(57)【要約】【課題】電極材料の残留応力を低減させること。【解決手段】電極材料１０の製造装置は、長尺状の帯状集電体１２を供給する供給装置と、帯状集電体１２に活物質合剤を塗布して、活物質合剤の層である塗工部１３を形成する塗工装置と、塗工部１３を乾燥させる乾燥装置と、乾燥後の塗工部１３を加圧するプレス装置６１と、塗工部１３が形成された帯状集電体１２を巻き取る巻取装置とを備える。プレス装置６１は、一対のプレスロール６２，６３と、帯状集電体１２の搬送方向において、プレスロール６２，６３よりも下流側に設けられた残留応力検出装置７１，７２を備える。残留応力検出装置７１，７２は、複数の角度からＸ線を照射することで電極材料１０の残留応力を検出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺状の帯状集電体の少なくとも一面に活物質合剤の塗工部を有する電極材料の製造装置であって、
前記帯状集電体に前記活物質合剤を塗布して前記塗工部を形成する塗工装置と、
前記塗工部を面に交差する方向から挟み、前記塗工部を加圧するプレス装置と、
加圧後の前記塗工部に対して複数の角度からＸ線を照射し、複数の回折Ｘ線の強度に基づき前記電極材料の残留応力を検出する残留応力検出装置と、
前記残留応力検出装置によって検出された前記電極材料の前記残留応力に応じて前記塗工部への前記プレス装置の加圧力を調整する制御装置と、
を備えた電極材料の製造装置。
【請求項２】
長尺状の帯状集電体の少なくとも一面に活物質合剤の塗工部を有する電極材料の製造方法であって、
前記帯状集電体に前記活物質合剤を塗布して前記塗工部を形成し、
前記塗工部を面に交差する方向から挟んで塗工部を加圧し、
加圧後の前記塗工部に対して複数の角度からＸ線を照射し、複数の回折Ｘ線の強度に基づき前記電極材料の残留応力を検出し、
検出された前記残留応力に応じて前記塗工部への加圧力を調整する電極材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極材料の製造装置、及び、電極材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄電装置の一種である二次電池としては、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池などが知られている。例えば、リチウムイオン二次電池は、ケースを備えるとともに、このケース内に、集電体に活物質層を設けた正極の電極及び負極の電極が収容されている。
【０００３】
二次電池における各極の電極の製造は、まず、活物質、導電剤、溶剤及びバインダを混合した活物質合剤を長尺状の帯状集電体の表面に塗布し、活物質合剤の層である塗工部を形成する。その後、塗工部を乾燥させ、さらに、得られる活物質層の密度を高めるために、塗工部を加圧する。この加圧は、例えば一対のプレスロールの間に電極材料を通過させ、塗工部を集電体の面に交差する方向からロールプレスして行われる。そして、ロールプレスによって塗工部の密度が高められることで製造された電極材料を所定の形状に加工することで電極を得ることができる。
【０００４】
特許文献１では、長尺状の帯状金属箔に、短手方向に間隔を開けて長手方向に延びる複数の塗工部を形成している。そして、帯状金属箔の長手方向に沿って各塗工部の間をスリッターで切断するとともに、各塗工部をプレスロールによって加圧して複数の電極材料を得る。その後、各電極材料を長手方向に沿って更に切断している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０２６７８４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、プレスロールの加圧力が強すぎると、活物質が帯状金属箔にめり込んで電極材料の残留応力が増加する。電極材料の残留応力が大きいと、電極材料の切断などによって残留応力が解放された際に、塗工部と、塗工部が設けられていない未塗工部との境界にしわが発生したり、破断したりするおそれがある。
【０００７】
