JP2014175166A - 電極製造装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】コーティングロールに付着するスラリーを好適に掻き取ることが可能な電極製造装置を提供すること。
【解決手段】電極製造装置10は、活物質を含むスラリーSが付着するコーティングロール22と、金属箔Mを搬送するバッキングロール25とを有し、金属箔MとスラリーSとを接触させることにより、金属箔MにスラリーSを塗布する塗布部21を備えている。また、電極製造装置10は、金属箔MとスラリーSとの接触箇所Aに対してコーティングロール22の回転方向の下流側に配置され、コーティングロール22に付着するスラリーSを掻き取るスクレーパ31を備えている。ここで、スクレーパ31はゴムであり、そのデュロメータ硬さは40〜90である。
【選択図】図1

Description

本発明は電極製造装置に関する。
蓄電装置に用いられる電極を製造する電極製造装置として、例えば活物質が含まれたスラリーをコーティングロールに付着させるとともに、当該コーティングロールに付着したスラリーを、バッキングロールにて搬送される金属箔に塗布するものが知られている(例えば特許文献1参照)。また、特許文献1の電極製造装置は、コーティングロールに付着している余剰スラリーを掻き取るスクレーパを備えている。
特許3483072号公報
ここで、スクレーパの硬さ等によっては、スラリーの一部が掻き取られることなく、コーティングロールに残存する場合がある。この場合、残存したスラリーが乾燥して異物となり、当該異物により金属箔に塗布されたスラリーの塗膜にスジやツブが発生してしまう場合がある。また、スクレーパの掻き取り性が悪いと、スラリーに含まれる固体の活物質等がスクレーパとコーティングロールとの間に挟まれて、スクレーパやコーティングロールにキズが生じる場合がある。
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、コーティングロールに付着するスラリーを好適に掻き取ることが可能な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電極製造装置は、活物質を含むスラリーが付着するコーティングロールと、金属箔を搬送するバッキングロールとを有し、前記コーティングロール及び前記バッキングロールを回転させつつ前記金属箔と前記スラリーとを接触させることにより、前記金属箔に前記スラリーを塗布するものであって、前記金属箔と前記スラリーとの接触箇所に対して前記コーティングロールの回転方向の下流側に配置され、前記コーティングロールに付着する前記スラリーを掻き取るスクレーパを備え、前記スクレーパにおける前記コーティングロールとの接触部分はゴムであり、前記ゴムのデュロメータ硬さは40〜90であることを特徴とする。
かかる構成によれば、スクレーパの接触部分を構成するゴムのデュロメータ硬さが40〜90であることにより、接触部分が過度に柔らかいことに起因して活物質が含まれたスラリーが掻き取れない事態や、接触部分が過度に硬いことに起因してスティックスリップ現象が生じてしまう事態を回避することができる。これにより、スラリーを好適に掻き取ることができる。
上記電極製造装置は、前記金属箔と前記スラリーとを断続的に接触させることにより、前記金属箔に前記スラリーを間欠的に塗布するものであるとよい。かかる構成によれば、コーティングロールに掻き取る対象のスラリーが間欠的に付着している。このような掻き取る対象の性状が不均一となる状況においては、特に高い掻き取り性が求められる。これに対して、上記のように硬さを設定することにより、掻き取る対象の性状が不均一である場合であっても、好適にスラリーを掻き取ることができる。
上記電極製造装置について、前記スクレーパは、前記コーティングロールの外周面のうち前記スラリーが付着するスラリー領域における前記コーティングロールの軸線方向の一端から他端にまで亘ってあるとよい。かかる構成によれば、スラリー領域に付着するスラリーを掻き取ることができる。
