JP6036358B2 - 電極の製造装置、及び電極の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電極の製造装置、及び電極の製造方法に関する。

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よく知られている。これらの蓄電装置では、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。

そして、電極の製造装置としては、活物質、導電剤、バインダ、及び溶媒を混練した活物質ペーストをコーティングロールに付着させるとともに、該コーティングロールに付着させた活物質ペーストと、バッキングロールで搬送する帯状の金属箔とを接触位置にて接触させ、転写させるものがある（例えば特許文献１）。

特許文献１では、金属箔に活物質ペーストを塗布しない非塗工部（未塗工区間）を設ける場合、コーティングロールを停止させることで、製造装置の構造が複雑化することを抑制しつつ、非塗工部の長さを短くしている。

特開２００３−２６０３９１号公報

しかしながら、特許文献１の電極の製造装置では、非塗工部を設ける場合、バッキングロールの離間に伴ってコーティングロールを停止させることから、重力によって活物質ペーストが垂れ下がり、これにより接触位置における活物質ペーストの端部に盛り上がりが生じる。そして、この状態のままバッキングロールをコーティングロールに近接させて塗工を再開する場合には、活物質ペーストの塗工始端に端高が発生したり、活物質ペーストの端部の盛り上がりが不均一であることに起因して、塗工始端が櫛歯状（ギザギザ）になったりする虞がある。

この発明は、上記従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、活物質ペーストの塗工始端に端高が発生すること、及び塗工始端が櫛歯状になることを抑制できる電極の製造装置、及び電極の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決する電極の製造装置は、活物質を含む活物質ペーストが付着される第１ロールと、金属箔を搬送する第２ロールと、を有し、前記第２ロールが搬送する金属箔と、前記第１ロールに付着される活物質ペーストとを接触させ、前記金属箔に活物質ペーストを転写する電極の製造装置であって、前記第１ロールと前記第２ロールとの少なくとも一方を、前記第１ロールと前記第２ロールとの離間距離が、前記金属箔と前記活物質ペーストとが接触する接触距離と、前記金属箔と前記活物質ペーストとが接触しない非接触距離とになるように繰り返し移動させて、前記金属箔に前記活物質ペーストを間欠的に転写させる制御を可能な制御手段を有し、前記制御手段は、前記離間距離が前記非接触距離である場合、前記離間距離が前記接触距離である場合と比較して前記第２ロールによる金属箔の搬送速度を速くすることを要旨とする。

この構成によれば、第１，第２ロールの離間距離が、金属箔と活物質ペーストとが接触しない非接触距離である場合には、金属箔と活物質ペーストとが接触する接触距離である場合と比較して、第２ロールによる金属箔の搬送速度が速くなる。このため、一定の搬送速度で金属箔を搬送する場合と比較して、第１，第２ロールの離間距離が非接触距離である時間を短縮し、これにより活物質ペーストと金属箔とを接触させる位置において、活物質ペーストの端部に盛り上がりが生じることを抑制できる。したがって、活物質ペーストの塗工始端に端高が発生すること、及び塗工始端が櫛歯状になることを抑制できる。

上記電極の製造装置は、前記制御手段は、前記離間距離が前記非接触距離である場合、前記離間距離が前記接触距離である場合と比較して前記第２ロールによる金属箔の搬送速度を２倍以上の速さにする。この構成によれば、活物質ペーストと金属箔とを接触させる位置において、活物質ペーストの端部に盛り上がりが生じることをより抑制できる。

また、上記課題を解決する電極の製造方法は、活物質を含む活物質ペーストを第１ロールに付着させるとともに、第２ロールで金属箔を搬送し、該第２ロールで搬送する金属箔と、前記第１ロールに付着させた活物質ペーストとを接触させ、前記金属箔に活物質ペーストを転写する電極の製造方法であって、前記第１ロールと前記第２ロールとの少なくとも一方を、前記第１ロールと前記第２ロールとの離間距離を、前記金属箔と前記活物質ペーストとが接触する接触距離と、前記金属箔と前記活物質ペーストとが接触しない非接触距離とに繰り返し移動させて、前記金属箔に前記活物質ペーストを間欠的に転写するとともに、前記離間距離が前記非接触距離である場合、前記離間距離が前記接触距離である場合と比較して前記第２ロールによる金属箔の搬送速度を速くすることを要旨とする。

