(57)【要約】【課題】電池電極における電極合剤の均一性を詳細に評価可能な検査装置を提供する。【解決手段】電極１０に塗工される電極合剤１２の均一性を検査する検査装置１であって、電極合剤１２の所定箇所における単位面積あたりの質量を計測する超音波センサ２０と、電極合剤１２の所定箇所における厚みを計測するレーザ変位計３０・５０と、超音波センサ２０及びレーザ変位計３０・５０を保持するホルダ４０・６０と、を備え、超音波センサ２０及びレーザ変位計３０・５０によって電極合剤１２の所定箇所における単位面積あたりの質量及び厚みを同時に計測し、電極合剤１２の所定箇所における単位面積あたりの質量及び厚みから算出される塗工密度に基づいて電極合剤１２の均一性を評価する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池電極に塗工される電極合剤の均一性を検査する検査装置であって、
前記電極合剤の所定箇所における単位面積あたりの質量を計測する第一センサと、
前記電極合剤の所定箇所における厚みを計測する第二センサと、
前記第一センサ及び第二センサを保持する保持部材と、を備え、
前記第一センサ及び第二センサによって前記電極合剤の所定箇所における単位面積あたりの質量及び厚みを同時に計測し、
前記電極合剤の所定箇所における単位面積あたりの質量及び厚みに基づいて前記電極合剤の均一性を評価する検査装置。
【請求項２】
前記保持部材における前記電池電極に対向する表面には、球面状の凹部が形成され、
前記凹部に前記第一センサ及び第二センサが配置される請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記電極合剤の均一性の評価は、
前記電極合剤の所定箇所における単位面積あたりの質量及び厚みに基づいて算出される塗工密度を所定の値と比較することによって行われる請求項１又は２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記電極合剤の均一性の評価は、
前記塗工密度の評価に加えて、前記電極合剤の所定箇所における単位面積あたりの質量及び厚みを、それぞれ所定の値と比較することによって行われる請求項３に記載の検査装置。
【請求項５】
前記第一センサは、透過型の超音波センサであり、
前記第二センサは、レーザ変位計である請求項１〜４の何れか一項に記載の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池に用いられる電極に塗工された電極合剤を検査する検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池に用いられる電極（以下、「電池電極」と記す。）は、アルミニウム箔や銅箔等の集電体の表面に、活物質を導電助剤や結着剤等と共に分散溶媒で混練したペースト状の電極合剤を塗工した後、乾燥やロールプレス等の所定の処理を経て形成される。
上記のように、電極合剤は、活物質や結着剤等の複数の材料からなる。そのため、これらの複数の材料が均一に散在するように、電極合剤が塗工されていないと、電極性能のばらつきが大きくなり、デンドライトが生成される等の問題が生じる。そのため、電極合剤における複数の材料が均一に散在するように電極合剤が塗工されているか否か（電極合剤の均一性）を検査する必要がある。
【０００３】
特許文献１には、Ｘ線を電池電極に向けて照射して、当該Ｘ線の透過量から電極合剤の複数箇所の単位面積あたりの質量を算出することで、電極合剤の均一性を評価する技術が記載されている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、一つの計量値、つまりＸ線の透過量から算出した電極合剤の単位面積あたりの質量のみで電極合剤の均一性を評価しているため、電極合剤が不均一と判断された場合に、電極合剤の厚みが変化したのか、電極合剤における複数の材料の混合比率が変化したのかまで判断することができない点で不利である。
