(57)【要約】【課題】結着材の偏析を効果的に抑制可能な電極板製造方法を提供する。【解決手段】電極板製造方法は、活物質粒子３ａ、結着材３ｂ、及び溶剤３ｃを混錬した塗布組成物を集電体２に塗布して塗膜３を形成し、塗膜３を送風により乾燥させて電極板４を製造する方法において、塗膜３の表面の凹凸状態の変化を検出する検出工程と、塗膜３の表面の凹凸状態の変化に応じて塗膜３に対する送風量を増加させる制御工程とを含む。このような電極板製造方法によれば、塗膜３の表面の凹凸状態の変化を検出し、その結果に応じて塗膜３に対する送風量を増加させることにより、残水率の予測値に基づく方法に比べて、塗膜３の実状態を把握して送風量を適切に制御できる。結果として、塗膜３の実状態に基づいて結着材３ｂの偏析を効果的に抑制できる。【選択図】図７
2015008075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活物質粒子、結着材、及び溶剤を混錬した塗布組成物を集電体に塗布して塗膜を形成し、該塗膜を送風により乾燥させて電極板を製造する方法において、
前記塗膜の表面の凹凸状態の変化を検出する検出工程と、
前記塗膜の表面の凹凸状態の変化に応じて前記塗膜に対する送風量を増加させる制御工程と、
を含む、電極板製造方法。
【請求項２】
前記検出工程が、前記塗膜の表面の撮像画像の変化を検出することを含む、請求項１に記載の電極板製造方法。
【請求項３】
前記検出工程が、前記塗膜の表面からの電磁波の反射状態の変化を検出することを含む、請求項１に記載の電極板製造方法。
【請求項４】
前記電磁波が、可視光線又は赤外線である、請求項３に記載の電極板製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極板を製造するための電極板製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電池等を構成する電極板の製造方法としては、例えば特開２００６−１０７７８０号公報に記載されるように、活物質粒子、結着材、及び溶剤を混錬した塗布組成物を集電体に塗布して塗膜を形成し、塗膜を送風により乾燥させて電極板を製造する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０７７８０号公報
【特許文献２】特開２０００−３２９４６３号公報
【特許文献３】特開２００１−２８６８１７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、このような電極板製造方法では、塗膜の乾燥条件によっては、塗膜の表面の乾燥が局所的に進行し、結着材が塗膜の表面側に偏析する場合がある。結着材の偏析は、集電体に対する粒子層の密着性の低下を招くとともに、電池性能の低下、後加工での塗膜の脱落等により歩留り低下の原因となる。
【０００５】
このため、発明者等は、塗膜の残水率の時間変化を予測し、乾燥時間に応じて塗膜に対する送風量を制御することで、偏析を抑制することを検討した。しかし、塗膜の残水率は、その予測値が塗布組成物の特性や測定環境の変化に応じて実際値から乖離し易いので、必ずしも十分な精度で予測できず、結果として偏析を効果的に抑制できないことが分かった。
【０００６】
そこで、本発明は、結着材の偏析を効果的に抑制可能な電極板製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電極板製造方法は、活物質粒子、結着材、及び溶剤を混錬した塗布組成物を集電体に塗布して塗膜を形成し、塗膜を送風により乾燥させて電極板を製造する方法において、塗膜の表面の凹凸状態の変化を検出する検出工程と、塗膜の表面の凹凸状態の変化に応じて塗膜に対する送風量を増加させる制御工程とを含む。
【０００８】
本発明に係る電極板製造方法によれば、塗膜の表面の凹凸状態の変化を検出し、その結果に応じて塗膜に対する送風量を増加させることにより、残水率の予測値に基づく方法に比べて、塗膜の実状態を把握して送風量を適切に制御できる。結果として、塗膜の実状態に基づいて結着材の偏析を効果的に抑制できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、結着材の偏析を効果的に抑制可能な電極板製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る電極板製造方法に適用可能な電極板製造装置を示す図である。
