JP2018198161A - 塗工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１のペーストの液溜まりと第２のペーストの液溜まりが混ざり合うことを抑制できる塗工装置を提供すること。【解決手段】塗工装置３０は、並設方向Ｙにおいて対向する第１テーパ面３１ｅと第２テーパ面３２ｅとの間に区画された空間Ｓと、空間Ｓを第１ダイヘッド３１側と第２ダイヘッド３２側とに仕切る仕切板３５と、を備える。塗工装置３０は、仕切板３５の第２仕切面３５ｄと第２テーパ面３２ｅとの間に区画された液溜まり空間３９を備える。仕切板３５は、先端面３５ｂが、帯状金属箔２１に形成された第１層１２ｂの表面よりも空間Ｓ寄りに位置するように配設されている。【選択図】図３

Description

本発明は、第１ダイヘッドと第２ダイヘッドが並設された塗工装置に関する。

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保護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保護層の２層構造を有する電極材料を製造し、その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保護層の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塗工装置とが並設されている。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（第１のペースト）を吐出させると、長尺帯状の金属箔の表面に活物質ペーストの液溜まりが形成され、活物質ペーストが塗布される。また、第２塗工装置から保護層の材料であるセラミックスラリー（第２のペースト）を吐出させると、活物質ペーストの層の表面にセラミックスラリーの液溜まりが形成され、セラミックスラリーが塗布されるとともに２層構造が形成される。

特開２００１−３４５０９６号公報

しかしながら、第１塗工装置と第２塗工装置とが並設された塗工装置においては、後に塗工されるセラミックスラリーの液溜まりが、先に塗工された活物質ペーストの液溜まりと混ざり合ってしまうことがある。液溜まりが混ざり合うとゲル化する等の不具合が生じ、例えば、ゲル化が発生すると、形成された活物質層及び保護層の表面に筋状の跡が残る等して好ましくない。

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、第１のペーストの液溜まりと第２のペーストの液溜まりが混ざり合う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、搬送される集電体に第１のペーストを塗布する第１ダイヘッドと、前記第１ダイヘッドに並設され、前記集電体に塗工された前記第１のペーストの層の表面に第２のペーストを塗布する第２ダイヘッドと、を備える塗工装置であって、前記第１ダイヘッドと前記第２ダイヘッドとが並設された並設方向において対向する前記第１ダイヘッドの側面と前記第２ダイヘッドの側面との間に区画された空間と、前記空間を前記第１ダイヘッド側と前記第２ダイヘッド側とに仕切る仕切板と、前記仕切板における前記第２ダイヘッド側の面と、前記第２ダイヘッドの側面との間に区画された前記第２のペーストの液溜まり空間と、を備え、前記仕切板は、該仕切板における前記集電体側の先端面が、前記集電体に形成された前記第１のペーストの層の表面よりも前記空間寄りに位置するように配設されていることを要旨とする。

これによれば、第２ダイヘッドから吐出された第２のペーストは、液溜まり空間に溜りつつ、仕切板の先端面と第１のペーストの層の表面との間の隙間を利用して、第１のペーストの層の表面で液溜まりを形成する。その結果、第２のペーストが第１のペーストの層の表面に塗布される。上記のように第２のペーストは、第１のペーストの層の表面で液溜まりを形成するが、仕切板及び液溜まり空間によって、形成される液溜まりを小さくして第２のペーストの液溜まりが第１のペーストの液溜まりに混ざることを抑制でき、両ペーストが混合することによるゲル化の発生を抑止できる。

また、塗工装置について、前記仕切板は、前記先端面と前記第１のペーストの層の表面との間の寸法が前記第２のペーストの層の厚みと同じとなるように配設されている。
これによれば、第２のペーストの液溜まりを形成しつつ、第２のペーストを所望する厚みに塗布できる。

本発明によれば、第１のペーストの液溜まりと第２のペーストの液溜まりが混ざり合うことを抑制できる。

電極の斜視図。 （ａ）は負極電極の製造工程を示す概略図、（ｂ）はプレス工程後の電極材料を示す図、（ｃ）は塗工工程後を示す図。 実施形態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。
まず、電極を備える蓄電装置としての二次電池について説明する。図示しないが、二次電池は外観が角型をなす角型電池である。二次電池は、リチウムイオン二次電池である。二次電池は、ケース内に電極組立体を備える。電極組立体は、電極としての正極電極と、電極としての負極電極とが、両者の間を絶縁した状態で交互に複数積層されて構成された積層式である。

