JP2020042991A - 帯状電極板の製造方法、電池の製造方法及び電極板製造装置 - Google Patents

帯状電極板の製造方法、電池の製造方法及び電極板製造装置 Download PDF

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Abstract

【課題】帯状電極板の製造過程で、乾燥炉から搬出された帯状電極板に皺が生じるのを防止できる帯状電極板の製造方法等を提供すること。【解決手段】帯状電極板1の製造方法は、乾燥炉230内で未乾燥活物質層5xを加熱乾燥させて活物質層5を形成する乾燥工程S12と、乾燥炉230から搬出された帯状電極板1yを冷却する冷却工程S13とを備える。冷却工程S13は、帯状電極板1yにn個の冷却ロール241等をそれぞれ接触させて、各冷却ロール241等により、帯状電極板1yを厚み方向GHに曲げると共に長手方向EHに搬送しつつ、帯状電極板1yを冷却する工程であり、帯状電極板1yの温度差ΔTd(m)が大きいほど、接触長さL(m)が短くなる形態に、n個の冷却ロール241等を配置する。【選択図】図8

Description

本発明は、帯状の集電箔と、この集電箔上に帯状に形成された活物質層とを備える帯状電極板の製造方法、この帯状電極板を用いた電池の製造方法、及び、帯状電極板を製造する電極板製造装置に関する。
リチウムイオン二次電池などに用いられる電極板として、帯状の集電箔の上に活物質層が形成された帯状電極板が知られている。このような帯状電極板は、例えば以下の手法により製造する。即ち、まず、帯状の集電箔をその長手方向に搬送しつつ、活物質粒子、溶媒等を含む活物質ペーストを集電箔に塗布して、集電箔上に帯状に未乾燥活物質層を形成する。続いて、この未乾燥電極板を長手方向に搬送しつつ、乾燥炉内で未乾燥活物質層を加熱乾燥させて、活物質層を形成する。その後、この乾燥後の帯状電極板を巻取ロールで一旦巻き取る。更に、この帯状電極板についてロールプレスを行って、活物質層を厚み方向にプレスし圧密化する。かくして、帯状電極板が出来る。
ところで、上述の帯状電極板の製造過程において、乾燥炉から搬出された帯状電極板に皺が発生することがある。例えば特許文献1に、このような皺が発生する問題が指摘されている。この問題に対し、特許文献1では、乾燥炉の出口近傍に、ガイドロール及びこのガイドロールを冷却するガイドロール用冷却器を設け、乾燥炉から搬出された帯状電極板を、冷却されたガイドロールに接触させることにより、帯状電極板を冷却している(特許文献1の請求項3,図1等を参照)。これにより、帯状電極板に皺が生じるのを効果的に防止できる旨が記載されている(特許文献1の段落(0035),(0041),(0046)等を参照)。
特開平11−102696号公報
しかしながら、本発明者が調査した結果、特許文献1の手法では、乾燥炉から搬出された帯状電極板に皺が生じるのを適切に防止できないことが判ってきた。具体的には、乾燥炉の出口近傍に設置したガイドロールの温度を低くしすぎると、ガイドロールを通過する際に帯状電極板の温度が急激に低下するため、帯状電極板に皺が生じる。
一方、乾燥炉の出口近傍に設置したガイドロールの温度を、帯状電極板に皺が生じない程度に高くすると、ガイドロールを通過した後の帯状電極板の温度がまだ高い。このため、ガイドロールから巻取ロールまでの距離を長くして帯状電極板を自然冷却する必要があり、電極板製造装置が長大化する。また、ガイドロールから巻取ロールまでの距離を長くすると、これらの間で帯状電極板が下方に大きく撓むため、巻取ロールで帯状電極板を巻き取る際に、この撓みが原因で帯状電極板に皺が生じる。
なお、ガイドロール及びガイドロール用冷却器を乾燥炉の出口から遠ざけて設置した場合には、乾燥炉の出口とガイドロールとの間で帯状電極板が下方に大きく撓むため、帯状電極板がガイドロールに接する際に、この撓みが原因で帯状電極板に皺が生じる。
このように、乾燥炉の下流にガイドロール(冷却ロール)を1つ設けるだけでは、乾燥炉から搬出された帯状電極板に皺が生じるのを適切に防止できない場合があった。
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、帯状電極板の製造過程で、乾燥炉から搬出された帯状電極板に皺が生じるのを防止できる帯状電極板の製造方法、帯状電極板の製造過程で、乾燥炉から搬出された帯状電極板に皺が生じるのを防止できる電池の製造方法、及び、乾燥炉から搬出された帯状電極板に皺が生じるのを防止して帯状電極板を製造する電極板製造装置を提供するものである。
上記課題を解決するための本発明の一態様は、帯状の集電箔と、上記集電箔上に上記集電箔の長手方向に延びる帯状に形成された活物質層と、を備える帯状電極板の製造方法であって、上記集電箔上に上記長手方向に延びる帯状に未乾燥活物質層が形成された未乾燥電極板を上記長手方向に搬送しつつ、乾燥炉内で上記未乾燥活物質層を加熱乾燥させて、上記活物質層を形成する乾燥工程と、上記乾燥炉から搬出された帯状電極板を冷却する冷却工程と、を備え、上記冷却工程は、上記帯状電極板にn個(nは2以上の自然数)の冷却ロールをそれぞれ接触させて、各々の上記冷却ロールにより、上記帯状電極板を厚み方向に曲げると共に上記長手方向に搬送しつつ、上記帯状電極板を冷却する工程であり、上記n個の冷却ロールのうち、m番目に上記帯状電極板と接する第m冷却ロールと、上記帯状電極板との上記長手方向の接触長さをL(m)とし、上記乾燥炉の出口における上記帯状電極板の温度Td(0)と、第1冷却ロールに接触した後の上記帯状電極板の温度Td(1)との温度差をΔTd(1)=Td(0)−Td(1)、第(m−1)冷却ロールに接触した後の上記帯状電極板の温度Td(m-1)と、第m冷却ロールに接触した後の上記帯状電極板の温度Td(m)との温度差をΔTd(m)=Td(m-1)−Td(m)としたとき、上記温度差ΔTd(m)が大きいほど、上記接触長さL(m)が短くなる形態に、上記n個の冷却ロールを配置する帯状電極板の製造方法である。
前述のように、乾燥炉の下流に冷却ロールを1つ設けるだけでは、帯状電極板に皺が生じるのを適切に防止できない。そこで、本発明者は、乾燥炉の下流に複数の冷却ロールを設け、複数の冷却ロールで帯状電極板を搬送しつつ冷却することを検討した。
しかし、各冷却ロールにより帯状電極板を下方から支持する形態(帯状電極板に各冷却ロールが点接触する形態)に、複数の冷却ロールを搬送経路に並べた場合、帯状電極板に皺が生じることは防止できるが、各冷却ロールと帯状電極板とがそれぞれ擦れて、金属粉が生じたり(冷却ロールと帯状電極板の集電箔とが擦れる場合)、活物質の粉が生じる(冷却ロールと帯状電極板の活物質層とが擦れる場合)。このことから、搬送の際に金属粉や活物質の粉が生じるのを抑制するためには、各冷却ロールにより、帯状電極板を厚み方向に曲げつつ搬送させて、冷却ロールと帯状電極板とが擦れるのを抑制するのが良い。
但し、上述の帯状電極板の温度差ΔTd(m)が大きいほど、冷却ロールと帯状電極板との長手方向の接触長さL(m)が長い場合には、その冷却ロールにおいて帯状電極板に皺が生じ易くなることが判り、本発明に至った。
上述の帯状電極板の製造方法では、冷却工程において、複数の冷却ロールにより、帯状電極板を厚み方向に曲げると共に長手方向に搬送しつつ、帯状電極板を冷却する。この際、第m冷却ロールと帯状電極板の関係について、上述の帯状電極板の温度差ΔTd(m)が大きいほど、第m冷却ロールと帯状電極板との長手方向の接触長さL(m)が短くなる形態に、各冷却ロールを配置する。
冷却ロールを複数用いることにより、帯状電極板を段階的に冷却できるため、帯状電極板の温度が急激に低下して帯状電極板に皺が生じることを防止できる。また、冷却ロールを複数用いることにより、帯状電極板が搬送途中で下方に大きく撓んで帯状電極板に皺が生じることも防止できる。
また、冷却ロールにより帯状電極板を厚み方向に曲げつつ搬送することにより、冷却ロールと帯状電極板とが点接触する場合に比べて、冷却ロールと帯状電極板とが擦れて金属粉或いは活物質の粉が生じることを抑制できる。
また、第m冷却ロールと帯状電極板の関係を、帯状電極板の温度差ΔTd(m)が大きいほど、冷却ロールと帯状電極板との接触長さL(m)が短くなるように、各冷却ロールを配置することにより、接触長さL(m)に起因して帯状電極板に皺が生じることも防止できる。
かくして、上述の帯状電極板の製造方法では、帯状電極板の製造過程で、乾燥炉から搬出された帯状電極板に皺が生じるのを防止できる。
なお、「帯状電極板」としては、正極活物質層を片面或いは両面に有する帯状正極板、負極活物質層を片面或いは両面に有する帯状負極板、一方面に正極活物質層、他方面に負極活物質層を有する複合電極板が挙げられる。
更に、上記の帯状電極板の製造方法であって、前記n個の冷却ロールは、前記第m冷却ロールのロール表面の温度をTr(m)としたとき、Tr(1)>・・・>Tr(n)を満たす帯状電極板の製造方法とすると良い。
