CN108140804A - 蓄电装置用电极板的制造方法以及涂敷装置 - Google Patents
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Abstract
本公开的目的在于，提供一种在高容量化和生产性提高的基础上还能够抑制合剂层的厚度偏差的蓄电装置用电极板的制造方法以及涂敷装置。本公开的一个方式如下。通过向在带状的正极集电体(15)上沿着其长度方向X延伸的多个喷吐区域(50、51、52)，从分别对应的喷吐喷嘴(11a、11b、12a)喷吐正极合剂浆料，从而在正极集电体15上形成正极合剂层。设定喷吐区域(50、51、52)的位置，以使得形成从长度方向X观察而喷吐区域(50、51、52)各自的一部分与分别相邻的喷吐区域(50、51、52)的一部分重叠的重叠部(60a、60b)。通过向喷吐区域(50、51、52)的至少一个喷吐区域间歇地喷吐正极合剂浆料，从而设置未涂敷部(40)。
Description
技术领域
本公开涉及蓄电装置用电极板的制造方法以及涂敷装置。
背景技术
近年来，随着电子设备的可携带化、无绳化迅速进展，对使作为电子设备的驱动用电源而使用的二次电池高容量化的迫切期望正在提高。在这样的背景下，在专利文献1的非水电解质二次电池中，通过将正极合剂浆料涂敷在带状的正极集电体上来形成正极合剂层。然后，通过将正极合剂层的一部分剥离，来形成正极合剂层不存在的未涂敷部。在该未涂敷部焊接正极导线。通过使未涂敷部的宽度比正极板宽度短，将未涂敷部仅形成于宽度方向的一部分区域来增大正极合剂层的存在区域，实现高容量化。
上述专利文献1记载的技术必须要正极合剂层的一部分的剥离。但是，由于剥离导致生产性恶化，并且被剥离的正极合剂层中包含的材料的材料费成为浪费。与此相对地，专利文献2提出一种高容量化并且能够提高生产性的技术。专利文献2中公开的涂敷装置具备多个喷嘴。多个喷嘴的喷吐口被配设为从正极集电体的长度方向观察不相互重叠。
各喷嘴向沿着长度方向分割正极集电体的各分割区域喷吐正极合剂浆料。通过适当地执行从各喷嘴向以恒定速度行进的正极集电体的正极合剂浆料的喷吐或者停止，从而自由地形成未涂敷部以及正极合剂层。在该涂敷装置中，由于不需要正极合剂层的剥离，因此生产性提高。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2003-68271号公报
专利文献2：JP特开2001-6664号公报
发明内容
-发明要解决的课题-
在专利文献2的涂敷装置中，多个喷嘴的喷吐口被配设为从集电体的长度方向观察不相互重叠，从一个喷嘴向集电体的各分割区域涂敷正极合剂浆料。但是，已经判明若通过这样的方法来向正极集电体上涂敷正极合剂浆料，则正极合剂层的厚度难以变得均匀。
本公开的课题在于，提供一种在高容量化和生产性的提高的基础上还能够抑制集电体上的合剂层的厚度偏差的蓄电装置用电极板的制造方法以及涂敷装置。
-解决课题的手段-
本公开的蓄电装置用电极板的制造方法通过向在带状的集电体上沿着其长度方向延伸的多个喷吐区域，从喷吐区域分别对应的喷吐喷嘴喷吐合剂浆料，从而在集电体上形成合剂层，喷吐区域的位置被设定为形成从集电体的长度方向观察而多个喷吐区域各自的一部分与分别相邻的喷吐区域的一部分重叠的重叠部，通过向喷吐区域的至少一个间歇地喷吐合剂浆料，从而设置未涂敷部。
此外，本公开的涂敷装置具备在任意的第1方向延伸的多个喷吐口，所述涂敷装置具有：从与第1方向正交的第2方向观察，各喷吐口与其他全部喷吐口不重叠的区域、和与相邻于各喷吐口的喷吐口的一部分重叠的区域。
-发明效果-
