JP2021182533A - セパレータ製造方法、セパレータ製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】セパレータに対する塗工膜の成膜性を向上させる。【解決手段】非水電解液二次電池用のセパレータ製造方法は、塗工工程と、該塗工工程に次ぐ固化工程とを備える。塗工工程において、非水電解液二次電池用のセパレータ(32)を搬送しつつ、塗工部(8)において、前記セパレータの被塗工面(34S、36S)に塗材(38)を塗工する。固化工程において、前記セパレータに塗工された前記塗材を固化させる。また、前記塗工工程における、前記セパレータへの前記塗材の塗工の完了から、前記固化工程における、前記塗材の固化の開始までが10秒以内である。【選択図】図1
Description
本発明は、非水電解液二次電池用のセパレータを製造する方法、および、当該セパレータを製造するための装置に関する。
特許文献1には、耐熱性の塗工液を、リチウムイオン二次電池用のセパレータに、塗工装置を用いて塗工し、その後、当該セパレータを乾燥器に通すことにより、セパレータ上の塗工液を乾燥させることが記載されている。
セパレータの被塗工面に対する塗工液の接触角によっては、セパレータへの塗工液の塗工から、セパレータ上の塗工液の固化までの間に、セパレータ上の塗工液が弾かれてしまい、セパレータに塗工膜を形成することが困難である場合がある。また、塗工液に含まれる溶質が水溶性を有する場合、当該塗工液はセパレータ上ではじきやすい。この場合、塗工前にセパレータに対し、コロナ処理等、成膜性を高めるための処理を実施する必要があり、生産性の観点からも改良の余地がある。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るセパレータ製造方法は、非水電解液二次電池用のセパレータを搬送しつつ、塗工部において、前記セパレータの被塗工面に塗材を塗工する塗工工程と、前記塗工工程に次いで、前記セパレータに塗工された前記塗材を固化させる固化工程とを備え、前記塗工工程における、前記セパレータへの前記塗材の塗工の完了から、前記固化工程における、前記塗材の固化の開始までが10秒以内である。
また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るセパレータ製造装置は、非水電解液二次電池用のセパレータを搬送する搬送部と、前記搬送部によって搬送される前記セパレータの被塗工面に塗材を塗工する塗工部と、前記塗工部によって前記セパレータに塗工された前記塗材を固化させる固化装置とを備え、前記塗工部から、前記固化装置までの、前記セパレータに搬送に要する時間が10秒以内である。
本発明の一態様によれば、セパレータに対する塗工膜の成膜性を向上させることができる。
〔実施形態〕
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態においては、非水電解液二次電池用のセパレータの両面に、α−オレフィン重合体を含む塗工膜を形成するための製造装置を例に挙げて説明を行う。なお、以下の説明において用いられる図は模式図であり、図面上の各部材の寸法比率を厳密に示すものではない。
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態においては、非水電解液二次電池用のセパレータの両面に、α−オレフィン重合体を含む塗工膜を形成するための製造装置を例に挙げて説明を行う。なお、以下の説明において用いられる図は模式図であり、図面上の各部材の寸法比率を厳密に示すものではない。
<製造装置の構成>
図1は、本実施形態に係るセパレータ製造装置2の概略側面図である。本実施形態において、セパレータ製造装置2は、セパレータを搬送しつつ、当該セパレータへの塗材の塗工と、当該塗材の固化とを行い、セパレータ上に塗工膜を形成するための装置である。ここで、本実施形態においては、セパレータ製造装置2として、セパレータ上に塗工された塗材を、乾燥炉において乾燥させることにより固化させる装置を例に挙げて説明する。
図1は、本実施形態に係るセパレータ製造装置2の概略側面図である。本実施形態において、セパレータ製造装置2は、セパレータを搬送しつつ、当該セパレータへの塗材の塗工と、当該塗材の固化とを行い、セパレータ上に塗工膜を形成するための装置である。ここで、本実施形態においては、セパレータ製造装置2として、セパレータ上に塗工された塗材を、乾燥炉において乾燥させることにより固化させる装置を例に挙げて説明する。
セパレータ製造装置2は、搬送部としての捲出装置4および捲回装置6と、塗工部8と、乾燥炉10とを備える。
