JP2017170312A - スラリ塗工装置およびスラリ塗工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シート状部材１の表面に塗工される活物質層２の幅方向の端部２ａの断面形状をより理想的な形状に近付ける。【解決手段】ダイヘッド４のスリット状の吐出口５からシート状部材１の上に活物質スラリを間欠的に吐出し、略矩形に活物質層２を形成する。スラリは幅方向外側へ拡がろうとするので、吐出口５の直後の位置において、シート状部材１の側方から第１エアノズル１１により活物質層２の端縁へ向かって加圧エアを供給する。これによるスラリの局部的な盛り上がりを修正するために、第１エアノズル１１より下流側の位置において、活物質層２の面に直交する方向へ第２エアノズル１２から加圧エアを供給する。これにより、活物質層２の端縁が急峻な断面形状となり、基準の塗工厚を満たす範囲が拡大する。【選択図】図２

Description

この発明は、シート状部材の表面にスラリを塗布するスラリ塗工装置および塗工方法に関する。

例えば、リチウムイオン二次電池は、正極側および負極側の電極板をセパレータを介して積層した構造を有しており、電極板としては、アルミニウムや銅の金属箔に正極もしくは負極の活物質をスラリとして塗布したものが用いられる。このスラリの塗工工程は、特許文献１に開示されているように、スリット状の吐出口を有するダイヘッドを用い、長尺の金属箔を移動させつつダイヘッドからスラリを吐出することで行われる。特許文献１は、所定幅のスラリ層を連続的に形成する連続塗工を開示しているが、活物質の無駄を少なくするために、スラリを間欠的に吐出することで所定長に分割された略矩形のスラリ層を形成するようにした間欠塗工の技術も知られている。

このようにスラリ層が塗工された金属箔は、スラリ層の乾燥および圧延を経た後に、最終的に所定の寸法に切断される。

特開２０１０−８６８１１号公報

金属箔等のシート状部材の表面にダイヘッドのスリット状吐出口から吐出されたスラリは、シート状部材の幅方向外側へ拡がろうとする傾向がある。そのため、シート状部材の上に形成されるスラリ層の幅方向の端部は、幅方向の外側へ向かってスラリ層の厚みつまり塗工厚が徐々に薄くなっていく。従って、最終的な製品（例えば上述した電極板）における基準の塗工厚を保証するためには、基準の塗工厚を満たさなくなるシート状部材の側縁部（幅方向の端部）をスラリの乾燥後に切断することとなるが、必要な切断幅が比較的大きなものとなり、スラリ材料（例えば上述した活物質）やシート状部材（例えば金属箔）の無駄が多い。

特許文献１は、ダイヘッドのスリット状吐出口の両端部（シート状部材の幅方向両端部に対応する部位）の開口幅を相対的に狭めておくことを開示しているが、当然のことながら、このような技術では、スラリ層の幅方向の端部における塗工厚の減少を抑制することはできない。

この発明は、上記のようなスラリ層の幅方向の端部における塗工厚の変化をより好ましいものとするために、吐出口の直後の位置においてシート状部材の側方に第１ガスノズルを配置し、シート状部材に塗布されたスラリ層の幅方向の端縁に対して、上記幅方向へ沿った方向に加圧ガスを供給するとともに、この第１ガスノズルよりも下流側でかつバックアップロール上において上記スラリ層の幅方向の端部に向かって第２ガスノズルを配置し、上記スラリ層の面に直交する方向へ加圧ガスを供給するようにしたものである。

第１ガスノズルからスラリ層の幅方向の端縁に対して上記幅方向に沿った方向へ加圧ガスを供給することで、スラリ層の端縁のスラリが幅方向内側へ向けて押される。そのため、幅方向外側への拡がりひいては塗工厚の減少が抑制される。

一方、第１ガスノズルからの加圧ガスの供給のみでは、スラリが幅方向内側へ押されることで、端縁に隣接した位置で逆に上方への盛り上がりが生じる。このように盛り上がりを生じるスラリ層の幅方向の端部に対し、第２ガスノズルからスラリ層の面に直交する方向へ加圧ガスを供給することで、その盛り上がりが抑制される。

この発明によれば、シート状部材の上に形成されるスラリ層の幅方向の端部の断面形状が、垂直に切り立った理想形状により近いものとなり、基準の塗工厚を満たす範囲がより広く得られる。従って、スラリの乾燥後に切断すべきシート状部材側縁部の切断幅を狭くすることが可能となる。

