JP2015210923A - 電極材料の検査装置及び電極材料の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】巻取リールに巻き取られた電極材料において、マークが露出部に転写されることを抑制することができる電極材料の検査装置及び電極材料の検査方法を提供すること。【解決手段】検査装置３０は、電極材料２７を巻取リール３１に巻き取りながら搬送し、塗工部２５の不良部Ｋが検出されると、塗工部２５での不良部Ｋの位置を識別可能とするマーク４０を露出部Ｍに付すように構成されている。検査装置３０は、電極材料２７の搬送方向Ｙにおけるマーク４０を付す位置より下流で、かつ巻取リール３１より上流に配置された第２搬送ローラ３３を有する。第２搬送ローラ３３は、露出部Ｍに付されたマーク４０を加熱するヒータ３７を内蔵する。【選択図】図６

Description

本発明は、塗工部の不良部が検出されると、塗工部での不良部の位置を識別可能とするマークを露出部に付すように構成された電極材料の検査装置、及び電極材料の検査方法に関する。

二次電池やキャパシタのような蓄電装置は再充電が可能であり、繰り返し使用することができるため電源として広く利用されている。二次電池として、正極用のシート状の電極及び負極用のシート状の電極が、間にセパレータが介在する状態で積層された積層型の電極組立体を備えたものがある。このような電極組立体の電極では、一例として、長尺状の金属箔上に、ペースト状の活物質合剤を塗工し、活物質合剤の層（塗工部）と、活物質合剤が塗工されずに金属箔の露出した露出部と、を有する電極材料を形成する。その後、塗工部をプレスし、乾燥させ、活物質層を形成する。そして、電極材料を長手方向に沿って等間隔おきにカットして短冊状とした後、各短冊を活物質層及びタブを含む電極形状に打ち抜くことにより電極が製造される。

ところで、正極及び負極の電極は、その活物質層に欠落部や厚みの薄い部位といった不良部が存在すると、その不良部が二次電池の電気特性に影響を与えてしまう。このため、電極の製造工程では、活物質合剤が塗工された後、その活物質合剤の層を検査して不良部の有無を検出し、不良部が検出された場合は、塗工よりも後工程で、その不良部のある短冊を電極形状に打ち抜かずにそのまま取り除くようにしている。不良部のある短冊を取り除く際、その短冊を識別できるようにするため、電極材料の露出部にはマークが付される。このマークを付す方法としては、黒色や青色のマーカーによりマークを付す方法がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２６６８５２号公報

不良部の有無の検出を行う方法の一例として、電極材料を巻取リールに巻き取りながら搬送する中で行う方法がある。この方法では、巻取リールに電極材料が巻き取られていくうちに、マークの付された露出部に、新たに巻き取られた露出部が重ねられてしまい、マークが乾燥していない場合には、重ねられた露出部にマークが転写されてしまう。

本発明は、上記従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、巻取リールに巻き取られた電極材料において、マークが露出部に転写されることを抑制することができる電極材料の検査装置及び電極材料の検査方法を提供することにある。

上記問題点を解決するための電極材料の検査装置は、長尺金属箔と、前記長尺金属箔の少なくとも一面に設けられた活物質の塗工部と、前記塗工部が設けられず長尺金属箔の露出した露出部と、を有する電極材料を巻取リールに巻き取りながら搬送し、前記塗工部の不良部が検出されると、塗工部での不良部の位置を識別可能とするマークを前記露出部に付すように構成された電極材料の検査装置において、前記電極材料の搬送方向における前記マークを付す位置より下流で、かつ前記巻取リールより上流に配置された搬送ローラを有し、前記搬送ローラは前記露出部に付されたマークを加熱する熱源を有することを要旨とする。

また、上記問題点を解決するための電極材料の検査方法は、長尺金属箔と、前記長尺金属箔の少なくとも一面に設けられた活物質の塗工部と、前記塗工部が設けられず長尺金属箔の露出した露出部と、を有する電極材料を巻取リールに巻き取りながら搬送し、前記塗工部の不良部が検出されると、塗工部での不良部の位置を識別可能とするマークを前記露出部に付す検査工程と、前記電極材料の搬送方向における前記マークを付す位置より下流で、かつ前記巻取リールより上流に配置された搬送ローラによって前記マークを加熱し、乾燥させるマーク乾燥工程と、を有することを要旨とする。

