JP2015213876A

JP2015213876A - 塗工方法

Info

Publication number: JP2015213876A
Application number: JP2014098303A
Authority: JP
Inventors: 昌人小島; Masato Kojima
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2014-05-12
Filing date: 2014-05-12
Publication date: 2015-12-03
Anticipated expiration: 2034-05-12
Also published as: JP6349939B2

Abstract

【課題】基材に電極ペーストを塗工する際の電極ペーストの厚さを安定化できる塗工方法を提供する。
【解決手段】金属箔６に電極ペーストＰを塗工する塗工工程を備えた塗工方法であって、塗工工程は、コーティングロール３上に供給した電極ペーストＰを金属箔６に塗工する本塗工工程と、本塗工工程の実施に先立って、電極ペーストＰを金属箔６に塗工する際の条件の調整を行う本塗工準備工程と、を有し、本塗工準備工程においてコーティングロール３を回転させると共に、当該コーティングロール３の回転を本塗工工程の開始に至るまで継続させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、基材に電極ペーストを塗工する塗工方法に関する。

従来、例えば蓄電装置に用いる電極の製造方法には、金属箔などの基材に電極ペーストを塗工する塗工工程が含まれている。塗工工程で用いられる塗工装置は、例えば電極ペーストを貯留するダムと、ダムから電極ペーストの供給を受けながら回転するコーティングロールと、コーティングロールとの間で形成される吐出口から吐出される電極ペーストの厚さを調整するコンマロールと、基材を送りながらコーティングロール上の電極ペーストに接触させるバックロールと、を備えて構成される（例えば特許文献１参照）。

特開平９−９９２６９号公報

塗工装置を運転させる際には、例えば吐出口のギャップ調整やバックロールで送られる基材の張力調整といった運転準備が必要となる。一般に、運転準備の段階ではコーティングロールが停止しているため、自重などの影響によってコーティングロール上に留まっていた電極ペーストに盛り上がり部分が生じることがある。このような電極ペーストの盛り上がり部分が生じた状態で塗工装置の運転を開始すると、盛り上がり部分も含めて基材への電極ペーストの転写がなされ、その後の乾燥工程において盛り上がり部分の乾燥不良が発生してしまうおそれがある。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、基材に電極ペーストを塗工する際の電極ペーストの厚さを安定化できる塗工方法を提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明に係る塗工方法は、基材に電極ペーストを塗工する塗工工程を備えた塗工方法であって、塗工工程は、コーティングロール上に供給した電極ペーストを基材に塗工する本塗工工程と、本塗工工程の実施に先立って、電極ペーストを基材に塗工する際の条件の調整を行う本塗工準備工程と、を有し、本塗工準備工程においてコーティングロールを回転させると共に、当該コーティングロールの回転を本塗工工程の開始に至るまで継続させる。

この塗工方法では、本塗工準備工程においてコーティングロールを回転させると共に、当該コーティングロールの回転を本塗工工程の開始に至るまで継続させる。コーティングロールの回転を継続させることで、コーティングロール上の電極ペーストに厚さの盛り上がり部分が生じることを防止できると共に、本塗工工程を実施する際の電極ペーストの厚さを安定化できる。

また、塗工工程の実施に先立って、電極ペーストを基材に塗工する際の条件出しを行う条件出し工程を更に備え、条件出し工程は、電極ペーストを基材に塗工する際の条件の調整を行う測定用準備工程と、測定用準備工程で設定された条件下で電極ペーストを基材に塗工する測定用塗工工程と、測定用塗工工程で基材に塗工された電極ペーストの塗工状態を測定する測定工程と、を有し、少なくとも測定工程においてコーティングロールを回転させると共に、当該コーティングロールの回転を本塗工準備工程の開始に至るまで継続させてもよい。

このように、条件出し工程において少なくとも測定工程においてコーティングロールを回転させると共に、当該コーティングロールの回転を本塗工準備工程の開始に至るまで継続させることで、本塗工工程を実施する際の電極ペーストの厚さの安定化に加え、電極ペーストの幅の安定化を実現できる。

