(57)【要約】      （修正有）【課題】均一な膜厚の塗工膜を形成することができる塗工装置を提供する。【解決手段】塗工装置５は、基材Ｌにスラリー状の塗料を塗工する塗工装置であって、基材に塗料を塗布する塗工部５３と、塗工部を基材に対して移動させる相対移動機構３と、塗工部が基材に塗料の塗布を開始する塗工開始時と塗料の塗布を終了する塗工終了時との間で、塗工部に対する基材の相対速度が切り替わるように相対移動機構を制御する制御部４と、を備え、制御部は、塗工終了時よりも塗工開始時の相対速度が速くなるように、相対移動機構を制御する。【選択図】図１
2015100786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材にスラリー状の塗料を塗工する塗工装置であって、
前記基材に前記塗料を塗布する塗工部と、
前記塗工部を前記基材に対して移動させる相対移動機構と、
前記塗工部が前記基材に前記塗料の塗布を開始する塗工開始時と前記塗料の塗布を終了する塗工終了時との間で、前記塗工部に対する前記基材の相対速度が切り替わるように前記相対移動機構を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記塗工終了時よりも前記塗工開始時の前記相対速度が速くなるように、前記相対移動機構を制御する、塗工装置。
【請求項２】
前記相対移動機構は、前記基材を搬送する搬送機構と前記基材が搬送される方向に沿って前記塗工部を移動させる移動機構と、を有し、
前記制御部は、前記移動機構及び前記搬送機構の少なくとも一方を制御することにより前記相対速度を切り替える、請求項１に記載の塗工装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記塗工開始時においては、前記塗工部が前記基材の搬送方向と反対方向に移動するように前記移動機構を制御し、前記塗工終了時においては、前記塗工部が前記搬送方向と同じ方向に移動するように前記移動機構を制御する、請求項２に記載の塗工装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記塗工開始時には、第１位置から、前記第１位置から前記搬送方向に沿って前記搬送方向上流側に所定距離離れた第２位置にまで前記塗工部を移動させ、前記塗工開始時と前記塗工終了時との間の通常塗工時には、前記第２位置に前記塗工部を停止させ、前記塗工終了時には、前記第２位置から前記第１位置にまで前記塗工部を移動させる、
請求項３に記載の塗工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極の製造装置に用いられる塗工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば蓄電装置に用いられる電極の製造には、金属箔などの基材の表面にスラリー状の塗料を塗工する塗工装置が用いられている。スラリー状の塗料の塗工にあたって、基材上での塗料の厚みの均一性が不十分な場合、例えば蓄電装置における正極・負極の電極材料の釣り合いが取れなくなり、金属成分が析出するなどの不具合が発生することが考えられる。
【０００３】
このような問題に対し、例えば、特許文献１には、塗工部（ダイヘッド）の内圧が小さく塗布量が少ない時は基材をゆっくりと移動させ、塗工部の内圧が大きく塗布量が多い時は基材を速く移動させる塗工方法及び塗工装置が記載されている。この塗工方法及び塗工装置によれば、塗工開始時と塗工終了時に生じる膜厚不安定部分を極力少なくし、安定した膜厚の塗工膜を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１９０８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、スラリー状の塗料の種類によっては、濡れ性が悪く、塗工開始時に形成される塗工膜の縁部の膜厚が厚くなる場合がある。このような問題に対し、上記従来の塗工方法及び塗工装置では、均一な膜厚の塗工膜を形成することが困難である。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、均一な膜厚の塗工膜を形成することができる塗工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係る塗工装置は、基材にスラリー状の塗料を塗工する塗工装置であって、基材に前記塗料を塗布する塗工部と、塗工部を基材に対して移動させる相対移動機構と、塗工部が基材に塗料の塗布を開始する塗工開始時と塗料の塗布を終了する塗工終了時との間で、塗工部に対する基材の相対速度が切り替わるように相対移動機構を制御する制御部と、を備え、制御部は、塗工終了時よりも塗工開始時の相対速度が速くなるように、相対移動機構を制御する。
