(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活物質を含むスラリーを、塗工ロールに巻回されて走行するシート状の集電体上に製膜することで塗工部と未塗工部とを備えた積層構造体とするダイヘッドと、
前記ダイヘッドの上流に設けられて、前記スラリーに剪断力を付与する開閉式バルブと、
前記積層構造体を所望の形状に裁断して、塗工部と未塗工部とを備えたシート状の電極とする裁断機と、
前記シート状の電極の未塗工部の延在方向と略平行となるように回転軸線が配置された上下一対のローラを備え、搬送されてきた前記シート状の電極を前記上下一対のローラの間に挟み込み、前記シート状の電極を厚み方向に圧縮するプレスロール機と、を有するとともに、
前記シート状の電極の未塗工部の側から前記プレスロール機に進入させるように、前記シート状の電極を回転させる回転手段が設けられていることを特徴とする塗工機。
【請求項２】
活物質を含むスラリーを、塗工ロールに巻回されて走行するシート状の集電体上に製膜することで塗工部と未塗工部とを備えた積層構造体とするダイヘッドと、
前記ダイヘッドの上流に設けられて、前記スラリーに剪断力を付与する開閉式バルブと、
前記積層構造体を所望の形状に裁断して、塗工部と未塗工部とを備えたシート状の電極とする裁断機と、
前記シート状の電極の未塗工部の延在方向と略平行となるように回転軸線が配置された上下一対のローラを備え、搬送されてきた前記シート状の電極を前記上下一対のローラの間に挟み込み、前記シート状の電極を厚み方向に圧縮するプレスロール機と、を有するとともに、
前記ダイヘッドと前記開閉式バルブとの間に接続されて前記剪断力を付与されたスラリーの粘度を計測する粘度計をさらに有し、
前記粘度計により計測された粘度に応じて、前記開閉式バルブの開度が調整されることで所望の粘度が維持されることを特徴とする塗工機。
【請求項３】
前記シート状の電極の未塗工部の側から前記プレスロール機に進入させるように、前記シート状の電極を回転させる回転手段が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の塗工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は塗工ロールに巻回されて走行するシート状の集電体上に、活物質を含むスラリーを、ダイヘッドを介して連続的に成膜する塗工機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記のような塗工機により製造されるものとしては、たとえば、リチウム二次電池の電極などがある（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−７３９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような塗工機によりリチウム二次電池の電極を製造すると、特に、スラリーの粘度が高い場合に、ダイヘッドの内部をスラリーが流れにくくなり、膜厚が薄くなってしまう。
このような不具合を解決するため、ダイヘッドの内部を三次元的に加工して、スラリーの流れを制御することも行われているが、このような方法ではスラリーのレオロジー特性が変化するたびにダイヘッドを交換しなければならず、時間と費用がかかってしまうという問題点があった。
【０００４】
また、集電体にアルミニウム箔を用いた正極電極を製造しようとする場合、裁断機により裁断された積層構造体の未塗工部（集電体上にスラリーが積層されていない部分）の延在方向が、プレスロール機の回転軸線に対して直交する格好で、裁断された積層構造体がプレスロール機に供給されていくため、圧縮時、未塗工部と塗工部との境界部に皺が発生し、電極が波打ったり破れたりしてしまうといった問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、集電体上にスラリーを均一に積層させることのできる塗工機を提供することを目的とする。
また、他の目的としては、プレスロール機による圧縮時、電極の未塗工部と塗工部との境界部に皺が発生しないようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る塗工機は、活物質を含むスラリーを、塗工ロールに巻回されて走行するシート状の集電体上に製膜することで塗工部と未塗工部とを備えた積層構造体とするダイヘッドと、前記ダイヘッドの上流に設けられて、前記スラリーに剪断力を付与する開閉式バルブと、前記積層構造体を所望の形状に裁断して、塗工部と未塗工部とを備えたシート状の電極とする裁断機と、前記シート状の電極の未塗工部の延在方向と略平行となるように回転軸線が配置された上下一対のローラを備え、搬送されてきた前記シート状の電極を前記上下一対のローラの間に挟み込み、前記シート状の電極を厚み方向に圧縮するプレスロール機と、を有するとともに、前記シート状の電極の未塗工部の側から前記プレスロール機に進入させるように、前記シート状の電極を回転させる回転手段が設けられている。
