JP6206230B2 - 電極の製造方法および電極の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、電極の製造方法および電極の製造装置に関するものである。

電池の電極の製造工程において集電体に塗工剤を間欠的に塗布する技術が特許文献１等に開示されている。特許文献１に開示の間欠供給用バルブにおいては、塗液の供給を止める際は下流側に負圧を発生させ、塗液の供給を開始する際は正圧の発生を一時的に抑制せしめるようにしている。詳しくは、弁体を有するピストンと、弁体により液通路が閉止される弁座と、ピストンを移動させる移動手段とを備え、塗液を供給または停止させる２方弁において、弁体をピストンに軸心長手方向に移動可能に装着している。

特開２００１−３８２７６号公報

ところで、図６には間欠塗工の際の始端からの距離に対する目付け（単位面積当たりの塗工剤の質量）を示すが、間欠塗工の塗り始めは、ダイヘッド内部と配管内の液圧の差が大きいために、スラリー状の塗工剤が急激に塗出され、間欠塗工の始端が端高となってしまう。塗工開始端部の塗膜の突出を抑制すべく特許文献１の技術を用いるためには特殊な構造のバルブを用いる必要があった。

本発明の目的は、間欠的に塗布される塗工剤の始端での高さが高くなることを抑制することができる電極の製造方法および電極の製造装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、配管を介してポンプにより移送された塗工剤をバルブの切換動作に伴ってダイヘッドに間欠的に供給して前記ダイヘッドから集電体上に間欠的に塗布する電極の製造方法であって、前記ポンプとして回転容積型一軸偏心ねじポンプを用いるとともに、前記バルブが閉じた状態である場合には前記回転容積型一軸偏心ねじポンプの回転数を低下させ、閉じた状態から開いた状態への前記バルブの切換動作と同時もしくは直前に前記回転容積型一軸偏心ねじポンプの回転数を所定の回転数に上昇させることにより前記回転容積型一軸偏心ねじポンプによる塗工剤の移送量を制御するようにしたことを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、配管を介してポンプにより移送された塗工剤をバルブの切換動作に伴ってダイヘッドに間欠的に供給してダイヘッドから集電体上に間欠的に塗布する。この際に、ポンプとして回転容積型一軸偏心ねじポンプを用い、バルブが閉じた状態である場合には回転容積型一軸偏心ねじポンプの回転数を低下させ、閉じた状態から開いた状態へのバルブの切換動作と同時もしくは直前に回転容積型一軸偏心ねじポンプの回転数を所定の回転数に上昇させて回転容積型一軸偏心ねじポンプによる塗工剤の移送量を制御することにより、間欠塗工の塗り始めにおけるダイヘッド内圧と配管圧との差を小さくして、塗布される塗工剤の始端での高さが高くなることを抑制することができる。

請求項２に記載の発明では、供給された塗工剤を吐出口から吐出するダイヘッドと、前記塗工剤を移送する回転容積型一軸偏心ねじポンプと、前記回転容積型一軸偏心ねじポンプから前記ダイヘッドへの配管の途中に設けられ、切換動作に伴って前記回転容積型一軸偏心ねじポンプにより移送された塗工剤を間欠的に前記ダイヘッドに供給して前記ダイヘッドから間欠的に吐出させるためのバルブと、前記バルブが閉じた状態である場合には前記回転容積型一軸偏心ねじポンプの回転数を低下させ、閉じた状態から開いた状態への前記バルブの切換動作と同時もしくは直前に前記回転容積型一軸偏心ねじポンプの回転数を所定の回転数に上昇させることにより前記回転容積型一軸偏心ねじポンプによる塗工剤の移送量を制御するポンプ制御手段と、を備えることを要旨とする。

請求項２に記載の発明によれば、バルブの切換動作に伴って回転容積型一軸偏心ねじポンプにより移送された塗工剤を間欠的にダイヘッドに供給してダイヘッドから間欠的に吐出させる構成において、バルブが閉じた状態である場合には回転容積型一軸偏心ねじポンプの回転数を低下させ、閉じた状態から開いた状態へのバルブの切換動作と同時もしくは直前に回転容積型一軸偏心ねじポンプの回転数を所定の回転数に上昇させて回転容積型一軸偏心ねじポンプによる塗工剤の移送量を制御することにより、間欠塗工の塗り始めにおけるダイヘッド内圧と配管圧との差を小さくして、塗布される塗工剤の始端での高さが高くなることを抑制することができる。

