JP2010086811A - 塗工装置および塗工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塗工幅のバラツキを抑制し、かつ、均一な厚さの塗布層を形成できる塗工装置および塗工方法を提供する。
【解決手段】塗工装置は、塗工材料を吐出するスリットギャップを有するダイヘッド１４を備え、ダイヘッドのスリットギャップ２０から塗工材料を吐出、供給して、被塗工物上に塗布する。スリットギャップの長手方向両端部２０ｂのギャップ幅は、スリットギャップの長手方向中央部のギャップ幅の２０〜８０％に形成されている。
【選択図】 図４

Description

この発明は、二次電池の電極板の製造に用いる塗工装置および塗工方法に関する。

近年、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、電動自転車の電源、あるいは、電気機器の電源として、二次電池が広く用いられている。例えば、非水系二次電池であるリチウムイオン二次電池は、高出力、高エネルギー密度を有することから、電気自動車等の電源として注目されている。

一般に、二次電池は、アルミニウム等で偏平な矩形箱状に形成された外装容器と、この外装容器内に電解液とともに収納された電極体と、電極体に接続されているとともに蓋体から外側に露出した電極端子と、を備えている。電極体は、それぞれ電極活物質層が形成された正極板および負極板を、セパレータを間に挟んで捲回あるいは積層して構成されている。

電極体の製造においては、ダイヘッドコーターを用いて活物質ペーストを電極集電板へ塗工して、活物質層を形成する。塗工の際、ダイヘッドのスリットギャップは、塗工量およびダイヘッド内部圧力を考慮して設定されるが、塗工幅方向においては均一に設定される。

このような塗工装置として、ダイヘッドの先端部分にスリットギャップに平行な背面を備えたリップ部を設け、そのリップ部の背面に、電圧印加による湾曲方向がスリットギャップ先端を開閉する方向となるように、複数の圧電素子を取り付けて、スリットギャップ寸法をその長手方向全体に亘って均一に調整可能とする装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−２１２５８６号公報

ダイヘッドは、上下のダイブロックを隙間を置いて対向配置し、これらダイブロックの側面をエンドプレートで固定することで、マニホールドの横方向への遮断と、ダイヘッド内部の圧力により上下ダイブロックの間隔が開くことを抑える補強を担っている。しかし、上下ダイブロックの剛性によっては、リップ部先端の中央部でギャップが開くこととなり、集電板の幅方向での塗工厚みは中央が厚く、両端が薄い傾向となる。

この幅方向の厚さのバラツキを低減するために前述のようにダイヘッドのスリットギャップを長手方向の全体に亘って均一なギャップ幅に調整すると、塗工幅全体での厚み分布は改善できる。しかし、スリットギャップの長手方向両端部では活物質ペーストがダイヘッドに接しているため、その境界では、活物質ペーストに接していない部分よりも流速が遅くなり、スリットギャップからの吐出後、幅方向中央部の活物質ペーストが端部方向にわずかに流れる。これにより、塗工された活物質層の幅方向両端部で極端に厚い部分が発生する。特に、活物質ペーストの塗工厚を薄くする場合、顕著に現れる。従って、均一の厚さの活物質層を形成することが困難となる。

この発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、塗工幅のバラツキを抑制し、かつ、均一な厚さの塗布層を形成できる塗工装置および塗工方法を提供することにある。

この発明の様態に係る塗工装置は、塗工材料を吐出するスリットギャップを有するダイヘッドを備え、前記ダイヘッドのスリットギャップから塗工材料を吐出、供給して、被塗工材上に塗布する塗工装置であって、前記スリットギャップの長手方向両端部のギャップ幅は、前記スリットギャップの長手方向中央部のギャップ幅の２０〜８０％に形成されている。

この発明の他の態様に係る塗工方法は、被塗工物の表面に塗工材料を塗布して所定幅の塗布層を形成する塗工方法であって、前記被塗工物の表面に向けて、スリットギャップから塗工材料を吐出して所定幅に塗布し、塗工の際、前記スリットギャップの長手方向の両端部での塗工材料の吐出量を、前記スリットギャップの長手方向の中央部での吐出量よりも低減して塗布する。

上記構成によれば、塗布層の塗工幅のバラツキを抑制し、かつ均一な厚みの塗布層を形成可能な塗工装置および塗工方法を提供することができる。

以下図面を参照しながら、この発明の実施形態に係る塗工装置および塗工方法について詳細に説明する。図１は、実施形態に係る塗工装置のダイヘッドと被塗工物である帯状の集電板とを示す側面図、図２は、ダイヘッドの一部を分解して示す斜視図、図３は、ダイヘッドのスリットギャップを示す正面図、図４は、ダイヘッドの分解斜視図である。

