(57)【要約】【課題】活物質層を形成した帯状集電体を切断するための刃を長寿命化することができるとともにプレスと切断を容易に行うことができる電極の製造方法および電極の製造装置を提供する。【解決手段】バインダ樹脂を有する活物質層を形成した帯状金属箔７０における切断予定位置での活物質層に溶媒７６を塗布する。帯状金属箔７０の切断予定位置の活物質層に紫外線Ｒｕを照射する。一対のプレスロール６１，６２間で活物質層を形成した帯状金属箔７０をプレスするときにプレスロール６１に設けた刃６３により帯状金属箔７０の切断予定位置で切断する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バインダ樹脂を有する活物質層を形成した帯状集電体における切断予定位置での前記活物質層に溶媒を塗布する第１工程と、
前記第１工程後において前記帯状集電体の切断予定位置の前記活物質層に紫外線を照射する第２工程と、
前記第２工程後において一対のプレスロール間で前記活物質層を形成した前記帯状集電体をプレスするときに前記一対のプレスロールの少なくとも一方に設けた刃により前記帯状集電体の前記切断予定位置で切断する第３工程と、
を有することを特徴とする電極の製造方法。
【請求項２】
前記溶媒にはバインダ樹脂が含まれ、前記溶媒及び前記バインダ樹脂は、前記活物質層の形成に用いる活物質合剤の成分と同種のものであり、前記第３工程後に真空乾燥を行うことを特徴とする請求項１に記載の電極の製造方法。
【請求項３】
前記刃はギャング刃であることを特徴とする請求項１または２に記載の電極の製造方法。
【請求項４】
バインダ樹脂を有する活物質層を形成した帯状集電体における切断予定位置での前記活物質層に溶媒を塗布する溶媒塗布装置と、
前記溶媒塗布装置により溶媒を塗布した後の前記帯状集電体の切断予定位置の前記活物質層に紫外線を照射する紫外線照射装置と、
一対のプレスロールの少なくとも一方に刃が設けられ、前記一対のプレスロール間で前記活物質層を形成した前記帯状集電体をプレスするときに前記刃により前記帯状集電体の前記切断予定位置で切断するプレスロール装置と、
を備えたことを特徴とする電極の製造装置。
【請求項５】
前記刃はギャング刃であることを特徴とする請求項４に記載の電極の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極の製造方法および電極の製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二次電池やキャパシタのような蓄電装置は再充電が可能であり、繰り返し使用することができるため電源として広く利用されている。蓄電装置はケース内に電極組立体が収納されている。電極組立体を構成する電極を製造する場合、その製造工程としては、例えば、塗工工程、乾燥工程、プレス工程、スリットカット工程、真空乾燥工程、切断工程等を有する。例えば、塗工工程において帯状金属箔にスラリー状の活物質合剤を塗布した後、乾燥工程およびプレス工程を経て、帯状金属箔上に活物質層が形成される。その後、スリットカット工程においては、帯状金属箔の幅方向端部、又は多条取りを前提とした帯状金属箔の中央部で切断される。特許文献１においては、さらに、スリットカット工程において、トリミングローラのローラ部によってシート電極を押圧しながらシート電極を切断刃によって切断することにより切断後のシート電極の切断面にバリやかえりが発生するのを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−６９２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、活物質層を形成した帯状集電体を切断するための刃の長寿命化を図りたいというニーズがある。詳しくは、活物質層を形成した帯状集電体を切断（スリットカット）する場合、例えば硬質である無機材料を多く含む活物質層を切断するために刃の寿命が短い。さらに、特許文献１のように刃をトリミングローラのローラ部に一体化した場合、刃の寿命に基づきローラ毎交換が必要になり、設備の稼働率および設備のランニングコストを悪化させてしまう。