これによれば、マークが付された電極材料は、巻取リールに巻き取られる前に搬送ローラに支持された状態で搬送されていく。このとき、搬送ローラの熱源からの熱が、搬送ローラに接触した露出部に伝わり、露出部に付されたマークが加熱される。このため、マークの付された部分が巻取リールに巻き取られる前に、マークを乾燥させることができる。よって、巻取リールへの電極材料の巻き取りにより、マークに露出部が重ねられても、その重ねられた露出部にマークが転写されることが抑制される。そして、マークを加熱し、乾燥させるための熱源を、電極材料を搬送する搬送ローラに設けた。電極材料の検査装置において、搬送ローラは電極材料を弛ませずに搬送するために必要な部品であり、この必要な搬送ローラに熱源を設けた。よって、既存の部品を有効利用することで、検査装置の部品点数を増やすことなくマークを乾燥させることができる。

また、電極材料の検査装置において、前記電極材料において、前記長尺金属箔の面に沿い、かつ長手方向に直交した方向を短手方向とすると、前記電極材料は、前記短手方向の両側に、前記塗工部を挟んで露出部を有し、前記搬送ローラは、前記塗工部を支持する塗工部用ローラと、搬送ローラの軸方向の両側に配置され、かつ露出部を支持する露出部用ローラを有し、前記露出部用ローラに熱源を有する。

これによれば、露出部用ローラによって露出部だけを直接加熱することができる。よって、例えば、搬送ローラの軸方向全体に亘って熱源が設けられた場合と異なり、塗工部が熱源によって直接加熱されることを無くすことができる。

また、電極材料の検査方法について、前記マークは、油性マーカーによって前記露出部に付されてもよい。
これによれば、搬送ローラの熱源によってマークを加熱することができるため、油性マーカーを用いることが可能になる。そして、油性マーカーでマークを付すことで、マークを消えにくくすることができる。

本発明によれば、巻取リールに巻き取られた電極材料において、マークが露出部に転写されることを抑制することができる。

電極を示す斜視図。 （ａ）は塗工乾燥装置を模式的に示す図、（ｂ）は検査装置を模式的に示す図。 不良部を識別するため、マークを付した状態を模式的に示す部分斜視図。 搬送ローラを示す斜視図。 搬送ローラによって電極材料を搬送する状態を示す部分断面図。 搬送ローラによって電極材料を搬送する状態を示す部分斜視図。 巻取リールに電極材料が巻き取られた状態を示す部分断面図。

以下、電極材料の検査装置及び検査方法を具体化した一実施形態を図１〜図７にしたがって説明する。
まず、電極材料を用いて形成された電極を有する蓄電装置について説明する。蓄電装置としての二次電池は、図示しないが、外観が角型をなす角型電池であり、リチウムイオン電池である。二次電池は、ケース内に電極組立体を備える。電極組立体は、複数の正極の電極と、複数の負極の電極とが、両者の間を絶縁した状態で交互に積層されて構成されている。

次に、電極について説明する。
図１に示すように、正極及び負極の電極１０は、それぞれ矩形状の金属箔１１（正極はアルミニウム箔、負極は銅箔）の両面に活物質層１２を備える。また、電極１０は、金属箔１１の一辺に沿って活物質層１２の設けられていない未塗工部１３を有するとともに、未塗工部１３の一辺から突出するタブ１４を有する。

次に、電極１０の製造方法について説明する。
電極１０の製造方法は、塗布工程と、前乾燥工程と、検査工程と、マーク乾燥工程と、プレス工程と、乾燥工程と、打ち抜き工程と、を有する。

図２（ａ）に示すように、塗布工程、及び前乾燥工程は塗工乾燥装置２０で行われる。塗工乾燥装置２０は、長尺金属箔２１が長手方向に巻装された供給リール２２を備える。なお、長尺金属箔２１は、電極１０の金属箔１１を形成する材料である。供給リール２２は、支持機構によって回転可能に支持されている。供給リール２２は、長尺金属箔２１が巻装される円柱状のリール本体２２ａと、リール本体２２ａの軸方向両端に設けられ、リール本体２２ａより大径の円盤状のフランジ２２ｂと、を有する。

