JP5672925B2 - 電極板製造装置および電池の製造方法 - Google Patents
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Description
本実施の形態に係るバッテリは,円筒型のリチウムイオン二次電池である。図1に,本形態のバッテリ10の断面図を示す。バッテリ10は,図1に示すように,電池容器11および蓋12からなる電池ケースにより密閉された電池セルである。バッテリ10には,捲回電極体100と,正極集電板110と,負極集電板120とが内蔵されている。また,電池容器11の内部には電解液が注入されている。
本形態の電極板製造装置について説明する。本形態の電極板製造装置1000は,図5に示す正極板PXまたは負極板NXを製造するためのものである。正極板PX,負極板NXを線Lに沿ってスリットすることで,図4等に示した正極板P,負極板Nが得られる。
塗工部1200は,図7に示すように,2箇所で正極芯材PBに塗工することができるようになっている。塗工部1200は,第1面塗工用ダイ1211と,第2面塗工用ダイ1221と,バックアップローラ1212,1222とを有している。第1面塗工用ダイ1211は,正極芯材PBの第1面にペースト層を塗工するための第1面用塗工装置である。バックアップローラ1212は,正極芯材PBを搬送するとともに,第1面塗工用ダイ1211が正極芯材PBの第1面を塗工する際に正極芯材PBを支持するためのものである。第2面塗工用ダイ1221は,正極芯材PBの第2面にペースト層を塗工するための第2面用塗工装置である。バックアップローラ1222は,正極芯材PBを搬送するとともに,第2面塗工用ダイ1221が正極芯材PBの第2面を塗工する際に正極芯材PBを支持するためのものである。
乾燥炉1300は,ペースト層を形成された正極芯材PBをその内部に搬送するとともにそのペースト層を乾燥させるためのものである。乾燥炉1300は,正極芯材PBの搬送方向に3個の炉を直列に接続された三段乾燥炉である。つまり,乾燥炉1300は,第1乾燥炉1310と,第2乾燥炉1320と,第3乾燥炉1330とを有している。また,乾燥炉1300の内部には,第1面乾燥経路1700と,第2面乾燥経路1800と,第2面塗工前搬送経路1900,1901とが設けられている。
また,第2乾燥炉1320の内部には,表裏反転装置1600が設けられている。また,表裏反転装置1600の設けられている位置は,第2面塗工前搬送経路1900の途中である。すなわち,表裏反転装置1600は,正極芯材PBの搬送経路における第1面乾燥経路1700より下流であって第2面塗工用ダイ1221より上流の位置に配置されている。表裏反転装置1600は,搬送される正極芯材PBに接触しないでその第1面と第2面とを反転させる表裏反転部である。表裏反転装置1600は,図8に示すように,第1の反転部材1610と,第2の反転部材1620と,第3の反転部材1630とを有している。図8では,正極芯材PBの第1面をスラッシュで,第2面をドットでハッチングしてある。
続いて,電極芯材が乾燥炉の内部でどのように搬送されるかについて説明する。電極芯材の搬送経路について,図6,図7および図9により説明する。図9では,正極芯材PBの第1面をスラッシュで,第2面をドットでハッチングして描いてある。また,正極芯材PBを例にとり説明する。
続いて,本形態の電池の製造方法について説明する。本形態に係る電池の製造方法では,正極板PX,負極板NXの製造に電極板製造装置1000を用いることに特徴がある。
まず,正極合材層PAを形成するための正極用ペーストを作成する混練工程について説明する。ここで用いる正極活物質,導電材,増粘材,結着材,溶媒として,上記のものを用いればよい。そして,混練機内で溶媒中に正極活物質,導電材,結着材,増粘材を混入するとともに,混練羽根で攪拌する。これにより,正極用ペーストが作成される。負極用ペーストについても同様に作成することができる。
正極板PXを,図6および図7に示した電極板製造装置1000を用いて作成する。巻き出し部1100の巻き出しリール1101から正極芯材PBを巻き出す。次に,第1面塗工用ダイ1211で正極芯材PBの第1面に正極用のペーストを塗工する。続いて,塗工された正極芯材PBは第1面乾燥経路1700に搬送される。そこで,第1面のペースト層は乾燥される。