【０００５】
本発明の目的は、活物質層を形成した帯状集電体を切断するための刃を長寿命化することができるとともにプレスと切断を容易に行うことができる電極の製造方法および電極の製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明では、バインダ樹脂を有する活物質層を形成した帯状集電体における切断予定位置での前記活物質層に溶媒を塗布する第１工程と、前記第１工程後において前記帯状集電体の切断予定位置の前記活物質層に紫外線を照射する第２工程と、前記第２工程後において一対のプレスロール間で前記活物質層を形成した前記帯状集電体をプレスするときに前記一対のプレスロールの少なくとも一方に設けた刃により前記帯状集電体の前記切断予定位置で切断する第３工程と、を有することを要旨とする。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、第１工程において、バインダ樹脂を有する活物質層を形成した帯状集電体における切断予定位置での活物質層に溶媒が塗布される。その後、第２工程において、帯状集電体の切断予定位置の活物質層に紫外線が照射される。その後、第３工程において、一対のプレスロール間で活物質層を形成した帯状集電体をプレスするときに一対のプレスロールの少なくとも一方に設けた刃により帯状集電体の切断予定位置で切断される。
【０００８】
よって、切断予定位置に溶媒を塗布することで切断予定位置の活物質部分が軟化し切断しやすい。また、紫外線を照射することによりさらに切断しやすくなる。その結果、活物質層を形成した帯状集電体を切断するための刃を長寿命化することができる。また、プレスするときに切断するのでプレスと切断を容易に行うことができる。
【０００９】
請求項２に記載のように、請求項１に記載の電極の製造方法において、前記溶媒にはバインダ樹脂が含まれ、前記溶媒及び前記バインダ樹脂は、前記活物質層の形成に用いる活物質合剤の成分と同種のものであり、前記第３工程後に真空乾燥を行うとよい。
【００１０】
請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の電極の製造方法において、前記刃はギャング刃であるとよい。
請求項４に記載の発明では、バインダ樹脂を有する活物質層を形成した帯状集電体における切断予定位置での前記活物質層に溶媒を塗布する溶媒塗布装置と、前記溶媒塗布装置により溶媒を塗布した後の前記帯状集電体の切断予定位置の前記活物質層に紫外線を照射する紫外線照射装置と、一対のプレスロールの少なくとも一方に刃が設けられ、前記一対のプレスロール間で前記活物質層を形成した前記帯状集電体をプレスするときに前記刃により前記帯状集電体の前記切断予定位置で切断するプレスロール装置と、を備えたことを要旨とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明によれば、溶媒塗布装置において、バインダ樹脂を有する活物質層を形成した帯状集電体における切断予定位置での活物質層に溶媒が塗布される。紫外線照射装置において、溶媒塗布装置により溶媒を塗布した後の帯状集電体の切断予定位置の活物質層に紫外線が照射される。プレスロール装置において、一対のプレスロール間で活物質層を形成した帯状集電体をプレスするときに刃により帯状集電体の切断予定位置で切断される。
【００１２】
よって、溶媒塗布装置により切断予定位置に溶媒を塗布することで切断予定位置の活物質部分が軟化し切断しやすい。また、紫外線照射装置により紫外線を照射することによりさらに切断しやすくなる。その結果、プレスロール装置において、活物質層を形成した帯状集電体を切断するための刃を長寿命化することができる。また、プレスするときに切断するのでプレスと切断を容易に行うことができる。
【００１３】
請求項５に記載のように、請求項４に記載の電極の製造装置において、前記刃はギャング刃であるとよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、活物質層を形成した帯状集電体を切断するための刃を長寿命化することができるとともにプレスと切断を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】電極の製造装置の概略構成を示す正面図。
