CN104218259A - 辊压设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供即使因辊压而在材料宽度方向上产生材料长边方向的延伸量的差也不会使辊压后的材料产生破裂便能够将材料搬运至卷取装置的辊压设备。使在搬运辊压后的材料的过程中使用的全部导辊为因材料所产生的张力而弹性变形的弹性导辊。一部分的导辊也可以使用使材料在材料的宽度方向上延伸的导辊。另外，在辊压机主体的下游设有在材料的涂覆部之间的位置切断材料的切断机，使在辊压机主体与切断机之间使用的全部导辊为因材料所产生的张力而弹性变形的弹性导辊。
Description
技术领域
本发明涉及辊压设备，尤其涉及对电极材料等进行辊压的辊压设备。
背景技术
锂离子电池、电容器等的正极或负极的电极材料是在铝箔、铜箔等(金属箔集电体)带状基材的两面上涂覆电极活性物质而成的，另外，以提高活性物质的密度并使其厚度均匀的方式通过辊压设备进行辊压(压缩加工)。在进行这种辊压后，电极材料卷取成线圈状，卷取线圈作为电极材料制品出货或移送至下一步工序。
理想的辊压加工为，作为基材的箔不被辊轧地仅对活性物质进行压缩加工。但是实际上，当辊压设备进行压缩加工时，作为基材的箔被少许辊轧。另一方面，电极材料在作为基材的箔的宽度方向两侧部分上，为了确保焊接输入输出电力的极片(タブ)的部分而未涂覆活性物质。因此，成为辊压具有活性物质的涂覆部和未涂覆部的电极材料。若辊压这样的电极材料，则仅对涂覆部施加负载而使得仅涂覆部的箔受到辊轧(延伸)。此时，因为未涂覆部的箔不被辊轧(延伸)，所以涂覆部和未涂覆部在电极材料长度方向上产生长度差。若产生这种长度差，则成为电极材料上产生褶皱的主要原因。即、在存在箔因辊压而延伸的涂覆区域和箔不延伸的未涂覆区域的情况下，由于仅在未涂覆区域受到搬运张力而涂覆区域不受张力，因此由于两者的张力不平衡而在涂覆区域和未涂覆区域的边界附近产生褶皱。产生的褶皱在搬运、卷取的过程中，发展为更深的褶皱或断裂，存在不能搬运、卷取的可能性。
特别地，由涂覆部和未涂覆部的延伸差引起的褶皱，在辊压如下的电极材料的情况下，在涂覆部之间的未涂覆部中褶皱交叉而成为较深的褶皱或破裂，从而有无法搬运电极材料的问题，该电极材料为在作为基材的箔的宽度方向上交替地形成涂覆部和未涂覆部即、在材料的长边方向上条纹状地形成涂覆部的电极材料。
例如存在专利文献1～3所记载的作为消除成为褶皱、断裂的原因的电极材料的涂覆部和未涂覆部的延伸差的方法。
在专利文献1中提出了如下方法：防止在压制后的电极箔上产生形变而使压制速度提高，为此，在沿厚度方向压制电池用电极箔时，以使未涂覆部分压制的延伸量和涂覆部分压制的延伸量相同的方式对涂覆部分和未涂覆部分分别进行压制，所述电池用电极箔具有在长条的集电箔的长度方向上连续地涂覆电极活性物质的涂覆部分和在集电箔的长度方向上未涂覆电极活性物质的未涂覆部分。
在专利文献2中提出了如下方法：在电极箔的未涂覆部没有设置切口，为使压制后的涂覆部的长度和未涂覆部的长度大致相等，而在具有在长条的集电箔的长度方向上连续涂覆电极活性物质的涂覆部分和在集电箔的长度方向未连续地涂覆电极活性物质的未涂覆部分的电池用电极箔的压制方法中，在未涂覆部分转印凹凸的形状，在将未涂覆部分延伸后，将电池用电极箔在长度方向上连续地进行压制。
