(57)【要約】【課題】より均一な塗工面を有する負極を製造することができる負極の製造方法を提供する。【解決手段】負極合材ペーストを集電箔Ｓに転写する転写工程と、転写工程によって集電箔Ｓ上に転写された負極合材層Ｎの上にグラビアロール１１を用いて絶縁粒子を含むペーストをグラビア塗布する塗布工程と、を備え、グラビアロール１１の表面は、複数の凹部１１Ａと複数の凸部１１Ｂとを備え、凸部１１Ｂの上面は平坦面であり、凸部１１Ｂの上面の面積は、グラビアロール１１の表面の面積３０２５００μｍ２（５５０μｍ×５５０μｍ）当たり、４００００μｍ２以上であり、隣り合う凸部１１Ｂの間には、隣り合う凹部１１Ａをつなぐ流路１１Ｃが形成されている、負極の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極合材ペーストを集電箔に転写する転写工程と、
前記転写工程によって前記集電箔上に転写された負極合材層の上にグラビアロールを用いて絶縁粒子を含むペーストをグラビア塗布する塗布工程と、
を備え、
前記グラビアロールの表面は、複数の凹部と複数の凸部とを備え、
前記凸部の上面は平坦面であり、
前記凸部の上面の面積は、前記グラビアロールの表面の面積３０２５００μｍ２（５５０μｍ×５５０μｍ）当たり、４００００μｍ２以上であり、
隣り合う前記凸部の間には、隣り合う前記凹部をつなぐ流路が形成されている、負極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負極の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、走行するウェブ上に塗液を塗布するグラビアロールが記載されている。特許文献１に記載のグラビアロールは、表面に凹凸を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２４９１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
二次電池等に用いられる負極は、集電箔上に負極ペースト（負極活物質）を塗布して負極合材層を形成し、当該負極合材層の上に絶縁粒子を含むペースト（以下、絶縁粒子ペーストと称する。）を塗布して形成される場合がある。この場合、負極合材層が乾燥する前に、絶縁粒子ペーストが、グラビアロールを用いて塗布される。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されているような、表面に凹凸が形成されたグラビアロールによって、負極合材層上に絶縁粒子ペーストを塗布すると、グラビアロールの表面の凸部に応力が集中する。これにより、集電箔上から負極合材層が部分的に剥離してしまうという可能性がある。そのため、均一な塗工面を有する負極を形成することができない。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、より均一な塗工面を有する負極を製造することができる負極の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る負極の製造方法は、負極合材ペーストを集電箔に転写する転写工程と、前記転写工程によって前記集電箔上に転写された負極合材層の上にグラビアロールを用いて絶縁粒子を含むペーストをグラビア塗布する塗布工程と、を備える。また、前記グラビアロールの表面は、複数の凹部と複数の凸部とを備え、前記凸部の上面は平坦面であり、前記凸部の上面の面積は、前記グラビアロールの表面の面積３０２５００μｍ２（５５０μｍ×５５０μｍ）当たり、４００００μｍ２以上である。また、隣り合う前記凸部の間には、隣り合う前記凹部をつなぐ流路が形成されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る負極の製造方法によれば、凸部の上面は平坦面であるため、グラビアロールの表面の凸部にかかる応力を凸部の上面全体に分散することができる。さらに、凸部の上面の面積は、グラビアロールの表面の面積３０２５００μｍ２（５５０μｍ×５５０μｍ）当たり、４００００μｍ２以上であるため、十分な面積を有する凸部の上面で応力を分散することができる。これにより、集電箔上から負極合材層が部分的に剥離してしまうことを防止できる。さらに、隣り合う凸部の間には、隣り合う凹部をつなぐ流路が形成されているため、グラビアロール表面上におけるペーストの流動性を担保できる。