上記電極製造装置について、前記スクレーパは、前記コーティングロールの外周面に沿うとともに、前記スラリー領域における前記コーティングロールの軸線方向の一端から他端に向かうに従って前記コーティングロールとの接触位置が前記コーティングロールの回転方向にずれる弧部を備えているとよい。かかる構成によれば、スラリー領域に付着しているスラリーは、弧部に沿って移動して集められる。これにより、スラリーに対してコーティングロールの軸線方向の力が働くとともに、スラリーが集まることによってスラリーが落下し易くなる。よって、好適にスラリーを掻き取ることができる。
上記電極製造装置について、前記弧部は、前記スラリー領域における前記コーティングロールの軸線方向の一端から他端にまで亘ってあるとよい。かかる構成によれば、スラリー領域の一端から他端までのうち一部のみに弧部が設けられている構成と比較して、より好適にスラリーを掻き取ることができる。
この発明によれば、コーティングロールに付着するスラリーを好適に掻き取ることができる。
電極製造装置を模式的に示す正面図。 (a)はスクレーパの正面図であり、(b)は(a)の2b−2b線断面図。 コーティングロール及びスクレーパの斜視図。 コーティングロール及びスクレーパの底面図。 スクレーパのデュロメータ硬さとスジ及びツブとの関係を示す図。 (a)は別例のスクレーパの斜視図であり、(b)は別例のスクレーパ及びコーティングロールの底面図。 (a)は別例のスクレーパの斜視図であり、(b)は別例のスクレーパ及びコーティングロールの底面図。 (a)は別例のスクレーパの斜視図であり、(b)は別例のスクレーパ及びコーティングロールの底面図。
以下、電極製造装置の一実施形態について以下に説明する。なお、電極製造装置により製造された電極はセパレータを介して積層されて電極組立体となる。当該電極組立体は蓄電装置としての二次電池に用いられる。
図1に示すように、電極製造装置10は、捲回された帯状の金属箔Mを取り付け可能な供給ローラ11と、その金属箔Mを巻取可能な巻取ローラ12とを備えている。各ローラ11,12は回転可能に構成されている。電極製造装置10は、捲回された金属箔Mを供給ローラ11に取り付け、その金属箔Mの長尺方向の一端部を巻取ローラ12に取り付けた状態で、各ローラ11,12を回転させることにより、金属箔Mを搬送する。
電極製造装置10は、搬送される金属箔Mに対して、活物質、導電助剤、及び溶媒等を含むスラリーSを塗布する塗布部21を備えている。塗布部21は、外周面22aにスラリーSが付着する円柱状のコーティングロール22と、スラリーSを貯蔵するとともに、コーティングロール22の外周面22aにスラリーSを供給する供給部23と、コンマロール24とを備えている。また、塗布部21は、コーティングロール22の近傍位置に設けられ、金属箔Mを搬送する円柱状のバッキングロール25を備えている。塗布部21は、コーティングロール22及びバッキングロール25を同一方向に回転させつつスラリーSと金属箔Mとを接触させることにより、コーティングロール22に付着したスラリーSを金属箔Mに転写する。なお、スラリーSと金属箔Mとが接触する箇所を接触箇所Aとする。
ここで、バッキングロール25は、コーティングロール22との距離を調整可能に構成されており、コーティングロール22によるスラリーSの転写が可能な位置であるスラリーSと金属箔Mとが接触する位置と、当該転写が不可能な位置であるスラリーSと金属箔Mとが離間する位置との間を移動可能に構成されている。塗布部21は、バッキングロール25の位置の制御を行うことにより、コーティングロール22及びバッキングロール25を同一方向に回転させつつスラリーSと金属箔Mとを断続的に接触させて、スラリーSを間欠的に塗布する。
図1に示すように、電極製造装置10は、塗布部21によって塗布されたスラリーSの塗膜を乾燥させる乾燥炉26を備えている。乾燥炉26は、塗布部21と巻取ローラ12との間に配置されている。スラリーSが塗布された金属箔Mは、乾燥炉26内を通って、巻取ローラ12にて巻き取られる。
なお、電極製造装置10は、乾燥された塗膜をプレスするプレス装置、及び、金属箔Mを予め定められた電極の形状に切り取る切り取り装置等を備えている。電極製造装置10は、乾燥された塗膜をプレスし、金属箔Mを切り取ることにより、活物質層を有する電極を製造する。
