JP2013140680A - 電極生産方法および電極生産制御システム - Google Patents

電極生産方法および電極生産制御システム Download PDF

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Abstract

【課題】電極材料の特性変動による影響を抑止して、塗工条件の再設定による電極生産の生産性の低下を防止し、品質の安定した電極の生産を実現する電極生産方法および電極生産制御システムを提供する。
【解決手段】連続して供給される電極材料３０５Ａの特性値を計測する計測手段３０９Ａ、３０９Ｂ、３０９Ｃ、３１３と、計測手段により計測された電極材料の特性値の初期値に対する変動量に基づいて電極材料の塗工条件を制御する塗工条件制御手段３２と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は電極生産方法および電極生産制御システムに関する。
近年、大気汚染や地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が盛んに行われている。
自動車用二次電池としては、携帯電話やノートパソコン等に使用される民生用リチウムイオン二次電池と比較して極めて高い出力特性、および高いエネルギを有することが求められている。したがって、全ての電池の中で最も高い理論エネルギを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。
自動車用リチウムイオン二次電池は携帯電話等に使用されるものと比較して連続的に大量に生産されるが、その電極材料であるスラリー材料はバッチ単位で製造されるためバッチごとにスラリー材料の特性が異なり得る。また、電極の大量生産のために生産工程内にスラリー材料が連続的に供給されると電極生産中に生産工程内におけるスラリー材料の特性が揮発等により経時変化する。従って、スラリー材料の特性の変化は電極の品質に影響することから、バッチの切替えの際やスラリー材料の特性が経時変化した際には生産設備を停止し、スラリーの特性の変化に応じてその塗工条件の再設定が必要となる。しかし、生産設備を停止してスラリーの塗工条件の再設定を行うことは電極生産の生産性を劣化させる。
電極の重量を一定にするための従来技術としては、電極材料の塗工直後の電極の重量を測定し測定結果を塗工工程にフィードバックするというものがある（特許文献１）。
特開平０９−１６１７９２号公報
しかし、上記従来技術は、電極材料塗工後の電極の重量を測定して測定結果を塗工工程にフィードバックしているに過ぎないため、生産工程内における塗工前の電極材料の特性変動による電極の品質への影響を回避することができないという問題がある。
上記課題を解決するために、本発明に係る電極生産方法は、計測段階と塗工条件制御段階とを有する。計測段階は、連続して供給される電極材料の特性値を計測し、塗工条件制御段階は、計測段階において計測された電極材料の特性値の初期値に対する変動量に基づいて電極材料を被塗工材に塗工するための塗工条件を制御する。
また、本発明に係る電極生産制御システムは、計測手段と塗工条件制御手段とを有する。計測手段は、連続して供給される電極材料の特性値を計測し、塗工条件制御手段は、計測手段により計測された電極材料の特性値の初期値に対する変動量に基づいて電極材料を被塗工材に塗工するための塗工条件を制御する。
本発明に係る電極生産方法および電極生産制御システムによれば、生産工程内に連続供給されている電極材料の特性値の変動量に基づいて電極材料の塗工条件を制御する。これにより、電極材料の特性変動による影響を抑止して、塗工条件の再設定による電極生産の生産性の低下を防止し、品質の安定した電極の生産を実現することができる。
本発明の第１実施形態に係る電極生産方法および電極生産制御システムにより生産される電極を有する積層型リチウムイオン二次電池の外観図である。 積層型リチウムイオン二次電池の断面図である。 本発明の第１実施形態に係る電極生産制御システムの構成を簡略化して示す構成図である。 本発明の第１実施形態に係る電極生産方法を実施するためのフローチャートを示す図である。 ポンプの送出口のスラリー材料の圧力と適当なポンプの回転数との関係を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る電極生産制御システムの構成を簡略化して示す構成図である。 本発明の第２実施形態に係る電極生産制御システムの疑似形状通路とダイヘッドとの関係を説明するための説明図である。 本発明の第３実施形態に係る電極生産制御システムの構成を簡略化して示す構成図である。
以下、添付した図面を参照して、本発明に係る電極生産方法および電極生産制御システムについて詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る電極生産方法および電極生産制御システムにより生産される電極を有する積層型リチウムイオン二次電池の外観図である。図２は、図１に示す積層型リチウムイオン二次電池の断面図である。なお、以下、本実施形態により生産される電極を有する電池の例として積層型リチウムイオン二次電池について説明するが、本実施形態は積層型リチウムイオン二次電池以外の電池の電極の生産にも適用され得る。例えば、本実施形態は巻回型二次電池やリチウムイオン二次電池以外の電池の生産にも適用され得る。
