JP5008561B2 - 電極合剤ペーストの塗布方法および塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、電極合剤ペーストを開孔金属薄板からなる芯材の上に塗布する方法および装置に関し、より詳しくは電極合剤ペーストの乾燥方法の改善に関する。

アルカリ蓄電池やリチウムイオン二次電池などの電池は、ポータブル機器や電動工具、あるいは電気自動車用の電源として広く用いられている。中でも比較的エネルギー密度が高く耐久性に優れるニッケル水素蓄電池については、電気自動車用電源を中心にその用途が広がりつつある。

一般的にニッケル水素蓄電池は、三次元金属多孔体に水酸化ニッケルその他を充填してなる正極と、パンチングメタルなどの開孔金属薄板（以下、単に「芯材」と略記）に水素吸蔵合金その他からなる電極合剤ペーストを塗布してなる負極とを主構成要素としている。中でも負極はその工法上、連続生産が可能であり、高効率な工程として着目されている。具体的には、芯材を電極合剤ペーストに浸漬した後、電極合剤ペーストの塗布量を調節し、ペースト塗布シートを形成する方法が提案されている。

ペースト塗布シートの乾燥方法として、熱風や遠赤外線を発する乾燥炉内を連続走行させる方法が挙げられる。ここで、ペースト塗布シートの搬送性向上および省スペース化の観点から、乾燥炉内で数箇所にわたってペースト塗布シートをローラに当接させ、走行方向を略９０°単位で変化させる方法が採られることが多い。この方法によれば、ローラ間に適度な張力を加えられるので走行安定性が高く、かつ高さ方向の空間が利用できるのでスペース効率に優れた乾燥工程が具現化できると考えられる。

ただし未乾燥状態のペースト塗布シートを平面ロールに当接すると、電極合剤ペーストが転写される。そこでペースト塗布シートが十分に乾燥されていない箇所においては、図６に示すような車輪型ローラに当接させることになる。実際にこのような車輪型ローラを活用して電極合剤ペーストを塗布乾燥する場合、ペースト塗布シートの幅方向の両端において電極合剤ペーストを除去して芯材露出部を設け、この芯材露出部をクリップしながら走行させるのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−０１７４２０号公報

一般にニッケル水素蓄電池の電極合剤ペーストは、用いられる材料の比重が大きい（例えば水素吸蔵合金であれば約８ｇ／ｍｌ）ので、これを厚く塗布した場合、ペースト塗布シートにおける塗布部分の単位面積当たりの重量は相当に大きくなる。特許文献１の方法は、図７に示すように、ペースト塗布シート６の芯材露出部９を車輪型ローラ２０と接触ピン２１とで部分的に挟持して、ペースト塗布シート６を車輪型ローラ２０に断続的に保持する方法であり、ペースト塗布シート６が車輪型ローラ２０に接線方向より接触し回転を開始する。ところが、上述したようにペースト塗布量が大きい場合、回転を開始する際に接触ピン２１で挟持できていない部分において、ペースト塗布シート６の中央部が重力によってたわむのを防ぐことができない。このため、車輪型ローラ２０を起点にペースト塗布シート６にしわが生じ、電極合剤ペーストが流動して塗布精度が低下する。

本発明は上述した課題を鑑みてなされたものであり、比重の高い材料を含む電極合剤ペーストを塗布乾燥する際のしわの発生を抑止することにより、電極合剤ペーストの流動による塗布精度の低下が回避できる、安定した電極合剤ペーストの塗布方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電極合剤ペーストの塗布方法は、コイル状に巻かれた芯材を巻きだす第１の工程と、芯材に電極合剤ペーストを塗布する第２の工程と、電極合剤ペーストの塗布量を調節する第３の工程と、電極合剤ペーストを両面に付着してなるペースト塗布シートを乾燥させる第４の工程と、ペースト塗布シートをコイル状に巻き取る第５の工程とからなり、第２あるいは第３の工程にて電極合剤ペーストが塗布されていない芯材露出部を芯材の幅方向の両端に設け、かつ第４の工程にて芯材露出部を車輪型ローラと接触ベルトとで連続的に挟持してペースト塗布シートの走行方向を変化させる挟持部を少なくとも１箇所設けたものである。