【０００８】
このような構成の塗工装置では、塗工終了時と比べて塗工開始時における上記相対速度を速くしているので、塗工開始時に形成される塗工膜の縁部の盛り上がりを低減することができる。これにより、均一な膜厚の塗工膜を形成することが可能となる。
【０００９】
また、一実施形態において、相対移動機構は、基材を搬送する搬送機構と基材が搬送される方向に沿って塗工部を移動させる移動機構と、を有し、制御部は、移動機構及び搬送機構の少なくとも一方を制御することにより相対速度を切り替えてもよい。
【００１０】
このような塗工装置では、搬送機構だけでなく、塗工部を移動させることでも、上記相対速度を切り替えることが可能となる。なお、ここでいう塗工部の移動とは、スラリーを基材に塗布する部分の基材に対する移動を意味し、必ずしも塗工部全体が移動する必要はない。
【００１１】
また、一実施形態において、制御部は、基材が一定速度で搬送されるように搬送機構を制御すると共に、塗工開始時においては、塗工部が基材の搬送方向と反対方向に移動するように移動機構を制御し、塗工終了時においては、塗工部が搬送方向と同じ方向に移動するように移動機構を制御してもよい。
【００１２】
この塗工装置では、塗工部が基材の搬送方向と反対方向に移動することにより上記相対速度を速くすることができ、塗工部が基材の搬送方向と同じ方向に移動することにより上記相対速度を遅くすることができる。このような塗工装置では、基材が一定速度で搬送されるので、例えば、基材に張力をかけた状態で搬送する場合において、その張力を一定の状態に維持しやすくなる。これにより、良質な電極を製造することが可能となる。
【００１３】
また、一実施形態において、制御部は、塗工開始時には、第１位置から、第１位置から搬送方向に沿って搬送方向上流側に所定距離離れた第２位置にまで塗工部を移動させ、塗工開始時と塗工終了時との間の通常塗工時には、第２位置に塗工部を停止させ、塗工終了時には、第２位置から第１位置にまで塗工部を移動させてもよい。
【００１４】
このような塗工装置では、塗工開始時と塗工終了時との間を通常塗工時とし、塗工開始時における相対速度をＶａ、通常塗工時における相対速度をＶｂ、塗工終了時における相対速度をＶｃとしたとき、簡易な制御によりＶａ＞Ｖｂ＞Ｖｃの関係を満たす相対速度を実現することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、均一な膜厚の塗工膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態に係る塗工装置を備えた電極製造装置を示す概略構成図である。
【図２】塗工開始時Ｔ１における図１に示す塗工ヘッドの状態を示す側面図である。
【図３】通常塗工時Ｔ２における図１に示す塗工ヘッドの状態を示す側面図である。
【図４】塗工終了時Ｔ３における図１に示す塗工ヘッドの状態を示す側面図である。
【図５】金属箔に対する塗工ヘッドの相対速度と塗工圧力との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して一実施形態に係る塗工装置５を備えた電極製造装置１について説明する。図面の説明において、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１８】
図１は、一実施形態に係る塗工装置５を備えた電極製造装置１を示す概略構成図である。電極製造装置１は、帯状の金属箔（基材）Ｌにスラリー状の電極ペースト（塗料）Ｓを塗布して、その塗布した電極ペーストＳを乾燥し、金属箔Ｌに活物質層が形成された電極を製造する。電極製造装置１は、搬送機構（相対移動機構）３と、塗工装置５と、制御装置（制御部）４と、乾燥装置７と、を備えている。
【００１９】
図１に示される電極製造装置１において製造される電極は、例えば、二次電池又は電気二重層キャパシタなどの蓄電装置に用いられる。二次電池としては、例えば、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。また、製造される電極は、一次電池に用いられてもよい。下記に詳述する一実施形態は、リチウムイオン二次電池に用いられる電極を製造する場合とする。