図１に示すように、本実施形態により生産される積層型二次電池１０は、例えば、長方形状の扁平な形状を有し、その両側部からそれぞれ電力を取り出すための正極タブ１１０Ａおよび負極タブ１１０Ｂが引き出される。発電要素１２０は、積層型二次電池１０の外装材（例えば、ラミネートフィルム）１３０によって包まれ、その周囲は熱融着されており、正極タブ１１０Ａおよび負極タブ１１０Ｂを引き出した状態で密封される。
図２に示すように、積層型二次電池１０の発電要素１２０は、正極電極をなす正極活物質層２１０と、負極電極をなす負極活物質層２２０とが集電体（被塗工材）２３０のそれぞれの面に形成された積層型電池用電極２６０を複数有する。各積層型電池用電極２６０は、電解質層２４０を介して積層されて発電要素１２０を形成する。隣接する正極活物質層２１０、電解質層２４０および負極活物質層２２０は、一つの単電池２００を構成する。したがって、積層型二次電池１０は、単電池２００が積層されてなる構成を有する。また、各集電体２３０のそれぞれ対向する面の外周には、隣接する集電体２３０間を絶縁するためのシール部材２５０を設ける。
次に、本実施形態により生産される電極が用いられる積層型二次電池の各部材について説明する。
［積層型電池用電極］
積層型電池用電極は、集電体２３０と、その表面に設けた活物質層２１０、２２０とを有する。より詳しくは、一つの集電体の片面に正極活物質層２１０を、他方の面に負極活物質層２２０を有する。
各活物質層は溶媒に活物質を分散攪拌してなるスラリー材料（電極材料）が使用される。スラリー材料には必要に応じて他の添加剤をさらに含む。溶媒には、例えばＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）が使用され得る。
正極活物質層は正極活物質を含む。正極活物質としては、例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４やＬｉＮｉＯ２等のリチウム−遷移金属酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合物が挙げられる。２種以上の正極活物質が併用されてもよい。上記以外の正極活物質が用いられてもよい。
負極活物質層は負極活物質を含む。負極活物質としては、例えば、グラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素材料、上述したようなリチウム−遷移金属化合物、金属材料、リチウム−金属合金材料が挙げられる。２種以上の負極活物質が併用されてもよい。上記以外の負極活物質が用いられてもよい。
正極および負極の活物質層に含まれるそれぞれの活物質の平均粒子径は特に制限されないが、好ましくは０．０１〜１００μｍであり、より好ましくは１〜５０μｍである。ただし、この範囲を外れる形態が採用されてもよい。
［集電体］
集電体（被塗工部材）２３０は、導電性を有する薄膜であり、アルミニウム箔、ステンレス箔、ニッケルとアルミニウムのクラッド材、銅とアルミニウムのクラッド材、あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材からなってもよいがこれらに限定されない。例えば、集電体２３０は、樹脂集電体であってもよい。
［電解質層］
電解質層を構成する電解質に特に制限はなく、液体電解質、ならびに高分子ゲル電解質および高分子固体電解質等のポリマー電解質を用いることができる。
［シール部材］
積層型二次電池１０においては、通常、各集電体２３０のそれぞれ対向する面の外周、すなわち、各単電池層２００の周囲にシール部材２５０を設ける。このシール部材２５０は、電池内で隣り合う集電体２３０同士が接触することや、発電要素１２０における単電池層２００の端部のわずかな不揃い等に起因する短絡が起こることを防止する目的で設ける。シール部材２５０を設けることにより、長期間の信頼性および安全性が確保され、高品質の積層型二次電池１０を提供しうる。
シール部材２５０の材料としては、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性（密封性）、電池動作温度下での耐熱性を有するものを用いる。例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴムを用いうる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ（製膜性）、経済性等の観点から、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂を好適に用いうる。
[正極タブおよび負極タブ]
電池外部に電力を取り出す目的で、電池要素１２０において最大電位および最小電位となる集電体２３０にそれぞれ電気的に接続したタブ（正極タブ１１０Ａおよび負極タブ１１０Ｂ）を電池の外装材１３０の外部に引き出すように設ける。
タブを構成する材料には高導電性材料を用いる。高導電性材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、これらの合金等の金属材料を用いることが望ましい。また、軽量、耐食性、高導電性の観点からアルミニウム、銅を用いることがさらに望ましい。
