JP2025035796A - 電池用電極材料塗布装置 - Google Patents

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たホッパー１８と、搬送部１２によって搬送される基材１４とホッパー１８との間に配置された導電性のスクリーン１７と、搬送部１２とスクリーン１７との間に電圧を印加可能な電圧印加部１６と、スクリーン１７から斜め下方へ延在された傾斜板２２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たホッパーと、前記搬送部によって搬送される基材と前記ホッパーとの間に配置された導電性のスクリーンと、前記搬送部と前記スクリーンとの間に電圧を印加可能な電圧印加部と、前記スクリーンから斜め下方へ延在された傾斜板と、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いる。さらに、搬送部によって搬送される基材とホッパーとの間には、導電性のスクリーンが配置されている。そして、搬送部とスクリーン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、ホッパーからスクリーンを介して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、スクリーンから斜め下方へ傾斜板が延在されている。これにより、スクリーンを通過した粉体が傾斜板を滑る過程で分散され、基材に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、前記傾斜板は、前記搬送部によって搬送される基材の近傍まで延在されている。

請求項２に係る電池用電極材料塗布装置では、傾斜板が基材の近傍まで延在されているため、傾斜板から落下した粉体がばらつくのを抑制できる。

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、前記傾斜板は、基材の搬送方向に沿って複数設けられている。

請求項３に係る電池用電極材料塗布装置では、傾斜板が複数設けられているため、スクリーンの長さが長い場合であっても、粉体を均一に基材に塗布できる。

請求項４に係る電池用電極材料塗布装置は、請求項１において、前記傾斜板は、前記スクリーンに対して、４５度以上かつ８０度以下の角度で設定されている。

請求項４に係る電池用電極材料塗布装置では、傾斜板の角度をスクリーンに対して４５度以上とすることで、傾斜角度が４５度よりも小さい場合と比較して、粉体が傾斜板上で滞るのを抑制できる。また、傾斜板の角度をスクリーンに対して８０度以下とすることで、傾斜角度が８０度よりも大きい場合と比較して、粉体が傾斜板に接触せずに落下するのを抑制できる。

請求項５に係る電池用電極材料塗布装置は、請求項１～４の何れか１項において、前記ホッパーの下方には前記スクリーンを保持した枠体が設けられており、前記枠体の側壁には、超音波振動子が接続されている。

請求項５に係る電池用電極材料塗布装置では、ホッパーの下方には前記スクリーンを保持した枠体が設けられている。そして、枠体の側壁に超音波振動子が接続されているため、スクリーンを通過する粉体に対して超音波振動を付与できる。

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、枠体１５、スクリーン１７、ホッパー１８、電圧印加部としての電源１６、超音波振動子２０及び傾斜板２２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に対して粉体Ｐが塗布されるように構成されている。

搬送中基材１４Ｂの上方には、枠体１５が設けられている。枠体１５は、底壁１５Ａと側壁１５Ｂとを含んで略箱状に形成されており、上方が開放されている。また、枠体１５の底壁１５Ａには、スクリーン１７が保持されており、スクリーン１７は、後述するホッパー１８の下方に位置している。換言すれば、スクリーン１７は、搬送部１２によって搬送される基材１４とホッパー１８との間に配置されている。

スクリーン１７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１７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１７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１７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。

スクリーン１７の上方には、ホッパー１８が配設されている。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いる。また、本実施形態のホッパー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。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ホッパー１８が配置されている。例えば、ホッパー１８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。

ホッパー１８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。

ここで、枠体１５の側壁１５Ｂ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１７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１７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。

枠体１５の側壁１５Ｂ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、枠体１５における側壁１５Ｂの下端部に接続されており、底壁１５Ａにも直接的に超音波振動を付与できるように構成されている。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。

スクリーン１７には、傾斜板２２が取付けられている。傾斜板２２はスクリーン１７の下面から斜め下方へ延在されており、本実施形態では一例として、スクリーン１７から基材１４（下方）へ向かうにつれて、搬送方向に傾斜している。

