JP2015076230A - ロールプレス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロールに付着した異物を除去できるとともにロールの熱を抑制できるロールプレス装置を提供することが課題である。【解決手段】帯状の金属箔Ｌに形成された活物質層Ｍをプレスするためのロールプレス装置１であって、活物質層Ｍの表面に接触する位置に配置され、帯状の金属箔Ｌの搬送中に回転するロール２，３と、ロール２，３の表面に接触する位置に配置され、ロール２，３の表面に付着した異物を除去するための不織布４ａ，５ａが装着されている異物除去部４，５を備え、不織布４ａ，５ａには低沸点媒体を含浸させ、供給部６で不織布４ａ，５ａに低沸点媒体を供給する。【選択図】図１

Description

本発明は、帯状の金属箔に形成された活物質層をプレスするためのロールプレス装置に関する。

電池に用いられる電極を製造する場合、帯状の金属箔に電極ペーストを塗布して活物質層を形成し、活物質層が形成された帯状の金属箔から個々の電極を打抜く。特に、活物質層を形成した後に活物質層の密度を高くするために、ロールプレス装置では、一対のロールに活物質層が形成された帯状の金属箔を挟み込み、活物質層をプレスする。このプレス中に、ロールの表面に異物（例えば、プレス中に活物質層から剥ぎ取られた活物質）が付着する場合がある。ロールの表面に異物が付着したままプレスすると、ロールに凹みが生じたり、プレスされた活物質層の外観不良が発生したりする。

そこで、ロールに付着した異物を除去するために、例えば、特許文献１には、ドクターブレードをプレスロールの表面に接触させて配置し、ドクターブレードで異物を掻き落として異物を除去することが開示されている。また、特許文献２には、プレスロールの表面に接触する位置に転写ロールを配置させるとともにこの転写ロールの表面に接触する位置に粘着ロールを配置させ、プレスロールに付着している異物を転写ロールに移行させるともにその転写ロールに付着した異物を粘着ロールに移行させて異物を除去することが開示されている。

特許第３９３０８９６号公報 特開２００３−３３９２３号公報

特許文献１に開示されたドクターブレードを用いて異物を除去する場合、ドクターブレードによってプレスロールの表面を傷付ける虞がある。プレスロールの表面が傷付くと、このプレスロールでプレスされた活物質層の外観に不良が発生する可能性がある。また、ドクターブレードでプレスロールの表面を掻くように異物を除去するので、ドクターブレードとプレスロールとの間で摩擦熱が発生する。摩擦熱が発生すると、プレスロールが熱によって膨張してプレスロール間の間隔が狭くなり、プレスされた後の活物質層の厚みが薄くなる可能性がある。また、特許文献２に開示された転写ロール及び粘着ロールを用いて異物を除去する場合、プレスロールと異物との付着力が強いと転写ロールに異物が移行しない虞があり、また、異物を除去するための構成が複数の部材を用いて複雑である。

そこで、本技術分野では、ロールに付着した異物を除去できるとともにロールの熱を抑制できるロールプレス装置を提供することが望まれている。

本発明の一態様に係るロールプレス装置は、帯状の金属箔に形成された活物質層をプレスするためのロールプレス装置であって、帯状の金属箔に形成された活物質層の表面に接触する位置に配置され、帯状の金属箔の搬送中に回転するロールと、ロールの表面に接触する位置に配置され、ロールの表面に付着した異物を除去するための不織布が装着されている異物除去部とを備える。

このロールプレス装置は、活物質層が形成された帯状の金属箔の搬送中に、回転するロールによって活物質層をプレスする。特に、ロールプレス装置は、プレス中に、異物除去部の不織布を回転中のロールの表面に接触させ、不織布によってロールに付着していた異物を除去する。不織布を用いることにより、不織布の繊維がロールに付着した異物に絡まり、異物を除去できる。また、不織布を用いることにより、ロールとの間の摩擦が小さく、ロールとの間に摩擦熱が発生し難く、ロールの熱膨張とロールへの傷を抑制できる。このように、ロールプレス装置は、ロールに付着した異物を除去するために不織布を用いることにより、簡単な構成でロールに付着した異物を除去できるとともにロールの熱を抑制できる。

