JP2025035795A

JP2025035795A - 電池用電極材料塗布装置

Info

Publication number: JP2025035795A
Application number: JP2023143059A
Authority: JP
Inventors: 将史上田; Masashi Ueda; 智子肥後; Tomoko Higo; 慎司小島; Shinji Kojima
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2023-09-04
Filing date: 2023-09-04
Publication date: 2025-03-14
Also published as: US20250073746A1; CN119549367A

Abstract

【課題】塗布対象物に対して均一に粉体を塗布できる電池用電極材料塗布装置を得る。【解決手段】電池用電極材料塗布装置１０は、導電性の基材１４を搬送する搬送部１２と、粉体Ｐを収容可能に構成され、導電性のスクリーン１８Ｂを備えたホッパー１８と、搬送部１２とホッパー１８との間に電圧を印加可能な電圧印加部１６と、ホッパー１８の側壁に接続された超音波振動子２０と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、電池用電極材料塗布装置に関する。

特許文献１には、ホッパーの下部にスクリーンが配置された粉粒体の供給装置が開示されている。特に、特許文献１に開示された装置では、スクリーンよりも下方において、ホッパーの内側に複数の振動板が設けられており、これらの振動板を連結する振動連接棒に超音波振動子が取り付けられていることで、ホッパー内の粉粒体に対して均一に振動を付与する構造となっている。

特開平７－１０９０３１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の装置では、粉体が排出前に振動連接棒に当たることで、塗布対象物に対して均一に粉体を塗布できない可能性がある。

本発明は、塗布対象物に対して均一に粉体を塗布できる電池用電極材料塗布装置を得ることを目的とする。

請求項１に係る電池用電極材料塗布装置は、導電性の基材を搬送する搬送部と、粉体を収容可能に構成され、導電性のスクリーンを備えたホッパーと、前記搬送部と前記ホッパーとの間に電圧を印加可能な電圧印加部と、前記ホッパーの側壁に接続された超音波振動子と、を有する。

請求項１に係る電池用電極材料塗布装置では、搬送部によって導電性の基材が搬送される。また、ホッパーは、粉体を収容可能に構成されており、このホッパーには導電性のスクリーンが設けられている。さらに、搬送部とホッパーとの間には電圧印加部によって電圧が印加可能に構成されている。これにより、搬送部で搬送された基材に対して、ホッパーから所定量の粉体が供給されることで、基材に粉体が塗布される。ここで、ホッパーの側壁には超音波振動子が接続されているため、超音波振動が付与された粉体をスクリーンから基材へ供給することができ、塗布対象物である基材に対して均一に粉体を塗布できる。

請求項２に係る電池用電極材料塗布装置は、請求項１において、前記スクリーンは、前記ホッパーの排出孔に設けられている。

請求項２に係る電池用電極材料塗布装置では、ホッパーの排出孔にスクリーンが設けられているため、スクリーンを通過した直後の粉体を基材に供給することができる。

請求項３に係る電池用電極材料塗布装置は、請求項１において、前記超音波振動子は、前記ホッパーにおいて、上下方向の中央部分よりも下部に接続されている。

請求項３に係る電池用電極材料塗布装置では、超音波振動子がホッパーの上下方向の中央部分よりも下部（下流側）に接続されているため、排出孔に近い粉体に対して効果的に超音波振動を付与できる。

請求項４に係る電池用電極材料塗布装置は、請求項１～３の何れか１項において、前記ホッパーは、前記搬送部による基材の搬送方向と直交する方向を長手方向として配置されており、前記超音波振動子は、前記ホッパーの長手方向における中央部分に接続されている。

請求項４に係る電池用電極材料塗布装置では、ホッパーは、搬送部による基材の搬送方向と直交する方向を長手方向として配置されている。換言すれば、ホッパーの排出孔の搬送方向の長さが短くなるため、搬送方向に対して粉体をより均一に塗布することができる。

以上説明したように、本発明に係る電池用電極材料塗布装置によれば、塗布対象物に対して均一に粉体を塗布できる。

実施形態に係る電池用電極材料塗布装置の全体構成を概略的に示す図である。変形例に係る電池用電極材料塗布装置の全体構成を概略的に示す図である。比較例に係る電池用電極材料塗布装置の全体構成を概略的に示す図である。

実施形態に係る電池用電極材料塗布装置１０について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る電池用電極材料塗布装置１０の全体構成を概略的に示す図である。図１に示されるように、本実施形態に係る電池用電極材料塗布装置１０は、電池の電極板を製造するためのコーターであり、搬送部１２、ホッパー１８、電圧印加部としての電源１６及び超音波振動子２０を含んで構成されている。

