JP6794965B2 - 電極の製造装置および製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、電池などに用いられる電極を製造する技術に関する。

一般的に、電池などに用いられる電極は、帯状の電極を分断することによって製造される。帯状の電極は、帯状の金属箔に電極ペーストを活物質層として塗工したものを、プレスロールを用いてプレス加工することによって製造される。このようなプレス加工によって、帯状の電極の表面に塗工された活物質層の密度が高められる（特許文献１等参照）。

特開２０１６−１８６４７号公報 特開２０１４−７２１１４号公報

プレスロールのロール面（プレス対象である電極との接触面）は、プレス加工前の電極が局所的に厚くなっていたり、電極以外の異物をかみ込んだりすることによって、しばしば破損することがある。ロール面が破損した場合には、品質の良い電極を製造することができなくなるため、プレスロールを交換することが望ましい。しかしながら、プレスロールを交換するためには、電極のプレス生産を停止する必要があるため、電極の継続的な生産が難しくなるという問題がある。

本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、プレスロールのロール面の異常（破損等）が検出された場合でも、品質の良い電極を継続的に生産可能にすることである。

（１） 本開示による電極の製造装置は、搬送中の帯状の電極をプレス加工するように構成され、電極の幅よりも広い幅を有するロール面を備えるプレスロールと、電極の搬送経路を切り替えることによって、ロール面における電極との接触領域を切り替えるように構成された切替装置と、ロール面の状態を検出するように構成された検出装置と、切替装置を制御するように構成された制御装置とを備える。制御装置は、接触領域が第１領域である状態でロール面の異常が検出された場合、切替装置を用いて接触領域を第１領域から第２領域に切り替える。第２領域は、ロール面のうちの異常部分を含まない領域である。

上記構成によれば、ロール面の異常が検出された場合、電極の搬送経路の切り替えによって、ロール面における電極との接触領域が、異常検出時の第１領域から、異常部分を含まない第２領域に切り替えられる。これにより、ロール面の異常部分を避けながら電極を継続的に製造することができる。その結果、プレスロールのロール面の異常が検出された場合でも、品質の良い電極を継続的に生産することができる。

（２） ある実施の形態においては、ロール面の幅は、電極の幅の２倍以上に設定されている。第２領域は、第１領域と重ならない領域である。

上記構成によれば、ロール面の異常が検出された場合、ロール面における電極との接触領域が、異常検出時の第１領域から、第１領域と重ならない第２領域に切り替えられる。これにより、ロール面の異常部分の位置を特定することなく、品質の良い電極を継続的に生産することができる。

（３） ある実施の形態においては、制御装置は、ロール面の異常が検出された場合、検出装置の検出結果を用いてロール面のうちの異常部分を特定する。第２領域は、特定された異常部分を含まない領域であって、かつ第１領域の一部と重なる領域である。

上記構成によれば、ロール面の異常が検出された場合、ロール面のうちの異常部分が特定される。そして、ロール面における電極との接触領域が、異常検出時の第１領域から、特定された異常部分を含まない領域であって、かつ第１領域の一部と重なる第２領域に切り替えられる。これにより、単純に接触領域を第１領域と重ならない領域に切り替える場合に比べて、接触領域の切り替えに要するロール面の幅を短縮することができる。そのため、たとえばロール面の幅を電極の幅の２倍未満にしてロールを小型化したり、接触領域の切り替え可能回数を増加させたりすることができる。

（４） 本開示による電極の製造方法は、製造装置を用いた電極の製造方法である。製造装置は、搬送中の電極をプレス加工するように構成され、電極の幅よりも広い幅を有するロール面を備えるプレスロールと、電極の搬送経路を切り替えることによって、ロール面における電極との接触領域を切り替えるように構成された切替装置と、ロール面の異常を検出するように構成された検出装置とを備える。製造方法は、接触領域が第１領域である状態でロール面の異常が検出されたか否かを判定するステップと、接触領域が第１領域である状態でロール面の異常が検出された場合、切替装置を用いて接触領域を第１領域から第２領域に切り替えるステップとを含む。第２領域は、ロール面のうちの異常部分を含まない領域である。

上記方法によれば、ロール面の異常が検出された場合、電極の搬送経路を切り替えることによって、ロール面における電極との接触領域が、異常検出時の第１領域から、異常部分を含まない第２領域に切り替えられる。これにより、ロール面の異常部分を避けながら電極を継続的に製造することができる。その結果、プレスロールのロール面の異常が検出された場合でも、品質の良い電極を継続的に生産することができる。

