(57)【要約】【課題】ダイヘッドの塗出口に形成されるスラリーの凝固物を抑制することができ、スジなどがない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の前記塗出口６５に水を噴霧する噴霧部７０と、を有することを特徴とする。【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、
前記ヘッドの前記塗出口に水を噴霧する噴霧部と、
を有することを特徴とする塗工装置。
【請求項２】
前記噴霧部は、前記ヘッドの前記塗出口からスラリーが吐出されていないときに、前記ヘッドの前記塗出口に水を噴霧することを特徴とする請求項１に記載の塗工装置。
【請求項３】
装置が、シート基材にスラリーを吐出して塗工部を形成する塗工部期間期間と、シート基材にスラリーを吐出せず非塗工部を形成する非塗工部形成期間と、を交互に実施する間欠塗装を行っている際における、前記非塗工部形成期間に、前記噴霧部が前記ヘッドの前記塗出口に水を噴霧することを特徴とする請求項１に記載の塗工装置。
【請求項４】
装置が休止しているときに、前記噴霧部が前記ヘッドの前記塗出口に水を噴霧することを特徴とする請求項１に記載の塗工装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項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。
【０００６】
ここで、従来の塗工方法のうち、ダイコータを用いた塗工方法の概略について説明する。ダイコータによる塗工方法の代表的なものとして、シート基材の巻取り方向にスラリーを連続的に塗工する連続塗工と、塗工部と非塗工部の形成を巻き取り方向に交互に繰り返す間欠塗工とがあり、ここでは、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５は従来の塗工装置１を模式的に示す図である。
【０００７】
図５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。塗工弁４０と、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、間欠的な塗工状態を実現することが可能となる。
【０００８】
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６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７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７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。
【０００９】
従来、スラリー５の溶媒としてはＮ−メチル−２−ピロリドン（以下、ＮＭＰ）などの有機溶媒を用いるものが主流となっていたが、環境への配慮などの理由から、水を溶媒としたスラリー５が用いられることが多くなっている。
【００１０】
ところで、ＮＭＰが溶媒であるスラリーに比べ、水が溶媒であるスラリーは非常に乾燥が早く、ＮＭＰ系溶媒に比べて高速または低エネルギーで乾燥することが可能となる利点がある。ところが、製造する品種の変更やスラリーロットの変更等により、塗工を一時的に停止する際には、塗工ヘッド先端に残してあるスラリーが短時間でも乾燥してしまう可能性がある。また、塗工中であっても、付着したスラリーが乾燥してしまう可能性がある。
【００１１】
スラリーの塗工部付近を密閉し、加湿した空気を送り込むことでスラリーの水分状態を保つ方法が特許文献２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１５−２６４７１号公報
【特許文献２】特開２００８−２３８６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ダイヘッド６０の塗出口に残したスラリーや、吐出口近傍に付着したスラリー５が乾燥し、スラリー５の凝固物が形成されてしまうと、この凝固物がスラリー５に直接触れるか、あるいは脱落してダイヘッド６０とシート基材３の間に挟まるなどして、シート基材３に形成される塗工膜７にスジ状の塗布ムラなどが発生してしまい、電極の生産性や、リチウムイオン二次電池の性能に悪影響を与えてしまう、という問題が生じる可能性がある。
【００１４】
ダイヘッド６０の塗出口のスラリー５の乾燥は、塗工を一時的に停止する際に生じやすく、ダイヘッド６０の塗出口付近のスラリー５の付着は、シート基材３を一方向に巻き取るときの、巻き取り方向とは垂直方向のシート基材３の蛇行や、間欠塗工のように１回ごとにスラリー５とシート基材３との接触、離間が繰り返される際の、接触状態の僅かな違いにより生じやすい。
【００１５】
特許文献２のように、加湿した空気を送りこむと、空気の流れによってスラリー表面を乾燥させてしまうことがあり好ましくない。また、ダイヘッド付近全体を加湿してしまうと塗工直後のスラリーも加湿してしまうことになり、塗工後のスラリーの乾燥工程における電極に残存する水分の量がむしろばらつく可能性があり好ましくない。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
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、前記ヘッドの前記塗出口に水を噴霧する噴霧部と、を有することを特徴とする
