WO2022185661A1 - 電池用極板の製造装置 - Google Patents

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WO2022185661A1
WO2022185661A1 PCT/JP2021/046468 JP2021046468W WO2022185661A1 WO 2022185661 A1 WO2022185661 A1 WO 2022185661A1 JP 2021046468 W JP2021046468 W JP 2021046468W WO 2022185661 A1 WO2022185661 A1 WO 2022185661A1
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die
slurry
coating film
distance
coating
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PCT/JP2021/046468
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威 木田
敦 渡邉
Original Assignee
東レエンジニアリング株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C11/00—Component parts, details or accessories not specifically provided for in groups B05C1/00 - B05C9/00
    • B05C11/10—Storage, supply or control of liquid or other fluent material; Recovery of excess liquid or other fluent material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C5/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
    • B05C5/02—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for manufacturing a battery electrode plate that coats a current collector with a slurry that constitutes an active material layer.
  • Lithium-ion secondary batteries are widely used for applications such as driving power sources for electric vehicles and household storage batteries.
  • all-solid lithium ion secondary batteries have advantages such as high energy density compared to conventional lithium ion secondary batteries using an electrolytic solution. Therefore, compared with a lithium ion secondary battery using an electrolytic solution, the size of the product can be reduced, and the application of the all-solid lithium ion secondary battery is particularly desired in the field of electric vehicles.
  • Patent Document 1 describes the structure of a general all-solid-state battery.
  • the positive electrode active material layer formed on the surface of the positive electrode current collector and the negative electrode active material layer formed on the surface of the negative electrode current collector have a configuration in which the solid electrolyte layer is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode via the solid electrolyte layer.
  • Charging and discharging in the all-solid-state battery are performed by exchanging, for example, lithium ions between.
  • the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer on the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are formed, for example, by applying slurry for forming each active material layer using a slit coater.
  • Patent Document 1 International Publication No. 2017-111133
  • a secondary battery 200 generally has positive electrodes 201 and negative electrodes 202, which are square or rectangular electrodes, alternately stacked. It is made into a product by being exteriorized by the frame portion 203 . At this time, since the corner portions of the frame portion 203 have not a little curvature due to the molding process, the volumetric efficiency is higher when the electrode shape also has a curvature when the electrode is exteriorized. good. In other words, it is preferable that the active material layer of each electrode has a curvature corresponding to the corner shape of the frame portion 203 .
  • the active material layer is formed on the current collector by intermittently discharging the coating liquid while continuously conveying the web-shaped substrate (current collector) using a slit die.
  • the four corners of the active material layer basically have a substantially right-angled shape. Therefore, there is a problem that the shape of the electrode must be slightly smaller than the shape of the opening of the frame portion 203 in order to externalize the electrode so as not to interfere with the frame portion 203 .
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an apparatus for manufacturing a battery electrode plate that forms a battery with high volumetric efficiency.
  • the battery electrode plate manufacturing apparatus of the present invention includes a die having a long discharge port in a direction intersecting the direction of relative movement with respect to a belt-shaped base material, and the discharge opening is applied to the conveyed base material. It is a battery electrode plate manufacturing apparatus that intermittently coats a slurry from an outlet to intermittently form a substantially square coating film, and the coating pressure of the slurry from the die during coating is set to be constant.
  • the die and the substrate when forming the starting end of the coating film in each coating film formation having a position adjusting part for adjusting the distance between the die and the substrate by adjusting the position of the die and the third distance, which is the distance between the die and the substrate when forming the terminal portion of the coating film, is the portion between the starting portion and the terminal portion of the coating film.
  • the four corners of the coating film are rounded by the position adjusting unit adjusting the position of the die so that it is larger than the second gap, which is the gap between the die and the substrate when forming the is characterized by
  • the volume efficiency of the battery can be increased by rounding the four corners of the coating film.
  • the position adjusting section changes the distance between the die and the base material from the first distance to the second distance with a predetermined acceleration/deceleration, and changes the distance from the second distance to the third distance. It is preferable to change to , with a predetermined acceleration/deceleration.
  • the slurry flow path in the die has a shape that narrows in the width direction of the die in the vicinity of the ejection port as it goes deeper from the ejection port.
  • the die has a shim plate that defines the width of the slurry flow path in the width direction of the die. It is preferable to form a slurry flow path shape that narrows in the width direction of the die.
  • an on-off valve having an on-off valve for opening and closing the supply path of the slurry to the die is provided, and the opening and closing time and the opening degree of the on-off valve are adjusted according to the shape of the coating film at the start and stop of discharging the slurry. good to do
  • the movement of the die and the movement of the on-off valve by the position control unit are started at the same timing and completed at the same timing.
  • a battery with high volumetric efficiency can be formed.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a schematic configuration of a battery electrode plate manufacturing apparatus (coating apparatus) according to an embodiment of the present invention, and showing a state in which slurry is being applied; It is a figure showing the state which has interrupted the coating of the slurry in the coating device of this embodiment. It is a figure which shows the inside of the die
  • FIG. 4 is a diagram showing the coating operation of the coating apparatus of the present embodiment and a coating film obtained by this coating. It is a schematic diagram showing the structure of a secondary battery using the coating apparatus of the present invention. 1 is a schematic diagram showing the structure of a general secondary battery; FIG.
  • the coating device which is the battery electrode plate manufacturing device of the present invention, will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a coating device in one embodiment of the present invention.
  • the coating device 1 is a device for coating a slurry 3 on a substrate 2 that is sent by roll-to-roll.
  • the slurry 3 is applied in a uniform thickness (uniform coating amount) along the feeding direction MD of the substrate 2 .
  • the width direction TD of the base material 2 is a direction perpendicular to the feed direction MD of the base material 2, and corresponds to the Y-axis direction in FIG.
  • the base material 2 in the present embodiment is a current collector in the all-solid-state battery
  • the current collector for forming the positive electrode side is, for example, aluminum foil
  • the current collector for forming the negative electrode side is, for example, copper foil. is.
  • the slurry 3 in this embodiment is an active material layer formed on a current collector, and is a relatively high-viscosity fluid containing an active material, a conductive aid, a binder, and the like.
  • the active material for forming the active material layer on the positive electrode side includes, for example, a composite oxide containing lithium and nickel.
  • the active material for forming the active material layer on the negative electrode side includes, for example, metals such as Si and Sn, or metal oxides such as TiO, Ti2O3, TiO2, or SiO2, SiO, SnO2.
  • the coating device 1 includes a die 10 elongated along the width direction of the base material 2 and supply means 20 for supplying the slurry 3 to the die 10 .
  • the longitudinal direction (the Y-axis direction in FIG. 1 ) is called a width direction TD, which is the same as the width direction TD of the substrate 2 .
  • a roller 5 is installed facing a die 10, and the width direction TD of the die 10 and the direction of the rotation center line of the roller 5 are parallel.
  • the base material 2 is guided by the rollers 5, and the slurry 3 is applied while the gap between the base material 2 and the discharge port 18 (tip of the slit 12 described later) of the die 10 is adjusted to a predetermined value. work is done.
  • the distance (dimension d in FIG. 1) between the discharge port 18 and the base material 2 can be adjusted by the position adjusting section 19 to which the die 10 is attached.
  • the die 10 comprises a first split body 13 having a tapered first lip 13a and a second split body 14 having a tapered second lip 14a, with a shim plate 15 sandwiched therebetween, It consists of a combined structure.
  • the die 10 has therein a manifold 11 having a long space in the width direction TD (that is, the direction intersecting the direction of relative movement between the base material 2 and the die 10), and a slit 12 connected to the manifold 11.
  • a discharge port 18, which is the open end of the slit 12 is formed between the first lip 13a and the second lip 14a. That is, the manifold 11 and the ejection port 18 are connected via the slit 12 .
