JPWO2006080045A1 - 電池電極板成形設備 - Google Patents

Abstract

広幅の電池電極板を電極活物質の嵩密度を高めるためにプレス成形する場合にも、生産性が良好で高品質の電池電極板を確実に安定して提供できるようにする。芯材に電極活物質を塗布した電池電極板１０の進行方向Ｄに対し上流側から下流側に向けて、巻戻し機１と、張力付与装置３と、４Ｈｉミル型のロールプレス装置４と、厚み検出装置５と、張力付与装置６と、巻取り機９とを、順次設ける。

Description

本発明は電池電極板成形設備に関するものである。

例えばリチウム電池正極材のような電池電極では、従来、アルミ箔等の金属箔集電体である芯材上に電極合剤となる電極活物質（ＬｉＣｏＯ_２）を塗布し、乾燥させた後、プレス成形することにより電極活物質の嵩密度を高めることが行われており、斯かる従来技術としては、特許文献１がある。特許文献１では、上下一対のプレスロールを備えた２Ｈｉミル型のロールプレス装置により、芯材に電極活物質を塗布して乾燥させた電池電極板をプレス成形するようにしている。
特開平１１−３７０１号公報

２Ｈｉミル型のロールプレス装置によりプレス成形される電池電極板は、従来、狭幅であったが、近年、生産性の向上等のために、電池電極板の幅を広幅のものにすることが提案されている。しかし、広幅の電池電極板をプレス成形する場合には、プレスロールの長さが長くなるため、プレス時の単位面積当りの荷重が同一でも、成形荷重(∝成形プレス時の単位面積当りの荷重×プレスロールの長さ）が、狭幅の電池電極板をプレス成形する場合よりも大きくなり、従って、従来の狭幅の電池電極板をプレス成形するロールプレス装置のプレスロールと同径のプレスロールにより、広幅の電池電極板をプレス成形すると、プレスロールにはプレス反力により大きな撓みを生じる。このため、この撓みを防止するためには、プレスロール径を大きくする必要がある。

因みに、従来の所定の狭幅の電池電極板をプレスするロールプレス装置におけるプレスロール径は約７００ｍｍ程度であるが、広幅の電池電極板をプレスするためには、プレスロール径を１２００ｍｍ程度にする必要がある。

而して、上述のようにプレスロールを広幅の電池電極板に対応するよう大径化するのは、装置の大型化を招来するため、現実問題としては困難である。又、仮にプレスロールを大径化すると、上述のように成形荷重も増大するため、ますます装置の大型化を招来すると共に、ロールの曲がりや扁平化のため、高圧下が困難となり、更に又、電池電極板の破断を生じたり、ロール交換作業も大変であるため、生産性や品質が低下する、という問題がある。

本発明の目的は、いわゆる広幅の電池電極板の電極活物質の嵩密度を高めるために電池電極板をプレス成形する場合にも、上記問題点を解決し、生産性が良好で高品質の電池電極板を確実に安定して提供できるようにすることである。

本発明の電池電極板成形設備は、芯材に電極活物質を塗布した電池電極板の進行方向に対し上流側から下流側に向けて、巻戻し機と、４Ｈｉミル型のロールプレス装置と、巻取り機とを、順次設けたものである。又、本発明の電池電極板成形設備は、巻戻し機とロールプレス装置との間に張力付与装置を設けることができ、ロールプレス装置と巻取り機との間に張力付与装置を設けることができ、ロールプレス装置と該ロールプレス装置の電池電極板進行方向下流側に配置された張力付与装置との間に厚み検出装置を設けることができる。

更に本発明の電池電極板成形設備においては、ロールプレス装置のプレスロールは、２Ｈｉミル型のロールプレス装置におけるプレスロールよりも小径であり、ロールプレス装置は、上下一対のプレスロールにインクリーズベンディングを付与するベンダを備えるようにすると良く、電池電極板の正極活物質が上下一対のプレスロールから外れたら、ベンダのインクリーズベンディングを減少させるよう構成すると良い。

