JP6794473B2 - 塗工ダイ、塗工装置、塗工方法及び二次電池の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の目的は、安定的に2層の塗膜を塗工可能な塗工ダイ、塗工装置及び塗工方法、並びにこの塗工ダイを用いた二次電池の製造方法を提供することにある。
[第1実施形態]
図1は第1実施形態の2層塗工ダイを使用した塗工装置を示す概略図、図2は、第1実施形態の2層塗工ダイと基材との関係を示す拡大断面図である。塗工装置は、下側ブロック12、上側ブロック13を有する2層塗工ダイ3と、2層塗工ダイ3と対向し、帯状の基材1がロール状に巻かれたバックロール2と、基材1を移送する際のテンションを調節する複数の調節ロール(不図示)と、塗液を乾燥させる乾燥炉(不図示)と、塗工後の基材1を巻き取る巻き取りロール(不図示)と、を有する。2層塗工ダイ3は、ダイベース4に着脱可能に取り付けられている。ダイベース4は、2層塗工ダイ3とバックロール2との相対位置を制御する一対のダイ駆動装置5を有する。下層用塗液タンク6には、例えばリチウムイオン電池セルに用いられる活物質を含有するスラリー状の塗液が貯留され、上層用塗液タンク9には、耐熱材としての機能を有する例えばセラミック材料を含有する塗液が貯留されている。
(1)長手方向(ここでは、基材1の巻き取り方向)に移動する帯状の基材1(被塗工基材)に塗液を吐出する2層塗工ダイ3(塗工ダイ)であって、第1塗液が供給される上層用マニホールド13b(第1マニホールド)、第2塗液が供給される下層用マニホールド12b(第2マニホールド)を備えた上側ブロック13(第1ブロック)と下側ブロック12(第2ブロック)、および上側ブロック13および下側ブロック12に挟まれ塗液が吐出される上層用吐出口15(第1吐出口)及び下層用吐出口14(第2吐出口)を形成する一体型シム21(シム)から構成され、一体型シム21の表面及び裏面に、上層用吐出口15及び下層用吐出口14に臨む縁部を除く周縁部を残して塗液の通過流路の一部を構成する上層用凹部21a(第1凹部)及び下層用凹部21b(第2凹部)が形成されている。つまり、上層用凹部21aが、一体型シム21の短手方向(塗工ダイの短手方向)の一方側に開口するとともに、上層用マニホールド13bと連通することで、第1塗液が吐出される上層用吐出口15が形成される。なお、一体型シム21の短手方向は、上側ブロック13、一体型シム21および下側ブロック12の積層方向(塗工ダイの積層方向)と、積層方向に直交する一体型シム21の長手方向(塗工ダイの長手方向)とに直交する方向である。また、下層用凹部21bが、上層用凹部21aと同じ方向に開口するとともに、下層用マニホールド12bと連通することで、第2塗液が吐出される下層用吐出口14が形成される。
すなわち、一体型シム21の表裏に上層用及び下層用凹部を形成したため、上層用及び下層用のそれぞれのシムを用いた場合に必要な位置合わせが不要となり、組み付け工数を削減し、かつ、上層塗膜と下層塗膜の位置精度を向上できる。
次に、第2実施形態について説明する。図5は第2実施形態の2層塗工ダイと基材との関係を示す拡大断面図である。第2実施形態に係る2層塗工ダイは、第1実施形態に係る2層塗工ダイと同じく、下側ブロック12、上側ブロック13の間に一体型シム21が挟まれ、配置されている。下側ブロック12、一体型シム21、上側ブロック13とで形成されたスリット状の下層用吐出口14及び上層用吐出口15からは2種類の塗液が吐出され、バックロール2に巻かれた基材1上に、下層塗膜16と上層塗膜17が2層構造体として形成される。