また、本実施形態では一例として、スクリーン１７に３つの傾斜板２２が取付けられている。３つの傾斜板２２は、基材１４の搬送方向に沿って等間隔で取付けられており、基材１４の近傍まで延在されている。

さらに、３つの傾斜板２２はそれぞれ、スクリーン１７に対して、４５度以上かつ８０度以下の角度で設定されている。本実施形態では一例として、３つの傾斜板２２は、スクリーン１７に対して７０度の角度で設定されている。なお、傾斜板２２の角度は、供給する粉体の材料に応じて変化させてもよい。

（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いる。さらに、搬送部１２によって搬送される基材１４とホッパー１８との間には、導電性のスクリーン１７が配置されている。そして、搬送部１２とスクリーン１７との間には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からスクリーン１７を介して所定量の粉体Ｐが供給されることで、基材１４に粉体Ｐが塗布される。

また、スクリーン１７には傾斜板２２が取付けられており、傾斜板２２はスクリーン１７から斜め下方へ延在されている。これにより、スクリーン１７を通過した粉体Ｐが傾斜板２２を滑る過程で分散され、基材１４に均一に粉体Ｐを塗布できる。

特に、本実施形態では、傾斜板２２が搬送中基材１４Ｂの近傍まで延在されているため、傾斜板２２から落下した粉体Ｐがばらつくのを抑制できる。すなわち、粉体Ｐが偏って塗布されるのを抑制できる。

また、本実施形態では、傾斜板２２が搬送方向に沿って複数設けられている。このため、スクリーン１７の長さが搬送方向に長い場合であっても、粉体Ｐを均一に基材１４に塗布できる。

さらに、本実施形態では、傾斜板２２の角度をスクリーンに対して４５度以上かつ８０度以下の角度で設定されている。これにより、傾斜板２２の傾斜角度が４５度よりも小さい場合と比較して、粉体Ｐが傾斜板２２上で滞るのを抑制できる。すなわち、傾斜板２２の角度が小さくなるほど、粉体Ｐが滑り難くなり、傾斜板２２上で滞る可能性がある。本実施形態では、傾斜板２２の傾斜角度を４５度以上とすることで、塗布する粉体の種類にかかわらず、粉体を傾斜板２２上で良好に滑らせることができる。

一方、スクリーン１７に対する傾斜板２２の角度が大きすぎると、粉体Ｐが傾斜板に接触せずにスクリーン１７から基材１４に落下する可能性がある。また、粉体Ｐを傾斜板２２に確実に接触させるためには、隣り合う傾斜板２２のピッチを狭くする必要があるため、傾斜板２２の数が増える。本実施形態では、傾斜板２２の傾斜角度を８０度以下とすることで、粉体Ｐが傾斜板２２に接触せずに落下するのを抑制できる。

さらに、本実施形態では、枠体１５の側壁１５Ｂに超音波振動子２０が接続されており、スクリーン１７に対して超音波振動を付与できるように構成されている。これにより、粉体Ｐを専用のローラやスキージなどで刷り込む必要なく、粉体Ｐを分散させた状態でスクリーン１７を通過させて傾斜板２２上を滑らせることができる。

特に、本実施形態では、超音波振動子２０が枠体１５の側壁１５Ｂの下部に接続されているため、スクリーン１７に対して調節的に超音波振動を付与できる。

なお、本実施形態では、枠体１５にスクリーン１７を保持した構造を採用したが、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、枠体１５が無い点で実施形態と異なっている。

本変形例では、搬送中基材１４Ｂの上方にホッパー３２が配設されている。ホッパー３２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、実施形態のホッパー１８よりも搬送方向に沿った長さが短く形成されている。

ホッパー３２の下端部には、スクリーン３４が設けられている。スクリーン３４は、ホッパー３２の排出孔に取付けられており、搬送中基材１４Ｂとホッパー３２との間に配置されている。また、スクリーン３４には、傾斜板２２が取付けられており、傾斜板２２は、傾斜板２２はスクリーン３４の下面から斜め下方へ延在されている。なお、本実施形態では一例として、スクリーン３４から基材１４（下方）へ向かうにつれて、搬送方向に傾斜しており、１つの傾斜板２２が取付けられている。

