JP2016022455A - 塗工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基材に塗工された塗工液の塗工厚みが薄くなるのを抑制できる塗工装置を提供する。【解決手段】基材（帯状の金属箔Ｌ）に塗工液（電極ペーストＰ）を塗工する塗工装置１であって、塗工液を貯留するとともに基材に塗工される塗工液の塗工幅を調整するダム２と、ダム２からの塗工液の供給を受けながら回転するコーティングロール３と、コーティングロール３の周面３ａとの間で形成される隙間Ｇにより基材に塗工される塗工液の塗工厚みを調整するコンマロール（登録商標）５と、コーティングロール３上の塗工液を基材に転写するバックロール４とを備え、隙間Ｇはコンマロール５の軸方向における中央部に比べて端部側が大きい。【選択図】図１

Description

本発明は、塗工装置に関する。

二次電池等に用いられる電極を製造する場合、塗工装置によって金属箔（基材）に電極ペースト（塗工液）を塗工し、活物質層を形成する。コンマリバース方式の塗工装置の場合、電極ペーストを貯留するとともに電極ペーストの塗工幅を調整するダムと、ダムからの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の周面との間で形成される隙間により電極ペーストの塗工厚みを調整するコンマロールと、その隙間から吐出された電極ペーストを金属箔に転写するバックロールを備える（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−２４５４２０号公報

電極ペーストはスラリ状であるので、ダムで調整される塗工幅よりも電極ペーストが外側に広がって塗工される場合がある。そのため、金属箔に塗工された電極ペーストの厚みが中央部に比べて端部側が薄くなり、電極ペーストの塗工幅内において所望の塗工厚みが得られない部分が出来る。

そこで、本技術分野においては、基材に塗工された塗工液の塗工厚みが薄くなるのを抑制できる塗工装置が要請されている。

本発明の一側面に係る塗工装置は、基材に塗工液を塗工する塗工装置であって、塗工液を貯留するとともに基材に塗工される塗工液の塗工幅を調整するダムと、ダムからの塗工液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の周面との間で形成される隙間により基材に塗工される塗工液の塗工厚みを調整するコンマロールと、コーティングロール上の塗工液を基材に転写するバックロールとを備え、隙間は、コンマロールの軸方向における中央部に比べて端部側が大きい。

この塗工装置では、塗工液をコーティングロール上に吐出するための隙間の端部側が中央部に比べて大きくなっているので、その隙間から吐出される端部側の塗工液の量を中央部よりも多くできる。そのため、基材に塗工された塗工液が外側に広がっても、電極ペーストの塗工幅内において端部側の塗工厚みが薄くなるのを抑制できる。

一実施形態の塗工装置では、コーティングロールの周面との間で隙間を形成するコンマロールの先端部は、隙間が端部側ほど大きくなる傾斜部を有する。このコンマロールの先端部の傾斜部により、隙間の端部側を徐々に大きくでき、端部側ほど吐出される塗工液の量を多くできる。

本発明によれば、基材に塗工された塗工液の塗工厚みが薄くなるのを抑制できる。

一実施形態に係る塗工装置の概略側面図である。 図１に示すコーティングロールとコンマロールの正面図である。 図１に示す塗工装置で金属箔に塗工された電極ペーストを示す図であり、（ａ）が平面図（塗工装置の一部を含む）であり、（ｂ）が正面図であり、（ｃ）が従来の塗工装置で塗工した場合の正面図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る塗工装置を説明する。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。

一実施形態に係る塗工装置は、電池の電極を製造するための一工程である塗工工程で用いられ、コンマリバース方式の塗工装置である。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、金属箔の表裏面の少なくとも一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、所定の粘度を有するスラリ状であり、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。

図１〜図３を参照して、一実施形態に係る塗工装置１について説明する。図１は、一実施形態に係る塗工装置１の概略側面図である。図２は、図１に示すコーティングロールとコンマロールの正面図である。図３は、図１に示す塗工装置１で金属箔に塗工された電極ペーストを示す図であり、（ａ）が平面図（塗工装置１の一部を含む）であり、（ｂ）が正面図であり、（ｃ）が従来の塗工装置で塗工した場合の正面図である。

