JP6565149B2

JP6565149B2 - 塗工方法及び塗工装置

Info

Publication number: JP6565149B2
Application number: JP2014183913A
Authority: JP
Inventors: 佳樹丸山; 賢布施
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2014-09-10
Filing date: 2014-09-10
Publication date: 2019-08-28
Anticipated expiration: 2034-09-10
Also published as: JP2016055254A

Description

本発明は、版を用いてスラリーを塗布する塗工方法及び塗工装置に関する。

例えば、電池の電極は、活物質を主とした電極材であるスラリーを金属箔に塗布及び乾燥させて塗工することにより製造される。この電極は、金属箔にスラリーを２層で塗布し、２層のうち上層は表面を凹凸形状にすることで表面積を拡大し、電子の移動を早めて電池の出力特性を向上させることができる。上層の凹凸形状は、孔版であるスクリーン版に乳剤を凹凸形状のパターンで塗布後、硬化させ、このスクリーン版を用いることによって形成している（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−６６６１３号公報

しかしながら、上記のスクリーン版を用いた塗工方法では、スクリーン版を用いて金属箔にスラリーを塗布し、その日の作業が終了すると、スクリーン版に付着したスラリーを取り除くためスクリーン版をブラシなどで洗浄する。この洗浄により、スクリーン版上の乳剤は、樹脂であるため脱落し易く、メンテナンス性に問題ある。また、この塗工方法は、専用のスクリーン版であるためコスト高となっている。そこで、塗工方法及び塗工装置は、表面を凹凸形状に塗布する際に用いる版のメンテナンスが容易であるとともに、低コスト化を図ることが課題となっていた。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、表面を凹凸形状に塗布する際に用いる版のメンテナンスが容易であるとともに、低コスト化を図ることができる塗工方法及び塗工装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る塗工方法の構成上の特徴は、版を用いて被塗布体に対してスラリーを多層に塗布する塗工方法であって、多層のうち最上層を第２層、前記第２層の直ぐ下を第１層としたときに、少なくとも前記第１層を塗布する第１層塗工工程と、前記第１層塗工工程に続いて、前記第２層を塗布する第２層塗工工程と、を有し、前記被塗布体はリチウムイオン電池もしくはリチウムイオンキャパシタの電極を構成する金属箔であり、前記スラリーは、所定の粘度と乾燥した状態での吸水性とを備え、活物質を主とした電極材であり、前記第１層塗工工程は、前記第１層の直ぐ下の層又は前記金属箔の上に、前記版を用いて前記スラリーを転写させて前記第１層を形成するとともに、その表面を平滑化させた後に、前記第１層を乾燥させ、前記第２層塗工工程は、乾燥した前記第１層の上に、前記版を用いて前記スラリーを転写させて前記第２層を形成するとともに、その水分を前記第１層に吸収させた後に、前記第２層を乾燥させ、前記第２層塗工工程において、前記版は、孔版からなりメッシュを有するスクリーンであり、前記スクリーンに前記スラリーを塗布し、前記メッシュを通過した前記スラリーが前記第１層の上に転写されることである。

請求項１の塗工方法によれば、最上層の第２層は、乾燥した第１層の上に、版を用いてスラリーを転写すると同時に、その水分が第１層に吸収されるので、スラリーの形状がくずれて平滑化されるのを防ぐことができる。これにより、この塗工方法では、第２層は、版のパターンのままに塗工されて表面が凸形状となり、従来のように乳剤を凸パターンで設ける必要がないので、版のメンテナンスが容易であるとともに、低コスト化を図ることができる。さらに、表面を凸形状に塗布する際に用いる版が、一般的に流通している多様な版を選択でき、版の低コスト化を図ることができる。リチウムイオン電池の電極の塗工に用いる活物質を主とした電極材のスラリーは、乾燥すると水分の吸収性がよく、好適である。