この構成によれば、第１，第２ロールの離間距離が、金属箔と活物質ペーストとが接触しない非接触距離である場合には、金属箔と活物質ペーストとが接触する接触距離である場合と比較して、第２ロールによる金属箔の搬送速度を速くする。このため、一定の搬送速度で金属箔を搬送する場合と比較して、活物質ペーストの塗工始端に端高が発生すること、及び塗工始端が櫛歯状になることを抑制できる。
上記電極の製造方法は、前記活物質ペーストの粘度は、５０００ｍＰａ・ｓ以上１００００ｍＰａ・ｓ以下である。
この構成によれば、活物質ペーストの塗工始端に端高が発生すること、及び塗工始端が櫛歯状になることを抑制できる。即ち、活物質ペーストの粘度が５０００ｍＰａ・ｓ未満である場合には、活物質ペーストと金属箔とを接触させる位置において、活物質ペーストの端部における盛り上がりが大きくなり易く、活物質ペーストの塗工始端が櫛歯状になり易くなる。その一方で、活物質ペーストの粘度が１００００ｍＰａ・ｓを超える場合には、活物質ペーストの塗工始端に端高が生じ易くなる。

本発明によれば、活物質ペーストの塗工始端に端高が発生すること、及び塗工始端が櫛歯状になることを抑制できる。

電極の製造装置を模式的に示す正面図。 電極の製造装置の一部を拡大して模式的に示す正面図。 コーティングロール、及びバッキングロールの離間距離と、金属箔の搬送速度との関係を示すタイミングチャート。 転写装置の一部を模式的に拡大して示す正面図。

以下、電極の製造装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、蓄電装置としてのリチウムイオン二次電池に用いる電極の製造装置１０は、金属箔１１の一方の面である塗布面１１ａに活物質ペースト１２を塗布（転写）するための装置である。

即ち、製造装置１０は、正極電極を製造する場合には、例えばアルミニウム箔である正極用の金属箔１１に、正極用の活物質ペースト１２を塗布し、塗布面１１ａに正極活物質層を設けるための装置となる。正極用の活物質ペースト１２には、正極用の活物質、導電剤、バインダ、及び溶媒を混練したものが用いられる。

また、製造装置１０は、負極電極を製造する場合には、例えば銅箔である負極用の金属箔１１に、負極用の活物質ペースト１２を塗布し、塗布面１１ａに負極活物質層を設けるための装置となる。負極用の活物質ペースト１２には、負極用の活物質、導電剤、バインダ、及び溶媒を混練したものが用いられる。

製造装置１０は、供給ロール１４ａにロール状に捲回された帯状の金属箔１１をセットし、装置に供給するための供給機構部１４を備えている。また、金属箔１１の搬送方向Ｙ１における供給機構部１４の下流側には、供給される金属箔１１に、活物質ペースト１２を転写する転写装置２０が設けられている。ここで、本実施形態において、活物質ペースト１２の粘度は、５０００ｍＰａ・ｓ以上１００００ｍＰａ・ｓ以下である。なお、本明細書で示す「粘度」は、ＢＢ型粘度計を用いて測定される粘度である。

図２に示すように、転写装置２０は、活物質ペースト１２を貯留するタンク２１、第１ロールとしての円柱状のコーティングロール２２、タンク２１から供給される活物質ペースト１２をコーティングロール２２の表面に付着させるとともに、活物質ペースト１２の厚さ（量）を調節する略円柱状のコンマロール２３を有する。また、転写装置２０は、金属箔１１の搬送方向Ｙ１に回転して、金属箔１１を搬送する第２ロールとしての円柱状のバッキングロール２５を備える。各ロール２２，２３，２５は平行に配置されている。

コーティングロール２２は、バッキングロール２５とは反対方向である回転方向Ｙ２に回転することにより、その表面に付着した活物質ペースト１２を金属箔１１の塗布面１１ａに転写する。コーティングロール２２は、該コーティングロール２２を回転させる図示しないモータ等の駆動装置を有している。なお、転写装置２０では、金属箔１１における幅方向の両縁部に活物質ペースト１２が転写されていない非塗工部が形成される幅で、活物質ペースト１２が金属箔１１に転写される。

コンマロール２３は、コーティングロール２２と離間して配置され、コーティングロール２２との間の隙間２３ａにおけるコーティングロール２２からの離間距離に応じて、コーティングロール２２に付着させる活物質合剤の厚さを規制する。