ここで、コーティングロール22の外周面22aには、一部のスラリーSが金属箔Mに転写されることなく付着している。特に、塗布部21がスラリーSを間欠的に塗布する構成においては、コーティングロール22の外周面22aに、スラリーSが間欠的に付着している。
これに対して、図1に示すように、電極製造装置10は、接触箇所Aに対してコーティングロール22の回転方向の下流側に配置され、コーティングロール22の外周面22aに付着するスラリーSを掻き取るスクレーパ31を備えている。また、電極製造装置10は、スクレーパ31にて掻き取られたスラリーSが回収される回収タンク32を備えている。
図2及び図3に示すように、スクレーパ31は略平板状である。スクレーパ31は、当該スクレーパ31の短手方向の一端側に、湾曲した弧部41を備えている。弧部41は、スクレーパ31の長手方向の一端から他端にまで亘ってある。弧部41は、スクレーパ31の長手方向の中央から両端に向かうに従って徐々にスクレーパ31の短手方向の長さが長くなるよう凹形状に湾曲している。図2(b)に示すように、弧部41は、スクレーパ31の厚さ方向に対して傾斜した傾斜面41aを有する先細り形状となっている。なお、傾斜面41aの傾斜角度θは例えば13°となっている。
ここで、図3に示すように、コーティングロール22の外周面22aのうちスラリーSが付着するスラリー領域Zのコーティングロール22の軸線方向の一端Zaにおける所定の点を第1点P1と、スラリー領域Zの一端Zaとは反対側の他端Zbにおいて上記第1点P1とはコーティングロール22の回転方向に180°ずれた点を第2点P2とする。弧部41の曲率は、第1点P1と第2点P2とを結ぶコーティングロール22の外周面22aに沿う楕円の半狐の曲率と同一である。
図3及び図4に示すように、スクレーパ31は、コーティングロール22の軸線方向に対して当該スクレーパ31の長手方向が傾斜した状態で配置されている。スクレーパ31及びその弧部41は、スラリー領域Zにおけるコーティングロール22の軸線方向の一端Zaから他端Zbまでに亘ってある。弧部41は、底面視でコーティングロール22の回転方向に対して傾斜しており、コーティングロール22の外周面22aに沿って接触している。この場合、弧部41とコーティングロール22との接触位置Bは、弧部41の形状に対応させて、第1点P1及び第2点P2を結ぶ弧状となっており、スラリー領域Zにおけるコーティングロール22の軸線方向の一端Zaから他端Zbに向かうに従ってコーティングロール22の回転方向にずれている。
スクレーパ31はゴム製であり、そのデュロメータ硬さは40〜90、好ましくは50〜90、より好ましくは60〜90である。デュロメータ硬さとは、「JIS K6253−3:2012 加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−硬さの求め方−第3部:デュロメータ硬さ」に基づく「デュロメータ」を計測器に用いた方法で計測される硬さである。なお、本実施形態において測定に用いたデュロメータはタイプAである。
次に、本実施形態の作用について説明する。
金属箔Mに転写されることなくコーティングロール22に付着しているスラリーSは、コーティングロール22の回転に伴いスクレーパ31が配置されている箇所に到達し、スクレーパ31の弧部41によって掻き取られる。この場合、図4に示すように、コーティングロール22と弧部41との接触位置Bは、スラリー領域Zの一端Zaから他端Zbに向かうに従ってコーティングロール22の回転方向にずれているため、掻き取られたスラリーSは、弧部41に沿って、スラリー領域Zの他端Zbに向けて移動する。そして、スラリーSは、スラリー領域Zの他端Zb側に集められ、当該他端Zb側から滴るように回収タンク32に向けて落下する。
