JP2015046362A - 電極の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】巻取り後に巻きずれが生じることを抑制可能な電極の製造方法を提供する。【解決手段】長尺状の金属箔1、及び、活物質を含むスラリー3を準備する準備工程と、金属箔1の表面1aの第1の領域11にスラリー3を塗布する第1の塗布工程と、表面1aの第2の領域12にスラリー3を塗布する第2の塗布工程と、を備え、第1の領域11は、電極Eとして利用される領域であり、第2の領域12は、第1の領域11と異なる領域であり、第1の領域11及び第2の領域12は、金属箔1の幅方向に配列されており、第1の領域11におけるスラリー3と第2の領域12におけるスラリー3とが互いに離間するように第1及び第2の塗布工程を実施する電極の製造方法。【選択図】図3
Description
本発明は、蓄電装置に用いられる電極の製造方法に関する。
特許文献1には、帯状の巻取り材料を巻き取る巻取り装置が記載されている。この巻取り装置は、モータで駆動される掛軸から帯状の巻取り材料を巻き出す巻出し部と、巻出し部から巻き出された巻取り材料が搬送される搬送レールと、搬送レールにより搬送された巻取り材料を、モータで駆動される巻取り軸によって巻き取る巻取り部と、を備えている。特に、この巻取り装置においては、搬送レールに対して、巻取り材料をガイドする材料ガイドが設けられている。
上述したように、特許文献1に記載の巻取り装置においては、搬送レールに材料ガイドを設けることにより、巻取り材料の搬送ラインが規制される。このため、巻取り材料の巻取り時に巻きずれが生じることが抑制されると考えらえる。しかしながら、仮に、そのように巻取り時に巻きずれが生じることが抑制されたとしても、巻取り後の取り扱いよっては、新たに巻きずれが生じる場合がある。
本発明は、そのような事情に鑑みてなされたものであり、巻取り後に巻きずれが生じることを抑制可能な電極の製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る電極の製造方法は、蓄電装置に用いられる電極の製造方法であって、長尺状の金属箔、及び活物質を含むスラリーを準備する準備工程と、金属箔の塗布面の第1の領域にスラリーを塗布する第1の塗布工程と、塗布面の第2の領域にスラリーを塗布する第2の塗布工程と、を備え、第1の領域は、電極として利用される領域であり、第2の領域は、第1の領域と異なる領域であり、第1及び第2の領域は、金属箔の幅方向に配列されており、第1の領域におけるスラリーと第2の領域におけるスラリーとが互いに離間するように第1及び第2の塗布工程を実施する、ことを特徴とする。
この電極の製造方法においては、まず、長尺状の金属箔を用意する。金属箔は、電極として利用される第1の領域と、第1の領域と異なる第2の領域とを含む塗布面を有する。第1の領域と第2の領域とは、金属箔の幅方向に配列されている。そして、用意した金属箔の塗布面の第1の領域に活物質を含むスラリーを塗布する。一方、金属箔の塗布面の第2の領域にもスラリーを塗布する。このとき、第1の領域におけるスラリーと第2の領域におけるスラリーとが互いに離間するようにする。したがって、例えば、後の工程においてスラリーを硬化させたときに、第1の領域には電極として利用される第1の活物質層が形成され、第2の領域には別の第2の活物質層が第1の活物質層から離間して形成される。このため、金属箔を巻き取っときに、第1の活物質層同士が重ね合わされて相対的に厚くなる部分と、第2の活物質層同士が重ね合わされて相対的に厚くなる部分とが互いに離間して生じることとなる。その結果、それらの相対的に厚い部分の間において金属箔が撓むことによって、巻き取られた状態の金属箔に、幅方向に沿って凹凸が形成される。この凹凸は、巻き取られた状態の金属箔の幅方向の移動を規制する。よって、この製造方法によれば、金属箔の巻取り後に巻きずれが生じることが抑制される。
本発明に係る電極の製造方法においては、第1の塗布工程と第2の塗布工程とは、同時に実施してもよい。この場合、少ない工数によって、巻きずれが生じることを抑制しつつ電極を製造することがきる。