バッキングロール２５は、金属箔１１をコーティングロール２２に対して近接させることにより、活物質ペースト１２と金属箔１１とを接触させ、金属箔１１の塗布面１１ａに活物質ペースト１２を転写させる接触位置Ｐ１に位置可能である。以下の説明では、金属箔１１と活物質ペースト１２とが接触される部分を接触部Ｐ３と示す。また、バッキングロール２５が接触位置Ｐ１に位置している状態における各ロール２２，２５の離間距離は、金属箔１１と活物質ペースト１２とが接触する接触距離となる。

また、バッキングロール２５は、接触位置Ｐ１から離れた位置であり、金属箔１１をコーティングロール２２に近接させず、金属箔１１の塗布面１１ａに活物質ペースト１２を転写させない離間位置Ｐ２に位置可能である。バッキングロール２５が離間位置Ｐ２に位置している状態における各ロール２２，２５の離間距離は、金属箔１１と活物質ペースト１２とが接触しない非接触距離となる。

バッキングロール２５は、該バッキングロール２５を回転、及び移動させる図示しないモータ等の駆動装置を有しており、軸心まわりで回転可能であるとともに、接触位置Ｐ１と離間位置Ｐ２との間を移動可能である。

そして、図１に示すように、製造装置１０には、バッキングロール２５の駆動装置に接続され、バッキングロール２５の位置や回転速度を制御可能な制御手段としての制御装置２８が設けられている。また、制御装置２８には、コーティングロール２２の駆動装置が接続されており、コーティングロール２２の回転及び停止を制御可能である。

ここで、制御装置２８は、図示しない中央処理装置（ＣＰＵ）や記憶装置（メモリ）を有する。制御装置２８の記憶装置には、各種の制御プログラムや各種のマップデータが記憶されているとともに、前記中央処理装置による処理結果（情報）が記憶される。また、制御装置２８の中央処理装置は、記憶装置に記憶された制御プログラムにしたがって各種の処理を実行し、製造装置１０の動作を制御する。

また、搬送方向Ｙ１における転写装置２０の下流側には、金属箔１１の塗布面１１ａに転写された活物質ペースト１２を乾燥させる乾燥炉３０が設けられている。乾燥炉３０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、金属箔１１に転写された活物質ペースト１２を加熱するとともに、活物質ペースト１２から蒸発した溶媒蒸気を乾燥炉３０内から除去するようになっている。

搬送方向Ｙ１における乾燥炉３０の下流側（出口側）には、金属箔１１を搬送方向Ｙ１へ搬送しながら、乾燥済みの活物質ペースト１２を一対のプレスロール３２ａにより加熱しながらロールプレス（圧縮）するプレス機構部３２が設けられている。プレス機構部３２により乾燥済みの活物質ペースト１２を圧縮することで、正極用、又は負極用の活物質層３５が完成される。また、搬送方向Ｙ１におけるプレス機構部３２の下流側には、金属箔１１を巻取る巻取ロール３６ａを有する巻取機構部３６を備える。

次に、製造装置１０を用いた電極の製造方法について、制御装置２８が活物質ペースト１２を金属箔１１に間欠的に塗布させるために実行する処理内容を中心にその作用とともに説明する。

図３に示すように、制御装置２８は、バッキングロール２５の駆動装置を制御して、第１期間Ｔ１（時点ｔ０〜ｔ１）にかけて、バッキングロール２５を離間位置Ｐ２に位置させるとともに、第１期間Ｔ１の経過後、第２期間Ｔ２（時点ｔ１〜ｔ２）にかけて、離間位置Ｐ２から接触位置Ｐ１へバッキングロール２５を移動させる。

次に、制御装置２８は、第３期間Ｔ３（時点ｔ２〜ｔ３）にかけてバッキングロール２５を接触位置Ｐ１に位置させるとともに、第３期間Ｔ３の経過後、第４期間Ｔ４（時点ｔ３〜ｔ４）にかけて、接触位置Ｐ１から離間位置Ｐ２へバッキングロール２５を移動させる。

