(57)【要約】【課題】電池用の電極部材を製造する際に使用されるロールプレス装置のプレスローラを小型化できるようにする。【解決手段】芯材９１に活物質９２が塗布された電極部材９０を加圧するロールプレス装置１であって、外周表層２１と、外周表層２１の内側の樹脂製の中間層２２とを含む一対のプレスローラ１１および１２を含む装置１を提供する。それぞれのプレスローラ１１および１２の外周表層２１は中間層２２よりも硬く、外周表層２１および中間層２２は一対のプレスローラ１１および１２により電極部材９０が挟み込まれるニップ２９の部分およびその前後で変形する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯材の上に活物質が塗布された電池用の電極部材を加圧する装置であって、
前記電極部材を挟んでプレスするように配置された一対のプレスローラを有し、
前記一対のプレスローラは、それぞれ、外周表層と、前記外周表層の内側の中間層とを含み、前記中間層は樹脂製であり、前記外周表層は前記中間層よりも硬く、前記外周表層および中間層は前記電極部材を挟む部分で変形し、それにより前記電極部材を挟む部分の前後の部分も変形する、装置。
【請求項２】
請求項１において、前記一対のプレスローラの前記外周表層および前記中間層は樹脂製であり、前記外周表層は、前記中間層の表層に無機の充填剤が配合されたものである、装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記一対のプレスローラは、それぞれ、前記中間層の内側に位置する金属製の軸層を含む、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池用の電極部材（極板）を製造する際に用いられる加圧装置である。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池は、電解質中のリチウムイオンが電気伝導を担う非水電解液二次電池である。リチウムイオン二次電池は、非水系の電解液を使用するため、水の電気分解電圧を超える高い電圧が得られ、また、エネルギー密度も高い。さらに、リチウムイオン二次電池は、比較的高容量であって、充電を頻繁に行っても容量低下を生じにくいという利点があるため、パソコンや携帯電話などの電子機器に広く用いられている。
【０００３】
一般に、リチウムイオン二次電池内に収容される電極（極板、正極となる電極および負極となる電極）は、金属箔からなる芯材（ウェブ、集電体、電極箔などと称されることもある）上に、活物質を含む溶液が塗布されてなる。溶液には、活物質のほか、結着剤や、必要に応じて導電助剤や増粘剤なども添加される。そして、この溶液を塗布後、これを乾燥し、プレスして、活物質の密度を上げることが行われている。
【０００４】
一例としては、正極には、主にリチウム含有遷移金属酸化物（コバルト酸リチウムやマンガン酸リチウムなど）が活物質として用いられる。正極となる電極は、以下のようにして製造される。まず、上述のような活物質に、導電助剤としてアセチレンブラックなどのカーボンブラックやグラファイトなどを添加し、結着剤としてポリフッ化ビニリデンなどを用い、必要に応じてＮ−メチル−２−ピロリドンを添加し、混合することでスラリーを調整する。コーティング工程において、このスラリーをダイコートまたはコンマコートでアルミニウム箔などの芯材上に塗布して乾燥させる。そして、電池の高容量化のために、活物質を塗布し乾燥させた芯材（電極部材、ワーク）をプレスし、活物質を高密度化させる。その後、スリット工程において、芯材から複数のテープ状電極材を形成するように長さ方向に沿って裁断する。そして最後に、テープ状電極材を所定の長さに裁断することにより正極電極が得られる。
【０００５】
