JP2011222299A - 電極製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】バインダが流動性を維持しているときに、塗工材を塗工することができ、かつ、バインダを巻き上げるおそれのない電極製造方法を提供すること。
【解決手段】帯状の電極箔2に塗工材41を塗工する塗工工程と、塗工工程で塗工を受けた電極箔2をその長手方向に搬送しつつ塗工層3を乾燥させる乾燥工程とを有する電極製造方法において、塗工工程は、塗工材41を電極箔に接着させるためのバインダ31を、バインダグラビアロール33で塗工するバインダ塗工工程と、バインダ31が流動性を維持している間に、バインダ31の上に塗工材41を、塗工材グラビアロール43で塗工する塗工材塗工工程とを有し、バインダグラビアロール33を、電極箔2の搬送方向に対して、逆方向に回転させ、塗工材グラビアロール43を、電極箔2の搬送方向に対して、順方向に回転させる。
【選択図】図2
【解決手段】帯状の電極箔2に塗工材41を塗工する塗工工程と、塗工工程で塗工を受けた電極箔2をその長手方向に搬送しつつ塗工層3を乾燥させる乾燥工程とを有する電極製造方法において、塗工工程は、塗工材41を電極箔に接着させるためのバインダ31を、バインダグラビアロール33で塗工するバインダ塗工工程と、バインダ31が流動性を維持している間に、バインダ31の上に塗工材41を、塗工材グラビアロール43で塗工する塗工材塗工工程とを有し、バインダグラビアロール33を、電極箔2の搬送方向に対して、逆方向に回転させ、塗工材グラビアロール43を、電極箔2の搬送方向に対して、順方向に回転させる。
【選択図】図2
Description
本発明は、帯状の電極箔に塗工材を塗工する塗工材塗工工程と、前記塗工材塗工工程で塗工を受けた前記電極箔をその長手方向に搬送しつつ塗工層を乾燥させる乾燥工程とを有する電極製造方法に関するものである。
リチウムイオン二次電池等の二次電池の電極として、電極箔に活物質を塗工したものが用いられることがある。このような電極の製造においては、帯状の電極箔に、活物質等を混練した塗工材を塗工して塗工層を形成した後、その塗工層を乾燥させることが行われている。その際、塗工後の電極箔を乾燥炉中で搬送しながら乾燥させるのが一般的である。
ここで、電極箔の搬送において、乾燥前の塗工層にローラを接触させると、塗工材がローラに付着してしまう。このため、塗工後の電極箔は、未乾燥の塗工層の反対側の面でローラに接触するように搬送する必要がある。よって、電極箔は、乾燥炉内で一方向に向かって搬送されることが多い。
ここで、電極箔の搬送において、乾燥前の塗工層にローラを接触させると、塗工材がローラに付着してしまう。このため、塗工後の電極箔は、未乾燥の塗工層の反対側の面でローラに接触するように搬送する必要がある。よって、電極箔は、乾燥炉内で一方向に向かって搬送されることが多い。
一方、一般的に塗工材は粘着性が低いため電極箔から剥離するおそれがある。それを回避するため、接着剤であるバインダを先に塗工して、バインダが流動性を維持している間に、バインダの上に塗工材を塗工するのがベストである。
ここで、グラビアロールを用いて2層塗工を連続的に行うことは、例えば、特許文献1に開示されている。
しかし、バインダが流動性を維持している間に塗工材を塗工すると、バインダが塗工材により巻き上げられ、乾燥した後の塗工層の表面にバインダが浮き出す問題がある。バインダが塗工層の表面に浮き出すと、電池の性能が悪くなるからである。例えば、バインダとしてSBR等の粘度の低いものを使用したときに、バインダの巻上げの問題が顕著となる。
従来の電極製造方法では、次善の策として、塗工材にバインダを混合したものを塗工材として、1層だけ塗工していた。
ここで、グラビアロールを用いて2層塗工を連続的に行うことは、例えば、特許文献1に開示されている。
しかし、バインダが流動性を維持している間に塗工材を塗工すると、バインダが塗工材により巻き上げられ、乾燥した後の塗工層の表面にバインダが浮き出す問題がある。バインダが塗工層の表面に浮き出すと、電池の性能が悪くなるからである。例えば、バインダとしてSBR等の粘度の低いものを使用したときに、バインダの巻上げの問題が顕著となる。
従来の電極製造方法では、次善の策として、塗工材にバインダを混合したものを塗工材として、1層だけ塗工していた。
しかしながら、塗工材にバインダを混合したものを塗工材として使用する場合、SBR等のように、粘度が低く比重が軽いものを使用すると、バインダが塗工材の表面に浮き上がり、電池の性能を悪くする問題があった。
また、特許文献1の技術では、2つのグラビアロールを共に、基材フィルムの搬送方向に対して、逆方向に回転させている。バインダを塗工する場合には、塗工後の塗工層の表面にグラビアロールの版跡が残らないように、基材フィルムの搬送方向に対して、グラビアロールを逆方向に回転させることが好ましい。
しかし、バインダが流動性を維持しているときに、基材フィルムの搬送方向に対して、逆方向に回転するグラビアロールで塗工材を塗工すると、例えば、SBR等の粘度の低いバインダを使用している場合には、塗工材がバインダを大きく巻き上げてしまう問題がある。
また、特許文献1の技術では、2つのグラビアロールを共に、基材フィルムの搬送方向に対して、逆方向に回転させている。バインダを塗工する場合には、塗工後の塗工層の表面にグラビアロールの版跡が残らないように、基材フィルムの搬送方向に対して、グラビアロールを逆方向に回転させることが好ましい。
しかし、バインダが流動性を維持しているときに、基材フィルムの搬送方向に対して、逆方向に回転するグラビアロールで塗工材を塗工すると、例えば、SBR等の粘度の低いバインダを使用している場合には、塗工材がバインダを大きく巻き上げてしまう問題がある。
本発明は,前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、バインダが流動性を維持しているときに、塗工材を塗工することができ、かつ、バインダを巻き上げるおそれのない電極製造方法を提供することを目的とする。
本発明の電極製造方法は、次のような工程を有している。
(1)帯状の電極箔に塗工材を塗工する塗工工程と、前記塗工工程で塗工を受けた前記電極箔をその長手方向に搬送しつつ塗工層を乾燥させる乾燥工程とを有する電極製造方法において、前記塗工工程は、前記塗工材を前記電極箔に接着させるためのバインダを、バインダグラビアロールで塗工するバインダ塗工工程と、前記バインダが流動性を維持している間に、前記バインダの上に前記塗工材を、塗工材グラビアロールで塗工する塗工材塗工工程とを有し、前記バインダグラビアロールが、前記電極箔の搬送方向に対して、逆方向に回転されていること、前記塗工材グラビアロールが、前記電極箔の搬送方向に対して、順方向に回転されていること、を特徴とする。
(2)(1)に記載する電極製造方法において、前記塗工材グラビアロールの円周速度V1と、前記電極箔の搬送速度V2との速度比V1/V2が、1.2以下であることを特徴とする。さらに速度比は、1.2から0.8の間で選ぶと良い。
(1)帯状の電極箔に塗工材を塗工する塗工工程と、前記塗工工程で塗工を受けた前記電極箔をその長手方向に搬送しつつ塗工層を乾燥させる乾燥工程とを有する電極製造方法において、前記塗工工程は、前記塗工材を前記電極箔に接着させるためのバインダを、バインダグラビアロールで塗工するバインダ塗工工程と、前記バインダが流動性を維持している間に、前記バインダの上に前記塗工材を、塗工材グラビアロールで塗工する塗工材塗工工程とを有し、前記バインダグラビアロールが、前記電極箔の搬送方向に対して、逆方向に回転されていること、前記塗工材グラビアロールが、前記電極箔の搬送方向に対して、順方向に回転されていること、を特徴とする。
(2)(1)に記載する電極製造方法において、前記塗工材グラビアロールの円周速度V1と、前記電極箔の搬送速度V2との速度比V1/V2が、1.2以下であることを特徴とする。さらに速度比は、1.2から0.8の間で選ぶと良い。
(3)(1)または(2)に記載する電極製造方法において、前記バインダの塗工厚みが、4μm以下であることを特徴とする。
(4)(1)乃至(3)に記載する電極製造方法のいずれか1つにおいて、前記バインダの粘度をN1、前記塗工材の粘度をN2としたときに、N2−N1(N2からN1を引いた差)が、2500mPa・S以下であることを特徴とする。