【図２】プレスロール装置を示す斜視図。
【図３】プレスロール装置を示す側面図。
【図４】（ａ）は電極の製造工程を説明するための平面図、（ｂ）は同じく正面図、（ｃ）は同じく右側面図。
【図５】（ａ）は電極の製造工程を説明するための平面図、（ｂ）は同じく正面図、（ｃ）は同じく右側面図。
【図６】（ａ）は電極の製造工程を説明するための平面図、（ｂ）は同じく正面図、（ｃ）は同じく右側面図。
【図７】（ａ）は電極の製造工程を説明するための平面図、（ｂ）は同じく正面図、（ｃ）は同じく右側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面にしたがって説明する。
図１に示すように、電極の製造装置１０は、ダイヘッド２０と、乾燥装置（乾燥炉）３０と、溶媒塗布装置４０と、紫外線照射装置５０と、プレスロール装置６０を備えている。この電極の製造装置１０は、リチウムイオン二次電池における電極の製造装置である。
【００１７】
ダイヘッド２０に対しスラリー状の活物質合剤（活物質、導電助剤、バインダ樹脂、溶剤等を混練・希釈してスラリー状にしたもの）が送液される。バインダ樹脂として、ポリアミドイミドを挙げることができる。
【００１８】
ダイヘッド２０に供給された活物質合剤が帯状集電体としての帯状金属箔７０に向かって吐出するようになっている。ダイヘッド２０に対し所定距離だけ離間した位置にバックアップロール７１が配置され、バックアップロール７１の外周に帯状金属箔７０が巻き掛けられ、バックアップロール７１は帯状金属箔７０を連続搬送可能に支持している。バックアップロール７１に支持された帯状金属箔７０に対し、ダイヘッド２０から吐出された活物質合剤が塗布される。
【００１９】
その後、帯状金属箔７０はガイドロール７２に案内されつつ搬送される。
乾燥装置（乾燥炉）３０は、活物質合剤を塗布した後の帯状金属箔７０が通過して乾燥される。
【００２０】
溶媒塗布装置４０は、図５に示すごとくバインダ樹脂を有する活物質層７５を形成した帯状金属箔７０における切断予定位置Ｌｃでの活物質層７５に溶媒７６を塗布する。なお、溶媒７６にはバインダが混入されており、溶媒７６及びバインダは、活物質スラリーに用いたものと同種である。即ち、溶媒７６にはバインダ樹脂が含まれ、溶媒及びバインダ樹脂は、活物質層の形成に用いる活物質合剤の成分と同種のものである。
【００２１】
図１の紫外線照射装置５０は、溶媒塗布装置４０により溶媒７６を塗布した後の帯状金属箔７０の切断予定位置Ｌｃの活物質層７５に紫外線Ｒｕを照射する。
図２，３に示すように、プレスロール装置６０は、上下一対のプレスロール（上ロール、下ロール）６１，６２を有する。上下のプレスロール６１，６２は、共に円柱状をなす。上下のプレスロール６１，６２は、径が同一寸法となっているとともに長さも同一である。上下のプレスロール６１，６２は端部が揃う状態で水平に、かつ、両者の間に所定の隙間ができるように配置されている。そして、上下一対のプレスロール６１，６２間に、紫外線Ｒｕを照射した後の活物質層７５を形成した帯状金属箔７０が通過してプレスされる。
【００２２】
上側のプレスロール６１の一側面には、上側のプレスロール６１よりも大径なる円板状の刃６３が一体的に設けられている。この大径の刃６３と下側のプレスロール６２の側面との間における段差部分が、活物質層７５を形成した帯状金属箔７０を切断する部位となる。このように、刃６３は、ギャング刃である。そして、プレスロール装置６０において、プレスロール６１，６２の回転に伴い刃６３により帯状金属箔７０における切断予定位置Ｌｃで、活物質層７５を形成した帯状金属箔７０が切断される。即ち、プレスロール装置６０は、一対のプレスロール６１，６２のうちのプレスロール６１に刃６３が設けられ、一対のプレスロール６１，６２間で活物質層７５を形成した帯状金属箔７０をプレスするときに刃６３により帯状金属箔７０の切断予定位置Ｌｃで切断する。これによりロールプレスと同時にカットを行うことができる。