本発明の電池電極板成形設備によれば、下記のごとき種々の優れた効果を奏し得る。
Ｉ）電池電極板が広幅であっても、ロールプレス装置のプレスロールは小径にでき、従って、プレス成形時の成形荷重を小さくすることができる。
ＩＩ）プレス成形時の成形荷重を小さくすることができるため、ロールプレス装置が大型化せず、且つ、プレスロールの曲がりや扁平化を防止することができ、従って、高圧下が可能となり、又、電池電極板には張力付与装置により低張力を付与しているため、芯材の破断も生じにくくなるうえ、プレスロールは小径でロール交換作業も容易であるため、生産性が向上し、プレス成形後に高品質の電池電極板を得ることができる。
ＩＩＩ）ロールプレス装置にベンダを設けた場合には、成形荷重によるプレスロールの曲がりを相殺することができ、電池電極板が広幅であっても、プレス成形後の電池電極板における電極活物質を矩形形状に形成することができ、又、ベンダを併用することにより、プレス成形後の電池電極板に端波等の形状不良が生じることを防止することができ、より一層、プレス成形後の電池電極板の品質の向上を図ることができる。
ＩＶ）電池電極板の芯材が破断しなくなることにより、安定したプレス成形が可能となる。
Ｖ）ロールプレス装置は４Ｈｉミル型で、プレスロールは小径とすることができるため、高圧下のプレス成形が可能となって、電池電極板の電極活物質の嵩密度をより一層向上させることができるため、電池性能の向上を図ることができる。

本発明の電池電極板成形設備の一実施例を示す概略側面図である。 図１に示すロールプレス装置の詳細正面図である。 図１の電池電極板成形設備に適用する厚み検出装置を示す詳細側面図である。 図１に示す電池電極板成形設備のロールプレス装置によりプレス成形される前の電池電極板と、プレス成形された後の電池電極板を示す側面図である。 図２に示すベンダにより、上下のプレスロールにインクリーズベンディングを付与した場合のプレスロールの曲がり形状を示す正面図である。 インクリーズベンディングを付与しない場合のプレスロールの曲がり形状を示す正面図である。 インクリーズベンディングを行なわずにプレス成形された場合の電池電極板の形状を示す断面図である。 インクリーズベンディングを行ないつつプレス成形された場合の電池電極板の形状を示す断面図である。 プレスロールが大径の場合に、成形荷重が大きくなることを説明するためのプレスロールの側面図である。 プレスロールが小径の場合に、成形荷重が小さくなることを説明するためのプレスロールの側面図である。

符号の説明

１ 巻戻し機
３ 張力付与装置
４ ロールプレス装置
５ 厚み検出装置
６ 張力付与装置
９ 巻取り機
１０ 電池電極板
１１ 芯材
１２ 正極活物質（電極活物質）
１７，１８ プレスロール
２３ ベンダ

以下、本発明の実施例を図面と共に説明する。
図１〜図１０は本発明の一実施例である。図中、１は巻戻し機、２はピンチロール、３は張力付与装置、４はロールプレス装置、５は厚み検出装置、６は張力付与装置、７はピンチロール、８はディフレクタロール、９は巻取り機である。巻戻し機１、ピンチロール２、張力付与装置３、ロールプレス装置４、厚み検出装置５、張力付与装置６、ピンチロール７、ディフレクタロール８、巻取り機９は、電池電極板１０の進行方向Ｄ上流側から下流側へ向けて順次配設されている。

電池電極板１０は、図３、図４に示すように、アルミ箔製の金属箔集電体である帯状の芯材１１の上下面に電極合剤となる正極活物質（ＬｉＣｏＯ_２）１２を長手方向へ間隔を置いて不連続に塗布した形状となっている。正極活物質１２は上下面の何れか一方の面に塗布したものであっても良い。