負極には、主にリチウムイオンを吸蔵および放出可能なグラファイトなどが活物質として用いられる。負極となる電極は、以下のようにして製造される。まず、上述のような活物質に、カルボキシメチルセルロースやスチレンブタジエンゴムなどのゴム系バインダを混合し、必要に応じて水を添加して分散させることで、スラリーを調整する。コーティング工程において、このスラリーをダイコートまたはコンマコートで銅箔などの芯材上に塗布して乾燥させる。そして、電池の高容量化のために、プレス工程において、活物質を塗布し乾燥した芯材（電極部材、ワーク）をプレスし、活物質を高密度化させる。その後、スリット工程において、芯材から複数のテープ状電極材を形成するように長さ方向に沿って裁断する。そして最後に、テープ状電極材を所定の長さに裁断することにより負極電極が得られる。
【０００６】
そして、上記のようにして得られた正極電極と負極電極とを、例えばポリエチレンからなるセパレータを挟んだ状態で巻回し、所定のケースに収納する。そして、このケースに電解液を注入して封鎖することにより、リチウムイオン二次電池が得られる。
【０００７】
特許文献１には、非水電解液二次電池用電極の製造過程で金属製ウェブ上に活物質を塗布して乾燥させたものを互いに平行配置された２つのプレスロール間を連続的に通過させてプレスするプレスロール装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１７５５０１号公報（段落００１２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
活物質の密度を高めることなどを目的として、電池用の電極部材（極板）を加圧装置（プレスロール装置）により加圧し、活物質に対して直交する方向に圧力を与えることが行われている。その際、プレスロール（プレスローラ）により芯材が圧延されると、芯材に伸びが生じ、芯材がうねって、活物質が剥離する要因となるおそれがある。また、芯材が圧延されると、活物質の塗布部分と未塗布部分との延びの差により残留応力が発生し、電極部材をカットして電極シート（テープ状電極材）を製造したときに電極シートがカールしたりする要因となる。
【００１０】
このような問題を抑制するためには、芯材を圧延させにくい、より径の大きなプレスロール（ローラ）を用いて、活物質の加圧作業を行うことが望ましい。しかしながら、プレスロールは、典型的には金属製であり、径の大きなプレスロールは、その分、製造コストが嵩む。また、プレスロールは、定期的に表面を研磨するなどのメンテナンスが必要であり、径の大きな金属製のプレスロールは、メンテナンスにも手間と費用がかかる。さらに、メンテナンス中に製造作業を継続するためには、予備の金属製のプレスロールを予め用意している必要があり、その点でも費用が嵩む。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様は、芯材（金属製ウェブ、ウェブ、集電体、電極箔）の上（表面）に活物質が塗布された電池用の電極部材を加圧する装置（加圧装置）である。この装置は、電極部材を挟んでプレスするように配置された一対のプレスローラを有する。一対のプレスローラは、それぞれ、外周表層と、外周表層の内側の中間層とを含み、中間層は樹脂製であり、外周表層は中間層よりも硬く、外周表層および中間層は電極部材を挟む部分で変形し、さらに、それにより電極部材を挟む部分の前後の部分も変形する。
【００１２】
弾性を備えた樹脂製のローラ（樹脂ローラ）は、偏芯変形およびリング変形により小径のローラでニップ幅が広く、平板プレスに近い状態で電極部材を加圧できる。このため、芯材が圧延されることを抑制できる。しかしながら、ローラの変形、特にリング変形によりローラ自体が発熱するので耐久性が低くなりやすい。さらに、活物質は、炭素や金属酸化物などの硬度の高い物質を含むため、硬度の低い樹脂では加圧しにくく、また、ローラの表面が劣化しやすいという問題もある。
【００１３】