また上述した塗布方法を具現化する手段として、本発明の電極合剤ペーストの塗布装置は、コイル状に巻かれた芯材を巻きだすアンコイラー部と、芯材に電極合剤ペーストを塗布するペースト塗布部と、電極合剤ペーストの塗布量を調節する塗布量調節部と、乾燥部と、乾燥後のペースト塗布シートをコイル状に巻き取るコイラー部とからなり、ペースト塗布部あるいは塗布量調節部には芯材の幅方向の両端に塗布された電極合剤ペーストを除去して芯材露出部を形成させるペースト除去部が付設され、乾燥部には芯材露出部を車輪型ローラと接触ベルトとで連続的に挟持することによりペースト塗布シートの走行方向を変化させる挟持部が少なくとも１箇所付設されたものである。

このように、特許文献１の点接触型の接触ピンに代えて線接触型の接触ベルトを採用した場合、この接触ベルトと車輪型ローラとでペースト塗布シートの芯材露出部を連続的に挟持できる。よって特許文献１とは異なり、ペースト塗布シートの中央部が重力によりたわむのを防ぐことができる。このため車輪型ローラを起点としたペースト塗布シートのしわが生じないので、電極合剤ペーストの流動による塗布精度の低下が回避できる。

本発明によれば、電極合剤ペーストに比重の高い材料が含まれていても、乾燥する際のしわの発生を抑止し、電極合剤ペーストの流動による塗布精度の低下が回避できるので、安定した電極合剤ペーストの塗布方法を提供することが可能となる。

以下に本発明を実施するための最良の形態について、図を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の電極合剤ペーストの塗布装置の概略図である。開孔金属薄板からなるコイル状の芯材２は、アンコイラー部１によって巻き出された後、電極合剤ペースト５を満たしたペースト塗布部４に導かれ、芯材２の上に電極合剤ペースト５が載せられる。続いて芯材２は、塗布量調節部３を経由してペースト塗布シート６となり、乾燥部７に導かれた後、コイラー部８によってコイル状に巻き取られる。

図２（ａ）はこの装置における乾燥部７の内部を拡大した概略図である。ペースト塗布シート６は車輪型ローラ１０によって走行方向が垂直方向から水平方向に変化しているが、車輪型ローラ１０と当接しているのは芯材露出部９である。図３は、芯材露出部９を車輪型ローラ１０と接触ベルト１１とで連続的に狭持する狭持部の特徴を示した図である。芯材露出部９は、車輪型ローラ１０に対し接線方向より侵入し、接触ベルト傾向プーリ１４ａ，１４ｂに掛けられた接触ベルト１１で連続的に狭持される。よって、ペースト塗布シート６はコイラー部８の回転初期より幅方向に適度かつ均一な張力を与えられ、平面を保持したまま接線方向へ離脱する。その際、接触ベルト１１は接点までペースト塗布シート６を狭持することは言うまでもない。また、接触ベルト１１は、図３の白抜き矢印にて示す方向に接触ベルト傾向プーリ１４ａ，１４ｂの位置を変化させることにより、適度な張力を与えることが可能になっている。なお、張力を与える装置としてはエアシリンダ等が適用できる。この構成によれば、電極合剤ペースト５に比重の高い材料が含まれていても、ペースト塗布シート６の中央部が重力に応じてたわむのを連続的に抑止できるので、車輪型ローラ１０を起点にしたペースト塗布シート６のしわが発生せず、電極合剤ペースト５の流動による塗布精度の低下が回避できる。

図１において、芯材露出部９は塗布量調節部３において形成されている。具体的には、ペースト塗布シート６の幅方向の両端と当接するように、一対の塗布量調節部３の両側から樹脂製のチップなどをあてがうことにより、芯材露出部９を形成できる。この方法以外にも、芯材２の幅方向の両端に所定寸法のマスキングテープを貼り付けた後でペースト塗布部４を通過させ、ペースト塗布部４を通過した後にマスキングテープを剥がす方法などを挙げることができる。

図２（ａ）に示したように、挟持部において芯材露出部９に接触ベルト１１を的確に当接させるためには、複数個の接触ベルト傾向プーリ１４ａ，１４ｂに接触ベルト１１を掛けて回転させる方法が好ましい。この方法によって、車輪型ローラ１０の回転ローラ１３の略１／４周に沿う形で、芯材露出部９を車輪型ローラ１０の回転ローラ１３と接触ベルト１１とで連続的に狭持することが可能となる（図３参照）。この場合、接触ベルト傾向プーリ１４ａ，１４ｂの大きさや数は適宜選択が可能であるが、挟持部によってペースト塗布シート６の走行方向を略１８０°変化させる場合、挟持部以外に少なくとも２つの接触ベルト傾向プーリ１４を設けるのが好ましい。

