JP5780085B2 - 二次電池の電極部材の塗工装置および塗工方法 - Google Patents
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Description
二次電池を構成している部材は、大きくは、正極負極電極、セパレータ、電解液に分けることができる。その中でも電極は、集電体、活物質、バインダー、導電材といった主材料から構成されている。また、電極を構成する材料である活物質やバインダーは、電池の性能を左右するほど大きく影響する材料である。
もちろん、集電体についても、活物質でイオン反応(電子共受反応)した電子が導電剤を伝い、これを集電体でキャッチすることで、電子が流れ、電池として機能するため、重要である。
また、特許文献5、特許文献6、特許文献7に記載のように、未塗布部を形成する際に、未塗布部において塗料の供給を停止し、ノズルの先端の塗料を吸引するための機構が一般的にはよく採用されている。
また、一ヶ所から塗料を吸引するの場合、ヒゲ形状を解消あるいは抑制するために、吸引力を上げ吸引容量を増量する必要がある。しかし、吸引容量を増量しても、所詮は一ヶ所からの吸引であるため、吸引直近部と端部とでは圧力差が生じ(すなわち吸引状態に差が生じ)、塗工ヘッド内の吸引直近部と端部とでは、ヒゲ形状の形成のされ方にも差が生じてしまうという問題がある。
すなわち、上記した従来の技術を用いても、電極用塗工塗膜を形成する際、塗工精度を保ちつつ、塗工部の終端部にヒゲ形状が生じないように塗工することは困難であった。
この構成によれば、塗工用ヘッド内の塗料の吸引力向上と均一な吸引を効率よく達成することができ、塗工精度を保ちつつ、ヒゲ形状の形成を解消することができ、塗工面の安定性を得ることが可能である。
(塗工装置の構成)
図1は、本実施形態に係る二次電池の電極部材の塗工装置の構成の一例を示す図である。本実施形態の電極部材の塗工装置100は、塗料タンク1、送液ポンプ2、送液配管3、切替バルブ4、塗工ヘッド5、リターン配管6、リターンバルブ7、リリーフ配管8、リリーフバルブ9、吸引バルブ10、バックロール11、およびバルブ開閉制御装置12を含んで構成される。なお、図1では、電極用塗膜形成時の塗工装置100の状態を示しており、電極部材の基材20はバックロール11によって矢印方向に順次送られ、この基材20に対して塗工ヘッド5から塗料が吐出されて塗工が行われる。
前者の流路は、塗料タンク1、送液ポンプ2、送液配管3、切替バルブ4、塗工ヘッド5、リターンバルブ7が順に接続され、リターンバルブ7からリターン配管6を介して塗料タンク1に塗料が戻るよう構成されている。また、後者の流路は、塗料タンク1、送液ポンプ2、送液配管3、切替バルブ4、リリーフバルブ9が順に接続され、リリーフバルブ9からリリーフ配管8を介して塗料タンク1に塗料が戻るように接続されている。
塗料タンク1は、送液塗料量に対し十分な容量があればよく、容量は特に限定されるものではない。また、塗料タンク1中における塗料中の無機成分の沈降防止や分散状態の確保のため、攪拌翼を設けることも可能である。また、必要に応じ塗料タンク1内を減圧化したり、加圧化したりすることで、脱泡や送液補助の機能を設けることも可能である。
切替バルブ4は、ダイヤフラムバルブ、サンプリングバルブ、ボールバルブ、バタフライバルブ、チャッキバルブ、シリンジバルブなど、流路を遮断し、他方向に流路を変更できる三方切替弁の様なバルブであれば選択可能である。
但し、供給位置に関しては、塗布幅によって適宜選択するとよいが、基本的には、幅方向の圧力ムラすなわち塗布ムラを軽減させるために、センター部より供給することが好ましい。
但し、リリーフ配管8においては、送液配管3よりも、管内径は同等かそれ以上であることが好ましい。なぜならば、リリーフ配管8は、塗布していない時に切替バルブ4で塗料タンク1側に送液配管3に残っている塗料が戻される際に、塗料がその管内を流れる。よって、リリーフ配管8において送液配管3側よりも送液時の圧力損失が大きいと、リリーフ配管8内を塗料が流れにくくなってしまう。よって、リリーフ配管8は、送液配管3側より抵抗を少なくしておく必要がある。
リターン配管6についても、リリーフ配管8と同様に、配管の太さや管内形状については、吐出量と吐出時の圧力損失を考慮して、適宜、適切な太さや管内形状を選択するとよい。