一実施形態では、不織布に低沸点媒体を含浸させると好適である。不織布に低沸点媒体を含浸させて回転中のロールの表面に接触させことにより、ロールの表面に低沸点溶媒が塗布される。この塗布された低沸点溶媒が蒸発して気化することにより、気化熱によってロールを冷却できる。この冷却により、ロールの熱膨張を更に抑制できる。また、不織布に低沸点媒体を含浸させて回転中のロールの表面に接触させことにより、低沸点溶媒によって異物を柔らかくする作用もある。これによって、不織布の繊維に異物が絡まり易くなり、異物の除去効果が向上する。なお、ロールプレス装置では回転中にロールの軸と軸受部とで機械摩擦による熱が発生するので、この摩擦熱がロールに伝達される。このような熱が伝達したロールに対しても気化熱を利用して冷却できる。

一実施形態では、プレス中に不織布に低沸点媒体を供給するための供給部を備えると好適である。プレス中にロールの表面に低沸点溶媒が塗布されるので、不織布に含浸される低沸点媒体の量が減少する。しかし、供給部から不織布に低沸点媒体を供給できるので、不織布に含浸される低沸点媒体の量を維持でき、プレス中にロールの表面に低沸点溶媒を塗布し続けることができる。

本発明の一態様によれば、簡単な構成でロールに付着した異物を除去できるとともにロールの熱を抑制できる。

本実施の形態に係るロールプレス装置を模式的に示す側面図である。 図１のロールプレス装置のロールの表面周辺の拡大図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るロールプレス装置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。

本実施の形態では、本発明に係るロールプレス装置を、電池の電極を製造するための一工程であるプレス工程で用いられるロールプレス装置に適用する。本実施の形態に係るプレス装置では、帯状の金属箔の表裏両面に電極ペーストを間欠塗布して活物質層が形成された後に、表裏両面に形成された活物質層を一対のロールによってプレスする。なお、製造される電極は、例えば、二次電池又は電気二重層キャパシタ等の蓄電装置に用いられる。二次電池としては、例えば、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。また、製造される電極は、一次電池に用いられてもよい。本実施の形態では、リチウムイオン二次電池に用いられる電極を製造する場合とする。

電極は、金属箔の表裏両面に電極ペーストがそれぞれ間欠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、アルミニウム箔である。電極ペーストは、活物質、バインダ、溶剤等を含んでいる。活物質は、正極活物質及び負極活物質のいずれであってもよい。正極活物質としては、例えば、複合酸化物、金属リチウム、硫黄である。複合酸化物は、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、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、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、ホウ素添加炭素である。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。また、電極ペーストは、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等の導電助剤を含んでいてもよい。また、電極ペーストは、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等の増粘剤を含んでいてもよい。

なお、プレス工程の前工程として、塗布工程と乾燥工程が行われる。塗布工程は、帯状の金属箔の表裏両面に活物質層を形成するための電極用の電極ペーストを塗布する工程である。塗布工程では、帯状の金属箔の表面と裏面についてそれぞれ、間欠塗布により、所定間隔を空けて各電極の位置に対応して電極ペーストを塗布する。塗布方式としては、例えば、ダイ方式である。乾燥工程は、塗布工程の直後に行われ、帯状の金属箔の各面に塗布された電極ペーストを乾燥し、電極ペースト中の溶剤を除去する工程である。乾燥工程では、表面と裏面についてそれぞれ、間欠塗布された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、電極ペーストを乾燥する。これによって、帯状の金属箔の表裏両面に所定間隔を空けて活物質層がそれぞれ形成された帯状電極となる。

プレス工程では、この活物質層が形成された帯状の金属箔が巻き取られた状態で巻出ロールにセットされ、巻取ロールが作動すると、巻出ロールから帯状の金属箔が送り出され、所定のテンションがかけられた状態で帯状の金属箔が所定の搬送速度で巻出ロールと巻取ロール間で搬送される。この帯状の金属箔の搬送が開始すると、ロールプレス装置が稼働する。

図１及び図２を参照して、本実施の形態に係るロールプレス装置１について説明する。図１は、ロールプレス装置１を模式的に示す側面図である。図２は、ロールプレス装置１のロールの表面周辺の拡大図である。

