JP5499537B2 - 電極製造装置及び電極製造方法 - Google Patents

Description

本発明は電極製造装置及び電極製造方法に関する。

電解質イオンや電解液の移動度を高めるために集電体に複数の貫通孔を開けた電極が知られている（例えば、特許文献1等参照）。このような電極を製造する際には、複数の貫通孔を有する集電体シート上に、電極形成用の塗布液を塗布する必要がある。
そして、集電体シート上に、塗布液を塗布する方法として、例えば、特許文献１に記載されているように、バックアップロール上を案内される、複数の貫通孔を有する集電体シートに対して塗布液を供給することが知られている。

特開平１１−１１１２７２号公報

しかしながら、複数の貫通孔を有する集電体シートに塗布液を塗ると、塗布された塗布液が貫通孔を介して裏面に回りこんでしまい、裏面に回り込んだ塗布液がバックアップロール上に不均一に残存することとなる。このため、その後に供給される塗布前の集電体シートの表面高さが不均一になったり、裏面にまだらに塗布液の膜が形成されたりして、平面性のよい電極を形成することは困難であった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、複数の貫通孔を有する集電体を有しかつ平面性のよい電極を実現可能な電極製造装置及び電極の製造方法を提供することを目的とする。

本発明にかかる電極製造装置は、複数の貫通孔を有する集電体シートを搬送する搬送部と、搬送される集電体シートを案内するバックアップロールと、バックアップロール上の集電体シートに対して塗布液を供給する塗布器と、塗布器から塗布液が供給される前の集電体シートをバックアップロールに対して押圧するニップロールと、を備える。

本発明に係る電極製造方法は、バックアップロール上を案内される、複数の貫通孔を有する集電体シートに対して塗布液を供給する塗布工程と、塗布液が供給される前の集電体シートをバックアップロールに対して押圧する押圧工程と、を備える。

本発明によれば、集電体シートの貫通孔から裏面に回りこみ、バックアップロールの表面に残存した塗布液が、バックアップロール上で塗布液を塗布する前の集電体シートと接触するが、ニップロールにより集電体シートがバックアップロールに押圧されることにより、この残存した塗布液を集電体シートの裏面から貫通孔内に押し出すことができる。したがって、塗布液を塗布する前の集電体シートをバックアップロールに密着させることができる。

ここで、電極製造装置においては、バックアップロールの表面の周速と、前記集電体シートの搬送速度とが互いに異なることが好ましい。また、電極製造方法においては、バックアップロールの表面の周速と、バックアップロール上を案内される集電体シートの速度とを互いに異ならせることが好ましい。

これによれば、バックアップロールの表面の移動速度と、集電体シートの移動速度とが異なるので、剪断効果によりバックアップロール上に残存する塗布液を集電体シートの貫通孔の中に押し込む効果がさらに高まる。

また、ニップロールが集電体シートを押圧する線圧が、２０×１０^３Ｎ／ｍ〜６００×１０^３Ｎ／ｍであることが好ましい。

これによれば、剪断効果等によりバックアップロール上に残存する塗布液を集電体シートの貫通孔の中に押し込んだ後の塗布液が塗布される側の表面が平滑性を保ちやすくなるため、電極の平面性を向上させる効果がさらに高まる。

本発明によれば、複数の貫通孔を有する集電体を有しかつ平面性のよい電極を実現可能な電極製造装置及び電極の製造方法が提供される。

図１は、実施形態にかかる電極製造装置の概略構成図である。 図２は、図１のバックアップロール近傍の部分の拡大断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の電極製造装置及び電極製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

本発明の電極製造装置１００は、図１に示すように、塗布液タンク８、液供給ポンプ９、スリットダイ（液塗布器）６、集電体シート供給リール１、バックアップロール３、ニップロール４、巻取りリール２、乾燥機４０を主として有する。

塗布液タンク８には、電極に塗布する塗布液が貯留される。液体は電気化学デバイスの活物質層を形成するための塗布液であれば特に限定されない。例えば、活物質、バインダ、及び、溶媒を含む物があげられ、また、必要に応じて、導電助剤等の添加剤を含むことができる。

活物質としては、電気化学デバイス用の種々の公知の材料を用いることができる。例えば、黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温度焼成炭素等の炭素材料、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｎ等の金属、ＳｉＯ₂、ＳｎＯ₂等の酸化物、チタン酸リチウム（Ｌｉ_４Ｔｉ₅Ｏ₁₂）、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉ_ｘＣｏ_１−ｘＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＣｏ_ｘＮｉ_ｙＭｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｏ_２等のリチウム含有金属酸化物等が挙げられる。

バインダとしては、例えば、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡ、ＥＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ、ＥＣＴＦＥ、ＰＶＦ等のフッ素樹脂のポリマーが挙げられる。

溶媒としては、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等を用いることができる。

導電助剤としては、カーボンブラック類の炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、ＩＴＯのような導電性酸化物等が挙げられる。

