JP2015112533A - 塗工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属箔の破断を抑えつつ、金属箔に電極材を転写する。【解決手段】塗工装置１は、金属箔２の面２ａに電極材Ｐを塗工するためのコーティングロール１１と、金属箔２の面２ｂに電極材Ｐを塗工するためのコーティングロール２１と、を備える。コーティングロール１１の軸Ａ１とコーティングロール２１の軸Ａ２は、方向Ｄ２に延び、コーティングロール１１の外周面１１ａとコーティングロール２１の外周面２１ａとが互いに対向しており、方向Ｄ２から見たコーティングロール１１の回転方向Ｃ１及びコーティングロール２１の回転方向Ｃ２が同じである。【選択図】図１

Description

本発明は、塗工装置に関する。

一対のロールを備え、シート状のウェブの両面に塗工液を塗工する塗工装置がある（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。このような塗工装置では、例えば、一対のロールのそれぞれに設けられたベルト、又は一対のロールの周面によって塗工液を搬送し、一対のロール間にウェブを挿通することによって、ベルト又はロール上の塗工液をウェブの両面に転写している。

特開平９−８７９９７号公報 実願平３−１０５８０９号（実開平５−４９０６８号）のＣＤ−ＲＯＭ

上記塗工装置では、全ての塗工液をウェブに転写するために、一対のロール間に大きいニップ圧を加える必要がある。このため、例えば、この塗工装置を用いて、金属箔の両面に電極材を塗工する場合、ロール間のニップ圧により金属箔が両面から強く押さえつけられる。この場合、金属箔を連続して搬送しようとすると、金属箔を両面から押さえる力が大きいので、ロール間から金属箔を引き抜く力が大きくなり、金属箔が破れてしまうおそれがある。

本発明は、金属箔の破断を抑えつつ、金属箔に電極材を転写可能な構造を有する塗工装置を提供する。

本発明の一態様に係る塗工装置は、金属箔の第１面に塗工液を塗工する第１ロールと、金属箔の第１面と反対側の第２面に塗工液を塗工する第２ロールと、を備える。第１ロールの軸と第２ロールの軸は第１方向に延び、第１ロールの外周面と第２ロールの外周面とは互いに対向しており、軸方向から見た第１ロールの回転方向及び第２ロールの回転方向は同じである。

この塗工装置では、軸方向から見た第１ロールの回転方向及び第２ロールの回転方向は同じであるので、第１ロールの外周面と第２ロールの外周面とが互いに対向する位置において、第１ロールと第２ロールとは、互いに反対方向に向かって移動する。このため、第１ロールと第２ロールとの間に金属箔が挿通された場合、金属箔の第１面に加わる力の向きと金属箔の第２面に加わる力の向きとが反対になる。これにより、金属箔内部におけるせん断応力を小さくすることができ、金属箔の破断を抑制することが可能となる。

本発明の一側面に係る塗工装置は、第１面に塗工される塗工液を貯留する第１ダムと、第２面に塗工される塗工液を貯留する第２ダムと、第１ロールに設けられ、第１ダムから第１面に塗工液を搬送するための第１ベルトと、第２ロールに設けられ、第２ダムから第２面に塗工液を搬送するための第２ベルトと、をさらに備えてもよい。

この塗工装置では、第１ベルトによって第１ダムから金属箔の第１面に塗工液が搬送され、第２ベルトによって第２ダムから金属箔の第２面に塗工液が搬送される。このため、第１ダム及び第２ダムを金属箔から離すように配置することができ、金属箔の搬送スペースを確保することが可能となる。

本発明によれば、金属箔の破断を抑えつつ、金属箔に電極材を転写できる。

一実施形態に係る塗工装置を模式的に示す概略構成図である。 図１の塗工装置の一部を模式的に示す斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。

図１は、一実施形態に係る塗工装置を模式的に示す概略構成図である。図２は、図１の塗工装置の一部を模式的に示す斜視図である。図１及び図２に示されるように、塗工装置１は、活物質を含む電極材Ｐ（塗工液）を金属箔２の両面（面２ａ及び面２ｂ）に塗工するための装置である。金属箔２は、例えば銅箔又はアルミニウム箔である。金属箔２は、方向Ｄ１に沿って搬送される。

塗工装置１は、例えば、ダム１０（第１ダム）と、ダム２０（第２ダム）と、コーティングロール１１（第１ロール）と、コーティングロール２１（第２ロール）と、バックロール１２と、バックロール２２と、ベルト１３（第１ベルト）と、ベルト２３（第２ベルト）と、コンマロール１４と、コンマロール２４と、を備えている。