なお、図２（ａ）及び図３に示す傾向プーリ１４ａ，１４ｂのうち、ペースト塗布シート６の芯材露出部９と接触しない傾向プーリ１４ａは駆動プーリであり、ペースト塗布シート６の幅方向における一対の傾向プーリ１４ａ同士がシャフト１５にて連結されており、単一のプーリ駆動モータ１６にて所望の回転を与えられている。ペースト塗布シート６の芯材露出部９と接する傾向プーリ１４ｂは従動プーリであり、傾向プーリ１４ａの回転による接触ベルト１１の駆動に追従して回転するものである。なお、駆動モータ１６から延出される軸１６ａと対向する傾向プーリ１４ａ同士を連結するシャフト１５との間の駆動力伝達部は、例として、図２（ｂ）に示すように、軸１６ａの先端部に設けられた駆動モータ側かさ歯車１６ｂと、駆動モータ側かさ歯車１６ｂと噛み合うシャフト側かさ歯車１５ａとによって構成することができる。

図４（ａ）〜（ｂ）は、車輪型ローラ１０の構成を示すものである。車輪型ローラ１０は、回転ローラ１３と、この回転ローラ１３を先端付近に回転自在に備えたさすまた状の第１の本体部１７と、このさすまた状の第１の本体部１７の芯材２の走行方向に対する回転を自在に保持する第２の本体部１８とからなる。回転ローラ１３の軸芯とさすまた状の第１の本体部１７の先端付近に設けられた軸孔との間には、回転ローラ１３の滑らかな回転を得るためのベアリングが設けられている。また、同様に、第１の本体部１７の他端側に延出する軸と、第２の本体部１８との間にも、第１の本体部１７の滑らかな回転を得るためのベアリングが設けられている。第１の本体部１７の他端側に延出する軸の後端は、ペースト塗布シート６の蛇行を制御するための回動を行うための蛇行制御用モータ１９に連結されている。なお、図示を省略しているが、回転ローラ１３は前述のプーリ駆動モータ１６により駆動されており、この駆動方法は、機械的に傾向プーリ１４ａの回転と同期させるようにしてもよく、駆動制御部を介して同期回転するようにしてもよい。

図５は、蛇行制御検知部１２の周辺を表す模式図である。芯材２は開孔金属薄板であるため、開孔加工時の応力歪みが残存している場合があり、アンコイラー部１から供給する
につれて蛇行が顕著化することがある。このような場合、乾燥部７において、車輪型ローラ１０を通過する前に、蛇行検知部１２によってペースト塗布シート６の蛇行量を検知し、その蛇行量に応じて、芯材２の走行方向に対する車輪型ローラ１０の角度を変化させることが有効である。具体的には、ペースト塗布シート６における塗布部と芯材露出部９との境界を蛇行検知部１２によって検知し、制御演算器によって蛇行量を数値化する。この蛇行量が二点鎖線で示すように図の左側に向かって基準点（規定範囲）から外れた場合、蛇行制御用モータ１９により蛇行方向と逆側に車輪型ローラ１０の向きを変えて、蛇行を修正する方法が一般的である。図示する例とは反対側にペースト塗布シート６が蛇行した場合には、図５の例とは逆側に車輪型ローラ１０の向きを変えれば良い。なお、蛇行制御用モータ１９は、左右の車輪型ローラ１０に個別に配置してもよく、アクチュエータにて同期させる形態を採ってもよい。

なお、ペースト塗布シート６の蛇行制御を行う際には、芯材２の走行方向に対して車輪型ローラ１０を傾斜させるが、傾向プーリ１４ａ，１４ｂにあっては傾斜させる必要がない。これは、接触ベルト１１が弾性を有するものであることから、車輪型ローラ１０の傾きに追従して接触ベルト１１との狭持部分だけが基準点（図５参照）より移動するからである。

本発明の挟持部は、電極合剤ペースト５が未乾燥状態である箇所に配置する必要があるが、この箇所がペースト塗布シート６のしわ発生の根源であることから、電極合剤ペースト５の転写の懸念がなくなる程度に乾燥が進んだ箇所においては、ペースト塗布シート６を全幅にわたり当接しうる平面ローラを配置するのが望ましい。

また図１では、塗布量調節部３とペースト塗布部４とが分離した形態を示したが、ダイコータのように、塗布量調節部３とペースト塗布部４とが一体化した形態の場合でも、本願の効果が発揮されることは言うまでもない。

