JP2015035294A - Manufacturing method for electrode and inspection device of electrode - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属箔に電極ペーストを塗布して活物質層が形成される電極の製造方法及び検査装置に関する。 The present invention relates to an electrode manufacturing method and an inspection apparatus in which an active material layer is formed by applying an electrode paste to a metal foil.
蓄電装置の電極は、金属箔に電極ペーストを塗布して活物質層が形成されている。電極ペーストには、活物質、導電助剤、バインダ等が含まれている。高品質な電極を製造するためには、活物質層に含まれるこれらの各物質の比率が重要となる。そのために、活物質層を検査する必要があり、その検査に、発光分光分析法(OES[Optical Emission Spectroscopy])を利用することが提案されている。例えば、特許文献1には、リチウムイオン二次電池の正極について高周波プラズマ発光分光分析により元素の存在量を分析することが開示されている。また、特許文献2には、リチウムイオン二次電池の負極活物質についてグロー放電発光分光分析により活物質の結合状態を分析することが開示されている。また、特許文献3には、活物質、導電助剤、バインダ等を投入し混練する容器内の混ざり具合を、蛍光物質を用いて、検査することが記載されている。
The electrode of the power storage device has an active material layer formed by applying an electrode paste to a metal foil. The electrode paste contains an active material, a conductive aid, a binder, and the like. In order to manufacture a high-quality electrode, the ratio of each of these substances contained in the active material layer is important. Therefore, it is necessary to inspect the active material layer, and it has been proposed to use an optical emission spectroscopy (OES [Optical Emission Spectroscopy]) for the inspection. For example,
特許文献1および2では製造された後の電極に対して分析を行っており、製造後、出荷前の検査にあたる。そのため、分析結果から電極ペーストの比率が適正でないことが判っても、それを製造工程に迅速に反映できない。その結果、製造された後の多くの電極が不良品となる。特許文献3は、電極ペーストを混練する容器内の混ざり具合を検査するものである。しかし、電極ペーストは、時間経過とともに比重の異なる物質の分離や一部の物質の凝集が進行するため、金属箔上に塗布された状態では各物質の分散状態が適切ではない箇所が生じうる。特許文献3の技術では、このような活物質層となった状態での不具合を検出することはできない。
In
そこで、本発明は、金属箔上の活物質層について、活物質層の検査結果を迅速に製造工程に反映できる電極の製造方法及び電極の検査装置を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the manufacturing method of an electrode and the inspection apparatus of an electrode which can reflect the inspection result of an active material layer to a manufacturing process rapidly about the active material layer on metal foil.
本発明に係る電極の製造方法は、金属箔に電極ペーストを塗布して活物質層が形成される電極の製造方法であって、帯状の金属箔に電極として切り取られる部分以外の箇所に検査用の電極ペーストを塗布する検査用塗布工程と、検査用塗布工程で塗布された電極ペーストを発光分光分析によって分析する分析工程とを含むことを特徴とする。 An electrode manufacturing method according to the present invention is an electrode manufacturing method in which an electrode paste is applied to a metal foil to form an active material layer, and is used for inspection at a place other than a portion cut as an electrode on a strip-shaped metal foil. And an analysis process for analyzing the electrode paste applied in the inspection coating process by emission spectroscopic analysis.
この製造方法では、電極を製造中、帯状の金属箔の電極として用いられない部分に、検査用の電極ペーストを塗布する。この箇所は、電極として使用されないので(通常は捨てられる部分なので)、破壊分析である発光分光分析法を用いた検査に有効利用できる。電極の製造途中の帯状の金属箔に検査用の電極ペーストを塗布し、電極の製造中にその検査用の電極ペーストに対して発光分光分析を行うことで、活物質層の状態をいち早く把握できる。 In this manufacturing method, an electrode paste for inspection is applied to a portion that is not used as an electrode of a strip-shaped metal foil during manufacturing of the electrode. Since this part is not used as an electrode (since it is usually discarded), it can be effectively used for inspection using emission spectroscopic analysis which is destructive analysis. The state of the active material layer can be quickly grasped by applying the electrode paste for inspection to the strip-shaped metal foil in the middle of manufacturing the electrode and performing the emission spectroscopic analysis on the electrode paste for inspection during the electrode manufacturing. .
本発明の上記製造方法では、分析工程で分析した結果を、電極ペーストの混練条件に反映すると好適である。 In the said manufacturing method of this invention, it is suitable if the result analyzed at the analysis process is reflected in the kneading | mixing conditions of an electrode paste.
この製造方法では、検査用の電極ペーストに対して発光分光分析して電極ペーストに含まれる各物質の比率が判ると、その製造中の実際の比率を利用して適正な比率になるように電極ペースト混練条件を補正する。このように、帯状の金属箔の従来捨てられていた箇所を用い、発光分光分析を行うことで、その分析結果を製造工程の電極ペースト混練条件に迅速に反映できる。 In this manufacturing method, if the ratio of each substance contained in the electrode paste is known by performing an emission spectroscopic analysis on the electrode paste for inspection, the electrode is adjusted to an appropriate ratio using the actual ratio during the manufacturing. Correct paste kneading conditions. In this way, by performing the emission spectroscopic analysis using the previously discarded portion of the strip-shaped metal foil, the analysis result can be quickly reflected in the electrode paste kneading conditions in the manufacturing process.
本発明の上記製造方法では、検査対象の電極は、負極であり、負極の電極ペーストは、酸化ケイ素の活物質と、炭素を含有する導電助剤とを少なくとも含むと好適である。 In the manufacturing method of the present invention, the electrode to be inspected is a negative electrode, and the electrode paste of the negative electrode preferably includes at least a silicon oxide active material and a carbon-containing conductive additive.
