JP2000133251A - 電池電極材料加工用ロールプレス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロールプレス加工された電極材料の各部の厚
さの均一性を確保すると共に、フープ状電極材料の長さ
方向に、塗着活物質層の厚さが変化するものにも対応可
能なロールプレス装置を提供する。 【解決手段】 一対の加圧用ローラーの軸芯間隔を可変
とし、ローラー軸芯間隔を狭める方向に液圧シリンダー
を利用して狭める方向に所定の圧力を加えて、フープ状
電極材料の長さ方向における、厚さの変化に対応可能と
すると共に、ローラーの曲がり補正用シリンダーと一対
のローラーの長さ方向の中央部を、両端部よりも僅かに
太くすることにより、ローラー間に強い加圧力を加えた
際のローラーの曲がりの悪影響を緩和して、活物質を間
欠的に塗着した電極材料にも対応可能し、活物質の塗着
量の削減や塗着された活物質の除去工程の省略を可能と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電池電極材料の厚さ
と、塗着された合剤の密度の調整を行うロールプレス装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から一般的に、電池用電極材料とし
ては図４に示すような、フープ状をした、集電体として
の働きも兼ねる金属箔、ラスメタル、パンチングメタル
などの芯材２２の両側表面に活物質を主成分とする合剤
を、芯材の幅方向の両端部に僅かに非塗着部を残し、長
さ方向には連続的に、且つ、均一な厚さに塗着・乾燥し
たものが用いられていた。そしてこの芯材２２の表面に
塗着された合剤の厚さと合剤の密度調節用に用いられて
いるロールプレスとしては、図３にその主要部の正面断
面図を示すような装置が用いられていたのであるが、図
３を参照しながら簡単にその構成を説明する。

【０００３】上下一対の、等速で反対方向に回転する円
筒状ローラー２の軸芯を、被加工物である電極材料２１
に応じて、ねじやクサビ状部品、さらに、ロールプレス
のフレームなどを利用して所定の間隔を隔てて固定して
おき、前記一対のローラーの円筒外周面で電極材料表面
を挟み、円筒状ローラー２の周速に略一致する速度で、
フ−プ状の電極材料２１を前記の一対のローラー２の外
周間の隙間を通過させながら移送する間に、電極材料２
１の厚さ方向に加圧力を加えて、活物質塗着層２３の厚
さを薄くし、同時に活物質の密度を高め、被加工材料毎
に定められた値に調整する装置である。

【０００４】この装置によれば、前記の一対のローラー
２の円筒面で電極材料２１を挟み、ローラー２の回転を
利用して移送しながら、電極材料２１の厚さ方向に圧縮
力を加えると、両端を軸受けにより回転可能に支持され
た一対のローラーはその反力により、ローラー２の長さ
方向の中央部において、その軸芯間距離を互いに遠ざけ
る方向に曲がり、この為に、ロールプレス加工されたフ
ープ状電極材料２１は、その幅方向の中央部が、両端付
近と比べて、厚くなる傾向がある。さらに、圧縮力を大
きくして、少ないロールプレス加工の回数で、電極材料
２１の厚さや活物質の密度を、所定の値に収めようとす
ると、一層加圧ローラーの曲がりは大きくなり、ロール
プレスのフレーム１は伸び、各部の遊びや、締結部の欠
点などが表面化して、ロールプレス加工された電極材料
２１の厚さの均一性は益々損なわれる傾向となる。

【０００５】さらに、フープ状電極材料から、電極板と
しての所定の形状に裁断して、リード線の接続加工を行
ったり、正負の電極板をセパレーターを介して積層し、
渦巻状に巻き上げて、電池ケース内に収容可能な形状に
加工する場合には、図４に示す様な、フープ状の芯２２
材に対して、連続して均等な厚さに活物質からなる合剤
を塗着した電極材料２１より、図２に示すような、長さ
方向に断続的に、且つ、塗着厚さに段差をつけた電極材
料２０のほうが、リード線接続の為の活物質の除去の工
数が不要となり、さらに高価な活物質の使用量の削減も
可能となり好ましい。

【０００６】しかし、一対の加圧用ローラーの軸間距離
を、ねじやクサビなどを利用して機械的に所定の値に固
定する、従来方式のロールプレス装置を、フープ状電極
材料の長さ方向に、活物質が間欠的に塗着されたり、図
２に示すように、活物質の塗着厚さが２種以上あり、し
かも塗着厚さが急変する段差を設けた電極材料に対して
用いた場合には、一対の加圧ローラー間を電極材料の段
差部が通過する毎に、衝撃が発生し種々のトラブルが発
生したり、活物質の塗着厚さが薄い部分に対しては、所
定の値まで密度を高める為に必要な加圧力を加えること
が出来ないという場合も発生する。