搬送部１２は、供給側ローラ１２Ａと回収側ローラ１２Ｂとを含んで構成されており、供給側ローラ１２Ａ及び回収側ローラ１２Ｂはそれぞれ、図示しないモータが作動することで回転するように構成されている。

供給側ローラ１２Ａと回収側ローラ１２Ｂとの間には、導電性の基材１４が巻き掛けられている。基材１４としては、金属箔などが用いられ、例えば、銅箔やアルミニウム箔などがロール状に巻回された状態で用いられる。

供給側ローラ１２Ａには、粉体が塗布される前の塗布前基材１４Ａがロール状に巻回されており、回収側ローラ１２Ｂには、粉体が塗布された後の塗布後基材１４Ｃがロール状に巻回されている。図示しないモータを作動させることで、供給側ローラ１２Ａ及び回収側ローラ１２Ｂがそれぞれ回転し、供給側ローラ１２Ａから回収側ローラ１２Ｂへ基材１４が搬送される。そして、供給側ローラ１２Ａと回収側ローラ１２Ｂとの間で搬送中の搬送中基材１４Ｂの上方にホッパー１８が設けられている。

ホッパー１８は、上下端部がそれぞれ開口され、下側へ向かうにつれて徐々に狭幅となる形状に形成されており、本体部１８Ａとスクリーン１８Ｂとを含んで構成されている。

ホッパー１８の本体部１８Ａは、搬送部１２による基材１４の搬送方向と直交する方向を長手方向として配置されている。すなわち、図１における紙面の奥行方向を長手方向として本体部１８Ａが配置されている。例えば、本体部１８Ａの長手方向の長さは、搬送される基材１４の幅より若干短い長さであってもよい。また、本体部１８Ａの搬送方向（短手方向）の長さは、例えば、１０ｍｍ以下に設定されている。

本体部１８Ａの上端部の供給孔から粉体Ｐが供給される。粉体Ｐとしては、電極材料を構成する活物質及びバインダなどが用いられる。例えば、リチウムイオン電池の負極材料の場合、活物質である黒鉛と、バインダとの複合材料が粉体Ｐとして用いられる。バインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＰＶＤＦ－ＨＥＰ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）及びポリイミド（ＰＩ）から選択される少なくとも一つの材料であってもよい。

ホッパー１８の排出孔には、スクリーン１８Ｂが設けられている。スクリーン１８Ｂは、導電性を有しており、所定のパターンが形成されている。例えば、スクリーン１８Ｂは、パターンの部分がメッシュ材料によって形成された導電性スクリーンであってもよい。スクリーン１８Ｂを通過して基材１４上に粉体Ｐが塗布されることで、基材１４上に粉体Ｐを所望のパターンで塗布される。

スクリーン１８Ｂのメッシュ材料としては、導電性のものであれば特に制限されない。例えば、鉄を主成分とするステンレス鋼、亜鉛メッキした鉄、真鍮、銅等の線材などを用いてもよい。メッシュの大きななども特に限定されず、パターンに応じて適宜変更してもよい。

ここで、スクリーン１８Ｂ及び搬送部１２はそれぞれ電源１６と電気的に接続されており、電源１６によってスクリーン１８Ｂと搬送部１２との間に電圧が印加可能に構成されている。そして、電圧が印加された状態でスクリーン１８Ｂを粉体が通過することで、メッシュが粉体Ｐに接触して粉体Ｐを帯電させることができるように構成されている。

ホッパー１８における本体部１８Ａの側壁には、超音波振動子２０が接続されている。超音波振動子２０は、ホッパー１８内の粉体に対して超音波振動を付与可能な振動子であれば、構造や方式は特に限定されない。

本実施形態では一例として、超音波振動子２０は、ホッパー１８において、上下方向の中央部分よりも下部に接続されている。特に、超音波振動子２０の接続位置は、超音波振動子２０の振幅に対して、スクリーン１８Ｂを通過する粉体に付与される振動の振幅が５０％以上となる位置が好ましい。