次に、電極を負極電極１０に具体化して説明する。
図１に示すように、負極電極１０は、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、その一辺の一部から突出した集電タブ１４を備える。負極電極１０は、負極活物質層１２の表面全体を覆う保護層１５を備える。保護層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。保護層１５は、耐熱層として機能する。保護層１５は、電極組立体内での発熱時に負極活物質層１２を熱から保護する。

次に、負極電極１０の製造工程について説明する。
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、負極電極１０の製造工程は、集電体としての長尺の帯状金属箔２１の両面に、活物質層前駆体１２ｃ及び保護層前駆体１５ｃを形成する２層形成工程と、図示しないが、活物質層前駆体１２ｃ及び保護層前駆体１５ｃが形成された電極材料２０を負極電極１０の形状に切断する切断工程とを含む。そして、切断工程を経て、活物質層前駆体１２ｃから負極電極１０の負極活物質層１２が形成され、保護層前駆体１５ｃから負極電極１０の保護層１５が形成される。

上述の２層形成工程は、塗工工程、乾燥工程、及びプレス工程を有する。
図２（ａ）又は図２（ｃ）に示すように、塗工工程は、搬送される帯状金属箔２１の両面に活物質ペースト１２ａを塗布して活物質ペースト１２ａの層を形成するとともに、セラミックスラリー１５ａを塗布してセラミックスラリー１５ａの層を形成する工程である。活物質ペースト１２ａの層は、乾燥工程及びプレス工程を経て上述の活物質層前駆体１２ｃとなり、セラミックスラリー１５ａの層は、乾燥工程及びプレス工程を経て上述の保護層前駆体１５ｃとなる。なお、以下の説明において、活物質ペースト１２ａの層を第１層１２ｂと記載し、セラミックスラリー１５ａの層を第２層１５ｂと記載する。塗工工程は、塗工装置３０によって行われる。塗工装置３０については、後に詳細に説明する。

乾燥工程は、第１層１２ｂ及び第２層１５ｂを乾燥させる工程である。乾燥工程は、乾燥炉５０内に帯状金属箔２１を通過させることによって行われる。
プレス工程は、乾燥工程後の第１層１２ｂをプレスすることで、得られる負極活物質層１２の活物質密度を上げる工程である。プレス工程は、第１層１２ｂ及び第２層１５ｂが形成された帯状金属箔２１を挟むように配置された一対のプレスロール６０ａ，６０ｂによって行われる。

２層形成工程に用いる搬送装置４０は、供給リール４１と、巻取リール４２と、複数のガイドロール４３とを備える。供給リール４１は、塗工装置３０よりも上流側に配置され、巻取リール４２は、プレスロール６０ａ，６０ｂよりも下流側に配置されている。ガイドロール４３は、供給リール４１と巻取リール４２の間の場所に配置されている。供給リール４１、巻取リール４２、及びガイドロール４３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。帯状金属箔２１は、供給リール４１に巻回されている。供給リール４１から供給された帯状金属箔２１は、巻取リール４２に巻き取られることで搬送される。

次に、塗工装置３０について詳細に説明する。
塗工装置３０は、帯状金属箔２１の搬送方向において供給リール４１の下流側及び乾燥炉５０の上流側の２か所に配置され、２つの塗工装置３０によって帯状金属箔２１の両面に活物質ペースト１２ａ及びセラミックスラリー１５ａを塗布する。

図３に示すように、塗工装置３０は、搬送される帯状金属箔２１の表面に活物質ペースト１２ａを塗布して第１層１２ｂを形成する第１ダイヘッド３１と、帯状金属箔２１の表面に形成された第１層１２ｂの表面にセラミックスラリー１５ａを塗布し第２層１５ｂを形成する第２ダイヘッド３２とが一体に並設されて構成されている。

搬送される帯状金属箔２１の表面には、第１ダイヘッド３１によって活物質ペースト１２ａが先に塗布され、その後、第２ダイヘッド３２によって第１層１２ｂの表面にセラミックスラリー１５ａが塗布される。よって、塗工装置３０により、第１層１２ｂと第２層１５ｂをほぼ同時に形成できる。