本開示によれば、プレスロールのロール面の異常が検出された場合でも、品質の良い電極を継続的に生産することができる。

電極の製造装置の全体構成の一例を示す図である。 帯状電極の搬送経路が第１経路Ｐ１に設定されている状態を模式的に示す図である。 帯状電極の搬送経路が第２経路Ｐ２に設定されている状態を模式的に示す図である。 制御装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。 帯状電極Ａの搬送経路が第１経路Ｐ１に設定されている状態で、ロール面の異常が検出された状態を模式的に示す図である。 ロール面の異常部分Ｈが特定された場合の切替後の搬送経路Ｐ３の一例を模式的に示す図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

＜全体構成＞
図１は、本実施の形態による電極の製造装置１の全体構成の一例を示す図である。製造装置１は、電池の電極を製造するための一工程であるプレス工程で用いられる。製造される電極は、二次電池（たとえばリチウムイオン二次電池）に用いられる。また、製造される電極は、一次電池に用いられてもよい。

プレス工程の前工程には、塗工工程と乾燥工程とがある。塗工工程では、帯状の金属箔の表裏両面に、連続塗工により所定の設定幅で電極ペーストがそれぞれ塗工される。電極ペーストは、スラリ状であり、活物質を含んでいる。活物質は、正極活物質および負極活物質のいずれであってもよい。

乾燥工程では、帯状の金属箔の表裏両面に塗工された電極ペーストが乾燥される。これによって、帯状の金属箔の表裏両面に活物質層がそれぞれ形成された帯状電極Ａとなる。

プレス工程では、この帯状電極Ａが巻き取られた状態で巻出ロールにセットされ、巻取ロールが作動すると巻出ロールから帯状電極Ａが送り出され、所定のテンションがかけられた状態で帯状電極Ａが所定の搬送速度で巻出ロールと巻取ロールとの間で搬送される。この帯状電極Ａの搬送が開始されると、製造装置１が稼働する。

製造装置１は、プレスロール１０と、切替装置２０と、検出装置３０と、制御装置１００とを備える。帯状電極Ａは、巻出ロールが設けられる上流側（図１では左側）から、巻取ロールが設けられる下流側（図１では右側）に向けた方向に搬送される。

プレスロール１０は、帯状電極Ａの表裏両面にそれぞれ形成された活物質層の密度を高くするために、搬送中の帯状電極Ａをプレス加工するように構成される。プレスロール１０は、ロール面（プレス対象である帯状電極Ａとの接触面）を各々が有する一対のプレスロール１１，１２を備える。プレスロール１０は、プレスロール１１のロール面とプレスロール１２のロール面とで帯状電極Ａを挟み込むことによって、帯状電極Ａの表裏両面をプレス加工する。

切替装置２０は、帯状電極Ａの搬送経路を切り替え可能に構成される。切替装置２０は、巻出ロールとプレスロール１０との間（すなわちプレスロール１０よりも上流側）の搬送経路に設けられるローラ機構２１と、プレスロール１０と巻取ロールとの間（すなわちプレスロール１０よりも下流側）の搬送経路に設けられるローラ機構２２とを含む。

切替装置２０は、後述の図２、図３に示すように、上流側のローラ機構２１と下流側のローラ機構２２との位置関係を協調して制御することによって、ローラ機構２１とローラ機構２２との間の帯状電極Ａの搬送経路を切り替えることができる。

検出装置３０は、ローラ機構２２と巻取ロールとの間（すなわちプレスロール１０よりも下流側）の搬送経路に設けられ、プレスロール１０を通過した後の帯状電極Ａの状態を検出する。たとえば、検出装置３０は、帯状電極Ａの表裏両面をそれぞれ撮影する一対のカメラ３１，３２と、カメラ３１，３２によって撮影されたデータから帯状電極Ａの状態を認識する画像認識システム３３とを備える。検出装置３０は、検出結果を制御装置１００に出力する。なお、本実施の形態では画像認識システム３３が検出装置３０に含まれる例を示すが、画像認識システム３３の機能は制御装置１００に含まれてもよい。

制御装置１００は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを内蔵する。制御装置１００は、検出装置３０からの情報などに基づいて、プレスロール１０および切替装置２０などを制御する。

＜帯状電極の搬送経路＞
本実施の形態においては、制御装置１００が切替装置２０に含まれるローラ機構２１，２２の位置関係を協調して制御することによって、ローラ機構２１とローラ機構２２との間の帯状電極Ａの搬送経路が、第１経路Ｐ１および第２経路Ｐ２のどちらかに設定されることが想定されている。