この装置は、樹脂製で弾性があり変形する内側の中間層と、中間層よりも硬い外周表層とを含むプレスローラにより電極部材を挟んでプレスする。硬い外周表層により中間層の変形が抑制されるので、プレスローラ全体としては変形が抑制される。このため、電極部材を加圧する際の発熱を抑制でき、プレスローラの耐久性を向上できる。また、外周表層の硬度を高くすることにより活物質を加圧しやすく、プレスローラの表面の劣化も抑制できる。さらに、プレスローラは樹脂製で弾性のある中間層を含んでいるので外周表層および中間層は電極部材を挟む部分で変形し、活物質を加圧する際のニップ幅が確保される。それとともに、電極部材を挟む部分における中間層の変形は、電極部材を挟む部分の前後の部分にも伝播するのでプレスローラは電極部材を挟む部分の前後の部分も変形し、電極部分を挟む部分の曲率はさらに小さくなり、曲率半径は大きくなる。したがって、小径のプレスローラであっても、電極部材を挟む部分およびその前後の部分の曲率を小さくでき、活物質を良好に加圧できるとともに、芯材の圧延を抑制できる。
【００１４】
中間層よりも硬い外周表層を備えたローラの一例は、外周表層および中間層がともに樹脂製であり、中間層の表層に無機の充填剤を配合して硬度を高めたものである。中間層とは異なる材質、たとえば金属などで外周表層を形成することも可能であるが、中間層の表層に無機の充填剤を配合することにより、中間層と基本的には同じ材質で中間層と一体に硬い外周表層を成形できるので、中間層の変形に対し外周表層が追従して変形されやすい。
【００１５】
また、一対のプレスローラは、それぞれ、中間層の内側に位置する金属製の軸層を含むことが望ましい。変形しやすい中間層の厚みを制御することにより、電極部材を挟む部分および前後の部分の変形する度合い（偏平率）を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態にかかる電池電極部材用の加圧装置の概要を示す斜視図。
【図２】図１の加圧装置の一部を側方から見た図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。図１に、電池用の電極部材を加圧する装置の概要を斜視図により示している。図２は、図１の加圧装置のプレスローラの概略構成を断面図により示している。
【００１８】
この加圧装置１は、電池用の電極部材９０（極板）を製造する際に用いられる装置である。より具体的には、この加圧装置１は、芯材（アルミニウムまたは銅などの金属製ウェブ、ウェブ、集電体、電極箔）９１の上（表面または両面）に活物質９２が塗布された電池用の電極部材９０を加圧する装置である。加圧装置１はロールプレス装置（ローラプレス装置）であり、一対のプレスローラ（プレスロール）１１および１２と、一方のプレスローラ１１に対して他方のプレスローラ１２の側に力を加える加圧機構１３と、他方のプレスローラ１２を回転駆動させるモータ１４とを有する。
【００１９】
加圧機構１３の一例は、プレスローラ１１および１２のギャップを調整し、プレスローラ１１および１２により電極部材９０に加わる力（圧力）を制御するものである。一対のプレスローラ１１および１２の間に、塗布装置（不図示）により、芯材９１に活物質９２が塗布された電極部材９０がガイド（不図示）などを介して導かれる。一対のプレスローラ１１および１２は、互いに平行に上下に並んで配置されていてもよく、左右あるいは前後に配置されていてもよい。プレスローラ１１および１２は、一方のローラ１１または１２がモータ１４により駆動されてもよく、両方のローラ１１および１２がモータ１４により駆動されてもよい。
【００２０】
このロールプレス装置１は、電極部材９０の伸び（延び）を抑制して垂直方向の圧縮を主に加えることにより活物質９２の密度を上げ、芯材９１の上の活物質９２を高密度または等密度にする機能を主に有する。また、後述するように、プレスローラ１１および１２の外周表層２１の硬度を調整することにより、電極部材９０を圧延する機能を持たせることも可能であり、電極部材９０の厚みを制御する機能を持たせることも可能である。また、このロールプレス装置１とは別に、金属製のプレスローラを用いたロールプレス装置を設け、電極部材９０の厚み制御を行ってもよい。
【００２１】
ロールプレス装置１のプレスローラ１１および１２は、それぞれ、外周表層２１と、外周表層２１の内側の中間層２２と、軸層２３とを含む。本例のプレスローラ１１および１２は金属製の軸層（芯金）２３を含み、芯金２３はステンレススチール製のシャフトを兼ねている。芯金２３の外側（外周）に設けられた中間層２２および外周表層２１は樹脂製であり、外周表層２１は中間層２２よりも硬く（硬度が高く）なるように形成されている。中間層２２は硬度がショアＤ硬度で９２°〜９３°あるいはそれ以上の硬さを備えたものである。