また、測定用準備工程においてコーティングロールを回転させると共に、当該コーティングロールの回転を本塗工準備工程の開始に至るまで継続させてもよい。この場合、本塗工工程を実施する際の電極ペーストの厚さ及び幅を一層確実に安定化できる。

また、本塗工準備工程におけるコーティングロールの回転速度を、本塗工工程における前記コーティングロールの回転速度と等速にしてもよい。この場合、コーティングロールの制御を簡単化できる。

また、本塗工準備工程におけるコーティングロールの回転速度を、本塗工工程におけるコーティングロールの回転速度よりも速くしてもよい。この場合、電極ペーストの厚さが安定化するまでの時間を短縮できる。

また、本塗工準備工程におけるコーティングロールの回転速度を、本塗工工程におけるコーティングロールの回転速度よりも遅くしてもよい。この場合、電極ペーストの厚さが安定化するまでの電極ペーストのロスを低減できる。

本発明によれば、基材に電極ペーストを塗工する際の電極ペーストの厚さを安定化できる。

本発明の一実施形態に係る塗工方法を適用する塗工装置の概略を示す図である。本発明の一実施形態に係る塗工方法のフローチャートである。測定用準備工程及び本塗工準備工程における塗工装置の動作を示す図である。測定用塗工工程及び本塗工工程における塗工装置の動作を示す図である。電極ペーストの厚さの盛り上がり部分を示す図である。電極ペーストの幅の変化の様子を示す図である。コーティングロールの回転時間に対する電極ペーストの厚さの変化の様子を示す図である。コーティングロールの回転時間に対する電極ペーストの幅の変化の様子を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る塗工方法の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る塗工方法を適用する塗工装置の概略を示す図である。同図に示すように、塗工装置１は、例えばダム２と、コーティングロール３と、バックロール４と、コンマロール５とを備えて構成されている。この塗工装置１は、例えばリチウムイオン二次電池といった非水電解質二次電池などの蓄電装置に用いられる電極の製造装置に組み込まれる装置である。塗工装置１は、例えばリバース型のコンマロール方式により、金属箔（基材）６の一面側に電極ペーストＰを所定の塗工幅で塗工する。塗工方式は、連続塗工であっても、間欠塗工であってもよい。

ダム２は、電極ペーストＰを貯留する部分である。ダム２には、不図示の供給管及びポンプ等が接続されており、外部からの電極ペーストＰの供給を受け得るようになっている。ダム２に貯留される電極ペースト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。電極ペースト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。

コーティングロール３は、ダム２から電極ペーストＰの供給を受けながら回転するロールである。コーティングロール３の回転により、ダム２から供給された電極ペーストＰが所定の塗工幅Ｗで吐出口Ｋから吐出される。また、バックロール４は、コーティングロール３に隣接して配置され、金属箔６を所定の方向に送りながらコーティングロール３上の電極ペーストＰに接触させるロールである。

コーティングロール３の駆動及びバックロール４の駆動は、不図示の制御手段によって制御される。制御手段により、バックロール４は、金属箔６をコーティングロール３の周面３ａに接触させる進出位置と、金属箔６をコーティングロール３の周面３ａから離間させる退避位置との間で駆動する。かかるコーティングロール３及びバックロール４の協働により、吐出口Ｋから吐出された電極ペーストＰが金属箔６に塗工幅Ｗで転写される。

コンマロール５は、吐出口Ｋから吐出される電極ペーストＰの厚さを調整するロールである。コンマロール５の周面５ａには、軸方向に沿って段差部５ｂが形成されている。コンマロール５は、段差部５ｂの先端側がコーティングロール３側を向くようにコーティングロール３の上方に配置され、段差部５ｂとコーティングロール３の周面３ａとによって電極ペーストＰの吐出口Ｋが形成される。コーティングロール３に対するコンマロール５の上下位置を変え、段差部５ｂの先端とコーティングロール３の周面３ａとの間隔を変更することで、吐出口Ｋのギャップ（すなわち、金属箔６に転写される電極ペーストＰの厚さ）が調整される。