【０００７】なお、特開平５−２０５７３８号公報に於
いては、電極芯材に対して間欠的にペースト状活物質を
塗着・乾燥した後、引き続いてロールプレス加工を加え
る、電極材料の製造方法が開示されているが、その製造
工程に於いて用いられる、ロールプレス装置の構成、構
造などについては、一切開示されていない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来か
ら一般的に用いられていたロールプレス装置において
は、加圧力を高めてロールプレス加工の加工回数を削減
しようとすると、円筒状の加圧ローラに曲がりが発生し
て、ロールプレス加工されたフープ状電極材料の厚さが
不均一となる傾向がある為に、品質を犠牲にしないと生
産性を高めることが困難であった。さらに、最近の技術
の進歩に連れて、電極材料として、芯材の表面に間欠的
に活物質を塗着したり、活物質の塗着厚さを、電極材料
上の位置に応じて２種類以上に塗り分けた、電極材料が
求められる様になっているが、このような活物質の塗着
層が２種類の厚さから構成されたフープ状電極材料に対
しても、均一な厚さ及び、密度を得ることができるロー
ルプレス装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するために、一対の加圧用ローラーの軸芯間隔
を、被加工物である電極材料に応じて所定の距離に固定
するのではなく、液圧シリンダーを利用して、加圧ロー
ラーの左右両側に設けられた軸受け部に対して、一対の
加圧ローラー間隔をせばめる方向に、所定の加圧力を加
えることにより、芯材表面に塗着された活物質層の厚さ
を薄くし、同時に芯材表面に塗着された活物質の密度を
高くすることにより、電池容量の増加を達成しようとす
るものであるが、前記の一対の加圧ローラー間隔は固定
されていないので、電極材料の厚さに応じて、無段階に
そのローラー間隔を追従させながら、電極材料の厚さを
薄くする方向に加圧力を加えることが出来る。なお、活
物質の塗着厚さが薄い部分や、芯材表面に活物質が塗着
されていない部分などについては、間座（一種の寸法固
定式ストッパーで、一般的には円板状の鋼製ブロックを
用いる）を利用することにより、一対のローラー間隔は
被加工物毎に定められる最小間隔を越えて狭くなること
はないので、不必要に過剰な加圧力を加えることは無
い。又、一対のローラー間に、液圧シリンダーにより強
い加圧力を加え電極材料に圧縮力を加えると、ローラー
軸芯はその反力を受けて軸芯間距離を広げる方向に曲が
るが、その悪影響の防止対策の一つとして、ローラーの
中央部を両端部より僅かに太くすることにより、ローラ
ーの僅かな曲がりであれば、ローラーの中央部が太くな
っていることにより相互に相殺しあって、悪影響を受け
にくくすることが出来る。さらに、二つ目の対策とし
て、ローラーの両端部近くに設けられた主軸受けよりも
さらに端部近くの、ローラーの両側端部に曲がり補正用
の液圧シリンダーを設け、ローラーの軸芯間隔を広げる
方向の力を加えることにより、ローラーの中央部におい
ては、主軸受け部を支点として、ローラー軸芯間隔は狭
められる方向の力を受けることになり、ローラーの曲が
りを小さく押さえる効果がある。これら二種類の対策に
より、電極材料に強い加圧力を加えようとすると、ロー
ラーが曲がり電極材料の厚さが不均一に成り易いという
欠点を解消することが出来る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図を参照しながら本発明の
一実施の形態について説明する。図２に示すようなフー
プ状をした芯材２２の両面に、同一厚さの活物質層２３
を、裏と表で僅かに芯材の長さ方向の塗着位置をずらせ
て間欠的に塗着後、乾燥して製造した、リチウム２次電
池用電極材料に対して、図１に示すロールプレス装置を
用いて、ロールプレス加工を施し、塗着活物質層の密度
の均一化と高密度化、及び厚さ調整を行った結果を簡単
に報告する。

【００１１】図１には、本発明のロールプレス装置の主
要部の正面図を示すが、上下に配設した一対の加圧ロー
ラーの内、下側ローラー２ａはローラーの左右両側に設
けた軸受５と軸受ハウジング７を介してフレーム１に、
軸芯の回りに回転可能な状態で、軸芯の位置を固定され
ている。上側のローラー２ｂは、ローラーの左右両側に
設けた軸受３と軸受ハウジング６を介して、フレーム１
に設けられたガイドに沿って上下方向に摺動可能で、且
つ、軸芯の回りに回転可能な構造となっている。これら
の一対の加圧ローラーの右端部には、動力伝達用のモジ
ュールの大きな歯車が、相互に噛み合う状態に取りつけ
られており、駆動源１１からの回転力が、原動歯車１０
を経由して従動歯車９と従動歯車８に伝えられる。歯車
８と歯車９は同一歯数に設定され、且つ直接噛み合って
いる為に、上下一対の加圧ローラーは、同一の周速で反
対方向に回転する構造となっている。