発光分光分析(特に、スパーク放電の発光分光分析)は、ケイ素(Si)、炭素(C)等の元素の分析に優れており、これらの各元素の含有量を高精度に測定できる。したがって、これらの各元素を含む物質からなる電極ペーストを高精度に分析できる。そこで、検査対象を負極とし、その負極は酸化ケイ素の活物質と、炭素を含有する導電助剤とを少なくも含む電極ペーストを用いて製造される負極とする。 The emission spectroscopic analysis (particularly, the spark discharge emission spectroscopic analysis) is excellent in the analysis of elements such as silicon (Si) and carbon (C), and the content of each of these elements can be measured with high accuracy. Therefore, an electrode paste made of a material containing each of these elements can be analyzed with high accuracy. Therefore, the inspection object is a negative electrode, and the negative electrode is a negative electrode manufactured using an electrode paste containing at least a silicon oxide active material and a carbon-containing conductive additive.
本発明の上記製造方法の検査用塗布工程では、帯状の金属箔の幅方向の両端部に検査用の電極ペーストをそれぞれ塗布すると好適である。 In the inspection application step of the manufacturing method of the present invention, it is preferable to apply an inspection electrode paste to both ends of the band-shaped metal foil in the width direction.
この製造方法では、帯状の金属箔の幅方向の両端部に検査用の電極ペーストをそれぞれ塗布し、幅方向の各端部にそれぞれ塗布された検査用の電極ペーストに対してそれぞれ発光分光分析する。このように、この製造方法は、幅方向の両端部における検査用の電極ペーストに含まれる各物質の比率をそれぞれ分析でき、その両端部での分析結果から幅方向において電極ペーストに含まれる各物質の比率が均一になっているかあるいはばらついているかを検査できる。 In this manufacturing method, an inspection electrode paste is applied to both ends in the width direction of the strip-shaped metal foil, and emission spectroscopic analysis is performed on each of the inspection electrode pastes applied to each end in the width direction. . Thus, this manufacturing method can analyze the ratio of each substance contained in the electrode paste for inspection at both ends in the width direction, and each substance contained in the electrode paste in the width direction from the analysis result at both ends. It is possible to inspect whether the ratio is uniform or varied.
本発明に係る電極の検査装置は、金属箔に電極ペーストを塗布して活物質層が形成される電極の検査装置であって、帯状の金属箔に電極として切り取られる部分以外の箇所に検査用の電極ペーストを塗布する検査用塗布手段と、検査用塗布手段で塗布された電極ペーストを発光分光分析によって分析する分析手段とを備えることを特徴とする。この検査装置は、上記の製造方法と同様に作用し、同様の効果を有している。 The electrode inspection apparatus according to the present invention is an electrode inspection apparatus in which an electrode paste is applied to a metal foil to form an active material layer, and is used for inspection at a place other than a portion cut as an electrode on a strip-shaped metal foil. An inspection application means for applying the electrode paste and an analysis means for analyzing the electrode paste applied by the inspection application means by emission spectroscopic analysis. This inspection apparatus operates in the same manner as the above manufacturing method and has the same effects.
本発明によれば、帯状の金属箔における電極として切り取られる部分以外の箇所に検査用の電極ペーストを塗布して、その検査用の電極ペーストに対して発光分光分析する構成とすることにより、金属箔上の活物質層について、活物質層の検査結果を迅速に製造工程に反映できる。 According to the present invention, by applying an electrode paste for inspection to a portion other than a portion cut out as an electrode in a strip-shaped metal foil, and performing an emission spectroscopic analysis on the electrode paste for inspection, For the active material layer on the foil, the inspection result of the active material layer can be quickly reflected in the manufacturing process.
以下、図面を参照して、本発明に係る電極の検査装置及び検査装置を用いた製造方法の実施の形態を説明する。なお、各図において同一又は相当する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Embodiments of an electrode inspection apparatus and a manufacturing method using the inspection apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the element which is the same or it corresponds in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
本実施の形態では、本発明を、蓄電装置のSiO負極(電極)の製造ラインに組み込まれる検査装置、および検査装置の検査結果を反映する製造方法に適用する。本実施の形態では、電極の製造ラインの中でも本発明の実施に関わる混練工程、塗布工程及び乾燥工程について説明し、その他の電極の製造工程については説明を省略する。なお、製造される電極は、例えば、リチウムイオン二次電池に用いられる。 In the present embodiment, the present invention is applied to an inspection device incorporated in a production line for a SiO negative electrode (electrode) of a power storage device, and a manufacturing method that reflects an inspection result of the inspection device. In the present embodiment, a kneading process, a coating process, and a drying process related to the implementation of the present invention will be described in the electrode manufacturing line, and description of other electrode manufacturing processes will be omitted. The manufactured electrode is used for, for example, a lithium ion secondary battery.
