(57)【要約】【課題】プレスロールに圧痕が形成されることを抑制できる電極製造装置及び電極製造方法を提供する。【解決手段】ロールプレス装置１は、活物質層１３が形成された帯状の金属箔１２が間を通過する複数のプレスロール対２を備え、複数のプレスロール対２は、プレス前の金属箔１２及び活物質層１３を合わせた厚さｂ以上となるようにロール間隔ｄ１，ｄ２が設定された第１のプレスロール対３Ａ，３Ｂと、第１のプレスロール対３Ａ，３Ｂの後段側に配置され、プレス前の金属箔１２及び活物質層１３を合わせた厚さｂ未満となるようにロール間隔ｄ３が設定された第２のプレスロール対３Ｃと、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活物質層が形成された帯状の金属箔が間を通過する複数のプレスロール対を備え、
前記複数のプレスロール対は、
プレス前の前記金属箔及び前記活物質層を合わせた厚さ以上となるようにロール間隔が設定された第１のプレスロール対と、
前記第１のプレスロール対の後段側に配置され、プレス前の前記金属箔及び前記活物質層を合わせた厚さ未満となるようにロール間隔が設定された第２のプレスロール対と、を含む電極製造装置。
【請求項２】
前記第１のプレスロール対は、後段側に向かうに従って狭くなるようにロール間隔が設定された複数のプレスロール対を含む請求項１記載の電極製造装置。
【請求項３】
活物質層が形成された帯状の金属箔をプレスロール対によってプレスするプレス工程を備え、
前記プレス工程は、
プレス前の前記金属箔及び前記活物質層を合わせた厚さ以上となるようにロール間隔が設定された第１のプレスロール対に前記金属箔及び前記活物質層を通す第１の工程と、
前記第１の工程を実施した後、プレス前の前記金属箔及び前記活物質層を合わせた厚さ未満となるようにロール間隔が設定された第２のプレスロール対に前記金属箔及び前記活物質層を通す第２の工程と、を含む電極製造方法。
【請求項４】
前記第１の工程において、後段側に向かうに従って狭くなるようにロール間隔が設定された複数のプレスロール対に前記金属箔及び前記活物質層を通す請求項３記載の電極製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極製造装置及び電極製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池等に用いられる電極の製造工程には、例えば帯状の金属箔に電極ペーストを塗工して活物質層を形成し、活物質層が形成された帯状の金属箔から個々の電極を打ち抜く工程が含まれる。この工程では、帯状の金属箔に活物質層を形成した後、活物質の密度を高めるために、例えばロールプレス装置によって活物質層をプレスする場合がある。
【０００３】
ロールプレス装置では、活物質層が形成された帯状の金属箔を１対のプレスロールで挟み込み、これらのプレスロールにより活物質層のプレスが行われる（例えば特許文献１参照）。また、ロールプレス装置としては、複数対のプレスロールを備えたものがある。このようなロールプレス装置では、複数対のプレスロールによって段階的に活物質層のプレスが行われる（例えば特許文献２，３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２２３８７１号公報
【特許文献２】特開２０１０−８０２７２号公報
【特許文献３】特開昭５８−９７２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
金属箔に形成された活物質層には、例えば活物質の凝集などに起因して表面に凸部が生じることがある。凸部が生じた状態で活物質層をプレスすると、凸部によってプレスロールに局所的な荷重が加わり、プレスロールに圧痕が形成されてしまう場合がある。プレスロールに圧痕が形成されると、以降のプレスの際に活物質層の膜厚が不均一になるおそれがある。また、プレスロールの交換頻度が高くなってしまうという問題もある。
【０００６】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、プレスロールに圧痕が形成されることを抑制できる電極製造装置及び電極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】
上記課題の解決のため、本発明の一側面に係る電極製造装置は、活物質層が形成された帯状の金属箔が間を通過する複数のプレスロール対を備え、複数のプレスロール対は、プレス前の金属箔及び活物質層を合わせた厚さ以上となるようにロール間隔が設定された第１のプレスロール対と、第１のプレスロール対の後段側に配置され、プレス前の金属箔及び活物質層を合わせた厚さ未満となるようにロール間隔が設定された第２のプレスロール対と、を含む。