また、超音波振動子２０は、ホッパー１８内に収容された粉体Ｐに偏りなく超音波振動を付与する観点で、ホッパー１８の長手方向における中央部分に接続されるのが好ましい。

（作用）
次に、本実施形態に係る電池用電極材料塗布装置１０の作用を説明する。

本実施形態に係る電池用電極材料塗布装置１０では、搬送部１２によって導電性の基材１４が搬送される。また、ホッパー１８は、粉体Ｐを収容可能に構成されており、このホッパー１８には導電性のスクリーン１８Ｂが設けられている。さらに、搬送部１２とホッパー１８との間には電源１６によって電圧が印加可能に構成されている。これにより、搬送部１２で搬送された基材１４に対して、ホッパー１８から所定量の粉体Ｐが供給されることで、基材１４に粉体Ｐが塗布される。

ここで、ホッパー１８の側壁には超音波振動子２０が接続されている。このため、超音波振動が付与された粉体Ｐをスクリーン１８Ｂから基材１４へ供給することができ、塗布対象物である基材１４に対して均一に粉体を塗布できる。

また、本実施形態では、ホッパー１８の排出孔にスクリーン１８Ｂが設けられているため、スクリーン１８Ｂを通過した直後の粉体Ｐを基材１４に供給することができる。

さらに、本実施形態では、超音波振動子２０がホッパー１８の上下方向の中央部分よりも下部（下流側）に接続されているため、ホッパー１８の排出孔に近い粉体Ｐに対して効果的に超音波振動を付与できる。すなわち、超音波振動子２０をホッパー１８の上部に接続した場合、減衰によって排出孔の付近の粉体Ｐに付与される振動が小さくなり、超音波振動の効果を十分に得られない可能性がある。本実施形態では、ホッパー１８の排出孔に近い位置に超音波振動子２０を接続したことにより、上述したように、減衰前の超音波振動を粉体Ｐに付与できる。

さらにまた、本実施形態では、ホッパー１８は、搬送部１２による基材１４の搬送方向と直交する方向を長手方向として配置されている。換言すれば、ホッパー１８の排出孔の搬送方向の長さが短くなるため、基材１４の搬送方向に対して粉体をより均一に塗布することができる。

なお、本実施形態では、ホッパー１８における本体部１８Ａの搬送方向の長さを１０ｍｍ以下に設定したが、これに限定されない。例えば、図２に示す変形例の構造を採用してもよい。

（変形例）
図２は、変形例に係る電池用電極材料塗布装置３０の全体構成を概略的に示す図である。図２に示されるように、本変形例に係る電池用電極材料塗布装置３０では、ホッパー３２を除いて実施形態と同様の構成とされている。

ホッパー３２は、実施形態におけるホッパー１８に対して、搬送方向の長さが長く形成されており、例えば、３０ｍｍ程度に設定されている。

本変形例に係る電池用電極材料塗布装置３０では、実施形態に係る電池用電極材料塗布装置１０と同様に、ホッパー３２における本体部３２Ａの側壁に超音波振動子２０を接続したことにより、基材１４に対して均一に粉体Ｐを塗布できる。

（実施例）
以下、本発明に係る電池用電極材料塗布装置１０と比較例の電池用電極材料塗布装置１００との評価結果について説明する。先ず、比較例の電池用電極材料塗布装置１００について説明し、その後に評価の手順を説明する。

図３は、比較例に係る電池用電極材料塗布装置１００の全体構成を概略的に示す図である。図３に示されるように、比較例の電池用電極材料塗布装置１００は、基材ホルダ１０２、ホッパー１０８、スクリーン１１２、電源１０６及び超音波振動子２０を含んで構成されている。

比較例の構造では、ホッパー１０８とスクリーン１１２とが分離されている。具体的には、ホッパー１０８の下方に有底筒状で導電性を有する枠体１１０が配設されており、この枠体１１０の底部に導電性のスクリーン１１２が配置されている。また、比較例の構造では、枠体１１０と基材ホルダ１０２との間に電圧が印加できるように電源１０６が設置されている。

さらに、比較例の構造では、枠体１１０の側壁に超音波振動子２０が接続されており、枠体１１０に超音波振動子を付与することで、枠体１１０を介してスクリーン１１２に超音波振動子が付与される構造である。ホッパー１０８から枠体１１０へ供給された粉体Ｐは、スクリーン１１２を通過する際に超音波振動が付与され、基材ホルダ１０２に設置された基材１０４へ塗布される。なお、比較例の構造では、ホッパー１０８の短手方向（紙面左右方向）の長さは、実施形態のホッパー１８よりも長く、５０ｍｍに設定されている。

評価の手順は以下の通りである。

（１）負極材料の複合化
塗布に用いる粉体として、黒鉛とＰＶＤＦとをＭＰミキサー（日本コークス工業製）に投入し、１００００[ｒｐｍ]、２[ｍｉｎ]の条件で複合化処理を実施。
なお、黒鉛の平均粒径は１０～２０[μｍ]とした。また、黒鉛とＰＶＤＦとの組成比は、９７．５／２．５[ｗｔ％]とした。

