JP2016018647A - ロールプレス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プレス後に帯状電極に発生するシワを抑制できるロールプレス装置を提供することを課題とする。【解決手段】帯状の金属箔Ｃに活物質層Ｂが形成された帯状電極Ａをプレスロール２，３の上流側及び下流側に配置された搬送ロール４，５で補助して搬送し、搬送中の帯状電極Ａの活物質層Ｂをプレスロール２，３によってプレスするロールプレス装置１であって、プレスロール２，３の下流側におけるプレスロール２，３の直後に配置される搬送ロール５は、ロール軸線方向における端部側よりも中央部側の径が大きく、特に、ロール軸線方向における中央に近いほど径が大きいとよい。【選択図】図１

Description

本発明は、搬送中の帯状電極の活物質層をプレスするロールプレス装置に関する。

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工して活物質層を形成し、この活物質層が形成された帯状電極から電極を打抜く。特に、活物質層を形成した後に活物質層の密度を高くするために、ロールプレス装置では、帯状電極を一対のプレスロールで挟み込み、一対のプレスロールで活物質層をプレスする。このとき、帯状電極は、プレスロールの上流側及び下流側に配置される搬送ロールで補助されながら搬送される。例えば、特許文献１には、電極ウエブの製造ラインにおいて、ローラプレスの下流側の直後に一対のブレーキローラが配置され、その後に複数の太鼓状ローラ及びフィードローラとニップローラが配置されている。

特開２００２−２３１２２９号公報

図４に示すように、帯状電極Ａは、活物質層Ｂ，Ｂが形成されている部分Ｐ１が活物質層が形成されていない金属箔Ｃの両側の端部部分Ｐ２，Ｐ２よりも厚い。そのため、プレス前は、図４（ａ）に示すように、プレスロールの直前に配置された搬送ロール１００には活物質層Ｂ，Ｂの部分Ｐ１が接し、この部分Ｐ１に張力がかかる。しかし、プレス後は、図４（ｂ）に示すように、活物質層Ｂがプレスされて伸びているので、プレスロールの直後に配置された搬送ロール１０１には金属箔Ｃの両側の端部部分Ｐ２，Ｐ２が接し、この部分Ｐ２，Ｐ２に張力がかかる。このようにプレス前後で帯状電極Ａにおいて張力がかかる部分が変わるため、図４（ｃ）に示すように、プレス前に張力がかかる部分Ｐ１とプレス後に張力がかかる部分Ｐ２，Ｐ２との境界周辺に、搬送方向Ｄに延びるシワＷが発生する。特許文献１の構成では、電極ウエブがローラプレス直後のブレーキローラを通過するとシワが発生する場合がある。

そこで、本技術分野においては、プレス後に帯状電極に発生するシワを抑制できるロールプレス装置が要請されている。

本発明の一側面に係るロールプレス装置は、帯状の金属箔に活物質層が形成された帯状電極をプレスロールの上流側及び下流側に配置された搬送ロールで補助して搬送し、搬送中の帯状電極の活物質層をプレスロールによってプレスするロールプレス装置であって、プレスロールの下流側におけるプレスロールの直後に配置される搬送ロールは、ロール軸線方向における端部側よりも中央部側の径が大きい。

ロールプレス装置のプレスロールによって活物質層をプレスすると、活物質層が伸ばされる。ロールプレス装置では、プレスロール直後にロール軸線方向における中央部側が端部側に比べて径が大きい搬送ロールを配置しているので、伸びた活物質層がこの搬送ロールに接することができ、プレス後も活物質層に張力がかかる。そのため、プレス前後で帯状電極における張力がかる部分が変化しないので、帯状電極に発生するシワを抑制できる。

一実施形態のロールプレス装置では、プレスロールの直後に配置される搬送ロールは、ロール軸線方向における中央に近いほど径が大きい。このように搬送ロールの径を中央に近いほど大きくするより、伸びた活物質層が搬送ロールにより接し易くなり、シワの抑制効果を向上できる。

