(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電箔上に間欠的に塗工した活物質層の厚みを圧延後に計測する電極体の厚み計測装置であって、
圧延後の電極体を搬送するように圧延ローラの下流側に設けられたガイドローラと、
前記ガイドローラの外周面から外周側に突出する環状突起物と、
前記環状突起物と対向する厚み計測器と、
を備えた厚み計測装置。
【請求項２】
前記環状突起物の少なくとも側部の剛性が、前記ガイドローラの接触面の剛性よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の厚み計測装置。
【請求項３】
前記環状突起物は、厚み計測位置となる中央の環状突起物基部と、該環状突起物基部の両側の環状突起物側部と、を有し、前記環状突起物側部は、前記環状突起物基部に比較して剛性が低いことを特徴とする請求項１または２に記載の厚み計測装置。
【請求項４】
前記環状突起物の厚み計測位置となる中央部分が、内周側の相対的に剛性が高い環状突起物基部と、この環状突起物基部の外周面に取り付けられた相対的に剛性が低い環状カバー部と、からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の厚み計測装置。
【請求項５】
前記環状突起物は、前記圧延ローラによって搬送される前記電極体の幅方向と略水平な方向の平坦部を有する平坦面と、該平坦面の両側にあって、前記平坦面の平坦部の外縁から前記ガイドローラの外周面へ向かう円弧状をなし、外側に凸とされた円弧面と、を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の厚み計測装置。
【請求項６】
前記環状突起物は加熱部を備えることを特徴とする請求項１，２，３，５のいずれかに記載の厚み計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集電箔上に間欠的に塗工した活物質層の厚みを圧延後に計測する電極体の厚み計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電池用電極体を圧延する圧延装置が開示されており、この電極体は、集電箔上に活物質層を連続的に塗工することにより形成されている。この圧延装置は、圧延前の電極体の単位時間当たりの移動量を検出する圧延前移動量検出器と、圧延後の電極体の単位時間当たりの移動量を検出する圧延後移動量検出器と、圧延後の電極体の厚みを計測する厚み計と、を備えている。上記圧延装置では、圧延前移動量検出器および圧延後移動量検出器により検出した各移動量から求めた電極体の伸び量と、厚み計により計測した圧延後の電極体の厚みと、に基づいて、電極体の活物質層の密度が管理されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１８８１０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の圧延装置を用いて、活物質層が集電箔上に間欠的に塗工されてなる電極体を圧延する場合には、活物質層は長さ方向および幅方向に伸びるのに対し、活物質層が塗工されていない部分の集電箔は幅方向に伸びることがないので、しわが活物質層に発生する虞がある。
【０００５】
ここで、圧延装置では、活物質層の密度は、圧延後の活物質層の厚みに基づいて求められる。
【０００６】
しかし、しわを有する活物質層の厚みを厚み計で計測し、この厚みを活物質層の密度の算出に用いると、正確な密度を算出できなくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、集電箔上に間欠的に塗工した活物質層の厚みを圧延後に計測する電極体の厚み計測装置が、圧延後の電極体を搬送するように圧延ローラの下流側に設けられたガイドローラと、前記ガイドローラの外周面から外周側に突出する環状突起物と、前記環状突起物と対向する厚み計測器と、を備えている。
【０００８】