これにより、電極合材層上に塗工された絶縁粒子を含む層の表面にスジが形成されるのを防ぐことができる。よって、より均一な塗工面を有する負極を製造することができる負極の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る負極製造装置を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る負極製造装置の絶縁粒子塗工部を模式的に示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るグラビアロールの表面の写真である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るグラビアロールの表面の顕微鏡写真である。
【図５】本発明の実施の形態１に係るグラビアロールの表面の３Ｄ写真である。
【図６】図４の写真の一部を拡大したものである。
【図７】図５の３Ｄ写真の一部を拡大したものである。
【図８】本発明に係る実施例１と比較例１及び２を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る負極製造装置１００を模式的に示す斜視図である。図２は、実施の形態１に係る負極製造装置１００の絶縁粒子塗工部を模式的に示す図である。
【００１１】
実施の形態１に係る負極製造装置１００は、図１に示すように、活物質保持部１、一対のコーティングロール２，３、バックロール４、ガイドロール５，６，７，８，９、絶縁粒子供給部１０、グラビアロール１１、乾燥炉１２等を備える。また、本実施の形態１に係る負極製造装置１００の絶縁粒子塗工部は、ガイドロール８，９、絶縁粒子供給部１０、グラビアロール１１を備えて構成される。
【００１２】
活物質保持部１は、負極合材ペーストを保持している。負極合材ペーストは、負極活物質粒子、バインダ、溶媒等を含み、湿潤状態となっている。また、活物質保持部１は、一対のコーティングロール２，３の間に負極合材ペーストを供給する。
【００１３】
一対のコーティングロール２，３は、活物質保持部１から供給された負極合材ペーストを当該コーティングロール２，３の間に挟みながら回動する。これにより、負極合材ペーストは、薄く延ばされた状態で、集電箔Ｓ上に供給される。
【００１４】
バックロール４は、回動することにより、集電箔Ｓを巻き取り、コーティングロール３と当該バックロール４の間に当該集電箔Ｓを挟持する。これにより、集電箔Ｓ上に供給された負極合材ペーストはコーティングロール３によって均され、集電箔Ｓ上に負極合材層Ｎが形成される。
【００１５】
ガイドロール５，６，７は、回動することにより、負極合材層Ｎが形成された集電箔Ｓを巻き取り、負極合材層Ｎが形成された集電箔Ｓを絶縁粒子塗工部へと案内する。
【００１６】
ガイドロール８，９は、集電箔Ｓの負極合材層Ｎが形成されていない面に当接して回動することにより、当該集電箔Ｓを案内する。また、ガイドロール９は、負極合材層Ｎ上に絶縁層Ｉが形成された集電箔Ｓを乾燥炉１２へと案内する。
【００１７】
絶縁粒子供給部１０は、絶縁粒子を含むペースト（以下、絶縁粒子ペーストと称する。）を集電箔Ｓ上に形成された負極合材層Ｎ上に供給する。絶縁粒子ペーストは、絶縁粒子、溶媒等を含む。また、絶縁粒子は、セラミックス、結着材等を含む。セラミックスは、アルミナ（酸化アルミニウム）、ベーマイト、マグネシア、チタニア等である。また、結着材は、アクリル樹脂、ＰＶｄＦ樹脂等の熱可塑性樹脂、カルボキシメチルセルロール等である。
【００１８】
グラビアロール１１は、集電箔Ｓの負極合材層Ｎが形成された面に当接して回動することにより、当該負極合材層Ｎ上に、絶縁粒子ペーストを均しながら、塗工する。絶縁粒子ペーストが摩耗性の高い粒子を含有しているため、グラビアロール１１の表面は、例えば、セラミックス等の硬い材料によって形成されている。また、グラビアロール１１の表面には、図２に示すように、複数の凹部と複数の凸部が形成されている。グラビアロール１１の表面形状は、例えば、レーザ彫刻等によって形成される。グラビアロール１１の表面の形状の詳細については、後述する。
【００１９】
乾燥炉１２は、赤外線照射式ヒータ、熱風吹付式ヒータ等のヒータ（図示省略）を備え、集電箔Ｓ上に形成された負極合材層Ｎ及び絶縁層Ｉに含まれる溶媒を除去することにより、当該負極合材層Ｎ及び絶縁層Ｉを乾燥する。