下側ブロック12は、上側ブロック13と対向する面において長手方向に延びる溝状の下層用マニホールド12bと、下側ブロック12の長手方向略中央に貫通形成され、下層用マニホールド12bと、下層用供給配管8とを接続する下層用塗液供給口12aと、を有する。また、上側ブロック13は、下側ブロック12と対向する面において長手方向に延びる溝状の上層用マニホールド13bと、上側ブロック13の長手方向略中央に貫通形成され上層用マニホールド13bと上層用供給配管11とを接続する上層用塗液供給口13aと、を有する。
また、複数個の下層用凸部22、上層用凸部23を、シム凹部開口の縁部より所定距離aを有して、間隔Ptで列配置することによって、塗液出口での流動乱れを抑制することができ、塗液幅方向に亘り塗膜の膜厚分布が少ない均一な塗布が可能となる。
図13は第3実施形態の2層塗工ダイの吐出口拡大図である。一体型シム21は、上層用凹部21aと下層用凹部21bを有しており、シムの表裏で略対向しており、この下層用凹部21bと上層用凹部21aのそれぞれの底面21b1、21a1には、第2実施形態と同じように、下層用凸部22、上層用凸部23が複数形成されている。但し、凸部の軸方向断面を基部と先端部で同断面積にしている。すなわち、錐台ではなく、柱上の構造体として機械加工によるパターン形成がなされている。この点を除き、第2実施形態と同じ構成であるため、同じ構成には同一符号を付して、詳細説明は省略する。
第3実施形態では、凸部の形状が錐台状ではなく柱状になっているため、凸部周りでの塗液流体の乱れが一様となり、その乱れを解消することがより容易になる。そのため、凹部開口端からの距離a、凸部間隔Pt及び凸列間隔Ppが同じ場合、第2実施形態に比較して、塗液幅方向に亘る塗膜の膜厚分布がより少ない均一な塗布が可能となる。その他の作用効果に関しては、第2実施形態と同じである。
図14は第4実施形態の2層塗工ダイの吐出口拡大図である。一体型シム21は、上層用凹部21aと下層用凹部21bとを有しており、一体型シム21の表裏で略対向配置されている。但し、凸部は、片側の凹部にのみ形成して、その裏面の凹部には、凸部を設けていない。この点を除き、第2実施形態と同じ構成であるため、同じ構成には同一符号を付して、詳細な説明は省略する。
なお、図14では、説明の便宜上、上層用凹部21aにのみ上層用凸部23を形成して、下層用凹部21bには凸部を設けていない構成にしている。これは、下層用凹部21b側の塗液圧力が上層用凹部21a側の塗液圧力より高い場合を想定しており、仕切り部21cが押し付けられる方向にのみ支柱が存在すれば、仕切り部21cの変形を抑制できるからである。これとは逆に、上層用凹部21a側の塗液圧力が下層用凹部21b側の塗液圧力より高い場合には、下層用凹部21bに下層用凸部22を設け、上層用凹部21aには凸部を設けていない構成にすることが好ましい。
図15は、第5実施形態の一体型シムの凹部内の凸部の配列を示す拡大平面図である。一体型シム21の凹部底面には、複数個の凸部が横並びに複数列形成されており、吐出口に臨む縁部から所定距離aのところに、それぞれ間隔Ptを持って第1列の凸部が形成されている。また、複数の凸列の列間は間隔Ppで第2実施形態と同じであるが、第2実施形態とは異なり、横方向の各列を千鳥配置とはしていない。すなわち、横方向の各列のn番目の凸部は、縦方向にも直線的に列をなして揃えている。この点を除き、第2実施形態と同じ構成であるため、同じ構成には同一符号を付して、詳細な説明は省略する。尚、図15では、説明の便宜上、上層用凹部21aに上層用凸部23を形成した図を示しているが、下層用凹部21bにも同様な構成にて下層用凸部を設けている。
第5実施形態では、縦横両方向に凸部が直線的に並んでいるため、凸部が形成された領域全般に亘って、凸部周りでの塗液流体の乱れおよびその解消が一様となり、塗液幅方向に亘る塗膜の膜厚分布がより少ない均一な塗布が可能となる。その他の作用効果に関しては、第2実施形態と同じである。
