JP5980927B2 - 移動表面の間欠被覆 - Google Patents

Description

本発明は、スロット形状をした送出開口を持つノズルを使用して、電気化学的に活性な粒子を含むペーストで移動表面を間欠被覆するための方法及び装置に関する。

用語「電池（ｂａｔｔｅｒｙ）」は、元来、直列に連結された複数のガルバーニ電池を意味した。しかし、今日では、個々のガルバーニ電池もまた、電池と呼ばれることが多い。ガルバーニ電池が放電されているとき、エネルギーを送出する化学反応が起こり、それは、互いに電気的に結合されているが互いに空間的に分離されている二つの副反応からなる。負極では、電子は酸化工程で放出され、外部負荷を介して正極への電子の流れをもたらし、正極によって対応する量の電子が受けとられる。従って、正極では、還元工程が起こる。同時に、電極反応に対応するイオンの流れがセル内で起こる。このイオンの流れは、イオン伝導性電解質によって確実にされる。二次セル及び電池では、この放電反応は可逆的であり、すなわち放電時に起こる化学エネルギーの変換は電気エネルギーに戻ることができる。

既知の二次セル及び電池の中で、比較的高いエネルギー密度が特にリチウムイオン電池によって達成されている。多くの場合、リチウムイオン電池は、複数の個々のセルからなるセルスタックを含む。巻かれたセル（コイル）もまた、しばしば使用される。リチウムイオン電池中のセルは、通常、正極／セパレーター／負極の順序を持つ電極箔とセパレーター板の複合体である。しばしば、かかる個々のセルは、負極／セパレーター／正極／セパレーター／負極または正極／セパレーター／負極／セパレーター／正極の可能性のある順序を持ついわゆる二重セルとして製造される。この場合の電極は、通常、金属電流コレクターを含み、それは、通常、平坦構造の形のものである。正極の場合、これは、通常、例えば発泡アルミニウム金属または有孔アルミニウム箔から作られたアルミニウムの網またはシートを含む。負極の側上には、銅の網または箔が通常採用される。

一般的に、リチウムイオン電池のために述べられるセルは多段階法で作られる。第一工程で前述の電極箔が作られ、次いでこれらは一つ以上のセパレーターシートと組み合わされて前述の電極／セパレーター複合体を形成することが普通である。電極及びセパレーターは、通常、積層工程で互いに結合される。

電極を作るために、電気化学的に活性な粒子を含むペースト状材料（略して「ペースト」）の平坦層が、好適なコレクター上に付与され、続いて乾燥されることが通常である。ペーストはコレクターの両側上に付与されることが好ましい。製造技術に関して、これは、通常、ほぼ無端のストリップとしてコレクターを提供することによって実行され、それは、続いて被覆装置を通過し、そこで通過の方向に規定された距離で中断されたコレクターの付着された被覆が間欠被覆によって付与される。従って、被覆装置から出て来るコレクターストリップは、通過の方向に交互になっている被覆領域及び非被覆領域を持つ。コレクターストリップは、続いて非被覆領域でストリップを切断することによって分割されることができる。

ペーストは、例えばドクターブレードでコレクター上に付与されるが、高処理量の用途に特に適している幅広スロットノズル（スロットダイノズル）もまた、このために使用されることができる。それらは、ペースト溜めから輸送経路を介してそれらに供給されるペーストのためのスロット形状をした送出開口を持つ。間欠被覆のために、送出開口の方向のペースト流は、制御手段によって調節され、制御手段は、規則的な時間間隔でそれをブロックする。しかし、特に高い割合の弾性体を持つペーストの場合には、この手順は欠点を伴う。かかるペーストは、粘着性の流れ工程によって、スロット形状をした送出開口の方向のペースト供給の中断後に緩み、そこでしずくが形成されることができ、その影響は、望ましくない厚さを持つ縁が次の被覆間隔で形成されることである。しずくはまた、おそらく、通過するコレクターストリップに触れ、ストリップの非被覆領域を汚染しうる。

