JP5228133B1 - 電極材料用ロールプレス設備及び電極シートの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数本の塗工部と非塗工部を基材（アルミ箔や銅拍のような導電箔）の長手方向に延びるように設けたシートであってもロールプレスにかけた場合の非塗工部に生じる皺や亀裂発生の抑制を、低コスト、低工数によって実現でき、かつ、複数に分断されたシートの搬送速度のばらつきやたるみの発生を防止できる電極材料用のロールプレス設備を提供する。
【解決手段】基材の表面に該基材の長手方向に延び幅方向に間隔をあけて複数本の活物質の塗工部を形成したシート１０を送り出す巻出機１と、シート１０を複数のガイドロール５０を介して巻取機３側に搬送する過程で塗工部を圧縮加工する対のプレスロール２と、を備えた、プレスロール２とプレスロール下流のガイドロール５０のうちプレスロール２に最も近いガイドロール５０´との間に、シート１０の少なくとも各物質塗工部間の位置でシートを切断する複数の切断刃からなるスリッター６を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、アルミ箔、銅箔など導電材料よりなる長尺の基材の一面又は両面に電極材料となる活物質を塗工してなるシートを、製造ラインにて搬送、巻取ると共に、搬送過程で活物質を対のプレスロールにて連続的に圧縮加工する電極材料用ロールプレス設備、及び電極シートの製造方法に関する。特に、基材に長手方向に延びる複数本の活物質塗工部を、基材の幅方向に間隔をおいて形成したシートを、少なくとも活物質塗工部間の各位置（活物質非塗工部）で切断して、シートを複数本の電極シートに分断するスリット技術に関する。

リチウムイオン電池、キャパシタ等の正極や負極の電極は、製造過程では、元々は、アルミ箔、銅箔などの長尺の基材の一面または両面に活物質を塗工したシートよりなる。このシートが、製造工程にて、ロールプレス設備を通され、活物質の密度を上げ且つ均一の厚みとなるように、活物質塗工部（以下、塗工部と称する）がロールプレス（圧縮加工）される。このロールプレス後に、シートは、巻取機にコイル状に巻取られ、巻取りコイルが電極材料製品として出荷または次工程に移送される。また、電極の製造効率を高めるために、基材上にその長手方向に延びる塗工部を、基材の幅方向に間隔をおいて複数本形成したシートを、プレスロールに通して、複数本の塗工部を一度にロールプレスし、シートの搬送過程で、複数の切断刃を有するスリッターを用いて、シートを分断する技術が提案されている。分断は、各塗工部間の活物質非塗工部（以下、非塗工部と称する）の幅方向中心位置と各塗工部の幅方向中心位置で切断することで行われる。複数本に分断された後の電極シートは、塗工部の領域と、塗工部に沿って電極シートの幅方向片側に偏在する非塗工部の領域とからなる。塗工部は、電極として、非塗工部は、集電用タブを取り付けるために使用される。

活物質を塗工したシートをロールプレスにかけると、塗工部だけが加圧されて延びが生じ、そのため非塗工部との間に歪が生じて塗工部と非塗工部間に皺が生じる。特に、複数本の塗工部が形成されているシートをロールプレスにかけると、非塗工部とその両隣りの塗工部との間で歪が生じ、その結果、皺がクロスして深い皺、特に非塗工部の中心位置に深い皺が生じ易い。図３は、そのような皺が生じたシートの模式図を示すものである。図３は、複数本の塗工部１１が幅方向に所定の間隔をあけて形成されているシート１０のロールプレス後の一部を示す平面図である。図３に示すように、シート１０の幅方向の両側と各塗工部１１間に非塗工部１２の領域が確保されている。そして、図３によれば、ロールプレス後に非塗工部１２に生じる皺１３のうち、塗工部１１が両隣りにある非塗工部１２の領域（すなわち塗工部１１間の非塗工部領域）の中心位置にある皺がシートの深く且つ長手方向に走っている。

かような皺は、ロールプレス後の巻取機に至る搬送過程で進行して亀裂となり、その結果、シートの搬送不能を招く原因となる。

このような問題を解決するために、従来より、種々の解決策が提案されている。

例えば、特許文献１（国際公開２０１０／２６７８４号公報）では、シートを各塗工部の間（非塗工部）で分断する第１切断工程を、シート（塗工部）をロールプレスにかける前に行って、非塗工部に生じる皺の度合いや進行を抑制する技術が提案されている。

