JP5173533B2

JP5173533B2 - ロールプレス装置

Info

Publication number: JP5173533B2
Application number: JP2008091753A
Authority: JP
Inventors: 睦辻出
Original assignee: Hitachi Vehicle Energy Ltd
Current assignee: Vehicle Energy Japan Inc
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: JP2009245788A

Description

本発明はロールプレス装置に係り、特に、一対の加熱機能付きプレスローラを備えた電池用電極のロールプレス装置に関する。

例えば、リチウムイオン電池の電極を作製する場合には、一般に、厚さ約１５μｍ程度のアルミニウムや銅の金属箔の基材（集電体）上に、約５０μｍ〜２００μｍ程度の正極用又は負極用の活物質層を塗着し、乾燥させてシート状の電極を形成する。

活物質層は、塗着のみでは乾燥時の空隙により密度が低く、電池形成時に十分な電池容量を確保することができない。このため、乾燥後の電極はシート状のまま熱間或は冷間（常温）ロールプレス装置で圧縮加工が施される（例えば、特許文献１参照）。ここで用いられる熱ロールプレスは、約１００〜１２０°Ｃ程度の温度で圧縮されるが、活物質層に熱を奪われるため、予熱ローラと称される予備の加温用のローラを一対のプレスローラの上流側に配置し、活物質層を予熱する方式が採られている。

特開２００５−４４５３９号公報

しかしながら、従来のロールプレス装置での予熱ローラによる予熱では、実際には、電極の幅方向での予熱が均一には行われない。具体的には、図２の符号ａ、ｂ、ｃは予熱ローラ４、５通過後のシート状電極１の温度分布状態を模式的に示しているが、温度の高い順にａ＞ｂ＞ｃのような温度分布となる。このため、プレス後のシート状電極の密度分布、伸びの状態が不均一になり、シート状電極にうねりや歪曲が発生する。特に、活物質層がストライプ状に塗着されたシート状電極では、基材の伸びが不均一のため、無地部分に皺１１が発生し、最悪の場合亀裂となりシート状電極の破断が生ずる場合がある。

本発明は上記事案に鑑み、プレスローラによるプレス時に、電極のうねりや歪曲、無地部分の皺発生を抑制することができるロールプレス装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、一対の加熱機能付きプレスローラを備えた電池用電極のロールプレス装置において、前記電極は、集電体の長手方向に沿って帯状に複数の活物質層が形成されており、該活物質層間の幅方向で前記集電体が露出したストライプ状の電極であり、前記プレスローラの前記電極の搬送方向上流側の直前の手前に、全幅に亘って前記電極を非接触で予備加熱するヒータが配置されており、前記ヒータの前記電極の搬送方向上流側に、一対の予熱ローラが配置されている、ことを特徴とする。

本発明において、ヒータで予備加温された電極の表面温度が、プレスローラにより加熱プレスされたときの表面温度に対し、温度差が２０°Ｃ以内となるようにヒータの加熱温度が設定されていることが好ましい。

本発明によれば、プレスローラの電極の搬送方向上流側の直前の手前に、全幅に亘って電極を非接触で予備加熱するヒータを配置し、ヒータの電極の搬送方向上流側に、一対の予熱ローラを配置したので、予熱ローラおよびヒータで予備加熱された電極の温度分布が、プレスローラの直前で、電極幅方向に略均一な温度分布となり、プレスローラによる電極の加熱プレス時に電極のうねり、歪曲または無地部分の皺発生を抑制することができる、という効果を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明に係るロールプレス装置の実施の形態について説明する。

（構成）
本実施形態のロールプレス装置は、電極供給ロール側から供給されたシート状電極を一対のヒートローラで加熱しながら加圧（プレス）して電極を構成する活物質層の密度を高め、プレス後の電極を電極巻取ロールに巻き取る態様のものである。

図１に示すように、本実施形態のロールプレス装置２０は、プレスローラとしての一対のヒートローラ２、３を備えている。ヒートローラ２、３は駆動ローラであり、軸心の周りにヒートランプやニクロム線等の熱源を内蔵している。ヒートローラ２、３間は油圧力で規制され、シート状電極１が熱間で加圧される構造が採られている。