塗布液の粘度は、特に限定されないが、例えば１００〜３００Ｐの範囲とすることが好ましい。

塗布液タンク８とスリットダイ６とはラインＬ１で接続されている。ラインＬ１には塗布液タンク８の液をスリットダイ６に定量供給するポンプ９が接続されている。ポンプ９は特に限定されないが、例えば、精密ギヤポンプを用いることができる。

巻取りリール２は、集電体シート供給リール１から供給される集電体シート１０を巻き取ることにより、当該集電体シート１０を搬送するものである。巻取りリール２には、モータ２ａが接続されており、集電体シート１０を一定のライン速度（線速度）で巻き取ることができる。ここでは、巻取りリール２とモータ２ａとが搬送部を構成する。ライン速度Ｖｌは特に限定されないが、例えば、１ｍ／ｍｉｎ〜２５ｍ／ｍｉｎ、好ましくは２ｍ／ｍｉｎ〜２０ｍ／ｍｉｎ、より好ましくは５ｍ／ｍｉｎ〜１０ｍ／ｍｉｎとすることができる。Ｖｌが低すぎた場合は、集電体シート１０の幅方向に凹凸が生じやすくなる傾向があり、Ｖｌが高すぎた場合は塗膜面に傷が生じやすくなる傾向がある。

集電体シート１０は、複数の貫通孔を有する導電体のシートであれば特に限定されない。材料としては、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル等の金属材料が挙げられる。貫通孔の形態は特に限定されず、例えば、所定形状（例えば、丸、角等）の多数の孔をプレス加工により、例えば、千鳥配置や、並列配置となるように形成したいわゆるパンチングメタルシートや、千鳥状の切れ目を入れたシートを引き伸ばして略ひし形の貫通孔を多数形成したいわゆるエキスパンドメタルシート等を使用できる。貫通孔の数や径は特に限定されないが、例えば、径は１０μｍ〜５００μｍとすることができる。

また、集電体シート１０の厚みや幅も特に限定されないが、例えば、それぞれ、１０〜３０μｍ、５０〜２０００ｍｍとすることができる。

バックアップロール３は、円筒状の回転可能なロールである。このバックアップロール３の周面には、集電体シート供給リール１から供給され、巻取りリール２に巻き取られる集電体シート１０が掛け渡されており、集電体シート１０を案内する。バックアップロール３の径は特に限定されないが、例えば、外径を１０〜２５０ｍｍとすることができる。また、バックアップロール３は、必要に応じて、モータ３ａによって所望の速度で回転させることができる。バックアップロール３の回転速度は特に限定されないが、バックアップロール３の周面における線速度Ｖｂが、集電体シート１０のライン速度Ｖｌと同じか又はＶｌを上回るように設定することが好ましい。具体的には、例えば、１．０Ｖｌ≦Ｖｂ≦１．３Ｖｌとすることがこのましい。

スリットダイ（塗布器）６は、バックアップロール３の軸方向に沿って開口が形成されたスリット６ａを有する。このスリットダイ６は、ラインＬ１から流入した液体を、スリットダイ６の内部に空洞として設けられバックアップロール３の軸方向に伸びるマニホールド６ｂにおいて集電体シート１０の幅方向に広げ、スリット６ａを介してシート状に吐出するものである。塗布する塗布膜の厚みは特に限定されないが、例えば、５０〜２００μｍとすることができる。

ニップロール４は、バックアップロール３に対して、スリットダイ６よりも集電体シート１０の搬送方向の後ろ側（上流側）に、バックアップロールの軸と平行に配置されている。このニップロール４は、バックアップロール３上に配置され、かつ、スリットダイ６により塗布液が塗布される前の状態の集電体シート１０をバックアップロール３に対して、バネ等の公知の押圧手段４ｂにより押圧する。

ニップロール４が、集電体シート１０を押圧する線圧は特に限定されないが、２０×１０^３Ｎ／ｍ〜６００×１０^３Ｎ／ｍが好ましく、５０×１０^３Ｎ／ｍ〜３００×１０^３Ｎ／ｍがより好ましい。

バックアップロール３の直径Ｄｂに対するニップロール４の直径Ｄｎの比、すなわち、Ｄｎ／Ｄｂは、特に限定されないが、９６％〜３００％の範囲であることが好ましく、９８％〜１２０％の範囲であることがさらに好ましい。Ｄｎ／Ｄｂをこの範囲とすることにより、バックアップロール３とニップロール４とが互いに押圧されることにより生じる微少なロール変形を押さえ、塗膜厚みのばらつきを低減することができる。

乾燥機４０は、集電体シート１０上の液膜２０を乾燥される。乾燥機としては、熱線ヒータ、蒸気ヒータ、赤外線ヒータ等が挙げられる。

このような電極製造装置１００において、塗布液タンク８からの液を液供給ポンプ９にてスリットダイ６に供給すると、液は、マニホールド６ｂ、スリット６ａを介して吐出され、バックアップロール３上を案内される集電体シート１０上にシート状の液膜２０として塗布されることとなる。

