(57)【要約】【課題】シート状基材（金属箔）に塗液（電極活物質を含む液体）を塗布する塗工装置において、塗層の厚みを縁部も含めて均一とするための技術を提案する。【解決手段】シート状基材９が巻回された塗工バックアップローラ１３と、該塗工バックアップローラ１３上を搬送されるシート状基材９に塗液Ｌを塗り付けるダイコーター１２とを備えた塗工装置１０において、前記塗工バックアップローラ１３のうち、前記塗工バックアップローラのうち、巻き付けられたシート状基材９上で前記ダイコーター１２にて規定幅で塗液が塗布される部位（規定部Ｗ１）の周面を円柱面で形成し、同じく塗布された塗液が流れて端部側へ拡がる部位（液流れ部Ｗ２）の周面を前記円柱面と略同軸であって該塗工バックアップローラ１３の端部に向かい漸次縮径する円錐面で形成した。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状基材が巻回された塗工バックアップローラと、該塗工バックアップローラ上を搬送されるシート状基材に塗液を塗り付けるダイコーターとを少なくとも備えた塗工装置であって、
前記塗工バックアップローラのうち、巻き付けられたシート状基材上で前記ダイコーターにて規定幅で塗布された塗液が端部側へ流れて拡がる部位を、該塗工バックアップローラの端部に向かい漸次縮径する形状とすることを、
特徴とする塗工装置。
【請求項２】
シート状基材が巻回された塗工バックアップローラと、該塗工バックアップローラ上を通過するシート状基材に塗液を塗り付けるダイコーターとを少なくとも備えた塗工装置であって、
前記塗工バックアップローラのうち、巻き付けられたシート状基材上で前記ダイコーターにて規定幅で塗布された塗液が端部側へ流れて拡がる部位の周面を、該塗工バックアップローラの端部に向かい漸次縮径する円錐面で形成することを、
特徴とする塗工装置。
【請求項３】
シート状基材が巻回された塗工バックアップローラと、該塗工バックアップローラ上を搬送されるシート状基材に塗液を塗り付けるダイコーターとを少なくとも備えた塗工装置であって、
前記塗工バックアップローラのうち、巻き付けられたシート状基材上で前記ダイコーターにて規定幅で塗液が塗布される部位の周面を円柱面で形成し、同じく塗布された塗液が端部側へ流れて拡がる部位の周面を前記円柱面と略同軸であって該塗工バックアップローラの端部に向かい漸次縮径する円錐面で形成することを、
特徴とする塗工装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の塗工装置と、圧延装置とを具備する電極箔の製造システムを用いて、
前記塗工装置にて、シート状基材としての金属箔に、電極活物質を含む塗液を塗布したのち、これを乾燥させて、前記金属箔に電極活物質層を形成する工程と、
前記圧延装置にて、前記電極活物質層が形成された金属箔をプレスする工程とを、
含むことを特徴とする、電極箔の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池を構成する電極箔の製造方法、並びに、電極箔の製造に使用される塗工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電池の電極として、金属箔の表面に活物質層が形成されて成る電極箔が使用される。例えば、リチウムイオン電池は、アルミニウム箔の両面にコバルト酸リチウム（LiCoO2）を含む活物質層が形成されて成る電極箔を正極電極として、銅箔にグラファイト（炭素）を含む活物質層が形成されて成る電極箔を負極電極として用い、これらの電極箔を複数層に積み重ねた構造を有する。
【０００３】
前記正極電極は、アルミニウム箔の両面にコバルト酸リチウムなどの正極活物質とバインダーを溶剤で溶いて塗布して、乾燥したのち、プレスしたものである。
また、前記負極電極は、正極電極と同様に、銅箔に炭素材料などの負極活物質とバインダーを溶媒で溶いたものを塗布して、乾燥したのち、プレスしたものである。
【０００４】
前記電極箔を製造するにあたって、金属箔に、電極活物質やバインダーを溶剤で液体状（ペースト状）としたものを塗布するために、塗工装置が使用される。例えば、特許文献１に記載の技術である。
