(57)【要約】【課題】補正を行うことなく超音波を用いて、電極の重量を精度良く測定することができる電池用電極の製造方法及び装置を提供すること。【解決手段】基材２０の表面に塗工された電極合剤を乾燥させる乾燥炉６０と、乾燥炉６０で乾燥させた電極１０の重量を超音波センサ８１を用いて測定する重量測定装置８０とを有する電池用電極の製造装置３０において、乾燥炉６０と重量測定装置８０との間に、電極１０の温度を所望温度に均一化する温度均一化装置７０を設ける。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面に塗工された電極合剤を乾燥させる乾燥工程と、前記乾燥工程で乾燥させた電極の重量を超音波を用いて測定する重量測定工程とを有する電池用電極の製造方法において、
前記乾燥工程と前記重量測定工程との間に、前記電極の温度を所望温度に均一化する温度均一化工程を含む
ことを特徴とする電池用電極の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載する電池用電極の製造方法において、
前記温度均一化工程では、電極搬送用ロールとして前記電極に接触することにより前記電極を冷却又は昇温させる温度調整ロールを使用し、前記電極の温度を均一化する
ことを特徴とする電池用電極の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載する電池用電極の製造方法において、
前記温度均一化工程では、前記温度調整ロールを２本以上配置し、各ロールとの接触による前記電極の温度変化が１５℃以下となるように、各ロールの温度をそれぞれ設定している
ことを特徴とする電池用電極の製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３に記載するいずれか１つの電池用電極の製造方法において、
前記温度均一化工程では、前記重量測定工程の空間温度に対して、前記電極の温度が±２℃の範囲内に収まるように、前記電極の温度を均一化する
ことを特徴とする電池用電極の製造方法。
【請求項５】
基材の表面に塗工された電極合剤を乾燥させる乾燥炉と、前記乾燥炉で乾燥させた電極の重量を超音波センサを用いて測定する重量測定装置とを有する電池用電極の製造装置において、
前記乾燥炉と前記重量測定装置との間に、前記電極の温度を所望温度に均一化する温度均一化装置を備える
ことを特徴とする電池用電極の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材の表面に電極合剤層を形成した電池用電極の製造方法及び装置に関する。より詳細には、製造された電極の重量（目付け量）の測定精度を向上させる電池用電極の製造方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、モータを駆動源として搭載したハイブリッド車両や電気自動車等の電動車両が普及しつつある。こうした電動車両には、充電や放電を行うための二次電池が搭載されている。二次電池の電極は、帯状の金属箔（基材）に活物質（正極活物質又は負極活物質）を塗布することによって製造されている。具体的に、電池用電極の製造過程では、活物質とバインダーとを溶媒で混練したペースト状の電極合剤を塗布し、その活物質を乾燥させ、乾燥させた活物質を金属箔とともにプレスロールにて圧延し、圧延後の薄膜を適切な幅および長さに切断することが行われている。
【０００３】
この二次電池では、充電や放電を行う際、正極板の塗工膜に含まれる正極活物質と、負極板の塗工膜に含まれる負極活物質との間で、イオンの吸蔵や放出が行われる。そのため、電極合剤が均一の厚み（目付け量）で塗布されていないと、充放電時に電池電極の厚い部分に電流が集中しやすくなり、微短絡が起こりやすくなる等の問題が生じる。そこで、イオンの吸蔵や放出を適切に行うために、基材の表面に電極合剤が均一の厚みで塗布されている必要がある。
【０００４】
このようなことから、電池用電極の製造工程では、基材に電極合剤層が形成された電極の重量を測定している。この重量の測定方法として、例えば、超音波の減衰を利用して重量を測定するものがある。すなわち、いわゆる透過型の超音波センサを用いて、電池用電極を介して互いに対向する位置に超音波の発信用及び受信用の一対のセンサを配置し、電池用電極に対する信号強度、つまり電池用電極に発信され、その電池用電極を透過した超音波信号の強度の測定が行われている。
【０００５】