請求項２に係る塗工方法の構成上の特徴は、前記スラリーは、活物質と、増粘剤と、結合剤と、水とからなることである。

請求項２の塗工方法によれば、スラリーは、活物質と、増粘剤と、結合剤と、水とからなるので、第１層の乾燥したスラリーは、水分の吸収性がよい。

請求項３に係る塗工方法の構成上の特徴は、前記第２層塗工工程において、前記版は、ロール状のスクリーンであり、前記スクリーンの内径側に前記スラリーが溜められ、前記金属箔の送りと同期して前記スクリーンが回転すると前記スラリーがスキージによって押し付けられ、前記メッシュを通過した前記スラリーが前記第１層の上に転写されることである。

請求項３の塗工方法によれば、最上層の第２層は、メッシュを通過したスラリーが第１層の上に転写されると同時に、その水分が乾燥した第１層に吸収されて形成される。そして、転写されたスラリーは、周囲に流れることなく、その表面が転写したときの形状に保持されて乾燥し、表面が凸形状となる。これにより、この塗工方法では、第２層は、スクリーンのメッシュのパターンのままに塗工されて表面が凸形状となり、従来のように乳剤を凸パターンで設ける必要がないので、版のメンテナンスが容易であるとともに、低コスト化を図ることができる。また、メッシュを有するスクリーンは、一般的に流通しているので、版の低コスト化を図ることができる。

請求項４に係る塗工装置の構成上の特徴は、請求項１〜３のいずれか１項の塗工方法によって前記金属箔に前記スラリーを塗布することである。

請求項５の塗工装置によれば、版のメンテナンスが容易であるとともに、低コスト化を図ることができる。

本発明によれば、表面を凸形状に塗布する際に用いる版のメンテナンスが容易であるとともに、低コスト化を図ることができる塗工方法及び塗工装置を提供できる。

本発明の一実施形態であるリチウムイオン電池における電極の塗工工程を説明する図である。図１における第２塗布装置の拡大図である。（ａ）は図２におけるスクリーン版のＡ矢視図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。（ａ）は図２のＢ矢視図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。

以下、本発明の塗工方法を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施形態であるリチウムイオン電池における電極の塗工工程を説明する図である。図１に示すように、例えばリチウムイオン電池の電極の塗工工程（塗工方法）は、金属箔７（被塗布体）に対して活物質を主とした電極材であるスラリー２３，５３を２層で塗布する第１層塗工工程１及び第２層塗工工程４からなる。

金属箔７は、ロール状に巻かれた状態で巻き出し装置９１にセットされる。そして、金属箔７は、上流側である巻き出し装置９１から巻き出され、ローラ９３、バックアップローラ９５，９６及びローラ９４を経由して、下流側である巻き取り装置９２に巻き取られる。

上流側に設けられる第１層塗工工程１は、第１塗布装置２と、これより下流側に設けられる第１乾燥装置３とを有している。第１塗布装置２は、孔版であるスクリーン版２１を用いてスラリー２３をスキージ２２によって押し付け、例えば銅箔の金属箔７に転写する。ここで、スラリー２３は、例えば材料が活物質である黒鉛と、増粘剤と、結合剤と、水とからなり、粘度を１０ｐａ・Ｓ（ａｔ２〔１／Ｓ〕）としている。また、スクリーン版２１は、後述するスクリーン版５１と同一のメッシュを設けている。金属箔７に転写されたスラリー２３は、金属箔７が水分を吸収しにくいので、スラリー２３のレベリング性により塗膜を平滑化する。これによって、第１層２４が形成される。そして、第１層２４は、平滑な塗膜の状態で第１乾燥装置３によって乾燥される。