本発明によれば、プレス後に帯状電極に発生するシワを抑制できる。

一実施形態に係るロールプレス装置の概略構成図である。 図１に示すプレスロール直後の搬送ロールの斜視図である。 図１に示すロールプレス装置におけるシワ抑制の説明図であり、（ａ）がプレスロール直前の搬送ロールでの正面図であり、（ｂ）がプレスロール直後の搬送ロールでの正面図である。 従来のロールプレス装置におけるシワ発生の説明図であり、（ａ）がプレスロール直前の搬送ロールでの正面図であり、（ｂ）がプレスロール直後の搬送ロールでの正面図であり、（ｃ）がシワが発生した帯状電極の平面図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係るロールプレス装置を説明する。なお、各図において同一又は相当する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

一実施形態に係るプレスロール装置は、電池の電極を製造するための一工程であるプレス工程で用いられ、帯状電極の活物質層を一対のプレスロールによってプレスする。なお、製造される電極は、例えば、二次電池、電気二重層キャパシタ等の蓄電装置に用いられる。二次電池としては、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。また、製造される電極は、一次電池に用いられてもよい。この実施形態では、リチウムイオン二次電池に用いられる電極を製造する場合とする。

電極は、金属箔の表裏両面に電極ペーストがそれぞれ塗工されて活物質層が形成されており、電極ペーストが塗工されていないタブも有している。金属箔は、例えば、銅箔、アルミニウム箔である。電極ペーストは、スラリ状であり、活物質、バインダ、溶剤等を含んでいる。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、硫黄である。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。負極活物質は、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、ホウ素添加炭素である。バインダは、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリノレ基含有樹脂である。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、水である。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（登録商標）等の導電助剤を含んでいてもよい。また、電極ペーストは、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よい。

プレス工程の前工程として、塗工工程と乾燥工程が行われる。塗工工程では、帯状の金属箔の表面と裏面に、連続塗工により所定の設定幅で電極ペーストをそれぞれ塗工する。乾燥工程では、帯状の金属箔の表裏両面に塗工された電極ペーストを乾燥し、電極ペースト中の溶剤を除去する。これによって、帯状の金属箔の表裏両面に活物質層がそれぞれ形成され、帯状電極となる。

プレス工程では、この帯状電極が巻き取られた状態で巻出ロールにセットされ、巻取ロールが作動すると巻出ロールから帯状電極が送り出され、所定の張力（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間で搬送される。この帯状電極の搬送が開始すると、ロールプレス装置が稼働する。

図１〜図３を参照して、一実施形態に係るロールプレス装置１について説明する。図１は、一実施形態に係るロールプレス装置１の概略構成図である。図２は、図１に示すプレスロール直後の搬送ロールの斜視図である。図３は、図１に示すロールプレス装置１におけるシワ抑制の説明図であり、（ａ）がプレスロール直前の搬送ロールでの正面図であり、（ｂ）がプレスロール直後の搬送ロールでの正面図である。

ロールプレス装置１は、活物質層Ｂの密度を高くするために、帯状電極Ａの表裏両面に形成されている活物質層Ｂを上下一対のプレスロール２，３で挟み込んでプレスする。特に、ロールプレス装置１は、プレス後に帯状電極Ａに発生するシワを抑制するための機能も有している。なお、この実施形態では、プレスロール２，３が特許請求の範囲に記載するプレスロールに相当する。

プレスロール２は、帯状電極Ａの表面側（鉛直方向の上側）に配置されるプレスロールである。プレスロール３は、帯状電極Ａの裏面側（鉛直方向の下側）に配置されるプレスロールである。プレスロール２，３は、回転自在に支持されている。プレスロール２，３の幅は、少なくとも活物質層Ｂの幅よりも広い幅であればよい。プレスロール２，３の外形形状は、所定の径を有する円柱形状である。プレスロール２の径とプレスロール３の径とは、同じ径である。

プレスロール２とプレスロール３とは、帯状電極Ａに対して直交する方向（例えば、鉛直方向）において互いに対向するように配置されている。このように配置されたプレスロール２とプレスロール３によって、活物質層Ｂが形成された帯状電極Ａを挟み込む。図１に示すように、この挟み込まれた状態で帯状電極Ａを搬送方向Ｄに搬送中に、表面側のプレスロール２は回転方向Ｒ１の方向に回転し、裏面側のプレスロール３は回転方向Ｒ１と逆方向の回転方向Ｒ２の方向に回転する。