これにより、圧延後に電極体がガイドローラ上の環状突起物を通過するときに、厚み計測器の下方における活物質層のしわが、環状突起物によって局所的に伸ばされる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、活物質層の厚みの計測箇所にしわが無い状態で、厚み計測器により活物質層の正確な厚みを計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例の圧延装置の説明図である。
【図２】図１の圧延装置の上面図である。
【図３】圧延前後の活物質層および集電箔の状態を示す説明図である。
【図４】圧延後ガイドローラ上の環状突起物の配置を示す説明図である。
【図５】圧延ローラ側から見た圧延後ガイドローラおよび圧延後厚み計測器の説明図である。
【図６】第２の実施例の環状突起物の説明図である。
【図７】第３の実施例の環状突起物の説明図である。
【図８】第４の実施例の環状突起物の説明図である。
【図９】図８のＡ−Ａ線に沿った環状突起物および圧延後ガイドローラの断面図である。
【図１０】第５の実施例の環状突起物の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施例について説明する。
【００１２】
図１には、本発明の厚み計測装置を有した圧延装置１が示されている。圧延装置１は、電池、例えばリチウムイオン二次電池の電極体２を圧延するために用いられる。電極体２は、活物質、導電助剤、バインダおよび有機溶媒等を混合してなるスラリーを、集電箔３（図２）、例えばアルミニウム箔や銅箔の両面に所定の厚さで間欠的に塗工して乾燥させることにより帯状に形成されている。スラリーの乾燥後には、図２にドットで示す複数の活物質層４が、集電箔３の両面に所定の間隔で形成されている。
【００１３】
圧延装置１は、ロール状に巻かれた乾燥後の帯状電極体２を送出す送出しロール５と、この送出しロール５から送出された電極体２を案内する第１および第２の圧延前ガイドローラ６，７と、電極体２を圧延する上下一対の圧延ローラ８，８と、該圧延ローラ８，８を通過した電極体２を案内する円柱状または円筒状の圧延後ガイドローラ９と、圧延後に電極体２の品質を確認する上下一対の画像処理部１０，１０と、該画像処理部１０，１０により発見された電極体２の不良品にマーキングするマーキング部１１と、電極体２を切断する切断部１２と、送出しロール５から送出された電極体２を巻取る巻取りロール１３と、を備えている。なお、巻取りロール１３は、切断前の電極体２の巻取りと、所定の長さの電極体２を切断してからの電極体２の巻取りと、を交互に行えるように２軸で構成されている。
【００１４】
上記圧延装置１において、送出しロール５が図中時計回りに回転することにより、帯状電極体２は、第１および第２の圧延前ガイドローラ６，７、圧延ローラ８，８、圧延後ガイドローラ９、画像処理部１０，１０、マーキング部１１、切断部１２および巻取りロール１３に連続的に供給される。
【００１５】
第２の圧延前ガイドローラ７の左斜め上方には、圧延前の活物質層４の厚み、具体的には、両面の活物質層４を含む電極体２全体の厚みを計測する複数の圧延前厚み計測器１４が、第２の圧延前ガイドローラ７に対向するように設けられている。一方、圧延後ガイドローラ９の上方には、圧延後の活物質層４の厚み、具体的には、両面の活物質層４を含む電極体２全体の厚みを計測する複数の圧延後厚み計測器１５が、圧延後ガイドローラ９に対向するように設けられている。圧延後厚み計測器１５は、非接触式厚み計測器、例えば分光干渉レーザ変位計である。また、圧延前厚み計測器１４および圧延後厚み計測器１５により、活物質層４の塗工開始および塗工終了における活物質層４の傾斜やかすれによる比較的薄い厚みを判断することで、圧延前後の活物質層４の塗工長さがそれぞれ計測される。
【００１６】
ここで、以下の説明の便宜のために、活物質層４の長さ方向である図２のＸ方向を「活物質層長さ方向」と定義し、活物質層４の幅方向である図２のＹ方向を「活物質層幅方向」と定義する。
