JP6332100B2 - プレス装置 - Google Patents

Description

この発明は、プレス装置に関するものである。

従来から、ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの車両には、例えばモータなどへの供給電力を蓄える蓄電装置として、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などが搭載されている。このような蓄電装置に用いられる電極は、金属箔と、活物質を含んでいる活物質層と、を有している。

電極の製造過程においては、活物質層に含まれている活物質の密度を向上させるため、活物質層をプレスロールでプレスして圧縮することが行われている。そして、例えば特許文献１には、プレスロールの外周面にブレードを強く接触させることにより、プレスロールの外周面から付着物を掻き取ることができる装置が開示されている。

特開２００５−２０７００４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている装置では、プレスロールとブレードとが擦れ合うことで発生する摩擦熱によって、プレスロールが直径方向へ膨張する可能性がある。プレスロールが膨張した場合には、２つのプレスロールの離間距離が狭くなり、その結果として、活物質層が過剰に圧縮されてしまう虞がある。

本発明は、このような従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、摩擦熱の影響を低減できるプレス装置を提供することにある。

上記課題を解決するプレス装置は、第１面及び前記第１面の反対の第２面のうち、少なくとも前記第１面に活物質層を有する電極をプレスするプレス装置であって、前記第１面に接する第１プレスロール及び前記第２面に接する第２プレスロールを有しており、前記第１プレスロールと前記第２プレスロールとの間に、前記電極を挟み込んだ状態でプレスするプレス機構と、前記第１プレスロールの外周面に接しているブレードと、前記第１プレスロールの回転方向における前記ブレードよりも下流側において、前記第１プレスロールの外周面と接している冷却部と、を備えたことを要旨とする。

これによれば、ブレードと第１プレスロールとが擦れ合うことで摩擦熱が発生しても、第１プレスロールの回転方向における下流側において、第１プレスロールの外周面と接している冷却部によって、第１プレスロールの外周面が冷却される。したがって、摩擦熱によって、第１プレスロールが直径方向に膨張することを原因として、活物質層が過剰に圧縮されることが抑制される。即ち、摩擦熱の影響が低減される。

上記プレス装置において、前記冷却部は、前記第１プレスロールの回転軸と平行な回転軸を有し、且つ前記第１プレスロールの外周面に接している状態で回転できる冷却ロールであるとよい。これによれば、冷却部が第１プレスロールの回転を妨げてしまうことが抑制される。

上記プレス装置において、前記冷却部は、前記第１プレスロールの外周面に接している状態で搬送される冷却ベルトであるとよい。これによれば、冷却部と第１プレスロールの外周面との接触面積を大きくすることが可能である。このため、第１プレスロールの外周面の冷却が効率的にできるようになる。

上記プレス装置において、ペルチェ素子を備え、前記冷却部は、前記ペルチェ素子によって冷却されるようになっているとよい。これによれば、ペルチェ素子への通電を制御することにより、第１プレスロールの外周面を素早く冷却できるようになる。

上記プレス装置において、前記冷却部は、冷却ロールであり、前記ペルチェ素子は、前記冷却ロールに内蔵されているとよい。これによれば、例えば熱交換媒体を用いて冷却ロールを冷却する構成と比較して、プレス装置の構成が簡単にできる。

本発明によれば、摩擦熱の影響を低減できる。

蓄電装置の製造装置を模式的に示す正面図。 （ａ）は、プレス部を模式的に示す正面図、（ｂ）は、冷却ロールの構造を示す模式図。 プレス部を模式的に示す平面図。 別の実施形態におけるプレス部を模式的に示す正面図。 別の実施形態におけるプレス部を模式的に示す正面図。

以下、蓄電装置の製造装置について説明する。
本実施形態において、完成品としての蓄電装置は、リチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は、電極組立体と、電解液と、電極組立体及び電解液を収容しているケースと、を備えている。電極組立体において、正極電極と負極電極とは、絶縁性の多孔質体であるセパレータによって相互に絶縁された状態で、交互に層状に重なっている。

図１に示すように、製造装置１１は、帯状の電極１２を製造する工程に用いられる。製造装置１１により製造される電極１２は、正極電極及び負極電極の何れでもよい。電極１２は、第１面１３ａ及び第１面１３ａの反対の第２面１３ｂを有する帯状の金属箔１３と、金属箔１３の第１面１３ａを覆っている活物質層１４ａと、金属箔１３の第２面１３ｂを覆っている活物質層１４ｂと、を有する。

