JP2010108678A - 非水系二次電池用電極板とその製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】集電体に塗布領域と未塗布領域を形成する非水系二次電池用電極板の間欠塗布工程において、電極合剤塗料を供給する際に、電極合剤塗料がダイに急速に供給されることによりダイからの電極合剤塗料の吐出量が過剰となり、塗布領域の始端部が盛り上がることにより、始端部の塗布領域の厚みが厚くなるという課題を有していた。
【解決手段】塗布領域の始端部１および終端部４の厚みが電極合剤塗料３の塗布領域から金属箔２が露出した未塗布領域にかけて徐々に薄くなる構成とすることにより、電極合剤塗料３の塗布領域の始端部１が盛り上がることによって発生する圧力集中を原因とする電極板切断や電極合剤塗料３の剥離を防ぐことを目的とした非水系二次電池用電極板である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイから電極合剤塗料を吐出して集電体へ塗布するときにダイからの吐出と停止とを繰り返すことで、集電体に塗布領域と未塗布部とを交互に形成する非水系二次電池用極板とその製造方法および製造装置に関するものである。

一般に非水系二次電池用電極板の製造工程において、長尺のアルミニウム箔、銅箔の集電体に電極材料である正極活物質または負極活物質をペースト状にした電極合剤塗料を所定の間隔をもって間欠的に塗布する場合には、集電体に電極合剤塗料を塗布するダイとダイに電極合剤塗料を圧送する手段の間に開閉を交互に繰り返す間欠バルブを備えた製造装置を使用し、間欠バルブを開き圧送手段から電極合剤塗料をダイに供給し塗布して集電体に塗布領域を形成し、間欠バルブを閉じてダイへの電極合剤塗料の供給を停止して集電体に未塗布部を形成する。

しかし、製造装置は未塗布部を形成するために間欠バルブを閉じる際に、電極合剤塗料が粘性を有するために集電体に残ろうとする粘性が働き塗布寸法規定外に塗布される塗布変形が発生するという課題や、間欠バルブを開くときに吸引されている電極合剤塗料の全てがダイへ急速に供給されダイの吐出口から吐出する電極合剤塗料が過剰となって塗布領域の始端側の厚みを局部的に厚くするという課題があり、この課題を解決するための方法については種々提案されている。

例えば、図３に示すように始端部における活物質の合剤層２２と未塗布部２１の境界から０．５ｍｍ以上の所定範囲にわたり合剤層２２の厚みをそれ以外の範囲より薄くし、終端部における合剤層２２の厚みはそれ以外の範囲と同等とする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、図４に示すように、弁体３１を有するピストン３２と前記弁体３１により液通路が閉鎖される弁座３３と前記ピストン３２を移動させるシリンダー３４を備え、電極合剤塗料を供給または停止させる２方弁において前記弁体３１をピストン３２に軸心長手方向に移動可能に装着させた構成にすることにより、電極合剤塗料の供給を止める際は下流側に負圧を発生させ、電極合剤塗料の供給を開始させる際は正圧の発生を一時的に抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、図５に示すようにノズル４１の吐出孔４２に連通したマニフォールド４３に連通した孔４８に挿入されるピストン４４を有し、そのピストン４４を出し入れする圧縮空気により稼動するサックバック４５とピストン４４に取り付けられた弾性体４６を備え、サックバック４５がピストン４４を上下動させてマニフォールド４３の内部に圧力変化を生じさせることにより、走行する導電性集電体４７上の各塗布領域の始端を制御する際に、弾性体４６はピストン４４が孔４８に押し出される力に抵抗することで緩やかにピストン４４を押すことにより、一気に電極合剤塗料が放出されることを防ぐ方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００４−３０３６２２号公報 特開２００１−３８２７６号公報 特開２００５−２２２９１１号公報

しかしながら、上述した特許文献１の電極板では、始端部は活物質の合剤層２２と未塗布部２１の境界から０．５ｍｍ以上の所定範囲にわたり合剤層２２の厚みをそれ以外の範囲より薄くする構成となっているが、終端部分に段差があるためにロールプレスによる圧延工程においてロールが跳ね集電体に大きな応力が加わり電極板の破断や合剤層の剥離の原因となるという課題があった。

