JP6023373B1 - セパレータの製造方法およびセパレータの製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】機能層の塗料を均一な膜厚に塗工可能なセパレータの製造方法を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係るセパレータの製造方法は、搬送されるセパレータ原反の幅方向における両端部を切除する切除工程(S2)と、切除工程(S2)において両端部が切除されたセパレータ原反に耐熱層を形成する塗料を塗工する塗工工程(S3)とを含む。【選択図】図4
Description
本発明は、セパレータの製造方法およびセパレータの製造装置に関する。
リチウムイオン二次電池等に使用されるセパレータの製造では、基材となるセパレータ原反に各種の機能層が形成される。このようなセパレータの製造に関連して、特許文献1には、セパレータ原反であるポリオレフィン微多孔フィルムの製造方法が開示されている。
通常、セパレータの製造では、ロールから巻き出したセパレータ原反を搬送しつつ、機能層の材料を塗工する塗工工程が実施される。しかしながら、搬送時のセパレータ原反は両端部が弛みやく、当該両端部にフレアが発生する。セパレータ原反の両端部にフレアが発生した場合、塗工工程において塗工される機能層の材料の膜厚が不均一になるという課題がある。
このようなフレアの発生を抑制するための手法として、セパレータ原反の張力(巻出張力)を高く設定することも考えられる。しかしながら、セパレータ原反の張力を高く設定した場合、セパレータ原反が破断するリスクがあり、また、セパレータ原反の両端部以外の部分に皺(縦皺)が発生しやすくなる、柔らかいセパレータ原反が伸びて変形する、という新たな課題が生じる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、塗工工程において機能層の材料を均一な膜厚に塗工することが可能なセパレータの製造方法およびセパレータの製造装置を実現することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係るセパレータの製造方法は、
搬送される基材フィルムの幅方向における両端部を切除する切除工程と、
前記切除工程において前記両端部が切除された前記基材フィルムに機能層を形成する材料を塗工する塗工工程と、
を含むことを特徴としている。
搬送される基材フィルムの幅方向における両端部を切除する切除工程と、
前記切除工程において前記両端部が切除された前記基材フィルムに機能層を形成する材料を塗工する塗工工程と、
を含むことを特徴としている。
上記の構成では、塗工工程の前に、切除工程において基材フィルム(セパレータ原反)の両端部が切除される。そのため、基材フィルムの両端部に発生したフレア(弛み)を少なくした状態で基材フィルムの塗工を行うことが可能となる。
したがって、上記の構成によれば、塗工工程において機能層の材料を均一な膜厚に塗工することが可能なセパレータの製造方法を実現することができる。
なお、本発明において「基材フィルムの幅方向」とは、基材フィルムの搬送(長手)方向に対して略直交し、かつ基材フィルムの面に対して略平行である方向を意味するものとする。
また、本発明に係るセパレータの製造方法では、
前記塗工工程において前記材料が塗工された前記基材フィルムの幅方向における両端部を切除する第二の切除工程をさらに含むことが好ましい。
前記塗工工程において前記材料が塗工された前記基材フィルムの幅方向における両端部を切除する第二の切除工程をさらに含むことが好ましい。
上記の構成によれば、第二の切除工程において、材料が塗工された後の基材フィルムの両端部をさらに切除することにより、搬送時に、基材フィルムに皺が発生することを好適に抑制することが可能となる。
上記課題を解決するために、本発明に係るセパレータの製造方法は、
搬送される基材フィルムの幅方向における両端部を切除する切除工程と、
前記切除工程において前記両端部が切除された前記基材フィルムの一方の面に機能層を形成する材料を塗工する塗工工程と、
前記塗工工程において前記材料が塗工された前記基材フィルムの幅方向における両端部を切除する第二の切除工程と、
前記第二の切除工程において前記両端部が切除された前記基材フィルムの他方の面に機能層を形成する材料を塗工する第二の塗工工程と、
を含むことを特徴としている。
搬送される基材フィルムの幅方向における両端部を切除する切除工程と、
前記切除工程において前記両端部が切除された前記基材フィルムの一方の面に機能層を形成する材料を塗工する塗工工程と、
前記塗工工程において前記材料が塗工された前記基材フィルムの幅方向における両端部を切除する第二の切除工程と、
前記第二の切除工程において前記両端部が切除された前記基材フィルムの他方の面に機能層を形成する材料を塗工する第二の塗工工程と、
を含むことを特徴としている。
上記の構成では、塗工工程の前に、切除工程において基材フィルム(セパレータ原反)の両端部が切除される。そのため、塗工工程において、基材フィルムの両端部に発生したフレア(弛み)を少なくした状態で基材フィルムの一方の面に塗工を行うことが可能となる。
また、上記の構成では、第二の塗工工程の前に、第二の切除工程において基材フィルム(セパレータ原反)の両端部が切除される。そのため、第二の塗工工程において、基材フィルムの両端部に発生したフレア(弛み)を少なくした状態で当該基材フィルムの他方の面に塗工を行うことが可能となる。また、上記の構成によれば、第二の切除工程において、材料が塗工された後の基材フィルムの両端部がさらに切除されることにより、搬送時に、基材フィルムに皺が発生することを好適に抑制することが可能となる。
したがって、上記の構成によれば、基材フィルムの両面に機能層の材料を均一な膜厚に塗工することが可能なセパレータの製造方法を実現することができる。
また、本発明に係るセパレータの製造方法では、
前記第二の切除工程において切除される切除部分には、前記塗工工程において前記材料が塗工された前記基材フィルムの塗工部分の一部が含まれることが好ましい。
前記第二の切除工程において切除される切除部分には、前記塗工工程において前記材料が塗工された前記基材フィルムの塗工部分の一部が含まれることが好ましい。