張力付与装置３，６は、ラインを送給される電池電極板１０に対し該電池電極板１０が破断しない程度の低張力を付与するルーパ型の装置であり、流体圧シリンダ１３により垂直面内を上下に回動し得るようにしたアーム１４と、アーム１４に回転自在に枢支されたロール１５と、固定された位置で回転自在に枢支されたロール１６とを備えており、ロール１５を図１の実線位置に位置させることにより、電池電極板１０に低張力を付与し得るようになっている。又、電池電極板１０の張力の制御は、張力付与装置３，６のロール１５の位置を制御することにより行い得るようになっている。

而して、電池電極板１０に低張力を付与する際には、ロール１６は、張力付与装置３側ではロール１５よりも電池電極板１０の進行方向Ｄ下流側に位置し、張力付与装置６側ではロール１５よりも電池電極板１０の進行方向Ｄ上流側に位置している。又、張力付与装置３，６としては本実施例に限らず、ダンサーロールやピンチロールを用いることができる。

ロールプレス装置４は４Ｈｉミル型であり、上下一対の小径のプレスロール１７，１８及びプレスロール１７，１８をバックアップする上下一対の大径のバックアップロール１９，２０を備えている。因みに、プレスロール１７，１８の径Ｄ１は約３００ｍｍ、バックアップロール１９，２０の径Ｄ２は約７００ｍｍであり、プレスロール１７，１８は従来の２Ｈｉミル型のロールプレス装置におけるプレスロールよりも小径である。

又、図２に示すように、ロールプレス装置４におけるプレスロール１７，１８の両軸端には軸箱２１，２２を介して、プレスロール１７，１８にインクリーズベンディングを付与するための、流体圧ピストン型のベンダ２３が設けられている。図２中、２４，２５はバックアップロール１９，２０の両軸端に設けられた軸箱、２６は軸箱２４を圧下することにより、電池電極板１０のプレス成形を行なうためのプレスシリンダである。

図３に示すように、厚み検出装置５は、枠体２７と、ラインを送給される電池電極板１０よりも上方に位置するよう、枠体２７の上部側に配置されたセンサ本体２８と、前記電池電極板１０よりも下方に位置するよう、枠体２７の下部側に配置されたセンサ本体２９と、センサ本体２８，２９からの信号を受信するコントローラ３０と、コントローラ３０からの信号を基に電池電極板１０の厚みをモニタリングするモニタリング装置３１とを備えている。モニタリング装置３１は、コントロール室に設置されている。又、厚み検出装置５は、電池電極板１０の入側及び出側においてピンチロール３２，３３を備えている。

センサ本体２８，２９は図３では１組のみ示しているが、実際には電池電極板１０の幅方向へ所定の間隔で複数組設置されている。又、センサ本体２８，２９はＸ線、ガンマ線等の放射線式のもの、ＣＣＤ方式等の光学式のもの等が用いられる。

次に、上記実施例の作動を説明する。なお、電池電極板１０がラインを送給される際には、巻戻し機１、ピンチロール２、張力付与装置３のロール１５，１６、ロールプレス装置４のプレスロール１７，１８、バックアップロール１９，２０、厚み検出装置５のピンチロール３２，３３、張力付与装置６のロール１６，１５、ピンチロール７、ディフレクタロール８、巻取り機９は、電池電極板１０の進行方向Ｄへの送給速度に対応して回転するようになっている。