【００１２】左右の軸受ハウジング６の上部には、一対
の加圧ローラー２ａ、２ｂの軸芯間隔を相互に接近させ
る方向の力を加え、前記のローラー間に供給されたフー
プ状電極材料２０に圧縮力を加え、厚さを調節すると共
に芯材の表面に塗着された活物質２３の密度を高める為
の、液圧シリンダー１２がフレーム１の上部に固定され
ている。従って、前記の一対の加圧ローラー間に供給さ
れた電極材料２０は、ローラーの回転に伴って、ローラ
ーの周速とほぼ一致する速度で移送されるが、その途中
において一対のローラーの隙間を通過する際に、厚さは
圧縮されて薄くなると同時に、塗着された活物質の密度
は高められる。

【００１３】この装置において、前記の一対の加圧ロー
ラーで、フープ状電極材料２０に対して強い圧縮力を加
えると、電極材料からの反力により、ローラーの軸芯間
隔を広げる方向の力が生じて、ローラーは曲がり、電極
材料の板厚の均一性が損なわれる傾向が生じる。このロ
ーラーの曲がりによる悪影響を緩和する為に、図１にお
いては、誇張して示しているが、ローラーの中央部を両
端部より僅かに太い形状（ローラー径φ５００、長さ８
２０ｍｍの場合で、直径の差は２０μ程度）としたもの
を用いて、ローラー外周の電極材料と接触する部分につ
いては、曲がりと相殺させることにより、ローラー外周
部の真直度を維持させると共に、ローラーを曲がりにく
くする為に、上下一対の加圧ローラーのそれぞれの主軸
受３と主軸受５よりも、さらにローラーの両端部近くに
曲がり補正シリンダー１３を設け、前記シリンダーのピ
ストンロッドを突出させて、加圧ローラーの軸芯間隔を
広げる方向の力を働かせることにより、主軸受３と主軸
受５を支点として、主軸受３と主軸受５に挟まれた加圧
ローラーの中央部に於いては、ローラーの軸芯間距離を
相互に接近させる方向に曲げようとする力を受けるの
で、ローラーが電極材料から受ける力と相互に相殺する
ことになり、電極材料２０に大きな加圧力を加えても、
加圧ローラーの変形がに大きくなることにより、ロール
プレス加工された電極材料の厚さの均一性が損なわれる
ということは、ほとんど無くなる。

【００１４】また、この装置によれば図２の電極材料２
０における活物質を塗着していない部分２４が非連続的
に存在する場合でも電極材料２０の所定の厚さに対応し
て定められる間座１４により不必要に加圧ロ−ラ−２の
間隔が狭められることはなく活物質を塗着してない部分
２４が通過しても衝撃等は生じないようにしている。

【００１５】上記のロールプレス装置を用いて６００ｍ
ｍ幅の、アルミ箔からなる芯材の両面に対して間欠的に
活物質を塗着したリチウム２次電池の正極用電極材料
に、ロールプレス加工を施した加工条件の一例を記す
と、加圧力を１００ｔｏｎｆ（２本の液圧シリンダー１
２による加圧力から、２本の曲がり補正用シリンダー１
３による加圧力を差し引いた力）として、電極材料を４
０ｍ／ｍｉｎの送り速度で、ロール間を数回繰り返して
通すことにより、電極材料の厚さは３００μから１５０
μに減少し、厚さの部分的なバラツキについては、幅方
向の中央部が両端部より数μ程度厚くなる傾向が認めら
れたが、電極材料として充分に利用できる程度に収める
ことが出来た。

【００１６】また、一対の加圧ローラーの隙間を、電極
材料の活物質の塗着厚さが急変する段差のある部分が通
過する場合にも、僅かな衝撃音が発生する程度で、加工
に際して全く問題は無かった。又、加圧ローラーの中央
部を僅かに太くしたことにより、加圧ローラーの周速が
フープ材の幅方向により僅かながらも異なり、ローラー
外周表面と電極材料とのスリップ量が部分的に異なるこ
とから来ると予想される悪影響が特に顕在化するという
ことも無かった。