【００２２】
ショアＤ硬度が９２°程度の樹脂ロールは、ビデオテープ用のカレンダーロールとして公知のものがある。たとえば、特開平８−２６３８３８号公報には、磁気記録媒体をカレンダー処理するカレンダーロールとして、硬度がショアＤ硬度で９３°以上である複数の弾性ロールが開示されている。弾性ロールの表面素材としては、熱硬化性樹脂として、アニリン系樹脂、エポキシ系樹脂、キシレン系樹脂、ジアリルフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、尿素系樹脂、フェノール系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、フラン系樹脂、メラミン系樹脂等が挙げられ、熱可塑性樹脂として、アクリル酸系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合物、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合物、アセタール系樹脂、塩化ビニリデン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、塩化ポリエーテル系樹脂、スチレン系樹脂、スチレン−ブタジエン共重合物、繊維素誘導体系樹脂、ビニルカルバゾール系樹脂、ビニルブチラール系樹脂、ビニルホルマール系樹脂、フッ素系樹脂、ポリアミド系、ポリウレタン系、ポリエチレン系、ポリカーボネート系、ポリ酢酸ビニル系、ポリビニルアルコール系、ポリブテン系、ポリプロピレン系、メタクリル系樹脂等を挙げることができる。さらに、樹脂は１種単独に限らず、２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００２３】
外周表層２１は、中間層２２の表層に無機の充填剤を配合することによりさらに硬度をショアＤ硬度で９５°〜９６°あるいはそれ以上に高めたものである。中間層２２の表層に加えて高硬度の外周表層２１を形成するための無機系の充填剤としては、アルミナ、酸化鉄、酸化チタンなどの金属酸化物、シリカ、カーボンブラックなどを挙げることができる。これらの充填剤は、１種単独に限らず、２種以上を組み合わせて用いることができる。高硬度の外周表層２１としては、各種金属または合金を用いることも可能である。
【００２４】
本例のロールプレス装置１では、プレスローラ１１および１２として、それぞれ、直径が４００ｍｍのプレスローラが用いられている。プレスローラ１１および１２の直径はこれに限られるものではない。
【００２５】
このロールプレス装置１のプレスローラ１１および１２は、樹脂製で弾性があり変形する内側の中間層２２と、中間層２２よりも硬い外周表層２１とを含む。したがって、これらのプレスローラ１１および１２により電極部材９０を挟んでプレスする際に、硬い外周表層２１により中間層２２の変形が抑制される。このため、プレスローラ１１および１２は電極部材９０を挟む部分（ニップ）２９およびニップ２９の前後の部分２８で変形し、ニップ幅２７は広くなるが、プレスローラ１１および１２のリング変形の度合いを緩和（抑制）できる。
【００２６】
すなわち、電極部材９０をプレスする際のプレスローラ１１および１２の変形は、軸層（芯金）２３がプレスローラ１１および１２によりニップ２９に偏る偏芯変形と、芯金２３の周囲、すなわち中間層２２および外周表層２１がニップ２９の部分がほぼ平らに、そして全体として卵型あるいはダルマ型に変形するリング変形とが複合したものとなる。
【００２７】
偏芯変形に対し、リング変形はニップ幅２７を広くすることができる。このため、電極部材９０の圧延を抑制するためにはリング変形が大きいことは好ましいと言える。しかしながら、リング変形が大きすぎるとプレスローラ１１および１２の回転の抵抗が大きくなりすぎ、エネルギー損失の発熱によりプレスローラ１１および１２が高温になり易い。したがって、プレスローラ１１および１２の耐久性が低下しやすい。また、リング変形が大きすぎるとニップ幅２７が広くなりすぎ、かえって電極部材９０に対し圧力を加えにくくなる。
