JP5935670B2 - Electrode manufacturing apparatus and electrode manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、電極の製造装置および電極の製造方法に関する。 The present invention relates to an electrode manufacturing apparatus and an electrode manufacturing method.
従来、特許文献１に記載されるように、電極シートに対しロールプレスを行ってその電極シートを巻き取り、その後、電極シートを加熱炉に通して張力を加えながら巻き取る、電極シートの製造方法が知られている。電極シートには、塗工部と未塗工部が形成される。この製造方法では、電極シートの未塗工部の伸びが小さく塗工部の伸びが大きいことに起因して未塗工部側に電極シートが湾曲する（または歪む）といった事態を防止している。
Conventionally, as described in
また、特許文献２に記載されるように、多段プレスを行う電極の製造方法が知られている。この製造方法では、電極合剤の剥離による工程不良を抑え、歩留まりを向上させている。特許文献２には、ロールの径は同じであってもよく、異なってもよいと記載されている。
Further, as described in
しかしながら、上述した従来の方法では、金属箔に塗工部と未塗工部が形成された電極をプレスする場合に、塗工部と未塗工部との境界におけるシワまたはうねりの発生を抑制することはできない。シワまたはうねりの度合いが増大すると、箔切れが発生するおそれもある。このように、塗工部と未塗工部との境界における変形を抑制することは難しかった。 However, in the conventional method described above, when an electrode having a coated part and an uncoated part formed on a metal foil is pressed, generation of wrinkles or undulations at the boundary between the coated part and the uncoated part is suppressed. I can't do it. If the degree of wrinkles or undulations increases, the foil may break. Thus, it was difficult to suppress the deformation at the boundary between the coated part and the uncoated part.
本発明は、塗工部と未塗工部との境界付近における変形を抑制することができる電極の製造装置および電極の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an electrode manufacturing apparatus and an electrode manufacturing method capable of suppressing deformation near the boundary between a coated part and an uncoated part.
本発明の電極の製造装置は、金属箔の少なくとも一方の面に電極材が塗布された電極を搬送方向に搬送し、ロールプレス部によって電極をプレスすることにより、金属箔の少なくとも一方の面に活物質層を形成する電極の製造装置であって、電極には、金属箔の幅方向において、電極材が塗布された塗工部と電極材が塗布されない未塗工部とが形成され、ロールプレス部は、金属箔の両面側に配置されて互いに対向し電極をプレスする一対のロールと、一対のロールよりも搬送方向の上流側で金属箔の両面側に配置されて互いに対向し電極をプレスすると共に、一対のロールよりも径の大きい他の一対のロールと、を備える。 The electrode manufacturing apparatus of the present invention transports an electrode in which an electrode material is applied to at least one surface of a metal foil in the transport direction, and presses the electrode by a roll press unit, thereby at least one surface of the metal foil. An electrode manufacturing apparatus for forming an active material layer, wherein an electrode is formed with a coated portion to which an electrode material is applied and an uncoated portion to which an electrode material is not applied, in the width direction of the metal foil. press section includes a pair of rolls for pressing the opposite electrodes together are disposed on both sides of the metal foil, the mutually facing electrodes are arranged on both sides of the metal foil on the upstream side in the transport direction than the pair of rolls And a pair of other rolls having a diameter larger than that of the pair of rolls.
この電極の製造装置によれば、一対のロールよりも径の大きい他の一対のロールによって、電極がプレスされた後、一対のロールによって電極がプレスされる。他の一対のロールの径が大きいことにより、電極材が塗布された塗工部において、電極材の延伸を抑えつつ、電極材を圧縮することができる。そして、一対のロールによってさらに電極材を圧縮することにより、所定の圧縮度が得られるまで電極材を圧縮し、活物質層を形成することができる。このように、前段において比較的大径のロールでプレスを行うことによって電極材の延伸を抑え、その結果として、塗工部と未塗工部との境界付近における変形を抑制することができる。 According to this electrode manufacturing apparatus, after the electrode is pressed by another pair of rolls having a diameter larger than that of the pair of rolls, the electrode is pressed by the pair of rolls. When the diameter of the other pair of rolls is large, the electrode material can be compressed while suppressing the stretching of the electrode material in the coating portion where the electrode material is applied. Then, by further compressing the electrode material with a pair of rolls, the electrode material can be compressed until a predetermined degree of compression is obtained, thereby forming an active material layer. As described above, the electrode material is prevented from being stretched by pressing with a roll having a relatively large diameter in the previous stage, and as a result, deformation near the boundary between the coated portion and the uncoated portion can be suppressed.
また、他の一対のロールによる電極材の圧縮度は、一対のロールによる電極材の圧縮度よりも大きくてもよい。この構成によれば、他の一対のロールによって可能な限り電極材の密度を高めておき、さらに一対のロールによって電極材の高密度化を図ることができる。なお、圧縮度とは、プレスによる膜厚の減少分をプレス前の膜厚により除した値である。言い換えれば、「圧縮度＝（圧縮前の膜厚−圧縮後の膜厚）／圧縮前の膜厚」である。 Moreover, the compression degree of the electrode material by another pair of rolls may be larger than the compression degree of the electrode material by a pair of rolls. According to this configuration, the density of the electrode material can be increased as much as possible with the other pair of rolls, and the density of the electrode material can be increased with the pair of rolls. The degree of compression is a value obtained by dividing the decrease in film thickness due to pressing by the film thickness before pressing. In other words, “degree of compression = (film thickness before compression−film thickness after compression) / film thickness before compression”.
