JP4571844B2 - 電極板の製造方法および製造装置 - Google Patents
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Description
本発明によれば、そのような塗工材料をポンプから直接コーティングヘッドへ送液して吐出するタイプのコーティング手段による間歇塗工において、高い回転数のポンプを用いること、もしくは、低い回転数のポンプを用いると共にメインラインに圧力調節手段を設けること、およびリターンラインに圧力制御手段を設けることによって、電極活物質層の長手方向に、ポンプの脈動、および間歇塗工用バルブにおける流路切り替えの際の圧力変動に起因する、電極活物質層用塗工組成物の塗工量のばらつきを軽減することができる。したがって、プレス時の条件だしロスが減少し、生産効率の向上を図ることができ、また、電池の充電容量のばらつきが低減し、電池性能の向上を実現することができる。
(製造装置の基本構成)
図1に示すコーティング機(製造装置)1は、通常、次のような構成要素を含んでいる:ポンプ2、コーティングヘッドであるダイ3、メインライン4、圧力調節手段5、循環手段8(間歇塗工用バルブ6、メインライン4の前記ポンプから前記バルブまでの区間、およびリターンライン7)、および、圧力制御手段9から構成されるダイコーター10;該ダイコーターを駆動するモータ11a;乾燥手段12;該乾燥機を駆動するモータ11b;集電体供給ロール13を取り付けた供給部14、集電体巻取りロール15を取り付けた巻取部16、搬送路上を移動する集電体17を支持するガイドローラ18からなる搬送手段;集電体供給ロール13を駆動するモータ11c;集電体巻取りロール15を駆動するモータ11d;外部から運転の開始、停止又は運転条件等の指示信号を入力する入力手段19;圧力等各種調節を行う制御手段20。
電極板には非水電解質液二次電池用、二重層キャパシタ用等、様々な形態があるが、一般に、正極板は、少なくとも正極活物質及び結着材を含有する正極活物質層用塗工組成物を集電体の一面側又は両面に塗布して、正極活物質層を形成することによって作製される。一方、負極板は、少なくとも負極活物質及び結着材を含有する負極活物質層用塗工組成物を集電体の一面側又は両面に塗布して、負極活物質層を形成することによって作製される。
正極又は負極活物質層用塗工組成物の塗布方法は、図1に示すような、ダイコーター10を用いて、ダイ3から電極活物質層用塗工組成物を塗布することによって行うことができる。ダイコーター10は、例えば、図1に示すように、ポンプ2、ダイ3、メインライン4、圧力調節手段5、循環手段8(間歇塗工用バルブ6、メインライン4の前記ポンプから前記バルブまでの区間、およびリターンライン7)、および、圧力制御手段9から構成されている。詳細は後述するが、概略的にはポンプ2から電極活物質用塗工組成物がメインライン4を通ってダイ3で集電体に塗布される、または間歇塗工用バルブ6を介して循環手段8へ移送される。
本発明に属する第二態様においては、第一態様と同様に、電極活物質層用塗工組成物を調製し、図1に示すコーティング機1のコーティングヘッドであるダイコーター10を用いて集電体上に電極活物質層を形成し、通常、該電極活物質層を乾燥し、圧延する。ただし、コーティング工程においては、単位時間あたりの電極活物質層用塗工組成物の吐出量を得られるポンプの回転数が該ポンプの最大回転数の50%未満の回転数であるとし、電極活物質層用塗工組成物のポンプ2からダイ3への移送抵抗を調節する抵抗調節手段9を設けることによって、単位時間あたりの電極活物質層用塗工組成物の吐出量を得られる前記ポンプの回転数が該ポンプの最大回転数の50%以上の回転数となるようにする。
活物質としてコバルト酸リチウム、結着剤としてポリフッ化ビニリデン、導電材としてアセチレンブラック、溶剤としてN−メチル−2−ピロリドンを用いて正極活物質層用塗工組成物を調製し、単位時間あたりの電極活物質層用塗工組成物の吐出量を得られるポンプの回転数が該ポンプの最大回転数の50%以上の回転数であるモーノポンプを備えたダイコーターを用いて、厚さ15μmのアルミ箔の集電体上へ、上記組成物を乾燥後の平均塗工重量が250g/m2になるように間歇塗工を行い、電極活物質層を形成し、以下の方法により活物質層の塗工量のばらつきを求めた。
1)上記によって形成した約60cmの電極活物質層を5cm×5cmの金型を用いて長手方向に略10分割する。
2)切り出した上記10点のサンプルについて、それぞれ重量を測定した。これをサンプル重量wn(g)とする。
3)同様の金型を用いて切り出した未塗工の集電体の重量を測定し、これを集電体重量s(g)とする。
4)式1により、サンプル重量w1〜w10について単位面積あたりの塗工量Wn(g/m2)を求める。
Wn=(wn−s)÷25×10000
5)各サンプルの単位面積あたりの塗工量W1〜W10の平均値を当該電極活物質層の単位面積あたりの塗工量Y(g/m2)とする。
