JP3817938B2 - 電池電極材料加工用ロールプレス装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池電極材料の厚さと、塗着された合剤の密度の調整を行うロールプレス装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から一般的に、電池用電極材料としては図４に示すような、フープ状をした、集電体としての働きも兼ねる金属箔、ラスメタル、パンチングメタルなどの芯材２２の両側表面に活物質を主成分とする合剤を、芯材の幅方向の両端部に僅かに非塗着部を残し、長さ方向には連続的に、且つ、均一な厚さに塗着・乾燥したものが用いられていた。そしてこの芯材２２の表面に塗着された合剤の厚さと合剤の密度調節用に用いられているロールプレスとしては、図３にその主要部の正面断面図を示すような装置が用いられていたのであるが、図３を参照しながら簡単にその構成を説明する。
【０００３】
上下一対の、等速で反対方向に回転する円筒状ローラー２の軸芯を、被加工物である電極材料２１に応じて、ねじやクサビ状部品、さらに、ロールプレスのフレームなどを利用して所定の間隔を隔てて固定しておき、前記一対のローラーの円筒外周面で電極材料表面を挟み、円筒状ローラー２の周速に略一致する速度で、フ−プ状の電極材料２１を前記の一対のローラー２の外周間の隙間を通過させながら移送する間に、電極材料２１の厚さ方向に加圧力を加えて、活物質塗着層２３の厚さを薄くし、同時に活物質の密度を高め、被加工材料毎に定められた値に調整する装置である。
【０００４】
この装置によれば、前記の一対のローラー２の円筒面で電極材料２１を挟み、ローラー２の回転を利用して移送しながら、電極材料２１の厚さ方向に圧縮力を加えると、両端を軸受けにより回転可能に支持された一対のローラーはその反力により、ローラー２の長さ方向の中央部において、その軸芯間距離を互いに遠ざける方向に曲がり、この為に、ロールプレス加工されたフープ状電極材料２１は、その幅方向の中央部が、両端付近と比べて、厚くなる傾向がある。さらに、圧縮力を大きくして、少ないロールプレス加工の回数で、電極材料２１の厚さや活物質の密度を、所定の値に収めようとすると、一層加圧ローラーの曲がりは大きくなり、ロールプレスのフレーム１は伸び、各部の遊びや、締結部の欠点などが表面化して、ロールプレス加工された電極材料２１の厚さの均一性は益々損なわれる傾向となる。
【０００５】
さらに、フープ状電極材料から、電極板としての所定の形状に裁断して、リード線の接続加工を行ったり、正負の電極板をセパレーターを介して積層し、渦巻状に巻き上げて、電池ケース内に収容可能な形状に加工する場合には、図４に示す様な、フープ状の芯材２２に対して、連続して均等な厚さに活物質からなる合剤を塗着したフープ状電極材料２１より、図２に示すように芯材２２の表裏両面の長さ方向に断続的に、且つ、間欠状になるよう活物質を塗着することで活物質を塗着していない部分２４を設け、その間欠状の活物質層２３の塗着位置を芯材２２の表裏両面に対してずらしたフープ状電極材料２０のほうが、リード線接続の為の活物質層２３の除去の工数が不要となり、さらに高価な活物質の使用量の削減も可能となり好ましい。
【０００６】
しかし、一対の加圧用ローラーの軸間距離を、ねじやクサビなどを利用して機械的に所定の値に固定する、従来方式のロールプレス装置を、フープ状電極材料の長さ方向に、活物質が間欠的に塗着されたり、図２に示すように活物質を塗着していない部分や活物質層２３の位置が芯材２２の表裏両面に対してずらしていることでフープ状電極材料２０の厚さが２種類以上あり、厚さが急変する段差を設けたフープ状電極材料２０に対して用いた場合には、一対の加圧ローラー間を電極材料の段差部が通過する毎に、衝撃が発生し種々のトラブルが発生したり、フープ状電極材料２０の厚さが薄い部分に対しては、所定の値まで密度を高める為に必要な加圧力を加えることが出来ないという場合も発生する。
【０００７】