第１ダイヘッド３１は、活物質ペースト１２ａが吐出される第１吐出口３１ａと、活物質ペースト１２ａが貯留される第１貯留部３１ｂと、第１吐出口３１ａと第１貯留部３１ｂとを連通させる第１連通路３１ｃ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第１貯留部３１ｂに供給される。第１連通路３１ｃは、活物質ペースト１２ａが第１貯留部３１ｂから第１吐出口３１ａへ向かって流れる流路である。第１ダイヘッド３１において、第１連通路３１ｃの延びる方向を軸方向Ｘとする。

第２ダイヘッド３２は、セラミックスラリー１５ａが吐出される第２吐出口３２ａと、セラミックスラリー１５ａが貯留される第２貯留部３２ｂと、第２吐出口３２ａと第２貯留部３２ｂとを連通させる第２連通路３２ｃ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第２貯留部３２ｂに供給される。第２連通路３２ｃは、セラミックスラリー１５ａが第２貯留部３２ｂから第２吐出口３２ａへ向かって流れる流路である。第２ダイヘッド３２において、第２連通路３２ｃの延びる方向を軸方向Ｘとする。

塗工装置３０において、第１連通路３１ｃと第２連通路３２ｃとは互いに平行であり、第１ダイヘッド３１と第２ダイヘッド３２とは互いに平行な状態に並設されている。第１ダイヘッド３１と第２ダイヘッド３２が並設された方向を塗工装置３０の並設方向Ｙとする。

第１ダイヘッド３１は、軸方向Ｘにおいて第１吐出口３１ａ側に第１テーパ部３１ｆを備える。第１テーパ部３１ｆは、軸方向Ｘに沿って第１貯留部３１ｂ側から第１吐出口３１ａに向かうに従い、並設方向Ｙへの第１ダイヘッド３１の寸法が徐々に小さくなるように第１吐出口３１ａに向かって傾斜する形状である。第１ダイヘッド３１は、第１テーパ部３１ｆの外面に、第１ダイヘッド３１の側面としての第１テーパ面３１ｅを備える。第１ダイヘッド３１は、軸方向Ｘの先端面であり、第１吐出口３１ａを囲む端面に第１環状面３１ｄを備える。

第２ダイヘッド３２は、第２吐出口３２ａ側に第２テーパ部３２ｆを備える。第２テーパ部３２ｆは、軸方向Ｘに沿って第２貯留部３２ｂ側から第２吐出口３２ａに向かうに従い、並設方向Ｙへの第２ダイヘッド３２の寸法が徐々に小さくなるように第２吐出口３２ａに向かって傾斜する形状である。第２ダイヘッド３２は、第２テーパ部３２ｆの外面に、第２ダイヘッド３２の側面としての第２テーパ面３２ｅを備える。第２ダイヘッド３２は、軸方向Ｘの先端面であり、第２吐出口３２ａを囲む端面に第２環状面３２ｄを備える。

塗工装置３０は、並設方向Ｙにおいて第１テーパ面３１ｅと第２テーパ面３２ｅとで挟まれた空間Ｓを備える。この空間Ｓは、軸方向Ｘに沿って各吐出口３１ａ，３２ａ側から各貯留部３１ｂ，３２ｂに向かうに従い徐々に並設方向Ｙへの寸法が小さくなる形状である。

塗工装置３０は、空間Ｓを第１ダイヘッド３１側と第２ダイヘッド３２側に仕切る仕切板３５を備える。仕切板３５は平板状である。塗工装置３０において、第１テーパ面３１ｅと第２テーパ面３２ｅとが交わる部分を二股部３０ａとすると、仕切板３５の基端部３５ａは二股部３０ａに固定されている。

仕切板３５において、二股部３０ａから突出する方向を突出方向Ｚとする。仕切板３５の突出方向Ｚは、第１ダイヘッド３１及び第２ダイヘッド３２の軸方向と一致している。仕切板３５は、突出方向Ｚの先端に先端面３５ｂを備える。また、仕切板３５は、並設方向Ｙにおける第１ダイヘッド３１寄りの面に第１仕切面３５ｃを備え、並設方向Ｙにおける第２ダイヘッド３２寄りの面に第２仕切面３５ｄを備える。

