(57)【要約】【課題】フィルター交換作業を大幅に減らすことにより、生産性が高く、かつ品質の安定した電極を与える電池用電極の製造装置を提供することを目的とする。【解決手段】集電体上に合剤ペーストを塗工する塗工部と、塗工部へ合剤ペーストを供給する合剤ペースト供給部と、塗工部と合剤ペースト供給部との間に設けられたフィルターユニットとを具備し、フィルターユニットが、フィルター部と、フィルター部へ連続したフィルターを供給するフィルター供給部と、フィルター部においてフィルターを透過する合剤ペーストの透過圧を検出するフィルター透過圧検出部と、フィルター透過圧検出部で検出されるフィルター透過圧が所定値を超えたときフィルター供給部を作動させてフィルター部へ前記フィルターの新規箇所を供給させる制御部とからなる電池用電極の製造装置【選択図】        図１
2004241216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活物質粉末を含む電極合剤を分散媒と混合した合剤ペーストをシート状の集電体に塗工して電極を作製する電池用電極の製造装置であって、集電体上に合剤ペーストを塗工する塗工部と、前記塗工部へ合剤ペーストを供給する合剤ペースト供給部と、前記塗工部と合剤ペースト供給部との間に設けられたフィルターユニットとを具備し、前記フィルターユニットが、フィルター部と、前記フィルター部へ連続したフィルターを供給するフィルター供給部と、前記フィルター部においてフィルターを透過する合剤ペーストの透過圧を検出するフィルター透過圧検出部と、前記フィルター透過圧検出部で検出されるフィルター透過圧が所定値を超えたとき前記フィルター供給部を作動させて前記フィルター部へ前記フィルターの新規箇所を供給させる制御部とからなることを特徴とする電池用電極の製造装置。
【請求項２】
前記フィルターが、電子伝導性を有さず、かつ当該電極が用いられる電池内で化学的および電気化学的に安定な材質からなる請求項１記載の電池用電極の製造装置。
【請求項３】
前記フィルターの目開きが、前記塗工部における合剤ペーストの吐出部と集電体間の隙間より小さい請求項１記載の電池用電極の製造装置。
【請求項４】
活物質粉末を含む電極合剤を分散媒と混合した合剤ペーストをフィルター部を介して塗工部へ供給し、塗工部において合剤ペーストをシート状の集電体に塗工して電極を作製する電池用電極の製造方法であって、塗工部に供給される合剤ペーストをフィルター部においてフィルターを透過させるとともに、合剤ペーストがフィルターを透過するフィルター透過圧を検出し、フィルター透過圧が所定値を超えたとき前記フィルター部に前記フィルターの新規箇所を供給することを特徴とする電池用電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、活物質粉末を含む電極合剤を分散媒と混合した合剤ペーストをシート状の集電体に塗工して電極を作製する電池用電極の製造装置および製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
多くの電池用電極は、電極合剤とこれを支持する集電体から構成される。高エネルギー密度を有するリチウム二次電池の電極は、通常活物質粉末を含む電極合剤を分散媒と混合した合剤ペーストをシート状の集電体に塗工して作製される。この方法によって集電体に塗工される合剤層は、一般に１００μｍ程度と薄いので、ペースト中に異物が含まれていたり合剤の主成分である活物質や導電剤の分散不良により生じる凝集粒が存在したりすると、塗布不良により塗布方向に線状の未塗布領域が発生する。
そのような塗布不良を防止するため、従来は合剤ペーストをフィルターをとおして塗工する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１８８９６０号公報
【０００４】
しかしながら、合剤ペーストの主成分である活物質や導電剤の分散不良による凝集粒の発生頻度は比較的に高いので、フィルターが目詰まりを起こし、塗工量の狂いや合剤ペースト供給用ポンプの故障などを引き起こしていた。また、フィルターは、バッチ式であるため、一旦目詰まりを起こすと、フィルター交換作業が繁雑で、生産性が低下するという不都合があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、フィルター交換作業を大幅に減らすことにより、生産性が高く、かつ品質の安定した電極を与える電池用電極の製造装置および製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池用電極の製造装置は、活物質粉末を含む電極合剤を分散媒と混合した合剤ペーストをシート状の集電体に塗工して電極を作製する電池用電極の製造装置であって、集電体上に合剤ペーストを塗工する塗工部と、前記塗工部へ合剤ペーストを供給する合剤ペースト供給部と、前記塗工部と合剤ペースト供給部との間に設けられたフィルターユニットとを具備し、前記フィルターユニットが、フィルター部と、前記フィルター部へ連続したフィルターを供給するフィルター供給部と、前記フィルター部においてフィルターを透過する合剤ペーストの透過圧を検出するフィルター透過圧検出部と、前記フィルター透過圧検出部で検出されるフィルター透過圧が所定値を超えたとき前記フィルター供給部を作動させて前記フィルター部へ前記フィルターの新規箇所を供給させる制御部とからなることを特徴とする。