根据本公开所涉及的蓄电装置用电极板的制造方法以及涂敷装置，在高容量化和生产性的提高的基础上，还能够抑制集电体上的合剂层的厚度偏差。
附图说明
图1是表示通过本实施方式的制造方法以及涂敷装置来制造的非水电解质二次电池的构造的图。
图2是表示正极合剂浆料向正极集电体的涂敷工序的概要的示意图。
图3是表示在正极集电体上在其长度方向延伸的多个喷吐区域的示意图。
图4是用于对各喷吐喷嘴相对于正极集电体的相对位置进行说明的图，是从涂敷面的上方观察正极集电体时的示意图。
图5(a)是表示第1喷吐部的喷吐喷嘴中的流路的前端部的示意图，图5(b)是表示第2喷吐部的喷吐喷嘴的流路的前端部的示意图。
图6是对喷吐喷嘴的喷吐流路与正极集电体的被涂敷面所成的角度进行说明的示意图，是图5(a)中由R所示的区域的局部放大图。
图7(a)以及图7(b)是表示实验例中使用的喷吐喷嘴的流路的前端部的形状的示意图。
图8是表示变形例的喷吐部的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图来对本公开所涉及的实施方式(以下，称为实施方式)详细进行说明。在该说明中，具体的形状、材料、数值、方向等是用于使本公开的理解变得容易的示例，能够结合用途、目的、规格等来适当地变更。此外，以下，在包含多个实施方式、变形例等的情况下，将其特征部分适当地组合使用是从最初就假定的。此外，实施方式的说明中参照的附图是示意性记载的，存在附图中描绘的结构要素的尺寸比率等与现实不同的情况。本说明书中，关于“大致＊＊”这一记载，若以大致整个区域为例来进行说明，整个区域当然意图包含实质认定为整个区域的情况。
图1是表示通过本实施方式的制造方法以及涂敷装置能够适当地制造的非水电解质二次电池10的构造的图。
如图1所示，在作为蓄电装置的一个例子的该非水电解质二次电池10中，正极板1以及负极板3隔着隔板5卷绕而成的电极群与电解液一起被收纳于圆筒形的电池壳体6内。电池壳体6的开口部隔着垫圈7而被封口板9封口，电池壳体6内被封闭。正极板1通过正极导线2而与被配设在封口板9上的正极盖8连接，正极盖8为正极端子。此外，负极板3通过负极导线4而与电池壳体6连接，电池壳体6为负极端子。
正极板1如下那样而被制作。向正极活性物质混合导电剂、粘着剂等，在分散介质中将该混合物混炼从而制作膏状的正极合剂浆料。将该正极合剂浆料涂敷在包含铝等的金属箔的条带状的正极集电体上并形成正极合剂层。接下来，对该正极合剂层进行干燥并压缩。最后，通过将形成有正极合剂层的正极集电体切断为规定尺寸来制作正极板1。
负极板3如下那样而被制作。向负极活性物质混合导电剂、增粘剂等，在分散介质中将该混合物混炼从而制作膏状的负极合剂浆料。进一步地，将该负极合剂浆料涂敷在包含铜等的金属箔的条带状的负极集电体上并形成负极合剂层。接下来，对该负极合剂层进行干燥并压缩。最后，通过将形成有负极合剂层的负极集电体切断为规定尺寸来制作负极板3。
正极导线2通过点焊而接合于正极板1的规定位置，负极导线4通过点焊而接合于负极板3的规定位置。正极板1以及负极板3分别具有未涂敷合剂浆料的未涂敷部。正极导线2以及负极导线4需要直接接合于正极板1以及负极板3的集电体。上述未涂敷部构成正极导线2以及负极导线4连接的导线连接部。
以下，作为本公开的集电体以及合剂浆料的例子，使用非水电解质二次电池用的正极集电体以及正极合剂浆料来对本实施方式详细进行说明。
首先，使用图2来对本实施方式中的正极合剂浆料的涂敷工序的概要进行说明。通过利用未图示的驱动辊来将条带状的正极集电体15卷开从而使其在箭头A所示的长度方向的一侧以恒定速度行进。在该状态下从被配置于正极集电体15的上部的第1以及第2喷吐部11、12向正极集电体15喷吐正极合剂浆料，从而在正极集电体15上形成正极合剂层14。在第1喷吐部11设置有喷吐喷嘴11a、11b，在第2喷吐部12设置有喷吐喷嘴12a。