この発明に係るスラリ塗工装置の一実施例を模式的に示す側面図。 同じく一実施例を模式的に示す平面図。 第１エアノズルの構成説明図。 各エアノズルへの加圧エアの供給回路を示す回路説明図。 各エアノズルのエア圧力の特性を示す特性図。 スラリ層の端部における塗工厚の変化を示す特性図。 実施例のスラリ層の端部における塗工厚を参考例と比較して示す特性図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１および図２は、一実施例のスラリ塗工装置を示している。この実施例は、一例として、リチウムイオン二次電池における正極側もしくは負極側の電極板の製造に用いられるものであり、集電体となるアルミニウム箔もしくは銅箔からなる長尺のシート状部材１の表面に正極もしくは負極の活物質をスラリとして塗布することで所定の厚み（塗工厚）の活物質層２（スラリ層）を形成するようにしている。特に、この実施例では、最終的に矩形に切断した正極側電極板および負極側電極板をセパレータとともに多重に積層して電極積層体とする二次電池の構成に対応して、スラリの間欠的な塗工を行うことで、シート状部材１の表面に、所定長に分割した形に略矩形をなすスラリ層つまり活物質層２を形成するようになっている。

スラリ塗工装置は、図外の金属箔ロールから連続的に供給される長尺のシート状部材１をＵターン状に搬送かつ支持する円筒状のバックアップロール３と、このバックアップロール３に隣接して配置されたダイヘッド４と、を備えている。ダイヘッド４は、帯状をなすシート状部材１の幅方向に沿って直線的に延びたスリット状の吐出口５を有し、かつ内部に、活物質スラリが一時的に貯留されるマニホルド６を有している。なお、本発明における「幅方向」の語は、シート状部材１の幅方向つまり図２に矢印Ｘで示す方向を意味する。シート状部材１は、この幅方向Ｘに直交する図２のＹ方向へ搬送される。上記吐出口５は、バックアップロール３の外周面に所定の間隙を介して対向しており、バックアップロール３の外周面上に支持されたシート状部材１が吐出口５の前方を連続的に移動するようになっている。活物質材料にバインダ等を混練して生成される活物質スラリは、図外の供給装置からマニホルド６に供給され、間欠的に圧力制御を行うことによって、吐出口５からシート状部材１の表面に間欠的に吐出される。この間欠的なスラリの吐出によって、シート状部材１の表面上には、図示するように、所定長に分割された形で略矩形の活物質層２が形成される。

ここで、吐出口５からシート状部材１の上に吐出されたスラリは、シート状部材１の幅方向外側へ僅かに拡がろうとする。そのため、活物質層２の幅方向の端部２ａ（図２参照）は、図６の特性ａにその塗工厚を示すように、幅方向の外側へ向かって徐々に塗工厚が薄くなる傾向を有する。

このような端部２ａのスラリの薄肉化を抑制するために、本実施例のスラリ塗工装置では、吐出口５の直後の位置、例えば吐出されたスラリがシート状部材１の上に付着する位置において、シート状部材１の側方にそれぞれ第１ガスノズルとして第１エアノズル１１が配置されている。この第１エアノズル１１は、加圧ガスとして加圧エア（以下では必要に応じて第１の加圧エアと呼ぶ）を噴射・供給するものであり、一対の第１エアノズル１１がシート状部材１ないし活物質層２を挟んで互いに対向するように配置されている。より詳しくは、第１エアノズル１１は、シート状部材１に塗布された活物質層２の幅方向の端縁ないし端面に向かって、幅方向に沿った方向へ加圧エアを供給するように、そのエア吹き出し方向が指向している。

図３は、第１エアノズル１１のエア吹き出し口の詳細を示しており、図示するように、第１エアノズル１１は、小さな円形のエア噴出口１１ａを複数個二次元的に集合配置した構成を有している。例えば、３×３の形で計９個のエア噴出口１１ａを備え、全体として１ｍｍ四方程度の矩形をなすように構成されている。

また、上記スラリ塗工装置においては、搬送方向Ｙに沿って上記第１エアノズル１１の下流側となる位置に、第２ガスノズルとして一対の第２エアノズル１２を備えている。この第２エアノズル１２は、第１エアノズル１１からの加圧エアによりスラリ端縁が内側へ押される（詳細は後述する）ことの跳ね返りとして生じる活物質層２端部の盛り上がりを修正するためのものであり、バックアップロール３上に支持されている活物質層２の幅方向の端部２ａへ向かって配置され、かつ活物質層２の面（換言すればシート状部材１の面）に直交する方向へ加圧エア（以下では必要に応じて第２の加圧エアと呼ぶ）を供給するように、そのエア吹き出し方向が指向している。