この塗工装置１は、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電界質二次電池に用いられる電極を製造する。電極は、リチウムイオン二次電池以外の蓄電装置に適用されてもよい。電極は、例えば、電気二重層キャパシタ等に適用されてもよい。なお、本実施形態では、金属箔２の長手方向（方向Ｄ１）に沿って電極材Ｐが連続して塗工される連続塗工を例示しているが、金属箔２の長手方向に沿って電極材Ｐが間欠的に塗工される間欠塗工であってもよい。

ダム１０は、金属箔２の面２ａ（第１面）に塗工される電極材Ｐを貯留する部分である。ダム２０は、金属箔２の面２ａと反対側の面２ｂ（第２面）に塗工される電極材Ｐを貯留する部分である。ダム１０及びダム２０には、不図示の供給管及びポンプ等が接続されており、電極材Ｐの供給を受け得るようになっている。ダム１０に貯留される電極材Ｐとダム２０に貯留される電極材Ｐとは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。ダム１０に貯留される電極材Ｐは、ベルト１３によって搬送されるときにベルト１３から落ちない程度の粘度を有している。ダム２０に貯留される電極材Ｐは、ベルト２３によって搬送されるときにベルト２３から落ちない程度の粘度を有している。

電極材Ｐは、例えば活物質、バインダ、及び溶剤を含むスラリー状のペーストである。電極材Ｐには、例えばアセチレンブラック等の導電助剤が更に含まれていてもよい。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、硫黄等が挙げられる。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んで構成される。

負極活物質としては、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、ホウ素添加炭素等が挙げられる。

バインダは、例えばＰＶＤＦ、ポリアミド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、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。

コーティングロール１１は、金属箔２の面２ａに電極材Ｐを塗工するためのロールである。コーティングロール１１は、その軸Ａ１が方向Ｄ２（第１方向）に延びる略円柱形状を呈している。方向Ｄ２は、方向Ｄ１と直交する方向である。コーティングロール１１は、例えば１５０ｍｍ〜３００ｍｍ程度の直径を有している。コーティングロール１１は、例えば硬質ゴムから構成されており、その硬度は例えばデュロメータ硬さ６０〜９０程度である。コーティングロール１１は、ダム１０からある程度離れた位置に設けられている。コーティングロール１１は、軸Ａ１を中心として回転方向Ｃ１に回転する。

コーティングロール２１は、金属箔２の面２ｂに電極材Ｐを塗工するためのロールである。コーティングロール２１は、その軸Ａ２が方向Ｄ２に延びる略円柱形状を呈している。コーティングロール２１は、例えば１５０ｍｍ〜３００ｍｍ程度の直径を有している。コーティングロール２１は、例えば硬質ゴムから構成されており、その硬度は例えばデュロメータ硬さ６０〜９０程度である。コーティングロール２１は、ダム２０からある程度離れた位置に設けられている。コーティングロール２１は、軸Ａ２を中心として回転方向Ｃ２に回転する。

コーティングロール１１及びコーティングロール２１は、その順に方向Ｄ３に沿って配置されている。方向Ｄ３は、方向Ｄ１及び方向Ｄ２によって規定される面と直交する方向である。コーティングロール１１の外周面１１ａとコーティングロール２１の外周面２１ａとは、位置Ｘにおいて隙間Ｇを介して互いに対向している。コーティングロール１１の外周面１１ａとコーティングロール２１の外周面２１ａとの距離は、金属箔２の厚さと金属箔２の両面に塗工される電極材Ｐの厚さとの合計値に略等しい。コーティングロール１１の回転方向Ｃ１とコーティングロール２１の回転方向Ｃ２とは、コーティングロール１１又はコーティングロール２１の軸方向（方向Ｄ２）から見て同じ（例えば、時計回り）である。つまり、位置Ｘにおいて、コーティングロール１１の移動方向Ｍ１及びコーティングロール２１の移動方向Ｍ２は、互いに反対である。

バックロール１２は、ベルト１３を駆動するためのロールである。バックロール１２は、その軸が方向Ｄ２に延びる略円柱形状を呈している。バックロール１２は、その一部がダム１０に貯留されている電極材Ｐに浸かるように、ダム１０上に設けられている。バックロール１２の回転方向は、方向Ｄ２から見てコーティングロール１１の回転方向Ｃ１と同じである。バックロール１２の回転速度は、コーティングロール１１の回転速度と略同じである。

バックロール２２は、ベルト２３を駆動するためのロールである。バックロール２２は、その軸が方向Ｄ２に延びる略円柱形状を呈している。バックロール２２は、その一部がダム２０に貯留されている電極材Ｐに浸かるように、ダム２０上に設けられている。バックロール２２の回転方向は、方向Ｄ２から見てコーティングロール２１の回転方向Ｃ２と同じである。バックロール２２の回転速度は、コーティングロール２１の回転速度と略同じである。

