CN101167205B - 电极合剂浆料的涂布方法及涂布装置 - Google Patents

电极合剂浆料的涂布方法及涂布装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电极合剂浆料的涂布方法，其使由开孔金属薄板构成的带状的芯材(1)沿其长度方向行走并在其两面上涂布电极合剂浆料(5)；再用挤压辊(15a，15b)单面且交替地对涂布有电极合剂浆料(5)的芯材(1)的两面挤压1次以上；然后使涂布有电极合剂浆料(5)的芯材(1)通过用梳齿状突起部(17a或17a，17b)来控制芯材(1)的位置的一对刮落夹具(16a，16b)之间的间隙，以调整电极合剂浆料(5)的涂布厚度；由此即使将突出部(17a，17b)之间的间隔扩大到芯材(1)的焊接部位能够通过的程度，也能够高精度地调整涂布厚度，从而可以一边高精度地调整涂布厚度，一边对芯材进行焊接，同时连续地进行生产，即使在此情况下，也可以避免因焊接部位的咬入而引起的生产事故的发生。

Description

电极合剂浆料的涂布方法及涂布装置
技术领域
本发明涉及电极合剂浆料的涂布方法及涂布装置，特别涉及可以在由开孔金属薄板构成的芯材的两面以所需要的涂布厚度高精度地涂布电极合剂浆料、且能够避免生产事故发生的涂布方法及涂布装置。
背景技术
碱性蓄电池和锂离子二次电池等电池可以广泛地用作便携式设备和电动工具、或者电动汽车用的电源。其中，能量密度较高、且耐久性优良的镍氢蓄电池以电动汽车用电源为中心，其用途正在不断扩大。
一般地说，镍氢蓄电池的主要构成要素包括：在三维金属多孔体中填充氢氧化镍等而构成的正极、以及在由冲孔金属等开孔金属薄板构成的芯材上涂布由储氢合金等组成的电极合剂浆料而成的负极。其中，负极由于在其工艺方法上可以进行连续生产、而且可以采用高效率的工序进行制作，所以受到广泛关注。具体地说，将芯材浸渍于电极合剂浆料中，从而在其两面涂布电极合剂浆料，然后使涂布有电极合剂浆料的芯材通过一对刮落夹具间的间隙，同时使设置在一对刮落夹具上的多个突起部与芯材表面接触，对芯材进行位置控制而使其通过刮落夹具间的中心，由此对电极合剂浆料的涂布厚度进行调整(例如参照专利文献1)。
但是，作为电动汽车用电源，在使用上述电池的情况下，为确保较高的电压，每1台车必须串联装载100～200个电池单元。在这样制造大量的电极的情况下，例如在生产途中要焊接全长数百m的芯材，同时要延绵数千m地进行连续生产，由此需要设法减少电极合剂浆料的涂布厚度的调整次数。
但是，在上述专利文献1所述的涂布方法中，根据一对刮落夹具之间的间隙的大小来调整涂布厚度，同时为了使设置在刮落夹具上的突起部与芯材表面接触，以控制芯材的位置，在厚度为通常的2倍的焊接部位通过刮落夹具时，存在的问题是焊接部位咬入刮落夹具的突起部，导致涂布工序的停止。
另外，为解决这一问题，如果暂时将一对刮落夹具的突起部之间的距离扩大到芯材厚度的2倍以上，则芯材在行走中发生位移，从而不可能均匀地调整两面的涂布厚度。然而，对于上述的电动汽车用途的电池，由于要串联装载100～200个电池单元，所以当涂布厚度的精度降低时，则存在的问题是：以电池单元之间的容量偏差为开端，可以想见由低容量电池单元产生气体和发热等不良现象。
专利文献1：特开平9-134722号公报
发明内容
本发明鉴于上述以前的问题，目的在于提供一种电极合剂浆料的涂布方法及涂布装置，其可以一边高精度地调整涂布厚度，一边对芯材进行焊接，同时连续地进行生产，即使在此情况下，也可以避免因焊接部位的咬入而引起的生产事故的发生。
