JP2016004756A - プレス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プレスを好適に行うことができるプレス装置を提供すること。【解決手段】プレス装置４０は、電極材料１７の下面側に第１のプレスロール４４と、第３のプレスロール４６を有し、電極材料１７の上面側に第２のプレスロール４５と、第４のプレスロール４７を有する。電極材料１７の積層方向に沿ったプレス装置４０の平面視では、第２のプレスロール４５の径方向に沿った両端部が、電極材料１７を挟んだ反対側の第１のプレスロール４４と第３のプレスロール４６に重なり、第３のプレスロール４６の径方向に沿った両端部が、電極材料１７を挟んだ反対側の第２のプレスロール４５と第４のプレスロール４７に重なっている。【選択図】図４

Description

本発明は、電極材料を塗工部の面に交差する方向からプレスするプレス装置に関する。

蓄電装置の一種である二次電池としては、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池などが知られている。例えば、リチウムイオン二次電池は、ケースを備えるとともに、このケース内に、金属箔に活物質層を備える正極の電極及び負極の電極を積層、又は捲回した電極組立体を備える。各極の電極の製造は、まず、活物質、導電剤、溶媒及びバインダを混合した活物質合剤を、長尺状の金属箔（集電体）の表面に塗布して塗工部を形成するとともに、金属箔と、塗工部とを有する電極材料を形成する。

次に、活物質層の密度を高め、かつ規定の厚みとするために、塗工部をプレスする。その後、電極材料を電極の外形に沿う形状に切断すると、高密度化された塗工部から活物質層が形成されるとともに、金属箔からタブ等が形成されて電極が製造される。

上記のプレス工程は、塗工部を、その面に交差する方向からプレスロールでプレスして行われる（例えば、特許文献１参照）。図５に示すように、特許文献１の製造方法では、金属箔８０の両面に設けられた塗工部８１に対しプレスロール８２によるプレスを二段階に分けて行い、塗工部８１を均一に高密度化するようにしている。

特開２００３−２８８８９７号公報

ところで、特許文献１においては、二回のプレスで塗工部８１を規定の厚みにまで圧縮する必要があるため、一回毎のプレス時には塗工部８１に荷重が集中して加わり、塗工部８１に割れや皺が生じやすい。また、一回目のプレスの後、間隔を空けて二回目のプレスが行われるため、一回目のプレス直後には、プレスされた塗工部８１の厚みが若干戻ってしまう。よって、二回目のプレスでは、戻った厚み分を考慮して塗工部１８に十分な荷重を加えてプレスしなければならず、塗工部８１に割れや皺が生じやすい。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、プレスを好適に行うことができるプレス装置を提供することにある。

上記問題点を解決するためのプレス装置は、長尺状の集電体と、該集電体の少なくとも一面に設けられた活物質合剤の塗工部とを有する電極材料をプレスするプレス装置であり、直線状に支持された状態で搬送される前記電極材料の前記塗工部を、該塗工部の面に交差する方向からプレスするプレス装置であって、前記電極材料の一面側と他面側それぞれに複数のプレスロールを有し、前記複数のプレスロールは前記電極材料の一面側と他面側で同数であり、前記集電体に前記塗工部が重なる方向を前記電極材料の積層方向とすると、前記積層方向に沿った平面視で、各プレスロールの径方向に沿った先端部が、前記電極材料を挟んだ反対側の前記プレスロールに重なっていることを要旨とする。

これによれば、複数のプレスロールが、電極材料の搬送方向に沿って一面側と他面側に交互に配置されつつ、それらプレスロールは、電極材料を挟んで径方向の一部で重なり合っている。このため、電極材料の一面側の一つのプレスロールと共に塗工部をプレスするプレスロールが、他面側に二つ存在し、電極材料の他面側の一つのプレスロールと共に塗工部をプレスするプレスロールが、一面側にも二つ存在することになる。このため、電極材料の搬送方向には、塗工部をプレスする箇所が複数設けられ、プレス時にはプレスロール同士による塗工部のプレスが搬送方向に沿って連続的に行われる。

また、プレス装置について、前記平面視で積層方向に重なる前記プレスロール同士間の隙間は、前記電極材料の搬送方向の上流から下流に向かうに従い徐々に狭くなっているのが好ましい。

これによれば、塗工部に加わる荷重を、搬送方向の下流側に向けて徐々に大きくしていき、塗工部の厚みを徐々に薄くしていくことができる。よって、塗工部に対し、荷重を一度に集中させて加える場合と異なり、塗工部に割れや皺が生じにくい。

