(57)【要約】【課題】高粘度の電極ペーストを使用した場合であっても、塗工ギャップを適正な値に設定することができ、準備段階における製造ロスの発生を低減することができる電極ペーストの塗工装置を提供する。【解決手段】ここで開示される塗工装置１は、電極ペーストを吐出する塗工ダイ３０と、電極ペーストを循環させる循環経路２０と、循環経路２０における電極ペーストの圧力を測定する圧力測定部４０と、測定された電極ペーストの圧力に基づいて塗工ギャップｄを設定する間隔設定部５０とを備えており、圧力測定部４０が取り付けられた循環経路２０の配管２２の直径φが、電極ペーストの粘度の実測値の中央値μに対して下記の式（１）を満たすように設定されている。  （μ／２０００）＋５≦φ≦（μ／１０００）＋１０      （１）  なお、上記式１において、μの単位はｍＰａ・ｓであり、φの単位はｍｍである。【選択図】図１
2018041616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極活物質を含む電極ペーストを貯蔵する貯蔵タンクと、
前記貯蔵タンクから供給された前記電極ペーストを電極集電体の表面に向けて吐出する塗工ダイと、
前記塗工ダイに供給される前の前記電極ペーストを循環させる循環経路と、
前記循環経路における前記電極ペーストの圧力を測定する圧力測定部と、
前記圧力測定部により測定された前記循環経路における前記電極ペーストの圧力に基づいて、前記電極ペーストの塗工開始時の前記塗工ダイと前記電極集電体との間隔を設定する間隔設定部と
を備えた電極ペーストの塗工装置であって、
前記圧力測定部が取り付けられた前記循環経路の配管の直径φが、前記電極ペーストの粘度の実測値の中央値μに対して下記の式（１）を満たすように設定されている、電極ペーストの塗工装置。
（μ／２０００）＋５≦φ≦（μ／１０００）＋１０      （１）
なお、上記式１において、μの単位はｍＰａ・ｓであり、φの単位はｍｍである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極活物質層の前駆体である電極ペーストを電極集電体に塗工する電極ペーストの塗工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池等の二次電池は、近年、パソコンや携帯端末等のいわゆるポータブル電源や車両駆動用電源として好ましく用いられている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池は、電気自動車、ハイブリッド自動車等の車両に搭載して用いられる高出力電源（例えば、車両の駆動輪に連結されたモータを駆動させる電源）として重要性が高まっている。
これらの二次電池の電極は、例えば、活物質を適当な溶媒（例えば水）に分散させて混練した電極ペーストを調製し、当該電極ペーストを箔状の電極集電体に塗工して乾燥することにより製造される。
【０００３】
このような電極ペーストを電極集電体に塗工するに際しては、例えば、特許文献１に記載の塗工方法が用いられる。この塗工方法は、塗工ダイと塗工液（電極ペースト）のタンクとの間で塗工液を循環させる循環回路内の塗工液の圧力及び流量を検出し、検出した圧力及び流量に基づいて塗工液の粘度を推定する。そして、推定した粘度と塗工ダイの塗工幅との相関関係に基づいて、塗工ダイの吐出口と基材（電極集電体）との間隔である塗工ギャップの初期値を決定する。これによって、電極ペーストの塗工開始時において、塗工幅を早期に目標値へと安定させて準備段階における破棄製品を減少させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２５４４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年では、電極ペーストの乾燥時間を短縮して電極の生産速度を向上させるために、溶媒の量を従来よりも少なくした高固形分かつ高粘度（粘度：８０００〜１５０００ｍＰａ・ｓ）の電極ペーストが用いられている。
【０００６】
しかし、かかる高固形分かつ高粘度の電極ペーストを用いると、循環経路における圧力（配管圧損）の測定結果に大きなばらつきが生じて、電極ペーストの粘度を正確に推定することが難しくなる場合がある。このような場合、塗工ギャップの初期値を適正な値に設定することができず、塗工開始後の塗工幅が安定しなくなったり、塗工後の電極ペーストにエアー巻き込みによるスジが発生したりして準備段階における製造ロスが増加する恐れがある。