ホッパー３２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３２の側壁における上下方向の中央部分よりも下側に接続されている。

本変形例では、実施形態と同様にスクリーン３４から下方へ傾斜板２２が延在されているため、スクリーン３４を通過した粉体Ｐが傾斜板２２を滑る過程で分散され、基材１４に均一に粉体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の下方に枠体１１０が配設されており、この枠体１１０の底壁１１０Ａ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１１０Ｂ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。ここで、比較例の構造では、傾斜板２２が設けられていない。このため、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、そのまま落下して基材ホルダ１０２に設置された基材１０４へ塗布される。

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１７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、図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、枠体１５の側壁１５Ｂに超音波振動子２０を接続した構造としたが、これに限定されず、超音波振動子２０を設けない構造としてもよい。

また、本実施形態では、超音波振動子２０が枠体１５の側壁１５Ｂの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を側壁１５Ｂの上下方向の中央部分に接続した構造でもよい。

さらに、本実施形態では、３つの傾斜板２２を設けたが、これに限定されず、傾斜板２２の数及び角度を変更してもよい。例えば、傾斜板２２の数を増やし、スクリーン１７を上下方向から見て隣り合う傾斜板２２が重なるように配置してもよい。

さらにまた、本実施形態では、３つの傾斜板２２の角度を同じ角度としたが、これに限定されず、傾斜板２２ごとに傾斜角度を変更してもよい。例えば、超音波振動子２０が接続された側壁１５Ｂから遠い傾斜板２２の角度を大きくし、超音波振動子２０が接続された側壁１５Ｂから近い傾斜板２２の角度を小さくしてもよい。これにより、超音波振動の減衰に応じて傾斜板２２の角度を調節することで、全ての傾斜板２２から単位時間当たりに同量の粉体Ｐを落下させることができる。

また、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たホッパーと、
前記搬送部によって搬送される基材と前記ホッパーとの間に配置された導電性のスクリーンと、
前記搬送部と前記スクリーンとの間に電圧を印加可能な電圧印加部と、
前記スクリーンから斜め下方へ延在された傾斜板と、
を有する電池用電極材料塗布装置。
（付記２）
前記傾斜板は、前記搬送部によって搬送される基材の近傍まで延在されている、付記１に記載の電池用電極材料塗布装置。
（付記３）
前記傾斜板は、基材の搬送方向に沿って複数設けられている、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）
前記傾斜板は、前記スクリーンに対して、４５度以上かつ８０度以下の角度で設定されている、付記１～付記３の何れか１に記載の電池用電極材料塗布装置。
（付記５）
前記ホッパーの下方には前記スクリーンを保持した枠体が設けられており、
前記枠体の側壁には、超音波振動子が接続されている、付記１～付記４の何れか１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
１５ 枠体
１５Ｂ 側壁
１６ 電源（電圧印加部）
１７，３４ スクリーン
１８，３２ ホッパー
２０ 超音波振動子
２２ 傾斜板
Ｐ 粉体

Claims (5)

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たホッパーと、
   前記搬送部によって搬送される基材と前記ホッパーとの間に配置された導電性のスクリーンと、
   前記搬送部と前記スクリーンとの間に電圧を印加可能な電圧印加部と、
   前記スクリーンから斜め下方へ延在された傾斜板と、
   を有する電池用電極材料塗布装置。
2. 前記傾斜板は、前記搬送部によって搬送される基材の近傍まで延在されている、請求項１に記載の電池用電極材料塗布装置。
3. 前記傾斜板は、基材の搬送方向に沿って複数設けられている、請求項１に記載の電池用電極材料塗布装置。
4. 前記傾斜板は、前記スクリーンに対して、４５度以上かつ８０度以下の角度で設定されている、請求項１に記載の電池用電極材料塗布装置。
5. 前記ホッパーの下方には前記スクリーンを保持した枠体が設けられており、
   前記枠体の側壁には、超音波振動子が接続されている、請求項１～４の何れか１項に記載の電池用電極材料塗布装置。