ロールプレス装置１は、帯状の金属箔Ｌの表裏両面に形成されている活物質層Ｍ，・・・を一対のロール２，３で挟み込んでプレスし、活物質層Ｍ，・・・の密度を高くする。特に、ロールプレス装置１は、ロール２，３に付着した異物を除去するとともにロール２，３を冷却して熱を抑制するために、異物除去部４，５及び供給部６を備えている。なお、本実施の形態では、一対のロール２，３が特許請求の範囲に記載するロールに相当し、異物除去部４，５が特許請求の範囲に記載する異物除去部に相当し、供給部６が特許請求の範囲に記載する供給部に相当する。

ロール２は、帯状の金属箔Ｌの表面側（鉛直方向の上側）のプレスロールである。ロール２は、両端面の中心位置に軸２ａがそれぞれ取り付けられており、軸２ａを中心にして回転可能である。各軸２ａは、軸受部（図示せず）で回転自在に支持されている。ロール２は、帯状の金属箔Ｌの搬送方向Ｃに交差する方向（例えば、鉛直方向）に可動である。

ロール３は、帯状の金属箔Ｌの裏面側（鉛直方向の下側）のプレスロールである。ロール３は、両端面の中心位置に軸３ａがそれぞれ取り付けられており、軸３ａを中心にして回転可能である。各軸３ａは、軸受部（図示せず）で回転自在に支持されている。ロール３は、固定されている。

ロール２，３は、所定の径を有する円柱形状である。ロール２，３の幅は、少なくとも活物質層Ｍの幅よりも広い幅を有している。ロール２の径とロール３の径とは、同じ径である。ロール２，３は、例えば、ＳＵＳなどの鋼からなる。

ロール２とロール３とは、帯状の金属箔Ｌに対して直交する方向（例えば、鉛直方向）において互いに対向するように配置されている。このように配置されたロール２とロール３によって、活物質層Ｍ，・・・が形成された帯状の金属箔Ｌを挟み込む。図１に示すように、この挟み込まれた状態で帯状の金属箔Ｌを搬送方向Ｃの方向に搬送中に、表面側のロール２は回転方向Ｒ１の方向に回転し、裏面側のロール３は回転方向Ｒ１と逆方向の回転方向Ｒ２の方向に回転する。

ロール２とロール３との間の間隔は、設計時に設定された電極（特に、活物質層）の厚みが規定値内になるように制御可能である。また、ロール２，３によって加えられるプレス加重は、制御可能である。これらの各制御は、ロールプレス装置１あるいは製造ラインの制御装置（図示せず）によって制御される。

異物除去部４は、表面側のロール２に付着している異物を除去するとともにロール２を冷却するための部材である。異物除去部４は、プレス中のロール２の表面（ロール面）に接触する位置に配置される。異物除去部４の幅は、ロール２の幅と同程度の幅を有している。異物除去部４は、不織布４ａ、装着フレーム４ｂを備えている。

異物除去部５は、裏面側のロール３に付着している異物を除去するとともにロール３を冷却するための部材である。異物除去部５は、プレス中のロール３の表面（ロール面）に接触する位置に配置される。異物除去部５の幅は、ロール３の幅と同程度の幅を有している。異物除去部５は、不織布５ａ、装着フレーム５ｂを備えている。

不織布４ａ，５ａは、袋状であり、装着フレーム４ｂ，５ｂに被せるように装着される。不織布４ａ，５ａは、装着フレーム４ｂ，５ｂに取り付け／取り外し自在である。不織布４ａ，５ａは、装着フレーム４ｂ，５ｂに装着された状態で一部がプレス中のロール２，３の表面（ロール面）に接触する。装着フレーム４ｂ，５ｂは、装着された不織布４ａ，５ａの一部がプレス中のロール２，３の表面に接触する位置に配設される。

不織布４ａ，５ａとしては、ロール２，３に付着している異物に繊維に絡ませて除去できるような不織布を適宜適用してよく、例えば、フェルトである。不織布４ａ，５ａには、少なくともプレス中に低沸点溶媒を含浸させ、低沸点溶媒を染み込ませている。したがって、プレス中、不織布４ａ，５ａからロール２，３の表面に低沸点溶媒がそれぞれ塗布される。プレス中、この塗布によって不織布４ａ，５ａに染み込ませている低沸点媒体の量が減少するので、不織布４ａ，５ａには供給部６から低沸点溶媒が供給される。異物除去部４，５には、供給部６から供給された低沸点溶媒を不織布４ａ，５ａまで流すための流路（図示せず）が設けられている。低沸点溶媒は、低い温度（例えば、室温）で蒸発して気化する溶媒である。低沸点溶媒としては、例えば、エタノールである。