図２は、帯状電極Ａの搬送経路が第１経路Ｐ１に設定されている状態を模式的に示す図である。図２は、製造装置１を図１の上側（プレスロール１１側）から見た状態を示す。

本実施の形態においては、図２に示すように、プレスロール１０のロール面の幅Ｗ１が、帯状電極Ａの幅Ｗ２の２倍以上に設定されている。

搬送経路が第１経路Ｐ１に設定されている状態では、図２に示すように、プレスロール１０のロール面における帯状電極Ａとの接触領域が、搬送方向から見てロール面の中央線よりも左側の領域ＡＬとなるように、ローラ機構２１，２２の位置関係が制御される。そのため、搬送経路が第１経路Ｐ１である場合には、帯状電極Ａはロール面における中央線よりも左側の領域ＡＬでプレス加工されることになる。

図３は、帯状電極Ａの搬送経路が第２経路Ｐ２に設定されている状態を模式的に示す図である。図３も、図２と同様、製造装置１を図１の上側（プレスロール１１側）から見た状態を示す。

搬送経路が第２経路Ｐ２に設定されている状態では、図３に示すように、プレスロール１０のロール面における帯状電極Ａとの接触領域が、搬送方向から見てロール面の中央線よりも右側の領域ＡＲとなるように、ローラ機構２１，２２の位置関係が制御される。そのため、搬送経路が第２経路Ｐ２である場合には、帯状電極Ａはロール面における中央線よりも右側の領域ＡＲ（左側の領域ＡＬとは重ならない領域）でプレス加工されることになる。

＜ロール面の異常検出＞
プレスロール１０のロール面には、プレス加工前の帯状電極Ａが局所的に厚くなっていたり、帯状電極Ａ以外の異物をかみ込んだりすることによって、しばしば破損等の異常が生じることがある。ロール面に異常（破損等）が生じた場合には、品質の良い電極を製造することができなくなることが想定される。

そのため、制御装置１００は、検出装置３０によって検出された帯状電極Ａの状態を解析して、プレスロール１０のロール面の異常（破損等）を検出する。たとえば、制御装置１００は、検出装置３０による検出結果に基づいて帯状電極Ａの状態を解析した結果、帯状電極Ａの表面に傷等の不良が発生しており、かつその不良がプレスロール１０のロール径に応じた周期で規則的に発生している場合、プレスロール１０のロール面が異常状態であると判定する。

＜ロール面の異常検出時における搬送経路の切り替え＞
上述のように、プレスロール１０のロール面に破損等の異常が生じている場合には、品質の良い帯状電極Ａを製造することができなくなる。そのため、ロール面の異常が検出された場合には、プレスロール１０を交換あるいは修理することが望ましい。

しかしながら、プレスロール１０を交換あるいは修理するためには、製造装置１を停止して帯状電極Ａのプレス生産を停止する必要があるため、帯状電極Ａの継続的な生産が難しくなるという問題がある。

この点に鑑み、本実施の形態による制御装置１００は、プレス生産の開始時においては、帯状電極Ａの搬送経路を上述の図２に示した「第１経路Ｐ１」（接触領域がロール面の中央線よりも左側の領域ＡＬである状態）に設定しておく。

そして、ロール面の異常が検出された場合、ロール面の左側の領域ＡＬに異常部分が存在していると想定されるため、制御装置１００は、帯状電極Ａの搬送経路を第１経路Ｐ１から上述の図３に示した第２経路Ｐ２に切り替える。これにより、ロール面における帯状電極Ａとの接触領域が、ロール面の右側の領域ＡＲ（左側の領域ＡＬと重ならない領域）に切り替えられる。そのため、プレスロール１０を交換することなく、ロール面の異常部分を避けながら帯状電極Ａを継続的に製造することができる。

図４は、制御装置１００が帯状電極Ａのプレス生産を行なう際に実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、帯状電極Ａの搬送経路が第１経路Ｐ１に設定されている状態で開始される。

ステップＳ１０において、制御装置１００は、帯状電極Ａの搬送を行なって帯状電極Ａのプレス生産（プレスロール１０によるプレス加工）を行なう。

次いで、制御装置１００は、検出装置３０によって検出された帯状電極Ａの状態を解析して、プレスロール１０のロール面の異常が検出されたか否かを判定する（ステップＳ１２）。