吸引バルブ10は塗工ヘッドに複数設置されていればよく、数が多いほど、少容量ものでも効果的に塗料を吸引、吐出でできる。しかし、必要な吸引量が少ない場合、吸引バルブ10の吸引容量が小さすぎて作動できなかい場合や、実質の吸引量がほとんどない場合があるので、塗工条件に必要な送液塗料量やマニホールド容量などの塗工ヘッド5が備えるべき条件や必要な吸引量を満たすように、吸引バルブ10の動作条件を適宜設定するとよい。
バックロール11は、塗工用に用いられる一般的なもので構わない。ただし、バックロール11は、電極部材の塗工面(基材20の塗工面)が鏡面仕上げされ、均一に塗布されるためには、偏芯ないものが好ましい。
次に、本実施形態の塗工装置100によって実施される塗工方法の一例について説明する。詳しくは、基材20上に塗工部と未塗工部の形成、すなわち間欠塗工を実施する場合について説明する。但し、以下は一例であり、塗工装置100による塗工方法は、本例に限定されるものではない。
まず、塗料タンク1内に電極塗料を充填し、塗料タンク1を送液ポンプ2よりも高い位置にセットし、送液ポンプ2の吸い込みに対し不足なく塗料が送液できる状態にする。
塗布時は、送液ポンプ2が稼動し、塗料が送液配管3を流れ、切替バルブ4で塗工ヘッド5側に流れるように開となり、リリーフバルブ9側には送液されないように閉となる。
さらに塗工ヘッド5のマニホールド内に塗料が送液充填され、吸引バルブ10の吸引口も塗料で充填された状態とする。
さらに、リターンバルブ7も閉とし、リターン配管6にも送液されない状態になっており、塗工ヘッド5内に塗料が充填されると、塗工ヘッド5の先端より塗料が吐出してくる。
十分に塗工ヘッド5のエア抜きを実施したあと、バルブ開閉制御装置12により、塗工ヘッド5側が閉となり、リリーフバルブ9側が開となるように切替バルブ4を制御して、塗料流路をリリーフバルブ9側にする。つまり、塗料がリリーフバルブ9側に流れ、塗料タンク1に戻るようにする。このとき、リリーフバルブ9の開度は、一定に設定しておく。
塗工を終了して未塗工部を形成する際は、バルブ開閉制御装置12で切替バルブ4の開閉を行い、リリーフバルブ9側に送液し、塗工ヘッド5側に送液されないように制御する。
上記の処理の繰り返しを実行することで、塗工部および未塗工部を形成することができ、幅方向に対しても均一かつ即時に吸引することができる。これにより、塗工終端部のヒゲ形状が形成されることなく、さらに、塗工開始部(始端部)も厚みムラなく塗工することが可能である。
[実験例1]
<塗工装置の構成>
塗工装置100の構成は、図1と同様の構成とした。具体的には、以下の通りである。
塗料タンク1として塗料が100L入る塗料タンクを用いた。この塗料タンク1にモーノポンプ(10cc/rev)の送液ポンプ2を接続した。また、この送液ポンプ2に呼び径1S、長さ約1mの送液配管3をつなぎ、切替バルブ4に接続した。
ここから、2方向に分かれ、一方の塗工ヘッド5側は、切替バルブ4から呼び径1S配管を用いて塗工ヘッド5であるダイヘッドに接続した。また、他方のリリーフバルブ9側は、切替バルブ4から呼び径1.5Sのリリーフ配管8、リリーフバルブ9を接続した。
また、各バルブ(切替バルブ4および吸引バルブ10)の開閉のために、バルブ開閉制御装置12と各バルブは結線されており、各バルブの開閉をコントロールした。各バルブの開閉は、圧空により行った。
二次電池電極用の塗料として、下記の正極塗料を準備した。活物質としてLiMn2O4:90質量部、導電材としてアセチレンブラック:5質量部、バインダーとしてPVDF:5質量部、さらに溶剤としてNMPを混合し、固形分50%とした塗料を作製した。
また、基材20は厚み12μmのアルミニウム箔を使用した。
なお、塗料、基材20については、以下の実施例2、比較例1〜3でも同様とした。
塗布時には、切替バルブ4は、塗工ヘッド5側を開、リリーフバルブ9側を閉にするとともに、リターンバルブ7も閉とし、吸引バルブ10は待機状態とした。
そして、塗工部の終わり部分(すなわち、未塗工部の開始部分)における切替バルブ4の切り替えは、塗工ヘッド5側を閉としてリリーフバルブ9側を開とするのを同時に行い、ここから0.01秒遅らせて、吸引バルブ10を作動させた。
