(57)【要約】【課題】フィルタの目詰まりを抑制し、フィルタの交換周期を長期化することが可能な電極用ペーストの塗工装置を提供する。【解決手段】電極用ペーストの塗工装置１００は、非水電解質２次電池の電極用ペーストを集電体１７１に塗工するために用いられ、電極用ペースト中の異物を除去するフィルタ１２０と、電極用ペーストの流量を制御する定量ポンプ１３０と、電極用ペーストを吐出する吐出部１４０とを備える。塗工装置１００において、フィルタ１２０は定量ポンプ１３０の上流に配置され、定量ポンプ１３０と吐出部１４０とが配管１９０を介して直結されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非水電解質２次電池の電極用ペーストを集電体に塗工するために用いられ、
前記電極用ペースト中の異物を除去するフィルタと、
前記電極用ペーストの流量を制御する定量ポンプと、
前記電極用ペーストを吐出する吐出部と、
を備えた非水電解質２次電池の電極用ペーストの塗工装置であって、
前記フィルタは前記定量ポンプの上流に配置され、
前記定量ポンプと前記吐出部とが配管を介して直結された、電極用ペーストの塗工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極用ペーストの塗工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池は、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）あるいは電気自動車（ＥＶ）等の用途に利用されている。
非水電解質二次電池は、一対の電極である正極および負極と、これらの間を絶縁するセパレータと、非水電解質とを備える。
【０００３】
非水電解質二次電池用の電極（正極または負極）の構造としては、集電体とその上に形成された電極活物質層（正極活物質層または負極活物質層）とを含む積層構造が知られている。
正極活物質層は例えば、リチウム含有複合酸化物等の正極活物質と炭素粉末等の導電助剤とポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の結着剤とＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等の分散剤とを含むペーストをアルミニウム箔等の集電体上に塗工し、乾燥し、プレス加工して、形成される。
負極活物質層は例えば、黒鉛等の負極活物質と変性スチレン−ブタジエン共重合体ラテックス（ＳＢＲ）等の結着剤とカルボキシメチルセルロースＮａ塩（ＣＭＣ）等の増粘剤と水等の分散剤とを含むペーストを銅箔等の集電体上に塗工し、乾燥し、プレス加工して、形成される。
【０００４】
一般に、集電体上への上記ペーストの塗工工程においては、ペースト中の異物を除去して、塗工スジ形成等の塗工不良を抑制するために、ペーストをデプスフィルタ等のフィルタに通してから、集電体上に塗工している。また、集電体へのペーストの供給量を安定化させるために、モーノポンプ等の定量ポンプが使用される。
特許文献１には、モーノポンプ（３２）の下流にフィルタ（２６）が設けられたペースト塗工装置が開示されている（図１）。
特許文献１に記載されているように、従来は、定量ポンプにより送り出されたペーストをフィルタに通してから、集電体上に塗工している。
【０００５】
図７に、従来のペースト塗工装置の概略構成例を示す。
図示するペースト塗工装置２００は、ペーストを貯蔵するタンク（バッファタンク）２１０と、ペースト中の異物を除去するフィルタ２２０と、ペーストの流量を制御する定量ポンプ２３０と、ペーストを吐出する塗工ダイ２４０とを備えている。
図中、符号２５１、２５２は圧力計であり、符号２６０は流量計である。
符号２７１はペースト塗工前の集電体であり、符号２７２はペースト膜が形成された集電体である。符号２８０は塗工ダイ２４０に対向配置されたローラである。
図７に示すように、従来の塗工装置２００では、タンク２１０から供給されたペーストは、定量ポンプ２３０、フィルタ２２０を順次通り、集電体２７１上に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2013-004400号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電極用ペーストの塗工装置では、ペーストが定量ポンプを通過する際、ペースト内の固形分が定量ポンプから受けるせん断力によって変性し、ペースト中に凝集物が生成される場合がある。凝集物が生成されると、定量ポンプの下流に配置されたフィルタの目詰まりが生じやすくなり、フィルタの交換周期が短期化してしまう。