塗工装置３０は、並設方向Ｙにおける第２仕切面３５ｄと第２テーパ面３２ｅとで挟まれた空間に、セラミックスラリー１５ａの液溜まり空間３９を備える。液溜まり空間３９は、軸方向Ｘにおいて、第２吐出口３２ａ側から第２貯留部３２ｂに向かうに従い並設方向Ｙへの寸法が徐々に小さくなる形状である。

仕切板３５は、先端面３５ｂが、帯状金属箔２１の表面に形成された第１層１２ｂの表面よりも軸方向Ｘにおいて空間Ｓ寄りに位置するように塗工装置３０に配設されている。
なお、第１層１２ｂの厚みは、負極活物質層１２の厚みが所望する厚みとなるように予め設定されており、第１層１２ｂの厚みを得るために第１吐出口３１ａから帯状金属箔２１の表面までの距離、活物質ペースト１２ａの吐出速度が設定されている。そして、予め設定された第１層１２ｂの厚みを基準として、その第１層１２ｂの表面から予め設定された距離だけ仕切板３５の先端面３５ｂが離れるように仕切板３５が配設されている。

本実施形態では、軸方向Ｘにおける仕切板３５の先端面３５ｂから第１層１２ｂの表面までの距離が、第２層１５ｂの厚みと同じとなるように、仕切板３５が配設されている。第２層１５ｂの厚みは、吐出されたセラミックスラリー１５ａが第２環状面３２ｄに接触することで決まるため、仕切板３５の先端面３５ｂは、第２環状面３２ｄと同一平面上にある。

塗工装置３０は、第１ダイヘッド３１の第１吐出口３１ａ及び第２ダイヘッド３２の第２吐出口３２ａ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、第１ダイヘッド３１及び第２ダイヘッド３２に対して相対移動可能である。

次に、本実施形態の作用について説明する。
塗工工程の際、第１ダイヘッド３１の第１吐出口３１ａから吐出された活物質ペースト１２ａは、搬送される帯状金属箔２１の表面において、表面張力によって液溜まり１２ｄを形成しつつ、帯状金属箔２１の表面に塗布され、第１層１２ｂが形成される。なお、活物質ペースト１２ａの液溜まり１２ｄの大きさは、活物質ペースト１２ａが第１環状面３１ｄに接触することで決まる。

第２ダイヘッド３２の第２吐出口３２ａから吐出されたセラミックスラリー１５ａは、一部が液溜まり空間３９に溜まった状態で第１層１２ｂの表面において、表面張力によって液溜まり１５ｄを形成する。セラミックスラリー１５ａの液溜まり１５ｄは、仕切板３５の先端面３５ｂと第１層１２ｂの表面との間に形成される。そして、液溜まり１５ｄを形成しながらセラミックスラリー１５ａが第１層１２ｂの表面に塗布され、第２層１５ｂが形成される。

次に、本実施形態の効果を記載する。
（１）セラミックスラリー１５ａは液溜まり１５ｄを形成するが、仕切板３５及び液溜まり空間３９が無い場合と比べると形成される液溜まり１５ｄが小さくなる。このため、セラミックスラリー１５ａの液溜まり１５ｄが活物質ペースト１２ａの液溜まり１２ｄに混ざり合うことを抑制できる。その結果として、塗工装置３０の吐出口付近でのゲル化の発生を抑止でき、得られる負極活物質層１２の表面に筋状の跡が残る等を抑制できる。

（２）仕切板３５の先端面３５ｂと第１層１２ｂの表面との間の距離が、形成される第２層１５ｂの厚みと同じとなるように、仕切板３５が配設されている。具体的には、仕切板３５の先端面３５ｂは、第２ダイヘッド３２の第２環状面３２ｄと同一平面上にある。このため、セラミックスラリー１５ａの液溜まり１５ｄが小さくなりすぎず、セラミックスラリー１５ａを所望する厚みに塗布できる。

（３）液溜まり空間３９は、軸方向Ｘにおいて、第２吐出口３２ａ側から第２貯留部３２ｂに向かうに従い並設方向Ｙへの寸法が徐々に小さくなる形状である。よって、液溜まり空間３９が大きくなり過ぎることを抑制できる。

