CN102884657B - 涂敷装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种涂敷装置，其特征为具有：涂敷部，其用于涂敷使电极材料与溶剂混匀而成的泥浆状的电极混匀物；泵，其用于向涂敷部加压输送电极混匀物；升温部，其用于使涂敷前的电极混匀物的温度升高至该电极混匀物的储能模量大致恒定的规定温度区域。由此，能够从涂敷开始就立刻进行稳定的涂敷。

Description

涂敷装置

技术领域

本发明涉及一种涂敷装置。

背景技术

作为涂敷装置，在日本JP2007-66744A中记载有通过调整涂敷涂料时的压力，从而抑制涂敷量的变动而进行稳定的涂敷的涂敷装置。

但是，在上述以往的涂敷装置中，将使电极材料与溶剂混匀的泥浆状的电极混匀物涂敷于集电体的情况下，电极混匀物自泵等涂敷装置构成零件吸收热量。由此，从涂敷开始到经过一定的时间电极混匀物的温度变化、性状不稳定，涂敷量变化而无法进行稳定的涂敷。因此，存在从涂敷开始至涂敷量恒定需要时间这样的问题。

发明内容

本发明是着眼于该问题而做成的，其目的为缩短从涂敷开始至涂敷量恒定的时间。

为了达成上述目的，本发明的特征为，具有：涂敷部，其用于涂敷使电极材料与溶剂混匀的泥浆状的电极混匀物；泵，其用于向涂敷部加压输送上述电极混匀物；升温部，其用于使涂敷前的电极混匀物的温度升高至该电极混匀物的储能模量成为大致恒定的规定温度区域。

关于本发明的实施方式、本发明的优点，以下参照附图进行详细说明。

附图说明

图1是锂离子二次电池的概略图。

图2是电极制造装置的概略结构图。

图3是将表1中所示的各温度的正极混匀物的储能模量和负极混匀物的储能模量分别用曲线表示的图。

具体实施方式

下面，参照附图等说明本发明的实施方式。

图1是锂离子二次电池1的概略图。图1的（A）是锂离子二次电池1的立体图，图1的（B）是图1的（A）的B—B剖视图。

如图1的（A）和图1的（B）所示，锂离子二次电池1具有蓄电元件2和用于收纳蓄电元件2的外壳3。

蓄电元件2构成为依次层叠正极4、作为电介质层的分隔层5和负极6而得到的层叠体。正极4在板状的正极集电体4a的两面具有正极层4b，负极6在板状的负极集电体6a的两面具有负极层6b。另外，关于配置于蓄电元件2的最外层的正极4，只在正极集电体4a的单面形成正极层4b。

相邻接的正极4、分隔层5和负极6构成一个单位电池7，锂离子二次电池由相层叠的多个单位电池7彼此并联电连接而构成。

外壳3由用聚丙烯膜等绝缘体覆盖铝等金属而成的高分子—金属复合层叠膜的片材构成。外壳3在收纳有蓄电元件2的状态下，通过热熔接而将壳体外周部接合起来。为了将源自蓄电元件2的电力供给到外部，在该外壳3上设置了作为外部端子的正极片8和负极片9。

正极片8的一端位于外壳3的外侧，正极片8的另一端在外壳3的内部与各正极集电体4a的集合部相连接。负极片9的一端位于外壳3的外侧，负极片9的另一端在外壳3的内部与各负极集电体6a的集合部相连接。

接着，对电极（正极4或者负极6）的一般的制造方法进行简单说明。

通常，将使电极材料与溶剂混匀而成的泥浆状的电极混匀物涂敷于集电体（正极集电体4a或者负极集电体6a）的涂敷工序之后，经由使电极混匀物中的溶剂挥发而形成固体成分为100％的电极层（正极层4b或者负极层6b）的干燥工程等而制造出电极。

在此，为了提高锂离子二次电池1的生产效率，缩短上述各工序所需时间是有效的。因此，在本实施方式中，抑制涂敷工序中的电极混匀物的温度变化而迅速地使涂敷量稳定，从而，缩短涂敷工序所需时间。下面说明本实施方式的电极制造装置100。

图2是本实施方式的制造锂离子二次电池1的电极时使用的电极制造装置100的概略结构图。

电极制造装置100具有输送装置10、混匀装置20、涂敷装置30、干燥装置40和控制器50。

电极制造装置100是利用涂敷装置30将由混匀装置20混匀的电极混匀物21涂敷于利用输送装置10输送的金属箔14的表面、利用干燥装置40使电极混匀物21干燥而制造电极的装置。根据需要也可以在干燥后利用加压装置等对电极加压来调整电极的厚度等。

