JP2006302813A - 電極合剤ペースト塗布方法及び塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 合剤塗布部の両側端部での塗布厚の増大化現象の発生を抑制し、合剤塗布シートの変形などの工程不良の発生を回避できる電極合剤ペーストの塗布方法を提供する。
【解決手段】 帯状の芯材１をその長手方向に走行させつつその両面に電極合剤ペースト５を塗布し、電極合剤ペースト５が塗布された芯材１を一対の掻き落し治具１６ａ、１６ｂ間の隙間に通して電極合剤ペースト５の塗布厚を調整し、かつ掻き落し治具１６ａ、１６ｂに設けたチップ１８にて電極合剤ペースト５を掻き落して所要幅の合剤塗布部を形成するとともに、チップ１８の芯材走行方向上手側に形成した凹溝１９を通してチップ１８で掻き落とした電極合剤ペースト５を還流させ、合剤塗布部の両側端部での塗布厚の増大化現象の発生を抑制するようにした。
【選択図】 図３

Description

本発明は電極合剤ペースト塗布方法及び塗布装置に関し、特に帯状の芯材を走行させて電極合剤ペーストを塗布する塗布方法において、電極合剤ペーストの塗布量の幅方向の分布を均一にできる塗布方法及び塗布装置に関するものである。

アルカリ蓄電池やリチウムイオン二次電池などの電池は、ポータブル機器や電動工具、あるいは電気自動車用の電源として広く用いられている。中でも、比較的エネルギー密度が高く、耐久性に優れるニッケル水素蓄電池は、電気自動車用電源を中心にその用途が広がりつつある。

ニッケル水素蓄電池は、一般的に三次元金属多孔体に水酸化ニッケルその他を充填してなる正極と、パンチングメタルなどの開孔金属薄板から成る芯材に水素吸蔵合金その他からなる電極合剤ペーストを塗布してなる負極とを主構成要素としている。その中で、負極は、その工法上連続生産が可能であり、高効率な工程により製造できるので注目されている。具体的には、芯材を電極合剤ペーストに浸漬してその両面に電極合剤ペーストを塗布した後、電極合剤ペーストの塗布量を調整する方法が知られている。

電極合剤ペーストの塗布量は、一対の掻き落し治具の間の隙間に電極合剤ペーストを塗布した芯材を通し、余分な電極合剤ペーストを掻き落すことにより所望の範囲に調整している。また、所望の塗布幅の両端で、掻き落し治具に設けたチップにて電極合剤ペーストを掻き落し、芯材が露出した無地部を形成することにより、所望の塗布幅の合剤塗布部を形成している。

ところで、ニッケル水素蓄電池を電気自動車に用いる場合、車１台当たり１００セル以上の搭載が必要であるため、その電極を高精度かつ高効率にて製造する必要がある。その具体的な製造方法としては、芯材の走行方向と直交する幅方向に複数の前記無地部を形成して複数条の合剤塗布部を有する合剤塗布シートを作製し、その後に無地部を活用して精度良く圧延・単板切断する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−２９７７５６号公報

ところで、上記特許文献１に記載のような構成の合剤塗布シートを得るためには、塗布厚を調整する掻き落し治具に、所望する合剤塗布部の条数より１つ多いチップを、各合剤塗布部の両側端に位置させて配設する必要がある。

しかしながら、図７に示すように、掻き落し治具２１に、その塗布厚調整面２２から突出するようにチップ２３を配設し、このチップ２３で電極合剤ペースト２４を掻き落して図８に示すような無地部２５を形成するようにした場合、図７に矢印で示すように、芯材の走行によってチップ２３の直下に誘導された電極合剤ペースト２４が、チップ２３と衝突することによって両側に分かれて合剤塗布部２６の側部に向けて流動し、掻き落し治具２１による掻き落しが不十分なまま芯材２７上に残った状態で下流に走行してしまい、図８に示すように、合剤塗布部２６の幅方向両側部において塗布量が多い状態（以下、ドッグボーンと称する）となる。ドッグボーンが顕著な場合、 最終的に合剤塗布シートを巻き取る際に、塗布量の多い部分同士が重なり合うことにより合剤塗布シートの変形が発生し、工程歩留まりを低下させることとなる。なお、この課題は、 特許文献１のように複数列の合剤塗布部を有する場合に顕著であるが、合剤塗布部が１列であっても同様である。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、合剤塗布部の両側端部でのドッグボーンと呼ばれる塗布厚の増大化現象の発生を抑制し、合剤塗布シートの変形などの工程不良の発生を回避できる電極合剤ペーストの塗布方法及び塗布装置を提供することを課題とする。