即ち、活物質層１４ａは、電極１２の第１面１２ａを覆っている。活物質層１４ｂは、電極１２において、第１面１２ａの反対の第２面１２ｂを覆っている。正極電極用の金属箔１３は、例えばアルミニウム箔である。負極電極用の金属箔１３は、例えば銅箔である。活物質層１４ａ，１４ｂは、それぞれの極性用の活物質、バインダ、及び導電助剤などを含んでいる。

製造装置１１は、帯状の金属箔１３を供給する供給部２０と、金属箔１３に活物質層１４ａ，１４ｂを形成する形成部３０と、活物質層１４ａ，１４ｂを乾燥する乾燥部４０と、活物質層１４ａ，１４ｂをプレスして圧縮するプレス装置としてのプレス部５０と、電極１２をロール状に巻き取る巻取部６０と、を有する。製造装置１１において、供給部２０、形成部３０、乾燥部４０、プレス部５０、巻取部６０は、この順番で、金属箔１３の搬送方向Ｄ１の上流から下流に向かって配置されている。

供給部２０は、ロール状に捲回された金属箔１３を支持するホルダ２１を有する。ホルダ２１は、金属箔１３の搬送速度にあわせて金属箔１３を送出する。
形成部３０は、金属箔１３の第１面１３ａに対して、少なくとも活物質及び溶媒を含むペースト状の活物質合剤を塗布することにより、活物質層１４ａを形成する第１塗工部３１と、金属箔１３の第２面１３ｂに対して活物質合剤を塗布することにより、活物質層１４ｂを形成する第２塗工部３２と、を有する。塗工部３１，３２は、例えばスリットダイ方式やグラビアロール方式など、何れの塗工方式の塗工部であってもよい。塗工部３１，３２は、連続して活物質合剤を塗布するようになっている。

乾燥部４０は、加熱された気体が内部で循環される乾燥炉４１を有する。活物質層１４ａ，１４ｂに含まれている溶媒は、乾燥炉４１内を通過している間に蒸発する。その結果、活物質層１４ａ，１４ｂが乾燥される。

図２（ａ）及び図３に示すように、プレス部５０は、乾燥された活物質層１４ａ，１４ｂをプレスして圧縮するプレス機構５１を有する。プレス機構５１は、電極１２の第１面１２ａに接する第１プレスロール５２と、電極１２の第２面１２ｂに接する第２プレスロール５３と、を有する。第１プレスロール５２は、その回転軸５２ａが搬送方向Ｄ１と直交する方向、即ち電極１２の幅方向に沿って延びるように配置されている。第２プレスロール５３は、その回転軸５３ａが搬送方向Ｄ１と直交する方向に沿って延びるように配置されている。プレス機構５１は、第１プレスロール５２と第２プレスロール５３との間に、電極１２を挟み込んだ状態でプレスする。

プレス部５０は、第１プレスロール５２の回転軸５２ａに沿って延在している第１ブレード５４を有する。第１ブレード５４は、第１プレスロール５２の外周面５２ｂに接している接触部５４ａを有する。プレス部５０は、第２プレスロール５３の回転軸５３ａに沿って延在している第２ブレード５５を有する。第２ブレード５５は、第２プレスロール５３の外周面５３ｂに接している接触部５５ａを有する。接触部５４ａ，５５ａは、何れも先鋭な形状である。

プレス部５０は、第１ブレード５４によって、第１プレスロール５２の外周面５２ｂから掻き取られた付着物７０を回収する第１回収部５６と、第２ブレード５５によって、第２プレスロール５３の外周面５３ｂから掻き取られた付着物７０を回収する第２回収部５７と、を有する。なお、付着物７０は、主には活物質層１４ａ，１４ｂの一部である。

プレス部５０は、第１プレスロール５２の回転方向Ｄ２における第１ブレード５４の下流側において、第１プレスロール５２の外周面５２ｂと接している冷却部としての第１冷却ロール５８を有する。第１ブレード５４と第１冷却ロール５８とは近接しているとよい。第１冷却ロール５８は、第１プレスロール５２の回転軸５２ａと平行な回転軸５８ａを有し、且つ外周面５２ｂと接している状態で回転軸５８ａを中心に回転できるように支持されている。