また、プレス装置について、前記集電体の一面側と他面側それぞれに２つの前記プレスロールを有する。
これによれば、プレスロールの数を必要最小限として塗工部を連続的にプレスすることができる。

また、プレス装置について、前記プレスロールは全て同じロール径である。
これによれば、プレスロールの配置を調節するだけで、平面視で重なり合うプレスロール同士の隙間を調節することができる。

本発明によれば、プレスを好適に行うことができる。

実施形態の電極を示す斜視図。 電極製造用の生産設備を示す模式図。 プレス装置を模式的に示す側面図。 （ａ）は第１〜第４のプレスロールによるプレスを示す拡大図、（ｂ）はプレス装置の平面図。 背景技術を示す図。

以下、プレス装置を具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
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た積層タイプである。

図１に示すように、二次電池用の電極１０は、矩形状の金属箔１１と、金属箔１１の両面に設けられた矩形状の活物質層１２とを備えている。電極１０は、その一辺に沿って、活物質層１２が設けられず、金属箔１１が露出した未塗工部１２ａを有する。そして、電極１０において、未塗工部１２ａの一部には、集電タブ１４が突出する状態に設けられている。

図２又は図３に示すように、上記構成の電極１０の製造方法は、長尺金属箔１６の片面に活物質合剤を塗布する塗工工程を有する。この塗工工程では、長尺金属箔１６の片面に活物質合剤の塗工部１８が形成され、長尺金属箔１６と塗工部１８とを有する電極材料１７が形成される。また、電極１０の製造方法は、電極材料１７の塗工部１８を乾燥する乾燥工程と、塗工部１８をプレスするプレス工程と、電極材料１７を電極１０の形状に切断する成形工程とを有する。

図２に示すように、電極１０を製造するための生産設備２０は、活物質合剤を長尺金属箔１６に塗布する塗工装置２３と、塗工部１８を乾燥する乾燥装置３０とを有する。なお、活物質合剤には、活物質、導電助剤、バインダ、及び溶媒を混練したものが用いられる。

生産設備２０は、供給ロール２１を有し、この供給ロール２１には、長尺金属箔１６が巻装されている。供給ロール２１は、図示しない支持装置によって回転可能に支持されている。また、生産設備２０は、巻取ロール２２を有し、この巻取ロール２２は、図示しない支持装置によって回転可能に支持されるとともに、一定の回転速度で回転する。さらに、生産設備２０は、長尺金属箔１６を支持する複数の搬送ローラ２９を有する。そして、供給ロール２１から供給された長尺金属箔１６が、巻取ロール２２に巻き取られることにより、長尺金属箔１６は、搬送ローラ２９によって支持されながら搬送方向Ｘ１に沿って搬送される。

塗工装置２３はスリットダイ２３ａを備え、このスリットダイ２３ａの吐出口（図示せず）は、長尺金属箔１６の片面に対向配置されている。なお、塗工装置２３において、活物質合剤の塗工方式は、スリットダイ方式以外でもよい。そして、塗工工程では、スリットダイ２３ａの吐出口から長尺金属箔１６の片面に活物質合剤が連続的に塗布され、長尺金属箔１６の片面には、長尺金属箔１６の長手方向に延びる長尺状の塗工部１８が形成されるとともに、電極材料１７が形成される。

乾燥装置３０は乾燥機３０ａを備え、乾燥機３０ａは熱源からの熱により空気を加熱し、熱風を供給する。そして、乾燥工程では、乾燥機３０ａの内部に供給された熱風により、乾燥機３０ａを通過する長尺金属箔１６上の塗工部１８の乾燥を行う。これにより、活物質合剤に含まれる溶媒が蒸発するとともに、熱によりバインダの硬化が始まり、活物質や導電助剤が相互に固定される。なお、図示しないが、この後、長尺金属箔１６のもう片面にも上記と同様の方法で塗工部１８を形成し、乾燥する。すると、長尺金属箔１６の両面に塗工部１８を有する電極材料１７が形成される。なお、両面に塗工部１８を有する電極材料１７は、電極供給リールに巻き取られる。

図３に示すように、プレス工程は、プレス装置４０によって行われ、電極材料１７の両面に形成された塗工部１８が所定の密度になるまで圧縮される。その後、電極材料１７は、成形工程によって、所定形状に切断され、塗工部１８から活物質層１２が形成されるとともに、塗工部１８以外の部分から未塗工部１２ａ及び集電タブ１４が形成され、電極１０が製造される。