【００２３】
カットされた帯状金属箔７０は、真空乾燥機（減圧乾燥炉）内に収容され、減圧下でさらに数時間〜数十時間の加熱乾燥を行う。真空乾燥機内より取り出された帯状金属箔７０は、次の切断工程により、所定長さの個々の電極に切断される。
【００２４】
次に、作用について説明する。
電極の製造工程において、図４に示すように、帯状金属箔７０を用意する。そして、ダイヘッド２０から活物質合剤を帯状金属箔７０に塗布するとともに乾燥装置３０を用いて乾燥して図５に示すように、帯状金属箔７０の切断予定位置Ｌｃを含めた領域に活物質層７５を形成する。
【００２５】
引き続き、溶媒塗布装置４０を用いて図６に示すように、バインダ樹脂を有する活物質層７５を形成した帯状金属箔７０における切断予定位置Ｌｃでの活物質層７５に溶媒７６を塗布する。溶媒７６は活物質層７５内に浸み込み、活物質粒子を結合しているバインダは軟化する。
【００２６】
その後において、紫外線照射装置５０を用いて帯状金属箔７０の切断予定位置Ｌｃの活物質層７５に紫外線Ｒｕを照射する。この紫外線照射により、さらにバインダが活性化・劣化される。詳しくは、バインダをなす樹脂における分子同士をつなぐ鎖（結合手）が切れて当該樹脂が劣化される。このような活性化や劣化により刃６３で活物質層７５を切断しやすくなる。
【００２７】
なお、紫外線照射では発熱しないが、赤外線照射では発熱するので適当ではない。
その後、プレスロール装置６０を用いて一対のプレスロール６１，６２間で活物質層７５を形成した帯状金属箔７０をプレスするとともにプレスロール６１に設けた刃６３により図７に示すように帯状金属箔７０の切断予定位置Ｌｃで切断する。ここで、比較例として活物質層をプレスで固めた状態では切断しにくい。本実施形態では、切断予定位置Ｌｃに塗布した溶媒７６により軟化しており、切断が容易となっている。つまり、帯状金属箔７０における活物質塗布部を切断する際に、切断予定位置Ｌｃに溶媒７６を塗布することで、切断予定位置Ｌｃの活物質部分が軟化し切断しやすい。さらに、切断予定位置Ｌｃに紫外線Ｒｕを照射することによるバインダをなす樹脂の活性化・劣化によりさらに切断しやすくなる。
【００２８】
長手方向に切断された帯状金属箔７０は、その後、真空乾燥機内に収容され、加熱乾燥が行われる。溶媒７６の作用により、切断部位（切断予定位置Ｌｃ）付近のバインダは軟化、又は劣化し、活物質粒子が剥離しやすい状態となっている。しかしながら、軟化したバインダ、及び溶媒に混入されたバインダが、真空乾燥機内で硬化することで、活物質粒子同士の結合が補強される。
【００２９】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）図１に示すように、乾燥装置３０の後段において、切断予定位置（ライン）Ｌｃに溶媒塗布装置４０で溶媒７６を塗布し、さらに紫外線照射装置５０で切断予定位置Ｌｃに紫外線Ｒｕを照射してカット前に活物質層を弱体化させることで、刃の寿命を延ばすことができる。つまり、電極の製造方法として、第１工程と第２工程と第３工程とを有する。第１工程では、バインダ樹脂を有する活物質層７５を形成した帯状金属箔７０における切断予定位置Ｌｃでの活物質層７５に溶媒７６を塗布する。第２工程では、第１工程後において帯状金属箔７０の切断予定位置Ｌｃの活物質層７５に紫外線Ｒｕを照射する。第３工程では、第２工程後において一対のプレスロール６１，６２間で活物質層７５を形成した帯状金属箔７０をプレスするときにプレスロール６１に設けた刃６３により帯状金属箔７０の切断予定位置Ｌｃで切断する。よって、切断予定位置Ｌｃに溶媒７６を塗布することで切断予定位置Ｌｃの活物質部分が軟化し切断しやすい。また、紫外線Ｒｕを照射してバインダ樹脂を活性化・劣化することによりさらに切断しやすくなる。その結果、活物質層７５を形成した帯状金属箔７０を切断するための刃６３を長寿命化することができる。
【００３０】
また、プレスするときに切断するのでプレスと切断を容易に行うことができる。このようにして、活物質層７５を形成した帯状金属箔７０を切断するための刃６３を長寿命化することができるとともにプレスと切断を容易に行うことができることとなる。