また、Ｘ線を用いた計測装置は分解能が低く、電池電極の性能に大きく影響する電極合剤の均一性の評価においては、電池電極の品質管理の点で不十分である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１４７３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、電池電極における電極合剤の均一性を詳細に評価可能な検査装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の検査装置は、電池電極に塗工される電極合剤の均一性を検査する検査装置であって、前記電極合剤の所定箇所における単位面積あたりの質量を計測する第一センサと、前記電極合剤の所定箇所における厚みを計測する第二センサと、前記第一センサ及び第二センサを保持する保持部材と、を備え、前記第一センサ及び第二センサによって前記電極合剤の所定箇所における単位面積あたりの質量及び厚みを同時に計測し、前記電極合剤の所定箇所における単位面積あたりの質量及び厚みに基づいて前記電極合剤の均一性を評価する。
【０００８】
本発明の検査装置において、前記保持部材における前記電池電極に対向する表面には、球面状の凹部が形成され、前記凹部に前記第一センサ及び第二センサが配置されることが好ましい。
【０００９】
本発明の検査装置において、前記電極合剤の均一性の評価は、前記電極合剤の所定箇所における単位面積あたりの質量及び厚みに基づいて算出される塗工密度を所定の値と比較することによって行われることが好ましい。
【００１０】
本発明の検査装置において、前記電極合剤の均一性の評価は、前記塗工密度の評価に加えて、前記電極合剤の所定箇所における単位面積あたりの質量及び厚みを、それぞれ所定の値と比較することによって行われることが好ましい。
【００１１】
本発明の検査装置において、前記第一センサは、透過型の超音波センサであり、前記第二センサは、レーザ変位計であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電池電極における電極合剤の均一性を詳細に評価できる。更に、電池電極の製造工程にフィードバックすることで、電池電極の性能のばらつきを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】検査装置を示す斜視図。
【図２】検査装置を示す側面断面図。
【図３】上部センサを示す底面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下では、図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態に係る検査装置１について説明する。
【００１５】
検査装置１は、検査対象の単位面積あたりの質量を計測するセンサと、検査対象の厚みを計測するセンサとの二種類のセンサを用いて、当該計測値から検査対象の単位体積あたりの質量（密度）を算出し、当該算出値又は前記計測値に基づいて検査対象の均一性を評価する装置である。厳密には、検査装置１は、電極１０に塗工されている電極合剤１２・１２の単位体積あたりの質量（密度）を算出し、電極１０において集電体１１に電極合剤１２・１２が均一に塗工されているか否かを検査する。
【００１６】
電極１０は、金属箔である集電体１１の両面に、ダイコータ等の塗工装置を用いてペースト状の電極合剤１２を塗工し、乾燥させた後、ロールプレス等の所定の処理を経て形成された長尺状の部材である。電極１０は、例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル・水素蓄電池等の電極として用いられる。電極１０は、図示しないローラ等の搬送手段によって長手方向（図１における矢印方向）に搬送される。
集電体１１は、アルミニウム、銅、チタン、ステンレス鋼等の金属箔からなる集電体である。
電極合剤１２は、活物質を導電助剤や結着剤等と共に分散溶媒で混練したペースト状の合剤である。
【００１７】
図１に示すように、検査装置１は、上部センサ２、下部センサ３、アーム４、及び評価装置５を備える。
なお、以下では、図１における矢印方向を電極１０の「搬送方向」とし、この「搬送方向」に水平に直交する方向（図２における左右方向）を電極１０の「幅方向」として説明する。
【００１８】
上部センサ２及び下部センサ３は、電極１０における電極合剤１２・１２の所定のデータを計測する一対のセンサである。上部センサ２及び下部センサ３は、電極１０を介して互いに対向するように設けられ、それぞれ電極１０の上方及び下方に配置される。上部センサ２及び下部センサ３は、アーム４の端部に固定されている。