図5を用いてスクレーパ31のデュロメータ硬さと、スジ及びツブとの関係について説明する。図5は、金属箔Mとしての幅185mm×長さ400mのアルミニウム箔の表面に対して、50mm間隔で幅165mm×長さ130mmの領域に正極のスラリーを塗布した場合に、上記領域にスジ及びツブが存在するか否かを観察した結果である。図5中、「○」はスジ及びツブがないことを示し、「△」は幅が1mm未満のスジ及びツブがあったことを示し、「×」は、電極の性能に特に悪影響を及ぼし易い幅が1mm以上のスジ及びツブがあったことを示す。また、製造ばらつきを考慮して、同一仕様で製造した5つのスクレーパを用意し、各スクレーパを用いた場合の結果を実施例1〜5として示す。なお、上記条件は一例であり、金属箔M等の各種寸法を何ら限定するものではない。
図5に示すように、スクレーパ31のデュロメータ硬さが40よりも小さい又は90よりも大きい場合には、幅が1mm以上のスジ及びツブが発生し易い一方、スクレーパ31のデュロメータ硬さが40〜90である場合には、幅が1mm以上のスジ及びツブが発生しにくくなることが確認された。特に、スクレーパ31のデュロメータ硬さが50〜90である場合には、スジ及びツブが発生しないことが確認された。
なお、スクレーパ31のデュロメータ硬さが40よりも小さい場合、スクレーパ31が柔らかいことに起因して一部の硬い活物質等がスクレーパ31を押しのけて通過してしまい、スジやツブが生じてしまったと考えられる。
また、スクレーパ31のデュロメータ硬さが90よりも大きい場合、スクレーパ31とコーティングロール22との間でスティックスリップ現象が生じてしまい、幅が広いスジやツブが生じてしまった。
ちなみに、スクレーパ31のデュロメータ硬さが90よりも大きくなると、幅が1mm以上のスジ及びツブが突然発生し易くなった。これに対して、スクレーパ31のデュロメータ硬さが50よりも小さい条件下では、デュロメータ硬さが小さくなるに従って、徐々にスジ及びツブが発生し易くなる傾向となった。この際、スクレーパ31のデュロメータ硬さが40である場合に、各実施例1〜5のうち半数以上のものにおいて、掻き取り性がある程度確保されていることが確認された。
以上詳述した本実施形態によれば以下の優れた効果を奏する。
(1)スクレーパ31はゴムであり、そのデュロメータ硬さは40〜90、より好ましくは50〜90である。これにより、コーティングロール22の外周面22aに付着するスラリーSを好適に掻き取ることができる。
特に、本実施形態において、掻き取る対象は、固体の活物質や導電助剤が含まれたスラリーSである。この場合、スクレーパ31によってスラリーSを掻き取る場合に、活物質や導電助剤がスクレーパ31とコーティングロール22との間に挟まれ、その結果、スクレーパ31やコーティングロール22にキズが発生し得る。これに対して、上記のようにスクレーパ31のデュロメータ硬さを40〜90にすることにより、活物質等が含まれたスラリーSを好適に掻き取ることができ、上記キズの発生を抑制することができる。
(2)塗布部21は、金属箔MとスラリーSとを断続的に接触させることにより、金属箔MにスラリーSを間欠的に塗布するものである。この場合、コーティングロール22の外周面22aに間欠的にスラリーSが付着している。このような掻き取る対象の性状が不均一である場合、スラリーSを掻き取りにくかったり、摩耗し易かったりする。これに対して、上記のようにスクレーパ31のデュロメータ硬さを40〜90にすることにより、掻き取る対象の性状が不均一である場合であっても、好適にスラリーSを掻き取ることができる。
(3)スクレーパ31は、スラリー領域Zにおけるコーティングロール22の軸線方向の一端Zaから他端Zbまでに亘ってある。これにより、スラリー領域Zに付着するスラリーSを全て掻き取ることができる。
(4)スクレーパ31は、コーティングロール22の外周面22aに沿うとともに、スラリー領域Zにおけるコーティングロール22の軸線方向の一端Zaから他端Zbに向かうに従って、コーティングロール22との接触位置Bがコーティングロール22の回転方向にずれる弧部41を備えている。これにより、スラリー領域Zに付着しているスラリーSは、弧部41に沿って移動して集められる。これにより、スラリーSに対してコーティングロール22の軸線方向の力が働くとともに、スラリーSが集まることによってスラリーSが落下し易くなる。よって、好適にスラリーSを好適に掻き取ることができる。また、スラリーSが集められるため、スラリーSが落下する範囲が狭くなる。これにより、スラリーSの回収を容易に行うことができる。