SiO負極は、金属箔の少なくとも一方の面に電極ペーストが塗布されて活物質層が形成されており、電極ペーストが塗布されていないタブも有している。金属箔は、例えば、銅箔である。電極ペーストは、活物質、導電助剤、バインダ、溶剤等を含んでいる。活物質は、酸化ケイ素(SiOx(0.5≦x≦1.5))である。導電助剤は、炭素(C)を含有するカーボン系の物質であり、例えば、カーボンブラック、黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラックである。バインダは、例えば、ポリアミドイミド、ポリイミド等の熱可塑性樹脂、主鎖にイミド結合を有するポリマ樹脂である。溶剤は、例えば、NMP(N−メチルピロリドン)、メタノール、メチルイソブチルケトン等の有機溶剤、水である。 The SiO negative electrode has an active material layer formed by applying an electrode paste to at least one surface of a metal foil, and also has a tab to which no electrode paste is applied. The metal foil is, for example, a copper foil. The electrode paste contains an active material, a conductive aid, a binder, a solvent, and the like. The active material is silicon oxide (SiO x (0.5 ≦ x ≦ 1.5)). The conductive auxiliary agent is a carbon-based material containing carbon (C), and examples thereof include carbon black, graphite, acetylene black, and ketjen black. The binder is, for example, a thermoplastic resin such as polyamideimide or polyimide, or a polymer resin having an imide bond in the main chain. Examples of the solvent include organic solvents such as NMP (N-methylpyrrolidone), methanol, and methyl isobutyl ketone, and water.
なお、SiO負極が電極としての良好な性能を発揮するためには、活物質と導電助剤との比率が重要となる。この比率が実験等によって予め設定された適正な比率でないと、電極として良好な性能を発揮できない。したがって、活物質層における活物質と導電助剤との比率(特に、活物質に含まれるケイ素(Si)と導電助剤に含まれる炭素(C)との比率)を精度良く分析する必要がある。 In addition, in order for the SiO negative electrode to exhibit good performance as an electrode, the ratio of the active material and the conductive additive is important. If this ratio is not an appropriate ratio set in advance by experiment or the like, good performance as an electrode cannot be exhibited. Therefore, it is necessary to accurately analyze the ratio between the active material and the conductive additive in the active material layer (particularly, the ratio between silicon (Si) contained in the active material and carbon (C) contained in the conductive additive). .
図1を参照して、SiO負極の製造ラインの一部であり、本実施の形態に係る製造ライン1(混練工程、塗布工程、乾燥工程、検査工程を含む)について説明する。 With reference to FIG. 1, a production line 1 (including a kneading step, a coating step, a drying step, and an inspection step) that is a part of the production line for the SiO negative electrode and according to the present embodiment will be described.
製造ライン1では、SiO負極を製造し、かつ、電池を組み立てる前段階の過程で、金属箔上の活物質層に含まれるケイ素(Si)と炭素(C)との比率を分析する。この分析結果は、塗布工程の前工程である電極ペーストの混練工程に反映される。本実施形態の製造ライン1では、ケイ素と炭素の元素分析にカントバックを利用する。
In the
カントバックは、発光分光分析法を利用する検査装置の一つで、検査対象物に対して電気的エネルギをスパーク放電で与える発光分光分析装置である。発光分光分析法は、電気エネルギにより励起した原子の発する輝線スペクトルを分析するので、活物質にケイ素、導電助剤に炭素等、異なる元素が混合された材料の分析に優れている。また、発光分光分析法では、検査対象物に対してスパーク放電やアーク放電を使用するため、実質破壊分析であるが、X線を用いる分析法と異なり遮蔽設備が不要であり、製造工程中の他の装置との併設が容易である。 The cant back is one of inspection apparatuses that use an emission spectroscopic analysis method, and is an emission spectroscopic analysis apparatus that gives electric energy to an inspection object by spark discharge. The emission spectroscopic analysis method analyzes an emission line spectrum emitted by an atom excited by electric energy, and is therefore excellent in analyzing a material in which different elements such as silicon as an active material and carbon as a conductive aid are mixed. In addition, in the emission spectroscopic analysis method, spark discharge or arc discharge is used for the inspection object, so that it is a substantial destruction analysis, but unlike the analysis method using X-rays, a shielding facility is unnecessary, and during the manufacturing process. Easy installation with other devices.
