WO2014156357A1 - 粉体塗工装置、およびそれを用いたリチウムイオン電池用電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

被供給部材の表面上に供給された粉体を均一に均すことが可能な技術を提供する。円柱状に形成された一対のプレスローラ（１０・１０）と、プレスローラ（１０・１０）の外周面上に粉体（Ｐ）を供給するホッパ（２０・２０）と、プレスローラ（１０・１０）との間に所定の隙間が形成されるように配置され、プレスローラ（１０・１０）の外周面上に供給された粉体（Ｐ）を均すことによって粉体（Ｐ）の厚みを調整するスキージローラ（３０・３０）と、プレスローラ（１０・１０）を互いに逆方向に回転駆動させる駆動装置とを具備し、プレスローラ（１０・１０）の間にて、スキージローラ（３０・３０）によって均された粉体（Ｐ）を圧縮し、ウェブ（Ｗ）の両面に圧縮粉体層（Ｌ・Ｌ）を形成する粉体塗工装置（１）であって、スキージローラ（３０）は、プレスローラ（１０）の外周面に対して平行、かつ、プレスローラ（１０）の外周面の移動方向に対して直交、となる軸心を有する円柱状に形成される。

Description

粉体塗工装置、およびそれを用いたリチウムイオン電池用電極の製造方法

　本発明は、粉体塗工装置、およびそれを用いたリチウムイオン電池用電極の製造方法に関する。

　従来、ウェブを搬送しつつ、当該ウェブの表面上に粉体を塗工する技術が広く知られている。

　例えば、特許文献１には、長尺の金属箔である集電体（ウェブ）の表面上に、活物質を含む複合材料（粉体）を塗工する技術が開示されている。
　特許文献１に記載の技術においては、ウェブの表面上に粉体を供給した後、当該粉体をブレード形状のスキージによって均すことにより、粉体の厚みを均一に調整している（特許文献１における段落［００４７］参照）。

　しかしながら、図５に示すように、粉体は、スキージに接触した際、移動方向（ウェブの搬送方向）とは逆方向の力を受けるため、スキージよりもウェブの搬送方向における上流側にて粉体が滞留する（ブリッジが発生する）おそれがある。
　よって、特許文献１に記載の技術では、ウェブの表面上に供給された粉体の厚みが均一となるように、粉体を均すことが困難である。
　なお、図５における白塗り矢印は、ウェブの搬送方向を示している。

特開２０１１－２１６５０４号公報

　本発明は、被供給部材の表面上に供給された粉体を均一に均すことが可能な技術を提供することを課題とする。

　本発明に係る粉体塗工装置は、連続する表面を有する被供給部材を、当該表面が所定の方向に移動するように駆動する駆動手段と、前記被供給部材の表面上に粉体を供給する粉体供給手段と、前記被供給部材の表面との間に所定の隙間が形成されるように配置され、前記粉体供給手段によって前記被供給部材の表面上に供給された粉体を均すことによって当該粉体の厚みを調整するスキージと、前記スキージによって均された粉体を圧縮するプレス手段と、を具備する粉体塗工装置であって、前記スキージは、前記被供給部材の表面に対して平行、かつ、前記被供給部材の表面の移動する方向に対して直交、となる軸心を有する円柱状に形成される。

　本発明に係る粉体塗工装置において、前記スキージは、当該スキージの外周面における、前記被供給部材の表面に対向する部分が、前記被供給部材の表面の移動する方向とは逆向きに移動するように回転駆動されることが好ましい。

　本発明に係る粉体塗工装置において、前記スキージは、当該スキージの外周面と前記被供給部材の表面との最短距離が維持されるように振動することが好ましい。

　本発明に係るリチウムイオン電池用電極の製造方法は、上記の粉体塗工装置を用いて、活物質を含む前記粉体から成る圧縮粉体層を、金属箔から成る集電体の少なくとも一方の表面上に形成する工程を含む。

　本発明によれば、被供給部材の表面上に供給された粉体を均一に均すことができる。

本発明に係る粉体塗工装置を示す図。 粉体がスキージローラによって均される様子を示す図。 粉体がスキージローラによって均される様子を示す図。 本発明に係るリチウムイオン電池用電極の製造工程を示す図。 従来のスキージに粉体が滞留する様子を示す図。