また、特許文献２（特開２００５−１９０７８７号公報）では、長尺上の金属箔からなる集電体上に集電体と略同一幅を有し且つ任意のパターンの開口部を有する被覆シートよりなる被覆層を形成し、この被覆層によって一部が被覆された集電体上全面に、活物質層を塗設してなる積層体を形成する。この積層体を、被覆層及び被覆層上の活物質層を剥離し、また剥離工程の前及び／又は後に、ロールプレスにかけるようにしている。この技術では、被覆シートの長手方向に配列された開口部によって、被覆シートの剥離後は、活物質層（塗工部）が集電体の長手方向に間隔を置いて設けられるので、集電体の横断方向、すなわち幅方向に非塗工部（被覆シートで覆われていた部分）が延びるように形成される。その結果、ロールプレスを行う際に、非塗工部では集電体の横断方向に均一な圧力がかかり、非塗工部に皺や亀裂が発生しにくい。

国際公開２０１０／２６７８４号公報 特開２００５−１９０７８７号公報

特許文献１、２に開示される技術は、複数の塗工部と非塗工部を有するシートをロールプレスにかけた場合の非塗工部に生じる皺や亀裂発生を抑制するために有効である。ただし、特許文献１のように、シートをロールプレスにかける前に、各塗工部の間（非塗工部）で分断する手法では、分断されたそれぞれのシートを共通のプレスロールに通す過程で、分断シート間で塗工部の厚みにばらつきがあったり、プレスロールの軸方向（シートの幅方向）の荷重にばらつきが生じると、分断シート間の搬送速度にばらつきが生じ、その中で、搬送速度の遅い一部の分断シートにたるみが生じ搬送不具合が生じるおそれがある。特に近年のように、生産効率及び活物質の高密度化が益々要求され、その結果、高速巻取りやロールプレスの高荷重化されるロールプレスでは、そのような問題が生じる可能性が高くなる。

また、特許文献２の手法は、ロールプレスのシート搬送過程で、開口部を有する被覆シートを剥離する工程を必要とし、また、ロール設備にそのような被覆シート剥離装置を設けなければならず、その分、作業工数とロール設備のコストが高くなる。

かような事情もあって、基材の表面に該基材の長手方向に延び幅方向に間隔をあけて複数本の活物質の塗工部を形成したシートの場合には、ロールプレス設備にスリッターを設けて複数に分断することはなかなか実用化されていなかった。したがって、そのような場合では、ロールプレス工程とは別工程で、事前にスリット加工を行い、単条塗工品としてからプレスロールを行っている。そのために、プレス機の必要台数や作業工数が増えてしまうので、そのような場合でも、単条とせずにロールプレスを行うことや、ロールプレス設備にスリッターを設けて複数に分断することが望まれていた。

本発明の目的は、上記のような被覆シート剥離工程を要さず、基材（アルミ箔や銅箔のような導電箔）の長手方向に延び幅方向に間隔（非塗工部）をおいて形成される複数本の塗工部を形成したシートであっても、シートをロールプレスにかけた場合の非塗工部に生じる皺や亀裂発生の抑制を、低コスト、低工数によって実現でき、かつ、複数に分断されたシートの搬送速度のばらつきやたるみの発生を防止できる電極材料用のロールプレス設備を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、基本的には、次のように構成される。

すなわち、基材の表面に該基材の長手方向に延び幅方向に間隔をあけて複数本の活物質の塗工部を形成したシートを送り出す巻出機と、前記シートを複数のガイドロールを介して巻取機側に搬送する過程で前記塗工部を圧縮加工する一対のプレスロールと、を備えたロールプレス設備において、
前記プレスロールと該プレスロール下流のガイドロールのうち該プレスロールに最も近いガイドロールとの間に、前記シートの少なくとも各物質塗工部間の位置で該シートを切断する複数の切断刃からなるスリッターを設けたことを特徴とする。

上記構成によれば、ロールプレスにかけられたシートは、プレスロールの下流の最初のガイドロールに至る前にスリッターにかけられて、少なくとも各物質塗工部間の位置で該シートが複数に切断（分断）される。なお、既述したように、ロールプレスにかけられたシートは、最終的には、各塗工部間（非塗工部）の幅方向中心位置（例えば図３のＳ２とＳ４の延長線上）と各塗工部の幅方向中心位置（例えば図３のＳ１とＳ３とＳ５との延長線上）で切断されるが、このうち、プレスロールの下流の最初のガイドロールに至る前にスリッターにかけられる切断位置は、少なくとも、前者の各塗工部間（非塗工部）の幅方向中心位置であり、後者の各塗工部の幅方向中心位置は、前者と同時に或いはその後に行うようにしてもよい。