以下に、本発明の実施例を、ニッケル水素蓄電池の負極（水素吸蔵合金電極）を用いて記す。ただし本発明は、芯材が開孔金属薄板である限り、本実施例のみに限定されないのはいうまでもなく、例えばアルカリ蓄電池の焼結式ニッケル正極の前駆体であるシンター基板や、開孔金属薄板としてラスメタルを用いたリチウムポリマー電池の正負極にも展開が可能である。

（実施例１）
芯材２として、厚さ６０μｍ、幅３００ｍｍ、パンチング孔径１ｍｍ、開孔率４２％のニッケルめっきを施した鉄製パンチングメタル（１コイルの全長２００ｍ）を、幅方向で張力のバランスをずらせて巻き取ることにより、蛇行量が０．０２〜０．０３ｍｍ／ｍ（２００ｍで４〜６ｍｍ）となるように予め調整した。

一方、組成式ＭｍＮｉ_3.55Ｃｏ_0.75Ｍｎ_0.4Ａｌ_0.3で表される水素吸蔵合金を湿式ボールミルにより水中で平均粒径３０μｍに粉砕して水素吸蔵合金粉末を得た。この合金粉末をアルカリ水溶液に浸漬して表面処理した後、この水素吸蔵合金粉末１００ｋｇに対し、固形分比１．５％のカルボキシメチルセルロース水溶液１０ｋｇおよびケッチェンブラック０．４ｋｇを加えて混練し、さらに固形分比４０％のスチレン−ブタジエン共重合体ゴム粒子の水溶液１．７５ｋｇを加えて攪拌することにより、電極合剤ペースト５を作製した。

この電極合剤ペースト５を、図１に示す塗布装置を用いて、幅２６０ｍｍ、塗布後の総厚が２６０μｍとなるよう、両端から２０ｍｍずつ電極合剤ペースト５をこき取りながら上述した芯材２の両面に５ｍ／分の速度で塗布し、ペースト塗布シート６を作製した。乾
燥部７における挟持部については、図２及び図４に示すように、芯材露出部９を車輪型ローラ１０と複数個の接触ベルト傾向プーリ１４ａ，１４ｂに掛けた接触ベルト１１とで、車輪型ローラ１０の回転ローラ１３の略１／４周に沿う形で挟持する形をとった。ただし本実施例においては、ペースト塗布シート６の蛇行を修正することは行わなかった。

２００ｍにわたって塗布を行った後、ペースト塗布シート６の最後部（塗り終わりの箇所）の塗布部を、幅方向に３０ｍｍ径のポンチで計６箇所打ち抜いた後、乾燥後の電極合剤ペースト５の塗布量の標準偏差を重量％で求めたところ、σ＝０．７％であった。

（実施例２）
実施例１に対し、蛇行検知部１２を作動させ、蛇行量が１ｍｍを超えたときに図５に示す方法で蛇行方向と逆側に車輪型ローラ１０の第１の本体部１７の軸の向きを変えて蛇行を修正した以外は、実施例１と同様にペースト塗布シート６を作製した。

２００ｍにわたって塗布を行った後、ペースト塗布シート６の最後部の塗布部を、幅方向に３０ｍｍ径のポンチで計６箇所打ち抜いた後、乾燥後の電極合剤ペースト５の塗布量の標準偏差を重量％で求めたところ、σ＝０．３％であった。

（比較例）
実施例１に対し、乾燥部７における挟持部について、図７に示すように、接触ベルト１１に代えて、車輪型ローラ２０に付設した接触ピン２１を用いた以外は、実施例１と同様にペースト塗布シート６を作製した。

２００ｍにわたって塗布を行った後、ペースト塗布シート６の最後部の塗布部を、幅方向に３０ｍｍ径のポンチで計６箇所打ち抜いた後、乾燥後の電極合剤ペースト５の塗布量の標準偏差を重量％で求めたところ、σ＝１．７％であった。

以上のように、ペースト塗布シート６の芯材露出部９を、車輪型ローラ１０と接触ベルト１１とで連続的に挟持した実施例１〜２は、接触ピン２１にて部分的に挟持してペースト塗布シート６の芯材露出部９を車輪型ローラ２０に断続的に保持した比較例に対して、塗布量のバラツキが大幅に低減した。この理由は、約８ｇ／ｍｌと比重の高い水素吸蔵合金を含む電極合剤ペースト５を保持したペースト塗布シート６の中央部が、重力に応じてたわもうとするのに対し、各実施例の場合は連続的な挟持によりたわみを抑止できたので、ペースト塗布シート６のしわが発生せず、電極合剤ペースト５の流動による塗布精度の低下が回避できたことによる。なおここで、蛇行検知部１２の作動によって蛇行修正を行った実施例２は、実施例１と比べて車輪型ローラ１０と芯材露出部９との位置関係がさらに安定したので、ペースト塗布シート６の微視的な歪みを解消できた結果として、塗布量のバラツキがさらに低減したと考えられる。