塗工装置には、例えば、図７に示すように、ロール状に巻き取られたシート状基材９を連続的に繰り出す塗工バックアップローラ１３と、該塗工バックアップローラ１３上のシート状基材９に対して電極活物質を含む塗液を塗り付けるダイコーター１２とが、具備される。
【０００５】
前記塗工装置にて電極活物質を含む液体が塗布され乾燥されることにて、表面に電極活物質層が形成された電極箔は、電極活物質の充填密度を高めるとともに均一化させるために圧延装置（ロールプレス装置）にてプレスする工程を経て、電極箔と成る。この電極箔は、所定の大きさに切り分けられて使用される。
【０００６】
ところで、電極活物質を含む液体が金属箔に塗布される際に、液体が金属箔上を幅方向に流れて拡がろうとするので、図８に示すように、シート状基材９の表面に形成された塗層１１は、幅方向の縁部が丸くなる傾向が生じる。これにより、電極箔に形成された電極活物質層の縁部は丸みを帯びて層の厚みが不均一となり、無駄に切除される部位となったり、残されても電極性能を低下させるために使用されない無駄な部分となったりするという、不具合が生じている。
【特許文献１】特開平１１−２８８７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来技術に鑑み、本発明では、シート状基材に塗液を塗布する塗工装置において、シート基材に形成された塗層の厚みを縁部も含めて均一とするための技術を提案する。また、前記シート基材を金属箔、前記塗液を電極活物質を含む液体として、電極箔を製造する際に、電極箔に形成された電極活物質層の厚みを縁部も含めて均一とする技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１においては、シート状基材が巻回された塗工バックアップローラと、該塗工バックアップローラ上を搬送されるシート状基材に塗液を塗り付けるダイコーターとを少なくとも備えた塗工装置であって、前記塗工バックアップローラのうち、巻き付けられたシート状基材上で前記ダイコーターにて規定幅で塗布された塗液が端部側へ流れて拡がる部位を、該塗工バックアップローラの端部に向かい漸次縮径する形状とすることを、特徴とするものである。
【００１０】
請求項２においては、シート状基材が巻回された塗工バックアップローラと、該塗工バックアップローラ上を通過するシート状基材に塗液を塗り付けるダイコーターとを少なくとも備えた塗工装置であって、前記塗工バックアップローラのうち、巻き付けられたシート状基材上で前記ダイコーターにて規定幅で塗布された塗液が端部側へ流れて拡がる部位の周面を、該塗工バックアップローラの端部に向かい漸次縮径する円錐面で形成することを、特徴とするものである。
【００１１】
請求項３においては、シート状基材が巻回された塗工バックアップローラと、該塗工バックアップローラ上を搬送されるシート状基材に塗液を塗り付けるダイコーターとを少なくとも備えた塗工装置であって、前記塗工バックアップローラのうち、巻き付けられたシート状基材上で前記ダイコーターにて規定幅で塗液が塗布される部位の周面を円柱面で形成し、同じく塗布された塗液が端部側へ流れて拡がる部位の周面を前記円柱面と略同軸であって該塗工バックアップローラの端部に向かい漸次縮径する円錐面で形成することを、特徴とするものである。
【００１２】
請求項４においては、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の塗工装置と、圧延装置とを具備する電極箔の製造システムを用いて、前記塗工装置にて、シート状基材としての金属箔に、電極活物質を含む塗液を塗布したのち、これを乾燥させて、前記金属箔に電極活物質層を形成する工程と、前記圧延装置にて、前記電極活物質層が形成された金属箔をプレスする工程とを、含む電極箔の製造方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、シート状基材に形成された電極活物質層は、幅方向両縁部に隆起形状部分が強制的に形成されることとなる。よって、このシート状基材をプレスすると、前記隆起形状部分の材料が、該隆起形状部分よりも外側に存在する肉薄部分に移動して、電極活物質層の厚みが略均一な電極箔を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例に係る塗工装置を含む電極箔の製造システムの概略構成図、図２は塗工装置の塗工部の図、図３は塗工バックアップローラの図、図４は別形態の塗工バックアップローラの図、図５は電極活物質層を形成したシート状基材の断面図、図６は製造された電極箔の断面図である。
