JP3539044B2 - 帯状部材のホットプレス装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池の電極用の帯
状部材を加熱して圧延するための帯状部材のホットプレ
ス装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】携帯型パーソナルコンピュータや、カメ
ラ一体型のビデオテープレコーダ、携帯電話あるいはコ
ンパクトディスクプレーヤーのような光ディスク装置の
普及により、リチウムイオン電池のような２次電池の採
用が広がってきている。通常用いられているリチウムイ
オン電池は、帯状の金属箔集電体に電極合剤を塗布した
積層体を渦巻状に巻き取ったものを用いている。このよ
うに巻き取ったリチウムイオン電池の内容物は、たとえ
ば円筒型のケース内に密封してケースに対してプラス電
極とマイナス電極を設けることで、充電型の電池として
用いることができる。このような帯状の金属箔集電体に
電極合剤を塗布した積層体を作る場合には、電極合剤の
粒子がバインダーによりしっかりと固定されている必要
があるとともに、バインダー内に高い密度で粒子が配置
されている必要がある。そこで、図７に示すようなホッ
トプレス装置が用いられている。

【０００３】図７の従来のプレス装置は、送り出し側巻
枠１１６から送り出される帯状部材である積層体Ｗが、
ガイドロール１１８ａ，１１８ｂを介して、固定ロール
１１２と可動ロール１１０の間を通り、ガイドロール１
１８Ｃを介して巻取り側巻枠１１７に巻き取られるよう
になっている。これらの固定ロール１１２と可動ロール
１１０は、剛性を有するスチールロールであり、可動ロ
ール１１０と固定ロール１１２が積層体Ｗを加熱して圧
延するようになっている。つまり、積層体Ｗは１回の加
熱圧延作業（１ニップ）で加熱・圧延している。この加
熱圧延により電極合剤中の粒子をバインダーで固定し
て、粒子の脱落を防止しようとしている。

【０００４】このように積層体Ｗを可動ロール１１０と
固定ロール１１２により加圧して圧延する場合には、可
動ロール１１０が油圧シリンダー１１４の作動により、
固定ロール１１２側に移動して加圧される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、可動ロール
１１０と固定ロール１１２は熱により反る現象、いわゆ
るサンマルクラウンが生じるので、両ロール１１０、１
１２はこの反る現象を考慮した設計にしなければならな
い。そうでないと、加熱処理温度と圧延荷重による撓み
が、ピンポイントの条件、つまりある特定の積層体Ｗの
厚み、ある特定の積層体Ｗの幅や、ある特定の積層体Ｗ
の材質しか対応できず、積層体Ｗの厚みが変わったり幅
が変わったりあるいは使用している材質が変わる等の種
々の品種が変わるとそれに対応するための切替時間が、
積層体Ｗの加熱圧延作業に時間的なロスを生じてしま
う。可動ロール１１０と固定ロール１１２が双方とも剛
性を有するスチールロールであるために、油圧シリンダ
ー１１４の加圧力を調整したとしても、積層体Ｗの幅方
向に関して均一な圧延処理を施すことが難しく、積層体
Ｗの特性のバラツキが大きいという問題がある。

【０００６】また積層体Ｗの圧延速度を上げようすとる
と、加熱ロールである可動ロール１１０の温度が低下し
てしまい、やはり積層体Ｗの加熱圧延後の特性が劣化し
てしまうという問題がある。つまり、積層体Ｗにおける
電極合剤の粒子の脱落が生じて、粒子の密度が低くな
り、しかも平滑な平面性を得られなくなる。そこで本発
明は上記課題を解消するためになされたものであり、帯
状部材の品質の向上が図れかつ加熱圧延処理速度を向上
することができる帯状部材のホットプレス装置を提供す
ることを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明にあ
っては、電池の電極用の帯状部材を加熱して圧延する帯
状部材のホットプレス装置であり、帯状部材を加熱する
ための加熱手段を有し、剛性を有する第１ロールと、第
１ロールに並べて配置される剛性を有する第２ロール
と、第１ロールと第２ロールの間に配置されて、帯状部
材を第１ロールと第２ロールの間で挟んで加圧するため
に弾性を有する第３ロールとを有し、帯状部材は、第１
ロールと第３ロールにより加熱しながら圧延され、第２
ロールと第３ロールにより圧延されることを特徴とする
帯状部材のホットプレス装置により、達成される。