【００１７】

【発明の効果】以上のように本発明を利用することによ
り、加圧ローラの曲がりの悪影響を軽減することが可能
となり、従来よりも大きな加圧力を電極材料に対して加
えることが出来るようになったので、ロールプレス加工
の加工回数を削減出来、品質と生産性の向上を同時に達
成できた。さらに、従来のロールプレス装置において
は、加工困難と考えられていた、電極材料の長さ方向に
活物質を間欠的に塗着したり、塗着厚さが２段階以上に
異なる電極材料に対しても、加工を容易に行うことが出
来るようになったので、活物質塗着工程における材料使
用量の削減と、活物質の塗着不要部における、活物質除
去工数の削減も可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロールプレス主要部の正面断面図

【図２】活物質が間欠的に塗着され、且つ、活物質の塗
着厚さが２種類から構成された二次電池用電極材料の斜
視図

【図３】従来のロールプレス主要部の正面断面図

【図４】長さ方向に連続的、且つ、均一な厚さに塗着さ
れた電極材料の斜視図

【符号の説明】

１ ロールプレスフレーム ２ 加圧用ローラー ３ 上側主軸受け ４ ローラー間隔調節ねじ ５ 下側主軸受け ６ 上側軸受けハウジング（摺動可能） ７ 下側軸受けハウジング（固定） ８ 従動歯車 ９ 従動歯車 １０ 原動歯車 １１ 回転駆動源 １２ 液圧シリンダー １３ 曲がり補正用シリンダー １４ 間座（ストッパー） １５ 曲がり補正用シリンダージョイント部 １６ 軸受け １７ 回り止め ２０ フープ状電極材料（活物質を間欠的に塗着、且
つ、塗着厚さ二種類） ２１ フープ状電極材料（長さ方向に連続的に、且つ、
均一な厚さに塗着） ２２ 芯材 ２３ 活物質層 ２４ 活物質を塗着してない部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 誠一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 小柿 喜治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フープ状をした電池電極用芯材の表面
   に、芯材の長さ方向に活物質を間欠的に、または、活物
   質の塗着厚さを２段階以上に変化させて塗着した電池電
   極用材料を、一対の等速で反対方向に回転する加圧用ロ
   ーラーで挟み、ローラーの隙間を通過させながら圧縮し
   て、電池電極材料の厚さと活物質の密度を調節する為の
   ロールプレス装置に於いて、液圧シリンダーを利用し
   て、前記加圧用ロ−ラ−の軸芯間距離を狭める方向に力
   を加えることにより、被加工物である電極材料の厚さに
   応じて一対のローラーの軸芯間距離を、設定された範囲
   内に於いて、刻々と変化させつつロールプレス加工する
   ことの可能な電池電極材料加工用ロールプレス装置。
2. 【請求項２】 フープ状をした電池電極用の長尺材料を
   等速で反対方向に回転する一対の加圧ローラーで両側よ
   り挟み移送する途中に於いて、前記長尺材料の厚さ方向
   に加圧力を加えて、前記長尺材料の表面に塗着された活
   物質の充填密度と塗着厚さの調節を行うロールプレス装
   置であって、前記のフープ状長尺材料を挟む一対のロー
   ラーと、前記の一対のローラーを所定の位置にて回転可
   能に支えるロールプレスフレーム及び軸受と、前記一対
   のローラーの軸芯を結ぶ方向に加圧力を加える一対の液
   圧シリンダーと、前記一対のローラーの軸芯間距離を所
   定値以下には接近させないように機械的に制限する間座
   と、前記ローラーの曲がりを補正する為の曲がり補正用
   液圧シリンダーと、前記一対のローラーに対して回転駆
   動力を伝達する駆動源とから構成され、前記のローラー
   の径はセンター部分で太く、両端部に接近するにつれて
   なだらかに細くなる形状であることを特徴とする電池電
   極材料加工用ロールプレス装置。
3. 【請求項３】 フープ状をした電池電極用長尺材料の、
   芯材に対する活物質の塗着厚さが薄い部分と厚い部分の
   ２種から成り、その長さ方向に厚さが変化する段差を有
   する電池用電極のロールプレス加工において、塗着厚さ
   が厚い部分のロールプレス加工の際は、一対の液圧シリ
   ンダーと曲がり補正用液圧シリンダーで一対のローラー
   間の加圧力を所定の値に保ち、塗着厚さが薄い部分のロ
   ールプレス加工の際は、前記の一対の液圧シリンダーと
   曲がり補正用シリンダー及び一対の間座により一対のロ
   ーラー軸芯間の距離を所定の値に保ちつつロールプレス
   加工を行う請求項２に記載の電池電極材料加工用ロール
   プレス装置。