捲出装置4は、捲出軸12を備える。捲出軸12をセパレータが捲回された巻芯に挿入して、エアチャック等により捲出軸12に巻芯を固定することにより、当該巻芯にセパレータが捲回された捲回体を、捲出軸12に装着することができる。この状態において、図示しない駆動部により、捲出軸12を、例えば、図1に示す矢印R1の方向に回転駆動させることにより、捲出装置4は、捲回体からセパレータを捲き出す。
捲回装置6は、捲回軸14を備える。捲回軸14は、図示しない駆動部により、例えば、図1に示す矢印R2の方向に回転駆動する。捲回軸14に、上述の巻芯とは異なる他の巻芯を挿入して、固定し、捲回軸14を回転させることにより、捲回装置6は、捲出装置4によって捲き出されたセパレータを、捲回軸14に固定された巻芯に捲回する。
したがって、捲出装置4によって、巻芯から捲き出されたセパレータは、捲回装置6によって再び巻芯に捲回されるまで、捲出装置4から捲回装置6まで搬送される。セパレータの捲出装置4から捲回装置6までの搬送の間に、当該セパレータは、塗工部8と乾燥炉10とを経由する。
塗工部8は、搬送されるセパレータのうち、塗工部8を通過する部分の、被塗工面に対し、塗材の塗工を行う装置である。塗工部8は、セパレータの表面のうちの、双方の面に塗材を塗工する。すなわち、本実施形態において、塗材を塗工される、セパレータの被塗工面は、当該セパレータの両面である。
本実施形態において、塗工部8は、グラビアコータ16とドクターブレードコータ18とを備える。塗工部8は、グラビアコータ16によって、通過するセパレータの被塗工面のうち、一方の被塗工面に、塗材の塗工を行い、ドクターブレードコータ18によって、他方の被塗工面に、塗材の塗工を行う。
グラビアコータ16は、グラビア法により、通過するセパレータの一方の被塗工面に塗材の塗工を行う装置である。例えば、グラビアコータ16は、通過するセパレータの被塗工面うち、セパレータ製造装置2の下方側に位置する被塗工面に対し、塗材の塗工を行う。
グラビアコータ16は、塗材液槽20とグラビアロール22とを備える。塗材液槽20は、グラビアコータ16によってセパレータに塗工される塗材を保持する。グラビアロール22は、一部が塗材液槽20中の塗材に浸漬される。グラビアロール22が回転することにより、グラビアロール22は、塗材液槽20中の塗材をグラビアロール22の外周面に付着させる。これにより、グラビアコータ16は、グラビアロール22に接触する、あるいは、グラビアロール22の近傍を通過するセパレータの被塗工面に塗材を塗工する。
ドクターブレードコータ18は、ドクターブレード法により、通過するセパレータの一方の被塗工面に塗材の塗工を行う装置である。例えば、ドクターブレードコータ18は、通過するセパレータの被塗工面うち、セパレータ製造装置2の上方側に位置する被塗工面に対し、塗材の塗工を行う。
ドクターブレードコータ18は、塗材供給部24と、ドクターブレード26とを備える。塗材供給部24は、当該塗材供給部24の下方を通過するセパレータに、塗材を吐出することにより、セパレータ上に塗材を供給する。ドクターブレード26は、セパレータに対し、規定の大きさを有する間隙をあけて配置される。セパレータ上の塗材は、搬送されるセパレータに随伴して搬送され、ドクターブレード26とセパレータとの間の間隙を通過する。この際、セパレータ上の塗材は、ドクターブレード26によって、ドクターブレード26とセパレータとの間の間隙の大きさに応じて、略均一の厚みに均される。これにより、ドクターブレードコータ18は、ドクターブレード26を使用して、セパレータの被塗工面に塗材を塗工する。
乾燥炉10は、内部を通過するセパレータを加熱することにより、セパレータの被塗工面に塗工された塗材を乾燥させる装置である。乾燥炉10によるセパレータ上の塗材の乾燥は、規定温度まで加熱された乾燥炉10中をセパレータに通過させることにより行ってもよく、温風をセパレータに吹き付けることにより行ってもよい。
なお、本実施形態において、セパレータ製造装置2は、セパレータ上に塗工された塗材を固化する固化装置として、上述したように、セパレータ上に塗工された塗材を乾燥させる乾燥炉10を備えているが、これに限られない。例えば、セパレータ製造装置2は、固化装置として、乾燥炉10に代えて、通過するセパレータ上に塗工された塗材を析出させることにより、当該塗材を固化する、析出装置を備えていてもよい。
<製造方法の概略>
以下、図1および図2を参照して、本実施形態に係るセパレータ製造装置2を使用したセパレータ製造方法について説明する。図2は、本実施形態に係るセパレータ製造方法を説明するためのフローチャートである。
以下、図1および図2を参照して、本実施形態に係るセパレータ製造装置2を使用したセパレータ製造方法について説明する。図2は、本実施形態に係るセパレータ製造方法を説明するためのフローチャートである。
本実施形態に係るセパレータ製造方法においては、先立って、図1に示すように、セパレータ捲回体28が製造されている。セパレータ捲回体28は、巻芯30の外周面に、別工程において製造され、塗工膜が形成される前のセパレータ32を捲回して備える。