［外装材］
外装材１３０としては、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースを用いることができる。ラミネートフィルムとしては、例えば、ポリプロピレン、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる３層構造のラミネートフィルムを用いることができる。
図３は、本実施形態に係る電極生産制御システムの構成を簡略化して示す構成図である。なお、図３においては、電極生産制御システム１の各構成要素間における通信のための回線等は省略している。
図３に示すように、本実施形態に係る電極生産制御システム３０は、タンク３０５、ポンプ３０６、リターンバルブ３０７、塗工バルブ３０８、圧力計（計測手段）３０９Ａ、３０９Ｂ、３０９Ｃ、粘度計（計測手段）３１３、ダイヘッド３００、バックアップロール３０１、乾燥炉３０３、巻き取りロール３０４、重量計（塗工後計測手段）３１４、３１５、配管（電極材料の通路、電極材料の供給路）３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃ、３１２Ｄ、および制御部（塗工条件制御手段）３２を有する。
ここで、タンク３０５、ポンプ３０６、リターンバルブ３０７、塗工バルブ３０８、圧力計３０９Ａ、３０９Ｂ、３０９Ｃ、粘度計３１３、配管３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃ、３１２Ｄ、およびダイヘッド３００は、塗工装置３３を構成する。
タンク３０５には、電極３１１の材料であるスラリー材料３０５Ａが一定の量に維持されるように連続的に供給され貯蔵される。タンク３０５内のスラリー材料３０５Ａの量は、例えば、電極３１１の製造により消費される単位時間あたりのスラリー材料３０５Ａの量を考慮した適当な量とすることができる。スラリー材料３０５Ａは、正極活物質を含む正極用の電極材料または負極活物質を含む負極用の電極材料のいずれであってもよい。
なお、例えば、スラリー材料３０５Ａを電極生産工程内に設けた供給管に循環させ、そこから電極生産制御システム３０にスラリー材料３０５Ａを供給することによりタンク３０５を省略してもよい。
ポンプ３０６は、タンク３０５とリターンバルブ３０７とを接続する各配管３１２Ａ、３１２Ｂの間に設けられる。ポンプ３０６は、タンク３０５から配管３１２Ａに供給されるスラリー材料３０５Ａに圧力を加えることによりスラリー材料３０５Ａをダイヘッド３００側の配管３１２Ｂに送出する。
リターンバルブ３０７には、ポンプ３０６の送出口に接続されポンプ３０６からスラリー材料３０５Ａが送出される配管３１２Ｂ、タンク３０５にスラリー材料３０５Ａを戻すための配管３１２Ｄ、および塗工バルブ３０８を介してダイヘッド３００に接続される配管３１２Ｃが接続される。リターンバルブ３０７は、ポンプ３０６から送出されるスラリー材料３０５Ａを、塗工バルブを介してダイヘッド３００に供給し、または、配管３１２Ｄを介してタンク３０５にスラリー材料３０５を再帰させる。すなわち、リターンバルブ３０７は、ポンプ３０６から送出されるスラリー材料３０５Ａをダイヘッド３００へ供給する状態と、スラリー材料３０５Ａのダイヘッド３００への供給を遮断してスラリー材料３０５Ａをタンク３０５へ再帰させる状態とを切り換える。
リターンバルブ３０７は、間欠塗工によりスラリー材料３０５Ａを集電体３１０上に塗工し電極を製造する場合に設けられる。電極生産制御システム３０が連続塗工のみに使用される場合は、リターンバルブ３０７を省略することができる。リターンバルブ３０７は、三方弁を有するバルブにより構成することができる。
各圧力計３０９Ａ、３０９Ｂ、３０９Ｃ、３０９Ｄは、それぞれ設置された場所における配管３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃ、３１２Ｄ内のスラリー材料３０５Ａの圧力を計測する。圧力計３０９Ａは、タンク３０５とポンプ３０６との間の配管３１２Ａに設置され、タンク３０５の出口におけるスラリー材料３０５Ａの圧力を計測する。圧力計３０９Ｂは、ポンプ３０６とリターンバルブ３０７との間の配管３１２Ｂに設置され、ポンプ３０６の送出口におけるスラリー材料３０５Ａの圧力を計測する。圧力計３０９Ｃは、スラリー材料３０５Ａをタンク３０５へ再帰させる配管３１２Ｄに設置され、タンク３０５に戻されるスラリー材料３０５Ａの圧力を計測する。各圧力計３０９Ａ、３０９Ｂ、３０９Ｃ、３０９Ｄは、圧力センサにより構成することができる。
粘度計３１３は、タンク３０５内のスラリー材料３０５Ａの粘度を測定する。粘度計３１３は、例えば、Ｂ型粘度計により構成することができる。
ここで、スラリー材料の圧力および粘度はそれぞれスラリー材料の特性値である。本明細書において、スラリー材料の特性値とは、スラリー材料の粘度、圧力、流量、固形分量（溶媒に対する固形物質の比率）、および温度のことをいう。ただし、これ以外にも、電極３１１の品質に影響を与えるスラリー材料の物理量が含まれる。
塗工バルブ３０８は、リターンバルブ３０７とダイヘッド３００との間の配管３１２Ｃに設けられ、リターンバルブ３０７を介して供給されるスラリー材料３０５Ａをダイヘッド３００に供給する状態と、スラリー材料３０５Ａのダイヘッド３００への供給を遮断する状態とを切り換える。