  • the slit 12 is formed long in the width direction TD (that is, the direction intersecting the direction of relative movement between the base material 2 and the die 10) like the manifold 11.
  • the slurry 3 having a width dimension determined by the width of the slit 12 and substantially the same as the width dimension of the slit 12 can be applied onto the substrate 2 .
  • the gap dimension (height dimension) of the slit 12 is, for example, 0.4 to 1.5 mm.
  • the die 10 is installed in such a posture that the gap direction of the slit 12 is the vertical direction and the width direction is the horizontal direction. In other words, the die 10 is installed in such a posture that the manifold 11 and the slit 12 are arranged horizontally. Therefore, the direction in which the slurry 3 stored in the manifold 11 flows to the substrate 2 through the slits 12 and the discharge ports 18 is horizontal.
  • the pressure inside the manifold 11 (coating pressure) can be adjusted. Coating can be performed.
  • the direction in which the slurry 3 flows to the substrate 2 through the discharge port 18 is set to the horizontal direction, but the direction is not necessarily limited to this and can be changed as appropriate. For example, it may be directed upward or downward, and can be set in any desired direction.
  • the form of the shim plate 15 inside the die 10 is shown in FIG.
  • the shim plate 15 has a substantially U-shape and has a base portion 15a and two projecting portions 15b connected to both ends of the base portion 15a. two lip side).
  • a slit 12 which is a flow path of the slurry 3 from the manifold 11 to the discharge port 18, is formed. is defined by the space between the inner sides of the two protrusions 15b.
  • a chamfered portion 15c is formed inside the tip of the protruding portion 15b, which is the tip of the shim plate 15. As shown in FIG.
  • the slit 12 in the vicinity of the ejection port 18 has a shape that narrows in the width direction TD of the die 10 as it goes deeper from the ejection port 18. As shown in FIG. In this embodiment, the dimension of the chamfered portion 15c is approximately 5 mm.
  • an inflow portion 16 is provided in the center portion of the die 10 in the width direction TD, and the inflow portion 16 consists of a through hole (inflow port) that connects from the outside of the die 10 to the manifold 11 .
  • the supply means 20 includes a supply pipe 21 that supplies the slurry 3 toward the inflow portion 16, a tank 22 that stores the slurry 3, and supplies the slurry 3 in the tank 22 to the die 10 through the pipe 21. It has a pump 23 for As described above, the supply means 20 can supply the slurry 3 to the manifold 11 from the inflow portion 16 .
  • the inflow part 16 is connected to the bottom part 17 of the manifold 11, and the slurry 3 is made to flow in from the bottom part 17. As shown in FIG.
  • the manifold 11 can store the slurry 3 supplied from the supply means 20, and the slurry 3 stored in the manifold 11 passes through the slit 12 and is sent from the discharge port 18 in a roll-to-roll manner. , and the slurry 3 can be continuously applied to the base material 2 .
  • the gap dimension of the slit 12 is constant in its width direction, and the thickness of the slurry 3 applied onto the substrate 2 is designed to be constant in its width direction.
  • a filter for the slurry 3 is provided in the middle of the supply pipe 21 .
  • the position adjusting section 19 is a direct-acting mechanism that connects the main body of the coating device 1 and the die 10 , and is operated by a control device (not shown) to move the die 10 toward and away from the roller 5 .
  • a control device not shown
  • the coating apparatus 1 is provided with a supply control section 40 in the middle of the supply path of the slurry 3 from the supply means 20 to the die 10 and in the middle of the supply pipe 21 and the inflow section 16 .
  • the supply control unit 40 has a supply valve 41, and the operation of the supply valve 41 is controlled by a control device (not shown).
  • the inlet of the supply valve 41 is connected to the supply pipe 21 via the inlet of the return valve 51 to be described later, and the slurry 3 is supplied to the inlet of the supply valve 41 .
  • the outlet of the supply valve 41 is connected to the die 10 through the supply pipe 21 .
  • a valve body 42 serving as an open/close valve for opening and closing the supply path of the slurry 3 from the supply means 20 to the die 10 is connected to the electric cylinder 43, and the valve body 42 is moved by inputting an electric signal to the electric cylinder 43. do.
  • the supply valve 41 is controlled to switch between two states, an open state that forms the flow path of the slurry 3 and a closed state that blocks the flow path of the slurry 3 .
  • the moving speed v1 of the valve body 42 is adjustable.
  • a return control section 50 is provided between the supply control section 40 and the supply means 20 .
  • the return control unit 50 is means for returning the slurry 3 to the tank 22 when the application of the slurry 3 to the base material 2 is interrupted and the slurry 3 does not need to be supplied to the die 10, and has a return valve 51.
  • the operation of the return valve 51 is controlled by a control device (not shown).
  • the return valve 51 has an inlet connected to the supply pipe 21 and an outlet connected to the return pipe 24 leading to the tank 22 .
  • the return valve 51 has a valve body 52 inside, and the passage inside the supply valve 51 is opened and closed by the movement of the valve body 52 .
  • the valve body 52 is connected to an air cylinder 53 , and the valve body 52 moves as air is drawn in and out of the air cylinder 53 .
  • the movement of the valve body 52 controls switching between opening and closing of the return pipe 24 .
  • FIG. 1 shows a state in which a substrate 2 is coated with a slurry 3 .
  • the supply valve 41 is open and the return valve 51 is closed.
  • the slurry 3 is supplied to the die 10 via the supply valve 41 , and the slurry 3 is applied to the substrate 2 from the discharge port 18 of the die 10 .
  • the return valve 51 is in a closed state, and the passage of the slurry 3 returning from the outlet of the return valve 51 to the tank 22 via the return pipe 24 is blocked. Therefore, all of the slurry 3 supplied by the pump 23 is supplied to the die 10 .
  • FIG. 2 shows a state in which application of the slurry 3 is suspended.
  • a control valve 55 is provided in the middle of the return pipe 24 , and the internal pressure of the slurry 3 in the return pipe 24 is adjusted by adjusting the flow path resistance at this control valve 55 .
  • This internal pressure is measured by a pressure gauge (not shown) provided in the return pipe 24 .
  • the control valve 55 is used to adjust the internal pressure of the manifold 11 during coating and the internal pressure of the slurry 3 in the return pipe 24 during coating interruption to be substantially equal.
  • FIG. 4 shows a side view of how the slurry 3 is applied to the substrate 2 by the coating device 1 of this embodiment.
  • the base material 2 is conveyed at a constant conveying speed v2
  • FIG. 4 shows the base material 2 to be conveyed linearly for the sake of convenience.
  • the pressure of the slurry 3 supplied from the supply means 20 and applied from the die 10 is set constant.
  • FIG. 4(a) shows the start of formation of each coating film intermittently formed on the substrate 2.
  • FIG. 4(a) shows the start of formation of each coating film intermittently formed on the substrate 2.
  • FIG. 4(a) shows the start of formation of each coating film intermittently formed on the substrate 2.
  • FIG. 4(a) shows the start of formation of each coating film intermittently formed on the substrate 2.
  • FIG. 4(a) shows the start of formation of each coating film intermittently formed on the substrate 2.
  • the return valve 51 changes from the open state to the closed state
  • the supply valve 41 changes from the closed state to the open state, whereby the discharge of the slurry 3 from the die 10 is started.
  • the place where the slurry 3 discharged from the die 10 is in contact with the substrate 2 becomes the starting end 31 of the coating film.
  • the distance between the die 10 and the substrate 2 at the start of discharge of the slurry 3 from the die 10 is the dimension d1.
  • the distance between the die 10 and the base material 2 at this time is called the first distance.
  • FIG. 4(b) shows the state after a predetermined time has passed since the start of coating film formation.