また、コーティングロール３の下部には、ブレード７が配置されている。ブレード７は、バックロール４によってコーティングロール３と金属箔６とが接する位置に対してコーティングロール３の回転方向の前方においてコーティングロール３の周面３ａに当接し、金属箔６に転写されずにコーティングロール３の周面３ａに残った電極ペーストＰを除去する。

続いて、上述した塗工装置１を用いた電極ペーストＰの塗工方法について説明する。図２に示すように、この塗工方法は、例えば電極ペーストＰを金属箔６に塗工する塗工工程と、塗工工程に先立って電極ペーストＰを金属箔６に塗工する際の条件出しを行う条件出し工程とを備えている。

条件出し工程は、例えば電極ペーストＰを金属箔６に塗工する際の条件の調整を行う測定用準備工程（ステップＳ０１）と、測定用準備工程で設定された条件下で電極ペーストＰを金属箔６に塗工する測定用塗工工程（ステップＳ０２）と、測定用塗工工程で金属箔６に塗工された電極ペーストＰの塗工状態を測定する測定工程（ステップＳ０３）とを有している。また、塗工工程は、本塗工工程の実施に先立って電極ペーストＰを金属箔６に塗工する際の条件の調整を行う本塗工準備工程（ステップＳ０４）と、本塗工準備工程で設定された条件下で電極ペーストＰを金属箔６に塗工する本塗工工程（ステップＳ０５）とを有している。

測定用準備工程では、電極ペーストＰを金属箔６に塗工する際の条件として、例えば吐出口Ｋのギャップ調整、及びバックロール４で送られる金属箔６の張力調整を行う。測定用準備工程に要する時間は、例えば２０秒〜３０秒程度である。測定用準備工程では、図３に示すように、バックロール４を退避位置に位置させた状態で、コーティングロール３の回転を行う。コーティングロール３の回転に伴って吐出口Ｋから吐出される電極ペーストＰは、金属箔６には転写されずにブレード７によって除去される。

測定用準備工程におけるコーティングロール３の回転は、測定用準備工程の全期間にわたって継続し、コーティングロール３を回転させたまま後続の測定用塗工工程に移行する。測定用準備工程におけるコーティングロール３の回転速度は、例えば測定用塗工工程におけるコーティングロール３の回転速度と等速に設定する。これにより、コーティングロール３の制御を簡単化できる。

測定用塗工工程では、図４に示すように、バックロール４を進出位置に位置させた状態で、コーティングロール３の回転を行う。これにより、コーティングロール３上の電極ペーストＰが金属箔６に転写される。測定用塗工工程に後続する測定工程では、図３に示すように、バックロール４を再び退避位置に位置させ、電極ペーストＰの塗工状態として、例えば金属箔６に転写された電極ペーストＰの厚さ及び幅を測定する。

測定工程においても、その全期間にわたってコーティングロール３の回転を継続し、コーティングロール３を回転させたまま後続の塗工工程に移行する。測定工程でコーティングロール３の回転を継続することで、電極ペーストＰが乾燥してしまうことを防止できる。測定工程におけるコーティングロール３の回転速度は、例えば測定用塗工工程におけるコーティングロール３の回転速度と等速に設定する。測定用準備工程から測定工程までに要する時間は、例えば１０分程度である。

本塗工準備工程は、測定工程での測定結果に基づいて、電極ペーストＰを金属箔６に塗工する際の条件として、例えば吐出口Ｋのギャップ調整、及びバックロール４で送られる金属箔６の張力調整を行う。本塗工準備工程に要する時間は、例えば２０秒〜３０秒程度である。本塗工準備工程では、図３に示すように、バックロール４を退避位置に位置させた状態で、コーティングロール３の回転を行う。コーティングロール３の回転に伴って吐出口Ｋから吐出される電極ペーストＰは、金属箔６には転写されずにブレード７によって除去される。

本塗工準備工程におけるコーティングロール３の回転は、本塗工準備工程の全期間にわたって継続し、コーティングロール３を回転させたまま後続の本塗工工程に移行する。本塗工準備工程におけるコーティングロール３の回転速度は、例えば本塗工工程におけるコーティングロール３の回転速度と等速に設定する。これにより、コーティングロール３の制御を簡単化できる。

