JP6319798B2 - 塗工装置、および二次電池用電極の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、塗布液を塗工対象物に向けて吐出する塗工装置と、その塗工装置を用いた二次電池用電極の製造方法に関する。

リチウムイオン電池に代表される二次電池では、セパレータを介して正極と負極とが積層された積層体を電解液とともに外装材に封入した構造が知られている。このような構造を有する二次電池の正極および負極（以下、二次電池用電極）は、一般的に、集電体層と、この集電体層に積層された電極活物質層を有する。この二次電池用電極の製造方法として、塗工装置から電極活物質を含む塗布液を帯状の集電体シートに向けて吐出する方法が知られている。

図５は、塗工装置を用いた二次電池用電極の製造工程の一例を示す斜視図である。図５に示す塗工装置１００は、ダイ１０１と、ダイ１０１と間隔をおいて対向するダイ１０２と、ダイ１０１とダイ１０２との間に挟み込まれたシム１０３と、を有する。塗工装置１００の正面には、バックローラ２００が配置されている。バックローラ２００には、帯状の集電体シート３００の一部が保持されている。
図６は、ダイ１０１およびシム１０３の平面図である。図６に示すように、ダイ１０１には、塗布液を導出するための導出口１１１が形成されている。一方、シム１０３にはスリット１１３が形成されている。スリット１１３は、塗布液の吐出部分となる開口端１１３ａを有する。
塗工装置１００において、電極活物質を含む塗布液が、開口端１１３ａからバックローラ２００に保持されている集電体シート３００の一部に向けて吐出されると、その部分上に電極活物質層４００が形成される（図６参照）。その後、バックローラ２００が回転することによって集電体シート３００が送られて、電極活物質層４００が未形成の部分が新たにバックローラ２００に保持される。

上述した塗工装置１００では、図６に示すように、スリット１１３の開口端１１３ａとバックロール２００との間隔が広い。そのため、塗布液が開口端１１３ａから広がって吐出されるので、電極活物質層４００の幅方向Ｘの寸法がばらつくことが懸念される。そこで、図７に示すように、シム１０３の開口端１１３ａをダイ１０１、１０２のそれぞれの端部から突出させるように配置する構成が知られている（特許文献１〜３参照）。この構成によれば、開口端１１３ａとバックローラ２００との間隔が狭められる。そのため、開口端１１３ａから吐出された塗布液の広がりを規制することが可能となる。

特開２００１−１７０５４２号公報 特開２０１１−１８９２７９号公報 特開２０１２−２０６０９６号公報

図７に示す構成では、塗布液がスリット１１３を流れる際、スリットの中央から両端に向かうにつれて流圧が徐々に低下する傾向がある。そのため、電極活物質層４００の厚さが、その中央から両端に向かうにつれて徐々に薄くなり、層厚の均一性が十分に確保されないことが懸念される。

そこで本発明は、塗布液の広がりを規制しつつ、塗布液の吐出により形成される塗工層の厚さの均一性を向上させることが可能な塗工装置、およびその塗工装置を用いた二次電池用電極の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の塗工装置は、塗布液を導出するための導出口が形成された第１のダイと、前記第１のダイと間隔をおいて対向する第２のダイと、前記第１のダイと前記第２のダイとの間に挟み込まれたシムと、を有し、前記シムは、前記導出口と連通する連通部と前記導出口から導出された塗布液を塗工対象物に向けて吐出する開口端とを有するスリットであって、前記連通部から前記開口端に向かって開口幅が狭くなるテーパ形状のスリットを備え、該スリットの前記開口端が、前記第１のダイの端部および前記第２のダイの端部よりも外側に位置している。

