JP2018142426A - 塗工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】活物質ペースト及びセラミックスラリーを同時に塗工する際に、活物質ペーストとセラミックスラリーとが混ざることを抑制できる塗工装置を提供する。【解決手段】塗工装置３０は、金属箔１１に対して活物質ペースト１２ａを塗工する第１ダイヘッド３１ａと、金属箔１１に塗工された活物質ペースト１２ａの表面にセラミックスラリー１５ａを塗工する第２ダイヘッド３１ｂとが一体化されている。第２ダイヘッド３１ｂは、セラミックスラリー１５ａが貯留されるスラリーマニホールド３６と、セラミックスラリー１５ａが吐出される吐出口３２ｂと、スラリーマニホールド３６と吐出口３２ｂとを連通させるスラリー連通路３７と、スラリー連通路３７に露出するように配置されたホーン４１と、ホーン４１を振動させる圧電素子４２とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、集電体に対して活物質ペースト及びセラミックスラリーを塗工する塗工装置に関する。

蓄電装置としての二次電池に使用される電極の一例として、集電体としての金属箔と、金属箔の両面又は片面に存在する活物質層と、活物質層の表面に存在する耐熱層とを有する電極が知られている。

電極は、例えば、長尺帯状の金属箔の両面又は片面に活物質層及び耐熱層の２層構造を有する電極材料を枚葉状に切断して形成される。長尺帯状の金属箔に活物質層及び耐熱層の２層構造を形成する塗工装置として、例えば、特許文献１が挙げられる。特許文献１に開示の塗工装置は、第１塗工装置と第２塗工装置とが一体化されている。そして、第１塗工装置から活物質層の材料である活物質ペーストを吐出させ、第２塗工装置から耐熱層の材料であるセラミックスラリーを吐出させることで、活物質層ペーストの表面にセラミックスラリーを塗工でき、２層構造を同時に形成できる。

特開２００１−３４５０９６号公報

しかしながら、活物質ペースト及びセラミックスラリーを同時に塗工する塗工装置を採用すると、セラミックスラリーの粘度が活物質ペーストの粘度よりも低いため、セラミックスラリーが活物質ペースト側に流れて液溜まりが発生する場合がある。セラミックスラリーと活物質ペーストとが混ざりゲル化すると、活物質ペースト及びセラミックスラリーの塗工を良好に行うことが困難となる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、活物質ペースト及びセラミックスラリーを同時に塗工する際に、活物質ペーストとセラミックスラリーとが混ざることを抑制できる塗工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塗工装置は、集電体に対して活物質ペーストを塗工する第１ダイヘッドと、前記集電体に塗工された前記活物質ペーストの表面にセラミックスラリーを塗工する第２ダイヘッドとが一体化され、前記第２ダイヘッドは、前記セラミックスラリーが貯留されるマニホールドと、前記セラミックスラリーが吐出される吐出口と、前記マニホールドと前記吐出口とを連通させる連通路と、前記連通路に露出するように配置されたホーンと、前記ホーンを振動させる振動子と、を備えることを要旨とする。

これによれば、ホーンの振動により、連通路内のセラミックスラリーを振動させ、セラミックスラリーにキャビテーションを発生させることができる。よって、一体化された第１ダイヘッド及び第２ダイヘッドによって、活物質ペーストとセラミックスラリーとを同時に塗工する際に、第２ダイヘッドの吐出口から吐出されるセラミックスラリーの表面張力が低下し、液溜まりが発生しづらくなる。その結果、活物質ペーストとセラミックスラリーとが混ざることを抑制できる。また、セラミックスラリーを振動させることで、連通路や吐出口におけるセラミックスラリーの詰まりを抑制できる。

また、上記塗工装置について、前記第２ダイヘッドは、前記連通路における吐出口側に連通路よりも径の大きい貯留部を有するのが好ましい。
これによれば、セラミックスラリーは、吐出口から吐出される前に貯留部によって一時的に貯留される。セラミックスラリーを振動させることで、貯留部内のセラミックスラリーの流量が変動する。よって、第２ダイヘッドの吐出口から吐出されるセラミックスラリーが流動化されて表面張力が低下し、液溜まりが発生しづらくなる。