上記の構成では、基材フィルムの一方の面に塗工された材料(機能層)の膜厚による段差を解消することが可能となる。
したがって、上記の構成によれば、上記段差に起因する皺の発生を抑制することができる。
また、本発明に係るセパレータの製造方法では、
前記第二の切除工程において切除される前記塗工部分の幅が、片側あたり5mm以上80mm以下であることが好ましい。
前記第二の切除工程において切除される前記塗工部分の幅が、片側あたり5mm以上80mm以下であることが好ましい。
上記の構成によれば、基材フィルムにおいてフレアが発生し得る範囲にある両端部を適切に切除することが可能となる。また、上記の構成によれば、材料が塗工された後の基材フィルムの両端部を適切に切除することにより、搬送時に、基材フィルムに皺が発生することを好適に抑制することが可能となる。
また、本発明に係るセパレータの製造方法では、
前記切除工程において切除される切除部分の幅が、片側あたり5mm以上200mm以下であることが好ましい。
前記切除工程において切除される切除部分の幅が、片側あたり5mm以上200mm以下であることが好ましい。
上記の構成によれば、基材フィルムにおいてフレアが発生し得る範囲にある両端部を適切に切除することが可能となる。
また、本発明に係るセパレータの製造方法では、
前記材料が塗工された前記基材フィルムを、所定の製品幅にスリットするスリット工程をさらに含むことが好ましい。
前記材料が塗工された前記基材フィルムを、所定の製品幅にスリットするスリット工程をさらに含むことが好ましい。
上記の構成によれば、スリット工程において基材フィルムを所定の製品幅にスリットすることにより、機能層が均一な膜厚であるセパレータを得ることができる。
また、本発明に係るセパレータの製造方法では、
前記スリット工程において、前記基材フィルムのスリットと同時に、前記材料が塗工された前記基材フィルムの幅方向における両端部を切除することが好ましい。
前記スリット工程において、前記基材フィルムのスリットと同時に、前記材料が塗工された前記基材フィルムの幅方向における両端部を切除することが好ましい。
上記の構成によれば、スリット工程において、基材フィルムの両端部における余分なフィルムを切除することにより、基材フィルムを製品幅に好適に加工することができる。
また、本発明に係るセパレータの製造方法では、
前記塗工工程において、前記切除工程において前記両端部が切除された前記基材フィルムの幅方向における両側表面に非塗工部分を残して、前記材料を塗工することが好ましい。
前記塗工工程において、前記切除工程において前記両端部が切除された前記基材フィルムの幅方向における両側表面に非塗工部分を残して、前記材料を塗工することが好ましい。
上記の構成では、塗工工程において、基材フィルムの幅方向における両側表面に非塗工部分を残す耳残し塗工(部分塗工)を行うことにより、両側表面まで材料を行き渡らせる全面塗工を行う場合に生じる、基材フィルムの両端部から裏面への材料の回り込みを抑制することが可能となる。
したがって、上記の構成によれば、両端部から基材フィルムの裏面へ材料が回り込むことによって生じる製品不良を抑制することができる。また、後工程において、基材フィルムの非塗工部分を切除することにより、機能層がより均一な膜厚であるセパレータを得ることができる。
また、本発明に係るセパレータの製造方法では、
搬送される前記基材フィルムに対して、前記切除工程と前記塗工工程とを続けて実施することが好ましい。
搬送される前記基材フィルムに対して、前記切除工程と前記塗工工程とを続けて実施することが好ましい。
上記の構成では、切除工程と塗工工程との間に他工程(例えば、巻取工程など)を介さず、搬送される基材フィルムに対して、切除工程と塗工工程とを続けて実施する。そのため、切除工程において基材フィルムの両端部に発生したフレアを切除した後、続く塗工工程において基材フィルムに対して塗工が行われる。
したがって、上記の構成によれば、基材フィルムの平坦性を好適に維持した状態で塗工が行われるため、塗工工程において機能層の材料をより均一な膜厚に塗工することができる。
上記課題を解決するために、本発明に係るセパレータの製造装置は、
搬送される基材フィルムの幅方向における両端部を切除する切除部と、
前記切除部によって前記両端部が切除された前記基材フィルムに機能層を形成する材料を塗工する塗工部と、
を備えることを特徴としている。
搬送される基材フィルムの幅方向における両端部を切除する切除部と、
前記切除部によって前記両端部が切除された前記基材フィルムに機能層を形成する材料を塗工する塗工部と、
を備えることを特徴としている。
上記の構成では、塗工部による材料の塗工の前に、切除部によって基材フィルムの両端部を切除する。そのため、基材フィルムの両端部に発生したフレア(弛み)を少なくした状態で、基材フィルムの塗工を行うことが可能となる。
したがって、上記の構成によれば、塗工部によって機能層の材料を均一な膜厚に塗工することが可能なセパレータの製造装置を実現することができる。
また、本発明に係るセパレータの製造装置では、
前記切除部は、
前記基材フィルムの前記両端部のうち一方の端部を切断する第一の切断部と、
前記両端部のうち他方の端部を切断する第二の切断部と、
前記幅方向に延在して、前記第一の切断部および前記第二の切断部を固定する固定軸と、
を含むことが好ましい。
前記切除部は、
前記基材フィルムの前記両端部のうち一方の端部を切断する第一の切断部と、
前記両端部のうち他方の端部を切断する第二の切断部と、
前記幅方向に延在して、前記第一の切断部および前記第二の切断部を固定する固定軸と、
を含むことが好ましい。
上記の構成では、基材フィルムの幅方向に延在する固定軸に第一の切断部および第二の切断部が固定されているため、例えば第一の切断部および第二の切断部を別々の固定部材に固定する場合に比べて、第一の切断部および第二の切断部のがたつきを低減することが可能となる。
したがって、上記の構成によれば、第一の切断部および第二の切断部によって、基材フィルムの両端部を適切な位置で切除することができる。
本発明は、塗工工程において機能層の材料を均一な膜厚に塗工することが可能なセパレータの製造方法およびセパレータの製造装置を提供することができるという効果を奏する。
