JP3248366U - 電池スラリーの塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基材表面のスラリーコーティングの均一性を高める、電池スラリーの塗布装置を提供する。
【解決手段】均質物室５と均質物室に連通する均質物隙間を有する塗布ヘッドと、塗布ヘッドの均質物室を貯留タンク１７に連通する供給管１０と、貯留タンクと、を含み、塗布ヘッドの先端には均質物隙間に連通する塗布室７が設けられ、塗布室は、電池スラリーを基材１に接触させる塗布領域を有し、塗布室の出口には調整板８が固設されており、調整板の基材に最も近い壁面における各点から基材までの垂直距離の差は０～３ｍｍである。本考案により塗布方式を変更し、スラリーを塗布室の中でまず基材と接触させ、その後、調整板によって基材との間の隙間を調整し、この隙間の基材の運動方向における幅が３ｍｍよりも大きく、スラリーの均一化流動を完成し、目標厚さまで塗布することができる。
【選択図】図１

Description

本考案は、リチウムイオン電池の生産技術分野に属し、電池極片の塗布に関し、具体的に電池スラリーの塗布装置である。

塗布技術はリチウムイオン電池を生産するための重要な工程であり、その目的として、リチウムイオン電池の正負極材料をスラリーに作製した後、集流体上に均一に塗布し、乾燥した後に電池極片を形成することである。塗布品質の良し悪しは電池の性能に直接影響する。

現在、塗布技術では、一般的に押出式塗布ヘッドが使用されており、その構造は主に上型、下型、スペーサの３つの部分を含む。下型には均質物室が設けられ、上型には均質物弁が設けられ、上型と下型の間には均質物隙間が形成されている。塗布の作業際に、スラリーは均質物室内で横方向に展開し、その後、均質物隙間を経て塗布口に流れ、塗布口で集流体（以下、単に基材と称する）に直接接着して平坦で滑らかな表面を形成する。均質物隙間において、スラリー流量は、均一で安定した塗布を保証するために、均質物弁によって調整されることができる。

リチウムイオン電池の発展に伴い、塗布技術における塗布均一性への要求はより高くなる。リチウムイオン電池スラリーは非ニュートン流体であり、せん断すると希薄になり、せん断しないと沈降する特性を有する。上記の従来の押出式塗布ヘッドを用いると、その構造に制限されて、均質物室の入口にスラリーが堆積する場合があり、入口圧力が横方向の他の位置よりも大きく、さらに塗布口におけるスラリーの横方向の流量が不均一になり、基材表面の塗布厚均一性が悪くなる。

従来技術に存在する以上の不足を解決するために、本考案は、基材表面上のスラリーコーティングの均一性を高める目的で、電池スラリーの塗布装置を提供する。

上記目的を達成するために、本考案で採用された技術案は、以下の通りである。本考案に係る電池スラリーの塗布装置は、均質物室と均質物室に連通する均質物隙間を有する塗布ヘッドと、塗布ヘッドの均質物室を貯留タンクに連通する供給管と、貯留タンクと、を含み、塗布ヘッドの先端には均質物隙間に連通する塗布室が設けられ、塗布室は、電池スラリーを基材に接触させる塗布領域を有し、塗布室の出口は塗布領域の後側に設けられ、出口には調整板が固設されており、調整板の基材に最も近い壁面における各点から基材までの垂直距離の差は０～３ｍｍであり、基材の移動方向に沿って、調整板と基材との間の隙間幅は３ｍｍよりも大きい。

本考案の限定として、塗布ヘッドの両側には、均質物室と連通する還流管が設けられ、還流管の他端は貯留タンクと連通し、還流管または供給管には循環ポンプが設けられている。