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】
【００１７】
本発明に係る塗工装置は、前記ヘッドの前記塗出口に水を噴霧する噴霧部を有しており、このような本発明に係る塗工装置によれば、ダイヘッドの塗出口に形成されるスラリーの凝固物を抑制することができ、スジなどがない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】
【００１８】
【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】本発明の第２の実施形態に係る塗工装置１の各構成の制御を説明する図である。
【図３】塗工装置１のダイヘッド６０がシート基材３から離間を開始したときの様子を示している。
【図４】塗工装置１のダイヘッド６０がシート基材３から最も離間したときの様子を示している。
【図５】従来の塗工装置１を模式的に示す図である。
【図６】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７】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】
【００１９】
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。
【００２０】
また、本発明に係る塗工装置１は、基本的に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。
【００２１】
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。本発明に係る塗工装置１では、スラリー５の溶媒としては水が用いられている。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
なお、塗工弁４０については、エアシリンダー、電磁弁、モーター弁などのアクチュエータによる弁の開閉をすることが可能であるが、ここでは、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るモーター弁を用いた。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。一方で、塗工弁４０を開状態のままスラリー５を塗出し続け、シート基材３の長手方向に沿って塗工部および非塗工部を並行して連続的に形成することも可能であり、この方法を連続塗工と称する。
【００２９】
本発明に係る塗工装置１においては、ダイヘッド６０の駆動機構（不図示）が設けられており、この駆動機構によりダイヘッド６０は、バックロール８に張架されているシート基材３に対して近づいたり、遠ざかったりすることができるようになっている。これにより、ダイヘッド６０の塗出口６５とシート基材３との間の離間距離を調整することができる。また、塗工弁４０からダイヘッド６０の間の配管１０の少なくとも一部は、可撓性のものが用いられている。ダイヘッド６０の動きを阻害することがないようになっている。
【００３０】
本発明に係る塗工装置１は、ダイヘッド６０の近傍に噴霧部７０を有している。この噴霧部７０は、水からなる霧をダイヘッド６０の塗出口６５に噴霧する構成である。噴霧部７０において、給水タンク７２は水を貯蔵するものであり、貯蔵している水を、給水管７３を介して、噴霧ヘッド７７に供給する。
【００３１】
噴霧ヘッド７７は、不図示の制御部からの指令に基づいて、スリット状をなしているダイヘッド６０の塗出口６５に対して、給水タンク７２から供給された水を均等に噴霧することができるようになっている。噴霧ヘッド７７は、ダイヘッド６０の塗出口６５に対応するようなスリット状のノズル（不図示）を備えるようにしてもよいし、１次元配列あるいは２次元配列の複数のノズル（不図示）を備えるようにしてもよい
本実施形態に係る塗工装置１の噴霧ヘッド７７は、ダイヘッド６０の上方に配され、ダイヘッド６０の塗出口６５に対して、霧を上方から噴霧する構成とされているが、噴霧ヘッド７７をダイヘッド６０の下方に配し、ダイヘッド６０の塗出口６５に対して、霧を下方から噴霧する構成としてもよい。
【００３２】
次に、本発明の第１の実施形態に係る各構成の制御を説明する。
【００３３】
図１において、タンク２０に貯えられたスラリー５は、連続塗工または間欠塗工によってシート基材３に任意の厚みで塗工される。その後、所定の塗工数が終了し、シート基材３に形成する厚みを変更する場合や、シート基材３の変更等により塗工条件を変更する際、一旦ダイヘッド６０からのスラリー５の塗出を停止する。その際、図３に示すよう塗工弁４０が閉状態となり、リターン弁５０側が開状態となってスラリー５がタンク２０とリターン弁５０とが接続された経路を繰り返し循環するようにする。このとき、ダイヘッド側に残したスラリー５はその場で留まることとなり、ダイヘッド６０の塗出口６５にもスラリー５が溜まった状態が保持される。ダイヘッド６０はバックロール８およびシート基材３から十分に離間した位置まで移動し、待機状態を保つ。塗出口６５の先端に留まったスラリー５の乾燥を防ぐために、水の噴霧ヘッド７７から塗出口６５に対して、給水タンク７２から供給された水を均等に、かつ必要最小量だけ噴霧する。
【００３４】
このようにすることで、ダイヘッド６０付近をボックス状に囲って加湿する必要もなく、空気がヘッドに吹き付けることもないので、ダイヘッド６０でのスラリー５の乾燥をより確実に防ぐことができる。