図16は、第6実施形態の一体型シムの凹部内の凸部の配列を示す拡大平面図である。一体型シム21の凹部底面には、複数の凸部が形成されている。但し、凹部の吐出口に臨む縁部から図示下方向に向かって、各列凸部の直径が異なるように形成している。この点を除き、第2実施形態と同じ構成であるため、同じ構成には同一符号を付して、詳細な説明は省略する。なお、図16では、説明の便宜上、上層用凹部21aに上層用凸部23を形成した図を示しているが、下層用凹部21bにも同様な構成にて下層用凸部22を設けている。第6実施形態では、仕切り部21cへの圧力負担が大きくなるダイのマニホールド近傍、すなわち凹部の吐出口に臨む縁部から図示下方向に向かって、各列凸部の直径を順に大きくする。尚、圧力負担の大きい最下列あるいはその近傍の数列のみ、凸部の直径を大きくしても良い。
第6実施形態では、凹部の吐出口近傍の凸列の径を小さくする一方で、仕切り部21cへの圧力負担が大きくなるダイのマニホールド近傍の凸列の径を大きくすることによって、吐出口近傍の凸部周りの塗液流体の乱れを抑制できるとともに、仕切り部21cの撓みをより抑制できるため、塗液幅方向に亘る塗膜の膜厚分布がより少ない均一な塗布が可能となる。その他の作用効果に関しては、第2実施形態と同じである。
図17は、第7実施形態の一体型シムの凹部内の凸部の配列を示す拡大平面図である。一体型シム21の凹部底面には、複数の凸部が形成されている。凹部の吐出口に臨む縁部から図示下方向に向かって、各列凸部の直径が異なるように形成している点では、第6実施形態と同じ構成であるが、凸部各列を千鳥配置としている点が異なる。なお、図17では、説明の便宜上、上層用凹部21aに上層用凸部23を形成した図を示しているが、下層用凹部21bにも同様な構成にて下層用凸部22を設けている。第7実施形態では、仕切り部21cへの圧力負担が大きくなるダイのマニホールド近傍、すなわち凹部の吐出口に臨む縁部から図示下方向に向かって、各列凸部の直径を順に大きくしている。尚、圧力負担の大きい最下列あるいはその近傍の数列のみ、凸部の直径を大きくしても良い。
第7実施形態では、凹部の吐出口近傍の凸列の径を小さくする一方で、仕切り部21cへの圧力負担が大きくなるダイのマニホールド近傍の凸列の径を大きくすることによって、吐出口近傍の凸部周りの塗液流体の乱れを抑制できるとともに、一体型シム21の仕切り部21cの撓みをより抑制できるため、塗液幅方向に亘る塗膜の膜厚分布がより少ない均一な塗布が可能となる。その他の作用効果に関しては、第2実施形態と同じである。
続いて、リチウムイオン電池の製造方法について説明する。図18は、第8実施形態のリチウムイオン電池の製造方法を示すフローチャートである。なお、この実施形態では、リチウムイオン電池を例に挙げて説明するが、リチウムイオン電池と同様の構成を有する他の二次電池にも、この実施形態に係る製造方法を適用することができる。また、この実施形態では、負極シートに耐熱層を形成する場合について説明するが、正極シートに耐熱層を形成してもよい。
[形態1]
長手方向(ここでは、被塗工基材の巻き取り方向)に移動する帯状の被塗工基材に塗液を吐出する塗工ダイであって、
塗液が供給されるマニホールドを備えた第1ブロックと第2ブロック、および前記第1ブロックおよび第2ブロックに挟まれ塗液が吐出されるスリットを形成するシムから構成され、前記シムの表面及び裏面に、前記スリットの吐出口に臨む縁部を除く周縁部を残して塗液の通過流路の一部を構成する凹部が形成されている塗工ダイ。
[形態2]
形態1に記載の塗工ダイにおいて、
前記凹部の少なくとも塗液の低圧側の底面は、前記凹部の深さと略同じ高さを有する複数の凸部を有する塗工ダイ。
[形態3]
形態2に記載の塗工ダイにおいて、
前記複数の凸部は塗液の吐出口の幅方向に沿って列をなして配置される塗工ダイ。
[形態4]
形態3に記載の塗工ダイにおいて、