フィルタ交換周期の短期化は、フィルタの交換コストの増加を招く。また、フィルタ交換時には塗工作業を停止する必要があり、生産効率の低下と生産コストの増加を招いてしまう。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、フィルタの目詰まりを抑制し、フィルタの交換周期を長期化することが可能な電極用ペーストの塗工装置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】
【０００９】
本発明の電極用ペーストの塗工装置は、
非水電解質２次電池の電極用ペーストを集電体に塗工するために用いられ、
前記電極用ペースト中の異物を除去するフィルタと、
前記電極用ペーストの流量を制御する定量ポンプと、
前記電極用ペーストを吐出する吐出部と、
を備えた電極用ペーストの塗工装置であって、
前記フィルタは前記定量ポンプの上流に配置され、
前記定量ポンプと前記吐出部とが配管を介して直結されたものである。
【００１０】
本発明の電極用ペーストの塗工装置において、フィルタは１つまたは複数配置することができる。フィルタを複数配置する場合、すべてのフィルタが定量ポンプの上流に配置される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、フィルタの目詰まりを抑制し、フィルタの交換周期を長期化することが可能な電極用ペーストの塗工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る一実施形態の電極用ペーストの塗工装置の概略構成図である。
【図２】非水電解質二次電池の構成例を示す模式全体図である。
【図３】図２の非水電解質二次電池における電極積層体の模式断面図である。
【図４】図２の非水電解質二次電池における電極の構造を示す模式断面図である。
【図５Ａ】実施例１で用いた電極用ペーストの塗工装置の概略構成図である。
【図５Ｂ】比較例１で用いた電極用ペーストの塗工装置の概略構成図である。
【図６】実施例１・比較例１において、運転開始からの時間に対するフィルタ前後差圧の測定結果を示すグラフである。
【図７】従来の電極用ペーストの塗工装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
「電極用ペーストの塗工装置」
図１に、本発明に係る一実施形態の電極用ペーストの塗工装置の概略構成を示す。
【００１４】
本実施形態のペースト塗工装置１００は、ペーストを貯蔵するタンク（バッファタンク）１１０と、ペースト中の異物を除去するフィルタ１２０と、ペースト流量を制御する定量ポンプ１３０と、ペーストを吐出して集電体１７１に塗工する塗工ダイ（吐出部）１４０とを備えている。これらの構成要素は、配管１９０を介して接続されている。
フィルタ１２０としては特に制限なく、デプスフィルタ等が好ましい。
定量ポンプ１３０としては特に制限なく、モーノポンプ等が好ましい。
図中、符号１５１、１５２は圧力計であり、符号１６０は流量計である。圧力計および流量計の数および設置箇所は適宜変更可能である。
図中、符号１７１はペースト塗工前の集電体であり、符号１７２はペースト膜が形成された集電体である。符号１８０は塗工ダイ１４０に対向配置されたローラである。
ペースト塗工前の集電体１７１およびペースト膜が形成された集電体１７２は、ローラ１８０を用いて搬送される。ローラ１８０は、塗工ダイ１４０から集電体１７１にペーストが塗工される際に、集電体１７１を裏面（塗工面と反対側の面）から支持する。
【００１５】
本実施形態の塗工装置１００では、タンク１１０と定量ポンプ１３０との間にフィルタ１２０が配置され、定量ポンプ１３０と塗工ダイ１４０との間にはフィルタ１２０は配置されていない。定量ポンプ１３０と塗工ダイ１４０とは配管１９０を介して直結されている。
【００１６】
図７に示した従来の塗工装置では定量ポンプの下流にフィルタが配置されているのに対し、本実施形態の塗工装置１００では、定量ポンプ１３０の上流にフィルタ１２０が配置されている。
フィルタ１２０は、１つまたは複数配置することができる。フィルタ１２０を複数配置する場合、すべてのフィルタ１２０が定量ポンプ１３０の上流に配置される。
【００１７】
本実施形態では、タンク１１０から供給された直後のペーストをフィルタ１２０に通しているので、ペースト中の金属カス等の異物は除去される。
ただし、ペーストが定量ポンプ１３０を通過する際、ペースト内の固形分が定量ポンプ１３０から受けるせん断力によって変性し、ペースト中に凝集物が生成される場合がある。
本実施形態では、定量ポンプ１３０の上流にフィルタ１２０が配置されているので、ペーストが定量ポンプ１３０を通ることによりペースト中に凝集物が生成されたとしても、フィルタ１２０がこの凝集物によって目詰まりを起こすことがない。そのため、フィルタ１２０の交換周期を長期化できる。