第２エアノズル１２のエア吹き出し口も、図３に示した第１エアノズル１１のエア吹き出し口の構成と同様であり、小さな円形のエア噴出口を複数個二次元的に集合配置した構成となっている。一例では、第２エアノズル１２は、数ｍｍ角のエア供給領域を有するように構成され、活物質層２の幅方向の端縁から３ｍｍ程度の範囲をカバーするように配置されている。

上記第２エアノズル１２の配設位置としては、スラリの盛り上がりの修正のためには、できるだけ第１エアノズル１１に近いことが望ましいが、両者が過度に近いと両者の吐出エアが干渉して乱流を生じてしまうので、乱流が生じない範囲で上流寄りに配置することが望ましい。また、第２エアノズル１２からの加圧エアの供給をバックアップロール３よりも下流側で行うと、金属箔からなるシート状部材１の変形の恐れがあるので、第２エアノズル１２の配設位置（換言すれば第２の加圧エアの供給位置）は、バックアップロール３によってシート状部材１が支持されている範囲内にある必要がある。

さらに、上記実施例のスラリ塗工装置は、上記第２の加圧エアの供給によるスラリの幅方向外側への移動ないし変形を抑制するために、第１エアノズル１１と同様にシート状部材の側方にそれぞれ配設された第３ガスノズルとしての一対の第３エアノズル１３を備えている。一対の第３エアノズル１３は、第１エアノズル１１と同じくシート状部材１ないし活物質層２を挟んで互いに対向するように配置されており、シート状部材１に塗布された活物質層２の幅方向の端縁ないし端面に向かって、幅方向に沿った方向へ加圧エア（以下では必要に応じて第３の加圧エアと呼ぶ）を供給するように、そのエア吹き出し方向が指向している。この第３エアノズル１３の搬送方向Ｙにおける配設位置（換言すれば第３の加圧エアの供給位置）は、基本的に、第２エアノズル１２の配設位置に対応した位置（つまり搬送方向Ｙにおいて同じ位置）に設定されている。あるいは、第２エアノズル１２の配設位置よりも僅かに下流側にあってもよい。

第３エアノズル１３は、図３に示した第１エアノズル１１と同様のものであり、例えば、３×３の形で計９個の小さなエア噴出口を二次元的に集合配置した構成を備え、全体として１ｍｍ四方程度の矩形をなすように構成されている。

なお、第３エアノズル１３からの第３の加圧エアの供給は本発明においては補助的なものであり、第３エアノズル１３を省略することも可能である。

図４は、各エアノズル１１，１２，１３へ加圧エアを供給する供給回路の構成を示している。図示するように、高圧エアタンク１５にメインバルブ１６を介して接続されたメイン配管１７から３本の分岐配管１８，１９，２０が分岐しており、これらの分岐配管１８，１９，２０がエアノズル１１，１２，１３にそれぞれ接続されている。そして、各々の分岐配管１８，１９，２０には、各エアノズル１１，１２，１３へ導入される加圧エアの圧力を個々に制御する可変オリフィス等からなる圧力制御機構２１，２２，２３と、加圧エアの供給・停止を個々に制御する制御バルブ２４，２５，２６と、がそれぞれ設けられている。上記の圧力制御機構２１，２２，２３および制御バルブ２４，２５，２６は、図示せぬコントローラによってダイヘッド４からのスラリの間欠的な吐出に連動した形で制御される。

図５は、分割形成される１単位の活物質層２の塗工のためにダイヘッド４がスラリを吐出し始めたときからの経過時間（換言すればシート状部材１の搬送距離）を横軸として、各エアノズル１１，１２，１３から供給されるエア圧力の特性を示したものである。

第１エアノズル１１から供給される第１の加圧エアの圧力は、線Ｐ１で示すように、吐出開始の初期に最も高く、かつ活物質層２の１単位の塗布の間に徐々に低くなるように制御される。これは、ダイヘッド４のマニホルド６内の加圧されているスラリが吐出口５から大気圧中に出た瞬間の材料つまり１単位の活物質層２の先頭となる部位の材料が外側へ最も拡がり易いことを考慮したものである。また、１単位の活物質層２を塗工している途中でエア圧力がステップ的に変化すると活物質層２の端縁に段差等が生じるので、徐々に圧力を低下させている。