セパレータ捲回体28は、巻芯30が捲出軸12に固定されることにより、捲出装置4に装着されている。この状態において、捲出装置4は、捲出軸12を矢印R1の方向に回転させることにより、セパレータ捲回体28から、セパレータ32を捲き出す(ステップS2)。
なお、図1に示すように、本実施形態に係るセパレータ32は、基材34と耐熱層36とを積層して備える積層セパレータである。基材34は、例えば、ポレオレフィンを含む多孔質フィルムからなる。耐熱層36は、例えば、アラミド等の耐熱性樹脂を含む層である。
本実施形態において、セパレータ捲回体28から捲き出されたセパレータ32は、例えば、図1に示すように、基材34を、セパレータ製造装置2の下方側、耐熱層36を、セパレータ製造装置2の上方側とするように搬送される。
次いで、塗工部8は、セパレータ捲回体28から捲き出されたセパレータ32に塗材の塗工を行う、塗工工程を実施する(ステップS4)。本実施形態において、塗工部8のグラビアコータ16とドクターブレードコータ18とによって塗工される塗材は、何れも、図1に示す塗材38である。塗材38は、例えば、α−オレフィン重合体を含む接着樹脂(EVA)を含んでいてもよい。
ここで、セパレータ32は、基材34を、セパレータ製造装置2の下方側として搬送されるため、グラビアコータ16は、セパレータ32の被塗工面のうち、基材34の表面34Sに対し、塗材38を塗工する。また、セパレータ32は、耐熱層36を、セパレータ製造装置2の上方側として搬送されるため、ドクターブレードコータ18は、セパレータ32の被塗工面のうち、耐熱層36の表面36Sに対し、塗材38を塗工する。
次いで、塗材38を両面に塗工されたセパレータ32が、搬送方向T1に沿って搬送され、乾燥炉10を通過する。これにより、塗材38を固化する固化工程として、セパレータ32に塗工された塗材38の乾燥を行う、乾燥工程を実施する(ステップS6)。
上記乾燥工程により、基材34の表面34Sと耐熱層36の表面36Sとのそれぞれに、塗工膜40が形成される。これにより、両面に塗工膜40を備えた、塗工後のセパレータ42が製造される。なお、塗材38が、α−オレフィン重合体を含む接着樹脂を含む場合、塗工膜40は接着剤層であってもよい。また、塗工膜40が両面に形成される場合、当該2つの塗工膜40は、互いに膜厚が異なっていてもよい。
なお、本実施形態において、セパレータ製造装置2が、乾燥炉10に代えて、析出装置を備える場合、塗材38を固化する固化工程として、上述した乾燥工程に代えて、塗材38を析出する、析出工程を実施してもよい。
例えば、セパレータ製造装置2が、乾燥炉10に代えて、析出装置を備え、塗工部8において、塗材38として、アラミドのNMP溶液が塗布されたとする。この場合、析出装置は、固化工程である析出工程において、通過する塗材38に対し、水蒸気を与えてもよい。析出工程においては、析出装置を通過する塗材38中の水分量が増加し、当該塗材38の、アラミドに対する貧溶媒化が進行する。これにより、析出工程によって、塗材38のアラミドが析出し、塗材38が固化することにより、塗工膜40が形成される。
最後に、セパレータ42は、捲回装置6によって、捲回軸14に固定された巻芯44の外周面に捲回される(ステップS8)。これにより、巻芯44の外周面に塗工後のセパレータ42を捲回して備える、セパレータ捲回体46が得られる。
<塗工工程の完了から乾燥工程の開始までの時間>
ここで、本実施形態において、表面34S、および、表面36Sそれぞれにおける塗材38が、おおよそ規定の厚みに塗工された時点において、塗工部8による、表面34S、および、表面36Sに対する塗材38のそれぞれの塗工は完了したと見なしてもよい。例えば、表面34Sに対する塗材38の塗工は、グラビアコータ16によって、塗材38が塗工された時点において、完了したと見なしてもよい。また、表面36Sに対する塗材38の塗工は、ドクターブレード26によって、表面36S上の塗材38が均された時点において、完了したと見なしてもよい。また、乾燥工程は、セパレータ32が乾燥炉10に進入した時点から開始したと見なしてもよい。
ここで、本実施形態において、表面34S、および、表面36Sそれぞれにおける塗材38が、おおよそ規定の厚みに塗工された時点において、塗工部8による、表面34S、および、表面36Sに対する塗材38のそれぞれの塗工は完了したと見なしてもよい。例えば、表面34Sに対する塗材38の塗工は、グラビアコータ16によって、塗材38が塗工された時点において、完了したと見なしてもよい。また、表面36Sに対する塗材38の塗工は、ドクターブレード26によって、表面36S上の塗材38が均された時点において、完了したと見なしてもよい。また、乾燥工程は、セパレータ32が乾燥炉10に進入した時点から開始したと見なしてもよい。