本発明の実施の一形態について、リチウムイオン二次電池用セパレータフィルム(セパレータ)を例にして説明する。
まず、リチウムイオン二次電池について、図1から図3に基づいて説明する。
〔リチウムイオン二次電池の構成〕
リチウムイオン二次電池に代表される非水電解液二次電池は、エネルギー密度が高く、それゆえ、現在、パーソナルコンピュータ、携帯電話、携帯情報端末等の機器、自動車、航空機等の移動体に用いる電池として、また、電力の安定供給に資する定置用電池として広く使用されている。
リチウムイオン二次電池に代表される非水電解液二次電池は、エネルギー密度が高く、それゆえ、現在、パーソナルコンピュータ、携帯電話、携帯情報端末等の機器、自動車、航空機等の移動体に用いる電池として、また、電力の安定供給に資する定置用電池として広く使用されている。
図1は、リチウムイオン二次電池1の断面構成を示す模式図である。図1に示されるように、リチウムイオン二次電池1は、カソード11と、セパレータ12と、アノード13とを備える。リチウムイオン二次電池1の外部において、カソード11とアノード13との間に、外部機器2が接続される。そして、リチウムイオン二次電池1の充電時には方向Aへ、放電時には方向Bへ、電子が移動する。
(セパレータ)
セパレータ12は、リチウムイオン二次電池1の正極であるカソード11と、その負極であるアノード13との間に、これらに挟持されるように配置される。セパレータ12は、カソード11とアノード13との間を分離しつつ、これらの間におけるリチウムイオンの移動を可能にする。セパレータ12は、その材料として、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン等が用いられる。
セパレータ12は、リチウムイオン二次電池1の正極であるカソード11と、その負極であるアノード13との間に、これらに挟持されるように配置される。セパレータ12は、カソード11とアノード13との間を分離しつつ、これらの間におけるリチウムイオンの移動を可能にする。セパレータ12は、その材料として、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン等が用いられる。
図2は、図1に示されるリチウムイオン二次電池1の各状態における様子を示す模式図である。図2の(a)は、通常の様子を示し、図2の(b)は、リチウムイオン二次電池1が昇温したときの様子を示し、図2の(c)は、リチウムイオン二次電池1が急激に昇温したときの様子を示す。
図2の(a)に示されるように、セパレータ12には、多数の孔Pが設けられている。通常、リチウムイオン二次電池1のリチウムイオン3は、孔Pを介し往来することができる。
ここで、例えば、リチウムイオン二次電池1の過充電、または、外部機器の短絡に起因する大電流等により、リチウムイオン二次電池1は、昇温することがある。この場合、図2の(b)に示されるように、セパレータ12が融解または柔軟化し、孔Pが閉塞する。そして、セパレータ12は収縮する。これにより、リチウムイオン3の往来が停止するため、上述の昇温も停止する。
しかし、リチウムイオン二次電池1が急激に昇温する場合、セパレータ12は、急激に収縮する。この場合、図2の(c)に示されるように、セパレータ12は、破壊されることがある。そして、リチウムイオン3が、破壊されたセパレータ12から漏れ出すため、リチウムイオン3の往来は停止しない。ゆえに、昇温は継続する。
(耐熱セパレータ)
図3は、他の構成のリチウムイオン二次電池1の各状態における様子を示す模式図である。図3の(a)は通常の様子を示し、(b)はリチウムイオン二次電池1が急激に昇温したときの様子を示す。
図3は、他の構成のリチウムイオン二次電池1の各状態における様子を示す模式図である。図3の(a)は通常の様子を示し、(b)はリチウムイオン二次電池1が急激に昇温したときの様子を示す。
図3の(a)に示されるように、リチウムイオン二次電池1は、耐熱層4をさらに備えていてもよい。この耐熱層4は、セパレータ12に設けることができる。図3の(a)は、セパレータ12に、機能層としての耐熱層4が設けられた構成を示している。以下、セパレータ12に耐熱層4が設けられたフィルムを、耐熱セパレータ(セパレータ)12aとする。
図3の(a)に示す構成では、耐熱層4は、セパレータ12のカソード11側の片面に積層されている。なお、耐熱層4は、セパレータ12のアノード13側の片面に積層されてもよいし、セパレータ12の両面に積層されてもよい。そして、耐熱層4にも、孔Pと同様の孔が設けられている。通常、リチウムイオン3は、孔Pと耐熱層4の孔とを介し往来する。耐熱層4は、その材料として、例えば全芳香族ポリアミド(アラミド樹脂)を含む。
図3の(b)に示されるように、リチウムイオン二次電池1が急激に昇温し、セパレータ12が融解または柔軟化しても、耐熱層4がセパレータ12を補助しているため、セパレータ12の形状は維持される。ゆえに、セパレータ12が融解または柔軟化し、孔Pが閉塞するにとどまる。これにより、リチウムイオン3の往来が停止するため、上述の過放電または過充電も停止する。このように、セパレータ12の破壊が抑制される。
〔セパレータの製造フロー〕
次に、セパレータの製造フローについて説明する。
次に、セパレータの製造フローについて説明する。
図4は、セパレータの製造方法の概略を示すフロー図である。セパレータは、基材となるセパレータ原反(基材フィルム)に機能層が積層された構成を有している。セパレータ原反には、ポリオレフィン等のフィルムが用いられる。また、機能層としては、耐熱層や接着剤層が例示される。
セパレータ原反への機能層の積層は、セパレータ原反に、機能層に対応する塗料(材料)等を塗工し、乾燥させることで行われる。
図4は、機能層が耐熱層4である場合の、耐熱セパレータ12aの製造フローを例示している。例示するフローは、耐熱層4の材料として全芳香族ポリアミド(アラミド樹脂)を用い、それを、セパレータ原反(基材フィルム)12dであるポリオレフィン基材フィルムに積層するフローの一例である。
このフローは、検査工程S1、切除工程S2、塗工工程S3、析出工程S4、洗浄工程S5、乾燥工程S6、検査工程S7、およびスリット工程S8を含んでいる。