図１に示すように、塗工装置は、被塗工物である、例えば、帯状の集電板１０を巻き付けて搬送する搬送ローラ１２と、この搬送ローラ１２に対向して設けられ、塗工材料を集電板１０の表面に塗布するダイヘッド１４と、を備えている。

図１ないし図４に示すように、ダイヘッド１４は、第１ダイブロック１６ａと、この第１ダイブロック１６ａとスリットギャップ２０を挟んで対向配置された第２ダイブロック１６ｂと、第１および第２ダイブロックを互いに連結した複数の連結具２２と、を備えている。

第１および第２ダイブロック１６ａ、１６ｂは、それぞれ塗工材料を吐出するスリットギャップ２０を形成するように隙間を置いて対向するスリット面２４ａ、２４ｂと、互いに突き合わされた合わせ面２５ａ、２５ｂを有している。一方のスリット面には、塗工材料を貯溜するマニホールド２６が形成され、スリットギャップ２０に連通している。第１および第２ダイブロック１６ａ、１６ｂは、合わせ面２５ａ、２５ｂを突き合わせた状態で、例えば、ボルト等の複数の連結具２２により、互いに締結されている。第１および第２ダイブロック１６ａ、１６ｂの両側面には、それぞれエンドプレート２８が取付けられ、スリットギャップ２０の両側縁側を閉じている。

ダイヘッド１４の先端部、すなわち、スリットギャップ２０の先端部の両側には、それぞれスリットギャップと平行に延びるリップ部３０ａ、３０ｂが形成されている。

図２ないし図４に示すように、スリットギャップ２０において、その長手方向Ｘの両端部２０ｂのギャップ幅は、長手方向Ｘの中央部のギャップ幅よりも狭く形成されている。例えば、スリットギャップ２０の長手方向Ｘの各端から、スリットギャップの長さの１〜１０％の領域のギャップ幅は、スリットギャップの長手方向中央部のギャップ幅の２０〜８０％に形成されている。

第１ダイブロック１６ａのスリット面２４ａと第２ダイブロック１６ｂのスリット面２４ｂとの間には、２枚のシム３２、３４が挟持され、これらのシムの厚さによりスリットギャップ２０のギャップ幅Ｗを規定している。シム３２、３４は、それぞれＵ字形状に形成され、互いに重ねて挟持され、スリットギャップ２０の長手方向Ｘの両端側に位置している。

一方のシム３２は、例えば、厚さ５０μｍ、幅７５ｍｍに形成され、他方のシム３４は、例えば、厚さ５０μｍ、幅７０ｍｍに形成されている。幅の異なるシム３２、３４を重ねて配置することにより、スリットギャップ２０の長手方向Ｘの両端部に、段部が形成されている。これにより、図２に示すように、スリットギャップ２０のギャップ幅Ｗは、長手方向Ｘ中央部では１００μｍであるのに対して、長手方向両端部２０ｂでは５０μｍとなっている。スリットギャップ２０の最終的な塗工幅、つまり、長手方向Ｘの長さは、例えば、７５ｍｍであり、両端部２０ｂの長さは、それぞれ５ｍｍとなっている。

上記のように構成された塗工装置により塗工を行う方法について説明する。
例えば、被塗工物として、二次電池の電極体を構成する厚さ１５μｍの帯状の電極集電板１０を用意し、図１に示すように、この電極集電板１０を搬送ローラ１２に巻き付ける。また、塗布材料として、正極活物質であるＬｉＣｏＯ2 粉末１００重量部に、アセチレンブラック３重量部、フッ素樹脂系結着剤３重量部を混合し、これをＮＭＰに懸濁させて正極ペーストとしたものを用意する。ダイヘッド１４を搬送ローラ１２の外周面と対向する位置に配置する。この際、スリットギャップ２０が、搬送ローラ１２の中心軸と平行に延びるように、ダイヘッド１４を配置する。

そして、搬送ローラ１２により電極集電板１０を所定の速度で搬送しながら、図示しない供給装置によりダイヘッド１４のマニホールド２６に電極ペーストを供給し、スリットギャップ２０を通してダイヘッド１４のリップ部３０ａ、３０ｂから電極集電板１０の表面に吐出、供給する。この際、ダイヘッド１４のスリットギャップ２０は、その長手方向両端部のギャップ幅が中央部のギャップ幅よりも狭く形成されていることから、スリットギャップ２０の両端部で電極ペーストの吐出量が減少する。この状態で、電極集電板１０の表面上に電極ペーストを幅７５ｍｍ、厚み１００μｍで塗布し正極ペースト層を形成する。その後、正極ペースト層を乾燥し、電極集電板１０を裁断して、正極板とした。

