(57)【要約】【課題】表面に活物質層が配置された塗工部と活物質層が配置されない未塗工部とが混在する電極材料を巻き取る場合であっても、皺の発生及び横ずれを抑制することできる巻取装置及び電極の製造方法を提供する。【解決手段】巻取装置１０は、電極材料７０を巻き出す巻出す巻出ロール１１と、電極材料を巻き取る巻取ロール１３と、電極材料の金属箔７１の表面において、活物質層の配置される製品部７７と活物質層の配置されていないリード部７３とを互いに判別する判別部３０と、リード部が巻取ロールに巻き取られるときには、製品部が巻き取られるときと比べて、電極材料に付与される張力が小さくなるように揺動位置が制御されるダンサーロール１５と、を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極材料を巻き出す巻出す巻出ロールと、
前記電極材料を巻き取る巻取ロールと、
前記電極材料の基材上において活物質層の配置された塗工部と前記活物質層の配置されていない未塗工部とを互いに判別する判別部と、
前記未塗工部が前記巻取ロールに巻き取られるときには、前記塗工部が巻き取られるときと比べて、前記電極材料に付与される張力が小さくなるように前記張力を切り替える張力切替部と、
を備える、巻取装置。
【請求項２】
前記張力切替部は、前記電極材料に巻き掛けられたダンサーロールを揺動することにより前記張力を切り替える、請求項１に記載の巻取装置。
【請求項３】
基材上に活物質層が配置された塗工部と、活物質層が配置されていない未塗工部と、を有する帯状の電極材料を形成する電極の製造方法において、
前記電極材料はロール状に巻き取られ、前記未塗工部を巻き取るときには、前記塗工部を巻き取るときと比べて、前記電極材料に付与される張力を小さくして巻き取る、電極の製造方法。
【請求項４】
前記製造方法は、活物質合剤を基材上に塗工する塗工工程と、電極材料をロールプレスするプレス工程とを有し、少なくとも前記プレス工程後の巻取時に、前記塗工部を巻き取るときと比べて、前記未塗工部を巻き取るときの張力を小さくする、請求項３に記載の電極の製造方法。
【請求項５】
前記製造方法は、電極材料をロールプレスするプレス工程後に検査工程を有し、前記検査工程の巻取時に、前記塗工部を巻き取るときと比べて、前記未塗工部を巻き取るときの張力を小さくする、請求項３又は４に記載の電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻取装置及び電極の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池などの二次電池及び電気二重層キャパシタなどに使用される電極の製造工程では、塗工工程、プレス工程、検査工程及び打抜工程などの各工程を経て、電極が製造される。製造工程では、基材又は基材上に活物質層が形成された電極材料を巻出しし、搬送し、巻取りをする、少なくとも一対のロールを備える巻取装置が用いられる。基材または電極材料は、一度巻き出されると、一つ又は複数の工程を経た後、再度ロールに巻き取られ、次の工程に運搬される。
【０００３】
このような巻取装置では、基材の巻取時における、ロールの回転軸方向へのずれなど、いわゆる「巻ずれ」を防止することが求められており、例えば、巻き取りをするロールの姿勢を制御することが知られている。また、巻ずれの原因の一つとして、過度の巻き締まりによるものも知られている。これは、外側が固く巻かれたときに、内側の巻取り済の電極材料が、外周側の応力に負けて、滑ることに起因する。例えば、特許文献１には、巻取りコイルのコイル径の変化に伴いニップロールの押付け力を変更し、過度の巻き締まりを防止することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１２９１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の巻取装置の他に、巻取りをするロールの姿勢を制御することで、比較的小さい張力でも、巻ずれを防止しながら巻き取ることが可能な巻取装置も知られている。しかしながら、電極材料のずれは、巻ずれ以外でも発生する。