本塗工工程では、図４に示すように、バックロール４を進出位置に位置させた状態で、コーティングロール３の回転を行う。これにより、コーティングロール３上の電極ペーストＰが金属箔６に転写される。本塗工工程の後、電極ペーストＰを乾燥させる乾燥工程を実施し、金属箔６の裏面側についても上述した塗工方法を実施することにより、蓄電装置に用いられる電極が得られる。

従来の塗工方法では、本塗工準備工程に相当する工程においてコーティングロールを停止させていたため、自重などの影響によってコーティングロール上に留まっていた電極ペーストに盛り上がり部分が生じることがあった。このような電極ペーストの盛り上がり部分が生じた状態で塗工装置の運転を開始すると、例えば図５に示すように、盛り上がり部分Ｐａも含めて金属箔６への電極ペーストＰの転写がなされ、その後の乾燥工程において盛り上がり部分Ｐａの乾燥不良が発生してしまうおそれがある。この場合、金属箔６の裏面側に更に電極ペーストＰを塗工する際、盛り上がり部分Ｐａの未乾燥部分がバックロール４等に当たることで、ロールへの貼り付きなどが生じ、歩留まりが低下してしまうことが考えられる。

また、コーティングロール３の回転初期は、金属箔６に転写された電極ペーストＰの塗工幅が安定し難いという問題もある。電極ペーストＰの初期の塗工幅Ｗ_０は、例えば図６に示すように、所望の塗工幅Ｗに比べて大きくなり、コーティングロール３の回転を開始してからの時間の経過と共に徐々に塗工幅Ｗに近づいていく傾向が見られる場合がある。塗工幅Ｗが安定するまでの時間（塗工幅がＷ_０からＷに変化するまでの時間）は、電極ペーストＰの粘度などに依存し、蓄電装置に用いる電極ペーストＰでは少なくとも１０分程度は要すると考えられる。

このような問題に対し、この塗工方法では、本塗工準備工程においてコーティングロール３を回転させると共に、当該コーティングロール３の回転を本塗工工程の開始に至るまで継続させる。コーティングロール３の回転を継続させることで、コーティングロール３上の電極ペーストＰに厚さの盛り上がり部分が生じることを防止できると共に、本塗工工程を実施する際の電極ペーストＰの厚さを安定化できる。

また、この塗工方法では、塗工工程に先立つ条件出し工程において、少なくとも測定用工程でコーティングロール３を回転させると共に、当該コーティングロール３の回転を本塗工準備工程の開始に至るまで継続させる。このように、条件出し工程においてコーティングロール３を回転させると共に、当該コーティングロール３の回転を本塗工準備工程の開始に至るまで継続させることで、本塗工工程を実施する際の電極ペーストＰの厚さの安定化に加え、電極ペーストＰの幅の安定化を実現できる。

図７は、コーティングロールの回転時間に対する電極ペーストの厚さの変化の様子を示す図である。当該データは、例えば粘度が４０００ｍＰａ・ｓ〜１２０００ｍＰａ・ｓの電極ペーストＰについて、コーティングロール３の回転時間に対するコーティングロール３上の電極ペーストＰの厚さの変化をプロットしたものである。電極ペーストＰの厚さは、安定化後の厚さを１００％としている。

同図に示すように、コーティングロール３の回転初期では、電極ペーストＰの厚さが約１２０％となっており、電極ペーストＰに厚さの盛り上がり部分が生じていることが分かる。一方、電極ペーストＰの厚さは、コーティングロール３の回転時間の経過と共に急速に減少し、回転時間０．２５分では約１１０％となる。電極ペーストＰの厚さは、回転時間０．５分以降では約１００％で安定する。したがって、上述したように、本塗工準備工程においてコーティングロール３を回転させると共に、当該コーティングロール３の回転を本塗工工程の開始に至るまで継続させることで、電極ペーストＰの厚さを十分に安定化できる。

