(57)【要約】【課題】異物除去のための前工程を必要とせずに加圧面から異物を除去することができる電極材料のプレス装置を提供すること。【解決手段】プレス装置２４は、電極材料１７を、帯状金属箔１６の面に交差する方向から第１プレスロール２５と第２プレスロール２６で加圧する。プレス装置２４において、第１プレスロール２５は金属製である。また、プレス装置２４は、第１プレスロール２５における塗工部１８の加圧面２５ａに対向し、かつ第１プレスロール２５との間で交流アーク放電を行う交流アーク用電極３３を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺状の集電体と、
該集電体の少なくとも一方の面に形成された活物質ペーストの塗工部と、を有する電極材料を、前記集電体の面に交差する方向からプレスロールで加圧する電極材料のプレス装置であって、
前記プレスロールは金属製であり、
前記プレスロールにおける前記塗工部の加圧面に対向し、かつ前記プレスロールとの間で交流アーク放電を行う交流アーク用電極を有する電極材料のプレス装置。
【請求項２】
前記交流アーク用電極に向けて不活性ガスを供給する供給装置を有する請求項１に記載の電極材料のプレス装置。
【請求項３】
前記交流アーク用電極はタングステン又はタングステン合金製である請求項１又は請求項２に記載の電極材料のプレス装置。
【請求項４】
前記加圧面に付着した異物を検出する検出部と、
前記プレスロールの軸方向に沿って並設された複数の交流アーク用電極と、
前記検出部が前記異物を検出したタイミングで、複数の交流アーク用電極のうち少なくとも前記異物に対応した交流アーク用電極とプレスロールとの間で交流アーク放電を行わせる制御装置と、を備える請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の電極材料のプレス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極材料を、集電体の面に交差する方向からプレスロールで加圧する電極材料のプレス装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄電装置の一種である二次電池としては、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池などが知られている。例えば、リチウムイオン二次電池は、ケースを備えるとともに、このケース内に、集電体に活物質層を設けた正極の電極及び負極の電極を積層、或いは捲回した電極組立体を備える。
【０００３】
二次電池における各極の電極の製造は、まず、活物質、導電剤、溶剤及びバインダを混合した活物質ペーストを各極の集電体の表面に塗布し、集電体と、活物質ペーストの層である塗工部とを有する電極材料を形成する。その後、塗工部を乾燥させ、さらに、得られる活物質層の密度を高めるために、塗工部を加圧する。この加圧は、例えば一対のプレスロールの間に電極材料を通過させ、塗工部を集電体の面に交差する方向からロールプレスして行われる。なお、プレスロールは、円柱状の金属製であり、外周面に加圧面を有する。その後、電極材料を電極の外形に沿う形状に切断する。すると、集電体からタブ等が形成されるとともに、塗工部から活物質層が形成され、電極が製造される。
【０００４】
ところで、プレスロールで塗工部を加圧した際、活物質の粒子等が凝縮した異物が、バインダの粘着力によってプレスロールの加圧面に付着してしまうことがある。加圧面に異物が付着していると、付着した異物が、プレスロールの回転によって塗工部の加圧位置まで移動し、そのまま異物が塗工部に押し付けられてしまう。その結果、プレス後の塗工部の表面に、異物を原因とした凹みが生じたり、異物が付着した凸部が生じたりしてしまう。
【０００５】
そこで、プレスロールの加圧面に付着してしまった異物を除去するようにしており、その方法として例えば、特許文献１が挙げられる。特許文献１では、プレスロールの加圧面に対してコロナ放電を行う。そして、コロナ放電により、異物を膨潤させ、異物をプレス面から浮き上がらせる。その後、プレスロールの加圧面にスクレーパーを摺接させて、加圧面から浮き上がった異物をスクレーパーで掻き取っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２８７５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献１では、異物をスクレーパーで掻き取る前に、コロナ放電を行って異物を膨潤させ、加圧面から浮き上がらせる必要がある。すなわち、特許文献１では、異物を加圧面から除去するために、異物を掻き取り易くするための前工程（コロナ放電）が必要である。
