(57)【要約】【課題】集電箔に対する活物質層および微粒子層の塗工を連続的に行いつつ，かつそれらの層の膜厚が安定的に得られる電極板の製造装置を提供すること。【解決手段】集電箔５上に電極活物質層と絶縁微粒子層とを形成して電極板とする装置において，集電箔上に電極活物質を含む湿潤粉体を転写する湿潤粉体転写部２と，転写された湿潤粉体上に微粒子塗料を塗工する微粒子塗工部３と，湿潤粉体転写部と微粒子塗工部との間で集電箔を支持する第１ガイドロール１５，第２ガイドロール１６と，塗工後の集電箔を水平に搬送しつつ乾燥させる乾燥炉４とを備えた。ここで，第１ガイドロールと第２ガイドロールは，集電箔を互いに逆の面側から圧迫するように設けた。また，第１ガイドロールより上流側における集電箔の水平面に対する交差角と，第１ガイドロールと第２ガイドロールとの間における集電箔の水平面に対する交差角とをいずれも，１０°〜３０°の範囲内とした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電箔上に電極活物質層を形成し，さらにその上に絶縁微粒子層を形成して電極板とする電極板の製造装置において，
前記集電箔上に電極活物質を含む湿潤粉体を転写する湿潤粉体転写部と，
前記湿潤粉体転写部で前記集電箔上に転写された湿潤粉体上に絶縁微粒子と液体成分とを含む微粒子塗料を塗工する微粒子塗工部と，
前記湿潤粉体転写部と前記微粒子塗工部との間で集電箔を支持する支持部材と，
前記微粒子塗工部を経た集電箔を水平に搬送しつつ乾燥させる乾燥炉とを有し，
前記湿潤粉体転写部および前記微粒子塗工部はいずれも，集電箔における前記乾燥炉にて上側となる面に対して処理を行うものであり，
前記支持部材として，
前記湿潤粉体転写部を経た集電箔を，一方の面側から圧迫する第１ガイドロールと，    前記第１ガイドロールより集電箔の搬送方向に下流側に位置し，集電箔を前記第１ガイドロールとは逆の面側から圧迫し，それ以後前記乾燥炉にわたる集電箔の搬送面を水平面とする第２ガイドロールとを有し，
前記第１ガイドロールより上流側における集電箔の搬送面が水平面に対してなす交差角と，前記第１ガイドロールと前記第２ガイドロールとの間における集電箔の搬送面が水平面に対してなす交差角とがいずれも，１０°〜３０°の範囲内にあることを特徴とする電極板の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，電池に用いられる電極板を製造する製造装置に関する。さらに詳細には，電池におけるセパレータとなる部分が電極活物質層上に一体に形成された構成の電極板を製造する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から各種の電池では，正負の電極板を積層してなる電極積層体が使用されている。かかる電極積層体では，正負の電極板間に，これらの直接の接触を防ぐセパレータが挟み込まれている。このセパレータとしてフィルム状の多孔質樹脂を用いる代わりに，絶縁微粒子を堆積した微粒子層が用いられることがある（例えば特許文献１）。この場合には通常，集電箔と活物質層とからなる電極板の一方にあらかじめ微粒子層が一体的に形成される。特許文献１の技術では，集電箔（正極集電体シート）上への活物質層（正極合剤層）の形成と，正極合剤層上への微粒子層（第１絶縁層）の形成とを行っている（特許文献１の請求項８の（ｉ）および（ｉｉ））。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１６３９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら前記した従来の技術には，次に説明するような問題点があった。前記の従来技術の場合，集電箔に対する２段階の塗工（活物質層と微粒子層）が立て続けに行われることになる。ここで，製造プロセスの簡素化の観点からは，これら２段階の塗工を１ライン中で連続的に行った方が有利である。ところがこれを実行しようとすると，活物質層と微粒子層とのいずれもが膜厚不安定になってしまうのである。２つの塗工装置がそれぞれ集電箔に張力を及ぼすとともに，それらの張力の変動が集電箔を経由して相互に伝搬してしまうからである。このため，いずれの塗工層とも，膜厚が安定しにくいのである。
【０００５】