本発明に係る電極の製造方法においては、第1の領域におけるスラリーと、第2の領域におけるスラリーとによって、金属箔の幅方向の中心線に対して略対称的なパターンが形成されるように、第1及び第2の塗布工程を実施してもよい。この場合、巻き取られた状態の金属箔に対して、金属箔の幅方向の中心線に対して略対称に上述した凹凸が形成される。よって、この場合には、巻き取られた状態の金属箔の幅方向の移動が確実に規制されるので、巻きずれが生じることが確実に抑制される。
本発明に係る電極の製造方法においては、第1の領域におけるスラリーの厚さと、第2の領域におけるスラリーの厚さとが、互いに略同一となるように第1及び第2の塗布工程を実施してもよい。この場合、例えば単一の塗布部によって第1及び第2の領域に同時にスラリーを塗布することにより、容易に第1及び第2の塗布工程を実施可能である。
本発明に係る電極の製造方法においては、第1及び第2の塗布工程の後において、第1及び第2の領域に塗布されたスラリーを硬化させる硬化工程と、硬化工程の後において、金属箔を巻き取る巻取り工程と、をさらに備えてもよい。この場合、上述したように巻取り後に巻きずれが生じることが抑制しつつ電極が製造される。
本発明によれば、巻取り後に巻きずれが生じることを抑制可能な電極の製造方法を提供することができる。
以下、本発明に係る電極の製造方法の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、同一の要素同士、或いは相当する要素同士には、互いに同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図における寸法比率は、実際のものと異なる場合がある。
図1は、本実施形態に係る電極の製造方法の主要な工程を説明するための模式図である。本実施形態に係る電極の製造方法は、例えば、リチウムイオン二次電池等の蓄電装置に用いられる電極を製造するためのものである。この電極の製造方法の各工程は、帯状の金属箔1を所定の方向に搬送する搬送部2と、金属箔1にスラリー3を塗布する塗布部4と、金属箔1に塗布されたスラリー3を硬化する硬化部5とを備えた製造装置100によって実現される。
図2は、本実施形態に係る電極の製造方法において用いられる金属箔を示す図である。特に、図2の(a)は、金属箔の平面図であり、図2の(b)は、図2の(a)のII−II線に沿った金属箔の断面図である。図1,2に示されるように、この製造方法においては、まず、長尺状の金属箔1を準備する(準備工程)。金属箔1は、一例として、正極を製造する場合にはアルミニウム箔であり、負極を製造する場合には銅箔である。
金属箔1は、表面(塗布面)1aと、表面1aと反対側の裏面1bとを有している。表面1aは、電極Eとして利用される第1の領域11を含む。すなわち、この製造方法においては、第1の領域11に電極Eが製造される。第1の領域11は、金属箔1の幅方向の中心線CLを含み、金属箔1の長手方向に沿って延びる長尺帯状の領域である。
第1の領域11の幅W11は、金属箔1の幅方向(金属箔1の長手方向に直交する方法)に互いに逆向きに配列された一対の電極Eを含む程度の幅である。なお、電極Eは、後の工程において活物質層が形成される塗工部分E1と、塗工部分E1の一側部から突設され活物質層が形成されない未塗工部分E2とからなる。未塗工部分E2は、例えば、互いに積層された電極Eを溶接して接合するために利用される。
一方、表面1aは、第1の領域11と異なる(例えば電極Eとして利用されない)一対の第2の領域12を含む。第2の領域12は、金属箔1の幅方向について第1の領域11の両側に配置され、金属箔1の長手方向に沿って延びる長尺帯状の領域である。したがって、第1の領域11及び第2の領域12は、金属箔1の幅方向に配列されている。第2の領域12のそれぞれの幅W12は、第1の領域11の幅W11よりも狭い。
