JP4989909B2 - 電極板の塗工幅制御システム及び制御方法 - Google Patents

電極板の塗工幅制御システム及び制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、芯材に活物質を含有するペーストを塗工してストライプ状の塗工層を形成する電極板の製造工程における塗工幅制御システム及び制御方法に関するものである。
近年、各種機器の電源として電池が多用されるようになっており、それに伴って電池の高容量化・高出力化と薄型軽量化が強く要請されている。このような要請を満たし得る電池として、リチウムイオン二次電池やリチウムポリマー二次電池やニッケル水素二次電池などが使用されており、それらの電池の一層の高容量化・高出力化とともに、コスト低下や寿命の安定化に向けた改良が進展している。
この種の電池の電極板として、集電体となる金属製の芯材の片面又は両面に、活物質を含有する塗工層を形成して構成されたものが知られており、その塗工層は芯材表面に活物質を含有するペーストを塗工して形成されている。また、このような電極板の製造方法において、製造コストの低下を図るために、帯状の芯材をその長手方向に移送させつつ、芯材の幅方向に複数条の塗工層をそれらの間にリード部となる未塗工部を形成した状態でストライプ状に形成し、塗工層を乾燥・圧縮処理後に切断加工して所望の大きさの電極板を生産性良く製造する方法が知られている（例えば、特許文献１〜特許文献４参照）。
このように芯材表面にストライプ状に塗工層を形成する方法としては、例えば上記特許文献１に従来例として記載されている方法が知られている。図６を参照して説明すると、図６（ａ）に示すように、帯状の芯材３１の複数の未塗工部形成箇所にマスキングテープ３２を貼り付け、芯材３１を長手方向に移送しながら、芯材３１の幅にほぼ対応するダイ３３のスリットノズルからペースト３４を吐出し、図６（ｂ）に示すように、芯材３１の表面のほぼ全面にペースト３４を塗工し、塗工層を乾燥させた後、マスキングテープ３２を芯材３１から剥がして除去することによって、図６（ｃ）に示すように、芯材３１の表面に複数条の塗工層３５をストライプ状に形成するとともにそれらの間及び両側に未塗工部３６を形成する方法が知られている。
このような塗工層の形成方法によれば、マスキングテープ３２を用いることによって高い精度の幅寸法の塗工層３５を形成することができるが、マスキングテープ３２を用いかつそれを貼りつけたり、剥がしたりする工程が必要となるため、コスト高になるという問題がある。また、乾燥炉内でマスキングテープ３２が高温に晒されることで、マスキングテープ３２が熱収縮して芯材３１に皺が発生したり、塗工層３５の寸法精度に影響を与えたり、マスキングテープ３２の接着力が高くなって剥がす際に芯材３１に切れや破れを発生する恐れがあるという問題がある。
また、同じくマスキングテープを用いる方法で、塗工層のロールプレス（圧縮）によって芯材に皺や歪が発生しないようにするため、塗工層の塗布厚さが両側縁を含めて全幅にわたって均一になるように、マスキングテープ上と塗工部での塗布厚に差を持たせて塗布することで塗工表面の全面が乾燥後に面一になるようにするもの（特許文献２参照）や、マスキングテープの配置部を除いてストライプ状にペーストを塗工し、ロールプレス後マスキングテープを剥離するもの（特許文献３）や、層状に剥がすことができる多層構造のマスキングテープを用い、塗工後塗工表面の全面が面一になるようにマスキングテープの上層を剥がして面一にし、ロールプレス後マスキングテープを剥離するもの（特許文献４参照）なども知られているが、上記マスキングテープを用いかつそれを貼りつけたり、剥がしたりする工程が必要となるため、コスト高になるという問題を解消できるものではない。
このような問題を解消するため、上記特許文献１では、図７（ａ）に示すように、芯材４１をその背面を支持部材４４にて支持して移送し、この芯材４１の表面と複数のスリットノズル４３を有する塗工手段４２との間に間隙を設けて配置した状態で、各スリットノズル４３から芯材４１表面に向けてペースト４５を吐出することにより、図７（ｂ）に示すように、芯材４１に複数条の塗工層４６をストライプ状に塗工した電極板４７を製造する方法が開示されている。