プレス工程後の電極材料は、活物質層が形成された塗工部において、その表面が、プレス工程前よりも滑りやすい状態となっている。このため、プレス工程後のロールを巻取り、運搬すると、プレス工程前の巻取りロールと同じ張力で巻き取っていても、比較的弱い衝撃で、容易に電極材料の軸方向のずれ（以後、このようなずれを「横ずれ」と称する。）を生じる。このような横ずれは、巻き取り時の張力を上げることで抑制できる。しかし、横ずれを完全に防止できるほどに張力を上げると、塗工部との硬さの違いに起因する皺が未塗工部に発生する。電極材料は、連続塗工により塗工部が形成されていても、少なくとも前端と後端には未塗工部（後述するリード部）を有する。このような皺は、製品には含まれないが、製造工程中の巻出しと巻取りの繰り返しにより、電極材料の破断の起点になりやすい為、好ましくない。また、極力、巻取り回数を減らし、理想的には、一度巻き出した基材について、巻き取ることなく打抜工程まで行うことも考えられる。しかし、このような工程は、設備設計上の制約が大きい。
【０００６】
そこで、本発明は、表面に活物質層が配置された塗工部と活物質層が配置されない未塗工部とが混在する電極材料を巻き取る場合であっても、皺の発生及び横ずれを抑制することできる巻取装置及び電極の製造方法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】
本発明の巻取装置は、電極材料を巻き出す巻出す巻出ロールと、電極材料を巻き取る巻取ロールと、電極材料の基材上において活物質層の配置された塗工部と活物質層の配置されていない未塗工部とを互いに判別する判別部と、未塗工部が巻取ロールに巻き取られるときには、塗工部が巻き取られるときと比べて、電極材料に付与される張力が小さくなるように張力を切り替える張力切替部と、を備える。
【０００８】
本発明の電極材料の巻取方法は、電極材料における基材の表面に活物質層が配置されていない未塗工部を巻き取るときには、活物質層が配置されている塗工部を巻き取るときと比べて、電極材料に付与される張力を小さくして電極材料を巻き取る。
【０００９】
この構成の巻取装置では、巻取ロールに巻き取られる電極材料と既に巻き取られた電極材料（一回り前の電極材料）との間の滑りやすさに応じて、巻取ロールに電極材料を巻き取る際の電極材料に付加する張力を切り替えている。すなわち、張力切替部は、既に巻き取られた電極材料に対して滑りやすくなる塗工部が巻き取られるときには、未塗工部が巻き取られるときと比べて、電極材料に大きな張力が付与されるようしている。これにより、電極材料の運搬時における横ずれを抑制し、また、塗工部との硬さの違いに起因する皺が、未塗工部に発生することを抑制することができる。
【００１０】
本発明の巻取装置では、張力切替部は、電極材料に巻き掛けられたダンサーロールを揺動することにより張力を切り替えてもよい。
【００１１】
この構成の巻取装置では、簡易な構成で電極材料に付与される張力の切り換えが可能になる。
【００１２】
本発明の電極の製造方法は、基材上に活物質層が配置された塗工部と、活物質層が配置されていない未塗工部と、を有する帯状の電極材料を形成する電極の製造方法において、電極材料はロール状に巻き取られ、未塗工部を巻き取るときには、塗工部を巻き取るときと比べて、電極材料に付与される張力を小さくして巻き取る。
【００１３】
この電極の製造方法では、既に巻き取られた電極材料に対して滑りやすくなる塗工部が巻き取られるときには、未塗工部が巻き取られるときと比べて、電極材料に大きな張力が付与されるようしている。これにより、電極材料の運搬時における横ずれを抑制し、また、塗工部との硬さの違いに起因する皺が、未塗工部に発生することを抑制することができる。
【００１４】
本発明の電極の製造方法は、活物質合剤を基材上に塗工する塗工工程と、電極材料をロールプレスするプレス工程とを有し、少なくともプレス工程後の巻取時に、塗工部を巻き取るときと比べて、未塗工部を巻き取るときの張力を小さくしてもよい。
【００１５】
この電極の製造方法では、電極材料をプレスすることにより塗工部表面の摩擦係数が小さくなっている状態においても、運搬時における横ずれを抑制することができる。
【００１６】