塗工装置１は、帯状の金属箔Ｌの少なくとも一面に電極ペーストＰを連続塗工する。この際、塗工される電極ペーストＰの塗工幅及び塗工厚みは、予め設定されている規定の塗工幅及び規定の塗工厚みになるように調整される。特に、塗工装置１は、帯状の金属箔Ｌに塗工された電極ペーストＰの塗工幅内における端部側の塗工厚みが薄くなるのを抑制する。なお、この実施形態では、帯状の金属箔Ｌが特許請求の範囲に記載の基材に相当し、電極ペーストＰが特許請求の範囲に記載の塗工液に相当する。

塗工装置１は、ダム２、コーティングロール３、バックロール４、コンマロール５を備えている。コーティングロール３は、ダム２の前方に配置される。バックロール４は、コーティングロール３よりも前方に配置される。コンマロール５は、コーティングロール３よりも上方に配置される。なお、前方は図１における右方向であり、後方は図１における左方向である。

ダム２は、外部から供給される電極ペーストＰを貯留する貯留部である。電極ペーストＰの供給は、ダム２に供給管及びポンプ等を接続し、機械作業で行ってもよいしあるいは人による手作業で行ってもよい。ダム２は、一対のサイドプレート１１，１１及びバックプレート１２を有している。

サイドプレート１１は、前端面がコーティングロール３の周面３ａ及びコンマロール５の周面５ａに対応した湾曲形状で形成されており、各周面３ａ，５ａに接続されている。また、サイドプレート１１は、後端部がバックプレート１２に接続されている。サイドプレート１１は、例えば、スポンジのような海綿状の材料（ポリエチレン等）で形成される。このような材料を用いることにより、サイドプレート１１の表面が変形して周面３ａ，５ａに密着するため、周面３ａ，５ａとの間で良好なシールド性を維持できる。バックプレート１２は、両端部がサイドプレート１１，１１に接続されるとともに、下端部がコーティングロール３の周面３ａに接続されている。

図３（ａ）に示すように、ダム２は、一方のサイドプレート１１の内面１１ａと他方のサイドプレート１１の内面１１ａとの間が間隔Ｗになるように配置されている。この間隔Ｗは、上記の規定の塗工幅に相当する。したがって、ダム２の一対のサイドプレート１１，１１により、帯状の金属箔Ｌに塗工される電極ペーストＰの塗工幅が規定の塗工幅Ｗになるように調整される。

但し、サイドプレート１１が上記のような材料で形成されており、電極ペーストＰがスラリ状なので、ダム２に貯留されている電極ペーストＰがサイドプレート１１の内部に浸透する。そのため、図３（ａ）に示すように、電極ペーストＰがサイドプレート１１の内部からも染み出し、電極ペーストＰが規定の塗工幅Ｗよりも外側に広がって塗工される。このように電極ペーストＰが広がると、端部において電極ペーストＰが徐々に薄くなる。

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は、回転自在である。コーティングロール３が回転すると、ダム２から供給される電極ペーストＰがコーティングロール３の周面３ａとコンマロール５との間の隙間Ｇからコーティングロール３上に吐出され、バックロール４側に移動する。

バックロール４は、搬送中の帯状の金属箔Ｌにコーティングロール３上の電極ペーストＰを転写するロールである。バックロール４は、回転自在である。帯状の金属箔Ｌが搬送されると、バックロール４が回転する。バックロール４は、帯状の金属箔Ｌの搬送を補助しつつ、コーティングロール３上の電極ペーストＰを帯状の金属箔Ｌに接触させる。これにより、電極ペーストＰが帯状の金属箔Ｌに転写される。