上述の帯状電極板の製造方法では、第m冷却ロールのロール表面の温度Tr(m)について、Tr(1)>・・・>Tr(n)とするので、帯状電極体の温度が急激に低下するのを防止し、帯状電極板の温度を段階的に低下させることが容易である。従って、帯状電極板に皺が生じることをより確実に防止できる。
なお、冷却ロールのロール表面の温度Trを保持するのに、乾燥炉からの輻射熱を利用することができる。また、ヒータや冷却器などの温度調整装置を設け、これを利用することもできる。
更に、上記の帯状電極板の製造方法であって、前記n個の冷却ロールのうち、少なくともいずれかの冷却ロールは、前記ロール表面の前記温度Tr(m)を保つのに前記乾燥炉からの輻射熱を利用する帯状電極板の製造方法とすると良い。
上述の帯状電極板の製造方法では、少なくともいずれかの冷却ロールについて、乾燥炉からの輻射熱を利用してロール表面を温度Tr(m)に保つので、ヒータなどの温度調整装置を別途設けて、これを利用する必要性を減少させることができる。
更に、上記のいずれかに記載の帯状電極板の製造方法であって、前記温度差ΔTd(m)は、いずれも35℃未満である帯状電極板の製造方法とすると良い。
帯状電極板の第m冷却ロール接触前後の温度差ΔTd(m)が大きすぎると、具体的には、温度差ΔTd(m)が35℃以上になると、帯状電極板に皺が生じ易くなる。これに対し、上述の帯状電極板の製造方法では、帯状電極板の温度差ΔTd(m)をいずれも35℃未満としているので、冷却ロールの接触に伴う急冷により帯状電極板に皺が生じるのをより効果的に防止できる。
更に、上記のいずれかに記載の帯状電極板の製造方法であって、前記冷却ロールの個数nは、3以上である帯状電極板の製造方法とすると良い。
冷却ロールの個数nを3以上とすることにより、冷却ロールの個数nがn=2の場合よりも、帯状電極体の温度が急激に低下するのを防止し、帯状電極板の温度を段階的に低下させることが容易である。従って、冷却ロールの個数nがn=2の場合よりも、帯状電極板に皺が生じることをより確実に防止できる。
更に、上記のいずれかに記載の帯状電極板の製造方法であって、前記接触長さL(m)は、いずれも14mm以上である帯状電極板の製造方法とすると良い。
冷却ロールと帯状電極板との長手方向の接触長さL(m)が短すぎると、具体的には、接触長さL(m)が14mm未満であると、冷却ロールと帯状電極板とが擦れて、金属粉或いは活物質の粉が生じ易くなる。これに対し、上述の帯状電極板の製造方法では、冷却ロールと帯状電極板との長手方向の接触長さL(m)を、いずれも14mm以上としているので、冷却ロールと帯状電極板とが擦れて金属粉或いは活物質の粉が生じるのをより効果的に抑制できる。
また、他の態様は、帯状の集電箔と、上記集電箔上に上記集電箔の長手方向に延びる帯状に形成された活物質層とを含む帯状電極板を有する電極体を備える電池の製造方法であって、上記のいずれかに記載の帯状電極板の製造方法により、上記帯状電極板を製造する電極板製造工程と、上記帯状電極板を用いて上記電極体を形成する電極体形成工程と、上記電極体を用いて上記電池を組み立てる電池組立工程と、を備える電池の製造方法である。
上述の電池の製造方法は、前述の帯状電極板の製造方法により、帯状電極板を製造する電極板製造工程を備えるので、乾燥炉から搬出された帯状電極板に皺が生じるのを防止できる。このため、この皺のない帯状電極板を用いて電極体を形成し(電極体形成工程)、更にこの電極体を用いて電池を組み立てることで(電池組立工程)、信頼性の高い電池を製造できる。
なお、「電極体」としては、前述の帯状電極板を帯状のまま用いて形成した円筒状や扁平状の捲回型電極体や、帯状電極板を矩形状等の所定形状に切断して用いた積層型電極体が挙げられる。
また、他の態様は、帯状の集電箔と、上記集電箔上に上記集電箔の長手方向に延びる帯状に形成された活物質層と、を備える帯状電極板を製造する電極板製造装置であって、上記集電箔上に上記長手方向に延びる帯状に未乾燥活物質層が形成された未乾燥電極板を、上記長手方向に搬送しつつ、上記未乾燥活物質層を加熱乾燥させて、上記活物質層を形成する乾燥炉と、上記乾燥炉から搬出された帯状電極板にそれぞれ接触し、上記帯状電極板を厚み方向に曲げると共に上記長手方向に搬送しつつ、上記帯状電極板を冷却するn個(nは2以上の自然数)の冷却ロールと、を備え、上記n個の冷却ロールのうち、m番目に上記帯状電極板と接する第m冷却ロールと、上記帯状電極板との上記長手方向の接触長さをL(m)とし、上記乾燥炉の出口における上記帯状電極板の温度Td(0)と、第1冷却ロールに接触した後の上記帯状電極板の温度Td(1)との温度差をΔTd(1)=Td(0)−Td(1)、第(m−1)冷却ロールに接触した後の上記帯状電極板の温度Td(m-1)と、第m冷却ロールに接触した後の上記帯状電極板の温度Td(m)との温度差をΔTd(m)=Td(m-1)−Td(m)としたとき、上記温度差ΔTd(m)が大きいほど、上記接触長さL(m)は短くなる形態に、上記n個の冷却ロールが配置されてなる電極板製造装置である。
上述の電極板製造装置は、乾燥炉から搬出された帯状電極板を厚み方向に曲げると共に長手方向に搬送しつつ、帯状電極板を冷却する複数の冷却ロールを備える。これらの冷却ロールは、第m冷却ロールと帯状電極板の関係について、上述の帯状電極板の温度差ΔTd(m)が大きいほど、第m冷却ロールと帯状電極板との長手方向の接触長さL(m)が短くなる形態に、それぞれ配置されている。
冷却ロールを複数用いることにより、帯状電極板を段階的に冷却できるため、帯状電極板の温度が急激に低下して帯状電極板に皺が生じることを防止できる。また、冷却ロールを複数用いることにより、帯状電極板が搬送途中で下方に大きく撓んで帯状電極板に皺が生じることも防止できる。
また、冷却ロールにより帯状電極板を厚み方向に曲げつつ搬送することにより、冷却ロールと帯状電極板とが点接触する場合に比べて、冷却ロールと帯状電極板とが擦れて金属粉或いは活物質の粉が生じることを抑制できる。
また、第m冷却ロールと帯状電極板の関係を、帯状電極板の温度差ΔTd(m)が大きいほど、冷却ロールと帯状電極板との接触長さL(m)が短くなるように、各冷却ロールを配置したことにより、接触長さL(m)に起因して帯状電極板に皺が生じることも防止できる。
かくして、上述の電極板製造装置では、乾燥炉から搬出された帯状電極板に皺が生じるのを防止できる。
更に、上記の電極板製造装置であって、前記n個の冷却ロールは、前記第m冷却ロールのロール表面の温度をTr(m)としたとき、Tr(1)>・・・>Tr(n)を満たす電極板製造装置とすると良い。
上述の電極板製造装置では、第m冷却ロールのロール表面の温度Tr(m)について、Tr(1)>・・・>Tr(n)とするので、帯状電極体の温度が急激に低下するのを防止し、帯状電極板の温度を段階的に低下させることが容易である。従って、帯状電極板に皺が生じることをより確実に防止できる。
更に、上記の電極板製造装置であって、前記n個の冷却ロールのうち、少なくともいずれかの冷却ロールは、前記ロール表面の前記温度Tr(m)を保つのに前記乾燥炉からの輻射熱を利用する電極板製造装置とすると良い。
上述の電極板製造装置では、少なくともいずれかの冷却ロールについて、乾燥炉からの輻射熱を利用してロール表面を温度Tr(m)に保つので、ヒータなどの温度調整装置を別途設けて、これを利用する必要性を減少させることができる。
更に、上記のいずれかに記載の電極板製造装置であって、前記温度差ΔTd(m)は、いずれも35℃未満である電極板製造装置とすると良い。
上述の電極板製造装置では、帯状電極板の第m冷却ロール接触前後の温度差ΔTd(m)をいずれも35℃未満としているので、冷却ロールの接触に伴う急冷により帯状電極板に皺が生じるのをより効果的に防止できる。
更に、上記のいずれかに記載の電極板製造装置であって、前記冷却ロールの個数nは、3以上である電極板製造装置とすると良い。
冷却ロールの個数nを3以上とすることにより、冷却ロールの個数nがn=2の場合よりも、帯状電極体の温度が急激に低下するのを防止し、帯状電極板の温度を段階的に低下させることが容易である。従って、冷却ロールの個数nがn=2の場合よりも、帯状電極板に皺が生じることをより確実に防止できる。
更に、上記のいずれかに記載の電極板製造装置であって、前記接触長さL(m)は、いずれも14mm以上である電極板製造装置とすると良い。
上述の電極板製造装置では、冷却ロールと帯状電極板との長手方向の接触長さL(m)を、いずれも14mm以上としているので、冷却ロールと帯状電極板とが擦れて金属粉或いは活物質の粉が生じるのをより効果的に抑制できる。
