JP3893731B2

JP3893731B2 - 間欠塗布装置

Info

Publication number: JP3893731B2
Application number: JP10624298A
Authority: JP
Inventors: 和雄高橋
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-04-16
Filing date: 1998-04-16
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2018-04-16
Also published as: JPH11307087A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長尺の基材シートにスラリ状の塗料を一定厚みで塗布する方法およびその装置に関し、特に基材シート上に所定長さの塗布部分と、所定長さの未塗布部分を交互に形成するための間欠塗布装置に関するもので、特に非水電解質電池の電極製造方法に適したものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に非水電解質電池は、用いる非水電解質の電気伝導度が水系電解質電池に比較して低いので、集電体である導電性支持体に形成される電解層の厚みを薄くして内部抵抗を下げる必要がある。そのため、上記非水電解質電池の円筒型電池、角型電池では電極活物質充填量を上げるため、シート状の電極を巻回した渦巻き式構造や、シート状の電極を積み重ねた積層構造が採用されている。
【０００３】
図１２に非水電解質電池として一般的なリチウムイオン二次電池の構造を示す。この電池においては、電解活物質であるリチウム酸化コバルトを主体とする電極合剤が、導電性支持体であるアルミニウム箔の表面に所定の厚さで塗布された陽極板１３０と、カーボンを主体とした電極合剤が塗布された陰極板１３１とが絶縁体からなるセパレータ１３２を介して積層状に巻回されている。
【０００４】
そして、陽極板１３０の内部端部にはアルミニウムからなる陽極リード１３３が接合されており、この陽極リード１３３は電池蓋１３４に接合されている。また、陰極板１３１の外周部には、ニッケルからなる陰極リード１３５が接合されており、この陰極リード１３５は電池缶１３６の底面に接続されている。
【０００５】
ところで、このような陽極板１３０を製造する場合には、長い帯状物を連続的に製造し、これを所定の長さに切って、個々の陽極板１３０を製造している。上記陽極板１３０においては、前述のように内部端部に陽極リード１３３を接合する必要があり、上述のように陽極板１３０用として長い帯状物を連続して製造する場合には、電極合剤を塗布した塗布部分と陽極リード１３３を接合するために電極合剤を塗布していない未塗布部分とを、順次に形成する必要がある。
【０００６】
また、陰極板１３１についても、これを製造する場合には、長い帯状物を連続的に製造し、これを所定の長さに切って個々の陰極板１３１を製造している。さらに、陰極板１３１も前述のように外周部に陰極リード１３５を接合する必要があり、上述のように陰極板１３１用の長い帯状物を連続して製造する場合には、電極合剤を塗布した塗布部分と陰極リード１３５を接続するために電極合剤を塗布していない部分とを、順次形成する必要がある。
【０００７】
そこで、上記陽極板１３０および陰極板１３１を製造する方法としては、従来より、長尺の集電体であり、導電性支持体である基材の未塗布部分となるべき部分に予めマスキングを施しておき、この長尺基材を走行させながら、塗布を行って塗布部分と未塗布部分を交互に形成する方法、長尺の基材上の全領域に塗布を行った後、未塗布部分とすべき部分を削り取って塗布部分と未塗布部分を交互に形成する方法が挙げられる。
【０００８】