在专利文献3中，为了消除由生产线的运转和停止而引起的电极的矫正程度因位置而偏差的问题，提出了如下的电极制造装置：其具备轧制辊和被轧制辊按压后对未涂覆部选择性地按压的冲孔机，所述轧制辊按压包括涂覆有电极复层材料的涂覆部和未涂覆电极复层材料的未涂覆部的集电体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012‐69266号公报
专利文献2：日本特开2012‐79592号公报
专利文献3：日本特开2013‐30360号公报
发明内容
专利文献1～3所记载的方法，无论哪一种都是以辊或者打孔机等将电极材料直接夹住，部分地辊轧未涂覆部的方法。在这种情况下，辊或者打孔机等的间隙需要几μm的极微小的调整。即、延伸量的调整一般假定1～3％左右。例如锂电池的电极材料的箔的厚度最近为10～15μm左右，箔的厚度为10μm的情况下，并且使延伸量为1％时，则需要将未涂覆部从10μm辊轧至9.8μm。这难以通过例如上下辊的间隙调整来实现。
包括专利文献1～3在内的以往技术，采取减少延伸量的差的对策，但在辊压的材料的厚度较薄的情况下，消除延伸量的差的对策有困难，另外，与此相伴，有设备复杂化、高成本化的问题。
因此，本发明人等进行了各种研究的结果，在辊压的材料的厚度较薄的情况下，着眼于由材料长边方向的延伸量的差产生的大的课题，即、基于延伸量的差而产生的褶皱，在通过较多设置于辊压设备的导辊的过程中向上下被处理，而在导辊上褶皱向破裂进展，从而无法搬运材料，而考虑即使在材料宽度方向上产生材料长边方向的延伸量的差，也不使被辊压后的材料产生破裂，能够搬运至卷取装置即可。
即，本发明的目的在于提供如下辊压设备，即、在对具有电极活性物质的涂覆部和未涂覆部的电极材料等进行辊压的辊压设备中，即使因辊压而在材料宽度方向上产生材料长边方向的延伸量的差，也不会使辊压后的材料产生破裂而能够将材料搬运至卷取装置。
用于解决课题的方案
本发明的特征在于，使在搬运辊压后的材料的过程中使用的全部导辊为因材料所产生的张力而弹性变形的弹性导辊。
另外，其他的本发明的特征在于，对于在搬运辊压后的材料的过程中使用的导辊而言，将因材料所产生的张力而弹性变形的弹性导辊作为主要的导辊，使用使材料在材料的宽度方向上延伸的导辊作为剩余的导辊。
另外，其他的本发明的特征在于，被辊压的材料是在长条的基材的表面上沿该基材的长边方向延伸且在宽度方向上隔开间隔地具有形成有多个活性物质的涂覆部的电极材料，在辊压机主体的下游设置在材料的涂覆部之间的位置切断材料的切断机，在辊压机主体与切断机之间使用的全部导辊为因材料所产生的张力而弹性变形的弹性导辊。
发明的效果如下。
根据本发明，即使因辊压而在材料宽度方向上产生材料长边方向的延伸量的差，也能够不使辊压后的材料产生破裂便将材料搬运至卷取装置。
上述的以外的课题、结构以及效果通过以下的实施方式的说明变得清楚。附图说明
图1是表示本发明的第一实施例的电极材料用的辊压设备的整体概要的系统构成图。
图2是示意地表示本发明的一实施例的辊压设备中使用的弹性导辊的图。
图3(a)是示意地表示本发明的一实施例中被辊压前的电极材料的宽度方向截面的图。
图3(b)是示意地表示本发明的一实施例中被辊压前的电极材料的平面的一部分的图。
图4(a)是示意地表示本发明的一实施例中被辊压前的其他的电极材料(涂覆部为条纹状的电极材料)的宽度方向截面的图。
图4(b)是示意地表示本发明的一实施例中被辊压前的其他的电极材料(涂覆部为条纹状的电极材料)的平面的一部分的图。
图5是示意地表示不使用弹性导辊的情况下的导辊的材料的搬运状况的图。
图6是示意地表示本发明的一实施例的弹性导辊的材料的搬运状况的图。