実施形態に係る電池の斜視図である。 実施形態に係る電極体の斜視図である。 実施形態に係る電極体の展開図である。 実施形態に係る帯状正極板の斜視図である。 実施形態に係る電池の製造方法のフローチャートである。 実施形態に係る正極板製造工程サブルーチンのフローチャートである。 実施形態に係る電極板製造装置を用いて、帯状正極板を形成する様子を示す説明図である。 実施形態に係る電極板製造装置のうち、冷却ロール近傍を示す説明図である。 比較例1に係り、冷却ロール近傍を示す説明図である。 比較例2に係り、冷却ロール近傍を示す説明図である。 比較例3に係り、冷却ロール近傍を示す説明図である。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図1に本実施形態に係る電池100の斜視図を示す。また、図2に電池100を構成する電極体120の斜視図を、図3に電極体120の展開図を示す。なお、以下では、電池100の縦方向BH、横方向CH及び厚み方向DHを、図1に示す方向と定めて説明する。
この電池100は、ハイブリッドカーやプラグインハイブリッドカー、電気自動車等の車両などに搭載される角型で密閉型のリチウムイオン二次電池である。電池100は、角型の電池ケース110と、この内部に収容された扁平状捲回型の電極体120及び電解液105と、電池ケース110に支持された正極端子部材150及び負極端子部材160等から構成されている(図1参照)。
このうち電池ケース110は、直方体箱状で金属(本実施形態ではアルミニウム)からなる。この電池ケース110は、上側のみが開口した有底角筒状のケース本体部材111と、このケース本体部材111の開口を閉塞する形態で溶接された矩形板状のケース蓋部材113とから構成される。ケース蓋部材113には、アルミニウムからなる正極端子部材150がケース蓋部材113と絶縁された状態で固設されている。この正極端子部材150は、電池ケース110内で電極体120(図2及び図3も参照)のうち、帯状正極板(帯状電極板)1(以下、単に「正極板1」ともいう)に接続し導通する一方、ケース蓋部材113を貫通して電池外部まで延びている。また、ケース蓋部材113には、銅からなる負極端子部材160がケース蓋部材113と絶縁された状態で固設されている。この負極端子部材160は、電池ケース110内で電極体120のうち、帯状負極板131(以下、単に「負極板131」ともいう)に接続し導通する一方、ケース蓋部材113を貫通して電池外部まで延びている。
電極体120(図1〜図3参照)は、扁平状をなし、横倒しにした状態で電池ケース110内に収容されている。この電極体120は、正極板1及び負極板131を、一対の帯状のセパレータ141,143を介して重ねて、軸線AX周りに扁平状に捲回した扁平状捲回型の電極体である。このうち正極板1について、別途、図4に斜視図を示す。なお、以下では、正極板1及びこれを構成する正極集電箔(集電箔)3の長手方向EH、幅方向FH及び厚み方向GHを、図4に示す方向と定めて説明する。
この正極板1は、長手方向EHに延びる帯状のアルミニウム箔からなる正極集電箔3を有する。この正極集電箔3の第1主面3a上には、幅方向FHの一端部を除いて、第1正極活物質層(活物質層)5が長手方向EHに帯状に形成されている。また、正極集電箔3の反対側の第2主面3b上にも、幅方向FHの一端部を除いて、第2正極活物質層(活物質層)6が長手方向EHに帯状に形成されている。
これら第1正極活物質層5及び第2正極活物質層6は、それぞれ、正極活物質粒子、導電粒子及び結着剤から構成されている。本実施形態では、正極活物質粒子として、リチウム遷移金属複合酸化物粒子、具体的にはリチウムニッケルコバルトマンガン酸化物粒子を用いている。また、導電粒子としてアセチレンブラック(AB)粒子を、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いている。正極板1のうち、幅方向FHの一端部は、長手方向EHに延びる帯状で、厚み方向GHに第1正極活物質層5及び第2正極活物質層6を有さず、正極集電箔3が露出した正極露出部1mとなっている。電池100を構成した状態で、この正極露出部1mには、前述の正極端子部材150が溶接されている。
また、負極板131(図3参照)は、長手方向IHに延びる帯状の銅箔からなる負極集電箔133を有する。この負極集電箔133の第1主面133a上には、幅方向JHの他端部を除いて、第1負極活物質層135が長手方向IHに帯状に形成されている。また、負極集電箔133の反対側の第2主面133bにも、幅方向JHの他端部を除いて、第2負極活物質層136が長手方向IHに帯状に形成されている。
これら第1負極活物質層135及び第2負極活物質層136は、それぞれ、負極活物質粒子、結着剤及び増粘剤から構成されている。本実施形態では、負極活物質粒子として黒鉛粒子を、結着剤としてスチレンブタジエンゴム(SBR)を、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース(CMC)を用いている。負極板131のうち、幅方向JHの他端部は、長手方向IHに延びる帯状で、厚み方向に第1負極活物質層135及び第2負極活物質層136を有さず、負極集電箔133が露出した負極露出部131mとなっている。電池100を構成した状態で、この負極露出部131mには、前述の負極端子部材160が溶接されている。
次いで、帯状正極板1の製造方法、及び、これを用いた電池100の製造方法について説明する(図5〜図8参照)。まず「正極板製造工程(電極板製造工程)S1」において、帯状正極板1を製造する。即ち、正極板製造工程S1の「第1未乾燥層形成工程S11」(図6参照)において、正極集電箔3の第1主面3a上に、長手方向EHに延びる帯状に未乾燥第1活物質層5xを形成する。なお、この正極集電箔3上に未乾燥第1活物質層5xが形成された未乾燥正極板(未乾燥電極板)を、未乾燥片側正極板1xともいう。
なお、この第1未乾燥層形成工程S11から後述する第1冷却工程S13までは、図7及び図8に示す電極板製造装置200を用いて連続して行う。以下では、まず電極板製造装置200について説明する。なお、電極板製造装置200の横方向MH及び高さ方向NHを、図7及び図8に示す方向と定めて説明する。この電極板製造装置200は、正極集電箔3(または後述する片側正極板1y)を供給する供給部210と、正極集電箔3(または片側正極板1y)に対して正極ペーストDPのダイ塗工を行うダイ塗工部220と、未乾燥第1活物質層5x(または後述する未乾燥第2活物質層6x)の乾燥を行う乾燥炉230と、片側正極板1y(または後述する両側正極板1w)の冷却を行う冷却部240と、片側正極板1y(または両側正極板1w)を巻き取る巻取搬送部250とを備える。
このうち供給部210には、帯状の正極集電箔3(または片側正極板1y)が巻かれた巻出ロール211と、正極集電箔3(または片側正極板1y)を長手方向EHに搬送する複数の搬送ロール213とを有し、正極集電箔3(または片側正極板1y)を、ダイ塗工部220まで搬送するように構成されている。なお、本実施形態では、この電極板製造装置200における正極集電箔3等の搬送速度Vを、V=20m/minとした。
ダイ塗工部220は、正極ペーストDPを吐出する塗工ダイ221と、正極集電箔3(または片側正極板1y)を搬送するバックアップロール223と、塗工ダイ221に正極ペーストDPを送出するポンプ(不図示)等から構成されている。このダイ塗工部220は、正極ペーストDPを、塗工ダイ221から正極集電箔3の第1主面3a(または片側正極板1yのうち正極集電箔3の第2主面3b)に塗布して、正極集電箔3の第1主面3a上に未乾燥第1活物質層5x(または片側正極板1yの正極集電箔3の第2主面3b上に未乾燥第2活物質層6x)を形成するように構成されている。
乾燥炉230は、壁部231によって外部と仕切られた乾燥室233を有する。この乾燥室233内には、後述する未乾燥片側正極板1x(または未乾燥両側正極板1z)を長手方向EHに搬送する複数の搬送ロール235が配置されている。また、乾燥室233内には、未乾燥片側正極板1xの未乾燥第1活物質層5x(または未乾燥両側正極板1zの未乾燥第2活物質層6x)に向けて、熱風NFを吹き付ける複数の熱風吹付部237が配置されている。本実施形態では、この熱風NFの温度を180℃とした。これにより、この乾燥炉230内に搬入された未乾燥片側正極板1xの未乾燥第1活物質層5x(または未乾燥両側正極板1zの未乾燥第2活物質層6x)を乾燥させることができる。
冷却部240は、複数(本実施形態ではn=3)の外径80mmの冷却ロール(第1冷却ロール241、第2冷却ロール242及び第3冷却ロール243)を有する(図8も参照)。これらの冷却ロール241,242,243は、それぞれ、乾燥炉230の出口230eから搬出された片側正極板1y(または両側正極板1w)に接触し、片側正極板1y(または両側正極板1w)を厚み方向GHに曲げると共に長手方向EHに搬送しつつ、片側正極板1y(または両側正極板1w)を冷却する。3つの冷却ロール241,242,243のうち、1番目に片側正極板1y(または両側正極板1w)に接するのが第1冷却ロール241であり、2番目に片側正極板1y(または両側正極板1w)に接するのが第2冷却ロール242であり、3番目(最後)に片側正極板1y(または両側正極板1w)に接するのが第3冷却ロール243である。