以上説明したとおり本発明によれば、電極合剤ペーストに比重の高い材料が含まれていても、乾燥する際のしわの発生を抑止し、電極合剤ペーストの流動による塗布精度の低下が回避できるので、安定した電極合剤ペーストの塗布方法を提供することが可能となり、ニッケル水素蓄電池をはじめとする種々の電池の電極製造技術として利用可能性が高く、かつ有用性も高い。

本発明の電極合剤ペーストの塗布装置の概略図である。 本発明の装置における挟持部の構成を示し、（ａ）は狭持部の構成の概略拡大図であり、（ｂ）は駆動力伝達部の概略構成図である。 本発明の装置における車輪型ローラと接触ベルトによる芯材露出部の狭持状態を示す図である。 本発明の装置における車輪型ローラの構成を示し、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線における断面図である。 本発明の装置における蛇行制御検知部の周辺を表す模式図である。 従来の装置における、車輪型ローラの概略図である。 従来の装置における、挟持部の概略拡大図である。

Claims (4)

1. 開孔金属薄板からなる芯材（２）を走行させ、この芯材の上に電極合剤ペースト（５）を塗布する電極合剤ペーストの塗布方法であって、
   コイル状に巻かれた前記芯材を巻きだす第１の工程と、
   前記芯材の上に前記電極合剤ペーストを載せる第２の工程と、
   前記電極合剤ペーストの塗布量を調節する第３の工程と、
   前記電極合剤ペーストが両面に塗布されたペースト塗布シート（６）を乾燥させる第４の工程と、
   前記ペースト塗布シートをコイル状に巻き取る第５の工程とからなり、
   前記第２あるいは第３の工程において、前記ペースト塗布シートの幅方向の両端に、前記電極合剤ペーストが塗布されていない芯材露出部（９）が設けられ、
   前記第４の工程において、前記芯材露出部を車輪型ローラ（１０）と接触ベルト（１１）とで連続的に挟持することにより、前記ペースト塗布シートの走行方向を変化させる挟持部を少なくとも１箇所設けた電極合剤ペーストの塗布方法。
2. 前記第４の工程において、蛇行検知部（１２）によって検知した前記ペースト塗布シート（６）の蛇行量に応じて、前記芯材（２）の走行方向に対する前記車輪型ローラ（１０）の角度を変化させ、ペースト塗布シートの進行方向を制御することにより蛇行制御を可能とする請求項１記載の電極合剤ペーストの塗布方法。
3. 開孔金属薄板からなる芯材（２）を走行させ、この芯材の上に電極合剤ペースト（５）を塗布する電極合剤ペーストの塗布装置であって、
   コイル状に巻かれた前記芯材を巻きだすアンコイラー部（１）と、
   前記芯材の上に前記電極合剤ペーストを載せるペースト塗布部（４）と、
   前記電極合剤ペーストの塗布量を調節する塗布量調節部（３）と、
   乾燥部（７）と、
   乾燥後のペースト塗布シート（６）をコイル状に巻き取るコイラー部（８）とからなり、
   前記ペースト塗布部あるいは塗布量調節部には、前記ペースト塗布シートの幅方向の両端に塗布された前記電極合剤ペーストを除去して芯材露出部（９）を形成させるペースト除去部が付設され、
   前記乾燥部には、前記芯材露出部を車輪型ローラ（１０）と接触ベルト（１１）とで連続的に挟持することにより、前記ペースト塗布シートの走行方向を変化させる挟持部が少なくとも１箇所付設された電極合剤ペーストの塗布装置。
4. 前記乾燥部（７）には、前記ペースト塗布シート（６）の蛇行量を検知する蛇行検知部（１２）が付設され、かつ前記車輪型ローラ（１０）は、この蛇行量に応じて前記芯材（２）の走行方向に対する角度を変化させ、ペースト塗布シートの進行方向を制御することにより蛇行制御を可能とする機能を有する請求項３記載の電極合剤ペーストの塗布装置。

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