さらに、近年では、生産速度の向上のために塗工速度が高速に設定される傾向もあり、このことも、塗工開始後から塗工幅が安定するまでに生じる製造ロスが増加する原因となっている。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、高粘度の電極ペーストを使用した場合であっても、塗工ギャップの初期値を適正な値に設定することができ、準備段階における製造ロスの発生を低減することができる電極ペーストの塗工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を実現するべく、本発明によって以下の構成の電極ペーストの塗工装置が提供される。
【０００９】
ここで開示される電極ペーストの塗工装置は、電極活物質を含む電極ペーストを貯蔵する貯蔵タンクと、貯蔵タンクから供給された電極ペーストを電極集電体の表面に向けて吐出する塗工ダイと、塗工ダイに供給される前の電極ペーストを循環させる循環経路と、循環経路における電極ペーストの圧力を測定する圧力測定部と、圧力測定部により測定された循環経路における電極ペーストの圧力に基づいて電極ペーストの塗工開始時の塗工ダイと電極集電体との間隔を設定する間隔設定部とを備えている。
そして、ここで開示される電極ペーストの塗工装置では、圧力測定部が取り付けられた循環経路の配管の直径φが、電極ペーストの粘度の実測値の中央値μに対して下記の式（１）を満たすように設定されている。
（μ／２０００）＋５≦φ≦（μ／１０００）＋１０      （１）
なお、上記式１において、μの単位はｍＰａ・ｓであり、φの単位はｍｍである。
【００１０】
高粘度の電極ペーストを用いた場合に、圧力測定部においてばらつきの小さな測定結果を得るためには、圧力測定部が取り付けられた循環経路の配管の直径を大きくして圧力測定部の感度を低下させるという方法がある。しかし、循環経路の配管の直径を大きくし過ぎると、圧力測定部の感度が下がり過ぎてしまい、この場合も電極ペーストの圧力を正確に測定することができなくなる。
【００１１】
ここで開示される電極ペーストの塗工装置は、上記した圧力測定部の感度に関するトレードオフの関係を考慮して、電極ペーストの粘度の実測値の中央値μと、循環経路の配管の直径φとの関係を式（１）のように規定している。
かかる式（１）に基づいて循環経路の配管の直径φを定めることによって、電極ペーストの圧力を測定結果のばらつきの影響を十分小さくすることができ、かつ、塗工ギャップを適切に設定できる程度に圧力測定部の感度を低下させることができる。これによって、高粘度の電極ペーストを使用した場合であっても、塗工開始時の塗工ギャップを適正値に設定して準備段階における製造ロスの発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る電極ペーストの塗工装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】循環経路の圧損と電極ペーストの粘度との関係を示すグラフであって、縦軸は循環時圧損（ｋＰａ）を示し、横軸はペースト粘度（ｍＰａ・ｓ）を示している。
【図３】適正ギャップと電極ペーストの粘度との関係を示すグラフであって、縦軸は適正ギャップ（μｍ）を示し、横軸はペースト粘度（ｍＰａ・ｓ）を示している。
【図４】適正ギャップと循環経路の圧損との関係を示すグラフであって、縦軸は適正ギャップ（μｍ）を示し、横軸は循環時圧損（ｋＰａ）を示している。
【図５】本発明の他の実施形態に係る電極ペーストの塗工装置の構成を概略的に示す図である。
【図６】試験例１５の塗工装置を用いた場合の塗工幅の推移を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図を参照しながら本実施形態に係る電極ペーストの塗工装置を説明する。
【００１４】
なお、本明細書において「二次電池」とは、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などを含む充放電可能な電池をいう。また、本明細書において「活物質」とは、正極側又は負極側において蓄電に関与する物質（化合物）をいう。
【００１５】
