JP2020092020A - 電極シート製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
この電極シート製造装置は、間隙を空けて対向して回転するグラビアロールとバックアップロールを備える。このうち、グラビアロールは、外周面が凹凸形状であるロールである。また、バックアップロールは、グラビアロールとの間に間隙を空けてグラビアロールに対向して回転するロールであり、集電箔を、グラビアロールとの間隙に通すようにして搬送する。
従って、上述の製造装置によれば、溶媒を使用することなく、電極活物質とバインダとを有する電極合材層を、集電箔の表面上に形成することが可能となる。
具体的には、混合粉体を、グラビアロールから集電箔の表面へ移動(飛翔)させて、バックアップロールによって搬送される集電箔の表面に配置した後、例えば、一対のホットロールによって、集電箔の表面に配置されている混合粉体を加熱しつつ圧縮して電極合材層にするときに、電極合材層の幅方向両端部に位置する材料(電極活物質とバインダ)が、集電箔の表面上において幅方向の外側に拡がる(流れる)ように移動してゆくことで、電極合材層の幅方向両端部において、電極合材層の幅方向の端に向かうにしたがって電極合材層の厚みが減少してゆく形態のダレ部が生じると考えられる。
ここで、一方端側領域とは、グラビアロールの外周面の一部であって、グラビアロールの幅方向(軸線方向に一致する方向)について凹部が存在する領域(外周面の一部または全部)のうち、グラビアロールの幅方向(集電箔の幅方向に一致する方向)について一方端側に位置する部位である。また、他方端側領域とは、グラビアロールの外周面の一部であって、グラビアロールの幅方向について凹部が存在する領域のうち、グラビアロールの幅方向について他方端側に位置する部位である。また、中間領域とは、グラビアロールの外周面の一部であって、グラビアロールの幅方向について凹部が存在する領域のうち、グラビアロールの幅方向について一方端側領域と他方端側領域との間に位置する(一方端側領域と他方端側領域とに隣接する)部位である。すなわち、グラビアロールの外周面のうちの幅方向について凹部が存在する領域は、一方端側領域と他方端側領域と中間領域とからなる。
また、他方端側領域の単位面積当たりの他方端側凹部の容積とは、他方端側領域に位置する全ての他方端側凹部の容積の和(=C2)を、他方端側領域に凹部が形成されていないと仮定した場合の他方端側領域の面積(他方端側領域が平坦面であると仮定した場合の面積、他方端側領域の周長×幅寸法=S2)で除した値(=C2/S2)である。
また、中間領域の単位面積当たりの中間凹部の容積とは、中間領域に位置する全ての中間凹部の容積の和(=C3)を、中間領域に凹部が形成されていないと仮定した場合の中間領域の面積(中間領域が平坦面であると仮定した場合の面積、中間領域の周長×幅寸法=S3)で除した値(=C3/S3)である。
従って、一方端側凹部の深さと他方端側凹部の深さと中間凹部の深さとを等しくするのが好ましい。
(2)ディンプル形状の凹部がグラビアロールの外周面に多数配置された形態とした場合において、一方端側凹部及び他方端側凹部の直径(開口の直径)を、中間凹部の直径(開口の直径)よりも大きくして、これらの凹部をグラビアロールの外周面に規則正しく配置(例えば、幅方向について等しい間隔で、一方端側凹部と他方端側凹部と中間凹部を配置)した態様。
(3)ディンプル形状の凹部がグラビアロールの外周面に多数配置された形態とした場合において、一方端側凹部及び他方端側凹部の直径(開口の直径)を、中間凹部の直径(開口の直径)よりも大きくして、且つ、幅方向について、一方端側凹部の配置間隔及び他方端側凹部の配置間隔を、中間凹部の配置間隔よりも小さくした態様。
以下、本発明を具体化した実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。本実施形態は、リチウムイオン二次電池の負極シートの製造に、本発明を適用したものである。すなわち、本実施形態では、電極シート製造装置として、負極シートの製造装置を例示する。本実施形態では、集電箔110と、この集電箔110の表面(第1表面110b)上に形成された負極合材層120(電極合材層)と、を有する負極シート100(電極シート)を製造する(図6参照)。
以上説明したように、本実施形態の電極シート製造装置1によれば、溶媒を使用することなく、負極活物質121(電極活物質)とバインダ122とを有する負極合材層120(電極合材層)を、集電箔110の表面(第1表面110b)上に形成することが可能となる。