【００２０】
次に、図３乃至図７を参照しながら、本実施の形態１に係るグラビアロール１１の表面形状について説明する。図３は、本実施の形態１に係るグラビアロール１１の表面の写真である。図４は、グラビアロール１１の表面の顕微鏡写真である。図５は、グラビアロール１１の表面の３Ｄ写真である。図６は、図４の写真の一部を拡大したものである。図７は、図５の３Ｄ写真の一部を拡大したものである。図３に示す写真は、デジタルマイクロスコープによって撮影したものであり、倍率は１００倍である。図５は、トロイカシステムズ社のＡｎｉＣＡＭを用いて撮影したものである。また、図４及び図６では、グラビアロール１１の凹部１１Ａ（後述）及び流路１１Ｃ（後述）は黒色で示され、凸部１１Ｂは白色で示されている。また、図５及び図７では、グラビアロール１１の凹部１１Ａ及び流路１１Ｃは白色及びグレーで示され、凸部１１Ｂは黒色で示されている。
【００２１】
図３乃至図７に示すように、グラビアロール１１の表面は、複数の凹部１１Ａと、複数の凸部１１Ｂを備える。換言すれば、隣り合う凹部１１Ａは、複数の凸部１１Ｂによって隔てられている。また、図６に示すように、隣り合う凸部１１Ｂの間には、隣り合う凹部１１Ａをつなぐ流路１１Ｃが形成されている。
【００２２】
複数の凹部１１Ａの平面視形状は、実質的に、円形形状である。なお、複数の凹部１１Ａの平面視形状は、矩形形状、六角形形状等であってもよい。
複数の凸部１１Ｂは、隣り合う凹部１１Ａの間に形成されている。図３乃至図７に示す例では、複数の凸部１１Ｂの平面視形状は、３辺が隣り合う凹部１１Ａの平面視円形の円周を形成する円弧から形成される略三角形形状である。なお、複数の凸部１１Ｂの平面視形状は、凹部１１Ａの形状及び配置によって、変更されうる。
【００２３】
また、凹部１１Ａの深さは、５０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。凹部１１Ａの深さが５０μｍ未満だと、絶縁粒子ペーストを十分な量保持することができない。また、凹部１１Ａの深さが３００μｍより深いと、複数の凹部１１Ａ間におけるペーストの流動性が不十分となってしまい、集電箔Ｓ上の負極合材層Ｎ上に形成された絶縁層Ｉの表面にスジが形成されてしまう。
【００２４】
また、複数の凸部１１Ｂの上面は平坦面である。これにより、グラビアロール１１の表面の凸部１１Ｂにかかる応力を当該凸部１１Ｂの上面全体に分散することができる。換言すれば、グラビアロール１１の凸部１１Ｂが集電箔Ｓ上の負極合材層Ｎ上に局所的に圧力を加えてしまうことを防ぐことができる。なお、ここで、「平坦面」とは、例えば、当該平坦面上の微細な凹凸の凹の深さ（又は凸の高さ）の平均値が凹部１１Ａの深さ（凸部１１Ｂの高さ）の±５％以下である面、又は、算術平均粗さ（Ｒａ）が５μｍ以下である面である。グラビアロール１１の表面は、グラビアロール１１の製造工程の最終段階で研磨加工されるため、凸部１１Ｂの上面の平坦度は高い。
【００２５】
また、複数の凸部１１Ｂの上面の面積は、グラビアロール１１の表面の面積３０２５００μｍ２（５５０μｍ×５５０μｍ）当たり、４００００μｍ２以上、６００００μｍ２以下であることが好ましい。凸部１１Ｂの上面の面積が、グラビアロール１１の表面の面積３０２５００μｍ２（５５０μｍ×５５０μｍ）当たり、４００００μｍ２以上であることにより、十分な面積を有する凸部１１Ｂの上面で応力を分散することができる。これにより、集電箔Ｓ上から負極合材層Ｎが部分的に剥離してしまうことを防止できる。また、凸部１１Ｂの上面の面積が、グラビアロール１１の表面の面積３０２５００μｍ２（５５０μｍ×５５０μｍ）当たり、６００００μｍ２以下であることにより、十分な幅を有する流路１１Ｃを形成することができる。
【００２６】
また、流路１１Ｃの幅（隣り合う凸部１１Ｂの間の距離）は、５０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。流路１１Ｃの幅が５０μｍ以上であることにより、複数の凹部１１Ａ間におけるペーストを十分に流動させることができ、集電箔Ｓ上の負極合材層Ｎ上に形成された絶縁層Ｉの表面にスジが形成されるのを防ぐことができる。また、流路１１Ｃの幅が３００μｍより広いと、複数の凹部１１Ａに保持されたペースト液同士がつながりにくくなり、集電箔Ｓ上の負極合材層Ｎ上に形成された絶縁層Ｉの表面にスジが形成されてしまう。
