JP2010212143A - 電極製造方法および電極製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な品質の電極を製造でき、かつ設備コストの増加を抑制し得る電極製造方法および電極製造装置を提供する。
【解決手段】電極製造方法は、活物質を含む電極材１１１を長尺状の金属箔１１０に塗布する塗工工程と、塗工工程後、金属箔を切断する切断工程とを有する。切断工程では、電極材とともに金属箔を切断し、短手方向の長さが金属箔の短手方向の長さより短い長尺状の小片１１５を形成する。そして本発明の電極製造方法は、切断工程後に小片を加圧するプレス工程を有し、プレス工程において、プレスローラ１０８によって小片の短手方向に対して交差する方向に小片を加圧する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電極製造方法および電極製造装置に関する。

近年、環境や燃費の観点から、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）に期待が集まっており、駆動源であるリチウムイオン二次電池に関し、様々な研究・開発が急速に進められている。

リチウムイオン二次電池は、一般的に、正極集電体としての金属箔の面に正極活物質等を塗布した正極と、負極集電体としての金属箔の面に負極活物質等を塗布した負極とが、電解質層を介して重なり、電池ケース内に収納された構成を有する。

このような構成を有する電池の製造では、例えば特許文献１に記載されているように、活物質を含む電極材を金属箔の面に塗布して乾燥させた後、電極材を加圧する。加圧後、金属箔は電極材とともに切断され、電池ケース内に収納するための複数の小片に分割される。これらの工程は、通常、量産に適したロールトゥロールによって長尺状の金属箔を搬送しつつ進められ、電極材の加圧では、回転するプレスローラに金属箔が連続的に供給される。

特開平９−９７６０３号公報

しかし、金属箔のサイズが大きくなると、長尺状の金属箔の短手方向の長さ、つまり金属箔の幅が大きくなるため、これに合わせてプレスローラの幅も大きくなり、プレスローラから電極材に加わる圧力が金属箔の幅方向で不均一になり易い。このため、電極の厚みが不均一となって品質低下を招く虞がある。また、プレスローラの幅が大きくなると、設備の大型化、ひいては設備コストの増加につながる。

本発明はこれらの課題を解決するためになされたものであり、良好な品質の電極を製造でき、かつ設備コストの増加を抑制し得る電極製造方法および電極製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の電極製造方法は、活物質を含む電極材を長尺状の金属箔に塗布する塗工工程と、塗工工程後、金属箔を切断する切断工程とを有する。切断工程では、電極材とともに金属箔を切断し、短手方向の長さが金属箔の短手方向の長さより短い長尺状の小片を形成する。そして本発明の電極製造方法は、切断工程後に小片を加圧するプレス工程を有し、プレス工程において、プレスローラによって小片の短手方向に対して交差する方向に小片を加圧する。

上記目的を達成するための本発明の電極製造装置は、活物質を含む電極材を長尺状の金属箔に塗布する塗工部と、電極材とともに金属箔を切断し、短手方向の長さが金属箔の短手方向の長さより短い長尺状の小片を形成する切断部と、を有する。また本発明の電極製造装置は、小片の短手方向に対して交差する方向に小片を加圧するプレスローラを有する。

本発明によれば、金属箔を切断して形成する長尺状の小片の短手方向の長さ、つまり小片の幅が、切断前の長尺状の金属箔の幅より小さく、また、小片の短手方向に対して交差する方向に小片を加圧する。このため、金属箔を切断せずに加圧する場合に比べプレスローラの幅が小さく、電極材に加わる圧力が均一で、かつ設備がコンパクトになる。したがって、本発明は、厚みが均一で良好な品質の電極を製造でき、かつ設備コストの増加を抑制し得る。

電極製造方法を説明するためのフローチャートである。 電極製造方法を説明するための図である。 第１実施形態の電極製造装置を説明するための概略図である。 実施形態と異なる他の例と実施形態とを比較した図である。 第２実施形態の電極製造装置を説明するための概略図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、以下で説明する実施形態において、各実施形態で共通する機能を有する部材については、類似の符号を付し、また、重複する説明は省略する。