【０００８】帯状部材は、第１ロールと第３ロールによ
り加熱しながら圧延され、かつ第２ロールと第３ロール
により圧延される。この場合に、帯状部材は、剛性を有
する第１ロールと第２ロールおよび弾性を有する第３ロ
ールを用いることで、第３ロールが第１ロールと第２ロ
ールの撓み分を吸収できることから、積層体Ｗに対して
均一な加圧力と加熱分布を与えることができ、帯状部材
の幅方向における帯状部材の特性の均一化が図れる。

【０００９】第１ロールと第２ロールが、第３ロールと
の協働により、帯状部材を加熱しなから圧延できるの
で、帯状部材にしわを発生させずに帯状部材を安定して
走行させることができる。帯状部材が金属箔集電体に電
極合剤を積層した積層体である場合には、加熱及び圧延
により電極合剤の粒子が、バインダーによりしっかりと
固定されるので、粒子の脱落がなくなる。アキュームレ
ータ手段が第１ロールと第３ロールを通った帯状部材の
延びを吸収するようにすれば、帯状部材の金属箔集電体
にはしわが発生せずより安定した走行をさせることがで
きる。第１ロール、第２ロール、および第３ロールから
なる圧延手段に対して帯状部材が入る前に、予熱手段が
帯状部材を予熱することによって、さらに帯状部材の加
熱圧延作業の高速化が図れる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、
技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明
の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨
の記載がない限り、これらの形態に限られるものではな
い。

【００１１】図１は、本発明の帯状部材のホットプレス
装置の全体を示しており、図２は、図１の圧延手段の部
分を示す斜視図である。図１と図２において、帯状部材
のホットプレス装置は、圧延手段２１０、送り出し側巻
枠１６、予熱手段としての予熱ロール１３、巻取り側巻
枠１７、アキュームレータ手段１５および複数のガイド
ローラ１８ａ〜１８ｄ、制御部１００等を備えている。

【００１２】まず圧延手段２１０について説明する。圧
延手段２１０は、送り出し側巻枠１６と巻取り側巻枠１
７の間の工程に配置されている。圧延手段２１０は、送
り出し側巻枠１６から送り出されてくる帯状部材として
の積層体３に対して加熱して圧延して、均一な厚さの積
層体３を得て、巻取り側巻枠１７側に巻取らせるための
手段である。圧延手段２１０は、図１と図２に示すよう
に、弾性を有する弾性ロール１１と、可動ロール１０、
そして固定ロール１２を備えている。弾性ロール（第３
ロールに相当する）１１は、スチール製のロール芯の周
囲面に弾性体１１ａを設けたものでいる。この弾性体１
１ａの材質としては、熱に強い、たとえばフイラー入り
で硬度の高い（９４°〜９６°）弾性ロールを採用する
ことができる。

【００１３】弾性ロール１１の軸１１ｂは、取付枠１０
ｂに回転可能に支持されている。固定ロール（第１ロー
ルに相当する）１２は、弾性ロール１１の下側に位置し
ており、剛性を有するロールである。この固定ロール１
２は、たとえばスチールロールであり、モータ１２ａに
より矢印Ｒ方向に回転するようになっている。固定ロー
ル１２の軸は、支持板１６に対して回転可能に支持され
ている。可動ロール（第２ロールに相当する）１０は、
弾性ロール１１の上側に位置しており、剛性を有するロ
ールであり、たとえばスチールロールが採用されてい
る。可動ロール１０の軸１０ａは、取付枠１０ｂに回転
可能に支持されており、モータ１０ｃの作動によりＲ方
向に回転する。この取付枠１０ｂは、油圧シリンダー１
４により、矢印Ｚ方向にその位置を微調整することがで
きる。弾性ロール１１の軸１１ｆは、案内板１９ｈによ
り上下動可能である。つまり油圧シリンダー１４の作動
により、可動ロール１０と弾性ロール１１は、固定ロー
ル１２に対して押し付けたりあるいは離したりすること
が可能である。可動ロール１０の直径は、弾性ロール１
１と固定ロール１２の直径とほぼ同じである。

【００１４】このようにして、上から順番に可動ロール
１０、弾性ロール１１、固定ロール１２が直列に配列さ
れている。固定ロール１２は、加熱ヒータ２８を備えて
いる。この加熱ヒータ２８は、加熱して圧延しようとす
る積層体３を加熱するものである。加熱ヒータ２８は、
加熱用電源４８に接続されており、加熱用電源４８から
の電流の供給により、加熱ヒータ２８は、通過する積層
体３を加熱することができる。