本考案のさらなる限定として、塗布ヘッドの塗布室には圧力センサが配置されている。

本考案の別の限定として、塗布ヘッドの両側には第１塗布板が固設され、第１塗布板と基材との間には第１シール材が設けられている。

本考案のさらなる限定として、塗布ヘッドには少なくとも１つの第２塗布板が被覆され、第２塗布板と基材との間には第２シール材が設けられている。

本考案のさらなる限定として、塗布室には少なくとも１つの第３塗布板が固設され、第３塗布板と基材との間には第３シール材が設けられている。

本考案の他の限定として、塗布ヘッドは嵌合する上型と下型を含み、上型には均質物弁が設けられ、下型には前記均質物室が設けられ、上型と下型の間には前記均質物隙間が形成され、均質物弁の作動端は均質物隙間に位置している。

上記の技術案を採用したため、本考案は従来技術と比較して、得られた有益な効果は、以下の通りである。
（１）本考案により、塗布方式を変更し、塗布ヘッド先端に塗布室及び調整板を配置することにより、スラリーをまず基材と接触させ、その後、調整板によって基材との間の隙間を調整し、この隙間の基材の運動方向における幅が３ ｍｍよりも大きく、スラリーの均一化流動を完成し、目標厚さまで塗布することができる。これは二次塗布を行ったことに相当し、スラリー出口における横方向の流量不均一が基材表面のスラリーコーティングの均一性に与える影響を弱め、塗布品質を効果的に高めることができる。本考案により、スラリー塗布をより平坦で滑らかにし、塗布材料が均一で、気泡がないようにすることができる。

（２）本考案により、塗布ヘッドの両側に還流管を設けて、貯留タンクと連通し、循環ポンプを設けてスラリーを均質物室と貯留タンクの中で循環させ、スラリーが常に流動状態にあることを維持して、沈降を防止する。この内循環方式は、リチウムイオン電池スラリーのせん断すると希薄になる流体特性を利用して、スラリーの粘度を効果的に低下させ、流動性をより良くし、さらに粘度が大きく、スラリーが均質物室中で自己レベリングできないことによる塗布均一性が悪いという問題を解決することができる。

（３）本考案の塗布室には、圧力センサが設けられることで、塗布室中のスラリー圧力をリアルタイムに検出することができる。均質物隙間には均質物弁が設けられ、バルブ開閉の大きさを調整することにより、横方向に塗布室に入ったスラリーの量を調整することができ、圧力センサのフィードバックと合せて、横方向に塗布室に均一に供給することができる。

（４）本考案では、塗布ヘッドの両側には第１塗布板が設けられることで、塗布幅を規定することができる。塗布ヘッドに被覆された第２塗布板、塗布室に固設された第３塗布板によって、いずれも横方向に複数本の塗布を行うことができる。また、塗布板と基材との間に設けられたシール材によって、未塗布領域にスラリーが溢れることを回避することができる。

以下、図面及び具体的な実施形態を用いて本考案についてさらに詳細に説明する。
本考案の実施形態の構造関係側面図である。 本考案の実施形態の縦一本塗布の構造関係平面図である。 本考案の実施形態の縦二本塗布の構造関係平面図である。

以下、図面を用いて本考案の好適な実施形態について説明する。本明細書に記載された好適な実施形態は、本考案を説明し理解するためだけに使用され、本考案を限定するために使用されないことを理解されたい。

図１に示すように、本実施形態は、塗布ヘッド、供給管１０、還流管１１、および貯留タンク１７を含み、供給管１０および還流管１１は塗布ヘッドと貯留タンク１７を連通させ、循環ポンプ１４を設けて、スラリーを均質物室５と供給タンク１７で循環させ、さらに塗布中にスラリーが常に流動状態にあることを維持して、沈降を防止する。

具体的に、塗布ヘッドは、上型３と、下型４と、スペーサを含み、上型３と下型４とが対向して配置され、上型３と下型４との間にスペーサが位置する。実際の状況に応じて、スペーサを設けなくてもよい。ここで、上型３には均質物弁６が設けられ、下型４には均質物室５と均質物室５に連通するスラリー入口１３が設けられている。上型３と下型４とを合わせた後、両者の間には、スラリーが通過するように均質物室５と連通する均質物隙間が形成されている。