ダイヘッド３００は、ポンプ３０６から送出され、塗工バルブ３０８を介して供給されるスラリー材料３０５Ａを集電体３１０上に吐出することで集電体３１０上にスラリー材料３０５Ａを塗工し集電体３１０上に電極３１１を形成する。ダイヘッド３００の吐出口は水平方向に形成されたスリットを有し、該吐出口をバックアップロール３０１の外周面に所定の距離をもって近接させ、吐出口から搬送中の集電体３１０上にスラリー材料３０５Ａを吐出させることにより集電体３１０上に膜状の電極３１１を形成することができる。
なお、ダイヘッド３００はダイコータ３１の一部であるが、図３においては、ダイコータ３１のダイヘッド３００以外の構成要素は省略した。
バックアップロール３０１は、円柱形状を有し、バックアップロール３０１の外周面に集電体３１０が巻き掛けられることにより集電体３１０を保持する。この際、集電体３１０は、その一端が巻き取りロール３０４の外周面に巻き着けられ、他端が図示しない送りロールに巻き着けられることによりバックアップロール３０１の外周面において適当な張力をもって巻き掛けられることで集電体３１０を保持してもよい。また、この状態で、バックアップロール３０１は、巻き取りロール３０４とともに図３の矢印で示す時計まわりに回転されることにより集電体３１０を搬送することができる。
巻き取りロール３０４は、円柱形状を有し、その外周面に集電体３１０を巻き着けて回転する。これにより、バックアップロール３０１とともに集電体３１０を搬送し、また、電極３１１が形成された集電体３１０を巻き取ることで回収する。
乾燥炉３０３は、集電体３１０上に形成された電極３１１を加熱し、電極３１１をなすスリラー材料３０５Ａに含まれる揮発成分を除去して電極３１１を乾燥させる。
各重量計３１４、３１５は、乾燥前の電極３１１の重量および乾燥炉３０３による乾燥後の電極３１１の重量をそれぞれ計測する。各重量計３１４、３１５は、例えば、電極３１１および集電体３１０の重量を測定した後既知の集電体３１１の重量を差し引くことにより電極３１１の重量を計測することができる。
制御部３２は、上述した電極生産制御システム３０の各構成要素を制御する。具体的には、制御部３２は、圧力計３０９Ａ、３０９Ｂ、３０９Ｃ、または粘度計３１３で計測されたスラリー材料３０５Ａの特性値に基づいてポンプ３０６、ダイヘッド３００、バックアップロール３０１を制御する。これにより、制御部３２は、ポンプ３０６の回転数、ダイヘッド３００の吐出口とバックアップロール３０１の外周面との距離、またはバックアップロール３０１による集電体３１０の搬送速度をスラリー材料３０５Ａの特性値に応じた適当な値となるように制御する。
また、制御部３２は、重量計３１４、３１５により計測された塗工後のスラリー材料３０５Ａの重量に基づいて、塗工後のスラリー材料３０５Ａ（電極３１１）の重量が規格値内となるようにポンプ３０６、ダイヘッド３００、バックアップロール３０１を制御する。
制御部３２はコンピュータにより構成することができる。
図４は、本実施形態に係る電極生産方法を実施するためのフローチャートを示す図である。本フローチャートは、本実施形態に係る電極生産制御システム３０により実施することができる。
制御部３２は、製造工程内のスラリー材料３０５Ａの特性値として、粘度計３１３によりタンク３０５内のスラリー材料３０５Ａの粘度を計測する。また、各圧力計３０９Ａ、３０９Ｂにより、タンク３０５の出口におけるスラリー材料３０５Ａの圧力、および、ポンプ３０６の送出口におけるスラリー材料３０５Ａの圧力を計測する。また、圧力計３０９Ｃにより、タンク３０５に再帰するスラリー材料３０５Ａの圧力を計測する（Ｓ４０１）。
なお、ポンプ３０６とリターンバルブ３０７との間に、例えば、スラリー材料３０５Ａの成分調整部材としてのフィルタを設置する場合は、フィルタ前後の圧力をスラリー材料３０５Ａの特性値として計測してもよい。また、各配管３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃ、３１２Ｄ内におけるスラリー材料３０５Ａの流量をスラリー材料３０５Ａの特性値として計測してもよい。また、塗工中のスラリー材料３０５Ａの温度をスラリー材料３０５Ａの特性値として計測してもよい。
制御部３２は、スラリー材料３０５Ａの特性値の初期値に対する変化量を演算する（Ｓ４０２）。すなわち、ステップＳ４０１において計測したスラリー材料３０５Ａの粘度および圧力の初期値に対する変化量を演算する。ここで、初期値とは、例えば、タンク３０５内に供給直後のスラリー材料３０５Ａに対する粘度計３１３または各圧力計３０９Ａ、３０９Ｂ、３０９Ｃによる計測値としてもよく、または、電極生産制御システム３０により規格内の品質の電極３１１が安定的に生産できる状態に至ったときのタンク３０５内のスラリー材料３０５Ａに対する粘度計３１３または各圧力計３０９Ａ、３０９Ｂ、３０９Ｃによる計測値としてもよい。
電極３１１が規格内の品質となる場合における、スラリー材料３０５Ａの特性値とスラリー材料３０５Ａの塗工条件との関係（以下、「既知の関係」と称する）はあらかじめ求められている。制御部３２は、既知の関係と実測したスラリー材料３０５Ａの特性値の初期値に対する変化量とからスラリー材料３０５Ａの塗工条件を算出する（Ｓ４０３）。