(5)(4)に記載する電極製造方法において、前記バインダの粘度をN1、前記塗工材の粘度をN2としたときに、N2−N1が、1000mPa・S以下であることを特徴とする。
(6)(1)乃至(5)に記載する電極製造方法のいずれか1つにおいて、前記バインダがSBRであることを特徴とする。
(4)(1)乃至(3)に記載する電極製造方法のいずれか1つにおいて、前記バインダの粘度をN1、前記塗工材の粘度をN2としたときに、N2−N1(N2からN1を引いた差)が、2500mPa・S以下であることを特徴とする。
(5)(4)に記載する電極製造方法において、前記バインダの粘度をN1、前記塗工材の粘度をN2としたときに、N2−N1が、1000mPa・S以下であることを特徴とする。
(6)(1)乃至(5)に記載する電極製造方法のいずれか1つにおいて、前記バインダがSBRであることを特徴とする。
本発明の電極製造方法は、次のような作用・効果を奏する。
(1)帯状の電極箔に塗工材を塗工する塗工工程と、塗工工程で塗工を受けた電極箔をその長手方向に搬送しつつ塗工層を乾燥させる乾燥工程とを有する電極製造方法において、塗工工程は、塗工材を電極箔に接着させるためのバインダを、バインダグラビアロールで塗工するバインダ塗工工程と、バインダが流動性を維持している間に、バインダの上に塗工材を、塗工材グラビアロールで塗工する塗工材塗工工程とを有し、バインダグラビアロールが、電極箔の搬送方向に対して、逆方向に回転されていること、塗工材グラビアロールが、電極箔の搬送方向に対して、順方向に回転されていること、を特徴とするので、バインダを先に塗工した後に、塗工材を塗工しても、塗工材がバインダの表面に積層されるため、バインダが塗工材により巻き上げられることが少なく、乾燥後の塗工層の表面にバインダが浮き上がることがない。
(1)帯状の電極箔に塗工材を塗工する塗工工程と、塗工工程で塗工を受けた電極箔をその長手方向に搬送しつつ塗工層を乾燥させる乾燥工程とを有する電極製造方法において、塗工工程は、塗工材を電極箔に接着させるためのバインダを、バインダグラビアロールで塗工するバインダ塗工工程と、バインダが流動性を維持している間に、バインダの上に塗工材を、塗工材グラビアロールで塗工する塗工材塗工工程とを有し、バインダグラビアロールが、電極箔の搬送方向に対して、逆方向に回転されていること、塗工材グラビアロールが、電極箔の搬送方向に対して、順方向に回転されていること、を特徴とするので、バインダを先に塗工した後に、塗工材を塗工しても、塗工材がバインダの表面に積層されるため、バインダが塗工材により巻き上げられることが少なく、乾燥後の塗工層の表面にバインダが浮き上がることがない。
(2)(1)に記載する電極製造方法において、前記塗工材グラビアロールの円周速度V1と、前記電極箔の搬送速度V2との速度比V1/V2が、1.2以下であることを特徴とするので、塗工材グラビアロールの円周速度V1と、電極箔の搬送速度V2とがほぼ同じ速度であるため、塗工材がバインダの表面に積層されるときに、塗工材がバインダに対して影響を与えることが少なく、乾燥後の塗工層の表面にバインダが浮き上がることがない。
(3)(1)または(2)に記載する電極製造方法において、前記バインダの塗工厚みが、4μm以下であることを特徴とするので、バインダの厚みが薄いためバインダ自体の電極箔に対する密着力が強いため、塗工材が塗工された時に、バインダが塗工材により巻き上げられることがない。
(3)(1)または(2)に記載する電極製造方法において、前記バインダの塗工厚みが、4μm以下であることを特徴とするので、バインダの厚みが薄いためバインダ自体の電極箔に対する密着力が強いため、塗工材が塗工された時に、バインダが塗工材により巻き上げられることがない。
(4)(1)乃至(3)に記載する電極製造方法のいずれか1つにおいて、前記バインダの粘度をN1、前記塗工材の粘度をN2としたときに、N2−N1が、2500mPa・S以下であることを特徴とするので、塗工材とバインダの粘度差が小さいため、粘度の高い塗工材が、粘度の低いバインダの表面に塗工された時に、バインダが塗工材から受ける影響が少なく、バインダが塗工材により巻き上げられることが少ない。
(5)特に、(4)に記載する電極製造方法において、前記バインダの粘度をN1、前記塗工材の粘度をN2としたときに、N2−N1が、1000mPa・S以下であることを特徴とするので、塗工材とバインダの粘度差がより小さいため、粘度の高い塗工材が、粘度の低いバインダの表面に塗工された時に、バインダが塗工材から受ける影響が少なく、バインダが塗工材により巻き上げられることが少ない。
(6)(1)乃至(5)に記載する電極製造方法のいずれか1つにおいて、前記バインダがSBRであることを特徴とするので、SBRは、粘度の低いバインダであるため、上記条件を採用すると、有効である。
(5)特に、(4)に記載する電極製造方法において、前記バインダの粘度をN1、前記塗工材の粘度をN2としたときに、N2−N1が、1000mPa・S以下であることを特徴とするので、塗工材とバインダの粘度差がより小さいため、粘度の高い塗工材が、粘度の低いバインダの表面に塗工された時に、バインダが塗工材から受ける影響が少なく、バインダが塗工材により巻き上げられることが少ない。
(6)(1)乃至(5)に記載する電極製造方法のいずれか1つにおいて、前記バインダがSBRであることを特徴とするので、SBRは、粘度の低いバインダであるため、上記条件を採用すると、有効である。
以下、本発明を具体化した実施形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本実施形態は、リチウムイオン二次電池用電極の電極製造方法、及び電極製造装置について、本発明を具体化したものである。
[二次電池用電極]
まず、本発明の実施形態に係る電極製造装置により製造されるリチウムイオン二次電池用電極について、図1を参照しながら説明する。図1は、電極の幅方向の断面を示す断面図である。
電極1は、図1に示すように、帯状の電極箔2の両面に塗工層3を塗工したものである。塗工層3は、接着剤(バインダ)及び塗工材を塗工した後に乾燥させることにより、電極箔2に結着されてできた活物質の層である。塗工層3は、電極箔2の幅方向の中心付近に塗工されており、幅方向の両端は非塗工部である。そして、図中上側の塗工層3の塗工幅は、図中下側の塗工層3の塗工幅と同じである。また、図中上側の塗工層3の幅方向の位置は、図中下側の塗工層3の幅方向の位置と同じである。すなわち、図中上側の塗工層3は、図中下側の塗工層3の真裏の位置にある。本実施形態において、電極箔2の厚さは、10μm程度である。また、塗工層3の厚さは、乾燥前で40μm程度、乾燥後で30μm程度である。
まず、本発明の実施形態に係る電極製造装置により製造されるリチウムイオン二次電池用電極について、図1を参照しながら説明する。図1は、電極の幅方向の断面を示す断面図である。
電極1は、図1に示すように、帯状の電極箔2の両面に塗工層3を塗工したものである。塗工層3は、接着剤(バインダ)及び塗工材を塗工した後に乾燥させることにより、電極箔2に結着されてできた活物質の層である。塗工層3は、電極箔2の幅方向の中心付近に塗工されており、幅方向の両端は非塗工部である。そして、図中上側の塗工層3の塗工幅は、図中下側の塗工層3の塗工幅と同じである。また、図中上側の塗工層3の幅方向の位置は、図中下側の塗工層3の幅方向の位置と同じである。すなわち、図中上側の塗工層3は、図中下側の塗工層3の真裏の位置にある。本実施形態において、電極箔2の厚さは、10μm程度である。また、塗工層3の厚さは、乾燥前で40μm程度、乾燥後で30μm程度である。
電極1には、正極及び負極の2種類がある。リチウムイオン二次電池の正極には、電極箔2としてアルミ箔等を用いることができる。また、正極の塗工層3に用いられる塗工材は、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMnO2)、コバルト酸リチウム(LiCoO2)等のリチウム複合酸化物などの正極活物質である。リチウムイオン二次電池の負極には、電極箔2として銅箔等を用いることができる。また、負極の塗工層3に用いられる塗工材は、非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、黒鉛等の炭素系物質などの負極活物質である。その際、接着剤として、SBRを主成分とするバインダが用いられている。