図１は本実施形態に係る電極ペーストの塗工装置を模式的に示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る塗工装置１は、貯蔵タンク１０と、塗工ダイ３０と、循環経路２０と、圧力測定部４０と、間隔設定部５０とを備えている。
【００１６】
貯蔵タンク１０には電極活物質を含む電極ペーストが貯蔵されており、供給管２１を介して貯蔵タンク１０と塗工ダイ３０とが接続されている。また、塗工ダイ３０は、バックアップロール８０上を搬送される電極集電体Ｓに対向するように配置されており、塗工ダイ３０と電極集電体Ｓとの間には所定の塗工ギャップｄが設けられている。
【００１７】
また、本実施形態に係る塗工装置１は、上記した供給管２１とリターン配管２２とからなる循環経路２０を備えている。リターン配管２２は、一端が塗工ダイ３０上流の供給管２１に接続され、他端が貯蔵タンク１０に接続されている。また、図示は省略するが、供給管２１とリターン配管２２との接続部分には三方弁が設けられており、この三方弁によって電極ペーストの吐出と循環を切り替えることができるように構成されている。
【００１８】
そして、上記した循環経路２０の配管（図１においてはリターン配管２２）には、循環中の電極ペーストの圧力を測定する圧力測定部４０が設けられている。本実施形態の圧力測定部４０は、一対の圧力計４１、４２により構成されており、当該一対の圧力計４１、４２の測定結果の差に基づいてリターン配管２２の配管圧損を測定する。
この一対の圧力計４１、４２の各々は、間隔設定部５０に接続されている。この間隔設定部５０には、圧力計４１、４２の測定結果に基づいて電極ペーストの粘度を推定する粘度推定部５２が設けられている。
例えば、粘度推定部５２には、図２に示すような電極ペースト循環中のリターン配管２２の配管圧損（循環時圧損：ｋＰａ）と、電極ペーストの粘度（ペースト粘度：ｍＰａ・ｓ）との関係を示すデータが予め記憶されており、このデータに基づいて配管圧損の測定結果から電極ペーストの粘度を推定する。なお、図２は、リターン配管２２の直径φが１５ｍｍ、電極ペーストの流量が９５０ｇ／ｍｉｎの場合の例を示したものである。
【００１９】
そして、間隔設定部５０は、粘度推定部５２が推定した電極ペーストの粘度に基づいて、塗工ギャップｄの初期値を設定する。
間隔設定部５０には、例えば、図３に示すような電極ペーストの粘度（ペースト粘度：ｍＰａ・ｓ）と塗工ギャップｄの適正値（適正ギャップ：μｍ）との関係を示すデータが予め記憶されており、このデータに基づいて電極ペーストの粘度から塗工ギャップｄの適正値を算出する。そして、算出した適正値になるように塗工ダイ３０とバックアップロール８０との距離を調整して、塗工開始時の塗工ギャップｄの初期値を設定する。
この図３は、ペースト粘度（ｘ）と適正ギャップ（ｙ）との関係を下記の一次関数の式（２）で表しており、この式（２）の相関係数Ｒ２は０．９８２５である。なお、この式（２）は間隔設定部５０に設定されている関係式の一例であり、式の係数は塗工幅の目標値や塗工ダイ３０に応じて変化する。
ｙ＝−０．０００５ｘ＋７４．９１１        （２）
【００２０】
そして、本実施形態に係る塗工装置１では、高粘度の電極ペーストを用いた場合であっても、正確な電極ペーストの粘度を推定することができるように、上記した循環経路２０の配管の直径が電極ペーストの粘度の実測値に応じて設定されている。
【００２１】
具体的には、本実施形態に係る塗工装置では、圧力計４１、４２が取り付けられたリターン配管２２の直径φ［ｍｍ］が、電極ペーストの粘度の実測値の中央値μ［ｍＰａ・ｓ］に対して下記の式（１）を満たすように設定されている。
（μ／２０００）＋５≦φ≦（μ／１０００）＋１０        （１）
上記式（１）における電極ペーストの粘度の実測値の中央値μは、例えば、一般的なレオメータを用いて、せん断速度２．５１ｓ−１の条件で測定した電極ペーストの粘度の実測値の上限値および下限値に基づいて算出される。なお、この中央値μには、必ずしも、上限値と下限値との間の値をそのまま用いる必要はなく、上限値と下限値との間の値を基準値として所定の範囲内（±１００ｍＰａ・ｓ、好ましくは±５０ｍＰａ・ｓ）の値を設定してもよい。
【００２２】