【０００７】
本発明は、活物質粉末を含む電極合剤を分散媒と混合した合剤ペーストをフィルター部を介して塗工部へ供給し、塗工部において合剤ペーストをシート状の集電体に塗工して電極を作製する電池用電極の製造方法であって、塗工部に供給される合剤ペーストをフィルター部においてフィルターを透過させるとともに、合剤ペーストがフィルターを透過するフィルター透過圧を検出し、フィルター透過圧が所定値を超えたとき前記フィルター部にフィルターの新規箇所を供給することを特徴とする電池用電極の製造方法を提供する。
【０００８】
前記フィルターは、電子伝導性を有さず、かつ当該電極が用いられる電池内で化学的および電気化学的に安定な材質からなることが好ましい。
前記フィルターの目開きは、前記塗工部における合剤ペーストの吐出部と集電体間の隙間より小さいことが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の電池用電極の製造装置は、集電体上に合剤ペーストを塗工する塗工部と、前記塗工部へ合剤ペーストを供給する合剤ペースト供給部と、前記塗工部と合剤ペースト供給部との間に設けられたフィルターユニットとを具備し、前記フィルターユニットが、合剤ペースト供給部から塗工部へ供給される合剤ペーストを濾過するフィルター部と、前記フィルター部へ連続したフィルターを供給するフィルター供給部と、前記フィルター部においてフィルターを透過する合剤ペーストの透過圧を検出するフィルター透過圧検出部と、前記フィルター透過圧検出部で検出されるフィルター透過圧が所定値を超えたとき前記フィルター供給部を作動させて前記フィルター部へ前記フィルターの新規箇所を供給させる制御部とからなる。
【００１０】
本発明によれば、連続するフィルターを使い切るまで煩雑なフィルター交換作業が不要になるため、塗工工程の稼働率が向上し、生産性が大幅に向上する。ここで用いるフィルターは、万一破損によりその細片が電極内へ混入しても、電池内で副反応や短絡の原因になり得ない、例えばグラスウールやポリプロピレン不織布などのように、電子伝導性がなく、かつ化学的および電気化学的な安定性の高い材質が好ましい。
【００１１】
図１は本発明による電極の製造装置の要部を示す斜視図である。
１は合剤ペーストの供給源につながるペースト供給パイプであり、ポンプ２を備え、フィルターユニット３のフィルター部４に連結されている。フィルター部４を通過した合剤ペーストは、パイプ８により塗工ダイヘッド９に供給される。フィルターユニット３は、連続した長尺のフィルター５を繰り出すロール６、フィルター部において合剤ペーストの濾過に供されたフィルターを巻き取るロール７を有する。フィルター部４を経たフィルターには１２で示すように合剤粉が付着している。
【００１２】
フィルターユニット３は、フィルター部４における合剤ペーストの透過圧を検出するフィルター透過圧検出器を備えている。塗工ダイヘッド９は、シート状の集電体１０上に集電体と所定の間隙をもって対向している。塗工ダイヘッド９から吐出される合剤ペーストは、集電体１０が矢印ｂ方向に一定速度で移動することにより集電体上に層１１として塗工される。塗工された合剤層は、乾燥後ローラをとおして圧延され、所定のサイズに切断されて電極とされる。
【００１３】
フィルター透過圧検出器は、例えば、フィルター部４に導入される直前の合剤ペーストの供給圧を検出する圧力検出器Ｐ１と、フィルターを通過後の合剤ペーストの供給圧を検出する圧力検出器Ｐ２とからなり、圧力検出器Ｐ２で検出される圧力ｐ２と圧力検出器Ｐ１で検出される圧力ｐ１との差（ｐ２−ｐ１）として検出する。フィルターユニット３は、さらに、前記フィルター透過圧検出器で検出されるフィルター透過圧が所定値を超えたとき、フィルターの供給装置を作動させてフィルターの新規箇所である未使用部分をフィルター部へ供給させるようにする制御部を有する。本実施の形態では、制御部は、巻き取りロール７を駆動するモータを制御する。
【００１４】