  • the base material 2 is conveyed at a constant conveying speed v2 and the coating pressure of the slurry 3 from the die 10 is constant, so that a coating film having a uniform thickness is formed on the base material 2 .
  • the distance between the die 10 and the substrate 2 is shortened from the dimension d1 at the start of coating film formation to the dimension d2 by the operation of the position adjusting section 19 (see FIG. 1).
  • the distance between the die 10 and the substrate 2 at this time is called a second distance.
  • FIG. 4(c) shows a state after a predetermined period of time has passed since the time of FIG. 4(b).
  • FIG. 4(d) shows the completion of the formation of each coating film.
  • the return valve 51 changes from the closed state to the open state
  • the supply valve 41 changes from the open state to the closed state, whereby the discharge of the slurry 3 from the die 10 is stopped.
  • the coating film on the substrate 2 and the die 10 are separated from each other, and the end portion 33 of the coating film is formed.
  • the distance between the die 10 and the base material 2 is expanded from the dimension d2 to the dimension d3 by the operation of the position adjusting section 19 (see FIG. 1). .
  • the distance between the die 10 and the base material 2 at this time is called a third distance.
  • FIG. 5 shows a diagram showing the coating operation of the coating device 1 of this embodiment and the coating film obtained by this coating.
  • FIG. 5(a) is a diagram showing changes in the gap between the coating film on the base material 2 and the die 10 caused by the position adjusting unit 19, and changes in the state of the valve body 42 of the supply valve 41 caused by the electric cylinder 43, among the coating operations.
  • FIG. 5(b) shows a top view of the shape of the coating film when the slurry 3 is applied in the diagram of FIG. 5(a).
  • the conveying speed v2 of the base material 2 is about 1 m/min
  • the coating pressure of the slurry 3 is set constant at a predetermined pressure (for example, 16 kPa) within the range of 15 to 20 kPa.
  • the die 10 and the valve body 42 move at a predetermined acceleration/deceleration, respectively, and at substantially constant speed except for rising and falling.
  • the time required to reach the dimension d2 and the time required for the valve body 42 to change from the closed state to the open state are equal, and the movement of the valve body 42 of the supply valve 41 and the movement of the die 10 are completed at the same timing. do. Note that this time is set to 0.3 seconds in this embodiment.
  • the predetermined acceleration/deceleration in this description means performing a common acceleration/deceleration operation in each intermittent coating.
  • the dimension d2 is 100 ⁇ m
  • the dimensions d1 and d3 are about twice the dimension d2.
  • the moving speed v1 of the valve body 42 is set to 1 mm/s (60 mm/min), which is slower than the conveying speed v2 of the base material 2 .
  • the die 10 and the valve body 42 start moving simultaneously, the distance between the die 10 and the base material 2 changes from the dimension d2 to the dimension d3, and the valve body 42 changes from the open state to the closed state.
  • the end portion 33 of the coating film is formed, and then the non-coating portion, which is the portion between the coating films, is formed until the valve body 42 moves.
  • the time required for the distance between the die 10 and the base material 2 to change from the dimension d2 to the dimension d3 is equal to the time required for the valve body 42 to change from the open state to the closed state, as at the start of coating.
  • the movement of the valve body 42 of the supply valve 41 and the movement of the die 10 are completed at the same time.
  • this time is set to 0.3 seconds in this embodiment.
  • the time required to open and close the supply valve 41 is 0.3 seconds
  • the time required to open and close the return valve 51 is 0.008 seconds
  • the time required to open and close the supply valve 41 is much longer. long.
  • the shape of the coating film obtained by such a coating operation is shown in FIG. 5(b).
  • the distance between the die 10 and the base material 2 first starts from the dimension d1 which is larger than the dimension d2 when the stable coating portion 32 is formed, and gradually increases to the dimension d2.
  • the width w1 of the coating film at the start of coating is narrower than the width w2 of the coating film in the stable coating portion 32, and spreads to the width w2 with the lapse of time.
  • the valve element 42 of the supply valve 41 gradually changes from the closed state to the open state at the same timing as the gap between the die 10 and the substrate 2 narrows.
  • the supply amount of the slurry 3 at the start of coating gradually increases, so the width w1 of the starting end 31 is further narrowed compared to the case where the valve body 42 instantaneously shifts from the closed state to the open state.
  • the inside of the front end portion of the shim plate 15 has the chamfered portion 15c, so that the flow path of the slurry 3 in the die 10 is diverted from the discharge port 18 in the vicinity of the discharge port 18. It has a shape that narrows in the width direction of the die 10 as it goes deeper. As a result, the width w1 of the starting end 31 is further narrowed compared to the case without the above shape.
  • the distance between the die 10 and the substrate 2 is gradually changed when forming the vicinity of the starting end 31 of the coating film, the valve body 42 is gradually changed from the closed state to the open state, and the die
  • the flow path of the slurry 3 in 10 has a shape that narrows in the width direction of the die 10 as it goes deeper from the discharge port 18 in the vicinity of the discharge port 18, in the vicinity of the starting end 31 of the coating film
  • the width of the coating film gradually increases from the width w1 at the start of coating to the width w2, and the corners of the coating film are rounded as shown in FIG. 5(b). be able to.
  • the width of the coating film is increased by gradually expanding the distance between the substrates 2 from the dimension d2 at the time of forming the stable coating portion 32 to the dimension d3.
  • the width w2 of the coating film of is narrowed to the width w3.
  • the valve body 42 of the supply valve 41 gradually shifts from the open state to the closed state at the same timing as the gap between the die 10 and the substrate 2 widens.
  • the supply amount of the slurry 3 at the start of coating gradually decreases, so that the width w3 of the end portion 33 is further narrowed compared to the case where the valve body 42 instantaneously shifts from the open state to the closed state.
  • the inside of the front end portion of the shim plate 15 has the chamfered portion 15c, so that the flow path of the slurry 3 in the die 10 is diverted from the discharge port 18 in the vicinity of the discharge port 18. It has a shape that narrows in the width direction of the die 10 as it goes deeper. As a result, the width w3 of the end portion 33 is further narrowed compared to the case where the end portion 33 does not have the above shape.
  • the gap between the die 10 and the substrate 2 is gradually changed when forming the vicinity of the terminal end 33 of the coating film, the valve body 42 is gradually changed from the open state to the closed state, and the die
  • the flow path of the slurry 3 in 10 has a shape that narrows in the width direction of the die 10 as it goes deeper from the discharge port 18 in the vicinity of the discharge port 18, in the vicinity of the end portion 33 of the coating film
  • the width of the coating film gradually decreases from the width w2 to the width w3 of the stable coating portion, and the shape of the corners of the coating film can be rounded as shown in FIG. 5(b). .
  • the gap between the die 10 and the base material 2 is gradually changed when forming the vicinity of the start end portion 31 and the end portion 33 of the coating film, and the valve element 42 is gradually changed from the closed state to the open state (from the open state). closed state) and the passage of the slurry 3 in the die 10 has a shape that narrows in the width direction of the die 10 as it goes deeper from the discharge port 18 in the vicinity of the discharge port 18, resulting in a substantially rectangular shape.
  • the four corners of the coating film can be rounded.
  • valve body 42 is gradually shifted from the closed state to the open state (from the open state to the closed state), and the flow path of the slurry 3 in the die 10 is in the vicinity of the discharge port 18.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a secondary battery structure using the coating apparatus of the present invention, FIG. 6(a) being a top view and FIG. 6(b) being a front view.
  • the secondary battery 100 is an all-solid battery in this embodiment.
  • positive electrodes 101 and negative electrodes 102 are alternately stacked.
  • the positive electrode 101 is formed by coating a positive electrode active material layer on the surface of the positive electrode current collector by the coating apparatus 1 of the present invention
  • the negative electrode 102 is formed by coating the negative electrode active material layer on the surface of the negative electrode current collector. It is formed by being worked.