为实现上述的目的，本发明的电极合剂浆料的涂布方法包括：涂布工序，其使由开孔金属薄板构成的带状的芯材沿其长度方向行走并在其两面上涂布电极合剂浆料；均匀化工序，单面且交替地对涂布有电极合剂浆料的芯材的两面挤压1次以上；涂布厚度调整工序，其使涂布有电极合剂浆料的芯材通过一对刮落夹具之间的间隙，同时用设置在至少一方的刮落夹具上的梳齿状突起部来控制芯材位置，以调整电极合剂浆料的涂布厚度。
根据该构成，通过单面且交替地对涂布有电极合剂浆料的芯材的两面进行挤压，所涂布的电极合剂浆料经由芯材的孔而被挤出的动作得以反复进行，所以在挤出被涂布的电极合剂浆料中的气泡的同时，浆料性状也得以均匀化。据此，为了使芯材的焊接部位顺利地通过后续的一对刮落夹具之间的间隙，即使在将设置于一对刮落夹具上的梳齿状突起部的间隔设定为芯材厚度的2倍以上的情况下，通过梳齿状突起部进行的位置控制也在两侧均匀地发挥作用，由此可以高精度地进行芯材的位置控制。作为其结果，可以一边高精度地调整涂布厚度，一边对芯材进行焊接，同时连续地进行生产，即使在此情况下，也可以避免因焊接部位的咬入而引起的生产事故的发生。
另外，如果使芯材一方的表面与设置于一方的刮落夹具上的梳齿状突起部接触以控制芯材位置，则以高精度对芯材进行位置控制，同时使行走稳定性得以增加，所以能够更加高精度地调整涂布厚度。
另外，如果使最接近一对刮落夹具的挤压部件相对于一对刮落夹具之间的间隙沿芯材行走方向的中心线变位配置在设有梳齿状突起部的刮落夹具侧，则芯材可以切实地与设置于一方的刮落夹具上的梳齿状突起部接触而行走，因而可以稳定地、更高精度地调整涂布厚度。
另外，本发明的电极合剂浆料的涂布装置包括：对卷绕成卷材状的芯材进行开卷的开卷机部；浸渍芯材而在其两面上涂布电极合剂浆料的涂布部；调整电极合剂浆料的涂布厚度的涂布厚度调整部；干燥电极合剂浆料的干燥部；以及将涂布有电极合剂浆料并干燥的芯材卷绕为卷材状的卷绕机部。涂布厚度调整部包括：至少一对挤压部件，其交替挤压涂布有电极合剂浆料的芯材的两面；一对刮落夹具，其至少在一方具有控制芯材位置的梳齿状突起部，使涂布有电极合剂浆料的芯材通过两者之间的间隙。
根据该构成，如果将芯材卷材设置于开卷机部并开动涂布装置，则通过上述的涂布方法，可以一边在芯材的两面高精度地调整涂布厚度并涂布电极合剂浆料，一边焊接芯材卷材的芯材，同时进行连续生产，即使在此情况下，也可以避免因焊接部位的咬入而引起的生产事故的发生，可以在卷绕机部得到涂布有电极合剂浆料并干燥的芯材的卷材。
另外，如果与芯材一方的表面接触以控制芯材位置的梳齿状突起部被设置于一方的刮落夹具上，且最接近一对刮落夹具的挤压部件相对于一对刮落夹具之间的间隙沿芯材行走方向的中心线变位配置在设有梳齿状突起部的刮落夹具侧，则芯材可以切实地与设置于一方的刮落夹具上的梳齿状突起部接触而行走，因而可以稳定地、更高精度地调整涂布厚度。
另外，如果在开卷机部和涂布部之间，配置使芯材彼此之间接合的焊接部，则可以在涂布装置的工作中焊接芯材并进行连续生产，以致可以降低涂布厚度的调整次数，从而使生产效率得以提高。
附图说明
图1是示意表示本发明的电极合剂浆料的涂布装置的第1实施方案之构成的立体图。
图2是表示第1实施方案的涂布厚度调整部之构成的侧视图。
图3是第1实施方案的一个刮落夹具的局部立体图。
图4是表示本发明的第2实施方案的涂布厚度调整部之构成的侧视图。
图5是表示本发明的第3实施方案的涂布厚度调整部之构成的侧视图。
图6是表示比较例的涂布厚度调整部之构成的立体图。
具体实施方式
下面参照图1～图5，就本发明的电极合剂浆料的涂布方法及涂布装置的一实施方案进行说明。
(第1实施方案)
首先，参照图1～图3，就本发明的第1实施方案进行说明。
