(57)【要約】【課題】ダイヘッドから塗出するスラリーの塗出量の制御が容易となり、所望とする塗工膜を得ることができ、リチウムイオン二次電池の性能向上に資することができる塗工装置を提供する。【解決手段】本発明の塗工装置１は、ローラによって搬送されるシート基材３に対して、スラリー５を吐出する塗出口６５を有するダイヘッド６０と、前記ダイヘッド６０に供給するスラリー５の制御を行う塗工弁と、前記ダイヘッド６０に設けられ、前記塗出口６５と連通したダンパ室を有し、前記ダンパ室内に空気が充填されるエアダンパ８０と、前記エアダンパ８０と前記塗出口６５との間に配される電磁弁７０と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローラによって搬送されるシート基材に対して、スラリーを吐出する塗出口を有するヘッドと、
前記ヘッドに供給するスラリーの制御を行う塗工弁と、
前記ヘッドに設けられ、前記塗出口と連通したダンパ室を有し、前記ダンパ室内に空気が充填されるエアダンパと、
前記エアダンパと前記塗出口との間に配される電磁弁と、
を有することを特徴とする塗工装置。
【請求項２】
ローラによって搬送されるシート基材に対して、スラリーを吐出する塗出口を有するヘッドと、
前記ヘッドに供給するスラリーの制御を行う塗工弁と、
前記塗工弁と前記ヘッドとの間に設けられ、前記塗出口と連通したダンパ室を有し、前記ダンパ室内に空気が充填されるエアダンパと、
前記エアダンパと前記塗出口との間に配される電磁弁と、
を有することを特徴とする塗工装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載された塗工装置によって製造された電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラミネート型のリチウムイオン二次電池の電極を製造する際、活物質などのスラリーをシート基材に塗工する塗工装置及びその塗工装置によって製造された電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池は、小型化、軽量化が可能であって、エネルギー密度が大きいので、携帯機器の電源、電動自転車、電気自動車等の電源、あるいは商用電源のバックアップ用途で利用しており、性能向上のための様々な提案を見ることができる。
【０００３】
リチウムイオン二次電池では、帯状の集電体の表面に活物質粒子を含有するスラリーを連続的または間欠的に塗布し、乾燥した後に圧縮することで、活物質粒子相互、および活物質粒子と集電体との電気的接触抵抗を小さくし、更にはエネルギー密度を高めて電池の性能の向上を行っている。
【０００４】
リチウムイオン二次電池を例にとると、負極活物質層は、黒鉛をはじめとする炭素質粒子が主成分である場合には、正極活物質層は、リチウムマンガン複合酸化物粒子等のリチウム含有複合酸化物を利用している。
【０００５】
また、集電体などのシート基材に、活物質粒子を含有するスラリーを塗工する工程で用いられるダイコータなどの塗工装置については、例えば、特許文献１（特開２０１５−２６４７１号公報）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−２６４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、従来の塗工装置１を用いて間欠塗工を行う構成の概略について説明する。図８は従来の塗工装置１を模式的に示す図である。
【０００８】
図８に示すように、間欠塗工における塗工装置１のスラリー５の流路には、ダイヘッド６０と、ダイヘッド６０に連結された塗工弁４０と、ポンプ３０、スラリー５を溜めるタンク２０を有している。また、当該タンク２０と塗工弁４０との間に位置するリターン弁５０とを有しているが、少なくとも塗工弁４０についてはモーター弁を使用するのが好ましい。
【０００９】
モーター弁は、スラリー５の塗工中でも弁の開閉を精度良く変化させることができ、リターン弁５０の動作と組み合わせてスラリーの流路を制御することで、複雑な塗工状態を実現することが可能となる。
【００１０】
上記のような塗工装置１によれば、塗工弁４０を開閉制御することで、ダイヘッド６０から塗出させるスラリー５を制御し、シート基材３に塗工膜７を間欠的に形成することができる。図９は塗工装置１によりシート基材３に塗工される塗工膜７を示す図である。また、図１０はシート基材３からの電極の切り出しを示す図である。図１０に示す点線で切り出すことによって、リチウムイオン二次電池などの電極を得ることができる。
【００１１】