第２層塗工工程４は、第１層塗工工程１より下流側に設けられ、第２塗布装置５と、これより下流側に設けられる第２乾燥装置６とを有している。第２塗布装置５は、孔版であるスクリーン版５１を用いて、スラリー５３をスキージ５２によって押し付けて第１層２４に転写する。これによって、第２層５４が形成される。ここで、スラリー５３は、例えば材料及び粘度をスラリー２３と同一としている。そして、第２層５４は、第２乾燥装置６によって乾燥される。第２塗布装置５の詳細は、後述する。

図２は、図１における第２塗布装置５の拡大図である。図３（ａ）は図２におけるスクリーン版５１のＡ矢視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の部分拡大図である。図４（ａ）は図２のＢ矢視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の部分拡大図である。
図３（ａ），（ｂ）に示すスクリーン版５１には、例えば材質がステンレスからなる糸部５１ａを網目状に編み、糸部５１ａと糸部５１ａとの間に開口部５１ｂを形成するメッシュが設けられている。ここでメッシュの仕様は、例えば糸部５１ａの線径が５０μｍ、オープニングが８８μｍ、開口率が３３％、紗厚が１１６μｍとしている。

図２に示す第２塗布装置５には、ロール状のスクリーン版５１の内径側に、図示しないチューブなどで供給されるスラリー５３が溜められる。第１層２４を塗工した金属箔７は、上流側から下流側へ、即ち矢印Ｆ１で示す方向へ送られる。また、スクリーン版５１は、反時計方向の矢印Ｆ３で示す方向へ回転する。そして、金属箔７の送りと、スクリーン版５１の回転とを同期させることによって、第２塗布装置５における塗工が行われる。

スクリーン版５１が回転すると、スラリー５３が、スキージ５２によって押し付けられてスクリーン版５１の開口部５１ｂを通過し、第１層２４の上に転写される。転写されたスラリー５３は、転写されると同時に、その水分が乾燥した第１層２４に吸収され、周囲に流れることなく、その表面が転写したときの形状に保持され凹凸形状となる。これによって、第２層５４が形成される。そして、第２層５４は、その表面が転写したときの形状の状態で第２乾燥装置６によって乾燥され、表面を凹凸形状としている。

ここで、スラリー５３は、粘度が高い場合、即ち水分が少ない場合、開口部５１ｂを通過しづらいが、第１層２４の上に転写された後は平滑化されにくく、表面は転写したときの形状を保持する。一方、スラリー５３は、粘度が低い場合、即ち水分が多い場合、開口部５１ｂを通過しやすいが、第１層２４の上に転写された後はレベリング性により平滑化されやすく、表面は転写したときの形状を保持しづらい。そこで、スラリー５３は、開口部５１ｂを通過し、且つ、その水分が第１層２４に吸収されて平滑化されないように作用する所定の粘度に設定している。また、乾燥したスラリー５３は、水分の吸収性がよい。

第２塗布装置５によって塗布された塗膜は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、金属箔７の上に平滑化された第１層２４を形成し、第１層２４の上に表面が凹凸形状の第２層５４が形成される。図４（ｂ）に丸印で示される第２層５４の凸部は、スラリー５３がスクリーン版５１の開口部５１ｂを通過して形成されたものであり、第２層５４の凹凸形状のパターンは、スクリーン版５１のメッシュのパターンと同一である。

このように構成される塗工工程によれば、最上層の第２層５４は、メッシュの開口部５１ｂを通過したスラリー５３が第１層２４の上に転写されると同時に、その水分が乾燥した第１層２４に吸収されて形成される。そして、転写されたスラリー５３は、周囲に流れることなく、その表面が転写したときの形状に保持されて乾燥し、表面が凹凸形状となる。これにより、この塗工工程では、第２層５４は、スクリーン版５１のメッシュのパターンのままに塗工されて表面が凹凸形状となり、従来のように乳剤を凹凸パターンで設ける必要がないので、スクリーン版５１のメンテナンスが容易であるとともに、低コスト化を図ることができる。また、メッシュを有するスクリーン版５１は、一般的に流通しているので、低コスト化を図ることができる。