图7是表示在宽度方向上隔开规定的间隔形成有多个涂覆部的材料的辊压后的一部分的俯视图。
图8是表示本发明的其他的实施例的电极材料用的辊压设备的整体概要的系统构成图。
图9是表示本发明的其他的实施例的电极材料用的辊压设备的整体概要的系统构成图。
图中：
2—辊压机主体，3—电极材料，30—电极材料基材，31—电极活性物质(涂覆区域/涂覆部)，33—未涂覆区域/未涂覆部，40、50—通常的导辊，60—切断机，70—弹性导辊，72—轴，71—海绵状的物质，100—放卷机，300—卷取机。具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施例进行说明。
图1表示本发明的一实施例的辊压设备的整体概要。在辊压机主体2的进入侧设有放卷机100，所述放卷机100装配有将锂离子二次电池电极材等的电极材料线圈状地卷绕而成的压制前线圈，在辊压机主体的输出侧设置有将辊压后的电极材料卷绕而成为压制后线圈的卷取机300。
辊压机主体2具备上压辊和下压辊，在上压辊与下压辊之间使电极材料3通过并进行压缩加工。虽然省略图示，但在辊压机主体2上具备：调整上下压辊之间的间隙或者压缩负载的压下装置；使上下压辊与卷取机300同步地能够控制旋转速度地对其进行驱动的驱动机构；以及修正辊的弯曲的弯度机构等。
另外，在辊压设备，且在放卷机100与辊压机主体2之间、以及辊压机主体与卷取机300之间设有用于控制针对电极材料的张力、且搬运电极材料的张力控制、搬运机构，在张力控制、搬运机构设有多个导辊。图1中，示意地表示了导辊，但实际上设有多个导辊(例如10～30根左右)。辊压机主体2的下游(压辊输出侧)的导辊使用弹性导辊70(详细后述)，辊压机主体2的上游(压辊进进入侧)的导辊使用通常的导辊。通常的导辊是指，例如母材为铁、铝等并在其表面镀以硬铬(HCr)的材料。其中，这些辊的材质并不限于上述材质。
另外，虽省略图示，但在辊压机主体的下游侧设有测量辊压后的电极材料的厚度的厚度测量系统，还设有基于厚度测量系统的测量值来控制压下装置、弯曲机构的控制装置。
电极材料3虽然以锂离子电池为一例进行例示，但只要是在带状基材的两面上涂覆电极活性物质即可，不管其种类，也可以是其他的电池或电容器等电极材料。如图3(a)、图3(b)所示，由金属箔集电体的基材(例如，铝箔、铜箔等)30和设置于基材30的两面的电极活性物质(涂覆区域/涂覆部)31构成。电极材料自身因为无论正极用、负极用均已知，所以省略说明。在带状基材30的流动方向两侧设置有未涂覆活性物质的未涂覆区域/未涂覆部33。
在图3(a)、图3(b)中，大致在整个宽度上设有活性物质，但如图4(a)、图4(b)所示，还使用在基材30的宽度方向上交替地形成涂覆部(电极活性物质)31和未涂覆部33、即条纹状地形成有涂覆部31的电极材料3。未涂覆部33的宽度例如为5～25mm左右。本发明在对条纹状地形成有涂覆部31的电极材料3进行辊压的情况下尤为有效。即，这是由于，在涂覆部之间的未涂覆部中褶皱交叉而成为较深的褶皱或破裂，从而无法搬运电极材料的可能性较大。