6)式2により、4)で求めた各サンプルの単位面積あたりの塗工量W1〜W10について、塗工量のばらつきzn(%)を求める。
zn=(Wn−Y)÷Y×100
7)塗工量のばらつきz1〜z10(%)の平均値を当該電極活物質層の塗工量のばらつきとした。結果を表1に示す。
参考例1(旧実施例1)と同様に、電極活物質層用塗工組成物を調製し、単位時間あたりの電極活物質層用塗工組成物の吐出量を得られるポンプの回転数が該ポンプの最大回転数の50%未満の回転数であるモーノポンプを備え、メインラインの前記ポンプから該バルブまでの区間に抵抗調節手段としてボールバルブを設けたダイコーターを用いて、単位時間あたりの電極活物質層用塗工組成物の吐出量を得られるポンプの回転数が該ポンプの最大回転数の50%以上の回転数となるとなるように調整し、厚さ15μmのアルミ箔の集電体上へ、上記組成物を乾燥後の平均塗工重量が250g/m2なるように間歇塗工を行い、電極活物質層を形成した。参考例1(旧実施例1)と同様に、電極活物質層の単位面積当たりの塗工量(g/m2)を測定した。結果を表1に示す。
実施例1と同様に、電極活物質層用塗工組成物を調製し、単位時間あたりの電極活物質層用塗工組成物の吐出量を得られるポンプの回転数が該ポンプの最大回転数の50%以上の回転数であるモーノポンプを備えたダイコーターを用いて、厚さ15μmのアルミ箔の集電体上へ、上記組成物を乾燥後の平均塗工重量が250g/m2になるように間歇塗工を行い、電極活物質層を形成した。実施例1と同様に、電極活物質層の単位面積当たりの塗工量(g/m2)を測定したところ、前記活物質層の塗工開始部の塗工量が約3%少なかった。
実施例1と同様に、電極活物質層用塗工組成物を調製し、単位時間あたりの電極活物質層用塗工組成物の吐出量を得られるポンプの回転数が該ポンプの最大回転数の50%未満の回転数であるモーノポンプを備えたダイコーターを用いて、厚さ15μmのアルミ箔の集電体上へ、上記組成物を乾燥後の平均塗工重量が250g/m2になるように間歇塗工を行い、電極活物質層を形成した。そして、実施例1と同様に、電極活物質層の単位面積当たりの塗工量(g/m2)を測定した。結果を表1に示す。
本発明における参考例1(旧実施例1)や2のように、いずれの方法でもポンプの回転数を早くすると、基本的には、塗工量のばらつきが抑えられる。しかし、実施例3のように、場合によっては、塗工量のばらつきが発生してしまうので、間歇塗工用バルブの切り替えの際の圧力差を小さくすると、塗工量のばらつきが抑えられる。一方、比較例1のように、ポンプ内のローターの回転が遅く、間歇塗工用バルブの圧力変動にも対処をしないで集電体に活物質層用塗工組成物を塗工すると、塗工量がばらつくことが分かる。
2 ポンプ
3 ダイ
4 メインライン
5 圧力調節手段
6 間歇塗工用バルブ
7 リターンライン
8 循環手段
9 圧力制御手段
10 ダイコーター
11(11a,11b,11c,11d) モータ
12 乾燥手段
13 集電体供給ロール
14 供給部
15 集電体巻取りロール
16 巻取部
17 集電体
18 ガイドローラ
19 入力手段
20 制御手段
21 電極活物質層
22 塗工部
23 非塗工部
101 ポンプ
102 ケーシング
103 ロッド
104 ジョイント
105 シャフト
106 ローター
107 ステーター
201 ダイコーター
202 ポンプ
203 ダイ
204 メインライン
205 間歇塗工用バルブ
206 リターンライン
207 循環手段
208 電極活物質層
209 塗工部
210 集電体
211 非塗工部
Claims (4)
- 集電体を搬送手段によって搬送しながら、少なくとも、電極活物質層用塗工組成物を供給するモーノポンプ、該電極活物質層用塗工組成物を集電体に塗工するコーティングヘッド、前記モーノポンプから前記コーティングヘッドへの該電極活物質層用塗工組成物の移送路となるメインライン、前記モーノポンプを運転したままの状態で、前記モーノポンプから排出される該電極活物質層用塗工組成物を前記コーティングヘッドへ到達させないように循環させる循環路を有する循環手段から構成されるコーティング手段によって、前記集電体の少なくとも一面に、前記電極活物質層用塗工組成物を間歇塗工して、電極活物質層を形成する電極板の製造方法において、単位時間あたりの電極活物質層用塗工組成物の吐出量を得られる前記モーノポンプの回転数が該モーノポンプの最大回転数の50%以上の回転数であり、
前記循環手段は、少なくとも、前記メインラインの途中に設けられた前記電極活物質層用塗工組成物の流路を切り替える間歇塗工用バルブ、該メインラインの前記モーノポンプから該間歇塗工用バルブまでの区間、該間歇塗工用バルブから該モーノポンプへ該電極活物質層用塗工組成物を移送する移送路となるリターンラインとから構成され、