【００１７】
本実施例では、図２に示すように、３つの圧延前厚み計測器１４，１４，１４および３つの圧延後厚み計測器１５，１５，１５が、活物質層幅方向Ｙに沿って所定の間隔でそれぞれ設けられている。
【００１８】
さらに、圧延前厚み計測器１４と一対の圧延ロール８，８との間に、圧延前の活物質層４の幅を計測する上下一対の圧延前幅計測器１６，１６が、活物質層幅方向Ｙに沿った電極体２の両側にそれぞれ設けられている。一方、圧延後厚み計測器１５の下流側に、圧延後の活物質層４の幅を計測する上下一対の圧延後幅計測器１７，１７が、圧延前幅計測器１６，１６と同様に、活物質層幅方向Ｙに沿った電極体２の両側にそれぞれ設けられている。
【００１９】
圧延装置１では、圧延後の活物質層４の密度を算出することにより、電極体２の品質を管理している。活物質層４の密度は、集電箔３の両面の活物質層４の単位面積当たりの重量（以下、「デポジション」と呼ぶ）を、圧延後の両面の活物質層４の厚みで割ることで算出される。電極体２の圧延後には、活物質層４の厚みが減少することに加えて、図３に誇張して示すように、活物質層４が活物質層長さ方向Ｘおよび活物質層幅方向Ｙの双方に伸びる。従って、圧延後の活物質層４の密度を算出する際には、まず、厚み計測器１４，１５により計測した圧延前後の活物質層４の塗工長さから活物質層４の活物質層長さ方向Ｘの伸び量を求め、幅計測器１６，１７により計測した圧延前後の活物質層４の幅から活物質層４の活物質層幅方向Ｙの伸び量を求める。そして、これらの伸び量を考慮してデポジションを算出し、このデポジションを、圧延後厚み計測器１５で計測した活物質層４の厚みで除算する。
【００２０】
また、電極体２の圧延後には、活物質層４が活物質層長さ方向Ｘおよび活物質層幅方向Ｙの双方に伸びるが、活物質層４が塗工されていない部分における集電箔３は幅方向に伸びることがないので、波形のしわ１８が、圧延後の活物質層４に生じることがある。さらに、しわ１８の発生箇所は、活物質層４の塗工形状やパスライン上の電極体２の傾き等により変化する。しわ１８を有した活物質層４の厚みを計測すると、しわ１８により凹凸となった活物質層４の厚みを計測してしまうので、活物質層４の不正確な密度を算出する要因となる。
【００２１】
従って、本実施例では、圧延後に活物質層４に生じるしわ１８の影響を排除した状態で、圧延後の活物質層４の厚みを計測する。
【００２２】
本実施例では、図４に示すように、圧延後の活物質層４のしわ１８を局所的に伸ばす３つの環状突起物１９，１９，１９が、３つの圧延後厚み計測器１５，１５，１５（図２）の下方で、圧延後ガイドローラ９に取り付けられている。ここで、環状突起物１９の内径は、圧延後ガイドローラ９の外径に対応しており、突起物１９は、圧延後ガイドローラ９の外周面（接触面）９ａに取り付けられている。また、突起物１９を、圧延後ガイドローラ９に形成された環状凹部に嵌合するようにしても良い。なお、突起物１９を、圧延後ガイドローラ９と一体に形成するようにしても良い。
【００２３】
この実施例の環状突起物１９は、圧延後ガイドローラ９と同等の剛性を有した材料で構成されている。圧延後ガイドローラ９は、例えば、スチールやステンレス鋼（ＳＵＳ）から構成されている。従って、環状突起物１９は、圧延後ガイドローラ９と同様に、スチールやステンレス鋼から構成されている。
【００２４】
環状突起物１９は、圧延後ガイドローラ９の外周面９ａから外周側に突出している。突起物１９の突出高さは、電極体２が突起物１９に局所的に押し付けられた状態で搬送されるときに転写すじが活物質層４に生じない程度の高さに設定されている。一例では、突起物１９の突出高さは、数ミリ程度である。また、突起物１９の幅Ｗは、圧延後の活物質層４のしわ１８同士の間隔よりも狭くなるように設定されている。一例では、突起物１９の幅Ｗは、約６ｍｍである。これにより、伸ばす対象となるしわ１８に隣接したしわ１８に突起物１９が接触することがないので、活物質層４にたるみや新たなしわ１８が発生することが防止される。
