(57)【要約】      （修正有）【課題】極片の圧延厚さの均一性を改善した押えロールを提供する。【解決手段】ロールコアとスリーブロールとを備え、スリーブロールが、ロールコアの外部に覆設して固定されており、その厚さがロールコアの軸方向半径より小さく、そのロール表面幅がロールコアの幅より大きく、その２つの幅エッジがそれぞれロールコアの２つの端部エッジを超えるように覆っている。【選択図】図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
ロールコア（２２）とスリーブロール（２１）とを備える押えロールにおいて、
前記スリーブロール（２１）は、前記ロールコア（２２）の外部を覆って固定されており、
前記スリーブロール（２１）の厚さは、前記ロールコア（２２）の半径より小さく、
前記スリーブロール（２１）の表面幅は、前記ロールコア（２２）の幅より大きく、
前記スリーブロール（２１）の２つの軸方向のエッジは、それぞれ前記ロールコア（２２）の２つの端部エッジを超える
ことを特徴とする押えロール。
【請求項２】
前記スリーブロール（２１）とロールコア（２２）とは、締まり嵌めの方式によって組み立てられる
ことを特徴とする請求項１に記載の押えロール。
【請求項３】
前記スリーブロール（２１）とロールコア（２２）との締まり嵌め部分の幅とスリーブロール（２１）表面幅との割合が０．３〜０．９である
ことを特徴とする請求項２に記載の押えロール。
【請求項４】
前記スリーブロール（２１）の外径と厚さとの割合が５〜１５である
ことを特徴とする請求項１に記載の押えロール。
【請求項５】
前記スリーブロール（２１）とロールコア（２２）の材料は、いずれも合金鋼であり、前記合金鋼材料は同一又は異なる
ことを特徴とする請求項１に記載の押えロール。
【請求項６】
前記スリーブロール（２１）とロールコア（２２）の材料は、９Ｃｒ２Ｍｏ合金鋼である
ことを特徴とする請求項５に記載の押えロール。
【請求項７】
前記スリーブロール（２１）とロールコア（２２）とは、それぞれ熱間圧延プロセスによって製造され、
（Ａ）表面に対して粗加工ステップと、
（Ｂ）焼入焼戻し、仕上げ加工ステップと、
（Ｃ）表面熱処理ステップと
を行って、所望の表面粗さと表面硬度に達させる
ことを特徴とする請求項１に記載の押えロール。
【請求項８】
前記押えロールは、リチウムイオン電池の陽極片又は陰極片の圧密プロセスにおいて用いられる
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の押えロール。
【請求項９】
前記押えロールが用いられる温度範囲は、室温以上１５０℃以下である
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の押えロール。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、リチウムイオン電池の極片の圧延に関し、更に具体的には、極片の圧延厚さの均一性を改善できる押えロールに関する。
【背景技術】
【０００２】
電池極片は、リチウムイオン電池の重要な構成部分として、その微構造がリチウムイオン電池の性能に非常に重要な影響を与える。電池極片は、塗布及びべーキングを行った後、圧密プロセスによって顆粒間の物理的接触を改善させて、パッケージ後のリチウムイオン電池の体積を減少させ、電池のエネルギー密度を向上させる必要がある。
【０００３】
現在、リチウムイオン電池の正負極片は、コールドプレスロールペアによってコールドプレス処理を行うことになっている。コールドプレス効率を向上させ、生産コストを低下させるために、コールドプレスプロセスに対する要求が高くなっており、一般には、電池極片をコールドプレスプロセスによって処理した後、その厚さの変動範囲がミクロンサイズであるようにする必要があり、それは、コールドプレスプロセスによって処理された後の電池極片の厚さの変動範囲が大きければ、リチウムイオン電池構造の局部内抵抗が大き過ぎ、使用過程における不均一な充放電を招き、リチウムイオン電池の性能が不安定になり、更に局部でのリチウム析出等の厳しい状況が発生し、安全事故を招きやすいからである。