金属箔1の各部の寸法の一例は、以下のとおりである。金属箔1の厚さT1は、例えば、アルミニウム箔の場合に15μm程度、銅箔の場合に10μm程度である。金属箔1の幅W1は、例えば300mm〜700mm程度である。第1の領域11の幅W11は、例えば240mm〜640mm程度である。そのうち、40mm×2程度が、電極Eの未塗工部分E2の幅WE2の分である。第2の領域12のそれぞれの幅W12は、例えば数mm〜30mm程度である。以上のように準備された金属箔1は、搬送部2の繰出しローラ21にロール状に巻かれた状態とされる。
続く工程では、スラリー3を準備する(準備工程)。スラリー3は、例えば、活物質、バインダ、及び溶剤を含む電極ペーストである。スラリー3は、例えばアセチレンブラック等の導電助剤がさらに含んでもよい。バインダは、例えば、ポリアミドイミド及びポリイミド等の熱可塑性樹脂であってもよく、主鎖にイミド結合を有するポリマー樹脂であってもよい。溶剤は、例えばNMP(N−メチルピロリドン)、メタノール、及びメチルイソブチルケトン等の有機溶剤であってもよく、水であってもよい。
活物質は、一例として、正極を製造する場合には正極活物質であり、負極を製造する場合には負極活物質である。正極活物質は、例えば、複合酸化物、金属リチウム、及び、硫黄等である。複合酸化物は、例えば、マンガン、ニッケル、コバルト、及びアルミニウムの少なくとも1つと、リチウムとを含む。負極活物質は、例えば、黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、及びソフトカーボン等のカーボン、リチウム及びナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、SiOx(0.5≦x≦1.5)等の金属酸化物、並びに、ホウ素添加炭素等である。
続く工程では、金属箔1の表面1aにスラリー3を塗布する(第1の塗布工程、第2の塗布工程)。より具体的には、図1に示されるように搬送部2の繰出しローラ21から繰り出されて搬送されている状態の金属箔1の表面1aに対して、塗布部4によって順次スラリー3を塗布していく。塗布部4は、スラリー3を貯蔵するタンク41と、スラリー3を金属箔1の表面1aに供給するダイコータ42と、タンク41からダイコータ42にスラリー3を供給する供給管43及びポンプ44と、を有している。
図3は、金属箔にスラリーを塗布した状態を示す図である。特に、図3の(a)は、金属箔にスラリーを塗布した状態を示す平面図であり、図3の(b)は、図3の(a)のIII−III線に沿った金属箔の部分断面図である。この工程においては、上述した塗布部4を用いて、図3に示されるように金属箔1の表面1aにスラリー3を塗布する。すなわち、この工程においては、表面1aの第1の第1の領域11に対して、金属箔1の幅方向の中心線CLを含む帯状に延びるようにスラリー3を塗布する。
これにより、電極Eの塗工部分E1となる部分にスラリー3が塗布される。換言すれば、ここでは、電極Eの未塗工部分E2にスラリー3が配置されないように、第1の領域11にスラリー3を塗布する。第1の領域11におけるスラリー3の厚さT31は、例えば100μm程度である。
第1の領域11へのスラリーの塗布と共に、第2の領域12に対して、第2の領域12の幅方向の中心よりも第1の領域11から遠い部分において帯状に延びるようにスラリー3を塗布する。第2の領域12におけるスラリー3の厚さT32は、第1の領域11におけるスラリー3の厚さT31と略同一であり、例えば100μm程度である。
ここで、第1の領域11におけるスラリー3と、第2の領域12におけるスラリー3とは、互いに平行であり、且つ、互いに離間している。第1の領域11におけるスラリー3と第2の領域12におけるスラリー3との距離D3は、任意の設定することができるが、例えば1mm以上に設定することができる。このように、金属箔1の表面1aには、スラリー3が塗布される領域と塗布されない領域とが設けられる。なお、第1の領域11におけるスラリー3と、第2の領域12におけるスラリー3とは、金属箔1の幅方向の中心線CLに対して略対照的なパターンを形成している。
以上のように、この工程においては、第1の領域11にスラリー3を塗布する工程と第2の領域12にスラリー3を塗布する工程とを同時に実施する。そのためには、図4に示されるように、スラリー3が吐出される箇所と吐出されない箇所とが設定されたダイコータ42を用いて、金属箔1の表面1aに一括してスラリー3を塗布すればよい。