ベルト１３は、コーティングロール１１に設けられ、ダム１０から金属箔２の面２ａに電極材Ｐを搬送するための部材である。ベルト１３は、例えば環状の帯部材である。ベルト１３の方向Ｄ２における長さ、つまりベルト１３の幅は、金属箔２の塗工領域Ｒの方向Ｄ２方向における長さ（塗工幅Ｗ）と同じであってもよい。ベルト１３は、コーティングロール１１及びバックロール１２に巻き掛けられている。コーティングロール１１及びバックロール１２が回転することによって、ベルト１３は回転される。バックロール１２の一部がダム１０に貯留されている電極材Ｐに浸かっているので、ベルト１３はダム１０に貯留されている電極材Ｐに浸され、ベルト１３の表面に電極材Ｐが供給される。

ベルト２３は、コーティングロール２１に設けられ、ダム２０から金属箔２の面２ｂに電極材Ｐを搬送するための部材である。ベルト２３は、例えば環状の帯部材である。ベルト２３の方向Ｄ２における長さ、つまりベルト２３の幅は、金属箔２の塗工幅Ｗと同じであってもよい。ベルト２３は、コーティングロール２１及びバックロール２２に巻き掛けられている。コーティングロール２１及びバックロール２２が回転することによって、ベルト２３は回転される。バックロール２２の一部がダム２０に貯留されている電極材Ｐに浸かっているので、ベルト２３はダム２０に貯留されている電極材Ｐに浸され、ベルト２３の表面に電極材Ｐが供給される。

コンマロール１４は、ベルト１３に供給される電極材Ｐの厚さを調整するためのロールである。コンマロール１４は、その軸が方向Ｄ２に延びる略円柱形状を呈している。コンマロール１４の方向Ｄ２における長さは、ベルト１３の幅と略同じかベルト１３の幅よりも大きい。コンマロール１４は、ダム１０によるベルト１３への電極材Ｐの供給位置において、ベルト１３の表面に対して所定の間隔をもって配置されている。ベルト１３に供給された電極材Ｐがベルト１３とコンマロール１４との間の隙間を通ることで、電極材Ｐの厚さの調整がなされる。

コンマロール２４は、ベルト２３に供給される電極材Ｐの厚さを調整するためのロールである。コンマロール２４は、その軸が方向Ｄ２に延びる略円柱形状を呈している。コンマロール２４の方向Ｄ２における長さは、ベルト２３の幅と略同じかベルト２３の幅よりも大きい。コンマロール２４は、ダム２０によるベルト２３への電極材Ｐの供給位置において、ベルト２３の表面に対して所定の間隔をもって配置されている。ベルト２３に供給された電極材Ｐがベルト２３とコンマロール２４との間の隙間を通ることで、電極材Ｐの厚さの調整がなされる。

次に、塗工装置１を用いた塗工工程が説明される。まず、コーティングロール１１とコーティングロール２１との間の隙間Ｇに金属箔２が挿通され、金属箔２は方向Ｄ１に搬送される。そして、コーティングロール１１及びバックロール１２が駆動部によって回転方向Ｃ１に回転され、ベルト１３の表面にダム１０に貯留された電極材Ｐが供給される。また、コーティングロール２１及びバックロール２２が駆動部によって回転方向Ｃ２に回転され、ベルト２３の表面にダム２０に貯留された電極材Ｐが供給される。このとき、コンマロール１４によって、ベルト１３に供給された電極材Ｐの厚さが調整され、コンマロール２４によって、ベルト２３に供給された電極材Ｐの厚さが調整される。

続いて、位置Ｘにおいて、コーティングロール１１によって金属箔２の面２ａが押圧され、ベルト１３上の電極材Ｐが面２ａに転写される。また、位置Ｘにおいて、コーティングロール２１によって金属箔２の面２ｂが押圧され、ベルト２３上の電極材Ｐが面２ｂに転写される。このようにして、金属箔２の面２ａにはベルト１３の幅で電極材Ｐが塗工され、金属箔２の面２ｂにはベルト２３の幅で電極材Ｐが塗工される。

以上のように、塗工装置１では、方向Ｄ２から見たコーティングロール１１の回転方向Ｃ１及びコーティングロール２１の回転方向Ｃ２は同じであるので、位置Ｘにおいて、コーティングロール１１とコーティングロール２１とは、互いに反対方向に向かって移動する。このため、コーティングロール１１とコーティングロール２１との間に金属箔２が挿通された場合、位置Ｘにおいて金属箔２の面２ａに加わる力の向きと金属箔２の面２ｂに加わる力の向きとが反対になる。これにより、金属箔２の内部において、金属箔２の面２ａに加わる力に基づくせん断応力と、金属箔２の面２ｂに加わる力に基づくせん断応力とが互いに打ち消し合い、せん断応力を小さくすることができる。その結果、金属箔２の破断を抑制することが可能となる。