以上より、塗工工程の完了から乾燥工程の開始までの時間は、セパレータ32のそれぞれの被塗工面に、塗材38がおおよそ規定の厚みに塗工された時点から、当該塗材38が乾燥炉10に進入するまでの時間とみなしてもよい。
ここで、グラビアコータ16によって、塗材38が表面34Sに塗工される位置から、塗材38が乾燥炉10に進入するまでの、搬送方向T1に沿った距離を、距離L1とする。距離L1は、例えば、グラビアロール22と表面36Sとが最も近接する位置から、乾燥炉10の、搬送方向T1における上流側の端部との、搬送方向T1に沿った距離であってもよい。
この場合、距離L1は、グラビアコータ16による、表面34S上の塗材38の塗工が完了する位置から、乾燥炉10による、表面34S上の塗材38の乾燥が開始する位置までに、セパレータ32が搬送される距離に相当する。したがって、グラビアコータ16による、表面34S上の塗材38の塗工の完了から、乾燥炉10による、表面34S上の塗材38の乾燥の開始までの時間は、セパレータ32が、距離L1だけ搬送される時間とみなしてもよい。
また、ドクターブレード26によって、表面36S上の塗材38が均される位置から、塗材38が乾燥炉10に進入するまでの、搬送方向T1に沿った距離を、距離L2とする。距離L2は、例えば、ドクターブレード26の、搬送方向T1における下流側の端部位置から、乾燥炉10の、搬送方向T1における上流側の端部との、搬送方向T1に沿った距離であってもよい。
この場合、距離L2は、ドクターブレードコータ18による、表面36S上の塗材38の塗工が完了する位置から、乾燥炉10による、表面36S上の塗材38の乾燥が開始する位置までに、セパレータ32が搬送される距離に相当する。したがって、ドクターブレードコータ18による、表面36S上の塗材38の塗工の完了から、乾燥炉10による、表面36S上の塗材38の乾燥の開始までの時間は、セパレータ32が、距離L2だけ搬送される時間とみなしてもよい。
<塗工工程の完了から固化工程の開始までの時間の制限>
一般に、セパレータに塗工された塗材の溶媒は、常温下等、加熱をしていない状態、あるいは、塗材の析出をしていない状態等、塗材の固化を実施していない状態においても、セパレータ上からの揮発が生じる。ここで、一般に、セパレータは多孔質層を含み、当該多孔質層は表面に微小な凹凸部を有する。このために、当該凹凸部のうち、凸部上に形成された塗材は、周囲の塗材よりも薄く形成されるため、揮発による乾燥ムラが生じやすく、結果としてセパレータ上に塗材の弾きが生じる。このため、セパレータに塗材が塗工されてから、当該塗材の固化までの間に時間がある場合、セパレータ上の塗材の弾きが生じ、均一に塗工膜が形成できない場合がある。
一般に、セパレータに塗工された塗材の溶媒は、常温下等、加熱をしていない状態、あるいは、塗材の析出をしていない状態等、塗材の固化を実施していない状態においても、セパレータ上からの揮発が生じる。ここで、一般に、セパレータは多孔質層を含み、当該多孔質層は表面に微小な凹凸部を有する。このために、当該凹凸部のうち、凸部上に形成された塗材は、周囲の塗材よりも薄く形成されるため、揮発による乾燥ムラが生じやすく、結果としてセパレータ上に塗材の弾きが生じる。このため、セパレータに塗材が塗工されてから、当該塗材の固化までの間に時間がある場合、セパレータ上の塗材の弾きが生じ、均一に塗工膜が形成できない場合がある。
一方、乾燥炉による加熱によって塗材を乾燥させる場合、セパレータ上の塗材が略均一に加熱され、かつ急速に乾燥されるため、セパレータ上の塗材の溶媒についても、略均一に蒸発する。また、析出装置により塗材を析出させる場合においても、析出装置により、セパレータ上の塗材が略均一に、かつ急速に析出される。したがって、セパレータ上の塗材に弾きが生じる前に、当該塗材の固化を開始すれば、塗工膜の成膜性が向上する。
本実施形態に係るセパレータ製造方法において、塗工工程の完了から、固化工程の開始までの時間は、10秒以内である。換言すれば、塗工部8による、セパレータ32の被塗工面に対する塗材38の塗工の完了から、乾燥炉10を含む固化装置による、セパレータ32の被塗工面上の塗材38の固化の開始までの時間は、10秒以内である。さらに換言すれば、セパレータ32の、塗工部8から乾燥炉10を含む固化装置までの搬送に要する時間は、10秒以内である。
特に、本実施形態において、表面34Sおよび表面36Sのそれぞれに対する塗材38の塗工の完了から、固化装置による、当該塗材38の固化の開始までの、それぞれの時間のうち、より長い方の時間が、10秒以内である。換言すれば、距離L1と距離L2とのうち、より長い方の距離だけ、セパレータ32が搬送される時間が、10秒以内である。