続いて,図10に示す捲回装置2000を用いて,正極板Pおよび負極板Nに,セパレータS,Tを介在させて積層して捲回する。捲回装置2000は,正極板供給部2001と,負極板供給部2002と,セパレータ供給部2003,2004と,捲回軸2005とを有している。ここで,図3に示したように,内側から正極板P,セパレータS,負極板N,セパレータTの順番に積層されるように積み重ねて捲回する。捲回軸2005が図10の矢印Fの向きに回転することにより,捲回電極体100が作成される。
続いて,電池容器11に捲回電極体100を配置する。そして電池容器11の内部に電解液を注入する。そして蓋12をして封止する。これにより,本形態のバッテリ10が組み立てられる。この後,コンディショニングやエージングなどの処理や,各種の検査工程を行うとよい。以上の工程を経ることにより,本形態のバッテリ10が製造される。
5−1.乾燥炉内の搬送方法
本形態では,図6に示すように,乾燥炉1300内での電極芯材の搬送にローラ1302を用いることとした。しかし,乾燥炉1300の内部における電極芯材の搬送を,ローラ1302を用いたローラ搬送でなく,エアフローティング方式により行うこととしてもよい。
本形態では,第1乾燥炉1310の内部では,エアノズル1301のそれぞれから噴出す熱風の温度,風速,風量を等しいものとした。しかし,エアノズル1301ごとに熱風の温度,風速,風量を変えるとよい。より詳細な乾燥プロファイルに基づいて,塗工されたペースト層を乾燥させることができるからである。
本形態では,エアノズル1301から電極芯材のペースト層に向かって熱風を吹き付けることでそのペーストを乾燥させることとした。しかし,ペーストを乾燥させるものであれば,その他の加熱方法を用いることとしてもよい。例えば,赤外線加熱(IR)や誘導加熱(IH)を用いることができる。
図6に示すように,本形態では表裏反転装置1600を第2乾燥炉1320の中心付近に配置することとした。しかし,表裏反転装置1600を配置する位置として,これ以外の位置に配置することとしてもよい。第1面の乾燥経路の下流の位置から第2面塗工用ダイ1221の上流までの位置であれば,どの位置に配置することとしてもよい。すなわち,第2面塗工前搬送経路1900,1901の途中であれば,いずれの位置であってもよい。ただし,第2面を塗工する際の影響を小さくするために,第2面塗工用ダイ1221から離れた位置に設けることが好ましい。
本形態の乾燥炉1300では,第1乾燥炉1310,第2乾燥炉1320,第3乾燥炉1330の三段の乾燥炉を設けることとした。しかし,この乾燥炉の炉数は任意に変えてよい。その場合であっても,第1面乾燥経路1700と第2面乾燥経路1800とを並んで配置することに変わりはない。これにより,電極芯材の第1面と第2面とで同じ乾燥プロファイルで乾燥させることができることに変わりない。また,全体の炉数は少ないものとなることに変わりない。
本形態では,図6に示すように,第1面塗工用ダイ1211および第2面塗工用ダイ1221は,バックアップローラ1212,1222のそれぞれの横側で,横向きに配置されていることとした。しかし,バックアップローラの下側から塗工するように塗工用ダイを配置することとしてもよい。電極芯材に塗工液を塗工できることに変わりないからである。
図6および図7では,第1面塗工用ダイ1211と第2面塗工用ダイ1221とは隣り合う位置に並んで配置されている。しかし,設備の設計上の都合等により,第2面塗工用ダイ1221の位置を,第1面塗工用ダイ1211と隣り合う位置からずれた位置としても構わない。例えば,第2面塗工用ダイ1221の位置を第1面塗工用ダイ1211の位置より高い位置とすることができる。
または,第2面塗工用ダイ1221の位置を第1面塗工用ダイ1211の位置より乾燥炉1300の入り口からやや遠い位置もしくは近い位置に配置することもできる。その場合であっても,第1面塗工用ダイ1211から第1面乾燥経路1700の始端1701までの距離と,第2面塗工用ダイ1221から第2面乾燥経路1800の始端1801までの距離との差は,50cm以内であるとよい。この距離の差があまりに大きいと,第1面と第2面とで塗工した後乾燥炉1300に入るまでの時間に差が生じるからである。この差は,ペースト層の乾燥プロファイルのずれの原因となりうる。したがって,この差は小さいほうが好ましい。