このような塗工装置では、ベルト上の電極材と金属箔との間の動摩擦力に応じて、電極材はベルトから金属箔に転写される。塗工装置１では、軸方向から見て一対のコーティングロール１１，２１の回転方向が同じであるので、金属箔２には互いに反対方向の力が加わる。このため、ベルト１３上の電極材Ｐと金属箔２の面２ａとの間の動摩擦係数及びベルト２３上の電極材Ｐと金属箔２の面２ｂとの間の動摩擦係数が大きくなる。その結果、コーティングロール１１，２１が金属箔２の面を押す力を大きくしなくても、電極材Ｐが金属箔２に転写される。

つまり、位置Ｘにおけるコーティングロール１１の移動方向及びコーティングロール２１の移動方向が、金属箔２の搬送方向と同じである場合と比較して、塗工装置１では、ベルト１３により供給される電極材Ｐをベルト１３の表面から金属箔２の面２ａに転写する力が大きくなる。このため、コーティングロール１１による金属箔２の面２ａへの押圧力を低減することができる。同様に、塗工装置１では、ベルト２３により供給される電極材Ｐをベルト２３の表面から金属箔２の面２ｂに転写する力が大きくなる。このため、コーティングロール２１のみ回転数を速くしてコーティングロール２１の周速が金属箔２の速度を上回るようにすることにより、金属箔２の面２ｂへの押圧力を低減することができる。その結果、コーティングロール１１及びコーティングロール２１の間から金属箔２を引き抜く力は低減されるので、金属箔２の破断を抑制することが可能となる。

また、塗工装置１では、ベルト１３によってダム１０から金属箔２の面２ａに電極材Ｐが搬送され、ベルト２３によってダム２０から金属箔２の面２ｂに電極材Ｐが搬送される。このため、ダム１０及びダム２０を金属箔２から離すように配置することができ、金属箔２の搬送スペースを確保することが可能となる。

ベルトに供給される電極材の幅を所望の幅とするために、サイドボードが設けられることがある。この場合、サイドボード付近の電極材が盛り上がり、金属箔に塗工された電極材の厚さが不均一になることがある。これに対し、塗工装置１では、ベルト１３の幅及びベルト２３の幅が塗工幅Ｗと略等しい。このため、サイドボードを設ける必要がないので、金属箔２に塗工された電極材Ｐの厚さの均一性を向上することが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、塗工装置１では、ベルト１３及びベルト２３を介して電極材Ｐを金属箔２に塗工しているが、これに限定されない。バックロール１２の外周面がダム１０に貯留される電極材Ｐに浸かるようにするとともに、コーティングロール１１の外周面１１ａとバックロール１２の外周面とが接触するように配置し、ベルト１３を介することなく電極材Ｐを金属箔２の面２ａに塗工してもよい。同様に、バックロール２２の外周面がダム２０に貯留される電極材Ｐに浸かるようにするとともに、コーティングロール２１の外周面２１ａとバックロール２２の外周面とが接触するように配置し、ベルト２３を介することなく電極材Ｐを金属箔２の面２ｂに塗工してもよい。

また、ダム１０に貯留される電極材Ｐとダム２０に貯留される電極材Ｐとを異なる電極材とすることにより、塗工装置１はバイポーラ電池用の電極を製造することができる。

１…塗工装置、２…金属箔、２ａ…面（第１面）、２ｂ…面（第２面）、１０…ダム（第１ダム）、１１…コーティングロール（第１ロール）、１１ａ…外周面、１３…ベルト（第１ベルト）、２０…ダム（第２ダム）、２１…コーティングロール（第２ロール）、２１ａ…外周面、２３…ベルト（第２ベルト）、Ａ１…軸、Ａ２…軸、Ｃ１…回転方向、Ｃ２…回転方向、Ｄ２…方向（第１方向）、Ｐ…電極材（塗工液）。

Claims (2)

1. 金属箔の第１面に塗工液を塗工するための第１ロールと、
   前記金属箔の前記第１面と反対側の第２面に塗工液を塗工するための第２ロールと、
   を備え、
   前記第１ロールの軸と前記第２ロールの軸は、第１方向に延び、
   前記第１ロールの外周面と前記第２ロールの外周面とが互いに対向しており、
   軸方向から見た前記第１ロールの回転方向及び前記第２ロールの回転方向が同じである、塗工装置。
2. 前記第１面に塗工される塗工液を貯留する第１ダムと、
   前記第２面に塗工される塗工液を貯留する第２ダムと、
   前記第１ロールに設けられ、前記第１ダムから前記第１面に塗工液を搬送するための第１ベルトと、
   前記第２ロールに設けられ、前記第２ダムから前記第２面に塗工液を搬送するための第２ベルトと、
   をさらに備える、請求項１に記載の塗工装置。

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