本実施形態では、定量ポンプ１３０と塗工ダイ１４０とが配管１９０を介して直結されているので、定量ポンプ１３０を通ったペーストは直ちに塗工に供される。そのため、定量ポンプ１３０の下流にフィルタ１２０がなくても、ペースト中に異物が新たに混入されることはない。
本実施形態では、ペーストが定量ポンプ１３０を通過する際に生成される凝集物は除去されないが、この凝集物は電池性能に対して特に影響はない。
【００１８】
以上説明したように、本実施形態によれば、フィルタの目詰まりを抑制し、フィルタの交換周期を長期化することが可能な電極用ペーストの塗工装置１００を提供することができる。
フィルタの交換周期の長期化により、フィルタの交換コストは低減される。また、フィルタ交換時には塗工作業を停止する必要があるが、その頻度が低減されるので、生産効率が向上し、生産コストが低減される。
【００１９】
「非水電解質二次電池」
以下、本発明の塗工装置を用いて製造される非水電解質二次電池の構成例について説明する。
【００２０】
図２に示す非水電解質二次電池１は、外装体（電池容器）１１内に、電極積層体３０と非水電解質（符号略）とが収容されたものである。
図３に示すように、電極積層体３０は、正極２１と負極２２とがこれらを絶縁するセパレータ３１を介して積層されたものである。
外装体１１の外面には、外部接続用の２個の外部端子（プラス端子及びマイナス端子）１２が設けられている。
図４に示すように、電極２０（正極２１または負極２２）は、集電体２０Ａ上に電極活物質層２０Ｂが形成されたものである。電極活物質層２０Ｂは、集電体２０Ａの片面または両面に設けられる。図４は、集電体２０Ａの片面に電極活物質層２０Ｂを設けた例を示している。
【００２１】
非水電解質二次電池としては、リチウムイオン二次電池等が挙げられる。
以下、リチウムイオン二次電池を例として、主な構成要素について説明する。
【００２２】
（正極）
正極は、公知の方法により、アルミニウム箔などの正極集電体に正極活物質を塗工して、製造することができる。
公知の正極活物質としては特に制限なく、例えば、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｉｘＣｏ（１−ｘ）Ｏ２、およびＬｉＮｉｘＣｏｙＭｎ（１−ｘ−ｙ）Ｏ２等のリチウム含有複合酸化物等が挙げられる（式中、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）。
正極活物質層は例えば、リチウム含有複合酸化物等の正極活物質と炭素粉末等の導電助剤とポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の結着剤とＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等の分散剤とを含むペーストをアルミニウム箔等の集電体上に塗工し、乾燥し、プレス加工して、形成される。
ペーストを集電体上に塗工する際に、上記実施形態の塗工装置１００を用いることができる。
【００２３】
（負極）
負極活物質としては特に制限なく、Ｌｉ／Ｌｉ＋基準で２．０Ｖ以下にリチウム吸蔵能力を持つものが好ましく用いられる。負極活物質としては、黒鉛等の炭素、金属リチウム、リチウム合金、リチウムイオンのド−プ・脱ド−プが可能な遷移金属酸化物／遷移金属窒化物／遷移金属硫化物、及び、これらの組合わせ等が挙げられる。
負極活物質層は例えば、黒鉛等の負極活物質と変性スチレン−ブタジエン共重合体ラテックス（ＳＢＲ）等の結着剤とカルボキシメチルセルロースＮａ塩（ＣＭＣ）等の増粘剤と水等の分散剤とを含むペーストを銅箔等の集電体上に塗工し、乾燥し、プレス加工して、形成される。
ペーストを集電体上に塗工する際に、上記実施形態の塗工装置１００を用いることができる。
【００２４】
（非水電解質）
非水電解質としては公知のものが使用でき、液状、ゲル状もしくは固体状の非水電解質が使用できる。
例えば、プロピレンカーボネ−トあるいはエチレンカーボネ−ト等の高誘電率カーボネート溶媒と、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジメチルカーボネート等の低粘度カーボネート溶媒との混合溶媒に、リチウム含有電解質を溶解した非水電界液が好ましく用いられる。
【００２５】