正極と負極とでは、前述したように材料は異なるが、電極箔2及び塗工層3の幅や厚み等に大差はない。さらに正極も負極も、図1に示したように電極箔2の両面に塗工層3を塗工したものであることに変わりない。このため、本形態の二次電池用の電極製造装置は、リチウムイオン二次電池の正極も負極も製造することができるものである。よって、以下特に正極と負極とを区別しないで電極1として説明する。
[電極製造装置]
次に、本実施形態に係る電極製造装置の全体構成について、図2を参照しながら説明する。図2は、本実施形態に係る電極製造装置の全体構成を示す正面投影図である。
電極製造装置100は、電極箔2にバインダや塗工材を塗工した後、乾燥させて電極1を製造する装置である。この電極製造装置100は、図2に示すように、電極箔2を巻き出す巻出し部10と、巻き出した電極箔2にバインダや塗工材を塗工する塗工部20と、塗工した電極箔2を乾燥させる乾燥部50と、乾燥させた電極箔2の進行方向及び表裏を反転させる反転部60と、両面の塗工が完了した電極箔2(電極1)を巻き取る巻取り部70とを備えている。
次に、本実施形態に係る電極製造装置の全体構成について、図2を参照しながら説明する。図2は、本実施形態に係る電極製造装置の全体構成を示す正面投影図である。
電極製造装置100は、電極箔2にバインダや塗工材を塗工した後、乾燥させて電極1を製造する装置である。この電極製造装置100は、図2に示すように、電極箔2を巻き出す巻出し部10と、巻き出した電極箔2にバインダや塗工材を塗工する塗工部20と、塗工した電極箔2を乾燥させる乾燥部50と、乾燥させた電極箔2の進行方向及び表裏を反転させる反転部60と、両面の塗工が完了した電極箔2(電極1)を巻き取る巻取り部70とを備えている。
巻出し部10は、未塗工の電極箔2をロール状に巻きとった電極箔リール11と、電極箔リール11を回転可能に支持する回転軸12とを備えている。そして、電極箔2がその長手方向に引っ張られると、電極箔リール11が回転して、電極箔2が電極箔リール11から徐々に巻き出されるようになっている。なお、電極箔リール11は、電極箔2が全て巻き出された場合などに、適宜取り替えられるようになっている。また、電極箔リール11は、巻出し部10に2以上設置されてもよい。さらに、一つの電極箔リール11の電極箔2の最後端と、他の電極箔リール11の電極箔2の最前端とをつなぎあわせて通紙すれば、電極箔2の通紙作業を効率的に行うことができる。
塗工部20は、バインダ塗工部30と、塗工材塗工部40とを備えている。バインダ塗工部30は、塗工材41を電極箔2に接着させるためのバインダ31を、電極箔2に塗工するものである。塗工材塗工部40は、バインダ31を塗工した電極箔2の上に、塗工材41を塗工するものである。この塗工材塗工部40では、バインダ31が流動性を維持している間に、塗工材41が塗工されるようになっている。本実施形態では、バインダ31の粘度をN1、塗工材41の粘度をN2としたときに、N2−N1(N2からN1を引いた差)が、2500mPa・S以下となるようにしている。特に、N2−N1は、1000mPa・S以下であることが望ましい。
<バインダ塗工部の構成>
ここで、バインダ塗工部30の構成について、図2〜図6を参照しながら説明する。図3及び図4は、図2の電極製造装置の塗工部を示す上面図である。図5は、同塗工部を示す斜視図である。図6は、バインダ塗工部を示す断面図である。なお、分かりやすくするため、図3では各押圧ローラ及び各グラビアブレードを省略し、図4では各グラビアブレードを省略して示している。
バインダ塗工部30は、図2に示すように、バインダ31を流入する液パン32と、回転可能に支持されたバインダグラビアロール33と、バインダグラビアロール33による塗工厚みを一定にするためのバインダグラビアブレード37A,37Bと、バインダグラビアロール33に電極箔2を押圧する押圧用ローラ38A,38B,39A,39Bとを備えている。バインダグラビアロール33及び押圧用ローラ38A,38B,39A,39Bの各軸は、巻出し部10の回転軸12と平行に設けられている。また、バインダ塗工部30と塗工材塗工部40との間には、バインダ塗工部30で塗工したバインダ量(塗工厚み)を検出する赤外光吸光度計21が設けられている。
ここで、バインダ塗工部30の構成について、図2〜図6を参照しながら説明する。図3及び図4は、図2の電極製造装置の塗工部を示す上面図である。図5は、同塗工部を示す斜視図である。図6は、バインダ塗工部を示す断面図である。なお、分かりやすくするため、図3では各押圧ローラ及び各グラビアブレードを省略し、図4では各グラビアブレードを省略して示している。
バインダ塗工部30は、図2に示すように、バインダ31を流入する液パン32と、回転可能に支持されたバインダグラビアロール33と、バインダグラビアロール33による塗工厚みを一定にするためのバインダグラビアブレード37A,37Bと、バインダグラビアロール33に電極箔2を押圧する押圧用ローラ38A,38B,39A,39Bとを備えている。バインダグラビアロール33及び押圧用ローラ38A,38B,39A,39Bの各軸は、巻出し部10の回転軸12と平行に設けられている。また、バインダ塗工部30と塗工材塗工部40との間には、バインダ塗工部30で塗工したバインダ量(塗工厚み)を検出する赤外光吸光度計21が設けられている。
バインダグラビアロール33は、図3に示すように、塗工を行わない中間部34と、中間部34より一端側(図3において下側)に形成された第1バインダ塗工部35と、中間部34より他端側(図3において上側)に形成された第2バインダ塗工部36とを備えている。第1バインダ塗工部35は、電極箔2の一面Aにバインダ31を塗工するものである。第2バインダ塗工部36は、電極箔2の他面Bにバインダ31を塗工するものである。
このバインダグラビアロール33は、図5に示すように、直径50mmの円柱形状をなしており、その軸方向長さは500mmである。ここで、中間部34の軸方向長さは200mm、第1バインダ塗工部35の軸方向長さは150mm、第2バインダ塗工部36の軸方向長さは150mmとなっている。第1バインダ塗工部35には、バインダグラビアロール33の軸方向に対して45°傾斜した第1バインダ塗工部版35aが形成されている。第2バインダ塗工部36には、バインダグラビアロール33の軸方向に対して45°傾斜した第2バインダ塗工部版36aが形成されている。そして、第1バインダ塗工部版35aと第2バインダ塗工部版36aの傾斜方向は、互いに逆向きである。第1バインダ塗工部版35a及び第2バインダ塗工部版36aは、25.4mm当たり250本の浅い溝を、等間隔に形成したものである。バインダグラビアロール33にバインダ31を供給する液パン32の側面には、第1バインダ塗工部35と第2バインダ塗工部36との間(中間部34)に、バインダ31を供給する供給口32aが設けられている。この供給口32aの中心線は、中間部34の軸方向における中央位置を通過している。また、供給口32aには、バインダ31を汲み入れるためのポンプ27が接続されている。
バインダグラビアブレード37A,37Bは、図6に示すように、ポリエチレン等のプラスチックからなる板状部材である。このバインダグラビアブレード37A,37Bは、第1バインダ塗工部35のバインダ量を調整するバインダグラビアブレード37Aと、第2バインダ塗工部36のバインダ量を調整するバインダグラビアブレード37Bとに、別個に設けられている。各バインダグラビアブレード37A,37Bの先端は、所定のタッチ圧Tでバインダグラビアロール33に当接している。バインダグラビアブレード37A,37Bのタッチ圧Tは、0.1〜0.3MPa程度である。バインダ31の塗工厚みは、4μm以下である。特に、本実施形態では、バインダ31の塗工厚みを、2.5μmとしている。