発明者の知見によれば、ロールプレスされたシートを、ガイドロールを経由してスリット（分断）する場合には、ロールプレスにより塗工部間（非塗工部）で発生する皺（皺の発生メカニズムは既述した通り）がガイドロールを通過する度に進行し亀裂が生じることになる。これに対し、本発明のように、プレスロールの下流の最初のガイドロールに至る前で、少なくとも各塗工部間（非塗工部）の中心位置でシートをスリッターにかけた場合には、その後、各分断シートが複数のガイドロールを経由して巻取機に至った場合であっても、皺の進行は抑制されほとんどが亀裂に至らないことを見出した。本発明は、以上の知見に基づいてなされたものである。

本発明によれば、電極材料用のロールプレス設備において、被覆シート剥離工程を要さず、基材（アルミ箔や銅箔のような導電箔）の長手方向に延び幅方向に間隔（非塗工部）をおいて形成される複数本の塗工部を形成したシートであっても、シートをロールプレスにかけた場合の非塗工部に生じる皺や亀裂発生の抑制を、低コスト、低工数によって実現でき、かつ、複数に分断されたシートの搬送速度のばらつきやたるみの発生を防止できる。

本発明の第１実施例に係るロールプレス設備の概要図。 本発明の第２実施例に係るロールプレス設備の概要図。 複数本の塗工部が幅方向に所定の間隔をあけて形成されているシートのロールプレス後の一部を示す平面図。 本発明の第３実施例に係るロールプレス設備の概要図。 本発明の第４実施例に係るロールプレス設備の概要図。

以下、本発明の実施の形態を、図１及び図２の実施例により説明する。

図１に示す第１実施例に係るロールプレス設備は、アルミ箔、銅箔など導電材料よりなる長尺の基材の一面又は両面に電極材料となる活物質を塗工してなるシート１０を適用対象とするものである。特に図３に示すように、基材１４の表面に該基材の長手方向に延び幅方向に間隔（非塗工部）１２をあけて複数本の活物質の塗工部１１を形成したシートである。本実施例では、一例として、リチウムイオン二次電池の捲回式電極に用いる電極の製造過程のシートを例示するが、これに限定するものではなく、その他の用途のものでも適用可能である。

本実施例のロールプレス設備は、概略的には、シート１０の巻出しコイルを巻いた巻出機１と、巻出機１から送り出される長尺のシート１０を圧縮加工する一対のプレスロール２（上プレスロール，下プレスロール）と、圧縮加工されたシートを巻取って、巻取りコイルを生成する巻取機３とを備える。巻出機１とプレスロール２間には、シート１０に対する張力制御・搬送機構４が設けられる。また、プレスロール２と巻取機３間にも、張力制御・搬送機構５が設けられている。

これらの張力制御・搬送機構４，５は、それぞれガイドロール５０が複数（例えば５〜１５本程度）備える。ガイドロール５０は、シート１０の搬送案内と、シート１０が搬送過程で皺にならないようにシートの幅方向に張力を与えるものである。

ガイドロール５０は、凸クラウン形状または真円柱形状をしているロールよりなり、例えばφ１００ｍｍ〜３００ｍｍである。

シート１０の幅は、ガイドロール５０の幅に収まるサイズであり、シート基材となる箔１４の厚みは、従前は１０〜３０μｍ（平均１８〜２０μｍ）であったが、最近では、１０μｍ以下（例えば８〜９μｍ）の要求があり、しかもプレス速度の高速化が望まれている。プレスロール２によりシート１０に与えられる荷重は、線圧力で１００〜２，０００ｋｇ／ｃｍ程度である。

本実施例では、本発明の課題を解決するために、プレスロール２とプレスロール下流の複数のガイドロール５０のうちプレスロール２に最も近いガイドロール５０´との間に、スリッター６を設ける。シート１０は、ガイドロール５０´の位置で下方（上方でもよい）に曲げられ、張力が与えられる。スリッター６は、シート１０の各非塗工部（各塗工部間）の中心位置（例えば図３のＳ２，Ｓ４の延長線上）でシート１０を長手方向に切断する複数の切断刃と、シート１０の塗工部の中心位置（例えば図３のＳ１，Ｓ３，Ｓ５の延長線上）でシート１０を長手方向に切断する複数の切断刃（図示省略）とからなる。スリッターそのものは、種々のタイプのものがあり、スリッター自身は、周知であるので、機構的な詳細な説明は省略する。なお、スリッター６は、複数の切断刃間を切断間隔に応じて調整する機構（図示省略）を有する。また、スリッターの巾方向位置を材料の蛇行に合わせ巾方向に調整する機構が必要となるが、周知の技術で成しえるので機構的な詳細な説明は省略する。

ロールプレスにかけられたシート１０は、プレスロール２の下流の最初のガイドロール５０´に至る前にスリッター６にかけられて、各塗工部間（非塗工部１２）の幅方向中心位置（例えば図３のＳ２，Ｓ４の延長線上）と各塗工部１１の幅方向中心位置（例えば図３のＳ１，Ｓ３，Ｓ５との延長線上）で切断される。