本発明の電極合剤ペーストの塗布方法は、帯状の芯材をその長手方向に走行させつつその両面に電極合剤ペーストを塗布する塗布工程と、電極合剤ペーストが塗布された芯材を一対の掻き落し治具間の隙間に通して電極合剤ペーストの塗布厚を調整し、かつ掻き落し治具に設けたチップにて電極合剤ペーストを掻き落して所要幅の合剤塗布部を形成するとともに、チップの芯材走行方向上手側に形成した凹溝を通してチップで掻き落とした電極合剤ペーストを還流させる塗布厚・塗布幅調整工程とを備えたものである。

この構成によると、芯材の両面に形成した電極合剤ペーストの塗布厚を一対の掻き落し治具にて調整できるとともに、掻き落し治具に設けたチップにて所要幅の１又は複数条の合剤塗布部を形成でき、かつチップに対して芯材走行方向上手側に設けた凹溝にてチップに向けて流動してきた電極合剤ペーストの大部分を凹溝を通して円滑に還流させることができるので、合剤塗布部の両側端部でのドッグボーンと呼ばれる塗布厚の増大化現象の発生を抑制でき、合剤塗布シートの変形などの工程不良の発生を回避することができる。

また、掻き落し治具は芯材の両側部を含めて少なくとも３個のチップを具備し、合剤塗布部を芯材幅方向に複数条形成すると、複数条の合剤塗布部を形成する場合に上記効果が顕著に発揮される。

また、チップの幅ｗが、２〜１０ｍｍで、そのチップの側端からの凹溝の側端の突出量ｐが、−０．１ｗ〜０．５ｗであると、２〜１０ｍｍの幅の無地部を形成する場合に、上記のように合剤塗布部の両側端部での塗布厚増大化現象を確実に抑制できるとともに、逆に、凹溝の幅がチップ幅に比して過度に大きい場合にチップ両側近傍の電極合剤ペーストが掻き取られてそのまま還流することで合剤塗布部の両側端部で塗布厚が過度に減少するという現象の発生も抑制でき、合剤塗布部の全幅にわたって確実に均一な塗布厚とすることができる。また図２（ｂ）に示すように、突出量ｐは凹溝の側端の左右で略均一であり、凹溝の幅はほぼｗ＋２ｐで表すことができる。

また、本発明の電極合剤ペーストの塗布装置は、コイル状に巻かれた芯材を巻き出すアンコイラー部と、芯材を浸漬してその両面に電極合剤ペーストを塗布する塗布部と、電極合剤ペーストの塗布厚及び塗布幅を調整する塗布厚・塗布幅調整部と、電極合剤ペーストを乾燥する乾燥部と、電極合剤ペーストが塗布され乾燥された芯材をコイル状に巻き取るコイラー部とを備え、塗布厚・塗布幅調整部は、電極合剤ペーストが塗布された芯材を両者間の隙間に通して塗布厚を調整する一対の掻き落し治具に、塗布幅の端で電極合剤ペーストを掻き落すチップを設けるとともに、チップから芯材走行方向上手側に向けて凹溝を形成したものである。

この構成によると、アンコイラー部に芯材コイルを設置して塗布装置を作動すると、上記塗布方法により、芯材の両面に塗布厚及び塗布幅が調整された１又は複数条の合剤塗布部が形成されるとともに、その合剤塗布部は全幅にわたって均一な塗布厚に形成され、コイラー部で１又は複数条の上記合剤塗布部が芯材の両面に形成されたコイルを得ることができる。

また、掻き落し治具は芯材の両側部を含めて少なくとも３個のチップを具備し、合剤塗布部を芯材幅方向に複数条形成すると、複数条の合剤塗布部を形成する場合に上記効果が顕著に発揮され、またチップの幅ｗが、２〜１０ｍｍで、そのチップの側端からの凹溝の側端の突出量ｐが、−０．１ｗ〜０．５ｗであると、上記のように合剤塗布部の両側端部での塗布厚増大化現象及び塗布厚減少化現象の発生を確実に抑制でき、合剤塗布部を全幅にわたって確実に均一な塗布厚とすることができる。