前記凸部は塗液の吐出口の幅方向に沿って複数列形成している塗工ダイ。
[形態5]
形態4に記載の塗工ダイにおいて、
前記凸部を形成する複数列のうち、塗液の吐出口に近い少なくとも第1列は他の列より塗液の流動方向から見て幅方向が小さい塗工ダイ。
[形態6]
形態4に記載の塗工ダイにおいて、
前記凸部を形成する複数列は各列間配置をずらして千鳥掛状に配置する塗工ダイ。
[形態7]
形態3に記載の塗工ダイにおいて、
前記凸部は少なくとも塗液の吐出口の縁部を除いた位置に配列する塗工ダイ。
[形態8]
形態1に記載の塗工ダイにおいて、
前記シムの表面及び裏面に形成された両凹部の底面は、前記凹部の深さと略同じ高さを有する複数の凸部を有し、
前記表面の凸部と前記裏面の凸部とは互いに背面位置に重複する塗工ダイ。
[形態9]
形態3に記載の塗工ダイにおいて、
前記凸部は基部より先端部の断面積を小さく形成する塗工ダイ。
[形態10]
形態3に記載の塗工ダイにおいて、
前記凸部の総断面積は吐出する塗液の粘性が低い側を高い側より大きく形成する塗工ダイ。
[形態11]
形態1に記載の塗工ダイにおいて、
前記凹部の深さは吐出する塗液の粘性が高い側を低い側より深く形成する塗工ダイ。
[形態12]
形態1から13いずれかに記載の塗工ダイを用いて塗液を基材の塗工対象面に塗工する塗工方法。
[形態13]
帯状の被塗工基材を搬送する複数のローラを有する搬送手段と、
前記搬送手段により搬送される被塗工基材に塗工用の塗液を吐出する塗工ダイと、
前記塗工ダイを駆動するダイ駆動機構と、
前記塗液を貯蔵するタンクと、
前記塗液をダイに供給するポンプおよび配管と、
を有し、
前記塗工ダイは、前記塗液が供給されるマニホールドを備えた第1ブロックと第2ブロック、および前記第1ブロックおよび第2ブロックに挟まれ塗液が吐出されるスリットを形成するシムから構成され、前記シムの表面及び裏面に、前記スリットの吐出口に臨む縁部を除く周縁部を残して塗液の通過流路の一部を構成する凹部が形成されている塗工装置。
Claims (16)
- 塗工ダイであって、
第1塗液が供給される第1マニホールドが形成された第1ブロックと、
第2塗液が供給される第2マニホールドが形成された第2ブロックと、
前記第1ブロックと前記第2ブロックとの間に挟まれたシムと、を備え、
前記第1ブロックは、前記シムの一方の面に対向して当接する平坦な端面を含み、
前記第2ブロックは、前記シムの他方の面に対向して当接する平坦な端面を含み、
前記シムは、前記シムに形成された凹部であって、
前記第1ブロックの端面と対向する前記シムの一方の面に形成され、前記第1マニホールドと連通する第1凹部と、
前記第2ブロックの端面と対向する前記シムの他方の面に形成され、前記第2マニホールドと連通する第2凹部と、
を含み、
前記第1凹部が、前記第1ブロック、前記シムおよび前記第2ブロックの積層方向と、前記シムの長手方向とに直交する方向の一方側に開口することで、前記第1塗液が吐出される第1吐出口が形成され、
前記第2凹部が、前記一方側に開口することで、前記第2塗液が吐出される第2吐出口が形成される
塗工ダイ。 - 請求項1に記載の塗工ダイであって、
前記シムは、前記第1凹部に形成され、前記第1凹部の深さと略同じ高さを有する複数の凸部、および/または前記第2凹部に形成され、前記第2凹部の深さと略同じ高さを有する複数の凸部を含む
塗工ダイ。 - 請求項2に記載の塗工ダイであって、
前記第1凹部および前記第2凹部の少なくとも一方に形成された前記複数の凸部は、前記長手方向に沿って列をなして配置されている
塗工ダイ。 - 請求項2または請求項3に記載の塗工ダイであって、
前記第1塗液および前記第2塗液は、互いに異なる圧力で前記第1マニホールドおよび前記第2マニホールドにそれぞれ供給され、