【００１５】ここで、対象物である帯状部材の一例とし
て、積層体３の積層構造例を図３と図４を参照して説明
する。積層体３は、一枚の金属箔集電体１と、電極合剤
２，２を積層したものである。金属箔集電体１は、たと
えば銅やアルミニウムからなる箔である。この金属箔集
電体１の両面には、上述した電極合剤２，２が積層され
ている。電極合剤２は、多数の粒子２ａとこれらの粒子
２ａを相互に結合するバインダー２ｂから構成されてい
る。つまりバインダー２ｂ中には、多数の粒子２ａが拡
散されている。電極合剤２，２は、金属箔集電体１の両
面にたとえば塗布することにより配置されている。尚、
図３と図４では、積層体３の表示は、各ロールの表示に
比べて誇張している。

【００１６】図１のアキュームレータ手段１５は、弾性
ロール１１に近い位置で、金属箔集電体１の延びた分
を、吸収するものである。つまりこのアキュームレータ
手段１５は、好ましくは２本のガイドロール１５ａ，１
５ａを備えており、固定ロール１２と弾性ロール１１で
加熱して圧延された積層体３金属箔導電体１は、アキュ
ームレータ手段１５のガイドロール１５ａ，１５ａによ
り、その延びた分を吸収することができる。具体的に
は、各ガイドロール１５ａはロッドレスシリンダ１５ｂ
の作動により弾性ロール１１側へ移動して位置決めでき
るようになっていて、金属箔導電体１の電極合剤２，２
に比べて延びた分を吸収して、積層体３にしわが生じな
いようにする働きがある。つまり、固定ロール１２＆弾
性ロール１１と弾性ロール１１＆可動ロール１０の間で
延びた金属箔導電体１はロッドレスシリンダ１５ｂに固
定されたガイドロール１５ａによって延びた部分に一定
張力が与えられ延びが吸収される機構になっている。

【００１７】固定ロール１２と送り出し側巻枠１６の間
には、積層体３を予備加熱するための予熱ロール１３が
配置されている。この予熱ロール（プレヒータロール）
は、内部に加熱ヒータ１３ａを備えており、加熱用電源
４８からの電流の供給により、積層体３を予め加熱する
ことができる。送り出し側巻枠１６は、モータ１６ａの
作動により、所定の速度で積層体３を送り出すことがで
きる。同様にして巻取り側巻枠１７は、モータ１７ａの
作動により、積層体３をスムーズに巻き取ることができ
る。

【００１８】次に、上述した帯状部材のホットプレス装
置を用いて、一例として円筒型のリチウムイオン２次電
池用の電池電極を製造する製造方法について説明する。
図１の送り出し側巻枠１６は予め積層体３を貯蔵してい
る。この送り出し側巻枠１６、圧延手段２１０と巻取り
側巻枠１７の間には、すでに積層体３が配置されてお
り、積層体３の先端部は巻取り側巻枠１７に取付けられ
ている。送り出し側巻枠１６のモータ１６ａが作動する
とともに、巻取り側巻枠１７のモータ１７ａが作動し、
しかも図２のモータ１２ａ，１２ｃが作動することによ
り、積層体３は、送り出し側巻枠１６、圧延手段２１０
等を経て巻取り側巻枠１７に送られることになる。

【００１９】詳細には、送り出し側巻枠１６から送り出
された積層体３は、ガイドロール１８ａ，１８ｂを経て
予熱ロール１３により予備加熱される。予熱ロール１３
が積層体３を予備加熱すると、金属箔集電体１が圧延す
る前にある程度加熱されることになる。予備加熱された
積層体３はガイドロール１８ｃを経て固定ロール１２の
周囲面に達する。そして積層体３は、図１と図３に示す
ように弾性ロール１１と固定ロール１２の間で加熱され
るとともに圧延される。積層体３が加熱されかつ圧延さ
れると、電極合剤２のバインダー２ｂが溶けて、粒子２
ａがこのバインダー２ｂによりしっかりと固定されると
ともに、圧延により粒子２ａの積層体３の幅方向におけ
る粒子分布が均一になる。つまり、弾性ロール１１が固
定ロール１２の熱による撓み分を吸収して、弾性ロール
１１と固定ロール１２が積層体３を幅方向に関して均一
に圧延することができ、粒子２ａの幅方向における粒子
分布が均一になる。