【００２７】
次に、本実施の形態１に係る負極の製造方法について説明する。
まず、コーティングロール２，３を用いて、活物質保持部１から供給された負極合材ペーストを集電箔Ｓ上に供給し、コーティングロール３によって、集電箔Ｓ上に供給された負極合材ペーストを均して転写する（転写工程）。
【００２８】
次に、集電箔Ｓ上に転写された負極合材層Ｎの上にグラビアロール１１を用いて絶縁粒子ペーストをグラビア塗布する（塗布工程）。
【００２９】
次に、乾燥炉１２によって、集電箔Ｓ上に形成された負極合材層Ｎ及び絶縁層Ｉに含まれる溶媒を除去することにより、当該負極合材層Ｎ及び絶縁層Ｉを乾燥する（乾燥工程）。
このようにして、負極が製造される。
【００３０】
本実施の形態１に係る負極の製造方法では、転写工程によって集電箔Ｓ上に形成された負極合材層Ｎが乾燥される前に、塗布工程において、当該負極合材層Ｎ上に絶縁粒子ペーストがグラビア塗布される。そのため、集電箔Ｓ上に形成された負極合材層Ｎが乾燥された後に絶縁粒子ペーストをグラビア塗布する場合に比べて、当該負極合材層Ｎから負極合材が剥離しやすい。しかし、本実施の形態１に係るグラビアロール１１を用いることにより、湿潤状態である負極合材層Ｎ上に絶縁粒子ペーストをグラビア塗布しても、当該負極合材層Ｎからの負極合材の剥離を低減することができる。
【００３１】
次に、図８を参照しながら、本発明に係る実施例１と、比較例１及び２を説明する。実施例１、比較例１、比較例２において用いた絶縁粒子ペーストは、ベーマイト状のＡｌ２Ｏ３・Ｈ２Ｏ、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、アクリルバインダーを、それぞれ、９７ｗｔ％、１ｗｔ％、２ｗｔ％で混合したものであり、当該ペーストの固形分率は４５％である。また、実施例１、比較例１、比較例２において、負極合材層の上に、絶縁粒子ペーストを５μｍの厚みで成膜した。
また、実施例１、比較例１、比較例２において用いた負極合材ペーストは、黒鉛（Ｃ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を、それぞれ、９８ｗｔ％、２ｗｔ％で混合したものであり、当該負極合材ペーストの固形分率は７３％である。また、実施例１、比較例１、比較例２において用いた集電箔Ｓは、厚さ８μｍの銅箔（Ｃｕ箔）であり、当該銅箔の上に、負極合材ペーストを厚さ１２０μｍで塗布した。
【００３２】
また、図８に示す表において、「凸部面積」とは、凸部の上面の面積であり、より具体的には、集電箔Ｓ上に形成された負極合材層Ｎと接触する凸部の面積である。
また、当該表において、「電極剥離」の「×」は、実施例１、比較例１、比較例２に係るグラビアロールによって上記の絶縁粒子ペーストを負極合材層Ｎ上に塗布した後、グラビアロールの表面に負極合材が付着した場合を示し、「電極剥離」の「○」とは、グラビアロールの表面に負極合材が付着しない場合を示す。
また、当該表において、「塗工面」の「○」は、実施例１、比較例１、比較例２に係るグラビアロールによって負極合材層Ｎ上に塗布した絶縁層Ｉの表面にスジが形成されない場合を示し、「塗工面」の「×」とは、当該絶縁層Ｉの表面にスジが形成される場合を示す。実施例１、比較例１、比較例２に係るグラビアロールによって負極合材層Ｎ上に塗布した絶縁層Ｉの表面の写真は、株式会社キーエンス製の光学顕微鏡マイクロスコープによって撮影したものである。
【００３３】
比較例１に係るグラビアロールの表面形状は、格子状に形成された複数の凹部と、当該格子状の凹部によって形成された各マス目の中に、平面視円形に形成された複数の凸部と、を備える。また、比較例１において、凸部の上面の面積は、グラビアロールの表面の面積３０２５００μｍ２（５５０μｍ×５５０μｍ）当たり、２８０００μｍ２である。また、比較例１において、凹部の幅は１２０μｍであり、当該凹部の深さは６０μｍであり、凸部の直径は１１０μｍである。
【００３４】
比較例２に係るグラビアロールの表面形状は、平面視円形に形成された複数の凹部と、隣り合う当該凹部を隔てる複数の凸部と、を備える。また、比較例２において、凸部の上面の面積は、グラビアロールの表面の面積３０２５００μｍ２（５５０μｍ×５５０μｍ）当たり、５４０００μｍ２である。また、比較例２において、凹部の直径は２４０μｍであり、当該凹部の深さは６５μｍである。