米国出願２００４／００６２８６６Ａ１は被覆装置を開示し、それによって塗料が平坦なベース材料上に不連続に付与される。塗料は、この場合に溜めからノズルヘッド中にポンプ輸送され、このヘッド内にはプランジャーシステムによって減圧が適用されることができるコレクター容器がある。被覆が中断されるとき、特に前述のプランジャーシステムによって減圧がコレクター容器に適用されることができる。不注意な塗料送出は、それにより妨げられることができる。しかし、米国出願２００４／００６２８６６Ａ１には電極のためのペーストの処理について全く言及されていない。

本発明の目的は、電気化学的に活性な粒子を含むペーストによって移動表面を間欠被覆するための装置及び方法を提供することであり、それにより被覆工程時のしずくの形成に関連する上述の問題が避けられることができることである。

この目的は、請求項１の特徴を持つ方法によって、そして請求項４の特徴を持つ装置によって達成される。本発明による方法の好ましい実施態様は、請求項２及び３に特定されている。全ての請求項の用語は、これによりこの明細書の内容中に参考として組み入れられる。

本発明による方法は、電気化学的に活性な粒子（以下において電気化学的に活性な物質とも呼ばれる）を含むペーストによる移動する対象物の間欠被覆のために使用される。特に、このペーストは、電池電極の製造のためのペーストであり、電気化学的に活性な粒子は対応するように、冒頭で述べたような電池内の充電及び／または放電では、電子及び／またはイオンを受容及び／または放出することによって化学的に変性される粒子である。言い換えれば、本発明による方法はまた、電池電極の製造のための方法である。

しかし、本発明による方法はまた、例えば、燃料電池の電極触媒層の製造のために使用されることができる。この場合、ペーストは処理され、それは、水素またはメタノールのような燃料の冷間燃焼を触媒作用することができる電気化学的に活性な粒子として触媒粒子（貴金属、ラネーニッケル、タングステンカーバイド、硫化モリブデン、硫化タングステン、または同様の好適な物質）を含む。

電池電極の製造の場合には、移動表面は、冒頭で述べたコレクターストリップの上部及び／または下部側であるか、またはペーストから形成された電極がかかるコレクターストリップ上に移動されることができるロールまたは他の平坦な基板のようなキャリヤー基板であることが特に好ましい。

本発明による方法により、電池のための正及び負極の両方を製造することが可能である。本発明による方法の好ましい実施態様では、移動表面は、アルミニウムから作られた電流コレクターの一方の側であり、ペーストは電池、特にリチウムイオン電池の正極のための材料を含む電極ペーストである。本発明による方法の別の好ましい実施態様では、移動表面は、銅から作られた電流コレクターの表面であり、ペーストは電池、特にリチウムイオン電池の負極のための材料を含む電極ペーストである。

リチウムイオン電池の負極のための電極ペーストの一例として、好適な溶剤及び／または、分散剤、電気化学的に活性な物質としての黒鉛粒子、カルボキシメチルセルロースナトリウムのような電極結合剤、及び任意選択的に導電性添加物を含むペーストを挙げることができる。好適な溶剤及び／または分散剤のほかに、正極のためのペーストは、例えば電気化学的に活性な物質としてのリチウムコバルト酸化物、同様の電極結合剤及び導電性添加物を含むことができる。選択された活性物質及び結合剤に依存して、ペーストは、水性及び／または非水性の溶剤及び／または分散剤を持つことができる。

本発明による方法の範囲において、ペーストは、スロット形状をした送出開口を持つノズルを使用することによって付与され、この送出開口にペースト溜めから輸送経路を介してペーストが供給される。ペースト溜めは、ペーストを送出するために圧力下にあってもよく、あるいは例えばポンプはまた、ペースト溜めの下流に連結されてもよい。送出開口へのペースト供給は制御手段によって調節され、制御手段は、第一切り替え位置では送出開口へのペースト供給を可能にし、第二切り替え位置ではペースト供給から送出開口まで延びる輸送経路の部分を断絶しながら輸送経路をブロックする。