巻戻し機１から巻戻された電池電極板１０は、ピンチロール２から張力付与装置３へ送給されて、ロール１５，１６に適宜の角度で巻付けられて所定の低張力を付与され、ロールプレス装置４へ送給されてロールプレス装置４のプレスロール１７，１８の間を通過することにより、プレスシリンダ２６（図２参照）の作動によってプレス成形される。
このため、電池電極板１０の正極活物質１２は、図２、図４に示すように圧縮されて緻密化され、嵩密度が向上する。ロールプレス装置４では、ベンダ２３によりプレスロール１７，１８に、図５に示すように、軸線方向両側のプレスロール１７，１８を、そのロールギャップＧ１が広がる方向へ曲げるインクリーズベンディングを付与することにより、プレス成形時には、このロールギャップＧ１は、プレスシリンダ２６のプレス力により相殺され、このため、プレス成形された正極活物質１２の断面形状を矩形状の良好な形状とすることができる。

すなわち、ベンダ２３によりインクリーズベンディングを行なわない場合は、図２に示すプレスシリンダ２６を作動させると、プレスロール１７，１８の軸線方向両側は、図６に示すように、プレスロール１７，１８の長手方向中間部よりもギャップＧ２が小さくなる結果、プレス成形された電池電極板１０の正極活物質１２は図７に示すように、幅方向両端部に幅方向外側へ向けて下り傾斜の部分１２ａが形成され、形状不良となり好ましくない。

しかるに、図５に示すようにインクリーズベンディングを行なうと、プレスシリンダ２６によりプレス成形されても、プレスロール１７，１８の軸線方向両側のギャップＧ１はプレスシリンダ２６による成形荷重と相殺されて、プレスロール１７，１８の長手方向形状は正極活物質１２と当接する個所において略平坦形状となるため、プレス成形された電池電極板１０の正極活物質１２は図８に示すように略平坦となり、良好な形状の製品を得ることができる。

又、図４に示すように、電池電極板１０には所定間隔で正極活物質１２が塗布されていない部分がある。このため、インクリーズベンディングを行ないながらプレスロール１７，１８により、電池電極板１０の正極活物質１２をプレス成形している状態から、電池電極板１０の正極活物質１２が塗布されていない芯材１１の部分が上下のプレスロール１７，１８間に来ると、互いに近接するよう撓んでいる上下のプレスロール１７，１８の長手方向中央部は、ロール間ギャップが小さいうえ、上のプレスロール１７は落下して芯材１１に衝突し、芯材１１に衝撃を与えてこれを切断する虞がある。

そこで、インクリーズベンディングを行ないつつプレス成形を行なう際には、電池電極板１０の正極活物質１２の部分が上下のプレスロール１７，１８間から外れた際には、プレスシリンダ２６によるインクリーズベンディング力を減少させて、図５に示すプレスロール１７，１８間における軸線方向両側のロールギャップＧ１を減少させる。このため、プレスロール１７，１８の長手方向中央部の撓みは減少して、ロールギャップが大きくなり、その結果、プレスロール１７は然程落下せず、芯材１１に対して衝撃を与えないため、電池電極板１０のプレス成形中に芯材１１が破断することを防止することができる。

電池電極板１０の正極活物質１２の進行方向先端部が上下のプレスロール１７，１８間に来たら再び、インクリーズベンディング力を増加されてインクリーズベンディングをもとの状態に戻す。

ロールプレス装置４でプレス成形された電池電極板１０は厚み検出装置５で厚みを検出される。すなわち、例えばセンサ本体２８，２９から放射された放射線は電池電極板１０の面で反射してセンサ本体２８，２９に戻る。このため、センサ本体２８，２９からの信号はコントローラ３０に与えられ、コントローラ３０で処理されてモニタリング装置３１に与えられる。このため、モニタリング装置３１には、例えば、電池電極板１０の長手方向位置と厚みが表示される。

厚み検出装置５で厚みを測定された電池電極板１０は下流側へ送給され、張力付与装置６で低張力を付与され、更に、ディフレクタロール８を経て巻取り機９に巻取られる。

本実施例によれば、電池電極板１０が従来のものよりも広幅であっても、ロールプレス装置４のプレスロール１７，１８は小径にでき、従って、プレス成形時の成形荷重を小さくすることができる。なお、ある所定量のプレス成形を行う場合、成形荷重は、プレスロール１７，１８の径に影響され、プレスロール１７，１８の径が小径ならば、プレス成形時の成形荷重は小さくなり、プレスロール１７，１８の径が大径ならば、プレス成形時の成形荷重は大きくなる。