また、ロールプレス部は、２段階のプレスを行うものであり、第１段目の他の一対のロールと、第２段目の一対のロールとからなってもよい。この構成によれば、簡易な構成で、塗工部と未塗工部との境界付近における変形を抑制することができる。 The roll press unit performs two-stage pressing, and may include a pair of other first-stage rolls and a pair of second-stage rolls. According to this configuration, deformation in the vicinity of the boundary between the coated portion and the uncoated portion can be suppressed with a simple configuration.
また、ロールプレス部は、一対のロールおよび他の一対のロールとは搬送方向の異なる位置において、互いに対向し電極をプレスするさらに他の一対のロールを有してもよい。この構成によれば、電極材の圧縮を少なくとも３段階に分けて行うことができ、電極材の延伸を抑えつつ、より高精度に圧縮度を制御することができる。 Further, the roll press unit may have another pair of rolls that oppose each other and press the electrodes at positions different from the pair of rolls and the other pair of rolls in the transport direction. According to this configuration, the compression of the electrode material can be performed in at least three stages, and the degree of compression can be controlled with higher accuracy while suppressing the stretching of the electrode material.
また、一対のロールと、他の一対のロールと、さらに他の一対のロールとにおけるロールの径は、搬送方向の上流側に向かうにつれて同等以上であってもよい。この構成によれば、プレスが後段に移行するにつれて、ロールの径が同等または小さくなる。よって、電極材に加える面圧を段階的に増大させることができ、高密度な活物質層を確実に形成することができる。 Further, the diameters of the rolls in the pair of rolls, the other pair of rolls, and the other pair of rolls may be equal to or greater as they go upstream in the transport direction. According to this configuration, as the press moves to the subsequent stage, the roll diameter becomes equal or smaller. Therefore, the surface pressure applied to the electrode material can be increased stepwise, and a high-density active material layer can be reliably formed.
本発明の電極の製造方法は、金属箔の少なくとも一方の面に電極材が塗布された電極をプレスすることにより、金属箔の少なくとも一方の面に活物質層を形成する電極の製造方法であって、金属箔の幅方向において、電極材が塗布された塗工部と電極材が塗布されない未塗工部とを電極に形成する工程と、金属箔の両面側に配置された一対のロールによって電極をプレスし、電極材を圧縮する工程と、一対のロールによって電極をプレスする工程の前に、金属箔の両面側に配置されると共に一対のロールよりも径の大きい他の一対のロールによって電極をプレスし、電極材を圧縮する工程と、を含む。 The electrode manufacturing method of the present invention is an electrode manufacturing method in which an active material layer is formed on at least one surface of a metal foil by pressing an electrode having an electrode material applied to at least one surface of the metal foil. In the width direction of the metal foil, a step of forming an electrode with a coated part to which the electrode material is applied and an uncoated part to which the electrode material is not applied, and a pair of rolls arranged on both sides of the metal foil Before the step of pressing the electrode and compressing the electrode material and the step of pressing the electrode with the pair of rolls, the other pair of rolls disposed on both sides of the metal foil and having a diameter larger than the pair of rolls. Pressing the electrode and compressing the electrode material .
この電極の製造方法によれば、一対のロールによって電極がプレスされる前に、一対のロールよりも径の大きい他の一対のロールによって、電極がプレスされる。他の一対のロールの径が大きいことにより、電極材が塗布された塗工部において、電極材の延伸を抑えつつ、電極材を圧縮することができる。そして、一対のロールによってさらに電極材を圧縮することにより、所定の圧縮度が得られるまで電極材を圧縮し、活物質層を形成することができる。このように、前段において比較的大径のロールでプレスを行うことによって電極材の延伸を抑え、その結果として、塗工部と未塗工部との境界付近における変形を抑制することができる。 According to this electrode manufacturing method, before the electrode is pressed by the pair of rolls, the electrode is pressed by another pair of rolls having a diameter larger than that of the pair of rolls. When the diameter of the other pair of rolls is large, the electrode material can be compressed while suppressing the stretching of the electrode material in the coating portion where the electrode material is applied. Then, by further compressing the electrode material with a pair of rolls, the electrode material can be compressed until a predetermined degree of compression is obtained, thereby forming an active material layer. As described above, the electrode material is prevented from being stretched by pressing with a roll having a relatively large diameter in the previous stage, and as a result, deformation near the boundary between the coated portion and the uncoated portion can be suppressed.
本発明によれば、塗工部と未塗工部との境界付近における変形を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress deformation near the boundary between the coated part and the uncoated part.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.
以下の説明では、本発明の一実施形態に係る製造方法および製造装置によって製造される電極が、リチウムイオン二次電池に適用される例について説明する。本発明の一実施形態に係る製造方法および製造装置によって製造される電極は、リチウムイオン二次電池以外の蓄電装置に適用されてもよい。たとえば、電極は、電気二重層キャパシタ等に適用されてもよい。 In the following description, an example in which an electrode manufactured by a manufacturing method and a manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention is applied to a lithium ion secondary battery will be described. The electrode manufactured by the manufacturing method and the manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention may be applied to a power storage device other than the lithium ion secondary battery. For example, the electrode may be applied to an electric double layer capacitor or the like.