本発明に係る塗工機によれば、開閉式バルブによりスラリーに剪断力がかかり、このスラリーの粘度が変化して、ダイヘッドに適した粘度となることにより、スラリーが集電体上に均一に積層されることとなる。
また、積層構造体の未塗工部と塗工部の境界部が形成する線が、プレスロール機の回転軸線と略平行になるように、裁断された積層構造体がプレスロール機に進入していくので、未塗工部と塗工部とが同時に圧縮されることがなくなり、特に集電体がアルミニウム箔からなる正極電極の場合でも、未塗工部と塗工部との間に生じる伸び差が抑制され、未塗工部と塗工部との境界部に生じていた皺および破断が抑制される。
さらに、裁断された積層構造体の未塗工部、境界部、および塗工部の順にプレスロール機に進入していくこととなるので、未塗工部と塗工部との間に伸び差を生じることがなくなって、未塗工部と塗工部との境界部に生じていた皺および破断がなくなる。
【０００７】
本発明に係る塗工機は、活物質を含むスラリーを、塗工ロールに巻回されて走行するシート状の集電体上に製膜することで塗工部と未塗工部とを備えた積層構造体とするダイヘッドと、前記ダイヘッドの上流に設けられて、前記スラリーに剪断力を付与する開閉式バルブと、前記積層構造体を所望の形状に裁断して、塗工部と未塗工部とを備えたシート状の電極とする裁断機と、前記シート状の電極の未塗工部の延在方向と略平行となるように回転軸線が配置された上下一対のローラを備え、搬送されてきた前記シート状の電極を前記上下一対のローラの間に挟み込み、前記シート状の電極を厚み方向に圧縮するプレスロール機と、を有するとともに、前記ダイヘッドと前記開閉式バルブとの間に接続されて前記剪断力を付与されたスラリーの粘度を計測する粘度計をさらに有し、前記粘度計により計測された粘度に応じて、前記開閉式バルブの開度が調整されることで所望の粘度が維持される。
本発明に係る塗工機によれば、開閉式バルブによりスラリーに剪断力がかかり、このスラリーの粘度が変化して、ダイヘッドに適した粘度となることにより、スラリーが集電体上に均一に積層されることとなる。
また、積層構造体の未塗工部と塗工部の境界部が形成する線が、プレスロール機の回転軸線と略平行になるように、裁断された積層構造体がプレスロール機に進入していくので、未塗工部と塗工部とが同時に圧縮されることがなくなり、特に集電体がアルミニウム箔からなる正極電極の場合でも、未塗工部と塗工部との間に生じる伸び差が抑制され、未塗工部と塗工部との境界部に生じていた皺および破断が抑制される。
さらに、スラリーの粘度をリアルタイムで把握することができるようになるため、この粘度に応じて開閉式バルブの開口率（開度）を調節することができ、スラリーの粘度が常に所望の粘度に維持されて、スラリーが集電体上に常に均一に積層されることとなる。
【０００８】
上記塗工機において、前記シート状の電極の未塗工部の側から前記プレスロール機に進入させるように、前記シート状の電極を回転させる回転手段が設けられているとさらに好適である。
このような塗工機によれば、裁断された積層構造体の未塗工部、境界部、および塗工部の順にプレスロール機に進入していくこととなるので、未塗工部と塗工部との間に伸び差を生じることがなくなって、未塗工部と塗工部との境界部に生じていた皺および破断がなくなる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
剪断力付与手段によりスラリーに剪断力を与えることによって、スラリーの粘度を調整することで、ダイヘッドに適した粘度となることにより、スラリーを集電体上に均一に積層することができる。
また、積層構造体の未塗工部と塗工部の境界部が形成する線が、プレスロール機の回転軸線と略平行になるように、裁断された積層構造体がプレスロール機に進入していくので、未塗工部と塗工部とが同時に圧縮されることがなくなり、特に集電体がアルミニウム箔からなる正極電極の場合においても、未塗工部と塗工部との間に生じる伸び差を抑制することができ、未塗工部と塗工部との境界部に生じていた皺および破断を抑制することができて、製品の歩留まりを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明による塗工機の参考実施形態について、図１および図２を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る塗工機１０の要部概略側断面図、図２は図１に示すダイヘッド１１および塗工ローラ１２の部分を図１の上方から見た概略平面図である。
図１に示すように、本実施形態に係る塗工機１０は、ダイヘッド１１と、塗工ロール１２と、ポンプ１３と、開閉式バルブ（剪断力付与手段）１４とを主たる要素として構成されたものである。