なお、本発明に係るセパレータの製造方法は、検査工程S1の前に、セパレータ原反12dの製造工程を含んでいてもよい。また、検査工程S1は省略されてもよく、または切除工程S2と塗工工程S3との間に含まれてもよい。
また、本発明に係るセパレータの製造方法は、乾燥工程S6の後に、第二の切除工程S2−2を含んでいてもよい。この場合のフローには、検査工程S1、切除工程S2、塗工工程S3、析出工程S4、洗浄工程S5、乾燥工程S6、第二の切除工程S2−2、検査工程S7、およびスリット工程S8が含まれる。
また、本発明に係るセパレータの製造方法では、析出工程S4、および洗浄工程S5が省略されてもよい。機能層の構成、および塗工工程S3に用いられる塗料の構成によって、これらの工程は不要となるためである。この場合のフローには、検査工程S1、切除工程S2、塗工工程S3、乾燥工程S6、検査工程S7、およびスリット工程S8が含まれる。
また、本発明に係るセパレータの製造方法は、乾燥工程S6の後に、第二の切除工程S2−2、第二の塗工工程S3−2、第二の析出工程S4−2、第二の洗浄工程S5−2、および第二の乾燥工程S6−2を含んでいてもよい。この場合のフローには、検査工程S1、切除工程S2、塗工工程S3、析出工程S4、洗浄工程S5、乾燥工程S6、第二の切除工程S2−2、第二の塗工工程S3−2、第二の析出工程S4−2、第二の洗浄工程S5−2、第二の乾燥工程S6−2、検査工程S7、およびスリット工程S8が含まれる。さらに、このフローにおいて、析出工程S4および洗浄工程S5、並びに、析出工程S4−2および洗浄工程S5−2が省略されてもよい。上述のとおり、機能層の構成、および塗工工程S3に用いられる塗料の構成によって、これらの工程は不要となるためである。この場合のフローには、検査工程S1、切除工程S2、塗工工程S3、乾燥工程S6、第二の切除工程S2−2、第二の塗工工程S3−2、第二の乾燥工程S6−2、検査工程S7、およびスリット工程S8が含まれる。
また、本発明に係るセパレータの製造方法では、上記の各工程の間に、さらに追加的な検査工程が含まれてもよい。
(セパレータ原反の製造工程)
まず、基材フィルムとしてのセパレータ原反12dの製造について、その材料として主にポリエチレンを含む場合を例として説明する。
まず、基材フィルムとしてのセパレータ原反12dの製造について、その材料として主にポリエチレンを含む場合を例として説明する。
例示する製造方法は、熱可塑性樹脂に孔形成剤を加えてフィルム成形した後、該孔形成剤を適当な溶媒で除去する方法である。具体的には、セパレータ原反12dが、超高分子量ポリエチレンを含むポリエチレン樹脂を材料とする場合には、以下に示す(ア)〜(エ)の工程を順に経る製造方法となる。
(ア)混練工程
超高分子量ポリエチレンと、炭酸カルシウム等の無機充填剤とを混練してポリエチレン樹脂組成物を得る工程。
超高分子量ポリエチレンと、炭酸カルシウム等の無機充填剤とを混練してポリエチレン樹脂組成物を得る工程。
(イ)圧延工程
混練工程で得られたポリエチレン樹脂組成物を用いてフィルムを成形する工程。
混練工程で得られたポリエチレン樹脂組成物を用いてフィルムを成形する工程。
(ウ)除去工程
圧延工程で得られたフィルム中から無機充填剤を除去する工程。
圧延工程で得られたフィルム中から無機充填剤を除去する工程。
(エ)延伸工程
除去工程で得られたフィルムを延伸してセパレータ原反12dを得る工程。
除去工程で得られたフィルムを延伸してセパレータ原反12dを得る工程。
上記の製造方法では、上記除去工程(ウ)で、フィルム中に多数の微細孔が設けられる。そして、上記延伸工程(エ)によって延伸されたフィルム中の微細孔が、上述の孔Pとなる。これにより、所定の厚さと透気度とを有するポリエチレン微多孔膜であるセパレータ原反12dが形成される。
また、上記混練工程(ア)において、超高分子量ポリエチレン100重量部と、重量平均分子量1万以下の低分子量ポリオレフィン5〜200重量部と、無機充填剤100〜400重量部とを混練してもよい。
なお、セパレータ原反12dが他の材料を含む場合でも、同様の製造工程により、セパレータ原反12dを製造することができる。また、セパレータ原反12dの製造方法は、孔形成剤を除去する上記方法に限定されず、種々の方法を用いることができる。
次に、上記セパレータ原反12dの製造工程に続く各工程S1〜S8について、順に説明する。なお、工程は、S1〜S8の順で進行する。
(検査工程S1)
検査工程S1は、耐熱セパレータ12aの基材となるセパレータ原反12dについて、次工程に先立ち、セパレータ原反12dの検査を行う工程である。
検査工程S1は、耐熱セパレータ12aの基材となるセパレータ原反12dについて、次工程に先立ち、セパレータ原反12dの検査を行う工程である。
(切除工程S2)
切除工程S2は、検査工程S1において検査したセパレータ原反12dの幅方向における両端部(耳部)を切除する工程である。換言すれば、切除工程S2は、セパレータ原反12dの搬送(長手)方向に対して略直交する方向に対向し合う、当該セパレータ原反12dの両端部を切除する工程である。
切除工程S2は、検査工程S1において検査したセパレータ原反12dの幅方向における両端部(耳部)を切除する工程である。換言すれば、切除工程S2は、セパレータ原反12dの搬送(長手)方向に対して略直交する方向に対向し合う、当該セパレータ原反12dの両端部を切除する工程である。
上述のとおり、搬送時のセパレータ原反12dは端部が弛みやすく、その結果、端部にフレアが生じる。セパレータ原反12dの端部にフレアが発生した場合、塗工工程S3においてセパレータ原反12dに塗工される耐熱層4の塗料の膜厚が不均一になる。
そこで、本実施形態では、塗工工程S3の前に、切除工程S2においてフレアが発生したセパレータ原反12dの両端部を切除している。
図5は、図4に示される切除工程S2の一例を示す上面図である。図5に示されるように、切除工程S2は、セパレータ原反12dの両端部(切除部分)eを切除する切除装置(切除部)5により実施される。
切除装置5は、セパレータ原反12dの両端部eを切除する2つの切断部(第一の切断部,第二の切断部)51と、当該切断部51を固定する固定軸52とを備えている。