ここで、塗工条件とは、例えば、ポンプ３０６の回転数、ダイヘッド３００の吐出口とバックアップロール３０１の外周面との距離、集電体３１０の搬送速度である。さらに、塗工条件には、リターンバルブ３０７または塗工バルブ３０８の開閉タイミングも含み得る。
図５は、ポンプの送出口のスラリー材料の圧力と適当なポンプの回転数との関係を示す図である。
図５において四角で囲まれた範囲は、集電体３１０の搬送速度を８ｍ／分とする場合の既知の関係を示している。例えば、ステップＳ４０２で算出した圧力の変化量に基づいて、ポンプ送出口の圧力が図５の四角で囲まれた範囲内となるためのポンプ３０６の回転数を算出することができる。
制御部３２は、ステップＳ４０３で算出した塗工条件に電極生産制御システム３０の塗工条件を設定する（Ｓ４０４）。すなわち、例えば、ポンプ３０６の回転数、ダイヘッド３００の吐出口とバックアップロール３０１の外周面との距離、集電体３１０の搬送速度をステップＳ４０３で算出した塗工条件に設定する。
その後、制御部３２は、ステップＳ４０４において設定された塗工条件で塗工を実施または継続する（Ｓ４０５）。
そして、制御部３２は、各重量計３１４、３１５により、スラリー材料３０５Ａの塗工により集電体３１０上に形成された電極について、乾燥前の電極３１１の重量および乾燥後の電極３１１の重量をそれぞれ計測する（Ｓ４０６）。そして、計測した各重量が規格値以内の値かどうかを判断する（Ｓ４０７）。なお、ステップＳ４０６において電極の厚さを計測し、ステップＳ４０７において電極の厚さが規格値以内の値かどうか判断してもよい。
制御部３２は、ステップＳ４０６において計測した電極３１１の各重量が規格値以内である場合は（Ｓ４０７：ＹＥＳ）、塗工工程が終了したかどうかを判断する（Ｓ４０８）。そして、塗工工程が終了していない場合は、塗工工程が終了するまでステップＳ４０１〜ステップＳ４０７を繰り返す（Ｓ４０８：ＮＯ）。これにより、スラリー材料の経時による特性変動を常に監視し、スラリー材料の特性変動による影響を抑止することにより、塗工条件の再設定による電極生産の生産性の低下を防止し、品質の安定した電極の生産を実現することができる。
特に、スラリー材料の粘度の変動に基づいて塗工条件を制御することにより、ダイヘッドからスラリー材料の吐出を容易とし、スラリー材料の塗工性を向上させることができる。これにより、電極３１１の重量や厚さの生産バラツキを低減することができる。
制御部３２は、ステップＳ４０７において、計測された電極３１１の各重量が規格値以内でない場合は（Ｓ４０７：ＮＯ）、塗工条件を見直すために、再度ステップＳ４０３〜ステップＳ４０６を実施する。塗工条件は、ステップＳ４０６で計測された電極３１１の各重量値に基づいて再演算され、再演算後の塗工条件で塗工され、塗工後の電極３１１の各重量が計測されることにより見直される。
計測された電極３１１の各重量値に基づく塗工条件の見直しは、例えば、次のように行うことができる。すなわち、制御部３２は、電極３１１の各重量値が規格値より大きい場合は、ポンプ３０６の回転数を下げるか、ダイヘッド３００の吐出口とバックアップロール３０１の外周面との距離を小さくするか、集電体３１０の搬送速度を上げるかのいずれかに塗工条件を設定する。逆に、極３１１の各重量値が規格値より小さい場合は、ポンプ３０６の回転数を上げるか、ダイヘッド３００の吐出口とバックアップロール３０１の外周面との距離を大きくするか、集電体３１０の搬送速度を下げるかのいずれかに塗工条件を設定する。
このように、本実施形態によれば、電極の製造工程内に連続供給されているスラリー材料の特性値の変動量を計測し該変動量に基づいてスラリー材料の塗工条件を制御する。これにより、スラリー材料の特性変動による影響を抑止して、塗工条件の再設定による電極生産の生産性の低下を防止し、品質の安定した電極の生産を実現することができる。
また、計測したスラリー材料の特性値の変動量に基づく塗工条件の制御に加え、計測した塗工後のスラリー材料の厚さまたは重量に基づく塗工条件の制御を行うことにより、より安定した電極の生産を実現することができる。
なお、最初にステップＳ４０４において塗工条件を設定する場合は、ステップＳ４０１およびステップＳ４０３により適当な塗工条件を演算し、その塗工条件を設定することができる。この場合は、ステップＳ４０３では、ステップＳ４０１で算出したスラリー材料３０５Ａの圧力に基づいて塗工条件を演算することができる。
本実施形態におけるステップＳ４０１、Ｓ４０２は本発明の計測段階に、ステップＳ４０３〜Ｓ４０５、Ｓ４０７は塗工条件制御段階に、Ｓ４０６は塗工後計測段階に相当する。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る電極生産制御システムについて説明する。
本実施形態は、ダイヘッドにスラリー材料を供給する配管にダイヘッドの形状を模した疑似形状通路を設け、疑似形状通路を通過するスラリー材料の特性値を計測する。なお、これ以外の点については、本実施形態は第１実施形態と同じであるため重複となる説明は省略する。
図６は、本実施形態に係る電極生産制御システムの構成を簡略化して示す構成図である。図示した矢印はスラリー材料３０５Ａが流れる方向を示している。