また、芯材にペーストを塗布して形成された塗工層の単位面積当たりの重量にばらつきが生じないように、塗工層の乾燥後に重量を測定し、その測定結果に応じて塗工手段へのペースト供給量を制御するようにした電極板の製造装置も知られている（特許文献５参照）。
この電極板の製造装置を、図８を参照して説明すると、帯状の芯材５１が巻き出し機５２から塗工部５３に移送され、その芯材５１が塗工部５３の支持ローラ５４に巻かれて移動する間に芯材５１の表面に向けて塗工手段５５からペースト５６が吐出されて塗工層が形成され、その後乾燥炉５７に移送されて塗工層が乾燥され、次いで重量測定手段５８を通過し、その際にベータ線とＸ線などの透過度の異なる複数の放射線を照射してその透過量から塗工層の単位面積当たりの重量が芯材重量と分けて測定された後、巻き取り機５９にて巻き取られるように構成されており、制御部６０にて重量測定手段５８にて測定された重量と所定の基準重量とを比較した結果に基づいて塗工手段５５にペーストを供給する供給ポンプ６１を動作制御することで、塗工層の重量のばらつきを所定範囲内に規制することが開示されている。
特開２００１−３２７９０６号公報 特開２００５−１８３１８１号公報 特開２００５−２１６７２２号公報 特開２００５−２１６７２３号公報 特開２００２−２５５４１号公報
ところで、図７に示したように、複数のスリットノズル４３を有する塗工手段４２からペースト４５を吐出して芯材４１表面にストライプ状に塗工層４６を形成する方法においては、基本的にはスリットノズル４３の寸法によって塗工層４６の幅寸法が規制されるが、種々の変動要因によって塗工層４６の幅寸法が変化し、精度の良い幅寸法の塗工層４６を有する電極板４７を製造するのが困難であるという問題があった。例えば、ペースト５６の性状が比較的変化し易いために、供給ポンプ６１による供給量を一定に制御していても、塗工層の単位面積当たりの重量が変化することが多く、そこで図８に示したように、塗工層の単位面積当たりの重量を一定にするため、供給ポンプ６１によるペースト５６の供給量を変化させると、塗工層の幅寸法が変化してしまうため、塗工層の幅寸法を精度良く一定に規制するのが難しいという問題があった。
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、複数のスリットノズルから芯材表面にペーストを吐出することでマスキングテープを用いずにストライプ状に塗工層を形成しながら、その塗工層の幅寸法を高精度に制御することができる電極板の塗工幅制御システム及び制御方法を提供することを目的とする。
本発明の電極板の塗工幅制御システムは、帯状の芯材に活物質を含有するペーストを塗 工してストライプ状の塗工層を形成する電極板の製造工程において、芯材をその長手方向に移送する移送手段と、移送される芯材に向けて複数のスリットノズルからそれぞれ所定幅でペーストを吐出して芯材の表面に塗工層を形成する塗工手段と、塗工手段のスリットノズルと芯材との間の間隙を調整する間隙調整手段と、芯材の表面の塗工層の幅を測定する塗工幅測定手段と、測定した塗工幅と所定の塗工幅とを比較した結果に基づいて間隙調整手段を動作制御する制御部とを備えたものである。この複数のスリットノズルというのは、複数のスリットを持つ１個のノズルであっても、スリットノズル自体が複数あってもどちらでもかまわない。
本発明は、塗工手段と芯材表面との間の間隙が微小変化しても、塗工層の幅寸法が大きく変化すること、例えば間隙が１０μｍ程度変化するだけで、幅寸法が１ｍｍ程度変化することに着目して達成されたものであり、上記構成により、塗工層を塗布形成した後、その幅寸法を塗工幅測定手段にて測定し、その測定結果と所定の塗工幅とを比較した結果に基づいて塗工手段と芯材との間の間隙を調整することで、塗工層の幅寸法をフィードバック制御にて高精度に制御することができ、これにより高精度の幅寸法のストライプ状の塗工層を有する電極板を、マスキングテープを用いることなく高い生産性を持って低コストにて製造することができる。