図７は従来の塗工装置の塗工部の図、図８は従来の塗工装置にて電極活物質層を形成したシート状基材の断面図である。
【００１５】
本発明の実施例に係る塗工装置１０は、二次電池等の電極として使用される電極箔を製造するために用いられ、シート状基材９に塗層１１を形成するための装置である。図１に示すように、電極箔の製造システムには、前記塗工装置１０と、圧延装置２２とが具備される。
【００１６】
なお、前記『シート状基材９』は、塗層１１を形成する基板となるものであって、電極箔を製造する本実施例においては、アルミニウム箔や銅箔など、製造される電極箔の種類や用途に応じた任意の金属箔である。
また、前記『電極活物資を含む塗液Ｌ』は、電極箔を製造する本実施例においては、溶剤で溶いた電極活物質（正極活物質又は負極活物質）とバインダーとを混合したスラリー状の流動体である。前記正極活物質又は負極活物質は、製造される電極箔の種類や用途に応じた任意の電極活物質であり、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、又はマンガン酸リチウム等を正極活物質として、また、黒鉛やカーボン、リチウムアルミニウム合金、スズ酸化物等を負極活物質として、採用することが可能である。
さらに、前記『塗層１１』は、電極箔を製造する本実施例においては、電極活物質層である。
【００１７】
本実施例に係る塗工装置１０には、シート状基材９に塗液Ｌを塗布する機能を有する塗工部２０と、塗液Ｌを乾燥させる機能を有する乾燥部２１とが備えられる。前記乾燥部２１は、例えば、乾燥炉又は送風機とすることができ、この乾燥部２１を通過するうちに塗液Ｌが強制的に乾燥させられる。
なお、本実施例においては、塗工装置１０に塗工部２０と乾燥部２１とを備えるが、乾燥部２１を別途独立した構成とすることもできる。
【００１８】
前記塗工装置１０では、ロール状に巻かれたシート状基材９が連続的に繰り出されて塗工部２０まで搬送され、該シート状基材９の一面（表面）に塗液Ｌが塗布され、乾燥部２１まで搬送されて強制乾燥させられたのち、再びロール状に巻き取られる。
この塗工装置１０による一連の処理にて、シート状基材９の一面に塗層１１が形成される。電極箔を製造する本実施例では、前記塗工装置１０による一連の処理にて、金属箔に電極活物質層が形成されることとなる。
なお、シート状基材９の両面に塗層１１を形成する場合は、上記と同様の処理をシート状基材９の他面（裏面）に施して、該シート状基材９の他面（裏面）に塗層を形成することができる。
【００１９】
続いて、圧延装置２２にて、ロール状に巻かれたシート状基材９が連続的に繰り出されて圧延ロール間を導通され、再びロール状に巻き取られる。この圧延装置２２によるプレス処理により、シート状基材９に形成された塗層１１の充填密度が高められる。
電極箔を製造する本実施例では、圧延装置２２にて、電極活物質層が形成された金属箔がプレスされることにて、該電極活物質層の電極活物質の充填密度が高められ、また、均一化されて、電極箔と成る。
【００２０】
ここで、前記塗工装置１０の塗工部２０の構成を説明する。
図２及び図３に示すように、塗工装置１０の塗工部２０には、シート状基材９が巻回された塗工バックアップローラ１３と、該塗工バックアップローラ１３上を通過するシート状基材９に塗液Ｌを塗り付けるダイコーター１２とが、備えられる。
以下、シート状基材９の幅方向を『幅方向』と記載する。従って、シート状基材９が巻き付けられた塗工バックアップローラ１３の軸と略平行な方向は、幅方向となる。
【００２１】
前記塗工装置１０には、前記塗工バックアップローラ１３以外に、単数又は複数のガイドローラ１４が備えられ、シート状基材９がテンションを有して巻回される。これらのローラ１３・１４の回転により、ロール状に巻き取られたシート状基材９が所定の速度で連続的に塗工部２０に繰り出され、また、乾燥部２１まで搬送されたのち、再びロール状に巻き取られる。