供給部６は、異物除去部４，５に低沸点溶媒を供給するための装置である。供給部６は、接続管６ａ、ポンプ６ｂ、容器６ｃを備えている。接続管６ａは、異物除去部４及び異物除去部５と容器６ｃとの間を接続する配管である。ポンプ６ｂは、接続管６ａの途中に配設される。ポンプ６ｂは、容器６ｃに貯蔵されている低沸点溶媒を、接続管６ａを介して異物除去部４，５に送り込むポンプである。ポンプ６ｂの制御は、ロールプレス装置１あるいは製造ラインの制御装置によって制御される。供給部６では、プレス中に、ポンプ６ｂが作動し、低沸点溶媒を異物除去部４，５（特に、不織布４ａ，５ａ）に供給する。

図１及び図２を参照して、上記構成のロールプレス装置１の作用について説明する。この説明では、図２に示すように、表面側のロール２に異物Ｆが付着していたとする。

塗布工程及び乾燥工程が終了し、帯状の金属箔Ｌの表面と裏面に所定間隔を空けて活物質層Ｍ，・・・が形成される。プレス工程では、その活物質層Ｍ，・・・が形成された帯状の金属箔Ｌ（帯状電極）が巻出ロールにセットされ、巻取ロールが作動して搬送方向Ｃに方向に搬送が開始すると、ロールプレス装置１が稼働する。

ロールプレス装置１では、搬送中、活物質層Ｍ，・・・が形成された帯状の金属箔Ｌ（帯状電極）をロール２とロール３との間で挟み込み、ロール２が回転方向Ｒ１の方向に回転するとともにロール３が回転方向Ｒ２の方向に回転する。そして、ロールプレス装置１では、回転中のロール２とロール３とによって帯状の金属箔Ｌの表面側の活物質層Ｍ及び裏面側の活物質層Ｍに加重をかけてプレスする。このプレス中に、ロール２，３の表面に異物が付着する場合がある。

このロール２，３によるプレスにより、帯状の金属箔Ｌの表面側の活物質層Ｍの厚み及び裏面側の活物質層Ｍの厚みをそれぞれ薄くできる。これによって、活物質層Ｍ中の空隙が小さくなるので、活物質層Ｍの密度が高くなる。その結果、製造される電極を薄くでき、その電極を用いる電池を小型化できる。

ロール２及びロール３の回転中、異物除去部４の不織布４ａの一部がロール２の表面に接触し、異物除去部５の不織布５ａの一部がロール３の表面に接触している。不織布４ａ，５ａの一部が回転中のロール２，３の表面にそれぞれ接触しているが、不織布４ａ，５ａとロール２，３との間の摩擦は小さく、ロール２，３との間に摩擦熱が発生し難い。

ロール２及びロール３の回転に伴って、図２に示すように不織布４ａに染み込んでいる低沸点溶媒Ｓがロール２の表面に塗布されるとともに、不織布５ａに染み込んでいる低沸点溶媒Ｓがロール３の表面に塗布される。この低沸点溶媒Ｓは、短時間で蒸発し、気化する。そのとき奪われる気化熱を利用して、ロール２及びロール３がそれぞれ冷却される。供給部６では、プレス中、ポンプ６ｂによって接続管６ａを介して容器６ｃから低沸点溶媒Ｓを異物除去部４，５にそれぞれ供給する。異物除去部４，５では、この供給された低沸点溶媒Ｓを不織布４ａ，５ａに含浸させる。

また、例えば、図２に示すように、ロール２の表面に異物Ｆが付着している場合、回転中のロール２に付着している異物Ｆが異物除去部４の不織布４ａの位置に到達すると、不織布４ａの繊維に異物Ｆが絡まる。その結果、異物Ｆが、ロール２の表面から不織布４ａに付着する。この際、不織布４ａには低沸点溶媒Ｓが染み込んでいるので、低沸点溶媒Ｓで異物Ｆを柔らかくする作用があり、柔らかくなった異物Ｆが不織布４ａに付着し易くなる効果もある。不織布４ａ，５ａには異物Ｆが付着するので、新しい不織布４ａ，５ａに定期的に交換される。