続く工程においては、図1に示されるように、金属箔1を水平方向に搬送しつつ金属箔1を硬化部5に通過させ、第1の領域11及び第2の領域12に塗布されたスラリー3を硬化させる(硬化工程)。硬化部5は、例えば温度調節機能を備えた乾燥炉である。この工程においては、硬化部5を用いて、第1の領域11及び第2の領域12に塗布されたスラリー3を、例えば100℃で2分間程度乾燥させる。
これにより、スラリー3中の溶剤が除去されスラリー3が硬化し、金属箔1の表面1aに活物質層6が形成される。ここでは、第1の領域11のスラリー3が硬化することにより、電極Eとして利用される活物質層(電極Eの塗工部分E1の活物質層)61が形成される一方で、第2の領域12のスラリー3が硬化することにより、活物質層61から離間した別の活物質層62が形成される(図5参照)。なお、スラリー3が、例えば紫外線硬化樹脂を含む場合には、硬化部5においてスラリー3に紫外線を照射してスラリー3を硬化するようにしてもよい。
続く工程においては、図1,5に示されるように、金属箔1を搬送しつつ搬送部2の巻取りローラ22によって金属箔1を巻き取る(巻取り工程)。その後、必要に応じて、同様の工程を金属箔1の裏面1bに対して実施することにより、金属箔1の裏面1bにも活物質層を形成してもよい。以上の工程の後に、金属箔1を切断することにより、電極Eが製造される。なお、図5の(a)は、巻き取られた状態の金属箔を示す図であり、図5の(b)は、図5の(a)において破線で示された領域ARの拡大図である。
引き続いて、本実施形態に係る電極の製造方法の作用・効果について説明する。この製造方法においては、まず、長尺状の金属箔1を用意する。金属箔1は、電極Eとして利用される第1の領域11と、第1の領域11と異なる第2の領域12とを含む表面1aを有する。第1の領域11と第2の領域12とは、金属箔1の幅方向に配列されている。そして、用意した金属箔1の第1の領域11にスラリー3を塗布する。一方、金属箔1の第2の領域12にもスラリー3を塗布する。
このとき、第1の領域11におけるスラリー3と第2の領域12におけるスラリー3とが互いに離間するようにする。続いて、スラリー3を硬化させることにより、第1の領域11に電極Eとして利用される活物質層61が形成され、第2の領域12には別の活物質層62が活物質層61から離間して形成される。そして、金属箔1を巻き取る。
このとき、図5に示されるように、活物質層61同士が重ね合わされて相対的に厚くなる部分P1と、活物質層62同士が重ね合わされて相対的に厚くなる部分P2とが互いに離間して生じることとなる。その結果、それらの相対的に厚い部分P1,P2の間において金属箔1が撓むことによって、巻き取られた状態の金属箔1に対して、金属箔1の幅方向に沿って凸部8及び凹部9が形成される。
図6は、巻き取られた状態の金属箔に形成された凸部の部分的な断面図である。図6の(a)に示されるように、この凸部8においては、上層の金属箔1A(金属箔1)が撓んで形成される湾曲部分81Aと、下層の金属箔1B(金属箔1)上に形成された活物質層62とが、金属箔1の幅方向において互いに干渉するように配置される。このため、例えば巻き取られた状態の金属箔1に対して幅方向に力が加えられたときに、その幅方向の移動が規制される。
或いは、図6の(b)に示されるように、金属箔1の撓みが相対的に大きい場合には、上層の金属箔1Aの湾曲部分81Aに対して、下層の金属箔1Bの湾曲部分81B(及び下層の金属箔1B上の活物質層62)が入り込むようになる。このとき、金属箔1Aと金属箔1Bとは、それぞれの湾曲部分81A,81Bにおいて互いに接触していてもよい。この場合には、金属箔1Aの湾曲部分81Aと、金属箔1Bの湾曲部分81B(及び活物質層62)とが、金属箔1の幅方向において互いに干渉するように配置される。このため、この場合にも、金属箔1の幅方向の移動が規制される。