この超音波測定において、測定精度を向上させるための技術の１つとして、特許文献１に開示されたものがある。ここに開示された技術では、電極に対する信号強度を連続的に計測する可動センサと、可動センサの校正に使用される基準材と、基準材に対する信号強度を連続的に計測する固定センサと、を備え、可動センサによる電極の検査の初期校正として、空気層に対する固定センサと可動センサとの信号強度の差、及び基準材に対する固定センサと可動センサとの信号強度の差に基づいて可動センサを校正し、可動センサによって電極に対する信号強度を計測すると同時に、固定センサによって基準材に対する信号強度を計測し、初期校正における基準材に対する固定センサの信号強度との差に基づいて可動センサを校正している。この測定技術では、温度の影響をなくすために、測定用のセンサとは別に、校正用のセンサを用いて、測定値を常時校正（補正）することにより、測定精度を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２０５６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の超音波を用いた電極の重量測定技術では、補正用に別途センサが必要であるという問題があった。
また、重量（厚み）を測定する電極と校正用の基準材との間に温度差が発生すると、測定値を正確に補正することができなくなり、電極の重量を正確に測定することができないという問題もあった。このような問題が生じるのは、以下の理由からである。すなわち、電極の製造工程においては、図４に破線で示すように、塗工長に応じて、重量を測定する測定工程での電極の温度が上昇する。そして、電極の温度が上昇すると、電極近傍の空気密度が低下する。そうすると、超音波の減衰量が減少するため、重量の測定値が大きくなってしまう。その一方、基準材の温度は変化しないため、校正用のセンサでは、超音波の減衰量は減少しない。そのため、図６に示すように、電極の温度上昇に従って測定のズレ量が大きくなり、電極の重量を正確に測定することができないのである。
【０００８】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、補正を行うことなく超音波を用いて、電極の重量を精度良く測定することができる電池用電極の製造方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、基材の表面に塗工された電極合剤を乾燥させる乾燥工程と、前記乾燥工程で乾燥させた電極の重量を超音波を用いて測定する重量測定工程とを有する電池用電極の製造方法において、前記乾燥工程と前記重量測定工程との間に、前記電極の温度を所望温度に均一化する温度均一化工程を含むことを特徴とする。
【００１０】
この電池用電極の製造方法では、乾燥工程と重量測定工程との間に、電極の温度を所望温度に均一化する温度均一化工程を含むので、重量測定工程において電極の重量を測定するときの電極温度を一定に保つことができる。これにより、温度補正用の超音波センサを用いることなく、超音波を用いて電極の重量を精度良く測定することができる。
また、乾燥後の電極の温度による超音波を用いた重量測定への影響を抑えることができるため、乾燥工程における条件変更などに対しても影響されることなく、電極の重量を常に精度良く測定することができる。
【００１１】
上記した電池用電極の製造方法において、前記温度均一化工程では、電極搬送用ロールとして前記電極に接触することにより前記電極を冷却又は昇温させる温度調整ロールを使用し、前記電極の温度を均一化することが望ましい。
【００１２】
このようにすることにより、ロール追加のみで補正を行うことなく超音波による電極の重量の測定精度を向上させることができる。なお、温度調整ロールとして、冷却ロール又は昇温ロールを使用することができる。
【００１３】
この場合、前記温度均一化工程では、前記温度調整ロールを２本以上配置し、各ロールとの接触による前記電極の温度変化が１５℃以下となるように、各ロールの温度をそれぞれ設定すれば良い。
【００１４】
このように、ロールを２本以上配置して、乾燥後における電極の温度変化を１５℃以下に抑えることにより、電極の温度を所望温度に確実に均一化することができる。これにより、超音波による電極の重量の測定精度をより向上させることができるとともに、熱収縮によって電極にシワが発生することを抑制することもできる。従って、不良品の発生を回避することができる。なお、各ロールとの接触による電極の温度変化を１５℃以下にするのは、１５℃よりも大きい温度変化が生じると、電極に熱収縮によるシワが発生する可能性が高くなるからである。
【００１５】
また、上記した電池用電極の製造方法において、前記温度均一化工程では、前記重量測定工程の空間温度に対して、前記電極の温度が±２℃の範囲内に収まるように、前記電極の温度を均一化することが望ましい。