なお、搬送前は、帯状の金属箔Ｌが巻出ロール（図示せず）に巻き取られている。搬送中は、帯状の金属箔Ｌが巻出ロールから巻き出され、巻取ロール（図示せず）で巻き取られる。この搬送の速度や巻出ロールと巻取ロールの作動／停止等は、制御装置（図示せず）によって制御される。バックロール４は、巻出ロールと巻取ロールとの間の所定箇所に配置される。コーティングロール３は、搬送される帯状の金属箔Ｌをバックロール４との間で挟み込む位置に配置される。コーティングロール３の回転方向とバックロール４の回転方向とは、同じ回転方向である。コーティングロール３の回転軸とバックロール４の回転軸とは、平行であり、コンマロール５の軸とも平行である。この各軸の方向は、搬送中の帯状の金属箔Ｌの幅方向に相当する。

コンマロール５は、帯状の金属箔Ｌに塗工される電極ペーストＰの塗工厚み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の先端部５ｃがコーティングロール３側に向くようにコーティングロール３の上方に配置される。上記の隙間Ｇは、この段差部５ｂの先端部５ｃとコーティングロール３の周面３ａとの間で形成される。

コーティングロール３に対するコンマロール５の上下位置を変えることにより、先端部５ｃと周面３ａとの間隔を変更でき、隙間Ｇを変更できる、この隙間Ｇにより、塗工された電極ペーストＰの厚みが規定の塗工厚みになるように調整される。隙間Ｇは、コンマロール５の軸方向（金属箔Ｌの幅方向）に沿ってサイドプレート１１，１１の内面１１ａ，１１ａ間に形成され、上下方向の僅かな間隔である。

隙間Ｇは、間隔が一定ではなく、軸方向における中央部に比べて端部側が大きい（特に、端部側ほど大きくなっている）。このような隙間Ｇを形成するために、図２に示すように、コンマロール５の先端部５ｃの形状は、正面視して、中央部分の平坦部５ｄとその両側の傾斜部５ｅ，５ｅを有する形状である。

平坦部５ｄは、コーティングロール３の周面３ａと所定の間隔をあけて平行となる部分である。平坦部５ｄの両端部の各位置は、サイドプレート１１，１１の内面１１ａ，１１ａの各位置よりも所定量中央寄りの各位置である。この平坦部５ｄとコーティングロール３の周面３ａとが間隔Ｔになるように、コンマロール５の上下位置が調整される。この間隔Ｔは、上記の規定の塗工厚みに相当する。

傾斜部５ｅは、平坦部５ｄに対して上側に傾斜し、コーティングロール３の周面３ａから徐々に離れる部分である。傾斜部５ｅの中央側の端部の位置（傾斜の始点）は、サイドプレート１１の内面１１ａよりも所定量中央寄りの位置である。この傾斜部５ｅとコーティングロール３の周面３ａとの間隔は、間隔Ｔから徐々に大きくなる。したがって、隙間Ｇは、平坦部５ｄの部分が一定の間隔Ｔであり、傾斜部５ｅ，５ｅの部分が間隔Ｔから徐々に大きくなる。そのため、この隙間Ｇでは、傾斜部５ｅ，５ｅの部分から吐出される電極ペーストＰの量を、平坦部５ｄの部分から吐出される電極ペーストＰの量よりも多くできる。

傾斜部５ｅを平坦部５ｄに対して傾斜させる角度は、電極ペーストＰの粘度やコンマロール５の先端部５ｃとダム２のサイドプレート１１の前端部１１ｂとの位置関係等を考慮して設定するとよい。例えば、電極ペーストＰの粘度が低いほど、電極ペーストＰが広がり易いので、傾斜部５ｅの角度を大きくする。また、先端部５ｃと前端部１１ｂとが離れているほど、電極ペーストＰが広がり易いので、傾斜部５ｅの角度を大きくする。傾斜部５ｅの角度が大きくなるほど、傾斜部５ｅと周面３ａとの間の間隔が大きくなる度合いが大きくなり、その部分から吐出される電極ペーストＰの量を多くできる。

平坦部５ｄの両端部の各位置（傾斜部５ｅの一端部の位置に相当）をサイドプレート１１の内面１１ａよりも中央寄りにする所定量は、電極ペーストＰの粘度や先端部５ｃと前端部１１ｂとの位置関係等を考慮して設定するとよい。例えば、電極ペーストＰの粘度が低いほど所定量を大きくしたり、先端部５ｃと前端部１１ｂとが離れているほど所定量を大きくする。また、この所定量は、傾斜部５ｅを傾斜させる角度を考慮して設定するとよい。