プレスロール２とプレスロール３との間の間隔は、設計時に設定された電極（特に、活物質層）の厚みが規定値内になるように制御可能である。また、プレスロール２，３によって加えられるプレス加重（プレス圧）は、制御可能である。これらの各制御は、ロールプレス装置１あるいは製造ラインの制御装置（図示せず）によって制御される。

搬送方向Ｄにおけるプレスロール２，３の上流側には、搬送ロール４を含む少なくとも１個の搬送ロールが設けられている。搬送ロール４は、上流側におけるプレスロール２，３の直前に配置されている。また、搬送ロール４は、帯状電極Ａの裏面側に配置されている。搬送ロール４は、プレス前に帯状電極Ａの搬送を補助するロールである。搬送ロール４は、回転自在に支持されている。搬送ロール４の幅は、帯状電極Ａの幅よりも広い幅である。搬送ロール４の外形形状は、所定の径を有する円柱形状である。

搬送方向Ｄにおけるプレスロール２，３の下流側には、搬送ロール５を含む少なくとも１個の搬送ロールが設けられている。搬送ロール５は、下流側におけるプレスロール２，３の直後に配置されている。このプレスロール２，３の直後とは、プレスロール２，３の下流側に最初に配置されているという意味であり、プレスロール２，３と近接しているという意味ではない。また、搬送ロール５は、帯状電極Ａの裏面側に配置されている。搬送ロール５は、プレス後に帯状電極Ａの搬送を補助するロールである。搬送ロール５は、回転自在に支持されている。搬送ロール５の幅は、帯状電極Ａの幅よりも広い幅である。なお、この実施形態では、搬送ロール５が特許請求の範囲に記載するプレスロールの直後に配置される搬送ロールに相当する。

搬送ロール５の外形形状は、図２に示すように、搬送ロール５のロール軸線Ｊに沿った方向（搬送中の帯状電極Ａの幅方向に相当）における両側の端部から中央に近いほど膨らんだ形状であり、例えば、略太鼓状あるいは略樽状である。搬送ロール５の径Ｋは、図３（ｂ）に示すように、ロール軸線Ｊに沿った方向における両側の最端部から漸次大きくなり、中央が最大径である。最小径となる最端部の径は、搬送ロール４と同程度の径である。

上記にように構成したロールプレス装置１の作用について説明する。塗布工程及び乾燥工程が終了すると、帯状の金属箔Ｃの表面と裏面には電極ペーストがそれぞれ塗工されて活物質層Ｂ，Ｂが形成され、帯状電極Ａとなる。この帯状電極Ａでは、図３に示すように、活物質層Ｂ，Ｂの部分（電極ペーストの塗工部分）Ｐ１の厚みが活物質層が形成されていない金属箔Ｃの両側の端部部分（電極ペーストの未塗工部分）Ｐ２，Ｐ２の厚みに対して十分に厚い。プレス工程では、その帯状電極Ａが巻出ロールにセットされ、巻取ロールが作動して搬送方向Ｄに搬送が開始すると、ロールプレス装置１が稼働する。この搬送中、帯状電極Ａは、張力がかけられた状態で、搬送ロール４，５等に補助されて搬送される。

ロールプレス装置１では、搬送中の帯状電極Ａをプレスロール２とプレスロール３との間で挟み込み、プレスロール２とプレスロール３とによって帯状電極Ａの表面側の活物質層Ｂ及び裏面側の活物質層Ｂに加重をかけてプレスする。このプレスによって、帯状電極Ａの活物質層Ｂ，Ｂは、プレス前よりも薄くなり、幅方向等に伸ばされる。

このプレスの直前には、帯状電極Ａは、プレスロール２，３の上流側の最も近い位置に配置されている搬送ロール４に補助されて搬送される。このとき、帯状電極Ａは活物質層Ｂ，Ｂの部分Ｐ１が両側の端部部分Ｐ２，Ｐ２よりも厚いので、図３（ａ）に示すように、搬送ロール４の外周面には活物質層Ｂ，Ｂの部分Ｐ１が接し、この部分Ｐ１に張力がかかる。