本発明によれば、間欠的に塗布される塗工剤の始端での高さが高くなることを抑制することができる。

実施形態における電極の製造装置の概略構成図。 電極の製造装置の概略構成図。 電極の製造装置の概略構成図。 メインバルブの開閉動作、ポンプ回転数比の変化を示すタイムチャート。 始端からの距離と目付けの関係を示す説明図。 始端からの距離と目付けの関係を示す説明図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、電極の製造装置１０は、塗工剤タンク２０と回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０とメインバルブ（開閉バルブ）５０とダイヘッド６０とリターンバルブ７０とコントローラ８０を備えている。この電極の製造装置１０は、リチウムイオン二次電池における電極の製造装置である。

塗工剤タンク２０には塗工剤２１が蓄えられている。塗工剤２１は活物質、導電助剤、バインダー、溶剤等を混練・希釈してスラリー状にしたものである。
回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０は、ステータ３１とロータ３２を有する。ロータ３２はモータ３３により駆動される。回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０と塗工剤タンク２０とが配管９０により接続されている。そして、回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０において、モータ３３によってロータ３２を駆動することにより塗工剤タンク２０の塗工剤２１を定量移送することができる。

回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０とダイヘッド６０とが配管９１により接続されている。配管９１の途中にはメインバルブ５０が設けられている。メインバルブ５０の開閉によりダイヘッド６０への送液がコントロールされる。

回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０とメインバルブ５０を結ぶ配管９１の途中からリターン配管９２が分岐し、リターン配管９２は塗工剤タンク２０と接続されている。リターン配管９２の途中にはリターンバルブ７０が設けられている。

ダイヘッド６０には塗工剤通路（マニホールド６１ａ、スロット６１ｂ）６１が形成され、配管９１を通して塗工剤が塗工剤通路（マニホールド６１ａ）６１に供給される。塗工剤通路（スロット６１ｂ）６１はダイヘッド６０の先端の吐出口６０ａにおいて開口している。ダイヘッド６０に供給された塗工剤が吐出口６０ａから集電体としての金属箔１１０に向かって吐出するようになっている。

ダイヘッド６０の吐出口６０ａに対し所定距離だけ離間した位置にバックアップロール１００が配置されている。バックアップロール１００の外周に金属箔１１０が巻き掛けられ、バックアップロール１００は金属箔１１０を連続搬送可能に支持している。バックアップロール１００に支持された金属箔１１０にダイヘッド６０から吐出された塗工剤が間欠的に塗布される。塗工剤１２０，１２１が間欠的に塗布された後の金属箔１１０はガイドローラ１０１に案内されつつ搬送される。その後の工程において、乾燥、プレス、打ち抜き等が行われる。

コントローラ８０はモータ３３と接続され、コントローラ８０によりモータ３３の回転数が制御される。コントローラ８０はメインバルブ５０と接続され、コントローラ８０によりメインバルブ５０が開閉制御される。また、コントローラ８０はリターンバルブ７０と接続され、コントローラ８０によりリターンバルブ７０が開閉制御される。

コントローラ８０によりリターンバルブ７０およびメインバルブ５０が開閉制御され、図２に示す塗工剤の流路形成状態と図３に示す塗工剤の流路形成状態とに切り換え制御される。

図２に示す状態においては、メインバルブ５０を閉じた状態で、リターンバルブ７０が開弁される。これにより、塗工剤の流路として、塗工剤タンク２０→回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０→リターンバルブ７０→塗工剤タンク２０が形成され、塗工剤が塗工剤タンク２０に戻される。