以降、制御装置２８は、上記期間Ｔ１〜Ｔ４の制御を繰り返し実行し、バッキングロール２５を接触位置Ｐ１と離間位置Ｐ２との間で周期的に移動させる。これにより、金属箔１１の塗布面１１ａには、金属箔１１が活物質ペースト１２で覆われた矩形状の塗工部１２ａと、金属箔１１が活物質ペースト１２で覆われていない非塗工部１２ｂとが、金属箔１１の長手方向に沿って交互に形成される。なお、非塗工部１２ｂでは、金属箔１１が露出する。ここで、本実施形態の期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ４の合計期間は、金属箔１１の搬送速度と、金属箔１１に設ける非塗工部１２ｂの目標長さとから算出される。

また、制御装置２８は、バッキングロール２５を接触位置Ｐ１に位置させていない期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ４にかけて、コーティングロール２２の駆動装置を制御して、コーティングロール２２を停止させ回転させない。また、制御装置２８は、バッキングロール２５を接触位置Ｐ１に位置させている第３期間Ｔ３にかけて、コーティングロール２２の駆動装置を制御して、コーティングロール２２を回転方向Ｙ２に回転させる。

そして、制御装置２８は、第３期間Ｔ３にかけて、バッキングロール２５の駆動装置を制御して、金属箔１１の搬送速度を第１速度Ｖ１（本実施形態では０．４ｍ／ｍｉｎ）とする。その一方で、制御装置２８は、期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ４にかけて、バッキングロール２５の駆動装置を制御して、金属箔１１の搬送速度を前記第１速度Ｖ１よりも速い第２速度Ｖ２（本実施形態では１．２ｍ／ｍｉｎ）とする。

即ち、制御装置２８は、各ロール２２，２５の離間距離が非接触距離である場合、各ロール２２，２５の離間距離が接触距離である場合と比較して、金属箔１１の搬送速度を速くする。本実施形態では、第２速度Ｖ２を第１速度Ｖ１の２倍以上としている。

これにより、図４に示すように、接触部Ｐ３において、コーティングロール２２に付着されている活物質ペースト１２の端部１２ｃに盛り上がり部１２ｄが生じることを抑制できる。

即ち、各ロール２２，２５が離間されると共に、コーティングロール２２の回転が停止されている期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ４では、重力によって活物質ペースト１２が下方に流動するとともに、端部１２ｃに活物質ペースト１２が溜まって盛り上がり部１２ｄが生成される。このような盛り上がり部１２ｄが生成される場合には、金属箔１１に活物質ペースト１２を塗布するときの塗工始端において、端高が発生したり、塗工始端（縁部）が金属箔１１の長手方向に沿って延びる櫛歯状（ギザギザ）になったり易い。

しかしながら、本実施形態において、期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ４における金属箔１１の搬送速度は、第３期間Ｔ３における第１速度Ｖ１よりも速い第２速度Ｖ２に制御される。即ち、本実施形態では、期間Ｔ１〜Ｔ４において一定の搬送速度で金属箔１１を搬送する場合と比較して、期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ４の合計期間を短縮できる。このため、活物質ペースト１２の端部１２ｃに盛り上がり部１２ｄが生成されることを抑制できる。

また、活物質ペースト１２の粘度は、５０００ｍＰａ・ｓ以上１００００ｍＰａ・ｓ以下である。このため、本実施形態では、活物質ペースト１２の粘度が５０００ｍＰａ・ｓ未満である場合のように、接触部Ｐ３において、活物質ペースト１２の端部１２ｃに盛り上がり部１２ｄが生成され易くなることに伴って、活物質ペースト１２の塗工始端が櫛歯状になり易くなることを抑制できる。また、本実施形態では、活物質ペースト１２の粘度が１００００ｍＰａ・ｓを超える場合のように、活物質ペースト１２の塗工始端に端高が生じ易くなることを抑制できる。

したがって、本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ４における金属箔１１の搬送速度を、第３期間Ｔ３における第１速度Ｖ１よりも速い第２速度Ｖ２とすることで、活物質ペースト１２の端部１２ｃに盛り上がり部１２ｄが生成されることを抑制できる。したがって、活物質ペースト１２の塗工始端に端高が発生すること、及び塗工始端が櫛歯状になることを抑制できる。

（２）金属箔１１の搬送速度である第２速度Ｖ２を第１速度Ｖ１の２倍以上の速さとしている。このため、活物質ペースト１２と金属箔１１とを接触させる接触部Ｐ３において、活物質ペースト１２の端部１２ｃに盛り上がりが生じることをより抑制できる。

