(57)【要約】【課題】ダイコーターを用いて塗工した際の塗工膜エッジ部の盛り上がりを効率的に低減することが課題である。【解決手段】一定のスリット幅を有する塗工ヘッドから塗液を吐出し、被塗工物表面に所望の厚みの塗工膜を形成するスリット型ダイコーターで塗工され、乾燥固化された塗工膜の平滑化方法において、被塗工物塗工面における塗工幅方向の形状を測定し、エッジの角状突起物の高さと他の部分の高さの差が規定値以上であった場合には請求項１から３のいずれか１項に記載の平滑化を行い、規定値未満であった場合には全面が平滑なプレス面で平滑化させることを特徴とする塗工膜の平滑化方法。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定のスリット幅を有する塗工ヘッドから塗液を吐出して被塗工物表面に所望の厚みの塗工膜を形成するスリット型ダイコーターで塗工され、乾燥固化された塗工膜の平滑化方法において、被塗工物の塗工幅方向のエッジに形成される角状突起物に相対するプレス機表面部分を他の部分より突出させた形状のプレス面で圧縮し、角状突起物を選択的に平滑化ならしめることを特徴とする塗工膜の平滑化方法。
【請求項２】
前記プレス面の突出部分は、非突出部分から連続する曲面で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の塗工膜の平滑化方法。
【請求項３】
前記プレス面の突出部分は、最も突出している部分が最外縁部ではないことを特徴とする請求項１または２に記載の塗工膜の平滑化方法。
【請求項４】
一定のスリット幅を有する塗工ヘッドから塗液を吐出し、被塗工物表面に所望の厚みの塗工膜を形成するスリット型ダイコーターで塗工され、乾燥固化された塗工膜の平滑化方法において、被塗工物塗工面における塗工幅方向の形状を測定し、エッジの角状突起物の高さと他の部分の高さの差が規定値以上であった場合には請求項１から３のいずれか１項に記載の平滑化を行い、規定値未満であった場合には全面が平滑なプレス面で平滑化させることを特徴とする塗工膜の平滑化方法。
【請求項５】
一定のスリット幅を有する塗工ヘッドから塗液を吐出し、被塗工物表面に所望の厚みの塗工膜を形成するスリット型ダイコーターで塗工され、乾燥固化された塗工膜の平滑化方法において、被塗工物塗工面における塗工幅方向の形状を測定し、エッジの角状突起物の高さと他の部分の高さの差が規定値以上であった場合には請求項１から３のいずれか１項に記載の平滑化を行い、かつ規定値未満になるまで該平滑化操作を繰り返し、規定値未満になった場合には平滑なプレス面で平滑化させることを特徴とする請求項４記載の塗工膜の平滑化方法。
【請求項６】
一定のスリット幅を有するヘッドから塗液を吐出し、被塗工物表面に所望の厚みの塗工膜を形成するスリット型ダイコーターで形成、乾燥固化された塗工膜の塗工幅方向の形状を測定する形状測定部と、測定された形状からエッジ部角状突起部の高さを算出し、規定値と比較して平滑化操作を選択する平滑化操作選択部と、選択された結果に応じて平滑化操作を行う平滑なプレス部並びに周囲に突起を有するプレス部を有することを特徴とする塗工膜の平滑化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一定幅のスリットを有する塗工ヘッドから塗液を吐出し、被塗工物表面に所望の厚みの塗工膜を形成するスリット型ダイコーターで塗工され、乾燥固化された塗工膜の平滑化方法に関し、特に全面に渡って平滑性が要求されるリチウムイオン二次電池の電極板等の平滑化方法及び平滑化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池に代表される電池は、一般に集電体と呼ばれる金属箔上に活物質、バインダー樹脂及び導電補助剤を主体としたスラリーを塗工した電極板を短絡防止用のセパレータを介して積層し、電解液を満たした上で集電体を端子に接続して電流を取り出す構造を有する。
電池の容量は集電体上に設けられた活物質の量に依存するため、容量を増やすためには積層枚数を増やすかスラリーの膜厚を上げるという手法がとられる。しかし、積層枚数を増やす方法では本来不要な集電体の体積が増えて非効率的であるため、前記スラリーの膜厚を上げる方法が一般的である。このスラリー塗膜は非常に厚く、例えば乾燥後で１００μｍ以上の厚みであることが多い。
【０００３】
このような非常に厚い塗膜を得る塗工方式はいくつかあるが、その中の一方式として、一定幅のスリットを有するヘッドから塗液を吐出し、被塗工物表面に所望の厚みの塗工膜を形成するスリット型ダイコーターによる塗工方式が知られている。これは、ポンプから送液されるスラリーをヘッド内部のマニホールドに一旦貯め、これをスリット形状のノズルから吐出するもので、高い粘度の塗工液の操作に適しており、適切なポンプと組み合わせることで、非常に厚みのある塗工膜が得られる方式である。