【００２５】
図５に示すように、環状突起物１９は、電極体２の下面２ａと接触する接触面２０を有しており、この接触面２０は、活物質層４の厚みの計測位置となる中央の平坦面２０ａと、この平坦面２０ａの両側の外側に凸とされた円弧面２０ｂ，２０ｂと、を備えている。平坦面２０ａは、圧延後厚み計測器１５の計測面１５ａと対向している。
【００２６】
圧延後の電極体２が突起物１９および圧延後ガイドローラ９を通過するときには、巻取りロール１３の巻取りに伴い張力が電極体２にかかることにより、電極体２は、圧延後厚み計測器１５の計測面１５ａの下方で突起物１９の接触面２０に局所的に押し付けられる。これにより、活物質層４のしわ１８は、圧延後の活物質層４の厚みの計測位置で、平坦面２０ａおよび円弧面２０ｂ，２０ｂに追従しながら活物質層幅方向Ｙに局所的に伸ばされる。
【００２７】
なお、図５では、実際には、圧延後ガイドローラ９の接触面９ａと接触している電極体２の活物質層４には多少のしわ１８が生じているが、図を簡潔にするために省略している。
【００２８】
上記のように、本実施例では、環状突起物１９により圧延後の活物質層４のしわ１８を局所的に伸ばすようにしたことから、活物質層４の厚みの計測箇所にしわ１８が無い状態で、平坦な活物質層４に圧延後厚み計測器１５からのレーザ光２１（図５に点線の矢印で示す）を照射することにより、圧延後の活物質層４の正確な厚み（両面の活物質層４の厚みの総和）を計測することができる。従って、活物質層４の正確な厚みでデポジションを除算することにより、圧延後の活物質層４の密度が精度良く算出される。これにより、圧延後の電極体２の品質の管理が向上する。
【００２９】
また、本実施例では、環状突起物１９が平坦面２０ａの両側に円弧面２０ｂ，２０ｂを有するようにしたことから、圧延後の電極体２の搬送時に、活物質層４の剥離や転写すじが生じることを防止することができる。仮に円弧面２０ｂに相当する部分が角部で形成されている場合には、電極体２の巻取り時に電極体２にかかる張力により、応力が上記角部に集中的にかかるため、活物質層４の剥離や転写すじが生じ易くなる。従って、滑らかな曲線を有した円弧面２０ｂを設けることで、接触面２０への応力を緩和しつつ、活物質層４の剥離や転写すじを防止している。
【００３０】
図６には、第２の実施例の環状突起物１９が示されている。本実施例では、環状突起物１９は、図４および図５の環状突起物１９とは異なる材料で構成されている。環状突起物１９は、少なくとも電極体２に応力を与える側部２７つまり円弧面２０ｂの剛性が、スチールやステンレス鋼からなる圧延後ガイドローラ９の接触面９ａの剛性よりも低いことが望ましい。さらに望ましくは、上記円弧面２０ｂ（側部２７）の剛性が、活物質層４の剛性と同等の剛性であることが好ましい。
【００３１】
本実施例では、環状突起物１９は、その全体が活物質層４の剛性と同等の剛性を有した材料（図６にドットで示す）で構成されている。突起物１９は、弾性体、例えばゴムやフッ素樹脂から構成されている。
【００３２】
第２の実施例では、環状突起物１９が活物質層４の剛性と同等の剛性を有した材料、例えば弾性体で構成されるようにしたことから、環状突起物１９の弾性変形により、圧延後の電極体２の搬送時に接触面２０、特に円弧面２０ｂ，２０ｂにかかる応力を吸収することができる。これにより、活物質層４の剥離や転写すじが、より確実に防止される。
【００３３】
図７には、第３の実施例の環状突起物１９が示されている。本実施例では、突起物１９は、３つの部分からなり、図４〜図６と同様の平坦面２０ａを有した環状突起物基部２２と、図４〜図６と同様の円弧面２０ｂ，２０ｂをそれぞれ有した２つの環状突起物側部２３，２３と、を備えている。
【００３４】
突起物基部２２は、圧延後ガイドローラ９と同等の剛性を有した材料で構成されている。また、突起物側部２３，２３は、活物質層４の剛性と同等の剛性を有した材料で構成されている。例えば、前述した実施例と同様に、ゴムやフッ素樹脂から構成されている。
【００３５】