【００２８】
一方、偏芯変形が主体となると、エネルギー損失が小さいので発熱は抑制でき、プレスローラ１１および１２の耐久性を向上できる。しかしながら、ニップ幅２７を広くすることが難しく、圧延を抑制する効果が得られにくい。
【００２９】
プレスローラ１１および１２に、変形が比較的容易な中間層２２と、その外側で、中間層２２に対して硬度が高く比較的変形しにくい外周表層２１とを設けることにより、ニップ２９の近傍の部分２８における変形を緩くすることが可能となる。このため、ニップ２９の近傍における曲率を小さく、曲率半径を大きくして所望のニップ幅２７を確保しながら、プレスローラ１１および１２における発熱を抑制でき、プレスローラ１１および１２の耐久性を向上できる。さらに、電極部材９０に対し、プレスローラ１１および１２により圧力を加えることも容易になる。このため、これらのプレスローラ１１および１２により、電極部材９０に対し、活物質９２を高密度化あるいは等密度化するために十分な圧力を主に垂直方向に加えやすく、その圧力により電極部材９０が圧延されるのを抑制できる。
【００３０】
さらに、プレスローラ１１および１２の外周表層２１の硬度を高くすることにより、金属酸化物などの硬度の高い物質を含む活物質９２を締め固めやすくなる。したがって、活物質９２を高密度化あるいは等密度化するのに適したプレスローラ１１および１２を提供できる。また、プレスローラ１１および１２の外周表層２１の摩耗などの損傷を抑制でき、この点でもプレスローラ１１および１２の耐久性を向上できる。
【００３１】
プレスローラ１１および１２において、軸層２３に高硬度の樹脂層を採用することも可能である。中間層２２の厚みを変えてニップ２９およびその前後の部分２８における変形を制御するために、軸層２３は剛性の高い物質で形成されることが好ましく、ステンレススチールなどの金属により軸層２３を形成する方が経済的である。また、本例ではプレスローラ１１および１２は直径が４００ｍｍ程度であるが、プレスローラの径はこれに限定されることはなく、径が大きくなると金属性の軸層２３を採用することがさらに好ましい。
【００３２】
このように、ロールプレス装置１においては、加圧機構１３によりギャップが調整された上側のプレスローラ１１と下側のプレスローラ１２との間に芯材９１に活物質９２が塗布された電池用の電極部材９０を、たとえば、図１の前方から後方へ搬送する。一対のプレスローラ１１および１２の間を通る際、電極部材９０は一対のプレスローラ１１および１２の間に挟まれて芯材９１に塗布された活物質９２の密度が高められる。
【００３３】
この際、このロールプレス装置１においては、一対のプレスローラ１１および１２は、変形が可能な樹脂製の中間層２２と、その中間層２２の変形を受けてニップ２９およびその前後で変形する外周表層２１を備えているので、プレスローラ１１および１２の径が小さくても広いニップ幅２７を確保できる。したがって、プレスローラ１１および１２により、電極部材９０に対し、芯材９１および活物質９２と直交する方向（垂直方向、上下方向）から主に圧力を加えることができる。このため、活物質９２を良好に加圧できるとともに、芯材９１の圧延は抑制できる。その後、芯材９１に活物質９２が塗布および加圧された電極部材９０は、所定の長さに裁断され、電極が製造される。
【００３４】
以上のように、このロールプレス装置１によれば、小径でコンパクトであり、さらに、樹脂製の部分を含む低コストのプレスローラ１１および１２を採用できる。このため、電極部材９０を加圧するロールプレス装置１の導入コストを低減でき、さらに、予備ローラのコストやロールプレス装置１のメンテナンス費用も低減できる。
【符号の説明】
【００３５】
１  装置（ロールプレス装置）、  １１、１２  プレスローラ
２１  外周表層、  ２２  中間層、  ２３  軸層
９０  電池用電極部材、  ９１  芯材、  ９２  活物質
【図１】
2011181391.tif 000003
【図２】
2011181391.tif 000004