（４）液溜まり空間３９は、第２ダイヘッド３２の第２テーパ面３２ｅによって区画されている。このため、セラミックスラリー１５ａが液溜まり空間３９へ入り込みやすい。
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。

○ 塗工装置３０を帯状金属箔２１の片面側に配置し、２層形成工程を帯状金属箔２１の片面のみで行い、巻取リール４２に電極材料２０を巻き取った後、巻取リール４２を供給リール４１として搬送装置４０に設置する。その供給リール４１から片面塗工された電極材料２０を供給し、帯状金属箔２１の残りの片面に対し塗工装置３０によって２層形成工程を行ってもよい。

○ 仕切板３５の先端面３５ｂの位置は、セラミックスラリー１５ａの液溜まり１５ｄが、活物質ペースト１２ａの液溜まり１２ｄに混ざり合うことを抑制できる大きさに形成しつつ、セラミックスラリー１５ａを所望する厚みで塗布できれば、適宜変更してもよい。

○ 第１のペーストをセラミックスラリー１５ａとし、第２のペーストを活物質ペースト１２ａとしてもよい。
○ 第１のペーストを活物質ペースト以外の塗料とし、第２のペーストをセラミックスラリー１５ａ以外の塗料としてもよい。

○ 第１ダイヘッド３１と第２ダイヘッド３２の各吐出口３１ａ，３２ａ側は、軸方向Ｘに沿って並設方向Ｙの寸法が徐々に小さくなる形状でなくてもよい。液溜まり空間３９が形成できれば、第１ダイヘッド３１と第２ダイヘッド３２の各吐出口３１ａ，３２ａ側の形状は適宜変更してもよい。

○ 蓄電装置は、電気二重層キャパシタ等の他の蓄電装置であってもよい。
○ 二次電池はリチウムイオン二次電池であったが、これに限られず、ニッケル水素等の他の二次電池であってもよい。要は、正極活物質層と負極活物質層との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであればよい。

○ 正極活物質層の表面に保護層を備える正極電極を製造する際に、塗工装置３０を用いてもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。

（１）前記第２ダイヘッドは、前記第２のペーストの吐出口を備えるとともに、前記吐出口を囲む第２環状面を備え、前記仕切板の前記先端面は前記第２環状面と同じ面上にある塗工装置。

（２）前記第２ヘッドの側面はテーパ面である塗工装置。
（３）前記液溜まり空間は、前記第２ヘッドの吐出口側から前記第２のペーストの貯留部に向かうに従い前記並設方向への寸法が徐々に小さくなる形状である塗工装置。

Ｓ…空間、Ｙ…並設方向、１２ａ…第１のペーストとしての活物質ペースト、１２ｂ…第１のペーストの層としての第１層、１２ｄ…液溜まり、１５ａ…第２のペーストとしてのセラミックスラリー、１５ｂ…第２のペーストの層としての第２層、１５ｄ…液溜まり、２１…集電体としての帯状金属箔、３０…塗工装置、３１…第１ダイヘッド、３１ｅ…側面としての第１テーパ面、３２…第２ダイヘッド、３２ｅ…側面としての第２テーパ面、３５…仕切板、３５ｂ…先端面、３９…液溜まり空間。

Claims (2)

1. 搬送される集電体に第１のペーストを塗布する第１ダイヘッドと、
   前記第１ダイヘッドに並設され、前記集電体に塗工された前記第１のペーストの層の表面に第２のペーストを塗布する第２ダイヘッドと、を備える塗工装置であって、
   前記第１ダイヘッドと前記第２ダイヘッドとが並設された並設方向において対向する前記第１ダイヘッドの側面と前記第２ダイヘッドの側面との間に区画された空間と、
   前記空間を前記第１ダイヘッド側と前記第２ダイヘッド側とに仕切る仕切板と、
   前記仕切板における前記第２ダイヘッド側の面と、前記第２ダイヘッドの側面との間に区画された前記第２のペーストの液溜まり空間と、を備え、
   前記仕切板は、該仕切板における前記集電体側の先端面が、前記集電体に形成された前記第１のペーストの層の表面よりも前記空間寄りに位置するように配設されていることを特徴とする塗工装置。
2. 前記仕切板は、前記先端面と前記第１のペーストの層の表面との間の寸法が前記第２のペーストの層の厚みと同じとなるように配設されている請求項１に記載の塗工装置。