本発明による方法は、特に、制御手段が第二切り替え位置にあるとき、ペースト供給から断絶された輸送経路の部分に、従って輸送経路内に含まれるペーストに減圧が適用されることを特徴とする。このようにして、冒頭で述べたように、粘着性の流れ工程による送出開口の方向のペーストの緩みが妨げられ、従って送出開口でのしずくの形成が防止されることができる。

ペースト供給から断絶された輸送経路の部分への適用のために、本発明による方法の範囲で採用された制御手段は、それが第二切り替え位置で輸送経路の断絶された部分を減圧源に連結するように形成される。これは、特に有利には制御手段として回転可能に取り付けられ、かつ好ましくは円筒状に形成された制御心棒を選択することによってなされることができ、この制御心棒は通路を含み、通路を介して、ペースト溜めは、第一切り替え位置では送出開口と連通連結状態にあり、第二切り替え位置で輸送経路の断絶された部分は、減圧源と連通連結状態にある。

スロット形状をした送出開口ができるだけ均一に電極ペーストを供給されることができるように、少なくとも制御手段と送出開口の間の輸送経路の部分は同様にスロットの形状に形成されることが好ましい。かかるスロット形状をした輸送経路を通るペーストの流れは、制御心棒によって特に効率的に調節されることができる。好適な実施態様では、制御心棒の前述の通路はスロット形状をした通路であり、その長手方向部分は、輸送経路のスロット形状をした部分の寸法及び幾何学的形状に適合され、従って第一切り替え位置では最少の可能な抵抗を持って経路を通してのペーストの流れが確保される。かかる通路は、ワイヤー放電加工によって特にうまく制御心棒中に導入されることができる。

制御心棒は、好ましくは円筒状の内腔内に回転可能に取り付けられることが好ましい。ペースト溜めから来る輸送経路の部分、及び減圧源から来る少なくとも一つの減圧経路がそこに開口する。内腔はさらに、スロット形状をした出口開口の方向に出口を含む。少なくともこの出口及び輸送経路の入口開口は、前述のスロット形状を持つことが好ましい。それらは両方ともスロット形状をした開口であり、それは内腔の壁を通して軸方向に貫通する。減圧経路の入口は、必ずしもスロット形状をしていない。

本発明による装置は、特に記載された方法を実行するために、すなわち電気化学的に活性な粒子を含むペーストによって移動表面を間欠被覆するために、使用される。それは、以下の構成要素を持つノズルを含む：
・ スロット形状をした送出開口、
・ 輸送経路であって、それを介してペーストがペースト溜めから送出開口に供給されるもの、
・ 送出開口へのペースト供給を調節し、第一切り替え位置では送出開口へのペースト供給を可能にし、第二切り替え位置では輸送経路をブロックし、ペースト供給から送出開口まで延びる輸送経路の部分を断絶するように形成される制御手段、
・ 減圧経路であって、それを介してペースト供給から断絶された輸送経路の部分が、制御手段が第二切り替え位置にあるときに減圧源に連結されることができるもの。

輸送経路及び制御手段の好適な実施態様に関して、上記の説明を参照されたい。減圧源は、商業的に入手可能な減圧ポンプであることができる。好ましくは、減圧源は、減圧経路及び既述の制御手段における通路を介して第二切り替え位置でペースト供給から断絶された輸送経路の部分に結合される。

本発明による方法、及び本発明による装置は、図面の助けにより詳細に説明されるだろう。この点で、本願に記載されたように、本発明による方法、及び本発明による装置の全ての任意の態様がそれら自身でまたは本発明の実施態様の他の記載された任意の態様の一つ以上と組み合わせてそれぞれ実施されることができることは明示的に強調されるべきである。好適な実施態様の以下の説明は、単に本発明の説明及びより良い理解のための役割を有し、決して限定として解釈されるべきでない。