本形態では,塗工用ダイを用いて電極芯材の第1面および第2面を塗工した。しかし,この塗工にグラビアロールを用いることもできる。すなわち,第1面塗工用ダイ1211の代わりに第1面用グラビアロールを,第2面塗工用ダイ1221の代わりに第2面用グラビアロールを用いればよい。このようにしても,電極芯材に合材層を形成することができることに変わりないからである。
本形態では,第2面塗工前搬送経路1900を乾燥炉1300の内部に設けることとした。しかし,第2面塗工前搬送経路1900を乾燥炉1300の外部に設けることとしてもよい。その場合,表裏反転装置1600は,乾燥炉1300の外部に設けられることとなる。そして,図6中の矢印I4,I5で示す搬送を,乾燥炉1300の外部で行うのである。このようにしても,電極芯材の第1面および第2面のペースト層を同じ乾燥プロファイルで乾燥させることができることに変わりない。
本形態では,第1面を塗工した電極芯材の搬送方向を折り返し部1400で変更することとした。折り返し部1400は,乾燥炉1300の外側にある。しかし,折り返し部1400を乾燥炉1300の内部に設けてもよい。すなわち,折り返し用ローラ1401,1402を第3乾燥炉1330の内部に設けるのである。その場合,第1面乾燥経路の終端は,折り返し用ローラ1401の設けられている箇所である。
また,第1面塗工用ダイ1211が電極芯材に塗工液を塗工する前に電極芯材に触れるローラの温度を調整するとよい。例えば,第1面塗工用ダイ1211の直前に電極芯材が触れるローラの温度を40℃とする。同様に,第2面塗工用ダイ1221が電極芯材に塗工液を塗工する前に電極芯材に触れるローラの温度を調整するとよい。ここで設定する温度は,もちろん第1面用のローラに設定した温度と同じ温度である。これにより,電極芯材における実際に塗工される箇所を第1面と第2面とで同じ温度にすることができるからである。
以上,詳細に説明したように,本実施の形態に係る電極板製造装置1000は,第1面塗工用ダイ1211と第2面塗工用ダイ1221とを有するものである。また,電極芯材の第1面を乾燥させる第1面乾燥経路1700と,電極芯材の第2面を乾燥させる第2面乾燥経路1800と,第1面を乾燥させた電極芯材を第2面塗工用ダイ1221の個所まで搬送する第2面塗工前搬送経路1900とを有している。そして,第2面塗工前搬送経路1900の途中の位置に表裏反転装置1600を有している。これにより,電極芯材の第1面および第2面のペースト層を同じ乾燥プロファイルで乾燥させた電極板を製造することのできる電極板製造装置1000が実現されている。
11…電池容器
12…蓋
100…捲回電極体
110…正極集電板
120…負極集電板
1000,3000…電極板製造装置
1100…巻き出し部
1101…巻き出しリール
1200…塗工部
1211…第1面塗工用ダイ
1212…バックアップローラ
1221…第2面塗工用ダイ
1222…バックアップローラ
1300…乾燥炉
1301…エアノズル
1302…ローラ
1310…第1乾燥炉
1320…第2乾燥炉
1330…第3乾燥炉
1400…折り返し部
1401,1402…折り返し用ローラ
1500…巻取り部
1501…巻取りリール
1600…表裏反転装置
1700…第1面乾燥経路
1701…始端
1702…終端
1800…第2面乾燥経路
1801…始端
1802…終端
1900…第2面塗工前搬送経路
2000…捲回装置
2001…正極板供給部
2002…負極板供給部
2003,2004…セパレータ供給部
2005…捲回軸
P,PX…正極板
PA…正極合材層
PB…正極芯材
P1…正極塗工部
P2…正極非塗工部
N,NX…負極板
NA…負極合材層
NB…負極芯材
N1…負極塗工部
N2…負極非塗工部
S,T…セパレータ
Claims (9)
- 電極芯材の第1面にペースト層を塗工するための第1面用塗工装置と電極芯材の第2面にペースト層を塗工するための第2面用塗工装置とを備える塗工部と,
