JP2016149219A - スラリーの塗工システム - Google Patents

Abstract

【課題】スラリーを貯留するタンク内の圧力を所定範囲内に適切に制御することにより、スラリーの圧送を防止するとともに、均一な膜厚のスラリーの薄膜を金属箔上に形成し得るスラリーの塗工システムを提供する。【解決手段】活物質であるスラリーを貯留するタンク１と、スラリーを貯留したタンク１内に所定圧の窒素ガスを充填する窒素ガス搬入路２と、窒素ガスを排出する窒素ガス搬出路３と、金属箔４の表面にスラリーを塗工するダイヘッド５と、タンク１とダイヘッド５との間を連通しているスラリー搬送管路６の途中に配設されてスラリーをダイヘッド５に向けて搬送するモーノポンプ７とを有するスラリーの塗工システムであって、窒素ガス搬入路２を開閉する搬入路開閉弁８と、窒素ガス搬出路３を開閉する搬出路開閉弁９と、タンク１内の圧力を検出する圧力計１１とを有し、圧力計１１が検出する圧力に基づき、モーノポンプの入口側におけるスラリーの圧力である背圧が所定範囲に収まるように制御部１０で搬入路開閉弁８および搬出路開閉弁９を開閉制御する。【選択図】 図１

Description

本発明はスラリーの塗工システムに関し、特に電池の製造工程において電極となる活物質を混練した電池電極用のスラリーを金属箔に塗布する場合に適用して有用なものである。

二次電池の一種としてリチウムイオン電池がある。かかるリチウムイオン電池の中には、正電極板と負電極板とを絶縁体であるセパレータを挟んで相対向させることにより単位発電要素を構成し、該発電要素の複数枚を一体化してスタック構造の電極積層体を構成したものや長尺状の正電極板と長尺状の負電極板とで長尺状のセパレータを挟んで相対向させたものを巻いた巻回構造のものがある。いずれも正負の電極板の製造工程中に、長尺状の金属箔の表面にスラリー状の電極活物質を塗工する工程がある。かかる塗工工程においては、タンク内に貯留した電極板スラリー（以下、単にスラリーと称す）を、スラリー搬送管路を介してモーノポンプ等の搬送手段でダイヘッド等の塗工ヘッドに圧送し、塗工ヘッドから吐出されるスラリーを金属箔の表面に塗布している。

ここで、前記タンク内に貯留されるスラリーは窒素パージによりタンク内の空気を排除した状態で貯留されている。すなわち、スラリーを貯留したタンク内に窒素ガスを充填することによりスラリーが空気に接触し、その水分を吸収して劣化するのを防止している。

このため、前記搬送手段の入口側には、窒素ガスのガス圧にタンク内のスラリーの重量に起因する圧力を加算した背圧が常に作用している。この結果、背圧によってもスラリーが圧送されてしまう。したがって、搬送手段の停止時のスラリーの漏れ防止等の観点からも、前記背圧は小さいほど好ましい。

一方、ダイヘッド等の塗工ヘッドはスラリーを金属箔の表面に向けて吐出させて塗工するものであるため、均一な塗工膜を効率良く作製するという観点からは、搬送手段からある程度大きな圧力でスラリーを圧送するのが望ましい。また、タンク内のスラリーの量が変動してタンク内の圧力が変動した場合には、タンクから排出されるスラリー量の変動による塗工ムラが生起される。

ここで、この種の塗工システムに適用する搬送手段としては、モーノポンプと呼称されるポンプが最適であり、このモーノポンプを用いて所定の圧送圧力でスラリーを送給する場合には、出口側の圧力は当該モーノポンプの性能により規定される。したがって、背圧を適切に保持するためには、タンク内の圧力を所定通りに制御する必要がある。

なお、電池の電極活物質を金属箔に塗布する塗工システムを開示する公知文献として特許文献１および特許文献２が知られている。ただ、これらは、何れも搬送手段の入口側に作用する背圧を適格に制御する技術を開示ないし示唆するものではない。

特開２０１３−０７３８４１号公報 特開２００６−１０７７９１号公報

上述の如く塗工ヘッドからスラリーを吐出させて金属箔に塗工するに際し、窒素パージされているタンク内のスラリーの量が変動することにより、タンク内の圧力が変動することでタンクから排出されるスラリーの量が変動する。かかる変動は金属箔に対するスラリーの塗工ムラとなって顕在化する。