【００３１】
（２）溶媒７６にはバインダ樹脂が含まれ、溶媒及びバインダ樹脂は、活物質層の形成に用いる活物質合剤の成分と同種のものであり、第３工程後に真空乾燥を行う。つまり、溶媒塗布装置４０は、溶媒７６とともに、新たにバインダを塗布するので、切断後に、切断部位（切断予定位置Ｌｃ）付近の活物質粒子同士の結合が、補強される。帯状金属箔７０に活物質合剤が塗布された後、帯状金属箔は乾燥装置３０を通過することで、活物質合剤に含まれる溶媒の大半は除去される。しかしながら、僅かに残留する溶媒も、電池の性能に悪影響を及ぼす為、プレス後に、さらに真空乾燥装置による長時間の加熱乾燥が行われている。前述した製造方法では、溶媒に新規なバインダを混入し、真空乾燥を経ることで、切断部位付近の活物質粒子の結合が補強され、活物質粒子の剥離が抑制される。
【００３２】
（３）上記（１），（２）において、刃６３はギャング刃であるので、実用的である。
（４）電極の製造装置として、溶媒塗布装置４０と紫外線照射装置５０とプレスロール装置６０とを備える。溶媒塗布装置４０は、バインダ樹脂を有する活物質層を形成した帯状金属箔７０における切断予定位置Ｌｃでの活物質層７５に溶媒７６を塗布する。紫外線照射装置５０は、溶媒塗布装置４０により溶媒７６を塗布した後の帯状金属箔７０の切断予定位置Ｌｃの活物質層７５に紫外線Ｒｕを照射する。プレスロール装置６０は、一対のプレスロール６１，６２のうちのプレスロール６１に刃６３が設けられ、一対のプレスロール６１，６２間で活物質層７５を形成した帯状金属箔７０をプレスするときに刃６３により帯状金属箔７０の切断予定位置Ｌｃで切断する。よって、溶媒塗布装置４０により切断予定位置Ｌｃに溶媒７６を塗布することで切断予定位置Ｌｃの活物質部分が軟化し切断しやすい。また、紫外線照射装置５０により紫外線Ｒｕを照射してバインダ樹脂を活性化・劣化することによりさらに切断しやすくなる。その結果、プレスロール装置６０において、活物質層７５を形成した帯状金属箔７０を切断するための刃６３を長寿命化することができる。また、プレスするときに切断するのでプレスと切断を容易に行うことができる。このようにして、活物質層７５を形成した帯状金属箔７０を切断するための刃６３を長寿命化することができるとともにプレスと切断を容易に行うことができることとなる。
【００３３】
（５）上記（４）において、刃６３はギャング刃であるので、実用的である。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・ギャング刃に代わりトムソン刃を用いてもよい。つまり、一対のプレスロールのそれぞれに設けた刃により帯状集電体としての帯状金属箔の切断予定位置で切断するようにしてもよい。要は、一対のプレスロールの少なくとも一方に刃が設けられ、一対のプレスロール間で活物質層を形成した帯状金属箔をプレスするときに刃により帯状金属箔の切断予定位置で切断する構成とすればよい。
【００３４】
・実施形態では、帯状の正極電極と負極電極とがセパレータを間に挟んだ状態で捲回される所謂捲回型の電極組立体用電極であったが、これに限らずシート状の正極電極とシート状の負極電極とがセパレータを介して交互に積層された所謂積層型の電極組立体用電極であってもよい。
【００３５】
・リチウムイオン二次電池に適用したが、これに限ることなく、他の二次電池に適用したり、また一次電池、キャパシタ等に適用してもよい。
・活物質層７５は、帯状金属箔７０の片面にあったが、これに限られず、例えば、帯状金属箔の両面にあってもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１０…電極の製造装置、４０…溶媒塗布装置、５０…紫外線照射装置、６０…プレスロール装置、６１…プレスロール、６２…プレスロール、６３…刃、７０…帯状金属箔、７５…活物質層、７６…溶媒、Ｌｃ…切断予定位置、Ｒｕ…紫外線。
【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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