【００２０】次に加熱されかつ圧延された積層体３は、
アキュームレータ手段１５のガイドロール１５ａ，１５
ａを通る。このガイドロール１５ａ，１５ａは、固定ロ
ール１２と弾性ロール１１を通った積層体３の金属箔集
電体１の延びを吸収する。すなわち、ガイドロール１５
ａ，１５ａは固定ロール１２と弾性ロール１１の間を通
ってきた積層体３を適度にＥ方向に引張り、しかも引張
られた状態の積層体３を可動ロール１０と弾性ロール１
１の間に導く働きをする。その後に、積層体３は可動ロ
ール１０と弾性ロール１１の間を通るので、さらに圧延
される。ここで積層体３は、さらに圧延されることから
図４のように、粒子の積層体３の幅方向における分布を
より均一化することができる。このように加圧して圧延
された積層体３は、ガイドロール１８を経て巻取り側巻
枠１７に巻き取られる。

【００２１】上述したようにして、積層体３が予熱ロー
ル１３で予備加熱され、積層体３が弾性ロール１１と固
定ロール１２の間、そして可動ロール１０と弾性ロール
１１の間を通ることで、加熱圧延されるので、電極合剤
２の粒子２ａがバインダー２ｂにより確実に固定される
とともにその粒子２ａの積層体３の幅方向における分布
を均一化することができ、粒子２ａのバインダー２ｂか
らの脱落が起こりにくくなる。したがって、粒子２ａの
密度の高い平滑な表面性を有する積層体３を作ることが
できる。しかもバインダー２ｂによる粒子２ａの保持固
定能力が向上するばかりでなく、金属箔集電体１に対す
る電極合剤２の接着強度が向上するので、より品質の優
れた積層体３を作ることができる。

【００２２】予熱ロール１３により積層体３が予備加熱
されるので、圧延手段１１０の弾性ロール１１、固定ロ
ール１２の間および弾性ロール１１と可動ロール１０の
間を通すための速度を向上することができる。従って積
層体３の加熱圧延工程における作業時間を短縮すること
ができ、生産性が向上する。

【００２３】また圧延手段１１０の真ん中のロールが弾
性ロール１１であるので、この弾性ロール１１が、可動
ロール１０と固定ロール１２の撓みを吸収できることか
ら、積層体３の圧延処理の条件範囲を広くすることがで
きる。しかも、圧延手段２１０において、弾性ロール１
１の存在により、積層体３を僅かに、弾性ロール１１と
固定ロール１２の間および可動ロール１０と弾性ロール
１１の間で滑らせることで、積層体３の表面はより平滑
な面となる。

【００２４】積層体３を固定ロール１２と弾性ロール１
１の間、そして弾性ロール１１と可動ロール１０の合計
２回（２ニップ）通すことで生じる金属箔集電体１の延
びは、アキュームレータ手段１５のガイドロール１５
ａ，１５ａの存在により吸収することができるので、固
定ロール１２と弾性ロール１１の間を通る積層体３にし
わが生じたり、あるいは可動ロール１０と弾性ロール１
１の間を通る積層体３にしわが生じるといった不具合が
発生せず、積層体３は弾性ロール１１、固定ロール１２
の間および可動ロール１０と弾性ロール１１の間を安定
して通過することができる。また、アキュームレータ手
段１５は積層体３の厚みをコントロールできる。アキュ
ームレータ手段１５が、上述したように、圧延手段１１
０を通る積層体３の延び（延びによるしわ）を吸収する
ことができるので、積層体３を圧延手段２１０に通す送
りスピード（ライン速度）を上げても、積層体３が圧延
手段２１０の中で詰まったりしわが生じたりすることが
なくなる。

【００２５】図５は、上述したホットプレス装置の加熱
圧延条件の一例を示している。図１の送り出し側巻枠１
６の送出張力が１０．０〜１５．０プラスマイナス１ｋ
ｇであり、積層体３のライン速度は３０ｍ／分である。