＜第１実施形態＞
第１実施形態の電極製造方法および電極製造装置１００は、リチウムイオン二次電池の電極を製造するためのものである。電極は、活物質を含む活物質層を扁平な集電体の面に配した構成を有する。

図１および図２において電極製造方法について概説すれば、電極製造方法は、活物質を含む電極材１１１を集電体としての金属箔１１０に塗布する塗工工程Ｓ１１０と、塗工工程後、電極材１１１を乾燥させる乾燥工程Ｓ１２０と、を有する。電極製造方法はまた、乾燥工程Ｓ１２０の後、電極材１１１とともに金属箔１１０を切断して小片１１５を形成する切断工程Ｓ１３０と、切断工程後、小片１１５を加圧するプレス工程Ｓ１４０と、を有する。

図３において電極製造装置１００について概説すれば、電極製造装置１００は、金属箔１１０に電極材１１１を塗布する塗工装置１０２（塗工部）と、電極材１１１を乾燥させる乾燥炉１０４と、を有する。電極製造装置１００はまた、金属箔１１０を切断して小片１１５を形成するシャーリングマシン１０６（切断部）と、小片１１５を加圧するプレスローラ１０８と、を有する。

塗工装置１０２は、電極材１１１を溜めるタンク（不図示）、電極材１１１を加圧するポンプ（不図示）、および電極材１１１を吐出するスリットダイ（不図示）を有する。乾燥炉１０４は、高温の熱風によって電極材１１１を加熱して乾燥させる。シャーリングマシン１０６は金属箔１１０を挟む刃を有し、この刃によって金属箔１１０を切断する。従来公知の技術を、塗工装置１０２、乾燥炉１０４、シャーリングマシン１０６、およびプレスローラ１０８に適用できる。

塗工工程Ｓ１１０では、ロールトゥロールによって搬送される長尺状の金属箔１１０に対して、塗工装置１０２が電極材１１１を塗布する。塗工装置１０２は、金属箔１１０の長手方向に電極材１１１を間欠的に塗布する。金属箔１１０の露出した未塗工部１１２が、金属箔１１０の長手方向に並ぶ。塗工装置１０２はまた、金属箔１１０の長手方向に沿う金属箔１１０の縁部１１３を露出させつつ電極材１１１を塗布する。縁部１１３を設けることによって、塗布した面の反対側の面に電極材１１１が垂れるのを防止できる。

金属箔１１０は、適宜の材料、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、ステンレス鋼を用いることができる。具体的には、例えば、正極を構成するための正極集電体としてアルミニウムなどの金属箔１１０を用い、負極を構成するための負極集電体として銅などの金属箔１１０を用いることができる。

電極材１１１としては、リチウムイオン二次電池の正極を形成するために用いる正極電極材と、負極を形成するために用いる負極電極材とがある。正極電極材は、例えば、正極活物質、導電助剤、およびバインダを含み、溶媒を添加することによって、これらを均一に分散させ、所定の粘度に調製する。

正極活物質は、例えば、マンガン酸リチウムである。導電助剤は、例えば、アセチレンブラックである。バインダは、例えば、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）である。溶媒は、例えば、ＮＭＰ（ノルマルメチルピロリドン）である。

負極電極材は、例えば、負極活物質、導電助剤、およびバインダを有し、溶媒を添加することによって、これらを均一に分散させ、所定の粘度に調製する。負極活物質は、例えば、グラファイトである。導電助剤、バインダ、および溶媒は、それぞれ例えば、アセチレンブラック、ＰＶＤＦ、およびＮＭＰである。

塗工工程Ｓ１１０の後、金属箔１１０は巻き取られずそのまま搬送されて乾燥炉１０４に入る。乾燥工程Ｓ１２０では、乾燥炉１０４が、金属箔１１０とともに搬送される電極材１１１を加熱する。電極材１１１が乾燥炉１０４を通過する間、および、乾燥炉１０４を通過した後、自然冷却する間に、電極材１１１内の溶媒がゆっくりと蒸発し、電極材１１１は乾燥する。電極材１１１の乾燥後、金属箔１１０は電極材１１１とともに巻き取られ、これらを巻回したロール１１４となる。金属箔１１０の両面に電極材１１１を配置するとき、塗工工程Ｓ１１０および乾燥工程Ｓ１２０は繰り返される。