図１および図２を参照して、リチウムイオン二次電池（以下、二次電池という）１００の構成について説明する。図１および図２に示されるように、二次電池１００は、ケース１０と、ケース１０内に収容された電極組立体２０とを備える。電極組立体２０は、正極（電極）３０と、負極（電極）４０と、正極３０と負極４０との間に配置されたセパレータ５０とを備える。正極３０、負極４０およびセパレータ５０は、たとえばシート状である。複数の正極３０および複数の負極４０は、セパレータ５０を介して交互に積層されている。ケース１０内には、電解液６０が充填されている。
A configuration of a lithium ion secondary battery (hereinafter referred to as a secondary battery) 100 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. As shown in FIGS. 1 and 2, the
正極３０は、縁に形成されたタブ３０ａを有する。タブ３０ａには、正極活物質が担持されていない。正極３０は、タブ３０ａを介して導電部材３５に接続されている。導電部材３５は、正極端子３４に接続されている。正極端子３４は、絶縁リング３６を介してケース１０に取り付けられている。
The
負極４０は、縁に形成されたタブ４０ａを有する。タブ４０ａには、負極活物質が担持されていない。負極４０は、タブ４０ａを介して導電部材４５に接続されている。導電部材４５は、負極端子４４に接続されている。負極端子４４は、絶縁リング４６を介してケース１０に取り付けられている。
The
正極３０および負極４０のそれぞれは、金属箔８の両面に形成された活物質層１９ａ，１９ｂを有する（図４参照）。活物質層１９ａ，１９ｂは、活物質を含む電極材９ａ，９ｂが金属箔８の両面に塗布され、ロールプレス部６によってプレスされることにより形成される。
Each of the
セパレータ５０としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メチルセルロース等からなる織布または不織布等が例示される。
Examples of the
電解液６０としては、たとえば有機溶媒系または非水系の電解液等が挙げられる。
Examples of the
図３および図４を参照して、電極（すなわち正極３０または負極４０）の製造装置１について説明する。以下の説明では、活物質を含む電極材９ａ，９ｂが金属箔８に塗布された、第１のプレス工程前の電極Ａを電極Ａ１と称する。第１のプレス工程後かつ第２のプレス工程前の電極Ａを電極Ａ２と称する。第２のプレス工程後の電極Ａを電極Ａ３と称する。
With reference to FIG. 3 and FIG. 4, the
製造装置１は、製造装置１は、電極Ａ１を巻き出す巻出機２と、電極Ａ１，Ａ２をプレスするためのロールプレス機３と、プレス後の電極Ａ３を巻き取る巻取機４とを備える。製造装置１は、金属箔８の両面に電極材９ａ，９ｂが塗布された電極Ａを搬送方向Ｃに搬送し、ロールプレス機３によって電極Ａをプレスすることにより、金属箔８の両面に活物質層１９ａ，１９ｂを形成する。
The
まず、電極材９ａ，９ｂについて説明する。金属箔８は、たとえば銅箔またはアルミニウム箔である。電極材９ａ，９ｂは、巻出機２の前段に配置された塗布部（図示せず）において金属箔８の両面に塗布される。一方の面８ａに塗布される電極材９ａと、他方の面８ｂに塗布される電極材９ｂとは、たとえば同一の電極材である。電極材９ａ，９ｂは、中性またはアルカリ性である。電極材９ａ，９ｂのｐＨは、たとえば７以上１２以下である。電極材９ａ，９ｂは、活物質とバインダと溶剤とを含む。電極材９ａ，９ｂは、たとえばアセチレンブラック等の導電助剤を更に含んでもよい。
First, the
電極材９ａ，９ｂに含まれる活物質は、正極活物質または負極活物質である。正極活物質としては、たとえば複合酸化物、金属リチウム、硫黄等が挙げられる。複合酸化物は、マンガン、ニッケル、コバルト及びアルミニウムの少なくとも１つとリチウムとを含む。負極活物質としては、たとえば黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物、ホウ素添加炭素等が挙げられる。バインダは、例えばＰＶＤＦ、ポリアミドイミド等の熱可塑性樹脂であってもよく、主鎖にイミド結合を有するポリマー樹脂であってもよい。溶剤は、例えばＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）、メタノール、メチルイソブチルケトン等の有機溶剤であってもよく、水であってもよい。
The active material contained in the
図３に示されるように、ロールプレス機３は、筐体３ａと、搬送されるシート状の電極Ａを支持する複数のローラ３ｂと、筐体３ａに収容されて、電極Ａ１をプレスするロールプレス部６とを備える。
As shown in FIG. 3, the
ロールプレス部６は、２段階のプレスを行うものである。ロールプレス部６は、第１段目のプレスを行う第１ロール部１１と、第２段目のプレスを行う第２ロール部１２とから構成されている。第１ロール部１１は、第２ロール部１２よりも搬送方向Ｃの上流側に配置されている。言い換えれば、第１ロール部１１と第２ロール部１２は、搬送方向Ｃにおいてこの順に並設されている。
The
第１ロール部１１は、金属箔８の両面に配置された一対のロール（他の一対のロール）１１ａ，１１ｂを有する。ロール１１ａ，１１ｂは、金属箔８に直交する方向（たとえば鉛直方向）において互いに対向している。第２ロール部１２は、金属箔８の両面に配置された一対のロール（一対のロール）１２ａ，１２ｂを有する。ロール１２ａ，１２ｂは、金属箔８に直交する方向（たとえば鉛直方向）において互いに対向している。ロール１１ａ，１１ｂおよびロール１２ａ，１２ｂのそれぞれは、円柱形状をなしており、たとえばＳＵＳなどの鋼からなる。
The