混合溶媒としては例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）／ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）／エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、およびエチレンカーボネート（ＥＣ）／ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）等の混合溶媒が好ましく用いられる。
リチウム含有電解質としては例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、Ｌｉ２ＳｉＦ６、ＬｉＯＳＯ２ＣｋＦ（２ｋ＋１）（ｋ＝１〜８の整数）、ＬｉＰＦｎ｛ＣｋＦ（２ｋ＋１）｝（６−ｎ）（ｎ＝１〜５の整数、ｋ＝１〜８の整数）等のリチウム塩、およびこれらの組合わせが挙げられる。
【００２６】
（セパレータ）
セパレータは、正極と負極とを電気的に絶縁し、かつリチウムイオンが透過可能な膜であればよく、多孔質高分子フィルムが好ましく使用される。
セパレータとしては例えば、ＰＰ（ポリプロピレン）製多孔質フィルム、ＰＥ（ポリエチレン）製多孔質フィルム、あるいは、ＰＰ（ポリプロピレン）−ＰＥ（ポリエチレン）の積層型多孔質フィルム等のポリオレフィン製多孔質フィルムが好ましく用いられる。
【００２７】
（外装体（電池容器））
外装体としては公知のものが使用できる。
二次電池の型としては、円筒型、コイン型、角型、あるいはフィルム型（ラミネート型）等があり、所望の型に合わせて外装体を選定することができる。
【実施例】
【００２８】
本発明に係る実施例および比較例について説明する。
【００２９】
（実施例１・比較例１）
実施例１と比較例１においては、用いる塗工装置を変更した以外は、同様の条件で電極用ペーストの塗工を実施した。
【００３０】
電極用ペーストとして、リチウムイオン二次電池用の正極用ペーストを用意した。
実施例１では、図５Ａで示す概略構成の塗工装置を用いた。
比較例１では、図５Ｂで示す概略構成の塗工装置を用いた。
これらの図において、ＢＴはバッファタンク、ＣＴは回収タンク、Ｆはデプスフィルタ、ＭＰはモーノポンプ、ＰＧは圧力計をそれぞれ示す。
これらの例では、試験のため、塗工ダイの代わりに回収タンクを有する塗工装置を用意した。
実施例１では、バッファタンクＢＴとモーノポンプＭＰとの間にデプスフィルタＦを配置し、モーノポンプＭＰと回収タンクＣＴとを配管を介して直結した塗工装置を用いた。
比較例１では、モーノポンプＭＰと回収タンクＣＴとの間にデプスフィルタＦを配置した塗工装置を用いた。
【００３１】
（フィルタ前後差圧の測定）
実施例１・比較例１においては、デプスフィルタＦの前後に圧力計を設置し、フィルタ通過前に対するフィルタ通過後のペーストの圧力上昇（フィルタ前後差圧）を測定した。
フィルタ前後のペーストの圧力上昇は、フィルタの目詰まりの指標となる。
運転開始からの時間に対するフィルタ前後差圧の測定結果を図６に示す。
図６に示すように、モーノポンプの下流にフィルタを配置した比較例１では、フィルタ前後差圧の上昇が大きく、約５時間後にフィルタ前後差圧は２５０ｋＰａに到達した。
これに対して、モーノポンプの上流にフィルタを配置した実施例１では、フィルタ前後差圧の上昇が小さく、２０時間経過後においても、フィルタ前後差圧は５０ｋＰａであった。モーノポンプの上流にフィルタを配置することで、フィルタの目詰まりが抑制され、長期の安定運転が可能となることが示された。
【００３２】
（凝集物の検査）
実施例１・比較例１で用いたモーノポンプと正極用ペーストを使用し、モーノポンプに正極用ペーストを複数回循環させた後、ペーストを乾燥させ、Ｆ元素とＣｏ元素のマッピングを実施したところ、凝集物が観察された。
ペースト内の固形分がモーノポンプから受けるせん断力によって変性し、ペースト中に凝集物が生成されたと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の電極用ペーストの塗工装置は、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）あるいは電気自動車（ＥＶ）に搭載されるリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池の製造に好ましく適用できる。
【符号の説明】
【００３４】
１００  ペースト塗工装置
１１０  タンク
１２０  フィルタ
１３０  定量ポンプ
１４０  塗工ダイ（吐出部）
１７１  集電体（ペースト塗工前）
１７２  ペースト膜が形成された集電体
１９０  配管
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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