【００３５】
実施例１に係るグラビアロール１１の表面形状は、平面視円形に形成された複数の凹部と、隣り合う当該凹部を隔てる複数の凸部と、隣り合う当該凸部の間に形成された、隣り合う当該凹部をつなぐ複数の流路と、を備える。すなわち、実施例１に係るグラビアロール１１の表面形状は、比較例２に係るグラビアロールの表面形状の凸部に、隣り合う凹部をつなぐ流路を形成したものである。また、実施例１において、凸部の上面の面積は、グラビアロールの表面の面積３０２５００μｍ２（５５０μｍ×５５０μｍ）当たり、５１０００μｍ２である。また、実施例１において、凹部の直径は２４０μｍであり、当該凹部の深さは６５μｍであり、流路の幅は５０μｍである。
【００３６】
比較例１では、凸部の上面の面積が小さいため、グラビアロールの凸部が集電箔Ｓ上の負極合材層Ｎ上に局所的に圧力を加えてしまう。そのため、集電箔Ｓ上に形成された負極合材層Ｎから負極合材が剥離してしまったと考えられる。一方、比較例１では、凹部が格子状に形成されているため、凹部に保持された絶縁粒子ペーストが十分に流動するため、負極合材層Ｎ上に塗布した絶縁層Ｉの表面にスジが形成されなかったと考えられる。
【００３７】
比較例２では、凸部の上面の面積が十分に大きいため、グラビアロールの表面の凸部にかかる応力を当該凸部の上面全体に分散することができる。換言すれば、グラビアロールの凸部が集電箔Ｓ上の負極合材層Ｎ上に局所的に圧力を加えてしまうことを防ぐことができる。そのため、集電箔Ｓ上に形成された負極合材層Ｎから負極合材が剥離しなかったと考えられる。一方、比較例２では、個々の凹部が独立しているため、凹部に保持された絶縁粒子ペーストが流動せず、負極合材層Ｎ上に塗布した絶縁層Ｉの表面にスジが形成されてしまったと考えられる。
【００３８】
実施例１では、比較例２と同様に、凸部１１Ｂの上面の面積が十分に大きいため、グラビアロール１１の表面の凸部１１Ｂにかかる応力を当該凸部１１Ｂの上面全体に分散することができる。換言すれば、グラビアロール１１の凸部１１Ｂが集電箔Ｓ上の負極合材層Ｎ上に局所的に圧力を加えてしまうことを防ぐことができる。そのため、集電箔Ｓ上に形成された負極合材層Ｎから負極合材が剥離しなかったと考えられる。また、実施例１では、隣り合う各凹部１１Ａをつなぐ流路１１Ｃが形成されているため、凹部１１Ａに保持された絶縁粒子ペーストが十分に流動するため、負極合材層Ｎ上に塗布した絶縁層Ｉの表面にスジが形成されなかったと考えられる。
【００３９】
以上に説明した、実施の形態１に係る負極の製造方法によれば、凸部１１Ｂの上面は平坦面であるため、グラビアロール１１の表面の凸部１１Ｂにかかる応力を凸部１１Ｂの上面全体に分散することができる。さらに、凸部１１Ｂの上面の面積は、グラビアロール１１の表面の面積３０２５００μｍ２（５５０μｍ×５５０μｍ）当たり、４００００μｍ２以上であるため、十分な面積を有する凸部１１Ｂの上面で応力を分散することができる。これにより、集電箔Ｓ上から負極合材層Ｎが部分的に剥離してしまうことを防止できる。さらに、隣り合う凸部１１Ｂの間には、隣り合う凹部１１Ａをつなぐ流路１１Ｃが形成されているため、グラビアロール１１表面上におけるペーストの流動性を担保できる。これにより、負極合材層Ｎ上に塗工された絶縁層Ｉの表面にスジが形成されるのを防ぐことができる。よって、より均一な塗工面を有する負極を製造することができる負極の製造方法を提供することができる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、本発明に係るグラビアロール１１の凹部１１Ａ、凸部１１Ｂ、流路１１Ｃの平面視形状及び配置は、上記実施の形態１及び図３乃至図７に示したものに限られるものではない。
【符号の説明】
【００４１】
１  活物質保持部
２，３  コーティングロール
４  バックロール
５，６，７，８，９  ガイドロール
１０  絶縁粒子供給部、
１１  グラビアロール
１１Ａ  凹部
１１Ｂ  凸部
１１Ｃ  流路
１２  乾燥炉
１００  負極製造装置
Ｓ  集電箔
Ｎ  負極合材層
Ｉ  絶縁層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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