【図２】結着材の偏析を示す図である。
【図３】偏析の原理を示す図である。
【図４】表出領域と送風量の関係に関するシミュレーション結果を示す図である。
【図５】偏析と送風量の関係に関するシミュレーション結果を示す図である。
【図６】偏析に及ぼす粘性及び送風量の影響を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る電極板製造方法を示すフローチャートである。
【図８】塗膜の表面の撮像結果と送風量の関係を示す図である。
【図９】可視光線の検出結果と送風量の関係を示す図である。
【図１０】赤外線の検出結果と送風量の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態に係る電極板製造方法を詳細について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１２】
以下では、図１から図１０を参照して本発明の実施形態に係る電極板製造方法について説明する。本発明の実施形態に係る電極板製造方法は、活物質粒子、結着材、及び溶剤を混錬した塗布組成物を集電体に塗布して塗膜を形成し、塗膜を送風により乾燥させて電極板を製造する方法である。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係る電極板製造方法に適用可能な電極板製造装置１を示す図である。電極板製造装置１は、塗布組成物であるインクを集電体２に塗布して塗膜３を形成し、塗膜３を送風により乾燥させて電極板４を製造する装置である。
【００１４】
集電体２としては、金属箔又は金属シート等が用いられる。インクは、活物質粒子、結着材、及び溶剤を混練した塗布組成物である。活物質粒子としては、例えば、リチウム酸化物、カルコゲン化合物、又は炭素質材料が用いられる。結着材としては、例えば、高分子系の熱可塑性樹脂等が用いられる。溶剤としては、例えば、水又は有機溶剤等が用いられる。
【００１５】
図１に示すように、電極板製造装置１は、集電体２を搬送する搬送部１０と、集電体２にインクを塗布して塗膜３を形成する塗布部２０と、集電体２上の塗膜３を乾燥させる乾燥部３０とを備えている。搬送部１０は、供給ローラ１１、ガイドローラ１２、１３、及び巻取ローラ１４を有しており、塗布部２０及び乾燥部３０へ集電体２を供給するとともに乾燥後の塗膜３を含む集電体２、つまり電極板４を巻き取る。塗布部２０は、所定速度で搬送方向Ｄに搬送される集電体２に所定間隔でインクを吐出することにより、集電体２上に塗膜３を形成する。
【００１６】
乾燥部３０は、乾燥炉３１及び送風ノズル３２を有しており、集電体２に形成された塗膜３を送風により乾燥させる。乾燥炉３１は、塗膜３を形成された集電体２が搬送される乾燥経路Ｒに沿って設けられている。送風ノズル３２は、送風量を制御可能なノズルであり、乾燥経路Ｒに沿って複数設けられている。
【００１７】
電極板製造装置１は、さらに、集電体２に形成された塗膜３の状態を検出する検出部４０と、装置１全体の動作を制御する制御部５０とを備えている。検出部４０は、詳細は後述するが、検出工程において塗膜３の表面の凹凸状態の変化を検出する。検出部４０は、乾燥経路Ｒに沿って搬送される集電体２上の塗膜３の状態を乾燥経路Ｒの随所で検出する。制御部５０は、制御工程において塗膜３の表面の凹凸状態の変化に応じて塗膜３に対する送風量を制御する。
【００１８】
ところで、電極板の製造に際しては、塗膜の乾燥工程において結着材が塗膜の表面側に偏析してしまう場合がある。図２は、結着材の偏析を示す図である。図２（ａ）には、活物質粒子３ａ、結着材３ｂ、及び溶剤３ｃからなる塗膜３中において、結着材３ｂが塗膜３の深さ方向で均一に分散して析出している状態が示されており、図２（ｂ）には、結着材３ｂが偏在して析出している状態、つまり偏析がしている状態が示されている。結着材３ｂの偏析は、塗膜３の表面の乾燥が局所的に進行することにより発生し、集電体２に対する粒子層の密着性の低下を招くとともに、電池性能の低下、後加工での塗膜の脱落等による歩留り低下の原因となる。
【００１９】
