JP2020077466A

JP2020077466A - 電極の製造方法

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Publication number: JP2020077466A
Application number: JP2018208195A
Authority: JP
Inventors: 智史蛭川; Tomofumi Hirukawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-11-05
Filing date: 2018-11-05
Publication date: 2020-05-21
Anticipated expiration: 2038-11-05
Also published as: JP7067426B2

Abstract

【課題】段付きロールによる押圧時の電極の幅方向の撓みを抑制する技術を提供すること。【解決手段】長尺の集電箔１１の幅方向について、集電箔１１の表面に電極合剤層１２が形成されている塗工部１３と電極合剤層１２が形成されていない未塗工部１４とを有する電極１０を製造する電極の製造方法であって、延伸工程とプレス工程とを含む。延伸工程は、電極１０を長手方向に搬送し、未塗工部１４に対向する部分の径が塗工部１３に対向する部分の径よりも大径の延伸ロール３１と、軸方向に均一の径であって延伸ロール３１に対向して設けられるガイドロール３２との間を通過させる工程であり、電極１０のガイドロール３２への抱き角θを４５°〜１８０°の範囲内として、ガイドロール３２を延伸ロール３１に向けて押し付ける。【選択図】図５

Description

本発明は、集電箔の表面に電極合剤層を形成して帯状の電極を製造する方法に関する。

従来から、長尺の集電箔を搬送しつつ、その表面に電極合剤層を形成して、長尺の電極を製造する技術が知られている。例えば、特許文献１には、集電箔の両面に、その幅方向の両端部を残して電極合剤層を形成し、形成した電極合剤層をプレスすることで電極を製造する製造装置が開示されている。この特許文献１では、両端部を電極合剤層に対向する範囲よりも大径とした段付きロールを電極に押し当てて、段付きロールの軸方向の両端部に設けられた大径部にて電極の幅方向の両端部を押圧し、電極合剤層の形成されていない部分の集電箔を伸ばす技術が開示されている。

特開２０１８−１０６８１３号公報

しかしながら、長尺の電極を搬送しながら両端部が大径の段付きロールを押し当てると、電極が幅方向の中央側に撓む場合がある。電極が撓んだ状態では、段付きロールの押し当てられる位置が安定せず、電極合剤層の形成されていない部分の集電箔全体を適切に伸ばすことができない可能性がある。

本発明は、前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、段付きロールによる押圧時の電極の幅方向の撓みを抑制する技術を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた本発明の一態様における電極の製造方法は、長尺の集電箔の幅方向について、前記集電箔の表面に電極合剤層が形成されている塗工部と前記電極合剤層が形成されていない未塗工部とを有する電極を製造する電極の製造方法であって、前記電極を長手方向に搬送し、前記未塗工部に対向する部分の径が前記塗工部に対向する部分の径よりも大径の延伸ロールと、軸方向に均一の径であって前記延伸ロールに対向して設けられるガイドロールと、の間を通過させる延伸工程と、前記電極の前記電極合剤層を厚さ方向にプレスするプレス工程と、を含み、前記延伸工程では、前記電極の前記ガイドロールへの抱き角を４５°〜１８０°の範囲内として、前記ガイドロールを前記延伸ロールに向けて押し付ける、ものである。

上述の一態様における電極の製造方法によれば、延伸工程において、段付きロールである延伸ロールに対向するガイドロールに４５°〜１８０°の範囲の抱き角で電極を巻き付け、ガイドロールを延伸ロールに押し付ける。電極を巻き付けたガイドロールが延伸ロールに押し付けられることで、電極に幅方向の外向きの張力が加わる。つまり、電極がガイドロールの外周に沿った形状となって搬送される。従って、搬送時の電極の位置が安定し、電極が幅方向の中央側に撓む可能性は小さい。

本発明によれば、段付きロールによる押圧時の電極の幅方向の撓みを抑制する技術が実現される。

本形態の電極を示す説明図である。製造装置の一部の概略構成図である。延伸部を示す説明図である。延伸部を示す説明図である。延伸部を示す説明図である。湾曲量を示す説明図である。実験結果を示す説明図である。

以下、本発明を具体化した形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は、長尺の電極を製造する製造方法に、本発明を適用したものである。