固定軸52は、セパレータ原反12dの幅方向に延在した略直線形状であり、当該固定軸52の両端部は、切除装置5を挟んで両側に設けられた固定部6に固定されている。
このように、切除装置5では、切断部51を固定する固定軸52を略直線形状とし、共通の固定軸52に2つの切断部51が固定されている。これにより、例えば2つの切断部51を別々の部材に固定する場合に比べて、各切断部51のがたつきを低減することが可能となる。したがって、切断部51によって、セパレータ原反12dの両端部eを切除位置Cで適切に切除することができる。
また、切断部51は、固定軸52上の任意の位置で固定できる構造であってもよい。これにより、切除工程S2においてセパレータ原反12dを任意の幅に設定することができる。
各切断部51は、レザー刃512を備える(図6参照)。レザー刃512は、鋭く研がれた刃先512aによって、セパレータ原反12dの両端部eを切除する。これにより、セパレータ原反12dからフレアが発生した両端部eが切除された平坦なセパレータ原反(基材フィルム)12cが得られる。
図6は、図5に示される切断部51に備えられるレザー刃512とセパレータ原反12dとの位置関係を示す断面図である。図6に示されるように、レザー刃512は、刃先512aが搬送されるセパレータ原反12dに対して角度θをなすように、セパレータ原反12dに対して斜めに傾いて配置される。
本実施形態では、一般的なセパレータの製造において使用されるスリット用のレザー刃(短刃)に比べて刃長が大きい長刃をレザー刃512として使用している。そのため、セパレータ原反12dの下面と、刃先512aの下端部(切っ先)との間隔を深さDと定義した場合、従来のレザー刃に比べて、深さDを大きく設定することが可能となる。
このように、深さDを大きく設定することにより、フレアが発生したセパレータ原反12dの両端部eを、レザー刃512によって適切に切除することができる。
なお、フレアの幅(すなわち、セパレータ原反12dの面外方向における幅)は、セパレータ原反12dのサイズ、搬送速度、巻出張力等の要因によって変化する。そのため、深さDの値は、セパレータ原反12dの両端部eに発生したフレアの幅に応じて適宜設定される。
深さDの値は、搬送されるセパレータ原反12dの幅方向における両端辺Eと、セパレータ原反12dにレザー刃512を当てる切除位置Cとの距離の4分の1以上であることが好ましい。深さDの値が上記距離の4分の1以上であれば、フレアが発生したセパレータ原反12dの両端部eを、レザー刃512によってより適切に切除することができる。
また、深さDの上限値は、上記距離と等しいことが好ましい。深さDの値が上記距離を超えると、切除装置5の構成上、切断部51を取り付けるための充分なスペースを確保することが容易ではなく、また、レザー刃512の刃先512aの使用効率が低く合理的でない。
切除工程S2において切除される切除部分(両端部e)の幅は、好ましくは片側あたり5mm以上200mm以下である。切除工程S2において切除される切除部分(両端部e)の幅は、フレアが発生し得る部分を確実に除去するという観点から、5mm以上が好ましく、8mm以上がより好ましく、10mm以上がさらに好ましい。一方、切除後の製品の収率の観点からは、上記幅は、200mm以下が好ましく、150mm以下がより好ましい。また、切除部分(両端部e)の幅が5mm未満であると、薄く強度の低いセパレータ原反12dからの両端部eの切除が困難となるため好適でない。
切除工程S2において切除される切除部分の幅は、両端で異なっていてもよい。フレアが発生し得る側をより多く除去することで、全体の収率を落とすことなくフレアの発生を防ぐことができる。
なお、切除工程S2において使用される刃の種類は、セパレータ原反12dの両端部eを切除することができるものであれば特に限定はなく、種々の刃を使用することができる。例えば、レザー刃512に代えて、丸刃等の刃を使用してもよい。
(塗工工程S3)
塗工工程S3は、切除工程S2において両端部eが切除されたセパレータ原反12cに耐熱層4の塗料(材料)を塗工する工程である。塗工工程S3では、セパレータ原反12cの一方の面のみに塗工を行ってもよいし、両面に塗工を行ってもよい。一方の面のみに塗工を行った場合には、後述する塗工工程S3−2において他方の面にさらに塗工を行ってもよい。
塗工工程S3は、切除工程S2において両端部eが切除されたセパレータ原反12cに耐熱層4の塗料(材料)を塗工する工程である。塗工工程S3では、セパレータ原反12cの一方の面のみに塗工を行ってもよいし、両面に塗工を行ってもよい。一方の面のみに塗工を行った場合には、後述する塗工工程S3−2において他方の面にさらに塗工を行ってもよい。
例えば、塗工工程S3では、セパレータ原反12cに、耐熱層用の塗料として、アラミドのNMP(N−メチル−ピロリドン)溶液を塗工する。なお、耐熱層4は上記のアラミド耐熱層に限定されない。例えば、耐熱層用の塗料として、アルミナとカルボキシメチルセルロースと水との懸濁液を塗工してもよい。
本実施形態のように、切除工程S2と塗工工程S3との間に他工程(例えば、巻取工程など)を介さず、切除工程S2においてフレアが発生した両端部eを切除した後、続く塗工工程S3においてセパレータ原反12cの塗工を行う。これにより、セパレータ原反12cの平坦性を好適に維持した状態で塗工が行われるため、耐熱層4の材料をより均一な膜厚に塗工することができる。
図7は、図4に示される塗工工程S3の一例を示す断面図である。図7に示されるように、塗工工程S3は、切除工程S2において両端部eが切除されたセパレータ原反12cに耐熱層用の塗料74を塗工する塗工装置(塗工部)7により実施される。
塗工装置7は、バーコーター法の機構を有し、塗料滴下器71、塗工バー72、および塗工バー駆動部73を備える。この機構では、塗工バー72の先端と、セパレータ原反12cとの間にギャップ(クリアランス)を設けておき、塗料滴下器71から、セパレータ原反12c上に滴下された塗料74を塗工バー72の一方の側(搬送方向の上流側)に貯めながらセパレータ原反12cを搬送することで、セパレータ原反12cの塗工を行う。