本発明は、上記従来技術に鑑み、スラリーを貯留するタンク内の圧力を所定範囲内に適切に制御することにより、スラリーの搬送手段からの圧送を防止するとともに、均一な膜厚のスラリーの薄膜を金属箔上に形成し得るスラリーの塗工システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の第１の態様は、
電池電極用のスラリーを貯留するタンクと、前記スラリーを貯留した前記タンク内に所定圧の窒素ガスを充填する窒素ガス搬入路と、前記窒素ガスを排出する窒素ガス搬出路と、金属箔の表面に前記スラリーを塗工する塗工ヘッドと、前記タンクと前記塗工ヘッドとの間を連通しているスラリー搬送管路の途中に配設されて前記スラリーを一定量づつ連続的に塗工ヘッドに向けて搬送する搬送手段とを有するスラリーの塗工システムであって、
前記窒素ガス搬入路を開閉する搬入路開閉弁と、前記窒素ガス搬出路を開閉する搬出路開閉弁と、前記タンク内の窒素ガスの圧力を検出する圧力検出手段とを有し、
前記圧力検出手段が検出する前記圧力に基づき、前記搬送手段の入口側における前記スラリーの圧力と前記窒素ガスの圧力の合計である背圧が所定範囲に収まるように制御手段で前記搬入路開閉弁および前記搬出路開閉弁を開閉制御することを特徴とするスラリーの塗工システムにある。

本態様によれば、搬入路開閉弁および搬出路開閉弁の開閉により背圧が所定の範囲内に収まるように制御しているので、スラリーを貯留するタンク内の圧力を所定の範囲に維持することができる。

この結果、タンク内に充填される窒素ガスにより背圧の変動を押えることができるため、スラリーの圧送を防止するとともに、搬送手段に背圧の変動のないスラリーを送ることができるため、塗工時には塗工ヘッドを介してのスラリーの円滑吐出を行わせて均一な膜厚のスラリーの薄膜を金属箔上に形成し得る。

本発明の第２の態様は、
第１の態様に記載するスラリーの塗工システムにおいて、
前記制御手段は、前記圧力検出手段が検出する圧力が、前記所定範囲内にある場合には前記搬入路開閉弁および前記搬出路開閉弁の両方を閉塞してタンク内の圧力を保持し、前記所定範囲の上限圧力を超えた時点で前記搬入路開閉弁を閉塞するとともに前記搬出路開閉弁を開放し、前記所定範囲の下限圧力を下回った時点で前記搬入路開閉弁を開放するとともに前記搬出路開閉弁を閉塞するように制御するものであることを特徴とするスラリーの塗工システムにある。

本態様によれば、スラリーの量が変化したとしても、背圧を上限圧力と下限圧力との間の所定圧力範囲に制御することができる。

本発明の第３の態様は、
第１または第２の態様に記載するスラリーの塗工システムにおいて、
前記背圧の最大値は、前記窒素ガスのガス圧および前記スラリーの重量に起因して作用する圧力による前記搬送手段におけるスラリーの出口側への漏洩を防止し得る圧力としたことを特徴とするスラリーの塗工システムにある。

本態様によれば、背圧の最大値を適切に抑制することができる。この結果、タンク内に充填した窒素ガスの圧力に起因するスラリーの圧送を遮断し得る。

本発明の第４の態様は、
第１〜第３の態様の何れか一つに記載するスラリーの塗工システムにおいて、
前記タンク内のスラリー量を検出するスラリー検出手段を有し、前記スラリー検出手段が検出する前記スラリー量に基づき、前記スラリー量が所定範囲内に収まるように前記スラリーを前記タンク内に補充するようにスラリー量制御部で制御することを特徴とするスラリーの塗工システムにある。

本態様によれば、タンク内の圧力を制御しつつ塗工工程の進行に伴うスラリーの減少を適切に補充して塗工工程における所定の塗工作業を円滑に進め得る。

本発明の第５の態様は、
第１〜第４の態様の何れか一つに記載するスラリーの塗工システムにおいて、
前記タンクから前記塗工ヘッドに至る同構成の塗工系統を複数有し、内部に前記スラリーが貯留された前記タンクよりも大容量の共通タンクから各塗工系統毎の前記タンクに、前記スラリーを供給するように構成したことを特徴とするスラリーの塗工システムにある。