ところで、特に水系スラリーを用いた場合、塗工弁４０を開いたときに、ダイヘッド６０内におけるスラリー５の圧力に変動をきたしたり、或いは、スラリー５の圧力に脈動を発生させたりして、ダイヘッド６０から塗出するスラリー５の塗出量の制御が困難になる、という問題があった。
【００１２】
さらに、シート基材３上に塗布するスラリー５の塗出量の制御ができないと、所望の塗工膜７を得ることができず、リチウムイオン二次電池の性能にも悪影響を与えてしまう、という問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記のような問題を解決するものであって、本発明に係る塗工装置は、ローラによって搬送されるシート基材に対して、スラリーを吐出する塗出口を有するヘッドと、前記ヘッドに供給するスラリーの制御を行う塗工弁と、前記ヘッドに設けられ、前記塗出口と連通したダンパ室を有し、前記ダンパ室内に空気が充填されるエアダンパと、前記エアダンパと前記塗出口との間に配される電磁弁と、を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る塗工装置は、ローラによって搬送されるシート基材に対して、スラリーを吐出する塗出口を有するヘッドと、前記ヘッドに供給するスラリーの制御を行う塗工弁と、前記塗工弁と前記ヘッドとの間に設けられ、前記塗出口と連通したダンパ室を有し、前記ダンパ室内に空気が充填されるエアダンパと、前記エアダンパと前記塗出口との間に配される電磁弁と、を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る電極は、前記に記載された塗工装置によって製造された電極である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る塗工装置は、ヘッドの塗出口と連通したダンパ室を有し、前記ダンパ室内に空気が充填されるエアダンパと、前記エアダンパと前記塗出口との間に配される電磁弁と、を有しており、このような本発明に係る塗工装置によれば、塗工弁の動作に伴うダイヘッド内におけるスラリーの圧力の変動や脈動を、エアダンパが吸収するので、ダイヘッドから塗出するスラリーの塗出量の制御が容易となり、所望とする塗工膜を得ることができ、リチウムイオン二次電池の性能向上に資することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る塗工装置１を模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る塗工装置１で用いるダイヘッド６０の斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る塗工装置１のエアダンパ８０と併用される電磁弁７０の効果を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態に係る塗工装置１による間欠塗工によって形成されるシート基材３上の塗工膜７の様子を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る塗工装置１における塗工弁４０と電磁弁７０とリターン弁５０の開閉タイミングを説明する図である。
【図６】本発明の実施形態に係る塗工装置１のエアダンパ８０の効果を説明する図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る塗工装置１を模式的に示す図である。
【図８】従来の塗工装置１を模式的に示す図である。
【図９】塗工装置１によりシート基材３に塗工される塗工膜７を示す図である。
【図１０】シート基材３からの電極の切り出しを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係る塗工装置１を模式的に示す図である。なお、本発明の実施の形態は、以下に記載する実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて設計の変更などの変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の実施の形態の範囲に含まれうるものである。
【００１９】
また、本発明に係る塗工装置１は、基本的にラミネート型のリチウムイオン二次電池の電極を製造する際、活物質などのスラリーをシート基材に塗工することを想定しているが、本発明に係る塗工装置１はこのような用途に限定される分けではない。
【００２０】
本発明に係る塗工装置１において、タンク２０はスラリー５の貯蔵部であると共に、ダイヘッド６０にスラリー５を供給する供給部でもある。このようなタンク２０は、不図示のメインタンクなどからスラリー５の供給を受けることができるようにしておくことが好ましい。
【００２１】