一方、図３に示す状態においては、リターンバルブ７０を閉じた状態で、メインバルブ５０が開弁される。これにより、塗工剤の流路として、塗工剤タンク２０→回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０→メインバルブ５０→ダイヘッド６０が形成される。このようにして回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０からダイヘッド６０への配管の途中に設けられたメインバルブ５０を開弁することにより、メインバルブ５０の切換動作に伴って回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０により移送された塗工剤を間欠的にダイヘッド６０に供給してダイヘッド６０から間欠的に吐出させることができる。

次に、電極の製造装置１０の作用について説明する。
金属箔１１０が一定の搬送速度でバックアップロール１００に搬送される。
コントローラ８０は、（イ）メインバルブ５０を閉じた状態でリターンバルブ７０を開弁する。これにより、図２の状態になる。コントローラ８０は、（ロ）リターンバルブ７０を閉じた状態でメインバルブ５０を開弁する。これにより、図３の状態になる。コントローラ８０は、この（イ）と（ロ）を切り換えることにより塗工剤を金属箔１１０に対し間欠的に塗布する。

詳しくは、図２においてメインバルブ５０を閉じた状態でリターンバルブ７０を開弁する。これにより、回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０の駆動により塗工剤タンク２０の塗工剤２１がリターン配管９２を通して塗工剤タンク２０に戻される。

図３においてリターンバルブ７０を閉じた状態でメインバルブ５０を開弁する。これにより、回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０の駆動により塗工剤タンク２０の塗工剤２１が配管９１を通して移送され、ダイヘッド６０の塗工剤通路６１に供給され、ダイヘッド６０の吐出口６０ａから塗工剤が金属箔１１０に向かって吐出される。

このように図４に示すようにコントローラ８０は間欠塗布を行う際に、メインバルブ５０を開閉する。
また、間欠塗工において、コントローラ８０はメインバルブ５０の切換動作に同期して、即ち、間欠動作と同期して回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０による塗工剤の移送量を制御する。具体的には、図４に示すように回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０の回転数を変化させる。より詳しくは、塗布時に対し非塗布時には８０％の回転数とする。即ち、２割減らした回転数とする。広義には、間欠中にポンプ回転数を低下させ、塗布開始と同時若しくは直前に所定の回転数に上昇させる。

このように回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０の送液を増減することによりメインバルブ５０の開弁時に端高を抑制する。端高になるのはダイヘッド６０の内圧と配管圧力の差に起因している。メインバルブ５０を開く前の液を循環している時には回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０の回転数を落として送液量を落とすことにより配管圧力を下げる。これにより、メインバルブ５０を開いた瞬間のダイヘッド６０の内圧と配管圧力の差を小さくすることができる。このメインバルブ５０を開く動作と同時に回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０の回転数を目的の目付けとなる回転数に上げる。これにより、急激な立ち上がりが起こることなく目的の目付けに対してフラットな塗布ができる。つまり、圧力が低い状態でメインバルブ５０が開いて回転数が高まっていきフラットな状態を経てメインバルブ５０が閉められる。

図５には、始端からの距離に対する目付け（単位面積当たりの塗工剤の質量）の推移を示す。この図５から、始端での塗出量を低減させ、始端の端高を抑制することができることが分る。つまり、図６に示すように従来においては間欠塗工の始端は、ダイヘッド内部と配管内の液圧の差が大きいために、スラリー状の塗工剤が急激に塗出され、端高となってしまう。これに対し、図５に示すように本実施形態では、間欠塗工の始端において図３でのダイヘッド６０の内部の液圧（大気圧）と配管９１内の液圧の差を小さくして始端での塗出量を低減させ、始端の端高を抑制することができる。

また、弁の開度を最初小さくして始端の端高を防止することとし、塗工開始より塗工剤の吐出量が一定になるまでに塗工剤供給通路の通路断面積を小さい側から大きい側へと変更する場合においては、間欠動作を制御する弁の開度で端高の低減を図る際に、ヘッド内部と配管内の液圧差は変わらないため、やはり端高となる。開度を極端に小さくし、液圧差を緩和しながら徐々に開度を大きくすることで端高を抑制しようとすると、塗膜のダレ部分が多くなり、ほぼ平坦な塗膜を得ることはできない。