本態様によれば、大容量の共通タンクから複数の塗工系統のそれぞれのタンクに適宜スラリーを補充しつつ複数個所で同時並行的に同様の塗工工程を実行することができる。

本発明によれば、搬入路開閉弁および搬出路開閉弁の開閉により搬送手段の入口側における背圧が所定の範囲内に収まるように制御しているので、スラリーを貯留するタンク内の圧力を所定の範囲に維持することができる。この結果、スラリーの圧送を防止するとともに、塗工時にはタンク内のスラリーのレベルの変動に影響されることなく塗工ヘッドを介してのスラリーの円滑吐出を行わせて均一な膜厚のスラリーの薄膜を金属箔上に形成し得る。

本発明の実施の形態に係る金属箔に対するスラリーの塗工システムを示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るスラリーの塗工システムを示すブロック図である。同図に示すように、本形態に係る塗工システムは、電極を構成するための電極活物質であるスラリーを貯留するタンク１と、タンク１内に所定圧の窒素ガスを充填する窒素ガス搬入路２と、タンク１から窒素ガスを排出する窒素ガス搬出路３と、金属箔４の表面にスラリーを塗工する塗工ヘッドであるダイヘッド５と、タンク１とダイヘッド５との間を連通しているスラリー搬送管路６の途中に配設されてスラリーを一定量づつ連続的にダイヘッド５に向けて搬送する搬送手段であるモーノポンプ７とを有する。

ここで、窒素ガス搬入路２には、この窒素ガス搬入路２を開閉する搬入路開閉弁８が、また窒素ガス搬出路３には、この窒素ガス搬出路３を開閉する搬出路開閉弁９がそれぞれ配設されている。かくして、搬入路開閉弁８が開放されることにより窒素ガスがタンク１内に導入・充填される。この結果、タンク１内の空気がパージされ、スラリーの表面には水分を含まない窒素ガスが接触する状態となり、スラリーが空気と接触することにより空気中の水分を吸収して劣化するのを防止することができる。一方、搬出路開閉弁９が開放されることによりタンク１の窒素ガスが大気中に排出される。この結果、タンク１内でスラリーに作用する窒素ガスの圧力を減圧することができる。

かかる搬入路開閉弁８および搬出路開閉弁９の開閉は、制御部１０の制御により行う。ここで、制御部１０は、タンク１内の窒素ガスの圧力を検出する圧力計１１の検出圧力に基づきモーノポンプ７の入口側におけるスラリーの圧力である背圧が所定範囲に収まるように搬入路開閉弁８および搬出路開閉弁９の開閉制御を行う。

具体的には、背圧が、予め設定しておいた所定範囲内にある場合には搬入路開閉弁８および搬出路開閉弁９の両方を閉塞してタンク１内の圧力を保持する。背圧を所定範囲内に保持する方法としては、搬入路開閉弁８および搬出路開閉弁９の両方を開放し、窒素ガス搬入路２からの窒素ガスの搬入量と窒素ガス搬出路３からの窒素ガスの搬出量を同じあるいは同程度となるように調整するものでもよいが、搬入路開閉弁８および搬出路開閉弁９の制御を減らし、窒素ガスの効率的な利用の観点では前者のように搬入路開閉弁８および搬出路開閉弁９をともに閉塞する方が望ましい。

一方、圧力計１１が検出する圧力が、前記所定範囲の上限圧力を超えた時点で搬入路開閉弁８を閉塞した状態で搬出路開閉弁９を開放する。このことによりタンク１内への窒素ガスの流入を遮断した状態で、タンク１内の窒素ガスの一部をタンク外に放出する。かくして、タンク１内の圧力が減圧され、所定範囲に収まる。この時点で搬出路開閉弁９を閉塞して窒素ガスのタンク外への放出を停止する。

また、圧力計１１が検出する圧力が、前記所定範囲の下限圧力を下回った時点で搬出路開閉弁９を閉塞した状態で搬入路開閉弁８を開放する。このことによりタンク１内の窒素ガスのタンク外への放出を遮断した状態で、タンク１内に窒素ガスを導入する。かくして、タンク１内の圧力が上昇し、所定の範囲に収まる。この時点で搬入路開閉弁８を閉塞して窒素ガスのタンク１内への供給を停止する。

かくして本形態によれば、ローラ１２の回転で長手方向に搬送される長尺状の金属箔４の表面にダイヘッド５を介してスラリーが塗布される。本形態においては、かかるスラリーの塗工によりタンク１内のスラリーのレベルが変動しても圧力計１１が検出する圧力に基づきタンク１内の圧力を調整するので、タンク１内の圧力は所定範囲内に保持される。この結果、タンク１内の圧力が高くなることでタンク１から排出されるスラリーが圧送されてしまうことによる塗工ムラの発生を未然に防止し得る。