製造ライン1は、帯状の金属箔L上に電極ペーストPを塗布する塗布工程2と、金属箔L上に塗布された電極ペーストPを乾燥し活物質層を形成する乾燥工程3と、活物質層を検査(分析)する検査工程4を含む。この塗布工程2、乾燥工程3、検査工程4を、帯状の金属箔Lが巻出ロール5から送り出されて、各工程を順次経由した後に、巻取ロール6で巻き取られる。この巻出ロール5と巻取ロール6及び複数の補助ロール7による金属箔Lの搬送速度は、各ロールを駆動する駆動装置(図示せず)によって制御される。この搬送速度は、例えば、10m/minである。なお、製造ライン1では、塗布工程2の前工程の電極ペーストの混練工程において、活物質、導電助剤、バインダ、溶剤等を混練し、良好な分散状態の電極ペーストPを生成する。
The
混練工程は、電極ペーストを生成する工程である。容器20と、容器20内に配置され、各物質を混練および分散させる攪拌手段(攪拌翼20a)と、活物質・導電助剤・バインダ・溶剤(溶媒)などを、適切な量だけ容器20内に投入する投入手段(投入口20b)を備える。容器20内に投入された各物質は、攪拌手段により攪拌され、良好な分散状態と塗布に適した粘度を有する電極ペーストPに生成される。
The kneading step is a step of generating an electrode paste. An appropriate amount of
塗布工程2は、帯状の金属箔L上に活物質層を形成するための電極用の電極ペーストPを塗布する工程である。塗布工程2は、金属箔L上に電極ペーストPを塗布するガン23を備える。ガン23には、容器20から供給管21を介してポンプ22によって電極ペーストPが供給される。また、ガン23に対向して、塗布ロール24が配置されており、金属箔Lを支持している。ガン23では、供給された電極ペーストPが内部のマニホールド23aに一旦溜まり、マニホールド23aから先端のノズル23bに電極ペーストPが押し出され、ノズル23bから金属箔L上に電極ペーストPを吐出する。このように、ガン23は、ダイ方式の塗布装置の一部をなす。塗布工程2では、図2に示すような電極の2条取りの場合には連続塗布し、図3に示すような1条取りの場合には間欠塗布する。この連続塗布あるいは間欠塗布に応じた塗布工程2でのポンプ22等の制御は、図示しない制御装置によって行われる。
The coating process 2 is a process of coating an electrode paste P for an electrode for forming an active material layer on the strip-shaped metal foil L. The coating process 2 includes a
なお、塗布工程2のガン23による塗布では、活物質層を形成するための電極用の電極ペーストの塗布の他に、検査工程4で用いる検査用(分析用)の電極ペーストの塗布も行う。検査用の電極ペーストPを塗布する箇所としては、帯状の金属箔Lにおいて電極として切り取られる部分以外の箇所とする。この電極として切り取られる部分以外の箇所は、電極として使用されないので(通常は捨てられる部分なので)、検査に有効利用する。ガン23による電極ペーストPの具体的な塗布方法については、検査工程4での説明において2条取りの場合と1条取りの場合に分けて説明する。
In addition, in application | coating with the gun | dye 23 of the application | coating process 2, the application | coating of the electrode paste for a test | inspection (for analysis) used in the test |
乾燥工程3は、塗布工程2で帯状の金属箔L上に塗布された電極ペーストPを乾燥し、電極ペーストP中の溶剤を除去する工程である。乾燥工程3は、乾燥炉30を備える。乾燥炉30内には、補助ロール7により案内される帯状の金億泊Lの経路に沿って、加熱手段が配置されている。電極ペーストPが塗布された金属箔Lは、乾燥炉30内を通過している間に加熱され、電極ペーストP中の溶剤が除去され、金属箔L上に活物質層が形成される。
The drying step 3 is a step of drying the electrode paste P applied on the strip-shaped metal foil L in the applying step 2 and removing the solvent in the electrode paste P. The drying process 3 includes a drying
検査工程4は、電極ペーストP(活物質層)に含まれる元素(特に、ケイ素と炭素)を分析する工程である。検査工程4は、乾燥工程3の直後に配置され、分析手段4Bを備える。検査用塗布手段4Aは、塗布工程2での電極用の電極ペーストPの塗布を行っているときに検査用(分析用)の電極ペーストPの塗布も行う塗布手段である。検査用塗布手段4Aでは、巻出ロール5から巻き出された金属箔Lが塗布ロール24で支持されているときに、金属箔L上にガン23から検査用の電極ペーストPを金属箔L上に塗布する。この検査用の電極ペーストPを塗布する箇所としては、帯状の金属箔Lにおいて電極として切り取られる部分以外の箇所とする。この電極として切り取られる部分以外の箇所は、電極として使用されないので(通常は捨てられる部分なので)、検査に有効利用できる。
The
図2を参照して、2条取りの場合のガン23による電極用と検査用の塗布方法について説明する。図2は、2条取りの場合の電極ペーストの塗布状態を示す図であり、(a)が検査用の電極ペーストを塗布していない場合であり、(b)が検査用の電極ペーストを塗布している場合である。なお、図2及び図3では、破線で電極として切り取られる部分を示しており、ハッチングで電極ペーストが塗布される部分を示している。
With reference to FIG. 2, the coating method for electrodes and inspection by the
従来、帯状の金属箔Lにおいて幅方向に2個の電極を製造する場合、図2(a)に示すように、帯状の金属箔L(幅をWとする)に2個の電極分の電極ペーストP1(幅をAとする)が連続塗布され、金属箔Lの幅方向において2個の電極分の幅A/2の活物質層S,Sが形成される。金属箔Lの幅方向の各端部の幅B(=(W−A)/2)の部分は、電極ペーストが塗布されず、その一部分が各電極のタブTとなる。この各端部の幅Bの部分における電極のタブTになる部分以外は、切り捨てられる部分となる。 Conventionally, when two electrodes are manufactured in the width direction in the strip-shaped metal foil L, as shown in FIG. 2 (a), the electrodes for the two electrodes are formed on the strip-shaped metal foil L (with the width W). Paste P 1 (with width A) is continuously applied to form active material layers S and S having a width A / 2 corresponding to two electrodes in the width direction of the metal foil L. In the width B (= (W−A) / 2) portion of each end in the width direction of the metal foil L, the electrode paste is not applied, and a part thereof becomes the tab T of each electrode. Except for the electrode tab T at the width B at each end, the portion is cut off.