切断工程Ｓ１３０では、シャーリングマシン１０６が、電極材１１１とともに金属箔１１０を切断して小片１１５を形成する。シャーリングマシン１０６は、ロール１１４から金属箔１１０を引き出しつつ、電極材１１１および金属箔１１０を切断する。

シャーリングマシン１０６は、金属箔１１０の長手方向、換言すると電極材１１１の塗布方向に金属箔１１０および電極材１１１を切断する。プレス工程Ｓ１４０において縁部１１３は不要であるため、シャーリングマシン１０６は、縁部１１３を切断して除去し、縁部１１３を除いた金属箔１１０を、電極材１１１とともに電極材１１１の塗布方向に切断する。

小片１１５は長尺状であり、小片１１５の短手方向の長さＬ１は、金属箔１１０の短手方向の長さＬ２（厳密には不要な縁部１１３を除いた金属箔１１０の幅Ｌ２）より短い。電極材１１１の塗布方向と小片１１５の長手方向とは一致し、小片１１５では、電極材１１１が小片１１５の長手方向に間欠的に並ぶ。切断工程後、小片１１５は巻き取られる。

プレス工程Ｓ１４０では、プレスローラ１０８が、小片１１５を巻回したロール１１６から小片１１５を引き出しつつ加圧する。プレスローラ１０８は、小片１１５の長手方向（短手方向に対して交差する方向）に小片１１５を加圧する。小片１１５では長手方向と電極材１１１の塗布方向とが一致するため、プレスローラ１０８は電極材１１１の塗布方向に小片１１５を加圧し、電極材１１１および未塗工部１１２に圧力が交互に加わる。プレスローラ１０８は、小片１１５を加圧することによって、電極材１１１の表面を平滑にし、かつ電極材１１１の密度を上げる。

第１実施形態の作用効果を述べる。

本実施形態の電極製造方法によれば、切断工程Ｓ１３０において形成する小片１１５の短手方向の長さＬ１が、金属箔１１０の幅Ｌ２より小さい（Ｌ１＜Ｌ２）。このことに加え、プレス工程Ｓ１４０において小片１１５は長手方向に加圧される。

このため、金属箔１１０を切断せずに加圧する場合に比べプレスローラ１０８の幅Ｌ３が小さくて済み、電極材１１１に加わる圧力が均一で、かつ設備がコンパクトになる。したがって本実施形態の電極製造方法は、厚みが均一で良好な品質の電極を製造でき、かつ設備コストの増加を抑制し得る。

電極材１１１は未塗工部１１２に比べて突出し、プレスローラ１０８に接し易いため、プレス工程Ｓ１４０において電極材１１１に加わる圧力は、未塗工部１１２に加わる圧力に比べて大きい。よって、小片１１５において電極材１１１が配置された部分の伸びが、未塗工部１１２の伸びに比べて大きい。

例えば図４（Ａ）に示すように、加圧方向が本実施形態と異なり間欠的に塗布した電極材１１１の塗布方向１１７に対して直交する方向であると、電極材１１１が配置された部分の伸びと未塗工部１１２の伸びとの差が、両者の境界に沿って生じる。このため、小片１１５がゆがむ虞がある。

一方、本実施形態の電極製造方法では、塗工工程Ｓ１１０において電極材１１１が間欠的に塗布され、そしてプレス工程Ｓ１４０において、プレスローラ１０８が電極材１１１の塗布方向に小片１１５を加圧する。つまり、プレスローラ１０８は、電極材１１１が配置された部分と未塗工部１１２とを両者の境界に直交する方向に交互に加圧する。このため、この境界に対して直交する方向に伸びの差が生じ、境界に沿う方向での伸びの差が抑制される。したがって小片１１５のゆがみを抑制できる。