シート状電極１には、以下のようなリチウムイオン電池用電極が用いられるが、本発明はこれに制限されるものではない。正極用電極には、例えば、リチウムマンガン複酸化物を正極活物質とし、導電剤と結着剤とを添加し、これに分散溶媒を添加、混練してスラリを作製しておき、得られたスラリを厚さ２０μｍのアルミニウム箔（集電体）の両面に均一に塗布して正極活物質層を形成した後、乾燥させたフープ状の電極を用いることができる。一方、負極用電極には、例えば、非晶質炭素を負極活物質とし、結着剤を添加し、これに分散溶媒を添加、混練してスラリを作製しておき、得られたスラリを厚さ１０μｍの圧延銅箔（集電体）の両面に均一に塗布して負極活物質層を形成した後、乾燥させたフープ状の電極を用いることができる。

本実施形態では、量産性を高めるために（２つ分のフープ状の電極を得るために）、幅方向両側および幅方向中央に両面とも活物質が塗布されない未塗布部（以下、無地部分という。）を形成したストライプ状の電極が用いられている。この電極が上述した電極供給ロールとしてロールプレス装置２０に装着される。

ヒートローラ２、３のシート状電極１の搬送方向（図１の矢印参照）上流側には、ヒートローラ２、３でシート状電極１を加熱、加圧する前にシート状電極１に予熱を付与するための一対の予熱ローラ４、５が配設されている。予熱ローラ４、５も駆動ローラであり、軸心の周りに熱源を内蔵している。

本実施形態のロールプレス装置２０の特徴は、予熱ローラ４、５のシート状電極１の搬送方向下流側であって、ヒートローラ２、３のシート状電極１の搬送方向上流側手前（直前）に、搬送されるシート状電極１を全幅に亘って非接触状態で予備加熱するヒータとしての予熱炉９が配置されていることである。予熱炉９は、中央にシート状電極１が搬送可能な中空部が形成された箱状を呈しており、遠赤外線ヒータを内蔵している。このため、予熱ローラ４、５で予熱され搬送されるシート状電極１（の両面）は、ヒートローラ２、３の直前で、シート状電極１の温度分布が幅方向で略均一となる。

電極供給ロール（不図示）および予熱ローラ４、５間、予熱ローラ４、５および予熱炉９間、並びに、ヒートローラ２、３および電極巻取ロール（不図示）との間には、それぞれ、シート状電極１の搬送角度を調整して案内するためのガイドローラ６、７、８（従動ローラ）が配設されている。

なお、ロールプレス装置２０は、図示しないモータを備えており、このモータがギア、ベルト等で構成される駆動伝達機構を介して、ヒートローラ２、３、予熱ローラ４、５および電極巻取ロールの軸心に駆動力を供給している。

（動作）
次に、本実施形態のロールプレス装置２０の動作について、予熱炉９を欠く従来のロールプレス装置と比較しつつ説明する。

まず、ロールプレス装置２０の全体動作について説明すると、電極供給ロール側から供給されたシート状電極１は、ガイドローラ６で搬送方向を変え、予熱ローラ４、５で予熱（例えば、１２０°Ｃ）され、ローラガイド７で再度搬送方向を変え、予熱炉９により（ヒートローラ２、３の直前で、換言すれば、予熱炉９の出口で）シート状電極１の温度分布が幅方向で略均一となるように（例えば、１２０°Ｃで）予熱され、ヒートローラ２、３で加熱（例えば、１２０°Ｃ）、加圧されて所望の密度が確保され、ガイドローラ８で搬送方向をさらに変えて電極巻取ロール側に巻き取られる。

活物質層がストライプ状に塗着されたシート状電極１は、ヒートローラ２、３で加熱、加圧される前に、例えば、１２０°Ｃに加温された予熱ローラ４、５で、表裏面が加温される。この加温されたシート状電極１は、予熱ローラ４、５からヒートローラ２、３に搬送される際に搬送路上で若干冷却される。図２に示すように、このときのシート状電極１表面の温度分布は、高温側からａ＞ｂ＞ｃの順になる。特に、本実施形態のように活物質層がストライプ状に塗着されたシート状電極１では、温度分布が双山型の様相を示し、シート状電極１の幅方向中央の無地部分１１は、その両側の活物質層部分１０に比べ、温度低下が大きくなる。シート状電極１がヒートローラ２、３で加圧されるとき、シート状電極１の無地部分１１は、両側の活物質層部分１０よりも薄いため加圧はされずに、ヒートローラ２、３による再加熱のみが作用する。この再加熱により無地部分１１には伸びが発生するが、両側の活物質層部分１０には加圧力が働くため無地部分１１の伸びは縦皺となって現れる（図２参照）。無地部分１１に皺の発生したシート状電極１は、電極巻取ロールで巻き取る際に亀裂が発生し電極破断を生じさせる。また、シート状電極１にうねりや歪曲を発生させる原因となる。