図６に示すように、本実施形態に係る電極生産制御システム３０は、ダイヘッド３００にスラリー材料３０５Ａを供給する配管３１２Ｃにダイヘッド３００におけるスラリー材料３０５Ａの通路であるマニホールドと同一の形状を有する疑似形状通路５００を有する。疑似形状通路５００は、ダイヘッド３００から吐出されるスラリー材料３０５Ａの吐出後の圧力を、疑似形状通路５００内における圧力により間接的に計測するために設けられる。このように疑似形状通路５００を設けるのは、ダイヘッド３００の構造上、ダイヘッド３００のマニホールド内のスラリー材料３０５Ａの圧力を直接計測することができないからである。
図７は、本実施形態に係る電極生産制御システムの疑似形状通路とダイヘッドとの関係を説明するための説明図である。図７のＡは、ダイヘッドのマニホールド内のスラリー材料の圧力とダイヘッドからの吐出後のスラリー材料の圧力との関係を示す説明図である。図７のＢは、ダイヘッドのマニホールドの形状と疑似形状通路の形状とを簡略的に示す図である。
図７のＡに示すように、ダイヘッド３００からの吐出後のスラリー材料３０５Ａの圧力Ｐ３は、ダイヘッド３００においてスラリー材料３０５Ａが通過するマニホールド３００Ａの入口の圧力Ｐ１から出口の圧力Ｐ２を減算することにより求めることができる。
図７のＢに示すように、疑似形状通路５００はダイヘッド３００のマニホールド３００Ａと同一の形状を有する。マニホールド３００Ａに対し上流側にマニホールド３００Ａと同一形状の疑似形状通路５００を設けると、疑似形状通路５００の入口の圧力Ｐ１’および出口の圧力Ｐ２’は、マニホールド３００Ａの入口の圧力Ｐ１および出口の圧力Ｐ２とほぼ同一となる。このため、疑似形状通路５００の入口の圧力Ｐ１’および出口の圧力Ｐ２’を計測し、計測した圧力Ｐ１’から圧力Ｐ２’を減算することにより、ダイヘッド３００からの吐出後のスラリー材料３０５Ａの圧力Ｐ３を、間接的に計測することができる。
そして、このように計測したダイヘッド３００からの吐出後のスラリー材料３０５Ａの圧力をスラリー材料３０５Ａの特性値として用いることができる。
すなわち、本実施形態によれば、ダイヘッドから吐出後のスラリー材料の圧力を電極生産の実際の塗工工程において間接的に計測可能とし、計測した吐出後のスラリー材料の圧力の変動量に基づいてスラリー材料の塗工条件を制御する。これにより、スラリー材料の特性変動による影響を抑止して、塗工条件の再設定による電極生産の生産性の低下を防止し、品質の安定した電極の生産を実現することができる。
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る電極生産制御システムについて説明する。
本実施形態は、スラリー材料の配管から分岐させた配管にダイヘッドに並列にダイヘッドと同一形状の疑似ダイヘッドを設けるとともに、疑似ダイヘッドに近接させた、バックアップロールと同一形状の疑似バックアップロールを設ける。また、ダイヘッドとバックアップロールとの距離と、疑似ダイヘッドと疑似バックアプロールとの距離とを連動させる。そして、疑似ダイヘッドから吐出されるスラリー材料の特性値を計測するとともに、疑似ダイヘッドと疑似バックアプロールとの距離とを計測する。なお、これ以外の点については、本実施形態は第１実施形態と同じであるため重複となる説明は省略する。
図８は、本実施形態に係る電極生産制御システムの構成を簡略化して示す構成図である。図示した矢印はスラリー材料３０５Ａが流れる方向を示している。
図８に示すように、本実施形態に係る電極生産制御システム３０は、疑似ダイヘッド３００’、疑似バックアップロール３０１’、および回収ホッパー７００を有する。
疑似ダイヘッド３００’および疑似バックアップロール３０１’は、それぞれダイヘッド３００およびバックアップロール３０１と同一のものを用いることができる。ダイヘッド３００および疑似ダイヘッド３００’は、スラリー材料３０５Ａの配管３１２Ｃから分岐した配管３１２Ｅおよび配管（分岐供給路）３１２Ｅ’それぞれに接続されることにより並列に設けられる。
このように疑似ダイヘッド３００’を設けるのは、ダイヘッド３００から吐出後のスラリー材料３０５Ａの圧力、温度、ダイヘッド３００内のスラリー材料３０５Ａの吐出流量を直接計測することがダイヘッド３００の構造上、困難もしくは不可能であるからである。
疑似ダイヘッド３００’を設けることにより、ダイヘッド３００におけるスラリー材料３０５Ａの特性値を間接的に計測することができる。すなわち、疑似ダイヘッド３００’は、ダイヘッド３００と同一のものを用い、かつ並列に設けられる。従って、ダイヘッド３００からの吐出後のスラリー材料３０５Ａの圧力、温度、ダイヘッド３００内のスラリー材料３０５Ａの吐出流量は、疑似ダイヘッド３００’におけるそれと同じになる。よって、ダイヘッド３００からの吐出後のスラリー材料３０５Ａの圧力、温度、ダイヘッド３００内のスラリー材料３０５Ａの吐出流量を疑似ダイヘッド３００’におけるそれを計測することにより間接的に計測することができる。