よって、この製造方法によれば、金属箔1の巻取り後に巻きずれが生じることが抑制される。なお、図6の各図に示されるように、金属箔1の撓みの大小は、例えば、繰出しローラ21と巻取りローラ22との回転数差を調整して金属箔1の長手方向におけるテンションを調整することによって制御することができる。例えば、金属箔1の長手方向におけるテンションを相対的に小さくすれば、金属箔1が比較的撓みにくく、図6の(a)に示される状態を実現できる。また、金属箔1の長手方向におけるテンションを相対的に大きくすれば、金属箔1が比較的撓みやすく、図6の(b)に示される状態を実現できる。
また、この製造方法においては、第1の領域11にスラリー3を塗布する工程と、第2の領域12にスラリー3を塗布する工程とを同時に実施する。このため、少ない工数によって、上述したように巻きずれが生じることを抑制しつつ、電極E(電極Eのための金属箔1)を製造することがきる。
また、この製造方法においては、第1の領域11におけるスラリー3と、第2の領域12におけるスラリー3とによって、金属箔1の幅方向の中心線CLに対して略対称的なパターンが形成される。このため、巻き取られた状態の金属箔1に対して、金属箔1の幅方向の中心線CLに対して略対称に上述した凸部8及び凹部9が形成される。よって、巻き取られた状態の金属箔1の幅方向の移動がバランスよく確実に規制されるので、巻きずれが生じることが確実に抑制される。
さらに、この製造方法においては、第1の領域11におけるスラリー3の厚さと、第2の領域12におけるスラリー3の厚さとを、互いに略同一とする。このため、例えば単一の塗布部4(例えばダイコータ42)によって第1の領域11及び第2の領域12に同時にスラリー3を塗布することにより、容易にスラリー3の塗布工程を実施可能である。
以上の実施形態は、本発明に係る電極の製造方法の一実施形態を説明したものである。したがって、本発明に係る電極の製造方法は、上述したものに限定されない。本発明に係る電極の製造方法は、各請求項の要旨を変更しない範囲において、上述したものを任意に変更し、或いは他の物に適用することができる。
例えば、金属箔1にスラリー3を塗布する工程において、第1の領域11及び第2の領域12にスラリー3を塗布する態様は、上述したものに限定されない。すなわち、図7に示されるようなパターンで金属箔1にスラリー3を塗布してもよい。図7の(a)の場合には、まず、金属箔1の表面1aが、金属箔1の側部を含む一対の帯状の第1の領域11と、第1の領域11の間に配置され金属箔1の中心線CLを含む帯状の第2の領域12とを含む。
このような金属箔1の表面1aに対してスラリー3を塗布する場合には、例えばダイコータ42におけるスラリー3の吐出箇所を調節することにより、金属箔1の幅方向の両側部の第1の領域11に対して金属箔1の長手方向に延びる帯状にスラリー3を塗布し、同時に、金属箔1の幅方向の中心部の第2の領域12に対して金属箔1の長手方向に延びる帯状にスラリー3を塗布すればよい。この場合にも、第1の領域11におけるスラリー3と、第2の領域12におけるスラリー3とによって、金属箔1の幅方向の中心線CLに対して略対称的なパターンが形成される。
一方、図7の(b)に示される態様においては、金属箔1の表面1aにおける第1の領域11及び第2の領域12の配置は上記実施形態と同様である。しかしながら、この場合には、第1の領域11及び第2の領域12において、金属箔1の長手方向に沿って断続的にスラリー3を塗布する。この場合、これらのスラリー3を硬化したときに、断続的に塗布された1つ1つのスラリー3が、1つ1つの電極Eの活物質層61となる。なお、この場合にも、第1の領域11におけるスラリー3と、第2の領域12におけるスラリー3とによって、金属箔1の幅方向の中心線CLに対して略対称的なパターンが形成される。
このように、本実施形態に係る電極の製造方法においては、少なくとも、電極Eとして利用される第1の領域11と、第1の領域11と異なる第2の領域12とに対して、互いに離間するようにスラリー3を塗布すればよい。これにより、金属箔1の撓みによって上述したような凸部8や凹部9が金属箔1に形成され、金属箔1の巻きずれが抑制される。