（３）活物質ペースト１２の粘度は、５０００ｍＰａ・ｓ以上１００００ｍＰａ・ｓ以下としている。このため、活物質ペースト１２の塗工始端に端高が発生すること、及び塗工始端が櫛歯状になることを、活物質ペースト１２の粘度を調整することでも抑制できる。

（４）金属箔１１の搬送速度は、各速度Ｖ１，Ｖ２に制御される。このため、金属箔１１の搬送速度を緩やかに変更する場合と比較して、金属箔１１に転写される活物質ペースト１２の厚さを均一にできる。

（５）期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ４の合計期間を短縮することにより、活物質ペースト１２を塗布する単位時間当たりの金属箔１１の長さ、即ち電極の生産量を増加させることができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 制御装置２８は、第３期間Ｔ３の直前、及び直後における金属箔１１の搬送速度を第１速度Ｖ１としてもよい。このように構成しても、期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ４の大半を第２速度Ｖ２で搬送できることから、活物質ペースト１２の塗工始端に端高が発生すること、及び塗工始端が櫛歯状になることを抑制できる。

○ 期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ４における搬送速度は、段階的に、又は連続的に変化させてもよい。但し、金属箔１１に転写される活物質ペースト１２の厚さを均一にする観点からは、上記実施形態のように構成することが好ましい。

○ 第２速度Ｖ２は、第１速度Ｖ１の２倍未満であってもよい。即ち、期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ４における搬送速度（第２速度Ｖ２）は、第１速度Ｖ１より速い速度であれば適宜変更してもよい。

○ 製造装置１０は、コーティングロール２２を移動させて、又は各ロール２２，２５の両方を移動させて各ロール２２，２３の離間距離を調整してもよい。
○ 製造装置１０は、乾燥炉３０、プレス機構部３２、及び巻取機構部３６を省略してもよい。

○ 製造装置１０は、金属箔１１の片方の面に活物質ペースト１２を転写する装置であってもよい。
○ ニッケル水素二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電装置に用いられる電極の製造装置であってもよい。

○ 車両以外に用いられる蓄電装置用の電極に具体化してもよい。

１０…製造装置、１１…金属箔、１２…活物質ペースト、２２…コーティングロール（第１ロール）、２５…バッキングロール（第２ロール）、２８…制御装置（制御手段）。

Claims (4)

1. 活物質を含む活物質ペーストが付着される第１ロールと、
   金属箔を搬送する第２ロールと、を有し、
   前記第２ロールが搬送する金属箔と、前記第１ロールに付着される活物質ペーストとを接触させ、前記金属箔に活物質ペーストを転写する電極の製造装置であって、
   前記第１ロールと前記第２ロールとの少なくとも一方を、前記第１ロールと前記第２ロールとの離間距離が、前記金属箔と前記活物質ペーストとが接触する接触距離と、前記金属箔と前記活物質ペーストとが接触しない非接触距離とになるように繰り返し移動させて、前記金属箔に前記活物質ペーストを間欠的に転写させる制御を可能な制御手段を有し、
   前記制御手段は、前記離間距離が前記非接触距離である場合、前記離間距離が前記接触距離である場合と比較して前記第２ロールによる金属箔の搬送速度を速くすることを特徴とする電極の製造装置。
2. 前記制御手段は、前記離間距離が前記非接触距離である場合、前記離間距離が前記接触距離である場合と比較して前記第２ロールによる金属箔の搬送速度を２倍以上の速さにする請求項１に記載の電極の製造装置。
3. 活物質を含む活物質ペーストを第１ロールに付着させるとともに、第２ロールで金属箔を搬送し、該第２ロールで搬送する金属箔と、前記第１ロールに付着させた活物質ペーストとを接触させ、前記金属箔に活物質ペーストを転写する電極の製造方法であって、
   前記第１ロールと前記第２ロールとの少なくとも一方を、前記第１ロールと前記第２ロールとの離間距離が、前記金属箔と前記活物質ペーストとが接触する接触距離と、前記金属箔と前記活物質ペーストとが接触しない非接触距離とになるように繰り返し移動させて、前記金属箔に前記活物質ペーストを間欠的に転写するとともに、前記離間距離が前記非接触距離である場合、前記離間距離が前記接触距離である場合と比較して前記第２ロールによる金属箔の搬送速度を速くすることを特徴とする電極の製造方法。
4. 前記活物質ペーストの粘度は、５０００ｍＰａ・ｓ以上１００００ｍＰａ・ｓ以下である請求項３に記載の電極の製造方法。