  • a solid electrolyte layer 104 is provided between the positive electrode 101 and the negative electrode 102. Lithium ions, for example, are exchanged between the positive electrode and the negative electrode via the solid electrolyte layer 104, thereby charging and discharging the all-solid-state battery. A discharge is performed.
  • the cells are covered by the frame portion 103 for the purpose of blocking air and moisture and for the purpose of preventing a short circuit. be.
  • the frame part 103 is resin-molded so as to have openings for accommodating the plurality of cells, but due to this molding process, the corners of the openings generally have a rounded R shape.
  • the four corners of an electrode manufactured by a coating process using a slit die generally have a small radius and little roundness.
  • the corners of the electrodes can be rounded, and the electrodes can be housed in a state in which interference with the corners of the frame portion 103 is improved.
  • the gap between the frame portion 103 and the opening can be minimized, and a battery with good volumetric efficiency can be provided.
  • the space between the frame and the electrodes is large, so the electrodes may be damaged within the frame due to movement or the like. becomes.
  • the battery electrode plate manufacturing apparatus of the present invention is not limited to the illustrated form, and may be of other forms within the scope of the present invention.
  • the timing for starting the movement of the die 10 by the position adjusting section 19 and the timing for starting the movement of the valve body 42 of the supply valve 41 are the same, and the timing for completing the movement of the die 10 by the position adjusting section 19 is the same.
  • the timing of completion of the movement of the valve body 42 of the supply valve 41 is the same, but it is not limited to this.
  • the shape of the corner portion of the coating film may be adjusted by adjusting the opening/closing time and opening degree of the valve body according to the shape of the coating film at the time and stop.
  • the moving speed of the die 10 when changing the distance between the die 10 and the base material 2 is assumed to be constant, but the speed may not necessarily be constant, and the corners of the coating film have a better shape.
  • the die 10 may move with a speed profile such that
  • the distance d1 between the die 10 and the base material 2 when the discharge of the slurry 3 is started may be different from the distance d3 between the die 10 and the base material 2 when the discharge of the slurry 3 is completed.
  • the shim plate 15 may not have the chamfered portion 15c and the width of the flow path of the slurry 3 may be unchanged in the vicinity of the discharge port 18.
  • a voice coil motor is used as a means for operating the shaft of the supply valve 41, but this is not the only option, and another direct acting mechanism such as an air cylinder may be used.
  • the base material may be in the form of a strip and not in the form of being conveyed by roll-to-roll, but in the form of a sheet.
  • the base and the die may move relative to each other by moving the die with respect to the fixed base.
  • the battery electrode plate manufacturing apparatus of the present invention is not limited to the manufacturing of all-solid-state batteries, and may be applied to lithium-ion batteries having an electrolytic solution instead of a solid electrolyte layer.

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Abstract

体積効率が高い電池を形成する電池用電極板の製造装置を提供する。具体的には、塗工時のダイ１０からのスラリー３の塗工圧力は一定に設定され、ダイ１０の位置を調節することによりダイ１０と基材２との間隔を調節する位置調節部１９を有し、各々の塗膜の形成において塗膜の始端部３１を形成する時のダイ１０と基材２との間隔である第１の間隔および塗膜の終端部３３を形成する時におけるダイ１０と基材２との間隔である第３の間隔が、塗膜の始端部３１と終端部３３の間の部分を形成する時のダイ１０と基材２との間隔である第２の間隔よりも大きくなるよう、位置調節部１９がダイ１０の位置を調節することにより、塗膜の四隅に丸みを持たせる。