なお、塗料74をセパレータ原反12cに塗工する方法は、セパレータ原反12cを均一にウェットコーティングできる方法であれば特に限定はなく、種々の方法を採用することができる。例えば、キャピラリーコート法、スリットダイコート法、スプレーコート法、ディップコート法、ロールコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、バーコーター法、グラビアコーター法、ダイコーター法等を採用することができる。
また、セパレータ原反12cに塗工される耐熱層4の材料の膜厚は、塗工ウェット膜の厚み、および、塗工液の固形分濃度を調節することによって制御することができる。
この塗工工程S3では、両端部eが切除されたセパレータ原反12cの幅方向における両側表面に非塗工部分が残るように塗料74を塗工(耳残し塗工)することが好ましい。これにより、セパレータ原反12cの両側表面まで塗料74を行き渡らせる全面塗工を行う場合に生じる、セパレータ原反12cの両端部から裏面への塗料74の回り込みを抑制することが可能となる。そのため、セパレータ原反12cの裏面へ塗料74が回り込むことによって生じる製品不良を抑制することができる。
この場合、後工程(例えば、後述する第二の切除工程、またはスリット工程S8など)において、非塗工部分を切除すればよい。これにより、耐熱層4がより均一な膜厚である耐熱セパレータ12aを製造することができる。
(析出工程S4)
析出工程S4は、塗工工程S3において塗工した塗料74を固化させる工程である。塗料74がアラミド塗料である場合には、例えば、塗工面に水蒸気を与え、湿度析出によりアラミドを固化させる。これにより、耐熱層4が形成されたセパレータ原反12cである耐熱セパレータ原反12b(図8参照)が得られる。
析出工程S4は、塗工工程S3において塗工した塗料74を固化させる工程である。塗料74がアラミド塗料である場合には、例えば、塗工面に水蒸気を与え、湿度析出によりアラミドを固化させる。これにより、耐熱層4が形成されたセパレータ原反12cである耐熱セパレータ原反12b(図8参照)が得られる。
(洗浄工程S5)
洗浄工程S5は、析出工程S4において塗料が固化された耐熱セパレータ原反12bを洗浄する工程である。耐熱層4がアラミド耐熱層である場合には、洗浄液として、例えば、水、水系溶液、アルコール系溶液が好適に用いられる。
洗浄工程S5は、析出工程S4において塗料が固化された耐熱セパレータ原反12bを洗浄する工程である。耐熱層4がアラミド耐熱層である場合には、洗浄液として、例えば、水、水系溶液、アルコール系溶液が好適に用いられる。
(乾燥工程S6)
乾燥工程S6は、洗浄工程S5において洗浄した耐熱セパレータ原反12bを乾燥させる工程である。乾燥の方法は、特には限定されず、例えば、加熱されたロールに耐熱セパレータ原反12bを接触させる方法や、耐熱セパレータ原反12bに熱風を吹き付ける方法等、種々の方法を用いることができる。
乾燥工程S6は、洗浄工程S5において洗浄した耐熱セパレータ原反12bを乾燥させる工程である。乾燥の方法は、特には限定されず、例えば、加熱されたロールに耐熱セパレータ原反12bを接触させる方法や、耐熱セパレータ原反12bに熱風を吹き付ける方法等、種々の方法を用いることができる。
(第二の切除工程S2−2)
耐熱セパレータ12aの製造方法は、乾燥工程S6の後に、耐熱セパレータ原反12bの両端部をさらに切除する第二の切除工程S2−2を含んでいてもよい。これにより、搬送時に、耐熱セパレータ原反12bに皺が発生することを好適に抑制することが可能となる。
耐熱セパレータ12aの製造方法は、乾燥工程S6の後に、耐熱セパレータ原反12bの両端部をさらに切除する第二の切除工程S2−2を含んでいてもよい。これにより、搬送時に、耐熱セパレータ原反12bに皺が発生することを好適に抑制することが可能となる。
特に、塗工工程S3においてセパレータ原反12cの耳残し塗工を行う場合、セパレータ原反12cの両端部に耐熱層4の膜厚による段差(塗工部分と非塗工部分との境界)が存在する。そのため、当該段差に起因して皺が発生することがある。
第二の切除工程S2−2において、非塗工部分である耐熱セパレータ原反12bの両端部を切除して上記段差を解消することにより、搬送時の耐熱セパレータ原反12bに皺が発生すること抑制することができる。
つまり、第二の切除工程S2−2において切除される切除部分には、非塗工部分と、塗工部分の一部とが含まれることが好ましい。すなわち、切除部分にすべての非塗工部分が確実に含まれるように、非塗工部分と隣り合う塗工部分を含めて、第二の切除工程S2−2において耐熱セパレータ原反12bの両端部を切除することが好ましい。
例えば、塗工工程S3においてセパレータ原反12cの両端辺Eからそれぞれ10mm程度を非塗工部分として耳残し塗工を行った場合、当該非塗工部分の10mmに加え、さらに片側あたり5mm以上80mm以下の塗工部分を、第二の切除工程S2−2において耐熱セパレータ原反12bの両端辺Eから切除する。この第二の切除工程S2−2の具体的な態様(手段)は、切除工程S2と同一である。
切除工程S2−2において切除される塗工部分の幅は、フレアが発生し得る部分を確実に除去するという観点、および、基材フィルムの一方の面に塗工された材料(機能層)の膜厚による段差を確実に解消するという観点から、5mm以上が好ましく、8mm以上がより好ましく、10mm以上がさらに好ましい。一方、切除後の製品の収率の観点からは、上記幅は、80mm以下が好ましく、50mm以下がより好ましい。
また、耐熱セパレータ原反12bが一方の面のみに耐熱層4を有する場合には、第二の切除工程S2−2に続いて、第二の塗工工程S3−2、第二の析出工程S4−2、第二の洗浄工程S5−2、および第二の乾燥工程S6−2を実施することにより、当該耐熱セパレータ原反12bの他方の面にも耐熱層4を形成してもよい。
すなわち、一方の面のみに耐熱層4を有する耐熱セパレータ原反12bを基材フィルムとして、本発明に係るセパレータの製造方法を実施してもよい。
(第二の塗工工程S3−2)