上記目的を達成するために、本発明の二次電池用電極の製造方法は、導出口が形成された第１のダイと、前記第１のダイと間隔をおいて対向する第２のダイと、前記第１のダイと前記第２のダイとの間に挟み込まれたシムであって、前記導出口と連通する連通部と開口端とを有し前記連通部から前記開口端に向かって開口幅が狭くなるテーパ形状のスリットを備えたシムと、を有する塗工装置を用いて二次電池用電極を製造する方法であって、電極活物質を含む塗布液を、前記塗工装置の前記第１のダイの前記導出口から導出して前記シムの前記スリットの連通部に流入させ、さらに、前記第１のダイの端部および前記第２のダイの端部よりも外側に位置している前記スリットの前記開口端から帯状の集電体シートに向けて吐出する塗工工程を含む。

本発明によれば、塗布液の広がりを規制しつつ、塗布液の吐出により形成される塗工層の厚さの均一性を向上させることが可能となる。

本発明の塗工装置の一実施形態を示す側面図である。 図１に示す塗工装置に設けられた第１のダイの平面図である。 図１に示す塗工装置に設けられたシムの平面図である。 本発明の二次電池用電極の製造方法を説明するための平面図である。 塗工装置を用いた二次電池用電極の製造工程の一例を示す斜視図である。 図５に示す塗工装置に設けられたダイおよびシムの平面図である。 シムの開口端がダイの端部から突出した形態の塗工装置の平面図である。

本発明の実施形態について説明する。以下、本発明の塗工装置を二次電池用電極の製造装置に適用した実施形態について説明する。
図１は、本発明の塗工装置の一実施形態を示す側面図である。図１に示す本実施形態の塗工装置１は、第１のダイ１１と、第２のダイ１２と、シム１３と、を有する。第１のダイ１１および第２のダイ１２は、間隔をおいて互いに対向している。シム１３は、第１のダイ１１と第２のダイ１２との間に挟み込まれている。本実施形態では、各ダイ１１、１２およびシム１３の材料はＳＵＳ（Stainless Steel）である。各ダイ１１、１２およびシム１３の材料は、塗布液に腐食しない材料であればよくＳＵＳに限定されない。

図２は、第１のダイ１１の平面図である。図２に示すように、第１のダイ１１の、第２のダイ１２に対向する面には、導出口１５と、導出口１５を囲むマニホールド１６とが形成されている。導出口１５は、電極活物質を含む塗布液を導出するための開口部である。一方、マニホールド１６は、吐出に必要な塗布液の液量を確保するために、塗布液の導出口１５から導出された塗布液を一時的に貯留する凹部である。
第２のダイ１２は、導出口１５およびマニホールド１６が形成されていない点を除いて第１のダイ１１と同様の構造である。

図３は、シム１３の平面図である。シム１３は、第１のダイ１１と第２のダイ２１との間隔や、塗布液の流圧を調整するための板状部材である。シム１３には、図３に示すように、スリット２３が形成されている。スリット２３は、塗布液を吐出する開口端２３ａと、マニホールド１６を介して導出口１５と連通する連通部２３ｂと、を有する。スリット２３は、連通部２３ｂから開口端２３ａに向かってその開口幅Ｗ（図３参照）が狭くなるテーパ形状に形成されている。

以下、本実施形態の塗工装置１の組み立て方法について簡潔に説明する。本実施形態では、第１のダイ１１と第２のダイ１２との間にシム１３を配置する。このとき、スリット２３の連通部２３ｂがマニホールド１６を介して導出口１５に連通し、スリット２３の開口端２３ａが第１のダイ１１の端部および第２のダイ１２の端部よりも外側に位置するように、シム１３を配置する。その後、第１のダイ１１および第２の第２のダイ１２は、シム１３を挟み込んだ状態で不図示の固定部材（例えば、ネジ）で固定される。

以下、本実施形態の塗工装置を用いた二次電池用電極の製造方法について説明する。図４は、本実施形態の二次電池用電極の製造方法を説明するための平面図である。
図４に示すように、本実施形態では、シム１３のスリット２３の開口端２３ａに対向する位置にバックローラ２００が配置されている。このとき、スリット２３の開口端２３ａは、バックローラ２００に非接触である。バックローラ２００には、集電体シート３００の一部が保持されている。

