JP2015174136A - ロールプレス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プレスロールに圧痕が生じることを防止できるロールプレス装置を提供する。【解決手段】ロールプレス装置１は、金属箔４の表裏両面にそれぞれ形成された活物質層５を所定のプレス圧でプレスするプレスロール３Ａ，３Ｂと、プレスロール３Ａ，３Ｂ同士を近接または離間させる移動駆動部６と、プレスロール３Ａ，３Ｂよりも搬送上流側に配置され、金属箔４の表裏両面にそれぞれ形成された活物質層５に光を照射し、活物質層５からの反射光を受光することで、活物質層５に凸状の異物が存在しているかどうかを検出する光学センサ７Ａ，７Ｂと、光学センサ７Ａ，７Ｂにより活物質層５に異物が付着していることが検出されると、プレスロール３Ａ，３Ｂのプレス圧を開放するように移動駆動部６を制御するコントローラ８とを備えている。【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ロールプレス装置に関するものである。

二次電池等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ち抜く。このとき、帯状の金属箔に活物質層を形成した後に、活物質層の密度を高めるために、ロールプレス装置により活物質層をプレスする。ロールプレス装置では、活物質層が形成された帯状の金属箔を１対のプレスロールで挟み込み、これらのプレスロールにより活物質層をプレスする（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−２２３８７１号公報

しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、表面に凸状の異物が付着した活物質層をプレスロールによりプレスすると、プレスロールに局所的に大きな荷重が加わり、プレスロールに圧痕が生じる。このとき、活物質層がプレスロールの圧痕部でプレスされると、活物質層の膜厚が不均一になり、ひいては電極の膜厚が不均一となる。また、プレスロールに圧痕が存在していると、プレスロールの交換頻度が高くなるため、修繕費が高くなる。

本発明の目的は、プレスロールに圧痕が生じることを防止できるロールプレス装置を提供することである。

本発明は、帯状の金属箔に形成された活物質層を複数のプレスロールによりプレスするロールプレス装置において、活物質層に異物が存在しているかどうかを検出する異物検出手段と、異物検出手段により活物質層に異物が存在していることが検出されたときに、プレスロールのプレス圧を開放するように制御する制御手段とを備えることを特徴とするものである。

このように本発明のロールプレス装置においては、帯状の金属箔に形成された活物質層に異物が存在しているかどうかを検出し、活物質層に異物が存在していることが検出されたときは、プレスロールのプレス圧を開放するように制御することにより、活物質層に存在する異物がプレスロールによりプレスされることが回避される。これにより、プレスロールに局所的に大きな荷重が加わることが無いため、プレスロールに圧痕が生じることが防止される。

本発明によれば、プレスロールに圧痕が生じることを防止できる。これにより、電極の膜厚の均一性を向上させることが可能となる。また、プレスロールの交換頻度が低くなるため、修繕費を抑えることが可能となる。

本発明に係るロールプレス装置の一実施形態を示す構成図である。 図１に示したコントローラによる制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。 図１に示した１対のプレスロールのプレス圧を開放した状態を示す構成図である。

以下、本発明に係るロールプレス装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係るロールプレス装置の一実施形態を示す構成図である。本実施形態のロールプレス装置１は、二次電池の電極を製造するための一工程であるプレス工程において使用される。なお、二次電池は、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。

二次電池の電極は、金属箔と、この金属箔の表裏両面にそれぞれ形成された活物質層とからなっている。活物質層は、金属箔の表裏両面に電極ペーストがそれぞれ塗布されることで形成されている。電極には、電極ペーストが塗布されていないタブも設けられている。

正極の金属箔は、例えばアルミニウム箔であり、負極の金属箔は、例えば銅箔である。電極ペーストは、活物質、バインダ、溶剤等を含んでいる。正極の活物質としては、例えば複合酸化物、金属リチウム、硫黄が用いられる。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。負極の活物質としては、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、ホウ素添加炭素が用いられる。溶剤としては、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、水が用いられる。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、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良い。