また、図８は、電極ペーストの一例について、コーティングロールの回転時間に対する電極ペーストの幅の変化の様子を示す図である。電極ペーストＰの幅は、安定化後の厚さを１００％としている。電極ペーストＰについて、溶媒が水にて粘度が４０００ｍＰａ・ｓ〜１２０００ｍＰａ・ｓの範囲にある場合、あるいは、溶媒がＮＭＰにて粘度が４０００ｍＰａ・ｓ〜１２０００ｍＰａ・ｓの範囲にある場合は、値に多少の変動はあるが、同様の傾向を示す。

同図に示すように、コーティングロール３の回転初期では、電極ペーストＰの幅は約１３０％となっており、回転時間０．２５分では約１２４％、回転時間０．５分では約１２０％となっている。その後、回転時間の経過と共に電極ペーストＰの幅が緩やかに減少し、回転時間１０分以降では約１００％で安定する。したがって、上述したように、測定用準備工程においてコーティングロール３を回転させると共に、当該コーティングロール３の回転を本塗工準備工程の開始に至るまで継続させることで、電極ペーストＰの幅を十分に安定化できる。

本発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば上述した実施形態では、本塗工準備工程におけるコーティングロール３の回転速度を、本塗工工程におけるコーティングロール３の回転速度と等速に設定しているが、本塗工準備工程におけるコーティングロール３の回転速度を、本塗工工程におけるコーティングロール３の回転速度よりも速くしてもよい。この場合、電極ペーストＰの厚さ及び幅が安定化するまでの時間を短縮できる。また、本塗工準備工程におけるコーティングロール３の回転速度を、本塗工工程におけるコーティングロール３の回転速度よりも遅くしてもよい。この場合、電極ペーストＰの厚さ及び幅が安定化するまでの電極ペーストＰのロスを低減できる。

また、この塗工方法では、条件出し工程（ステップＳ０１〜ステップＳ０３）を複数回実施してもよい。この場合、電極ペーストＰの厚さ及び幅を一層確実に安定化できる。条件出し工程を複数回実施する場合には、最終回の条件出し工程のみで測定用準備工程からのコーティングロール３の回転の継続を実施するようにしてもよい。

３…コーティングロール、６…金属箔（基材）、Ｐ…電極ペースト。

Claims

基材に電極ペーストを塗工する塗工工程を備えた塗工方法であって、
前記塗工工程は、
コーティングロール上に供給した前記電極ペーストを前記基材に塗工する本塗工工程と、
前記本塗工工程の実施に先立って、前記電極ペーストを前記基材に塗工する際の条件の調整を行う本塗工準備工程と、を有し、
前記本塗工準備工程において前記コーティングロールを回転させると共に、当該コーティングロールの回転を前記本塗工工程の開始に至るまで継続させる塗工方法。
前記塗工工程の実施に先立って、前記電極ペーストを前記基材に塗工する際の条件出しを行う条件出し工程を更に備え、
前記条件出し工程は、
前記電極ペーストを前記基材に塗工する際の条件の調整を行う測定用準備工程と、
前記測定用準備工程で設定された条件下で前記電極ペーストを前記基材に塗工する測定用塗工工程と、
前記測定用塗工工程で前記基材に塗工された前記電極ペーストの塗工状態を測定する測定工程と、を有し、
少なくとも前記測定工程において前記コーティングロールを回転させると共に、当該コーティングロールの回転を前記本塗工準備工程の開始に至るまで継続させる請求項１記載の塗工方法。
前記測定用準備工程において前記コーティングロールを回転させると共に、当該コーティングロールの回転を前記本塗工準備工程の開始に至るまで継続させる請求項２記載の塗工方法。
前記本塗工準備工程における前記コーティングロールの回転速度を、前記本塗工工程における前記コーティングロールの回転速度と等速にする請求項１〜３のいずれか一項記載の塗工方法。
前記本塗工準備工程における前記コーティングロールの回転速度を、前記本塗工工程における前記コーティングロールの回転速度よりも速くする請求項１〜３のいずれか一項記載の塗工方法。
前記本塗工準備工程における前記コーティングロールの回転速度を、前記本塗工工程における前記コーティングロールの回転速度よりも遅くする請求項１〜３のいずれか一項記載の塗工方法。