第１段目のロール１１ａ，１１ｂは、所定の位置に配置されて電極Ａを挟み込み、電極Ａをプレスする。一方のロール１１ａは、回転軸線Ｌ１ａを中心に回転自在である。他方のロール１１ｂは、回転軸線Ｌ１ｂを中心に回転自在である。電極Ａがプレスされる際、ロール１１ａは回転方向Ｂａに回転し、ロール１１ｂが回転方向Ｂａとは反対向きの回転方向Ｂｂに回転する。たとえば、ロール１１ａは、電極Ａの搬送方向Ｃに交差する方向（たとえば鉛直方向）に可動であり、ロール１１ｂは、固定されている。
The first-
第２段目のロール１２ａ，１２ｂは、所定の位置に配置されて電極Ａを挟み込み、電極Ａをプレスする。一方のロール１２ａは、回転軸線Ｌ２ａを中心に回転自在である。他方のロール１２ｂは、回転軸線Ｌ２ｂを中心に回転自在である。電極Ａがプレスされる際、ロール１２ａは回転方向Ｂａに回転し、ロール１２ｂが回転方向Ｂａとは反対向きの回転方向Ｂｂに回転する。たとえば、ロール１２ａは、電極Ａの搬送方向Ｃに交差する方向（たとえば鉛直方向）に可動であり、ロール１２ｂは、固定されている。
The second-
第１ロール部１１において、ロール１１ａの径とロール１１ｂの径は略等しい。第２ロール部１２において、ロール１２ａの径とロール１２ｂの径は略等しい。さらに、ロール１１ａ，１１ｂの径は、ロール１２ａ，１２ｂの径よりも大きい。言い換えれば、ロール１１ａ，１１ｂの直径は、ロール１２ａ，１２ｂの直径よりも大きい。ロール１１ａ，１１ｂは大径ロールであり、ロール１２ａ，１２ｂは小径ロールである。ロール１１ａ，１１ｂの径は、ロール１２ａ，１２ｂの径の１．４倍以上であってもよく、２倍以上であってもよい。ロール１１ａ，１１ｂの直径は、たとえば５００〜１０００ｍｍである。ロール１２ａ，１２ｂの直径は、たとえば２５０〜７００ｍｍである。
In the
たとえば、ロール１１ａ，１１ｂとロール１２ａ，１２ｂのそれぞれの直径の大きさは、電極材９ａ，９ｂ（すなわち電極Ａ）に加えられるヘルツ面圧によって決めることができる。たとえば、ロール１１ａ，１１ｂとロール１２ａ，１２ｂとの直径の比率は、電極材９ａ，９ｂ（すなわち電極Ａ）に加えられるヘルツ面圧によって決めることができる。
For example, the diameters of the
第１ロール部１１において、ロール１１ａ，１１ｂの位置、もしくはロール１１ａ，１１ｂ間の間隔（ギャップ）は、図示しない制御部によって制御可能である。また、ロール１１ａ，１１ｂによって電極Ａに加えられるプレス荷重は、制御部によって制御可能である。第２ロール部１２において、ロール１２ａ，１２ｂの位置、もしくはロール１２ａ，１２ｂ間の間隔（ギャップ）は、制御部によって制御可能である。また、ロール１２ａ，１２ｂによって電極Ａに加えられるプレス荷重は、制御部によって制御可能である。
In the
第１ロール部１１による電極材９ａ，９ｂの圧縮度は、第２ロール部１２による電極材９ａ，９ｂの圧縮度よりも大きい。第１ロール部１１と第２ロール部１２とにおける圧縮度の差異については後述する。なお、圧縮度とは、プレスによる膜厚の減少分をプレス前の膜厚により除した値である。言い換えれば、「圧縮度＝（圧縮前の膜厚−圧縮後の膜厚）／圧縮前の膜厚」である。
The degree of compression of the
次に、電極（すなわち正極３０または負極４０）の製造方法について説明する。まず、図示しない塗布部において、金属箔８の両面に電極材９ａおよび電極材９ｂを塗布する。電極材９ａ，９ｂは、金属箔８の幅方向における中央部に塗布される。すなわち、金属箔８の幅方向における両端部には、電極材９ａ，９ｂは塗布されない。よって、金属箔８上には、塗工部と未塗工部とが形成される。その後、図示しない乾燥部において、電極材９ａ，９ｂを乾燥させてもよい。金属箔８に電極材９ａ，９ｂを塗布することにより、または、電極材９ａ，９ｂを乾燥させることにより、電極Ａ１を得る。電極Ａ１は、間欠塗工電極としてもよく、間欠塗工電極でなくてもよい。
Next, the manufacturing method of an electrode (namely, the
次に、巻出機２によって、電極Ａ１をロールプレス機３のロールプレス部６に供給する。第１段目のロール１１ａ，１１ｂによって、ロールプレス部６に供給された電極Ａ１を挟み込み、プレスする。この第１のプレス工程により、電極材９ａ，９ｂを圧縮し、電極Ａ２を得る。その後、第２段目のロール１２ａ，１２ｂによって、電極Ａ２を挟み込み、プレスする。この第２のプレス工程により、電極材９ａ，９ｂをさらに圧縮して活物質層１９ａ，１９ｂを形成し、電極Ａ３を得る。
Next, the electrode A <b> 1 is supplied to the
次に、巻取機４によって、電極Ａ２を巻き取る。そして、巻き取られた電極Ａ２を再度巻き出し、適宜カットすることにより、正極３０または負極４０を得る。
Next, the electrode A <b> 2 is wound up by the winder 4. Then, the wound electrode A2 is unwound again and appropriately cut to obtain the
ここで、第１段目のロール１１ａ，１１ｂと第２段目のロール１２ａ，１２ｂとの径が異なることにより、第１のプレス工程において電極材９ａ，９ｂに対して加えられるヘルツ面圧と、第２のプレス工程において電極材９ａ，９ｂに対して加えられるヘルツ面圧とに圧力差が生じる。
Here, because the first-
円柱状の物体と平面状の物体との間に生じるヘルツ面圧は、下記の理論式（１）によって表される。
上記の式（１）における各記号は、次の各値を表す。
Ｐ：ヘルツ面圧（ＭＰａ）
Ｆ：プレス荷重（Ｎ）
Ｌ：プレス幅（ｍｍ）
ν１：ロール１１ａ，１１ｂまたは１２ａ，１２ｂのポアソン比
ν２：電極材９ａ，９ｂのポアソン比
Ｅ１：ロール１１ａ，１１ｂまたは１２ａ，１２ｂの縦弾性係数
Ｅ２：電極材９ａ，９ｂの縦弾性係数
ｒ：ロール１１ａ，１１ｂまたは１２ａ，１２ｂの半径（ｍｍ）
The Hertz surface pressure generated between the cylindrical object and the planar object is expressed by the following theoretical formula (1).