在将这样的具有涂覆部和未涂覆部的电极材料3由辊压机主体2进行辊压加工的情况下，在基材30的涂覆有电极活性物质的涂覆部(区域)31集中地施加压缩负载，基材30的涂覆部31的箔被少许辊轧，另一方面，基材30的未涂覆电极活性物质的未涂覆部33不被辊轧。即、涂覆部31比未涂覆部33在材料长边方向延伸。因此，使用通常的导辊(例如母材为铁、铝等且在其表面镀以硬铬(HCr)的材料)对材料沿长边方向施加张力的情况下，如图5所示，导辊50的表面与沿材料长边方向未延伸的未涂覆部32接触而对导辊50之间的未涂覆部32施加张力，但其间的涂覆部31被少许辊轧而沿材料长边方向延伸，比未涂覆部32长，因而涂覆部31不与导辊50的表面抵接，进而无法对涂覆部31给予张力。即、辊压后的电极材料3在辊压机主体2、卷取机300的线圈之间使用通常的导辊的情况下，仅对未涂覆部33施加搬运张力，由于在涂覆部31产生延伸，因而基本上不施加内部张力。因此，因两者的不平衡而容易产生褶皱。特别是在基材例如为10～15μm左右那样薄箔化的情况下，产生的褶皱在搬运过程中在导辊上发展成较深的褶皱或破裂，从而成为无法搬运的主要原因。
因此，本实施例中，将在辊压机主体2的下游、即压辊输出侧使用的全部导辊为弹性导辊70。作为弹性导辊70，优选使用海绵状(至少表面为海绵状)的导辊。作为海绵材质，例如可以使用聚氨酯(聚氨酯树脂、聚氨酯橡胶)、三元乙丙橡胶(EPDM)、以及氯丁橡胶(CR)。
图6表示使用弹性导辊作为导辊的情况下的材料的搬运状况。弹性导辊70还对涂覆部31给予张力，而使材料的弯曲、褶皱延伸，从而消除弯曲、褶皱。这样，材料在通过导辊的过程中不会有褶皱变深、并且产生破裂的情况。
本发明中，由于弹性导辊70的辊面与涂覆部31抵接，或由弹性导辊70对涂覆部31施加张力，所以当弹性导辊70与材料3接触时，由于施加于材料的张力，而具有辊面与涂覆部31抵接地发生变形的程度的弹性。即、由于弹性导辊70具有这种程度的弹性，所以如图6所示，与材料3的未涂覆部32接触的弹性导辊70的辊面变形，从而材料3的涂覆部31也与弹性导辊70的辊面抵接。若弹性导辊70过硬，则与材料3的未涂覆部32接触的弹性导辊70的辊面无法充分变形，而不会与涂覆部31抵接来对涂覆部31给予张力，也无法使弯曲延伸，因而优选柔软的弹性导辊70。作为弹性导辊，在使用海绵状的导辊的情况下，海绵硬度优选为ASKER-C10～40(日本橡胶协会标准规格SRIS0101)左右。
图2表示表面由海绵状的物质构成的弹性导辊70的构成例。如图2所示，绕轴72设有海绵状的物质71。
另外，作为弹性导辊70，也可以除海绵状的弹性导辊之外，使用以能够对涂覆部31给予张力的方式变形的柔软的橡胶辊。
此外，卷取机300中，由于涂覆部31比未涂覆部33具有厚度，所以在卷取机300上(卷绕于卷取机的线圈上)，与电极材料3的涂覆部31接触，对涂覆部31施加张力，从而卷取上的问题较少。
本实施例中，由于在辊压机主体2的下游配置的全部导辊使用弹性导辊70，所以在辊压后的电极材料3中，即使在涂覆部31与未涂覆部33之间产生延伸差，也能够对涂覆部31施加张力。由此，能够防止在未涂覆部所产生的褶皱的进展，从而容易地进行直至辊压后的卷取机300的电极材料3的导辊搬运。
特别是，关于纵条纹(多条)状地设有涂覆部的电极材料(多条涂覆材)以往由于在涂覆部之间的未涂覆部所产生的较深的褶皱、破裂而搬运困难，从而放弃多条涂覆材的辊压加工，进行单条涂覆材的辊压加工，但根据本实施例即使对多条涂覆材进行辊压加工，也不会使电极材料产生较深的褶皱、破裂，从而能够将其搬运至卷取机。因此，能够实现多条涂覆材的辊压加工，其结果，与将单条涂覆材多次压制的情况相比，能够减少压制工序，从而能够抑制设备数量。