【０００８】
この電極製造装置では、金属箔に形成された活物質層の表面に例えば活物質の凝集などに起因する凸部が生じていた場合に、第１のプレスロール対によって凸部のみをプレスロールに接触させることが可能となる。第２のプレスロール対によって活物質層のプレスを行う前に、第１のプレスロール対によって凸部のみをプレスロールに接触させることで凸部が平坦化されるので、プレスロールに加わる局所的な荷重を緩和でき、プレスロールに圧痕が形成されてしまうことを抑制できる。
【０００９】
また、第１のプレスロール対は、後段側に向かうに従って狭くなるようにロール間隔が設定された複数のプレスロール対を含んでいてもよい。この場合、複数のプレスロール対によって凸部が段階的に平坦化されるので、プレスロールに加わる局所的な荷重を一層確実に緩和できる。したがって、プレスロールに圧痕が形成されてしまうことを好適に抑制できる。
【００１０】
また、本発明の一側面に係る電極製造方法は、活物質層が形成された帯状の金属箔をプレスロール対によってプレスするプレス工程を備え、プレス工程は、プレス前の金属箔及び活物質層を合わせた厚さ以上となるようにロール間隔が設定された第１のプレスロール対に金属箔及び活物質層を通す第１の工程と、第１の工程を実施した後、プレス前の金属箔及び活物質層を合わせた厚さ未満となるようにロール間隔が設定された第２のプレスロール対に金属箔及び活物質層を通す第２の工程と、を含む。
【００１１】
この電極製造方法では、金属箔に形成された活物質層の表面に例えば活物質の凝集などに起因する凸部が生じていた場合に、第１のプレスロール対によって凸部のみをプレスロールに接触させることが可能となる。第２のプレスロール対によって活物質層のプレスを行う前に、第１のプレスロール対によって凸部のみをプレスロールに接触させることで凸部が平坦化されるので、プレスロールに加わる局所的な荷重を緩和でき、プレスロールに圧痕が形成されてしまうことを抑制できる。
【００１２】
また、第１の工程において、後段側に向かうに従って狭くなるようにロール間隔が設定された複数のプレスロール対に金属箔及び活物質層を通してもよい。この場合、複数のプレスロール対によって凸部が段階的に平坦化されるので、プレスロールに加わる局所的な荷重を一層確実に緩和できる。したがって、プレスロールに圧痕が形成されてしまうことを好適に抑制できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、プレスロールに圧痕が形成されることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る電極製造装置の一実施形態を示す概略図である。
【図２】プレスロール対における荷重の関係の一例を示す図である。
【図３】図１に示した電極製造装置によるプレス工程を示す概略図である。
【図４】図４の後続の工程を示す概略図である。
【図５】図５の後続の工程を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る電極製造装置及び電極製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
本発明に係る電極製造装置の一実施形態を示す概略図である。
【００１７】
図１は、本発明に係る電極製造装置の一実施形態を示す構成図である。本実施形態に係る電極製造装置は、二次電池の電極を製造するための一工程であるプレス工程において使用されるロールプレス装置１として構成されている。二次電池は、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。
【００１８】
二次電池の電極は、例えば矩形をなす金属箔と、金属箔の表裏両面にそれぞれ形成された活物質層とによって構成される。活物質層は、金属箔の表裏両面に電極ペーストがそれぞれ塗工されることで形成されている。電極には、電極ペーストが塗工されていないタブも設けられている。
【００１９】