タンク１内における窒素ガスによる空気のパージは、スラリーが空気中の水分を吸収して劣化するのを防止するためのもので、スラリーを圧送することがないように微圧（例えばモーノポンプ７の出口側の圧力の１／１００程度）としてある。ちなみに、タンク１内の圧力が高くなりモーノポンプ７によるその出口側の圧力の１／１０程度になると、圧送等、スラリーの搬送に影響を及ぼすことになる。ここで、背圧の上限値は、スラリーの重量に起因する圧力とタンク１内の圧力との合計が、モーノポンプ７の停止時におけるスラリーの漏洩を防止し得る最大の圧力値に基づき設定する。また、背圧の下限値は、塗工ムラ等を生起することなくダイヘッド５で良好な塗工を行い得る最低限度の量のスラリーがモーノポンプ７の出口側から供給されるような圧力値となるように設定する。タンク１内の圧力が低いままスラリーの残量が少なくなりすぎると、モーノポンプ７に供給されるスラリー量が減少してしまうからである。具体的には、背圧が１００ｋＰａ以上であるとスラリーの漏洩が発生する。そのため、背圧の上限値としては１００ｋＰａより低い圧力とする必要がある。また、背圧が２ｋＰａあればスラリーをモーノポンプ７の出口側から安定して供給することができることを確認した。そのため、背圧の下限値としては２ｋＰａとなる。

制御部１３は、レベル計１４が検出するタンク１内のスラリー量（タンク１内にあるスラリーの上面の高さのレベル）に基づき搬送手段であるポンプ１６を駆動し、タンク１５に貯留するスラリーを、スラリー供給管路１７およびフィルター１８を介してタンク１内に移送・補充して、タンク１内のスラリー量が一定の範囲に収まるように制御している。すなわち、塗工に必要な量のスラリーをタンク１５からタンク１に移送・補充するようになっている。ここで、タンク１５はタンク１よりも大容量のタンクであり、ポンプ１６の駆動によりタンク１に適量のスラリーを供給するように構成してある。タンク１５には、スラリー供給管路１７を介してスラリーが供給される。

制御部２９は開閉弁２０，２１の開閉を制御する。ここで、開閉弁２０はモーノポンプ７とダイヘッド５との間でスラリー搬送管路６に配設してある。開閉弁２１は、モーノポンプ７の下流側で、かつ開閉弁２０の上流側からタンク１５に戻るスラリーのフィードバック管路２２に配設してある。かくして、開閉弁２０を間欠的に開閉するとともに、この開閉動作と逆位相で開閉弁２１を間欠的に開閉することによりスラリーの循環を継続しつつダイヘッド５による金属箔４への間欠塗工を実現することができる。また、制御部２９で制御される開閉弁２０，２１を設けることにより、再起動時のモーノポンプ７の応答性を良好にすることができる。すなわち、再起動時には、まず開閉弁２０を閉塞するとともに、開閉弁２１を開放した状態でモーノポンプ７の駆動を開始することでフィードバック管路２２を介してスラリーを循環させ、モーノポンプ７が定常状態となった時点で開閉弁２０を開放するとともに開閉弁２１を閉塞してダイヘッド５にスラリーを供給する。このことにより所定の塗工作業を円滑に開始することができる。

アキュームレータ２３はモーノポンプ７の下流側と開閉弁２０，２１の上流側との間でスラリー搬送管路６に配設されてスラリー搬送管路６内の圧力を一定に調整する。

上述のごとき本形態によれば、搬入路開閉弁８および搬出路開閉弁９の開閉により背圧が所定の範囲内に収まるように制御しているので、スラリーを貯留するタンク１内の圧力を所定の範囲に維持することができる。本形態のようにタンク１内の圧力を維持するよう制御することにより、アキュームレータ２３で調整できないような圧力でスラリーが搬送されることを防止できる。

この結果、タンク１内に充填される窒素ガスによるスラリーの圧送を防止するとともに、塗工時にはダイヘッド５を介してのスラリーの円滑吐出を行わせて均一な膜厚のスラリーの薄膜を金属箔４の表面に塗布・形成し得る。