第二の塗工工程S3−2は、耐熱セパレータ原反12bの他方の面に耐熱層4の塗料(材料)を塗工する工程である。例えば、第二の切除工程S2−2と第二の塗工工程S3−2との間に他工程(例えば、巻取工程など)を介さず、第二の切除工程S2−2において耐熱セパレータ原反12bの両端部を切除した後、続く第二の塗工工程S3−2において耐熱セパレータ原反12bの他方の面に塗工を行う。これにより、耐熱セパレータ原反12bの平坦性を好適に維持した状態で塗工が行われるため、耐熱層4の材料をより均一な膜厚に塗工することができる。この第二の塗工工程S3−2の具体的な態様(手段)は、塗工工程S3と同一である。
第二の塗工工程S3−2は、耐熱セパレータ原反12bの他方の面に耐熱層4の塗料(材料)を塗工する工程である。例えば、第二の切除工程S2−2と第二の塗工工程S3−2との間に他工程(例えば、巻取工程など)を介さず、第二の切除工程S2−2において耐熱セパレータ原反12bの両端部を切除した後、続く第二の塗工工程S3−2において耐熱セパレータ原反12bの他方の面に塗工を行う。これにより、耐熱セパレータ原反12bの平坦性を好適に維持した状態で塗工が行われるため、耐熱層4の材料をより均一な膜厚に塗工することができる。この第二の塗工工程S3−2の具体的な態様(手段)は、塗工工程S3と同一である。
(第二の析出工程S4−2)
第二の析出工程S4−2は、第二の塗工工程S3−2において塗工した塗料を固化させる工程である。この第二の析出工程S4−2の具体的な態様(手段)は、析出工程S4と同一である。
第二の析出工程S4−2は、第二の塗工工程S3−2において塗工した塗料を固化させる工程である。この第二の析出工程S4−2の具体的な態様(手段)は、析出工程S4と同一である。
(第二の洗浄工程S5−2)
第二の洗浄工程S5−2は、第二の析出工程S4−2において塗料が固化された耐熱セパレータ原反12bを洗浄する工程である。この第二の洗浄工程S5−2の具体的な態様(手段)は、洗浄工程S5と同一である。
第二の洗浄工程S5−2は、第二の析出工程S4−2において塗料が固化された耐熱セパレータ原反12bを洗浄する工程である。この第二の洗浄工程S5−2の具体的な態様(手段)は、洗浄工程S5と同一である。
(第二の乾燥工程S6−2)
第二の乾燥工程S6−2は、第二の洗浄工程S5−2において洗浄した耐熱セパレータ原反12bを乾燥させる工程である。この第二の乾燥工程S6−2の具体的な態様(手段)は、乾燥工程S6と同一である。
第二の乾燥工程S6−2は、第二の洗浄工程S5−2において洗浄した耐熱セパレータ原反12bを乾燥させる工程である。この第二の乾燥工程S6−2の具体的な態様(手段)は、乾燥工程S6と同一である。
(検査工程S7)
検査工程S7は、乾燥工程S6(乾燥工程S6−2を含むフローの場合は、第二の乾燥工程S6−2)において乾燥させた耐熱セパレータ原反12bを検査する工程である。この検査を行う際、欠陥箇所を除去しやすいよう適宜マーキングしてもよい。
検査工程S7は、乾燥工程S6(乾燥工程S6−2を含むフローの場合は、第二の乾燥工程S6−2)において乾燥させた耐熱セパレータ原反12bを検査する工程である。この検査を行う際、欠陥箇所を除去しやすいよう適宜マーキングしてもよい。
(スリット工程S8)
スリット工程S8は、検査工程S7において検査した耐熱セパレータ原反12bを、所定の製品幅にスリット(切断)する工程である。具体的には、スリット工程S8では、耐熱セパレータ原反12bをリチウムイオン二次電池1等の応用製品に適した幅である製品幅にスリットする。
スリット工程S8は、検査工程S7において検査した耐熱セパレータ原反12bを、所定の製品幅にスリット(切断)する工程である。具体的には、スリット工程S8では、耐熱セパレータ原反12bをリチウムイオン二次電池1等の応用製品に適した幅である製品幅にスリットする。
生産性を上げるために、通常、耐熱セパレータ原反12bは、その幅が製品幅以上となるように製造される。そして、一旦製造された後に、耐熱セパレータ原反12bは、製品幅にスリットされて耐熱セパレータ12aとなる。
このスリット工程S8において、耐熱セパレータ原反12bのスリットと同時に、耐熱セパレータ原反12bの両端部を切除してもよい。スリット工程S8において、耐熱セパレータ原反12bの両端部における余分なフィルムを切除することにより、耐熱セパレータ原反12bを製品幅に好適に加工することができる。
また、塗工工程S3(第二の塗工工程S3−2を含むフローの場合は、第二の塗工工程S3−2)において耳残し塗工を行った場合、スリット工程S8において、非塗工部分F(図8参照)が切除される。例えば、塗工工程S3(または、第二の塗工工程S3−2)においてセパレータ原反12cの両端辺Eからそれぞれ10mm程度を非塗工部分Fとして耳残し塗工を行った場合、当該非塗工部分Fの10mmに加え、さらに片側あたり5mm以上80mm以下の塗工部分を、スリット工程S8において耐熱セパレータ原反12bの両端辺Eから切除する。
図8の(a)は、耐熱セパレータ原反12bをスリットするスリット装置8の構成を示す断面図であり、図8の(b)は、耐熱セパレータ原反12bをスリットする前後の状態を示す斜視図である。
図8の(a)に示されるように、スリット装置8は、回転可能に支持された円柱形状の、巻出ローラ81、ローラ82〜85、および複数の巻取ローラ86を備えている。スリット装置8には、図示しない刃が複数設けられている。
スリット装置8では、耐熱セパレータ原反12bを巻きつけた円筒形状のコア87が、巻出ローラ81に嵌められている。耐熱セパレータ原反12bは、コア87から経路UまたはLへ巻き出される。巻き出された耐熱セパレータ原反12bは、ローラ83を経由し、ローラ84へ例えば速度100m/分で搬送される。搬送される工程において耐熱セパレータ原反12bは、搬送(長手)方向に対して略平行にスリットされる。これにより、セパレータ原反12cが製品幅にスリットされた複数の耐熱セパレータ12aが製造される。
図8の(b)に示されるように、製造された複数の耐熱セパレータ12aは、それぞれ、巻取ローラ86に嵌められたコア88に巻き取られる。
なお、耐熱セパレータ12aの製造方法は、上述した工程以外の工程を含んでいてもよい。例えば、耐熱セパレータ12aの製造方法は、洗浄工程S5と乾燥工程S6との間、または第二の洗浄工程S5−2と第二の乾燥工程S6−2との間に、耐熱セパレータ原反12bに付着した水等を取り除き、続く乾燥工程S6または第二の乾燥工程S6−2における乾燥不足を防止する水切り工程を含んでいてもよい。