【００２２】
前記ダイコーター１２は、塗液タンク１５（図１）から供給される塗液Ｌを、くちばし状ノズルに開口されたスリット１２ａから流出させて、塗工バックアップローラ１３上のシート状基材９に塗り付けるものである。ダイコーター１２のノズルのスリット１２ａは、シート状基材９の幅方向に長尺であって、スリット１２ａの開口幅によりシート状基材９に対して塗液Ｌが塗布される規定幅が定まる。
なお、前記ダイコーター１２は、本実施例の構成に限定されるものではなく、一般に使用されている既存のダイコーターを広く採用することができる。
【００２３】
前記塗工バックアップローラ１３は、ダイコーター１２にて塗液Ｌが塗布されるシート状基材９を巻き付けるものであり、ダイコーター１２からの塗布圧を受けるものである。本実施例における塗工バックアップローラ１３は、該塗工バックアップローラ１３の上流又は下流に配置されたガイドローラ１４が回転駆動されることにより搬送されるシート状基材９のテンションを受けて回動する従動ローラである。
【００２４】
上記構成において、前記塗工バックアップローラ１３に巻き付けられたシート状基材９にダイコーター１２のスリット１２ａが近づけられて、規定幅（ダイコーター１２のスリット１２ａの開口幅）で塗液Ｌが塗布される部位を『シート状基材９の規定部Ｗ１』とする。さらに、塗工バックアップローラ１３のうち、シート状基材９の規定部Ｗ１が巻き付けられる部位を、『塗工バックアップローラ１３の規定部Ｗ１』とする。
従って、前記塗工バックアップローラ１３の規定部Ｗ１及びシート状基材９の規定部Ｗ１の幅は、ダイコーター１２のスリット１２ａの開口幅と略等しいこととなる。
【００２５】
また、前記シート状基材９の規定部Ｗ１の両側には、該規定部Ｗ１に塗布された塗液Ｌが端部側へ流れて拡がる部位が存在する。この部位を、『シート状基材９の液流れ部Ｗ２・Ｗ２』とする。さらに、塗工バックアップローラ１３のうち、シート状基材９の液流れ部Ｗ２・Ｗ２が巻き付けられる部位を、『塗工バックアップローラ１３の液流れ部Ｗ２・Ｗ２』とする。この場合、シート状基材９の、前記規定部Ｗ１と前記液流れ部Ｗ２・Ｗ２とにわたる幅（図３に示すＷ）において塗層１１が形成されることとなる。
【００２６】
前記塗工バックアップローラ１３には、シート状基材９に形成される塗層１１の幅方向両縁部に隆起形状部分が強制的に形作られるための、形状が備えられる。
すなわち、前記塗工バックアップローラ１３の規定部Ｗ１は円柱状であり、少なくとも塗工バックアップローラ１３の液流れ部Ｗ２・Ｗ２は前記規定部Ｗ１から幅方向端部側に向かい漸次縮径する形状である。つまり、前記塗工バックアップローラ１３のうち、巻き付けられたシート状基材９上で前記ダイコーター１２にて規定幅で塗布された塗液Ｌが端部側へ流れて拡がる部位が、該塗工バックアップローラ１３の端部に向かい漸次縮径する形状なのである。
【００２７】
換言すれば、塗工バックアップローラ１３は、規定部Ｗ１の周面は円柱面で形成され、少なくとも液流れ部Ｗ２・Ｗ２の周面は前記円柱面と略同軸の円錐面又は略半球面で形成されることとなる。つまり、前記塗工バックアップローラ１３のうち、巻き付けられたシート状基材９上で前記ダイコーター１２にて規定幅で塗液Ｌが塗布される部位の周面を円柱面で形成し、同じく塗布された塗液Ｌが端部側へ流れて拡がる部位の周面を前記円柱面と略同軸であって該塗工バックアップローラ１３の端部に向かい漸次縮径する円錐面で形成するのである。
【００２８】
本実施例に係る塗工バックアップローラ１３では、塗工部３２の周面は円柱面とされ、前記液流れ部３３・３３を含む、前記塗工部３２よりも軸方向端部側の周面は、前記円柱面と略同軸の円錐面とされる。この塗工バックアップローラ１３は、円柱の両端に円錐台を一体的に形成した、いわば、太鼓型の外形を有する。
【００２９】
但し、塗工バックアップローラ１３の規定部Ｗ１と液流れ部Ｗ２・Ｗ２との形状の切換位置は、幅方向内側に微量にずれても構わない。つまり、塗工バックアップローラ１３は、規定部Ｗ１の幅方向端部から漸次縮径する形状とすることができる。この塗工バックアップローラ１３の規定部Ｗ１と液流れ部Ｗ２・Ｗ２との形状の切換位置は、塗液Ｌの粘度や塗布量に応じて適宜調整することが望ましい。