【００１６】
このようにすることにより、温度補正用の超音波センサを用いることなく、超音波を用いて電極の重量を一層精度良く測定することができる。
【００１７】
そして、上記した製造方法を実施するための製造装置は、基材の表面に塗工された電極合剤を乾燥させる乾燥炉と、前記乾燥炉で乾燥させた電極の重量を超音波センサを用いて測定する重量測定装置とを有する電池用電極の製造装置において、前記乾燥炉と前記重量測定装置との間に、前記電極の温度を所望温度に均一化する温度均一化装置を備えることを特徴とする。
【００１８】
上記した電池用電極の製造装置において、前記温度均一化装置は、電極搬送用ロールとして前記電極に接触することにより前記電極を冷却又は昇温させる温度調整ロールを備えていることが望ましい。
【００１９】
また、上記した電池用電極の製造装置において、前記温度均一化装置は、前記ロールを２本以上備え、各ロールとの接触による前記電極の温度変化が１５℃以下となるように、各ロールの温度をそれぞれ設定することが望ましい。
【００２０】
さらに、上記したいずれか１つの電池用電極の製造装置において、前記温度均一化装置は、前記重量測定装置内の空間温度に対して、前記電極の温度が±２℃の範囲内に収まるように、前記電極の温度を均一化することが望ましい。
【００２１】
このような構成を有することにより、温度補正用の超音波センサを用いることなく、超音波を用いて電極の重量を精度良く測定することができる。また、熱収縮によって電極にシワが発生することを抑制することもできる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る電池用電極の製造方法及び装置によれば、上記した通り、補正を行うことなく超音波を用いて、電極の重量を精度良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】電極の概略構成を示す側面図である。
【図２】電極製造装置の概略を示す概略構成図である。
【図３】超音波センサの概略を示す概略構成図である。
【図４】重量測定装置内での電極温度の測定結果を示す図である。
【図５】重量測定装置による電極の重量を測定した結果を示す図である。
【図６】従来技術によって電極の重量を測定した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の電池用電極の製造方法及び装置を具体化した実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。ここでは、車両に搭載するリチウムイオン二次電池用の電極を製造する場合について例示する。
【００２５】
そこで、まず、製造する電極について、図１を参照しながら簡単に説明する。図１は、電極板の概略構成を示す側面図である。図１に示すように、電極１０は、帯状の基材（集電体）２０の表面に電極合剤層２１が形成されたものである（図３参照）。電極合剤層２１は、基材２０に電極合剤を塗布した後に乾燥させることにより、基材２０に結着されている。なお、電極合剤は、活物質、導電補助材、バインダー、及び溶媒等が混練された導電性ペーストである。本実施形態において、基材２０の厚さは、１０μｍ程度であり、電極合剤層２１の厚さは、乾燥前で２５μｍ程度、乾燥後で２０μｍ程度である。
【００２６】
ここで、電極１０には、正極及び負極の２種類がある。リチウムイオン二次電池の正極板には、基材２０としてアルミ箔等を用いることができる。また、正極の電極合剤層２１を形成する電極合剤に含まれる活物質としては、充電時にリチウムイオンを吸蔵し、放電時にリチウムイオンを放出するものであれば良く、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム等のリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。
【００２７】
一方、リチウムイオン二次電池の負極には、基材２０として銅箔等を用いることができる。また、負極の電極合剤層２１を形成する電極合剤に含まれる活物質としては、放電時にリチウムイオンを吸蔵し、充電時にリチウムイオンを放出するものであれば良く、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛等の炭素や、ソフトカーボン、ハードカーボン等の非晶質のアモルファス系炭素が挙げられる。
【００２８】
ここで、正極と負極とでは、前述したように材料は異なるが、基材２０及び電極合剤層２１の幅や厚み等は基本的に同じである。このため、本実施の形態に係る電極の製造方法及び装置は、リチウムイオン二次電池の正極又は負極のいずれにも適用することができる。よって、以下では、特に正極と負極とを区別しないで電極１０として説明する。