このように、予めマスキングを施すか、塗布後に未塗布部分とすべき部分を削り取るといった場合の塗布方式としては、第１の方法として特開平４−２８２５５８号公報に示されるような電極活物質を含む塗料を基材の両側に押しだし成形する方法、第２の方法として特開昭６３−１１４０５８号公報や特開平３−４３９５８号公報に示されるような引き上げ方式、第３の方式として特開平１−２６７９５３号公報や特開平１−１９４２６５号公報に示されるような引き下げ方式が提案されている。
【０００９】
また、第４の塗布方式としては、複数の回転するロールを組み合わせて、そのロールギャップを電極活物質を含む塗料が通過することによりロールギャップ内を走行する基材に塗布が行われるロールコーティング方式も挙げられる。このようなロールコーティング方式としては、３本リバースロール方式、リバースグラビア方式、ダイレクトグラビア方式などが挙げられる。
【００１０】
さらに、第５の塗布方式としては、特開平１−１８４０６９号公報や特開平１−１９４２６５号公報、特開平４−２４２０７１号公報に示されるような基材に対し、適当な隙間をもってドクターブレードを配置し、電極活物質を含む塗料をこのドクターブレード前面に貯え、走行する基材に対し適量の電極合剤液をドクターブレードにより引き出すことにより基材に塗布を行う方式も挙げられる。
【００１１】
一方、上述のように予めマスキングを施したり、塗布後に不要な部分を削ったりする方法とは異なり、塗布時から未塗布部分と塗布部分を順次に形成する方法も挙げられている。このような第７の塗布方式としては、特開平１−１８４０６９号公報に示されるようなドクターブレードと塗料滞留部を有するシャッタを組み合わせた塗布部を走行する基材上に配置する間欠塗布方式が提案されている。この方式では、固定されたドクターブレードと、走行する基材との隙間を変化させることより塗布厚みの調整を行い、ドクターブレードに塗料を供給するための塗料滞留部を有するシャッタを開閉することにより塗布部分と未塗布部分を交互に基材上に形成する。
【００１２】
ところが、上述したような各種の塗布方式には、以下に示すような不都合がある。
すなわち、第１、第２および第３の方法においては、基材両面に同時に塗布できるので効率は良いが、基材を両電極合剤塗料の中央に位置させることが難しく、厚さの均一な薄い電極板を製造することが困難である。
【００１３】
さらに、第４の方法においては、所望の電極厚さに対し、適当な電極合剤となる塗料の粘弾性挙動と表面張力の関係からリッピング（畝化現象）と呼ばれる塗膜欠陥が発生しやすく、また塗料がコーティングロール間でアプリケーションしたり、レベリングしたり、転写される際の塗料の飛散、乾燥による粘弾性挙動が不安定になったりすることがあった。また塗料の戻り循環供給経路において、塗料が大気中に暴露されることによる塗料中の揮発成分の変化などにより、安定した塗布を長時間維持するのが困難である。
【００１４】
また、第５の方法は電極合剤の塗布が単純で、極めて効率良く電池電極を得ることができるが、塗布を停止する場合等、ドクターブレードに貯えられた塗料がなくなるのを待たなければならないという不都合がある。
【００１５】
さらに、第６の方法においては、エクストリュージョンダイに供給する塗料の供給圧力を加減することにより、上述の第５の方法では不可能であった任意の場所での塗布停止が可能となる。しかしながら、この方法では、塗料の粘弾性挙動に塗布状態が強く左右され、特に固形分を多く含む塗料を使用する場合には動粘性が極端に高くなり、所望の塗布厚みと塗布速度が得られないといった不都合が生じる。
【００１６】
さらに、上述の第１〜第６の方法については、いずれも基材上に未塗布部分を形成するために、基材に予めマスキングを行うか、電極合剤の塗布後に未塗布部分となる部分を削り取るといった作業が必要とされており、電池電極製造工程に著しい手間と原材料の一部を除去することによる無駄が発生する。
【００１７】