下面，对构成电极制造装置100的各装置进行详细说明。

输送装置10具有放出辊11、卷取辊12和支承辊13。输送装置10通过卷对卷（rolltoroll）的方式将用于形成正极集电体4a或者负极集电体6a的薄膜状的金属箔（厚度10μｍ～40μｍ）14自放出辊11开始向卷取辊12输送。

在本实施方式中，虽然在制造正极4的情况下使用铝箔作为用于形成正极集电体4a的金属箔14，制造负极6的情况下使用铜箔作为用于形成负极集电体6a的金属箔14，但是并不限定于此。

金属箔14卷绕于放出辊11。放出辊11具有制动机构15，通过该制动机构15适当限制放出辊11的旋转，并对金属箔14施加规定的张力。

通过驱动电机16驱动卷取辊12而使卷取辊12旋转，卷取辊12用于卷取自放出辊11放出的金属箔14。

在放出辊11和卷取辊12之间的金属箔输送路径中设置有多个支承辊13，支承辊13用于保持输送中的金属箔14的下表面。

混匀装置20是双轴混匀机，是制造使电极材料均匀地分散到溶剂中的泥浆状的电极混匀物21的装置。混匀装置20并不限于双轴混匀机，也可以使用例如行星轮式搅拌机和捏合机。

电极混匀物21包括制造正极4时制造的正极混匀物、制造负极6时制造的负极混匀物。

制造正极混匀物时，向混匀装置20中投入作为电极材料的正极活性物质、导电助剂和粘合剂（粘接剂），使这些物质在溶剂中均匀分散。制造负极混匀物时，向混匀装置20中投入作为电极材料的负极活性物质、导电助剂和粘合剂，使这些物质在溶剂中均匀分散。

正极活性物质为锂金属氧化物等用于吸收·放出锂离子的物质。本实施方式中，使用锰酸锂作为正极活性物质。

负极活性物质为硬碳、石墨等用于放出·吸收锂离子的物质。本实施方式中，使用硬碳作为负极活性物质。

导电助剂为碳材料（碳粉末、碳纤维）等用于提高导电性的物质。作为碳粉末，能够使用乙炔炭黑、炉法炭黑和科琴黑等各种炭黑、石墨粉末。本实施方式中，制造正极混匀物时和制造负极混匀物时都使用炭黑作为导电助剂。

粘合剂为活性物质微粒彼此相结合的物质。在本实施方式中，虽然制造正极混匀物时和制造负极混匀物时都使用聚偏氟乙烯（PVDF）作为粘合剂，但是并不限定于此。

溶剂是用于溶解电极材料的液体。在本实施方式中，虽然制造正极混匀物时和制造负极混匀物时都使用N-甲基吡咯烷酮（NMP）作为溶剂，但是并不限定于此。

涂敷装置30是用于将由混匀装置20制造的电极混匀物21涂敷于金属箔14的表面的装置，其具有供给配管31、供给泵32、缝模（スリツトダイ）33、回收配管34、回收阀35、热水循环配管36、热水容器37和热电偶38。

供给配管31是其一端与混匀装置20的下方相连接、另一端与缝模33相连接的配管。

供给泵32设置于供给配管31，其用于经由供给配管31将由混匀装置20制造的电极混匀物21送入缝模33。

缝模33将自供给泵送来的电极混匀物21从形成于缝模33的顶端部的狭缝331挤出并涂敷于输送中的金属箔14的表面。缝模33以在金属箔14的输送方向上隔有规定的间隔的方式沿与金属箔14的输送方向垂直的方向挤出电极混匀物21并将其涂敷。

回收配管34是其一端与供给配管31的位于供给泵32和缝模33之间的部分相连接、另一端与混匀装置20的上部相连接的配管。

回收阀35设置于供给配管31和回收配管34之间的连接部。打开回收阀35时，自供给泵32加压输送来的电极混匀物21经由回收配管34返回至混匀装置20中。另一方面，回收阀35关闭时，自供给泵32加压输送来的电极混匀物21经由供给配管31供给至缝模33。

热水循环配管36为以覆盖供给配管31的从供给泵32到缝模33之间的部分的外周的方式形成的配管，热水循环配管36的两端与热水容器37相连接而实现热水循环。这样，从供给泵32到缝模33之间成为两重配管，通过在热水循环配管中循环的热水，将在供给配管31的从供给泵32到缝模33之间的部分中流动的电极混匀物21的温度保持在电极混匀物21的模量的程度（以下称为“储能模量（G’））稳定的规定温度。