【００２９】
次に、上記した電極１０を製造する製造装置について、図２を参照しながら説明する。図２は、電極製造装置の概略を示す概略構成図である。電極製造装置３０には、巻出リール４０と、塗工装置５０と、乾燥工程を実施する乾燥炉６０と、温度均一化工程を実施する温度均一化装置７０と、重量測定工程を実施する重量測定装置８０と、巻取リール９０とが備わっている。そして、電極製造装置３０では、巻出リール４０から送り出される基材２０に対し各装置において以下に述べる各工程が実施されることにより電極１０が製造され、製造された電極１０が巻取リール９０に巻き取られるようになっている。
【００３０】
塗工装置５０では、基材２０の表面に電極合剤を塗工する塗工工程が実施される。この塗工工程では、巻出リール４０から送出される基材２０に電極合剤が塗布されて電極合剤層２１が形成される。塗工装置５０には、バックアップロール５１とダイ５２が設けられている。バックアップロール５１は、ダイ５２のダイスリットと対向する位置に、基材２０が通過できる所定間隔に離間して配置されている。そして、基材２０が所定速度で送出されバックアップロール５１の外周面により支持された状態で、ダイ５２に供給された電極合剤がダイスリットから一定の流量で吐出され、基材２０の表面に塗工される。これにより、基材２０の表面に所定厚みの電極合剤が塗工されて電極合剤層２１が形成される。
【００３１】
乾燥炉６０では、基材２０の表面に形成された電極合剤層２１を乾燥させる乾燥工程が実施される。この乾燥工程では、乾燥炉６０内に設けられた加熱ノズルからの熱風により、乾燥炉６０内を通過する基材２０上の電極合剤層２１が加熱され、溶媒が蒸発して電極合剤層２１が乾燥する。このとき、乾燥炉６０は、電極合剤層２１を急激に乾燥させないように制御されている。電極合剤層２１が急激に乾燥すると、電極合剤に含まれる溶媒の蒸発により、電極合剤層に亀裂が発生するほか、乾燥中にバインダーが表層側に移動して固化することで、電極合剤層２１に偏析（マイグレーション）が生じ問題となるからである。
【００３２】
温度均一化装置７０では、乾燥炉６０で乾燥された電極１０の温度を所望温度に均一化する温度均一化工程が実施される。温度均一化装置７０には、電極１０に接触して電極１０の温度を所望温度（本実施の形態では２５℃）に調整する温度調整ロール７１，７２が設けられている。本実施の形態では、温度調整ロール７１，７２として、冷却ロールを使用している。
【００３３】
温度調整ロール７１，７２は、電極１０に接触することにより電極１０の温度を段階的に変化させ所望温度（本実施の形態では２５℃）にする。このとき、各ロール７１，７２との接触による電極１０の温度変化（本実施の形態では温度低下）が１５℃以下となるように、各ロール７１，７２の温度がそれぞれ設定されている。また、温度調整ロール７１，７２は、重量測定装置８０の空間温度に対して、電極１０の温度が±２℃の範囲内（本実施の場合では２３〜２７℃）に収まるように、温度制御が行われている。
【００３４】
これにより、乾燥後における電極１０の温度変化が１５℃以下に抑えられながら、電極１０の温度を所望温度に確実に均一化することができる。また、熱収縮によって電極１０にシワが発生することも抑制することができる。なお、各ロール７１，７２との接触による電極１０の温度変化を１５℃以下にするのは、１５℃よりも大きい温度変化が電極１０に生じると、電極１０に熱収縮によるシワが発生する可能性が高くなるからである。
【００３５】
重量測定装置８０では、温度均一化装置７０で所望温度に均一化された電極１０の重量を測定する重量測定工程が実施される。この重量測定工程では、超音波を用いて電極１０の重量（本実施の形態では電極１０の目付け量）を算出する。そのために、重量測定装置８０には、図３に示すように、超音波センサ８１が設けられている。図３は、超音波センサの概略を示す概略構成図である。
【００３６】
超音波センサ８１は、発信探触子８１ａ及び受信探触子８１ｂからなる一対の透過型超音波センサである。発信探触子８１ａと受信探触子８１ｂとは、搬送される電極１０を介して対向するように配置され、発信探触子８１ａが電極１０に向けて超音波を発信し、電極１０を透過した超音波（透過波）を受信探触子８１ｂが受信することで電極１０に対する信号強度（電極１０に向けて発信され、電極１０を透過した超音波信号の強度）を計測する。そして、重量測定装置８０は、計測された信号強度に応じて電極１０の目付け量（厚みに相当する）を算出する。