图1是表示本实施方案的涂布装置100的整体大致构成的立体图。涂布装置100具有保持卷绕由开孔金属薄板构成的带状芯材1所得到的芯材卷材2并使芯材1开卷的开卷机部3。芯材1从开卷机部3沿水平方向拉出，在导辊4上卷绕90°，并垂直向上方进行方向转换而行走，然后被引导到涂布部7。涂布部7的构成是：具有充满了电极合剂浆料5的浆料槽6，并使芯材1贯穿该浆料槽6中而行走。借助该涂布部7可以在芯材1的两面全面地涂布电极合剂浆料5。
涂布有电极合剂浆料5的芯材1就那样直接向垂直上方行走，并在通过涂布厚度调整部8的期间调整电极合剂浆料5的涂布厚度，从而制作出电极浆料涂布片10。电极浆料涂布片10在导辊9上卷绕90°，并沿水平方向进行方向转换而行走，然后被引导到干燥部11，对电极合剂浆料5进行干燥，便制作出电极片12，该电极片12用卷绕机部13卷绕，便制作出电极卷材14。
此外，在没有了芯材卷材2的芯材1时，向开卷机部3重新供给芯材卷材2，并焊接芯材1的两端之间，以便使其能够进行连续生产，为此，在开卷机部3和涂布部7之间，配置有焊接机构(未图示)。该焊接机构优选适用以铜为电极的缝焊方法。
涂布厚度调整部8正如图2所详细表示的那样，由1对或多对挤压辊15a、15b以及一对刮落夹具16a、16b构成，其中1对或多对的挤压辊15a、15b单面且交替地对涂布有电极合剂浆料5的芯材1的两面进行挤压；一对刮落夹具16a、16b使涂布有电极合剂浆料的芯材1通过两者之间的间隙，来调整电极合剂浆料5的涂布厚度。在一对刮落夹具16a、16b之中，在一方的刮落夹具16a上，通过接触芯材1的表面而行走以控制芯材1的位置的多个薄板状的突起部17a，如图3所示那样地突设为梳齿状。此外，在另一方的刮落夹具16b上，也可以设置梳齿状突起部，在此情况下，将使突起部的顶端间的距离达到芯材1的厚度的2倍以上。
另外，在本实施方案中，最接近刮落夹具16a、16b的挤压辊15b相对于一对刮落夹具16a，16b之间的间隙沿芯材行走方向的中心线18，变位配置在设有突起部17a的刮落夹具16a侧。另外，具有突起部17a的一方的刮落夹具16a以可动的方式构成，另一方的刮落夹具16b则固定设置，其构成是通过对一方的刮落夹具16a进行位置调整，来调整刮落夹具16a、16b之间的间隔，从而进行涂布厚度的调整。此外，也可以是以活动的方式构成两方得刮落夹具16a、16b而进行位置调整。
下面参照图2就该涂布厚度调整部8的作用进行说明。首先，用挤压辊15a从单侧对涂布有电极合剂浆料5的芯材1进行挤压，由此电极合剂浆料5通过芯材1的孔而被挤出到与挤压辊15a的相反侧。其次，用挤压辊15b从相反侧对芯材1进行挤压，由此电极合剂浆料5通过芯材1的孔而被挤出到与挤压辊15b的相反侧。这样将经由芯材1的孔而交替地挤出电极合剂浆料5的动作至少反复进行1次以上，藉此挤出涂布的电极合剂浆料中的气泡，同时使浆料性状得以均匀化。
接着，使涂布有电极合剂浆料5的芯材1通过一对刮落夹具16a、16b之间的间隙。这时，由于最接近刮落夹具16a、16b的挤压辊15b相对于间隙的中心线18，变位配设在具有突出部17a的刮落夹具16a侧，所以芯材1以切实地接触突起部17a的状态而行走，从而芯材1被稳定地进行位置控制而行走。
在该状态下，涂布有电极合剂浆料5的芯材1侵入一对刮落夹具16a、16b之间的间隙，由此用挤压辊15b挤出的电极合剂浆料5受到另一方的刮落夹具16b的挤压，通过进行了位置控制的芯材1的孔而挤向一方的刮落夹具16a侧，其后，用一对刮落夹具16a、16b最终将多余的电极合剂浆料5刮掉。这样一来，在芯材1受到高精度的位置控制的状态下，在其两面上涂布有浆料性状均匀化的所需厚度的电极合剂浆料5，从而形成涂布厚度得以高精度调整的电极浆料涂布片10。
