(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極合剤貯留タンクから供給された湿潤状態の電極合剤を一対の加熱ローラに供給し、この加熱ローラで電極合剤シートに加工するステップと、上記電極合剤シートと電極芯材とを上記加熱ローラの下流側に存在する一対の圧着ローラに供給し、この圧着ローラで両者を圧着するステップとを備えた電極の製造方法において、
上記加熱ローラは、上記電極合剤が加熱ローラ間に滞留していない状態で、ローラの幅方向でローラの表面温度に温度差が存在し、
上記加熱ローラとして、ローラの幅方向端部からローラの幅方向中央部に行くにつれて高温となるように温度制御されたものを用いることを特徴とする電極の製造方法。
【請求項２】
電極合剤貯留タンクから供給された湿潤状態の電極合剤を一対の加熱ローラに供給し、この加熱ローラで電極合剤シートに加工するステップと、上記電極合剤シートと電極芯材とを上記加熱ローラの下流側に存在する一対の圧着ローラに供給し、この圧着ローラで両者を圧着するステップとを備えた電極の製造方法において、
上記加熱ローラは、上記電極合剤が加熱ローラ間に滞留していない状態で、ローラの幅方向でローラの表面温度に温度差が存在し、
上記加熱ローラとして、複数個のローラに分割され且つそれぞれのローラが温度制御可能なものを用いることを特徴とする電極の製造方法。
【請求項３】
上記加熱ローラとして、ローラの幅方向端部からローラの幅方向中央部に行くにつれて高温となるように温度制御されたものを用いる、請求項２記載の電極の製造方法。
【請求項４】
電極合剤貯留タンクから供給された湿潤状態の電極合剤を電極合剤シートに加工する一対の加熱ローラと、この加熱ローラの下流側に存在し、積層状態で搬送される上記電極合剤シートと電極芯材とを圧着する一対の圧着ローラとを備えた電極の製造装置において、
上記加熱ローラは、上記電極合剤が加熱ローラ間に滞留していない状態で、ローラの幅方向でローラの表面温度に温度差が存在するように制御可能な構造となっていることを特徴とする電極の製造装置。
【請求項５】
上記加熱ローラは、複数個のローラに分割され且つそれぞれのローラが温度制御が可能となるように構成される、請求項４記載の電極の製造装置。
【請求項６】
上記加熱ローラは、ローラの幅方向端部からローラの幅方向中央部に行くにつれて高温となるように温度制御される、請求項４又は５記載の電極の製造装置。
【請求項７】
上記加熱ローラの外周におけるローラ幅方向中心部近傍には、補助ヒータが設けられている、請求項４〜６のいずれか１項に記載の電極の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極の製造方法及びその方法に用いられる装置に関し、特に電池の放電容量のバラツキを低減できる電極の製造方法及びその方法に用いられる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電極板（特に、正極板）の製造方法としては、以下に示すような方法が提案されている。即ち、正極板を例にとって説明すると、湿潤状態の正極合剤を一対の加熱ローラ間に供給し、この加熱ローラで正極合剤シートに加工した後、この正極合剤シートと正極芯材とを圧着ローラに供給し、この圧着ローラで両者を圧着する。そして、この圧着物を、図４に示すように、複数の極板が得られるように切断線５１で極板の幅寸法Ｌ3 となるように切断した後、極板の長さ寸法Ｌ4 となるように切断線５２で切断することにより正極板を作製する方法である。尚、正極芯材の両面に正極合剤シートを圧着する場合には、一対の加熱ローラを２つ設け、対となっている加熱ローラに正極合剤をそれぞれ供給して２枚の正極合剤シートを作製し、この正極合剤シートを正極芯材のそれぞれの面に位置するように圧着ローラに供給して、正極芯材と２枚の正極合剤シートとを圧着するような方法が採用されている。
【０００３】
しかしながら、上記従来の方法では、以下に示すような課題を有していた。即ち、正極合剤シートを作製する際、一対の加熱ローラ上で正極合剤が滞留するが、この時、加熱ローラの中央部は端部に比べて、滞留している正極合剤に奪われる熱量が多くなるため、中央部は端部に比べて温度が低くなる。一方、正極合剤を作製する際には、粉末状の正極活物質同士を結着するためにポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の結着剤を混合しているが、この結着剤は温度により伸びが異なる（具体的には、温度が低い程、伸び量が少なくなる）という性質がある。これらのことから、加熱ローラにより作製される正極合剤シートにおいて、端部と中央部とでは厚みが異なることになる（具体的には、温度の高い加熱ローラの端部に対応する正極合剤シートの端部５３は、温度の低い加熱ローラの中央部に対応する正極合剤シートの中央部５４より薄くなる）。