タンク２０は、配管１０によりダイヘッド６０と接続されている。また、配管１０には、送液手段であるポンプ３０が設けられている。このポンプ３０が動作することで、スラリー５がタンク２０からダイヘッド６０側（図中矢印方向）へと送り込まれるようになっている。
【００２２】
塗工装置１における配管１０は分岐しており、分岐した一方側の配管１０はダイヘッド６０と接続され、分岐した他方側の配管１０はタンク２０に接続されるようになっている。
【００２３】
分岐した一方側の配管１０の途中には塗工弁４０が設けられている。また、分岐した他方側の配管１０の途中にはリターン弁５０が設けられている。リターン弁５０は開状態であるときタンク２０側にスラリー５を戻すことができるようになっている。また、塗工弁４０は開状態であるとき、ダイヘッド６０にスラリー５を供給する。各弁の開閉の状態については、図１の凡例によるものとする。図１では、塗工弁４０が開状態であり、リターン弁５０が閉状態であることを示している。
【００２４】
なお、少なくとも塗工弁４０についてはモーター弁を使用するのが好ましい。モーター弁は、スラリー５の塗工中でも弁の開閉を精度良く変化させることができ、リターン弁５０の動作と組み合わせてスラリー５の流路を制御することで、複雑な塗工状態を実現することが可能となる。
【００２５】
ダイヘッド６０としては、例えば、スロットダイと呼ばれるものが用いられる。このダイヘッド６０には、配管１０からスラリー５が供給される流入口６１が設けられている。また、ダイヘッド６０にはマニホールド６３と呼ばれる液溜り部が設けられている。流入口６１から供給されたスラリー５は、このマニホールド６３を介して塗出口６５から吐出される。塗出口６５は一定幅のスリット状をなしている。
【００２６】
シート基材３は、所定のテンションがかかった状態でバックロール８に張架されている。また、本発明に係る塗工装置１は回転するローラなどの搬送手段（不図示）を有しており、シート基材３は図中矢印方向に当該搬送手段によって搬送されるようになっている。シート基材３の搬送に伴い、バックロール８は回転するようになっている。
【００２７】
塗工弁４０が開状態となることで、塗出口６５からスラリー５が塗出され、シート基材
３上に塗工膜７が形成される。この塗工膜７が形成された部分を塗工部と称する。一方、塗工弁４０が閉状態である場合には、スラリー５は塗出されず、シート基材３上に非塗工部が形成される。このように本発明に係る塗工装置１によれば、シート基材３上に塗工部と非塗工部とを交互に形成することができるようになっている。また、このような塗工装置１による塗工方法を間欠塗工と称する。
【００２８】
ダイヘッド６０のマニホールド６３から、ダイヘッド６０の上部に向けて延長口６８が設けられている。延長口６８には延長配管６９が取り付けられている。延長配管６９の延長口６８側でない方の端部にはエアダンパ８０が設けられている。従って、エアダンパ８０内の空間は、マニホールド６３を介して塗出口６５と連通するようになっている。また、延長口６８とエアダンパ８０との間の延長配管６９中には電磁弁７０が設けられている。
【００２９】
図２は本発明の実施形態に係る塗工装置１で用いるダイヘッド６０の斜視図であり、図２（Ａ）はダイヘッド６０に１つの延長口６８を設け、１つのエアダンパ８０を取り付ける例を示しており、図２（Ｂ）はダイヘッド６０に２つの延長口６８を設け、２つのエアダンパ８０を取り付ける例を示している。このように、ダイヘッド６０に設ける延長口６８の数と、エアダンパ８０の数とは任意に設定することができる。
【００３０】
図３は本発明の実施形態に係る塗工装置１のエアダンパ８０と併用される電磁弁７０の効果を説明する図である。エアダンパ８０のダンパ室８２内には、不図示の空気導入手段によって、空気Ａを導入することができるようになっている。ダンパ室８２内に導入された空気Ａは空気弾性を有している。そして、ダンパ室８２内に導入された空気Ａがスラリー５によって変形することで、ダイヘッド６０内のスラリー５の圧力変動や脈動を抑制することができるようになっている。すなわち、ダイヘッド６０の塗出口６５からスラリー５を吐出しているとき、エアダンパ８０のダンパ室８２と、塗出口６５とが連通していると、ヘッド内圧力の変動をエアダンパの作用によって抑えることができる。
【００３１】
特に、ダイヘッド６０の塗出口６５からスラリー塗出していない状態から、塗出を開始する瞬間における急激な圧力変動はエアダンパ８０の機能にこれを抑制することが可能となる。
【００３２】
図３（Ａ）は電磁弁７０が開状態である場合を示しており、この場合、ダンパ室８２が塗出口６５と連通された状態となる。このときエアダンパ８０がダンパとして機能し、ダイヘッド６０内におけるスラリー５の圧力の脈動を抑制することができるようになっている。
【００３３】