热水容器37用于贮藏在热水循环配管36中循环的水。热水容器中设置有升温器371。升温器371使贮藏的水的温度上升至设定的温度而成为热水。

热电偶38用于检测在回收配管34中流动的电极混匀物21的温度。

干燥装置40例如为热风干燥炉，设置于金属箔的输送路径。干燥装置40将装置内的温度保持为规定温度，并且向电极混匀物21吹热风，使电极混匀物21中的溶剂挥发而形成固体成分为100％的电极层。

控制器50由具有中央处理器（CPU）、只读存储器（ROM）、随机存储器（RAM）和输入输出接口（I/O接口）的微型电子计算机构成。由热电偶38检测的电极混匀物21的温度输入到控制器50中。控制器50根据输入的电极混匀物21的温度开闭回收阀35。具体而言，打开回收阀35直至电极混匀物21的温度达到电极混匀物21的储能模量稳定的规定温度，达到规定温度后关闭回收阀35。

在此，参照表1和图3说明通过在热水循环配管中循环的热水将在供给配管31的从供给泵32到缝模33之间的部分中流动的电极混匀物21的温度保持在电极混匀物21的储能模量稳定的规定温度的原因。

另外，在本实施方式中，“电极混匀物21的储能模量稳定”是指使电极混匀物21的温度上升1℃时、电极混匀物21的储能模量的变化率在5％以内。储能模量的变化率以下记式子进行定义。

式子1

表1是表示温度每上升约2℃时的各温度下的正极混匀物的储能模量和负极混匀物的储能模量及此时的正极混匀物的储能模量的变化率和负极混匀物的储能模量的变化率的表。

表1

图3是将表1中所示的各温度下的正极混匀物的储能模量和负极混匀物的储能模量分别用曲线表示的图。

如表1和图3所示，各温度下的电极混匀物21的储能模量在正极混匀物与负极混匀物的情况下分别显示为不同的值，正极混匀物与负极混匀物这两者都在常规设定的作为室温的20℃～29℃的温度区域内储能模量变化率大，储能模量不稳定。

电极混匀物21（正极混匀物和负极混匀物）在活性物质、导电助剂和粘合剂均匀分布的状态下稳定。这时，在室温附近时，电极混匀物在粘合剂分子附着于活性物质微粒和导电助剂微粒的表面的状态（胶质状态）下处于稳定。但是，使温度自室温附近上升时，伴随温度的上升粘合剂分子从活性物质微粒和导电助剂微粒的表面脱离，活性物质微粒和导电助剂微粒之间的相互作用、即排斥力增大。由此，电极混匀物21的储能模量增大。

并且，正极混匀物的情况下，大致从35℃至65℃之间的温度区域内储能模量大致为恒定值，储能模量达到稳定的状态。超过65℃时，储能模量再次上升，变化率变大，储能模量变得不稳定。这是由于在正极混匀物的情况下超过65℃时粘合剂分子进行交联反应而促进正极混匀物的凝胶化。

另一方面，负极混匀物的情况下，大致从35℃至70℃之间的温度区域内储能模量大致为恒定值，储能模量达到稳定的状态。

这样，可以认为储能模量表示电极混匀物21的内部的活性物质微粒和导电助剂微粒之间的位阻所引起的排斥力，在将电极混匀物21涂敷于集电体的过程中，电极混匀物21的储能模量上升时，即使以恒定的压力将电极混匀物21挤出，挤出量会产生变化，导致涂敷量变得不稳定。

由此，在室温附近进行电极混匀物21的涂敷的情况下，由于供给泵32等使电极混匀物21的温度上升数℃左右，储能模量也会发生较大变化，因此，为了使涂敷量在电极混匀物21的涂敷开始后稳定，必须进行细微的调整，到进行稳定的涂敷为止需要时间。

因此，在本实施方式中，将电极混匀物21的温度保持在电极混匀物21的储能模量稳定的规定温度（正极混匀物的情况下为35℃至65℃、负极混匀物的情况下为35℃至70℃），并且将电极混匀物21涂敷于集电体。另外，在将负极混匀物涂敷于集电体的情况下，将规定温度的上限设定为70℃是因为若使温度高于70℃，则在缝模33的喷出口处，负极混匀物容易发生干燥·固化，而使负极混匀物的厚度等均匀地进行涂敷变得困难。