前記第1凹部および前記第2凹部の少なくとも一方に形成された前記複数の凸部は、少なくとも、前記第1塗液および前記第2塗液のうち、圧力の低い方の塗液が通過する前記第1凹部または前記第2凹部に形成されている
塗工ダイ。 - 請求項2または請求項3に記載の塗工ダイであって、
前記シムは、前記第1凹部に形成された前記複数の凸部および前記第2凹部に形成された前記複数の凸部を含み、前記第1凹部の前記複数の凸部と前記第2凹部の前記複数の凸部とは、前記シムを前記積層方向から見た場合に、同一位置に配置されている
塗工ダイ。 - 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の塗工ダイであって、
前記第2吐出口の前記長手方向長さは、前記第1吐出口の前記長手方向長さよりも短く、かつ、前記長手方向において、前記第2吐出口は、前記第1吐出口が延在する範囲内にある
塗工ダイ。 - 塗工方法であって、
塗工ダイを用意する工程を備え、
前記塗工ダイは、第1塗液が供給される第1マニホールドが形成された第1ブロックと、第2塗液が供給される第2マニホールドが形成された第2ブロックと、前記第1ブロックと前記第2ブロックとの間に挟まれたシムと、を備え、前記第1ブロックは、前記シムの一方の面に対向して当接する平坦な端面を含み、前記第2ブロックは、前記シムの他方の面に対向して当接する平坦な端面を含み、前記シムは、前記シムに形成された凹部であって、前記第1ブロックの端面と対向する前記シムの一方の面に形成され、前記第1マニホールドと連通する第1凹部と、前記第2ブロックの端面と対向する前記シムの他方の面に形成され、前記第2マニホールドと連通する第2凹部と、を含み、前記第1凹部が、前記シムの短手方向の一方側に開口することで、前記第1塗液が吐出される第1吐出口が形成され、前記第2凹部が、前記一方側に開口することで、前記第2塗液が吐出される第2吐出口が形成され、
前記塗工方法は、さらに、
前記第1吐出口および前記第2吐出口から前記第1塗液および前記第2塗液をそれぞれ吐出する工程と、
被塗工基材の表面に、前記第1塗液および前記第2塗液を層状に重ねて同時に塗布する工程と、
前記被塗工基材に塗布された前記第1塗液および前記第2塗液を同時に乾燥する工程と、
を備える塗工方法。 - 請求項7に記載の塗工方法であって、
前記第2吐出口の前記長手方向長さは、前記第1吐出口の前記長手方向長さよりも短く、かつ、前記長手方向において、前記第2吐出口は、前記第1吐出口が延在する範囲内にある
塗工方法。 - 請求項7または請求項8に記載の塗工方法であって、
前記シムは、前記第1凹部に形成され、前記第1凹部の深さと略同じ高さを有する複数の凸部、および/または前記第2凹部に形成され、前記第2凹部の深さと略同じ高さを有する複数の凸部を含む
塗工方法。 - 請求項9に記載の塗工方法であって、
前記塗工ダイを用意する工程は、前記第1凹部および前記第2凹部の少なくとも一方に形成される前記複数の凸部を残しつつ、エッチング処理にて前記第1凹部および前記第2凹部を形成する工程を含む
塗工方法。 - 塗工装置であって、
帯状の被塗工基材を搬送する搬送機構と、
前記搬送機構によって搬送される前記被塗工基材の表面に、複数層の塗膜を形成する塗工ダイと、
前記被塗工基材と前記塗工ダイとの相対位置を制御するダイ駆動機構と、
を備え、
前記塗工ダイは、
第1塗液が供給される第1マニホールドが形成された第1ブロックと、
第2塗液が供給される第2マニホールドが形成された第2ブロックと、
前記第1ブロックと前記第2ブロックとの間に挟まれたシムと、
を備え、
前記第1ブロックは、前記シムの一方の面に対向して当接する平坦な端面を含み、
前記第2ブロックは、前記シムの他方の面に対向して当接する平坦な端面を含み、
前記シムは、前記シムに形成された凹部であって、
前記第1ブロックの端面と対向する前記シムの一方の面に形成され、前記第1マニホールドと連通する第1凹部と、