本発明の電極合剤ペーストの塗布方法によれば、芯材の両面に形成した電極合剤ペーストの塗布厚を一対の掻き落し治具にて調整できるとともに、掻き落し治具に設けたチップにて所要幅の１又は複数条の合剤塗布部を形成でき、かつ凹溝にて合剤塗布部の両側端部での塗布厚の増大化現象の発生を抑制でき、合剤塗布シートの変形などの工程不良の発生を回避することができる。

以下、本発明の電極合剤ペーストの塗布方法及び塗布装置の一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る塗布装置の全体概略構成を示す斜視図である。塗布装置は、金属薄板から成る帯状の芯材１を巻回した芯材コイル２を保持して芯材１を巻き出すアンコイラー部３を備えている。芯材１はアンコイラー部３から略水平方向に引き出され、ガイドローラ４に９０°巻き付けられて垂直上方に向けて方向転換して走行して塗布部７に導かれる。塗布部７は、電極合剤ペースト５を満たしたペースト槽６を備え、そのペースト槽６の中を芯材１が貫通して走行するように構成されており、この塗布部７で芯材１の両面全面に電極合剤ペースト５が塗布される。

電極合剤ペースト５が塗布された芯材１は、そのまま略垂直上方に走行して塗布厚・塗布幅調整部８を通過する間に電極合剤ペースト５の塗布厚及び塗布幅が調整され、１又は複数条の合剤塗布部１０が形成された電極合剤塗布シート１１となる。電極合剤塗布シート１１は、ガイドローラ９に９０°巻き付けられ、水平方向に方向転換して走行し、乾燥部１２に導かれ、電極合剤ペースト５が乾燥されて電極シート１３となり、この電極シート１３がコイラー部１４で巻き取られて電極コイル１５が製造される。

塗布厚・塗布幅調整部８は、両者間の隙間に電極合剤ペースト５が塗布された芯材１を通して電極合剤ペースト５の塗布厚を調整する一対の掻き落し治具１６ａ、１６ｂにて構成されている。なお、一対の掻き落し治具１６ａ、１６ｂの少なくとも一方には、芯材１の表面が接触して走行することで芯材１の位置を規制する複数の薄板状の突起部（図示せず）櫛歯状に突設されている。

また、１又は複数条の合剤塗布部１０の側端で電極合剤ペースト５を掻き落し、芯材１の両側縁部及び合剤塗布部１０、１０間に電極合剤ペースト５が塗布されていない無地部２０を形成するため、図２に示すように、一対の掻き落し治具１６ａ、１６ｂにチップ１８が設けられている。このチップ１８は、塗布厚を規制するため掻き落し治具１６ａ、１６ｂに互いに平行に対向して形成されている塗布厚調整面１７から、芯材１の表面に先端が接するように突設されている。また、掻き落し治具１６ａ、１６ｂには、チップ１８から芯材１の走行方向上手側、即ち塗布部７側に向けて開放される凹溝１９が形成されている。

ここで、図２（ｂ）において、チップ１８の幅寸法ｗは、無地部２０の幅寸法に対応して設定され、通常２〜１０ｍｍに設定される。凹溝１９の幅は、チップ１８の側端からの凹溝１９の側端の突出量ｐが、−０．１ｗ〜０．５ｗの範囲に設定される。この範囲内において、ｗが大きい場合は突出量ｐは相対的に小さく、ｗが小さい場合は突出量ｐは相対的に大きく設定するのが好適である。凹溝１９の幅寸法の下限は、チップ１８の幅ｗとほぼ同等である。ただし、ｗが大きい場合にはｗより僅かに小さくても良い場合もあるので、−０．１ｗとしている。一方、凹溝１９の幅寸法の上限はチップ幅ｗの２倍程度であり、片側の突出量は０．５ｗである。

次に、塗布厚・塗布幅調整部８における作用について、図３、図４を参照して説明する。電極合剤ペースト５を塗布された芯材１は一対の掻き落し治具１６ａ、１６ｂの間の隙間に侵入し、一対の掻き落し治具１６ａ、１６ｂにて余分な電極合剤ペースト５が掻き落とされ、最終的に塗布厚調整面１７にて塗布厚が調整され、塗布厚が精度良く調整された電極合剤塗布シート１１が形成される。