このことは、その後の圧着ローラで正極合剤シートと正極芯材と圧着するという工程を経ても変わらないので、その後の切断工程において、正極合剤シート端部５３から作製された正極板は、正極合剤シート中央部５４から作製された正極板より薄くなる。このように、正極板毎に厚みの差異が生じると、正極板厚みは正極板質量すなわち正極板に含まれる正極活物質に比例するので、同一の正極合剤シートを用いて作製した電池であっても、電池毎に放電容量のバラツキが生じるという課題を有していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の事情に鑑みなされたものであって、電極合剤が貯留された状態で加熱ローラの中央部と端部とにおける温度差を低減することにより、正極合剤シートにおける厚みの不均一を抑制し、電池毎に放電容量のバラツキが生じるのを抑制することができる電極の製造方法及びその方法に用いられる装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１記載の発明は、電極合剤貯留タンクから供給された湿潤状態の電極合剤を一対の加熱ローラに供給し、この加熱ローラで電極合剤シートに加工するステップと、上記電極合剤シートと電極芯材とを上記加熱ローラの下流側に存在する一対の圧着ローラに供給し、この圧着ローラで両者を圧着するステップとを備えた電極の製造方法において、上記加熱ローラは、電極合剤が加熱ローラ間に滞留していない状態で、ローラの幅方向でローラの表面温度に温度差が存在し、上記加熱ローラとして、ローラの幅方向端部からローラの幅方向中央部に行くにつれて高温となるように温度制御されたものを用いることを特徴とする。
【０００６】
上記方法の如く、電極合剤が加熱ローラ間に滞留していない状態で、ローラの幅方向でローラの表面温度に温度差が存在していれば、加熱ローラ上に電極合剤が滞留した場合に、加熱ローラの高温部分では、滞留している電極合剤に奪われる熱量が多くなる一方、加熱ローラの低温部分では、滞留している電極合剤に奪われる熱量が少なくなるようにすることが可能となるため、加熱ローラ上に電極合剤が滞留した状態で、加熱ローラの幅方向において温度差が生じるのを抑制することができる。したがって、加熱ローラから排出される電極合剤シートにおける厚みの不均一を抑制することができ、この結果、電池毎に放電容量にバラツキが生じるのを抑制することができる。
一対の加熱ローラ上で電極合剤が滞留した場合、ローラ中央部はローラ端部に比べて、滞留している電極合剤に奪われる熱量が多くなる。したがって、電極合剤が加熱ローラ間に滞留していない状態で、ローラ端部からローラ中央部に行くにつれて高温となるように加熱ローラが温度制御されていれば、加熱ローラの幅方向において温度差が生じるのを抑制することができる。
【０００７】
また、請求項２記載の発明は、電極合剤貯留タンクから供給された湿潤状態の電極合剤を一対の加熱ローラに供給し、この加熱ローラで電極合剤シートに加工するステップと、上記電極合剤シートと電極芯材とを上記加熱ローラの下流側に存在する一対の圧着ローラに供給し、この圧着ローラで両者を圧着するステップとを備えた電極の製造方法において、上記加熱ローラは、上記電極合剤が加熱ローラ間に滞留していない状態で、ローラの幅方向でローラの表面温度に温度差が存在し、上記加熱ローラとして、複数個のローラに分割され且つそれぞれのローラが温度制御可能なものを用いることを特徴とする。
上記方法では、請求項１記載の発明と同様に、加熱ローラから排出される電極合剤シートにおける厚みの不均一を抑制することができ、この結果、電池毎に放電容量にバラツキが生じるのを抑制することができる。
また、このように、分割された複数個のローラがそれぞれ温度制御可能であれば、加熱ローラの幅方向においてローラの表面温度に温度差を設けるということを容易に実現することができる。
【０００８】
また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、上記加熱ローラとして、ローラの幅方向端部（以下、ローラ端部と略する）からローラの幅方向中央部（以下、ローラ中央部と略する）に行くにつれて高温となるように温度制御されたものを用いることを特徴とする。
一対の加熱ローラ上で電極合剤が滞留した場合、ローラ中央部はローラ端部に比べて、滞留している電極合剤に奪われる熱量が多くなる。したがって、電極合剤が加熱ローラ間に滞留していない状態で、ローラ端部からローラ中央部に行くにつれて高温となるように加熱ローラが温度制御されていれば、加熱ローラの幅方向において温度差が生じるのを抑制することができる。