押圧用ローラ38A,38B,39A,39Bは、図2に示すように、バインダグラビアロール33と平行な軸を有しており、バインダグラビアロール33の径方向両側から電極箔2を図中下向きへ押圧するように設けられている。より詳しくは、図4に示すように、第1バインダ塗工部35の径方向両側に押圧用ローラ38A,39Aが一対となって配置され、第2バインダ塗工部36の径方向両側に押圧用ローラ38B,39Bが一対となって配置されている。特に、本実施形態では、第1バインダ塗工部35を押圧する押圧用ローラ38Aと、第2バインダ塗工部36を押圧する押圧用ローラ38Bとが分割して設けられている。また、第1バインダ塗工部35を押圧する押圧用ローラ39Aと、第2バインダ塗工部36を押圧する押圧用ローラ39Bとが分割して設けられている。そして、各押圧用ローラ38A,38B,39A,39Bは、その上下位置を制御するコントローラ25(図2参照)に接続されている。
赤外光吸光度計21は、バインダ31を塗工した電極箔2に赤外光を照射し、(例えば水の吸収波長を利用して)その吸光度を検知することで、電極箔2に塗工されたバインダ量を検出するものである。赤外光吸光度計21は、図3に示すように、電極箔2の幅方向に沿って延設されたレール21aに取り付けられている。このレール21aは、第1バインダ塗工部35と第2バインダ塗工部36との双方を通過する電極箔2を検出可能な長さに形成されている。なお、本実施形態では、赤外光吸光度計21として大塚電子社製の計測器を使用し、直径1cmに絞られた赤外光を照射して計測を行っている。
<バインダ塗工部の作用>
ポンプ27の駆動により、供給口32aから液パン32内にバインダ31が供給される。このとき、供給口32aは、その中心線がバインダグラビアロール33の中間部34の軸方向における中央位置を通過するように設けられているので、バインダ31は、バインダグラビアロール33の中間部34の軸方向における中央位置へ向けて供給される。液パン32内に供給されたバインダ31は、バインダグラビアロール33の等速回転に伴って、第1バインダ塗工部版35a及び第2バインダ塗工部版36aの各溝に入り込んでいく。また、第1バインダ塗工部版35aと第2バインダ塗工部版36aとは、バインダグラビアロール33の軸方向に対して互いに逆向きに45°傾斜しているため、液パン32内のバインダ31は、その傾斜によりバインダグラビアロール33の軸方向両端側へと緩やかに流れていく。そして、バインダ31は、バインダグラビアロール33の軸方向両端から液パン32の外へと溢れ出ていく。
ポンプ27の駆動により、供給口32aから液パン32内にバインダ31が供給される。このとき、供給口32aは、その中心線がバインダグラビアロール33の中間部34の軸方向における中央位置を通過するように設けられているので、バインダ31は、バインダグラビアロール33の中間部34の軸方向における中央位置へ向けて供給される。液パン32内に供給されたバインダ31は、バインダグラビアロール33の等速回転に伴って、第1バインダ塗工部版35a及び第2バインダ塗工部版36aの各溝に入り込んでいく。また、第1バインダ塗工部版35aと第2バインダ塗工部版36aとは、バインダグラビアロール33の軸方向に対して互いに逆向きに45°傾斜しているため、液パン32内のバインダ31は、その傾斜によりバインダグラビアロール33の軸方向両端側へと緩やかに流れていく。そして、バインダ31は、バインダグラビアロール33の軸方向両端から液パン32の外へと溢れ出ていく。
本実施形態によれば、バインダ31はバインダグラビアロール33の中央から両端側へと流れていくが、一定回転で制御されるポンプ27によりロール33の中央へ常に一定量のバインダ31を供給するとともに、両端側で液パン32から溢れ出すバインダ31の量も常に一定量となるように管理することで、バインダ31の液面は中央側で低下することなく、常に同じ高さで安定した状態に保たれる。このように安定した液面状態で、バインダグラビアロール33をゆっくりした速度で等速回転させることにより、バインダグラビアロール33における第1バインダ塗工部版35a及び第2バインダ塗工部版36aの各溝に、常に一定量のバインダ31を偏りなく供給することができる。そして、各バインダグラビアブレード37A,37Bを、等速回転するバインダグラビアロール33に所定のタッチ圧Tで当接させることにより、電極箔2に塗工するバインダ31の塗工厚みを、常に均一な値2.5μmとすることができる。
また、本実施形態では、バインダグラビアブレード37A,37Bを別個に設けたことで、各ブレード37A,37B同士が互いに影響を与えることがない。したがって、第1バインダ塗工部35による塗工厚みと第2バインダ塗工部36による塗工厚みとを、各別に調整することができる。このとき、各バインダグラビアブレード37A,37Bのタッチ圧Tを、互いに異なる値に設定することができる。
また、本実施形態では、バインダグラビアブレード37A,37Bを別個に設けたことで、各ブレード37A,37B同士が互いに影響を与えることがない。したがって、第1バインダ塗工部35による塗工厚みと第2バインダ塗工部36による塗工厚みとを、各別に調整することができる。このとき、各バインダグラビアブレード37A,37Bのタッチ圧Tを、互いに異なる値に設定することができる。
ところで、第1バインダ塗工部35には、両面A,Bとも未塗工の電極箔2が搬送される。一方、第2バインダ塗工部36には、すでに一面Aの塗工が完了している電極箔2が搬送される。第1バインダ塗工部35を通過する電極箔2の搬送経路と、第2バインダ塗工部36を通過する電極箔2の搬送経路とは、いずれもバインダグラビアロール33の軸方向と直交しており、両搬送経路はバインダグラビアロール33の軸方向に所定間隔を置いて平行である。また、第1バインダ塗工部35を通過する電極箔2の搬送方向と、第2バインダ塗工部36を通過する電極箔2の搬送方向とは、同一方向(図3において左方向)である。
ここで、本実施形態のバインダグラビアロール33は、両電極箔2の搬送方向に対して、逆方向に回転される。このように、電極箔2の搬送方向とバインダグラビアロール33の回転方向とを逆方向とするのは、塗工後の塗工層の表面に版跡を残さないようにするためである。
また、本実施形態では、予めコントローラ25により押圧用ローラ38A,38B,39A,39Bの上下位置を調整しておくことで、バインダグラビアロール33に接触する電極箔2の張力を調整している。特に、コントローラ25により、一対の押圧用ローラ38A,39Aの上下位置を調整して、第1バインダ塗工部35に接触する電極箔2の第1張力を一定に保持し、一対の押圧用ローラ38B,39Bの上下位置を調整して、第2バインダ塗工部36に接触する電極箔2の第2張力を一定に保持している。このように本実施形態では、第1バインダ塗工部35側の第1張力と、第2バインダ塗工部36側の第2張力とを各別に調整することができる。
そして、バインダ塗工部30を通過した電極箔2は、赤外光吸光度計21によりバインダ31の塗工厚みが検出される。赤外光吸光度計21は、直径1cmに絞られた赤外光を電極箔2に照射しながら、図3に矢印で示すように、レール21aに沿って電極箔2の幅方向へ往復移動する。ここで、レール21aは、第1バインダ塗工部35と第2バインダ塗工部36との双方を通過する電極箔2を検出可能な長さに形成されている。また、電極箔2の搬送速度V2は、5m/minというゆっくりした速度である。そのため、赤外光吸光度計21をレール21aに沿って往復移動させることにより、第1バインダ塗工部35を通過した電極箔2と、第2バインダ塗工部36を通過した電極箔2との双方におけるバインダ量(塗工厚み)を、1つの赤外光吸光度計21で十分に検出できるようになっている。
<塗工材塗工部の構成>
続いて、塗工材塗工部40の構成について、図2〜図5及び図7を参照しながら説明する。図7は、塗工材塗工部を示す断面図である。なお、本実施形態の塗工材塗工部40は、バインダ塗工部30と基本的な構成が同じなので、図5では図面を共用して塗工材塗工部40の構成部品を( )付きの符号で示している。
塗工材塗工部40は、図2に示すように、塗工材41を流入する液パン42と、回転可能に支持された塗工材グラビアロール43と、塗工材グラビアロール43による塗工厚みを一定にするための塗工材グラビアブレード47A,47Bと、塗工材グラビアロール43に電極箔2を押圧する押圧用ローラ48A,48B,49A,49Bとを備えている。塗工材グラビアロール43及び押圧用ローラ48A,48B,49A,49Bの軸は、巻出し部10の回転軸12と平行に設けられている。
続いて、塗工材塗工部40の構成について、図2〜図5及び図7を参照しながら説明する。図7は、塗工材塗工部を示す断面図である。なお、本実施形態の塗工材塗工部40は、バインダ塗工部30と基本的な構成が同じなので、図5では図面を共用して塗工材塗工部40の構成部品を( )付きの符号で示している。