また、図8に示されるように、ダイコータ42に代えてロールコータ45を用いて金属箔1にスラリー3を塗布するようにしてもよい。その場合には、図9に示されるように、ロールコータ45のコンマロール45aに対して、ダム45cに供給されたスラリー3が塗工ロール45bの表面に塗布されないようにする壁部45dを設けることにより、上述したようなパターンによって第1の領域11及び第2の領域12にスラリー3を塗布することができる。
或いは、図10に示されるように、マスキングテープMTを用いて、第1の領域11及び第2の領域12に対して互いに離間するようにスラリー3を塗布してもよい。すなわち、この場合には、図10の(a)に示されるように、第1の領域11と第2の領域12との境界を含むように、金属箔1の表面1aにマスキングテープMTを貼着する。続いて、図10の(b)に示されるように、マスキングテープMTを含む金属箔1の表面1aにスラリー3を塗布する。その後、図10の(c)に示されるように、マスキングテープMTを除去することにより、上述したパターンによって第1の領域11及び第2の領域12にスラリー3を塗布することができる。
また、第1の領域11にスラリー3を塗布する工程と、第2の領域12にスラリー3を塗布する工程とは、同時に実施されなくてもよい。また、第1の領域11におけるスラリー3と第2の領域12におけるスラリー3とによって対称的なパターンが形成されていなくてもよい。
また、第1の領域11におけるスラリー3の厚さT11と、第2の領域12におけるスラリー3の厚さT12とは、互いに異なっていてもよい。すなわち、第1の領域11におけるスラリー3の厚さT11が、第2の領域12におけるスラリー3の厚さT12よりも大きくてもよいし、小さくてもよい。
さらに、電極Eは、例えば、二次電池又は電気二重層キャパシタ等の任意の蓄電装置に用いることができる。二次電池としては、例えば、上述したリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池等が挙げられる。
1…金属箔、1a…表面(塗布面)、3…スラリー、11…第1の領域、12…第2の領域、E…電極。
Claims (5)
- 蓄電装置に用いられる電極の製造方法であって、
長尺状の金属箔、及び、活物質を含むスラリーを準備する準備工程と、
前記金属箔の塗布面の第1の領域にスラリーを塗布する第1の塗布工程と、
前記塗布面の第2の領域に前記スラリーを塗布する第2の塗布工程と、を備え、
前記第1の領域は、前記電極として利用される領域であり、
前記第2の領域は、前記第1の領域と異なる領域であり、
前記第1及び第2の領域は、前記金属箔の幅方向に配列されており、
前記第1の領域における前記スラリーと第2の領域における前記スラリーとが互いに離間するように前記第1及び第2の塗布工程を実施する、
ことを特徴とする電極の製造方法。 - 前記第1の塗布工程と前記第2の塗布工程とは、同時に実施される、
ことを特徴とする請求項1に記載の電極の製造方法。 - 前記第1の領域における前記スラリーと、前記第2の領域における前記スラリーとによって、前記金属箔の幅方向の中心線に対して略対称的なパターンが形成されるように、前記第1及び第2の塗布工程を実施する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電極の製造方法。 - 前記第1の領域における前記スラリーの厚さと、前記第2の領域における前記スラリーの厚さとが、互いに略同一となるように前記第1及び第2の塗布工程を実施する、
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電極の製造方法。 - 前記第1及び第2の塗布工程の後において、前記第1及び第2の領域に塗布されたスラリーを硬化させる硬化工程と、
前記硬化工程の後において、前記金属箔を巻き取る巻取り工程と、をさらに備える、
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の製造方法。
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