また、上記塗工装置について、前記ホーンは、前記第２ダイヘッドに固定されたフランジ部を有し、前記フランジ部は、前記ホーンの振動の節に配置されているのが好ましい。
これによれば、ホーンの軸方向の先端が振動の腹となるため、吐出口付近のセラミックスラリーを振動させる効果が増大する。よって、第２ダイヘッドの吐出口から吐出されたセラミックスラリーの表面張力がより低下し、液溜まりが発生しづらくなる。

本発明によれば、活物質ペースト及びセラミックスラリーを同時に塗工する際に、活物質ペーストとセラミックスラリーとが混ざることを抑制できる。

電極の斜視図。 電極の製造工程を示す概略図。 実施形態の塗工装置を部分的に示す断面図。 別例の塗工装置を部分的に示す断面図。

以下、塗工装置を具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１に示すように、二次電池用の負極電極１０は、集電体としての矩形状の金属箔１１と、金属箔１１の両面に存在する負極活物質層１２とを備える。金属箔１１は、例えば銅箔である。負極電極１０は、その一辺に沿って、負極活物質層１２が存在せず、金属箔１１が露出した未塗工部１３を有する。そして、負極電極１０において、未塗工部１３の一部には、集電タブ１４が突出する状態に存在する。負極電極１０は、負極活物質層１２の表面全体を覆う耐熱層１５を備える。耐熱層１５は、セラミック粒子としてのアルミナ粒子と樹脂製のバインダとを含み、バインダを介してアルミナ粒子同士、又はアルミナ粒子と負極活物質層１２表面の活物質粒子とが結合して層構造を有する。

次に、負極電極１０の製造工程について説明する。負極電極１０の製造工程は、長尺帯状の金属箔１１の両面に負極活物質層１２及び耐熱層１５を形成する２層形成工程と、負極活物質層１２及び耐熱層１５が形成された金属箔１１を負極電極１０の形状に切断する切断工程とを含む。

図２に示すように、２層形成工程は、塗工工程、乾燥工程、及びプレス工程を含む。塗工工程は、長尺帯状の金属箔１１を搬送しながら、金属箔１１の片面に後に負極活物質層１２となる活物質ペースト１２ａを塗工するとともに、活物質ペースト１２ａの表面に後に耐熱層１５となるセラミックスラリー１５ａを塗工する工程である。ただし、後に未塗工部１３となる部分には活物質ペースト１２ａ及びセラミックスラリー１５ａを塗工しない。塗工工程は、後述する塗工装置３０によって行われる。乾燥工程は、塗工された活物質ペースト１２ａ及びセラミックスラリー１５ａを乾燥させる工程である。乾燥工程は、乾燥装置５０によって行われる。乾燥工程にて乾燥した活物質ペースト１２ａは負極活物質層前駆体となり、セラミックスラリー１５ａは耐熱層１５となる。プレス工程は、乾燥工程後の負極活物質層前駆体及び耐熱層１５が形成された金属箔１１をプレスすることで、負極活物質層前駆体の活物質密度を上げる工程である。プレス工程は、負極活物質層前駆体及び耐熱層１５が形成された金属箔１１を挟むように配置された一対のプレスローラ６０ａ，６０ｂによって行われる。これにより、帯状の金属箔１１の一方の面には、所定の密度と厚みを有する負極活物質層１２及び耐熱層１５が形成される。金属箔１１の他方の面についても同様に負極活物質層１２及び耐熱層１５を形成する。

２層形成工程に用いる搬送装置２０は、供給リール２１と、巻取リール２２と、複数のガイドロール２３とを備える。供給リール２１は、塗工工程よりも上流側の場所に配置され、巻取リール２２は、乾燥工程よりも下流側の場所に配置されている。ガイドロール２３は、供給リール２１と巻取リール２２の間の場所に配置されている。供給リール２１、巻取リール２２、及びガイドロール２３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。長尺帯状の金属箔１１は、供給リール２１に巻回されている。供給リール２１から供給された金属箔１１は、巻取リール２２に巻き取られる。塗工工程では、金属箔１１は下から上に向けて搬送される。

塗工装置３０は、金属箔１１の搬送方向において供給リール２１の下流側の場所に配置されている。塗工装置３０は、ダイヘッド３１を備える。ダイヘッド３１は、搬送される金属箔１１に活物質ペースト１２ａを塗工するための筒状の第１ダイヘッド３１ａと、金属箔１１に塗工された活物質ペースト１２ａの表面にセラミックスラリー１５ａを塗工するための筒状の第２ダイヘッド３１ｂとが一体化されて構成されている。ダイヘッド３１は、第１ダイヘッド３１ａが鉛直方向下側、第２ダイヘッド３１ｂが鉛直方向上側となるように配置されている。下から上に向けて搬送される金属箔１１には、第１ダイヘッド３１ａによって活物質ペースト１２ａが先に塗工され、その後、第２ダイヘッド３１ｂによって活物質ペースト１２ａの表面にセラミックスラリー１５ａが塗工される。よって、塗工装置３０により、活物質ペースト１２ａ及びセラミックスラリー１５ａの２層を同時に形成できる。