検査用塗布手段4Aでは、図2(b)に示すように、帯状の金属箔Lに2個の電極(SiO負極)分の電極ペーストP1を連続塗布するとともに、金属箔Lの幅方向の各端部の幅Bの部分におけるタブTとならない箇所に検査用の電極ペーストP2をそれぞれ間欠塗布する。検査用の電極ペーストP2の形状は、図2(b)に示すような円形状でもよいし、他の形状でもよい。検査用の電極ペーストP2の大きさは、カントバックでの分析が可能となる範囲内で、適宜設定してよい。検査用の電極ペーストP2が間欠塗布される間隔は、適宜設定してよい。
In the inspection for
ガン23のノズル23bは、2個の電極分の幅Aの電極ペーストP1を塗布するための電極用の主ノズルと、その主ノズルの両脇から出される2個の検査用の副ノズルとからなる。主ノズルの吐出口は、その中心位置が金属箔Lの中心線上に一致するように配置される。各副ノズルの吐出口は、その中心位置が金属箔Lの幅方向の各端部の幅Bの部分の中心線上に一致するように配置される。各副ノズルには検査用の電極ペーストP2を間欠塗布するためにバルブが設けられ、そのバルブが所定の間欠間隔で一瞬開かれて副ノズルから電極ペーストが塗布される。主ノズルにはバルブが設けられず、主ノズルから電極ペーストが連続的に塗布される。この2条取りの実施形態では、検査用の副ノズルが特許請求の範囲に記載する検査用塗布手段に相当する。
なお、2条取りの場合、金属箔Lの幅方向において異なる2個の電極になるので、1条取りの場合よりも幅方向において電極ペーストに含まれる各物質(活物質、導電助剤等)が均一に分散している必要がある。そこで、金属箔Lの幅方向の両端部において電極ペーストの分散状態(活物質と導電助剤との比率)を分析できるように、金属箔Lの幅方向の両端部に検査用の電極ペーストP2,P2を塗布している。電極ペーストには、比重の異なる物質が混ざり、かつ、時間経過とともに凝集を生じる物質も含まれるため、混練工程の容器20内で、一旦は十分な分散状態とされても、塗布時に各物質の分散状態が均一にならずに、各物質の片寄りが生じることがある。
In the case of two strips, two different electrodes are formed in the width direction of the metal foil L. Therefore, each substance (active material, conductive assistant, etc.) contained in the electrode paste in the width direction than in the case of one strip. Must be uniformly dispersed. Therefore, an inspection electrode paste P is provided at both ends of the metal foil L in the width direction so that the dispersion state of the electrode paste (ratio of the active material and the conductive additive) can be analyzed at both ends in the width direction of the metal foil L. 2, has been coated with a P 2. In the electrode paste, substances having different specific gravities are mixed, and substances that cause aggregation with the passage of time are also included. Therefore, even if the material is once sufficiently dispersed in the
図3を参照して、1条取りの場合のガン23による電極用と検査用の塗布方法について説明する。図3は、1条取りの場合の電極ペーストの塗布状態を示す図であり、(a)が検査用の電極ペーストを塗布していない場合であり、(b)が検査用の電極ペーストを塗布している場合である。
With reference to FIG. 3, the coating method for the electrodes and the inspection by the
従来、帯状の金属箔Lにおいて幅方向に1個の電極を製造する場合、図3(a)に示すように、帯状の金属箔L(幅をWとする)に1個の電極分の電極ペーストP3(幅をCとする)が間欠塗布され、金属箔Lの幅方向において1個の電極分の幅Dの活物質層Sが形成される。この電極ペーストP3が塗布される幅Cは、電極の活物質層Sの幅Dよりも若干広い幅である。金属箔Lの幅方向の各端部の幅E(=(W−C)/2)の部分は、電極ペーストが塗布されず、タブTにも用いられない。この各端部の幅Eの部分は、切り捨てられる部分となる。ちなみに、タブTは、間欠塗布で電極ペーストが塗布されない電極ペーストP3と電極ペーストP3との間の部分に形成される。 Conventionally, when one electrode is manufactured in the width direction in the strip-shaped metal foil L, as shown in FIG. 3 (a), an electrode corresponding to one electrode is formed on the strip-shaped metal foil L (the width is W). Paste P 3 (with a width C) is intermittently applied to form an active material layer S having a width D corresponding to one electrode in the width direction of the metal foil L. Width C which is the electrode paste P 3 is applied is slightly wider than the width D of the active material layer S of the electrode. In the width E (= (WC) / 2) portion of each end in the width direction of the metal foil L, the electrode paste is not applied and the tab T is not used. The part of each end having a width E is a part to be cut off. Incidentally, the tab T, the electrode paste intermittent application is formed at a portion between the electrode paste P 3 and the electrode paste P 3 which is not coated.
検査用塗布手段4Aでは、図3(b)に示すように、帯状の金属箔Lに1個の電極(SiO負極)分の電極ペーストを間欠塗布する際に、幅Cより広い幅Fの電極ペーストP4を間欠塗布する。この幅Fの電極ペーストP4は、従来の電極用の幅Cの電極ペーストP3よりも、金属箔Lの幅方向の一方側の端部の幅Eの部分において(F−C)分広げたものである。この電極ペーストP4のうちの端部の幅(F−C)の部分が、検査用の電極ペーストとなる。この(F−C)の幅は、カントバックでの分析の可能となる範囲内で、適宜設定してよい。 In the inspection application means 4A, as shown in FIG. 3B, when the electrode paste for one electrode (SiO negative electrode) is intermittently applied to the strip-shaped metal foil L, an electrode having a width F wider than the width C. the paste P 4 to intermittent application. The electrode paste P 4 having the width F is wider than the conventional electrode paste P 3 having the width C for an electrode by an amount of (F−C) in the width E portion at one end in the width direction of the metal foil L. It is a thing. Portion of the width of the end portion of the electrode paste P 4 (F-C) becomes an electrode paste for inspection. The width of (FC) may be set as appropriate within the range where analysis by cant back is possible.