すなわち、図９に示すように、プレスロール１７の直径が大径でＤｏ１の場合、プレス成形中におけるプレスロール１７，１８と電池電極板１０の接触投影弧長Ｌ１は、図１０に示すように、プレスロール１７，１８の直径が小径のＤｏ２の場合の接触投影弧長Ｌ２よりも長い（Ｌ１＞Ｌ２）。ただし、この場合、図９、図１０で同一のプレス量とする。又、「プレス成形時の成形荷重＝材料の変形抵抗×プレスロールの材料に対する接触投影面積」であり、且つ「接触投影面積＝接触投影弧長×プレスロール１７，１８の材料に対するロール長手方向接触長さ」であるため、図９、図１０に示すプレスロール１７，１８の長手方向接触長さが同一長さとすれば、接触投影弧長Ｌ１が接触投影弧長Ｌ２よりも大きい図９のプレスロール１７，１８の場合に、プレス成形時の成形荷重が大きくなる。従って、小径のプレスロール１７，１８は、上述のように接触投影弧長Ｌ２が小さいためプレス成形時の成形荷重が小さくなる。

更に、プレスロール１７，１８が小径であれば、プレス成形時の成形荷重を小さくすることができる結果、バックアップロール１９，２０も小径とすることができる。

又、本実施例では、プレスロール１７，１８が小径化できて、プレス成形時の成形荷重を小さくすることができるため、ロールプレス装置４が大型化せず、且つプレスロール１７，１８はその曲がりや扁平化を防止することができる。従って、ロールプレス装置４では高圧下が可能となり、又、電池電極板１０には張力付与装置３，６により低張力を付与しているうえ、芯材１１がプレスロール１７，１８間から外れた場合には、インクリーズベンディング力を減少させているため、芯材１１の破断も生じにくくなるうえ、プレスロール１７，１８は小径で、ベンダ２３によるインクリーズベンディングを行い易く、ロール交換作業も容易であるため、生産性が向上し、プレス成形後に高品質の電池電極板１０を得ることができる。

更に、ロールプレス装置４にはベンダ２３を設けてインクリーズベンディングを行なうようにしているため、プレスシリンダ２６の成形荷重によるプレスロール１７，１８の曲がりを相殺することができ、電池電極板１０が広幅であっても、プレス成形後の電池電極板１０における正極活物質１２を矩形形状にすることができる。又、ベンダ２３によりインクリーズベンディング力を調整することにより、プレス成形後の電池電極板１０の正極活物質１２の幅方向端部に端波等の形状不良が生じることを防止することができ、より一層、プレス成形後の電池電極板１０の品質の向上を図ることができる。

更に又、上述のように、電池電極板１０の芯材１１が破断しなくなることにより、安定したプレス成形が可能となる。

又更に、ロールプレス装置４は４Ｈｉミル型で、プレスロール１７，１８は小径とすることができるため、高圧下のプレス成形が可能となって、電池電極板１０の正極活物質１２の嵩密度をより一層向上させることができ、電池性能の向上を図ることができる。

なお、本発明の電池電極板成形設備においては、電池電極板を電池正極に適用する場合について説明したが、電池正極ではなく電池負極に適用するようにしても実施可能なこと、電池電極板の幅は広幅から狭幅まで種々の幅に対し対応することができること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の電池電極板成形設備は、電池電極板を電極活物質の嵩密度を高めるためにプレス成形するための設備として利用することができる。

Claims (23)