また、塗工乾燥装置２０は、供給リール２２から繰り出された長尺金属箔２１を巻き取りながら回収する回収リール２３を備え、回収リール２３は、支持機構によって回転可能に支持されている。回収リール２３は、長尺金属箔２１を巻き取る円柱状のリール本体２３ａと、リール本体２３ａの軸方向両端に設けられ、リール本体２３ａより大径の円盤状のフランジ２３ｂと、を有する。そして、供給リール２２から繰り出された長尺金属箔２１が、回収リール２３に巻き取られることで、長尺金属箔２１は搬送方向Ｘに搬送されるようになっている。

塗工乾燥装置２０は、塗工装置２４を有する。塗工装置２４の吐出口（図示せず）は、長尺金属箔２１の上方において、長尺金属箔２１の一方の面に対向配置されている。そして、塗布工程では、塗工装置２４の吐出口から活物質合剤が連続的に吐出され、供給リール２２から繰り出された長尺金属箔２１の片面には活物質合剤が、長尺金属箔２１の長手方向に連続して塗布される。すると、長尺金属箔２１の一方の面には活物質合剤の層によって塗工部２５が形成される。なお、活物質合剤は、活物質、導電助剤、及びバインダ（結着剤）を混合し、溶媒を添加して混練したペースト状のものである。

また、図３に示すように、塗布工程では、長尺金属箔２１の面に沿い、かつ長手方向に直交する短手方向において、塗工部２５の両側には活物質合剤は塗布されず、長尺金属箔２１の短手方向の両側に露出部Ｍが形成される。そして、長尺金属箔２１と、塗工部２５と、露出部Ｍとを有する電極材料２７が形成される。

図２（ａ）に示すように、塗工乾燥装置２０は乾燥機構２６を有し、乾燥機構２６は、熱源からの熱によって塗工部２５を前乾燥させる乾燥機２６ａを備える。そして、前乾燥工程は、乾燥機構２６で行われる。

次に、検査工程を行う検査装置３０について説明する。
図２（ｂ）に示すように、検査装置３０は、回収リール２３の支持機構を有し、塗布工程及び前乾燥工程を経た電極材料２７を巻き取った回収リール２３は、支持機構によって回転可能に支持される。検査装置３０は、検査後の電極材料２７を巻き取る巻取リール３１を有し、巻取リール３１は支持機構によって回転可能に支持されている。なお、巻取リール３１は、電極材料２７を巻き取る円柱状のリール本体３１ａと、リール本体３１ａの軸方向両端に設けられた円盤状のフランジ３１ｂと、を有する。そして、回収リール２３から繰り出された電極材料２７が、巻取リール３１に巻き取られることで、電極材料２７は搬送方向Ｙに搬送されるようになっている。

検査装置３０は、搬送される電極材料２７に張りを与えつつ支持する第１搬送ローラ３２及び第２搬送ローラ３３を有する。第１搬送ローラ３２及び第２搬送ローラ３３は、支持機構には支持されず、搬送される電極材料２７に連れ回りする。電極材料２７の搬送方向Ｙに沿って、上流側（回収リール２３側）から２つの第１搬送ローラ３２が配設され、次に、第１搬送ローラ３２よりも下流側（巻取リール３１側）に２つの第２搬送ローラ３３が配設されている。そして、回収リール２３から上方に向けて繰り出された電極材料２７は、１つ目の第１搬送ローラ３２によって、若干下方へ向きを変更された後、２つ目の第１搬送ローラ３２によって、水平方向へ搬送されるように向きを変更される。さらに、１つ目の第２搬送ローラ３３によって、下方へ向きを変更された後、２つ目の第２搬送ローラ３３によって、巻取リール３１に向けて向きを変更されている。

図３に示すように、第１搬送ローラ３２は円柱状であり、軸方向への長さが電極材料２７（長尺金属箔２１）の短手方向への長さより若干長く、第１搬送ローラ３２によって電極材料２７の短手方向の全体を支持する。