アーム４は、上部センサ２と下部センサ３とを一体的に支持する部材であり、上部センサ２及び下部センサ３が電極１０の幅方向に移動する際に電極１０と接触しない形状、例えば、電極１０の上方及び下方に位置する上部センサ２及び下部センサ３の支持部を、電極１０の幅と同等若しくはそれ以上の長さで電極１０の側方へ延出し、これらの延出箇所を端部で接続した形状に形成される。
このように、上部センサ２及び下部センサ３は、互いの間隔を保持するようにアーム４によって一体的に支持されており、両者から電極１０までの距離を一定に保持した状態で、電極１０の幅方向における所定範囲内（電極合剤１２・１２が塗工されている範囲内）を往復移動可能となっている。
【００１９】
評価装置５は、上部センサ２及び下部センサ３と接続されており、それぞれのセンサによって計測された計測値を取得し、それらの計測値に基づいて電極１０における電極合剤１２・１２が均一に塗工されているか否かを評価するものである。
【００２０】
図２及び図３に示すように、上部センサ２は、超音波センサ２０の一部をなす超音波発信器２１、レーザ変位計３０、及び超音波発信器２１とレーザ変位計３０とを保持するホルダ４０等から構成される。
【００２１】
超音波センサ２０は、超音波発信器２１及び超音波受信器２２を含む透過型の超音波センサであり、超音波発信器２１及び超音波受信器２２が電極１０を介して対向するように設けられている。つまり、超音波発信器２１から発信される超音波は、電極１０を透過し、超音波受信器２２によって受信されるように設けられている。詳細には、超音波発信器２１が上部センサ２のホルダ４０に取り付けられ、超音波受信器２２が後述の下部センサ３のホルダ６０に取り付けられている。
超音波センサ２０は、超音波発信器２１から電極１０の所定箇所に向けて超音波を発信し、電極１０を透過した超音波を超音波受信器２２が受信することで計測した超音波の透過量から、電極合剤１２・１２の所定箇所における単位面積あたりの質量（以下、「塗工質量」と記す。）［ｇ／ｃｍ２］を算出し、超音波センサ２０による計測値として出力する。
なお、超音波発信器２１から発信される超音波には、空気中を伝播しやすいように低周波数（例えば、１００ｋＨｚ）のパルス波が適用される。
【００２２】
レーザ変位計３０は、レーザ照射器３１及びレーザ受光器３２を含むレーザ変位計であり、上部センサ２のホルダ４０に取り付けられる。
レーザ変位計３０は、レーザ照射器３１から電極１０における一側の電極合剤１２（図２における上側の電極合剤１２）の所定箇所に向けてレーザを照射し、当該所定箇所からの反射光をレーザ受光器３２が受光することで、一側の電極合剤１２の所定箇所における厚み（図２における上側の電極合剤１２の上下方向の長さであって、以下、「塗工厚」と記す。）［μｍ］を計測する。
【００２３】
ホルダ４０は、上部センサ２の外郭をなす略円柱状の部材であり、超音波センサ２０の一部をなす超音波発信器２１及びレーザ変位計３０（レーザ照射器３１及びレーザ受光器３２）を保持する。ホルダ４０の一端面（電極１０に対向する面であって、図２における下面）には、凹部４１が形成されている。
【００２４】
凹部４１は、ホルダ４０の一端面から内部に向けて窪ませるように形成された部位である。凹部４１は、半球面状に形成されており、その中央に超音波発信器２１が設けられている。
これにより、超音波発信器２１から発信される超音波を半球面状に形成された凹部４１の内周面に反射させることにより、その中央に効率よく集中させて超音波の分散を防ぎ、電極１０の所望の箇所に向けて良好に超音波を発信することが可能となる。
【００２５】
また、超音波発信器２１を挟むようにレーザ照射器３１及びレーザ受光器３２が凹部４１の形状に沿って傾斜した状態で設けられている。これにより、超音波センサ２０とレーザ変位計３０とが一側の電極合剤１２（図２における上側の電極合剤１２）の同一箇所を計測対象とすることが可能となる。
このように、ホルダ４０によって、超音波発信器２１とレーザ変位計３０とを保持しつつ、球面形状を有する凹部４１内にこれらを配置することによって、これらのセンサの計測箇所を同一のものとしている。
【００２６】
下部センサ３は、上部センサ２と略同様に構成されたセンサであり、超音波センサ２０の一部をなす超音波受信器２２、レーザ変位計５０、及び超音波受信器２２とレーザ変位計５０とを保持するホルダ６０等から構成される。