第1冷却ロール241は、その中心が乾燥炉230の出口230eから横方向MHに220mm離れた位置に配置されている。かつ、第1冷却ロール241は、乾燥炉230の出口230eから搬出された片側正極板1y(または両側正極板1w)が横方向MHに沿って搬送され、高さ方向NHの下方から片側正極板1y(または両側正極板1w)に接するように、片側正極板1y(または両側正極板1w)の高さ方向NHの下方に配置されている。この第1冷却ロール241は、乾燥炉230の近くに存在するため、乾燥炉230からの輻射熱により加熱される。具体的には、第1冷却ロール241のロール表面241aの温度Tr(1)は、Tr(1)=50℃である。
第2冷却ロール242は、その中心が乾燥炉230の出口230eから横方向MHに360mm離れた位置で、かつ、第1冷却ロール241よりも高さ方向NHの上方に配置されており、高さ方向NHの上方から片側正極板1y(または両側正極板1w)に接する。この第2冷却ロール242も、乾燥炉230からの輻射熱により加熱される。具体的には、第2冷却ロール242のロール表面242aの温度Tr(2)は、Tr(2)=35℃である。
第3冷却ロール243は、その中心が乾燥炉230の出口230eから横方向MHに480mm離れた位置で、かつ、第1冷却ロール241と高さ方向NHの同じ位置に配置されており、高さ方向NHの下方から片側正極板1y(または両側正極板1w)に接する。この第3冷却ロール243は、乾燥炉230から十分に離れているため、乾燥炉230からの輻射熱では殆ど加熱されない。このため、第3冷却ロール243のロール表面243aの温度Tr(3)は、室温とほぼ等しく、Tr(3)=25℃である。
このように本実施形態では、各冷却ロール241,242,243のロール表面241a,242a,243aの温度Tr(m)が、Tr(1)=50℃、Tr(2)=35℃、Tr(3)=25℃であるため、Tr(1)>Tr(2)>Tr(3)の関係となっている。
また、各冷却ロール241,242,243を前述のように配置したことで、第1冷却ロール241と片側正極板1y(または両側正極板1w)との抱き角θ1は、θ1=25°となる。また、第1冷却ロール241の外径は、前述のように80mmであるため、第1冷却ロール241と片側正極板1y(または両側正極板1w)との長手方向EHの接触長さL(1)は、17.5mmである。
また、第2冷却ロール242と片側正極板1y(または両側正極板1w)との抱き角θ2は、θ2=40°となり、第2冷却ロール242と片側正極板1y(または両側正極板1w)との長手方向EHの接触長さL(2)は、28mmである。
また、第3冷却ロール243と片側正極板1y(または両側正極板1w)との抱き角θ3は、θ3=105°となり、第3冷却ロール243と片側正極板1y(または両側正極板1w)との長手方向EHの接触長さL(3)は、73mmである。
このように本実施形態では、接触長さL(m)は、L(1)=17.5mm、L(2)=28mm、L(3)=73mmであるため、L(1)<L(2)<L(3)の関係となっている。
乾燥炉230の出口230eにおいて、片側正極板1y(または両側正極板1w)の温度Td(0)は、Td(0)=90℃である。一方、第1冷却ロール241に接触した後の片側正極板1y(または両側正極板1w)の温度Td(1)は、Td(1)=60℃である。従って、これらの温度差ΔTd(1)は、ΔTd(1)=Td(0)−Td(1)=90−60=30℃である。
また、第2冷却ロール242に接触した後の片側正極板1y(または両側正極板1w)の温度Td(2)は、Td(2)=40℃である。従って、温度差ΔTd(2)は、ΔTd(2)=Td(1)−Td(2)=60−40=20℃である。
また、第3冷却ロール243に接触した後の片側正極板1y(または両側正極板1w)の温度Td(3)は、Td(3)=25℃(室温と同じ)である。従って、温度差ΔTd(3)は、ΔTd(3)=Td(2)−Td(3)=40−25=15℃である。
このように本実施形態では、片側正極板1y(または両側正極板1w)の温度差ΔTd(m)は、ΔTd(1)=30℃、ΔTd(2)=20℃、ΔTd(3)=15℃であるため、ΔTd(1)>ΔTd(2)>ΔTd(3)の関係となっている。一方、前述のように、冷却ロール241,242,243と片側正極板1y(または両側正極板1w)との長手方向EHの接触長さL(m)は、L(1)<L(2)<L(3)の関係となっている。従って、本実施形態では、温度差ΔTd(m)が大きいほど、接触長さL(m)は短い関係となっている。
巻取搬送部250は、片側正極板1y(または両側正極板1w)を巻き取る巻取ロール251と、片側正極板1y(または両側正極板1w)を長手方向EHに搬送する搬送ロール253とを有し、冷却部240で冷却された片側正極板1y(または両側正極板1w)を搬送して巻取ロール251に巻き取るように構成されている。
続いて、帯状正極板1の製造方法、及び、これを用いた電池100の製造方法を説明する。まず上記電極板製造装置200を用いて第1未乾燥層形成工程S11(図6参照)を行うのに先立ち、正極ペーストDPを用意しておく。この正極ペーストDPは、正極活物質粒子(リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物粒子)と導電粒子(AB粒子)と結着剤(PVDF)を、分散媒(N−メチルピロリドン(NMP))と共に混練したペーストである。正極ペーストDPの固形分率は、60wt%(NMPの割合は40wt%)とした。
第1未乾燥層形成工程S11において、前述の電極板製造装置200を用い、正極ペーストDPを正極集電箔3の第1主面3aに塗布して、未乾燥第1活物質層5xを形成する。具体的には、供給部210の巻出ロール211から巻き出された正極集電箔3は、供給部210の複数の搬送ロール213によって長手方向EHにダイ塗工部220に搬送される。続いて、ダイ塗工部220のバックアップロール223によって搬送させる正極集電箔3の第1主面3aに向けて、塗工ダイ221から所定の吐出量の正極ペーストDPが吐出され、正極集電箔3の第1主面3a上に帯状に塗膜(未乾燥第1活物質層5x)が連続して形成される(未乾燥片側正極板1xが連続して形成される)。
続いて、「第1乾燥工程S12」において、上述の未乾燥片側正極板1xを長手方向EHに搬送して乾燥炉230内に搬入し、乾燥炉230内で、未乾燥片側正極板1xを長手方向EHに搬送しつつ、未乾燥片側正極板1xの未乾燥第1活物質層5xを加熱乾燥させて、第1正極活物質層5を形成する。具体的には、乾燥炉230の乾燥室233内に搬入された未乾燥片側正極板1xは、複数の搬送ロール235によって長手方向EHに搬送される。一方、搬送中の未乾燥片側正極板1xの未乾燥第1活物質層5xには、複数の熱風吹付部237から180℃の熱風NFがそれぞれ吹き付けられる。これにより、未乾燥第1活物質層5xが乾燥して、第1正極活物質層5が連続して形成される。なお、この正極集電箔3の第1主面3a上に第1正極活物質層5が形成された帯状正極板(帯状電極板)を、片側正極板1yともいう。この片側正極板1yは、乾燥炉230の出口230eを通じて乾燥炉230の外部に搬出される。
続いて、「第1冷却工程S13」において、乾燥炉230から搬出された片側正極板1y(乾燥炉230の出口230eにおける片側正極板1yの温度Td(0)は、Td(0)=90℃)を、冷却部240において25℃(室温)まで冷却する。片側正極板1yには、冷却部240のn=3個の冷却ロール241,242,243がそれぞれ接触し、これらの冷却ロール241,242,243により、片側正極板1yは厚み方向GHに曲げられると共に長手方向EHに搬送されながら、冷却される。
具体的には、乾燥炉230から搬出された片側正極板1yは、まず第1冷却ロール241に接して第1冷却ロール241で冷却される。第1冷却ロール241は、前述のように、乾燥炉230からの輻射熱により、ロール表面241aの温度Tr(1)が、Tr(1)=50℃となっている。また、第1冷却ロール241と片側正極板1yとの抱き角θ1は、θ1=25°であり、第1冷却ロール241と片側正極板1yとの長手方向EHの接触長さL(1)は、17.5mmである。この第1冷却ロール241を通過すると、乾燥炉230の出口230eにおいて温度Td(0)=90℃であった片側正極板1yは、温度Td(1)=60℃とされ、温度差ΔTd(1)=Td(0)−Td(1)=90−60=30℃だけ冷却される。
続いて、片側正極板1yは、第2冷却ロール242に接して第2冷却ロール242で冷却される。第2冷却ロール242は、前述のように、乾燥炉230からの輻射熱により、ロール表面242aの温度Tr(2)が、Tr(2)=35℃となっている。また、第2冷却ロール242と片側正極板1yとの抱き角θ2は、θ2=40°であり、第2冷却ロール242と片側正極板1yとの長手方向EHの接触長さL(2)は、28mmである。この第2冷却ロール242を通過すると、第1冷却ロール241に接した後に温度Td(1)=60℃であった片側正極板1yは、温度Td(2)=40℃とされ、温度差ΔTd(2)=Td(1)−Td(2)=60−40=20℃だけ冷却される。