(5)特に、弧部41は、スラリー領域Zにおけるコーティングロール22の軸線方向の一端Zaから他端Zbまでに亘ってある。これにより、上記一端Zaから上記他端Zbまでのうち一部に弧部がある構成と比較して、より好適にスラリーSを掻き取ることができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、スクレーパ31は弧部41を備え、スクレーパ31は、当該スクレーパ31の長手方向がコーティングロール22の軸線方向に対して傾斜した状態で配置されていたが、これに限られない。スクレーパ31が矩形板状であって、スクレーパ31の長手方向と、コーティングロール22の軸線方向とが平行となるようにスクレーパ31が配置されていてもよい。この構成であっても、スクレーパ31のデュロメータ硬さを40〜90にすることにより、上述した(1)及び(2)の効果を奏する。つまり、スクレーパ31のデュロメータ硬さが40〜90であれば、スクレーパ31の具体的な形状は任意である。また、スクレーパ31のデュロメータ硬さが40〜90の範囲内であれば、どのように範囲を設定してもよい。
○ 図6(a)及び図6(b)に示すように、平面視でV字状となっているスクレーパ51であってもよい。この場合、スクレーパ51は、スラリー領域Zにおけるコーティングロール22の軸線方向の一端Zaから中央に向かうに従って接触位置Bがコーティングロール22の回転方向にずれる第1弧部51aを備えている。更にスクレーパ51は、スラリー領域Zにおけるコーティングロール22の軸線方向の他端Zbから中央に向かうに従って接触位置Bがコーティングロール22の回転方向にずれる第2弧部51bを備えている。第1弧部51aと第2弧部51bとは連続している。かかる構成によれば、第1弧部51a及び第2弧部51bの交点に向けてスラリーSが移動する。これにより、スラリーSを好適に集めることができる。また、実施形態の弧部41と比較して、底面視におけるコーティングロール22の回転方向に対する弧部の傾斜角度が同一条件下において、コーティングロール22の回転方向に占めるスクレーパ51のスペースが小さくなる。よって、スラリーSを好適に掻き取りつつ、スクレーパ51のスペースの低減を図ることができる。なお、V字状のスクレーパ51を、中央が回転方向の上流で両端が回転方向の下流にある態様で配置してもよい。また、第1弧部51a及び第2弧部51bは連続している必要はなく、例えば第1弧部51aと第2弧部51bとの間に直線部があってもよい。
○ また、図7(a)及び図7(b)に示すように、平面視で円弧状に湾曲しているスクレーパ61であってもよい。当該スクレーパ61も、第1弧部61a及び第2弧部61bを備えている。この場合、鋭角部分がない分だけ、スクレーパ61に付着したスラリーSを拭き取るメンテナンスの容易化を図ることができる。
○ さらに、図8(a)及び図8(b)に示すように、弧部71aと直線部71bとを有するスクレーパ71であってもよい。要は、スクレーパにおいてコーティングロール22と接触する部位の少なくとも一部が弧部となっていればよい。
○ 実施形態では、スクレーパ31は、スラリー領域Zの一端Zaから他端Zbまでに亘って存在したが、これに限られず、例えばコーティングロール22における軸線方向の一端から他端までに亘って存在してもよい。
○ 実施形態では、コーティングロール22の回転方向において弧部41の長手方向の一端と他端とのずれ角度は180°であったが、これに限られず、当該ずれ角度は任意である。この場合、上記ずれ角度が大きくなるほど、コーティングロール22の回転方向に対する弧部の傾斜角度が大きくなるため、より好適にスラリーSを掻き取ることができる。一方、上記ずれ角度が小さくなるほど、コーティングロール22の回転方向に占めるスクレーパのスペースを低減できる。
○ 実施形態では、弧部41は、徐々に厚さが薄くなる先細り形状となっていたが、これに限られず、一定の厚さの形状であってもよい。