図２に示すように、ダイヘッド１１は、上流側に配置されたポンプ１４によりスラリータンク（図示せず）から搬送されてきた合材スラリー１５を、塗工ロール１２に巻回されて走行するシート状の集電箔（集電体）１６の幅方向（図において上下方向）に拡げるとともに、その厚みが均一になるように集電箔１６上に積層（製膜）しようとするものである。
このダイヘッド１１については、従来公知のものを使用しているので、ここではこれ以上の説明は省略する。
【００１１】
塗工ロール１２は、ダイヘッド１１と対向する位置に、その回転軸線Ｃ１とダイヘッド１１の長手方向軸線Ｃ２とが略平行となるように設けられたものであり、集電箔１６をダイヘッド１１に対して走行させるものである。
ポンプ１３は、スラリータンクに溜められた合材スラリー１５を、下流側に配置された開閉式バルブ１４およびダイヘッド１１の方へ送り出すためのものである。
開閉式バルブ１４は、ポンプ１３から送られてきた合材スラリー１５に剪断力を与えるために使用されるものであり、そのバルブ開度によって合材スラリー１５に与える剪断力の大きさを変化させることができるものである。
本実施形態では、開閉式バルブ１４としてスウェージロック社製Ｎシリーズ１／４インチのニードルバルブを使用するとともに、この開閉式バルブ１４はダイヘッド１１の直前に配置されている。
これら塗工ロール１２、ポンプ１３、および開閉式バルブ１４の構成等については、従来公知のものであるので、ここではこれ以上の説明は省略する。
【００１２】
合材スラリー１５は、溶剤としてのＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）にバインダーとしてのＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）（１２ｗｔ％）を溶かしたバインダー溶液５部と、負極活物質としての黒鉛（平均粒径２０μｍ）５部とをホモジナイザにより混合したものである。
ホモジナイザによる混合は、羽根の回転速度５０００r.p.m.で１２０分間行い、黒鉛をバインダー溶液中に分散させた。
この合材スラリー１５は、１００Ｓ−１の剪断速度を与える（与え続ける）ことにより、測定初期で３．４Ｐａｓであったものが、２．８Ｐａｓまでその粘度が低下する特性を有するもの、いわゆるチキソトロピック性を有するものである。
集電箔１６は、たとえば、銅からなるシート状の材料であり、前述した合材スラリー１５とともにリチウム二次電池の負極電極を構成するものである。なお、ここでいうシート状には、メッシュ構造を有するものやパンチングメタルのようなものも含まれる。
【００１３】
前述のように混合した合材スラリー１５を、ポンプ１３からダイヘッド１１に送る際、ダイヘッド１１の直前に設けた、開口率を２０％に絞った開閉式バルブ１４を通過させることにより、塗工寸前に合材スラリー１５に（大きな）剪断力がかかり、合材スラリー１５の粘度が低下して、ダイヘッド１１内での合材スラリー１５にかかる抵抗が減り、合材スラリー１５を集電箔１６上に均一に積層することができる。
本実施形態の塗工機１０を使用して製造したものの膜厚を実際に計測した結果、中央部と端部との厚みの差を１％以内に抑えることができた。
なお、同じ合材スラリー１５をポンプ１３から（開閉式バルブ１４を通過させることなく）直接ダイヘッド１１に送って合材スラリー１５を集電箔１６上に積層した場合には、中央部と端部との厚みの差が１０％以上となり、本実施形態のように合材スラリー１５を集電箔１６上に均一に積層することができなかった。
【００１４】
また、合材スラリー１５を、正極活物質（たとえば、コバルト酸リチウムなど）を含むものとし、集電箔１６を、たとえば、アルミニウム箔とした場合にも、上記と同様、合材スラリー１５を集電箔１６上に均一に積層することができる。
【００１５】
本実施形態において、ダイヘッド１１と開閉式バルブ１４との間、あるいは開閉式バルブ１４とポンプ１３との間、もしくはポンプ１３とスラリータンクとの間、またはスラリータンク内の少なくともいずれか一箇所に、合材スラリー１５の粘度を計測する粘度計１７が設けられていると好適である。
このような粘度計１７を設けることにより、合材スラリー１５の粘度をリアルタイムで把握することができるので、この粘度に応じて開閉式バルブ１４の開口率（開度）を調節することができ、合材スラリー１５の粘度を常に所望の粘度に維持することができる。
すなわち、粘度計１７で計測された粘度が所望の粘度よりも高い場合には、開閉式バルブ１４の開口率を減らし（開閉式バルブ１４を絞り）、合材スラリー１５に大きな剪断力を与えて合材スラリー１５の粘度を下げ、反対に粘度計１７で計測された粘度が所望の粘度よりも低い場合には、開閉式バルブ１４の開口率を増やし（開閉式バルブ１４を開け）、合材スラリー１５に剪断力があまり加わらないようにして合材スラリー１５の粘度を上げることによって、合材スラリー１５の粘度を常に所望の粘度に維持することができる。