本実施形態に係るセパレータ製造方法により、セパレータ32に塗材38が塗工されてから、当該塗材38の固化までの間に、セパレータ32から揮発する塗材38の溶媒の量を低減することができる。したがって、本実施形態に係るセパレータ製造方法によれば、セパレータ32上の塗材38に弾きが生じる前に、塗材38の固化を開始でき、塗工膜40の成膜性が改善する。
ここで、セパレータ32への塗材38の塗工完了から、セパレータ32上の塗材38に弾きが生じるまでの時間は、セパレータ32に対する塗材38の接触角に依存する。特に、セパレータ32に対する塗材38の接触角が高い程、セパレータ32への塗材38の塗工完了から、セパレータ32上の塗材38に弾きが生じるまでの時間は短くなる。これは、セパレータ32に対する塗材38の接触角が高い程、セパレータ32の塗材38に対する濡れ性が低く、セパレータ32上の塗材38の塗工ムラが大きくなることによる。
このため、本実施形態に係るセパレータ製造方法により、セパレータ32に対する塗材38の接触角がより高い場合であっても、塗工膜40の成膜性が改善する。また、本実施形態に係るセパレータ製造方法において、塗工工程から固化工程までの時間をより短縮することにより、略均一に塗工膜40が形成できる、セパレータ32に対する塗材38の接触角の限界値を向上させることができる。
また、本実施形態に係るセパレータ製造装置は、塗工部8における、セパレータ32の被塗工膜への塗材38の塗工から、固化装置における、セパレータ32上の塗材の固化までの時間を、10秒以内とするように、セパレータ32を搬送する。ここで、塗工部8から、固化装置までの、セパレータ32の搬送距離、換言すれば、距離L1と距離L2とのうち、より長い方の距離は、10m以下であることが好ましい。上記構成により、塗工部8から固化装置へのセパレータ32の搬送時間を、より効率的に短縮することができる。
<実施例および比較例>
本実施形態に係るセパレータ製造方法にしたがって、各実施例に係るセパレータ42を製造し、物性を測定した。各実施例においては、固化工程として、乾燥炉10により塗材38を乾燥させて、塗材38を固化し、塗工膜40を形成する、乾燥工程を実施した。ここで、セパレータ32に塗工する塗材38の組成、および、塗工工程から乾燥工程までの時間を、実施例ごとに変更し、各実施例に係るセパレータ42の物性を比較した。また、上記実施例に対し、塗工工程から乾燥工程までの時間を10秒超として製造した、比較例に係るセパレータ42についても物性を測定した。
本実施形態に係るセパレータ製造方法にしたがって、各実施例に係るセパレータ42を製造し、物性を測定した。各実施例においては、固化工程として、乾燥炉10により塗材38を乾燥させて、塗材38を固化し、塗工膜40を形成する、乾燥工程を実施した。ここで、セパレータ32に塗工する塗材38の組成、および、塗工工程から乾燥工程までの時間を、実施例ごとに変更し、各実施例に係るセパレータ42の物性を比較した。また、上記実施例に対し、塗工工程から乾燥工程までの時間を10秒超として製造した、比較例に係るセパレータ42についても物性を測定した。
各実施例および各比較例において、セパレータ32は、ポリオレフィンを含む基材34と、アラミドを含む耐熱層36との積層構造とした。また、各実施例および各比較例において、塗工部8において塗工する塗材38は、乾燥後の重量目付が0.10g/m2となるように塗工を行った。さらに、各実施例および各比較例において、乾燥炉10における塗材38の乾燥は、摂氏80度の環境において、塗材38を加熱することにより実施した。
上記に従い、実施例1から実施例8、比較例1、および、比較例2のそれぞれに係るセパレータ42を製造し、物性を測定して、以下の表1に記載した。
表1において、「塗材組成」の欄は、各実施例および各比較例において、セパレータ32に塗工された塗材38に含まれる材料の組成を、単位をwt%として示す。「EVA」の欄は、エチレン−酢酸ビニル共重合体を含む接着樹脂の、塗材38における濃度を示す。「界面活性剤」の欄は、塗材38に界面活性剤として添加されるポリオキシエチレンアルキルエーテル(商品名:サンモリン)の、塗材38における濃度を示す。「IPA」および「1−BuOH」の欄は、それぞれ、塗材38にアルコールとして添加されるイソプロピルアルコールおよびブタノールの、塗材38における濃度を示す。「水」の欄は、塗材38に極性溶媒として添加される水の、塗材38における濃度を示す。
表1において、「接触角」の欄は、セパレータ32に対する塗材38の接触角を、単位を度として示す。なお、各実施例および各比較例において、セパレータ32の表面に塗材38の液滴が着滴してから1秒後の、セパレータ32および塗材38の側方からの画像を取得し、当該画像における塗材38の液滴とセパレータ32の表面との成す角度を、接触角に採用した。「塗工から乾燥までの時間」の欄は、塗工部8における、セパレータ32の被塗工膜への塗材38の塗工から、乾燥炉10における、セパレータ32上の塗材の乾燥までの時間を、単位を秒として示す。換言すれば、「塗工から乾燥までの時間」の欄は、塗工工程から乾燥工程までの時間を示す。