塗工材塗工部40は、図2に示すように、塗工材41を流入する液パン42と、回転可能に支持された塗工材グラビアロール43と、塗工材グラビアロール43による塗工厚みを一定にするための塗工材グラビアブレード47A,47Bと、塗工材グラビアロール43に電極箔2を押圧する押圧用ローラ48A,48B,49A,49Bとを備えている。塗工材グラビアロール43及び押圧用ローラ48A,48B,49A,49Bの軸は、巻出し部10の回転軸12と平行に設けられている。
塗工材グラビアロール43は、図3に示すように、塗工を行わない中間部44と、中間部44より一端側(図3において下側)に形成された第1塗工材塗工部45と、中間部44より他端側(図3において上側)に形成された第2塗工材塗工部46とを備えている。第1塗工材塗工部45は、電極箔2の一面Aに塗工材41を塗工するものである。第2塗工材塗工部46は、電極箔2の他面Bに塗工材41を塗工するものである。
塗工材グラビアロール43は、図5に示すように、直径50mmの円柱形状をなしており、その軸方向長さは500mmである。ここで、中間部44の軸方向長さは200mm、第1塗工材塗工部45の軸方向長さは150mm、第2塗工材塗工部46の軸方向長さは150mmとなっている。第1塗工材塗工部45には、塗工材グラビアロール43の軸方向に対して45°傾斜した第1塗工材塗工部版45aが形成されている。第2塗工材塗工部46には、塗工材グラビアロール43の軸方向に対して45°傾斜した第2塗工材塗工部版46aが形成されている。そして、第1塗工材塗工部版45aと第2塗工材塗工部版46aの傾斜方向は、互いに逆向きである。第1塗工材塗工部版45a及び第2塗工材塗工部版46aは、25.4mm当たり70本の溝を、等間隔に形成したものである。塗工材グラビアロール43に塗工材41を供給する液パン42の側面には、第1塗工材塗工部45と第2塗工材塗工部46との間(中間部44)に、塗工材41を供給する供給口42aが設けられている。この供給口42aの中心線は、中間部44の軸方向における中央位置を通過している。また、供給口42aには、塗工材41を汲み入れるためのポンプ28が接続されている。なお、本実施形態では、ポンプ28として、ヘージ社製のモーノポンプを使用している。このモーノポンプは、容積タイプであって、一定回転で制御されるようになっている。
塗工材グラビアブレード47A,47Bは、図7に示すように、ポリエチレン等のプラスチックからなる板状部材である。この塗工材グラビアブレード47A,47Bは、第1塗工材塗工部45の塗工量を調整する塗工材グラビアブレード47Aと、第2塗工材塗工部46の塗工量を調整する塗工材グラビアブレード47Bとに、別個に設けられている。各塗工材グラビアブレード47A,47Bの先端は、所定のタッチ圧Tで塗工材グラビアロール43に当接している。塗工材グラビアブレード47A,47Bのタッチ圧Tは、0.1〜0.3MPa程度である。
押圧用ローラ48A,48B,49A,49Bは、図2に示すように、塗工材グラビアロール43と平行な軸を有しており、塗工材グラビアロール43の径方向両側から電極箔2を図中下向きへ押圧するように設けられている。より詳しくは、図4に示すように、第1塗工材塗工部45の径方向両側に押圧用ローラ48A,49Aが一対となって配置され、第2塗工材塗工部46の径方向両側に押圧用ローラ48B,49Bが一対となって配置されている。特に、本実施形態では、第1塗工材塗工部45を押圧する押圧用ローラ48Aと、第2塗工材塗工部46を押圧する押圧用ローラ48Bとが分割して設けられている。また、第1塗工材塗工部45を押圧する押圧用ローラ49Aと、第2塗工材塗工部46を押圧する押圧用ローラ49Bとが分割して設けられている。そして、各押圧用ローラ48A,48B,49A,49Bは、その上下位置を制御するコントローラ26(図2参照)に接続されている。
<塗工材塗工部の作用>
ポンプ28の駆動により、供給口42aから液パン42内に、100ml/minの塗工材41が供給される。このとき、供給口42aは、その中心線が塗工材グラビアロール43の中間部44の軸方向における中央位置を通過するように設けられているので、塗工材41は、塗工材グラビアロール43の中間部44の軸方向における中央位置へ向けて供給される。液パン42内に供給された塗工材41は、塗工材グラビアロール43の等速回転に伴って、第1塗工材塗工部版45a及び第2塗工材塗工部版46aの各溝に入り込んでいく。また、第1塗工材塗工部版45aと第2塗工材塗工部版46aとは、塗工材グラビアロール43の軸方向に対して互いに逆向きに45°傾斜しているため、液パン42内の塗工材41は、その傾斜により塗工材グラビアロール43の軸方向両端側へと緩やかに流れていく。そして、塗工材41は、塗工材グラビアロール43の軸方向両端から、40ml/minの勢いで液パン42の外へと溢れ出ていく。
ポンプ28の駆動により、供給口42aから液パン42内に、100ml/minの塗工材41が供給される。このとき、供給口42aは、その中心線が塗工材グラビアロール43の中間部44の軸方向における中央位置を通過するように設けられているので、塗工材41は、塗工材グラビアロール43の中間部44の軸方向における中央位置へ向けて供給される。液パン42内に供給された塗工材41は、塗工材グラビアロール43の等速回転に伴って、第1塗工材塗工部版45a及び第2塗工材塗工部版46aの各溝に入り込んでいく。また、第1塗工材塗工部版45aと第2塗工材塗工部版46aとは、塗工材グラビアロール43の軸方向に対して互いに逆向きに45°傾斜しているため、液パン42内の塗工材41は、その傾斜により塗工材グラビアロール43の軸方向両端側へと緩やかに流れていく。そして、塗工材41は、塗工材グラビアロール43の軸方向両端から、40ml/minの勢いで液パン42の外へと溢れ出ていく。
本実施形態によれば、塗工材41は塗工材グラビアロール43の中央から両端側へと流れていくが、一定回転で制御されるポンプ28によりロール43の中央へ常に一定量の塗工材41を供給するとともに、両端側で液パン42から溢れ出す塗工材41の量も常に一定量となるように管理することで、塗工材41の液面は中央側で低下することなく、常に同じ高さで安定した状態に保たれる。このように安定した液面状態で、塗工材グラビアロール43を円周速度V1=5m/minというゆっくりした速度で等速回転させることにより、塗工材グラビアロール43における第1塗工材塗工部版45a及び第2塗工材塗工部版46aの各溝に、常に一定量の塗工材41を偏りなく供給することができる。そして、各塗工材グラビアブレード47A,47Bを、等速回転する塗工材グラビアロール43に所定のタッチ圧Tで当接させることにより、電極箔2に塗工する塗工材41の塗工厚みを、常に均一な値40μmとすることができる。
また、本実施形態では、塗工材グラビアブレード47A,47Bを別個に設けたことで、各ブレード47A,47B同士が互いに影響を与えることがない。したがって、第1塗工材塗工部45による塗工厚みと第2塗工材塗工部46による塗工厚みとを、各別に調整することができる。このとき、各塗工材グラビアブレード47A,47Bのタッチ圧Tを、互いに異なる値に設定することができる。
また、本実施形態では、塗工材グラビアブレード47A,47Bを別個に設けたことで、各ブレード47A,47B同士が互いに影響を与えることがない。したがって、第1塗工材塗工部45による塗工厚みと第2塗工材塗工部46による塗工厚みとを、各別に調整することができる。このとき、各塗工材グラビアブレード47A,47Bのタッチ圧Tを、互いに異なる値に設定することができる。
ところで、第1塗工材塗工部45には、両面A,Bとも塗工材41が塗工されていない電極箔2が搬送される。一方、第2塗工材塗工部46には、すでに一面Aの塗工が完了している電極箔2が搬送される。第1塗工材塗工部45を通過する電極箔2の搬送経路と、第2塗工材塗工部46を通過する電極箔2の搬送経路とは、いずれも塗工材グラビアロール43の軸方向と直交しており、両搬送経路は塗工材グラビアロール43の軸方向に所定間隔を置いて平行である。また、第1塗工材塗工部45を通過する電極箔2の搬送方向と、第2塗工材塗工部46を通過する電極箔2の搬送方向とは、同一方向(図3において左方向)である。