これに対し、ドクターブレードと塗料滞留部を有するシャッタを組み合わせた塗布装置を走行する基材上に配置する第７の方法においては、基材に予めマスキングを行ったり、塗布した後で未塗布部分となる箇所の塗料を削り取る必要がなく、様々な種類の電池電極の製造において製造装置本体の変更部分が少なく、極めて高効率に所望の電池電極を得ることができる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、第７の間欠塗布方式を用いることが最も望ましいが、この第７の方法によっても、依然、塗布状態が塗料の粘弾性挙動に左右されることが少なくない。
【００１９】
図９は、第７の方法を用いた従来の間欠塗布装置の基材であるシート１上への間欠塗布部の概略図である。間欠塗布部の塗布ヘッド８とシャッタ９の間に塗料１０を充填し、シャッタ９の開閉用のサーボモータ１２とカム装置１３が設けられている。塗布ヘッド８とシャッタ９の間には開閉バルブ３１を備えたパイプ１６から塗料が送られてくるが、その塗料供給量は静電容量式オン・オフ液面検出センサ３２により検出される塗料液面高さの検出信号が増幅器２５により増幅されてシステムコントローラ１９に入力され、該コントローラ１９がソレノイドバルブ３３を介して自動バルブ３１を開閉制御してヘッド８内の塗料液面高さをコントロールしている。
【００２０】
この塗布方式は、シャッタ９が開いたときに塗料の自重で塗料をヘッド８から吐出させて基材シート１上に塗料を塗布しているので、塗料の自重の変化により塗料の液面の高さが変化すると、ヘッド８から吐出する塗料の量が変化し、間欠塗布寸法（塗布した塗料の基材シート搬送方向の長さ）の変動となる。塗料液面高さと塗布寸法変化の一例のデータを図１０に示す。
【００２１】
前記塗布寸法の変動は、塗料を塗布したシートから得られる製品の品質上問題となるため、変動が大きくなると歩留まりは悪くなる。また、この塗布方式で、生産スピードを上げると間欠塗布による塗布寸法の変動が大きくなる。
【００２２】
図１１に前記第７の塗布方式による塗布寸法の変動例を示す。
塗布したシートから得られる製品品質と生産性を向上させるには、前記塗料液面高さ変動を最小限にコントロールする解決策が望まれていた。従来方式での塗料液面変動が大きい理由としては次のようなことが挙げられる。
▲１▼塗料粘性が高いため、塗料液面が下がってもセンサ３２に付着する塗料が残り、センサ３２の検出が遅れる。
▲２▼シャッタ９の開閉時に塗料液面高さが変わるので、塗料供給のオン／オフが正確に制御できない。
▲３▼塗料供給用バルブ３１と塗布ヘッド８との間に距離があるため、制御遅れ・バラツキが生じる。
▲４▼静電容量式センサ３２のオフとオフのヒステリシスがあり、塗料液面検出高さのバラツキが出る。
【００２３】
そこで本発明の課題は、電極合剤などの塗料の基材上への塗布パターンを正確に、高い塗料塗布速度で行うことができる間欠塗布装置を提供することである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は次の構成で解決される。
すなわち、所定長さの塗布部分と所定長さの未塗布部分を基材上に形成するために、基材上に間欠的に塗料を塗布するための塗料を貯えたヘッドと、ヘッド内の塗料の塗料液面の高さを測定する塗料液面測定センサと、基材上に交互に形成される塗料の塗布部長と未塗布部長を検出する塗布寸法測定センサと、該塗料液面測定センサで検出したヘッド内の塗料の液面の高さ検出値と該液面高さの設定値との比較によりヘッド内へ供給する塗料供給量を制御し、かつ前記塗布寸法測定センサで検出した塗布部長と未塗布部長をそれらの設定値と比較して前記ヘッド内の塗料の塗料液面の高さの測定により求めた塗料供給量を補正する制御装置とを備えた間欠塗布装置である。
【００２５】
上記本発明の間欠塗布装置の塗料を貯えたヘッドには、基材上に間欠的に塗料を塗布するための制御装置の指令で開閉されるシャッタが設けられている。また、塗料液面測定センサは、シャッタが開いている時のヘッド内の塗料液面高さを検出する非接触方式のアナログタイプのセンサとすることである。
【００２６】