　以下では、図１および図２を参照して、本発明に係る粉体塗工装置の一実施形態である粉体塗工装置１について説明する。
　粉体塗工装置１は、所定の搬送装置（不図示）によってウェブＷを搬送しつつ、ウェブＷの表面上に粉体Ｐを塗工する装置である。詳細には、粉体塗工装置１は、前記搬送装置によってウェブＷを搬送しつつ、ウェブＷの両面上にそれぞれ粉体Ｐを連続的に供給すると共に、当該粉体Ｐを連続的に圧縮することによって、ウェブＷの両面上に圧縮粉体層Ｌ・Ｌを形成する装置である。
　前記搬送装置は、ロール状に巻回されたウェブＷを連続的に繰り出し、両面上に圧縮粉体層Ｌ・Ｌが形成されたウェブＷをロール状に巻回するように構成されている。なお、ウェブＷの搬送経路上には、ウェブＷの移動に伴って回転するガイドローラ、およびウェブＷの蛇行を修正する制御装置等が適宜設けられる。
　ウェブＷは、長尺の薄板である。本実施形態において、ウェブＷは、金属箔から成る集電体である。
　粉体Ｐは、粉状の物質である。本実施形態において、粉体Ｐは、活物質を含む粒子群である。
　圧縮粉体層Ｌは、粉体Ｐを圧縮することによって形成される層である。

　図１に示すように、粉体塗工装置１は、プレスローラ１０・１０と、ホッパ２０・２０と、スキージローラ３０・３０とを具備し、一方のプレスローラ１０、ホッパ２０およびスキージローラ３０（図１においてウェブＷよりも右側に位置するプレスローラ１０、ホッパ２０およびスキージローラ３０）と、他方のプレスローラ１０、ホッパ２０およびスキージローラ３０（図１においてウェブＷよりも左側に位置するプレスローラ１０、ホッパ２０およびスキージローラ３０）とが線対称となるように配置されている。
　図１における上下方向は、鉛直方向に一致し、図１における左右方向は、水平方向に一致する。
　なお、一方のプレスローラ１０、ホッパ２０およびスキージローラ３０と、他方のプレスローラ１０、ホッパ２０およびスキージローラ３０とは、略同様に構成されているため、特に説明する場合を除き、一方のプレスローラ１０、ホッパ２０およびスキージローラ３０のみについて説明する。

　プレスローラ１０・１０は、それぞれ円柱状に形成され、それらの軸心が互いに平行となるように水平に設けられている。プレスローラ１０・１０は、鉛直方向下向きに搬送されるウェブＷを挟むように、互いに所定の間隔を空けて設けられている。詳細には、プレスローラ１０・１０は、一方のプレスローラ１０の外周面が、ウェブＷの一方の表面に対向すると共に、他方のプレスローラ１０の外周面が、ウェブＷの他方の表面に対向するように設けられている。プレスローラ１０・１０は、所定の駆動装置（不図示）によって、互いに逆方向に回転駆動される（図１におけるプレスローラ１０・１０上の矢印参照）。

　ホッパ２０は、本発明に係る粉体供給手段の一実施形態である。ホッパ２０は、その内部に粉体Ｐを貯溜すると共に、粉体Ｐをプレスローラ１０の外周面上に供給するように構成されている。ホッパ２０は、プレスローラ１０・１０の外周面同士が最も近接する位置（以下、「プレス位置」と記す）よりも粉体Ｐの移動方向における上流側に配置される。そのため、ホッパ２０からプレスローラ１０の外周面上に供給された粉体Ｐは、プレスローラ１０の回転に伴ってプレス位置に到達することとなる。

　スキージローラ３０は、ホッパ２０からプレスローラ１０の外周面上に供給された粉体Ｐを均すスキージである。スキージローラ３０は、プレスローラ１０よりも小さい外径を有する円柱状に形成され、その軸心がプレスローラ１０の軸心と平行となるように、プレスローラ１０の近傍に設けられている。つまり、スキージローラ３０は、プレスローラ１０の外周面に対して平行、かつ、プレスローラ１０の外周面の移動方向（プレスローラ１０の回転方向）に対して直交、となる軸心を有する円柱状に形成されている。スキージローラ３０は、プレスローラ１０との間に所定の隙間が形成されるように、ホッパ２０よりも粉体Ｐの移動方向における下流側であって、プレス位置よりも粉体Ｐの移動方向における上流側に配置されている。
　スキージローラ３０・３０は、それぞれ近傍に位置するプレスローラ１０の回転方向と同一の方向に、所定の駆動装置（不図示）によって回転駆動される（図１におけるスキージローラ３０・３０上の矢印参照）。詳細には、一方のスキージローラ３０は、一方のプレスローラ１０の回転方向と同一の方向に回転し、他方のスキージローラ３０は、他方のプレスローラ１０の回転方向と同一の方向に回転する。換言すれば、スキージローラ３０は、その外周面における、プレスローラ１０の外周面に対向する部分が、当該プレスローラ１０の外周面の移動方向とは逆向きに移動するように回転する。