また、特許文献２の製造方法または製造装置では、弁体３１を有するピストン３２と前記弁体３１により液通路が閉鎖される弁座３３と前記ピストン３２を移動させるシリンダー３４を備え、電極合剤塗料を供給または停止させる２方弁において前記弁体３１をピストン３２に軸心長手方向に移動可能に装着させた構成にすることにより、電極合剤塗料の供給を止める際は下流側に負圧を発生させ、電極合剤塗料の供給を開始させる際は正圧の発生を一時的に抑制する構成となっているが、高速塗布時や電極合剤塗料の粘度が高い場合には塗布再開時にシリンダー３４の移動による衝撃圧が発生し圧力増加により、塗布領域の始端の盛り上がりが発生するという課題を有していた。

さらに、特許文献３の製造方法または製造装置では、ノズル４１の吐出孔４２に連通したマニフォールド４３に連通した孔４８に挿入されるピストン４４を有し、そのピストン４４を出し入れする圧縮空気により稼動するサックバック４５とピストン４４に取り付けられた弾性体４６を備え、サックバック４５がピストン４４を上下動させてマニフォールド４３内部に圧力変化を生じさせることにより、走行する導電性集電体４７上の各塗布領域の始端を制御する際に、弾性体４６はピストン４４が孔４８に押し出される力に抵抗することで緩やかにピストン４４を押すことにより、一気に電極合剤塗料が放出されることを防ぐ構成となっているが、弾性体４６の抵抗により塗布開始時間にタイムラグが発生するために、高速塗布に追随できず、塗布領域の始端の盛り上がりが発生するという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を鑑みてなされたもので、塗布量を調節し、塗布領域の始端部、終端部の厚みが塗布領域から未塗布領域にかけて徐々に薄くなる形状に塗布した非水系二次電池用電極板を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために本発明の非水系二次電池用電極板は、塗布領域の始端部、終端部の厚みが塗布領域から未塗布領域にかけて徐々に薄くなる構成としたこと特徴とするとするものである。

本発明の非水系二次電池用正極板によると、塗布領域の始端部および終端部の厚みが塗布領域から未塗布領域にかけて徐々に薄くなる構成としたことにより、塗布領域の始端盛り上がりによる圧力集中によって発生する電極板の切断や活物質の剥離を防ぐことが可能となる。

本発明の第１の発明においては、集電体に電極合剤塗料を塗布して形成した非水系二次電池用電極板であって、塗布領域の始端部および終端部の厚みが塗布領域から未塗布領域にかけて徐々に薄くなる構成としたにより、塗布領域の始端盛り上がりによる圧力集中によって発生する電極板の切断や活物質の剥離を防ぐことが可能となる。

本発明の第２の発明においては、集電体に電極合剤塗料を塗布して形成する非水系二次電池用電極板の製造方法において、走行する集電体上に集電体の長手方向の一定間隔毎に未塗布部を設けながら塗布を行う工程において、電極合剤塗料の供給開始時にリリーフ機
構を駆動させて、電極合剤塗料をリリーフ機構内に引き込むことにより、塗布開始時に発生する衝撃圧を緩和し、塗布量を調節することで、塗布領域の始端部の厚みが徐々に厚くなる形状とし、かつ電極合剤塗料の供給停止時にリリーフ機構を駆動させて、電極合剤塗料をリリーフ機構内に引き込み、負圧を発生させて、塗布量を調節することで塗布領域の終端部を徐々に厚みが減少していく形状に塗布することを特徴としたことにより、塗布領域の始端盛り上がりを無くし電極合剤塗料を均一に塗布することが可能となる。