なお、特開平５−２０５７３８号公報に於いては、電極芯材に対して間欠的にペースト状活物質を塗着・乾燥した後、引き続いてロールプレス加工を加える、電極材料の製造方法が開示されているが、その製造工程に於いて用いられる、ロールプレス装置の構成、構造などについては、一切開示されていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来から一般的に用いられていたロールプレス装置においては、加圧力を高めてロールプレス加工の加工回数を削減しようとすると、円筒状の加圧ローラに曲がりが発生して、ロールプレス加工されたフープ状電極材料の厚さが不均一となる傾向がある為に、品質を犠牲にしないと生産性を高めることが困難であった。さらに、最近の技術の進歩に連れて、電極材料として、芯材の両面に間欠状に活物質を塗着したり、活物質を塗着しなかったり、芯材上の塗着位置をずらして塗り分けた、電極材料が求められる様になっているが、このような電極材料が２種類以上の厚さから構成されたフープ状電極材料に対しても、均一な厚さ及び、密度を得ることができる電池電極材料加工用ロールプレス装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題を解決するために、一対の加圧用ローラーの軸芯間隔を、被加工物である電極材料に応じて所定の距離に固定するのではなく、液圧シリンダーを利用して、加圧ローラーの左右両側に設けられた軸受け部に対して、一対の加圧ローラー間隔をせばめる方向に、所定の加圧力を加えることにより、芯材の両面に塗着された活物質層の厚さを薄くし、同時に芯材の両面に塗着された活物質の密度を高くすることにより、電池容量の増加を達成しようとするものであるが、前記の一対の加圧ローラー間隔は固定されていないので、電極材料の厚さに応じて、無段階にその加圧ローラー間隔を追従させながら、電極材料の厚さを薄くする方向に加圧力を加えることが出来る。なお、間欠状に活物質が塗着され、且つ活物質層の塗着位置が芯材の両面に対してずれた部分や、芯材の両面に活物質が塗着されていない部分などについては、間座（一種の寸法固定式ストッパーで、一般的には円板状の鋼製ブロックを用いる）を利用することにより、一対の加圧ローラー間隔は被加工物毎に定められる最小間隔を越えて狭くなることはないので、不必要に過剰な加圧力を加えることは無い。又、一対の加圧ローラー間に、液圧シリンダーにより強い加圧力を加え電極材料に圧縮力を加えると、加圧ローラー軸芯はその反力を受けて軸芯間距離を広げる方向に曲がるが、その悪影響の防止対策の一つとして、加圧ローラーの中央部を両端部より僅かに太くすることにより、加圧ローラーの僅かな曲がりであれば、加圧ローラーの中央部が太くなっていることにより相互に相殺しあって、悪影響を受けにくくすることが出来る。さらに、二つ目の対策として、加圧ローラーの両端部近くに設けられた主軸受けよりもさらに端部近くの、加圧ローラーの両側端部に曲がり補正用の液圧シリンダーを設け、加圧ローラーの軸芯間隔を広げる方向の力を加えることにより、加圧ローラーの中央部においては、主軸受け部を支点として、加圧ローラー軸芯間隔は狭められる方向の力を受けることになり、加圧ローラーの曲がりを小さく押さえる効果がある。これら二種類の対策により、電極材料に強い加圧力を加えようとすると、加圧ローラーが曲がり電極材料の厚さが不均一に成り易いという欠点を解消することが出来る。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照しながら本発明の一実施の形態について説明する。図２に示すようなフープ状をした芯材２２の両面に、同一厚さの活物質層２３を、裏と表で僅かに芯材の長さ方向の塗着位置をずらせて間欠的に塗着後、乾燥して製造した、リチウム２次電池用電極材料に対して、図１に示すロールプレス装置を用いて、ロールプレス加工を施し、塗着活物質層の密度の均一化と高密度化、及び厚さ調整を行った結果を簡単に報告する。
【００１１】
図１には、本発明のロールプレス装置の主要部の正面図を示すが、上下に配設した一対の加圧ローラーの内、下側ローラー２ａはローラーの左右両側に設けた軸受５と軸受ハウジング７を介してフレーム１に、軸芯の回りに回転可能な状態で、軸芯の位置を固定されている。上側のローラー２ｂは、ローラーの左右両側に設けた軸受３と軸受ハウジング６を介して、フレーム１に設けられたガイドに沿って上下方向に摺動可能で、且つ、軸芯の回りに回転可能な構造となっている。これらの一対の加圧ローラーの右端部には、動力伝達用のモジュールの大きな歯車が、相互に噛み合う状態に取りつけられており、駆動源１１からの回転力が、原動歯車１０を経由して従動歯車９と従動歯車８に伝えられる。歯車８と歯車９は同一歯数に設定され、且つ直接噛み合っている為に、上下一対の加圧ローラーは、同一の周速で反対方向に回転する構造となっている。