このロールプレス装置１によれば、ロール２，３に付着した異物を除去するために不織布４ａ，５ａを用いることにより、簡単な構成でロール２，３に付着した異物を除去できるとともにロール２，３の熱の発生を抑制できる。つまり、不織布４ａ，５ａを用いることにより、不織布４ａ，５ａの繊維がロール２，３に付着した異物に絡まり、異物を除去できる。その結果、異物がロール２，３の表面を傷付けたり、プレスされた活物質層Ｍの外観不良が発生することなどを抑制できる。また、不織布４ａ，５ａを用いることにより、ロール２，３との間の摩擦が小さく、ロール２，３との間に摩擦熱が発生し難い。その結果、ロール２，３の熱膨張を抑制できるので、ロール２，３の間隔が狭くなることを抑制でき、プレスされた活物質層Ｍの厚みが必要以上に薄くなることを抑制できる。

また、ロールプレス装置１によれば、不織布４ａ，５ａに低沸点媒体を含浸させて回転中のロール２，３の表面に接触させことにより、低沸点溶媒が蒸発したときの気化熱を利用してロール２，３を冷却できる。その結果、ロール２，３の熱膨張を更に抑制できる。また、不織布４ａ，５ａに含浸させた低沸点媒体によって異物を柔らかくでき、柔らかくなった異物が不織布４ａ，５ａの繊維に絡まり易くなり、異物の除去効果が向上する。なお、ロールプレス装置１では回転中のロール２，３の軸２ａ，３ａと軸受部とで機械摩擦による熱が発生し、この摩擦熱がロール２，３に伝達されるが、このような熱も気化熱を利用して冷却できる。

また、ロールプレス装置１によれば、供給部６によって不織布４ａ，５ａに低沸点媒体を供給することにより、不織布４ａ，５ａに含浸される低沸点媒体の量を維持でき、プレス中にロール２，３の表面に低沸点溶媒を塗布し続けることができる。

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。

例えば、本実施の形態では電極ペーストを間欠塗布にして所定間隔を空けて形成された活物質層をプレスする場合に適用したが、電極ペーストを連続塗布にして連続する活物質層をプレスする場合に適用してもよい。また、本実施の形態では帯状の金属箔に表裏両面に活物質層が形成されたものに適用したが、帯状の金属箔の一面にのみに活物質層が形成されたものに適用してもよい。

また、本実施の形態では一対（２個）のロールを備えるロールプレス装置に適用したが、１個のロールを備えるロールプレス装置に適用してもよいし、３個以上のロール（例えば、所定間隔空けて配置される二対のロール）を備えるロールプレス装置に適用してもよい。

また、本実施の形態では低沸点媒体を不織布に供給する供給部を備えるロールプレス装置に適用したが、供給部を備えないロールプレス装置に適用してもよい。不織布を定期的に取り替えるので、その取り替える周期において低沸点媒体が全て塗布されない量を不織布に含浸させていれば、供給部は必要ない。

また、本実施の形態では低沸点媒体を不織布に含浸させる構成としたが、低沸点媒体を含浸させない構成としてもよい。低沸点媒体を含浸させていない不織布を用いた場合でも、不織布によって異物を除去でき、また、不織布とロールとの間に摩擦熱が発生し難くので、ロールの熱膨張を抑制できる。

また、本実施の形態では１個のローラに１個の異物除去部（不織布）を設ける構成としたが、１個のローラに複数個の異物除去部（不織布）を設けてもよい。

１…ロールプレス装置、２，３…ロール、２ａ，３ａ…軸、４，５…異物除去部、４ａ，５ａ…不織布、４ｂ，５ｂ…装着フレーム、６…供給部、６ａ…接続管、６ｂ…ポンプ、６ｃ…容器。

Claims (3)

1. 帯状の金属箔に形成された活物質層をプレスするためのロールプレス装置であって、
   前記帯状の金属箔に形成された前記活物質層の表面に接触する位置に配置され、前記帯状の金属箔の搬送中に回転するロールと、
   前記ロールの表面に接触する位置に配置され、前記ロールの表面に付着した異物を除去するための不織布が装着されている異物除去部と、
   を備える、ロールプレス装置。
2. 前記不織布に低沸点媒体を含浸させる、請求項１に記載のロールプレス装置。
3. プレス中に前記不織布に低沸点媒体を供給するための供給部を備える、請求項２に記載のロールプレス装置。