正極の金属箔は、例えばアルミニウム箔であり、負極の金属箔は、例えば銅箔である。電極ペーストは、活物質、バインダ、溶剤等を含んでいる。正極の活物質としては、例えば複合酸化物、金属リチウム、硫黄が用いられる。複合酸化物は、マンガン、ニッケル、コバルト及びアルミニウムの少なくとも１つとリチウムとを含む。負極の活物質としては、例えば黒鉛、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、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物、ホウ素添加炭素が用いられる。溶剤としては、例えばＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）、メタノール、メチルイソブチルケトン等の有機溶剤、水が用いられる。また、電極ペーストは、カーボンブラック、黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等の導電助剤、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等の増粘剤を含んでいてもよい。
【００２０】
なお、プレス工程の前工程として、塗工工程及び乾燥工程が行われる。塗工工程は、帯状の金属箔の両面に、活物質層を形成するための電極ペーストを塗工する工程である。塗工工程では、帯状の金属箔の両面に所定間隔をもって電極ペーストを塗工する。塗工方式としては、例えばダイ方式やコンマロール方式が採用される。乾燥工程は、塗工工程の直後に行われ、帯状の金属箔の両面に塗工された電極ペーストを加熱して乾燥させることで、電極ペースト中の溶剤を除去する工程である。これにより、帯状の金属箔の両面に所定間隔をもって活物質層が形成された帯状電極が得られる。帯状電極は、巻出ロールに巻き取られる。
【００２１】
その後のプレス工程では、巻出ロール及び巻取ロールが作動することで、巻出ロールから帯状電極が送り出され、所定のテンションがかけられた状態で帯状電極が所定の搬送速度で巻出ロールと巻取ロールとの間で搬送される。帯状電極の搬送が開始されると、本実施形態のロールプレス装置１が稼働する。
【００２２】
図１に示すように、ロールプレス装置１は、巻出ロールと巻取ロールとの間で搬送される帯状電極１１を挟むように配置された上下一対のプレスロール対２を複数対（ここでは３対）備えている。帯状電極１１は、帯状の金属箔１２と、金属箔１２の表裏両面にそれぞれ所定間隔をもって形成された活物質層１３とからなっている。活物質層１３は、連続的に形成されていてもよく、間欠的に形成されていてもよい。
【００２３】
本実施形態では、プレスロール対２は、プレス前の活物質層１３及び金属箔１２を合わせた厚さ以上となるようにロール間隔が設定された第１のプレスロール対３Ａ，３Ｂと、第１のプレスロール対３Ａ，３Ｂの後段側に配置され、プレス前の金属箔１２及び活物質層１３を合わせた厚さ未満となるようにロール間隔が設定された第２のプレスロール対３Ｃとによって、３段構成となっている。
【００２４】
第１のプレスロール対３Ａ，３Ｂは、第２のプレスロール対３Ｃによって活物質層１３のプレスを行う前に、活物質層１３の表面に形成された凸部１４を平坦化するプレスロール対である。第２のプレスロール対３Ｃは、活物質層１３を挟み込んで所定のプレス圧でプレスを行うプレスロール対である。
【００２５】
活物質層１３の凸部１４は、例えば活物質の凝集や電極ペースト中の成分の偏りなどに起因して活物質層１３の表面に形成される異常部分である。この凸部１４を含めた帯状電極１１の厚さ（金属箔１２、金属箔１２の両面の活物質層１３、及び凸部１４の合計の厚さ）をａ、凸部１４を含めない帯状電極１１の厚さ（金属箔１２、及び金属箔１２の両面の活物質層１３の合計の厚さ）をｂ、プレス後の帯状電極１１の厚さの狙い値をｃ（図５参照）とし、第１のプレスロール対３Ａ，３Ｂ及び第２のプレスロール対３Ｃのロール間隔をｄ１〜ｄ３とすると、これらは、ａ＞ｄ１＞ｄ２≧ｂ＞ｄ３＝ｃの関係を満たすようになっている。
【００２６】
なお、上記関係に従ってロール間隔ｄ１，ｄ２を定めるにあたっては、凸部１４を含めた帯状電極の厚さａが定まる必要がある。凸部１４が生じる原因は複数存在するため、厚さａは一概には特定の値に定まらない。しかしながら、後述する凝集塊や、製造装置に由来する金属異物の付着のように、各製造装置（製造ライン）にて凸部１４が散見される場合、その原因は限定される。この場合、厚さａも試験により計測することが可能となり、計測された厚さの最大値を上記厚さａとしてロール間隔ｄ１，ｄ２を定めることができる。
【００２７】
一例として、凸部１４を含めた帯状電極１１の厚さａが３００μｍ、凸部１４を含めない帯状電極１１の厚さｂが２００μｍ、プレス後の帯状電極１１の厚さの狙い値が１６０μｍである場合、第１のプレスロール対３Ａのロール間隔ｄ１が２２０μｍ、第１のプレスロール対３Ｂのロール間隔ｄ２が２００μｍ、第２のプレスロール対３Ｃのロール間隔ｄ３が１６０μｍに設定される。