ガン23のノズル23bは、幅Fの電極ペーストP4を塗布するための主ノズル(電極用+検査用)のみである。主ノズルの吐出口は、その中心位置が金属箔Lの中心線から(F−C)/2分偏って配置される。主ノズルには電極ペーストP4を間欠塗布するためにバルブが設けられ、そのバルブが所定の間欠間隔で一定時間開かれて電極ペーストが塗布される。なお、このガン23におけるバルブの開閉制御等は、製造ライン1の制御装置によって行われる。この1条取りの実施形態では、主ノズルが、特許請求の範囲に記載する検査用塗布手段を兼ねる。
なお、1条取りの場合、金属箔Lの幅方向において1個の電極だけなので、2条取りの場合よりも幅方向において電極ペーストに含まれる各物質の分散状態の精度が要求されない。したがって、金属箔Lの幅方向の一方の端部にだけ、検査用の幅(F−C)の電極ペーストを塗布している。1条取りの場合も金属箔Lの幅方向の両端部において検査用の幅(F−C)の電極ペーストを塗布してもよい。また、1条取りの場合、通常の電極用の電極ペーストを広げて検査用の電極ペーストを塗布するので、2条取りの場合のように電極用(連続塗布)と検査用(間欠塗布)とに電極ペーストを分けて塗布する必要がない。したがって、1条取りの場合、ダイ方式以外のコンマロール方式等の塗布も適用可能である。 In the case of one strip, only one electrode is provided in the width direction of the metal foil L, so that the accuracy of the dispersion state of each substance contained in the electrode paste is not required in the width direction compared to the case of two strips. Therefore, the electrode paste having the inspection width (FC) is applied only to one end in the width direction of the metal foil L. In the case of a single strip, an electrode paste having an inspection width (FC) may be applied to both ends of the metal foil L in the width direction. Also, in the case of single striping, the electrode paste for normal electrodes is spread and applied for inspection, so that for electrode strips (continuous coating) and for inspection (intermittent coating) as in the case of double striping There is no need to apply the electrode paste separately. Therefore, in the case of a single strip, application of a comma roll method other than the die method is also applicable.
分析手段4Bは、検査用塗布手段4Aで塗布された検査用の電極ペーストに含まれる元素(特に、炭素(C)、ケイ素(Si))を分析する手段である。そのために、分析手段4Bとして、乾燥工程3の直後(電極ペーストが乾燥して溶剤が除去されている段階)にカントバック40を配設している。カントバック40では、搬送中の金属箔Lにおいて検査用の電極ペーストが塗布されている箇所が通過するときに、その検査用の電極ペーストに対してスパーク放電し、その電極ペーストに含まれる元素の定性分析及び定量分析を行う。この際、搬送中の金属箔Lを一旦停止させてもよい。そして、カントバック40では、電極ペーストに含まれる各元素の含有量(少なくとも炭素の含有量とケイ素の含有量)を検出する。さらに、カントバック40では、その炭素の含有量とケイ素の含有量から電極ペーストに含まれる炭素とケイ素との比率を算出する。カントバック40では、2条取りの場合には金属箔Lの幅方向の両端部の検査用の電極ペーストP2,P2に対してそれぞれ分析を行い、1条取りの場合には電極ペーストP4における金属箔Lの幅方向の一方の端部の(F−C)分の検査用の電極ペーストに対して分析を行う。なお、1条取りの場合、電極毎に(F−C)分の検査用の電極ペーストが塗布されているので、その全ての検査用の電極ペーストを分析する必要はなく、所定数の電極毎に分析すればよい。
The analysis means 4B is a means for analyzing elements (particularly carbon (C) and silicon (Si)) contained in the inspection electrode paste applied by the inspection application means 4A. Therefore, the
図1を参照して、上記構成の製造ライン1における塗布工程2、乾燥工程3及び検査工程4の作用を説明する。
With reference to FIG. 1, the effect | action of the application | coating process 2, the drying process 3, and the test |
巻出ロール5と巻取ロール6が作動すると、巻出ロール5から金属箔Lが送り出され、金属箔Lが所定の搬送速度で巻出ロール5と巻取ロール6間で搬送される。金属箔Lが移動を開始すると、塗布工程2、乾燥工程3及び検査工程4の各工程での動作も開始する。
When the unwinding roll 5 and the winding roll 6 are operated, the metal foil L is sent out from the unwinding roll 5, and the metal foil L is conveyed between the unwinding roll 5 and the winding roll 6 at a predetermined conveying speed. When the metal foil L starts to move, the operations in the application process 2, the drying process 3 and the
塗布工程2では、ポンプ22が作動し、容器20から供給管21を介してガン23に電極ペーストPを供給する。ガン23では、電極ペーストPがマニホールド23aに一旦溜まり、マニホールド23aからノズル23bに電極ペーストPを押し出し、ノズル23bから塗布ロール24で支持されている金属箔L上に電極ペーストPを塗布する。この際、塗布工程では、2条取りの場合には電極ペーストP1を連続塗布し(図2(b)参照)、1条取りの場合に電極ペーストP4を間欠塗布する(図3(b)参照)。また、検査工程の検査用塗布工程では、2条取りの場合には金属箔Lの幅方向の両端部に検査用の電極ペーストP2,P2を間欠塗布し(図2(b)参照)、1条取りの場合には金属箔Lの幅方向の一端部に電極用と一体の検査用の電極ペーストP4を間欠塗布する(図3(b)参照)。
In the application process 2, the
乾燥工程3では、乾燥炉30内に電極ペーストが塗布された金属箔Lが入ると、乾燥炉30内に配置された加熱手段が電極ペーストを加熱し、電極ペースト中の溶剤を蒸発させ、電極ペーストが乾燥する。
In the drying step 3, when the metal foil L coated with the electrode paste is placed in the drying
検査工程4では、カントバック40に金属箔L上の乾燥後の検査用の電極ペーストが搬送されてくると、カントバック40でスパーク放電して電極ペーストに含まれる元素を分析する。この際、カントバック40では、電極ペーストに含まれる各元素の含有量(特に、炭素の含有量とケイ素の含有量)を検出し、電極ペーストに含まれる炭素とケイ素との比率を算出する。2条取りの場合には金属箔Lの幅方向の両端部の検査用の電極ペーストP2,P2に対してそれぞれ分析を行い、1条取りの場合には電極ペーストP4における検査用の電極ペースト部分に対して分析を行う。そして、カントバック40では、その分析結果(各元素の含有量、炭素とケイ素との比率等)を混練工程の攪拌手段および投入手段を制御する制御装置に出力する。
In the
制御装置では、その分析結果を入力すると、炭素とケイ素との比率から活物質と導電助剤との比率を算出し、その実際の活物質と導電助剤との比率が適正な比率か否かを判定する。適正な比率でない場合、電極ペースト内の各物質の分散状態が悪化していることが考えられるため、制御装置では、適正な比率になるように、攪拌手段の駆動条件(混練条件)を変更する。 In the control device, when the analysis result is input, the ratio of the active material and the conductive additive is calculated from the ratio of carbon and silicon, and whether or not the ratio of the actual active material and the conductive additive is an appropriate ratio. Determine. If it is not an appropriate ratio, the state of dispersion of each substance in the electrode paste may be deteriorated. Therefore, in the control device, the drive condition (kneading condition) of the stirring means is changed so that the appropriate ratio is obtained. .