ここで、本実施形態の塗工材グラビアロール43は、両電極箔2の搬送方向に対して、順方向に回転される。このように、電極箔2の搬送方向と塗工材グラビアロール43の回転方向とを同一方向とするのは、バインダ31の塗工後に塗工材41を塗工しても、バインダ31が塗工材41により巻き上げられるのを防止して、乾燥後の塗工層3の表面にバインダ31を浮き上がらせないようにするためである。また、本実施形態では、塗工材グラビアロール43を円周速度V1=5m/minで常に等速回転させるとともに、電極箔2も常に一定の搬送速度V=5m/minで搬送している。すなわち、塗工材グラビアロール43の円周速度V1と電極箔2の搬送速度V2との速度比V1/V2を、1.0としている。このように、塗工材グラビアロール43の円周速度V1と、電極箔2の搬送速度V2とを順方向へ同じ速度とすることで、塗工材41がバインダ31の表面に積層されるときに、塗工材41がバインダ31に影響を与えることなく自然に上塗りされるようになるため、乾燥後の塗工層3の表面にバインダ31が浮き上がるのをより確実に防止することができる。これにより、塗工層3の剥離や電池性能の低下を防止することができる。なお、速度比V1/V2としては、1.2から0.8の間の値を選択した場合に好ましい結果を得られるのがわかった(実施例1参照)。
また、本実施形態では、バインダ31の塗工厚みを2.5μmとしている。このようにバインダ31の塗工厚みを薄くしたことにより、バインダ自体の電極箔2に対する密着力が強まり、その上に塗工材41が塗工された時にも、バインダ31が塗工材41により巻き上げられないようにすることができる(実施例2参照)。特に、本実施形態では、赤外光吸光度計21によりバインダ31の塗工厚みを厳密に2.5μmに管理しているため、バインダ31がより巻き上げられ難くなっている。さらに、バインダ31の粘度N1と塗工材41の粘度N2との差N2−N1を、2500mPa・S以下、望ましくは1000mPa・S以下としている。このように、塗工材41とバインダ31の粘度差N2−N1を小さくすることにより、相対的に粘度の高い塗工材41が、相対的に粘度の低いバインダ31の表面に塗工された時にも、バインダ31が塗工材41から受ける影響を少なくして、バインダ31が塗工材41により巻き上げられるのをより確実に防止することができる。これは、本実施形態のように粘度の低いSBRをバインダ31として使用する場合には、特に有効である。なぜなら、粘度の低いバインダ31を使用した場合には、塗工材41の塗工時にバインダ31が巻き上げられやすくなるが、塗工材41の粘度を下げて粘度差N2−N1を小さくすることにより、塗工材41によるバインダ31の飛散を抑制して、バインダ31が塗工材41により巻き上げられるのをより確実に防止できるからである。
また、本実施形態では、予めコントローラ26により押圧用ローラ48A,48B,49A,49Bの上下位置を調整しておくことで、塗工材グラビアロール43に接触する電極箔2の張力を調整している。特に、コントローラ26により、一対の押圧用ローラ48A,49Aの上下位置を調整して、第1塗工材塗工部45に接触する電極箔2の第1張力を一定に保持し、一対の押圧用ローラ48B,49Bの上下位置を調整して、第2塗工材塗工部46に接触する電極箔2の第2張力を一定に保持している。このように本実施形態では、第1塗工材塗工部45側の第1張力と、第2塗工材塗工部46側の第2張力とを各別に調整することができる。
乾燥炉50は、図2に示すように、塗工部20で塗工を受けた乾燥前の電極箔2をその長手方向に搬送する従動ローラ51A,51Bと、電極箔2に熱風を吹き付けるエアノズル52A,52Bとを備えている。特に、本実施形態の乾燥部50は、図2において手前側と奥側との2経路を有している。手前側経路は、図3に示す第1バインダ塗工部35及び第1塗工材塗工部45を通過した電極箔2の一面Aを乾燥させる経路であり、その経路上には、従動ローラ51Aとエアノズル52Aとが一対になって所定間隔で配置されている。一方、奥側経路は、図3に示す第2バインダ塗工部36及び第2塗工材塗工部46を通過した電極箔2の他面Bを乾燥させる経路であり、その経路上には、従動ローラ51Bとエアノズル52Bとが一対になって所定間隔で配置されている。各従動ローラ51A,51Bは、電極箔2の塗工された面とは反対側の面に接しながら回転して電極箔2を搬送するようになっている。各エアノズル52A,52Bは、従動ローラ51A,51Bとは反対側から電極箔2の塗工層3に熱風を吹きつけるように配置されている。そして、手前側経路を通過した電極箔2は、反転部60へと搬送され、奥側経路を通過した電極箔2は、巻取り部70へと搬送されるようになっている。
本実施形態の反転部60について、図2、図8及び図9を参照しながら説明する。図8は、図2の電極製造装置の反転部におけるローラの配置を示す側面図である。図9は、同反転部による反転の様子を示す上面図である。
反転部60は、図2に示すように、乾燥部50の手前側経路から電極箔2が搬送される従動ローラ61と、従動ローラ61に搬送された電極箔2の進行方向及び表裏を反転させるための反転用ローラ62,63とを備えている。
従動ローラ61は、乾燥部50の従動ローラ51や巻出し部10の回転軸12と平行な軸61aを有している。これに対して、反転用ローラ62は、図8に示すように、従動ローラ61の軸61aに対して、上下方向に45°傾いた軸62aを有している。反転用ローラ63も、従動ローラ61の軸61aに対して、上下方向に45°傾いた軸63aを有している。軸62aと63aの傾斜方向は、互いに逆向きである。また、反転用ローラ62は、図9に示すように、従動ローラ61及び反転用ローラ63より水平方向内側へずれた位置に配置されている。
反転部60は、図2に示すように、乾燥部50の手前側経路から電極箔2が搬送される従動ローラ61と、従動ローラ61に搬送された電極箔2の進行方向及び表裏を反転させるための反転用ローラ62,63とを備えている。
従動ローラ61は、乾燥部50の従動ローラ51や巻出し部10の回転軸12と平行な軸61aを有している。これに対して、反転用ローラ62は、図8に示すように、従動ローラ61の軸61aに対して、上下方向に45°傾いた軸62aを有している。反転用ローラ63も、従動ローラ61の軸61aに対して、上下方向に45°傾いた軸63aを有している。軸62aと63aの傾斜方向は、互いに逆向きである。また、反転用ローラ62は、図9に示すように、従動ローラ61及び反転用ローラ63より水平方向内側へずれた位置に配置されている。
このように各ローラ61,62,63を配置することにより、従動ローラ61に搬送された電極箔2は、回転用ローラ62と回転用ローラ63との間で電極箔2の表裏を反転させることができる。また、従動ローラ61、反転用ローラ62,63により、電極箔2の進行方向を、図9において上側から下側へと反転させることができる。なお、本実施形態では、互いに逆向きに45°傾いた二つの反転用ローラ62,63を利用して電極箔2の表裏を反転させているが、これに限られず、3以上の反転用ローラを用いたり、傾斜角度を変更したりしてもよい。また、反転用ローラ63の後に巻取り部10の回転軸12と平行な軸を有する従動ローラを設けて、電極箔2の向きを整えるようにしてもよい。なお、反転部60により進行方向及び表裏を反転させた電極箔2は、塗工部20の第2バインダ塗工部36側(図3参照)へと搬送されるようになっている。
巻取り部70は、図2に示すように、乾燥部50の奥側経路から、両面の塗工が完了した電極箔2(電極1)を巻き取るものである。この巻取り部70は、電極1をロール状に巻き取る電極巻取りリール71と、電極巻取りリール71を回転可能に支持する回転軸72とを備えている。この回転軸72は、巻出し部10の回転軸12と平行に設けられている。また、電極巻取りリール71は、モータ等の駆動源から駆動を受けて回転するようになっている。なお、電極巻取りリール71は、電極1を規定長さ巻き取った場合などに、適宜取り替えられるようになっている。また、電極巻取りリール71は、巻取り部70に2以上設置されてもよい。さらに、製造された電極1をスリットにより、分割する装置を配置してもよい。
[電極の製造方法]
次に、本発明の実施形態に係る電極製造方法について説明する。本実施形態の電極製造方法では、電極箔2に対し、主として通紙工程、第1バインダ塗工工程、第1塗工材塗工工程、第1乾燥工程、反転工程、第2バインダ塗工工程、第2塗工材塗工工程、第2乾燥工程が、この順に行われる。