さらに、塗布ヘッドの先端には塗布室７が設けられ、塗布室７は均質物隙間を介して均質物室５に連通し、塗布室７はスラリーを基材１に接触させる塗布領域を有し、塗布室７には圧力センサ９が配置されている。図１に示すように、塗布室７の一側は均質物間隙に連通し、他側は開口側であり、この開口側の形状は塗布される基材１の形状に適合し、塗布される基材１は、塗布室７の開口側をちょうど閉じ、上方にのみ出口を残すことができる。この出口は塗布領域の後側に位置し、調整板８が固設されている。ここで説明する必要があるのは、「出口が塗布領域の後側に位置する」とは、基材１の運動方向に沿って、基材１が先に塗布領域を通過してから、調整板８を通過することを意味する。図１における矢印方向は、基材１の運動方向である。

調整板８は円弧板であり、その長さは塗布ヘッドの長さと一致し、そのラジアンはパワーローラ２上の基材１の曲率と同じか近く、塗布ヘッドの上型３に固設され、基材１の表面と平行である。調整板８の基材１に最も近い壁面では、各点から基材１までの垂直距離が等しいか近く（各点から基材１までの垂直距離の差は０～３ｍｍ）、この距離を調整することで塗布厚さを調整することができる。本実施例では、調整板８の基材１に最も近い壁面の弧長が３ｍｍより大きく、基材１の運動方向において、調整板８と基材１との間の隙間幅が３ｍｍより大きくなり、スラリーの均一化流動をより良くすることができる。

塗布時に、スラリーは均質物間隙を通って均質物室５から塗布室７内に入り、塗布室７内で基材１表面に付着し、基材１が塗布室７の出口方向に移動するにつれて、出口で調整板８によって遮断され、所定の厚さのコーティングが形成される。

より具体的に、塗布ヘッド上のスラリー入口１３は、下型４の側面の中間位置に設けられている。本実施形態では、塗布下型４の両端面の中間位置には、それぞれサイドホール１２が開設されている。スラリー入口１３、サイドホール１２は、いずれも塗布ヘッドの均質物室５に連通している。

貯留タンク１７、供給管１０、還流管１１はいずれも従来構造である。ここで、供給管１０は、一端が貯留タンク１７の出口に接続され、他端が塗布ヘッドのスラリー入口１３に接続されている。還流管１１は、２つのサブ還流管と１つのメイン還流管とを含み、サブ還流管は塗布ヘッドのサイドホール１２に接続され、メイン還流管に連通し、メイン還流管は貯留タンク１７の入口に接続されている。

本実施形態では、循環ポンプ１４は供給管１０に設けられているが、状況によって、循環ポンプ１４をメイン還流管に設けてもよいことは勿論である。

均質物弁６は塗布ヘッドの上型３上に設けられ、その作動端は均質物間隙に位置し、均質物間隙を通過するスラリーの流速を断流方式で調整する。本実施形態では、均質物弁６は従来のマイクロメータ均質流調整機構であり、具体的な構成はこれ以上説明しない。

図２に示すように、本実施形態では、塗布ヘッドの両側に第１塗布板１５が固設されて塗布幅を設定し、塗布板と基材１との間に第１シール材が設けられている。実際のニーズに応じて、複数本の塗布を可能にするように、塗布ヘッドに塗布板を取り付けることもできる。例えば、塗布ヘッドに第２塗布板が被覆され、第２塗布板は少なくとも１つ設置して塗布ヘッド全体をセグメント化する必要があり、第２塗布板と基材１との接触部位に第２シール材が設けられている。また、例えば、塗布ヘッドの塗布室７に第３塗布板１６が固設され、第３塗布板１６は少なくとも１つ設置する必要があり、図３に示すように、塗布室７のみをセグメント化し、第３塗布板１６と基材１との接触部位に第３シール材が設けられている。