【０００４】
従来の電池極片のコールドプレスプロセスにおいて、コールドプレスロールペアに一定の圧力を加えることによって、コールドプレスロールペアの間の隙間を調整して、極片コールドプレスの圧密密度を制御することになっている。上述したコールドプレスロールペアは、上下の２つのコールドプレスロールを備え、図１に示す従来の単一のコールドプレスロール１１の構造模式図を参照し、コールドプレスロール１１が、端部のロール軸によって機械フレームに固定されている。このようなコールドプレスロール１１は、使用過程においてロール表面の応力分布が不均一な現象が発生しやすく、図３に示すロール表面方向に沿った極片圧延領域の横方向応力分布の様子の有限要素シミュレーション結果を参照して、コールドプレスロール１１の端部エッジ１２における応力相対値が中央均一領域の応力相対値の７倍以上に上昇したことが分かった。コールドプレスロール１１ではエッジ応力の不均一が発生した主な原因は、１）コールドプレスによる圧延力によってコールドプレスロール１１が変形し、極片エッジにおけるコールドプレスロール１１の押し量が明らかに減少し、ロール表面の圧延力が中央部分より比較的に大きく、極片の両側の等価応力も中央部分より大きく、相応的に極片の側部に明らかな厚さ減少が発生したこと、２）側部極片の受けた側方向抵抗が中心領域より小さく、最外点において側方向抵抗がゼロであるので、エッジ極片と内部極片との変形伸展規律も明らかに異なって、極片が縦方向に伸展するほかに、明らかな横方向伸展も発生することが明らかであり、中央部での極片の幅伸展が均一且つ一致であり、エッジに大きい変形が発生したので、エッジ応力が比較的に大きくなったことにある。このような不均一な応力分布によって圧延過程において極片厚さが一致しない状況が発生しやすく、即ち、電池極片のエッジが不均一な力を受け、圧延され過ぎたため、極片のエッジ部分の厚さが中央部分の厚さより大幅に小さくなり、それによって極片エッジがスリッティングされた後使用できなく、大量の切れ端が残り、コストを増加させた。なお、上述したコールドプレスロール１１は、一定の時間を経て使用すると、ロール表面の端部エッジ１２に厳しい摩損が発生しやすいので、生産を停止して定期な修復を行う必要があり、生産効率に影響を与えてしまう。
【０００５】
以上に鑑みて、極片の圧延厚さの均一性を改善できる押えロールを提供する必要が確かにある。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
本考案は、極片の圧延厚さの均一性を改善できる押えロールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的を実現するために、本考案は、ロールコアとスリーブロールとを備え、スリーブロールが、ロールコアの外部に覆設して固定されており、その厚さがロールコアの軸方向半径より小さく、そのロール表面幅がロールコアの幅より大きく、その２つの幅エッジがそれぞれロールコアの２つの端部エッジを超えるように覆っている押えロールを提供する。
【０００８】
本考案に係る押えロールの改良として、前記スリーブロールとロールコアとは、締まり嵌めの方式によって組み立てられる。
【０００９】
本考案に係る押えロールの改良として、前記スリーブロールとロールコアとの締まり嵌め部分の幅とスリーブロール表面幅との割合が０．３〜０．９である。
【００１０】
本考案に係る押えロールの改良として、前記スリーブロールの外径とスリーブロールの厚さとの割合が５〜１５である。
【００１１】
本考案に係る押えロールの改良として、前記スリーブロールとロールコアとの材料は、合金鋼であり、両者の用いる合金鋼材料が同様または異なる。
【００１２】