また、塗工手段はスリットノズルに向けてペーストを供給する供給ポンプを備え、塗工層の単位面積当たりの重量を測定する重量測定手段を、塗工層を乾燥させる乾燥炉の後段に設け、制御部は重量測定手段による測定結果と所定の重量とを比較した結果に基づいて供給ポンプを動作制御すると、塗工層の単位面積当たりの重量も合わせて制御して所定の範囲内に規制することができるとともに、ペースト供給量の変化に伴って発生する塗工幅の変化も上記のように解消されるので、ストライプ状の塗工層の単位面積当たりの重量及び幅寸法が共に高精度に規制された電極板を高い生産性を持って低コストにて製造することができる。
また、本発明の電極板の塗工幅制御方法は、帯状の芯材をその長手方向に移送し、その移送される芯材に向けて複数のスリットノズルからそれぞれ所定幅でペーストを吐出して芯材の表面にストライプ状の塗工層を形成する工程と、芯材上の塗工層の単位面積当たりの重量を塗工層の乾燥後に測定する工程と、重量の測定結果と所定の重量とを比較した結果に基づいてスリットノズルへのペーストの供給量を制御する工程と、芯材の表面の塗工層の幅を測定する工程と、測定した塗工幅と所定の塗工幅とを比較した結果に基づいてスリットノズルと芯材との間の間隙を調整する工程とを有し、塗工層の単位面積当たりの重量と塗工幅が所定値になるようにペーストの供給量とスリットノズルと芯材との間の間隙を調整するものである。
この構成によると、塗工層の単位面積当たりの重量を所定範囲内に規制しながら、塗工層の幅寸法を高精度に所定の幅寸法に規制することができ、ストライプ状の塗工層の単位面積当たりの重量及び幅寸法が共に高精度に規制された電極板を高い生産性を持って低コストにて製造することができる。
本発明の電極板の塗工幅制御システムによれば、塗工層を塗布形成した後、その幅寸法を塗工幅測定手段にて測定し、その測定結果と所定の塗工幅とを比較した結果に基づいて塗工手段と芯材との間の間隙を調整することで、塗工層の幅寸法をフィードバック制御にて高精度に制御することができ、ストライプ状の塗工層の幅寸法が高精度に規制された電極板を高い生産性を持って低コストにて製造することができる。
以下、本発明の電極板の塗工幅制御システムの一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
図１は、本発明の電極板の塗工幅制御システムを適用した電極板製造システムの一実施形態を示す。図１において、帯状の金属箔からなる芯材１がコイル状に巻回されて巻き出し機２に装着されており、芯材１はこの巻き出し機２から繰り出されてガイドローラ３ａ〜３ｃを介して塗工部４に向けて移送される。塗工部４は、活物質を含有するペースト１１を芯材１の表面に向けて吐出する塗工手段５と、塗工手段５に対向して配置されて芯材１の背面を支持する支持ローラ６を備えている。塗工部４で芯材１の表面に塗工層が形成された芯材１は乾燥炉７に移送され、乾燥炉７内で塗工層が乾燥されて帯状の電極板８となる。乾燥炉７から出た帯状の電極板８はガイドローラ９ａ〜９ｃを介して巻き取り機１０にてコイル状に巻き取られる。
塗工手段５に対して、ペースト１１を収容したホッパー１２から供給ポンプ１３にてペースト１１を供給するように構成され、その供給ポンプ１３を駆動するモータ１４を制御部１５にて駆動制御するように構成されている。また、塗工手段５の位置を調整して、塗工手段５と芯材１の表面との間の間隙を調整する間隙調整手段１６が設けられ、この間隙調整手段１６を駆動するモータ１７を制御部１５にて駆動制御するように構成されている。間隙調整手段１６は、塗工手段５を支持ローラ６に対して遠近方向に移動自在に支持するスライドガイド１６ａと、塗工手段５を移動するスクリューネジ送り機構１６ｂにて構成され、そのスクリューネジをモータ１７にて正逆回転することで間隙を調整するように構成されている。