これに対し、本実施形態のロールプレス装置２０では、ヒートローラ２、３の加熱、加圧により発生するシート状電極１のうねり、湾曲、皺を防止するために、ヒートローラ２、３の手前に、シート状電極１を全幅に亘って略均一な温度に予備加熱する予熱炉９が配置されている。このため、本実施形態のロールプレス装置２０によれば、無地部分１１に皺が発生せず、また、シート状電極１にうねりや歪曲も発生しない。

（試験）
次に、本実施形態のロールプレス装置２０の予熱炉９の加熱温度を設定するために行った試験について説明する。

この試験では、ヒートローラ２、３および予熱ローラ４、５の温度をともに１２０°Ｃに設定し、予熱炉９の設定温度を、８０°Ｃから１２０°Ｃの間で１０°Ｃずつ５段階に変化させて、シート状電極１の中央の無地部分１１の皺発生状況を観察した。試験結果を下表１に示す。

表１から明らかなように、ヒートローラ２、３による加熱、加圧の直前で電極表面温度が均一となるようにシート状電極１を予熱炉９で加熱することにより、活物質層がストライプ状に塗着されたシート状電極１において、無地部分１１への皺発生を抑止できる。また、皺を抑止するためには、ヒートローラ２、３とシート状電極の表面温度との温度差は、少なくとも２０°Ｃ以内であり、１０°Ｃ以内であることがより望ましい。

（効果等）
本実施形態のロールプレス装置２０では、ヒートローラ２、３のシート状電極１の搬送方向上流側手前に、搬送されるシート状電極１を全幅に亘って予備加熱するヒータとしての予熱炉９が配置されている。このため、シート状電極１の活物質層プレス工程において、プレス時のうねりや湾曲、或は無地部分の皺発生を抑止でき、電極品質を飛躍的に向上させることができる。特に、活物質層がストライプ状に塗着されたシート状電極においては、従来、無地部分での皺発生のため非常に困難であった広幅の熱プレスが、比較的容易に実現可能となり、量産性が格段に向上する。

なお、本実施形態では、シート状電極にリチウムイオン電池用電極、シート状電極の作製方法、加熱炉９に遠赤外線ヒータをそれぞれ例示したが、本発明がこれらに制限されないことは論を待たない。また、ヒートローラ、予熱ローラ、予熱炉の温度（１２０°Ｃ）を例示したが、これらはシート状電極の所望密度やロールプレス装置２０のシート状電極の搬送速度等との関係で設定されるものであり、本発明が例示した温度に限るものでないことは云うまでもない。

本発明はプレスローラによるプレス時に、電極のうねりや湾曲、無地部分の皺発生を抑制することができるロールプレス装置を提供するものであり、このロールプレス装置で製造された電極は品質、量産性に優れるため、ロールプレス装置の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

本発明が適用可能な実施形態のロールプレス装置の要部を示す外観斜視図である。従来のロールプレス装置の要部を示す外観斜視図である。

符号の説明

１シート状電極（電池用電極）
２ヒートローラ（プレスローラの一部）
３ヒートローラ（プレスローラの一部）
４予熱ローラ
５予熱ローラ
９予熱炉（ヒータ）
２０ロールプレス装置

Claims

一対の加熱機能付きプレスローラを備えた電池用電極のロールプレス装置において、
前記電極は、集電体の長手方向に沿って帯状に複数の活物質層が形成されており、該活物質層間の幅方向で前記集電体が露出したストライプ状の電極であり、
前記プレスローラの前記電極の搬送方向上流側の直前の手前に、全幅に亘って前記電極を非接触で予備加熱するヒータが配置されており、
前記ヒータの前記電極の搬送方向上流側に、一対の予熱ローラが配置されている、
ことを特徴とするロールプレス装置。
前記ヒータで予備加温された前記電極の表面温度が、前記プレスローラにより加熱プレスされたときの表面温度に対し、温度差が２０°Ｃ以内となるように前記ヒータの加熱温度が設定されたことを特徴とする請求項１に記載のロールプレス装置。