【０００８】
本発明は、異物除去のための前工程を必要とせずに加圧面から異物を除去することができる電極材料のプレス装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題点を解決するための電極材料のプレス装置は、長尺状の集電体と、該集電体の少なくとも一方の面に形成された活物質ペーストの塗工部と、を有する電極材料を、前記集電体の面に交差する方向からプレスロールで加圧する電極材料のプレス装置であって、前記プレスロールは金属製であり、前記プレスロールにおける前記塗工部の加圧面に対向し、かつ前記プレスロールとの間で交流アーク放電を行う交流アーク用電極を有することを要旨とする。
【００１０】
これによれば、プレスロールによって塗工部が加圧された際、加圧面には、活物質ペーストに含まれる異物がバインダの粘着力によって付着する場合がある。プレス装置では、プレスロールをマイナス極とし、交流アーク用電極をプラス極にして交流アーク放電が行われると、加圧面に入熱があり、その熱によって加圧面に付着したバインダが溶融する。さらに、プレスロールから交流アーク用電極に向けて電子が移動し、この電子によって異物が加圧面から飛ばされ、加圧面から異物が除去される。したがって、交流アーク放電を行うだけで、加圧面から異物を除去することができ、異物除去のために前工程を必要としない。
【００１１】
また、電極材料のプレス装置について、前記交流アーク用電極に向けて不活性ガスを供給する供給装置を有するのが好ましい。
これによれば、交流アーク用電極の消耗の原因の一つは酸化である。不活性ガスを供給装置から供給し、交流アーク放電を不活性ガスの存在下で行うことで、酸化による交流アーク用電極の消耗を抑えることができる。
【００１２】
また、電極材料のプレス装置について、前記交流アーク用電極はタングステン又はタングステン合金製であるのが好ましい。
これによれば、交流アーク用電極の製造コストを抑えることができる。
【００１３】
また、電極材料のプレス装置について、前記加圧面に付着した異物を検出する検出部と、前記プレスロールの軸方向に沿って並設された複数の交流アーク用電極と、前記検出部が前記異物を検出したタイミングで、複数の交流アーク用電極のうち少なくとも前記異物に対応した交流アーク用電極とプレスロールとの間で交流アーク放電を行わせる制御装置と、を備えている。
【００１４】
これによれば、検出部が異物を検出したときには、制御装置は、複数の交流アーク用電極のうち、少なくとも異物に対応した交流アーク用電極とプレスロールとの間で交流アーク放電を行わせる。したがって、全ての交流アーク用電極を用いて交流アーク放電を常に行っている場合と比べると、交流アーク用電極の消耗を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、異物除去のための前工程を必要とせずに加圧面から異物を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】電極を示す斜視図。
【図２】プレス装置を示す模式的に示す図。
【図３】プレス装置の交流アーク装置を模式的に示す部分正面図。
【図４】プレス装置を示す部分拡大断面図。
【図５】（ａ）はトーチの構造を模式的に示す部分断面図、（ｂ）は異物が除去される状況を模式的に示す部分断面図。
【図６】別例のプレス装置を模式的に示す図。
【図７】別例のプレス装置の交流アーク装置を模式的に示す部分正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、電極材料のプレス装置を具体化した一実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
蓄電装置としての二次電池は、図示しないが、外観が角型をなす角型電池であり、リチウムイオン電池である。二次電池は、ケース内に電極組立体を備える。電極組立体は、複数の正極の電極と、複数の負極の電極とが、両者の間を絶縁した状態で交互に積層された積層タイプである。
【００１８】
図１に示すように、正極及び負極の電極１０は、それぞれ矩形状である。電極１０は、矩形状の金属箔１１（正極はアルミニウム箔、負極は銅箔）と、金属箔１１の両面に設けられた活物質層１２と、を有する。電極１０は、その一辺に沿って、活物質層１２が設けられず、金属箔１１が露出した未塗工部１２ａを有する。そして、電極１０において、未塗工部１２ａの一部には、集電タブ１４が突出する状態に設けられている。
【００１９】
次に、電極１０の製造方法を説明する。