具体的には、混合粉体123が配置された集電箔110が、ニップロール70と第1ホットロール40との対面箇所の間隙を通過することで、混合粉体123が、集電箔110の第1表面110b上において均されて混合粉体層127にされたときに、混合粉体層127の幅方向DXの両端部に位置する混合粉体123が、集電箔110の第1表面110b上において幅方向DXの外側(両端側)に拡がるように移動してゆき、混合粉体層127の幅方向DXの端に向かうにしたがって混合粉体層127の厚みが減少してゆく形態になる。すなわち、混合粉体層127の幅方向DXの両端部(一方端側DX1の端部と他方端側DX2の端部)がダレ部127bになる(図8参照)。
従って、グラビアロール10の凹部11は、一方端側凹部11bと他方端側凹部11cと中間凹部11dとからなる。なお、本実施形態では、凹部11の開口について、凹部11fの開口の直径が最も大きく、凹部11gの開口の直径が2番目に大きく、凹部11hの開口の直径が最も小さくされている。
また、他方端側領域15cの単位面積当たりの他方端側凹部11cの容積とは、他方端側領域15cに位置する全ての他方端側凹部11cの容積の和(=C2)を、他方端側領域15cに凹部11が形成されていないと仮定した場合の他方端側領域15cの面積(他方端側領域15cが平坦な円筒面であると仮定した場合の面積、他方端側領域15cの周長×幅寸法=S2)で除した値(=C2/S2)である。
また、中間領域15dの単位面積当たりの中間凹部11dの容積とは、中間領域15dに位置する全ての中間凹部11dの容積の和(=C3)を、中間領域15dに凹部11が形成されていないと仮定した場合の中間領域15dの面積(中間領域15dが平坦な円筒面であると仮定した場合の面積、中間領域15dの周長×幅寸法=S3)で除した値(=C3/S3)である。
まず、混合粉体配置工程において、前述した電極シート製造装置1(図1参照)を用いて、溶媒を含むことなく負極活物質121(電極活物質)の粉体とバインダ122の粉体とが混合された混合粉体123を、集電箔110の表面(第1表面110b)に配置する。具体的には、対向して回転するグラビアロール10とバックアップロール20とを有し、集電箔110をグラビアロール10とバックアップロール20との間隙に通すようにしてバックアップロール20によって集電箔110を搬送する電極シート製造装置1を用いて、溶媒を含むことなく負極活物質121(電極活物質)の粉体とバインダ122の粉体とが混合された混合粉体123を、バックアップロール20によって搬送される集電箔110の表面(第1表面110b)に配置する。
次に、実施例1と比較例1とについて、電極合材層(負極合材層120)の幅方向DXの両端部に位置するダレ部120bの幅寸法Wを調査するための試験を行った。
具体的には、実施例1では、グラビアロールとして図2及び図3に示すグラビアロール10を備える電極シート製造装置1を用いて、所定の長さの負極シート100を作製した。そして、作製した負極シート100について、負極合材層120の幅方向DXの両端部に位置するダレ部120bの幅寸法W(図7参照)の平均値(mm)を測定した。なお、実施例1では、所定の長さの負極シート100を3枚作製し、各々の負極シート100について、ダレ部120bの幅寸法Wの平均値を測定している。この結果を図9に示す。
この結果より、「グラビアロールについて、一方端側領域の単位面積当たりの一方端側凹部の容積、及び、他方端側領域の単位面積当たりの他方端側凹部の容積を、中間領域の単位面積当たりの中間凹部の容積よりも大きくする」ことで、電極合材層(負極合材層120)の幅方向DXの両端部に位置するダレ部120bの幅寸法Wを小さくすることができるといえる。
次に、変形形態1の電極シート製造装置201について説明する。変形形態1の電極シート製造装置201は、実施形態の電極シート製造装置1と比較して、グラビアロールのみが異なり、その他は同様である(図1参照)。図10は、変形形態1のグラビアロール210の拡大断面図であり、グラビアロール210の中心軸線を通る位置でグラビアロール210を径方向に切断した断面図である(図3に相当する図である)。変形形態1のグラビアロール210は、実施形態のグラビアロール10と比較して、凹部の形態のみが異なる。具体的には、図10に示すように、グラビアロール210の外周面215に形成されている凹部211は、ディンプル形状であり、いずれも、開口の直径が等しくされている。また、グラビアロール210では、幅方向DWについて、一定の間隔で凹部211が配置されている。
次に、変形形態2の電極シート製造装置301について説明する。変形形態2の電極シート製造装置301は、実施形態の電極シート製造装置1と比較して、グラビアロールのみが異なり、その他は同様である(図1参照)。図11は、変形形態2のグラビアロール310の拡大断面図であり、グラビアロール310の中心軸線を通る位置でグラビアロール310を径方向に切断した断面図である(図3に相当する図である)。変形形態2のグラビアロール310は、実施形態のグラビアロール10と比較して、凹部の形態のみが異なる。