本実施形態の作動手順は、具体的に、以下の通りである。
スラリーを塗布室７に充填し、スラリーを塗布室７内でパワーロール２上の基材１の表面の塗布される領域に完全に接触させ、スラリーを基材１の表面に接着させ、スラリーの接着厚さは塗布される目標厚さよりも大きい。
続いて、パワーローラ２は、基材１を前方に移動させ、基材１と表面に接着したスラリーを調整板８を通過させ、余分なスラリーを遮蔽して塗布室７に残し、調整板８を通過したスラリーは基材１の表面に均一性の良いスラリーコーティングを形成する。

なお、以上に述べたのは、本考案の好適な実施形態にすぎず、本考案を限定するために使用されない。上記実施形態を参照して本考案について詳細に説明したが、当業者にとっては、上記各実施形態に記載された技術案を修正したり、その一部の技術特徴を同等に置き換えたりすることもできる。本考案の精神と原則の中で行ったいかなる修正、同等置換、改善などは、本考案の保護範囲に含まれるべきである。

１ 基材
２ パワーローラ
３ 上型
４ 下型
５ 均質物室
６ 均質物弁
７…塗布室
８…調整板
９ 圧力センサ
１０ 供給管
１１ 還流管
１２ サイドホール
１３ スラリー入口
１４ 循環ポンプ
１５ 第１塗布板
１６ 第３塗布板
１７ 貯留タンク

Claims (9)

1. 均質物室と均質物室に連通する均質物隙間を有する塗布ヘッドと、
   塗布ヘッドの均質物室を貯留タンクに連通する供給管と、
   貯留タンクと、を含む電池スラリーの塗布装置であって、
   塗布ヘッドの先端には均質物隙間に連通する塗布室が設けられ、
   塗布室は、電池スラリーを基材に接触させる塗布領域を有し、塗布室の出口は塗布領域の後側に設けられ、出口には調整板が固設されており、
   調整板の基材に最も近い壁面における各点から基材までの垂直距離の差は０～３ｍｍであり、基材の移動方向に沿って、調整板と基材との間の隙間幅は３ｍｍよりも大きい、
   ことを特徴とする電池スラリーの塗布装置。
2. 塗布ヘッドの両側には、均質物室と連通する還流管が設けられ、還流管の他端は貯留タンクと連通し、
   還流管または供給管には循環ポンプが設けられている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電池スラリーの塗布装置。
3. 塗布ヘッドの塗布室には圧力センサが配置されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電池スラリーの塗布装置。
4. 塗布ヘッドの両側には第１塗布板が固設され、第１塗布板と基材との間には第１シール材が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の電池スラリーの塗布装置。
5. 塗布ヘッドには少なくとも１つの第２塗布板が被覆され、第２塗布板と基材との間には第２シール材が設けられている、
   ことを特徴とする請求項４に記載の電池スラリーの塗布装置。
6. 塗布室には少なくとも１つの第３塗布板が固設され、第３塗布板と基材との間には第３シール材が設けられている、
   ことを特徴とする請求項４に記載の電池スラリーの塗布装置。
7. 塗布ヘッドは嵌合する上型と下型を含み、上型には均質物弁が設けられ、下型には前記均質物室が設けられ、上型と下型の間には前記均質物隙間が形成され、
   均質物弁の作動端は均質物隙間に位置している、
   ことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の電池スラリーの塗布装置。
8. 塗布ヘッドは嵌合する上型と下型を含み、上型には均質物弁が設けられ、下型には前記均質物室が設けられ、上型と下型の間には前記均質物隙間が形成され、
   均質物弁の作動端は均質物隙間に位置している、
   ことを特徴とする請求項５に記載の電池スラリーの塗布装置。
9. 塗布ヘッドは嵌合する上型と下型を含み、上型には均質物弁が設けられ、下型には前記均質物室が設けられ、上型と下型の間には前記均質物隙間が形成され、
   均質物弁の作動端は均質物隙間に位置している、
   ことを特徴とする請求項６に記載の電池スラリーの塗布装置。