塗工装置３０は、ダイヘッド３１の吐出口３２と対向する位置に配置されたバックアップロール３３を備える。バックアップロール３３は、ダイヘッド３１に対して相対移動可能である。バックアップロール３３は、金属箔１１に活物質ペースト１２ａ及びセラミックスラリー１５ａを塗工するとき、ダイヘッド３１による塗工が可能な塗工位置に移動し、塗工しないとき、ダイヘッド３１による塗工が不能な退避位置に移動する。

図３に示すように、第１ダイヘッド３１ａは、活物質ペースト１２ａが吐出される吐出口３２ａと、活物質ペースト１２ａが貯留されるペーストマニホールド３４と、吐出口３２ａとペーストマニホールド３４とを連通させるペースト連通路３５とを備える。活物質ペースト１２ａは、図示しないタンクから図示しないポンプにより圧送されてペーストマニホールド３４に供給される。ペースト連通路３５は、活物質ペースト１２ａがペーストマニホールド３４から吐出口３２ａへ向かって流れる流路である。

第２ダイヘッド３１ｂは、セラミックスラリー１５ａが吐出される吐出口３２ｂと、セラミックスラリー１５ａが貯留されるマニホールドとしてのスラリーマニホールド３６と、吐出口３２ｂとスラリーマニホールド３６とを連通させる連通路としてのスラリー連通路３７とを備える。セラミックスラリー１５ａは、図示しないタンクから図示しないポンプにより圧送されてスラリーマニホールド３６に供給される。スラリー連通路３７は、セラミックスラリー１５ａがスラリーマニホールド３６から吐出口３２ｂへ向かって流れる流路である。第２ダイヘッド３１ｂは、スラリー連通路３７における吐出口３２ｂの周囲にスラリー連通路３７よりも径の大きい貯留部３８を備える。貯留部３８は、スラリー連通路３７を取り囲むように存在する。貯留部３８は、吐出口３２ｂから吐出される前のセラミックスラリー１５ａを一時的に貯留する。

第２ダイヘッド３１ｂは、円筒状のホーン４１と、ホーン４１を振動させる振動子としての円筒状の圧電素子４２と、共振ばね４３とを備える。ホーン４１は、スラリーマニホールド３６よりも吐出口３２ｂ側において、第２ダイヘッド３１ｂの軸線とホーン４１の軸線が一致する状態に配設されている。スラリー連通路３７は、ホーン４１の内周面４１ａによって区画されている。また、第２ダイヘッド３１ｂにおけるホーン４１の先端側には、ホーン４１の内径、すなわちスラリー連通路３７の径より拡径した貯留部３８がある。ホーン４１は、外周面から径方向外側に突出するフランジ部４４を有する。フランジ部４４は、ホーン４１の振動の節の位置において、図示しない固定部材によって第２ダイヘッド３１ｂのボディに対して固定されている。ホーン４１の軸方向への長さは、ホーン４１の吐出口３２ｂ側の先端部４１ｂが振動の腹となるように設定されている。圧電素子４２は、第２ダイヘッド３１ｂの軸方向において、フランジ部４４よりもスラリーマニホールド３６側の位置であって、ホーン４１の外周面に固定されている。共振ばね４３は、フランジ部４４の吐出口３２ｂ側の端面に配置される。

次に、本実施形態の作用について説明する。
塗工装置３０によって、活物質ペースト１２ａとセラミックスラリー１５ａの２層を同時に形成する際、圧電素子４２に対して共振周波数の振動電流を通電してホーン４１を振動させる。ホーン４１の振動により、スラリー連通路３７内及び貯留部３８内のセラミックスラリー１５ａは振動し、セラミックスラリー１５ａにキャビテーションが発生する。これにより、第２ダイヘッド３１ｂの吐出口３２ｂから吐出されたセラミックスラリー１５ａの表面張力が低下し、セラミックスラリー１５ａが活物質ペースト１２ａ側に流れることが抑制され、液溜まりが発生しづらくなる。