図１ａ−１ｂは、本発明による装置の制御手段が占めることができる第一及び第二切り替え位置を概略的に示す。 図２は、制御手段の好適な実施態様を示す補助図であり、この補助図により制御手段の好適な実施態様がより詳細に説明されるだろう。

図１ａは、制御心棒１００を断面で表わし、それは第一切り替え位置にあり、そこではペースト溜め１０８から導かれる輸送経路部分１０２は、スロット形状をした通路１０１を介してスロット形状をしたノズル１１０に導く輸送経路部分１０３に連結される。輸送経路内のペーストの移動方向は矢印により表わされている。制御心棒１００は内腔１０５内に回転可能に取り付けられる。制御心棒の約２５°の回転（反時計回り）によって、それは第二切り替え位置にもたらされる。これは図１ｂに表わされている。輸送経路はそのときブロックされ、輸送経路の部分１０３はペースト供給から断絶される。しかし、代わりに、それは、今やスロット形状をした通路１０１を介して減圧源１０９に導かれる減圧経路１０４と連通連結状態にある。減圧は、減圧経路１０４を介して部分１０３に適用されることができる。従って、部分１０３に含まれるペーストに対して示された矢印方向の牽引力を及ぼす。

制御心棒１００の代替的な断面図が図２に示されている。ここでは、スロット形状をした通路１０１が二つの異なる形状をした出口開口を持つことを見ることができる。開口１０７の開口角度は、開口１０６の開口角度よりかなり大きい。これは、制御心棒１００が第二切り替え位置に回転されるときに通路１０１が輸送経路部分１０３に結合したままであることを確実にする。開口角度の寸法は、この場合、輸送経路部分１０２と減圧経路１０４の間の半径方向距離に合致されなければならない。一般的に、開口角度は１０°〜９０°である。

Claims (3)

1. スロット形状をした送出開口を持つノズルを使用することによって、電気化学的に活性な粒子を含むペーストで移動表面を間欠被覆するための方法であって、ペーストが輸送経路を介してペースト溜めから送出開口に供給され、送出開口へのペースト供給が、第一切り替え位置では送出開口へのペースト供給を可能にし、第二切り替え位置では輸送経路をブロックし、ペースト供給から送出開口まで延びる輸送経路の部分を断絶する制御手段によって調節される方法において、減圧が、制御手段が第二切り替え位置にあるときにペースト供給から断絶された輸送経路の部分に適用され、制御手段が、第二切り替え位置で輸送経路の断絶された部分を減圧源に連結するように形成されていること、及び制御手段が回転可能に取り付けられた制御心棒であり、制御心棒が通路を含み、通路を介して、ペースト溜めが第一切り替え位置では送出開口と連通連結状態にあり、輸送経路の断絶された部分が第二切り替え位置では減圧源と連通連結状態にあることを特徴とする方法。
2. 制御心棒が内腔内に回転可能に取り付けられ、内腔中に輸送経路、及び減圧源から来る減圧経路が開口していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 電気化学的に活性な粒子を含むペーストで移動表面を間欠被覆するための装置であって、
   ・ スロット形状をした送出開口、
   ・ 輸送経路であって、それを介してペーストがペースト溜めから送出開口に供給されるもの、
   ・ 送出開口へのペースト供給を調節し、第一切り替え位置では送出開口へのペースト供給を可能にし、第二切り替え位置では輸送経路をブロックし、ペースト供給から送出開口まで延びる輸送経路の部分を断絶する制御手段、及び
   ・ 減圧経路であって、それを介してペースト供給から断絶された輸送経路の部分が減圧源に連結されることができるもの、
   を持つノズルを含み、
   制御手段が、第二切り替え位置で輸送経路の断絶された部分を減圧源に連結するように形成されていること、及び制御手段が回転可能に取り付けられた制御心棒であり、制御心棒が通路を含み、通路を介して、ペースト溜めが第一切り替え位置では送出開口と連通連結状態にあり、輸送経路の断絶された部分が第二切り替え位置では減圧源と連通連結状態にあることを特徴とする装置。

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