なお、プレス工程の前工程として、塗布工程及び乾燥工程が行われる。塗布工程は、帯状の金属箔の両面に、活物質層を形成するための電極ペーストを塗布する工程である。塗布工程では、帯状の金属箔の両面に所定間隔をもって電極の位置に対応して電極ペーストを間欠的に塗布する。塗布方式としては、例えばダイ方式が採用される。乾燥工程は、塗布工程の直後に行われ、帯状の金属箔の両面に間欠塗布された電極ペーストを加熱して乾燥させることで、電極ペースト中の溶剤を除去する工程である。これにより、帯状の金属箔の両面に所定間隔をもって活物質層が形成された帯状電極が得られる。帯状電極は、巻出ロールに巻き取られる。

その後のプレス工程では、巻出ロール及び巻取ロールが作動することで、巻出ロールから帯状電極が送り出され、所定のテンションがかけられた状態で帯状電極が所定の搬送速度で巻出ロールと巻取ロールとの間で搬送される。帯状電極の搬送が開始されると、本実施形態のロールプレス装置１が稼働する。

図１において、ロールプレス装置１は、帯状電極２を挟むように配置された上下１対のプレスロール３Ａ，３Ｂを備えている。帯状電極２は、帯状の金属箔４と、金属箔４の表裏両面にそれぞれ所定間隔をもって形成された活物質層５とからなっている。プレスロール３Ａ，３Ｂは、活物質層５を挟み込んで所定の圧力（プレス圧）でプレスする。

また、ロールプレス装置１は、プレスロール３Ａ，３Ｂ同士を近接または離間させるように一方のプレスロール３Ｂを上下動させる移動駆動部６と、プレスロール３Ａ，３Ｂを互いに反対方向に回転させる回転駆動部（図示せず）とを備えている。移動駆動部６としては、例えば油圧シリンダが用いられる。

さらに、ロールプレス装置１は、プレスロール３Ａ，３Ｂよりも搬送上流側に帯状電極２を挟むように配置された光学センサ７Ａ，７Ｂと、これらの光学センサ７Ａ，７Ｂと接続されたコントローラ８とを備えている。

光学センサ７Ａは、金属箔４の表面に形成された活物質層５に光を照射し、その活物質層５からの反射光を受光することで、当該活物質層５に凸状の異物Ｐ（図３参照）が存在しているかどうかを検出し、その検出結果を電気信号（検出信号）としてコントローラ８に出力する。光学センサ７Ｂは、金属箔４の裏面に形成された活物質層５に光を照射し、その活物質層５からの反射光を受光することで、当該活物質層５に凸状の異物Ｐが存在しているかどうかを検出し、その検出結果を電気信号（検出信号）としてコントローラ８に出力する。光学センサ７Ａ，７Ｂは、活物質層５に異物Ｐが存在しているかどうかを検出する異物検出手段である。光学センサ７Ａ，７Ｂは、活物質層５に異物Ｐが存在していることを検出したときは、電気信号としてＯＮ信号を出力する。

コントローラ８は、光学センサ７Ａ，７Ｂの検出信号に基づいて移動駆動部６を制御する。コントローラ８による制御処理手順の詳細を図２に示す。なお、本処理は、帯状電極２の搬送中に実行される。

図２において、まず光学センサ７Ａ，７Ｂの検出信号を取得する（手順Ｓ１０１）。そして、光学センサ７Ａ，７Ｂの何れかの検出信号がＯＮ信号であるかを判断することにより、金属箔４に形成された活物質層５に異物Ｐが付着しているかどうかを判断する（手順Ｓ１０２）。

光学センサ７Ａ，７Ｂの検出信号が何れもＯＦＦ信号である、つまり活物質層５に異物Ｐが付着していないときは、プレスロール３Ａ，３Ｂ同士を近接させてプレスロール３Ａ，３Ｂのプレス圧（プレス荷重）を活物質層５に対して付加するように、移動駆動部６を制御する（手順Ｓ１０３）。これにより、図１に示すように、帯状の金属箔４の両面に形成された活物質層５がプレスロール３Ａ，３Ｂにより所定のプレス圧でプレスされる。従って、活物質層５の密度が高くなる。

一方、光学センサ７Ａ，７Ｂの検出信号がＯＮ信号である、つまり活物質層５に異物Ｐが付着しているときは、プレスロール３Ａ，３Ｂ同士を離間させて活物質層５に対するプレスロール３Ａ，３Ｂのプレス圧を開放するように、移動駆動部６を制御する（手順Ｓ１０４）。このとき、帯状電極２の搬送速度を一定に保ったまま、プレスロール３Ａ，３Ｂのプレス圧を開放する。ここでいうプレス圧の開放とは、プレス圧をゼロにするということである。これにより、図３に示すように、異物Ｐが付着した活物質層５は、プレスロール３Ａ，３Ｂによりプレスされること無く、そのまま搬送されることになる。