本形態の製造方法にて製造される電極１０は、その断面を図１に示すように、集電箔１１と、電極合剤層１２とを有する。集電箔１１は、幅Ｗの長尺の金属箔である。電極合剤層１２は、電極活物質を含む材料による層であり、集電箔１１の両面にそれぞれ形成されている。

電極合剤層１２は、集電箔１１の幅方向について一部に形成され、残部は集電箔１１が露出している。具体的には、電極合剤層１２は、集電箔１１の幅方向の中央部の幅Ｗ１（＜Ｗ）の範囲に形成されており、両端部のそれぞれ幅Ｗ２（＜Ｗ１）の範囲には形成されていない。以下では、電極１０のうち、電極合剤層１２が形成されている範囲を、塗工部１３とし、電極合剤層１２が形成されていない範囲を、未塗工部１４とする。つまり、未塗工部１４は、電極１０のうち、集電箔１１が露出している箇所である。そして、未塗工部１４は、塗工部１３よりも厚さが小さい。

本形態の電極１０は、例えば、リチウムイオン二次電池に用いられるものである。本形態の製造方法によって製造される電極１０は、例えば、アルミニウム製の集電箔１１に正極活物質を含む電極合剤層１２が形成された正極用の電極１０でもよいし、銅製の集電箔１１に負極活物質を含む電極合剤層１２が形成された負極用の電極１０でもよい。

電極１０の製造方法の一例について説明する。本形態の製造方法では、長尺の集電箔１１を長手方向に搬送しつつ、その表面に電極合剤と溶媒との混合物の層を形成する。混合物の層は、例えば、電極合剤の各材料を溶媒中に分散させたペースト状として、集電箔１１に塗布される。あるいは、混合物の層は、例えば、少量の溶媒と電極合剤の各材料とを攪拌した粒状として、集電箔１１に圧着される。さらに、電極１０は、乾燥炉等にて乾燥されて、混合物の層の中の溶媒が除去された後、一旦ロールに巻き取られる。これにより、集電箔１１に電極合剤層１２が形成された電極１０となる。

次に、電極１０は、図２に示すように、ロール２１から巻き出され、プレス装置２２にてプレスされた後、別のロール２３に巻き取られる。プレス装置２２は、プレスロール対２２１を備える装置である。プレス装置２２によるプレス工程では、プレスロール対２２１の間に電極１０を通過させつつ、プレスロール対２２１を互いに近づける向きに押圧することで、電極１０を厚さ方向にプレスする。プレス装置２２にてプレスすることで、電極合剤層１２が圧縮され、所定の厚さと目付量（密度）の層となる。

プレスロール対２２１は、軸方向に均一な径の一対のロールである。これに対し、図１に示したように、電極１０は、塗工部１３と未塗工部１４とで厚さが異なるため、プレス圧は、厚さの大きい塗工部１３には加わる一方で、厚さの小さい未塗工部１４にはほとんど加わらない。そして、プレスによって、塗工部１３の集電箔１１もある程度伸びることから、単にプレスしたのみでは、未塗工部１４と塗工部１３とで集電箔１１の伸び量が異なることになる。この伸び量の差異は、ロール２３に巻き取られる際に、集電箔１１の皺や反りの原因となり得る。

本形態の製造方法は、プレス装置２２によるプレス工程の前に、延伸工程を含む。延伸工程は、図２に示すように、プレス装置２２の前段に配置される延伸部３０によって、未塗工部１４の集電箔１１を延伸させる工程である。

延伸部３０は、図３と図４に示すように、延伸ロール３１と、ガイドロール３２と、を備える。図４は、図３中に矢印Ａで示すように、図３中で延伸部３０の右下から左上に向かって延伸部３０を見た図である。なお、図３では、延伸部３０とプレス装置２２以外の各ロールを全て省略している。

延伸ロール３１は、図３と図４に示すように、段付きのロールであり、電極１０の搬送方向に対して直交する向きに配置される。延伸ロール３１の軸方向の中央部分の小径部３１１は、両端部の大径部３１２に比較して小径に形成されている。小径部３１１は、電極１０の塗工部１３の幅Ｗ１と同程度の幅であり、両側の大径部３１２は、それぞれ、電極１０の未塗工部１４の幅Ｗ２以上の幅である。両側の大径部３１２は、同径であり、それぞれ、電極１０の未塗工部１４に対向して配置される。また、大径部３１２と小径部３１１との径の差は、プレス前の電極合剤層１２の厚さより大きい。