また、これら掻き落し治具１６ａ、１６ｂに設けられたチップ１８にて電極合剤ペースト５が掻き落とされ、１又は複数条の合剤塗布部１０と、芯材１の両側縁部及び合剤塗布部１０、１０間に無地部２０が形成され、合剤塗布シート１１が形成される。このチップ１８による電極合剤ペースト５の掻き落し時に、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、チップ１８に向けて流動してきた電極合剤ペースト５の大部分が、チップ１８の下側（芯材１の走行方向上手側）に設けた凹溝１９を通して円滑に塗布部７側に還流させ、一部のみチップ１８の側方に流動させることができる。したがって、図４に示すように、合剤塗布部１０の両側端部でのドッグボーンと呼ばれる塗布厚の増大化現象の発生を抑制でき、電極シート１３を巻回したときの合剤塗布シート１１の変形などの工程不良の発生を回避することができる。

一方、図５に示すように、チップ１８の幅に比して凹溝１９の幅が上記の上限より大きい場合には、チップ１８の両側近傍の電極合剤ペースト５が掻き取られ、それがそのまま塗布部７側に還流することで、図６に示すように、合剤塗布部１０の両側端部での塗布厚が減少するという現象が発生することになる。そこで、チップ１８の幅寸法ｗに対して、凹溝１９の幅寸法を上記のように適切に設定することによって、合剤塗布部１０をその全幅にわたって確実に均一な塗布厚とすることができる。

以上の実施形態の説明から分かるように、本発明は以下の実施例のニッケル水素蓄電池の負極に限定されないのは言うまでも無く、例えばアルカリ蓄電池の焼結式ニッケル正極の前駆体であるシンター基板や、開孔金属薄板としてラスメタルを用いたリチウムポリマー電池の正負極にも適用可能である。

以下に、本発明をニッケル水素蓄電池の負極（水素吸蔵合金電極）に適用した実施例と比較例について説明する。

（実施例１）
組成式ＭｍＮｉ_3.55Ｃｏ_0.75Ｍｎ_0.4 Ａｌ_0.3 で表される水素吸蔵合金を湿式ボールミルにより水中で平均粒径３０μｍに粉砕して水素吸蔵合金粉末を得た。この水素吸蔵合金粉末をアルカリ水溶液に浸漬して表面処理した後、この水素吸蔵合金粉末１００ｋｇに対し、固形分比１．５％のカルボキシメチルセルロース水溶液１０ｋｇ及びケッチェンブラック０．４ｋｇを加えて混練し、さらに固形分比４０％のスチレン−ブタジエン共重合体ゴム粒子の水溶液１．７５ｋｇを加えて攪拌することにより、電極合剤ペーストを作製した。

この電極合剤ペーストを、厚さ６０μｍ、幅３００ｍｍ、パンチング孔径１ｍｍ、開孔率４２％のニッケルメッキを施した鉄製パンチングメタルから成る芯材１（芯材コイル２の全長２００ｍ）の両面に塗布した。具体的には、掻き落し治具１６ａ、１６ｂに対して片端から幅１０ｍｍの無地部、幅１３５ｍｍの合剤塗布部、幅１０ｍｍの無地部、幅１３５ｍｍの合剤塗布部、幅１０ｍｍの無地部となるように、チップ１８及び凹溝１９を配設した。ここで、チップの幅１０ｍｍに対して凹溝１９の幅を１５ｍｍとし、チップの幅をｗとして、チップの側端からの凹溝の側端の突出量を、０．２５ｗとした。また、掻き落し治具１６ａ、１６ｂの塗布厚調整面１７、１７間の隙間を、塗布後の総厚が２６０μｍとなるように調整し、５ｍ／分の速度で塗布した。

２００ｍにわたって塗布を行った後、合剤塗布シート１１のドッグボーン度合を評価した。具体的には、合剤塗布シート１１に対して２０ｍおきに、長さ方向１１点×幅方向４点の合計４４点について、合剤塗布部１０の中心に対する側端部の厚みの比を求めた。その比の平均値は、１．０２であった。

（実施例２〜５）
実施例１に対し、凹溝１９の側端のチップ１８の側端からの突出量ｐを、−０．２ｗ（実施例２）、−０．１（実施例３）、０．５ｗ（実施例４）、０．６ｗ（実施例５）とした以外は、実施例１と同様に電極合剤ペースト５を塗布した。

これら実施例２〜５について、実施例１と同様にドッグボーン度合を評価した結果、合剤塗布部１０の中心に対する側端部の厚みの比は、それぞれ１．１２（実施例２）、１．０５（実施例３）、０．９６（実施例４）、０．８４（実施例５）であった。