【００３０】
なお、塗工バックアップローラ１３は、液流れ部Ｗ２・Ｗ２の径が漸次縮径する形状であれば足りるので、例えば、図４（ａ）に示すように、塗工バックアップローラ１３において、規定部Ｗ１及び両端部の周面を円柱面で形成し、液流れ部Ｗ２・Ｗ２を含む残りの周面を円錐面で形成することができる。
また、例えば、図４（ｂ）に示すように、塗工バックアップローラ１３において、規定部Ｗ１の周面を円柱面で形成し、該規定部Ｗ１から塗工バックアップローラ１３の端部までの周面を、略半球面で形成することができる。
【００３１】
前記塗工バックアップローラ１３に巻回されたシート状基材９は、テンションが掛かっているため該塗工バックアップローラ１３の周面形状に倣って弾性変形する。
この結果、塗工バックアップローラ１３に巻回されたシート状基材９では、規定部Ｗ１よりも、液流れ部Ｗ２・Ｗ２の方が、ダイコーター１２のノズルのスリット１２ａとの間隙が大きくなり、塗工バックアップローラ１３の液流れ部Ｗ２・Ｗ２の周面を規定部Ｗ１と同一径の円柱面で形成した場合に比べて、スリット１２ａの両端部において塗液Ｌがシート状基材９へ流れ出る際の流動抵抗が小さくなるため、より多量の塗液Ｌが塗面に載ることとなる。
【００３２】
上述の構成の塗工装置１０にてシート状基材９に形成された塗層１１は、図５に示すように、幅方向両縁部に隆起形状部分１１ａ・１１ａが形成され、肉薄部分１１ｂ・１１ｂが前記隆起形状部分１１ａ・１１ａよりもさらに幅方向端部側に形成される。
なお、前記『隆起形状部分１１ａ』は、塗工バックアップローラ１３の液流れ部Ｗ２・Ｗ２の形状に起因して形成されるものである。また、前記『肉薄部分１１ｂ』とは、液流れ部Ｗ２・Ｗ２の幅方向端部の塗層１１の他の部分より厚みが小さくなる端の部分を示す。
【００３３】
そして、上記のように塗層１１が形成されたシート状基材９が圧延装置２２にてプレスされると、塗層１１は幅方向中央部から端部に向かって拡がり、中央部分や隆起形状部分１１ａ・１１ａの材料が肉薄部分１１ｂ・１１ｂに移動し、図６に示すように、塗層１１の厚みが略均一となる。
つまり、金属箔に形成された電極活物質層の厚みが略均一である電極箔を得ることができる。電極箔は、電極活物質層の厚みを略均一にするために幅方向端部を切除するなどの処理が不要であるので、電極活物質層が形成されない金属箔の幅方向端部を利用して電極を接続することができる。
【００３４】
なお、前記塗工バックアップローラ１３の液流れ部Ｗ２・Ｗ２の幅（軸方向長さ）や位置、並びに液流れ部Ｗ２・Ｗ２を形成する円錐面の傾斜角度θは、塗液Ｌの粘度に応じて適宜調整され、圧延装置２２にてプレスされた状態で塗層１１の厚みが略均一となるように定められる。これら塗工バックアップローラ１３の液流れ部Ｗ２・Ｗ２の幅（軸方向長さ）や位置、並びに液流れ部Ｗ２・Ｗ２を形成する円錐面の傾斜角度θは、実験により、又は、シミュレーションにより、求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施例に係る塗工装置を含む電極箔の製造システムの概略構成図。
【図２】塗工装置の塗工部の図。
【図３】塗工バックアップローラの図。
【図４】別形態の塗工バックアップローラの図。
【図５】電極活物質層を形成したシート状基材の断面図。
【図６】製造された電極箔の断面図。
【図７】従来の塗工装置の塗工部の図。
【図８】従来の塗工装置にて電極活物質層を形成したシート状基材の断面図。
【符号の説明】
【００３６】
９  シート状基材（金属箔）
１０  塗工装置
１１  塗層（電極活物質層）
１２  ダイコーター
１３  塗工バックアップローラ
Ｗ１  規定部
Ｗ２  液流れ部
【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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【図８】
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