前記間歇塗工用バルブによって前記メインラインにおける前記電極活物質層用塗工組成物の流路を切り替える際に発生する前記リターンラインと該メインラインの該間歇塗工用バルブから前記コーティングヘッドまでの区間との圧力差を圧力制御手段によって小さくすることを特徴とする、電極板の製造方法。 - 集電体を搬送手段によって搬送しながら、少なくとも、電極活物質層用塗工組成物を供給するモーノポンプ、該電極活物質層用塗工組成物を集電体に塗工するコーティングヘッド、前記モーノポンプから前記コーティングヘッドへの該電極活物質層用塗工組成物の移送路となるメインライン、前記モーノポンプを運転したままの状態で、前記モーノポンプから排出される該電極活物質層用塗工組成物を前記コーティングヘッドへ到達させないように循環させる循環路を有する循環手段から構成されるコーティング手段によって、前記集電体の少なくとも一面に、前記電極活物質層用塗工組成物を間歇塗工して、電極活物質層を形成する電極板の製造方法において、単位時間あたりの電極活物質層用塗工組成物の吐出量を得られる前記モーノポンプの回転数が該モーノポンプの最大回転数の50%未満の回転数であり、該電極活物質層用塗工組成物の前記モーノポンプから前記コーティングヘッドへの移送抵抗を調節する抵抗調節手段を設けることによって、単位時間あたりの電極活物質層用塗工組成物の吐出量を得られる前記モーノポンプの回転数が該モーノポンプの最大回転数の50%以上の回転数となり、
前記循環手段は、少なくとも、前記メインラインの途中に設けられた前記電極活物質層用塗工組成物の流路を切り替える間歇塗工用バルブ、該メインラインの前記モーノポンプから該間歇塗工用バルブまでの区間、該間歇塗工用バルブから前記モーノポンプへ該電極活物質層用塗工組成物を移送する移送路となるリターンラインとから構成され、
前記間歇塗工用バルブによって前記メインラインにおける前記電極活物質層用塗工組成物の流路を切り替える際に発生する前記リターンラインと該メインラインの該間歇塗工用バルブから前記コーティングヘッドまでの区間との圧力差を圧力制御手段によって小さくすることを特徴とする、電極板の製造方法。 - 少なくとも、電極活物質層用塗工組成物を供給するモーノポンプ、該電極活物質層用塗工組成物を集電体に塗工するコーティングヘッド、前記モーノポンプから前記コーティングヘッドへの該電極活物質層用塗工組成物の移送路となるメインライン、前記モーノポンプを運転したままの状態で、前記モーノポンプから排出される該電極活物質層用塗工組成物を前記コーティングヘッドへ到達させないように循環させる循環路を有する循環手段から構成されるコーティング手段、および集電体の搬送手段から構成される電極板の製造装置において、単位時間あたりの電極活物質層用塗工組成物の吐出量を得られる前記モーノポンプの回転数が該モーノポンプの最大回転数の50%以上の回転数であり、
前記循環手段は、少なくとも、前記メインラインの途中に設けられた前記電極活物質層用塗工組成物の流路を切り替える間歇塗工用バルブ、該メインラインの前記モーノポンプから該間歇塗工用バルブまでの区間、該間歇塗工用バルブから該モーノポンプへ該電極活物質層用塗工組成物を移送する移送路となるリターンラインとから構成され、
前記間歇塗工用バルブによって前記メインラインにおける前記電極活物質層用塗工組成物の流路を切り替える際に発生する前記リターンラインと該メインラインの該間歇塗工用バルブから前記コーティングヘッドまでの区間との圧力差を小さくする圧力制御手段を備えることを特徴とする、電極板の製造装置。 - 少なくとも、電極活物質層用塗工組成物を供給するモーノポンプ、該電極活物質層用塗工組成物を集電体に塗工するコーティングヘッド、前記モーノポンプから前記コーティングヘッドへの該電極活物質層用塗工組成物の移送路となるメインライン、前記モーノポンプを運転したままの状態で、前記モーノポンプから排出される該電極活物質層用塗工組成物を前記コーティングヘッドへ到達させないように循環させる循環路を有する循環手段から構成されるコーティング手段、および集電体の搬送手段から構成される電極板の製造装置において、単位時間あたりの電極活物質層用塗工組成物の吐出量を得られる前記モーノポンプの回転数が該モーノポンプの最大回転数の50%未満の回転数であり、該電極活物質層用塗工組成物の移送抵抗を調節する抵抗調節手段を備え、
前記循環手段は、少なくとも、前記メインラインの途中に設けられた前記電極活物質層用塗工組成物の流路を切り替える間歇塗工用バルブ、該メインラインの前記モーノポンプから該間歇塗工用バルブまでの区間、該間歇塗工用バルブから該モーノポンプへ該電極活物質層用塗工組成物を移送する移送路となるリターンラインとから構成され、
前記間歇塗工用バルブによって前記メインラインにおける前記電極活物質層用塗工組成物の流路を切り替える際に発生する前記リターンラインと該メインラインの該間歇塗工用バルブから前記コーティングヘッドまでの区間との圧力差を小さくする圧力制御手段を備えることを特徴とする、電極板の製造装置。
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