Description

電池用極板の製造装置
　本発明は、活物質層を構成するスラリーを集電体に塗工する電池用極板の製造装置に関するものである。
　リチウムイオン二次電池は、電気自動車の駆動電源や、家庭用蓄電池などの用途に広く用いられている。特に、全固体リチウムイオン二次電池は、電解液を用いた従来のリチウムイオン二次電池と比べ、エネルギー密度が高い、などの利点を有する。そのため、電解液を用いたリチウムイオン二次電池と比較して製品の小型化が可能であり、特に電気自動車の分野において全固体リチウムイオン二次電池の適用が望まれている。
　特許文献１には、一般的な全固体電池の構造が記載されている。正極集電体表面に形成された正極活物質層と負極集電体表面に形成された負極活物質層が固体電解質層を挟む形態を有しており、固体電解質層を介して正極と負極との間でたとえばリチウムイオンのやりとりが行われることにより、全固体電池における充電および放電が実施される。正極集電体および負極集電体上の正極活物質層および負極活物質層は、たとえば各活物質層を形成するスラリーをスリットコータにより塗工することによって形成される。
　特許文献１：国際公開２０１７－１１１１３３号公報
　ここで、図７（ａ）の上面図、図７（ｂ）の正面図に示すように、一般的に二次電池２００は正方形または長方形状の電極である正極２０１および負極２０２が交互に積層され、枠部２０３によって外装化されることにより製品化される。このとき、枠部２０３のコーナー部は成形プロセスに起因する曲率を少なからず有している為、電極を外装化する際に電極形状も曲率を有している方が外装する際に体積効率が良い。すなわち、各電極の活物質層が枠部２０３のコーナー形状にあわせて曲率を有することが好ましい。
　しかしながら、スリットダイを用いてウェブ状の基材（集電体）を連続的に搬送しながら塗工液を間欠に吐出させて塗工を行うことによって集電体上に活物質層を形成する場合、基本的に活物質層の四隅は略直角の形状を有する。そのため、枠部２０３と干渉が無きよう電極を外装化するためには枠部２０３の開口形状よりも一回り小さい電極形状にしなければならないという問題があった。
　本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、体積効率が高い電池を形成する電池用電極板の製造装置を提供することを目的としている。
　上記の課題を解決するために本発明の電池用極板の製造装置は、帯状の基材との相対移動方向と交わる方向に長い吐出口を有するダイを備え、搬送される基材に前記吐出口から間欠的にスラリーを塗工し、略四角形の塗膜を間欠的に形成させる電池用極板の製造装置であり、塗工時の前記ダイからのスラリーの塗工圧力は一定に設定され、前記ダイの位置を調節することにより前記ダイと基材との間隔を調節する位置調節部を有し、各々の塗膜の形成において塗膜の始端部を形成する時の前記ダイと基材との間隔である第１の間隔および塗膜の終端部を形成する時における前記ダイと基材との間隔である第３の間隔が、塗膜の前記始端部と前記終端部の間の部分を形成する時の前記ダイと基材との間隔である第２の間隔よりも大きくなるよう、前記位置調節部が前記ダイの位置を調節することにより、塗膜の四隅に丸みを持たせることを特徴としている。
　上記電池用極板の製造装置によれば、塗膜の四隅に丸みを持たせることにより、電池の体積効率を高くすることができる。
　また、前記位置調節部は、前記ダイと基材との間隔を前記第１の間隔から前記第２の間隔へ所定の加減速で変化させ、また、前記第２の間隔から前記第３の間隔へ所定の加減速で変化させると良い。
　こうすることにより、比較的容易に四隅に丸みを有する塗膜を形成することができる。
　また、前記ダイ内のスラリーの流路は、前記吐出口の近傍において、前記吐出口から奥に行くにしたがって前記ダイの幅方向に狭くなる形状を有すると良い。
　こうすることにより、基材搬送方向において塗膜の両端部の幅をこれらの間の部分の幅よりも小さくすることが容易となり、四隅に丸みを有する塗膜を容易に形成することができる。
　また、前記ダイは、前記ダイの幅方向におけるスラリーの流路の幅を規定するシム板を有し、当該シム板の先端部が面取りを有することにより、前記吐出口から奥に行くにしたがって前記ダイの幅方向に狭くなるスラリーの流路形状を形成すると良い。
　こうすることにより、吐出口から奥に行くにしたがってスラリーの流路がダイの幅方向に狭くなる形状を容易に形成することができる。
　また、前記ダイへのスラリーの供給経路を開閉させる開閉弁を有する開閉バルブを備え、スラリーの吐出の開始時および停止時における塗膜の形状に応じて前記開閉弁の開閉時間および開度を調節すると良い。
　こうすることにより、基材搬送方向において塗膜の両端部の幅をこれらの間の部分の幅よりも小さくすることが容易となり、四隅に丸みを有する塗膜を容易に形成することができる。
　前記位置調節部による前記ダイの移動および前記開閉弁の移動は、同じタイミングで開始し、同じタイミングで完了するようにすると良い。
　こうすることにより、塗工動作の制御を容易にすることができる。
　また、前記ダイから吐出するスラリーによって特に全固体電池の活物質層を構成する場合、複数の電極を積層化する為、四隅に丸みを持たせることで外装化における体積効率を高くすることができる。
　本発明の電池用極板の製造装置によれば、体積効率が高い電池を形成することができる。
本発明の一実施形態における電池用極板の製造装置（塗工装置）の概略構成を説明する図であり、スラリーを塗工している状態を示す図である。 本実施形態の塗工装置においてスラリーの塗工を中断している状態を表す図である。 本実施形態の塗工装置のダイの内部を示す図である。 本実施形態の塗工装置によって基材にスラリーを塗工する様子を示す図である。 本実施形態の塗工装置の塗工動作を示すダイアグラムおよびこの塗工によって得られる塗膜を示す図である。 本発明の塗工装置を用いた二次電池の構造を示す概略図である。 一般的な二次電池の構造を示す概略図である。
　本発明の電池用極板の製造装置である塗工装置について、図面を用いて説明する。
　図１は、本発明の一実施例における塗工装置の概略構成を説明する図である。塗工装置１は、ロールツーロールで送られる基材２に、スラリー３を塗工するための装置である。スラリー３は、基材２の送り方向ＭＤに沿って均一な厚さ（均一な塗工量）で塗工される。なお、基材２の幅方向ＴＤは、基材２の送り方向ＭＤに直交する方向であり、図１におけるＹ軸方向がこれに相当する。
　本実施形態における基材２は、全固体電池における集電体であり、正極側を形成する場合の集電体はたとえばアルミニウム箔であり、負極側を形成する場合の集電体はたとえば銅箔である。
　また、本実施形態におけるスラリー３は、集電体上に形成する活物質層であり、活物質、導電助剤、バインダーなどを含む比較的粘度の高い流体である。正極側の活物質層を形成する場合の活物質は、たとえば、リチウムとニッケルとを含有する複合酸化物を含む。また、負極側の活物質層を形成する場合の活物質は、たとえば、ＳｉやＳｎなどの金属、あるいはＴｉＯ、Ｔｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、もしくはＳｉＯ２、ＳｉＯ、ＳｎＯ２などの金属酸化物を含む。
　塗工装置１は、基材２の幅方向に沿って長く構成されたダイ１０と、このダイ１０にスラリー３を供給する供給手段２０とを備えている。ダイ１０において、その長手方向（図１におけるＹ軸方向）を幅方向ＴＤといい、基材２の幅方向ＴＤと同じである。この塗工装置１では、ダイ１０に対向するローラ５が設置されており、ダイ１０の幅方向ＴＤとローラ５の回転中心線の方向とは平行である。基材２は、このローラ５に案内され、基材２とダイ１０の吐出口１８（後述のスリット１２の先端）との間隔（隙間）が所定の値に調節された状態でスラリー３の塗工が行われる。また、吐出口１８と基材２の間隔（図１における寸法ｄ）は、ダイ１０が取り付けられる位置調節部１９により調節可能である。
　ダイ１０は、先細り形状である第一リップ１３ａを有する第一分割体１３と、先細り形状である第二リップ１４ａを有する第二分割体１４とを、これらの間にシム板１５を挟んで、組み合わせた構成からなる。ダイ１０は、その内部に、幅方向ＴＤ（すなわち、基材２とダイ１０との相対移動方向と交わる方向）に長い空間からなるマニホールド１１と、このマニホールド１１と繋がるスリット１２とが形成され、また、第一リップ１３ａと第二リップ１４ａとの間には、スリット１２の解放端である吐出口１８が形成されている。すなわち、マニホールド１１と吐出口１８とは、スリット１２を経由して繋がっている。