本発明に係る塗工装置１においては、ダイヘッド６０の塗出口６５からスラリー５をシート基材３上に塗出している瞬間においては、このようなエアダンパ８０のダンパ機能によって、スラリー５の圧力の脈動を抑制するようにしている。
【００３４】
ダイヘッド６０の塗出口６５からスラリー５を塗出している状態から、塗出をやめる状態に移行する瞬間において、エアダンパ８０のダンパ室８２が塗出口６５と連通した状態であるとすると、ダンパ室８２内の空気Ａの負圧により、塗出口６５内のスラリー５をダイヘッド６０内に引き戻してしまうこととなる。そこで、スラリー５を塗出している状態から、塗出をやめる状態に移行する瞬間においては、図３（Ｂ）に示すように、電磁弁７０を閉状態として、エアダンパ８０のダンパ室８２が塗出口６５とを遮断状態とする。
【００３５】
次に、以上のように構成される本発明に係る塗工装置１によって間欠塗工を実現するための制御について説明する。
【００３６】
図４は本発明の実施形態に係る塗工装置１による間欠塗工によって形成されるシート基材３上の塗工膜７の様子を示す図であり、図４における（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ｅ）の順序で、塗工装置１によってシート基材３上に塗工膜７が形成されていく様子を示している。また、図４は一区間分の塗工膜７が形成されていく様子を示している。
【００３７】
図４において、矩形状の点線は、ダイヘッド６０の塗出口６５が配される位置を示しており、矢印はシート基材３上が搬送される方向を示している。
【００３８】
図５は本発明の実施形態に係る塗工装置１における塗工弁４０と電磁弁７０とリターン弁５０の開閉タイミングを説明する図である。図５中における（ａ）乃至（ｅ）のタイミングにおける塗工膜７の形成の様子が、図４（ａ）乃至図４（ｅ）に対応するものである。
【００３９】
図５（ａ）のタイミングは、塗出口６５からスラリー５を塗出する直前のタイミングを示している。このとき電磁弁７０を開き、ダンパ室８２と塗出口６５とが連通された状態とする。これによって、エアダンパ８０をダンパとして機能させ、ダイヘッド６０内におけるスラリー５の圧力変動を抑制する。また、図５（ａ）のタイミングでは、塗工弁４０は閉じ、ダイヘッド６０へのスラリー５の供給は中断状態とする。また、図５（ａ）のタイミングでは、リターン弁５０は開き、スラリー５をタンク２０側に戻すようにしている。
【００４０】
図５（ｂ）のタイミングでは、塗工弁４０を開き、ダイヘッド６０へのスラリー５の供給を開始する。これに伴い図４（ｂ）に示すように、塗出口６５からスラリー５が塗出されて、シート基材３上への塗工膜７の形成が開始される。また、図５（ｂ）のタイミングにおいては、リターン弁５０が閉じられ、スラリー５をタンク２０に戻すことを中断する。図５（ｂ）のタイミングでは、引き続き電磁弁７０は開かれており、エアダンパ８０はダンパとして機能し、ダイヘッド６０内におけるスラリー５の圧力変動が抑制される。
【００４１】
このような本発明に係る塗工装置１によれば、モーター弁からなる塗工弁４０の動作に伴うダイヘッド６０内におけるスラリー５の圧力の変動や脈動を、エアダンパ８０が吸収するので、ダイヘッド６０から塗出するスラリー５の塗出量の制御が容易となり、所望とする塗工膜７を得ることができ、リチウムイオン二次電池の性能向上に資することができる。
【００４２】
図５（ｃ）は、シート基材３上への塗工膜７を形成中のタイミングを示している。このとき、塗工弁４０、電磁弁７０、リターン弁５０それぞれの開閉状態は、図５（ｂ）のそれぞれの開閉状態と同一とされる。
【００４３】
図５（ｄ）のタイミングは、塗出口６５からのスラリー５の塗出を中断する直前のタイミングを示している。ダイヘッド６０の塗出口６５からスラリー５を塗出している状態から、塗出を中断するタイミング（図５（ｅ）のタイミング）においては、エアダンパ８０のダンパ室８２が塗出口６５と連通した状態であるとすると、ダンパ室８２内の空気Ａの負圧により、塗出口６５内のスラリー５をダイヘッド６０内に引き戻してしまうこととなる。そこで、スラリー５を塗出している状態から、塗出をやめる状態に移行する直前のタイミングでは、電磁弁７０を閉状態として、エアダンパ８０のダンパ室８２が塗出口６５とを遮断状態とする。
【００４４】
図５（ｅ）のタイミングでは、塗工弁４０を閉じ、ダイヘッド６０へのスラリー５の供給を中止する。これに伴い図４（ｅ）に示すように、塗出口６５からのスラリー５の塗出
が中断される。これにより、シート基材３上に非塗工部が形成されていく。ここで、電磁弁７０は閉じられており、エアダンパ８０のダンパ室８２は塗出口６５と遮断状態とされているので、ダンパ室８２内の空気Ａの負圧により、塗出口６５内のスラリー５をダイヘッド６０内に引き戻してしまうことはない。また、図５（ｅ）のタイミングでは、リターン弁５０は開かれ、スラリー５はタンク２０側に戻される。