本実施形態の電極製造装置１００によれば、シャーリングマシン１０６が形成する小片１１５の短手方向の長さＬ１が、切断前の金属箔１１０の幅Ｌ２より小さい（Ｌ１＜Ｌ２）。このことに加え、プレスローラ１０８が小片１１５の長手方向に小片１１５を加圧する。

このため、金属箔１１０を切断せず加圧するのに要するプレスローラに比べ、プレスローラ１０８の幅Ｌ３が小さく、電極材１１１に加わる圧力が均一で、かつ設備がコンパクトである。したがって本実施形態の電極製造装置１００は、厚みが均一で良好な品質の電極を製造でき、かつ設備コストの増加を抑制し得る。

本実施形態の電極製造方法および電極製造装置１００によれば、複数の小片１１５が形成され、複数の小片１１５の各々が加圧されるため、金属箔１１０を切断せずにそのまま一度に加圧する場合に比べ、加圧にかかる時間が長くなる。しかし、プレス工程Ｓ１４０に要する時間は、塗工工程Ｓ１１０および乾燥工程Ｓ１２０に要する時間に比べて充分短く、本実施形態の電極製造方法および電極製造装置１００は生産能率を維持できる。また、上述のような設備コスト抑制の効果を発揮し得る範囲で複数のプレスローラ１０８を用いれば、複数の小片１１５を同時に加圧でき、加圧に要する時間を早められる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態は第１実施形態と略同様であるが、切断工程後、小片２１５を巻き取らない点で第１実施形態と異なる。第１実施形態では、切断工程Ｓ１１０の後、小片１１５は巻き取られてロール１１６となる。

一方、図５に示すように第２実施形態では、切断工程Ｓ２３０において形成した小片２１５を、巻き取ることなくそのまま、プレス工程Ｓ２４０において加圧する。したがって、第２実施形態は、小片２１５の巻き取りおよび引き出しの手間を省け、第１実施形態の効果に加え生産性を向上できるという効果を奏する。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変できる。

例えば、実施形態ではプレス工程において、プレスローラが小片の長手方向にこれを加圧するが、本発明はこれに限定されない。すなわち、プレス工程では、プレスローラが小片の短手方向に対して交差する方向に小片を加圧すればよく、本発明は、長手方向と同一でなく、長手方向から多少ズレたものを含む。

１００、２００ 電極製造装置、
１０２、２０２ 塗工装置（塗工部）、
１０４、２０４ 乾燥炉、
１０６、２０６ シャーリングマシン（切断部）、
１０８、２０８ プレスローラ、
１１０、２１０ 金属箔、
１１１、２１１ 電極材、
１１２、２１２ 未塗工部、
１１３、２１３ 縁部、
１１５、２１５ 小片、
Ｓ１１０、Ｓ２１０ 塗工工程、
Ｓ１２０、Ｓ２２０ 乾燥工程、
Ｓ１３０、Ｓ２３０ 切断工程、
Ｓ１４０、Ｓ２４０ プレス工程。

Claims (4)

1. 活物質を含む電極材を長尺状の金属箔に塗布する塗工工程と、
   前記塗工工程後、前記電極材とともに前記金属箔を切断し、短手方向の長さが前記金属箔の短手方向の長さより短い長尺状の小片を形成する切断工程と、
   前記切断工程後、プレスローラによって前記小片の短手方向に対して交差する方向に前記小片を加圧するプレス工程と、を有する電極製造方法。
2. 前記塗工工程は前記金属箔の長手方向に前記電極材を間欠的に塗布する請求項１に記載の電極製造方法。
3. 前記切断工程において形成した前記小片を、巻き取ることなくそのまま、前記プレス工程において加圧する請求項１または請求項２に記載の電極製造方法。
4. 活物質を含む電極材を長尺状の金属箔に塗布する塗工部と、
   前記電極材とともに前記金属箔を切断し、短手方向の長さが前記金属箔の短手方向の長さより短い長尺状の小片を形成する切断部と、
   前記小片の短手方向に対して交差する方向に前記小片を加圧するプレスローラと、を有する電極製造装置。

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