次に、本発明の実施形態に係る電極製造方法について説明する。本実施形態の電極製造方法では、電極箔2に対し、主として通紙工程、第1バインダ塗工工程、第1塗工材塗工工程、第1乾燥工程、反転工程、第2バインダ塗工工程、第2塗工材塗工工程、第2乾燥工程が、この順に行われる。
通紙工程では、電極箔2を、巻出し部10の電極箔リール11から、塗工部20の第1バインダ塗工部35及び第1塗工材塗工部45、乾燥部50の手前側経路、反転部60、塗工部20の第2バインダ塗工部36及び第2塗工材塗工部46、乾燥炉50の奥側経路を経て、巻取り部70の電極巻取りリール72に至るまで通紙する。この状態で、モータにより電極巻取りリール71を駆動する。これにより、電極箔2は搬送経路に沿って搬送される。本実施形態では、電極リール71を円周速度5m/minで巻き取っており、これが電極箔2の搬送速度V2となる。
第1バインダ塗工工程では、電極箔リール11から巻き出された電極箔2に、第1バインダ部35でバインダ31を塗工する。ここでは、バインダグラビアロール33を、電極箔2の搬送方向V2とは逆向きに等速回転させることにより、電極箔2の一面Aに塗工厚み2.5μmのバインダ31を塗工する。また、ポンプ27を駆動しておき、供給口32aから液パン32内に一定量のバインダ31を供給しておく。さらに、赤外光吸光度計21により、電極箔2に塗工されたバインダ量を検出する。
第1塗工材塗工工程では、第1バインダ塗工部35によりバインダ31が塗工された電極箔2を、バインダ31が流動性を維持している間に第1塗工材塗工部45へと搬送して塗工材41を塗工する。ここでは、塗工材グラビアロール43を、電極箔2の搬送方向V2と同じ向きに、同じ速度V1=5m/minで等速回転させることにより、電極箔2の一面Aに塗工厚み40μmの塗工材41を塗工する。また、ポンプ28を駆動しておき、液パン42の供給口42aに常に一定量100ml/minの塗工材41を供給しておく。
第1乾燥工程では、第1バインダ塗工部35及び第1塗工材塗工部45により塗工された電極箔2を、乾燥部50の手前側経路に搬送する。ここでは、電極箔2を従動ローラ51Aにより長手方向に搬送しながら、電極箔2の塗工された面Aにエアノズル52Aから熱風を吹きつけて塗工層3を乾燥させる。乾燥部50を通過して乾燥した塗工層3は、厚さが30μm程度となる。
反転工程では、乾燥部50の手前側経路を通過した電極箔2を、反転部60へと搬送して、その搬送方向及び表裏を反転させる。すなわち、電極箔2の搬送方向を図2における右方向から左方向へと反転させるとともに、電極箔2の下面が未塗工の面Bとなるように表裏を反転させる。
第2バインダ塗工工程では、上側の面Aの塗工が完了した電極箔2を、反転部60から第2バインダ塗工部36に搬送する。そして、電極版2の未塗工である下側の面Bにバインダ31を塗工する。本実施形態では、一本のバインダグラビアロール33に第1バインダ塗工部35と第2バインダ塗工部36とが形成されているため、第1バインダ塗工工程と第2バインダ塗工工程とが隣同士で同時に行われる。なお、第2バインダ塗工部36で行う塗工方法は、第1バインダ塗工部35の場合と同様であるため、その説明を省略する。
第2塗工材塗工工程では、第2バインダ塗工部36によりバインダ31を塗工した電極箔2を、バインダ31が流動性を維持している間に第2塗工材塗工部46に搬送して、電極箔2の面Bに塗工材41を塗工する。本実施形態では、一本の塗工材グラビアロール43に第1塗工材塗工部45と第2塗工材塗工部46とが形成されているため、第1塗工材塗工工程と第2塗工材塗工工程とが隣同士で同時に行われる。なお、第2塗工材塗工部46で行う塗工方法は、上記した第1塗工材塗工部45の場合と同様であるため、その説明を省略する。
第2乾燥工程では、第2バインダ塗工部36及び第2塗工材塗工部46により面Bが塗工された電極箔2を、乾燥部50の奥側経路に搬送する。ここでは、電極箔2を従動ローラ51Bにより長手方向に搬送しながら、電極箔2の塗工された面Bにエアノズル52Bから熱風を吹きつけて塗工層3を乾燥させる。乾燥部50を通過して乾燥した塗工層3は、厚さが30μm程度となる。
そして、上記の工程を経た電極箔2を巻取り部70の電極巻取りリール71に巻き取ることにより、ロール状のリチウムイオン二次電池用の電極1を得る。このように製造された電極1をもとに,捲回,扁平プレス,缶挿入,注液等の工程を経て,リチウムイオン二次電池を製造することができる。
そして、上記の工程を経た電極箔2を巻取り部70の電極巻取りリール71に巻き取ることにより、ロール状のリチウムイオン二次電池用の電極1を得る。このように製造された電極1をもとに,捲回,扁平プレス,缶挿入,注液等の工程を経て,リチウムイオン二次電池を製造することができる。
以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、帯状の電極箔2に塗工材41を塗工する塗工工程と、塗工工程で塗工を受けた電極箔2をその長手方向に搬送しつつ塗工層3を乾燥させる乾燥工程とを有する電極製造方法において、塗工工程は、塗工材41を電極箔2に接着させるためのバインダ31を、バインダグラビアロール33で塗工するバインダ塗工工程と、バインダ31が流動性を維持している間に、バインダ31の上に塗工材41を、塗工材グラビアロール43で塗工する塗工材塗工工程とを有し、バインダグラビアロール33が、電極箔2の搬送方向に対して、逆方向に回転されていること、塗工材グラビアロール43が、電極箔2の搬送方向に対して、順方向に回転されていることを特徴とするので、バインダ31を先に塗工した後に、塗工材41を塗工しても、塗工材41がバインダ31の表面に自然に上塗りされて積層されるため、バインダ31が塗工材41により巻き上げられることが少なく、乾燥後の塗工層3の表面にバインダ31が浮き上がることがない。
また、本実施形態によれば、塗工材グラビアロール43の円周速度V1と、電極箔の搬送速度V2との速度比V1/V2を、1.2から0.8の間の値、特に1.0としているので、塗工材41がバインダ31の表面に積層されるときに、塗工材41がバインダ31に対して影響を与えることが少なく、乾燥後の塗工層3の表面にバインダ31が浮き上がることがない。
また、本実施形態によれば、バインダ31の塗工厚みを4μm以下、特に2.5μmと薄くしているので、バインダ自体の電極箔2に対する密着力が強まり、塗工材41が塗工された時に、バインダ31が塗工材41により巻き上げられることがない。
また、本実施形態によれば、バインダ31の粘度N1と塗工材41の粘度N2との差N2−N1を、2500mPa・S以下、特に1000mPa・S以下としているので、相対的に粘度の高い塗工材41が、相対的に粘度の低いバインダ31の表面に塗工された時にも、バインダ31が塗工材41から受ける影響を少なくして、バインダ31が塗工材41により巻き上げられるのをより確実に防止することができる。特に、SBRのような粘度の低いバインダ31を使用した場合には、塗工材41の塗工時にバインダ31が巻き上げられやすくなるが、塗工材41の粘度を下げて粘度差N2−N1を小さくすることにより、塗工材41によるバインダ31の飛散を抑制して、バインダ31が塗工材41により巻き上げられるのをより確実に防止することができる。
ここで、実際に本実施形態に係る電極製造方法を用いて電極1を製造した場合の実施例1について、図10及び図11を参照しながら説明する。図10は、塗工材グラビアロールの円周速度と電極箔の搬送速度との速度比と、塗工層の剥離強度との関係を示すグラフである。図11は、バインダ上に塗工材を上塗りする様子を拡大して示す説明図である。図10において、横軸は、塗工材グラビアロール43の円周速度V1と電極箔2の搬送速度V2との速度比V1/V2を示し、縦軸は、乾燥後の塗工層3の剥離強度(N/m)を示している。また、破線は、剥離強度の製品規格(ここでは1.5N/mとした)を示している。