以上において、コントローラ８及び移動駆動部６は、異物検出手段（光学センサ７Ａ，７Ｂ）により活物質層５に異物が存在していることが検出されたときに、プレスロール３Ａ，３Ｂのプレス圧を開放するように制御する制御手段を構成している。

プレス工程の終了後には、帯状電極２の外観を検査する外観検査工程が実施される。外観検査工程では、例えばカメラを用いた画像処理によって不良品が検出される。このとき、異物Ｐが付着している活物質層５には、不良品マークが付与される。

その後、打ち抜き工程が実施される。打ち抜き工程では、活物質層５が形成された金属箔４を所定の形状に打ち抜くことで、電極を形成する。このとき、不良品マークが付与された電極は、不良品として廃棄処理される。

以上のように本実施形態にあっては、金属箔４に形成された活物質層５に異物Ｐが付着しているか否かを光学センサ７Ａ，７Ｂにより検出し、活物質層５に異物Ｐが付着しているときは、プレスロール３Ａ，３Ｂのプレス圧を開放するので、活物質層５に付着した異物Ｐがプレスロール３Ａ，３Ｂによりプレスされることが回避される。これにより、プレスロール３Ａ，３Ｂに局所的に大きな荷重が加わることが防止されるため、プレスロールへ３Ａ，３Ｂへの圧痕の発生を防ぐことができる。その結果、活物質層５の膜厚が不均一になることを防止し、ひいては電極の膜厚が不均一になることを防止できる。また、プレスロール３Ａ，３Ｂを頻繁に交換しなくて済むため、メンテナス費用を抑えることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、帯状電極２の搬送速度を一定速度に確保した状態で、プレスロール３Ａ，３Ｂのプレス圧を開放しているが、プレスロール３Ａ，３Ｂのプレス圧が下がるのに時間がかかるような場合には、必要に応じて帯状電極２の搬送速度を下げても良い。

また、上記実施形態では、金属箔４に形成された活物質層５に異物Ｐが付着しているかどうかを光学センサ７Ａ，７Ｂにより光学的に検出しているが、活物質層５に異物Ｐが付着しているかどうかを検出する手段としては、特に光学センサ７Ａ，７Ｂには限られず、例えばカメラ、超音波センサ及びＸ線センサ等を用いても良い。

また、上記実施形態は、帯状の金属箔４に電極ペーストを間欠塗布することで所定間隔をもって形成された活物質層５をプレスする装置であるが、本発明は、帯状の金属箔４に電極ペーストを連続塗布することで連続的に形成された活物質層５をプレスする装置にも適用可能である。

さらに、上記実施形態は、帯状の金属箔４の表裏両面に形成された活物質層５をプレスする装置であるが、本発明は、帯状の金属箔４の一面のみに形成された活物質層５をプレスする装置にも適用可能である。

また、上記実施形態は、帯状の金属箔４に形成された活物質層５を１対（２つ）のプレスロール３Ａ，３Ｂによりプレスする装置であるが、本発明は、帯状の金属箔４に形成された活物質層５を３つ以上のプレスロールによりプレスする装置にも適用可能である。

また、上記実施形態は、リチウムイオン二次電池等の二次電池の電極を製造する工程において使用される装置であるが、本発明は、特に二次電池には限られず、例えば電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等の蓄電装置の電極を製造する工程において使用される装置にも適用可能である。

１…ロールプレス装置、３Ａ，３Ｂ…プレスロール、４…金属箔、５…活物質層、６…移動駆動部（制御手段）、７Ａ，７Ｂ…光学センサ（異物検出手段）、８…コントローラ（制御手段）、Ｐ…異物。

Claims (1)

1. 帯状の金属箔に形成された活物質層を複数のプレスロールによりプレスするロールプレス装置において、
   前記活物質層に異物が存在しているかどうかを検出する異物検出手段と、
   前記異物検出手段により前記活物質層に異物が存在していることが検出されたときに、前記プレスロールのプレス圧を開放するように制御する制御手段とを備えることを特徴とするロールプレス装置。

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