本発明の目的は、電極材料の残留応力を低減させることができる電極材料の製造装置、及び、電極材料の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する電極材料の製造装置は、長尺状の帯状集電体の少なくとも一面に活物質合剤の塗工部を有する電極材料の製造装置であって、前記帯状集電体に前記活物質合剤を塗布して前記塗工部を形成する塗工装置と、前記塗工部を面に交差する方向から挟み、前記塗工部を加圧するプレス装置と、加圧後の前記塗工部に対して複数の角度からＸ線を照射し、複数の回折Ｘ線の強度に基づき前記電極材料の残留応力を検出する残留応力検出装置と、前記残留応力検出装置によって検出された前記電極材料の前記残留応力に応じて前記塗工部への前記プレス装置の加圧力を調整する制御装置と、を備える。
【０００９】
これによれば、残留応力検出装置は、複数の角度からＸ線を照射し、複数の回折Ｘ線の強度に基づき電極材料の残留応力を検出する。制御装置は、残留応力検出装置によって検出された電極材料の残留応力が過剰に大きければ、プレス装置の加圧力を弱め、電極材料の残留応力を低減させることができる。したがって、電極材料を所定の形状に加工するときなどに帯状集電体にしわが発生したり、破断したりすることが抑制される。
【００１０】
上記課題を解決する電極材料の製造方法は、長尺状の帯状集電体の少なくとも一面に活物質合剤の塗工部を有する電極材料の製造方法であって、前記帯状集電体に前記活物質合剤を塗布して前記塗工部を形成し、前記塗工部を面に交差する方向から挟んで塗工部を加圧し、加圧後の前記塗工部に対して複数の角度からＸ線を照射し、複数の回折Ｘ線の強度に基づき前記電極材料の残留応力を検出し、検出された前記残留応力に応じて前記塗工部への加圧力を調整する。
【００１１】
これによれば、残留応力の低減された電極材料を得ることができる。このため、電極材料の残留応力が解放されたとしても、帯状集電体にしわや、破断などが発生しにくい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電極材料の残留応力を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は電極材料の製造装置を示す概略図、（ｂ）は塗工部が形成された帯状集電体の平面図。
【図２】残留応力検出装置を示す概略図。
【図３】残留応力の検出方法を説明するための図。
【図４】残留応力の検出方法を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、電極材料の製造装置、及び、電極材料の製造方法の一実施形態について説明する。
二次電池は、図示しないが、ケース内に電極組立体を備える。電極組立体は、複数の正極の電極と、複数の負極の電極とが、両者の間をセパレータで絶縁した状態で交互に積層されて構成されている。各極の電極は、長尺状の金属箔である帯状集電体の少なくとも一面に活物質合剤の塗工部を有する電極材料を所定の形状に加工することで製造される。以下、電極材料の製造装置について説明する。
【００１５】
図１（ａ）に示すように、電極材料１０の製造装置１１は、長尺状の帯状集電体１２（負極の電極材料１０の場合は銅箔、正極の電極材料１０の場合はアルミニウム箔）を供給する供給装置２１と、帯状集電体１２に活物質合剤を塗布して、活物質合剤の層である塗工部１３を形成する塗工装置３１と、塗工部１３を乾燥させる乾燥装置４１と、を備える。さらに、電極材料１０の製造装置１１は、乾燥後の塗工部１３を加圧するプレス装置６１と、電極材料１０の残留応力を検出する残留応力検出装置７１，７２と、プレス装置６１を制御する制御装置７８と、塗工部１３が形成された帯状集電体１２を巻き取る巻取装置５１と、を備える。なお、活物質合剤は、活物質、導電助剤、及びバインダ（結着剤）を混合し、溶媒を添加して混練したものであり、スラリー状である。
【００１６】
供給装置２１は、長尺状の帯状集電体１２が巻装された供給リール（治具）２２を備える。なお、帯状集電体１２は長手方向が供給リール２２の周方向に延びる状態で供給リール２２に巻装されている。供給リール２２は、支持装置によって回転可能に支持されている。
【００１７】
巻取装置５１は、巻取リール５２を備える。巻取リール５２は、一定の回転速度で回転し、帯状集電体１２を巻き取る。供給リール２２から供給された帯状集電体１２が、巻取リール５２に巻き取られることにより、帯状集電体１２は、搬送方向Ｘ１に沿って搬送される。
【００１８】