【００２７】
レーザ変位計５０は、レーザ変位計３０と略同様に構成され、レーザ照射器５１及びレーザ受光器５２を含むレーザ変位計であり、下部センサ３のホルダ６０に取り付けられる。
レーザ変位計５０は、レーザ変位計３０と同様に、電極１０における他側の電極合剤１２（図２における下側の電極合剤１２）の所定箇所における塗工厚［μｍ］を計測する。
【００２８】
ホルダ６０は、ホルダ４０と略同様に構成され、下部センサ３の外郭をなす略円柱状の部材であり、超音波センサ２０の一部をなす超音波受信器２２及びレーザ変位計５０（レーザ照射器５１及びレーザ受光器５２）を保持する。ホルダ６０の一端面（電極１０に対向する面であって、図２における上面）には、凹部６１が形成されている。
【００２９】
凹部６１は、ホルダ４０の凹部４１と同様に、ホルダ６０の一端面から内部に向けて窪ませるように半球面状に形成された部位であり、その中央に超音波受信器２２が設けられている。凹部６１は、凹部４１と同様に、中央に設けられた超音波受信器２２の両側にレーザ照射器５１及びレーザ受光器５２が凹部６１の形状に沿うように傾斜した状態で設けられている。
これにより、超音波発信器２１から発信され、電極１０を透過した超音波を半球面状に形成された凹部６１の内周面に反射させることにより、その中央に効率よく集中させて超音波の分散を防ぎ、当該超音波を超音波受信器２２が良好に受信することが可能となると共に、超音波センサ２０とレーザ変位計５０とが他側の電極合剤１２（図２における下側の電極合剤１２）の同一箇所を計測対象とすることが可能となる。
【００３０】
以上のように、上部センサ２の超音波発信器２１と、下部センサ３の超音波受信器２２とにより超音波センサ２０が構成される。超音波センサ２０によって電極合剤１２・１２の塗工質量を計測する。また、上部センサ２のレーザ照射器３１とレーザ受光器３２とによりレーザ変位計３０が構成され、下部センサ３のレーザ照射器５１とレーザ受光器５２とによりレーザ変位計５０が構成される。レーザ変位計３０によって一側の電極合剤１２（図２における上側の電極合剤１２）の塗工厚を計測し、レーザ変位計５０によって他側の電極合剤１２（図２における下側の電極合剤１２）の塗工厚を計測する。
つまり、検査装置１は、超音波センサ２０と、二つのレーザ変位計３０・５０とを備えており、超音波センサ２０によって電極合剤１２・１２の塗工質量を計測すると同時に、二つのレーザ変位計３０・５０によって電極合剤１２・１２の塗工厚（一側の電極合剤１２の塗工厚と他側の電極合剤１２の塗工厚の合計値）を計測する。
なお、電極合剤１２・１２の塗工質量及び塗工厚の計測においては、精度や外乱の影響等を考慮しつつ、計測項目に応じて良好な分解能を有する計測手段を選択することが好ましい。具体的には、電極合剤１２・１２の塗工質量の計測には透過型の超音波センサを用い、電極合剤１２・１２の塗工厚の計測にはレーザ変位計を用いることが好ましい。
【００３１】
また、上部センサ２のホルダ４０及び下部センサ３のホルダ６０には、それぞれ半球面状の凹部４１及び凹部６１が形成されており、これらの凹部４１・６１に超音波センサ２０及びレーザ変位計３０・５０を構成する各機器が配置されている。
これにより、超音波発信器２１から発信される超音波を効率的に集めて超音波の分散を防ぎ、電極１０の所望の箇所に向けて良好に超音波を発信すると共に、電極１０を透過した超音波を効率的に集めて超音波の分散を防ぎ、当該超音波を超音波受信器２２が良好に受信することが可能となる。つまり、超音波センサ２０が超音波を良好に発信及び受信することが可能となる。
したがって、電極１０における電極合剤１２・１２の塗工質量を精度良く計測することができる（高ＳＮ比化を実現できる）。
【００３２】
更に、超音波センサ２０及びレーザ変位計３０・５０が同時に電極合剤１２・１２の同一箇所を計測対象とすることが可能となる。
したがって、超音波センサ２０による電極合剤１２・１２の塗工質量の計測と、レーザ変位計３０・５０による電極合剤１２・１２の塗工厚の計測とを同時に行うことができ、操業の効率化を図ることができる。
【００３３】
以下では、図２を参照して、評価装置５による電極合剤１２・１２の均一性の評価について説明する。
【００３４】