　スリット１２は、マニホールド１１と同様に幅方向ＴＤ（すなわち、基材２とダイ１０との相対移動方向と交わる方向）に長く形成されており、スリット１２の幅方向寸法は、シム板１５の内寸によって決定され、スリット１２の幅方向寸法と略同一の幅方向寸法のスラリー３を、基材２上に塗工することができる。スリット１２の隙間寸法（高さ寸法）は、例えば０．４～１．５ｍｍである。なお、本実施形態では、スリット１２の隙間方向が上下方向であり、幅方向が水平方向となる姿勢でダイ１０は設置されている。つまり、マニホールド１１とスリット１２とが水平方向に並んで配置される姿勢でダイ１０は設置されている。したがって、マニホールド１１に溜められているスラリー３をスリット１２および吐出口１８を通じて基材２へと流す方向は水平方向となる。
　なお、シム板１５の厚さを変更することにより、マニホールド１１内部の圧力（塗工圧力）を調整することができ、この調整によって、様々な特性を有するスラリー３に対して均一な膜厚の塗工を行うことが可能となる。
　また、本実施形態においては、スラリー３が吐出口１８を通じて基材２へと流れる方向を水平方向としたが、必ずしもこれに限定されず適宜変更が可能である。例えば、上方向としてもよいし、下方向としてもよく、任意の方向に設定することができる。
　図３にダイ１０の内部のシム板１５の形態について示す。シム板１５は略Ｕ字状の形状を有し、ベース部１５ａと、ベース部１５ａの両端部のそれぞれに接続される２つの突出部１５ｂを有し、突出部１５ｂが吐出口１８側（第二リップ側）を向くよう、配置される。このシム板１５を第一分割体１３と第二分割体１４とが挟み込むことにより、マニホールド１１から吐出口１８へ向かうスラリー３の流路であるスリット１２が形成され、そのスリット１２の幅方向寸法は、２つの突出部１５ｂの内側同士の間隔で規定される。
　また、シム板１５の先端部である突出部１５ｂの先端部の内側には、面取り部１５ｃが形成されている。この面取り部１５ｃを有することにより、吐出口１８の近傍におけるスリット１２は吐出口１８から奥に行くにしたがってダイ１０の幅方向ＴＤに狭くなる形状となる。なお、本実施形態では面取り部１５ｃの寸法は約５ｍｍである。
　図１に戻り、ダイ１０の幅方向ＴＤの中央部には、流入部１６が設けられており、この流入部１６は、ダイ１０の外部からマニホールド１１へ繋がる貫通孔（流入口）からなる。供給手段２０は、この流入部１６へ向けてスラリー３を供給する供給配管２１と、スラリー３を貯留しているタンク２２と、このタンク２２内のスラリー３を、パイプ２１を通じてダイ１０へ供給するためのポンプ２３とを有している。以上より、供給手段２０は、マニホールド１１に流入部１６からスラリー３を供給することができる。なお、本実施形態では、図１に示すように、流入部１６は、マニホールド１１の底部１７と繋がっており、この底部１７からスラリー３を流入させる構成としている。
　そして、マニホールド１１は、供給手段２０から供給されたスラリー３を溜めることができ、マニホールド１１に溜められているスラリー３を、スリット１２を通って吐出口１８からロールツーロールで送られる基材２に対して吐出し、この基材２に対してスラリー３を連続的に塗工することができる。スリット１２の隙間寸法はその幅方向に一定であり、基材２上に塗工されるスラリー３の厚さは幅方向に一定となるよう設計されている。また、図示しないが、供給配管２１の途中にはスラリー３用のフィルタが設けられている。
　位置調節部１９は、塗工装置１の本体部とダイ１０とを連結する直動機構であり、図示しない制御装置により動作し、ダイ１０をローラ５に接離する方向に移動させる。この位置調節部１９がダイ１０の位置を調節することにより、図１に寸法ｄで示す吐出口１８と基材２の間隔が調節される。
　また、塗工装置１には、供給手段２０からダイ１０へのスラリー３の供給経路の途中であって供給配管２１と流入部１６の途中には、供給制御部４０が設けられている。
　供給制御部４０は供給バルブ４１を有しており、図示しない制御装置によって供給バルブ４１の動作が制御される。また、供給バルブ４１の入口部は、後述のリターンバルブ５１の入口部を介して供給配管２１と接続されており、スラリー３が供給バルブ４１の入口部へ供給される。また、供給バルブ４１の出口部は供給配管２１を介してダイ１０と接続されている。
　供給手段２０からダイ１０へのスラリー３の供給経路を開閉させる開閉弁となる弁体４２は電動シリンダ４３と連結されており、電動シリンダ４３へ電気信号が入力されることにより弁体４２が移動する。弁体４２が移動することにより、供給バルブ４１ではスラリー３の流路を形成する開状態とスラリー３の流路を遮断する閉状態との２つの状態が切り替え制御される。また、弁体４２の移動速度ｖ１は調節可能である。
　また、本実施形態では、供給制御部４０と供給手段２０の間にはリターン制御部５０が設けられている。リターン制御部５０は、基材２へのスラリー３の塗工が中断されてダイ１０へスラリー３を供給する必要が無いときにスラリー３をタンク２２へ戻す手段であり、リターンバルブ５１を有しており、図示しない制御装置によってこのリターンバルブ５１の動作が制御される。リターンバルブ５１の入口部は供給配管２１と接続され、出口部がタンク２２につながるリターン配管２４と接続されている。
　リターンバルブ５１は、内部に弁体５２を有し、弁体５２が移動することによって供給バルブ５１の内部の流路が開閉される。弁体５２はエアシリンダ５３と連結されており、エアシリンダ５３へのエアの出し入れにより弁体５２が移動する。この弁体５２の移動により、リターン配管２４の開閉が切り替え制御される。
　図１には、基材２へスラリー３が塗工されている状態が示されている。
この状態においては、供給バルブ４１は開状態であり、リターンバルブ５１は閉状態となっている。これにより、供給バルブ４１を経由してダイ１０へスラリー３が供給され、ダイ１０の吐出口１８から基材２へスラリー３が塗工される。
　一方、リターンバルブ５１は閉状態となっており、リターンバルブ５１の出口部からリターン配管２４を経由してタンク２２へ戻るスラリー３の流路は遮断されている。そのため、ポンプ２３によって供給されるスラリー３は、全てダイ１０へ供給される。
　図１に対し、図２には、スラリー３の塗工を中断している状態が示されている。
　この状態においては、供給バルブ４１は閉状態であり、リターンバルブ５１は開状態となっている。これにより、ダイ１０へ向かう流路は遮断され、スラリー３は全てリターンバルブ５１の出口部、リターン配管２４を経由してタンク２２へ戻される。
　なお、リターン配管２４の途中には調節弁５５が設けられており、この調節弁５５において流路抵抗が調節されることによってリターン配管２４内のスラリー３の内圧が調節される。この内圧はリターン配管２４に設けられた図示しない圧力計により測定される。本実施形態では、塗工実施時のマニホールド１１内の内圧と塗工中断時のリターン配管２４内のスラリー３の内圧が略等しくなるように、調節弁５５によって調節されている。
　このように一度スラリー３の塗工が中断された後、再び図１に示すようにスラリー３を塗工する形態になることにより、基材２には間欠的にスラリー３による塗膜が形成される。
　次に、本実施形態の塗工装置１によって基材２にスラリー３を塗工する様子の側面図を図４に示す。ここで、基材２は一定の搬送速度ｖ２で搬送されており、図４では便宜的に基材２は直線的に搬送されるように図示している。また、供給手段２０から供給され、ダイ１０から塗工されるスラリー３の圧力は一定に設定されている。
　図４（ａ）は、基材２に間欠的に形成される各塗膜の形成開始時である。リターンバルブ５１（図１参照）が開状態から閉状態になると同時に、供給バルブ４１が閉状態から開状態になることにより、ダイ１０からのスラリー３の吐出が開始する。このダイ１０から吐出されたスラリー３が基材２に接した場所が、塗膜の始端部３１となる。ここで、ダイ１０からのスラリー３の吐出開始時におけるダイ１０と基材２の間隔は寸法ｄ１となっている。なお、本説明ではこのときのダイ１０と基材２の間隔を第１の間隔と呼ぶ。
　図４（ｂ）は、塗膜の形成開始から所定時間が経過した状態である。基材２が一定の搬送速度ｖ２で搬送され、ダイ１０からのスラリー３の塗工圧力が一定であることによって基材２には均一の膜厚の塗膜が形成される。
　一方、位置調節部１９（図１参照）の動作により、ダイ１０と基材２の間隔は塗膜形成開始時の寸法ｄ１から寸法ｄ２に短縮されている。なお、本説明ではこのときのダイ１０と基材２の間隔を第２の間隔と呼ぶ。
　図４（ｃ）は、図４（ｂ）の時点からさらに所定時間が経過した状態である。塗膜の始端部３１および終端部３３の間の部分を形成する際は、ダイ１０と基材２の間隔は寸法ｄ２で維持され、塗膜の形成が進行する。なお、塗膜においてこのようにダイ１０と基材２の間隔が寸法ｄ２で維持されて塗工される部分を安定塗工部３２と呼ぶ。