【００３７】
なお、発信探触子８１ａ及び受信探触子８１ｂは、電極１０が搬送される方向と直交し、電極１０が延在する方向（電極１０の幅方向）に向けて一体的に移動可能に構成され、かつ、電極１０の幅方向に対して所定範囲内を往復移動可能に構成されている。また、超音波センサ８１における超音波の周波数は、空気中を伝搬可能な値であって、測定する電極の材質等によって最適な値（例えば、１００ＫＨｚ以下）に設定すれば良い。
【００３８】
続いて、上記した電極製造装置３０により電極１０を製造する方法について説明する。まず、塗工装置５０により、巻出リール４０から送り出された基材２０に対して電極合剤が塗工され、基材２０の表面に電極合剤層２１が形成される。電極合剤層２１が形成された基材２０は、乾燥炉６０で乾燥させられる。かくして、電極１０が得られる。次に、乾燥炉６０から搬出された電極１０は、温度均一化装置７０により、段階的に温度が下げられて所望温度に均一化される。そして、重量測定装置８０により、温度が所望温度に均一化された電極１０の厚さが算出される。
【００３９】
ここで、重量測定装置８０内での電極（基材）の温度を測定したので、その測定結果を図４に示す。図４は、重量測定装置内での電極温度の測定結果を示す図である。なお、破線は、従来技術を適用した場合の電極温度を示している。
図４から明らかなように、重量測定装置８０において、電極１０の温度は所望温度（本実施の形態では２５℃）で安定していることが判る。また、電極１０の温度が所望温度に対して±１℃以内に収まっていることも判る。
【００４０】
このように、重量測定装置８０では、電極１０の温度が安定しているため、重量測定の際に従来技術のように温度補正を行う必要がない。そのため、温度補正用の超音波センサを別途設けなくても良い。これにより、重量測定の際に補正処理を行う必要もなくなる。そして、温度補正用の超音波センサを用いることなく、超音波センサ８１のみで、電極１０の重量を精度良く測定することができる。
【００４１】
ここで、重量測定装置８０による電極の重量の測定結果を図５に示す。なお、図５に示すズレ量とは、目付け量の実測値と測定値との誤差である。
図５から明らかなように、ズレ量はほぼゼロである。そして、測定誤差は、従来技術では約２％であったが、本実施の形態では約０．２％にまで低減することができる。つまり、測定精度を１０倍（誤差を１／１０）にすることができる。
このように、電極温度による重量測定への影響を抑えることができるため、乾燥工程における条件変更などに対しても影響されることなく、電極１０の重量を常に精度良く測定することもできる。
【００４２】
以上、詳細に説明したように本実施の形態では、乾燥工程を実施する乾燥炉６０と重量測定工程を実施する重量測定装置８０との間に、電極１０の温度を所望温度に均一化する温度均一化工程を実施する温度均一化装置７０が設けられているので、重量測定装置８０において電極１０の重量を測定するときの電極温度を一定に保つことができる。これにより、温度補正用の超音波センサを用いることなく、超音波センサ８１のみで電極１０の重量を精度良く測定することができる。
また、乾燥後の電極１０の温度による超音波を用いた重量測定への影響を抑えることができるため、乾燥炉６０における条件変更などに対しても影響されることなく、電極１０の重量を常に精度良く測定することができる。
【００４３】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、温度調整ロール７１，７２として、冷却ロールを使用しているが、製造条件などにより温度均一化装置７０に搬送される電極１０の温度が温度均一化装置７０の空間温度よりも低くなる場合には、冷却ロールの代わりに昇温ロールを使用すれば良い。
また、上記した実施の形態では、温度均一化装置７０に温度調整ロールを２本設けているが、３本以上設けることもできる。
【符号の説明】
【００４４】
１０    電極
２０    基材
２１    電極合剤層
３０    電極製造装置
５０    塗工装置
６０    乾燥炉
７０    温度均一化装置
７１    温度調整ロール
７２    温度調整ロール
８０    重量測定装置
８１    超音波センサ
８１ａ  発信探触子
８１ｂ  受信探触子
【図１】
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【図２】
2014032767.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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