【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。図２は本発明の第２の実施形態に係る塗工装置１の各構成の制御を説明する図である。
【００３６】
図２のタイミングチャートにおいて、最上段は塗工弁４０の開閉の制御のタイミングを示しており、第２段はリターン弁５０の開閉の制御のタイミングを示しており、第３段はダイヘッド６０の塗出口６５とシート基材３との間の離間距離の制御のタイミングを示しており、最下段は噴霧部７０の制御のタイミングを示している。
【００３７】
図２は、塗工装置１が塗工部形成期間と非塗工部形成期間とを交互に実施し、図６に示すようなシート基材３の塗工膜７を間欠塗工するための制御を示している。
【００３８】
塗工部形成期間においては、塗工弁４０を開き、ダイヘッド６０へのスラリー５の供給を開始し、塗出口６５からスラリー５が塗出し、シート基材３上に塗工膜７を形成する。このとき、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
一方、非塗工部形成期間においては、塗工弁４０を閉じ、ダイヘッド６０へのスラリー５の供給を中止し、塗出口６５からのスラリー５の塗出を中断する。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。また、このとき、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。
【００３９】
図２の制御例では、シート基材３上の塗工膜７の塗工部を（１）〜（６）の６区間分形成したことが示されている。
【００４０】
水が溶媒であるスラリー５は非常に乾燥が早く、ダイヘッド６０の塗出口６５にスラリー５の凝固物が形成されてしまい、この凝固物の影響により、シート基材３に形成される塗工膜７にスジなどが発生してしまい、リチウムイオン二次電池の性能に悪影響を与えてしまう、という問題もあった。
【００４１】
そこで、本発明に係る塗工装置１においては、噴霧部７０における噴霧ヘッド７７から、ダイヘッド６０の塗出口６５に対して水を噴霧することで、スラリー５の凝固物が形成されないようにしている。
【００４２】
図２の例では、（４）の塗工部が形成された後の非塗工部形成期間に、このような噴霧部７０による噴霧が実施される。
【００４３】
塗出口６５とシート基材３との間の離間距離は、塗工膜７の形成期間においてはｇ１とされているが、（４）の塗工部が形成された直後の非塗工部形成期間では、不図示の駆動機構によって、前記離間距離はｇ１→ｇ２→ｇ１とされる（図２第３段のタイミングチャート参照）。ここで、ｇ２＞ｇ１である。
【００４４】
図３は塗工装置１のダイヘッド６０がシート基材３から離間を開始したときの様子を示しており、図２の（ａ）のタイミングにおける塗工装置１の様子を示したものである。
【００４５】
図４は塗工装置１のダイヘッド６０がシート基材３から最も離間したときの様子を示しており、図２の（ｂ）のタイミングにおける塗工装置１の様子を示したものである。このとき、噴霧部７０の噴霧ヘッド７７から、ダイヘッド６０の塗出口６５に対して、水を噴霧する（図２最下段のタイミングチャート参照）。
【００４６】
以上のような本発明に係る塗工装置１によれば、ダイヘッド６０の塗出口６５に形成されるスラリー５の凝固物を抑制することができ、スジなどがない塗工膜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。
【００４７】
本実施形態においては、噴霧を行うタイミングを模式的に示したに過ぎず、塗出口６５に対する噴霧部７０による水の噴霧を行う頻度については、任意とすることができる。
【００４８】
また、ここでは一定の間隔で塗工している間欠塗工の未塗布部形成時のタイミングで噴霧を行っているが、間欠塗工のピッチを噴霧時のみ変化させ、ダイヘッド６０をシート基材３から十分に離間した位置まで移動して噴霧を行ってもよい。また、連続塗工時に一時ダイヘッドをシート基材から離間させて噴霧を行ってもよい。
【００４９】
さらに言えば、ダイヘッド６０の塗出口６５に対する噴霧部７０による水の噴霧も、塗工装置１を休止させている期間に行ってもよい。
【００５０】
以上、本発明に係る塗工装置は、前記ヘッドの前記塗出口に水を噴霧する噴霧部を有しており、このような本発明に係る塗工装置によれば、ダイヘッドの塗出口に形成されるスラリーの凝固物を抑制することができ、スジなどがない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】
【００５１】
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
７０・・・噴霧部
７２・・・給水タンク
７３・・・給水管
７７・・・噴霧ヘッド
８０・・・記憶部
２００・・・裁断装置
３００・・・選別装置
【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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【図６】
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【図７】
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