この製造ライン1における電極の検査装置によれば、帯状の金属箔Lにおける電極として切り取られる部分以外の箇所に検査用の電極ペーストを塗布する手段を供え、また、分析手段として、その金属箔L上に塗布されている検査用の電極ペーストに対してカントバック40で発光分光分析することにより、金属箔L上の活物質層を、電池として組み立てられる前に検査することが可能である。また、電極として使用されない部位を用いることで、精度のよい破壊分析を製造ライン1にて用いることができる。
According to the electrode inspection apparatus in this
また、製造ライン1における検査装置の出力結果を、混練工程に反映する製造方法であるので、電極ペーストに含まる活物質と導電助剤の比率をリアルタイムで把握し、製造中の電極ペーストに含まる活物質と導電助剤の比率を電極ペーストの混練工程に迅速に反映できる。その結果、活物質層に含まる活物質と導電助剤との比率を迅速かつ適切に調整できる。
In addition, since the output method of the inspection device in the
また、製造ライン1における電極検査によれば、検査対象の電極をSiO負極とし、発光分光分析としてケイ素(Si)、炭素(C)の分析に優れるカントバック40を用いることにより、SiO負極の電極ペーストに含まれるケイ素と炭素との比率を高精度に検出できる。その結果、SiO負極の電極ペーストに含まれる活物質と導電助剤との比率を高精度に検出でき、SiO負極の電極ペーストに含まる活物質と導電助剤との比率を迅速かつ適切に調整できる。
Moreover, according to the electrode inspection in the
また、製造ライン1における電極検査によれば、2条取りの場合には金属箔Lの幅方向における両端部に電極ペーストをそれぞれ塗布し、その両端部の検査用の電極ペーストに対してカントバック40でそれぞれ発光分光分析することにより、幅方向における電極ペーストの活物質と導電助剤との分散状態(均一かあるいはばらついているか)を把握できる。その結果、2条取りにおいて幅方向で異なる2個の電極において、活物質と導電助剤との分散状態が異なるようなことを防止でき、同様の品質の電極を製造できる。
Further, according to the electrode inspection in the
このような活物質と導電助剤との比率が適切(適正)な電極ペーストを用いて製造されるSiO負極は、活物質層の品質が高く、電極としての品質も高くなる。その結果、SiO負極としての性能を十分に発揮でき、製造後に不良品となることを極力防止できる。さらに、その高品質なSiO負極を用いて蓄電装置を製造することにより、その蓄電装置は、高出力で長寿命な高性能な電池となる。このような蓄電装置は高出力で長寿命であることが求められる車両に好適であり、典型的には自動車(特に、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車)に搭載される電池として好適である。 An SiO negative electrode produced using an electrode paste having an appropriate (proper) ratio between the active material and the conductive additive has a high quality of the active material layer and a high quality as an electrode. As a result, the performance as the SiO negative electrode can be sufficiently exhibited, and it can be prevented as much as possible from becoming a defective product after production. Further, by manufacturing a power storage device using the high-quality SiO negative electrode, the power storage device becomes a high-performance battery with high output and long life. Such a power storage device is suitable for a vehicle that is required to have a high output and a long life, and is typically mounted on an automobile (particularly, an automobile equipped with an electric motor such as a hybrid vehicle, an electric vehicle, and a fuel cell vehicle). It is suitable as a battery to be used.
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。 As mentioned above, although embodiment which concerns on this invention was described, this invention is implemented in various forms, without being limited to the said embodiment.
例えば、本実施の形態では活物質が酸化ケイ素、導電助剤がカーボン系の物質からなるSiO負極に適用したが、活物質や導電助剤等の電極ペーストの物質構成としては、活物質や導電助剤で異なる元素成分からなる物質の構成であれば他の構成の負極にも適用でき、例えば、活物質としてカーボン系の物質を適用し、導電助剤としてカーボン系以外の物質を適用する。また、正極にも適用できる。 For example, in this embodiment, the present invention is applied to a SiO negative electrode in which the active material is silicon oxide and the conductive assistant is a carbon-based substance. As long as it is composed of a substance composed of different element components as an auxiliary agent, it can be applied to negative electrodes having other constitutions. For example, a carbon-based substance is applied as an active material and a non-carbon-based substance is applied as a conductive auxiliary agent. It can also be applied to the positive electrode.