そして、本実施形態によれば、図２に示すように、集電体シート１０の貫通孔１０ａから裏面側に回りこみ、バックアップロール３の表面に残存した塗布液２１が、バックアップロール３上で塗布液を塗布する前の集電体シート１０と接触することとなるが、ニップロール４により集電体シート１０がバックアップロール３に押圧されることにより、この残存した塗布液２１を集電体シート１０の裏面から貫通孔１０ａ内に押し出すことができる。したがって、塗布液を塗布する前の集電体シート１０をバックアップロール３に密着させることができる。

したがって、バックアップロール３上の集電体シート１０の表面を滑らかにすることが容易であり、スリットダイ６から塗布した塗布液の膜厚を均一にすることが容易である。これにより、ムラ等のない平面性のよい電極を形成することが可能となる。なお、図２には記載していないが、集電体シート１０の裏面には、きわめて薄い概ね均一な厚みの塗布膜が形成されることが多い。

また、集電体シート１０のライン速度Ｖｌと、バックアップロール３の表面の線速度Ｖｂとを異ならせると、集電体シート１０と、バックアップロール３との間に剪断が生じ、ニップロール４で押圧する際の残存した塗布液２１を貫通孔１０ａ内により一層押し出しやすくなる。

本発明は上記実施形態に限定されず、さまざまな変形態様が可能である。

例えば、上記実施形態では、塗布器として、スリットダイを採用したが、多の塗布方法、例えば、前計量系のロールコーターを採用しても実施は可能である。また、搬送部の形態も任意である。

（実施例１）
直径Ｄｂ＝１２０．０ｍｍのバックアップロール、直径Ｄｎ＝１２０．０ｍｍのニップロールを用い、厚み２０μｍ、幅１５０ｍｍでかつ径２００μｍ、センターピッチ２００μｍの千鳥配置の貫通孔を有するＡｌ製パンチング集電体シートの表面に、スリット幅３００μｍのスリットダイを用いて、塗布液を塗布した。ここで、塗布液の配合は、粉体を活物質（ＬｉＣｏ_０．３３Ｎｉ_０．３３Ｍｎ_０．３４Ｏ）：バインダ（ＰＶｄＦ）：導電助剤（アセチレンブラック）＝８０：１０：１０（質量比）とし、この粉体の５０重量部を溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドン５０重量部に分散させたものとした。粘度は、２７０Ｐとした。集電体シート１０のライン速度Ｖｌは１．００ｍ／ｍｉｎとし、バックアップロール３の表面の線速度Ｖｂは１．１０ｍ／ｍｉｎとした。ニップロールによる線圧を２００×１０^３Ｎ／ｍとした。液膜の膜厚が１２０μｍとなるように、塗布液を供給した。そして、乾燥後の電極の平面性を顕微鏡およびマイクロメーターにより調べた。

（実施例２〜３７、比較例１）
Ｖｂ、Ｖｌ、ニップロールによる線圧、Ｄｂを表１及び表２のごとく変える以外は実施例１と同様にした。

ニップロールにより押圧した各実施例では、電極の平面性を向上できた。実施例３〜７、実施例１０〜１２、実施例２０〜２３、実施例３２〜３５では、特に平面性が高かった。

２…巻取りリール（搬送部）、２ａ…モータ（搬送部）、１０…集電体シート、３…バックアップロール、６…スリットダイ（塗布器）、４…ニップロール、１００…電極製造装置。

Claims (4)

1. 複数の貫通孔を有する集電体シートを搬送する搬送部と、前記搬送される集電体シートを案内するバックアップロールと、前記バックアップロール上の前記集電体シートに対して塗布液を供給する塗布器と、前記塗布器から塗布液が供給される前の前記集電体シートを前記バックアップロールに対して押圧するニップロールと、を備え、前記ニップロールが前記集電体シートを押圧する線圧が、２０×１０^３Ｎ／ｍ〜６００×１０^３Ｎ／ｍである電極製造装置。
2. 前記バックアップロールの表面の周速と、前記集電体シートの搬送速度とが互いに異な
   る請求項１記載の電極製造装置。
3. バックアップロール上を案内される、複数の貫通孔を有する集電体シートに対して塗布
   液を供給する塗布工程と、
   前記塗布液が供給される前の前記集電体シートを前記バックアップロールに対して押圧
   する押圧工程と、を備え、前記バックアップロールに対してニップロールが前記集電体シートを押圧する線圧が、２０×１０^３Ｎ／ｍ〜６００×１０^３Ｎ／ｍである電極製造方法。
4. 前記バックアップロールの表面の周速と、前記バックアップロール上を案内される集電
   体シートの速度とを互いに異ならせる請求項３記載の電極製造方法。

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