喷吐喷嘴11a以及11b连续地喷吐正极合剂浆料。另一方面，喷吐喷嘴12a间歇地喷吐正极合剂浆料。这样，喷吐喷嘴11a以及11b构成连续喷吐喷嘴，喷吐喷嘴12a构成间歇喷吐喷嘴。连续喷吐喷嘴的喷吐口与间歇喷吐喷嘴的喷吐口在宽度方向Y被交替配置。
图3是表示在正极集电体15上沿着长度方向X延伸的多个喷吐区域50、51、52的示意图。喷吐区域50、51、52分别表示被假定为从喷吐喷嘴11a、11b、12a分别喷吐的正极合剂浆料与正极集电体15碰撞的区域。基于喷吐区域50、51、52，确定喷吐喷嘴11a、11b、12a以及喷吐口18a、18b、19a相对于正极集电体15的位置。另外，如本实施方式那样，在正极合剂浆料沿着厚度方向被喷吐到正极集电体15的情况下，从其厚度方向观察，喷吐区域50、51、52与喷吐口18a、18b、19a分别相互重合。
喷吐区域50、51的宽度方向Y的长度相互相等，在喷吐区域51，设置有未涂敷正极合剂浆料的未涂敷部40。从长度方向X观察，喷吐区域50、52被配置为各自的一部分相互重叠。同样地，从长度方向X观察，喷吐区域51、52被配置为各自的一部分重叠。由此，喷吐区域50、51、52形成有重叠部60a、60b和非重叠部70、71、72。
喷吐区域50、51、52的设定后，确定具有喷吐口18a、18b的第1喷吐部11以及具有喷吐口19a的第2喷吐部12相对于正极集电体15的位置。在本实施方式中，如图3所示，第1喷吐部11和第2喷吐部12被配置为喷吐口18a、18b、19a的宽度方向Y的宽度方向的两端分别与喷吐区域50、51、52的宽度方向Y的两端一致。第1喷吐部11相对于第2喷吐部12在正极集电体15的长度方向X隔开间隔而被配置。在本实施方式中，第2喷吐部12被配置于比第1喷吐部11更靠正极集电体15的移动方向A的前方的位置，但第2喷吐部12也可以被配置于比第1喷吐部11更靠正极集电体15的移动方向A的后方的位置。喷吐口18a、18b、19a具有在正极集电体15的宽度方向Y延伸的长方形的平面形状。各喷吐喷嘴11a、11b、12a具有对来自未图示的存积罐的正极合剂浆料的供给和停止进行控制的控制阀。各控制阀被相互独立地控制。使用各控制阀，能够在任意的定时对来自各喷吐喷嘴11a、11b、12a的正极合剂浆料的供给和停止进行控制。通过反复正极合剂浆料向喷吐喷嘴12a的供给和停止，正极合剂浆料被间歇地从喷吐喷嘴12a喷吐。由此，设置有作为正极导线连接部的未涂敷部40。
如图4所示，从长度方向X观察，喷吐口19a的一部分与喷吐口18a的一部分重叠，其重叠量被设为f1〔mm〕。此外，从长度方向X观察，喷吐口19a的一部分与喷吐口18b的一部分重叠，其重叠量被设为f2〔mm〕。重叠量f1〔mm〕以及f2〔mm〕分别与重叠部60a、60b(参照图3)的宽度方向Y的长度一致。
图5(a)是表示喷吐喷嘴11a、11b的流路的前端部20的示意图，图5(b)是表示喷吐喷嘴12a的流路的前端部30的示意图。
如图5(a)所示，喷吐喷嘴11a、11b中的流路的前端部的延伸方向与正极集电体15的厚度方向Z一致。在喷吐喷嘴11a的流路的前端部20，宽度方向Y的长度随着前往喷吐口18a而变长。此外，如图5(b)所示，喷吐喷嘴12a的延伸方向与正极集电体15的厚度方向Z一致。在喷吐喷嘴12a的流路的前端部30，宽度方向Y的长度不取决于流路的前端部30的延伸方向的位置地恒定。