本発明の電極の製造方法は、電極材料をロールプレスするプレス工程後に検査工程を有し、検査工程の巻取時に、塗工部を巻き取るときと比べて、未塗工部を巻き取るときの張力を小さくしてもよい。
【００１７】
この電極の製造方法では、電極材料をプレスすることにより塗工部表面の摩擦係数が小さくなっている状態においても、運搬時における横ずれを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、表面に活物質層が配置された塗工部と活物質層が配置されない未塗工部とが混在する電極材料を巻き取る場合であっても、皺の発生及び横ずれを抑制することできる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施形態に係る巻取装置を含む検査装置の概略構成を示す側面図である。
【図２】図１の巻取装置における機能ブロック図である。
【図３】図１の巻取装置によって巻き出し及び巻き取りされる電極材料の展開図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して一実施形態について説明する。図面の説明において、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２１】
以下の実施形態の電極材料は、二次電池及び電気二重層キャパシタなどの蓄電装置の電極の製造に用いられる。電極の製造工程は、少なくとも塗工工程、プレス工程、及び検査工程を含む。塗工工程は、ダイコート方式などの公知の塗工装置により、長尺帯状をなす基材上に、後述する電極合剤を塗工し、塗工部を有する電極材料を形成する。電極材料は、乾燥装置を通過することで塗工部より溶媒が除去される。プレス工程では、ロールプレス機に電極材料を通すことで、塗工部の活物質密度を高められ、活物質層が形成される。検査工程では、電極材料を検査装置に順次通すことで、表面への異物の付着、又は活物質の部分的な剥離など、欠陥の有無が検査される。製造工程においては、基材又は電極材料を巻出しし、搬送し、巻取りをする、少なくとも一対のロールを備える巻取装置が用いられる。巻き出された基材又は電極材料は、一つ又は複数の工程を経た後、再度、ロールに巻き取られる。ロールに巻き取られた電極材料は、搬送手段により運搬され、次工程の巻き出し位置まで運搬される。塗工部の表面は、プレス工程にてロールプレス機を通過することで滑らかになり、摩擦係数が小さな、滑りやすい状態となる。
【００２２】
以下にて、検査工程に用いる巻取装置１０を備える検査装置１について説明する。検査装置１は、電極材料７０を搬送させながら、電極材料７０の表面における欠陥の有無を検査する装置である。図１に示すように、検査装置１は、巻取装置１０と、検査部４０と、を備えている。
【００２３】
巻取装置１０は、巻出ロール１１と、巻取ロール１３と、ダンサーロール（張力切替部）１５と、従動ロール１７と、判別部３０と、制御部３５（図２参照）と、を有している。巻出ロール１１は、軸芯に巻き付けられた状態の電極材料７０（図３参照）を巻き出す。巻取ロール１３は、上流側から送り出されてくる電極材料７０を軸芯に巻き取る。巻出ロール１１及び巻取ロール１３は、後段にて詳述する制御部３５によって制御される。
【００２４】
電極材料７０の搬送経路において巻出ロール１１と巻取ロール１３との間には、複数の従動ロール１７と、ダンサーロール１５とが配置されている。従動ロール１７は、主に、電極材料７０の搬送経路を形成する。ダンサーロール１５は、回動軸１５Ａを中心に、図１に示す左右方向に揺動可能に構成されている。電極材料７０は、ダンサーロール１５の揺動によって搬送経路の一部が変えられる。これにより、電極材料７０に付与される張力を切り替えることができる。ダンサーロール１５は、後段にて詳述する制御部３５によって制御される。
【００２５】
ここで、巻取装置１０によって、巻き出し、搬送及び巻き取りが行われる電極材料７０について、図３を参照しながら説明する。図３は、巻出ロール１１に装着される巻回状態の電極材料７０を展開して示した展開図である。ここでは、負極電極に用いられる電極材料７０を例に挙げて説明する。
【００２６】