これに対し、第２エアノズル１２から供給される第２の加圧エアの圧力は、図示例では、線Ｐ２で示すように、常に一定に制御される。これは、スラリの盛り上がりを修正する第２の加圧エアの供給開始の遅れがないようにしたものである。

また、図示例では、第３エアノズル１３から供給される第３の加圧エアの圧力は、線Ｐ３で示すように、スラリの吐出開始から遅れた時刻ｔ３の時点から立ち上がるように制御される。この時刻ｔ３は、１単位の活物質層２の先頭が第３エアノズル１３の位置に到達するタイミングに相当する。すなわち、実質的には、１単位の活物質層２が第３エアノズル１３の前方を通過する間、概ね一定の圧力でもって第１の加圧エアが供給される。但し、この第３の加圧エアの圧力は、第２の加圧エアによるスラリの外側への移動を抑制するためのものであるので、第１の加圧エアの初期の圧力よりも低く設定されている。

なお、第２の加圧エアの圧力を、線Ｐ３のように、１単位の活物質層２の先頭が第２エアノズル１２の位置に到達するタイミングで立ち上がるように制御してもよく、逆に、第３の加圧エアの圧力を、線Ｐ２のように、常に一定圧力に維持するようにしてもよい。

次に、上記のように構成されたスラリ塗工装置の作用について説明する。図６は、上記の加圧エアの供給による活物質層２端部２ａの塗工厚の変化を示したものである。図６の横軸は、活物質層２の端縁からの長さであることから、換言すれば、図６は、活物質層２の端部２ａの断面形状を示している。図の特性ａは、加圧エアの供給を行わなかった場合の特性つまりスラリを単にシート状部材１の表面に塗工しただけの場合の端部２ａの塗工厚の特性を示す。図示するように、スラリはマニホルド６内から大気圧下に出たときの圧力差ならびに表面張力によって幅方向外側へ拡がろうとし、従って、端部２ａの塗工厚は徐々に薄肉となる傾向を示す。

これに対し、上記実施例では、吐出口５から吐出した直後に第１エアノズル１１から幅方向内側へ向けて第１の加圧エアを供給することにより、まだ粘性を有するスラリの端縁が幅方向内側へ押され、図６に特性ｂとして示すように、端縁ないし端面の断面形状がより急峻なものへと変化する。

一方、このように端縁を第１の加圧エアで幅方向内側へ押したことによる跳ね返りとして、端縁に隣接した箇所のスラリが上方へ盛り上がる現象が生じる。なお、特性ｂで示す断面形状は、第１エアノズル１１と第２エアノズル１２との間における端部２ａの断面形状に概ね相当する。このような局部的な盛り上がりに対し、第２エアノズル１２からの第２の加圧エアは、この盛り上がった部分を含む端部２ａに向かって、シート状部材１の面と垂直な方向から供給される。これにより、第２エアノズル１２を通過した段階では、盛り上がった部分が修正された断面形状となる。なお、第２の加圧エアの供給によって端縁ないし端面が再び外側へ拡がることがないように、第３エアノズル１３から第３の加圧エアが幅方向内側へ向かって供給される。これにより、最終的には、特性ｃとして示すように、急峻な端面を有するとともに局部的な盛り上がりが除去された断面形状が得られる。

図７は、実施例の端部２ａの最終的な断面形状ないし塗工厚を示す特性ｃと、参考例として加圧エアの供給を行わない場合の断面形状ないし塗工厚を示す特性ａと、の二者を対比したものである。上述したように、実施例の端部２ａは、端縁ないし端面が急峻に立ち上がった形状となり、換言すれば、塗工厚の薄肉化が急激に生じる。そのため、特性ａの参考例では、活物質層２の幅方向について矢印Ｗ１で示す範囲までが基準の塗工厚を満たすこととなるのに対し、実施例では、矢印Ｗ２で示すより広い範囲が基準の塗工厚を満たすこととなる。基準の塗工厚を満たさない端部の領域は、例えば活物質層２の乾燥後に切断除去する必要があるが、上記実施例では、上記のように基準の塗工厚を満たす境界がより外側となるので、切断除去すべき幅が狭くなり、切断に伴って生じる活物質や金属箔の無駄を抑制することができる。