電極１０の製造は、活物質ペーストを長尺状の帯状金属箔の片面に塗布し、帯状金属箔と、活物質ペーストの層である塗工部とを有する電極材料を形成する塗工工程と、塗工部を乾燥する乾燥工程と、塗工部を加圧するプレス工程と、電極材料を電極１０の形状に切断する成形工程と、を有する。塗工工程で塗布される活物質ペーストは、活物質、導電剤、溶剤及びバインダを混合したものである。
【００２０】
図示しないが、塗工工程では、集電体としての帯状金属箔の片面に、活物質ペーストの層が連続的に塗布され、帯状金属箔の長手方向に連続して塗工部が形成される。そして、塗工工程では、帯状金属箔と、塗工部とを有する電極材料が形成されるとともに、形成された電極材料は、供給リールに巻き取られる。乾燥工程では、電極材料は、乾燥機内を通過する。乾燥機内には、例えば、８０度前後の熱風が供給されている。電極材料が乾燥機内部を通過する間に、塗工部に含まれる溶剤の大半が蒸発する。
【００２１】
図２に示すように、プレス工程では、電極材料１７は、供給リール２１から繰り出された後、ダンサーロール２２を経て巻取りリール２３に巻き取られ、電極材料１７は、その長手方向に沿って搬送方向Ｘへ搬送される。供給リール２１から繰り出された電極材料１７は、ダンサーロール２２を経てプレス装置２４内に案内される。
【００２２】
電極材料のプレス装置２４は、電極材料１７を挟んで対向する第１プレスロール２５と第２プレスロール２６を有する。第１プレスロール２５は、電極材料１７の上方に配置され、第２プレスロール２６は、電極材料１７の下方に配置されている。第１プレスロール２５及び第２プレスロール２６は、それぞれ鋼製（金属製）であり、第１プレスロール２５は外周面に加圧面２５ａを有し、第２プレスロール２６は外周面に加圧面２６ａを有する。そして、第１プレスロール２５と第２プレスロール２６は、中心軸を中心として、互いに異なる方向に回転して、加圧面２５ａ，２６ａによって電極材料１７を挟み込んで塗工部１８を連続的に加圧する。
【００２３】
なお、巻取りリール２３は、第２プレスロール２６よりも下方で、かつ搬送方向Ｘに沿って上流寄りの場所に配置されている。このため、第１プレスロール２５と第２プレスロール２６の間を通過した電極材料１７は、第２プレスロール２６の加圧面２６ａに沿って、搬送方向Ｘの上流に向けて折り返された状態で巻取りリール２３に巻き取られる。
【００２４】
図３及び図４に示すように、プレス装置２４は、第１プレスロール２５の加圧面２５ａから異物を除去する交流アーク装置３０を有する。交流アーク装置３０は、トーチ３１を有し、トーチ３１は、加圧面２５ａに付着した異物の除去範囲（アーク電流を流す範囲）を決定付ける。トーチ３１は、トーチ３１の外形を構成する略四角筒状のケース３２と、そのケース３２内に挿通された複数の交流アーク用電極３３とを有する。
【００２５】
ケース３２は平面視矩形状の開口部３２ａを有し、開口部３２ａは第１プレスロール２５の加圧面２５ａに対向している。ケース３２の開口部３２ａからは、複数の交流アーク用電極３３の先端部が突出している。交流アーク用電極３３はタングステン合金製の棒状である。交流アーク用電極３３の先端部は尖っておらず湾曲形状となっている。複数の交流アーク用電極３３は、第１プレスロール２５の軸方向へ間隔を空けて並設されている。また、複数の交流アーク用電極３３は、第１プレスロール２５の径方向へ間隔を空けて並設されている。そして、複数の交流アーク用電極３３は、第１プレスロール２５の加圧面２５ａにおいて、電極材料１７を加圧する領域Ｒの全体をカバーするように配置されている。
【００２６】
トーチ３１は、各交流アーク用電極３３と接触した状態で取り付けられたコンタクトノズル３４を備えており、交流アーク装置３０は、コンタクトノズル３４それぞれと第１プレスロール２５間に交流電力を供給することが可能である。
【００２７】
図２に示すように、プレス装置２４は、不活性ガスの供給装置３５を有する。供給装置３５は、各交流アーク用電極３３の先端部と第１プレスロール２５の加圧面２５ａとの間に、不活性ガスとしてのアルゴンガス（Ａｒ）を供給する。そして、アルゴンガスによって、交流アーク用電極３３の周囲から空気（酸素）を遮断し、交流アーク用電極３３をアルゴンガスの環境下におく。
【００２８】
電極１０の製造において、成形工程は、プレス装置２４によるプレス工程を経た電極材料１７を、図示しない金型を用いて、電極１０の形状に沿って打ち抜く。これにより、電極１０が形成される。
【００２９】
次に、プレス工程でのプレス装置２４の作用を記載する。
