、電極材料１７が形成される。電極材料１７は、乾燥装置５０内を長手方向に搬送され、塗工部１９が硬化する。その後、長尺金属箔１８は、巻取リール２３に巻き取られる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）電極製造装置２０において、張力付与装置４０の送りローラ４２は、スリット３３の吐出口３４の長手方向に沿って一列に並んでいる。このため、送りローラ４２によって長尺金属箔１８を短手方向外側に向けて引っ張った箇所に活物質合剤１２ａを塗布できる。よって、長尺金属箔１８において反りの発生した箇所に活物質合剤１２ａが塗布されることを抑制できる。

（２）露出部１８ａを挟む一対の送りローラ４２のうち、一方の送りローラ４２をモータ４５で回転させるようにし、露出部１８ａに対し送りローラ４２を滑らせるようにした。例えば、搬送される長尺金属箔１８に送りローラ４２を連れ回りさせる場合のように露出部１８ａと送りローラ４２に静摩擦が発生する場合と比べると、露出部１８ａに発生する摩擦を減らすことができる。その結果、送りローラ４２によって長尺金属箔１８を挟み込む力を小さくでき、挟み込みに伴う長尺金属箔１８の損傷を抑制できる。

（３）モータ４５の回転数を制御することにより、露出部１８ａに発生する動摩擦を調節できる。よって、長尺金属箔１８の材質に合わせてモータ４５の回転数を調節することにより、長尺金属箔１８を挟み込む力による損傷を抑制できる。

（４）露出部１８ａを挟み込む一対の送りローラ４２のうち、一方の送りローラ４２をモータ４５で回転させ、他方は露出部１８ａによって連れ回りさせる。よって、一方の送りローラ４２のみを能動的に駆動させるため、一対の送りローラ４２によって露出部１８ａを挟み込む力が制御しやすくなる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図６に示すように、露出部１８ａを挟み込む一対の送りローラ４２の両方に駆動源としてのモータ４５を接続し、各送りローラ４２をモータ４５で回転させてもよい。このように構成すると、両方の送りローラ４２を露出部１８ａに対して空転させることができ、露出部１８ａに対して両方の送りローラ４２の滑りを発生させることができる。よって、露出部１８ａに発生する摩擦を小さくして、長尺金属箔１８を挟み込む力を小さくできる。

○ 露出部１８ａを挟み込む一対の送りローラ４２のうち、上側の送りローラ４２をモータ４５で回転させるようにしたが、下側の送りローラ４２をモータ４５で回転させ、上側の送りローラ４２を長尺金属箔１８に連れ回りさせてもよい。

○ 長尺金属箔１８の両面に対し、スリット式塗工装置３０によって活物質合剤１２ａが塗布される場合において、張力付与装置４０によって長尺金属箔１８に張力を付与してもよい。

○ 実施形態の電極製造装置２０は、乾燥装置５０を備えず、スリット式塗工装置３０と搬送装置２１と張力付与装置４０とで構成されていてもよい。
○ 張力付与装置４０は、送りローラ４２だけを有する構成であってもよい。この場合、スリット３３の吐出口３４の長手方向に沿って一列に並んだ送りローラ４２は、長尺金属箔１８の搬送に伴って連れ回りしながら、長尺金属箔１８に対し短手方向外側に向けて張力を付与する。

○ 張力付与装置４０の送りローラ４２のうち、長尺金属箔１８より上側に配設された送りローラ４２は、スリット式塗工装置３０のボディ３１に回転可能に支持されていてもよい。

○ 蓄電装置は、二次電池でなく、電気二重層キャパシタ等の他の蓄電装置に適用してもよい。
○ 実施形態では、電極組立体として積層型を記載したが、捲回型でもよい。

○ 二次電池は、リチウムイオン二次電池であったが、これに限らず、他の二次電池であってもよい。要するに、正極活物質と負極活物質との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであればよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（１）前記搬送装置は、前記長尺金属箔を送り出す供給リールと、送り出された前記長尺金属箔を巻き取る巻取リールとを備える電極製造装置。

１２ａ…活物質合剤、１８…長尺金属箔、１８ａ…露出部、２０…電極製造装置、２１…搬送装置、３０…スリット式塗工装置、３３…スリット、３４…吐出口、４０…張力付与装置、４２…送りローラ、４５…駆動源としてのモータ、４６…制御装置。

Claims (4)

1. 長尺金属箔を長手方向に搬送する搬送装置と、
   スリットの吐出口から活物質合剤を吐出し、前記長尺金属箔における短手方向両端よりも内側に前記活物質合剤を塗布するスリット式塗工装置と、
   前記短手方向の両端側に露出した前記長尺金属箔の露出部を、厚み方向両側から挟み込みつつ短手方向外側に送り出して張力を付与する送りローラを有する張力付与装置と、を備え、
   前記スリットの前記吐出口は、長手が前記長尺金属箔の短手方向に延び、
   前記送りローラは、前記吐出口の長手方向に沿って前記スリットと並んで配設されていることを特徴とする電極製造装置。
2. 前記張力付与装置は、前記送りローラを回転させる駆動源と、前記駆動源を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記駆動源によって前記送りローラを回転させた際に想定される前記長手方向への単位時間当たりの前記長尺金属箔の送り量が、前記搬送装置による単位時間当たりの前記長尺金属箔の送り量よりも多くなるように前記駆動源を制御する請求項１に記載の電極製造装置。
3. 前記露出部を挟み込む送りローラのうち、一方の送りローラは前記駆動源によって回転し、他方の送りローラは前記長尺金属箔に連れ回りする請求項２に記載の電極製造装置。
4. 前記一対の送りローラは、それぞれ駆動源によって回転する請求項２に記載の電極製造装置。