プレス部５０は、第２プレスロール５３の回転方向Ｄ２における第２ブレード５５の下流側において、第２プレスロール５３の外周面５３ｂと接している冷却部としての第２冷却ロール５９を有する。第２ブレード５５と第２冷却ロール５９とは近接しているとよい。第２冷却ロール５９は、第２プレスロール５３の回転軸５３ａと平行な回転軸５９ａを有し、且つ外周面５３ｂと接している状態で回転軸５９ａを中心に回転できるように支持されている。

プレス部５０は、ペルチェ素子１００を備えており、冷却ロール５８，５９は、ペルチェ素子１００によって冷却される。また、ペルチェ素子１００は、冷却ロール５８，５９に内蔵されている。以下、詳しく説明する。

図２（ｂ）に示すように、第１冷却ロール５８は、円柱状の基材８０と、基材８０を覆っている絶縁材料製の第１絶縁層８１と、第１絶縁層８１の外周面の全体を覆うように配置されているペルチェ素子１００と、ペルチェ素子１００を覆っている絶縁材料製の第２絶縁層８２と、最外層であり且つ熱伝導性に優れた材料製の伝熱層８３と、を有する。絶縁層８１，８２は、例えばシリコンゴムやセラミックなどの層である。伝熱層８３は、例えばアルミニウムや銅などの層である。

ペルチェ素子１００は、Ｎ型半導体とＰ型半導体とが、バスバー１０１によって交互に繰り返し直列に接続された構造を有している。ペルチェ素子１００は、第１冷却ロール５８の伝熱層８３側が吸熱面となる一方で基材８０側が発熱面となるように、電流が流される。なお、第２冷却ロール５９の構造は、第１冷却ロール５８の構造と同様であるため、その詳細な説明を省略する。

次に、製造装置１１のうち、主にプレス部５０の動作について、その作用とともに説明する。
供給部２０では、帯状の金属箔１３が連続的に送出される（供給工程）。形成部３０では、金属箔１３に対して活物質合剤が塗布され、活物質層１４ａ，１４ｂが連続的に形成される（塗布工程）。乾燥部４０では、活物質層１４ａ，１４ｂが乾燥される（乾燥工程）。

そして、プレス部５０では、プレスロール５２，５３によって電極１２が挟み込まれた状態でプレスされ、活物質層１４ａ，１４ｂが圧縮される（プレス工程）。このとき、プレスロール５２，５３には、活物質層１４ａ，１４ｂの一部である付着物７０が付着する場合がある。前述のように、活物質層１４ａ，１４ｂには、バインダを含んでいる。このため、付着物７０は、プレスロール５２，５３に強く付着している場合がある。

しかしながら、付着物７０は、ブレード５４，５５によって、外周面５２ｂ，５３ｂのそれぞれから掻き取られる。掻き取られた付着物７０は、回収部５６，５７によって回収される。したがって、外周面５２ｂ，５３ｂは、清浄に保たれる。

ここで、付着物７０の掻き取りを効率よく行うために、第１ブレード５４を第１プレスロール５２に対して強く接触させるとよい。しかしながら、第１ブレード５４を第１プレスロール５２に対して強く接触させた場合、第１ブレード５４と第１プレスロール５２とが強く擦れ合うため、摩擦熱が発生し易くなる。同じ理由で、第２ブレード５５と第２プレスロール５３との間でも、摩擦熱が発生し易くなる。

このため、プレスロール５２，５３は、摩擦熱によって直径方向に膨張する虞がある。仮に、プレスロール５２，５３が直径方向に膨張した場合、外周面５２ｂ，５３ｂの離間距離が小さくなり、その結果として活物質層１４ａ，１４ｂが過剰に圧縮される。これに対して、本実施形態のプレス部５０では、冷却ロール５８，５９によって、それぞれプレスロール５２，５３を冷却できるため、プレスロール５２，５３の膨張を抑制できる。即ち、外周面５２ｂ，５３ｂで発生した摩擦熱が拡散する前に相殺され易くなる。