上記したように、配管圧損の測定結果のばらつきを小さくして、高粘度の電極ペーストを使用することによる影響を小さくするには、圧力測定部４０が取り付けられたリターン配管２２の直径φを大きくして圧力測定部４０の感度を低下させるという方法がある。しかし、リターン配管２２の直径φを大きくし過ぎると、圧力測定部４０の感度が下がり過ぎてしまい、この場合も塗工ギャップｄを適正値に設定することが困難になる。
【００２３】
上記した式（１）は、配管圧損の測定結果のばらつきの影響を十分小さくすることができ、かつ、塗工ギャップｄを適切に設定できる程度に、圧力測定部４０の感度を低下させるリターン配管２２の直径φの範囲を規定したものである。この式は、電極ペーストの粘度の実測値の中央値μに基づいて設定されているため、高粘度の電極ペーストを使用した場合であっても、塗工開始時の塗工ギャップｄを適正値に設定して準備段階における製造ロスの発生を低減することができる。
【００２４】
なお、上記した実施形態においては、圧力測定部４０がリターン配管２２に取り付けられているため、式（１）に基づいてリターン配管２２の直径φを設定しているが、式（１）に基づいて直径を設定する配管はリターン配管に限定されない。例えば、図５に示すように、供給管２１側に圧力測定部４０が取り付けられている場合には、この供給管２１の直径が上記式（１）を満たすように設定することによって、高粘度の電極ペーストを使用した場合であっても、塗工開始時の塗工ギャップｄを適正値に設定することができる。
【００２５】
また、上記した実施形態においては、図２に示す関係式に基づいて電極ペーストの粘度（ペースト粘度：ｍＰａ・ｓ）を推定し、図３に示す関係式に基づいてペースト粘度から適正ギャップを算出しているが、図４に示すように、循環経路２０の配管圧損と塗工ギャップｄの適正値との関係を予め調べておき、配管圧損の測定結果から塗工ギャップｄの適正値を直接算出してもよい。
図４は、電極ペースト循環中の循環経路の配管圧損と塗工ギャップの適正値との関係を示すグラフであって、図２および図３に示す関係式を換算することによって得られる。なお、この図４に示すグラフは、電極ペーストの粘度の実測値の中央値が１０３００ｍＰａ・ｓの場合のデータであり、循環時の配管圧損（ｘ）と塗工ギャップの適正値（ｙ）との関係は下記の一次関数の式（３）で表される。また、この式（３）の相関係数Ｒ２は０．９８９である。
ｙ＝−０．０３３３ｘ＋７５．９３４        （３）
【００２６】
［試験例］
以下、本発明に関する試験例を説明するが、この試験例は本発明を限定することを意図したものではない。
【００２７】
本試験例では、表１に示すように、粘度が異なる複数種類の電極ペーストを用意し、各々の電極ペーストの粘度の実測値の上限値と下限値を測定し、測定結果に基づいて電極ペーストの粘度の実測値の中央値（ＭＰａ・Ｓ）を設定した。そして、設定した中央値から式（１）に基づいた配管の直径の下限（φｍｉｎ）と上限（φｍａｘ）を算出し、このφｍｉｎとφｍａｘの範囲内の直径の配管を用いた試験例と、φｍｉｎとφｍａｘの範囲外の配管を用いた試験例を設けた。
【００２８】
なお、本試験例においては、電極ペーストとして、リチウム遷移金属複合酸化物を含む正極ペースト（ＮＶ値（固形分率）：６３．５％）を用い、正極ペーストの流量を１．５Ｌ／ｍｉｎ（合材目付１０．２ｍｇ／ｃｍ２）に設定した。
【００２９】
そして、正極ペーストの塗工開始前に、正極ペーストを循環経路で循環させながら循環経路における配管圧損を測定し、測定結果に基づいて圧力計の感度を求めると共に、相関係数Ｒ２を算出した。結果を表１に示す。
【００３０】
さらに、配管圧損の測定結果に基づいて塗工ギャップの初期値を設定した後、電極集電体を６０ｍ／ｍｉｎの搬送速度で搬送しながら塗工ダイから正極ペーストを吐出することによって正極シートの作製を開始した。このとき、所望の塗工幅が得られるまでに生じた廃棄品の長さ（ロス長さ［ｍｍ］）を測定し、測定結果が３μｍ以下であった場合を「可」と評価した。結果を表１に示す。
【００３１】
なお、配管圧損の測定結果に基づいた塗工ギャップの設定は下記の式（４）に示す一次関数に基づいて行った。
ｙ＝−ａｘ＋ｂ          （４）
ｙ：塗工ギャップの適正値（μｍ）
ａ：圧力計の感度
ｂ：任意の定数
ｘ：配管圧損の測定結果（ｋＰａ）
【００３２】
【表１】
2018041616.tif 000003
【００３３】