图6是对喷吐喷嘴11a、11b的流路的前端部20与正极集电体15的涂敷面28所成的角度进行说明的示意图，是表示图5(a)中由R所示的区域的局部放大图。
流路的前端部20的宽度方向Y的长度随着前往喷吐口18a而一次函数地变长。如图6所示，将流路的前端部20的侧面延长的延长面25与正极集电体15的被涂敷面28以30°～60°等的锐角相交，优选以45°的角度相交。
在本实施方式中，成为正极导线连接部的未涂敷部40仅存在于正极集电体15的宽度方向的一部分。因此，与在宽度方向的整个区域设置未涂敷部的情况相比，能够增大正极合剂浆料的涂敷面积，因此能够高容量化。
此外，根据本实施方式，正极集电体15相对于第1以及第2喷吐部11、12在箭头A所示的方向以恒定速度相对移动。因此，在喷吐喷嘴12a，仅通过交替反复第1规定时间的喷吐和第2规定的喷吐停止，就能够简单地生产未涂敷部40沿着长度方向X被周期性地设置的长条的极板材料。因此，生产性提高。
具有上述周期性的极板材料在形成正极合剂层之后，沿着图3所示的KK线被切断以使得将正极集电体15的宽度二等分。此外，极板材料沿着在长度方向相邻的各两个未涂敷部40之间的中心线被切断。
另外，在本实施方式中，正极集电体15相对于喷吐喷嘴11a、11b、12a以恒定速度相对移动，但正极集电体也可以相对于喷吐喷嘴以变速相对移动。在该情况下，也可以基于编码器等所得到的正极集电体的行进距离的测定，在规定的定时，对控制正极合剂浆料向各喷吐喷嘴的供给和停止的控制阀进行控制，从而每隔一定距离设定未涂敷部。
由于若设置于正极集电体上的正极合剂层的厚度局部偏差则不能实现电极群的均匀卷绕构造，此外，充放电反应变得不均匀，因此不优选。以往，未设置图3的60a、60b所示的重叠部。在喷吐区域的重叠部不存在的情况下，发现相邻的喷吐区域的边界处的正极合剂层的厚度比边界以外的区域的正极合剂层的厚度薄。
表1中表示针对使喷吐区域的重叠部60a、60b的宽度方向Y的尺寸在0～5mm的范围变化而制作出的实验例所涉及的正极板，评价正极合剂层的厚度偏差的结果。
[表1]
(实验例1以及2)
如下那样制作实验例1以及2所涉及的正极板。作为正极活性物质，将锂镍复合氧化物、作为导电剂的乙炔黑(AB)、作为粘着剂的聚偏氟乙烯(PVDF)以规定的比例进行混合，将其混合物在作为分散介质的N-甲基-吡咯烷酮(NMP)中进行混炼从而制作正极合剂浆料。
使用上述那样制作的正极合剂浆料，基于上述实施方式中说明的方法，制作实验例1以及2所涉及的正极板。此时，在实验例1中，将重叠部60a、60b的宽度方向Y的长度设为5mm，在实验例2中设为3mm。
在实验例1以及2中，如使用图5(a)来说明那样，喷吐喷嘴11a、11b的流路的前端部的宽度方向Y的长度随着从内部前往喷吐口而变长。图7(a)中示意性地表示这种流路的前端部的宽度方向的长度变长的形状，将该形状在图7(a)以及表1中记为图案A。进一步地，如使用图5(b)来说明那样，喷吐喷嘴12a的流路的前端部的宽度方向Y的长度在流路的前端部恒定。图7(b)中示意性地表示这种流路的前端部的宽度方向Y的长度为恒定的形状，将该形状在图7(b)以及表1中记为图案B。另外，喷吐喷嘴11a、11b被设置于第1喷吐部11，喷吐喷嘴12a被设置于第2喷吐部12。
(实验例3-5)
除了将被设置于第2喷吐部12的喷吐喷嘴12的流路的前端部的形状设为图案A以外，与实验例2同样地制作实验例3所涉及的正极板。进一步地，除了将重叠部60a、60b的宽度方向Y的长度变更为1mm以及0mm以外，与实验例3同样地分别制作实验例4以及5所涉及的正极板。