本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，集電箔に対する活物質層および微粒子層の塗工を連続的に行いつつ，かつそれらの層の膜厚が安定的に得られる，電極板の製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様における電極板の製造装置は，集電箔上に電極活物質層を形成し，さらにその上に絶縁微粒子層を形成して電極板とする装置であって，集電箔上に電極活物質を含む湿潤粉体を転写する湿潤粉体転写部と，湿潤粉体転写部で集電箔上に転写された湿潤粉体上に絶縁微粒子と液体成分とを含む微粒子塗料を塗工する微粒子塗工部と，湿潤粉体転写部と微粒子塗工部との間で集電箔を支持する支持部材と，微粒子塗工部を経た集電箔を水平に搬送しつつ乾燥させる乾燥炉とを有し，湿潤粉体転写部および微粒子塗工部はいずれも，集電箔における乾燥炉にて上側となる面に対して処理を行うものであり，支持部材として，湿潤粉体転写部を経た集電箔を，一方の面（例えば湿潤粉体の転写を受けた方の面）側から圧迫する第１ガイドロールと，第１ガイドロールより集電箔の搬送方向に下流側に位置し，集電箔を第１ガイドロールとは逆の面側から圧迫し，それ以後乾燥炉にわたる集電箔の搬送面を水平面とする第２ガイドロールとを有し，第１ガイドロールより上流側における集電箔の搬送面が水平面に対してなす交差角と，第１ガイドロールと第２ガイドロールとの間における集電箔の搬送面が水平面に対してなす交差角とがいずれも，１０°〜３０°の範囲内にあるものである。
【０００７】
上記態様における電極板の製造装置では，集電箔に対し，湿潤粉体転写部による塗工（転写）と，微粒子塗工部による塗工とが連続して行われる。そして乾燥炉での乾燥が行われ，集電箔と電極活物質層と微粒子層との３層構成の電極板が製造される。ここで，湿潤粉体転写部と微粒子塗工部との間に第１ガイドロールと第２ガイドロールとが設けられ，これらのガイドロールのところで集電箔が所定の良好な範囲内の角度で湾曲するようになっている。これにより，湿潤粉体転写部と微粒子塗工部との間での集電箔の張力変動の伝搬が阻止されている。これにより，湿潤粉体転写部および微粒子塗工部での塗膜の形成が，安定した膜厚で行われるようになっている。
【発明の効果】
【０００８】
本構成によれば，集電箔に対する活物質層および微粒子層の塗工を連続的に行いつつ，かつそれらの層の膜厚が安定的に得られる，電極板の製造装置が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係る電極板の製造装置の断面図である。
【図２】図１の製造装置における第１ガイドロールおよび第２ガイドロールでの集電箔の巻き付きによる湾曲角を説明する断面図である。
【図３】図１の製造装置における湿潤粉体転写部として採用可能な他の塗工機の例を示す断面図である。
【図４】図１の製造装置における湿潤粉体転写部として採用可能なさらに他の塗工機の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，図１に示す装置１に本発明を適用したものである。図１の装置１は，湿潤粉体転写部２と，微粒子塗工部３と，乾燥炉４とを有している。湿潤粉体転写部２は，集電箔５の表面上に電極活物質層６を形成するものである。微粒子塗工部３は，電極活物質層６上に微粒子層７を形成するものである。乾燥炉４は，集電箔５を水平に搬送しつつ，その表面上の電極活物質層６および微粒子層７を乾燥させるものである。
【００１１】
すなわち装置１は，集電箔５と電極活物質層６と微粒子層７との３層構成の電極板８を製造する製造装置である。なお，図１では集電箔５に対する片面分の処理部分のみを示しているが，引き続き裏面側に対しても同様に電極活物質層６および微粒子層７を形成するように装置１を構成してもよい。湿潤粉体転写部２，微粒子塗工部３，および乾燥炉４についてさらに説明する。
【００１２】
湿潤粉体転写部２は，コーティングロール９，バックロール１０，ブレード１１を有するいわゆるコンマコーターである。本形態における湿潤粉体転写部２は，電極活物質の粉末と液状の分散媒との混合物であって，固形分率が７０〜８５％と比較的高めの湿潤粉体である活物質合材１２により，塗工（転写）を行うものである。湿潤粉体転写部２による塗工の対象面は，集電箔５における，乾燥炉４にて上側となる面である。
【００１３】
微粒子塗工部３は，いわゆるグラビアコーターである。本形態における微粒子塗工部３は，樹脂またはセラミックス等の絶縁性微粒子を分散媒にコロイド状に分散した微粒子塗料を塗工するものである。微粒子塗工部３による塗工の対象面は，湿潤粉体転写部２の塗工対象面と同じく，集電箔５における，乾燥炉４にて上側となる面である。すなわち，微粒子塗工部３による塗工は，湿潤粉体転写部２により形成された電極活物質層６の上に重ねて行われる。