Each symbol in the above formula (1) represents the following values.
P: Hertz surface pressure (MPa)
F: Press load (N)
L: Press width (mm)
ν 1 : Poisson's ratio of
図５（ａ）は、電極Ａおよびロール１１ａ（またはロール１２ａ）の平面図、図５（ｂ）は、電極Ａおよびロール１１ａ（またはロール１２ａ）の正面図である。図５（ａ）および（ｂ）に示されるように、ロール１１ａ（またはロール１２ａ）によってプレス荷重Ｆが加えられた場合、ロール１１ａ（またはロール１２ａ）は、電極材９ａに対して直線状に接する。
5A is a plan view of the electrode A and the
上記の式（１）から明らかなように、第１段目のロール１１ａ，１１ｂの半径は第２段目のロール１２ａ，１２ｂの半径よりも大きいことから、第１のプレス工程において電極材９ａ，９ｂに対して加えられるヘルツ面圧は、第２のプレス工程において電極材９ａ，９ｂに対して加えられるヘルツ面圧よりも小さくなる。よって、第１ロール部１１によって加えられるプレス荷重と、第２ロール部１２によって加えられるプレス荷重が、たとえば同じであっても、第１ロール部１１による第１のプレス工程では、第２ロール部１２による第２のプレス工程に比して、ヘルツ面圧を小さくできる。その結果、電極材９ａ，９ｂが延伸することを防止しながらも、電極材９ａ，９ｂを圧密化し、大幅に圧縮することができる。
As is apparent from the above formula (1), the radius of the first-
しかし、大径のロール１１ａ，１１ｂによって得られる圧縮度には限界がある。そこで、小径のロール１２ａ，１２ｂによる第２のプレス工程では、高いヘルツ面圧により、さらに電極材９ａ，９ｂを圧密化し、圧縮する。
However, the degree of compression obtained by the large-diameter rolls 11a and 11b has a limit. Therefore, in the second pressing step using the small-diameter rolls 12a and 12b, the
図４に示されるように、第１のプレス工程前の電極Ａ１における電極材９ａ，９ｂの膜厚は、たとえば、それぞれ１５０μｍ（合計３００μｍ）である。この場合、第１のプレス工程後の電極Ａ２における電極材９ａ，９ｂの膜厚は、たとえば、それぞれ１１０〜１２０μｍ（合計２２０〜２４０μｍ）となる。そして、第２のプレス工程後の電極Ａ３における活物質層１９ａ，１９ｂの膜厚は、たとえば、それぞれ１００μｍ（合計２００μｍ）となる。なお、上記した合計の膜厚は、金属箔８の厚さを除いた数値である。
As shown in FIG. 4, the film thicknesses of the
このように、第１のプレス工程で大幅に９ａ，９ｂを圧縮するため、第１ロール部１１による電極材９ａ，９ｂの圧縮度は、第２ロール部１２による電極材９ａ，９ｂの圧縮度よりも大きくなる。すなわち、第１のプレス工程における圧縮度をα１とし、第２のプレス工程における圧縮度をα２とすると、α１＞α２である。なお、α１＝α２としてもよい。
Thus, in order to compress 9a, 9b significantly at a 1st press process, the compression degree of
上記の例において、第１のプレス工程における圧縮度は、（６０／３００）〜（８０／３００）＝２０〜２７％である。第２のプレス工程における圧縮度は、（２０／２２０）〜（４０／２４０）＝９．１〜１７％である。全プレス工程における圧縮度は、１００／３００＝約３３％である。 In the above example, the degree of compression in the first pressing step is (60/300) to (80/300) = 20 to 27%. The degree of compression in the second pressing step is (20/220) to (40/240) = 9.1 to 17%. The degree of compression in the entire pressing process is 100/300 = about 33%.