まず、図４に示すように、供給装置３５によって、各交流アーク用電極３３の先端部と第１プレスロール２５の加圧面２５ａとの間にアルゴンガスを供給し、交流アーク用電極３３の先端部の周囲から空気を遮断した環境下で、全ての交流アーク用電極３３と第１プレスロール２５との間に所定の周波数の交流電力が供給される。そして、第１プレスロール２５と、全ての交流アーク用電極３３の間で交流アーク放電を生じさせる。第１プレスロール２５がマイナス極となり、各交流アーク用電極３３がプラス極となった状態では、第１プレスロール２５の加圧面２５ａでは、アークの陰極点が動き回って浅い入熱がある。
【００３０】
このとき、図５（ａ）に示すように、異物４４がバインダ４５の粘着力によって加圧面２５ａに付着していると、加圧面２５ａへの入熱によって、図５（ｂ）の２点鎖線に示すように、バインダ４５が溶融する。さらに、各交流アーク用電極３３と第１プレスロール２５との間にプラズマ空間Ｓが形成される。このプラズマ空間Ｓは、他の空間と比較して電気的な抵抗が小さい。このため、電子（ｅ−）が、プラズマ空間Ｓを通過して、第１プレスロール２５から各交流アーク用電極３３に向かおうとして、プラズマ空間Ｓ内に集中する。この場合、バインダ４５が溶融した状態で加圧面２５ａに付着している異物４４は、移動する電子によって加圧面２５ａから飛ばされ、加圧面２５ａから脱落する。すなわち、異物４４が加圧面２５ａから除去される。
【００３１】
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）プレス装置２４では、加圧面２５ａに付着した異物４４を除去するため、加圧面２５ａに対向して交流アーク用電極３３を配置し、この交流アーク用電極３３と第１プレスロール２５との間で交流アーク放電を行うようにした。そして、交流アーク用電極３３がプラス極となり、第１プレスロール２５がマイナス極となった状態では、加圧面２５ａに付着したバインダ４５が溶融し、異物４４には、第１プレスロール２５から交流アーク用電極３３に向けて移動する電子が衝突する。よって、交流アーク放電のクリーニング作用を利用することで、交流アーク放電を行うだけで加圧面２５ａに付着した異物４４を加圧面２５ａから除去することができる。したがって、異物除去のために、コロナ放電を行ってバインダを膨潤させる前工程を行った後にスクレーパー等で異物を掻き取って除去する場合と異なり、前工程を必要とせずに加圧面２５ａから異物４４を除去することができる。さらには、異物４４を除去するためにスクレーパー等を加圧面２５ａに摺接させる必要が無いため、加圧面２５ａが損傷を受けない。
【００３２】
（２）また、異物４４は、コロナ放電処理で行われるプラズマエッチングのようにイオンの衝突によって除去されるのではなく、電子の移動に伴って加圧面２５ａから除去される。よって、加圧面２５ａに対するダメージを軽減することができ、加圧面２５ａに凹凸が生じにくい。
【００３３】
（３）複数の交流アーク用電極３３は、第１プレスロール２５が電極材料１７を加圧する領域Ｒ全体に亘って複数配置されている。このため、加圧面２５ａにおいて、異物４４が付着する可能性のある領域全体を複数の交流アーク用電極３３でカバーすることができ、加圧面２５ａの如何なる場所に異物４４が付着しても除去することができる。
【００３４】
（４）交流アーク用電極３３はタングステン製である。このため、交流アーク用電極をモリブデン製とする場合と比べて、プレス装置２４の製造コストを抑えることができる。
（５）異物４４を加圧面２５ａから除去するため、交流アーク用電極３３と第１プレスロール２５の間で交流アーク放電を行うようにした。例えば、直流アーク放電を行った場合、第１プレスロール２５をマイナス極とし、電極をプラス極とすると、第１プレスロール２５から電極に向かって高温の電子が流れ続け、電極への入熱が大きくなって先端部が溶融しやすくなり、消耗が激しくなる。しかし、プレス装置２４では、交流アーク放電を行うため、交流アーク用電極３３をマイナス極にもできるため、交流アーク用電極３３の消耗を抑える点で直流アーク放電に比べて有利である。
【００３５】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  図６及び図７に示すように、プレス装置５０が備える交流アーク装置４０は、第１プレスロール２５の軸方向に沿って並設された複数のトーチ４１を有する。各トーチ４１は、トーチ４１の外形を構成する略四角筒状のケース４２と、そのケース４２内に挿通された複数の交流アーク用電極４３とを備えている。各トーチ４１は、各交流アーク用電極４３と接触した状態で取り付けられたコンタクトノズル（図示せず）を備えており、コンタクトノズル及び第１プレスロール２５間に交流電力を供給することが可能に構成されている。また、プレス装置５０は、不活性ガスの供給装置５１を有する。そして、交流アーク装置４０では、トーチ４１毎に第１プレスロール２５との間に交流電力を供給可能である。