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項４記載の発明は、電極合剤貯留タンクから供給された湿潤状態の電極合剤を電極合剤シートに加工する一対の加熱ローラと、この加熱ローラの下流側に存在し、積層状態で搬送される上記電極合剤シートと電極芯材とを圧着する一対の圧着ローラとを備えた電極の製造装置において、上記加熱ローラは、電極合剤が加熱ローラ間に滞留していない状態で、ローラの幅方向でローラの表面温度に温度差が存在するように制御可能な構造となっていることを特徴とする。
このような装置を用いることにより、請求項１記載の製造方法を容易に実現することができる。
【００１０】
また、請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、上記加熱ローラは、複数個のローラに分割され且つそれぞれのローラが温度制御が可能となるように構成されることを特徴とする。
このような装置を用いることにより、請求項２記載の製造方法を容易に実現することができる。
【００１１】
また、請求項６記載の発明は、請求項４又は５記載の発明において、上記加熱ローラは、ローラ端部からローラ中央部に行くにつれて高温となるように温度制御されることを特徴とする。
このような装置を用いることにより、請求項３記載の製造方法を容易に実現することができる。
【００１２】
また、請求項７記載の発明は、請求項４〜６のいずれか１項に記載の発明において、上記加熱ローラの外周におけるローラ幅方向中心部近傍には、補助ヒータが設けられていることを特徴とする。
このように補助ヒータを設けることにより、一層容易にローラ中央部を高温状態とすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図１〜図３に基づいて、以下に説明する。
図１は本発明の電極の製造方法に用いられる装置の概略説明図、図２は加熱ローラの斜視図、図３は加熱ローラの変形例を示す斜視図である。
【００１４】
図１に示すように、本発明の電極の製造方法に用いられる装置は、湿潤状態の正極合剤２・２が貯留されたホッパー１・１と、これら各ホッパー１・１に対応して設けられ、且つ、ホッパー１・１から供給される正極合剤２・２を加圧、加熱することにより正極合剤シート３・３を作製する一対の加熱ローラ４・４と、この加熱ローラ４・４から供給された正極合剤シート３・３を、それぞれ正極芯材５の各面に配置した状態でこれらを加圧、加熱することにより、正極芯材５に正極合剤シート３・３を圧着する一対の圧着ローラ６・６とを有している。尚、図１中、７は補助ローラである。
【００１５】
上記加熱ローラ４は、図２に示すように、３分割された分割ローラ部分１０ａ・１０ａ・１０ｂを有しており、これら分割ローラ部分１０ａ・１０ａ・１０ｂの幅Ｌ1 は６０ｍｍとなるように構成されている。また、上記分割ローラ部分１０ａ・１０ａ・１０ｂ間には、分割ローラ部分１０ａ・１０ａ・１０ｂ間での断熱を図るためのパッキング１１・１１が設けられており、これらパッキング１１・１１の幅Ｌ2 は１０ｍｍとなるように構成されている。更に、上記分割ローラ部分１０ａ・１０ａ・１０ｂのうち中央部に配置された分割ローラ部分１０ｂにおける正極合剤シート３・３作製位置とは反対側の位置には、分割ローラ部分１０ｂのみを加熱するための補助ヒータ１２が配置されている。
【００１６】
ここで、上記装置を用いて正極を作製したので、その具体的な方法を以下に示す。
先ず、正極活物質としての二酸化マンガン９０質量部と、導電剤としてのグラファイト１０質量部とを良く混合した後、この混合物に結着剤としてのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の分散液５質量部と純水２０質量部とを加えて混練し、粉砕整流して湿潤状態の正極合剤を作製した。次に、湿潤状態の正極合剤２・２をホッパー１・１に装填し、このホッパー１・１から加熱ローラ４・４に正極合剤２・２を供給して、正極合剤シート３・３（幅：２００ｍｍ、厚み：０．５ｍｍ）を作製した。この際、正極合剤２・２が加熱ローラ４・４間に滞留していない状態で、加熱ローラ４・４の端部に存在する分割ローラ部分１０ａ・１０ａの温度は１００℃に、加熱ローラ４・４の中央部に存在する分割ローラ部分１０ｂの温度は１１０℃に設定した。このように温度設定することにより、加熱ローラ４・４上に正極合剤が滞留した場合、中央部に存在する分割ローラ部分１０ｂは端部に存在する分割ローラ部分１０ａ・１０ａに比べて滞留している正極合剤に奪われる熱量が多くなるので、加熱ローラ４・４の幅方向において温度差が生じるのを抑制することが可能となる。
【００１７】