（２）成膜
図１に示される電池用電極材料塗布装置１０では、ホッパー１８に複合化処理済みの粉体Ｐを供給し、３００メッシュに設定されたスクリーン１８Ｂから基材１４に対して１００[ｍｍ]×５０[ｍｍ]の範囲で粉体Ｐを塗布した。
一方、３に示す電池用電極材料塗布装置１００では、ホッパー１０８に複合化処理済の粉体Ｐを供給し、３００メッシュに設定されたスクリーン１１２から基材１０４に対して１００[ｍｍ]×５０[ｍｍ]の範囲で粉体Ｐを塗布した。

（３）定着及び緻密化
平面プレス機を用いて、１５０[℃]、５[ｋＮ]にて１分間加圧し、基材１４に粉体Ｐを定着して電極を作製。同様の手順で、基材１０４に粉体Ｐを定着して電極を作製。

（４）電極重量の測定
作製した電極を１２箇所打ち抜いて、電子天秤で重量を測定した。
以下の表１は、１２箇所の重量のばらつきを算出したものである。

表１の結果から、実施例に係る電池用電極材料塗布装置１０で塗布することにより、比較例の電池用電極材料塗布装置１００を用いた場合と比較して、電極作製時の重量のばらつきを小さくできることが分かる。電極の重量は、塗布する粉体Ｐの単位面積当たりの量に依存するため、実施例では、比較例よりも均一に粉体Ｐを塗布できることが分かる。

なお、本実施形態では、図１に示されるように、超音波振動子２０がホッパー１８の上下方向の中央部分よりも下部に接続された構造としたが、これに限定されない。例えば、超音波振動子２０をホッパー１８の上下方向の中央部分に接続した構造でもよい。

また、複数の超音波振動子２０を用いた構造としてもよい。例えば、ホッパー１８の長手方向に沿って２つ以上の超音波振動子２０を接続してもよい。

さらに、本実施形態では、搬送部１２として、供給側ローラ１２Ａと回収側ローラ１２Ｂとを含んだ構成としたが、これに限定されず、基材１４を搬送可能な構造であれば、他の構造を採用してもよい。例えば、基材がロール状ではなく、シート状である場合、ベルトなどで基材を搬送する構造としてもよい。

上記実施形態に関して、以下の付記を開示する。

（付記１）
導電性の基材を搬送する搬送部と、
粉体を収容可能に構成され、導電性のスクリーンを備えたホッパーと、
前記搬送部と前記ホッパーとの間に電圧を印加可能な電圧印加部と、
前記ホッパーの側壁に接続された超音波振動子と、
を有する電池用電極材料塗布装置。
（付記２）
前記スクリーンは、前記ホッパーの排出孔に設けられている、付記１に記載の電池用電極材料塗布装置。
（付記３）
前記超音波振動子は、前記ホッパーにおいて、上下方向の中央部分よりも下部に接続されている、付記１又は付記２に記載の電池用電極材料塗布装置。
（付記４）
前記ホッパーは、前記搬送部による基材の搬送方向と直交する方向を長手方向として配置されており、
前記超音波振動子は、前記ホッパーの長手方向における中央部分に接続されている、付記１～３の何れか１項に記載の電池用電極材料塗布装置。

１０，３０電池用電極材料塗布装置
１２搬送部
１４基材
１６電源（電圧印加部）
１８，３２ホッパー
１８Ｂ，３２Ｂスクリーン
２０超音波振動子
Ｐ粉体

Claims

導電性の基材を搬送する搬送部と、
粉体を収容可能に構成され、導電性のスクリーンを備えたホッパーと、
前記搬送部と前記ホッパーとの間に電圧を印加可能な電圧印加部と、
前記ホッパーの側壁に接続された超音波振動子と、
を有する電池用電極材料塗布装置。
前記スクリーンは、前記ホッパーの排出孔に設けられている、請求項１に記載の電池用電極材料塗布装置。
前記超音波振動子は、前記ホッパーにおいて、上下方向の中央部分よりも下部に接続されている、請求項１に記載の電池用電極材料塗布装置。
前記ホッパーは、前記搬送部による基材の搬送方向と直交する方向を長手方向として配置されており、
前記超音波振動子は、前記ホッパーの長手方向における中央部分に接続されている、請求項１～３の何れか１項に記載の電池用電極材料塗布装置。