正極ペースト層の塗布厚みを測定し、幅方向の厚み分布により塗布精度を調べた。塗布厚みは電気マイクロメーターにて測定した。その結果、幅方向に全域に亘って、均一な厚さの塗布層を形成することができた。

上記のように構成された塗工装置および塗工方法によれば、塗工材料の吐出口であるリップにおいて、スリットギャップの両端部のギャップ幅を中央部のギャップ幅よりも狭くすることにより、スリットギャップの両端部での吐出量が減少する。これにより、塗工幅方向での塗工材料の流速分布と相まって、塗工幅両端部で極端に厚い部分が発生することを抑制し、より均一な厚みの塗布層を形成することができる。

なお、上述した第１の実施形態では、複数のシム３２、３４を第１および第２ダイブロック間に挟む構成としたが、図５に示すように、段差を有する一体のシム４０を用いても良い。

また、ダイヘッド１４のスリットギャップ２０は、その長手方向両端部のギャップ幅が中央部のギャップ幅よりも狭く形成されていればよく、スリットギャップの両端部の形状は、段差形状に限らず他の形状としてもよい。スリットギャップ２０の両端部の形状は、例えば、図６に示すように、円弧状に形成してもよく、あるいは、図７に示すように、台形状としてもよい。この場合、いずれも、第１および第２ダイブロック１６ａ、１６ｂ間に挟まれたシム４０の内側縁に、円弧状あるいは台形状の凹所４１を形成することにより、所望形状が得られる。

更に、シムを用いる代わりに、図８に示すように、ダイブロックのスリット面の両端部を段付形状に形成し、ダイブロック自体により、スリットギャップのギャップ幅を規定する構成としてもよい。

この発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

図１は、この発明の第１の実施形態に塗工装置を示す側面図。 図２は、前記塗工装置のダイヘッドを示す正面図。 図３は、前記ダイヘッドの分解斜視図。 図４は、前記ダイヘッドを一部分解して示す斜視図。 図５は、この発明の他の実施形態に係るダイヘッドを示す正面図。 図６は、この発明の他の実施形態に係るダイヘッドを示す正面図。 図７は、この発明の他の実施形態に係るダイヘッドを示す正面図。 図８は、この発明の他の実施形態に係るダイヘッドを示す正面図。

符号の説明

１０…電極集電板、１２…搬送ローラ、１４…ダイヘッド、
１６ａ…第１ダイブロック、１６ｂ…第２ダイブロック、２０…スリットギャップ、
２０ｂ…端部、２４ａ、２４ｂ…スリット面、２５ａ、２５ｂ…合わせ面、
３０ａ、３０ｂ…リップ部、３２、３４、４０…シム、４１…凹所

Claims (7)

1. 塗工材料を吐出するスリットギャップを有するダイヘッドを備え、
   前記ダイヘッドのスリットギャップから塗工材料を吐出、供給して、被塗工物上に塗布する塗工装置であって、
   前記スリットギャップの長手方向両端部のギャップ幅は、前記スリットギャップの長手方向中央部のギャップ幅の２０〜８０％に形成されている塗工装置。
2. 前記スリットギャップの長手方向の各端から、前記スリットギャップの長さの１〜１０％の領域のギャップ幅は、前記スリットギャップの長手方向中央部のギャップ幅の２０〜８０％に形成されている請求項１に記載の塗工装置。
3. 前記ダイヘッドは、第１ダイブロックと、この第１ダイブロックと前記スリットギャップを挟んで対向配置された第２ダイブロックと、前記第１および第２ダイブロックを互いに連結した連結具と、前記第１ダイブロックと第２ダイブロックとの間に挟持され、前記スリットギャップを規定したシムと、を有している請求項１に記載の塗工装置。
4. 前記第１および第２ダイブロック間に幅の異なる複数枚のシムが挟持され、前記シムにより、前記スリットギャップの両端部を規定している請求項３に記載の塗工装置。
5. 前記シムは、前記スリットギャップの長手方向両端部を形成した凹所を有している請求項３に記載の塗工装置。
6. 被塗工物の表面に塗工材料を塗布して所定幅の塗布層を形成する塗工方法であって、
   前記被塗工物の表面に向けて、スリットギャップから塗工材料を吐出して所定幅に塗布し、塗工の際、前記スリットギャップの長手方向の両端部での塗工材料の吐出量を、前記スリットギャップの長手方向の中央部での吐出量よりも低減して塗布する塗工方法。
7. 塗工材料を吐出するスリットギャップを有するダイヘッドであって、前記スリットギャップの長手方向両端部のギャップ幅が、前記スリットギャップの長手方向中央部のギャップ幅の２０〜８０％に形成されているダイヘッドにより、前記塗工材料を吐出して塗布する請求項６に記載の塗工方法。

Images