ロール面の異常が検出されていない場合（ステップＳ１２においてＮＯ）、制御装置１００は、プレスロール１０の定期交換を行なうための定期交換処理を行なう。具体的には、制御装置１００は、まず、プレスロール１０を前回交換してからの経過時間が予め定められたロール交換周期Ｔ１に到達したか否かを判定する（ステップＳ１４）。ロール交換周期Ｔ１は、比較的長い期間（たとえば数年）に設定される。そして、ロール交換周期Ｔ１に到達していない場合（ステップＳ１４においてＮＯ）、制御装置１００は、処理をステップＳ１０に戻してプレス生産を継続する。ロール交換周期Ｔ１に到達した場合（ステップＳ１４においてＹＥＳ）、制御装置１００は、プレスロール１０の定期交換を行なうためにプレス生産を停止する（ステップＳ１６）。

一方、ロール面の異常が検出された場合（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、ロール面の左側の領域ＡＬに異常部分が存在していると想定されるため、制御装置１００は、プレス生産を一時的に停止して、帯状電極Ａの搬送経路を第１経路Ｐ１から第２経路Ｐ２に切り替える（ステップＳ２２）。これにより、ロール面における帯状電極Ａとの接触領域が、ロール面の右側の領域ＡＲ（左側の領域ＡＬと重ならない領域）に切り替えられる。

搬送経路が第２経路Ｐ２に切り替えられた後、制御装置１００は、プレスロール１０の交換を行なうことなく、プレス生産を再開してプレス生産を継続する（ステップＳ２４）。これにより、次の定期メンテナンス時期になるまでの期間は、プレス生産を大幅に停止することなく帯状電極Ａを計画的に製造することができる。

プレス生産の再開後、制御装置１００は、プレスロール１０のロール面の異常が検出されたか否かを判定する（ステップＳ２６）。

プレス生産の再開後にロール面の異常が検出された場合（ステップＳ２６においてＹＥＳ）、ロール面の左側の領域ＡＬだけでなく右側の領域ＡＲにも異常部分が存在していると想定されるため、制御装置１００は、プレスロール１０の交換を行なうためにプレス生産を停止する（ステップＳ１６）。

プレス生産の再開後にロール面の異常が検出されない場合（ステップＳ２６においてＮＯ）、制御装置１００は、製造装置１の定期メンテナンスを前回行なってからの経過時間が定期メンテナンス周期Ｔ２に到達したか否かを判定する（ステップＳ２８）。定期メンテナンス周期Ｔ２は、上述のロール交換周期Ｔ１よりも短い期間（たとえば数か月）に設定される。

定期メンテナンス周期Ｔ２に到達していない場合（ステップＳ２８においてＮＯ）、制御装置１００は、処理をステップＳ２４に戻し、プレス生産を継続する。

定期メンテナンス周期Ｔ２に到達した場合（ステップＳ２８においてＹＥＳ）、制御装置１００は、プレスロール１０の交換を行なうためにプレス生産を停止する（ステップＳ１６）。すなわち、プレス生産の再開後においては、ロール面の左側の領域ＡＬに異常部分が存在している状態であることに鑑み、制御装置１００は、ロール交換周期Ｔ１（たとえば数年）に達していなくても、定期メンテナンス周期Ｔ２（たとえば数か月）に達した時点で、プレスロール１０の交換を行なう。

以上のように、本実施の形態による制御装置１００は、初期状態においてロール面の異常が検出された場合、ロール面の中央線よりも左側の領域ＡＬに異常部分が存在していると想定されるため、制御装置１００は、切替装置２０を制御することによって、帯状電極Ａの搬送経路を第１経路Ｐ１（図２参照）から第２経路Ｐ２（図３参照）に切り替える。これにより、ロール面における帯状電極Ａとの接触領域が、領域ＡＬと重ならない領域ＡＲに切り替えられる。そのため、プレスロール１０を交換することなく、ロール面の異常部分を避けながら帯状電極Ａを継続的に製造することができる。

特に、本実施の形態においては、ロール面の幅Ｗ１は、電極の幅Ｗ２の２倍以上に設定されている。そして、ロール面の異常が検出された場合、ロール面における帯状電極Ａとの接触領域が、異常検出時の領域ＡＬから、異常検出時の領域ＡＬと重ならない領域ＡＲに切り替えられる。これにより、ロール面の異常部分の位置を特定することなく搬送経路を切り替えて、品質の良い電極を継続的に生産することができる。

＜変形例１＞
上述の実施の形態においては、ロール面の異常が検出された場合に、帯状電極Ａの搬送経路を切り替えることによって、ロール面における帯状電極Ａとの接触領域を、異常検出時の領域ＡＬから、領域ＡＬと重ならない領域ＡＲに切り替えた。しかしながら、搬送経路の切替手法（接触領域の切替手法）は、このような手法に限定されるものではない。

たとえば、ロール面の異常が検出された場合に、制御装置１００が、検出装置３０の検出結果を用いてロール面の異常部分Ｈの位置を特定し、ロール面における帯状電極Ａとの接触領域から異常部分Ｈが外れるように、搬送経路を切り替えるようにしてもよい。