【００４５】
次に、エアダンパ８０によるスラリー５の圧力変動の抑制効果について説明する。図６は本発明の実施形態に係る塗工装置１のエアダンパ８０の効果を説明する図である。
【００４６】
図６（Ａ）はエアダンパ８０が設けられていない場合のスラリー５の圧力変動を示している。この場合、周期の短いスラリー５の圧力変動と共に、矢印で示すような周期の長いスラリー５の圧力変動があることがわかる。
【００４７】
一方、図６（Ｂ）はエアダンパ８０が設けられている場合のスラリー５の圧力変動を示している。この場合、周期の短いスラリー５の圧力変動は依然として存在はするものの、図６（Ａ）の矢印で示されるような周期の長いスラリー５の圧力変動は抑制されることがわかる。
【００４８】
以上のような本発明に係る塗工装置１によれば、モーター弁からなる塗工弁４０の動作に伴うダイヘッド６０内におけるスラリー５の圧力の変動や脈動を、エアダンパ８０が吸収するので、ダイヘッド６０から塗出するスラリー５の塗出量の制御が容易となり、所望とする塗工膜７を得ることができ、リチウムイオン二次電池の性能向上に資することができる。
【００４９】
なお、図５のタイミング図においては、（ａ）のタイミングは（ｂ）のタイミングの直前であり、（ｄ）のタイミングは（ｅ）のタイミングの直前である場合を例示している。しかしながら、本発明に係る塗工装置１においては、（ａ）のタイミングを（ｂ）のタイミングと同時とし、（ｄ）のタイミングを（ｅ）のタイミングと同時とするような制御を行うことも可能である。
【００５０】
また、図５のタイミング図においては、塗工弁４０が開くとき、リターン弁５０は閉じ、塗工弁４０が閉じるとき、リターン弁５０は開くようにしているが、リターン弁５０の開閉制御は必ずしもこのように塗工弁４０と連動する必要性はなく、図５の制御タイミングは一例を示しているに過ぎない。
【００５１】
次に本発明の他の実施形態について説明する。図７は本発明の他の実施形態に係る塗工装置１を模式的に示す図である。先の実施形態においては、エアダンパ８０はダイヘッド６０から延長している延長配管６９に取り付けられるような構成となっていた。
【００５２】
これに対して、本発明の他の実施形態に塗工装置１においては、ダイヘッド６０と塗工弁４０との間の配管１０から、延長配管６９を分岐させ、この延長配管６９にエアダンパ８０を取り付けるようにしている。
【００５３】
このような構成によっても、先の実施形態と同様の効果を享受することが可能となると共に、以下のようなさらなる効果も期待することができる。
【００５４】
ダイヘッド６０は非常に精密であり、ダイヘッド６０に延長配管６９を直接設けてエアダンパ８０を取り付ける場合には、その加工費用なども高価となる。ところが、本発明の他の実施形態に塗工装置１によるエアダンパ８０の取り付け方法によれば、延長配管６９を配管１０から分岐させるだけであるのでコストを抑制してエアダンパ８０を取り付ける
ことが可能となる。
【００５５】
以上、本発明に係る塗工装置は、ヘッドの塗出口と連通したダンパ室を有し、前記ダンパ室内に空気が充填されるエアダンパと、前記エアダンパと前記塗出口との間に配される電磁弁と、を有しており、このような本発明に係る塗工装置によれば、塗工弁の動作に伴うダイヘッド内におけるスラリーの圧力の変動や脈動を、エアダンパが吸収するので、ダイヘッドから塗出するスラリーの塗出量の制御が容易となり、所望とする塗工膜を得ることができ、リチウムイオン二次電池の性能向上に資することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１・・・塗工装置
３・・・シート基材
５・・・スラリー
７・・・塗工膜
８・・・バックロール
１０・・・配管
２０・・・タンク
３０・・・ポンプ
４０・・・塗工弁（モーター弁）
５０・・・リターン弁
６０・・・ダイヘッド
６１・・・流入口
６３・・・マニホールド
６５・・・塗出口
６８・・・延長口
６９・・・延長配管
７０・・・電磁弁
８０・・・エアダンパ
８２・・・ダンパ室
Ａ・・・空気
【図１】
2017047393.tif 000003
【図２】
2017047393.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2017047393.tif 000009
【図８】
2017047393.tif 000010
【図９】
2017047393.tif 000011
【図１０】
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