如以下那样评价正极合剂层的厚度偏差。首先，对非重叠部70的宽度方向Y的中央部的正极合剂层的厚度A进行测定。接下来，对重叠部60a、60b的宽度方向Y的中央部的正极合剂层的厚度B进行测定。在重叠部的宽度方向Y的长度为0mm的实验例5中，将喷吐喷嘴12a的宽度方向Y的两端部所对应的位置的正极合剂层的厚度测定为厚度B。使用得到的厚度A〔μm〕以及厚度B〔μm〕，将根据式(B-A)÷A×100来计算出的值评价为正极合剂层的厚度偏差。该值的绝对值越小，表示正极合剂层的厚度偏差越小。
如表1所示，在重叠部60a、60b的宽度方向Y的长度为0mm的实验例5中，若厚度偏差为-15％，则其绝对值为较大的值。这表示在将重叠部60a、60b的宽度方向Y的长度设为0mm的情况下，喷吐喷嘴12a的宽度方向Y的两端部所对应的位置的正极合剂层的厚度变薄。与此相对地，在将重叠部60a、60b的宽度方向Y的长度设为1～5mm的实验例1～4中，厚度偏差的绝对值降低，正极合剂层的厚度变得更加均匀。在重叠部60a、60b中，预料到与非重叠部70、71、72相比，正极合剂层的厚度不稳定，但通过增加重叠部60a、60b的宽度方向Y的长度，正极合剂层的厚度偏差减少的趋势被确认。但是，虽然重叠部60a、60b的宽度方向Y的长度不被特别限制，但优选设为1mm以上且8mm以下，更优选设为3mm以上且5mm以下。
国际公开第2010/082230号中，记载了通过如图案A那样使喷吐喷嘴的流路的前端部的宽度随着前往喷吐口侧而扩大，能够防止被涂敷的合剂层的端部的隆起。但是，若对实验例2以及3进行比较可知，通过使进行间歇喷吐的第2喷吐部的喷吐喷嘴的流路的前端部的宽度方向Y的长度恒定，能够形成均匀的正极合剂层。在本公开中，喷吐喷嘴的流路的形状并不被特别限制，但优选将连续喷吐喷嘴的流路的前端部的形状设为图案A，将间歇喷吐喷嘴的流路的前端部的形状设为图案B。
形成在正极集电体单面上的正极合剂层的厚度并不被特别限制，但若为40μm以上且200μm以下，则通过设置重叠部，正极合剂层的厚度偏差被显著抑制，因此优选。
在上述实施方式中，以正极集电体的长度方向X以及宽度方向Y为基准，对本公开的涂敷装置的喷吐口的配置位置进行了说明。因此，能够使用任意的第1方向和与第1方向正交的第2方向来如以下那样确定本公开的涂敷装置的喷吐口的配置位置。即，本公开的涂敷装置具备在任意的第1方向延伸的多个喷吐口，具有从第2方向观察各喷吐口与其他全部喷吐口不重叠的区域、和与相邻于各喷吐口的喷吐口的一部分重叠的区域。
另外，本公开并不限定于上述实施方式及其变形例，在本申请的权利要求书所述的事项以及其均等范围内能够进行各种改进、变更。
针对喷吐区域的配置方法，设为喷吐区域包含未设置有作为正极导线连接部的未涂敷部的第1喷吐区域、和设置有作为正极导线连接部的未涂敷部的第2喷吐区域，来对本公开的变形例进行说明。第1喷吐区域和第2喷吐区域能够在正极集电体上任意地在宽度方向排列配置以使得在规定的位置设置有未涂敷部。但是，优选第1喷吐区域和第2喷吐区域在正极集电体的宽度方向被交替配置。在该情况下，优选在第2喷吐区域的宽度方向的两侧配置有第1喷吐区域。此外，也可以将作为正极导线连接部的未涂敷部以外的未涂敷部设置于第1以及第2喷吐区域的任意区域。
在上述实施方式中，说明了三个喷吐口18a、18b、19a被配置为3列的例子。但是，喷吐口的数量是根据设置在正极集电体上的多个喷吐区域而确定的。例如，在喷吐区域沿着正极集电体的长度方向被设定为M列(M是2以上的自然数)的情况下，喷吐口也被配置为M列。由于从正极集电体的长度方向观察，相邻的喷吐区域各自的一部分重叠，因此被配置为相邻的列的喷吐口在正极集电体的长度方向被设置为规定的间隔。优选多个喷吐口沿着正极集电体的宽度方向Z字形地配置。由此，能够将喷吐口紧凑地配置。