図５は、帯状電極Ａの搬送経路が第１経路Ｐ１に設定されている状態（ロール面における帯状電極Ａとの接触領域が領域ＡＬである状態）で、ロール面の異常が検出された状態を模式的に示す図である。図５に示す例においては、帯状電極Ａの左端から距離Ｃの位置に異常部分ＨＡが発生している。この場合、制御装置１００は、ロール面における左端から距離Ｃに対応する位置に異常部分Ｈがあると特定する。

そして、制御装置１００は、ロール面における帯状電極Ａとの接触領域が、特定された異常部分Ｈを含まない領域であって、かつ異常検出時の領域ＡＬの一部と重なる領域となるように、搬送経路を切り替える。

図６は、図５に示す異常部分Ｈが特定された場合の切替後の搬送経路Ｐ３の一例を模式的に示す図である。図６に示すように、切替後の搬送経路Ｐ３は、切替前の第１経路Ｐ１を、プレスロール１０の回転軸方向に沿って、距離Ｃだけ搬送方向右側にスライドさせた経路である。これにより、切替後の搬送経路Ｐ３においては、ロール面における帯状電極Ａとの接触領域が、特定された異常部分Ｈを含まない領域であって、かつ領域ＡＬの一部と重なる領域Ａ３となる。そのため、単純に接触領域を領域ＡＬと重ならない領域ＡＲに切り替える場合に比べて、接触領域の切り替えに要するロール面の幅を短縮することができる。そのため、たとえばロール面の幅Ｗ１を電極の幅Ｗ２の２倍未満にしてプレスロール１０を小型化することが可能になる。また、接触領域の切り替え可能回数を増加させて、ロール交換までの猶予を延命することもできる。

＜変形例２＞
上述の実施の形態においては検出装置３０がカメラを用いて帯状電極Ａの状態を検出する例を示したが、検出装置３０がセンサ（たとえば対象物までの距離を測定することで凹凸を検出するセンサなど）を用いて帯状電極Ａの状態を検出するようにしてもよい。

＜変形例３＞
上述の実施の形態においては帯状電極Ａの状態を検出した結果からロール面の状態を検出する例を示したが、カメラあるいは上記のセンサ等を用いてロール面の状態を直接検出するようにしてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 製造装置、１０，１１，１２ プレスロール、２０ 切替装置、２１，２２ ローラ機構、３０ 検出装置、３１，３２ カメラ、３３ 画像認識システム、１００ 制御装置。

Claims (4)

1. 搬送中の帯状の電極をプレス加工するように構成され、前記電極の幅よりも広い幅を有するロール面を備えるプレスロールと、
   前記電極の搬送経路を切り替えることによって、前記ロール面における前記電極との接触領域を切り替えるように構成された切替装置と、
   前記ロール面の状態を検出するように構成された検出装置と、
   前記切替装置を制御するように構成された制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記接触領域が第１領域である状態で前記ロール面の異常が検出された場合、前記切替装置を用いて前記接触領域を前記第１領域から第２領域に切り替え、
   前記第２領域は、前記ロール面のうちの異常部分を含まない領域である、電極の製造装置。
2. 前記ロール面の幅は、前記電極の幅の２倍以上に設定されており、
   前記第２領域は、前記第１領域と重ならない領域である、請求項１に記載の電極の製造装置。
3. 前記制御装置は、前記ロール面の異常が検出された場合、前記検出装置の検出結果を用いて前記ロール面のうちの前記異常部分を特定し、
   前記第２領域は、特定された前記異常部分を含まない領域であって、かつ前記第１領域の一部と重なる領域である、請求項１に記載の電極の製造装置。
4. 製造装置を用いた電極の製造方法であって、
   前記製造装置は、
   搬送中の前記電極をプレス加工するように構成され、前記電極の幅よりも広い幅を有するロール面を備えるプレスロールと、
   前記電極の搬送経路を切り替えることによって、前記ロール面における前記電極との接触領域を切り替えるように構成された切替装置と、
   前記ロール面の異常を検出するように構成された検出装置とを備え、
   前記製造方法は、
   前記接触領域が第１領域である状態で前記ロール面の異常が検出されたか否かを判定するステップと、
   前記接触領域が前記第１領域である状態で前記ロール面の異常が検出された場合、前記切替装置を用いて前記接触領域を前記第１領域から第２領域に切り替えるステップとを含み、
   前記第２領域は、前記ロール面のうちの異常部分を含まない領域である、電極の製造方法。

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