【００３６】
また、プレス装置５０は加圧面２５ａに異物４４が付着したことを検出する検出部４６を備えている。検出部４６は、第１プレスロール２５と第２プレスロール２６の回転方向において、塗工部１８と加圧面２５ａ，２６ａが接する接触部Ｐ１よりも下流側で、かつ、交流アーク装置４０よりも上流側に設けられている。検出部４６としては、例えば、光学センサや、カメラなどが用いられる。
【００３７】
各交流アーク装置４０及び検出部４６は、制御装置４７に信号接続されている。検出部４６は、常に加圧面２５ａの検出を行い、検出した情報を常に制御装置４７に出力している。制御装置４７は、検出部４６から出力された情報に基づいて、加圧面２５ａに異物４４が付着しているか否かを判断し、加圧面２５ａに異物が付着している場合には、異物４４の付着している領域に対応したトーチ４１を駆動して、そのトーチ４１の交流アーク用電極４３と第１プレスロール２５との間に供給電力を供給する。
【００３８】
このように構成すると、加圧面２５ａのうち、異物４４の付着している領域だけで交流アーク放電を行って加圧面２５ａに付着した異物４４を除去する。このため、異物４４に対応した交流アーク用電極４３だけを、異物４４が付着した場合のみ使用できるので、交流アーク用電極４３の消耗を抑えることができる。
【００３９】
なお、加圧面２５ａに異物が付着している場合、制御装置４７は、異物４４の付着している領域に対応したトーチ４１だけでなく、他のトーチ４１又は全てのトーチ４１を駆動して、交流アーク用電極４３と第１プレスロール２５との間に供給電力を供給してもよい。この場合、異物４４を検出したときだけ、交流アーク用電極４３と第１プレスロール２５の間で交流アーク放電を行うため、交流アーク放電を常に行っている場合と比べると、交流アーク用電極４３の消耗を抑えることができる。
【００４０】
○  トーチ３１，４１の交流アーク用電極３３，４３は、純度が１００％に近い純タングステンでもよく、所定量（例えば２〜４％）だけ希土類（例えばトリウム、タンタル、イットリウム、セリウム等）を１種類以上含んだものを用いてもよい。また、交流アーク用電極として他の材料を用いてもよい。但し、摩耗等に着目すれば、タングステンが好ましい。
【００４１】
○  不活性ガスの供給装置３５，５１は省略してもよい。
○  プレス装置２４，５０は、帯状金属箔１６の一方の面に形成した塗工部１８をプレスする構成としたが、これに限らない。帯状金属箔１６の両方の面に形成した塗工部１８をプレス装置２４，５０でプレスする際に、加圧面２５ａ，２６ａに付着した異物を除去するようにしてもよい。この場合、第１プレスロール２５の加圧面２５ａに対応して交流アーク装置３０，４０が設けられ、第２プレスロール２６の加圧面２６ａに対応して交流アーク装置３０，４０が設けられる。
【００４２】
○  実施形態では、電極組立体として積層タイプを記載したが、捲回タイプでもよい。
○  実施形態では、集電体として帯状金属箔１６に具体化したが、集電体は、活物質ペーストが塗布できるものであれば、帯状金属箔１６に限定されるものではない。例えば、織物状や網状の基材シートを用いてもよい。
【００４３】
○  実施形態では、二次電池はリチウムイオン二次電池であったが、これに限られず、ニッケル水素等の他の二次電池であってもよい。要は、正極の活物質層１２と負極の活物質層１２との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであればよい。
【００４４】
○  蓄電装置は、電気二重層コンデンサ等の他の蓄電装置であってもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記プレスロールの軸方向に沿って複数の交流アーク用電極が並設されている電極材料のプレス装置。
【００４５】
（ロ）前記プレスロールの径方向に沿って複数の交流アーク用電極が並設されている電極材料のプレス装置。
【符号の説明】
【００４６】
１６…帯状金属箔、１７…電極材料、１８…塗工部、２４，５０…電極材料のプレス装置、２５…第１プレスロール、２６…第２プレスロール、２５ａ，２６ａ…加圧面、３３，４３…交流アーク用電極、３５，５１…供給装置、４４…異物、４６…検出部、４７…制御装置。
【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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