接着，说明本实施方式的电极制造装置的作用。

首先，由混匀装置20混匀的电极混匀物21在回收阀35打开的状态下被供给泵32加压输送。由此，可将电极混匀物21填充至供给配管31的从供给泵32至回收阀35之间的部分中。

接着，使热水容器内的水的温度上升至能够使电极混匀物21的温度上升至储能模量稳定的规定温度的温度，使之成为热水，之后，使该热水在热水循环配管36中流动并循环。由此，将填充于供给配管31的从供给泵32至回收阀35之间的部分中的电极混匀物21的温度调节至使电极混匀物21的储能模量稳定的规定温度。

并且，通过设置于回收配管34的热电偶38检测电极混匀物21的温度，在电极混匀物21的温度达到电极混匀物21的储能模量稳定的规定温度后，关闭回收阀35，将电极混匀物21向缝模33供给，将电极混匀物21从缝模33中挤出，将该电极混匀物21涂敷于金属箔14。

这样，根据以上说明的本实施方式，将电极混匀物21的温度调节至使电极混匀物21的储能模量稳定的规定温度之后再将其涂敷于金属箔14，因此，电极混匀物21不会受由于自供给泵32等涂敷装置构成零件吸收热量而导致的温度变化的影响。所以，能够降低由于温度变化而导致的电极混匀物21的性状的偏差，能够从电极混匀物21的涂敷开始时就进行稳定的涂敷。结果，也不需要在涂敷开始后进行用于使涂敷量稳定的细微调整等，因此能够缩短使涂敷量稳定的调整时间。由此，能够缩短涂敷工序所需时间，所以能够提高锂离子二次电池1的生产效率。

此外，由于将用于涂敷的电极混匀物21的温度事先升高至比室温高的规定温度，所以在涂敷工序后的干燥工序中，能够缩短干燥炉的长度，并且还能够缩短干燥时间。由此，能够进一步提高锂离子二次电池1的生产效率。为了有效地得到这样的效果，优选将规定温度设定在60℃±5℃的范围内。

以上，通过特定的实施方式说明了本发明，但是本发明并不限于上述实施方式。对于本领域技术人员而言，在本发明的保护范围内能够对上述实施方式进行各种修正或者变更。

例如，并不限于在上述实施方式中所例示的电极混匀物21，只要是具有粘弹性的泥浆状的混匀物，均可以使用本实施方式的涂敷装置进行稳定的涂敷。作为具有粘弹性的泥浆状的混匀物可以列举使用水作为溶剂、向丁苯橡胶（SBR）中添加作为增粘材料的醋酸甲基纤维素（CMC）而得的物质作为粘合剂的水系物质。

另外，在上述实施方式中，使热水循环而将电极混匀物21的温度保持在规定温度，但也可以在供给配管31的内部设置带状电热器等发热体而将电极混匀物21的温度保持在规定温度。但是从安全性和设备保养性的观点来看，更优选如上述实施方式那样使热水循环的方法。

关于以上的说明，这里通过引用而编入以2010年5月18日为申请日的日本的特愿2010-114297号的内容。

Claims (4)

1.一种涂敷装置，其特征在于，

该涂敷装置具有涂敷部、泵、升温部以及配管；

上述涂敷部用于涂敷使电极材料与溶剂混匀而成的泥浆状的电极混匀物，上述涂敷部具有缝模；

上述泵用于向上述涂敷部加压输送上述电极混匀物；

上述升温部用于使涂敷前的上述电极混匀物的温度升高至该电极混匀物的储能模量稳定的规定温度区域；

上述配管将上述涂敷部和上述泵连接起来；

上述升温部为以在上述涂敷部与上述泵之间的配管经路的大致整个长度范围内都覆盖上述配管的外周的方式形成的供热水循环的配管，从而即使上述电极混匀物受到来自上述泵的热量的影响，从上述涂敷部进行涂敷的上述电极混匀物的温度也不会变化。

2.根据权利要求1所述的涂敷装置，其中，

上述规定温度区域为使上述电极混匀物的温度上升1℃时上述电极混匀物的储能模量的变化率在5％之内的温度区域。

3.根据权利要求1所述的涂敷装置，其中，

上述电极混匀物为正极混匀物时，上述规定温度区域为35℃至65℃的区域。

4.根据权利要求1所述的涂敷装置，其中，

上述电极混匀物为负极混匀物时，上述规定温度区域为35℃至70℃的区域。