塗工部４と乾燥炉７の間には、芯材１の表面に形成された塗工層の幅寸法を測定する塗工幅測定手段１８が配設され、その測定データが制御部１５に入力されている。塗工幅測定手段１８は、本実施形態では芯材１の表面の塗工層を画像認識するカメラにて構成され、撮像した画像から芯材と塗工部を識別し、ストライプ状の塗工部の幅寸法と間隔を測定するように構成されている。この塗工幅測定手段１８は、乾燥炉７の後に配設されていても本実施の形態と同等の効果が得られる。また、乾燥炉７と巻き取り機１０の間には、塗工層の単位面積当たりの重量を測定する重量測定手段１９が配設され、その測定データが制御部１５に入力されている。重量測定手段１９は、本実施形態では上記特許文献５（特開２００２−２５５４１号公報）に記載されたものを採用しており、ベータ線とＸ線などの透過度の異なる複数の放射線を照射してその透過量から塗工層の単位面積当たりの重量を芯材１の重量と分けて測定するように構成されている。
塗工手段５には、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、形成すべき塗工層２１の幅に対応する幅寸法の複数のスリットノズル２０が設けられており、このスリットノズル２０から支持ローラ６で背面を支持されて移送される芯材１の表面にペースト１１を吐出することで、芯材１の表面にストライプ状に塗工層２１が形成される。ここで、図２（ａ）に示すように、塗工手段５と芯材１表面との間の間隙がｄ１のときに、図２（ｂ）に示すように、塗工層２１の幅寸法がｗ１となっている状態で、図３（ａ）に示すように、塗工手段５と芯材１表面との間の間隙をｄ２に増加させると、図３（ｂ）に示すように、塗工層２１の幅寸法がｗ２に減少する。逆に間隙ｄを減少させると、幅寸法ｗが増加する。この間隙ｄの変化（ｄ２−ｄ１）が１０μｍ程度であっても、塗工層２１の幅寸法ｗの変化（ｗ１−ｗ２）は１ｍｍ程度となり、塗工手段５と芯材１表面との間の間隙ｄを調整することで、塗工層２１の幅寸法ｗを確実にかつ効果的に制御することができる。
かくして、塗工部４で支持ローラ６にて支持されて移動する芯材１表面に、塗工手段５のスリットノズル２０からペースト１１が吐出されて芯材１表面にストライプ状の塗工層２１が塗布形成された後、塗工層２１を有する芯材１が塗工幅測定手段１８を通過する際に塗工層２１の幅寸法が測定される。この塗工幅測定手段１８による測定データは制御部１５に入力され、制御部１５において測定結果と所定の塗工幅とが比較され、その結果に基づいて間隙調整手段１６が制御されて塗工手段５と芯材１との間の間隙が調整され、塗工層２１の幅寸法ｗがフィードバック制御にて高精度に制御される。したがって、高精度の幅寸法ｗのストライプ状の塗工層２１を有する電極板８を、マスキングテープを用いることなく高い生産性を持って低コストにて製造することができる。
次に、本実施形態において、ストライプ状の塗工層２１の単位面積当たりの重量及び幅寸法が共に高精度に規制された電極板８を製造する制御方法について、図１と図４を参照して説明する。
上記のように表面にストライプ状の塗工層２１が形成された芯材１は乾燥炉７を通過する間にその塗工層２１が乾燥され、ストライプ状の塗工層２１を有する電極板８となる。この帯状の電極板８が重量測定手段１９を通過する際に、乾燥後の塗工層２１の単位面積当たりの重量が測定され、その測定データが制御部１５に入力される。制御部では、図４（ａ）に示すように、重量の測定結果Ｍｄと所定の重量Ｍｐとが比較され、その比較結果に基づいて、塗工層２１の単位面積当たりの重量が所定の重量Ｍｐとなるように、ペースト１１を供給する供給ポンプ１３の回転数が制御される。図４（ａ）では、測定重量Ｍｄが所定の重量Ｍｐに比して不足しているので、供給ポンプ１３の回転数が増加され、ペースト１１の供給量が増加される。
すると、図４（ｂ）に示すように、塗工層２１の幅寸法の測定値ｗｄが、所定の幅寸法ｗｐに比して大きくなるように変化してしまう。そこで、図４（ｃ）に示すように、上記のように間隙調整手段１６にて間隙ｗを大きくし、幅寸法の測定値ｗｄが所定の幅寸法ｗｐになるようにする。このようにペースト１１の供給量とスリットノズル２０と芯材１との間の間隙ｄを調整することで、塗工層２１の単位面積当たりの重量と塗工層２１の幅寸法ｗが所定値の電極板８を製造することができる。
なお、図４（ｃ）のように、間隙ｄを変化させると、図５に示すように、塗工層２１の単位面積当たりの重量Ｍに影響を与える。図示例のように、間隙ｄが大きくなるとペースト１１の供給量が増加して重量Ｍが僅かながら増加することになる。それに伴って、 上記図４（ａ）〜（ｃ）の制御が繰り返されることで、所定の重量と幅寸法の塗工層２１が得られる供給ポンプ１３の回転数と間隔ｄに集束する。