以上、この発明をリチウムイオン二次電池の電極板の塗工に適用した一実施例を説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、金属箔、フィルム、シート等のシート状部材の表面にスラリ層を設ける種々の塗工に適用することが可能である。そして、上記のような間欠塗工のみならず連続塗工についても適用が可能である。

また、上記実施例では、シート状部材の幅方向の両側にそれぞれ第１，第２エアノズル１１，１２を備えているが、スラリの薄肉化が片側で許容されるような場合には、片側のみに第１，第２エアノズル１１，１２を設ければよい。

また、上記実施例では、吐出されたスラリがシート状部材１の上に付着するときに第１の加圧エアを側方から受けるように第１エアノズル１１を配置しているが、これよりも下流側の位置つまりスラリがシート状部材１とともにバックアップロール３の上で多少移動した位置に第１エアノズル１１を配置するようにしてもよい。

また、加圧ガスとしては、エアに限らず、適宜な不活性ガス等の他のガスを利用することが可能である。

１…シート状部材
２…活物質層
２ａ…端部
３…バックアップロール
４…ダイヘッド
５…吐出口
１１…第１エアノズル
１２…第２エアノズル
１３…第３エアノズル
１５…高圧エアタンク
２１，２２，２３…圧力制御機構
２４，２５，２６…制御バルブ

Claims (9)

1. 連続的に移動するシート状部材の表面に、スラリの塗布を行うスラリ塗工装置であって、
   上記シート状部材を支持するバックアップロールに対向してスリット状の吐出口を備えたダイヘッドと、
   上記吐出口の直後の位置において上記シート状部材の側方に配置され、該シート状部材に塗布されたスラリ層の幅方向の端縁に対して、上記幅方向に沿った方向へ加圧ガスを供給するように指向した第１ガスノズルと、
   上記第１ガスノズルよりも下流側でかつ上記バックアップロール上において上記スラリ層の幅方向の端部に向かって配置され、上記スラリ層の面に直交する方向へ加圧ガスを供給するように指向した第２ガスノズルと、
   を備えてなるスラリ塗工装置。
2. 上記第２ガスノズルに対応する位置もしくはこれよりも僅かに下流側の位置において上記シート状部材の側方に配置され、上記スラリ層の幅方向の端縁に対して、上記幅方向に沿った方向へ加圧ガスを供給するように指向した第３ガスノズル、をさらに備えてなる請求項１に記載のスラリ塗工装置。
3. 上記第１ガスノズルは、複数個のガス噴出口を二次元的に集合配置した構成を有する、請求項１または２に記載のスラリ塗工装置。
4. 上記第１ガスノズルおよび上記第２ガスノズルは、上記スラリ層の幅方向の両端に対応してそれぞれ一対設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載のスラリ塗工装置。
5. 上記ダイヘッドがスラリを間欠的に吐出することでシート状部材の上にスラリ層を分割して形成するスラリ塗工装置であって、
   上記第１ガスノズルから吐出されるガスの圧力を、スラリ層の１単位の塗布の間に徐々に低下させる圧力制御機構を備えている、請求項１〜４のいずれかに記載のスラリ塗工装置。
6. 連続的に移動するシート状部材の表面に、スラリを塗布するスラリ塗工方法であって、
   上記ダイヘッドのスリット状の吐出口から上記シート状部材の上にスラリを吐出し、
   上記吐出口の直後の位置において、上記シート状部材の側方からスラリ層の幅方向の端縁に向かって、上記幅方向に沿って第１の加圧ガスを供給し、
   この第１の加圧ガスの供給位置よりも下流側の位置において、上記スラリ層の幅方向の端部に向かって、該スラリ層の面に直交する方向へ第２の加圧ガスを供給する、スラリ塗工方法。
7. さらに、上記第２の加圧ガスの供給位置に対応する位置もしくはこれよりも僅かに下流側の位置において、上記シート状部材の側方から上記スラリ層の幅方向の端縁に向かって、上記幅方向に沿って第３の加圧ガスを供給する、請求項６に記載のスラリ塗工方法。
8. 上記第３の加圧ガスの圧力を、スラリ層の吐出開始部分に対する上記第１の加圧ガスの圧力以下とした、請求項７に記載のスラリ塗工方法。
9. 上記ダイヘッドからスラリを間欠的に吐出してスラリ層を間欠塗布するとともに、
   上記第１の加圧ガスの圧力を、スラリ層の１単位の塗布の間に徐々に低下させる、請求項６〜８のいずれかに記載のスラリ塗工方法。

Images