本発明の第３の発明においては、集電体に電極合剤塗料を塗布するダイと電極合剤塗料を供給または停止させる間欠供給バルブを備える非水系二次電池の製造装置であって、前記間欠供給バルブが開放し、ダイに電極合剤塗料の供給を開始する時と供給を停止する時に駆動することにより電極合剤塗料に負圧を付与するリリーフ機構を備えたことを特徴とすることにより、塗布再開時に発生する衝撃圧をリリーフ機構により緩和することで圧力変化を無くし、塗布停止時に余剰電極合剤塗料をバルブ外に移送することで、塗布領域の終端部を電極板の全体の厚みよりも薄く、徐々に厚みが減少していく放物線を描く形状とすることができる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。非水系二次電池用電極板は、図１に示すように集電体２となる金属箔にペースト状の活物質である電極合剤塗料３を塗布し、乾燥、圧延することにより形成されている。この活物質を塗布する塗布工程では、活物質の無い未塗布部を形成するために電極合剤塗料３の供給と停止を繰り返す間欠塗布を行っており、電極合剤塗料３の供給開始により塗布が開始され塗布領域から未塗布領域にかけて徐々に薄くなる形状となる始端部１を形成し、所定の長さ塗布した後に電極合剤塗料３の供給停止により塗布領域から未塗布領域にかけて徐々に薄くなる形状となる終端部４が形成される構成となっている。

本発明では図２に示すように、電極合剤塗料の供給タンク１１と電極合剤塗料を金属箔に塗布する塗布ダイ９の間にリリーフ機構５を備えた間欠バルブ１０を設けることにより間欠塗布を行っている。活物質の塗布工程では供給タンク１１より供給配管１２を通して供給された電極合剤塗料３を間欠バルブ１０内のピストン６を駆動させることにより供給弁体７を開放し、送液用配管１３を通して塗布ダイ９へと電極合剤塗料３を供給することにより、塗布ダイ９に対向する形で設置されているバックアップロール１４により供給される集電体１５に活物質の塗布を行っており、未塗布部の形成時には、ピストン６を駆動させることにより供給弁体７を閉鎖し、排気弁体８を開放することにより、電極合剤塗料３の供給を停止し、余剰な電極合剤塗料３を循環用配管１６から間欠バルブ１０外に移送することにより未塗布部を形成して、非水系二次電池用電極板を構成している。

本発明では、電極合剤塗料３の供給を開始するために供給弁体７を開放する時にピストン６の駆動により発生する衝撃圧により塗布領域の始端部に盛り上がりが発生することを防ぐために、ピストン６の動作と連動してリリーフ機構５を駆動させることにより電極合剤塗料３に負圧を付与し、衝撃圧を緩和し始端部の盛り上がりを防いでいる。また、ピストン６の駆動により供給弁体７が閉鎖される動作と連動してリリーフ機構５が駆動することにより、電極合剤塗料３に負圧を付与することで、電極合剤塗料３を間欠バルブ１０内に引き込み、排気弁体８を開放し、余剰な電極合剤塗料３を間欠バルブ１０外に移送することで、図１に示す塗布領域の始端部１、終端部４の厚みが塗布領域から未塗布領域にかけて徐々に薄くなる形状を形成することができる。

以下、本発明の具体的実施例に基づいて、さらに詳しく説明する。集電体としてのアルミニウム箔に複合リチウム酸化物を正極活物質とする電極合剤塗料を図２に示す間欠バルブ１０と塗布ダイ９を用いて塗布を行った。間欠バルブ１０内のピストン６の駆動により
供給弁体７を開放することによる塗布ダイ９への電極合剤塗料の供給とピストン６の駆動により供給弁体７の閉鎖による塗布ダイ９への電極合剤塗料の供給停止を繰り返すことで、活物質の未塗布部と塗布領域を交互に形成した。

このとき、電極合剤塗料の塗布開始時に供給弁体７の開放と連動してリリーフ機構５を駆動させる間欠塗布工法により、塗布速度３０ｍ／ｓで塗布を行い形成した図１に示す塗布領域の始端部１、終端部４の厚みが塗布領域から未塗布領域にかけて徐々に薄くなる形状とした極板を実施例１とした。

（比較例１）
集電体としてのアルミニウウム箔に複合リチウム酸化物を正極活物質とする電極合剤塗料を図４に示す間欠バルブと塗布ダイを用いて塗布を行った。間欠バルブ内のピストン３２を駆動させることにより弁体３１を開放することによる塗布ダイへの電極合剤塗料の供給とピストン３２の駆動により弁体３１の閉鎖による塗布ダイへの電極合剤塗料の供給停止を繰り返すことで、活物質の未塗布部と塗布領域を交互に形成する間欠塗布工法により、塗布速度３０ｍ／ｓで塗布を行い形成した極板を比較例１とした。