ガイドロール３２は、全体が均一な径の樹脂製のロールであり、軸方向に電極１０の幅Ｗ以上の長さのロールである。ガイドロール３２は、例えば、延伸ロール３１の大径部３１２と同等の径であって、延伸ロール３１の長さ以上のロールである。ガイドロール３２は、電極１０の搬送方向について延伸ロール３１よりも上流側であって延伸ロール３１に対向する位置に、延伸ロール３１と平行に配置される。

電極１０の製造時には、延伸ロール３１は、電極１０の搬送速度に合わせて所定の速度で回転駆動される。ガイドロール３２は、回転駆動されない従動ロールであり、図５に示すように、電極１０を挟んで、延伸ロール３１に向けて押し付け力Ｆで押し付けられる。電極１０は、図５中で左下から右上へ向かって搬送される途中で、ガイドロール３２に抱き角θで巻き付けられている。さらに、電極１０は、ガイドロール３２と延伸ロール３１との対向箇所を通過した後、延伸ロール３１に巻き付けられて、図中右方の後段へ搬送される。

本形態の製造方法では、延伸部３０の抱き角θを４５°〜１８０°の範囲内とし、所定の押し付け力Ｆにてガイドロール３２を延伸ロール３１に押し付ける。押し付け力Ｆは、例えば、２０Ｎである。４５°以上の抱き角θでガイドロール３２に巻き付けられることで、電極１０は、ガイドロール３２によって幅方向に外向きの張力が加えられる。つまり、電極１０は、ガイドロール３２の外周に沿った形状となり、電極１０が中央側へ撓むことは抑制される。従って、延伸ロール３１の大径部３１２が電極１０の未塗工部１４と塗工部１３との境界までの全体に圧接されることから、電極１０の未塗工部１４の全体が適切に延伸される。この後、プレス装置２２にてプレスされることで、電極１０の集電箔１１の伸び量は、塗工部１３と未塗工部１４とで同程度となる。

次に、本形態のガイドロール３２の抱き角θの適切な範囲を検討するための実験の結果について説明する。この実験では、押し付け力Ｆ（図５参照）を０Ｎまたは２０Ｎとし、抱き角θを０°、４５°、９０°、１８０°に変更して、電極１０を製造した。そして、製造工程中の延伸部３０の直後における電極１０の搬送位置と、プレス装置２２を通過した後の電極１０の湾曲量Ｒと、を測定した。各実施例及び比較例において、変更したのは抱き角θと押し付け力Ｆとの少なくとも一方のみであり、他の条件は何れも同じとした。

本実験では、図４に示したエッジセンサ３３によって電極１０の幅方向の端部が通過した位置を検出し、電極１０の搬送位置の理想的な位置からのずれ幅を算出した。さらに、電極１０の搬送方向についてプレス装置２２よりも下流側の位置に、エッジセンサ３３と同様のセンサを配置して電極１０の端部の通過位置を検出し、湾曲量Ｒを算出した。本実験では、例えば、図６に示すように、長手方向に２ｍ分の電極１０における幅方向端部の位置の差の最大値を湾曲量Ｒとした。なお、湾曲量Ｒの規格は、３ｍｍ以下である。

本実験の結果を図７に示す。実施例１〜３は、延伸部３０の抱き角θを本形態の範囲内として、ガイドロール３２を延伸ロール３１へ向かって押し付けた例である。具体的には、実施例１〜３では、何れも押し付け力Ｆを２０Ｎとし、抱き角θをそれぞれ、実施例１では４５°、実施例２では９０°、実施例３では１８０°とした。図７に示すように、実施例１〜３では、搬送位置は、理想的な位置からのずれが±０．５〜０．７ｍｍの範囲内であり、湾曲量Ｒは最大で０±１．０ｍｍの良好な範囲内であった。

一方、比較例１〜５は、延伸部３０の抱き角θまたは押し付け力Ｆを本形態の範囲外とした例である。具体的には、比較例１〜４は、押し付け力Ｆをいずれも０Ｎとし、抱き角θを０°、４５°、９０°、１８０°とした。つまり、比較例１〜４のガイドロール３２は、延伸ロール３１に向かって押し付けておらず、単に電極１０を介して接触しているのみである。