続いて、片側正極板1yは、第3冷却ロール243に接して第3冷却ロール243で冷却される。第3冷却ロール243は、前述のように、乾燥炉230からの輻射熱の影響は殆ど受けず、ロール表面243aの温度Tr(3)が、室温とほぼ同じTr(3)=25℃となっている。また、第3冷却ロール243と片側正極板1yとの抱き角θ3は、θ2=105°であり、第3冷却ロール243と片側正極板1yとの長手方向EHの接触長さL(3)は、73mmである。この第3冷却ロール243を通過すると、第2冷却ロール242に接した後に温度Td(2)=40℃であった片側正極板1yは、温度Td(3)=25℃とされ、温度差ΔTd(3)=Td(2)−Td(3)=40−25=15℃だけ冷却される。
このように本実施形態では、各冷却ロール241,242,243のロール表面241a,242a,243aの温度Tr(m)が、Tr(1)=50℃、Tr(2)=35℃、Tr(3)=25℃であるため、Tr(1)>Tr(2)>Tr(3)の関係となっている。
また、各冷却ロール241,242,243と片側正極板1yとの接触長さL(m)は、L(1)=17.5mm、L(2)=28mm、L(3)=73mmであるため、L(1)<L(2)<L(3)の関係となっている。
また、片側正極板1yの温度差ΔTd(m)は、ΔTd(1)=30℃、ΔTd(2)=20℃、ΔTd(3)=15℃であるため、ΔTd(1)>ΔTd(2)>ΔTd(3)の関係となっている。従って、冷却ロール241,242,243と片側正極板1yとは、温度差ΔTd(m)が大きいほど、接触長さL(m)は短い関係となっている。
冷却部240で冷却された片側正極板1yは、巻取搬送部250の搬送ロール253によって巻取ロール251に搬送され、巻取ロール251で巻き取られる。なお、本実施形態では、このように第1冷却工程S13を終えた片側正極板1yを、一旦巻き取った上で、後述する第2未乾燥層形成工程S14を行っているが、片側正極板1yを巻き取らずに、第1冷却工程S13に続いて第2未乾燥層形成工程S14を行うこともできる。
次に、「第2未乾燥層形成工程S14」において、正極ペーストDPを片側正極板1yのうち正極集電箔3の第2主面3bに塗布して、未乾燥第2活物質層6xを形成する。なお、この正極集電箔3の第1主面3a上に乾燥済みの第1正極活物質層5が形成され、正極集電箔3の第2主面3b上に未乾燥の未乾燥第2活物質層6xが形成された未乾燥正極板(未乾燥電極板)を、未乾燥両側正極板1zともいう。この第2未乾燥層形成工程S14から後述する第2冷却工程S16についても、前述の電極板製造装置200を用いて連続して行う。具体的には、電極板製造装置200の供給部210に、片側正極板1yが巻かれた巻出ロール211をセットする。供給部210の巻出ロール211から巻き出された片側正極板1yは、複数の搬送ロール213によってダイ塗工部220に搬送される。続いて、ダイ塗工部220のバックアップロール223によって搬送させる片側正極板1yの正極集電箔3の第2主面3bに向けて、塗工ダイ221から所定の吐出量の正極ペーストDPが吐出され、第2主面3b上に帯状に塗膜(未乾燥第2活物質層6x)が連続して形成される(未乾燥両側正極板1zが連続して形成される)。
続いて、「第2乾燥工程S15」において、上述の未乾燥両側正極板1zを長手方向EHに搬送して乾燥炉230内に搬入し、乾燥炉230内で、未乾燥両側正極板1zを長手方向EHに搬送しつつ、未乾燥両側正極板1zの未乾燥第2活物質層6xを加熱乾燥させて、第2正極活物質層6を形成する。具体的には、未乾燥両側正極板1zは、複数の搬送ロール235によって長手方向EHに搬送される一方、未乾燥両側正極板1zの未乾燥第2活物質層6xには、複数の熱風吹付部237から熱風NFがそれぞれ吹き付けられる。これにより、未乾燥第2活物質層6xが乾燥して、第2正極活物質層6が形成される。なお、この正極集電箔3の第1主面3a上に第1正極活物質層5が形成され、第2主面3b上に第2正極活物質層6が形成された帯状正極板(帯状電極板)を、両側正極板1wともいう。
続いて、「第2冷却工程S16」において、乾燥炉230から搬出された両側正極板1w(乾燥炉230の出口230eにおける両側正極板1wの温度Td(0)は、Td(0)=90℃)を、冷却部240において25℃(室温)まで冷却する。両側正極板1wには、冷却部240のn=3個の冷却ロール241,242,243がそれぞれ接触し、これらの冷却ロール241,242,243により、両側正極板1wは厚み方向GHに曲げられると共に長手方向EHに搬送されながら、冷却される。
具体的には、前述の第1冷却工程S13と同様に、乾燥炉230から搬出された両側正極板1wは、まず第1冷却ロール241により、温度Td(0)=90℃から温度Td(1)=60℃とされ、温度差ΔTd(1)=30℃だけ冷却される。
続いて、両側正極板1wは、第2冷却ロール242により、温度Td(1)=60℃から温度Td(2)=40℃とされ、温度差ΔTd(2)=20℃だけ冷却される。
続いて、両側正極板1wは、第3冷却ロール243により、温度Td(2)=40℃から温度Td(3)=25℃とされ、温度差ΔTd(3)=15℃だけ冷却される。
この第2冷却工程S16でも、第1冷却工程S13と同様に、各冷却ロール241,242,243のロール表面241a,242a,243aの温度Tr(m)が、Tr(1)=50℃、Tr(2)=35℃、Tr(3)=25℃であるため、Tr(1)>Tr(2)>Tr(3)の関係となっている。
また、各冷却ロール241,242,243と両側正極板1wとの接触長さL(m)は、L(1)=17.5mm、L(2)=28mm、L(3)=73mmであるため、L(1)<L(2)<L(3)の関係となっている。
また、両側正極板1wの温度差ΔTd(m)は、ΔTd(1)=30℃、ΔTd(2)=20℃、ΔTd(3)=15℃であるため、ΔTd(1)>ΔTd(2)>ΔTd(3)の関係となっている。従って、冷却ロール241,242,243と両側正極板1wとは、温度差ΔTd(m)が大きいほど、接触長さL(m)は短い関係となっている。
冷却部240で冷却された両側正極板1wは、巻取搬送部250の搬送ロール253によって巻取ロール251に搬送され、巻取ロール251で巻き取られる。なお、本実施形態では、このように第2冷却工程S16を終えた両側正極板1wを、一旦巻き取った上で、後述するプレス工程S17を行っているが、両側正極板1wを巻き取らずに、第2冷却工程S16に続いてプレス工程S17を行うこともできる。
次に、「プレス工程S17」において、上述の両側正極板1wをロールプレス装置(不図示)で長手方向EHに搬送しつつロールプレスすることにより、第1正極活物質層5及び第2正極活物質層6をそれぞれ厚み方向GHにプレスして圧密化する。これにより、圧密化後正極板1vが形成される。
次に、「切断工程S18」において、上述の圧密化後正極板1vを幅方向FHの中央で長手方向EHに切断(2分割)する。かくして、図4に示した帯状正極板1が得られる。
また別途、「負極板製造工程S2」(図5参照)において、帯状負極板131を製造する。予め、負極活物質粒子(黒鉛粒子)と結着剤(SBR)と増粘剤(CMC)を分散媒(水)と共に混練して、負極ペースト(不図示)を用意しておく。そして、この負極ペーストをダイ塗工により負極集電箔133の第1主面133aに塗布して、未乾燥第1活物質層を形成する。その後、この未乾燥第1活物質層を加熱乾燥させて、第1負極活物質層135を形成する。
次に、上述の負極ペーストをダイ塗工により負極集電箔133の第2主面133bに塗布して、未乾燥第2活物質層を形成する。その後、この未乾燥第2活物質層を加熱乾燥させて、第2負極活物質層136を形成する。その後、この負極板をロールプレスすることにより、第1負極活物質層135及び第2負極活物質層136をそれぞれ厚み方向にプレスして圧密化する。その後、この負極板を幅方向JHの中央で長手方向IHに切断(2分割)する。かくして、帯状負極板131が得られる。
次に、「電極体形成工程S3」(図5参照)において、正極板1及び負極板131を、別途用意した一対のセパレータ141,143を介して互いに重ねて、軸線AX周りに捲回し(図3参照)、その後、扁平状に圧縮して(図2参照)、扁平状捲回型の電極体120を形成する。
次に、「電池組立工程S4」において、電池100を組み立てる。具体的には、ケース蓋部材113を用意し、これに正極端子部材150及び負極端子部材160を固設する(図1参照)。その後、正極端子部材150及び負極端子部材160を、電極体120の正極板1及び負極板131にそれぞれ溶接する。その後、この電極体120をケース本体部材111内に挿入すると共に、ケース本体部材111の開口をケース蓋部材113で塞ぐ。そして、ケース本体部材111とケース蓋部材113とを溶接して電池ケース110を形成する。