【００１４】
乾燥炉４は，搬送ローラ１３とヒータ１４とを有している。搬送ローラ１３は，微粒子塗工部３を経て水平に搬送されている集電箔５を下から支えるものである。ヒータ１４は，搬送ローラ１３上を搬送されている集電箔５を上から加熱するものである。ヒータ１４の種類は，赤外線照射式でも熱風吹き付け式でも何でもよい。なお，ここでいう水平に搬送される，の「水平に」とは，微粒子塗工部３より下流側の集電箔５が，搬送方向（図１中の左右方向）と幅方向（図１の紙面に垂直な方向）とのいずれに対しても水平であることを意味する。
【００１５】
図１の装置１には上記に加えてさらに，第１ガイドロール１５，および第２ガイドロール１６が備えられている。これらは，湿潤粉体転写部２と微粒子塗工部３との間で集電箔５を支持するものである。具体的には，第１ガイドロール１５が第２ガイドロール１６よりも，集電箔５の搬送方向に対して上流側に位置している。第１ガイドロール１５は，湿潤粉体転写部２による処理を受けた集電箔５を，その処理を受けた側の面，すなわち電極活物質層６のある方の面から圧迫するように配置されている。なお，湿潤粉体転写部２では前述のように固形分率が高めの活物質合材１２を塗工に用いるので，塗工直後の電極活物質層６に第１ガイドロール１５が接触しても別段問題はない。
【００１６】
そして第２ガイドロール１６は，集電箔５の搬送方向に対して第１ガイドロール１５の下流側の位置で，集電箔５を第１ガイドロール１５とは逆側の面から圧迫するように配置されている。すなわち第２ガイドロール１６は集電箔５を，電極活物質層６のない方の面から圧迫するのである。これにより集電箔５は，湿潤粉体転写部２と微粒子塗工部３との間で軽くジグザグ状に湾曲している。すなわち，第１ガイドロール１５と第２ガイドロール１６とのそれぞれに対して軽く巻き付く状態となっている。
【００１７】
この巻き付きの角度について，図２により説明する。図２に示されるように装置１では，第２ガイドロール１６より下流側では集電箔５は水平線１７（図中では水平線だが実際には水平面）に沿って進む。この水平線１７と，第１ガイドロール１５と第２ガイドロール１６との間の区間での集電箔５とがなす角を，θ１で表すこととする。この角θ１が，集電箔５の第２ガイドロール１６での湾曲角である。
【００１８】
また，図２中では，第１ガイドロール１５の下端レベルにも水平線１８を引いている。この，水平線１８と，第１ガイドロール１５と第２ガイドロール１６との間の区間での集電箔５とがなす角を，θ２で表すこととする。角θ２は角θ１に対して平行線の錯角の関係にあるから当然，角θ１と角θ２とは等しい。さらに，水平線１８と，湿潤粉体転写部２と第１ガイドロール１５との間の区間での集電箔５とがなす角を，θ３で表すこととする。角θ２と角θ３との合計が，集電箔５の第１ガイドロール１５での湾曲角である。装置１では，上記の角θ１（＝θ２）と角θ３とがいずれも，１０°〜３０°の範囲内となるように設定されている。この角度範囲の理由は，集電箔５への湿潤粉体転写部２および微粒子塗工部３での塗工厚を安定させるためである。なお，第２ガイドロール１６から微粒子塗工部３に至る集電箔５の搬送方向における距離Ｄは短い方が良く，好ましくは３０ｍｍ以内である。距離Ｄが長すぎると，乾燥炉４での集電箔５の振動が大きく，結果として塗工膜厚のバラツキの要因となるからである
【００１９】
上記のように構成された装置１では，以下のようにして，電極板８の製造が行われる。すなわち，装置１に対して供給された集電箔５はまず，湿潤粉体転写部２での塗工に供される。これにより集電箔５の表面上に電極活物質層６が形成される。集電箔５は次いで，第１ガイドロール１５および第２ガイドロール１６を経て，微粒子塗工部３での塗工に供される。これにより，集電箔５の表面上の電極活物質層６の上にさらに，微粒子層７が形成される。
【００２０】
ここで，第１ガイドロール１５および第２ガイドロール１６の存在により，電極活物質層６および微粒子層７の膜厚の安定化が図られている。すなわち前述のように第１ガイドロール１５および第２ガイドロール１６は，湿潤粉体転写部２と微粒子塗工部３との間で集電箔５を，互いに逆向きに圧迫している。これにより集電箔５を，軽くジグザグ状に湾曲させつつ支持している。この第１ガイドロール１５および第２ガイドロール１６の摩擦抵抗のため，湿潤粉体転写部２と微粒子塗工部３との間で，集電箔５に印加する張力の変動が遮断され，相互に伝搬しないようになっている。
【００２１】