「成膜性」の欄は、セパレータ42における塗工膜40の成膜性について示す。「成膜性」の欄において、「良」とは、セパレータ32上における塗材38の弾きが生じることなく、塗工膜40が良好に成膜されたことを示す。一方、「成膜性」の欄において、「不良」とは、セパレータ32上における塗材38の弾きが生じ、塗工膜40が良好に成膜されなかったことを示す。
表1に示すように、実施例1においては、セパレータ32に対する塗材38の接触角を10.9度、塗工工程から乾燥工程までの時間を8.1秒として、セパレータ42を製造した。実施例1に係るセパレータ42には、良好に塗工膜40が成膜された。
また、表1に示すように、実施例2から実施例4においては、実施例1と比較して、セパレータ32に対する塗材38の接触角を変えず、塗工工程から乾燥工程までの時間をさらに短縮して、セパレータ42を製造した。実施例2から実施例4に係るセパレータ42には、実施例1に係るセパレータ42と同様に、良好に塗工膜40が成膜された。
表1に示すように、実施例5および実施例6においては、実施例1と比較して、塗材38に添加する界面活性剤の濃度を減らし、セパレータ32に対する塗材38の接触角を増大させた。このため、実施例5および実施例6においては、実施例1と比較して、塗工工程から乾燥工程までの間に、塗材38の弾きが生じやすくなったと考えられる。この場合においても、塗工工程から乾燥工程までの時間を、実施例5においては1.6秒、実施例6においては1.4秒とすることにより、実施例5および実施例6に係るセパレータ42には、良好に塗工膜40が成膜された。
表1に示すように、実施例7および実施例8においては、実施例1と比較して、塗材38に添加するアルコールの濃度を増やし、セパレータ32に対する塗材38の接触角を低減させた。この場合においても、塗工工程から乾燥工程までの時間を、実施例7および実施例8において8.1秒とすることにより、実施例7および実施例8に係るセパレータ42には、良好に塗工膜40が成膜された。
表1に示すように、比較例1においては、実施例1と比較して、塗工工程から乾燥工程までの時間を、10秒よりも長く、具体的には、26.1秒とした。比較例1に係るセパレータ42には、良好に塗工膜40を成膜することができなかった。これは、塗工工程から乾燥工程までの時間が長いために、セパレータ32上の塗材38に弾きが生じたためである。
表1に示すように、比較例2においては、比較例1と比較して、塗材38に添加するアルコールの濃度を増やし、セパレータ32に対する塗材38の接触角を低減させた。このため、比較例2においては、比較例1と比較して、塗工工程から乾燥工程までの間に、塗材38の弾きが生じにくくなったと考えられる。しかしながら、塗工工程から乾燥工程までの時間を、10秒よりも長く、具体的には、26.1秒としたことにより、比較例2に係るセパレータ42には、良好に塗工膜40を成膜することができなかった。
表1に示す、各実施例および各比較例に係るセパレータ42における塗工膜40の成膜性の測定結果から、塗工工程から乾燥工程までの時間を10秒以内とすることにより、セパレータ42における塗工膜40の成膜性を効率的に改善できることがわかる。特に、セパレータ32に対する塗材38の接触角を、10度以下とした場合には、塗工工程から乾燥工程までの時間を10秒以内とする限り、より確実にセパレータ42に塗工膜40を成膜することができる。さらに、表1から、塗工工程から乾燥工程までの時間を短縮することにより、セパレータ32に対する塗材38の接触角が増大した場合においても、より確実にセパレータ42に塗工膜40を成膜することができる。
<接触角の限度>
次に、本実施形態に係るセパレータ製造方法において、セパレータ32に対する塗材38の接触角と、塗工工程から固化工程までの時間とを変更し、セパレータ42を製造した。なお、当該セパレータ42の製造工程においても、固化工程として、乾燥炉10により塗材38を乾燥させて、塗材38を固化し、塗工膜40を形成する、乾燥工程を実施した。加えて、当該セパレータ42における塗工膜40の成膜性を検証し、以下の表2に記載した。
次に、本実施形態に係るセパレータ製造方法において、セパレータ32に対する塗材38の接触角と、塗工工程から固化工程までの時間とを変更し、セパレータ42を製造した。なお、当該セパレータ42の製造工程においても、固化工程として、乾燥炉10により塗材38を乾燥させて、塗材38を固化し、塗工膜40を形成する、乾燥工程を実施した。加えて、当該セパレータ42における塗工膜40の成膜性を検証し、以下の表2に記載した。