図４に示すように、第２搬送ローラ３３は、円柱状の塗工部用ローラ３４と、塗工部用ローラ３４の軸方向の両端に配置された円柱状の露出部用ローラ３５と、を有する。塗工部用ローラ３４と、露出部用ローラ３５は、支軸３６によって一体化されており、塗工部用ローラ３４と露出部用ローラ３５は一体回転する。塗工部用ローラ３４と露出部用ローラ３５は、同径であり、支軸３６と同軸上に支持されている。塗工部用ローラ３４と、露出部用ローラ３５は、支軸３６の軸方向に離間し、塗工部用ローラ３４と露出部用ローラ３５は直接、熱的に結合されていない。

露出部用ローラ３５には、熱源としてのヒータ３７が内蔵されている。ヒータ３７は電熱線であり、ヒータ３７は露出部用ローラ３５の軸方向に沿って延びるとともに、露出部用ローラ３５の軸方向の両端部で折り返された状態で、露出部用ローラ３５の周方向の全体に亘って配設されている。そして、図示しない電源からヒータ３７に電力を供給することにより、ヒータ３７を発熱させることができる。ヒータ３７が発熱することにより、露出部用ローラ３５の表面（外周面）を加熱可能である。露出部用ローラ３５の表面は、ヒータ３７によって２００〜３００℃まで加熱可能であり、この加熱された露出部用ローラ３５によって露出部Ｍに熱を伝え、露出部Ｍが加熱可能になる。なお、本実施形態では、ヒータ３７には常時電力が供給されており、露出部用ローラ３５は常時加熱されている。

図２（ｂ）に示すように、検査装置３０は、不良検出部３８を有する。不良検出部３８は、電極材料２７の上方であり、かつ搬送方向Ｙにおける１つ目の第１搬送ローラ３２より下流で、２つ目の巻取リール３１より上流に配置されている。そして、不良検出部３８は、水平方向に搬送される前の電極材料２７を検査して、不良部Ｋを検出可能である。本実施形態では、不良検出部３８はカメラであり、塗工部２５を撮像する。不良検出部３８は、塗工部２５に生じた不良部Ｋを検出可能であり、不良部Ｋを検出すると、不良部Ｋが検出されたことを報知する。なお、不良部Ｋとは、塗工部２５に生じた活物質の欠落部や、厚みが所定範囲内から外れた部位のことである。

そして、検査工程では、搬送方向Ｙに搬送される電極材料２７を不良検出部３８で検査し、不良検出部３８によって不良部Ｋが検出された場合、露出部Ｍに油性マーカー３９により、マーク４０を付す。マーク４０は、電極材料２７の短手方向に沿った不良部Ｋの延長線上に付される。油性マーカー３９は、黒色や青色の油性マーカーが使用される。そして、上述の第２搬送ローラ３３は、電極材料２７の搬送方向Ｙにおいて、油性マーカー３９によって露出部Ｍにマーク４０を付す位置より下流で、かつ巻取リール３１より上流に配置されている。

マーク乾燥工程では、電極材料２７が巻取リール３１に巻き取られる前に、第２搬送ローラ３３の露出部用ローラ３５によって露出部Ｍが加熱され、その露出部Ｍに付されたマーク４０が加熱、乾燥される。

そして、図７に示すように、検査工程を経た電極材料２７は、巻取リール３１に巻き取られ、塗工部２５上には、巻き取られた塗工部２５が順に重ねられていき、露出部Ｍ上には、巻き取られた露出部Ｍが順に重ねられていく。

長尺金属箔２１のもう片面にも同様に塗工部２５が塗布された後、プレス工程が行われる。プレス工程では、電極材料２７は、巻取リール３１から繰り出された後、図示しないプレス用巻取リールに巻き取られる。そして、電極材料２７は、プレス用巻取リールに巻き取られる前に、図示しないプレス装置に案内され、所定のプレス荷重でプレスされる。

プレス工程の後、プレス用巻取リールに巻き取られた電極材料２７は、乾燥炉内にプレス用巻取リールごと収容され、乾燥される。そして、打ち抜き工程では、プレス用巻取リールから電極材料２７を繰り出し、電極材料２７を長手方向に沿って等間隔おきにカットして短冊状とする。このとき、不良部Ｋのある短冊は、そのまま取り除く。一方、不良部Ｋの無い短冊は、活物質層１２、未塗工部１３及びタブ１４を含む電極１０の形状に打ち抜くことにより電極１０が製造される。