上記の条件で作成した極板の塗布領域の始端部と塗布領域中央の厚みを測定し、塗布領域の始端部における盛り上がりの評価を行い、極板を圧延し、負極、セパレータと共に巻回を行い、極板の切れ、合剤剥離等の不良率の評価を行った結果を（表１）に示した。

（表１）の結果から明らかなように、電極合剤塗料の供給と停止時に駆動するリリーフ機構５をもつ実施例１の間欠バルブ９を用いて作成した極板の塗布領域の始端部１は電極板の全体の厚みよりも薄く、徐々に厚みが増大していく放物線を描く形状かつ、かつ塗布領域の終端部４を電極板の全体の厚みよりも薄く、徐々に厚みが減少していく放物線を描く形状となっているのに対して、リリーフ機構を持たない比較例１の間欠バルブを用いて作成した極板の塗布領域の始端部は中央部よりも厚くなり盛り上がった形状、かつ塗布領域の終端部は中央部と同じ厚みからのテーパ形状となっている。また、極板の塗布領域の始端部に盛り上がりがある比較例1の方が合剤剥離、極板切れ等の不良率が高くなっている。

以上の結果により、電極合剤塗料の供給と停止時に駆動するリリーフ機構を間欠バルブに設けることにより、塗布領域の終端部を電極板の全体の厚みよりも薄く、徐々に厚みが減少していく放物線を描く形状とし、かつ塗布領域の始端部は電極板の全体の厚みよりも薄く、徐々に厚みが増大していく放物線を描く形状とすることが可能となり、始端形状が極板中央部よりも低くすることにより、極板切れや合剤剥離等の不良を削減することが可能となる。

本発明に係る非水系二次電池用電極板は、塗布領域の始端部、終端部の厚みが塗布領域から未塗布領域にかけて徐々に薄くなる形状とすることにより、合剤剥離や極板切れ等の不具合を削減することが可能であるので、間欠塗布を行う電極板の製造法として有用である。

本発明の一実施例における非水系二次電池用極板の断面図 本発明における一実施例における間欠塗布装置の概略の断面図 従来例における一実施例における塗布方法の概略図 従来例における間欠バルブの断面図 従来例における塗布装置の模式図

符号の説明

１ 始端部
２ 金属箔
３ 電極合剤塗料
４ 終端部
５ リリーフ機構
６ ピストン
７ 供給弁体
８ 排気弁体
９ 塗布ダイ
１０ 間欠バルブ
１１ 供給タンク
１２ 供給配管
１３ 送液用配管
１４ バックアップロール
１５ 集電体
１６ 循環用配管

Claims (3)

1. 集電体に電極合剤塗料を塗布して形成した非水系二次電池用電極板であって、塗布領域の始端部および終端部の厚みが塗布領域から未塗布領域にかけて徐々に薄くなる構成としたことを特徴とする非水系二次電池用電極板。
2. 集電体に電極合剤塗料を塗布して形成する非水系二次電池用電極板の製造方法において、走行する集電体上に集電体の長手方向の一定間隔毎に未塗布部を設けながら塗布を行う工程で電極合剤塗料の供給開始時にリリーフ機構を駆動させて、電極合剤塗料をリリーフ機構内に引き込むことにより塗布開始時に発生する衝撃圧を緩和し塗布量を調節することで、塗布領域の始端部の厚みが徐々に厚くなる形状とし、かつ電極合剤塗料の供給停止時にリリーフ機構を駆動させて、電極合剤塗料をリリーフ機構内に引き込み負圧を発生させ塗布量を調節することで塗布領域の終端部を徐々に厚みが減少していく形状に塗布することを特徴とした非水系二次電池用電極板の製造方法。
3. 集電体に電極合剤塗料を塗布するダイと電極合剤塗料を供給または停止させる間欠供給バルブを備える非水系二次電池用電極板の製造装置であって、前記間欠供給バルブが開放し前記ダイに電極合剤塗料の供給を開始する時と供給を停止する時に電極合剤塗料に負圧を付与するリリーフ機構を備えたことを特徴とする非水系二次電池用電極板の製造装置。

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