図３は、偏析の原理を示す図である。乾燥の開始前には、図３（ａ）に示すように、塗膜３の表面に塗膜成分が均一に分散している。乾燥の進行により塗膜３の粘性が増加すると、図３（ｂ）に示すように、溶剤３ｃの蒸発により塗膜３の表面の塗膜成分が濃縮される。この状態では、結着材３ｂが偏析し易くなる。そして、塗膜３の粘性が更に増加すると、図３（ｃ）に示すように、塗膜３の表面に固体成分（活物質粒子３ａ、結着材３ｂ）が表出し、固体成分表面ｓと液面ｌとのズレｇが生じ、塗膜３の表面が凹凸状態となる。この状態では、表出領域Ａ（ズレｇが生じた領域）で塗膜成分の濃縮が進行しないので、結着材３ｂが偏析し難くなる。
【００２０】
図４は、表出領域と送風量の関係に関するシミュレーション結果を示す図である。図４には、横軸に塗膜の乾燥度合を示す残水量（厚さ換算値）が示され、縦軸に表出領域の厚さ（又はズレｇ）が示されている。図４には、送風量Ｖがｖ、２ｖ、４ｖ、８ｖ、１６ｖの場合の関係が示されている。図４に示すように、表出領域は、乾燥度合が同じでも送風量Ｖが大きいほど厚く形成されている。したがって、送風量Ｖが大きいほど、表出領域の形成による偏析の抑制効果が期待される。
【００２１】
図５は、偏析と送風量の関係に関するシミュレーション結果を示す図である。図５には、横軸に塗膜中の結着材の割合が示され、縦軸に集電体表面からの位置（高さ）が示されている。図５には、送風量Ｖがｖ〜２ｖ、４ｖ、８ｖ、１６ｖの場合の関係が示されている。図５に示すように、送風量Ｖが大きいほど、塗膜の深さ方向に結着材３ｂが均一に分布しており、偏析が抑制されていることが分かる。
【００２２】
図６は、偏析に及ぼす粘性及び送風量の影響を示す図である。図６には、塗膜の粘性を２μとした場合（ａ）、μとした場合（ｂ）、０．５μとした場合（ｂ）における偏析と送風量Ｖの関係が示されている。図６には、粘性の程度によって、送風量Ｖが２ｖ、４ｖ、８ｖ、１６ｖ、６４ｖの場合の関係が示されている。図６に示すように、粘性が中程度の場合（ｂ）には、送風量Ｖの増加による偏析の抑制効果が大きいが、粘性が高い場合（ａ）及び低い場合（ｃ）には、抑制効果が小さいことが分かる。すなわち、送風量Ｖの増加による偏析の抑制効果は、乾燥の中期段階にある塗膜で大きく、乾燥の初期及び後期段階にある塗膜では小さいといえる。
【００２３】
以上のことから、乾燥の中期段階にある塗膜に対する送風量を増加することで、結着材の偏析を効果的に抑制できる。ここで、乾燥の中期段階にある塗膜は、表出領域の形成、つまり塗膜の表面の凹凸状態の変化を検出することにより適切に特定される。
【００２４】
図７は、本発明の実施形態に係る電極板製造方法を示すフローチャートである。図７に示すように、検出部４０は、検出対象の塗膜について塗膜の表面の凹凸状態の変化を検出する（Ｓ１１）。凹凸状態の変化は、乾燥経路に沿って搬送される集電体上の塗膜を追跡しながら検出される。
【００２５】
制御部５０は、凹凸状態の検出結果に基づいて、検出対象の塗膜に表出領域、つまり固体成分表面と液面とのズレが生じた領域が形成されているか否かを判定する（Ｓ１２）。Ｓ１２にて表出領域が形成されていると判定しなかった場合、制御部５０は、塗膜が乾燥の初期段階にあると判断し、検出対象の塗膜に対応する送風ノズルの送風量を小風量に設定する（Ｓ１３）。一方、Ｓ１２にて表出領域が形成されていると判定した場合、制御部５０は、塗膜が乾燥の中期段階にあると判断し、検出対象の塗膜に対応する送風ノズルの送風量を大風量に設定する（Ｓ１４）。
【００２６】
以下では、図７のＳ１１にて行われる塗膜の表面の凹凸状態の検出方法の具体例について説明する。
【００２７】
第１の検出方法としては、塗膜の表面の撮像画像に基づく方法が挙げられる。第１の検出方法では、塗膜の表面を撮像するカメラと、撮像画像を解析して塗膜の表面の凹凸状態を検出する画像解析処理装置とが用いられる。
【００２８】
図８は、塗膜の表面の撮像結果と送風量の関係を示す図である。図８（ａ）には、乾燥経路Ｒに沿って搬送される集電体２上の塗膜の表面における表出領域Ａの形成状態が概念的に示されている。図８（ａ）に示すように、塗膜の表面の撮像画像には、乾燥の進行による塗膜の表面の凹凸状態の変化を反映して、乾燥の異なる段階にある塗膜同士の間で色調の変化が現れる。制御部５０は、撮像画像上の色調の変化に基づいて、乾燥の中期段階にある塗膜を特定し、図８（ｂ）に示すように、特定された塗膜に対応する送風ノズルの送風量を増加させる。
【００２９】
第２の検出方法としては、塗膜の表面での可視光線の散乱に基づく方法が挙げられる。第２の検出方法では、塗膜の表面に可視光線を照射する光源と、塗膜の表面から反射される可視光線を検出する光検出器とが用いられる。