これにより、合材スラリー１５を集電箔１６上に常時均一に積層することができるようになる。
【００１６】
本発明による塗工機の一実施形態について、図３を参照しながら説明する。
図３は本実施形態に係る塗工機２０の要部概略平面図である。
図３に示すように、本実施形態に係る塗工機２０は、搬送装置２１と、裁断機２２と、搬送兼方向変換機２３と、第１のベルトコンベア２４と、プレスロール機２５と、第２のベルトコンベア２６と、ストッカー２７とを主たる要素として構成されたものである。
搬送装置２１は、前述した参考実施形態のところで製造された長尺の積層構造体１８を裁断機２２の方へ搬送するためのものである。
【００１７】
裁断機２２は、搬送装置２１により搬送されてくる積層構造体１８を所望の電極形状に裁断（カット）するものであり、図では矩形に裁断した例を示している。
搬送兼方向変換機２３は、裁断機２２で所望の電極形状に裁断された電極２９を、第１のベルトコンベア２４の方へ搬送するとともに、裁断機２２から第１のベルトコンベア２４へ搬送する途中で電極２９を水平面内において９０゜回転させるものである。この回転により電極２９の未塗工部（集電箔１６上に合材スラリー１５が積層されていない部分）２９ａが、第１のベルトコンベア２４の下流側に位置するように、すなわち、電極２９の未塗工部２９ａの側からプレスロール機２５に入っていくように回転させられる。
【００１８】
第１のベルトコンベア２４は、搬送兼方向変換機２３により搬送されてきた電極２９をプレスロール機２５に搬送していくものである。
プレスロール機２５は、その回転軸線Ｃ３が電極２９の未塗工部２９ａの延在方向と略平行となるように配置された上下一対のローラ２５ａを有するものであり、第１のベルトコンベア２４により搬送されてきた電極２９をこれらローラ２５ａの間に挟み込み、電極２９をその厚み方向に圧縮するものである。
第２のベルトコンベア２６は、プレスロール機２５により圧縮された電極２９をストッカー２７に搬送するものである。
ストッカー２７は、第２のベルトコンベア２６により搬送されてきた電極２９を鉛直方向（図３の紙面に垂直な方向）に積み重ねて、出来上がった電極２９を一時貯蔵しておくためのものである。
【００１９】
本実施形態のものでは、裁断機２２により裁断された電極２９が、未塗工部２９ａの側からプレスロール機２５に通されて圧縮されるため、従来のように未塗工部２９ａと塗工部（集電箔１６上に合材スラリー１５が積層されている部分）２９ｂとが同時に圧縮されることがないので、特に集電箔１６がアルミニウム箔からなる正極電極の場合でも、未塗工部２９ａと塗工部２９ｂとの間に伸び差を生じることがなく、従来未塗工部２９ａと塗工部２９ｂとの境界部に生じていた皺および破断を防止することができるとともに、製品の歩留まりを向上させることができる。
【００２０】
なお、本発明は上述したダイヘッド式の塗工装置に限定されるものではなく、ロールギャップ式やドクターブレード式の塗工装置にも同様の作用効果を得ることができる。また、たとえば、参考実施形態の開閉式バルブ１４の換わりに、ラインミキサもしくはオリフィスなどを用いても同様の作用効果を得ることができる。
オリフィスを使用する場合には、開閉式バルブと同様にその開口率を変化させることにより合材スラリー１５の粘度を調整することができ、ラインミキサを使用する場合には、その回転数を変化させることにより合材スラリー１５の粘度を調整することができる。
【００２１】
また、本発明は上述したようなリチウム二次電池の電極のみに適用され得るものではなく、その他同様の構造を有する電池の電極や、コンデンサの電極などにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による塗工機の参考実施形態を示す要部概略側断面図である。
【図２】図１に示すダイヘッドおよび塗工ローラの部分を図１の上方から見た概略平面図である。
【図３】本発明による塗工機の一実施形態を示す要部概略平面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０    塗工機
１１    ダイヘッド
１２    塗工ロール
１４    開閉式バルブ（剪断力付与手段）
１５    スラリー
１６    集電箔（集電体）
１８    積層構造体
２０    塗工機
２３    搬送兼方向変換機（回転手段）
２５    プレスロール機
２９ａ  未塗工部
Ｃ３    回転軸線
【図１】
0004658493.tif 000002
【図２】
0004658493.tif 000003
【図３】
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