湿潤粉体転写部２の前述のバックロール１０や微粒子塗工部３（具体的にはそのグラビアロール）は，その工作精度上不可避的に，わずかながら許容範囲内で偏心している。この偏心は，集電箔５にある程度の張力変動を起こさせる。しかしながら本形態の装置１では，この張力変動の湿潤粉体転写部２と微粒子塗工部３との間での伝搬が，第１ガイドロール１５および第２ガイドロール１６により遮断されている。このため，湿潤粉体転写部２による塗工と微粒子塗工部３による塗工とを連続的に行うにもかかわらず，あたかもそれぞれの塗工を単独で行う場合のような膜厚精度が得られるのである。これにより装置１では，電極活物質層６および微粒子層７のいずれも，膜厚が安定している。
【００２２】
電極活物質層６および微粒子層７の塗工を受けた集電箔５はその後，乾燥炉４に通される。これにより電極活物質層６および微粒子層７中の溶媒成分が除去される。こうして，集電箔５と電極活物質層６と微粒子層７との３層構成の電極板８が得られる。ここで，第２ガイドロール１６以後乾燥炉４にわたる集電箔５の搬送経路が，前述のように水平面となっている。このため，電極活物質層６や微粒子層７の膜厚に，塗工材の重力移動による面内バラツキが生じることはほとんどない。特に，微粒子層７の塗工材である微粒子塗料は電極活物質層６の塗工材と比べて溶媒成分を多く含むものであるが，それでも微粒子層７の膜厚にバラツキはほとんど生じない。
【実施例】
【００２３】
続いて実施例を説明する。本実施例では，リチウムイオン二次電池の負極板を製造する場合の例について，前述の角θ１および角θ３を振って，得られる電極活物質層６や微粒子層７の膜厚の安定性を評価した。集電箔５は銅箔とし，活物質合材１２の負極活物質は黒鉛でその固形分率は７０％とした。微粒子塗工部３での塗工材にはポリエチレン粒子の水分散液を固形分率３５％に調整して用いた。また，電極活物質層６の狙い膜厚を１３０μｍに，微粒子層７の狙い膜厚を２０μｍに，それぞれ設定した。また，前述の距離Ｄは３０ｍｍとした（比較例１は除く）。
【００２４】
表１に各比較例および各実施例の条件，結果としての膜厚差，判定結果を示す。表１中の「条件」の欄は，装置１の構成上の条件を示し，前述の角θ１および角θ３の値を示している。この中で比較例１の「−」は，第１ガイドロール１５，第２ガイドロール１６が存在しない装置構成での試験であったことを意味している。また，比較例２，比較例３で各角度の値が斜体字で示されているのは，前述の好ましい範囲から外れた角度であることを意味している。
【００２５】
表１中の「膜厚差」の欄は，得られた乾燥後の電極活物質層（負極活物質層）６および微粒子層７のそれぞれについての，最大膜厚と最小膜厚との差を示している。膜厚測定は，ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）による断面観察像上で行った。電極板（負極板）８の幅方向に対して等間隔に１０箇所の断面を観察し，最大値から最小値を差し引いた差の値を表中に掲載した。さらに，電極活物質層６の膜厚差については５μｍを，微粒子層７の膜厚差については３μｍを，それぞれ許容上限値とし，これを超えている値は表中に斜体字で示した。
【００２６】
表１中の「判定」の欄は，各比較例および各実施例についての総合判定の結果を示す。すなわち，電極活物質層６の膜厚差と微粒子層７の膜厚差とのいずれもが許容上限値以下であった場合に○（合格）とし，いずれか一方でもを超えていた場合には×（不合格）とした。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１から明らかなように，装置１の構成が好ましい範囲から外れている例である比較例１〜３ではいずれも，判定が×であった。より詳細には，電極活物質層６と微粒子層７とのいずれにおいても膜厚差が許容上限値を超えていた。特に，第１ガイドロール１５，第２ガイドロール１６を有しない装置構成で製造した比較例１は，電極活物質層６の膜厚差と微粒子層７の膜厚差とも，表１中で最大であった。これは，湿潤粉体転写部２と微粒子塗工部３との間での前述の張力変動の伝搬の影響が露骨に現れた結果であると考えられる。
【００２９】
比較例２は，第１ガイドロール１５および第２ガイドロール１６を有するものの，そこにおける集電箔５の湾曲角（θ１，θ３）が不足している例である。この例でも，比較例１ほどではないが，電極活物質層６の膜厚差と微粒子層７の膜厚差とも大きめであった。これは，第１ガイドロール１５，第２ガイドロール１６への集電箔５の巻き付きが不十分なため，摩擦抵抗不足で，張力変動の伝搬を十分には遮断しきれなかったものと考えられる。