　図２に示すように、粉体Ｐがスキージローラ３０を通過する際、粉体Ｐの幅（図２における上下寸法）が一定となるように、幅調整板３１・３１が設けられている。
　幅調整板３１・３１は、粉体Ｐの移動方向に沿って設けられ、プレスローラ１０およびスキージローラ３０の軸心方向に沿って粉体Ｐを挟むように配置されている。幅調整板３１・３１は、プレスローラ１０およびスキージローラ３０と接触しないような形状を有する。幅調整板３１・３１は、例えば、ホッパ２０（図１参照）に固定される。

　以上のように構成される粉体塗工装置１においては、一方のホッパ２０から一方のプレスローラ１０の外周面上に供給された粉体Ｐが、一方のプレスローラ１０の回転に伴ってプレス位置まで到達するまでの間に、一方のスキージローラ３０によって均されると共に、他方のホッパ２０から他方のプレスローラ１０の外周面上に供給された粉体Ｐが、他方のプレスローラ１０の回転に伴ってプレス位置まで到達するまでの間に、他方のスキージローラ３０によって均される。そして、プレス位置において、一方のプレスローラ１０の外周面上に供給された粉体Ｐ、および他方のプレスローラ１０の外周面上に供給された粉体Ｐは、それぞれウェブＷの一方および他方の表面上で加圧される。こうして、ウェブＷの両面上に圧縮粉体層Ｌ・Ｌが形成されることとなる。
　なお、ウェブＷは、プレス位置に到達するまでに、粉体Ｐを接着するための接着剤がウェブＷの両面上に塗布される。
　前記接着剤をウェブＷの両面上に塗布する手段は限定するものではなく、例えば、グラビアコータを適用可能である。
　前記接着剤は、導電材を含むことが好ましい。

　以下では、図３を参照して、スキージローラ３０について詳細に説明する。

　図３に示すように、スキージローラ３０は、プレスローラ１０の外周面上に供給された粉体Ｐを均すことによって、当該粉体Ｐの厚み（図３における上下寸法）を一定に調整する。つまり、スキージローラ３０とプレスローラ１０との間に所定の隙間が形成されているため、当該隙間をプレスローラ１０の外周面上に供給された粉体Ｐが通過することにより、当該粉体Ｐの厚みがスキージローラ３０の外周面とプレスローラ１０の外周面との間の最短距離ｄとなるのである。
　なお、スキージローラ３０は、距離ｄを変更できるように、プレスローラ１０に対して移動可能に構成されている。

　前述のように、スキージローラ３０は、円柱状に形成されている。
　そのため、粉体Ｐがスキージローラ３０とプレスローラ１０との隙間に向かう際、スキージローラ３０の外周面に接触した粉体Ｐには、スキージローラ３０の径方向外側に向けた反力が働く。つまり、スキージローラ３０とプレスローラ１０との間に位置する粉体Ｐには、プレスローラ１０の外周面に向けた力が働く。
　また、粉体Ｐがスキージローラ３０とプレスローラ１０との隙間に向かう際、スキージローラ３０の外周面とプレスローラ１０の外周面との成す角度が徐々に小さくなる。そのため、スキージローラ３０の外周面に接触した粉体Ｐに働く反力の方向が徐々に変化する。
　これらのことにより、粉体Ｐがスキージローラ３０の外周面上で滞留することを抑制し、粉体Ｐを良好にスキージローラ３０とプレスローラ１０との隙間を通過させることができる。したがって、スキージローラ３０を通過した粉体Ｐの厚みが不均一となることを抑制でき、ひいては圧縮粉体層Ｌの厚みを均一にすることができる。

　また、前述のように、スキージローラ３０は、プレスローラ１０の回転方向と同一の方向に回転駆動されている。換言すれば、スキージローラ３０は、粉体Ｐの移動方向とは逆方向の力が粉体Ｐに働くように回転駆動されている。
　これにより、粉体Ｐがスキージローラ３０の外周面上で滞留することを更に抑制することができる。
　スキージローラ３０の回転速度は、プレスローラ１０の回転速度の５０％程度に設定することが好ましい。
　なお、スキージローラ３０を回転駆動させない構成とすることも可能である。

　スキージローラ３０は、振動させることが好ましい。
　スキージローラ３０を振動させることにより、粉体Ｐがスキージローラ３０の外周面上で滞留することを更に抑制することができる。
　スキージローラ３０を振動させる方向は、スキージローラ３０の外周面とプレスローラ１０の外周面との間の最短距離ｄが維持されるような方向に設定する。詳細には、スキージローラ３０の軸心がプレスローラ１０の軸心に対して近接および離間する方向に直交する方向にスキージローラ３０を振動させる。スキージローラ３０を振動させる方向は、直線状であるか、曲線状（本実施形態においては、プレスローラ１０の外周面に沿った円弧状）であるかを問わない。例えば、スキージローラ３０の軸心方向、または粉体Ｐの移動方向にスキージローラ３０を振動させればよい。
　スキージローラ３０の振動は、スキージローラ３０を通過した粉体Ｐの厚みが不均一とならない程度（例えば、周波数：７００Ｈｚ、振幅：５μｍ）に設定される。