另外，由于在一方的刮落夹具16a上设置的突起部17a和另一方的刮落夹具16b的顶端间的间隔为芯材1厚度的2倍以上，所以，即使焊接芯材1的两端彼此之间的焊接部位的厚度为芯材1厚度的2倍左右，其焊接部位也不会被一对刮落夹具16a、16b挂住，而是可以顺利地通过，从而不用担心会发生生产事故。
(第2实施方案)
下面参照图4就本发明的第2实施方案进行说明。此外，关于与第1实施方案相同的构成要素，标注同样的参照符号而省略其说明，这里仅就不同点进行说明。
上述第1实施方案所表示的实例是：使最接近一对刮落夹具16a、16b的挤压辊15b相对于刮落夹具16a、16b之间的间隙的中心线18，变位配设在一方的刮落夹具16a侧，但是，本实施方案将挤压辊15b大致配置在中心线18上。
即使在本实施方案的构成中，由于在另一方的刮落夹具16b的作用下，芯材1也与由挤压辊15b挤出的电极合剂浆料5一起，被挤向刮落夹具16a侧，所以芯材1与突起部17a接触而处于由突起部17a进行位置控制的状态。这样一来，在芯材1被高精度地进行位置控制的状态下，在其两面涂布上浆料性状得以均匀化的所需厚度的电极合剂浆料5，从而形成涂布厚度得以高精度调整的电极浆料涂布片10。另外，焊接芯材1的两端彼此之间的焊接部位的厚度即使为芯材1的厚度的2倍左右，其焊接部位也不会被一对刮落夹具6a、16b挂住，而是可以顺利地通过，从而不用担心会发生生产事故。此外，从使芯材1更切实地接触突起部17a的角度考虑，第1实施方案具有稳定性。
(第3的实施方案)
下面参照图5就本发明的第3实施方案进行说明。此外，关于与第1及第2实施方案相同的构成要素，标注同样的参照符号而省略其说明，这里仅就不同点进行说明。
本实施方案在上述第2实施方案的挤压辊15b和一对刮落夹具16a、16b的之间，配置了调整涂布厚度的多个挤压辊15c、15d，以便使电极合剂浆料5处于在芯材1的两面以大致均匀的厚度而被涂布的状态。另外，在一对刮落夹具16a、16b上，分别突设有控制芯材1的位置的多个梳齿状的突出部17a、17b。这些突起部17a、17b的顶端间的距离被调整为芯材1的厚度的2倍以上。
根据本实施方案的构成，用挤压辊15a、15b将经由芯材1的孔而交替地挤出电极合剂浆料5的动作至少反复进行1次以上，藉此挤出涂布的电极合剂浆料中的气泡，同时使浆料性状得以均匀化，其后采用挤压辊15c、15d将芯材1的两面的电极合剂浆料5设定为大致均匀的涂布厚度。然后在该状态下，通过侵入一对刮落夹具16a、16b之间的间隙，在均质的浆料介于突起部17a、17b的顶端和芯材1之间的微小间隙中的状态下，芯材1的位置控制通过突起部17a、17b而间接地形成，同时用一对刮落夹具16a、16b刮掉芯材1两面的多余的电极合剂浆料5。这样一来，在芯材1高精度地进行位置控制的状态下，在其两面涂布上浆料性状得以均匀化的所需厚度的电极合剂浆料5，从而形成高精度地调整了涂布厚度的电极浆料涂布片10。
另外，在一对的刮落夹具16a、16b的突起部17a、17b之间，因为形成了芯材1的厚度2倍以上的间隙，所以焊接芯材1的两端彼此之间的焊接部位的厚度即使为芯材1的厚度的2倍左右，其焊接部位也不会被突起部17a、17b挂住，而是可以顺利地通过，从而不用担心发生生产事故。
从以上实施方案的说明可知：本发明当然只要芯材为开孔金属薄板，就并不局限于负极，例如，可以适用于作为碱性蓄电池的烧结式镍正极的前体的烧结基板、或者使用板网金属作为开孔金属薄板的锂聚合物电池的正负极。
以下就本发明适用于镍氢蓄电池的负极(储氢合金电极)的实施例和比较例进行说明。