ペースト層を形成された電極芯材をその内部に搬送するとともにそのペースト層を乾燥させる乾燥炉とを有する電極板製造装置であって,
搬送される電極芯材の第1面と第2面とを反転させる表裏反転部を有し,
前記乾燥炉の内部では,
電極芯材の第1面のペースト層を乾燥させる第1面乾燥経路と,
電極芯材を前記第1面乾燥経路と同じ向きに搬送しつつ,電極芯材の第2面のペースト層を乾燥させる第2面乾燥経路とが並列に配置されており,
前記表裏反転部は,
電極芯材の搬送経路における前記第1面乾燥経路の終端から前記第2面用塗工装置まで電極芯材を搬送する第2面塗工前搬送経路の途中に配置されているものであり,
前記第2面塗工前搬送経路は,電極芯材を前記第1面乾燥経路とは反対向きに搬送するリターン経路を有し,
前記リターン経路から見て,前記第2面乾燥経路は,前記第1面乾燥経路の側に設けられていることを特徴とする電極板製造装置。 - 請求項1に記載の電極板製造装置であって,
前記第2面塗工前搬送経路は,
前記乾燥炉の内部に設けられていることを特徴とする電極板製造装置。 - 請求項1に記載の電極板製造装置であって,
前記第2面塗工前搬送経路は,
前記乾燥炉の外部に設けられていることを特徴とする電極板製造装置。 - 請求項1から請求項3までのいずれかに記載の電極板製造装置であって,
前記第1面用塗工装置から前記第1面乾燥経路の始端までの距離と,
前記第2面用塗工装置から前記第2面乾燥経路の始端までの距離との差が50cm以内であることを特徴とする電極板製造装置。 - 請求項1から請求項4までのいずれかに記載の電極板製造装置であって,
前記第1面用塗工装置と前記第2面用塗工装置との少なくとも一方は,
塗工ダイであることを特徴とする電極板製造装置。 - 請求項1から請求項4までのいずれかに記載の電極板製造装置であって,
前記第1面用塗工装置と前記第2面用塗工装置との少なくとも一方は,
グラビアロールであることを特徴とする電極板製造装置。 - 電極芯材に塗工液を塗工してペースト層とするとともに乾燥炉内を搬送してそのペースト層を乾燥させて正極板または負極板とする電極板作成工程と,
前記正極板と前記負極板とをこれらの間にセパレータを介在させて積層して積層電極体とする電極体作成工程と,
前記積層電極体を電池容器の内部に配置するとともに前記電池容器の内部に電解液を注入して封止する電池組立工程とを有する電池の製造方法であって,
前記電極板作成工程では,
電極芯材の第1面にペースト層を塗工するための第1面用塗工装置と電極芯材の第2面にペースト層を塗工するための第2面用塗工装置とを備える塗工部と,
搬送される電極芯材の第1面と第2面とを反転させる表裏反転部とを有し,
前記乾燥炉の内部に,
電極芯材の第1面のペースト層を乾燥させる第1面乾燥経路と,
電極芯材を前記第1面乾燥経路と同じ向きに搬送しつつ,電極芯材の第2面のペースト層を乾燥させる第2面乾燥経路とが並列に配置されており,
前記表裏反転部は,
電極芯材の搬送経路における前記第1面乾燥経路の終端から前記第2面用塗工装置まで電極芯材を搬送する第2面塗工前搬送経路の途中に配置されているものであり,
前記第2面塗工前搬送経路は,電極芯材を前記第1面乾燥経路とは反対向きに搬送するリターン経路を有し,
前記リターン経路から見て,前記第2面乾燥経路は,前記第1面乾燥経路の側に設けられている電極板製造装置を用い,
電極芯材の第1面に前記第1面用塗工装置により塗工液を塗工して第1のペースト層とし,
前記第1のペースト層を前記第1面乾燥経路で乾燥させ,
電極芯材の第1面と第2面とを前記表裏反転部により反転させた後に,
電極芯材の第2面に前記第2面用塗工装置により塗工液を塗工して第2のペースト層とし,
前記第2のペースト層を前記第2面乾燥経路で乾燥させることを特徴とする電池の製造方法。 - 請求項7に記載の電池の製造方法であって,
前記電極板作成工程では,
電極芯材の第1面と第2面との少なくとも一方を,
塗工ダイを用いて塗工することを特徴とする電池の製造方法。 - 請求項7に記載の電池の製造方法であって,
前記電極板作成工程では,
電極芯材の第1面と第2面との少なくとも一方を,
グラビアロールを用いて塗工することを特徴とする電池の製造方法。
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