帯状集電体１２の搬送方向Ｘ１において、塗工装置３１は供給装置２１の下流側に設けられている。塗工装置３１は第１スリットダイ３２を備え、この第１スリットダイ３２の吐出口（図示せず）は、帯状集電体１２の上方において、帯状集電体１２の第１面１２ａに対向配置されている。また、塗工装置３１は第２スリットダイ３３を備え、この第２スリットダイ３３の吐出口（図示せず）は、帯状集電体１２の下方において、帯状集電体１２の第２面１２ｂに対向配置されている。
【００１９】
そして、第１スリットダイ３２の吐出口からは、供給リール２２から送り出された帯状集電体１２の第１面１２ａに活物質合剤が連続的に塗布され、第１面１２ａに活物質合剤の塗工部１３が形成される。また、第２スリットダイ３３の吐出口からは、供給リール２２から送り出された帯状集電体１２の第２面１２ｂに活物質合剤が連続的に塗布され、第２面１２ｂに活物質合剤の塗工部１３が形成される。本実施形態では、各塗工部１３は帯状集電体１２の長手方向に連続的に設けられる。なお、図１（ｂ）に示すように、塗工部１３における帯状集電体１２の短手方向に沿う寸法は、帯状集電体１２の短手方向の寸法よりも短い。帯状集電体１２は、短手方向の両端に塗工部１３が設けられていない未塗工部１４を有している。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、帯状集電体１２の搬送方向Ｘ１において、乾燥装置４１は塗工装置３１の下流側に設けられている。乾燥装置４１は乾燥機４２を備え、乾燥機４２は熱源からの熱により空気を加熱し、内部を通過する帯状集電体１２の周囲より熱風を供給する。
【００２１】
帯状集電体１２の搬送方向Ｘ１において、プレス装置６１は乾燥装置４１の下流側に設けられている。本実施形態のプレス装置６１は、塗工部１３を加圧する一対のプレスロール６２，６３を備える。一方のプレスロール６２は、帯状集電体１２の第１面１２ａ側に配置され、他方のプレスロール６３は第２面１２ｂ側に配置されている。一対のプレスロール６２，６３は、対向して設けられ、塗工部１３を、第１面１２ａ及び第２面１２ｂに直交する方向（交差する方向）から加圧する。
【００２２】
帯状集電体１２の搬送方向Ｘ１において、プレスロール６２，６３の下流側には、二つの残留応力検出装置７１，７２が設けられている。二つの残留応力検出装置７１，７２のうち、第１残留応力検出装置７１は、帯状集電体１２の第１面１２ａに対応して設けられており、第２残留応力検出装置７２は、帯状集電体１２の第２面１２ｂに対応して設けられている。本実施形態では、第１残留応力検出装置７１と、第２残留応力検出装置７２とは帯状集電体１２を挟んで互いに対向して設けられており、第１残留応力検出装置７１と第２残留応力検出装置７２によって、第１面１２ａの塗工部１３の残留応力と第２面１２ｂの塗工部１３の残留応力が別々に並行して検出される。
【００２３】
図２に示すように、各残留応力検出装置７１，７２は、プレスロール６２，６３によって加圧された塗工部１３に対してＸ線を照射するＸ線源７３と、回折Ｘ線の強度を測定するＸ線強度測定部７４とを備える。Ｘ線源７３は、例えば、銅管やクロム管などのＸ線管球である。Ｘ線管球の材質と帯状集電体１２の材質が同一の場合、Ｘ線源７３から照射されるＸ線と帯状集電体１２の波長が同一となり、残留応力を正確に検出することができない。例えば、銅管から照射されるＸ線は、銅箔と波長が同一となる。このため、帯状集電体１２として銅箔を用いる場合、すなわち、負極の電極材料１０を製造する場合、Ｘ線管球としてクロム管を用いる。なお、帯状集電体１２としてアルミニウム箔を用いる場合、Ｘ線管球として銅管を用いることもできるし、クロム管を用いることもできる。
【００２４】
Ｘ線源７３及びＸ線強度測定部７４は、図示しない支持装置に支持されており、支持装置は搬送方向Ｘ１に沿って帯状集電体１２の搬送速度と同一速度で移動可能である。
各残留応力検出装置７１，７２は、Ｘ線源７３に接続され、Ｘ線源７３から照射されるＸ線の塗工部１３への入射角を変更する入射角変更部７５と、Ｘ線強度測定部７４に接続され、Ｘ線強度測定部７４の位置を変更することでＸ線強度測定部７４に異なる角度で回折Ｘ線の強度を測定させる測定角度変更部７６とを備えている。また、各残留応力検出装置７１，７２は、Ｘ線強度測定部７４に接続され、残留応力を算出する残留応力検出部７７を備えている。残留応力検出部７７は、制御装置７８に接続されている。また、制御装置７８は、プレスロール６２，６３に接続されている。