(实施例1)
在水中用湿式球磨机将以组成式MmNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3表示的储氢合金粉碎成平均粒径为30μm，便得到储氢合金粉末。将该储氢合金粉末浸渍于碱性水溶液中而进行表面处理后，相对于该储氢合金粉末100kg，添加固体成分比为1.5％的羧甲基纤维素水溶液10kg及科琴碳黑0.4kg进行混炼，进而添加固体成分比为40％的苯乙烯一丁二烯共聚物橡胶粒子的水溶液1.75kg并进行搅拌，由此便制作出电极合剂浆料。
在由厚度为60μm、宽度为300mm、冲孔直径为1mm、开口率为40％且实施了镀镍的铁制冲孔金属构成的芯材1(芯材卷材2的全长为200m)的两面，一边刮掉两侧缘各20mm的电极合剂浆料5，一边以5m/分的速度涂布该电极合剂浆料，使其宽度为260mm、涂布后的总厚度为260μm。具体地说，如图2所示，配置芯材1和各构成部分，突起部17a的突出量设定为100μm，突起部17a和刮落夹具16b的距离设定为160μm。在遍及1000m的范围进行涂布，中途进行了4次的芯材焊接。在进行涂布的期间，没有发生刮落夹具16a、16b咬入芯材1的事故。
从电极浆料涂布片10上每隔1m在1个部位，用直径40mm的打孔器打孔而截取试样。对于这些试样，求出每卷卷材(各200m/每卷卷材200个数据)正反两面的涂布厚度差的平均值，结果合计的5组数据从涂布开始依次为1、3、2、4、2μm。
(实施例2)
使挤压辊15b和芯材1的接触状态如图4所示，除此以外，其余与实施例1同样地涂布电极合剂浆料5。此外，在与实施例1同样地进行涂布的期间，没有发生在刮落夹具16a、16b咬入芯材1的事故
对于从电极浆料涂布片10上与实施例1同样截取的试样，求出每卷卷材的正反两面的涂布厚度差的平均值，结果合计的5组数据从涂布开始依次为6、3、5、6、4μm。
(实施例3)
如图5所示，配置芯材1和各构成部分，将突起部17a、17b的突出量均设定为70μm，将突起部17a、17b的顶端间的距离设定为120μm，除此以外，其余与实施例1同样地涂布电极合剂浆料5。此外，在与实施例1同样地进行涂布的期间，没有发生刮落夹具16a、16b咬入芯材1的事故。
对于从电极浆料涂布片10上与实施例1同样截取的试样，求出每卷卷材的正反两面的涂布厚度差的平均值，结果合计的5组数据从涂布开始依次为15、20、18、13、16μm。
(比较例1)
相对于实施例3，除去挤压辊15a～15d，如图6所示那样使芯材1行走，除此以外，其余与实施例1同样地涂布有电极合剂浆料5。此外，在与实施例1同样地进行涂布的期间，没有发生刮落夹具16a、16b咬入芯材1的事故。
对于从电极浆料涂布片10上与实施例1同样截取的试样，求出每卷卷材的正反两面的涂布厚度差的平均值，结果合计的5组数据从涂布开始依次为36、28、41、32、45μm。
(比较例2)
相对于比较例1，除将刮落夹具16a、16b的突起部17a、17b之间的距离设定为65μm以外，与比较例1同样地涂布了电极合剂浆料5。此外，当焊接了芯材1相互之间的部位最初通过刮落夹具16a、16b之间时，发生了芯材1咬入的事故，所以在那时中止了涂布。因此，对于从电极浆料涂布片10上与实施例1同样截取的试样，求出正反两面的涂布厚度差的平均值，结果第1卷卷材的数据为2μm。