本考案に係る押えロールの改良として、前記スリーブロールとロールコアとの材料は、いずれも９Ｃｒ２Ｍｏ合金鋼である。
【００１３】
本考案に係る押えロールの改良として、前記スリーブロールとロールコアとは、それぞれ熱間圧延プロセスによって製造され、表面に対して粗加工、焼入焼戻し、仕上げ加工及び表面熱処理を行って所望の表面粗さと表面硬度に達させる。
【００１４】
本考案に係る押えロールの改良として、前記押えロールは、リチウムイオン電池の陽極片又は陰極片の圧密プロセスにおいて用いるものである。
【００１５】
本考案に係る押えロールの改良として、前記押えロールが適用する温度範囲は、室温〜１５０℃である。
【００１６】
従来の技術に比べて、本考案は、ロールコアの外層にスリーブロールを設けることによって、ロールコアの両端部分の応力集中を有効に放出して分散し、極片の幅方向の応力分布を改善させ、極片厚さの均一性を向上させた。同時に、比較的に均一な応力分布によって押えロールの端部における摩損や破壊を減少させ、その使用時間を延長させ、ローラーの表面摩損を修復するために生産を停止することによる生産効率の低下を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来のコールドプレスロールの構造模式図である。
【図２】本考案に係る押えロールの構造模式図である。
【図３】従来のコールドプレスロールと本考案に係る押えロールとにおけるロール表面の幅方向に沿った極片圧延応力分布の有限要素シミュレーション結果図である。
【図４】従来のコールドプレスロールと本考案に係る押えロールによって圧延された後の極片における幅方向に沿った厚さ分布図である。
【考案を実施するための形態】
【００１８】
図２に示すように、本考案に係る押えロールは、スリーブロール２１とロールコア２２とを備え、そのうち、ロールコア２２の形状、構造が従来のコールドプレスロール１１と殆ど同じであり、スリーブロール２１が締まり嵌めの方式によってロールコア２２の外部に覆設され、ロールコア２２と一体に組み立てられている。スリーブロール２１は、厚さがロールコア２２の軸方向半径より大幅に小さく、ロール表面幅がロールコア２２の幅より大きく、２つの幅エッジがそれぞれロールコア２１の２つの端部エッジ２３を超えるように覆っている。
【００１９】
本考案に係る押えロールは、スリーブロール２１とロールコア２２との材料が同様又は異なる合金鋼であり、それぞれ熱間圧延プロセスによって製造され、粗加工、焼入焼戻し、表面処理を行って望ましい表面硬度と粗さに達させることを製作過程としている。組み立てる時に、スリーブロール２１を２００℃程度に加熱し、スリーブロール２１とロールコア２２とを組み立て、スリーブロール２１の温度が室温に下がった後、熱すれば膨張し冷やせば縮むという効果によって、スリーブロール２１とロールコア２２とを緊密的に一体に接合することができ、スリーブロール２１とロールコア２２との締まり嵌めを実現する。本考案に係る押えロールが適用する温度範囲は、室温〜１５０℃である。
【００２０】
以下、具体的な実施例によって本考案に係る押えロールの各パラメータの値を説明する。
実施例１  
【００２１】
生産幅３２０ｍｍのリチウムイオン電池の陽極片を例として、スリーブロールとロールコアとの材料として９Ｃｒ２Ｍｏ合金鋼を用い、スリーブロール２１の外層半径が２４０ｍｍ、肉厚が２０ｍｍ、スリーブロール表面幅が３４０ｍｍ、ロールコア２２の半径が２２０ｍｍ、ロールコア２２とスリーブロール２１との締まり嵌め部分の幅（即ち、２つの端部エッジ２３の間の距離）が２００ｍｍである。  実施例２  
【００２２】
生産幅５２０ｍｍのリチウムイオン電池の陰極片を例として、スリーブロールとロールコアとの材料として９Ｃｒ２Ｍｏ合金鋼を用い、スリーブロール２１の外層半径が４００ｍｍ、肉厚が３０ｍｍ、スリーブロール表面幅が５２０ｍｍ、ロールコア２２の半径が３７０ｍｍ、ロールコア２２とスリーブロール２１との締まり嵌め部分の幅が３００ｍｍである。  実施例３  