なお、上記実施の形態においてスラリーの搬送手段としてはモーノポンプ７を用いたが、これに限定するものではない。スラリーを一定量づつ連続的に送給することができるものであれば、特に制限はない。また、塗工ヘッドとしてはダイヘッド５を示したが、これもダイヘッド５に限定するものではない。金属箔４の表面にスラリーを吐出して所定の塗工を行うことができるものであれば、特に制限はない。

さらに、タンク１からダイヘッド５に至るスラリーの搬送および塗工系統は一系統の場合を示したが、これは複数系統であっても構わない。すなわち、複数のダイヘッド５で複数の金属箔４にスラリーを塗工するシステムとすることもできる。この場合、大容量の一個のタンク１５が複数の塗工系統に対して供給するスラリーを貯留する共通タンクとなり、このタンク１５の下流側に、ポンプ１６、フィルター１８、タンク１、モーノポンプ７、ダイヘッド５からなるスラリーの塗工系統を、タンク１５の下流側とポンプ１６の上流側との間から枝分かれさせて並列に配設し、タンク１５から各塗工系統毎のタンク１に、スラリーを供給するように構成すれば良い。

本発明は、金属箔の表面にスラリー状の活物質を塗布して電極を作製する塗工工程を有する、例えばリチウムイオン電池の製造を行う産業分野において有効に利用することができる。

１、１５ タンク
２ 窒素ガス搬入路
３ 窒素ガス搬出路
４ 金属箔
５ ダイヘッド
６ スラリー搬送管路
７ モーノポンプ
８ 搬入路開閉弁
９ 搬出路開閉弁
１０ 制御部
１１ 圧力計

Claims (5)

1. 電池電極用のスラリーを貯留するタンクと、前記スラリーを貯留した前記タンク内に所定圧の窒素ガスを充填する窒素ガス搬入路と、前記窒素ガスを排出する窒素ガス搬出路と、金属箔の表面に前記スラリーを塗工する塗工ヘッドと、前記タンクと前記塗工ヘッドとの間を連通しているスラリー搬送管路の途中に配設されて前記スラリーを一定量づつ連続的に塗工ヘッドに向けて搬送する搬送手段とを有するスラリーの塗工システムであって、
   前記窒素ガス搬入路を開閉する搬入路開閉弁と、前記窒素ガス搬出路を開閉する搬出路開閉弁と、前記タンク内の窒素ガスの圧力を検出する圧力検出手段とを有し、
   前記圧力検出手段が検出する前記圧力に基づき、前記搬送手段の入口側における前記スラリーの圧力と前記窒素ガスの圧力の合計である背圧が所定範囲に収まるように制御手段で前記搬入路開閉弁および前記搬出路開閉弁を開閉制御することを特徴とするスラリーの塗工システム。
2. 請求項１に記載するスラリーの塗工システムにおいて、
   前記制御手段は、前記圧力検出手段が検出する圧力が、前記所定範囲内にある場合には前記搬入路開閉弁および前記搬出路開閉弁の両方を閉塞してタンク内の圧力を保持し、前記所定範囲の上限圧力を超えた時点で前記搬入路開閉弁を閉塞するとともに前記搬出路開閉弁を開放し、前記所定範囲の下限圧力を下回った時点で前記搬入路開閉弁を開放するとともに前記搬出路開閉弁を閉塞するように制御するものであることを特徴とするスラリーの塗工システム。
3. 請求項１または請求項２に記載するスラリーの塗工システムにおいて、
   前記背圧の最大値は、前記窒素ガスのガス圧および前記スラリーの重量に起因して作用する圧力による前記搬送手段におけるスラリーの出口側への漏洩を防止し得る圧力としたことを特徴とするスラリーの塗工システム。
4. 請求項１〜請求項３の何れか一つに記載するスラリーの塗工システムにおいて、
   前記タンク内のスラリー量を検出するスラリー検出手段を有し、前記スラリー検出手段が検出する前記スラリー量に基づき、前記スラリー量が所定範囲内に収まるように前記スラリーを前記タンク内に補充するようにスラリー量制御部で制御することを特徴とするスラリーの塗工システム。
5. 請求項１〜請求項４の何れか一つに記載するスラリーの塗工システムにおいて、
   前記タンクから前記塗工ヘッドに至る同構成の塗工系統を複数有し、内部に前記スラリーが貯留された前記タンクよりも大容量の共通タンクから各塗工系統毎の前記タンクに、前記スラリーを供給するように構成したことを特徴とするスラリーの塗工システム。

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