（比較例）
実施例１に対し、凹溝１９を設けなかった以外は、実施例１と同様に電極合剤ペースト５を塗布した。実施例１と同様にドッグボーン度合を評価した結果、合剤塗布部の中心に対する塗布部側端部の厚みの比は、１．２７であった。

以上のように、合剤塗布部１０の側端を規制して無地部２０を形成するチップ１８の上手側に凹溝１９を設けることにより、合剤塗布シート１１の変形につながるドッグボーンを大幅に軽減できた。なお、実施例１、３、４のように、チップ１８の幅をｗ、チップの側端からの凹溝１９の突出量をｐとして、ｐを（−０．１〜０．５）×ｗとすることで、合剤塗布部１０の中心に対する側端部の厚みの比を１±０．０５に収めることができて好ましいことも明確化できた。

本発明の電極合剤ペーストの塗布方法により、合剤塗布部の両側端部での塗布厚の増大化現象の発生を抑制でき、合剤塗布シートの変形などの工程不良の発生を回避することができるので、種々の電池の電極を高い生産性で製造できる技術として利用可能性が高く、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などの各種電池の電極製造に有用である。

本発明に係る電極合剤ペーストの塗布装置の一実施形態の構成を模式的に示す斜視図。 同実施形態における塗布厚・塗布幅調整部の部分構成を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図。 同実施形態におけるチップと凹溝の作用説明図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は縦断側面図。 同実施形態により形成された合剤塗布部と無地部の断面図。 同実施形態に対する比較例における塗布厚・塗布幅調整部の部分構成を示す斜視図。 比較例により形成された合剤塗布部と無地部の断面図。 従来例の電極合剤ペーストの塗布装置における塗布幅調整部の部分構成を示す斜視図。 同従来例により形成された合剤塗布部と無地部の断面図。

符号の説明

１ 芯材
３ アンコイラー部
５ 電極合剤ペースト
７ 塗布部
８ 塗布厚・塗布幅調整部
１０ 合剤塗布部
１２ 乾燥部
１４ コイラー部
１６ａ、１６ｂ 掻き落し治具
１８ チップ
１９ 凹溝

Claims (6)

1. 帯状の芯材をその長手方向に走行させつつその両面に電極合剤ペーストを塗布する塗布工程と、電極合剤ペーストが塗布された芯材を一対の掻き落し治具間の隙間に通して電極合剤ペーストの塗布厚を調整し、かつ掻き落し治具に設けたチップにて電極合剤ペーストを掻き落して所要幅の合剤塗布部を形成するとともに、チップの芯材走行方向上手側に形成した凹溝を通してチップで掻き落とした電極合剤ペーストを還流させる塗布厚・塗布幅調整工程とを備えたことを特徴とする電極合剤ペーストの塗布方法。
2. 掻き落し治具は芯材の両側部を含めて少なくとも３個のチップを具備し、合剤塗布部を芯材幅方向に複数条形成することを特徴とする請求項１記載の電極合剤ペーストの塗布方法。
3. チップの幅ｗが、２〜１０ｍｍで、そのチップの側端からの凹溝の側端の突出量ｐが、−０．１ｗ〜０．５ｗであることを特徴とする請求項１又は２記載の電極合剤ペーストの塗布方法。
4. コイル状に巻かれた芯材を巻き出すアンコイラー部と、芯材を浸漬してその両面に電極合剤ペーストを塗布する塗布部と、電極合剤ペーストの塗布厚及び塗布幅を調整する塗布厚・塗布幅調整部と、電極合剤ペーストを乾燥する乾燥部と、電極合剤ペーストが塗布され乾燥された芯材をコイル状に巻き取るコイラー部とを備え、塗布厚・塗布幅調整部は、電極合剤ペーストが塗布された芯材を両者間の隙間に通して塗布厚を調整する一対の掻き落し治具に、塗布幅の端で電極合剤ペーストを掻き落すチップを設けるとともに、チップから芯材走行方向上手側に向けて凹溝を形成したことを特徴とする電極合剤ペーストの塗布装置。
5. 掻き落し治具は芯材の両側部を含めて少なくとも３個のチップを備えていることを特徴とする請求項４記載の電極合剤ペーストの塗布装置。
6. チップの幅ｗが、２〜１０ｍｍで、そのチップの側端からの凹溝の側端の突出量ｐが、−０．１ｗ〜０．５ｗであることを特徴とする請求項４又は５に記載の電極合剤ペーストの塗布装置。
   

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