次に、プレス装置４０について説明する。
図３に示すように、プレス装置４０は、電極供給リール４１を有し、この電極供給リール４１は、両面に塗工部１８の形成された電極材料１７を巻き取ったものである。また、プレス装置４０は、電極巻取リール４２を有し、この電極巻取リール４２は、電極供給リール４１から供給された電極材料１７を巻き取る。そして、電極巻取リール４２に電極材料１７が巻き取られることで、電極材料１７は搬送方向Ｘ２に搬送される。

また、プレス装置４０は、二つのテンションローラ４３を有する。二つのテンションローラ４３のうち、搬送方向Ｘ２上流側のテンションローラ４３によって、電極供給リール４１から供給された電極材料１７は、横方向に搬送されるように向きが変更される。さらに、電極材料１７は、搬送方向Ｘ２下流側のテンションローラ４３によって、下方に向かうように向きが変更され、電極巻取リール４２に巻き取られる。

そして、２つのテンションローラ４３の間では、電極材料１７は長手方向が横方向に沿ってほぼ直線状に延び、かつテンションローラ４３によって張りが与えられた状態で搬送される。よって、電極材料１７は、後述のプレスロール４４，４５，４６，４７の周面に巻き掛けられることなく、テンションローラ４３によって張りが与えられた状態のまま搬送方向Ｘ２へ搬送される。

図４（ａ）に示すように、プレス装置４０は、長尺金属箔１６の搬送方向Ｘ２の上流側から下流側に向けて配置された第１のプレスロール４４と、第２のプレスロール４５と、第３のプレスロール４６と、第４のプレスロール４７とを有する。第１のプレスロール４４と、第２のプレスロール４５と、第３のプレスロール４６と、第４のプレスロール４７は、全て同じロール径（直径）及び軸長であり、全て同じ大きさである。

図４（ｂ）に示すように、第１〜第４のプレスロール４４〜４７の軸長は、電極材料１７の長手方向に直交した短手方向への長さより若干長く、第１〜第４のプレスロール４４〜４７によって、塗工部１８の短手方向全体をプレスできる。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、電極材料１７の一面側、すなわち、電極材料１７の下面側には、第１のプレスロール４４と第３のプレスロール４６が搬送方向Ｘ２に並設され、電極材料１７の他面側、すなわち、上面側には、第２のプレスロール４５と第４のプレスロール４７が搬送方向Ｘ２に並設されている。よって、プレス装置４０は、電極材料１７の一面側と他面側にプレスロールを同数（二つ）ずつ有する。

長尺金属箔１６に塗工部１８が重なる方向を電極材料１７の積層方向とする。電極材料１７の積層方向に沿ってプレス装置４０を見た平面視において、搬送方向Ｘ２に沿って延びる第２のプレスロール４５の径方向における両端部は、電極材料１７を挟んで第１のプレスロール４４と第３のプレスロール４６に重なっている。

具体的には、第２のプレスロール４５において、上流側に位置する径方向の一端部（先端部）が、第１のプレスロール４４における下流側に位置する径方向の一端部（先端部）に重なっており、この重なった箇所で塗工部１８をプレスする。また、第２のプレスロール４５において、下流側に位置する径方向の一端部（先端部）が、第３のプレスロール４６における上流側の一端部（先端部）に重なっており、この重なった箇所で塗工部１８をプレスする。したがって、電極材料１７の他面側の一つの第２のプレスロール４５と共に塗工部１８をプレスするプレスロールが、一面側に二つ存在している。

また、電極材料１７の積層方向に沿ってプレス装置４０を見た平面視において、搬送方向Ｘ２に沿って延びる第３のプレスロール４６の径方向における両端部は、電極材料１７を挟んで第２のプレスロール４５と第４のプレスロール４７に重なっている。

具体的には、第３のプレスロール４６において、上流側に位置する径方向の一端部（先端部）が、第２のプレスロール４５における下流側に位置する径方向の一端部（先端部）に重なっており、この重なった箇所で塗工部１８をプレスする。また、第３のプレスロール４６において、下流側に位置する径方向の一端部（先端部）が、第４のプレスロール４７における上流側の一端部（先端部）に重なっており、この重なった箇所で塗工部１８をプレスする。したがって、電極材料１７の一面側の一つの第３のプレスロール４６と共に塗工部１８をプレスするプレスロールが、他面側に二つ存在している。