【００２５】
残留応力検出装置７１，７２は、いわゆるｓｉｎ２ψ法を用いて残留応力の検出を行う。
Ｘ線源７３及びＸ線強度測定部７４は、帯状集電体１２の搬送速度と同一速度で移動しながら、残留応力の検出を行う。Ｘ線源７３は、帯状集電体１２とともに移動しながら、帯状集電体１２の同一箇所に向けて複数の角度でＸ線を照射する。本実施形態において、Ｘ線源７３は、異なる４つの入射角でＸ線を塗工部１３に照射する。
【００２６】
Ｘ線強度測定部７４は、帯状集電体１２とともに移動しながら、回折Ｘ線の強度を異なる角度で取得して、取得した回折Ｘ線の強度を残留応力検出部７７に出力する。残留応力検出部７７は、４つの入射角で照射されたＸ線毎に、回折Ｘ線の強度が最大となる最大角度２θを得る。
【００２７】
図３に示すように、残留応力が発生している場合には、最大角度２θのピークシフトが発生し、４つの入射角ψに対する回折Ｘ線の強度分布にずれが生じる。このずれは、図４に示すように、複数の入射角ψについて最大角度２θを測定し、ｓｉｎ２ψに対してプロットを行うことで直線の傾きとなって現れる。この傾きに、ヤング率とポアソン比からなる材料固有の値であるＸ線応力測定定数を乗することで残留応力を検出することができる。残留応力検出部７７は、最大角度２θに基づき電極材料１０の残留応力を検出して、残留応力を制御装置７８に出力する。なお、残留応力検出部７７は、制御装置７８の一機能として備えられていてもよい。この場合、Ｘ線強度測定部７４によって測定された回折Ｘ線の強度は制御装置７８に出力され、制御装置７８によって残留応力が検出される。
【００２８】
また、第１残留応力検出装置７１のＸ線源７３から照射されたＸ線、及び、第２残留応力検出装置７２のＸ線源７３から照射されたＸ線は、電極材料１０を透過して、互いのＸ線強度測定部７４による回折Ｘ線の強度測定に影響を及ぼすおそれがある。このため、第１残留応力検出装置７１のＸ線源７３、及び、第２残留応力検出装置７２のＸ線源７３は、帯状集電体１２の長手方向に若干ずれた箇所に向けてＸ線を照射する。
【００２９】
制御装置７８は、残留応力検出装置７１，７２によって検出された残留応力に応じてプレスロール６２，６３の線圧を制御して塗工部１３に対する加圧力を調整する。例えば、制御装置７８は、残留応力が許容範囲を超えた場合には、プレスロール６２，６３の線圧を低下させることで加圧力を弱め、残留応力を小さくする。これにより、電極材料１０の残留応力が過剰に大きくなることを抑制している。また、制御装置７８は、残留応力が許容範囲を下回った場合には、プレスロール６２，６３の線圧を上昇させることで塗工部１３に対する加圧力を強めてもよい。これにより、塗工部１３に対する加圧不足を抑制することもできる。なお、許容範囲の上限としては、電極材料１０の加工などに伴う残留応力の解放によって電極の使用に支障を来すほどのしわや、破断が生じると想定される値よりも小さい値が設定される。また、許容範囲の下限としては塗工部１３の加圧不足により、電極の使用に支障を来すと想定される値よりも大きい値が設定される。
【００３０】
次に、電極材料１０の製造装置１１を用いた電極材料１０の製造方法について作用とともに説明を行う。
供給リール２２及び巻取リール５２が回転することで帯状集電体１２は搬送方向Ｘ１に沿って搬送されるとともに、塗工装置３１によって帯状集電体１２の両面に塗工部１３が形成されていく。塗工部１３は、乾燥装置４１によって乾燥された後、プレスロール６２，６３を通過することで加圧され、密度が向上される。
【００３１】
プレスロール６２，６３にて加圧された塗工部１３は、残留応力検出装置７１，７２によって残留応力が検出される。残留応力検出装置７１，７２によって検出された残留応力は、制御装置７８に出力される。制御装置７８は、残留応力に応じてプレスロール６２，６３の線圧を調整することで、塗工部１３に対する加圧力の不足を抑制しつつ、残留応力が過剰になることを抑制する。
【００３２】
したがって、電極材料１０の製造装置１１で製造された電極材料１０は、プレスロール６２，６３によって生じた残留応力が解放されたとしても、その残留応力に起因したしわの発生や、破断が抑制されている。例えば、電極材料１０を所定の形状に打ち抜いて電極を製造したり、電極材料１０の短手方向の長さを所定の寸法にするために電極材料１０の短手方向両端部の未塗工部１４を切断したりすることで残留応力が解放されても、しわの発生や、帯状集電体１２の破断が生じにくい。