次に、電極材料２７の検査装置３０及び検査方法の作用を記載する。
図６に示すように、検査装置３０による検査工程において、不良部Ｋが不良検出部３８によって検出された場合、油性マーカー３９によって露出部Ｍにマーク４０が付される。油性マーカー３９によってマーク４０が付された後、電極材料２７は、２つの第２搬送ローラ３３によって搬送されながら巻取リール３１に巻き取られる。マーク乾燥工程では、マーク４０は、２つの第２搬送ローラ３３における露出部用ローラ３５によって加熱され、乾燥する。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）検査装置３０は、ヒータ３７の内蔵された第２搬送ローラ３３を有し、マーク４０の付された電極材料２７を第２搬送ローラ３３で搬送する際、ヒータ３７からの熱によってマーク４０を加熱し、乾燥させることができる。このため、露出部Ｍが巻取リール３１に巻き取られ、マーク４０の上に新たに露出部Ｍが重ねられても、その重ねられた露出部Ｍにマーク４０が転写されることを抑制できる。よって、マーク４０が、不良部Ｋの無い塗工部２５付近の露出部Ｍに転写されてしまうことの発生を抑制できる。

（２）電極材料２７の検査工程では、油性マーカー３９によって露出部Ｍにマーク４０を付すために電極材料２７は弛まず、張りが与えられた状態で搬送され、このために電極材料２７は第１搬送ローラ３２及び第２搬送ローラ３３によって支持される。そして、この第２搬送ローラ３３にヒータ３７を内蔵し、第２搬送ローラ３３によってマーク４０を加熱可能とした。よって、電極材料２７の搬送のために必要な部材を有効利用してマーク４０を乾燥させることができる。

（３）検査装置３０に、ヒータ３７を内蔵した第２搬送ローラ３３を設けたことで、マーク４０を速やかに乾燥させることができる。このため、電極材料２７の巻き取り速度を上げても、マーク４０が露出部Ｍに転写されることが抑制され、電極１０の生産性を上げることが可能になる。

（４）検査装置３０に、ヒータ３７を内蔵した第２搬送ローラ３３を設けたことで、マーク４０を速やかに乾燥させることができる。このため、マーカーとして、自然乾燥では乾燥しにくい油性マーカー３９を使用することが可能になり、マーク４０が消えにくくなる。

（５）第２搬送ローラ３３は、塗工部２５を支持する塗工部用ローラ３４と、露出部Ｍを支持する露出部用ローラ３５とを有する。そして、塗工部用ローラ３４と露出部用ローラ３５とは、第２搬送ローラ３３の軸方向に離間している。このため、ヒータ３７の熱は、塗工部用ローラ３４に伝わり難くなっている。よって、塗工部用ローラ３４によって支持された塗工部２５には熱が伝わりにくく、第２搬送ローラ３３で電極材料２７を搬送しても、塗工部２５が熱により劣化しない。

また、露出部用ローラ３５におけるヒータ３７の熱が、塗工部用ローラ３４に伝わり難いため、露出部用ローラ３５を高温に加熱することができ、マーク４０をより早く乾燥させることができる。

（６）第２搬送ローラ３３の露出部用ローラ３５には、全周に亘ってヒータ３７を内蔵した。このため、露出部用ローラ３５の全周をヒータ３７によって加熱することができ、露出部用ローラ３５の周方向のいずれの位置に露出部Ｍが接触しても加熱することができ、マーク４０を適格に加熱し、乾燥させることができる。

（７）マーク４０を乾燥させるために、２つの第２搬送ローラ３３を設けた。このため、マーク４０は、２度に亘り、第２搬送ローラ３３の露出部用ローラ３５に支持され、加熱されることになり、マーク４０を十分に乾燥させることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、第２搬送ローラ３３の露出部用ローラ３５は常時加熱されていたが、これに限らない。例えば、不良検出部３８によって不良部Ｋが検出された直後に、ヒータ３７に電力を供給して発熱させ、その熱によって露出部用ローラ３５を加熱するようにしてもよい。そして、マーク４０が第２搬送ローラ３３を通過した後は、ヒータ３７への電力供給を停止し、露出部用ローラ３５の加熱を停止させるようにしてもよい。