【０００４】
通常は、前記スラリーを単に塗工しただけでは、導電性が不十分であるため、本来の電池としての性能を得ることが難しい。そのため、スラリーの塗工膜を圧縮して塗膜内導電補助剤の導通ネットワークを形成し、活物質から生じる電子の利用効率を向上させることが行われている（特許文献１参照））。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−９４１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前記したスリット型ダイコーターによる塗工方式は、大部分の膜厚安定性は高いものの、塗工幅方向におけるエッジ部が盛り上がりやすいという問題がある。塗工膜の幅方向の膜厚分布を取ると、両サイドに角（つの）のような突起した形状が観察されることから、これを「角」と呼ぶことがある。本発明においても、以下ではこれを「角状突起物」または単に「角」と呼ぶことにする。
【０００７】
この角の形状は、スラリーの膜厚、粘度、吐出量、塗工スピード、基材との濡れ性、乾燥までの時間等々の多くの因子に左右される。一般には、塗工幅方向の中央付近の平坦部より５〜２０μｍ程度厚いもので、その位置は塗工エッジから１〜５ｍｍ程度内側である。
【０００８】
このような角は単純な平面のプレスではなかなかつぶれず、高圧をかけるかプレス回数
を増やすかすることになるが、いずれにしても角が残ったままの状態では電極板を積層して電池として用いる場合、電極とセパレータに隙間が生じる原因となる。リチウムイオン二次電池の場合、この隙間はそのままリチウムイオンが拡散する距離の増加を意味し、電池効率を低下させる要因となる。
【０００９】
角の発生を防ぐには、前記したようにスラリーの膜厚、粘度、吐出量、塗工スピード、基材との濡れ性、乾燥までの時間等々の因子をつぶしていく必要があるが、膜厚は電池容量に直結する因子であり、粘度は全体的な塗工適性を左右する因子であり、吐出量と塗工スピードは生産性に関わる因子であり、基材は集電体であるから材料の制約があるといった障壁があるため、角を塗工時に発生させない材料条件ならびに操作条件を優先して設定するのは容易なことではない。よって、角はある程度必然的に発生するものと言え、その対策が重要となる。
【００１０】
特許文献１には、電池の集電体に塗工された電極インキの圧縮方法が開示されている。この文献では、ローラー表面の硬度、直径、及び圧力を限定して圧縮する方法が示されているが、塗工エッジ部の角状突起物についての記載はない。また、この文献には、過剰な回数の加圧を行うと基材の圧延が生じて問題が生じることが指摘されており、加圧回数は５回以下が好ましいと述べられている。この点は確かに重要であり、特に全体的に均一に加圧した場合には圧延による寸法、形状のズレは積層時の電池動作上で問題となる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、一定のスリット幅を有する塗工ヘッドから塗液を吐出して被塗工物表面に所望の厚みの塗工膜を形成するスリット型ダイコーターで塗工され、乾燥固化された塗工膜の平滑化方法において、被塗工物の塗工幅方向のエッジに形成される角状突起物に相対するプレス機表面部分を他の部分より突出させた形状のプレス面で圧縮し、角状突起物を選択的に平滑化ならしめることを特徴とする塗工膜の平滑化方法である。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、前記プレス面の突出部分は、非突出部分から連続する曲面で形成されていることを特徴とする請求項１記載の塗工膜の平滑化方法である。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、前記プレス面の突出部分は、最も突出している部分が最外縁部ではないことを特徴とする請求項１または２に記載の塗工膜の平滑化方法である。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、一定幅のスリットを有する塗工ヘッドから塗液を吐出し、被塗工物表面に所望の厚みの塗工膜を形成するスリット型ダイコーターで塗工され、乾燥固化された塗工膜の平滑化方法において、被塗工物塗工面における塗工幅方向の形状を測定し、エッジの角状突起物の高さと他の部分の高さの差が規定値以上であった場合には請求項１から３のいずれか１項に記載の平滑化を行い、規定値未満であった場合には全面が平滑なプレス面で平滑化させることを特徴とする塗工膜の平滑化方法である。