【００１２】
左右の軸受ハウジング６の上部には、一対の加圧ローラー２ａ、２ｂの軸芯間隔を相互に接近させる方向の力を加え、前記のローラー間に供給されたフープ状電極材料２０に圧縮力を加え、厚さを調節すると共に芯材の表面に塗着された活物質２３の密度を高める為の、液圧シリンダー１２がフレーム１の上部に固定されている。従って、前記の一対の加圧ローラー間に供給された電極材料２０は、ローラーの回転に伴って、ローラーの周速とほぼ一致する速度で移送されるが、その途中において一対のローラーの隙間を通過する際に、厚さは圧縮されて薄くなると同時に、塗着された活物質の密度は高められる。
【００１３】
この装置において、前記の一対の加圧ローラーで、フープ状電極材料２０に対して強い圧縮力を加えると、電極材料からの反力により、加圧ローラーの軸芯間隔を広げる方向の力が生じて、加圧ローラーは曲がり、電極材料の板厚の均一性が損なわれる傾向が生じる。この加圧ローラーの曲がりによる悪影響を緩和する為に、図１においては、誇張して示しているが、加圧ローラーの中央部を両端部より僅かに太い形状（ローラー径φ５００、長さ８２０ｍｍの場合で、直径の差は２０μ程度）としたものを用いて、ローラー外周の電極材料と接触する部分については、曲がりと相殺させる。また、加圧ローラーの外周部の真直度を維持させると共に、加圧ローラーを曲がりにくくする為に、上下一対の加圧ローラーのそれぞれの主軸受３と主軸受５よりも、さらに加圧ローラーの両端部近くに曲がり補正シリンダー１３を設け、前記シリンダーのピストンロッドを突出させて、加圧ローラーの軸芯間隔を広げる方向の力を働かせることにより、主軸受３と主軸受５を支点として、主軸受３と主軸受５に挟まれた加圧ローラーの中央部に於いては、加圧ローラーの軸芯間距離を相互に接近させる方向に曲げようとする力を受けるので、加圧ローラーが電極材料から受ける力と相互に相殺することになり、電極材料２０に大きな加圧力を加えても、加圧ローラーの変形が大きくなることにより、ロールプレス加工された電極材料の厚さの均一性が損なわれるということは、ほとんど無くなる。
【００１４】
また、この装置によれば図２の電極材料２０における活物質を塗着していない部分２４が非連続的に存在する場合でも電極材料２０の所定の厚さに対応して定められる間座１４により不必要に加圧ロ−ラ−２の間隔が狭められることはなく活物質を塗着してない部分２４が通過しても衝撃等は生じないようにしている。
【００１５】
上記のロールプレス装置を用いて６００ｍｍ幅の、アルミ箔からなる芯材の両面に対して間欠的に活物質を塗着したリチウム２次電池の正極用電極材料に、ロールプレス加工を施した加工条件の一例を記すと、加圧力を１００ｔｏｎｆ（２本の液圧シリンダー１２による加圧力から、２本の曲がり補正用シリンダー１３による加圧力を差し引いた力）として、電極材料を４０ｍ／ｍｉｎの送り速度で、ロール間を数回繰り返して通すことにより、電極材料の厚さは３００μから１５０μに減少し、厚さの部分的なバラツキについては、幅方向の中央部が両端部より数μ程度厚くなる傾向が認められたが、電極材料として充分に利用できる程度に収めることが出来た。
【００１６】