第１のプレス工程と第２のプレス工程とにおけるプレス荷重は、適宜設定することができる。各プレス工程におけるプレス荷重を一定としてもよいし、プレス工程ごとに異ならせてもよい。プレス荷重に基づいて、ヘルツ面圧および線圧を算出することができる。製造装置１の運転にあたっては、まず各プレス工程における目的の圧縮度を決め、その圧縮度を得るためのヘルツ面圧（これは、たとえば予備実験等により得られる）を求め、ロールの半径およびプレス幅等に基づいて、上記式（１）によりプレス荷重を設定する。設定した荷重となるように、制御部によって、ロール１１ａまたはロール１２ａの位置を制御する。
The press loads in the first press process and the second press process can be set as appropriate. The press load in each pressing process may be constant, or may be different for each pressing process. Based on the press load, the Hertz surface pressure and the linear pressure can be calculated. In the operation of the
以上説明した製造装置１および電極Ａの製造方法によれば、ロール１２ａ，１２ｂよりも径の大きいロール１１ａ，１１ｂによって、電極Ａ１がプレスされた後、ロール１２ａ，１２ｂによって電極Ａ２がプレスされる。ロール１１ａ，１１ｂの径が大きいことにより、電極材９ａ，９ｂが塗布された塗工部において、電極材９ａ，９ｂの延伸を抑えつつ、電極材９ａ，９ｂを圧縮することができる。そして、小径のロール１２ａ，１２ｂによってさらに電極材９ａ，９ｂを圧縮することにより、所定の圧縮度が得られるまで電極材９ａ，９ｂを圧縮し、活物質層１９ａ，１９ｂを形成することができる。このように、前段（第１のプレス工程）において比較的大径のロール１１ａ，１１ｂでプレスを行うことによって電極材９ａ，９ｂの延伸を抑え、その結果として、塗工部と未塗工部との境界付近における（シワまたはうねり等の）変形を抑制することができる。さらには、後段（第２のプレス工程）において比較的小径のロール１２ａ，１２ｂでプレスを行うことにより、高密度な活物質層１９ａ，１９ｂが形成された電極を得ることができる。
According to the
従来の１段階プレスでは、電極材を高密度化するために高い荷重をかけると、塗膜の圧縮度が高いために、電極材９ａ，９ｂまたは金属箔８へのシワ、うねり、箔切れが発生するという問題があった。また、ある一定以上の密度が得られないという問題もあった。２段階以上のプレスを行うことでこの問題を緩和することも可能であるが、同じ径のロールにより複数回プレスするだけでは、ある一定以上の密度が得られなかった。これは、密度に関しては、最後段のロールの線圧が支配的となるためである。上述した製造装置１および電極Ａの製造方法によれば、高密度化における問題を緩和しつつ、従来よりも活物質層１９ａ，１９ｂが高密度とされた電極を得ることができる。
In the conventional one-stage press, when a high load is applied to increase the density of the electrode material, the degree of compression of the coating film is high, so wrinkles, undulations, and foil breakage on the
また、従来、塗工部と未塗工部との境界付近（エッジともいう）でシワまたはうねりが発生するのを避けるため、プレスする前にエッジを切断して未塗工部を除去（これをスリットともいう）していた。そして、プレス後、寸法合わせのために再度両端を除去（スリット）していた。１回目の除去と２回目の除去はいずれも電極の搬送方向に平行な方向で行うものである。このことから、従来は材料ロスを招き、無駄が大きくなっていた。上述した製造装置１および電極Ａの製造方法によれば、金属箔に塗工部と未塗工部が形成された電極をプレスする場合であっても、１回目の未塗工部の除去を不要とすることができ、生産性の向上および歩留まり悪化の回避を図ることができる。
Conventionally, in order to avoid wrinkling or undulation near the boundary between the coated part and the uncoated part (also called an edge), the edge is cut before pressing to remove the uncoated part (this Was also referred to as a slit). Then, after pressing, both ends were removed (slit) again for dimension adjustment. Both the first removal and the second removal are performed in a direction parallel to the electrode transport direction. For this reason, conventionally, material loss was caused and waste was increased. According to the
また、ロール１１ａ，１１ｂによる電極材９ａ，９ｂの圧縮度は、ロール１２ａ，１２ｂによる電極材９ａ，９ｂの圧縮度よりも大きいため、ロール１１ａ，１１ｂによって可能な限り電極材９ａ，９ｂの密度を高めておき、さらにロール１２ａ，１２ｂによって電極材９ａ，９ｂの高密度化を図ることができる。
Moreover, since the compression degree of the
また、ロールプレス部６は、２段階のプレスを行うものであるため、簡易な構成で、塗工部と未塗工部との境界付近における変形を抑制することができる。
Moreover, since the