【００３０】
比較例３は，第１ガイドロール１５および第２ガイドロール１６を有するものの，そこにおける集電箔５の湾曲角（θ１，θ３）が過剰だった例である。この例でも，比較例１ほどではないが，電極活物質層６の膜厚差と微粒子層７の膜厚差とも大きめであった。この例では，第１ガイドロール１５，第２ガイドロール１６への集電箔５の巻き付きは十分以上であるため，湿潤粉体転写部２と微粒子塗工部３との間での張力変動の伝搬の遮断は十分に行われていた筈である。しかしながら，巻き付きが過剰であることにより，第１ガイドロール１５もしくは第２ガイドロール１６自身の偏心による張力変動の影響が現れてしまったものと考えられる。第１ガイドロール１５もしくは第２ガイドロール１６といえども，現実的な工作精度で作製されたものであることには変わりないからである。
【００３１】
これに対し実施例１〜９ではいずれも，電極活物質層６の膜厚差と微粒子層７の膜厚差とも許容上限値未満であった。このため判定は○であった。これは，第１ガイドロール１５，第２ガイドロール１６の適度な摩擦抵抗により，湿潤粉体転写部２と微粒子塗工部３との間での張力変動の伝搬が有効に遮断されていたためと考えられる。また，第１ガイドロール１５もしくは第２ガイドロール１６自身の偏心による張力変動の影響が現れてしまうほどでもなかったためと考えられる。
【００３２】
より子細に見ると，角θ１が１０°で共通である実施例１〜３について見ると，角θ３が大きいものほど電極活物質層６の膜厚差と微粒子層７の膜厚差とも小さくなっている。実施例４〜６（角θ１が２０°で共通）や，実施例７〜９（角θ１が３０°で共通）についても同様のことがいえる。また，角θ３が１０°で共通である実施例１，４，７について見ると，角θ１が大きいものほど電極活物質層６の膜厚差と微粒子層７の膜厚差とも小さくなっている。実施例２，５，８（角θ３が２０°で共通）や，実施例３，６，９（角θ３が３０°で共通）についても同様のことがいえる。
【００３３】
以上詳細に説明したように本実施の形態および実施例によれば，集電箔５に対して１ライン中で湿潤粉体転写部２と微粒子塗工部３とで連続的に塗工を行う装置１において，湿潤粉体転写部２と微粒子塗工部３との間に第１ガイドロール１５および第２ガイドロール１６を備えている。これにより，湿潤粉体転写部２と微粒子塗工部３との間での張力変動の伝搬を遮断している。こうして，２段階の塗工を連続的に行いつつ，それらの塗工による２層の塗膜の膜厚がいずれも安定して得られる，電極板８の製造装置が実現されている。
【００３４】
なお，本実施の形態および実施例は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，前記実施例ではリチウムイオン二次電池の負極板を製造する場合の例を示したが，むろんこれに限らない。同電池の正極板を製造する場合や，あるいは他の種類の電池の電極板を製造する場合であっても本発明の製造装置の適用が可能である。
【００３５】
また，本実施の形態の装置１では，第１ガイドロール１５および第２ガイドロール１６のうち上流側の第１ガイドロール１５で集電箔５の塗工側の面を圧迫し，下流側の第２ガイドロール１６でその裏面を圧迫するようにしている。しかしこれを入れ替えて，上流側のガイドロールで裏面を圧迫し，下流側のガイドロールで塗工側の面を圧迫するようにしてもよい。ただし前述の距離Ｄをなるべく小さくするという観点からは，実施形態通りの配置の方が有利である。
【００３６】
また，本実施の形態の装置１では，湿潤粉体転写部２として前述のようにコンマコーターを採用したが，これに限らない。図３に示すダイコーターや図４に示す３本ロールコーターであってもよい。また，コンマコーターの中でも，図１等に示したコンマダイレクトコーターと呼ばれる種類のものの他，コンマリバースコーターと呼ばれる種類のものであってもよい。また微粒子塗工部３も，図示したグラビアコーター以外の形式の塗工機で置き替えてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１    装置
２    湿潤粉体転写部
３    微粒子塗工部
４    乾燥炉
１５  第１ガイドロール（支持部材）
１６  第２ガイドロール（支持部材）
θ１  角
θ３  角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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