従って、第３の実施例によっても、圧延後の電極体２の搬送時に円弧面２０ｂ，２０ｂにかかる応力を吸収することができる。
【００３６】
図８には、第４の実施例の環状突起物１９が示されている。本実施例では、環状突起物１９は、４つの部分からなり、第３の実施例の環状突起物基部２２よりも外径の小さな環状突起物基部２４（図９にハッチングで示す）と、第３の実施例の環状突起物側部２３，２３と同様の突起物側部２３，２３と、を備えている。従って、突起物基部２４と突起物側部２３，２３との間に、突起物基部２４の外周面２４ａを底面とする図示せぬ環状溝部が形成されている。この環状溝部には、溝幅に対応した幅を有した環状カバー部２５が嵌合される。環状カバー部２５を嵌合した状態では、図９に示すように、圧延後ガイドローラ９の外周面９ａに環状突起物基部２４が取り付けられ、さらに、環状突起物基部２４の外周面２４ａに環状カバー部２５が取り付けられている。なお、突起物基部２４を、圧延後ガイドローラ９と一体に形成するようにしても良い。
【００３７】
突起物側部２３，２３は、第３の実施例と同様に、活物質層４の剛性と同等の剛性を有した材料、例えばゴムやフッ素樹脂から構成されている。
【００３８】
突起物基部２４は、圧延後ガイドローラ９と同等の剛性を有した材料、例えばスチールやステンレス鋼から構成されている。また、環状カバー部２５は、突起物側部２３と同じく、活物質層４の剛性と同等の剛性を有した材料、例えばゴムやフッ素樹脂で構成されている。従って、活物質層４の厚みの計測位置となる環状突起物１９の中央部分２８が、内周側の相対的に剛性が高い突起物基部２４と、外周側の相対的に剛性が低いカバー部２５と、を有している。
【００３９】
第４の実施例では、環状カバー部２５が環状突起物側部２３，２３と同様の材料で構成されているので、環状突起物１９の接触面２０の全体が、第２の実施例と同様に、活物質層４の剛性と同等の剛性を有している。従って、第４の実施例の環状突起物１９は、第２の実施例と同様に、圧延後の電極体２の搬送時に接触面２０、特に円弧面２０ｂ，２０ｂにかかる応力を吸収することができる。
【００４０】
図１０には、第５の実施例の環状突起物１９が示されている。本実施例では、図７の実施例の環状突起物基部２２を、この突起物基部２２と同様の形状を有した環状加熱部２６に置き換えたものである。環状加熱部２６は、例えば図示せぬ内部ヒータによって熱を出すことにより電極体２を加熱する。ここで、加熱部２６による加熱温度は、活物質層４内のバインダの融点よりも約２０〜４０℃だけ低くなるように設定されている。加熱部２６による加熱幅（図１０の活物質層幅方向Ｙに沿った幅）は、しわ１８同士の間隔よりも狭くなるように設定されている。
【００４１】
第５の実施例では、加熱部２６により圧延後の電極体２を加熱するようにしたことから、活物質層４内のバインダが軟化し、これにより、活物質層４が、突起物１９の接触面２０、特に加熱部２６の平坦面２６ａに沿って動き易くなる。従って、圧延後の活物質層４のしわ１８が、突起物１９の接触面２０に沿って伸び易くなる。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・圧延装置
２・・・電極体
３・・・集電箔
４・・・活物質層
８・・・圧延ローラ
９・・・圧延後ガイドローラ
１５・・・圧延後厚み計測器
１９・・・突起物
２０・・・接触面
２０ａ・・・平坦面
２０ｂ・・・円弧面
２２・・・突起物基部
２３・・・突起物側部
２４・・・突起物基部
２５・・・カバー部
２６・・・加熱部
【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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【図９】
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【図１０】
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