次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）塗工装置３０による２層形成工程において、圧電素子４２によってホーン４１を振動させ、セラミックスラリー１５ａにキャビテーションを発生させることにより、第２ダイヘッド３１ｂの吐出口３２ｂから吐出されるセラミックスラリー１５ａの表面張力を低下させるようにした。このため、液溜まりが発生しづらくなり、一体化された第１ダイヘッド３１ａ及び第２ダイヘッド３１ｂによって、活物質ペースト１２ａとセラミックスラリー１５ａとを同時に塗工する際に、活物質ペースト１２ａとセラミックスラリー１５ａとが混ざることを抑制できる。また、セラミックスラリー１５ａを振動させることで、スラリー連通路３７や吐出口３２ｂにおけるセラミックスラリー１５ａの詰まりを抑制できる。

（２）セラミックスラリー１５ａは、吐出口３２ｂから吐出される前に貯留部３８によって一時的に貯留される。セラミックスラリー１５ａを振動させると、貯留部３８内のセラミックスラリー１５ａの流量が変動する。このため、第２ダイヘッド３１ｂの吐出口３２ｂから吐出されるセラミックスラリー１５ａが流動化されて表面張力が低下し、液溜まりが発生しづらくなる。

（３）ホーン４１のフランジ部４４は、ホーン４１の振動の節に配置されているため、ホーン４１の軸方向の先端部４１ｂが振動の腹となる。このため、吐出口３２ｂ付近のセラミックスラリー１５ａを振動させる効果が増大する。よって、第２ダイヘッド３１ｂの吐出口３２ｂから吐出されたセラミックスラリー１５ａの表面張力がより低下し、液溜まりが発生しづらくなる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
○ 金属箔１１の両面に活物質ペースト１２ａ及びセラミックスラリー１５ａを塗工した後で、乾燥工程及びプレス工程を行ってもよい。

○ 貯留部３８は省略してもよい。
○ フランジ部４４の位置は、ホーン４１の振動の節でなくてもよい。
○ 第１ダイヘッド３１ａと第２ダイヘッド３１ｂとの間には、セラミックスラリー１５ａが活物質ペースト１２ａ側に流れることを規制する規制板が設けられていてもよい。

○ 第２ダイヘッド３１ｂの構成は、以下のように変更してもよい。
図４に示すように、第２ダイヘッド３１ｂは、ホーン７１と、ホーン７１を振動させる振動子としての圧電素子７２とを備える。ホーン７１の先端部７１ａは、棒状であり、スラリー連通路３７に露出している。ホーン７１は、外周面から径方向外側に突出するフランジ部７３を有する。フランジ部７３は、ホーン７１の振動の節の位置において、図示しない固定部材によって第２ダイヘッド３１ｂのボディに対して固定されている。ホーン７１の軸方向への長さは、ホーン７１の先端部７１ａが振動の腹となるように設定されている。圧電素子７２は、ボルト７４によってフランジ部７３に固定されている。

１１…集電体としての金属箔、１２ａ…活物質ペースト、１５ａ…セラミックスラリー、３０…塗工装置、３１ａ…第１ダイヘッド、３１ｂ…第２ダイヘッド、３２ｂ…吐出口、３６…マニホールドとしてのスラリーマニホールド、３７…連通路としてのスラリー連通路、３８…貯留部、４１…ホーン、４２…振動子としての圧電素子、４４…フランジ部。

Claims (3)

1. 集電体に対して活物質ペーストを塗工する第１ダイヘッドと、前記集電体に塗工された前記活物質ペーストの表面にセラミックスラリーを塗工する第２ダイヘッドとが一体化され、
   前記第２ダイヘッドは、
   前記セラミックスラリーが貯留されるマニホールドと、
   前記セラミックスラリーが吐出される吐出口と、
   前記マニホールドと前記吐出口とを連通させる連通路と、
   前記連通路に露出するように配置されたホーンと、
   前記ホーンを振動させる振動子と、
   を備えることを特徴とする塗工装置。
2. 前記第２ダイヘッドは、前記連通路における吐出口側に連通路よりも径の大きい貯留部を有する請求項１に記載の塗工装置。
3. 前記ホーンは、前記第２ダイヘッドに固定されたフランジ部を有し、前記フランジ部は、前記ホーンの振動の節に配置されている請求項１又は請求項２に記載の塗工装置。
   

Images