そして、前記塗料液面測定センサはシャッタ開の時のみ塗料液面高さをコントロールする。そして塗料供給量の制御は連続式のバルブにして流量をコントロールする事がシート上への塗料塗布寸法のバラツキを少なくするために望ましい。さらに、シート上への塗料塗布寸法を測定して、寸法バラツキが少なくなるように、ヘッドへの塗料供給量をフィードバックコントロールすることも本発明の特徴である。
【００２７】
なお、溶剤系の塗料を使用する場合は前記各センサはファイバー方式のものを使用することが望ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、ここでは二次電池の製造装置について説明することとする。
本例の電池製造装置においては図１に示すように、例えば延伸加工されたアルミニウム箔である基材であるシート１が、巻出し軸２に巻装されており、図中矢印Ｍ１で示すように、この巻出し軸２から送り出されてメインロール３、間欠塗布装置の電極合剤塗布ヘッド４、乾燥機５上を走行した後、巻き取り軸６に巻き取られる。メインロール３とシート１を挟んで対になる位置に配置されているのはパルスジェネレータ２４であり、シート１の走行速度検出に使用される。
【００２９】
図２で間欠塗布装置について詳しく説明する。間欠塗布装置の塗布ヘッド８とシャッタ９の間に電極合剤からなる塗料１０を充填し、シャッタ９の開閉用のサーボモータ１２とカム装置１３が設けられている。シャッタ９の開放時を破線で示し、閉塞時を実線で示す。
【００３０】
間欠塗布装置は供給塗料流量を調節する連続式自動バルブ１５、自動バルブ１５を動作させる電空変換器２０、塗料ヘッド８内の塗料１０の液面高さを計測するファイバーアナログセンサである塗料液面高さ検出センサ１７、塗料液面高さ検出センサ１７の増幅器２５、塗布部と未塗布部の長さを測定するためのファイバーセンサからなる寸法測定センサ２２、その増幅器１８から構成される。また、制御装置１９は図５の塗料液面高さ制御ブロック図に示す通りである。
【００３１】
塗布ヘッド８とシャッタ９の間には連続式の自動バルブ１５を備えたパイプ１６から塗料が送られてくるが、その塗料供給量はシャッタ９の開放時の塗料液面検出センサ１７により検出される塗料液面高さ検出信号が増幅器１８により増幅されてシステムコントローラ１９に入力され、液面高さ検出信号内値に応じて該コントローラ１９が電空変換器２０を介して自動バルブ１５を開閉制御してヘッド８内の塗料液面高さをコントロールしている。
【００３２】
また、寸法測定センサ２２で塗布部の長さ（塗布寸法）を測定し、その設定値と比較を行い、塗布部長が長いときはヘッド８内の塗料液面高さを低くし、逆に塗布部長が短いときは液面を高くするように制御する。
【００３３】
この塗布方式では、シャッタ９が開いたときに塗料の自重で塗料をヘッド８から吐出させて基材であるシート１上に塗料を塗布しているので、塗料の自重の変化により塗料の液面の高さが変化すると、ヘッド８から吐出する塗料の量が変化し、塗布寸法が変動する。
【００３４】
間欠塗布は次のように行われる。シート１の走行状態をパルスジェネレータ２４で検出し、その走行距離（長さ）をシステムコントローラ１９に入力する。システムコントローラ１９は製品毎の塗布部長さと未塗布部長さを記憶しており、その設定値に従い、パルスジェネレータ２４での測定長さと比較演算を行いながら、サーボモータ１２を回転させる。サーボモータ１２が回転するとカム装置１３によりサーボモータ１２の回転運動が往復運動に変換され、塗布ヘッド８のシャッタ９が開閉される。この塗布ヘッド８のシャッタ９を開閉させることにより、塗布ヘッド４の塗料１０がシート１に図３（平面図）、図４（側面図）に示すように塗布部と未塗布部を形成させる。
【００３５】
次に塗布ヘッド８内の塗料の液面高さ制御について図２と図５に基づき説明する。