【００２０】
電極は、金属箔Ｌの少なくとも一面に電極ペーストＳがそれぞれ塗布されて活物質層が形成されている。電極には、電極ペーストＳが塗布されていないタブ部分を有していてもよい。金属箔Ｌの例には、銅箔、アルミニウム箔などが含まれる。電極ペーストＳは、活物質、バインダ及び溶剤などを含んでいる。活物質は、正極活物質及び負極活物質のいずれであってもよい。
【００２１】
正極活物質には、複合酸化物、金属リチウム及び硫黄などが含まれる。複合酸化物は、マンガン、ニッケル、コバルト及びアルミニウムの少なくとも１つとリチウムとを含む。負極活物質には、黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボンなどのカーボン、リチウム、ナトリウムなどのアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）などの金属酸化物及びホウ素添加炭素などが含まれる。
【００２２】
溶剤の例には、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）、メタノール、メチルイソブチルケトンなどの有機溶剤及び水などが含まれる。また、電極ペーストＳは、カーボンブラック、黒鉛、アセチレンブラック及びケッチェンブラックなどの導電助剤を含んでいてもよい。また、電極ペーストは、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などの増粘剤を含んでいてもよい。
【００２３】
図１に示すように、搬送機構３は、巻出ロール３１と、巻取ロール３３と、を有している。巻出ロール３１は、電極ペーストＳが塗布される金属箔Ｌが巻回されている。巻取ロール３３は、活物質層が形成された金属箔Ｌが巻回される。巻取ロール３３は、例えばモータなどの駆動部によって駆動される。巻取ロール３３の作動又は停止、及び回転速度（金属箔Ｌの巻き取り速度）などは、後段にて詳述する制御装置４によって制御される。
【００２４】
このような構成の搬送機構３では、巻取ロール３３で金属箔Ｌに活物質層が形成された帯状電極を巻き取ることで、巻出ロール３１からロール状に巻き取られている帯状の金属箔Ｌが送り出され、金属箔Ｌが搬送されることとなる。金属箔Ｌの搬送中には、帯状の金属箔Ｌ（帯状電極）に所定のテンション（張力）がかかっている。また、巻出ロール３１と巻取ロール３３との間に配置された塗布ロール５９、炉内搬送ローラ７３及び炉外搬送ローラ７５によって搬送経路が形成されている。
【００２５】
塗工装置５は、帯状の金属箔Ｌ上に活物質層を形成するための電極用の電極ペーストＳを塗布する装置である。塗工装置５は、容器５１と、塗工ヘッド（塗工部）５３と、塗布ロール５９と、移動機構（相対移動機構）６１と、を有している。
【００２６】
容器５１は、投入口５１ａからそれぞれ投入された活物質、バインダ、溶剤などが攪拌翼５１ｂによって混練・攪拌され、電極ペーストＳとして貯蔵する。塗工ヘッド５３は、金属箔Ｌ上に電極ペーストＳを塗布する。塗工ヘッド５３は、容器５１から供給管５５を介して電極ペーストＳが供給され、その供給量はポンプ５７によって制御される。塗工ヘッド５３は、供給された電極ペーストＳを内部のマニホールド５３ａに一旦溜め、マニホールド５３ａから先端のノズル５３ｂに電極ペーストＳを押し出し、ノズル５３ｂから金属箔Ｌ上に電極ペーストＳを吐出させる。ポンプ５７などの制御は、後述する制御装置４によって行われる。塗布ロール５９は、塗工ヘッド５３に対向する位置に配置されている。
【００２７】
移動機構６１は、金属箔Ｌが搬送される方向に沿って塗工ヘッド５３を移動させる機構である。本実施形態の移動機構６１では、塗工ヘッド５３が鉛直方向（図１に示す上下方向）に移動可能となるように構成されている。移動機構６１は、例えばモータなどの駆動部によって駆動される。移動機構６１による塗工ヘッド５３の作動又は停止、及び移動速度などは、後段にて詳述する制御装置４によって制御される。本実施形態では、搬送機構３と移動機構６１とが塗工ヘッド（塗工部）５３を金属箔（基材）Ｌに対して移動させる相対移動機構を構成している。
【００２８】
乾燥装置７は、塗工装置５において金属箔Ｌ上に塗布された電極ペーストＳを乾燥し、電極ペーストＳ中の溶剤を除去する装置である。乾燥装置７は、乾燥炉７１と、炉内搬送ローラ７３とを有している。