【００２６】図１の巻取り側巻枠１７の巻取張力は、１
０．０〜１５．０プラスマイナス１ｋｇであり、ゲージ
圧力は７５．０プラスマイナス２ｋｇ／ｃｍ² （線圧５
５０ｋｇ／ｃｍ）であるが、このゲージ圧力とは、可動
ロールを加圧する油圧シリンダー１４の圧力計の圧力の
ことである。固定ロール１２の温度、すなわちボトムロ
ール温度は、１４０プラスマイナス５℃であり、予熱ロ
ール１３の温度、すなわちプレヒーターロール温度は、
やはり１４０℃プラスマイナス５℃である。

【００２７】このような条件で加熱して圧延された積層
体３の特性の一例を図６に示している。図６に示すよう
に、積層体３における粒子２ａの面積密度は、その積層
体３の幅方向に沿ってほぼ均一な状態（平均値を参照）
になっている。

【００２８】ところで本発明は上記発明の実施の形態に
限定されるものではない。たとえば、上述した本発明の
実施の形態では、円筒型あるいは平型のリチウムイオン
電池のケースの中に収容する電極の製造を例にあげてい
るが、これに限らず、本発明は他の種類の電池の電極を
製造することも可能である。また、可動ロール１０と弾
性ロール１１の矢印Ｚ方向の移動は、油圧シリンダー１
４で行っているが、これに限らず他の種類のアクチュエ
ータを用いることも可能である。可動ロール１０のモー
タ１０ｃは削除することもできる。予熱ロール１３は、
必要に応じて、削除することも可能である。またアキュ
ームレータ手段１５は、積層体３の搬送速度によって
は、削除することも可能である。可動ロール１０には、
固定ロール１２と同様に加熱ヒータを設けることもでき
る。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
帯状部材の品質の向上が図れかつ加熱圧延速度を向上す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の帯状部材のホットプレス装置を示す
図。

【図２】図１のホットプレス装置の圧延手段を示す斜視
図。

【図３】図１の弾性ロールと固定ロールを通る積層体の
例を示しており、積層体を誇張している図。

【図４】弾性ロールと可動ロールを通る積層体の例を示
し、積層体を誇張して示す図。

【図５】図１のホットプレス装置の作動条件の一例を示
す図。

【図６】図５の作動条件により得られた加熱および圧延
後の積層体の特性の一例を示す図。

【図７】従来のホットプレス装置を示す図。

【符号の説明】

１・・・金属箔集電体、２・・・電極合剤、２ａ・・・
粒子、２ｂ・・・バインダー、３・・・積層体（帯状部
材）、１０・・・可動ロール（第２ロール）、１１・・
・弾性ロール（第３ロール）、１２・・・固定ロール
（第１ロール）、１３・・・予熱ロール（予熱手段）、
１６・・・送り出し側巻枠、１７・・・巻取り側巻枠、
２８・・・加熱ヒータ（加熱手段）、２１０・・・圧延
手段

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電池の電極用の帯状部材を加熱して圧延
   する帯状部材のホットプレス装置であり、 帯状部材を加熱するための加熱手段を有し、剛性を有す
   る第１ロールと、 第１ロールに並べて配置される剛性を有する第２ロール
   と、 第１ロールと第２ロールの間に配置されて、帯状部材を
   第１ロールと第２ロールの間で挟んで加圧するために弾
   性を有する第３ロールと、を有し、 帯状部材は、第１ロールと第３ロールにより加熱しなが
   ら圧延され、第２ロールと第３ロールにより圧延される
   ことを特徴とする帯状部材のホットプレス装置。
2. 【請求項２】 帯状部材は、金属箔集電体に電極合剤を
   積層した積層体である請求項１に記載の帯状部材のホッ
   トプレス装置。
3. 【請求項３】 第１ロールと第３ロールを通った帯状部
   材の延びを吸収するアキュームレータ手段を備える請求
   項２に記載の帯状部材のホットプレス装置。
4. 【請求項４】 アキュームレータ手段は、帯状部材の延
   びを吸収する少なくとも１つのガイドロールを有する請
   求項３に記載の帯状部材のホットプレス装置。
5. 【請求項５】 第１ロール、第２ロール、および第３ロ
   ールから成る圧延手段へ帯状部材が入る前に、帯状部材
   を予熱する予熱手段を備える請求項１に記載の帯状部材
   のホットプレス装置。
6. 【請求項６】 圧延手段側へ帯状部材を送りだす送り出
   し側巻枠と、圧延手段で加熱と圧延の終わった帯状部材
   を巻き取る巻き取り側巻枠を有する請求項５に記載の帯
   状部材のホットプレス装置。