【００３０】
可視光線の入射強度ＩＶｉと検出強度ＩＶｆの関係は、次式により表される。
ＩＶｆ＝（ＲＶ／ＳＶ）・ＩＶｉ  …（１）
ここで、ＲＶ：可視光線の反射率（一定：０＜ＲＶ＜１）
ＳＶ：可視光線の散乱係数（乾燥の進行につれて変化：１＜ＳＶ）
【００３１】
図９は、可視光線の検出結果と送風量の関係を示す図である。図９（ａ）には、可視光線の入射強度ＩＶｉと検出強度ＩＶｆの比率ＩＶｆ/ＩＶｉの時間変化が示されている。塗膜の表面に表出領域が形成されると、固体成分表面での散乱により、可視光線の検出強度が急激に低下する。制御部５０は、例えば、比率ＩＶｆ/ＩＶｉの値自体又は比率ＩＶｆ/ＩＶｉの微分値と閾値との比較結果に基づいて、乾燥の中期段階にある塗膜を特定し、図９（ｂ）に示すように、特定された塗膜に対応する送風ノズルの送風量Ｖを増加させる。
【００３２】
第３の検出方法としては、塗膜の表面での赤外線の吸収に基づく方法が挙げられる。第３の検出方法では、塗膜の表面に赤外線を照射する光源と、塗膜の表面から反射される赤外線を検出する光検出器とが用いられる。
【００３３】
塗膜を構成する活物質粒子には、赤外線領域に固有の吸収ピーク波長Ｐが存在することが知られている。波長Ｐの赤外線の入射強度ＩＩｉと検出強度ＩＩｆの関係は、次式により表される。
ＩＩｆ＝（ＲＩ／ＳＩ）・ＩＩｉ  …（２）
ここで、ＲＩ：波長Ｐの赤外線の反射率（乾燥の進行につれて変化：０＜ＲＩ＜１）
ＳＩ：波長Ｐの赤外線の散乱係数（乾燥の進行につれて変化：１＜ＳＩ）
【００３４】
図１０は、赤外線の検出結果と送風量の関係を示す図である。図１０（ａ）には、波長Ｐの赤外線の入射強度ＩＩｉと検出強度ＩＩｆの比率ＩＩｆ/ＩＩｉの時間変化が示されている。塗膜の表面に表出領域が形成されると、固体成分表面での吸収により、波長Ｐの赤外線の検出強度が急激に低下する。これは、固体成分表面において、反射率ＲＩが低下する一方で散乱係数ＳＩが増加することで、赤外線の吸収が増加するためである。制御部５０は、例えば、比率ＩＩｆ/ＩＩｉの値自体又は比率ＩＩｆ/ＩＩｉの微分値と閾値との比較結果に基づいて、乾燥の中期段階にある塗膜を特定し、図１０（ｂ）に示すように、特定された塗膜に対応する送風ノズルの送風量Ｗを増加させる。
【００３５】
以上説明したように、本発明の実施形態に係る電極板製造方法によれば、塗膜の表面の凹凸状態の変化を検出し、その結果に応じて塗膜に対する送風量を増加させることにより、残水率の予測値に基づく方法に比べて、塗膜の実状態を把握して送風量を適切に制御できる。結果として、塗膜の実状態に基づいて結着材の偏析を効果的、つまり送風量を最適化しながら抑制できる。
【００３６】
検出工程では、塗膜の表面の撮像画像の変化を検出してもよい。これにより、塗膜の表面の凹凸状態の変化を精度良く検出できる。
【００３７】
検出工程では、塗膜の表面からの電磁波の反射状態の変化を検出してもよい。これにより、塗膜の表面の凹凸状態の変化を精度良く検出できる。ここで、電磁波としては、可視光線又は赤外線が用いられる。
【００３８】
なお、前述した実施形態は、本発明に係る電極板製造方法の最良な実施形態を説明したものであり、本発明に係る電極板製造方法は、本実施形態に記載したものに限定されるものではない。本発明に係る電極板製造方法は、各請求項に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲で本実施形態に係る電極板製造方法を変形し、または他のものに適用したものであってもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１…電極板製造装置、２…集電体、３…塗膜、４…電極板、１０…搬送部、２０…塗布部、３０…乾燥部、４０…検出部、５０…制御部。
【図１】
2015008075.tif 000003
【図２】
2015008075.tif 000004
【図３】
2015008075.tif 000005
【図４】
2015008075.tif 000006
【図５】
2015008075.tif 000007
【図６】
2015008075.tif 000008
【図７】
2015008075.tif 000009
【図８】
2015008075.tif 000010
【図９】
2015008075.tif 000011
【図１０】
2015008075.tif 000012