次に、「注液・封止工程S5」において、ケース蓋部材113に設けられた注液孔113hを通じて電池ケース110内に電解液105を注液し、電解液105を電極体120内に含浸させる。その後、封止部材115で注液孔113hを封止する。
次に、「検査工程S6」において、この電池100について各種検査及び初充電を行う。かくして、電池100が完成する。
(実施例)
次いで、本発明の効果を検証するために行った試験の結果について説明する。実施例として、実施形態と同様に、電極板製造装置200を用いて、第1未乾燥層形成工程S11、第1乾燥工程S12及び第1冷却工程S13を行って、正極集電箔3上に第1正極活物質層5を有する帯状正極板(片側正極板1y)を形成した。前述のように、実施形態の電極板製造装置200は、複数(n=3)の冷却ロール241,242,243を有し、片側正極板1yに点接触するのではなく、片側正極板1yに接触長さL(m)で接して、片側正極板1yを厚み方向GHに曲げつつ長手方向EHに搬送する(表1の「冷却ロールによる搬送」の欄に「曲げ搬送」と記載する)。また、実施形態(実施例)では、片側正極板1yの温度差ΔTd(m)が大きいほど、冷却ロール241,242,243と片側正極板1yとの接触長さL(m)は短い関係となっている。具体的には、温度差ΔTd(m)がΔTd(1)>ΔTd(2)>ΔTd(3)で、接触長さL(m)がL(1)<L(2)<L(3)の関係となっている(表1の「温度差ΔTd(m)が大きいほど接触長さL(m)が短い」の欄に「○」印で示す)。
Figure 2020042991
(比較例1)
一方、比較例1として、実施形態の電極板製造装置200のうち、冷却部240の形態を異ならせた電極板製造装置(図9参照)を用意し、これを用いて第1未乾燥層形成工程S11、第1乾燥工程S12及び第1冷却工程S13を行って、片側正極板1yを形成した。この比較例1の冷却部740は、1つの冷却ロール741のみを有する。この冷却ロール741の外径は、実施形態の各冷却ロール241,242,243の外径と同じである。この冷却ロール741は、その中心が乾燥炉230の出口230eから横方向MHに480mm離れた位置に、即ち、実施形態の第3冷却ロール243と同じ位置に配置されている。
冷却ロール741は、乾燥炉230からの輻射熱では殆ど加熱されないため、ロール表面741aの温度Tr(1)は、Tr(1)=25℃である。また、冷却ロール741と片側正極板1yとの抱き角θ1は、θ2=25°であり、冷却ロール741と片側正極板1yとの長手方向EHの接触長さL(1)は、17.5mmである。また、冷却ロール741に接触した後の片側正極板1yの温度Td(1)は、Td(1)=25℃である。従って、温度差ΔTd(1)は、ΔTd(1)=Td(0)−Td(1)=90−25=65℃である。
(比較例2)
比較例2として、実施形態の電極板製造装置200のうち、冷却部240の形態を異ならせた電極板製造装置(図10参照)を用意し、これを用いて第1未乾燥層形成工程S11、第1乾燥工程S12及び第1冷却工程S13を行って、片側正極板1yを形成した。この比較例2の冷却部840は、3つの冷却ロール(第1冷却ロール841、第2冷却ロール842及び第3冷却ロール843)を有する。これらの冷却ロール841,842,843の外径は、実施形態の各冷却ロール241,242,243の外径と同じである。
第1冷却ロール841は、その中心が乾燥炉230の出口230eから横方向MHに220mm離れた位置、即ち、実施形態の第1冷却ロール241と同じ位置に配置されている。第1冷却ロール841のロール表面841aの温度Tr(1)は、Tr(1)=50℃である。
第2冷却ロール842は、その中心が乾燥炉230の出口230eから横方向MHに300mm離れた位置で、第1冷却ロール841を通過した片側正極板1yが高さ方向NHの下方に向けて搬送させる位置に配置されている。この第2冷却ロール842のロール表面842aの温度Tr(2)は、Tr(2)=35℃である。
第3冷却ロール843は、その中心が乾燥炉230の出口230eから横方向MHに380mm離れた位置で、第2冷却ロール842よりも高さ方向NHの下方に配置されており、高さ方向NHの下方から片側正極板1yに接する。この第3冷却ロール843のロール表面843aの温度Tr(3)は、Tr(3)=25℃である。
各冷却ロール841,842,843を前述のように配置したことで、第1冷却ロール841と片側正極板1yとの抱き角θ1は、θ1=90°となり、第1冷却ロール841と片側正極板1yとの長手方向EHの接触長さL(1)は、63mmとなる。
また、第2冷却ロール842と片側正極板1yとの抱き角θ2は、θ2=75°となり、第2冷却ロール842と片側正極板1yとの長手方向EHの接触長さL(2)は、52mmとなる。
また、第3冷却ロール843と片側正極板1yとの抱き角θ3は、θ3=30°となり、第3冷却ロール843と片側正極板1yとの長手方向EHの接触長さL(3)は、21mmとなる。
この比較例2では、接触長さL(m)が、L(1)=63mm、L(2)=52mm、L(3)=21mmであるため、実施例のL(1)<L(2)<L(3)の関係とは逆で、L(1)>L(2)>L(3)の関係となっている。
また、この比較例2では、第1冷却ロール841に接触した後の片側正極板1yの温度Td(1)は、Td(1)=55℃である。従って、温度差ΔTd(1)は、ΔTd(1)=Td(0)−Td(1)=90−55=35℃である。
また、第2冷却ロール842に接触した後の片側正極板1yの温度Td(2)は、Td(2)=37℃である。従って、温度差ΔTd(2)は、ΔTd(2)=Td(1)−Td(2)=55−37=18℃である。
また、第3冷却ロール843に接触した後の片側正極板1yの温度Td(3)は、Td(3)=25℃である。従って、温度差ΔTd(3)は、ΔTd(3)=Td(2)−Td(3)=37−25=12℃である。
この比較例2では、片側正極板1yの温度差ΔTd(m)が、ΔTd(1)=35℃、ΔTd(2)=18℃、ΔTd(3)=12℃であるため、実施例と同様に、ΔTd(1)>ΔTd(2)>ΔTd(3)の関係となっている。一方、前述のように、冷却ロール841,842,843と片側正極板1yとの接触長さL(m)は、L(1)>L(2)>L(3)の関係となっているため、実施例とは異なり、温度差ΔTd(m)が大きいほど接触長さL(m)は短い関係とはなっていない(表1の「温度差ΔTd(m)が大きいほど接触長さL(m)が短い」の欄に「×」印で示す)。
(比較例3)
比較例3として、実施形態の電極板製造装置200のうち、冷却部240の形態を異ならせた電極板製造装置(図11参照)を用意し、これを用いて第1未乾燥層形成工程S11、第1乾燥工程S12及び第1冷却工程S13を行って、片側正極板1yを形成した。この比較例3の冷却部940は、2つの冷却ロール(第1冷却ロール941及び第2冷却ロール942)を有する。これらの冷却ロール941,942の外径は、実施形態の各冷却ロール241,242,243の外径と同じである。
第1冷却ロール941は、その中心が乾燥炉230の出口230eから横方向MHに220mm離れた位置、即ち、実施形態の第1冷却ロール241と同じ位置に配置されている。第1冷却ロール941のロール表面941aの温度Tr(1)は、Tr(1)=50℃である。
第2冷却ロール942は、その中心が乾燥炉230の出口230eから横方向MHに480mm離れた位置で、第1冷却ロール941よりも高さ方向NHの下方に配置されており、高さ方向NHの下方から片側正極板1yに接する。この第2冷却ロール942のロール表面942aの温度Tr(2)は、Tr(2)=25℃である。
各冷却ロール941,942を前述のように配置したことで、第1冷却ロール941と片側正極板1yとの抱き角θ1は、θ1=25°となり、第1冷却ロール941と片側正極板1yとの長手方向EHの接触長さL(1)は、17.5mmとなる。
また、第2冷却ロール942と片側正極板1yとの抱き角θ2は、θ2=75°となり、第2冷却ロール942と片側正極板1yとの長手方向EHの接触長さL(2)は、52mmとなる。
この比較例3では、接触長さL(m)が、L(1)=17.5mm、L(2)=52mmであるため、L(1)<L(2)の関係となっている。
また、この比較例3では、第1冷却ロール941に接触した後の片側正極板1yの温度Td(1)は、Td(1)=60℃である。従って、温度差ΔTd(1)は、ΔTd(1)=Td(0)−Td(1)=90−60=30℃である。
また、第2冷却ロール942に接触した後の片側正極板1yの温度Td(2)は、Td(2)=25℃である。従って、温度差ΔTd(2)は、ΔTd(2)=Td(1)−Td(2)=60−25=35℃である。