【００２９】
乾燥炉７１は、金属箔Ｌの搬送経路を形成する炉内搬送ローラ７３と、炉内搬送ローラ７３により案内される帯状の金属箔Ｌの経路に沿って配置された加熱手段（図示せず）と、を有している。電極ペーストＳが塗布された金属箔Ｌは、乾燥炉７１内を通過している間に加熱され、電極ペーストＳ中の溶剤が除去され、金属箔Ｌ上に活物質層が形成される。
【００３０】
制御装置４は、電極製造装置１における各種動作を制御する部分であり、ＣＰＵ（CentralProcessing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ハードディスクなどで構成される。以下、制御装置４が、金属箔Ｌに電極ペーストＳを塗布する際の制御装置４における制御内容について詳述する。
【００３１】
制御装置４は、塗工ヘッド５３が金属箔Ｌに電極ペーストＳの塗布を開始する塗工開始時Ｔ１と電極ペーストＳの塗布を終了する塗工終了時Ｔ３との間で、塗工ヘッド５３に対する金属箔Ｌの相対速度（以下、単に「相対速度」という）が切り替わるように移動機構６１及び巻取ロール３３を制御する。具体的には、制御装置４は、塗工終了時Ｔ３よりも塗工開始時Ｔ１の相対速度が速くなるように移動機構６１及び巻取ロール３３を制御する。
【００３２】
更に詳細に説明する。制御装置４は、金属箔Ｌが一定速度で搬送されるように巻取ロール３３を制御する。制御装置４は、更に、図２に示すように、塗工開始時Ｔ１においては、塗工ヘッド５３が金属箔Ｌの搬送方向（図２に示す矢印方向）と反対方向に距離Ｄ移動するように移動機構６１を制御する。また、制御装置４は、図４に示すように、塗工終了時Ｔ３においては、塗工ヘッド５３が上記搬送方向（図４に示す矢印方向）と同じ方向に距離Ｄ移動するように移動機構６１を制御する。
【００３３】
次に、このような塗工装置５を備える電極製造装置１が、金属箔Ｌに電極ペーストＳを塗布する際の動作について図５を用いながら説明する。図５は、金属箔Ｌに対する塗工ヘッド５３の相対速度と塗工圧力との関係を示したグラフである。実線は塗工ヘッドの速度を示し、破線は塗工圧力を示している。制御装置４は、まず、巻取ロール３３を制御して金属箔Ｌの搬送を開始する。制御装置４は、金属箔Ｌが一定速度で搬送されるように巻取ロール３３を制御する。
【００３４】
次に、制御装置４は、金属箔Ｌに対して電極ペーストＳを塗工するために、塗工ヘッド５３における塗工圧力を高めるようにポンプ５７を制御する。これにより、金属箔Ｌに対して電極ペーストＳの塗布が開始される。
【００３５】
本実施形態では、図５に示すように、塗工ヘッド５３における塗工圧力が０の状態から一定の圧力Ｐとなるまでの時間を塗工開始時Ｔ１とする。制御装置４は、塗工開始時Ｔ１におけるポンプ５７の制御と同時に、塗工開始時Ｔ１には、塗工ヘッド５３を第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２まで移動させる（図３参照）。第２位置Ｐ２は、第１位置Ｐ１から搬送方向上流側に所定距離Ｄ離れた位置である。なお、第１位置Ｐ１は、例えば、金属箔Ｌを挟んだ塗布ロール５９に対向する任意の位置に設定することができる。
【００３６】
次に、制御装置４は、塗工ヘッド５３における塗工圧力を、塗工開始時Ｔ１に高めた圧力Ｐに維持する。本実施形態では、図５に示すように、塗工圧力を圧力Ｐで一定とする時間を通常塗工時Ｔ２とする。制御装置４は、通常塗工時Ｔ２におけるポンプ５７の制御と同時に、通常塗工時Ｔ２には、塗工ヘッド５３の位置を第２位置Ｐ２から動かないように維持する（図４参照）。
【００３７】
次に、制御装置４は、金属箔Ｌに対して電極ペーストＳの塗工を終了するために、塗工ヘッド５３における塗工圧力を低くするようにポンプ５７を制御する。これにより、金属箔Ｌに対して電極ペーストＳの塗布が終了される。本実施形態では、図５に示すように、塗工圧力が先の一定の圧力Ｐから０になるまでの時間を塗工終了時Ｔ３とする。制御装置４は、塗工終了時Ｔ３におけるポンプ５７の制御と同時に、塗工終了時Ｔ３には、塗工ヘッド５３を第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１まで移動させる（図３参照）。言い換えれば、塗工ヘッド５３による塗工を開始したした際の位置に塗工ヘッド５３を戻している。
【００３８】