基本的には前述のように、シート１の走行スピードに応じ、必要な塗料流量を連続式の自動バルブ１５で調節する。また、シャッタ９が開いている時のヘッド８内の塗料液面の高さを塗料液面高さ検出センサ１７で計測し、設定値と比較を行い、ヘッド８内の塗料液面高さが設定値になるように、フィードバック値を自動バルブ１５に加える。このフィードバック値は０〜１００％の比率を掛けることができる。
【００３６】
塗料液面検出センサ１７で計測した出力値と該センサ１７の塗料液面までの距離との関係を図６に示す。
さらに、シート１への塗布後の塗布部長を寸法測定センサ２２で測定し、塗布寸法設定値と比較を行い、液面高さ設定値に補正を加える。塗布部長が長いときはヘッド８内の塗料液面を低くし、逆に塗布部長が短いときは前記液面を高くするように制御する。この補正値にはリミッターを設け、塗料液面はある設定値内の範囲で制御される。
【００３７】
図８は従来制御のシート１上の塗布部長のトレンドデータで、図７は本発明による制御の結果、得られる前記塗布部長のトレンドデータである。本発明の制御は立ち上がり後すぐに安定してバラツキが少ないことが分かる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べたごとく、間欠塗布装置において、塗料供給量を連続的にフィードバック制御して、高い塗布速度で決まった塗布パターンが正確に得られる。こうして、生産性、歩留まり、品質の向上のため塗料を塗布した製品のコストダウンができ、また製品の性能と安定性が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である電池の製造方法を適用した電池製造装置を一例を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態である電池の製造方法を適用した電池製造装置の一例の間欠塗布部近傍の模式図である。
【図３】本発明の実施の形態である電池の製造方法を適用した電池製造装置で塗布された平面図である。
【図４】本発明の実施の形態である電池の製造方法を適用した電池製造装置で塗布された側面図である。
【図５】本発明の実施の形態であるヘッド内の塗料液面高さ制御ブロック図である。
【図６】本発明に使用したレベルセンサの距離と出力の関係である。
【図７】本発明の実施の形態のシート上の塗布長トレンドデータである。
【図８】従来技術のシート上の塗布長のトレンドデータである。
【図９】従来の電池の製造方法を適用した電池製造装置の一例の間欠塗布部近傍の模式図である。
【図１０】従来技術のヘッド内の塗料液面高さと塗布寸法の関係の一例である。
【図１１】従来技術の塗料の塗布スピードと寸法ばらつきσを表した図である。
【図１２】リチウムイオン２次電池の構造を一部破断して示す斜視図である。
【符号の説明】
１シート２巻出し軸
３メインロール４間欠塗布装置の塗布ヘッド
５乾燥機６巻き取り軸
８塗布ヘッド９シャッタ
１０塗料１２サーボモータ
１３カム装置１５自動バルブ
１６パイプ１７塗料液面高さ検出センサ
１８増幅器１９システムコントローラ
２０電空変換器２２塗布寸法測定センサ
２４パルスジェネレータ

Claims

所定長さの塗布部分と所定長さの未塗布部分を基材上に形成するために、基材上に間欠的に塗料を塗布するための塗料を貯えたヘッドと、
ヘッド内の塗料の塗料液面の高さを測定する塗料液面測定センサと、
基材上に交互に形成される塗料の塗布部長と未塗布部長を検出する塗布寸法測定センサと、
該塗料液面測定センサで検出したヘッド内の塗料の液面の高さ検出値と該液面の高さの設定値との比較によりヘッド内へ供給する塗料供給量を制御し、かつ前記塗布寸法測定センサで検出した塗布部長と未塗布部長をそれらの設定値と比較して前記ヘッド内の塗料の塗料液面の高さの測定により求めた塗料供給量を補正する制御装置と
を備えた間欠塗布装置。
塗料を貯えたヘッドには、基材上に間欠的に塗料を塗布するための制御装置の指令で開閉されるシャッタが設けられたことを特徴とする請求項１記載の間欠塗布装置。
塗料液面測定センサは非接触方式のアナログタイプのセンサとしたことを特徴とする請求項１記載の間欠塗布装置。