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、一定幅のスリットを有する塗工ヘッドから塗液を吐出し、被塗工物表面に所望の厚みの塗工膜を形成するスリット型ダイコーターで塗工され、乾燥固化された塗工膜の平滑化方法において、被塗工物塗工面における塗工幅方向の形状を測定し、エッジの角状突起物の高さと他の部分の高さの差が規定値以上であった場合には請求項１から３のいずれか１項に記載の平滑化を行い、かつ規定値未満になるまで該平滑化操作を繰り返し、規定値未満になった場合には平滑なプレス面で平滑化させることを特徴とする請求項４に記載の塗工膜の平滑化方法である。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明は、一定幅のスリットを有するヘッドから塗液を吐出し、被塗工物表面に所望の厚みの塗工膜を形成するスリット型ダイコーターで形成、乾燥固化された塗工膜の塗工幅方向の形状を測定する形状測定部と、測定された形状からエッジ部角状突起部の高さを算出し、規定値と比較して平滑化操作を選択する平滑化操作選択部と、選択された結果に応じて平滑化操作を行う平滑なプレス部並びに周囲に突起を有するプレス部を有する、塗工膜の平滑化装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る平滑化方法によれば、スリット型ダイコーターで形成された、塗工膜エッジの角状突起物の影響を受けない平滑な電極板を得ることができる。また、複数回行われるプレスのほとんどはエッジ部の角状突起に集中して行われるため、集電体全体の圧延による変形を防ぐことができる。さらには、塗液および塗工条件と平滑化工程を独立して設定可能となるため、生産効率を下げることなく電池性能を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ダイコーター塗工品の説明図
【図２】図１のＡ−Ａ’で切った断面略図
【図３】本発明の平滑化方法の説明図
【図４】本発明の別の平滑化方法の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の例を詳細に説明する。図１は、一般的なダイコーターで塗工した塗工品の説明図である。ここでは、集電体１上に黒色の電極インキ２が塗工されている。塗工流れ方向、塗工幅方向は図１に示すとおりである。図１では流れ方向の長さを比較的短めに示したが、実際には比較的長い長さの集電体１上に塗工されてロール状に巻かれているもので、図はその一部を示したものである。次に示す図２は、この塗工品をＡ−Ａ’断面で切った断面略図である。本発明で述べる角状突起物３とは図２のように塗工幅方向の両サイドのエッジにできた盛り上がりを指す。
【００２０】
次に、本発明の平滑化方法について説明する。図３は、本発明の平滑化方法の説明図である。前記のように、集電体１上に塗工された電極インキ２の幅方向エッジ部に角状突起物３が形成されている。この上にエッジ部が他の部分より突出しているプレス板４を重ね、５ａ、５ｂのプレス機でプレスすることにより、角状突起物３の高さを低減し、電極インキ２の表面を平滑化させる。図４は、本発明の別の平滑化方法の説明図であり、プレス板４の突出部の形状が、最も突出している部分が最外縁部ではない場合の一例である。
【００２１】
プレス板４の突出部の形状は、プレス板３の突出部の形状が電極インキ２に転写されるのは好ましくなく、また、仮に突出部が直線的に形成されていると電極インキ２を切断しかねないことから、プレス板３中央部の平滑面とエッジ突出部は滑らかな曲線で接続されているのが好ましい。さらに、角状突起物３の最高点は電極インキ２塗布部の最外部ではなく１〜５ｍｍ程度内側にあるため、図２のプレス板４ｂのように角状突起物３の頂点付近のみを突出させてもかまわない。この形状の場合は、最縁部に圧力がかからないため、その最縁部の薄膜化を防ぐことができ、全面を電極板として利用できるため、電極インキ２の利用効率を向上させることができる。
【００２２】
突出部の高さは、電極インキ２の物性及び角状突起物３の高さによって適宜選択可能だが、１〜１００μｍ、好ましくは５〜２０μｍ程度の範囲で設定可能である。低すぎる場合は角状突起物３をつぶすことができず、高すぎる場合はつぶれすぎる危険性が生じる。
【００２３】
プレス条件は、やはり電極インキ２の物性及び角状突起物３の高さによって適宜選択可
能だが、電極インキ２との接触面積が小さいことから、通常の平面プレスによる平滑化操作に比べて低圧で行うことができる。例えば、平面プレスの条件が１０ＭＰａ程度である場合、その面積比から０．１〜１ＭＰａ程度で角状突起物３をつぶすことができる。
【００２４】
プレス回数も適宜選択可能である。電極インキ２の形状を測定し、角状突起物３のつぶれ具合が不十分である場合には必要な回数だけ繰り返せばよい。また、完全につぶしきれていなくても、あらかじめ取り決めた規格値から外れている場合に繰り返すという工程をとることもできる。