電極３１１の製造中に、ダイヘッド３００とバックアップロール３０１との距離を計測することは困難である。しかし、疑似ダイヘッド３００’と疑似バックアプロール３０１’との距離を、ダイヘッド３００とバックアプロール３０１との距離と同じになるように連動させ、疑似ダイヘッド３００’と疑似バックアプロール３０１’との距離を計測する。これにより、ダイヘッド３００とバックアプロール３０１との距離を疑似ダイヘッド３００’と疑似バックアプロール３０１’との距離により間接的に計測することができる。ダイヘッドとバックアップロールとの距離とは、例えば、ダイヘッド３００の吐出口とバックアップロール３０１の外周面との距離をいう。
回収ホッパー７００は、疑似ダイヘッド３００’から吐出されるスラリー材料３０５Ａを回収し、スラリー材料３０５Ａをタンク３０５へ再帰させる配管３１２Ｄに戻す。これにより、スラリー材料３０５Ａの無駄な消費を防止することができる。
このように、本実施形態によれば、電極生産の実際の塗工工程において、吐出後のスラリー材料の圧力、温度、ダイヘッド内のスラリー材料の吐出流量、およびダイヘッドとバックアプロールとの距離を間接的に計測可能とする。そして、計測したこれらスラリー材料の特性値の変化量に基づいて、塗工条件であるダイヘッドとバックアプロールとの距離を計測し制御する。これにより、スラリー材料の特性変動による影響を抑止して、塗工条件の再設定による電極生産の生産性の低下を防止し、品質の安定した電極の生産を実現することができる。
以上、本発明の実施形態に係る電極生産方法および電極生産制御システムについて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。
例えば、上述した実施形態においては、間欠塗工による電極生産の場合について説明したが、連続塗工による電極生産においても本発明を適用することができる。この場合、スラリー材料の粘性や圧力を計測し、これらの変動量に基づいてリターンバルブの開閉タイミングを制御することにより、電極の重量または厚さのバラツキを防止し、電極の品質の維持を図ることができる。
また、例えば、片面塗工のみならず両面塗工による電極生産に本発明を適用することができる。この場合、スラリー材料の粘性や圧力を計測し、これらの変動量に基づいて塗工バルブの開閉タイミングを制御することにより、集電体の両面に形成する電極の位置ズレを防止し、また、電極の品質の維持を図ることができる。
以下に、本発明の実施形態に係る電極生産方法および電極生産制御システムの効果を示す。
・生産工程内に連続供給されているスラリー材料の特性値の変動量を計測し該変動量に基づいてスラリー材料の塗工条件を制御する。これにより、スラリー材料の特性変動による影響を抑止して、塗工条件の再設定による電極生産の生産性の低下を防止し、品質の安定した電極の生産を実現することができる。
・計測したスラリー材料の特性値の変動量に基づく塗工条件の制御に加え、計測した塗工後のスラリー材料の厚さまたは重量に基づく塗工条件の制御を行うことにより、より安定した電極の生産を実現することができる。
・ダイヘッドから吐出後のスラリー材料の圧力を電極生産の実際の塗工工程において間接的に計測可能とし、計測した吐出後のスラリー材料の圧力の変動量に基づいてスラリー材料の塗工条件を制御する。これにより、スラリー材料の特性変動による影響を抑止して、塗工条件の再設定による電極生産の生産性の低下を防止し、品質の安定した電極の生産を実現することができる。
・電極生産の実際の塗工工程において、吐出後のスラリー材料の圧力、温度、ダイヘッド内のスラリー材料の吐出流量、およびダイヘッドとバックアプロールとの距離を間接的に計測可能とする。そして、計測したこれらスラリー材料の特性値の変化量に基づいて、塗工条件であるダイヘッドとバックアプロールとの距離を計測し制御する。これにより、スラリー材料の特性変動による影響を抑止して、塗工条件の再設定による電極生産の生産性の低下を防止し、品質の安定した電極の生産を実現することができる。
・スラリー材料の粘度の変動に基づいて塗工条件を制御することにより、ダイヘッドからスラリー材料の吐出を容易とし、スラリー材料の塗工性を向上させることができる。これにより、電極の重量や厚さの生産バラツキを低減することができる。
１０ 積層型二次電池、
３０ 電極生産制御システム、
３２ 制御部（塗工条件制御手段）、
３３ 塗工装置、
１１０Ａ 正極タブ、
１１０Ｂ 負極タブ、
２１０ 正極活物質層（電極）、
２２０ 負極活物質層（電極）、
２３０、３１０ 集電体（被塗工材）、
２４０ 電解質層、
２５０ シール部材、
３００ ダイヘッド、
３００Ａ マニホールド（電極材料の通路）、
３００’ 疑似ダイヘッド、
３０１ バックアップロール、
３０１’ 疑似バックアップロール、
３０３ 乾燥炉、
３０４ 巻き取りロール、
３０５ タンク、
３０５Ａ スラリー材料（電極材料）、
３０６ ポンプ、
３０７ リターンバルブ、
３０８ 塗工バルブ、
３０９Ａ、３０９Ｂ、３０９Ｃ 圧力計（計測手段）、
３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃ、３１２Ｄ、３１２Ｅ、３１２Ｅ’ 配管（電極材料の通路、電極材料の供給路、分岐供給路）、
３１１ 電極、
３１３ 粘度計（計測手段）、
３１４、３１５ 重量計（塗工後計測手段）、
５００ 模擬形状通路。

Claims (12)

  1. 連続して供給される電極材料の特性値を計測する計測段階と、
    前記計測段階において計測された前記電極材料の特性値の初期値に対する変動量に基づいて前記電極材料の被塗工材への塗工条件を制御する塗工条件制御段階と、