以上のように本実施形態によれば、塗工層２１の単位面積当たりの重量を所定範囲内に規制しながら、塗工層２１の幅寸法ｗを高精度に所定の幅寸法に規制することができ、ストライプ状の塗工層２１の単位面積当たりの重量及び幅寸法が共に高精度に規制された電極板８を高い生産性を持って低コストにて製造することができる。
本発明の電極板の塗工幅制御システムは、塗工層の幅寸法を塗工幅測定手段にて測定し、その測定結果に基づいて塗工手段と芯材との間の間隙を調整することで、塗工層の幅寸法をフィードバック制御にて高精度に制御することができ、ストライプ状の塗工層の幅寸法を高精度に規制した電極板を高い生産性を持って低コストにて製造することができるので、リチウムイオン二次電池やリチウムポリマー二次電池やニッケル水素二次電池などの各種電池の電極板の製造に有用である。
本発明の電極板の塗工幅制御システムを適用した電極板製造システムの一実施形態の構成図。 塗工手段と芯材との間の間隙が小さい状態を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は塗布された塗工層の正面図。 塗工手段と芯材との間の間隙が大きい状態を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は塗布された塗工層の正面図。 同実施形態における塗工層の重量と幅寸法の調整方法を説明する特性図。 間隙変化による塗工層の重量変化を示す特性図。 第１の従来例のストライプ状の塗工層を形成する方法を示し、（ａ）は塗工工程を示す斜視図、（ｂ）は芯材に塗工した状態を示す正面図と断面図、（ｃ）は形成された塗工層を形成された芯材の正面図と断面図。 第２の従来例のストライプ状の塗工層を形成する方法を示し、（ａ）は塗工工程を示す側面図、（ｂ）は形成された塗工層を形成された芯材の正面図と断面図。 第３の従来例の電極板製造システムの構成図。
符号の説明
１ 芯材
５ 塗工手段
７ 乾燥炉
８ 電極板
１１ ペースト
１３ 供給ポンプ
１５ 制御部
１６ 間隙調整手段
１８ 塗工幅測定手段
１９ 重量測定手段
２０ スリットノズル
２１ 塗工層

Claims (3)

  1. 帯状の芯材に活物質を含有するペーストを塗工してストライプ状の塗工層を形成する電極板の製造工程において、芯材をその長手方向に移送する移送手段と、移送される芯材に向けて複数のスリットノズルからそれぞれ所定幅でペーストを吐出して芯材の表面に塗工層を形成する塗工手段と、塗工手段のスリットノズルと芯材との間の間隙を調整する間隙調整手段と、芯材の表面の塗工層の幅を測定する塗工幅測定手段と、測定した塗工幅と所定の塗工幅とを比較した結果に基づいて間隙調整手段を動作制御する制御部とを備えたことを特徴とする電極板の塗工幅制御システム。
  2. 塗工手段はスリットノズルに向けてペーストを供給する供給ポンプを備え、塗工層の単位面積当たりの重量を測定する重量測定手段を、塗工層を乾燥させる乾燥炉の後段に設け、制御部は重量測定手段による測定結果と所定の重量とを比較した結果に基づいて供給ポンプを動作制御することを特徴とする請求項１記載の電極板の塗工幅制御システム。
  3. 帯状の芯材をその長手方向に移送し、その移送される芯材に向けて複数のスリットノズルからそれぞれ所定幅でペーストを吐出して芯材の表面にストライプ状の塗工層を形成する工程と、芯材上の塗工層の単位面積当たりの重量を塗工層の乾燥後に測定する工程と、重量の測定結果と所定の重量とを比較した結果に基づいてスリットノズルへのペーストの供給量を制御する工程と、芯材の表面の塗工層の幅を測定する工程と、測定した塗工幅と所定の塗工幅とを比較した結果に基づいてスリットノズルと芯材との間の間隙を調整する工程とを有し、塗工層の単位面積当たりの重量と塗工幅が所定値になるようにペーストの供給量とスリットノズルと芯材との間の間隙を調整することを特徴とする電極板の塗工幅制御方法。
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