此外，在上述实施方式中，说明了将喷吐喷嘴11a、11b设置于喷吐部11并且将喷吐喷嘴12a设置于另外的喷吐部12的例子。但是，喷吐11a、11b、12a能够被设置于一体的喷吐部。例如，如图8所示，也可以在配置有喷吐口111a～111g的一体的喷吐部111设置多个喷吐喷嘴。
此外，在上述实施方式中，说明了喷吐喷嘴11a、11b、12a的控制阀被独立控制的例子。但是，多个喷吐喷嘴之中在相同定时进行正极合剂浆料的喷吐和停止的喷吐喷嘴也能够由共用的控制阀进行控制。
在上述实施方式中，作为蓄电装置用电极板的一个例子，详细说明了非水电解质二次电池用正极板。但是，本公开的蓄电装置中，不仅包含非水电解质二次电池，还包含镍镉电池、镍氢电池等的其他电池。进一步地，蓄电装置中除了电池以外也包含电容器。因此，本公开的蓄电装置用电极板中包含电池、电容器的正极板或负极板，集电体以及合剂浆料的材料并不限定于上述实施方式中所述的材料。
此外，在上述实施方式中，本公开的制造方法以及涂敷装置被应用于非水电解质二次电池用正极板的制造，但本公开的制造方法以及涂敷装置也能够应用于将涂敷物涂敷于连续行进的被涂敷物的其他用途。
-符号说明-
11第1喷吐部，12第2喷吐部，11a、11b、12a、111a～111g喷吐喷嘴，14正极合剂层，15正极集电体，18a、18b、19a喷吐口，20、30流路的前端部，40未涂敷部，50～52喷吐区域，60a、60b重叠部，70、71、72非重叠部，111喷吐部。
Claims (8)
1.一种蓄电装置用电极板的制造方法，通过向在带状的集电体上沿着其长度方向延伸的多个喷吐区域，从所述喷吐区域分别对应的喷吐喷嘴喷吐合剂浆料，从而在所述集电体上形成合剂层，
所述喷吐区域的位置被设定为：形成从所述集电体的长度方向观察而所述多个喷吐区域各自的一部分与分别相邻的喷吐区域的一部分重叠的重叠部，
通过向所述喷吐区域的至少一个喷吐区域间歇地喷吐所述合剂浆料，从而设置未涂敷部。
2.根据权利要求1所述的蓄电装置用电极板的制造方法，其中，
所述多个喷吐区域包含在所述集电体的宽度方向交替排列的至少一个第1喷吐区域和至少一个第2喷吐区域，
在所述第2喷吐区域设置所述未涂敷部。
3.根据权利要求2所述的蓄电装置用电极板的制造方法，其中，
所述第1喷吐区域所对应的所述喷吐喷嘴中的前端侧流路的所述宽度方向的长度随着前往喷吐口而变长，所述第2喷吐区域所对应的喷嘴中的前端侧流路的所述宽度方向的长度恒定。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的蓄电装置用电极板的制造方法，其中，
所述重叠部具有1mm以上且8mm以下的所述宽度方向的长度。
5.根据权利要求4所述的蓄电装置用电极板的制造方法，其中，
所述重叠部具有3mm以上且5mm以下的所述宽度方向的长度。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的蓄电装置用电极板的制造方法，其中，
所述集电体上的合剂层的厚度是40μm以上且200μm以下。
7.一种涂敷装置，具备在任意的第1方向延伸的多个喷吐口，
从与所述第1方向正交的第2方向观察，所述各喷吐口具有：与其他全部所述喷吐口不重叠的区域、和与相邻于所述各喷吐口的所述喷吐口的一部分重叠的区域。
8.根据权利要求7所述的涂敷装置，其中，
所述多个喷吐口被组装于一体的喷吐部。
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