表2において、「接触角」の欄は、セパレータ32に対する塗材38の接触角を、単位を度として示す。「塗工から乾燥までの時間」の欄は、塗工部8における、セパレータ32の被塗工膜への塗材38の塗工から、乾燥炉10における、セパレータ32上の塗材の乾燥までの時間を、単位を秒として示す。換言すれば、「塗工から乾燥までの時間」の欄は、塗工工程から乾燥工程までの時間を示す。
表2において、「良」とは、セパレータ32上における塗材38の弾きが生じることなく、塗工膜40が良好に成膜されたことを示す。一方、表2において、「不良」とは、セパレータ32上における塗材38の弾きが生じ、塗工膜40が良好に成膜されなかったことを示す。
表2に示すように、セパレータ32に対する塗材38の接触角が23度である場合、塗工工程から乾燥工程までの時間を1.9秒以上とすると、セパレータ42に塗工膜40を良好に塗工できなかった。しかしながら、セパレータ32に対する塗材38の接触角が23度である場合、塗工工程から乾燥工程までの時間を1.6秒以内とすると、セパレータ42に塗工膜40を良好に塗工できた。
表2に示すように、セパレータ32に対する塗材38の接触角が30度である場合、塗工工程から乾燥工程までの時間を1.9秒以上とすると、セパレータ42に塗工膜40を良好に塗工できなかった。さらに、塗工工程から乾燥工程までの時間を1.6秒とした場合においても、セパレータ42に塗工膜40を良好に塗工できなかった。しかしながら、セパレータ32に対する塗材38の接触角が30度である場合においても、塗工工程から乾燥工程までの時間を1.4秒以内とすると、セパレータ42に塗工膜40を良好に塗工できた。
表2に示すように、セパレータ32に対する塗材38の接触角が35度である場合、塗工工程から乾燥工程までの時間を1秒未満、具体的には、0.96秒とした場合においても、セパレータ42に塗工膜40を良好に塗工できなかった。
表2に示す結果から、セパレータ32に対する塗材38の接触角によっては、塗工工程から乾燥工程までの時間の調節のみでは、セパレータ42への塗工膜40の確実な塗工が困難である場合があることが分かる。一方、表2に示す結果から、セパレータ32に対する塗材38の接触角を33度以下とすることにより、塗工工程から乾燥工程までの時間の調節によって、セパレータ42への塗工膜40の塗工をより確実に行うことができることもわかる。したがって、本実施形態に係るセパレータ製造方法においては、セパレータ32に対する塗材38の接触角を33度以下とすることが好ましい。
なお、用いるセパレータの孔形状およびセパレータに対する塗材の濡れ性の程度によっては、塗材がセパレータの細孔内に速やかに染み込み、接触角の測定が困難である場合がある。しかしながら、この状態は換言すれば、セパレータに対する塗材の濡れ性が極めて良好であることを示しているため、上述の状態は、セパレータに対する塗材の接触角が33度以下である蓋然性が高いと言える。
<補記>
本実施形態に係るセパレータ製造方法によって製造されたセパレータ42を、二次電池の正極材と負極材との間に配置し、互いに積層することにより、二次電池を製造してもよい。この場合、塗工膜40は、セパレータ42、正極材、および、負極材のそれぞれの位置のずれを低減するための接着剤層として機能してもよい。
本実施形態に係るセパレータ製造方法によって製造されたセパレータ42を、二次電池の正極材と負極材との間に配置し、互いに積層することにより、二次電池を製造してもよい。この場合、塗工膜40は、セパレータ42、正極材、および、負極材のそれぞれの位置のずれを低減するための接着剤層として機能してもよい。
本実施形態においては、セパレータ製造方法として、塗工工程および固化工程を経て製造されたセパレータ42を、捲回装置6によって巻芯44に捲回し、セパレータ捲回体46を製造する手法を例に挙げて説明した。しかしながら、本実施形態においては、これに限られず、セパレータ42の製造後、セパレータ42を巻芯44に捲回することなく、上述した二次電池の正極材と負極材との積層工程に移行してもよい。
本実施形態に係るセパレータ製造方法においては、塗材38を、セパレータ32の被塗工面のうち、表面34Sと表面36Sとの両面に塗工する例を挙げた。しかしながら、本実施形態においては、これに限られず、塗材38を、セパレータ32の被塗工面のうち、表面34Sと表面36Sとの何れか一方に塗工してもよい。この場合、表面34Sと表面36Sとの何れか一方への塗工は、グラビアコータ16とドクターブレードコータ18との何れか一方によって実施してもよい。
また、本実施形態に係るセパレータ製造方法においては、グラビアコータ16とドクターブレードコータ18とによって、塗材38を、セパレータ32の被塗工面である、表面34Sと表面36Sとの双方に塗工する例を挙げた。しかしながら、本実施形態においては、これに限られず、例えば、ディップコータ、または、2組のグラビアコータを用いて、セパレータ32の両面に塗材38を塗工してもよい。