○ 検査装置３０において、２つの第２搬送ローラ３３のうち、１つを第１搬送ローラ３２に変更してもよいし、第２搬送ローラ３３を増やして３つ以上としてもよい。
○ 検査装置３０において、２つの第１搬送ローラ３２を第２搬送ローラ３３に変更してもよい。

○ 第２搬送ローラ３３は、塗工部用ローラ３４と露出部用ローラ３５とが、軸方向に離間していなくてもよい。
○ 第２搬送ローラ３３に設ける熱源はヒータ３７ではなく、その他のものでもよい。

○ マーク４０は、短手方向の両側の露出部Ｍに付してもよい。
○ 活物質合剤の塗布は、長尺金属箔２１の長手方向に連続して行う連続塗工としたが、活物質合剤を長尺金属箔２１の長手方向に間隔を空けて塗布する間欠塗工としてもよい。この場合、長手方向に沿って塗工部２５と露出部Ｍが交互に形成され、その露出部Ｍにマーク４０が付される。そして、間欠塗工で形成された電極材料２７の検査を行う検査装置３０では、搬送ローラは、軸方向全体に加熱可能となるように熱源が内蔵される。

○ 第２搬送ローラ３３において、軸方向両側の露出部用ローラ３５のうち、片方の露出部用ローラ３５だけにヒータ３７を内蔵してもよい。この場合、ヒータ３７の内蔵された露出部用ローラ３５によって支持される露出部Ｍだけにマーク４０が付される。

○ 電極１０は、金属箔１１の一面だけに活物質層１２を有するものであってもよい。この場合、電極材料２７は、長尺金属箔２１の一面だけに塗工部２５が形成される。
○ 蓄電装置は、ニッケル水素二次電池や、電気二重層キャパシタなどであってもよい。

○ マーカーは水性マーカーでもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記搬送ローラを複数有する電極材料の検査装置。

Ｋ…不良部、Ｍ…露出部、Ｙ…搬送方向、２１…長尺金属箔、２５…塗工部、２７…電極材料、３０…電極材料の検査装置、３１…巻取リール、３３…第２搬送ローラ、３４…塗工部用ローラ、３５…露出部用ローラ、３７…熱源としてのヒータ、３９…油性マーカー、４０…マーク。

Claims (4)

1. 長尺金属箔と、
   前記長尺金属箔の少なくとも一面に設けられた活物質の塗工部と、
   前記塗工部が設けられず長尺金属箔の露出した露出部と、を有する電極材料を巻取リールに巻き取りながら搬送し、
   前記塗工部の不良部が検出されると、塗工部での不良部の位置を識別可能とするマークを前記露出部に付すように構成された電極材料の検査装置において、
   前記電極材料の搬送方向における前記マークを付す位置より下流で、かつ前記巻取リールより上流に配置された搬送ローラを有し、
   前記搬送ローラは前記露出部に付されたマークを加熱する熱源を有することを特徴とする電極材料の検査装置。
2. 前記電極材料において、前記長尺金属箔の面に沿い、かつ長手方向に直交した方向を短手方向とすると、前記電極材料は、前記短手方向の両側に、前記塗工部を挟んで露出部を有し、前記搬送ローラは、前記塗工部を支持する塗工部用ローラと、搬送ローラの軸方向の両側に配置され、かつ露出部を支持する露出部用ローラを有し、前記露出部用ローラに熱源を有する請求項１に記載の電極材料の検査装置。
3. 長尺金属箔と、
   前記長尺金属箔の少なくとも一面に設けられた活物質の塗工部と、
   前記塗工部が設けられず長尺金属箔の露出した露出部と、を有する電極材料を巻取リールに巻き取りながら搬送し、
   前記塗工部の不良部が検出されると、塗工部での不良部の位置を識別可能とするマークを前記露出部に付す検査工程と、
   前記電極材料の搬送方向における前記マークを付す位置より下流で、かつ前記巻取リールより上流に配置された搬送ローラによって前記マークを加熱し、乾燥させるマーク乾燥工程と、を有することを特徴とする電極材料の検査方法。
4. 前記マークは、油性マーカーによって前記露出部に付される請求項３に記載の電極材料の検査方法。