○ 実施形態では、スクレーパ31全体がゴムであったが、これに限られず、コーティングロール22との接触部分である弧部41のみがゴムであってもよい。要は、少なくともスクレーパにおけるコーティングロール22との接触部分がゴムであればよい。
○ 実施形態では、塗布部21は間欠的にスラリーSを塗布する構成であったが、これに限られず、連続的にスラリーSを塗布する構成であってもよい。この場合であっても、金属箔Mに転写されることなくコーティングロール22にあるスラリーSをスクレーパ31で掻き取ることができる。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に記載する。
(イ)ゴムのデュロメータ硬さは50〜90であるとよい。
(ロ)弧部としてスラリー領域におけるコーティングロールの軸線方向の一端から中央に向かうに従って接触位置がコーティングロールの回転方向にずれる第1弧部を有し、更にスラリー領域におけるコーティングロールの軸線方向の他端から中央に向かうに従って接触位置がコーティングロールの回転方向にずれる第2弧部を有するとよい。
(ハ)活物質を含むスラリーが付着するコーティングロールと、金属箔を搬送するバッキングロールとを有し、コーティングロール及びバッキングロールを回転させつつ金属箔とスラリーとを接触させることにより、金属箔にスラリーを塗布する電極製造装置において、金属箔とスラリーとの接触箇所に対してコーティングロールの回転方向の下流側に配置され、コーティングロールに付着するスラリーを掻き取るスクレーパを備え、スクレーパは、コーティングロールの外周面のうちスラリーが付着するスラリー領域におけるコーティングロールの軸線方向の一端から他端にまで亘ってあり、スクレーパは、コーティングロールの外周面に沿うとともに、スラリー領域におけるコーティングロールの軸線方向の一端から他端に向かうに従ってコーティングロールとの接触位置がコーティングロールの回転方向にずれる弧部を備えているとよい。当該技術的思想に着目した場合、スクレーパのデュロメータ硬さが必ずしも40〜90でなくてもよい。
10…電極製造装置、21…塗布部、22…コーティングロール、22a…コーティングロールの外周面、25…バッキングロール、31…スクレーパ、41…弧部、51,61,71…別例のスクレーパ、51a,61a…第1弧部、51b,61b…第2弧部、M…金属箔、S…スラリー、Z…スラリー領域。

Claims (5)

  1. 活物質を含むスラリーが付着するコーティングロールと、
    金属箔を搬送するバッキングロールとを有し、
    前記コーティングロール及び前記バッキングロールを回転させつつ前記金属箔と前記スラリーとを接触させることにより、前記金属箔に前記スラリーを塗布する電極製造装置において、
    前記金属箔と前記スラリーとの接触箇所に対して前記コーティングロールの回転方向の下流側に配置され、前記コーティングロールに付着する前記スラリーを掻き取るスクレーパを備え、
    前記スクレーパにおける前記コーティングロールとの接触部分はゴムであり、
    前記ゴムのデュロメータ硬さは40〜90であることを特徴とする電極製造装置。
  2. 前記電極製造装置は、前記金属箔と前記スラリーとを断続的に接触させることにより、前記金属箔に前記スラリーを間欠的に塗布するものである請求項1に記載の電極製造装置。
  3. 前記スクレーパは、前記コーティングロールの外周面のうち前記スラリーが付着するスラリー領域における前記コーティングロールの軸線方向の一端から他端にまで亘ってある請求項1又は請求項2に記載の電極製造装置。
  4. 前記スクレーパは、前記コーティングロールの外周面に沿うとともに、前記スラリー領域における前記コーティングロールの軸線方向の一端から他端に向かうに従って前記コーティングロールとの接触位置が前記コーティングロールの回転方向にずれる弧部を備えている請求項3に記載の電極製造装置。
  5. 前記弧部は、前記スラリー領域における前記コーティングロールの軸線方向の一端から他端にまで亘ってある請求項4に記載の電極製造装置。
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