次に、図６を参照して、第２実施形態に係る製造装置１のロールプレス部６Ａについて説明する。図６に示すロールプレス部６Ａが図３および図４に示したロールプレス部６と違う点は、３段階のプレスを行う第１ロール部２１と、第２ロール部２２と、第３ロール部２３とから構成される点である。第１ロール部２１と第２ロール部２２と第３ロール部２３とは、搬送方向Ｃにおいてこの順に並設されている。第１ロール部２１は、第１のプレス工程を行う部分であり、第２ロール部２２は、第２のプレス工程を行う部分であり、第３ロール部２３は、第３のプレス工程を行う部分である。
Next, with reference to FIG. 6, the
第１ロール部２１は、比較的大径のロール（他の一対のロール）２１ａ，２１ｂを有する。第１ロール部２１の構成は、ロールプレス部６における第１ロール部１１の構成と同じであってもよい。第３ロール部２３は、比較的小径のロール（一対のロール）２３ａ，２３ｂを有する。第３ロール部２３の構成は、ロールプレス部６における第２ロール部１２の構成と同じであってもよい。
The
さらに、第２ロール部２２は、ロール（さらに他の一対のロール）２２ａ，２２ｂを有する。ロール２２ａ，２２ｂは、ロール２１ａ，２１ｂおよびロール２３ａ，２３ｂとは搬送方向Ｃの異なる位置において、互いに対向する。ロール２２ａ，２２ｂの径は、ロール２１ａ，２１ｂの径よりも小さく、ロール２３ａ，２３ｂの径よりも大きい。このように、ロール２１ａ，２１ｂと、ロール２２ａ，２２ｂと、ロール２３ａ，２３ｂとにおけるロールの径は、搬送方向Ｃの上流側（図示左側）に向かうにつれて大きくなっている。
Furthermore, the
第１のプレス工程における圧縮度をα１とし、第２のプレス工程における圧縮度をα２とし、第３のプレス工程における圧縮度をα３とすると、α１＞α２＞α３である。なお、α１＝α２＞α３としてもよく、α１＞α２＝α３としてもよく、α１＝α２＝α３としてもよい。 The degree of compression in the first pressing step and alpha 1, a compression degree in the second pressing step and alpha 2, the degree of compression in the third pressing step to alpha 3, is α 1> α 2> α 3 . Note that α 1 = α 2 > α 3 , α 1 > α 2 = α 3 , or α 1 = α 2 = α 3 .
ロールプレス部６Ａにおいて、ロール２２ａ，２２ｂが他の一対のロールに相当し、ロール２１ａ，２１ｂがさらに他の一対のロールに相当すると考えることもできる。さらに、ロール２２ａ，２２ｂが一対のロールに相当し、ロール２１ａ，２１ｂが他の一対のロールに相当し、ロール２３ａ，２３ｂがさらに他の一対のロールに相当すると考えることもできる。すなわち、３段構成とされたロール部のうち、いずれか２つのロール部を抽出した場合に、搬送方向Ｃ上流側のロールにおける径が大きくなっていればよい。
In the
上記のロールプレス部６Ａを備えた製造装置１によっても、ロールプレス部６を備えた製造装置１と同様の作用・効果が奏される。
The same operation and effect as the
さらには、電極材９ａ，９ｂの圧縮を３段階に分けて行うことができ、電極材９ａ，９ｂの延伸を抑えつつ、電極Ａ４における活物質層１９ａ，１９ｂの圧縮度をより高精度に制御することができる。
Furthermore, the compression of the
また、プレスが後段に移行するにつれて、ロールの径が小さくなる。よって、電極材９ａ，９ｂに加える面圧を段階的に増大させることができ、高密度な活物質層１９ａ，１９ｂを確実に形成することができる。
Moreover, the diameter of the roll becomes smaller as the press moves to the subsequent stage. Therefore, the surface pressure applied to the
次に、図７を参照して、第３実施形態に係る製造装置１のロールプレス部６Ｂについて説明する。図７に示すロールプレス部６Ｂが図６に示したロールプレス部６Ａと違う点は、第２ロール部２２に代えて、比較的小径の第２ロール部３２を備えた点である。第１ロール部３１と第２ロール部３２と第３ロール部３３とは、搬送方向Ｃにおいてこの順に並設されている。第１ロール部３１は、第１のプレス工程を行う部分であり、第２ロール部３２は、第２のプレス工程を行う部分であり、第３ロール部３３は、第３のプレス工程を行う部分である。
Next, with reference to FIG. 7, the
第１ロール部３１は、比較的大径のロール（他の一対のロール）３１ａ，３１ｂを有する。第１ロール部３１の構成は、ロールプレス部６Ａにおける第１ロール部２１の構成と同じであってもよい。第３ロール部３３は、比較的小径のロール（一対のロール）３３ａ，３３ｂを有する。第３ロール部３３の構成は、ロールプレス部６Ａにおける第３ロール部２３の構成と同じであってもよい。
The
さらに、第２ロール部３２は、比較的小径のロール（さらに他の一対のロール）３２ａ，３２ｂを有する。ロール３２ａ，３２ｂは、ロール３１ａ，３１ｂおよびロール３３ａ，３３ｂとは搬送方向Ｃの異なる位置において、互いに対向する。ロール３２ａ，３２ｂの径は、ロール３３ａ，３３ｂの径と同等である。このように、ロール３１ａ，３１ｂと、ロール３２ａ，３２ｂと、ロール３３ａ，３３ｂとにおけるロールの径は、搬送方向Ｃの上流側（図示左側）に向かうにつれて同等またはそれ以上になっている。
Furthermore, the
第１のプレス工程における圧縮度をα１とし、第２のプレス工程における圧縮度をα２とし、第３のプレス工程における圧縮度をα３とすると、α１＞α２＞α３である。なお、α１＝α２＞α３としてもよく、α１＞α２＝α３としてもよく、α１＝α２＝α３としてもよい。 The degree of compression in the first pressing step and alpha 1, a compression degree in the second pressing step and alpha 2, the degree of compression in the third pressing step to alpha 3, is α 1> α 2> α 3 . Note that α 1 = α 2 > α 3 , α 1 > α 2 = α 3 , or α 1 = α 2 = α 3 .