从以上的说明可知，本发明的涂布方法也没有如比较例1那样使正反两面的涂布偏差增大，而且也可以避免如比较例2那样起因于芯材1的焊接部位的事故。其中还可知，如实施例1、2那样，使芯材1只与一方的刮落夹具16a的突起部17a接触，由此可以增加芯材1的行走稳定性，可以更高精度地调节涂布厚度。进一步还可知，如实施例1那样，使最接近刮落夹具16a、16b的挤压辊15b相对于一对刮落夹具16a、16b之间的间隙沿芯材行走方向的中心线18，变位配置在设有突起部17a的刮落夹具16a侧，由此使芯材1切实地与突起部17a接触而行走，故而可以得到更优选的结果。
根据本发明的电极合剂浆料的涂布方法，通过单面且交替地挤压涂布有电极合剂浆料的芯材的两面而使浆料性状得以均匀化，所以当通过一对刮落夹具之间的间隙以调整电极合剂浆料的涂布厚度时，即使在一对刮落夹具的芯材位置控制端的间隔被设定为芯材厚度的2倍以上的情况下，也可以高精度地进行芯材的位置控制。因此，可以一边高精度地调整涂布厚度，一边焊接芯材，同时进行连续生产，即使在此情况下，也可以避免因焊接部位的咬入而引起的生产事故的发生，因而可以大量且高精度地生产将电动汽车用途等方面的许多电池单元串联配置的蓄电池的电极，作为各种电池的电极制造技术，其利用可能性较高，可应用于锂离子电池、镍氢电池等各种电池的电极制造。

Claims (5)

1.一种电极合剂浆料的涂布方法，其包括：
涂布工序，其使由开孔金属薄板构成且含有厚度变为2倍的焊接部位的带状的芯材(1)沿其长度方向行走并在其两面上涂布电极合剂浆料(5)；
均匀化工序，采用挤压部件单面且交替地对涂布有电极合剂浆料的芯材的两面挤压1次以上；
涂布厚度调整工序，其使涂布有电极合剂浆料的芯材通过一对刮落夹具(16a，16b)的突起部(17a，17b)之间的间隙，同时使芯材一方的表面与设置在至少一方的刮落夹具上的梳齿状突起部(17a，17b)接触来控制芯材位置，以调整电极合剂浆料的涂布厚度；
其中所述一对刮落夹具(16a，16b)的突起部(17a，17b)之间的间隙大于等于所述芯材的焊接部位的厚度。
2.根据权利要求1所述的电极合剂浆料的涂布方法，其中，使芯材(1)一方的表面接触在一个刮落夹具(16a)所设置的梳齿状突起部(17a)，来控制芯材位置。
3.根据权利要求2所述的电极合剂浆料的涂布方法，其中，使最接近一对刮落夹具(16a，16b)的挤压部件(15b)相对于一对刮落夹具之间的间隙沿芯材行走方向的中心线(18)偏移配置在设有梳齿状突起部的刮落夹具侧。
4.一种电极合剂浆料的涂布装置，其包括：
对卷绕成卷材状的芯材(1)进行开卷的开卷机部(3)；
将芯材彼此之间进行接合而使其厚度变为2倍的焊接部；
浸渍芯材而在其两面上涂布电极合剂浆料(5)的涂布部(7)；
调整电极合剂浆料的涂布厚度的涂布厚度调整部(8)；
干燥电极合剂浆料的干燥部(11)；以及
将涂布有电极合剂浆料并干燥的芯材卷绕为卷材状的卷绕机部(13)；
所述涂布厚度调整部包括：至少一对挤压部件(15a，15b)，其交替挤压涂布有电极合剂浆料的芯材的两面；和一对刮落夹具(16a，16b)，其至少在一方具有通过接触芯材一方的表面而控制芯材位置的梳齿状突起部(17a，17b)，使涂布有电极合剂浆料的芯材通过两者之间的间隙；
其中所述一对刮落夹具(16a，16b)的突起部(17a，17b)之间的间隙大于等于所述芯材的焊接部位的厚度。
5.根据权利要求4所述的电极合剂浆料的涂布装置，其中，与芯材(1)一方的表面接触以控制芯材位置的梳齿状突起部(17a)被设置于一方的刮落夹具(16a)上，且最接近一对刮落夹具(16a，16b)的挤压部件(15b)相对于一对刮落夹具之间的间隙沿芯材行走方向的中心线(18)偏移配置在设有梳齿状突起部的刮落夹具侧。
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