以上に説明したとおり、塗工ヘッド５３は、金属箔Ｌに対する電極ペーストＳの塗工のタイミングにあわせ、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間を往復している。このよう構成の塗工装置５を備える電極製造装置１の作用効果を説明する。すなわち、上記実施形態に係る塗工装置５を備える電極製造装置１では、塗工終了時Ｔ３と比べ塗工開始時Ｔ１における相対速度を速くしているので、スラリー状の電極ペーストＳの塗工開始時に形成される縁部の盛り上がりを低減することができる。これにより、均一な膜厚の活物質層を形成することが可能となる。
【００３９】
また、上記実施形態の電極製造装置１では、金属箔Ｌの搬送速度を変えることなく、塗工ヘッド５３を搬送方向に沿って移動させることにより相対速度を変えている。したがって、搬送時に金属箔Ｌにかかるテンションを一定に維持すること容易となり、皺などが少ない高品質な電極を製造することができる。
【００４０】
また、塗工開始時Ｔ１における相対速度をＶａ、通常塗工時Ｔ２における相対速度をＶｂ、塗工終了時Ｔ３における相対速度をＶｃとしたとき、上記実施形態の電極製造装置１では、塗工開始時Ｔ１に塗工ヘッド５３を第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に移動させ、通常塗工時Ｔ２に塗工ヘッド５３を停止させ、塗工終了時に塗工ヘッド５３を第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１に戻すという簡易な制御で、Ｖａ＞Ｖｂ＞Ｖｃの関係を満たす相対速度を実現することができる。
【００４１】
以上、一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００４２】
上記実施形態では、搬送方向に沿って塗工ヘッド５３の位置を移動させることにより、塗工終了時Ｔ３よりも塗工開始時Ｔ１の相対速度が速くなるように構成した例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、塗工ヘッド５３の位置は動かさず、塗工終了時Ｔ３よりも塗工開始時Ｔ１の相対速度が速くなるように、相対移動機構としての搬送機構３を制御してもよい。すなわち、制御装置４は、塗工終了時Ｔ３よりも塗工開始時Ｔ１の回転速度（搬送速度）が速くなるように、巻取ロール３３を制御してもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、金属箔Ｌの搬送速度を一定としたまま、塗工ヘッド５３の位置を動かす例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。塗工ヘッド５３を動かすような場合であっても、塗工終了時Ｔ３よりも塗工開始時Ｔ１における相対速度が速くなるような範囲で金属箔Ｌの搬送速度を変化させてもよい。
【００４４】
上記実施形態では、塗工ヘッド５３が搬送方向に沿って上下方向に移動する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、塗工ヘッドの後端を軸支し、塗工ヘッドがこの軸を基準に回動するような構成としてもよい。この場合であっても、塗工ヘッドに対する金属箔の相対速度を切り替えることができるので、上記実施形態の塗工装置５を含む電極製造装置１と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１…電極製造装置、３…搬送機構（相対移動機構）、４…制御装置（制御部）、５…塗工装置、７…乾燥装置、３１…巻出ロール、３３…巻取ロール（搬送機構）、５３…塗工ヘッド（塗工部）、５７…ポンプ、５９…塗布ロール、６１…移動機構（相対移動機構）、７１…乾燥炉、Ｌ…金属箔（基材）、Ｐ１…第１位置、Ｐ２…第２位置、Ｓ…電極ペースト、Ｔ１…塗工開始時、Ｔ２…通常塗工時、Ｔ３…塗工終了時。
【図１】
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【図５】
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【図２】
2015100786.tif 000005
【図３】
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【図４】
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