【００３３】
したがって、上記実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）電極材料１０の製造装置１１は、加圧後の電極材料１０に対して複数の入射角でＸ線を照射して、電極材料１０の残留応力を検出している。そして、電極材料１０の製造装置１１は、電極材料１０の残留応力に応じてプレスロール６２，６３の線圧を制御する。このため、電極材料１０の残留応力が低減され、電極材料１０の残留応力が解放されたとしても、帯状集電体１２にしわや破断が生じにくい。
【００３４】
（２）電極材料１０の製造装置１１で電極材料１０を製造することで、残留応力が解放されたときに帯状集電体１２にしわや破断が生じにくい電極材料１０を得ることができる。このため、例えば、電極材料１０から電極を得たときに二次電池の使用に支障を来すほどのしわや、破断が生じることが抑制され、電極の不良品が生じにくい。また、電極材料１０をリール（治具）に巻き取る際などに帯状集電体１２の短手方向への巻きずれが生じにくい。
【００３５】
（３）Ｘ線を用いて電極材料１０の残留応力を検出することで、非接触で電極材料１０の残留応力を検出することができる。このため、残留応力検出装置７１，７２と電極材料１０との接触による電極材料１０の傷つきや、電極材料１０への異物の付着が抑制される。
【００３６】
なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○電極材料１０の製造装置１１は、帯状集電体１２の一方の面にのみ塗工部１３を有する電極材料１０を製造してもよい。この場合、塗工部１３が設けられる面に対応して一つの残留応力検出装置を設ければよい。
【００３７】
○実施形態では、Ｘ線源７３を移動させることで入射角を変更したが、電極材料１０のＸ線源７３に対する角度を変更することで入射角を変更してもよい。
○実施形態では、異なる４つの入射角に対する回折Ｘ線から残留応力を検出したが、２つの入射角や、３つの入射角など、入射角を変更する回数は、複数であれば適宜変更してもよい。
【００３８】
○実施形態では、第１残留応力検出装置７１と第２残留応力検出装置７２とを対向して配置し、第１面１２ａの塗工部１３の残留応力と第２面１２ｂの塗工部１３の残留応力とを並行して検出できるようにしたが、これに限られない。まず、第１面１２ａの残留応力を検出した後に第２面１２ｂの残留応力が検出されるようにしてもよい。
【００３９】
○実施形態では、１枚の帯状集電体１２から一つの電極材料を得たが、１枚の帯状集電体１２に長手方向に延びる塗工部１３を短手方向に間隔を空けて複数設けるとともに、各塗工部１３の間を長手方向に沿って切断することで複数の電極材料を得てもよい。この場合、帯状集電体１２を切断する前にプレスロール６２，６３で塗工部１３の加圧を行っている場合は、帯状集電体１２を切断する前に残留応力を検出してプレスロール６２，６３の加圧力が調整されるようにしてもよい。
【００４０】
○塗工装置３１は、活物質合剤を間欠的に塗布することで間欠的に塗工部１３を形成してもよい。
○電極材料１０の製造装置１１は、残留応力検出装置７１，７２によって検出された残留応力が許容範囲を超えた場合に、帯状集電体１２の搬送を停止してもよい。そして、残留応力が許容範囲を超えた電極材料１０については、矯正装置によって残留応力を矯正してもよいし、廃棄してもよい。
【００４１】
○プレス装置として、プレスロール６２，６３以外を用いるプレス装置を用いてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１０…電極材料、１１…電極材料の製造装置、１２…帯状集電体、１３…塗工部、２１…供給装置、３１…塗工装置、５１…巻取装置、６１…プレス装置、７１，７２…残留応力検出装置、７８…制御装置。
【図１】
2017041324.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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