　図４（ｄ）は、各塗膜の形成完了時である。リターンバルブ５１（図１参照）が閉状態から開状態になると同時に、供給バルブ４１が開状態から閉状態になることにより、ダイ１０からのスラリー３の吐出が停止される。これにより、基材２上の塗膜とダイ１０とは分断され、塗膜の終端部３３が形成される。
　一方、このようにスラリー３の供給が停止した状態となるまでに、位置調節部１９（図１参照）の動作により、ダイ１０と基材２の間隔は寸法ｄ２から寸法ｄ３に拡張されている。なお、本説明ではこのときのダイ１０と基材２の間隔を第３の間隔と呼ぶ。
　図５に本実施形態の塗工装置１の塗工動作を示すダイアグラムおよびこの塗工によって得られる塗膜を示す。図５（ａ）では塗工動作のうち特に位置調節部１９による基材２上の塗膜とダイ１０の間隔の変化、および電動シリンダ４３による供給バルブ４１の弁体４２の状態の変化をダイアグラムで示し、図５（ｂ）では図５（ａ）のダイアグラムでスラリー３の塗工が行われた場合の塗膜の形状を上面図で示している。ここで、基材２の搬送速度ｖ２は約１ｍ／ｍｉｎであり、スラリー３の塗工圧力は、１５～２０ｋＰａの範囲内の所定の圧力（たとえば１６ｋＰａ）で一定に設定されている。
　本実施形態では、ダイ１０と基材２の間隔について第１の間隔である寸法ｄ１と第３の間隔である寸法ｄ３は同じ寸法としている。そして、供給バルブ４１が閉状態であってダイ１０からスラリー３が吐出されていない間は、ダイ１０と基材２の間隔はこの寸法ｄ１（＝ｄ３）で維持されている。
　そして、塗膜の形成を開始するにあたり、供給バルブ４１の弁体４２の移動とダイ１０の移動が同じタイミングで開始する。ここで、本実施形態では、ダイ１０および弁体４２はそれぞれ所定の加減速、さらには立ち上がり、立ち下がりを除き略等速で移動しており、ダイ１０と基材２の間隔が寸法ｄ１から寸法ｄ２になるのに要する時間と弁体４２が閉状態から開状態になるのに要する時間とが等しくなっており、供給バルブ４１の弁体４２の移動とダイ１０の移動は同じタイミングで完了する。なお、本実施形態ではこの時間を０．３秒としている。なお、本説明における所定の加減速とは、各間欠塗工において共通の加減速動作を行うことを指している。
　また、本実施形態では、寸法ｄ１（＝ｄ３）は２００ｕｍ、寸法ｄ２は１００ｕｍであり、寸法ｄ１およびｄ３は寸法ｄ２の２倍程度となっている。また、弁体４２の移動速度ｖ１を１ｍｍ／ｓ（６０ｍｍ／ｍｉｎ）としており基材２の搬送速度ｖ２よりも遅い。
　ダイ１０と基材２の間隔が寸法ｄ２となり、弁体４２が開状態となった後、この状態が所定時間維持され、安定塗工部３２が形成される。
　次に、ダイ１０と弁体４２が同時に移動を開始し、ダイ１０と基材２の間隔が寸法ｄ２から寸法ｄ３に変化し、弁体４２が開状態から閉状態へ変化する。この動作が完了することにより、塗膜の終端部３３が形成され、次に弁体４２が移動するまで塗膜と塗膜の間の部分である非塗工部が形成される。このとき、塗工開始時と同様に、ダイ１０と基材２の間隔が寸法ｄ２から寸法ｄ３になるのに要する時間と弁体４２が開状態から閉状態になるのに要する時間とは等しくなっており、供給バルブ４１の弁体４２の移動とダイ１０の移動は同時に完了する。なお、本実施形態ではこの時間を０．３秒としている。一方、供給バルブ４１の開閉に要する時間が０．３秒であるのに対し、リターンバルブ５１の開閉に要する時間は０．００８秒であり、供給バルブ４１の開閉に要する時間の方が格段に長い。
　このような塗工動作により得られた塗膜の形状を図５（ｂ）に示す。
　塗膜の始端部３１近傍の形成にあたり、最初にダイ１０と基材２の間隔が安定塗工部３２形成時の寸法ｄ２よりも大きな寸法ｄ１から塗工が開始され、徐々に寸法ｄ２へと狭まることにより、塗工開始時の塗膜の幅ｗ１は安定塗工部３２の塗膜の幅ｗ２よりも狭く、時間の経過とともに幅ｗ２へと拡がってゆく。
　また、本実施形態ではダイ１０と基材２の間隔が狭まるのと同じタイミングで、供給バルブ４１の弁体４２が徐々に閉状態から開状態へと移行している。これにより、塗工開始時のスラリー３の供給量は徐々に増加するため、弁体４２が瞬時に閉状態から開状態へと移行する場合と比較して始端部３１の幅ｗ１はさらに狭まる。
　また、本実施形態では、図３に示した通りシム板１５の先端部の内側が面取り部１５ｃを有することによって、ダイ１０内のスラリー３の流路が吐出口１８の近傍において吐出口１８から奥に行くにしたがってダイ１０の幅方向に狭くなる形状を有している。これにより、上記形状を有していない場合と比較して始端部３１の幅ｗ１はさらに狭まる。
　上記の通り、塗膜の始端部３１近傍を形成する際にダイ１０と基材２の間隔を徐々に変化させること、弁体４２を徐々に閉状態から開状態に移行すること、また、ダイ１０内のスラリー３の流路が吐出口１８の近傍において吐出口１８から奥に行くにしたがってダイ１０の幅方向に狭くなる形状を有することを組合わせることによって、塗膜の始端部３１近傍において塗膜の塗工開始時の幅ｗ１から幅ｗ２まで塗膜の幅が徐々に大きくなり、図５（ｂ）に示す通り塗膜の隅部の形状が丸みを帯びた形状になるようにすることができる。
　また、塗膜の終端部３３近傍の形成にあたり、基材２の間隔が安定塗工部３２形成時の寸法ｄ２から徐々に寸法ｄ３へと拡がることにより、塗膜の幅は安定塗工部３２の塗膜の幅ｗ２から幅ｗ３へと狭まってゆく。
　また、本実施形態ではダイ１０と基材２の間隔が拡がるのと同じタイミングで、供給バルブ４１の弁体４２が徐々に開状態から閉状態へと移行している。これにより、塗工開始時のスラリー３の供給量は徐々に減少するため、弁体４２が瞬時に開状態から閉状態へと移行する場合と比較して終端部３３の幅ｗ３はさらに狭まる。
　また、本実施形態では、図３に示した通りシム板１５の先端部の内側が面取り部１５ｃを有することによって、ダイ１０内のスラリー３の流路が吐出口１８の近傍において吐出口１８から奥に行くにしたがってダイ１０の幅方向に狭くなる形状を有している。これにより、上記形状を有していない場合と比較して終端部３３の幅ｗ３はさらに狭まる。
　上記の通り、塗膜の終端部３３近傍を形成する際にダイ１０と基材２の間隔を徐々に変化させること、弁体４２を徐々に開状態から閉状態に移行すること、また、ダイ１０内のスラリー３の流路が吐出口１８の近傍において吐出口１８から奥に行くにしたがってダイ１０の幅方向に狭くなる形状を有することを組合わせることによって、塗膜の終端部３３近傍において安定塗工部の幅ｗ２から幅ｗ３まで塗膜の幅が徐々に小さくなり、図５（ｂ）に示す通り塗膜の隅部の形状が丸みを帯びた形状になるようにすることができる。
　以上の通り塗膜の始端部３１近傍および終端部３３近傍を形成する際にダイ１０と基材２の間隔を徐々に変化させること、弁体４２を徐々に閉状態から開状態（開状態から閉状態）に移行することおよびダイ１０内のスラリー３の流路が吐出口１８の近傍において吐出口１８から奥に行くにしたがってダイ１０の幅方向に狭くなる形状を有することにより、略四角形状の塗膜の四隅の部分に丸みを持たせることができる。
　一方、図５（ｂ）のように塗膜の四隅の部分に丸みを持たせることは、塗膜の始端部３１近傍および終端部３３近傍を形成する際にダイ１０と基材２の間隔を徐々に変化させることのみでも実現可能ではある。これに対し、本実施形態の通り弁体４２を徐々に閉状態から開状態（開状態から閉状態）に移行することおよびダイ１０内のスラリー３の流路が吐出口１８の近傍において吐出口１８から奥に行くにしたがってダイ１０の幅方向に狭くなる形状を有することをさらに有することによって、塗膜の四隅の部分の丸み形状がコントロールされ、より良い形状とすることができる。
　図６は、本発明の塗工装置を用いた二次電池構造を示す概略図であり、図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は正面図である。
　二次電池１００は、本実施形態では全固体電池である。二次電池１００では、正極１０１と負極１０２とが交互に積層されている。
　正極１０１は、本発明の塗工装置１によって正極集電体の表面に正極活物質層が塗工されることにより形成され、負極１０２は、負極集電体の表面に負極活物質層が塗工されることにより形成される。正極１０１と負極１０２の間には、固体電解質層１０４が設けられ、この固体電解質層１０４を介して正極と負極との間でたとえばリチウムイオンのやりとりが行われることにより、全固体電池における充電および放電が実施される。
　このような二次電池１００では、複数のセル（正極１０１、負極１０２、固体電解質層１０４）が積層された後、空気や水分と遮断させる目的や、短絡防止を目的として枠部１０３により外装される。
　この枠部１０３は上記複数のセルを収納する開口を有するよう樹脂成形されているが、この成形プロセスに起因して一般的に開口の隅部は丸みを持ったＲ形状となる。これに対してスリットダイによる塗工プロセスにより製造される電極の四隅は、一般的にはＲが小さく丸みがほとんど無い形状である。この電極を枠部１０３で外装しようとする際、枠部１０３の開口と電極とが略同一の大きさであった場合、双方の隅部の形状が干渉する。そのため、従来は電極サイズを小さくするする必要があった。