また、耐熱セパレータ12aの製造方法は、スリット工程S8に代えて、検査工程S7における検査を経た耐熱セパレータ原反12bを巻き取る巻取工程を含んでいてもよい。耐熱セパレータ原反12bの巻き取りには、円筒形状のコア等を用いることができる。巻き取られた耐熱セパレータ原反12bは、そのまま、幅広の状態で耐熱セパレータ12aの原反として出荷等されてもよい。この場合、スリット工程S8は省略される。
〔まとめ〕
以上のように、本実施形態に係る耐熱セパレータ12aの製造方法は、搬送されるセパレータ原反12dの幅方向における両端部eを切除する切除工程S2と、切除工程S2において両端部eが切除されたセパレータ原反12cに耐熱層4を形成する塗料を塗工する塗工工程S3とを含んでいる。
以上のように、本実施形態に係る耐熱セパレータ12aの製造方法は、搬送されるセパレータ原反12dの幅方向における両端部eを切除する切除工程S2と、切除工程S2において両端部eが切除されたセパレータ原反12cに耐熱層4を形成する塗料を塗工する塗工工程S3とを含んでいる。
上記の構成では、塗工工程S3の前に、切除工程S2においてセパレータ原反12dの両端部eが切除される。そのため、セパレータ原反12dの両端部eに発生したフレア(弛み)を少なくした状態でセパレータ原反12cの塗工を行うことができる。
したがって、本実施形態によれば、塗工工程S3において耐熱層4の塗料を均一な膜厚に塗工することが可能な耐熱セパレータ12aの製造方法を実現することができる。
1 リチウムイオン二次電池
4 耐熱層(機能層)
5 切除装置(切除部)
7 塗工装置(塗工部)
12 セパレータ
12a 耐熱セパレータ(セパレータ)
12b 耐熱セパレータ原反(基材フィルム)
12c セパレータ原反(基材フィルム)
12d セパレータ原反(基材フィルム)
52 固定軸
74 塗料(材料)
e 両端部(切除部分)
F 非塗工部分
S2 切除工程
S2−2 第二の切除工程
S3 塗工工程
S3−2 第二の塗工工程
S8 スリット工程
4 耐熱層(機能層)
5 切除装置(切除部)
7 塗工装置(塗工部)
12 セパレータ
12a 耐熱セパレータ(セパレータ)
12b 耐熱セパレータ原反(基材フィルム)
12c セパレータ原反(基材フィルム)
12d セパレータ原反(基材フィルム)
52 固定軸
74 塗料(材料)
e 両端部(切除部分)
F 非塗工部分
S2 切除工程
S2−2 第二の切除工程
S3 塗工工程
S3−2 第二の塗工工程
S8 スリット工程
Claims (12)
- ロールから巻き出して搬送される基材フィルムの、搬送方向に対して略直交し、かつ当該基材フィルムの面に対して略平行である幅方向における両端部を切除する切除工程と、
前記切除工程において前記両端部が切除されることによってフレアが少なくなった前記基材フィルムに機能層を形成する材料を塗工する塗工工程と、
を含むことを特徴とするセパレータの製造方法。 - 前記塗工工程において前記材料が塗工された前記基材フィルムの前記幅方向における両端部を切除する第二の切除工程をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のセパレータの製造方法。
- ロールから巻き出して搬送される基材フィルムの、搬送方向に対して略直交し、かつ当該基材フィルムの面に対して略平行である幅方向における両端部を切除する切除工程と、
前記切除工程において前記両端部が切除されることによってフレアが少なくなった前記基材フィルムの一方の面に機能層を形成する材料を塗工する塗工工程と、
前記塗工工程において前記材料が塗工された前記基材フィルムの前記幅方向における両端部を切除する第二の切除工程と、
前記第二の切除工程において前記両端部が切除されることによってフレアが少なくなった前記基材フィルムの他方の面に機能層を形成する材料を塗工する第二の塗工工程と、
を含むことを特徴とするセパレータの製造方法。 - 前記第二の切除工程において切除される切除部分には、前記塗工工程において前記材料が塗工された前記基材フィルムの塗工部分の一部が含まれることを特徴とする請求項2または3に記載のセパレータの製造方法。
- 前記第二の切除工程において切除される前記塗工部分の幅が、片側あたり5mm以上80mm以下であることを特徴とする請求項4に記載のセパレータの製造方法。
- 前記切除工程において切除される切除部分の幅が、片側あたり5mm以上200mm以下であることを特徴とする請求項1から5までのいずれか一項に記載のセパレータの製造方法。
- 前記材料が塗工された前記基材フィルムを、所定の製品幅にスリットするスリット工程をさらに含むことを特徴とする請求項1から6までのいずれか一項に記載のセパレータの製造方法。
- 前記スリット工程において、前記基材フィルムのスリットと同時に、前記材料が塗工された前記基材フィルムの前記幅方向における両端部を切除することを特徴とする請求項7に記載のセパレータの製造方法。
- 前記塗工工程において、前記切除工程において前記両端部が切除された前記基材フィルムの前記幅方向における両側表面に非塗工部分を残して、前記材料を塗工することを特徴とする請求項1から8までのいずれか一項に記載のセパレータの製造方法。
- 搬送される前記基材フィルムに対して、前記切除工程と前記塗工工程とを続けて実施することを特徴とする請求項1から9までのいずれか一項に記載のセパレータの製造方法。
- ロールから巻き出して搬送される基材フィルムの、搬送方向に対して略直交し、かつ当該基材フィルムの面に対して略平行である幅方向における両端部を切除する切除部と、
前記切除部によって前記両端部が切除されることによってフレアが少なくなった前記基材フィルムに機能層を形成する材料を塗工する塗工部と、
を備えることを特徴とするセパレータの製造装置。 - 前記切除部は、
前記基材フィルムの前記両端部のうち一方の端部を切断する第一の切断部と、
前記両端部のうち他方の端部を切断する第二の切断部と、
前記幅方向に延在して、前記第一の切断部および前記第二の切断部を固定する固定軸と、
を含むことを特徴とする請求項11に記載のセパレータの製造装置。
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