【００２３】
生産幅５００ｍｍのリチウムイオン電池の陰極片を例として、スリーブロール２１の外層半径が４００ｍｍ、肉厚が４０ｍｍ、スリーブロールの外径と厚さとの割合が１０である。  実施例４  
【００２４】
生産幅４５０ｍｍのリチウムイオン電池の陽極片を例として、スリーブロール２１のロール表面幅が５００ｍｍ、ロールコア２２とスリーブロール２１との締まり嵌め部分の幅が４００ｍｍ、締まり嵌め部分の幅とスリーブロール表面幅との割合が０．８である。  実施例５  
【００２５】
生産幅４５０ｍｍのリチウムイオン電池の陽極片を例として、スリーブロール２１のロール表面幅が５００ｍｍ、ロールコア２２とスリーブロール２１との締まり嵌め部分の幅が４５０ｍｍ、締まり嵌め部分の幅とスリーブロール表面幅との割合が０．９、スリーブロール２１の外層半径が４００ｍｍ、厚さが４０ｍｍ、スリーブロールの外径とスリーブロールの厚さとの割合が１０であり、圧延時に押えロールを１００℃に加熱する。  
【００２６】
本考案に係る押えロールの有用な効果を検証するために、従来のコールドプレスロールと本考案に係る押えロールとの圧延応力分布及びその圧延された極片厚さに対してそれぞれ分析を行い、以下、実験結果を説明する。
【００２７】
従来のコールドプレスロールと本考案に係る押えロールの、圧延過程における極片幅方向に沿った応力相対値分布の有限要素シミュレーション結果を示す図３を参照する。幅が同様な極片について、本考案に係る押えロールによって圧延された後のエッジ応力相対値が８００であり、中央の応力均一領域〔応力相対値２００〕の４倍だけであり、従来のコールドプレスロールによって圧延された後のエッジ応力相対値の１４００より大幅に小さいことが分かった。
【００２８】
幅が同一な電池陰極片を従来のコールドプレスロールと本考案に係る押えロールによって圧延した後の実際の極片厚さの比較結果を示す図４を参照する。従来のコールドプレスロールによって圧延された後、極片エッジ厚さが不均一な領域の幅が約８０ｍｍであったが、本考案に係る押えロールは、圧延過程におけるエッジの応力集中を大幅に放出させることができ、圧延後の極片エッジ厚さが不均一な領域が約１５ｍｍだけであり、極片圧延厚さの均一性を明らかに改善したことが分かった。
【００２９】
上述した極片の幅方向における圧延厚さの均一性の向上は、モジュール化された押えロール構造設計を用いるによって実現された。本考案は、押えロールの構造と機能に対してモジュール化の分割処理を行って、押えロールの圧延機能を押えロールの機械的構造の制限と束縛から離脱させ、押えロールの応力の均一性、特に押えロール端部の応力の一致性を改善させて、極片の厚さの均一性を向上させると共に、コストの低下に有利であり、リチウムイオン電池の生産効率と生産力を向上させたので、押えロールの適用範囲を大きく広げて、押えロールの圧延機能の拡張と改善に有利である。
【００３０】
本考案は、リチウムイオン電池の極片の圧延に広く適用できるが、リチウムイオン電池の極片の圧延プロセスに限定されなく、当業者にとって、本考案は、材料又は粉末に対してコールドプレス又はホットプレスのような加工処理を行う必要がある生産業と技術分野において同様に適用できる。
【００３１】
上述した明細書の開示と示唆によれば、当業者は、更に上述した実施形態に適切な変更や修飾を加えることができる。従って、本考案は、以上で開示して述べた具体的な実施形態に限定されなく、本考案に対する修正や変更も本考案の実用新案登録請求の範囲に含まれるべきである。なお、本明細書においていくつかの特定な術語を用いたが、これらの術語が説明の便宜上用いたものであり、本考案にいかなる制限も加えない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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