これに対し本実施形態では、メインバルブ５０の切換動作に同期して回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０による塗工剤の移送量を増減させて間欠塗工の塗り始めにおけるダイヘッド内圧と配管圧との差が小さくされる。その結果、塗膜のダレの発生を回避しつつ、塗布される塗工剤の始端での高さが高くなることを抑制することができる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）電極の製造方法として、ポンプにより移送された塗工剤をメインバルブ５０の切換動作に伴ってダイヘッド６０に供給してダイヘッド６０から金属箔１１０上に間欠的に塗布する。この際、ポンプとして回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０を用いるとともに、メインバルブ５０の切換動作に同期して回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０による塗工剤の移送量を制御する。これにより、間欠塗工の塗り始めにおけるダイヘッド内圧と配管圧との差を小さくして、金属箔１１０上に間欠的に塗布される塗工剤の始端での高さが高くなることを抑制することができる。

（２）回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０の回転数を変えることにより回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０による塗工剤の移送量を制御することができる。
（３）電極の製造装置１０として、ダイヘッド６０と回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０とメインバルブ５０とコントローラ８０を備える。メインバルブ５０の切換動作に伴って回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０により移送された塗工剤を間欠的にダイヘッド６０に供給してダイヘッド６０から間欠的に吐出させる際に、ポンプ制御手段としてのコントローラ８０において、メインバルブ５０の切換動作に同期して回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０による塗工剤の移送量を制御する。これにより、間欠塗工の塗り始めにおけるダイヘッド内圧と配管圧との差を小さくして、金属箔１１０上に間欠的に塗布される塗工剤の始端での高さが高くなることを抑制することができる。

（４）コントローラ８０は、回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０の回転数を変えることにより回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０による塗工剤の移送量を制御することができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・メインバルブ５０の切換時（閉弁時）には回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０の回転数を下げるべく塗布時に対し非塗布時には８０％の回転数としたが（２割減らした回転数としたが）、これに限らない。例えば、回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０の回転数を非塗布時には８０％よりも大きな回転数としたり、回転容積型一軸偏心ねじポンプ３０の回転数を非塗布時には８０％未満の回転数としたり、非塗布時には回転数をゼロとしてもよい。

・リチウムイオン二次電池に適用したが、これに限ることなく、他の二次電池に適用したり、また一次電池、キャパシタ等に適用してもよい。

１０…電極の製造装置、３０…回転容積型一軸偏心ねじポンプ、５０…メインバルブ、６０…ダイヘッド、６０ａ…吐出口、８０…コントローラ。

Claims (2)

1. 配管を介してポンプにより移送された塗工剤をバルブの切換動作に伴ってダイヘッドに間欠的に供給して前記ダイヘッドから集電体上に間欠的に塗布する電極の製造方法であって、
   前記ポンプとして回転容積型一軸偏心ねじポンプを用いるとともに、前記バルブが閉じた状態である場合には前記回転容積型一軸偏心ねじポンプの回転数を低下させ、閉じた状態から開いた状態への前記バルブの切換動作と同時もしくは直前に前記回転容積型一軸偏心ねじポンプの回転数を所定の回転数に上昇させることにより前記回転容積型一軸偏心ねじポンプによる塗工剤の移送量を制御するようにしたことを特徴とする電極の製造方法。
2. 供給された塗工剤を吐出口から吐出するダイヘッドと、
   前記塗工剤を移送する回転容積型一軸偏心ねじポンプと、
   前記回転容積型一軸偏心ねじポンプから前記ダイヘッドへの配管の途中に設けられ、切換動作に伴って前記回転容積型一軸偏心ねじポンプにより移送された塗工剤を間欠的に前記ダイヘッドに供給して前記ダイヘッドから間欠的に吐出させるためのバルブと、
   前記バルブが閉じた状態である場合には前記回転容積型一軸偏心ねじポンプの回転数を低下させ、閉じた状態から開いた状態への前記バルブの切換動作と同時もしくは直前に前記回転容積型一軸偏心ねじポンプの回転数を所定の回転数に上昇させることにより前記回転容積型一軸偏心ねじポンプによる塗工剤の移送量を制御するポンプ制御手段と、
   を備えることを特徴とする電極の製造装置。