【００２８】
凸部１４が活物質の凝集塊によって生じている場合には、凸部１４の厚さは、プレス前の活物質層１３の厚さ（ダイ方式の場合はダイヘッドのノズル間隔、コンマロール方式の場合はコンマロールとコーティングロールとの間隔）以下になると考えられる。この場合、最初に帯状電極１１が通過する第１のプレスロール対３Ａのロール間隔ｄ１の上限値は、金属箔１２の厚さと、金属箔１２の両面の活物質層１３の厚さの２倍との合計の厚さとすることができる。
【００２９】
プレスロール対２によるプレス方式は定寸プレス方式となっている。この場合、図２に示すように、下ロール２２の一方の軸受部２４にかかる荷重をＦ１、他方の軸受部２５にかかる荷重をＦ２、下ロール２２及び上ロール２３から帯状電極１１にかかる荷重をＦ３、上ロール２３の一方の軸受部２６にかかる荷重をＦ４、他方の軸受部２７にかかる荷重をＦ５とした場合、Ｆ１＋Ｆ２＝Ｆ３＋Ｆ４＋Ｆ５の関係を満たすようになっている。帯状電極１１が下ロール２２及び上ロール２３に接触せずに通過する場合、軸受部２４，２６間及び軸受部２５，２７間にそれぞれ配置された支持部２８で荷重を受けることとなる。帯状電極１１のプレス荷重及びプレス時の温度は、任意に設定できる。
【００３０】
以上のような構成を有するロールプレス装置１では、活物質層１３の表面に凸部１４が形成された帯状電極１１が搬送されてくると、図３に示すように、帯状電極１１が第１のプレスロール対３Ａのロール間を通る際に凸部１４のみが第１のプレスロール対３Ａに接触し、凸部１４が一定のレベルで平坦化される。
【００３１】
より具体的には、例えば凸部１４が活物質の凝集塊に起因し、活物質層１３の内部から凝集塊の一部が表面に突出することによって形成されている場合、第１のプレスロール対３Ａに凸部１４が接触すると、凸部１４の原因である凝集塊が活物質層１３の内部で潰れる様に変形し、凸部１４の高さが減少する。このとき、従来のロールプレス装置でプレスを行う場合のように、凸部１４の周囲の活物質層１３にもプレスロール対からの高圧が作用している場合、活物質層１３の内部における凝集塊の変形や移動が生じにくく、凸部１４に接触するプレスロール表面に局部的に大きな力が作用する。
【００３２】
これに対し、ロールプレス装置１におけるプレスロール対３Ａは、凸部１４、及び凸部１４に対応する裏面側のみに接触し、凸部１４の周囲の活物質層１３には作用しない。したがって、活物質層１３の内部における凝集塊の変形が生じ易く、プレスロール対３Ａに加わる負担も小さくなる。凸部１４が他の原因（例えば付着異物）に起因し、プレスロール対３Ａとの接触によって活物質層１３の内部にめり込む様に移動する場合も、同様に平坦化が容易となる。
【００３３】
帯状電極１１が更に後段側に搬送されると、図４に示すように、帯状電極１１が第１のプレスロール対３Ｂのロール間を通る際に凸部１４のみが第１のプレスロール対３Ｂに接触し、凸部１４が更に平坦化される。したがって、図５に示すように、活物質層１３の表面の凸部１４が平坦化された状態で第２のプレスロール対３Ｃによる活物質層１３のプレスを実施できる。このように、活物質層１３のプレス前に凸部１４を平坦化することにより、第２のプレスロール対３Ｃに加わる局所的な荷重を緩和でき、第２のプレスロール対２Ｃに圧痕が形成されてしまうことを抑制できる。
【００３４】
ロールプレス装置１では、後段側に向かうに従って狭くなるようにロール間隔が設定された２段の第１のプレスロール対３Ａ，３Ｂを含んでいる。したがって、第１のプレスロール対３Ａ，３Ｂによって凸部が段階的に平坦化されるので、第２のプレスロール対３Ｃに加わる局所的な荷重を一層確実に緩和できる。したがって、第２のプレスロール対３Ｃに圧痕が形成されてしまうことを好適に抑制できる。
【００３５】
なお、本実施形態では、第１のプレスロールを２段としているが、第１のプレスロールを１段のみとしてもよく、３段以上としてもよい。また、本実施形態では、第２のプレスロールを１段としているが、第２のプレスロールを多段としてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１…ロールプレス装置（電極製造装置）、２…プレスロール対、３Ａ，３Ｂ…第１のロールプレス対、３Ｃ…第２のロールプレス対、１２…金属箔、１３…活物質層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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