また、プレス部５０では、ペルチェ素子１００により、冷却ロール５８，５９が冷却される。したがって、ペルチェ素子１００への通電を制御することにより、プレスロール５２，５３の外周面を素早く冷却できるようになる。特に、ペルチェ素子１００は、冷却ロール５８，５９に内蔵されている。したがって、例えば熱交換媒体を用いて冷却ロール５８，５９を冷却する構成と比較して、プレス部５０の構成が簡単にできる。

そして、巻取部６０では、プレスされた電極１２がロール状に巻き取られる（巻取工程）。
したがって、本実施形態は、次に示す効果を有する。

（１）第１冷却ロール５８によって、第１プレスロール５２の外周面５２ｂが冷却される。したがって、摩擦熱によって、第１プレスロール５２が直径方向に膨張し、活物質層１４ａ，１４ｂが過剰に圧縮されることを抑制できる。即ち、本実施形態のプレス部５０は、摩擦熱の影響を低減できる。

（２）第１冷却ロール５８は、第１プレスロール５２の回転軸５２ａと平行な回転軸５８ａを有し、且つ第１プレスロール５２の外周面５２ｂに接している状態で回転できる。したがって、第１冷却ロール５８が第１プレスロール５２の回転を妨げてしまうことが抑制される。

（３）第１冷却ロール５８は、ペルチェ素子１００によって冷却される。したがって、プレス部５０は、ペルチェ素子１００への通電を制御することにより、第１プレスロール５２の外周面５２ｂを素早く冷却できるようになる。

（４）ペルチェ素子１００は、第１冷却ロール５８に内蔵されている。したがって、例えば熱交換媒体を用いて第１冷却ロール５８を冷却する構成と比較して、プレス部５０の構成が簡単にできる。

（５）第２プレスロール５３についても、第２ブレード５５や第２冷却ロール５９が設けられている。したがって、電極１２の両面に活物質層１４ａ，１４ｂを形成する製造装置１１において、プレスロール５２，５３に対する摩擦熱の影響が何れも低減される。

（６）ペルチェ素子１００は、冷却ロール５８，５９の外周面の全体にわたって埋設されている。したがって、プレスロール５２，５３の冷却が素早くできる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。

○ 図４に示すように、プレス部５０は、第１プレスロール５２の回転方向Ｄ２における第１冷却ロール５８よりも下流側において、外周面５２ｂに接している補助ブレードとしての第１補助ブレード９０と、さらに下流側において外周面５２ｂと接している補助冷却部としての第１補助冷却ロール９１と、を備えてもよい。同様に、プレス部５０は、第２プレスロール５３の回転方向Ｄ２における第２冷却ロール５９よりも下流側において、外周面５３ｂに接している第２補助ブレード９２と、さらに下流側において外周面５３ｂと接している第２補助冷却ロール９３と、を備えてもよい。プレス部５０は、第１補助ブレード９０によって掻き取られた付着物７０を回収する第１補助回収部９４と、第２補助ブレード９２によって掻き取られた付着物７０を回収する第２補助回収部９５と、を備えてもよい。これによれば、プレスロール５２，５３をより清浄に保つことができるようになる。

○ 図５に示すように、プレス部５０は、第１冷却ロール５８に代えて、第１プレスロール５２の外周面５２ｂと接している第１冷却ベルト１１０を有してもよい。第１冷却ベルト１１０は、外周面５２ｂにおける第１位置Ｐ１と、該第１位置Ｐ１よりも回転方向Ｄ２における下流側に設定された第２位置Ｐ２との間の範囲にわたって、外周面５２ｂと接した状態で搬送される。同様に、プレス部５０は、第２冷却ロール５９に代えて、第２プレスロール５３の外周面５３ｂと接している第２冷却ベルト１１１を有してもよい。第２冷却ベルト１１１は、外周面５３ｂにおける第１位置Ｐ３と、該第１位置Ｐ３よりも回転方向Ｄ２における下流側に設定された第２位置Ｐ４との間の範囲にわたって、外周面５３ｂと接した状態で搬送される。また、プレス部５０は、各冷却ベルト１１０，１１１を冷却する冷却装置１１２を有するとよい。これによれば、第１冷却ベルト１１０と第１プレスロール５２の外周面５２ｂとの接触面積を大きくすることが可能である。このため、第１プレスロール５２の外周面５２ｂの冷却が効率的にできるようになる。第２冷却ベルト１１１についても同様の作用と効果を有する。