さらに、本実施形態に係るセパレータ製造方法においては、セパレータ32の被塗工面のうち、表面34Sと表面36Sとの一方に塗材38を塗工し、塗材38の固化を行った後、表面34Sと表面36Sとの他方に塗材38を塗工してもよい。この場合、セパレータ32への塗材38の塗工は、上述した塗工工程と固化工程とを繰り返し実施することにより実現してもよい。
本実施形態において、塗材38が、α−オレフィン重合体を含む例を挙げて説明を行ったが、これに限られない。上述したように、セパレータ32に対する塗材38の接触角を33度以下とする限り、本実施形態に係るセパレータ製造方法によって、塗材38に含まれる材料を問わず、セパレータ42への塗工膜40の成膜性を改善することができる。
本実施形態において、塗材38に含まれる界面活性剤の濃度は、0.5wt%以下であることが好ましい。上記構成により、塗材38の製造のためのコストを低減することができる。なお、塗材38に含まれる界面活性剤の濃度が、0.5wt%以下である場合、上述した実施例1、比較例1、および、比較例2の比較から明らかであるように、本実施形態に係るセパレータ製造方法によって、より確実に塗工膜40を成膜することができる。
本実施形態において、塗材38に含まれるアルコールの濃度は、7.5wt%以下であることが好ましい。上記構成により、セパレータ42の製造工程における、塗材38の防爆のための装置を簡素化できる。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態にそれぞれ開示された異なる技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
2 セパレータ製造装置
4 捲出装置
6 捲回装置
8 塗工部
10 乾燥炉(固化装置)
32、42 セパレータ
34 基材
36 耐熱層
38 塗材
40 塗工膜
4 捲出装置
6 捲回装置
8 塗工部
10 乾燥炉(固化装置)
32、42 セパレータ
34 基材
36 耐熱層
38 塗材
40 塗工膜
Claims (10)
- 非水電解液二次電池用のセパレータを搬送しつつ、塗工部において、前記セパレータの被塗工面に塗材を塗工する塗工工程と、
前記塗工工程に次いで、前記セパレータに塗工された前記塗材を固化させる固化工程とを備え、
前記塗工工程における、前記セパレータへの前記塗材の塗工の完了から、前記固化工程における、前記塗材の固化の開始までが10秒以内であるセパレータ製造方法。 - 前記塗材の前記被塗工面に対する接触角が、33度以下である請求項1に記載のセパレータ製造方法。
- 前記塗材が、α−オレフィン重合体を含む請求項1または2に記載のセパレータ製造方法。
- 前記被塗工面が、ポリオレフィンを含む前記セパレータの表面を含む請求項1から3の何れか1項に記載のセパレータ製造方法。
- 前記被塗工面が、耐熱性樹脂を含む前記セパレータの表面を含む請求項1から4の何れか1項に記載のセパレータ製造方法。
- 前記被塗工面が、前記セパレータの両面を含み、
前記塗工工程において、前記セパレータの両面に前記塗材を塗工し、
前記固化工程において、前記セパレータの両面に塗工された前記塗材を固化する請求項1から5の何れか1項に記載のセパレータ製造方法。 - 前記塗材が、界面活性剤を含み、前記塗材における前記界面活性剤の濃度が、0.5wt%以下である請求項1から6の何れか1項に記載のセパレータ製造方法。
- 前記塗材が、アルコールを含み、前記塗材における前記アルコールの濃度が、7.5wt%以下である請求項1から7の何れか1項に記載のセパレータ製造方法。
- 非水電解液二次電池用のセパレータを搬送する搬送部と、
前記搬送部によって搬送される前記セパレータの被塗工面に塗材を塗工する塗工部と、
前記塗工部によって前記セパレータに塗工された前記塗材を固化させる固化装置とを備え、
前記塗工部から、前記固化装置までの、前記セパレータに搬送に要する時間が10秒以内であるセパレータ製造装置。 - 前記塗工部から、前記固化装置までの、前記セパレータの搬送距離が10m以下である請求項9に記載のセパレータ製造装置。
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JP2020088135A JP2021182533A (ja) | 2020-05-20 | 2020-05-20 | セパレータ製造方法、セパレータ製造装置 |
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- 2020-05-20 JP JP2020088135A patent/JP2021182533A/ja active Pending
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