図４（ａ）に示すように、第１のプレスロール４４の中心軸Ｌ１と、第２のプレスロール４５の中心軸Ｌ２とを結ぶ方向を、第１のプレスロール４４と第２のプレスロール４５の対向方向とする。対向方向に沿った第１のプレスロール４４と第２のプレスロール４５との隙間は、搬送方向Ｘ２に沿って第１のプレスロール４４から下流に向かうに従い、徐々に狭くなっていき、第１隙間Ｐ１で最も狭くなる。そして、第１隙間Ｐ１で、第１のプレスロール４４と第２のプレスロール４５によって最も強く塗工部１８をプレスする。

また、第２のプレスロール４５の中心軸Ｌ２と、第３のプレスロール４６の中心軸Ｌ３とを結ぶ方向を、第２のプレスロール４５と第３のプレスロール４６の対向方向とする。対向方向に沿った第２のプレスロール４５と第３のプレスロール４６との隙間は、搬送方向Ｘ２に沿って第１隙間Ｐ１から下流に向かうに従い、徐々に狭くなっていき、第２隙間Ｐ２で最も狭くなる。そして、第２隙間Ｐ２で、第２のプレスロール４５と第３のプレスロール４６によって最も強く塗工部１８をプレスする。なお、第２隙間Ｐ２は、第１隙間Ｐ１より狭くなっている。

第３のプレスロール４６の中心軸Ｌ３と、第４のプレスロール４７の中心軸Ｌ４とを結ぶ方向を、第３のプレスロール４６と第４のプレスロール４７の対向方向とする。対向方向に沿った第３のプレスロール４６と第４のプレスロール４７との隙間は、搬送方向Ｘ２に沿って第２隙間Ｐ２から下流に向かうに従い、徐々に狭くなっていき、第３隙間Ｐ３で最も狭くなる。そして、第３隙間Ｐ３で、第３のプレスロール４６と第４のプレスロール４７によって最も強く塗工部１８をプレスする。なお、第３隙間Ｐ３は、第２隙間Ｐ２より狭くなっている。

次に、プレス装置４０の作用をプレス工程とともに説明する。
図４（ａ）に示すように、搬送方向Ｘ２に搬送される電極材料１７において、上下両方の塗工部１８が、第１のプレスロール４４と第２のプレスロール４５によってプレスされる。そして、塗工部１８は、第１隙間Ｐ１に向かうに従い徐々に荷重が大きくなる状態でプレスされていき、第１隙間Ｐ１で、第１のプレスロール４４と第２のプレスロール４５によって最も強くプレスされる。

続けて、上下両方の塗工部１８が、第２のプレスロール４５と第３のプレスロール４６によってプレスされる。そして、塗工部１８は、第２隙間Ｐ２に向かうに従い徐々に荷重が大きくなる状態でプレスされていき、第２隙間Ｐ２で、第２のプレスロール４５と第３のプレスロール４６によって最も強くプレスされる。

続けて、上下両方の塗工部１８が、第３のプレスロール４６と第４のプレスロール４７によってプレスされる。そして、塗工部１８は、第３隙間Ｐ３に向かうに従い徐々に荷重が大きくなる状態でプレスされていき、第３隙間Ｐ３では、第３のプレスロール４６と第４のプレスロール４７によって最も強くプレスされる。

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）第１〜第４のプレスロール４４，４５，４６，４７を搬送方向Ｘ２に沿って上下に交互に配置した。このため、第１〜第４のプレスロール４４，４５，４６，４７が配置された領域では、第１〜第４のプレスロール４４，４５，４６，４７によって、塗工部１８を連続的にプレスすることができる。すなわち、一対のプレスロールを二組備えたプレス装置のように、塗工部１８を断続的にプレスするのとは異なる。このため、塗工部１８に荷重が集中的に加わることを回避し、塗工部１８に加わる荷重を分散させてプレスすることができ、塗工部１８に割れや皺が発生することを抑制し、プレスを好適に行うことができる。

（２）搬送方向Ｘ２に沿って、第１のプレスロール４４、第２のプレスロール４５、第３のプレスロール４６、及び第４のプレスロール４７の順で設置されている。そして、対向方向に沿うプレスロール間の隙間は、搬送方向Ｘ２に沿って第１隙間Ｐ１、第２隙間Ｐ２、及び第３隙間Ｐ３の順で徐々に狭くなっている。このため、搬送方向Ｘ２の上流側から下流側に向かうに従い、塗工部１８に加わる荷重を徐々に大きくしていき、塗工部１８を徐々に圧縮していくことができる。