本実施例では、シート１０が分断された結果得られた複数の電極シートは、一つの巻取機３で巻き取られる。

プレスロール２の下流の最初のガイドロール５０´に至る前で、シート１０を上記した切断位置でスリッター６にかけた場合には、その後、各分断シートが複数のガイドロール５０を経由して巻取機３に至った場合であっても、皺の進行は抑制されほとんどが亀裂に至らなかった。

なお、張力制御機構・搬送機構５には、スリット後の幅広げ機構（エキスパンドロール等）、張力制御機構（ダンサーロール等）、蛇行補正機構（ステアリングロール等）が設けられるが、これらについては既知の技術であるので図示省略する。

図２は、第２の実施例を示すものである。

第１実施例との相違点は、スリッター６で分断された結果の電極シートを、共通の巻取機ではなく、各電極シートごとに巻取るために、または、隣接する各条を別の巻取軸にすることにより仕上り巻取コイル間隔を広くするために、電極シート数に応じた、または２本の巻取機３ａ，３ｂを備えた点であり、その他の構成は、第１実施例と同様である。

図４は、第３実施例を示すものである。

本実施例は、第１実施例同様にスリッター６で分断された結果の電極シートを、共通の巻取機３で巻き取る方式のロールプレス設備を対象にしている。本実施例のスリッター６は、第１実施例同様にプレスロール２の下流の最初のガイドロール５０´に至る前に配置されるが、このスリッター６の下歯に沿わせてシート１０を下方（上方でもよい）に曲げるようにしている。第１実施例では、スリッター６の位置ではシート１を曲げずにガイドロール５０´で曲げるようにしているが、本実施例では、スリッター部でシート１０を曲げるようにしている。その他の構成は、第１実施例同様である。

図５は、第４実施例を示すものである。

本実施例は、第２実施例同様にスリッター６で分断された結果の電極シートを、電極シート数に応じた巻取機、または２本の巻取機３ａ，３ｂにより巻取る方式のロールプレス設備である。本実施例におけるスリッター６も、プレスロール２の下流の最初のガイドロール５０´に至る前に配置されるが、第３実施例同様にスリッター６の下歯に沿わせてシート１０を下方（上方でもよい）に曲げるようにしている。その他の構成は、第２実施例同様である。

上記した第２〜第４実施例においても、第１実施例と同様の効果、すなわち分断された電極シートが複数のガイドロール５０を経由して巻取機３に至った場合であっても、皺の進行は抑制されほとんどが亀裂に至らなかった。

１…巻出機、２…プレスロール、３…巻取機、６…スリッター、１０…シート、１１…活物質塗工部、１２…非塗工部、１３…皺、１４…基材、５０，５０´…ガイドロール。

Claims (4)

1. 長尺の基材の表面に該基材の長手方向に延び幅方向に間隔をあけて複数本の活物質の塗工部を形成したシートを送り出す巻出機と、前記シートを複数のガイドロールを介して巻取機側に搬送する過程で前記塗工部を圧縮加工する対のプレスロールと、を備えたロールプレス設備において、
   前記プレスロールとプレスロール下流のガイドロールのうち該プレスロールに最も近いガイドロールとの間に、前記シートの少なくとも各物質塗工部間の位置で該シートを切断する複数の切断刃からなるスリッターを設けたことを特徴とするロールプレス設備。
2. 前記スリッターは、前記プレスロールと該プレスロールに最も近い前記ガイドロールとの間の位置で、前記シートの各塗工部間の幅方向中心位置と各塗工部の幅方向の中心とで同時に切断を行うよう配置された複数の切断歯を有する請求項１記載のロールプレス設備。
3. 長尺の基材の表面に該基材の長手方向に延び幅方向に間隔をあけて複数本の活物質の塗工部を形成したシートを巻出機で送り出し、前記シートを複数のガイドロールを介して巻取機側に搬送する過程で、プレスロールを介して前記塗工部を圧縮加工する電極シートの製造方法において、
   前記プレスロールとプレスロール下流のガイドロールのうち該プレスロールに最も近いガイドロールとの間に、複数の切断刃からなるスリッターを配置して、このスリッター位置で、且つ前記シートの少なくとも各物質塗工部間の位置で、前記シートを切断する工程を含むことを特徴とする電極シートの製造方法。
4. 前記スリッターは、前記プレスロールと該プレスロールに最も近い前記ガイドロールとの間の位置で、前記シートの各塗工部間の幅方向中心位置と各塗工部の幅方向の中心とで同時に切断を行う請求項３記載の電極シートの製造方法。

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