【００２５】
プレス板４における突出部の作成方法は様々な方法が考えられ、効果さえあればいずれの方法でも有効である。例えば、金属板から削り出す方法、型を作成して鋳造して研磨する方法、あるいは作成した型に離型材を塗布して電鋳し、剥離する方法、突出部と平面部を別々に作成して貼り合わせる方法等が考えられる。
【００２６】
プレス板４の材質としては、鉄やステンレス、ニッケル等に代表される金属のほか、例えば光硬化性樹脂等の強度の高い樹脂材料でも、電極インキに使用される材料の組み合わせによっては使用可能である。
【００２７】
次に、本発明の平滑化装置について説明する。本発明の平滑化装置は、前記の平滑化方法を実施するに当たって必要な、被塗工物表面に所望の厚みの塗工膜を形成するスリット型ダイコーターで形成、乾燥固化された塗工膜の塗工幅方向の形状を測定する形状測定部と、測定された形状からエッジ部角状突起部の高さを算出し、規定値と比較して平滑化操作を選択する平滑化操作選択部と、選択された結果に応じて平滑化操作を行う平滑なプレス部並びに周囲に突起を有するプレス部を有する、塗工膜の平滑化装置である。上記の形状測定部と平滑化操作選択部及びプレス部の構成はこの目的にかなうものであれば公知の技術でよく特に限定されない。
【実施例】
【００２８】
＜実施例１＞
厚さ２０μｍのアルミニウム箔上に、マンガン酸リチウム：ポリフッ化ビニリデン：導電補助剤：Ｎ−メチルピロリドンを５２：７：１：４０の組成で作成したスラリーを用いて、ダイコーターにて乾燥膜厚１００μｍ、塗工幅５０ｍｍの塗工膜を形成した。ダイコーターのスリット幅は２００μｍ、塗工ラインスピードは２ｍとした。塗工液の粘度はＢ型粘度計で１１０００ｍＰａｓであった。この塗工品を５０ｍｍの長さで切り出した。この塗工膜の幅方向の形状を測定すると、両サイドともエッジから２ｍｍ内側に１０μｍ弱の角状突起物があることがわかった。
【００２９】
次に、プレス板４は以下のように作成した。５０ｍｍ角、厚みが５ｍｍのアクリル板上にＹＡＧレーザを用いて、対向する一組の辺の内側１〜３ｍｍの部分に深さ１０μｍの穴を直線状にレーザーエングレービングした。これにアルミニウムを蒸着して導通をとってからシリコン系離型材を塗工し、ニッケル電鋳浴にて厚さ５ｍｍまで電鋳膜を作成した。この電鋳膜を取り出し、裏面を研磨して平滑にした後、表面形状を測定すると、図４の形状で高さ１０μｍ弱の直線状の突出部が辺の内側１〜３ｍｍの部分に観測された。
【００３０】
これをハンドプレス機の上盤に直線状の突出部が下面となるように貼り付け、塗工膜は突出部と角状突起物の位置を合わせて下板上に置き、プレス操作を行った。圧力０．５ＭＰａ、時間は３分とし、温度は加温せず常温で行った。
【００３１】
その結果、元々１０μｍ弱あった角状突起物は６μｍ弱につぶれていた。同じ操作を行い、さらに角状突起物をつぶすと、３μｍにつぶれていた。これを突出部のない平板のプ
レス板を用いて１０ＭＰａでプレスしたところ、角状突起物は０．５ｍｍまでつぶれており、実質的に観察されなかった。また、集電体の幅方向の延び率は０．５％以下であり、ほとんど延びは見られなかった。
＜比較例１＞
【００３２】
実施例１と同様に塗工膜を作成し、実施例１と同様の角状突起物を有する塗工膜を得た。これを平板にて圧力１０ＭＰａで３分間プレス操作を行ったところ、角状突起部は６μｍまでつぶれていた。さらに同じ条件で２回繰り返したところ、それぞれ３μｍ、１μｍまでつぶれ実質的に角状突起物は観測されなくなった。このときの集電体の延び率は４％であった。
【００３３】
比較例と実施例で延び率が異なったのは、実施例では角状突起物をつぶすためのプレスの圧力が小さく、接触する面積も小さかったのに対し、比較例では毎回のプレス圧力が高かったためではないかと考えられる。以上から、本発明の方法により、角状突起物を効率的につぶし、平滑性の高い電極板を得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、一定幅のスリットを有するヘッドから塗液を吐出し、被塗工物表面に所望の厚みの塗工膜を形成するスリット型ダイコーターで塗工され、乾燥固化された塗工膜の平滑化方法であり、特に全面に渡って平滑性が要求されるリチウムイオン二次電池の電極板等の製造に利用可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１…集電体
２…電極インキ
３…角状突起物
４、４ｂ…プレス板
５ａ、５ｂ…プレス機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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