尚、分割ローラ部分１０ｂの温度を分割ローラ部分１０ａ・１０ａより高く設定する手段としては、分割ローラ部分１０ｂのみを加熱するための補助ヒータ１２により成され、また、正極合剤シート３・３の厚みの調整は、加熱ローラ４・４間の隙間の大きさを調整することにより成されている。
【００１８】
次いで、上記正極合剤シート３・３を、それぞれ正極芯材５の各面に配置した状態でこれらを１００〜１３０℃に加熱された圧着ローラ６・６で加圧、加熱することにより、正極芯材５に正極合剤シート３・３を圧着した。この後、この圧着物を正極幅（２５ｍｍ）と同様の幅となるように８列で切断し、更に正極長さ（２００ｍｍ）と同様の長さとなるように切断して正極板を作製した。
【００１９】
尚、加熱ローラ４・４の構造は分割構造に限定するものではなく、図３に示すように、分割していない構造であっても良い。但し、分割構造としている方が、加熱ローラ４・４の幅方向においてローラの表面温度に温度差を設け易くなるという利点がある。一方、加熱ローラ４・４を分割する場合には、３分割に限定するものではなく、４分割以上であっても良い。そして、例えば、５分割とする場合には、中央の分割ロール部分には高温の補助ヒータを設け、これに隣接する分割ロール部分には若干低温の補助ヒータを設け、端部にある分割ロール部分には補助ヒータを設けないというような構成であっても良い。
【００２０】
また、加熱ローラ４・４の分割ロール部分１０ａ・１０ａ・１０ｂにおける温度設定は、上記の温度設定に限定するものではなく、結着剤の種類や量によって適宜変更すれば良い。
【００２１】
更に、加熱ローラ４・４の分割ロール部分１０ａ・１０ａ・１０ｂにおける温度設定は、補助ヒータ１２で成されるという構成に限定するものではなく、分割ロール部分１０ａ・１０ａ・１０ｂのそれぞれに設けられた内部ヒータにより成される構成であっても良い。
【００２２】
加えて、本発明の方法及び装置は、正極の製造のみではなく、例えば、炭素材料等の粉状物と結着剤とを混練して作製する負極の製造にも適応しうることは勿論である。
【００２３】
【実施例】
〔実施例〕
上記の発明の実施の形態の方法で作製した正極と、リチウム金属から成る負極とを、ポリエチレン製微多孔膜から成るセパレータを介して巻回して渦巻き状の発電要素を作製した後、この発電要素を外装缶内に挿入し、更に、エチレンカーボネート（ＥＣ）とブチレンカーボネート（ＢＣ）とジメトキシエタン（ＤＭＥ）との混合溶媒に、ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 が１Ｍ（モル／リットル）の割合で溶解された電解液を外装缶内に注入し、外装缶を封口することにより電池を作製した。
このようにして作製した電池を、以下本発明電池Ａと称する。
【００２４】
〔比較例〕
正極作製時に、正極合剤が加熱ローラ間に滞留していない状態で、ローラの端部とローラの中心部とで温度差が設けられていない加熱ローラを用いた他は、上記実施例と同様にして電池を作製した。
このようにして作製した電池を、以下比較電池Ｘと称する。
【００２５】
〔実験〕
上記本発明電池Ａと比較電池Ｘとにおいて、２００Ωの抵抗で電池電圧が２Ｖまで放電させ、各電池の放電容量のバラツキについて測定したので、その結果を下記表１に示す。尚、電池の試料数は、各電池１００個とした。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
上記表１から明らかなように、本発明電池Ａは比較電池Ｘに比べて、放電容量のバラツキが格段に低減されていることが分かる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電極合剤が貯留された状態で加熱ローラの中央部と端部とにおける温度差を低減することにより、正極合剤シートにおける厚みの不均一を抑制し、電池毎に放電容量にバラツキが生じるのを抑制することができるといった優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電極の製造方法に用いられる装置の概略説明図である。
【図２】加熱ローラの斜視図である。
【図３】加熱ローラの変形例を示す斜視図である。
【図４】圧着物の切断方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１：ホッパー
２：正極合剤
３：正極合剤シート
４：加熱ローラ
５：正極芯材
６：圧着ローラ
１０ａ：分割ローラ部分
１０ｂ：分割ローラ部分
１１：パッキング
１２：補助ヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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