また、本実施の形態では発光分光分析装置としてスパーク放電のカントバックを適用したが、アーク放電等の他の発光分光分析装置でもよい。 Further, in this embodiment, the spark discharge cantback is applied as the emission spectroscopic analysis apparatus, but other emission spectroscopic analysis apparatuses such as arc discharge may be used.
また、本実施の形態では検査用の電極ペーストを帯状の金属箔の幅方向の端部に塗布する構成としたが、1条取りの場合は間欠塗布によって幅方向の中間部も電極用の電極ペーストが塗布されない部分があるので、検査用の電極ペーストを幅方向の中間部に塗布してもよい。 In this embodiment, the inspection electrode paste is applied to the end of the strip-shaped metal foil in the width direction. However, in the case of one strip, the intermediate portion in the width direction is also used as an electrode electrode by intermittent application. Since there is a portion where the paste is not applied, an inspection electrode paste may be applied to the intermediate portion in the width direction.
また、本実施の形態では搬送途中の金属箔上に検査用の電極ペーストが塗布された状態で発光分光分析を行う構成としたが、金属箔から幅方向の端部が切り取られた後に、その切り取られた後の端部に塗布されている検査用の電極ペーストに発光分光分析を行ってよい。 Further, in the present embodiment, the emission spectroscopic analysis is performed in a state where the electrode paste for inspection is applied on the metal foil in the middle of conveyance, but after the end in the width direction is cut from the metal foil, An emission spectroscopic analysis may be performed on the electrode paste for inspection applied to the end after being cut off.
また、本実施の形態では発光分光分析の結果に基づき、混練工程における攪拌手段の駆動条件を変更するものとしたが、各物質の投入手段の条件を変更してもよい。発光分光分析の結果において、複数回の検出結果においても一様の偏りがある場合、あるいは帯状の金属箔の検出場所においても一様の偏りがある場合、各物質の容器20内への配合比率が、適正な値になっていないことが考えられる。この場合は、投入手段を制御し、各物質の投入量の変更することが有効である。
In this embodiment, the driving conditions of the stirring means in the kneading process are changed based on the result of the emission spectroscopic analysis. However, the conditions of the charging means of each substance may be changed. In the result of emission spectroscopic analysis, when there is a uniform bias in the detection results of a plurality of times, or when there is a uniform bias in the detection location of the strip-shaped metal foil, the mixing ratio of each substance into the
また、本実施の形態では乾燥工程の直後に検査工程を配置したが、乾燥工程と検査工程との間にロールプレスを配置してもよい。 In this embodiment, the inspection process is arranged immediately after the drying process. However, a roll press may be arranged between the drying process and the inspection process.
また、本実施の形態では電極用の電極ペーストを塗布する塗布工程にて、検査用の電極ペーストを塗布し、塗布工程が検査用塗布工程を兼ねているが、特にこの形態に限定されるものではない。例えば、塗布工程と乾燥工程の間に、検査用の電極ペーストを塗布する検査用塗布工程を、別途設けてもよい。 In this embodiment, the electrode paste for inspection is applied in the application step of applying the electrode paste for the electrode, and the application step also serves as the inspection application step. However, the present invention is particularly limited to this embodiment. is not. For example, an inspection application process for applying an inspection electrode paste may be separately provided between the application process and the drying process.
1…製造ライン、2…塗布工程、3…乾燥工程、4…検査工程、4A…検査用塗布手段、4B…分析手段、5…巻出ロール、6…巻取ロール、7…補助ロール、20…容器、20a…攪拌翼、20b…投入口、21…供給管、22…ポンプ、23…ガン、23a…マニホールド、23b…ノズル、24…塗布ロール、30…乾燥炉、40…カントバック。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
帯状の金属箔に電極として切り取られる部分以外の箇所に検査用の電極ペーストを塗布する検査用塗布工程と、
前記検査用塗布工程で塗布された電極ペーストを発光分光分析によって分析する分析工程と、
を含むことを特徴とする電極の製造方法。 An electrode manufacturing method for forming an active material layer by applying an electrode paste to a metal foil,
An inspection application process for applying an inspection electrode paste to a portion other than a portion cut as an electrode on a strip-shaped metal foil;
An analysis step of analyzing the electrode paste applied in the inspection application step by emission spectral analysis;
The manufacturing method of the electrode characterized by including.
前記負極の電極ペーストは、酸化ケイ素の活物質と、炭素を含有する導電助剤とを少なくとも含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電極の製造方法。 The electrode to be inspected is a negative electrode,
The method for producing an electrode according to claim 1, wherein the electrode paste for the negative electrode includes at least a silicon oxide active material and a conductive additive containing carbon.
帯状の金属箔に電極として切り取られる部分以外の箇所に検査用の電極ペーストを塗布する検査用塗布手段と、
前記検査用塗布手段で塗布された電極ペーストを発光分光分析によって分析する分析手段と、
を備えることを特徴とする電極の検査装置。 An electrode inspection apparatus in which an active material layer is formed by applying an electrode paste to a metal foil,
An inspection application means for applying an inspection electrode paste to a portion other than a portion cut as an electrode on a band-shaped metal foil,
Analysis means for analyzing the electrode paste applied by the inspection application means by emission spectral analysis;
An electrode inspection apparatus comprising:
Priority Applications (1)
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CN109155392A (en) * | 2017-01-03 | 2019-01-04 | 株式会社Lg化学 | Electrode for secondary battery preparation system with scarification tester |
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2013
- 2013-08-08 JP JP2013164816A patent/JP2015035294A/en active Pending
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CN109155392A (en) * | 2017-01-03 | 2019-01-04 | 株式会社Lg化学 | Electrode for secondary battery preparation system with scarification tester |
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