また、未塗工部から塗工部への切り替えの際は、切替バルブ4のリリーフバルブ9側を閉にし、これと同時に塗工ヘッド5側を開とした。吸引バルブ10も同時に塗料を吐出するように、バルブ開閉制御装置12で制御し、リリーフバルブ9は閉とした。
<塗工装置の構成>
塗工装置100は、上記実施例1と同様の構成とした。但し、本例では、吸引バルブ10は、図2のように、ダイヘッド(塗工ヘッド5)のマニホールドから塗料を直接吸引するものとし、マニホールドの両端部にそれぞれ各1個と、この両端間を均等に分割する位置に2個設置し、合計4個設置した。なお、各吸引バルブは、最大吸引容量は、0.25ccのものを使用した。
<塗工方法>
上記実施例1と同様の要領で塗料を作製し、上記実施例1と同様に塗工部および未塗工部を形成する間欠塗工を実施した。
[比較例1]
上記実施例1と同様の要領で塗料を作製し、上記実施例1と同様に塗工部および未塗工部を形成する間欠塗工を実施した。但し、本例では、吸引バルブ10を設置せず、切替バルブ4だけで間欠塗工を実施した。
[比較例2]
上記実施例1と同様の要領で塗料を作製し、上記実施例1と同様に塗工部および未塗工部を形成する間欠塗工を実施した。但し、本例では、吸引バルブ10をダイヘッド(塗工ヘッド5)へ塗料が供給される入口に1個設置し、最大吸引容量は0.25ccのものを使用した。
[比較例3]
上位実施例1と同様の要領に塗料を作製し、上記実施例1と同じ要領で塗工部および未塗工部を形成する間欠塗工を実施した。その際、吸引バルブ10を上記比較例2と同じ位置に設置した。但し、本例では、吸引バルブ10の最大吸引容量は1.2ccのものを使用した。
なお、上記実施例および比較例のいずれにおいても、吸引バルブ10は最大容量で吸引するように設定し、バルブ作動に必要な圧空は十分に供給した。
上記のような各塗工方法によって、基材20上に形成された塗工塗膜の形状について、下記の通り、評価を行った。以下、表1に、上記の各実験の評価結果を示す。
間欠塗工を実施した際、塗工部および未塗工部の形成ができているか(間欠塗工になっているか)を目視で判断した。表1において、「○」は、間欠塗工できている(塗工部が途中で途切れている)ことを示し、「×」は、間欠塗工できていない(塗工部の途切れが全くない、あるいはスジ引きなどが激しい)ことを示す。
塗工部が途切れて間欠塗工ができている場合でも、塗工部の終端部に多少のヒゲ形状の引きずりが生じる場合がある。そのヒゲ形状について、直線的に塗布されている両端部を直線で結んだ線と、凸部になっている最上端との距離をガラススケールで測定した。測定した距離が小さいということは、ヒゲ形状が緩やかな形状であるということであり、より好ましい結果であると言える。
2 送液ポンプ
3 送液配管
4 切替バルブ
5 塗工ヘッド
6 リターン配管
7 リターンバルブ
8 リリーフ配管
9 リリーフバルブ
10 吸引バルブ
11 バックロール
12 バルブ開閉制御装置
20 基材
100 塗工装置
Claims (2)
- 塗料を吐出する塗工用ヘッドと、
前記塗工用ヘッドに前記塗料を供給する塗料供給装置と、
前記塗料供給装置から流路仕切弁を介して前記塗工用ヘッドへ前記塗料を送液するための第1の流路と、
前記塗料供給装置から前記流路仕切弁を介して前記塗料供給装置に前記塗料を還流させるための第2の流路と、
前記塗工停止時に前記塗工用ヘッド内の塗料を吸引する2つ以上の吸引バルブと、
を備え、
前記吸引バルブは、少なくとも、前記塗工用ヘッドの前記塗料の流入口と、前記塗料供給装置へ前記塗料を送液するための流出口と、の2箇所それぞれに備えられていることを特徴とする電極部材の塗工装置。 - 前記請求項1に記載の塗工装置を用いて、搬送中の電極部材の基材に対して塗工部及び未塗工部とを形成する間欠塗工を行うようにした、電極部材の塗工方法であって、
前記塗工用ヘッドから前記基材に前記塗料を吐出して前記塗工部を形成する第1の工程と、
前記塗料の吐出を停止して前記未塗工部を形成する際に、前記2つ以上の吸引バルブそれぞれにより前記塗工用ヘッド内の塗料を吸引する第2の工程と、を含むこと特徴とする電極部材の塗工方法。
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