また、本実施形態の塗工工程によれば、リチウムイオン電池の電極の塗工に用いる活物質を主とした電極材のスラリー２３，５３は、乾燥すると水分の吸収性がよく、好適である。

なお、本発明は本実施形態に限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の形態で実施することができる。
本実施形態では、リチウムイオン電池の電極を塗工する構成に適用したが、それに限るものではなく、例えば、リチウムイオンキャパシタの電極を塗工する構成などに適用してもよい。

また、本実施形態では、スクリーン版５１がロール状の版からなる構成としたが、それに限るものではなく、例えば、平版のスクリーン版を用いる構成に適用してもよい。

また、本実施形態では、金属箔７に対してスラリー２３，５３を２層で塗布する構成としたが、それに限るものではなく、例えば、３層などであってもよく、３層の場合、第１層塗工工程１より上流側に第０層塗工工程として下地処理する塗工工程を設けた構成に適用してもよい。

また、本実施形態では、第１塗布装置２及び第２塗布装置５における、それぞれのスクリーン版２１，５１及びスラリー２３，５３が同一としたが、それに限るものではなく、例えば、スクリーン版２１，５１及びスラリー２３，５３は、それぞれの塗布装置の仕様により決定すればよい。

本発明の塗工装置の一実施形態としては、本実施形態における第１層塗工工程１及び第２層塗工工程４を有したリチウムイオン電池の電極を塗工する塗工装置であってもよい。

１：第１層塗工工程、２：第１塗布装置、３：第１乾燥装置、４：第２層塗工工程、５：第２塗布装置、６：第２乾燥装置、７：金属箔（被塗布体）、２１：スクリーン版、２２：スキージ、２３：スラリー（電極材）、２４：第１層、５１：スクリーン版、５１ａ：糸部、５１ｂ：開口部、５２：スキージ、５３：スラリー（電極材）、５４：第２層、９１：巻き出し装置、９２：巻き取り装置、９３，９４：ローラ、９５，９６：バックアップローラ

Claims

版を用いて被塗布体に対してスラリーを多層に塗布する塗工方法であって、
多層のうち最上層を第２層、前記第２層の直ぐ下を第１層としたときに、少なくとも前記第１層を塗布する第１層塗工工程と、前記第１層塗工工程に続いて、前記第２層を塗布する第２層塗工工程と、を有し、
前記被塗布体はリチウムイオン電池もしくはリチウムイオンキャパシタの電極を構成する金属箔であり、
前記スラリーは、所定の粘度と乾燥した状態での吸水性とを備え、活物質を主とした電極材であり、
前記第１層塗工工程は、前記第１層の直ぐ下の層又は前記金属箔の上に、前記版を用いて前記スラリーを転写させて前記第１層を形成するとともに、その表面を平滑化させた後に、前記第１層を乾燥させ、
前記第２層塗工工程は、乾燥した前記第１層の上に、前記版を用いて前記スラリーを転写させて前記第２層を形成するとともに、その水分を前記第１層に吸収させた後に、前記第２層を乾燥させ、
前記第２層塗工工程において、前記版は、孔版からなりメッシュを有するスクリーンであり、前記スクリーンに前記スラリーを塗布し、前記メッシュを通過した前記スラリーが前記第１層の上に転写されることを特徴とする塗工方法。
前記スラリーは、活物質と、増粘剤と、結合剤と、水とからなることを特徴とする請求項１に記載の塗工方法。
前記第２層塗工工程において、前記版は、ロール状のスクリーンであり、前記スクリーンの内径側に前記スラリーが溜められ、前記金属箔の送りと同期して前記スクリーンが回転すると前記スラリーがスキージによって押し付けられ、前記メッシュを通過した前記スラリーが前記第１層の上に転写されることを特徴とする請求項２に記載の塗工方法。
請求項１〜３のいずれか１項の塗工方法によって前記金属箔に前記スラリーを塗布する塗工装置。