図３に示すように、電極材料７０は、第１端部７１Ａから第２端部７１Ｂまで延在する帯状の部材である。第１端部７１Ａは、巻出ロール１１に装着時に巻芯側の位置する端部である。第２端部７１Ｂは、巻出ロール１１に装着時に最外層に位置する端部である。したがって、電極材料７０が巻出ロール１１から巻き出されて搬送されていく際には、第２端部７１Ｂを先頭に巻き出され、第２端部７１Ｂを先頭に搬送されていく。
【００２７】
電極材料７０は、一方向に延在する金属箔（基材）７１の一部の両面に活物質層７５が配置された帯状の材料である。金属箔７１は、例えば、銅箔である。活物質層７５は、活物質，結着剤（バインダ），導電助材よりなる。活物質の例には、黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボンなどのカーボン、リチウム、ナトリウムなどのアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）などの金属酸化物、ホウ素添加炭素などが含まれる。活物質層７５は、活物質、バインダ、導電助材及び溶媒よりなる活物質合剤を、塗工工程において基材上に塗工した後、乾燥装置で溶媒を除去することで形成される。
【００２８】
電極材料７０は、電極材料７０の延在方向と直交する幅方向において活物質層７５が配置されている部分と、活物質層７５が配置されていない部分を有している。ここでは、前者を製品部（塗工部）７７と称し、後者をリード部（未塗工部）７３と称する。製品部７７は、所定の工程を経た後、負極電極として用いられる部分である。電極材料７０は、両端部に所定の長さのリード部７３を有している。
【００２９】
図１に示す判別部３０は、巻出ロール１１から巻き出しされる電極材料７０における金属箔７１の表面に活物質層７５が配置されているか否かを判別する部分である。すなわち、判別部３０は、電極材料７０が巻出ロール１１から巻き出される巻出位置Ｐ１の近傍に配置されており、巻出ロール１１からちょうど巻き出された電極材料７０がリード部７３であるか製品部７７であるかを判別する。判別部３０は、例えば、金属箔７１の色と金属箔７１に配置された活物質層７５の色とを判別できる色検知センサを用いることができる。判別部３０は、電極材料７０がリード部７３であるか製品部７７であるかという判別情報を制御部３５に送出する。
【００３０】
図２に示す制御部３５は、巻取装置１０における動作の各種制御処理を実行する部分であり、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read OnlyMemory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びハードディスクなどで構成される。制御部３５における各種制御処理は、例えばＲＯＭに格納されているプログラムがＲＡＭ上にロードされてＣＰＵで実行されるソフトウェアにて行われる。なお、制御部３５における各種制御処理は、電子回路などによるハードウェアによって実行されてもよい。
【００３１】
制御部３５は、巻出ロール１１及び巻取ロール１３の駆動を制御する。また、制御部３５は、リード部７３が巻取ロール１３に巻き取られるときには、製品部７７が巻取ロール１３に巻き取られるときと比べて、電極材料７０に付与される張力が小さくなるように張力を切り替える。具体的には、制御部３５は、判別部３０から送られてくる判別情報、電極材料７０の搬送速度、巻出位置Ｐ１（図１参照）と巻取位置Ｐ２（図１参照）との間の搬送距離などの情報に基づいて、巻取位置Ｐ２を通過する電極材料７０がリード部７３であるか製品部７７であるかを判断する。制御部３５は、リード部７３が巻取ロール１３に巻き取られるときには、製品部７７が巻取ロール１３に巻き取られるときと比べて、電極材料７０に付与される張力が小さくなるように、ダンサーロール１５の揺動を制御する。
【００３２】
検査部４０は、電極材料７０の表面における欠陥の有無を検査する部分である。検査部４０は、電極材料７０の表面に欠陥を検知した場合には、その旨の情報を制御部３５に送出する。
【００３３】