また、一対の加圧ローラーの隙間を、電極材料の両面に対して活物質の塗着位置をずらして間欠状に塗着した部分や活物質を塗着していない部分で電極材料の厚さが急変する段差のある部分が通過する場合にも、僅かな衝撃音が発生する程度で、加工に際して全く問題は無かった。又、加圧ローラーの中央部を僅かに太くしたことにより、加圧ローラーの周速がフープ材の幅方向により僅かながらも異なり、ローラー外周表面と電極材料とのスリップ量が部分的に異なることから来ると予想される悪影響が特に顕在化するということも無かった。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように本発明を利用することにより、加圧ローラの曲がりの悪影響を軽減することが可能となり、従来よりも大きな加圧力を電極材料に対して加えることが出来るようになったので、ロールプレス加工の加工回数を削減出来、品質と生産性の向上を同時に達成できた。さらに、従来のロールプレス装置においては、加工困難と考えられていた、電極材料の長さ方向に活物質を間欠状になるよう塗着したり、活物質を塗着していない部分や電池電極用芯材の両面に対して活物質の塗着位置をずらせたて間欠状になるよう塗着したりした電池電極材料の厚さが２種類以上に異なる電極材料に対しても、加工を容易に行うことが出来るようになったので、活物質塗着工程における材料使用量の削減と、活物質の塗着不要部における、活物質除去工数の削減も可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のロールプレス主要部の正面断面図
【図２】 活物質が間欠状に塗着され、且つ、電池電極材料の厚さが３種類から構成された二次電池用電極材料の斜視図
【図３】 従来のロールプレス主要部の正面断面図
【図４】 長さ方向に連続的、且つ、均一な厚さに塗着された電極材料の斜視図
【符号の説明】
１ ロールプレスフレーム
２ 加圧ローラー
３ 上側主軸受け
４ ローラー間隔調節ねじ
５ 下側主軸受け
６ 上側軸受けハウジング（摺動可能）
７ 下側軸受けハウジング（固定）
８ 従動歯車
９ 従動歯車
１０ 原動歯車
１１ 回転駆動源
１２ 液圧シリンダー
１３ 曲がり補正用シリンダー
１４ 間座（ストッパー）
１５ 曲がり補正用シリンダージョイント部
１６ 軸受け
１７ 回り止め
２０ フープ状電極材料（活物質を間欠状に塗着、且つ、電極材料の厚さ３種類）
２１ フープ状電極材料（長さ方向に連続的に、且つ、均一な厚さに塗着）
２２ 芯材
２３ 活物質層
２４ 活物質を塗着してない部分

Claims (3)

1. フープ状をした長尺の電池電極用芯材の両面に、芯材の長さ方向に活物質を間欠状になるよう塗着して前記活物質を塗着していない部分を有し、または間欠状になるよう前記活物質の塗着した部分の位置が前記電池電極用芯材の両面に対してずらして塗着した前記電池電極用材料を、一対の等速で反対方向に回転する加圧ローラーで挟み、前記加圧ローラーの隙間を通過させながら圧縮して、前記電池電極材料の厚さと前記活物質の密度を調節する為のロールプレス装置に於いて、液圧シリンダーを利用して、前記加圧ローラーの軸芯間距離を狭める方向に力を加え、前記一対の加圧ローラーの軸芯距離を所定以上に接近させないように機械的に制限する間座を設置したことにより、被加工物である前記電池電極用材料の活物質を塗着していない部分の厚さに応じて前記一対の加圧用ローラーの軸芯間距離を規制しながらロールプレス加工することの可能な電池電極材料加工用ロールプレス装置。
2. フープ状をした長尺の電池電極用材料を挟む一対の加圧ローラーと、前記一対の加圧ローラーを所定の位置にて回転可能に支えるロールプレスフレーム及び軸受けと、前記一対の加圧ローラーの軸芯を結ぶ方向に加圧力を加える一対の液圧シリンダーと、前記一対の加圧ローラーの軸芯間距離を所定値以下には接近させないように機械的に制限する間座と、前記一対の加圧ローラーに対して回転駆動力を伝達する駆動源とから構成され、前記の加圧ローラーの径はセンター部分で太く、両端部に接近するにつれてなだらかに細くなる形状であることを特徴とする請求項１に記載の電池電極材料加工用ロールプレス装置。
3. 活物質を塗着した部分のロールプレス加工の際は、一対の液圧シリンダーと曲がり補正用液圧シリンダーで一対の加圧ローラー間の加圧力を所定の値に保ち、活物質を塗着していない部分のロールプレス加工の際は、前記一対の液圧シリンダーと曲がり補正用シリンダー及び前記一対の加圧ローラーの軸芯距離を所定以上に接近させないように機械的に制限する一対の間座により前記一対の加圧ローラー軸芯間の距離を所定の値に保ちつつロールプレス加工を行う請求項１に記載の電池電極材料加工用ロールプレス装置。

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