○ プレス部５０は、プレスロール５２，５３の温度を検出する温度センサと、温度センサにより検出された温度に基づいて、ペルチェ素子１００を制御する制御部と、を有してもよい。この場合、制御部は、温度センサで検出される温度が予め定めた温度となるように、冷却ロール５８，５９に内蔵されたペルチェ素子１００への通電を制御するとよい。

○ プレス部５０は、活物質層１４ｂを有さない電極１２をプレスする場合、第２ブレード５５及び第２冷却ロール５９を有さなくてもよい。
○ プレスロール５２，５３の位置は、入れ替えられてもよい。

○ 冷却ロール５８，５９は、熱交換媒体を流通させる配管を有してもよい。この場合、冷却ロール５８，５９は、配管を流通する熱交換媒体によって冷却される。
○ 塗工部３１，３２は、間欠的に活物質合剤を塗布するようになっていてもよい。この場合、例えば図示しない制御部の制御によって、塗工部３１，３２が一定の間隔で活物質合剤を金属箔１３に塗布するように動作されるとよい。

○ プレス部５０は、所定の形状に成形されたシート状の電極１２を１枚ずつ、順次プレスする装置であってもよい。
○ 製造装置１１は、形成部３０や乾燥部４０を有さなくてもよい。さらに、製造装置１１は、供給部２０及び巻取部６０を有さなくてもよい。即ち、プレス部５０は、それ単体で他の装置から独立したプレス装置であってもよい。

○ 製造装置１１は、さらに別の機構を備えていてもよい。例えば、製造装置１１は、搬送方向Ｄ１におけるプレス部５０の下流側に、帯状の電極１２を打ち抜いて四角形等の所定の形状に成形する打抜き部や、電極１２を検査する検査部などを有していてもよい。

○ 製造装置１１は、ニッケル水素二次電池など、その他の蓄電装置に用いる電極の製造装置であってもよい。
次に示す技術的思想は、上記実施形態及び別例から把握できる。

（イ）前記第１プレスロールの回転方向における前記冷却部よりも下流側において、前記第１プレスロールの外周面に接している補助ブレードと、前記第１プレスロールの外周面と接している補助冷却部と、を備えるとよい。

Ｄ２…回転方向、１１…製造装置、１２…電極、１２ａ…第１面、１２ｂ…第２面、１４ａ，１４ｂ…活物質層、５０…プレス部（プレス装置）、５１…プレス機構、５２…第１プレスロール、５２ａ…回転軸、５２ｂ…外周面、５３…第２プレスロール、５３ａ…回転軸、５３ｂ…外周面、５４…第１ブレード（ブレード）、５５…第２ブレード、５８…第１冷却ロール（冷却部）、５８ａ…回転軸、５９…第２冷却ロール、５９ａ…回転軸、９０…第１補助ブレード（補助ブレード）、９１…第１補助冷却ロール（補助冷却部）、９２…第２補助ブレード、９３…第２補助冷却ロール、１００…ペルチェ素子、１１０…第１冷却ベルト（冷却部）、１１１…第２冷却ベルト（冷却部）。

Claims (5)

1. 第１面及び前記第１面の反対の第２面のうち、少なくとも前記第１面に活物質層を有する電極をプレスするプレス装置であって、
   前記第１面に接する第１プレスロール及び前記第２面に接する第２プレスロールを有しており、前記第１プレスロールと前記第２プレスロールとの間に、前記電極を挟み込んだ状態でプレスするプレス機構と、
   前記第１プレスロールの外周面に接しているブレードと、
   前記第１プレスロールの回転方向における前記ブレードよりも下流側において、前記第１プレスロールの外周面と接している冷却部と、を備えたプレス装置。
2. 前記冷却部は、前記第１プレスロールの回転軸と平行な回転軸を有し、且つ前記第１プレスロールの外周面に接している状態で回転できる冷却ロールである請求項１に記載のプレス装置。
3. 前記冷却部は、前記第１プレスロールの外周面に接している状態で搬送される冷却ベルトである請求項１に記載のプレス装置。
4. ペルチェ素子を備え、
   前記冷却部は、前記ペルチェ素子によって冷却されるようになっている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のプレス装置。
5. 前記冷却部は、冷却ロールであり、
   前記ペルチェ素子は、前記冷却ロールに内蔵されている請求項４に記載のプレス装置。