次に、図１を参照しながら巻取装置１０の動作について説明する。作業者によって軸芯に巻回された状態の電極材料７０が巻出ロール１１に装着されると、巻出ロール１１は、電極材料７０の巻き出しを開始する。判別部３０は、巻出ロール１１から巻き出される電極材料７０がリード部７３であるか製品部７７であるかを判別し、判別した判別情報を制御部３５に送出する。
【００３４】
巻出ロール１１から送り出された電極材料７０は、従動ロール１７及びダンサーロール１５によって検査部４０に誘導され、表面検査がなされる。検査部４０において表面検査がなされた電極材料７０は、従動ロール１７よって巻取ロール１３に検査部４０に誘導され、巻取ロール１３によって巻き取られる。制御部３５は、巻取位置Ｐ２を通過する電極材料７０がリード部７３であるときは、製品部７７であるときと比べて、電極材料７０に付与される張力が２０％〜３０％程度小さくなるようにダンサーロール１５の揺動を制御する。
【００３５】
上記実施形態の巻取装置１０では、巻取ロール１３に巻き取られる電極材料７０と既に巻き取られた電極材料７０（一回り前の電極材料７０）との間の滑りやすさに応じて、巻取ロール１３に電極材料７０を巻き取る際の電極材料７０に付加する張力を切り替えている。すなわち、制御部３５は、既に巻き取られた電極材料７０に対して滑りやすくなる製品部７７が巻き取られるときには、リード部７３が巻き取られるときと比べて、電極材料７０に大きな張力が付加されるようにダンサーロール１５を揺動している。これにより、電極材料７０の搬送時に加わる衝撃などに起因する横ずれを抑制することができる。
【００３６】
ここで、横ずれを抑制するためには、一律に張力を高めることが考えられる。しかしながらこの方法では、図３に示すように、硬さの違いにより、リード部７３に皺７０Ａが発生してしまう。リード部７３は、製品（電極）には用いられない部分である。しかし、皺７０Ａは、製造工程において、巻き出しと巻き取りを繰り返す場合に、電極材料の破断の起点になることがあり、好ましくない。この点、本実施形態では、製品部７７とリード部７３とを区別して、それぞれを巻き取る際に適切な張力が付与されるように切り替えるので、電極材料７０における皺７０Ａの発生及び横ずれを抑制することができる。
【００３７】
以上、一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００３８】
上記実施形態では、検査装置１に備えられた巻取装置１０を例に挙げ説明したが、本発明はこれに限定されない。ロールプレス装置によってプレスされた電極材料７０における製品部７７の表面は滑らかになるので、リード部７３と製品部７７との間での摩擦抵抗の違いが大きくなる。したがって、ロールプレス後の電極材料７０を巻き取るプレス工程後の巻取り時に、本発明の巻取装置を適用することも有効である。
【００３９】
上記実施形態の巻取装置１０では、金属箔７１の色と金属箔７１に配置された活物質層７５の色とを判別できる色検知センサを用いて、リード部７３と製品部７７とを判別する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、金属箔の側端にバーコードなどをマーキングして、金属箔の位置を管理してもよい。すなわち、金属箔の位置を管理するマークに従って塗工部（製品部）及び未塗工部（リード部）の位置を判別し、張力を変更してもよい。
【００４０】
上記実施形態の巻取装置１０では、判別部３０が巻出位置Ｐ１の近傍に配置される例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるわけではなく、電極材料７０の搬送経路近傍の任意の位置であってよい。
【符号の説明】
【００４１】
１…検査装置、１０…巻取装置、１１…巻出ロール、１３…巻取ロール、１５…ダンサーロール（張力切替部）、１７…従動ロール、３０…判別部、３５…制御部、４０…検査部、７０…電極材料、７１…金属箔（基材）、７３…リード部（未塗工部）、７５…活物質層、７７…製品部（塗工部）、Ｐ１…巻出位置、Ｐ２…巻取位置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2016021283.tif 000005