プレスの直後には、帯状電極Ａは、プレスロール２，３の下流側の最も近い位置に配置されている搬送ロール５に補助されて搬送される。この搬送ロール５は、中央に近いほど膨らんだ曲面の外周面を有している。そのため、プレスによって活物質層Ｂ，Ｂが伸ばされているが、図３（ｂ）に示すように、搬送ロール５の外周面には伸びた活物質層Ｂ，Ｂの部分Ｐ１が接することができ、この部分Ｐ１に張力がかかる。

したがって、プレスの前後で、帯状電極Ａにおける張力がかかる部分（活物質層Ｂ，Ｂの部分Ｐ１）が変化しない。その結果、帯状電極Ａの活物質層Ｂ，Ｂの部分Ｐ１とその両側の端部部分Ｐ２，Ｐ２との境界周辺におけるシワの発生を抑制できる。

なお、搬送ロール５の最大径（中央の径）と最小径（最端部の径）との差は、プレスによって伸ばされた活物質層Ｂ，Ｂの伸び量を考慮して設定するとよく、伸び量が大きいほど径の差を大きくするとよい。

このロールプレス装置１によれば、プレスロール２，３の直後に配置される搬送ロール５をロール軸線方向における端部側よりも中央部側の径が大きくなる外形形状とすることにより、プレス後に帯状電極Ａに発生するシワを抑制できる。特に、ロールプレス装置１によれば、搬送ロール５をロール軸線方向における中央に近いほど径が大きくなる曲面の外形形状とすることより、プレスによって伸びた活物質層Ｂ，Ｂが搬送ロール５に接し易くなり、シワの抑制効果を向上できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態に限定されることなく様々な形態で実施される。

例えば、上記実施形態では電極ペーストを連続塗工して形成された活物質層をプレスする場合に適用したが、電極ペーストを間欠塗工して所定間隔を空けて形成された活物質層をプレスする場合に適用してもよい。また、上記実施形態では帯状の金属箔の表裏両面にそれぞれ形成された活物質層をプレスする場合に適用したが、帯状の金属箔の一面にのみに形成された活物質層をプレスする場合に適用してもよい。

また、上記実施形態ではプレスロールの上流側及び下流側に搬送ロールを１個ずつ示したが、２個以上の搬送ロールを備えていてもよい。特に、下流側に２個以上の搬送ロールを備える場合、その全ての搬送ロールを上記の搬送ロール５と同様の形状としてもよいし、あるいは、プレスロール直後の搬送ロールだけを搬送ロール５と同様の形状とし、それよりも下流側の搬送ロールを所定の径を有する円柱形状としてもよい。いずれの場合も、シワを抑制する効果がある。

また、上記実施形態ではプレスロール直後の搬送ロールをロール軸線方向における中央に近いほど径を漸次大きくした曲面の外形形状としたが、径を段階的で大きくした搬送ロールとしてもよい。例えば、最も簡単に形成できる形状として、中央側部分（例えば、活物質層の幅に相当する部分）とその両側の端部側部分とに分け、中央側部分の径を端部側部分の径よりも大きくする。これによって大きい径の円柱形状の両側に小さい径の円柱形状が配置される外形形状となり、この外形形状でも一定の径の円柱形状の従来の搬送ロールよりも搬送ロールの外周面に伸びた活物質層が接し易くなり、シワを抑制する効果がある。

１…ロールプレス装置、２，３…プレスロール、４，５…搬送ロール。

Claims (2)

1. 帯状の金属箔に活物質層が形成された帯状電極をプレスロールの上流側及び下流側に配置された搬送ロールで補助して搬送し、搬送中の前記帯状電極の前記活物質層を前記プレスロールによってプレスするロールプレス装置であって、
   前記プレスロールの下流側における前記プレスロールの直後に配置される搬送ロールは、ロール軸線方向における端部側よりも中央部側の径が大きい、ロールプレス装置。
2. 前記プレスロールの直後に配置される前記搬送ロールは、ロール軸線方向における中央に近いほど径が大きい、請求項１に記載のロールプレス装置。

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