　なお、本実施形態に係る粉体塗工装置１は、ウェブＷの両面上に圧縮粉体層Ｌ・Ｌを形成するように構成されているが、ウェブＷの少なくとも一方の表面に圧縮粉体層Ｌを形成するように構成されていればよい。
　つまり、粉体塗工装置１を、ウェブＷの片方の表面のみに圧縮粉体層Ｌを形成するように構成することも可能である。かかる場合、一方のホッパ２０およびスキージローラ３０、または他方のホッパ２０およびスキージローラ３０を設けなくともよい。

　本実施形態において、プレスローラ１０は、本発明に係る被供給部材として機能し、プレスローラ１０の外周面は、本発明に係る被供給部材の連続する表面に相当する。一対のプレスローラ１０・１０は、本発明に係るプレス手段として機能する。更に、プレスローラ１０・１０を回転駆動させるための前記駆動装置は、本発明に係る駆動手段として機能する。

　なお、ウェブＷを本発明に係る被供給部材とすることも可能である。かかる場合、ウェブＷを搬送させるための前記搬送装置が、本発明に係る駆動手段として機能する。

　以下では、図４を参照して、本発明に係るリチウムイオン電池用電極の製造方法の一実施形態である、電極の製造工程Ｓ１について説明する。

　図４に示すように、製造工程Ｓ１は、粉体作製工程Ｓ１０と、粉体塗工工程Ｓ２０とを含む。

　粉体作製工程Ｓ１０は、活物質を含む粒子群である粉体Ｐを作製する工程である。
　粉体作製工程Ｓ１０においては、まず、活物質および結着剤に適宜の添加物（例えば、導電材）を加えたものを溶媒に分散させてペーストを作製する。そして、スプレードライ、フリーズドライ、または流動層造粒等により、前記ペーストを乾燥させて、粉体Ｐを作製する。この時、粉体Ｐに対して、適宜、分級を行ってもよい。

　粉体塗工工程Ｓ２０は、粉体塗工装置１を用いて、活物質を含む粉体Ｐを集電体であるウェブＷの表面上に塗工する工程である。
　粉体塗工工程Ｓ２０においては、粉体塗工装置１を用いて、ウェブＷの両面上でそれぞれ粉体Ｐを圧縮することによって、ウェブＷの両面上に圧縮粉体層Ｌ・Ｌを形成する。

　以上のように、製造工程Ｓ１において、粉体作製工程Ｓ１０および粉体塗工工程Ｓ２０を順に経ることによって、集電体であるウェブＷの両面上に活物質を含む圧縮粉体層Ｌ・Ｌが形成された電極が作製される。
　粉体塗工装置１を用いて作製された電極は、圧縮粉体層Ｌ・Ｌが均一の厚みで形成される。
　したがって、製造工程Ｓ１によれば、良好な品質（出力等）を有する電極を製造することができる。

　本発明は、ウェブの表面上に粉体を塗工するための粉体塗工装置、およびそれを用いたリチウムイオン電池用電極の製造方法に利用できる。

　１　　粉体塗工装置
　１０　プレスローラ（被供給部材、プレス手段）
　２０　ホッパ（粉体供給手段）
　３０　スキージローラ（スキージ）
　Ｐ　　粉体
　Ｌ　　圧縮粉体層

Claims (4)

1. 　連続する表面を有する被供給部材を、当該表面が所定の方向に移動するように駆動する駆動手段と、
   　前記被供給部材の表面上に粉体を供給する粉体供給手段と、
   　前記被供給部材との間に所定の隙間が形成されるように配置され、前記粉体供給手段によって前記被供給部材の表面上に供給された粉体を均すことによって当該粉体の厚みを調整するスキージと、
   　前記スキージによって均された粉体を圧縮するプレス手段と、を具備する粉体塗工装置であって、
   　前記スキージは、前記被供給部材の表面に対して平行、かつ、前記被供給部材の表面の移動する方向に対して直交、となる軸心を有する円柱状に形成される、
   　ことを特徴とする粉体塗工装置。
2. 　前記スキージは、当該スキージの外周面における、前記被供給部材の表面に対向する部分が、前記被供給部材の表面の移動する方向とは逆向きに移動するように回転駆動される、
   　ことを特徴とする請求項１に記載の粉体塗工装置。
3. 　前記スキージは、当該スキージの外周面と前記被供給部材の表面との最短距離が維持されるように振動する、
   　ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の粉体塗工装置。
4. 　請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の粉体塗工装置を用いて、活物質を含む前記粉体から成る圧縮粉体層を、金属箔から成る集電体の少なくとも一方の表面上に形成する工程を含む、
   　ことを特徴とする、リチウムイオン電池用電極の製造方法。

Images