まず、電極活物質を含む塗布液が導出口１５からマニホールド１６内に供給される。塗布液の供給が続けられると、マニホールド１６内に貯留されている塗布液がスリット２３の連通部２３ｂに流入し、最終的に開口端２３ａから吐出される。吐出された塗布液は、バックローラ２００に保持されている集電体シート３００の一部に付着する。その結果、図４に示すように電極活物質層４０１が形成される。

次に、バックローラ２００が回転することによって集電体シート３００が送られて、電極活物質層４０１が未形成の部分が新たにバックローラ２００に保持される。このとき、開口端２３ａがバックローラ２００に非接触なので、バックローラ２００の回転により開口端２３ａが摩耗することを回避できる。上記のような工程が繰り返されることによって、集電体シート３００の全長に渡って電極活物質層４０１が形成される。

上述した本実施形態の塗工装置１では、シム１３のスリット２３の開口端２３ａが第１のダイ１１第２のダイ１２よりも外側に位置している。これにより、開口端２３ａとバックローラ２００との間隔が狭まるので、開口端２３ａから吐出される塗布液の広がりを規制することが可能となる。

さらに、本実施形態の塗工装置１では、スリット２３は、連通部２３ｂから開口端２３ａに向かって開口幅が狭くなるテーパ形状に形成されている。これにより、開口端２３ａにおける塗布液の流圧低下が抑制される。その結果、図４に示す電極活物質層４０１の厚さの均一性は、図７に示す電極活物質層４００に比べて向上する。

１ 塗工装置
１１ 第１のダイ
１２ 第２のダイ
１３ シム
１５ 導出口
１６ マニホールド
２３ スリット
２３ａ 開口端
２３ｂ 連通部
２００ バックローラ
３００ 集電体シート
４００、４０１ 電極活物質層
１００ 塗工装置
１０１、１０２ ダイ
１０３ シム
１１１ 導出口
１１３ スリット
１１３ａ 開口端

Claims (5)

1. 塗布液を導出するための導出口が形成された第１のダイと、
   前記第１のダイと間隔をおいて対向する第２のダイと、
   前記第１のダイと前記第２のダイとの間に挟み込まれたシムと、を有し、
   前記シムは、前記導出口と連通する連通部と前記導出口から導出された塗布液を塗工対象物に向けて吐出する開口端とを有するスリットであって前記連通部から前記開口端に向かって開口幅が狭くなるテーパ形状のスリットを備え、該スリットの前記開口端が、前記第１のダイの端部および前記第２のダイの端部よりも外側に位置している、塗工装置。
2. 帯状の集電体シートである前記塗工対象物に、電極活物質を含む前記塗布液を塗布する、請求項１に記載の塗工装置。
3. 前記スリットに対向するように配置されたバックロールに前記集電体シートの一部が保持され、前記バックロールに非接触な前記開口端から前記塗布液を前記集電体シートの前記一部に塗布する、請求項２に記載の塗工装置。
4. 導出口が形成された第１のダイと、前記第１のダイと間隔をおいて対向する第２のダイと、前記第１のダイと前記第２のダイとの間に挟み込まれたシムであって、前記導出口と連通する連通部と開口端とを有し前記連通部から前記開口端に向かって開口幅が狭くなるテーパ形状のスリットを備えたシムと、を有する塗工装置を用いて二次電池用電極を製造する方法であって、
   電極活物質を含む塗布液を、前記塗工装置の前記第１のダイの前記導出口から導出して前記シムの前記スリットの連通部に流入させ、さらに、前記第１のダイの端部および前記第２のダイの端部よりも外側に位置している前記スリットの前記開口端から帯状の集電体シートに向けて吐出する塗工工程を含む、二次電池用電極の製造方法。
5. 前記塗工工程において、前記シムの前記開口端に対向するように配置されたバックロールによって前記集電体シートの一部を保持し、前記バックロールに非接触な前記開口端から前記集電体シートの前記一部に前記塗布液を塗布する、請求項４に記載の二次電池用電極の製造方法。

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