このようにフィルター透過圧が所定値を超えると、自動的にフィルターが矢印ａ方向に一定長さ送られて、フィルター部におけるフィルターは新たな部分に替わるので、目詰まりを起こしたり、塗工量の狂いや合剤ペースト供給用ポンプの故障を引き起こしたりすることはない。また、長尺のフィルターを間欠的に送り出す方式をとるため、フィルターの交換作業を頻繁に行う必要がなく、生産性が低下するということもない。
【００１５】
本発明は、活物質粉末を含む電極合剤を分散媒と混合した合剤ペーストをシート状の集電体に塗工して作製される各種の電池用電極の製造に適用されるが、特に、高エネルギー密度の非水電解質電池用電極の製造に好適である。
本発明の適用される非水電解質電池の正極活物質は、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４などのリチウム含有複合酸化物が代表的なものである。正極合剤のペーストは、通常、正極活物質、導電剤、結着剤、分散媒等を混合することにより調製される。
結着剤には、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれを用いてもよく、これらを組み合わせて用いることもできる。
分散媒には、水系分散媒やＮ−メチル−２−ピロリドンなどの有機分散媒を用いることができる。分散媒は必ずしも結着剤の溶媒である必要はない。例えばスチレンブタジエンゴムを結着剤に用いる場合は、水系分散媒が適する。
【００１６】
負極材料は、リチウム合金、炭素材料、無機酸化物、無機カルコゲナイド、窒化物、金属錯体、有機高分子化合物等のように、リチウムイオンを吸蔵・放出できる化合物であればよい。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明をリチウムイオン電池の正極板の製造に適用した実施例を説明する。
《実施例１》
活物質ＬｉＣｏＯ２粉末３００ｋｇと導電剤のアセチレンブラック１２ｋｇと分散媒のＮ−メチル−２−ピロリドン６３ｋｇとを混合して十分に分散させた。次に、この分散液に結着剤のポリフッ化ビニリデンのＮ−メチル−２−ピロリドン溶液（濃度：１２重量％）を混合し、十分に練合して合剤ペーストを調製した。ＬｉＣｏＯ２の粒度分布は、メディアン径７μｍであり、５０μｍ以上の存在確率は１０％、１００μｍ以上の存在確率は３％である。
【００１８】
塗工方式は、図１に示すようなダイヘッドを用い、その吐出口と正極集電体のアルミ芯材との間の隙間は１００μｍ、塗工速度は５ｍ／分に設定し、アルミ芯材の上に塗工幅６００ｍｍの合剤層を塗工した。塗工量は乾燥後の重量で２０ｍｇ／ｃｍ２とした。フィルター透過圧が２ｋｇｆ／ｃｍ２に達したとき目詰まりと判断し、制御部が働いてフィルターの未使用部がフィルター部に送られるようにした。フィルターには、ポリプロピレンの不織布で、目開き７５μｍ、長さ５０ｍのものを繰り出しロールにセットした。その結果、フィルターの交換をすることなく約１２５時間連続的に塗工することができた。
【００１９】
《比較例１》
ポリプロピレンの不織布からなる目開き７５μｍのフィルターを据え置き式として、図１のフィルター部に相当するところにセットし、フィルター透過圧が２ｋｇｆ／ｃｍ２に達する毎に新しいフィルターと交換するようにした。その結果、０．３時間に１回の割合でフィルターを交換せねばならなかった。
【００２０】
《実施例２》
ポリプロピレンの不織布からなる目開き１００μｍのフィルターを用いた他は実施例１と同じである。
《実施例３》
ガラス繊維からなる目開き７５μｍのフィルターを用いた他は実施例１と同じである。
【００２１】
以上の各実施例および比較例の条件の相違およびフィルターの交換頻度、および塗工部分の塗布抜け等を表１にまとめて示す。
【００２２】
【表１】
2004241216.tif 000003
【００２３】
実施例と比較例とを対比すると、フィルターを可動式にした実施例は据え置き式の比較例に比べてフィルターの交換間隔を延ばすことができ、明らかに稼働率が向上している。フィルターの目開きおよび塗工ヘッドと集電体との間隔を適切に設定することにより、フィルターの材質を変更しても、前記の実施例と同様に効率よく塗工することが可能であった。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、品質の安定した電池用電極を効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における電極の製造装置の要部の斜視図である。
【符号の説明】
１、８  合剤ペースト供給パイプ
２  合剤供給ポンプ
３  フィルターユニット
４  フィルター部
５  フィルター
６  繰り出しロール
７  巻き取りロール
９  塗工ダイヘッド
１０  集電体
１１  塗工層
１２  合剤粉
【図１】
2004241216.tif 000004