また、比較例５は、抱き角θを０°として、２０Ｎの押し付け力Ｆで押し付けた例である。つまり、比較例５では、電極１０は、ガイドロール３２に巻き付くことなく、延伸ロール３１に向かって搬送される。ガイドロール３２は、単に、電極１０の搬送経路を挟んで延伸ロール３１と対称の位置から、延伸ロール３１に押し付けられているのみである。

図７に示すように、比較例１〜５ではいずれも、搬送位置が、理想的な位置から±１．０ｍｍ以上ずれた箇所があった。このずれの原因には、電極１０の幅方向の撓みが含まれていると考えられる。さらに、比較例１〜５の湾曲量Ｒは、いずれも０±３．０ｍｍ以上であり、良好とは言えなかった。

本実験の結果に示されるように、抱き角θを４５°〜１８０°の範囲内として、ガイドロール３２を延伸ロール３１に向かって押し付ける（本実験では、押し付け力Ｆを２０Ｎとする）ことで、電極１０の搬送位置を安定させることができ、電極１０の端部の湾曲量Ｒを規格の範囲内にできることが確認できた。

以上詳細に説明したように本形態の電極の製造方法は、段付きロールである延伸ロール３１と延伸ロール３１に対向して配置されるガイドロール３２とを備える延伸部３０による延伸工程と、プレス装置２２によるプレス工程とを含む。そして、延伸工程では、ガイドロール３２への電極１０の抱き角θを４５°〜１８０°の範囲内とし、ガイドロール３２を延伸ロール３１に向けて押し付ける。これにより、延伸工程における電極１０の幅方向の撓みが抑制されるので、未塗工部１４の全体を伸ばすことができ、湾曲の少ない電極１０を製造できる製造方法となっている。

なお、本形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。従って、本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。例えば、本発明は、集電箔１１の両面に電極合剤層１２が形成された電極１０に限らず、集電箔１１の片面のみに電極合剤層１２が形成された電極を製造する方法にも適用可能である。

また、本発明は、幅方向の両端部のみに未塗工部１４が設けられている電極１０に限らず、ストライプ状に塗工部が形成されている電極であれば、両端部以外にも未塗工部が有る電極を製造する方法にも適用可能である。その場合には、全ての未塗工部に対向して大径部が設けられている延伸ロールを使用すると良い。

また、本形態では、大径部３１２と小径部３１１とを有する延伸ロール３１を用いるとしたが、回転軸に大径部３１２のみが形成されているロールを用いても良い。また、ガイドロール３２の径は、延伸ロール３１の大径部３１２と同等のものに限らず、どのような大きさでも良い。また、ガイドロール３２は、樹脂製に限らず、例えば、金属製のロールであっても良い。

また、本形態では、プレス工程の前に延伸工程を行うとしているが、延伸工程をプレス工程の後で行っても良い。あるいは、プレス工程の前と後との両方で延伸工程を行っても良い。

また、本形態では、ガイドロール３２を、電極１０の搬送方向について延伸ロール３１よりも上流側に配置しているが、下流側であっても良い。あるいは、上流側と下流側との両方にガイドロール３２を配置しても良い。

１０電極
１１集電箔
１２電極合剤層
１３塗工部
１４未塗工部
３１延伸ロール
３２ガイドロール
２２１プレスロール対

Claims

長尺の集電箔の幅方向について、前記集電箔の表面に電極合剤層が形成されている塗工部と前記電極合剤層が形成されていない未塗工部とを有する電極を製造する電極の製造方法であって、
前記電極を長手方向に搬送し、前記未塗工部に対向する部分の径が前記塗工部に対向する部分の径よりも大径の延伸ロールと、軸方向に均一の径であって前記延伸ロールに対向して設けられるガイドロールと、の間を通過させる延伸工程と、
前記電極の前記電極合剤層を厚さ方向にプレスするプレス工程と、
を含み、
前記延伸工程では、前記電極の前記ガイドロールへの抱き角を４５°〜１８０°の範囲内として、前記ガイドロールを前記延伸ロールに向けて押し付ける、
ことを特徴とする電極の製造方法。