表１中の試験例１、５、８、１１に示すように、上記した式（１）で定めた下限値（φｍｉｎ）よりも配管の直径を小さくした場合、圧力計の感度が上昇する一方で相関係数Ｒ２が低下してロス長さが大きくなった。これは、配管の直径を小さくして感度を上昇させすぎた（感度：０．０６以上）ことによって、配管圧損の測定結果のばらつきの影響が大きくなったためと解される。
一方、試験例４、７、１３に示すように、式（１）で定めた上限値（φｍａｘ）よりも配管の直径を大きくした場合もロス長さが大きくなった。これは、圧力計の感度０．０２未満と低くなりすぎて正確な配管圧損を測定できなくなったためと解される。
【００３４】
一方、配管の直径φを下限値（φｍｉｎ）と上限値（φｍａｘ）の間に設定した試験例２、３、６、９、１０、１２では、０．０２以上という十分な感度を得ながら、かつ、０．９８以上という高い相関係数Ｒ２を得ることができた。そして、算出した粘度に基づいて塗工ギャップを設定して正極シートを作製することによって、ロス長さを３ｍｍ以下に抑制することができることを確認した。
【００３５】
２．試験Ｂ
次に、正極ペーストの流量を試験Ａよりも小さくした場合であっても同等の効果が得られるか否かについて調べるために試験Ｂを行った。
この試験Ｂにおいては、正極ペーストの流量を０．６Ｌ／ｍｉｎに変更したことを除いて試験Ａと同じ条件で試験を行った（試験例１４〜１６）。各々の試験例の試験条件および試験結果を表２に示す。
【００３６】
【表２】
2018041616.tif 000004
【００３７】
表２に示すように、正極ペーストの流量を変更させた場合であっても、試験例１５のように、式（１）に基づいて算出した直径の下限値（φｍｉｎ）と上限値（φｍａｘ）の範囲内に、循環経路の配管の直径を設定することによって製造ロスの発生を適切に抑制できることが確認できた。
【００３８】
さらに、試験Ｂにおいては、試験例１５の塗工開始直後における塗工幅の推移を調べた。結果を図６に示す。なお、図６中の点線は塗工ギャップの変化を示しており、実線は正極ペーストの塗工幅を示している。そして、横軸が塗工時間（ｓｅｃ）を示し、右側の縦軸が塗工幅（ｍｍ）、左側の縦軸が塗工ギャップ（μｍ）を示している。さらに、図６中の二点鎖線は塗工幅の規格の上限値および下限値を示しており、一点鎖線は塗工幅の規格の中央値を示している。
図６に示すように、塗工開始直後は塗工ギャップと塗工幅の何れかに若干の変動が生じていたが、常に塗工幅の規格の範囲内に維持されていた。このことから、試験例１５のように、式（１）に基づいて算出した直径の下限値（φｍｉｎ）と上限値（φｍａｘ）の範囲内に循環経路の配管の直径を設定することによって、塗工開始直後から適切な塗工幅で電極ペーストを塗工することができるため、製造ロスの発生を適切に抑制できることが確認できた。
【００３９】
以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００４０】
ここに開示される技術によれば、各種用途向けの二次電池を生産性高く製造することができる。この二次電池は、例えば、自動車等の車両に搭載されるモータ（電動機）用電源として好適に使用され得る。また、ここで開示される技術によって得られる二次電池は、それらの複数個を直列および／または並列に接続してなる組電池の形態で使用することができる。したがって、ここに開示される技術によると、かかる二次電池（組電池の形態であり得る。）を電源として備える車両（典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車）の生産性の向上に貢献し得る。
【符号の説明】
【００４１】
１            塗工装置
１０          貯蔵タンク
２０          循環経路
２１          供給管
２２          リターン配管
３０          塗工ダイ
４０          圧力測定部
４１、４２    圧力計
５０          間隔設定部
５２          粘度推定部
８０          バックアップロール
ｄ            塗工ギャップ
Ｓ            電極集電体
【図１】
2018041616.tif 000005
【図２】
2018041616.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
2018041616.tif 000009
【図６】
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