另外，为了不产生褶皱、破裂，以往有将压缩负载抑制得较低(将压缩密度抑制为较低)的应对，该情况下，不得不进行将电池设计容量抑制得较低的电池设计。本实施例中，由于能够不产生褶皱、破裂地搬运材料，所以不需要将压缩负载抑制得较低(将压缩密度抑制为较低)的应对，其结果，能够以更高压缩密度的电极材来制作电池。
对本发明的其他的实施例进行说明。
上述实施例中，辊压机主体2的下游的全部导辊使用弹性导辊70。但是，在通过多个导辊的情况下，若是仅使用弹性导辊的装置结构，则有材料偏向一方，或变得曲折的情况。因此，本实施例中，作为辊压机主体2的下游的导辊，作为主要的导辊使用弹性导辊，但一部分的导辊使用使材料在宽度方向上延伸的辊(凸出或者凹下冕状辊、扩张辊等)。并用这样的导辊，从而能够抑制褶皱的进展，另外，在搬运过程中能够抑制材料的偏置。
作为使褶皱在宽度方向上延伸的导辊，在与材料之间存在滑动的情况下，优选凸出冕状辊，在与材料之间没有滑动的情况下，优选扩张辊或者凹下冕状辊。另外，为了利用这些导辊来抑制产生褶皱，材料相对于这些导辊的抱住角优选为较小。例如，优选为45°以下。
本实施例中也能够起到与上述的实施例相同的效果。
使用图7～9对本发明的其他的实施例进行说明。
本实施例是在对条纹(多条)状地形成有涂覆部31的电极材料3进行辊压的情况有效的实施例。
本实施例中，在辊压机主体的下游，且在材料的涂覆部之间的位置设有切断材料的切断机60，将在辊压机主体2与切断机60之间使用的全部导辊采用因材料所产生的张力而弹性变形的弹性导辊。
本实施例的辊压设备与上述的实施例相同，具备放卷机100、辊压机主体2以及卷取机300。另外，在放卷机100与辊压机主体2之间设有针对电极材料3的张力控制、搬运机构400，在辊压机主体2与卷取机300之间也设有张力控制、搬运机构500。这些张力控制、搬运机构400、500分别具备多个导辊40、50(例如5～15个左右)。导辊40、50例如为φ100mm～300mm。这些导辊40、50使用母材为铁、铝等且在其表面镀以硬铬(HCr)的通常的导辊。其中，这些辊的材质并不限定于上述材质。
本实施例中，在辊压机主体2的下游设有切断机60。而且，至切断机60的导辊采用弹性导辊70。
切断机60在电极材料3的各涂覆部31之间的各未涂覆部33的中心位置(例如图7的S2、S4的延长线上)具有沿长边方向切断电极材料3的多个切断刀刃。并且，本实施例中，在电极材料3的涂覆部的中心位置(例如图7的S1、S3、S5的延长线上)具有沿长边方向切断电极材料3的多个切断刀刃。切断机具有各种类型，切断机自身是公知的，从而省略机构的详细说明。此外，切断机60具有根据切断间隔调整多个切断刀刃间隔的机构(省略图示)。另外，需要将切断机的宽度方向位置与材料的曲折相符地在宽度方向进行调整的机构，但由于由公知的技术形成，所以省略机构的详细说明。
本实施例中，截断电极材料3的结果得到的多个电极片由一个卷取机300卷绕。
辊压后，由弹性导辊70将材料搬运至切断机60，由切断机60截断后的材料使用通常的导辊50进行搬运。
在切断机60前设置导辊是因为如下理由，即、为了进行切断机60的最优的切断，需要调整材料3的进入角度。因此，通过直至切断机60使用弹性导辊70，来在切断机60之前以防止褶皱的进展的方式进行搬运，并且，能够使材料以最优于切断的角度进入。而且，在由切断机60截断后，即使使用通常的导辊，也能够抑制在搬运中成为问题的褶皱的进展。