上記のように構成された塗工装置１の作用について説明する。ダム２には、電極ペーストＰが貯留されている。巻出ロールと巻取ロールとの間で帯状の金属箔Ｌの搬送が開始されると、コーティングロール３及びバックロール４が回転する。このコーティングロール３の回転により、ダム２に貯留されている電極ペーストＰが、隙間Ｇからコーティングロール３の周面３ａ上に吐出される。さらに、バックロール４の回転により、この周面３ａ上に吐出された電極ペーストＰが、帯状の金属箔Ｌに転写（塗工）される。

図３（ａ）に示すように、帯状の金属箔Ｌに塗工された電極ペーストＰは、規定の塗工幅Ｗよりも外側に広がっている。しかし、傾斜部５ｅ，５ｅによって隙間Ｇの端部側が徐々に大きくなっているので、隙間Ｇのこの部分から吐出される電極ペーストＰの量が中央部よりも多くなる。この端部側で多く吐出される電極ペーストＰにより、電極ペーストＰが広がって端部側で減る分を補うことができる。そのため、図３（ｂ）に示すように、塗工された電極ペーストＰが広がっても、塗工された電極ペーストＰの厚みは、塗工幅Ｗ内の端部でも規定の塗工厚みＴかあるいはそれに近い厚みになる。

なお、従来の塗工装置では、コンマロールの先端部には傾斜部がないので、隙間Ｇが一定の間隔である。そのため、図３（ｃ）に示すように、塗工された電極ペーストＰが外側に広がると、電極ペーストＰの厚みは、塗工幅Ｗ内の端部付近で規定の塗工厚みＴよりも薄くなる。そのため、塗工された電極ペーストＰの目付け量（重量）が、予め設定されている規定の目付け量よりも少なくなる。

この塗工装置１によれば、帯状の金属箔Ｌに塗工された電極ペーストＰが外側に広がっても、電極ペーストＰの規定の塗工幅Ｗ内において端部側の塗工厚みが薄くなるのを抑制できる。その結果、塗工された電極ペーストＰの目付け量が、規定の目付け量より少なくなるのを抑制できる。

塗工装置１によれば、コンマロール５の先端部５ｃの端部側に傾斜部５ｅ，５ｅを設けることにより、隙間Ｇの端部側を徐々に大きくでき、端部側ほど吐出される電極ペーストＰの量を多くできる。

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、上記実施形態では隙間が端部側ほど大きくなるようにコンマロールの先端部を台形状（平坦部とその両側の傾斜部とを有する形状）としたが、隙間が端部側ほど大きくなるようにコンマロールの先端部を円弧状、三角状等としてもよい。また、隙間が中央部より端部側が大きくなるようにコンマロールの先端部を凸状等としてもよい。

１…塗工装置、２…ダム、３…コーティングロール、３ａ…周面、４…バックロール、５…コンマロール、５ａ…周面、５ｂ…段差部、５ｃ…先端部、５ｄ…平坦部、５ｅ…傾斜部、１１…サイドプレート、１１ａ…内面、１１ｂ…前端部、１２…バックプレート。

Claims (2)

1. 基材に塗工液を塗工する塗工装置であって、
   塗工液を貯留するとともに前記基材に塗工される塗工液の塗工幅を調整するダムと、
   前記ダムからの前記塗工液の供給を受けながら回転するコーティングロールと、
   前記コーティングロールの周面との間で形成される隙間により前記基材に塗工される前記塗工液の塗工厚みを調整するコンマロールと、
   前記コーティングロール上の前記塗工液を前記基材に転写するバックロールと、
   を備え、
   前記隙間は、前記コンマロールの軸方向における中央部に比べて端部側が大きい、塗工装置。
2. 前記コーティングロールの周面との間で前記隙間を形成する前記コンマロールの先端部は、前記隙間が前記端部側ほど大きくなる傾斜部を有する、請求項１に記載の塗工装置。

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