図10に示すように、速度比V1/V2を1.4とした場合には、乾燥後の塗工層3の剥離強度S3が1.4N/mとなり、製品規格を僅かに下回った。これは、図11に示すように、塗工材グラビアロール43の円周速度V1と、電極箔2の搬送速度V2とが相違することで、塗工時に塗工材41の付着した塗工材グラビアロール43の円周面と、バインダ31の付着した電極箔2の表面とが擦れ合って、バインダ31が塗工材41により巻き上げられ、それにより電極箔2と塗工層3との境目付近でバインダ31が不足するためと考えられる。特に、V1がV2より大きいと、塗工材41がバインダ31に向かって衝突し、その衝突点Xにてバインダ31の巻き上げが顕著に生じてしまう。また、バインダ31が巻き上げられると、塗工層3の表面にバインダ31が浮き出てしまい、電極使用時に生じる化学変化が阻害されて電池性能の低下を招くという問題が生じる。
これに対して、図10に示すように、速度比V1/V2を1.2以下とした場合には、乾燥後の塗工層3の剥離強度S1,S2が、製品規格の1.5N/mを上回った。特に、速度比V1/V2を1.0とした場合には、乾燥後の塗工層3の剥離強度S1が2.6N/mとなり、製品規格を大きく上回った。これは、塗工材グラビアロール43の円周速度V1と、電極箔2の搬送速度V2とを順方向へほぼ同じ速度に設定したことで、塗工時に塗工材41の付着した塗工材グラビアロール43の円周面と、バインダ31の付着した電極箔2の表面とが擦れ合うことがなく、塗工材41がバインダ31上に自然に上塗りされて、乾燥後の塗工層3の表面にバインダ31が浮き上がるのを防止できるからであると考えられる。これにより、塗工層3の剥離や電池性能の低下を防止することができる。
一方、速度比V1/V2を0.8以下とした場合には、単位当たりに塗工できる塗工量が減少するため、塗工時間を延ばしたり塗工厚みを厚くしたりする必要が生じて好ましくない。また、上記したように、塗工材グラビアロール43の円周速度V1と、電極箔2の搬送速度V2との相違から、バインダ31が塗工材41により巻き上げられ易くなってしまう。
一方、速度比V1/V2を0.8以下とした場合には、単位当たりに塗工できる塗工量が減少するため、塗工時間を延ばしたり塗工厚みを厚くしたりする必要が生じて好ましくない。また、上記したように、塗工材グラビアロール43の円周速度V1と、電極箔2の搬送速度V2との相違から、バインダ31が塗工材41により巻き上げられ易くなってしまう。
したがって、本実施例1によれば、速度比V1/V2を、1.2から0.8の間の値、特に1.0とすることで、乾燥後の塗工層3の表面にバインダ31が浮き上がるのを防止して、塗工層3の剥離や電池性能の低下を抑制できることがわかった。
次に、実際に本実施形態に係る電極製造方法を用いて電極1を製造した場合の実施例2について、図12を参照しながら説明する。図12は、バインダの塗工厚みと、塗工層の剥離強度との関係を示すグラフである。図12において、横軸は、バインダ31の塗工厚み(μm)を示し、縦軸は、乾燥後の塗工層3の剥離強度(N/m)を示している。また、破線は、剥離強度の製品規格(ここでは1.5N/mとした)を示している。
図12に示すように、バインダ31の塗工厚みを4μm以下とした場合には、乾燥後の塗工層3の剥離強度S4,S5が、製品規格を上回ることが確認できた。特に、バインダ31の塗工厚みを約1.8μmとした場合には、乾燥後の塗工層3の剥離強度S4が2.6N/mとなり、製品規格を大きく上回る剥離強度が得られた。これは、バインダ31の塗工厚みを薄くしたことにより、バインダ自体の電極箔2に対する密着力が強まり、その上に塗工材41が塗工された時にも、バインダ31が塗工材41により巻き上げられ難いからであると考えられる。ここで、バインダ31の塗工厚みを薄くし過ぎると、電極箔2と塗工層3との境目付近でバインダ31が不足して接着剤としての機能が低下してしまう。そのため、本実施形態ではバインダ31の塗工厚みを2.5μmとした。
なお、上記した実施形態及びその変更例は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。
例えば、上記実施形態では、SBRを主成分とするバインダ31を使用した場合について説明したが、他の接着剤をバインダとして使用してもよい。
また、上記実施形態では、バインダ31の塗工厚みを2.5μmとした場合について説明したが、4μm以下の範囲でバインダ31の塗工厚みを変更してもよい。
また、上記実施形態では、バインダグラビアロール33や塗工材グラビアロール43により電極箔2の両面A,Bを同時に塗工する電極製造装置に本発明を適用した場合について説明したが、電極箔2を一面ずつ塗工する一般的なグラビアロールを使用した電極製造装置に対して本発明を適用してもよい。
例えば、上記実施形態では、SBRを主成分とするバインダ31を使用した場合について説明したが、他の接着剤をバインダとして使用してもよい。
また、上記実施形態では、バインダ31の塗工厚みを2.5μmとした場合について説明したが、4μm以下の範囲でバインダ31の塗工厚みを変更してもよい。
また、上記実施形態では、バインダグラビアロール33や塗工材グラビアロール43により電極箔2の両面A,Bを同時に塗工する電極製造装置に本発明を適用した場合について説明したが、電極箔2を一面ずつ塗工する一般的なグラビアロールを使用した電極製造装置に対して本発明を適用してもよい。
1…電極
2…電極箔
3…塗工層
20…塗工部
30…バインダ塗工部
31…バインダ
33…バインダグラビアロール
40…塗工材塗工部
41…塗工材
43…塗工材グラビアロール
50…乾燥部
100…電極製造装置
2…電極箔
3…塗工層
20…塗工部
30…バインダ塗工部
31…バインダ
33…バインダグラビアロール
40…塗工材塗工部
41…塗工材
43…塗工材グラビアロール
50…乾燥部
100…電極製造装置
Claims (6)
- 帯状の電極箔に塗工材を塗工する塗工工程と、前記塗工工程で塗工を受けた前記電極箔をその長手方向に搬送しつつ塗工層を乾燥させる乾燥工程とを有する電極製造方法において、
前記塗工工程は、前記塗工材を前記電極箔に接着させるためのバインダを、バインダグラビアロールで塗工するバインダ塗工工程と、前記バインダが流動性を維持している間に、前記バインダの上に前記塗工材を、塗工材グラビアロールで塗工する塗工材塗工工程とを有し、
前記バインダグラビアロールが、前記電極箔の搬送方向に対して、逆方向に回転されていること、
前記塗工材グラビアロールが、前記電極箔の搬送方向に対して、順方向に回転されていること、
を特徴とする電極製造方法。 - 請求項1に記載する電極製造方法において、
前記塗工材グラビアロールの円周速度V1と、前記電極箔の搬送速度V2との速度比V1/V2が、1.2以下であることを特徴とする電極製造方法。 - 請求項1または請求項2に記載する電極製造方法において、
前記バインダの塗工厚みが、4μm以下であることを特徴とする電極製造方法。 - 請求項1乃至請求項3に記載する電極製造方法のいずれか1つにおいて、前記バインダの粘度をN1、前記塗工材の粘度をN2としたときに、N2−N1が、2500mPa・S以下であることを特徴とする。
- 請求項4に記載する電極製造方法において、前記バインダの粘度をN1、前記塗工材の粘度をN2としたときに、N2−N1が、1000mPa・S以下であることを特徴とする。
- 請求項1乃至請求項5に記載する電極製造方法において、前記バインダがSBRであることを特徴とする。
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2013243087A (ja) * | 2012-05-22 | 2013-12-05 | Jtekt Corp | 電極製造システム |
CN105445205A (zh) * | 2014-09-18 | 2016-03-30 | 丰田自动车株式会社 | 测试电极浆料的方法和生产电极的方法 |
JP2020097215A (ja) * | 2017-10-24 | 2020-06-25 | Dic株式会社 | ラミネート方法 |
JP2021173714A (ja) * | 2020-04-29 | 2021-11-01 | 株式会社豊田中央研究所 | 材料測定装置および材料測定方法および電極製造装置および電極の製造方法 |
-
2010
- 2010-04-09 JP JP2010090262A patent/JP2011222299A/ja not_active Withdrawn
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