    を有することを特徴とする電極生産方法。
  2. 前記被塗工材への塗工後の前記電極材料の厚さおよび重量の少なくともいずれかを計測する塗工後計測段階をさらに有し、
    前記塗工条件制御段階は、前記電極材料の前記変動量、および前記塗工後計測段階において計測された前記電極材料の厚さまたは重量に基づいて前記電極材料の塗工条件を制御することを特徴とする請求項１に記載の電極生産方法。
  3. 前記計測段階は、前記電極材料の塗工装置の前記電極材料の通路の一部と同じ形状を有し前記電極材料の通路に設けられた模擬形状通路を通過する前記電極材料の特性値を、前記電極材料の通路の一部を通過する前記電極材料の特性値として測定することを特徴とする請求項１または２に記載の電極生産方法。
  4. 前記計測段階は、前記電極材料の塗工装置において前記電極材料を吐出させるダイヘッドと並列に、前記電極材料の前記ダイヘッドへの供給路から分岐された分岐供給路に設けられた、前記ダイヘッドと同じ形状の疑似ダイヘッドから吐出される前記電極材料の特性値を、前記ダイヘッドから吐出される前記電極材料の特性値として計測し、
    前記ダイヘッドと、前記ダイヘッドとの距離が可変なバックアップロールとの距離に、前記疑似ダイヘッドと、前記バックアップロールと同じ形状の疑似バックアップロールとの距離を連動させ、前記疑似ダイヘッドと前記疑似バックアップロールとの距離を計測することで前記ダイヘッドと前記バックアップロールとの距離を計測する距離計測段階をさらに有し、
    前記塗工条件制御段階は、前記計測段階において計測された前記電極材料の特性値の変動量に基づいて、少なくとも前記距離計測段階において計測された前記ダイヘッドと前記バックアップロールとの距離を前記塗工条件として制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電極生産方法。
  5. 前記電極材料の特性値は少なくとも前記電極材料の粘度を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電極生産方法。
  6. 連続して供給される電極材料の特性値を計測する計測手段と、
    前記計測手段で計測された前記電極材料の特性値の初期値に対する変動量に基づいて前記電極材料の被塗工材への塗工条件を制御する塗工条件制御手段と、
    を有することを特徴とする電極生産制御システム。
  7. 前記被塗工材への塗工後の前記電極材料の厚さおよび重量の少なくともいずれかを計測する塗工後計測手段をさらに有し、
    前記塗工条件制御手段は、前記電極材料の前記変動量、および前記塗工後計測手段により計測された前記電極材料の厚さまたは重量に基づいて前記電極材料の塗工条件を制御することを特徴とする請求項６に記載の電極生産制御システム。
  8. 前記電極材料の通路の一部と同じ形状を有し前記電極材料の通路に設けられた模擬形状通路をさらに有し、
    前記計測手段は、前記模擬形状通路を通過する前記電極材料の特性値を前記電極材料の通路の一部を通過する前記電極材料の特性値として測定することを特徴とする請求項６または７に記載の電極生産制御システム。
  9. 前記電極材料を吐出させるダイヘッドと、
    前記ダイヘッドとの距離が可変なバックアップロールと、
    前記ダイヘッドと並列に、前記電極材料の前記ダイヘッドへの供給路から分岐された分岐供給路に設けられた、前記ダイヘッドと同じ形状の疑似ダイヘッドと、
    前記疑似ダイヘッドとの距離が、前記ダイヘッドとバックアップロールとの距離と連動する、前記バックアップロールと同じ形状の疑似バックアップロールと、さらに有し、
    前記計測手段は、前記疑似ダイヘッドから吐出される前記電極材料の特性値を前記ダイヘッドから吐出される前記電極材料の特性値として計測し、
    前記塗工条件制御手段は、前記計測手段により計測された前記電極材料の特性値の変動量に基づいて、少なくとも、前記疑似ダイヘッドと前記疑似バックアップロールとの距離により計測された前記ダイヘッドと前記バックアップロールとの距離を前記塗工条件として制御することを特徴とする請求項６または７に記載の電極生産制御システム。
  10. 前記電極材料の特性値は少なくとも前記電極材料の粘度を含むことを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載の電極生産制御システム。
  11. 前記初期値はタンク内に供給された直後の電極材料の計測値、または、所定の規格内の品質で電極が安定的に生産できる状態での前記タンク内の電極材料の計測値であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電極生産方法。
  12. 前記初期値はタンク内に供給された直後の電極材料の計測値、または、所定の規格内の品質で電極が安定的に生産できる状態での前記タンク内の電極材料の計測値であることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか一項に記載の電極生産制御システム。
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