この比較例3では、片側正極板1yの温度差ΔTd(m)が、ΔTd(1)=30℃、ΔTd(2)=35℃であるため、ΔTd(1)<ΔTd(2)の関係となっている。一方、前述のように、冷却ロール941,942と片側正極板1yとの接触長さL(m)は、L(1)<L(2)の関係となっている。このため、実施例とは逆で、温度差ΔTd(m)が大きいほど接触長さL(m)は短い関係とはなっていない。
次に、実施例及び比較例1〜3の片側正極板1yについて、皺が生じているか否かを目視にてそれぞれ調査した。その結果、実施例の片側正極板1yでは、皺が生じていなかった。一方、比較例1〜3の片側正極板1yでは、いずれも皺が生じていた。
このような結果を生じた理由は、以下であると考えられる。即ち、まず比較例1(図9参照)では、冷却ロール741を乾燥炉230の出口230eから遠ざけて配置している。このため、乾燥炉230の出口230eと冷却ロール741との間で片側正極板1yが高さ方向NHの下方に大きく撓むため(図9では、便宜上、片側正極板1yを撓みのない状態に記載してある)、片側正極板1yが冷却ロール741に接した際に、片側正極板1yに皺が生じたと考えられる。
なお、片側正極板1yの撓みを抑制するべく、この比較例1において、冷却ロール741を乾燥炉230の出口230eに近づけて配置すると、乾燥炉230からの輻射熱によって冷却ロール741のロール表面741aの温度が高くなるため、冷却ロール741を通過した後の片側正極板1yの温度が高くなる。この場合、冷却ロール741よりも下流の搬送経路を長くして片側正極板1yを自然冷却する必要があり、電極板製造装置200が長大化するので、好ましくない。
また、比較例2では、複数の冷却ロール841,842,843を用いているため、比較例1のように、搬送中の片側正極板1yの撓みが原因で片側正極板1yに皺が生じることは防止できている。しかし、比較例2では、前述のように、片側正極板1yの温度差ΔTd(m)が、ΔTd(1)>ΔTd(2)>ΔTd(3)の関係であるのに対し、冷却ロール841,842,843と片側正極板1yとの接触長さL(m)は、L(1)>L(2)>L(3)の関係であり、温度差ΔTd(m)が大きいほど接触長さL(m)は長い関係となっている。比較例2では、このような関係となっているために、片側正極板1yに皺が生じたと考えられる。
また、比較例3では、複数の冷却ロール941,942を用いているため、比較例1のように、片側正極板1yの撓みが原因で片側正極板1yに皺が生じることは防止できている。しかし、比較例3では、前述のように、片側正極板1yの温度差ΔTd(m)が、ΔTd(1)<ΔTd(2)の関係であるのに対し、冷却ロール941,942と片側正極板1yとの接触長さL(m)は、L(1)<L(2)の関係であり、上述の比較例2と同様に、温度差ΔTd(m)が大きいほど接触長さL(m)は長い関係となっている。このため、比較例2と同様に、この比較例3でも、片側正極板1yに皺が生じたと考えられる。
これらに対し、実施例では、複数の冷却ロール241,242,243を用いているため、比較例1のように、片側正極板1yの撓みが原因で片側正極板1yに皺が生じることを防止できている。更に実施例では、前述のように、片側正極板1yの温度差ΔTd(m)が、ΔTd(1)>ΔTd(2)>ΔTd(3)であるのに対し、冷却ロール241,242,243と片側正極板1yとの接触長さL(m)は、L(1)<L(2)<L(3)の関係であり、温度差ΔTd(m)が大きいほど接触長さL(m)は短い関係となっている。このため、比較例2,3とは異なり、片側正極板1yに皺が生じなかったと考えられる。
なお、実施例及び比較例1〜3のいずれにおいても、冷却部240,740,840,940において金属粉が生じなかった。実施例及び比較例1〜3の各冷却ロール241,242,243等は、いずれも片側正極板1yを厚み方向GHに曲げつつ搬送するので、冷却ロール241,242,243等と片側正極板1yの正極集電箔3とが擦れることが抑制される。このため、片側正極板1yの正極集電箔3から金属粉が生じなかったと考えられる。
以上で説明したように、帯状正極板1の製造方法では、第1冷却工程S13及び第2冷却工程S16において、複数(本実施形態ではn=3)の冷却ロール241,242,243により、片側正極板1y及び両側正極板1wを厚み方向GHに曲げると共に長手方向EHに搬送しつつ、片側正極板1y及び両側正極板1wを冷却する。この際、冷却ロール241,242,243と片側正極板1y及び両側正極板1wとの関係について、温度差ΔTd(m)が大きいほど接触長さL(m)が短くなる形態に、各冷却ロール241,242,243を配置している。
複数の冷却ロール241,242,243を用いることにより、片側正極板1y及び両側正極板1wを段階的に冷却できるため、片側正極板1y及び両側正極板1wの温度が急激に低下して片側正極板1y及び両側正極板1wに皺が生じることを防止できる。また、複数の冷却ロール241,242,243を用いることにより、片側正極板1y及び両側正極板1wが搬送途中で高さ方向NHの下方に大きく撓んで片側正極板1y及び両側正極板1wに皺が生じることも防止できる。
また、冷却ロール241,242,243により片側正極板1y及び両側正極板1wを厚み方向GHに曲げつつ搬送することにより、冷却ロール241,242,243と片側正極板1y及び両側正極板1wとが点接触する場合に比べて、冷却ロール241,242,243と片側正極板1y及び両側正極板1wとが擦れて金属粉或いは正極活物質の粉が生じることを抑制できる。
また、冷却ロール241,242,243と片側正極板1y及び両側正極板1wの関係を、温度差ΔTd(m)が大きいほど接触長さL(m)が短くなるように、各冷却ロール241,242,243を配置することにより、接触長さL(m)に起因して片側正極板1y及び両側正極板1wに皺が生じることも防止できる。
かくして、帯状正極板1の製造方法では、その製造過程で、乾燥炉230から搬出された片側正極板1y及び両側正極板1wに皺が生じるのを防止できる。
更に、帯状正極板1の製造方法では、冷却ロール241,242,243のロール表面241a,242a,243aの温度Tr(m)について、Tr(1)>Tr(2)>Tr(3)とするので、片側正極板1y及び両側正極板1wの温度が急激に低下するのを防止し、片側正極板1y及び両側正極板1wの温度を段階的に低下させることが容易である。従って、片側正極板1y及び両側正極板1wに皺が生じることをより確実に防止できる。
また、帯状正極板1の製造方法では、乾燥炉230からの輻射熱を利用して、第1冷却ロール241のロール表面241aを温度Tr(1)=50℃に保ち、また、第2冷却ロール242のロール表面242aを温度Tr(1)=35℃に保っている。このため、ヒータなどの温度調整装置を別途設けて、これを利用する必要がない。
また、片側正極板1y及び両側正極板1wの第m冷却ロール241,242,243の接触前後の温度差ΔTd(m)が大きすぎると、具体的には、温度差ΔTd(m)が35℃以上になると、片側正極板1y及び両側正極板1wに皺が生じ易くなる。これに対し、帯状正極板1の製造方法では、片側正極板1y及び両側正極板1wの温度差ΔTd(m)を、いずれも35℃未満(本実施形態では、ΔTd(1)=30℃、ΔTd(2)=20℃、ΔTd(3)=15℃)としている。このため、冷却ロール241,242,243の接触に伴う急冷により片側正極板1y及び両側正極板1wに皺が生じるのをより効果的に防止できる。
また、冷却ロール241,242,243の個数nを3以上(本実施形態ではn=3)としているため、冷却ロールの個数nがn=2の場合よりも、片側正極板1y及び両側正極板1wの温度が急激に低下するのを防止し、温度を段階的に低下させることが容易である。従って、冷却ロールの個数nがn=2の場合よりも、片側正極板1y及び両側正極板1wに皺が生じることをより確実に防止できる。
また、冷却ロール241,242,243と片側正極板1y及び両側正極板1wとの長手方向EHの接触長さL(m)が短すぎると、具体的には、接触長さL(m)が14mm未満であると、冷却ロール241,242,243と片側正極板1y及び両側正極板1wとが擦れて、金属粉或いは正極活物質の粉が生じ易くなる。これに対し、帯状正極板1の製造方法では、接触長さL(m)をいずれも14mm以上(本実施形態では、L(1)=17.5mm、L(2)=28mm、L(3)=73mm)としている。このため、冷却ロール241,242,243と片側正極板1y及び両側正極板1wとが擦れて金属粉或いは活物質の粉が生じるのをより効果的に抑制できる。
また、電池100の製造方法は、帯状正極板1の製造方法により帯状正極板1を製造する正極板製造工程S1を備えるので、乾燥炉230から搬出された片側正極板1y及び両側正極板1wに皺が生じるのを防止できる。このため、皺のない帯状正極板1を用いて電極体120を形成し(電極体形成工程S3)、更にこの電極体120を用いて電池100を組み立てることで(電池組立工程S4)、信頼性の高い電池100を製造できる。
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