1. 芯材に電極活物質を塗布した電池電極板の進行方向に対し上流側から下流側に向けて、巻戻し機と、４Ｈｉミル型のロールプレス装置と、巻取り機とを、順次設けてなる電池電極板成形設備。
2. 巻戻し機とロールプレス装置との間に張力付与装置を設けた請求項１記載の電池電極板成形設備。
3. ロールプレス装置と巻取り機との間に張力付与装置を設けた請求項１又は２記載の電池電極板成形設備。
4. ロールプレス装置と該ロールプレス装置の電池電極板進行方向下流側に配置された張力付与装置との間に厚み検出装置を設けた請求項１又は２記載の電池電極板成形設備。
5. ロールプレス装置と該ロールプレス装置の電池電極板進行方向下流側に配置された張力付与装置との間に厚み検出装置を設けた請求項３記載の電池電極板成形設備。
6. ロールプレス装置のプレスロールは、２Ｈｉミル型のロールプレス装置におけるプレスロールよりも小径である請求項１又は２記載の電池電極板成形設備。
7. ロールプレス装置のプレスロールは、２Ｈｉミル型のロールプレス装置におけるプレスロールよりも小径である請求項３記載の電池電極板成形設備。
8. ロールプレス装置のプレスロールは、２Ｈｉミル型のロールプレス装置におけるプレスロールよりも小径である請求項４記載の電池電極板成形設備。
9. ロールプレス装置のプレスロールは、２Ｈｉミル型のロールプレス装置におけるプレスロールよりも小径である請求項５記載の電池電極板成形設備。
10. ロールプレス装置は、上下一対のプレスロールにインクリーズベンディングを付与するベンダを備えた請求項１又は２記載の電池電極板成形設備。
11. ロールプレス装置は、上下一対のプレスロールにインクリーズベンディングを付与するベンダを備えた請求項３記載の電池電極板成形設備。
12. ロールプレス装置は、上下一対のプレスロールにインクリーズベンディングを付与するベンダを備えた請求項４記載の電池電極板成形設備。
13. ロールプレス装置は、上下一対のプレスロールにインクリーズベンディングを付与するベンダを備えた請求項５記載の電池電極板成形設備。
14. ロールプレス装置は、上下一対のプレスロールにインクリーズベンディングを付与するベンダを備えた請求項６記載の電池電極板成形設備。
15. ロールプレス装置は、上下一対のプレスロールにインクリーズベンディングを付与するベンダを備えた請求項７、８又は９記載の電池電極板成形設備。
16. 電池電極板の正極活物質が上下一対のプレスロールから外れたら、ベンダのインクリーズベンディングを減少させるよう構成した請求項１又は２記載の電池電極板成形設備。
17. 電池電極板の正極活物質が上下一対のプレスロールから外れたら、ベンダのインクリーズベンディングを減少させるよう構成した請求項３記載の電池電極板成形設備。
18. 電池電極板の正極活物質が上下一対のプレスロールから外れたら、ベンダのインクリーズベンディングを減少させるよう構成した請求項４記載の電池電極板成形設備。
19. 電池電極板の正極活物質が上下一対のプレスロールから外れたら、ベンダのインクリーズベンディングを減少させるよう構成した請求項５記載の電池電極板成形設備。
20. 電池電極板の正極活物質が上下一対のプレスロールから外れたら、ベンダのインクリーズベンディングを減少させるよう構成した請求項６記載の電池電極板成形設備。
21. 電池電極板の正極活物質が上下一対のプレスロールから外れたら、ベンダのインクリーズベンディングを減少させるよう構成した請求項７、８又は９記載の電池電極板成形設備。
22. 電池電極板の正極活物質が上下一対のプレスロールから外れたら、ベンダのインクリーズベンディングを減少させるよう構成した請求項１０記載の電池電極板成形設備。
23. 電池電極板の正極活物質が上下一対のプレスロールから外れたら、ベンダのインクリーズベンディングを減少させるよう構成した請求項１１記載の電池電極板成形設備。

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