此外，被辊压后的电极材料最终在各涂覆部之间(未涂覆部)的宽度方向中心位置(例如图7的S2与S4的延长线上)和各涂覆部的宽度方向中心位置(例如图7的S1、S3以及S5的延长线上)被切断，但其中，后者的切断(S1、S3以及S5的延长线上的切断)在切断机60中不需要与前者的切断同时进行，也可以在之后的工序中另外实施。
图9中，在图8所示的实施例中，为了不用共用的卷取机，而按照每个电极片地卷取由切断机60截断的作为结果的电极片，或者为了将邻接的各条卷取在不同的卷取轴来扩大完成的卷取线圈间隔，而具备与电极片数量对应的或者两个卷取机300a、300b，其他的结构与图8所示的实施例相同。
此外，本发明不限于上述实施例，包括各种变形例。例如，上述的实施例是为了容易理解本发明而详细地进行了说明，不一定限于具备说明的全部结构。另外，能够将某实施例的结构的一部分置换为其他的实施例的结构，另外，也能够在实施例的结构上增加其他的实施例的结构。另外，对于各实施例的构成的一部分而言，能够进行其他的结构的追加、削除、置换。例如，也可以并用以往技术的涂覆部的延伸。
Claims (4)
1.一种辊压设备，其对电极材料进行辊压，该电极材料在长条的基材的表面上沿该基材的长边方向延伸且在宽度方向上隔开间隔地具有形成有多个电极活性物质的涂覆部和未涂覆上述电极活性物质的未涂覆部，
上述辊压设备的特征在于，具备：
辊压机主体，其对上述电极材料进行辊压；
放卷机，其设置于上述辊压机主体的进入侧，并安装将上述电极材料卷绕成线圈状而成的压制前线圈；以及
卷取机，其设置于上述辊压机主体的输出侧，卷绕辊压后的上述电极材料使之成为压制后线圈，
使全部导辊为因上述材料所产生的张力而弹性变形的弹性导辊，上述全部导辊在上述辊压机主体中将辊压后的上述电极材料搬运至上述卷取机的过程中使用。
2.一种辊压设备，其对电极材料进行辊压，该电极材料在长条的基材的表面上沿该基材的长边方向延伸且在宽度方向上隔开间隔地具有形成有多个电极活性物质的涂覆部和未涂覆上述电极活性物质的未涂覆部，
上述辊压设备的特征在于，具备：
辊压机主体，其对上述电极材料进行辊压；
放卷机，其设置于上述辊压机主体的进入侧，并安装将上述电极材料卷绕成线圈状而成的压制前线圈；以及
卷取机，其设置于上述辊压机主体的输出侧，卷绕辊压后的上述电极材料使之成为压制后线圈，
对于上述辊压机主体中将辊压后的上述电极材料搬运至上述卷取机的过程中使用的导辊而言，将因上述电极材料所产生的张力而弹性变形的弹性导辊作为主要的导辊，使用使材料在上述电极材料的宽度方向上延伸的导辊作为剩余的导辊。
3.一种辊压设备，其对电极材料进行辊压，该电极材料在长条的基材的表面上沿该基材的长边方向延伸且在宽度方向上隔开间隔地具有形成有多个电极活性物质的涂覆部和未涂覆上述电极活性物质的未涂覆部，
上述辊压设备的特征在于，具备：
辊压机主体，其对上述电极材料进行辊压；
放卷机，其设置于上述辊压机主体的进入侧，并安装将上述电极材料卷绕成线圈状而成的压制前线圈；
卷取机，其设置于上述辊压机主体的输出侧，卷绕辊压后的上述电极材料使之成为压制后线圈；以及
切断机，其设置于上述辊压机主体的下游，并在上述电极材料的上述涂覆部之间的位置切断上述电极材料，
使在上述辊压机主体与上述切断机之间使用的全部导辊为因上述电极材料所产生的张力而弹性变形的弹性导辊。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的辊压设备，其特征在于，
上述弹性导辊是至少表面由海绵状的物质构成的导辊。
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