　これに対し、本発明では、電極の隅部に丸みを持たせる事が可能となり、枠部１０３の隅部との干渉が改善された状態で収納させる事が可能となる。これにより、枠部１０３の開口との隙間を極小化して体積効率の良い電池を提供することができる。また従来の電池は、枠部と電極との間の空隙が大きいため、移動等により電極が枠部内で損傷をきたすことがあったが、本発明により安全性の高い電池を提供する事が可能となる。
　以上の電池用極板の製造装置により、体積効率が高い電池を形成することが可能である。
　ここで、本発明の電池用極板の製造装置は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。たとえば、上記の説明では位置調節部１９によるダイ１０の移動開始のタイミングと供給バルブ４１の弁体４２の移動開始のタイミングが同時であり、また、位置調節部１９によるダイ１０の移動完了のタイミングと供給バルブ４１の弁体４２の移動完了のタイミングが同時であるが、これに限らず、塗膜の隅部がより良い形状となるよう適宜時間差を設けても構わず、スラリーの吐出の開始時および停止時における塗膜の形状に応じて弁体の開閉時間および開度を調節することによって塗膜の隅部の形状を調節しても良い。
　また、上記の説明では、ダイ１０と基材２の間隔を変化させる際のダイ１０の移動速度を等速としているが、必ずしも等速でなくても良く、塗膜の隅部がより良い形状となるような速度プロファイルでダイ１０が移動しても良い。
　また、スラリー３の吐出開始時におけるダイ１０と基材２の間隔ｄ１とスラリー３の吐出完了時におけるダイ１０と基材２の間隔ｄ３とは異なっていても構わない。
　また、シム板１５に面取り部１５ｃが無く、吐出口１８の近傍においてスラリー３の流路の幅が不変であっても構わない。
　また、上記の説明では供給バルブ４１においてシャフトを動作させる手段としてボイスコイルモータが使用されているが、これに限らず、たとえばエアシリンダなど他の直動機構が使用されても良い。
　また、基材が帯状であってロールツーロールで搬送される形態でなく枚葉の形態の基材であっても良い。その場合、固定された基材に対してダイが移動することによって基材とダイとが相対移動する形態であっても良い。
　また、本発明の電池用極板の製造装置は、全固体電池の製造に限らず、固体電解質層の代わりに電解液を有するリチウムイオン電池などに適用されても構わない。
　１　塗工装置（電池用極板の製造装置）
　２　基材
　３　スラリー
　５　ローラ
　１０　ダイ
　１１　マニホールド
　１２　スリット
　１３　第一分割体
　１３ａ　第一リップ
　１４　第二分割体
　１４ａ　第二リップ
　１５　シム
　１５ａ　ベース部
　１５ｂ　突出部
　１５ｃ　面取り部
　１６　流入部
　１７　底部
　１８　吐出口
　１９　位置調節部
　２０　供給手段
　２１　供給配管
　２２　タンク
　２３　ポンプ
　２４　リターン配管
　３１　始端部
　３２　安定塗工部
　３３　終端部
　４０　供給制御部
　４１　供給バルブ
　４２　弁体
　４３　電動シリンダ
　５０　リターン制御部
　５１　リターンバルブ
　５２　弁体
　５３　エアシリンダ
　５５　調節弁
　１００　二次電池
　１０１　正極
　１０２　負極
　１０３　枠部
　１０４　固体電解質層
　２００　二次電池
　２０１　正極
　２０２　負極
　２０３　枠部

Claims (7)

  1. 　帯状の基材との相対移動方向と交わる方向に長い吐出口を有するダイを備え、搬送される基材に前記吐出口から間欠的にスラリーを塗工し、略四角形の塗膜を間欠的に形成させる電池用極板の製造装置であり、
    　塗工時の前記ダイからのスラリーの塗工圧力は一定に設定され、
    　前記ダイの位置を調節することにより前記ダイと基材との間隔を調節する位置調節部を有し、
    　各々の塗膜の形成において塗膜の始端部を形成する時の前記ダイと基材との間隔である第１の間隔および塗膜の終端部を形成する時における前記ダイと基材との間隔である第３の間隔が、塗膜の前記始端部と前記終端部の間の部分を形成する時の前記ダイと基材との間隔である第２の間隔よりも大きくなるよう、前記位置調節部が前記ダイの位置を調節することにより、塗膜の四隅に丸みを持たせることを特徴とする、電池用極板の製造装置。
  2. 　前記位置調節部は、前記ダイと基材との間隔を前記第１の間隔から前記第２の間隔へ所定の加減速で変化させ、また、前記第２の間隔から前記第３の間隔へ所定の加減速で変化させることを特徴とする、請求項１に記載の電池用極板の製造装置。
  3. 　前記ダイ内のスラリーの流路は、前記吐出口の近傍において、前記吐出口から奥に行くにしたがって前記ダイの幅方向に狭くなる形状を有することを特徴とする、請求項１もしくは２に記載の電池用極板の製造装置。
  4. 　前記ダイは、前記ダイの幅方向におけるスラリーの流路の幅を規定するシム板を有し、当該シム板の先端部が面取りを有することにより、前記吐出口から奥に行くにしたがって前記ダイの幅方向に狭くなるスラリーの流路形状を形成することを特徴とする、請求項３に記載の電池用極板の製造装置。
  5. 　前記ダイへのスラリーの供給経路を開閉させる開閉弁を有する開閉バルブを備え、スラリーの吐出の開始時および停止時における塗膜の形状に応じて前記開閉弁の開閉時間および開度を調節することを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の電池用極板の製造装置。
  6. 　前記位置調節部による前記ダイの移動および前記開閉弁の移動は、同じタイミングで開始し、同じタイミングで完了することを特徴とする、請求項５に記載の電池用極板の製造装置。
  7. 　前記ダイから吐出するスラリーは、全固体電池の活物質層を構成することを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の電池用極板の製造装置。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007066744A (ja) * 2005-08-31 2007-03-15 Sony Corp 塗工装置および電極の製造方法
WO2012142405A1 (en) * 2011-04-13 2012-10-18 Megtec Systems, Inc. Method and apparatus for coating discrete patches
JP2016131941A (ja) * 2015-01-21 2016-07-25 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 塗工装置とその運転方法
JP2018001123A (ja) * 2016-07-06 2018-01-11 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 塗工装置および塗工方法
JP2018073583A (ja) * 2016-10-27 2018-05-10 株式会社豊田自動織機 蓄電装置
JP2020163259A (ja) * 2019-03-28 2020-10-08 東レエンジニアリング株式会社 塗工装置および塗工方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007066744A (ja) * 2005-08-31 2007-03-15 Sony Corp 塗工装置および電極の製造方法
WO2012142405A1 (en) * 2011-04-13 2012-10-18 Megtec Systems, Inc. Method and apparatus for coating discrete patches
JP2016131941A (ja) * 2015-01-21 2016-07-25 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 塗工装置とその運転方法
JP2018001123A (ja) * 2016-07-06 2018-01-11 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 塗工装置および塗工方法
JP2018073583A (ja) * 2016-10-27 2018-05-10 株式会社豊田自動織機 蓄電装置
JP2020163259A (ja) * 2019-03-28 2020-10-08 東レエンジニアリング株式会社 塗工装置および塗工方法

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