前記第2ブロックの端面と対向する前記シムの他方の面に形成され、前記第2マニホールドと連通する第2凹部と、
を含み、
前記第1凹部が、前記第1ブロック、前記シムおよび前記第2ブロックの積層方向と、前記シムの長手方向とに直交する方向の一方側に開口することで、前記第1塗液が吐出される第1吐出口が形成され、
前記第2凹部が、前記一方側に開口することで、前記第2塗液が吐出される第2吐出口が形成される、
塗工装置。 - 請求項11に記載の塗工装置であって、
前記第2吐出口の前記長手方向長さは、前記第1吐出口の前記長手方向長さよりも短く、かつ、前記長手方向において、前記第2吐出口は、前記第1吐出口が延在する範囲内にある
塗工装置。 - 請求項11または請求項12に記載の塗工装置であって、
前記シムは、前記第1凹部に形成され、前記第1凹部の深さと略同じ高さを有する複数の凸部、および/または前記第2凹部に形成され、前記第2凹部の深さと略同じ高さを有する複数の凸部を含む
塗工装置。 - 二次電池の製造方法であって、
第1被塗工基材の表面に第1活物質層を形成して第1電極シートを作成する工程と、
第2被塗工基材の表面に第2活物質層を形成するとともに、前記第2活物質層上に耐熱層を形成して第2電極シートを作成する工程と、
前記第1電極シートと前記第2電極シートとを、絶縁性のセパレータを介して交互に積層する工程と、
を備え、
前記第2電極シートを作成する工程は、
塗工ダイを用意する工程を含み、
前記塗工ダイは、耐熱材が供給される第1マニホールドが形成された第1ブロックと、第2活物質が供給される第2マニホールドが形成された第2ブロックと、前記第1ブロックと前記第2ブロックとの間に挟まれたシムと、を備え、前記第1ブロックは、前記シムの一方の面に対向して当接する平坦な端面を含み、前記第2ブロックは、前記シムの他方の面に対向して当接する平坦な端面を含み、前記シムは、前記シムに形成された凹部であって、前記第1ブロックの端面と対向する前記シムの一方の面に形成され、前記第1マニホールドと連通する第1凹部と、前記第2ブロックの端面と対向する前記シムの他方の面に形成され、前記第2マニホールドと連通する第2凹部と、を含み、前記第1凹部が、前記シムの短手方向の一方側に開口することで、前記耐熱材が吐出される第1吐出口が形成され、前記第2凹部が、前記一方側に開口することで、前記第2活物質が吐出される第2吐出口が形成され、
前記第2電極シートを作成する工程は、さらに、
前記第1吐出口および前記第2吐出口から前記耐熱材および前記第2活物質をそれぞれ吐出する工程と、
前記第2被塗工基材の表面に前記第2活物質、前記第2活物質の上に前記耐熱材を層状に重ねて同時に塗布する工程と、
を含む二次電池の製造方法。 - 請求項14に記載の二次電池の製造方法であって、
前記第2吐出口の前記長手方向長さは、前記第1吐出口の前記長手方向長さよりも短く、かつ、前記長手方向において、前記第2吐出口は、前記第1吐出口が延在する範囲内にある
二次電池の製造方法。 - 請求項14または請求項15に記載の二次電池の製造方法であって、
前記耐熱材および前記第2活物質は、互いに異なる圧力で前記第1マニホールドおよび前記第2マニホールドにそれぞれ供給され、
前記シムは、前記第1凹部に形成され、前記第1凹部の深さと略同じ高さを有する複数の凸部、および/または前記第2凹部に形成され、前記第2凹部の深さと略同じ高さを有する複数の凸部を含み、
前記第1凹部および前記第2凹部の少なくとも一方に形成された前記複数の凸部は、少なくとも、前記耐熱材および前記第2活物質のうち、圧力の低い方が通過する前記第1凹部または前記第2凹部に形成されている
二次電池の製造方法。
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