次に、変形形態3の電極シート製造装置401について説明する。変形形態3の電極シート製造装置401は、実施形態の電極シート製造装置1と比較して、グラビアロールのみが異なり、その他は同様である(図1参照)。図12は、変形形態3のグラビアロール410の拡大断面図であり、グラビアロール410の中心軸線を通る位置でグラビアロール410を径方向に切断した断面図である(図3に相当する図である)。変形形態3のグラビアロール410は、実施形態のグラビアロール10と比較して、凹部の形態のみが異なる。
10,210,310,410 グラビアロール
11,211,311,411 凹部
11b,211b,311b,411b 一方端側凹部
11c,211c,311c,411c 他方端側凹部
11d,211d,311d,411d 中間凹部
15,215,315,415 外周面
15b,215b,315b,415b 一方端側領域
15c,215c,315c,415c 他方端側領域
15d,215d,315d,415d 中間領域
20 バックアップロール
30 混合粉体供給装置
31 ドクターブレード
40 第1ホットロール
50 第2ホットロール
60 電気回路
65 電源
70 ニップロール
100 負極シート(電極シート)
110 集電箔
110b 第1表面
120 負極合材層(電極合材層)
121 負極活物質(電極活物質)
122 バインダ
123 混合粉体
127 混合粉体層
D 凹部の深さ
DL 集電箔の長さ方向
DM 集電箔の搬送方向
DW グラビアロールの幅方向
DW1 一方端側
DW2 他方端側
DX 集電箔及び電極合材層の幅方向
DX1 一方端側
DX2 他方端側
Claims (4)
- 電極活物質とバインダとを有する電極合材層を集電箔の表面上に備える電極シートを製造する、電極シート製造装置において、
凹凸形状である外周面を有し、回転するグラビアロールと、
前記グラビアロールとの間に間隙を空けて前記グラビアロールに対向して回転するバックアップロールであって、集電箔を前記間隙に通すようにして前記集電箔を搬送するバックアップロールと、を備え、
前記グラビアロールと、前記バックアップロールによって搬送される前記集電箔との間に、電位差を生じさせた状態で、溶媒を含むことなく前記電極活物質の粉体と前記バインダの粉体とが混合された混合粉体を、前記グラビアロールの前記外周面の凹部内に連続的に供給して、前記グラビアロールの前記凹部内に供給された前記混合粉体と、前記集電箔との間に電位差を生じさせ、前記混合粉体と前記集電箔との間に働く静電気力によって、前記混合粉体を、前記グラビアロールから前記集電箔の前記表面へ移動させて、前記バックアップロールによって搬送される前記集電箔の前記表面に前記混合粉体を連続的に配置する
電極シート製造装置であって、
前記グラビアロールの前記外周面のうち、前記グラビアロールの幅方向について前記凹部が存在する領域は、前記グラビアロールの前記幅方向について一方端側に位置する一方端側領域と、前記グラビアロールの前記幅方向について他方端側に位置する他方端側領域と、前記一方端側領域と前記他方端側領域との間に位置する中間領域と、からなり、
前記グラビアロールの前記凹部は、前記一方端側領域に位置する一方端側凹部と、前記他方端側領域に位置する他方端側凹部と、前記中間領域に位置する中間凹部と、からなり、
前記一方端側領域の単位面積当たりの前記一方端側凹部の容積、及び、前記他方端側領域の単位面積当たりの前記他方端側凹部の容積は、前記中間領域の単位面積当たりの前記中間凹部の容積よりも大きくされている
電極シート製造装置。 - 請求項1に記載の電極シート製造装置であって、
間隙を空けて対向して回転する一対のホットロールを備え、
前記一対のホットロールの前記間隙に、前記混合粉体が配置された前記集電箔を通すことによって、前記混合粉体に含まれる前記バインダを軟化または溶融させつつ、前記混合粉体と前記集電箔とを圧接することで、前記電極活物質と前記バインダとを有する電極合材層を前記集電箔の前記表面に接着する
電極シート製造装置。 - 請求項2に記載の電極シート製造装置であって、
前記集電箔の搬送方向について、前記バックアップロールよりも下流側で、且つ、前記一対のホットロールよりも上流側に位置するニップロールであって、前記集電箔の前記表面に配置されている前記混合粉体を均すためのニップロールを備える
電極シート製造装置。 - 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の電極シート製造装置であって、
前記グラビアロールの前記凹部の深さは、いずれも等しくされている
電極シート製造装置。
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