（３）プレス装置４０は第１〜第４のプレスロール４４，４５，４６，４７の４つのプレスロールを有する。そして、第１〜第４のプレスロール４４，４５，４６，４７は上下両側に２つずつ配置されている。このため、例えば、上側の塗工部１８側にプレスロールが１つ配置され、下側の塗工部１８側にプレスロールが２つ配置された場合と異なり、塗工部１８を上下に偏りなく、しかも必要最小限の数のプレスロールで連続的にプレスできる。

（４）第１〜第４のプレスロール４４，４５，４６，４７は全て同じロール径である。このため、プレスロールの位置を調節するだけで、プレスロール間の距離を簡単に調節でき、塗工部１８に加わる荷重の調節を簡単に行うことができる。

（５）第１〜第４のプレスロール４４，４５，４６，４７によって塗工部１８を連続的にプレスしていく。このため、一対のプレスロールを二組備えたプレス装置のように、２箇所のプレス場所で集中的に荷重を加えるのとは異なり、塗工部１８に生じるプレス前後のストレスを軽減できる。

（６）プレス装置４０は、二次電池の電極１０を製造するための電極材料１７をプレスする。電極材料１７は、屈曲させたり、プレスロールの周面に巻き付けると塗工部１８に割れや皺が生じてしまうため、搬送方向Ｘ２に沿って直線状に延びるように搬送される。このような電極材料１７のプレス装置４０において、第１〜第４のプレスロール４４，４５，４６，４７の位置を調節することで、塗工部１８に割れや皺を生じさせることなく、プレスすることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 第１〜第４のプレスロール４４，４５，４６，４７は、ロール径が異なっていてもよい。

○ 第１隙間Ｐ１、第２隙間Ｐ２、及び第３隙間Ｐ３は、搬送方向Ｘ２に沿って下流に向かう程、徐々に狭くしたが、各隙間の広さは適宜変更してもよい。
○ プレスロールの数は、長尺金属箔１６の一面側と他面側で数が同じであれば、適宜変更してもよい。

○ 電極材料１７は一面及び他面のいずれか一方だけに塗工部１８が設けられたものであってもよい。
○ 実施形態では、長尺金属箔１６の長手方向に連続して塗工部１８を設けたが、長尺金属箔１６の長手方向に間隔を空けて塗工部１８を形成してもよい。

○ 集電体は、塗工部１８が形成できるものであれば、長尺金属箔１６に限定されるものではない。例えば、織物状や網状の基材シートを用いてもよい。
○ 電極１０は、金属箔１１の片面だけに活物質層１２を有するものであってもよい。

○ ニッケル水素二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電装置に用いる電極の製造時にプレス装置４０を採用してもよい。
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）前記電極材料は、蓄電装置としての二次電池の電極を製造するための材料である。

Ｘ２…搬送方向、１０…電極、１６…長尺状の集電体としての長尺金属箔、１７…電極材料、１８…塗工部、４０…プレス装置、４４，４５，４６，４７…第１〜第４のプレスロール。

Claims (4)

1. 長尺状の集電体と、該集電体の少なくとも一面に設けられた活物質合剤の塗工部とを有する電極材料をプレスするプレス装置であり、
   直線状に支持された状態で搬送される前記電極材料の前記塗工部を、該塗工部の面に交差する方向からプレスするプレス装置であって、
   前記電極材料の一面側と他面側それぞれに複数のプレスロールを有し、
   前記複数のプレスロールは前記電極材料の一面側と他面側で同数であり、
   前記集電体に前記塗工部が重なる方向を前記電極材料の積層方向とすると、
   前記積層方向に沿った平面視で、各プレスロールの径方向に沿った先端部が、前記電極材料を挟んだ反対側の前記プレスロールに重なっていることを特徴とするプレス装置。
2. 前記平面視で積層方向に重なる前記プレスロール同士間の隙間は、前記電極材料の搬送方向の上流から下流に向かうに従い徐々に狭くなっている請求項１に記載のプレス装置。
3. 前記集電体の一面側と他面側それぞれに２つの前記プレスロールを有する請求項１又は請求項２に記載のプレス装置。
4. 前記プレスロールは全て同じロール径である請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のプレス装置。