例えば、実施形態では、帯状電極板の製造方法として、帯状正極板1の製造方法を例示したが、帯状負極板131の製造方法に本発明を適用することもできる。
また、実施形態では、例えば、未乾燥第1活物質層5x及び未乾燥第2活物質層6xを、正極ペーストDPを正極集電箔3に塗布することにより形成したが、未乾燥第1活物質層5x及び未乾燥第2活物質層6xの形成手法は、これに限られない。例えば、正極活物質粒子、導電粒子、結着剤及び分散媒を混合し、造粒することにより、粘土状の湿潤粒子からなる粒子集合体を得る。そして、3本のロールを有するロールプレス装置を用いて、この粒子集合体から未乾燥活物質層を造膜し、更にこれを正極集電箔3上に転写して、正極集電箔3上に未乾燥第1活物質層5x及び未乾燥第2活物質層6xを形成してもよい。
また、実施形態の電池100では、電極体120として、帯状正極板1を帯状のまま用いて形成した扁平状捲回型の電極体120を例示したが、電極体120の形態はこれに限られない。例えば、電極体120は、帯状正極板1を長手方向EHに所定間隔毎に切断して矩形状の正極板を形成すると共に、矩形状の負極板及びセパレータをそれぞれ複数用意し、複数の正極板と複数の負極板とをセパレータを介して交互に積層した積層型の電極体としてもよい。
1 帯状正極板(正極板,帯状電極板)
1x 未乾燥片側正極板(未乾燥正極板,未乾燥電極板)
1y 片側正極板(帯状正極板,帯状電極板)
1z 未乾燥両側正極板(未乾燥正極板,未乾燥電極板)
1w 両側正極板(帯状正極板,帯状電極板)
3 正極集電箔(集電箔)
3a 第1主面
3b 第2主面
5 第1正極活物質層(活物質層)
5x 未乾燥第1活物質層(未乾燥活物質層)
6 第2正極活物質層(活物質層)
6x 未乾燥第2活物質層(未乾燥活物質層)
100 電池
120 電極体
131 帯状負極板(負極板)
200 電極板製造装置
210 供給部
220 ダイ塗工部
230 乾燥炉
230e 出口
240 冷却部
241 第1冷却ロール
241a (第1冷却ロールの)ロール表面
242 第2冷却ロール
242a (第2冷却ロールの)ロール表面
243 第3冷却ロール
243a (第3冷却ロールの)ロール表面
250 巻取搬送部
EH (正極集電箔及び正極板の)長手方向
FH (正極集電箔及び正極板の)幅方向
GH (正極集電箔及び正極板の)厚み方向
Td(m) (帯状電極板の)温度
ΔTd(m) (帯状電極板の)温度差
Tr(m) (冷却ロールのロール表面の)温度
L(m) (冷却ロールと帯状電極板との長手方向の)接触長さ
S1 正極板製造工程(電極板製造工程)
S11 第1未乾燥層形成工程
S12 第1乾燥工程
S13 第1冷却工程
S14 第2未乾燥層形成工程
S15 第2乾燥工程
S16 第2冷却工程
S3 電極体形成工程
S4 電池組立工程

Claims (13)

  1. 帯状の集電箔と、
    上記集電箔上に上記集電箔の長手方向に延びる帯状に形成された活物質層と、を備える
    帯状電極板の製造方法であって、
    上記集電箔上に上記長手方向に延びる帯状に未乾燥活物質層が形成された未乾燥電極板を上記長手方向に搬送しつつ、乾燥炉内で上記未乾燥活物質層を加熱乾燥させて、上記活物質層を形成する乾燥工程と、
    上記乾燥炉から搬出された帯状電極板を冷却する冷却工程と、を備え、
    上記冷却工程は、
    上記帯状電極板にn個(nは2以上の自然数)の冷却ロールをそれぞれ接触させて、各々の上記冷却ロールにより、上記帯状電極板を厚み方向に曲げると共に上記長手方向に搬送しつつ、上記帯状電極板を冷却する工程であり、
    上記n個の冷却ロールのうち、m番目に上記帯状電極板と接する第m冷却ロールと、上記帯状電極板との上記長手方向の接触長さをL(m)とし、
    上記乾燥炉の出口における上記帯状電極板の温度Td(0)と、第1冷却ロールに接触した後の上記帯状電極板の温度Td(1)との温度差をΔTd(1)=Td(0)−Td(1)、
    第(m−1)冷却ロールに接触した後の上記帯状電極板の温度Td(m-1)と、第m冷却ロールに接触した後の上記帯状電極板の温度Td(m)との温度差をΔTd(m)=Td(m-1)−Td(m)としたとき、
    上記温度差ΔTd(m)が大きいほど、上記接触長さL(m)が短くなる形態に、上記n個の冷却ロールを配置する
    帯状電極板の製造方法。
  2. 請求項1に記載の帯状電極板の製造方法であって、
    前記n個の冷却ロールは、
    前記第m冷却ロールのロール表面の温度をTr(m)としたとき、
    Tr(1)>・・・>Tr(n)を満たす
    帯状電極板の製造方法。
  3. 請求項2に記載の帯状電極板の製造方法であって、
    前記n個の冷却ロールのうち、少なくともいずれかの冷却ロールは、前記ロール表面の前記温度Tr(m)を保つのに前記乾燥炉からの輻射熱を利用する
    帯状電極板の製造方法。
  4. 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の帯状電極板の製造方法であって、
    前記温度差ΔTd(m)は、いずれも35℃未満である
    帯状電極板の製造方法。
  5. 請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の帯状電極板の製造方法であって、
    前記冷却ロールの個数nは、3以上である
    帯状電極板の製造方法。
  6. 請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の帯状電極板の製造方法であって、
    前記接触長さL(m)は、いずれも14mm以上である
    帯状電極板の製造方法。
  7. 帯状の集電箔と、上記集電箔上に上記集電箔の長手方向に延びる帯状に形成された活物質層とを含む帯状電極板を有する電極体を備える
    電池の製造方法であって、
    請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の帯状電極板の製造方法により、上記帯状電極板を製造する電極板製造工程と、
    上記帯状電極板を用いて上記電極体を形成する電極体形成工程と、
    上記電極体を用いて上記電池を組み立てる電池組立工程と、を備える
    電池の製造方法。
  8. 帯状の集電箔と、上記集電箔上に上記集電箔の長手方向に延びる帯状に形成された活物質層と、を備える帯状電極板を製造する
    電極板製造装置であって、
    上記集電箔上に上記長手方向に延びる帯状に未乾燥活物質層が形成された未乾燥電極板を、上記長手方向に搬送しつつ、上記未乾燥活物質層を加熱乾燥させて、上記活物質層を形成する乾燥炉と、
    上記乾燥炉から搬出された帯状電極板にそれぞれ接触し、上記帯状電極板を厚み方向に曲げると共に上記長手方向に搬送しつつ、上記帯状電極板を冷却するn個(nは2以上の自然数)の冷却ロールと、を備え、
    上記n個の冷却ロールのうち、m番目に上記帯状電極板と接する第m冷却ロールと、上記帯状電極板との上記長手方向の接触長さをL(m)とし、
    上記乾燥炉の出口における上記帯状電極板の温度Td(0)と、第1冷却ロールに接触した後の上記帯状電極板の温度Td(1)との温度差をΔTd(1)=Td(0)−Td(1)、
    第(m−1)冷却ロールに接触した後の上記帯状電極板の温度Td(m-1)と、第m冷却ロールに接触した後の上記帯状電極板の温度Td(m)との温度差をΔTd(m)=Td(m-1)−Td(m)としたとき、
    上記温度差ΔTd(m)が大きいほど、上記接触長さL(m)は短くなる形態に、上記n個の冷却ロールが配置されてなる
    電極板製造装置。
  9. 請求項8に記載の電極板製造装置であって、
    前記n個の冷却ロールは、
    前記第m冷却ロールのロール表面の温度をTr(m)としたとき、
    Tr(1)>・・・>Tr(n)を満たす
    電極板製造装置。
  10. 請求項9に記載の電極板製造装置であって、
    前記n個の冷却ロールのうち、少なくともいずれかの冷却ロールは、前記ロール表面の前記温度Tr(m)を保つのに前記乾燥炉からの輻射熱を利用する
    電極板製造装置。
  11. 請求項8〜請求項10のいずれか一項に記載の電極板製造装置であって、
    前記温度差ΔTd(m)は、いずれも35℃未満である
    電極板製造装置。
  12. 請求項8〜請求項11のいずれか一項に記載の電極板製造装置であって、
    前記冷却ロールの個数nは、3以上である
    電極板製造装置。
  13. 請求項8〜請求項12のいずれか一項に記載の電極板製造装置であって、
    前記接触長さL(m)は、いずれも14mm以上である
    電極板製造装置。
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