評価装置５は、上部センサ２及び下部センサ３と電気的に接続され、上部センサ２及び下部センサ３によって計測した電極合剤１２・１２の塗工質量及び塗工厚を取得し、予め記憶された評価用の閾値等に基づいて、電極合剤１２・１２の均一性を評価するものである。
ここで、電極合剤１２・１２の「均一性」とは、電極合剤１２・１２における活物質、導電助剤、及び結着剤等の複数の材料が均一に散在するように、電極合剤１２・１２が集電体１１に塗工されているか否かの指標であり、本実施形態において塗工質量、塗工厚等によって具体的な数値として示されるものである。
【００３５】
図２に示すように、上部センサ２及び下部センサ３が電極１０の幅方向における所定範囲内（電極合剤１２・１２が塗工されている範囲内）で往復移動しながら、図示しないローラ等の搬送手段によって搬送される電極１０における電極合剤１２・１２の複数箇所における塗工質量及び塗工厚を連続的に計測する。これらの上部センサ２及び下部センサ３によって計測された電極合剤１２・１２の塗工質量及び塗工厚は、評価装置５に送信される。
【００３６】
評価装置５は、上部センサ２及び下部センサ３から送信された電極合剤１２・１２の塗工質量［ｇ／ｃｍ２］及び塗工厚［μｍ］から電極合剤１２・１２の所定箇所における単位体積あたりの質量（以下、「塗工密度」と記す。）［ｇ／ｃｍ３］を算出する。
電極合剤１２・１２の塗工密度は、以下の数１に基づいて算出される。
【００３７】
【数１】
2011029084.tif 000003
【００３８】
評価装置５は、算出された電極合剤１２・１２の塗工密度と、予め記憶された評価用の閾値等とを比較することで、その良否を判定する。つまり、評価装置５において、電極合剤１２・１２の塗工密度は、電極合剤１２・１２の均一性の代替値とされ、電極合剤１２・１２の塗工密度を基に電極合剤１２・１２の均一性を評価する。
【００３９】
以上のように、超音波センサ２０によって計測された電極合剤１２・１２の塗工質量、及びレーザ変位計３０・５０によって計測された電極合剤１２・１２の塗工厚から算出された電極合剤１２・１２の塗工密度が電極合剤１２・１２の均一性の代替値とされる。
これにより、電極合剤１２・１２が不均一と判定された場合には、電極合剤１２・１２の塗工質量及び塗工厚を参照することで、電極合剤１２・１２の不均一の要因が電極合剤１２・１２の厚みの変化によるものであるか、又は電極合剤１２・１２における複数の材料の混合比率の変化によるものであるかを判断して、詳細に電極合剤１２・１２の均一性を評価することが可能となる。
したがって、これらの情報を電極１０の製造工程における集電体１１の表面に電極合剤１２・１２を塗工する工程等にフィードバックすることで、電極合剤１２・１２の均一性を担保し、電極１０の性能のばらつきを低減することができる。
【００４０】
更に、電極合剤１２・１２の塗工密度の評価に加えて、電極合剤１２・１２の塗工質量及び塗工厚を予め記憶された評価用の閾値等と比較することで、電極合剤１２・１２の均一性を評価しても良い。
これにより、更に詳細に電極合剤１２・１２の均一性を評価することが可能となる。
【００４１】
なお、検査装置１による電極１０における電極合剤１２・１２の均一性の検査は、電極１０の製造工程の最後で行うことが好ましい。詳細には、集電体１１に電極合剤１２を塗工した直後等では、電極合剤１２に含まれる水や溶媒等の影響により精度良く電極合剤１２の塗工質量及び塗工厚を計測できないため、電極合剤１２を乾燥させてプレスした後に検査装置１による検査を行うことが好ましい。
また、本実施形態においては、二つのレーザ変位計を設けたが、レーザ変位計を一つとする構成としても良い。ただし、この場合、検査装置１による検査対象は、電極合剤１２が集電体１１の片面に塗工された電池電極に限定される。
【符号の説明】
【００４２】
１          検査装置
２          上部センサ
３          下部センサ
５          評価装置
１０        電極
１１        集電体
１２        電極合剤
２０        超音波センサ（第一センサ）
３０、５０  レーザ変位計（第二センサ）
４０、６０  ホルダ（保持部材）
【図１】
2011029084.tif 000004
【図２】
2011029084.tif 000005
【図３】
2011029084.tif 000006