ロールプレス部６Ｂにおいて、ロール３２ａ，３２ｂが一対のロールに相当し、ロール３１ａ，３１ｂが他の一対のロールに相当し、ロール３３ａ，３３ｂがさらに他の一対のロールに相当すると考えることもできる。すなわち、３段構成とされたロール部のうち、いずれか２つのロール部を抽出した場合に、搬送方向Ｃ上流側のロールにおける径が大きくなっていればよい。
In the
上記のロールプレス部６Ｂを備えた製造装置１によっても、ロールプレス部６，６Ａを備えた製造装置１と同様の作用・効果が奏される。
Also with the
また、第２ロール部３２と第３ロール部３３において、プレス荷重を異ならせる制御を行ってもよい。第２段目のロール３２ａ，３２ｂによるプレス荷重を小さくし、第３段目のロール３３ａ，３３ｂによるプレス荷重を大きくしてもよい。径の等しいロール間でプレス荷重を異ならせることで、より高精度に圧縮度を制御することができる。
In addition, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。たとえば、互いに対向するロール（たとえばロール１１ａ，１１ｂまたはロール１２ａ，１２ｂ）において径を異ならせてもよい。電極Ａは、間欠塗工電極である場合に限られない。電極Ａが適用される蓄電装置は、積層型の蓄電装置に限られず、捲回型の蓄電装置であってもよい。電極材は金属箔８のいずれか一方の面のみに塗布されてもよい。活物質層は金属箔８の一方の面のみに形成されてもよい。ロールプレス部は４段階以上のプレスを行うものであってもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. For example, the diameters of rolls facing each other (for example, rolls 11a and 11b or rolls 12a and 12b) may be different. The electrode A is not limited to being an intermittently applied electrode. The power storage device to which the electrode A is applied is not limited to a stacked power storage device, and may be a wound power storage device. The electrode material may be applied to only one surface of the
１…製造装置、６，６Ａ，６Ｂ…ロールプレス部、８…金属箔、９ａ，９ｂ…電極材、１１ａ，１１ｂ…ロール（他の一対のロール）、１２ａ，１２ｂ…ロール（一対のロール）、１９ａ，１９ｂ…活物質層、２１ａ，２１ｂ…ロール、２２ａ，２２ｂ…ロール、２３ａ，２３ｂ…ロール、３１ａ，３１ｂ…ロール、３２ａ，３２ｂ…ロール、３３ａ，３３ｂ…ロール、Ａ１…（第１のプレス工程前の）電極、Ａ２…（第１のプレス工程後、第２のプレス工程前の）電極、Ａ３…（第２のプレス工程後の）電極、Ａ…電極、Ｃ…搬送方向。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記電極には、前記金属箔の幅方向において、前記電極材が塗布された塗工部と前記電極材が塗布されない未塗工部とが形成され、
前記ロールプレス部は、
前記金属箔の両面側に配置されて互いに対向し前記電極をプレスする一対のロールと、
前記一対のロールよりも前記搬送方向の上流側で前記金属箔の両面側に配置されて互いに対向し前記電極をプレスすると共に、前記一対のロールよりも径の大きい他の一対のロールと、を備える、電極の製造装置。 An electrode having an active material layer formed on at least one surface of the metal foil by transporting an electrode having an electrode material applied to at least one surface of the metal foil in the transport direction and pressing the electrode by a roll press unit. Manufacturing equipment,
In the electrode, in the width direction of the metal foil, a coated part to which the electrode material is applied and an uncoated part to which the electrode material is not applied are formed,
The roll press section
A pair of rolls arranged on both sides of the metal foil and pressing the electrodes facing each other;
A pair of rolls disposed on both sides of the metal foil upstream of the pair of rolls, facing each other and pressing the electrodes, and another pair of rolls having a larger diameter than the pair of rolls; An electrode manufacturing apparatus.
前記一対のロールおよび前記他の一対のロールとは前記搬送方向の異なる位置において、互いに対向し前記電極をプレスするさらに他の一対のロールを有する、請求項１または２記載の電極の製造装置。 The roll press section
3. The electrode manufacturing apparatus according to claim 1, further comprising another pair of rolls that oppose each other and press the electrode at positions different in the transport direction from the pair of rolls and the other pair of rolls.
前記金属箔の幅方向において、前記電極材が塗布された塗工部と前記電極材が塗布されない未塗工部とを前記電極に形成する工程と、
前記金属箔の両面側に配置された一対のロールによって前記電極をプレスし、前記電極材を圧縮する工程と、
前記一対のロールによって前記電極をプレスする工程の前に、前記金属箔の両面側に配置されると共に前記一対のロールよりも径の大きい他の一対のロールによって前記電極をプレスし、前記電極材を圧縮する工程と、を含む、電極の製造方法。 An electrode manufacturing method for forming an active material layer on at least one surface of the metal foil by pressing an electrode having an electrode material applied to at least one surface of the metal foil,
In the width direction of the metal foil, a step of forming, on the electrode, a coated part to which the electrode material is applied and an uncoated part to which the electrode material is not applied;
Pressing the electrodes with a pair of rolls disposed on both sides of the metal foil, and compressing the electrode material ;
Before the step of pressing the electrode with the pair of rolls , the electrode material is pressed with another pair of rolls disposed on both sides of the metal foil and having a diameter larger than that of the pair of rolls. And a step of compressing the electrode.
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