JP6299573B2 - 塗工装置 - Google Patents

Description

本発明は塗工装置に関し、特に二次電池の電極上に絶縁層を形成するための塗工装置に関する。

特許文献１には、電極箔上に正極合剤層、負極合剤層がそれぞれ形成された正極、負極を、セパレータを介して積層巻回した非水電解質二次電池が開示されている。内部短絡を防止するために、正極の電極箔上において正極合剤層が形成されていない正極合剤未塗布部分であって、負極合剤層とセパレータを介して対向している部分には絶縁層が形成されている。

特許文献１では、絶縁層は、ダイコーターにより絶縁層となる樹脂を電極箔上に塗布することにより形成されている。絶縁層を形成した後、ダイコーターにより正極合剤スラリーを電極箔上に塗布して、正極合剤層を形成している。

また、特許文献１には、絶縁層となる樹脂を、予め電極箔上に形成されている正極合剤層の端部を覆うように、加熱ダイスロットを用いて塗布するホットメルト方式が開示されている。絶縁層の一部は、正極合剤層上に重なるように形成される。

特許文献２には、二次電池の正極合剤スラリー及び負極合剤スラリーを電極箔上に塗布するダイコーターが開示されている。ダイヘッドの先端部は、テーパ形状である。

特開２００４−２５９６２５号公報 特開２０１４−１４７８５７号公報

本発明者は、電極箔上に正極合剤層を形成した後に、絶縁層の一部が正極合剤層上に重なるように、電極箔上と正極合剤層上に同時にダイコーターにより絶縁層を塗工する場合に、以下のような問題点が生じることを見出した。

正極合剤層とダイヘッド先端部との間の距離（塗工ギャップ）と、電極箔とダイヘッド先端部との間の距離とは大きく異なる。正極合剤層とダイヘッド先端部との塗工ギャップに合わせて樹脂の吐出量の制御を行った場合、電極箔上に均一に樹脂を塗工することが難しくなる。一方、電極箔とダイヘッド先端部との塗工ギャップに合わせて樹脂の吐出量の制御を行った場合、余分な樹脂が本来塗工しなくてよい正極合剤層上の部分にまで流れ込んでしまう可能性がある。

本発明は、上記のような問題点を背景としてなされたものであり、本発明の目的は、電極箔上と合剤層上とに同時に均一に樹脂を塗工することが可能な塗工装置を提供することである。

実施の形態に係る塗工装置は、合剤層が形成された電極箔上に、前記合剤層上から前記電極箔上にわたって連続した絶縁層を形成するように樹脂を吐出するリップ先端部と、前記リップ先端部に設けられ、前記樹脂の吐出方向に前記合剤層の厚みに対応した高さを有する段差部とを有するダイヘッドを備えるものである。

リップ先端部が電極箔に対向し、段差部が合剤層に対向するように配置することにより、合剤層と段差部の塗工ギャップと、電極箔とリップ先端部との塗工ギャップとを略等しくすることができる。

本発明によれば、電極箔上と合剤層上とに同時に均一に樹脂を塗工することが可能な塗工装置を提供することが可能となる。

実施の形態に係る段差部を有するダイヘッドを備えるダイコーターの構成を示す模式図である。 図１に示すダイヘッドのＩＩ−ＩＩ断面図である。 図２に示すダイヘッドを白抜き矢印方向から見た図である。 実施の形態に係るダイコーター１０により形成された二次電池３０の構成を説明する図である。 実施の形態に係る二次電池の製造方法を説明する工程図である。 実施の形態に係る二次電池の製造方法を説明する工程図である。 実施の形態に係る二次電池の製造方法を説明する工程図である。 正極３１の絶縁層２１形成前の状態を示す上面図である。 正極３１の絶縁層２１形成前の状態を示す側面図である。 正極３１の絶縁層２１形成後の状態を示す上面図である。 正極３１の絶縁層２１形成後の状態を示す側面図である。 段差部を有しないダイヘッドを備えるダイコーターの構成を示す図である。 段差部を有しないダイヘッドを用いて形成された絶縁層の状態を示す図である。 段差部を有しないダイヘッドを用いて形成された絶縁層の状態を示す図である。

本願発明の実施形態の説明に先立ち、本発明者が見出した本願発明の問題点について説明する。上述したように、電極箔上に合剤層を形成した後に、絶縁層の一部が合剤層上に重なるように、ダイコーターにより電極箔上と合剤層上に同時に絶縁層を塗工する場合、樹脂を均一に塗工することが難しい。正極合剤層とダイヘッド先端部との間の距離と、電極箔とダイヘッド先端部との間の距離とが大きく異なるためである。

図８は、段差部を有しないダイヘッドを備えるダイコーターの構成を示す図である。図８に示す例は、スリット型のダイコーターであり、ダイヘッド１のリップ先端部２から絶縁層６となる樹脂５が吐出される。図８に示すように、ダイヘッド１のリップ先端部２は直線状となっている。

このように、段差部を有しないダイヘッド１を用いる場合、電極箔３上と合剤層４上とに同時に樹脂５を塗工しようとすると、リップ先端部２が合剤層４に当たり、リップ先端部２で合剤層４を削ってしまう恐れがある。

このため、図８に示すように、ダイヘッド１のリップ先端部２が合剤層４に当たらないように、リップ先端部２を合剤層４から所定の距離離した状態で、電極箔３上のみに樹脂５を塗布して、絶縁層６を形成することとなる。

図９Ａ、９Ｂは、段差部を有しないダイヘッド１を用いて形成された絶縁層６の状態を示す図である。図９Ａは、電極箔３、合剤層４を有する正極を上面から見た図である。図９Ｂは、正極を側面から見た図である。図９Ａ、９Ｂに示すように、絶縁層６と合剤層４の端部との間に隙間が空いてしまう。このため、二次電池の内部短絡を防止するという絶縁層の機能が損なわれるという問題がある。

本発明の実施形態では、リップ先端部に合剤層の厚みに対応した段差部を有するダイヘッドを用いて、合剤層上から電極箔上にわたって連続した絶縁層を同時に形成する。

以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。以下の図面においては、同じ作用を奏する構成要素には同じ符号を付している。なお、各図における寸法関係は実際の寸法関係を反映するものではない。

また、二次電池の構成として本明細書において特に言及している構成以外のもの（例えば、正極活物質、負極活物質、セパレータ、電解質の構成やこれらの製造方法等）は、本発明の技術分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。

まず、図４を参照して、二次電池３０の構成について説明する。図４は、二次電池３０の構成を模式的に示す分解図である。図４に例示される二次電池３０は、リチウムイオン二次電池である。二次電池３０は、正極３１、負極３２、セパレータ３３を有する。

正極３１と負極３２とはセパレータ３３を介して積層され、電極体を構成している。正極３１は、正極電極箔３４、正極合剤層３５、絶縁層２１を有する。正極電極箔３４としては、例えば、細長いシート状のアルミニウム製の集電体が用いられる。正極電極箔３４の両面上には、それぞれ被膜状の正極合剤層３５が設けられている。典型的なリチウムイオン二次電池と同様に、正極合剤層３５は、所定の正極活物質を含む。

負極３２は、負極電極箔３６、負極合剤層３７を有する。負極電極箔３６としては、例えば、細長いシート状の銅製の集電体が用いられる。負極電極箔３６の両面上には、それぞれ被膜状の負極合剤層３７が設けられている。典型的なリチウムイオン二次電池と同様に、負極合剤層３７は、所定の負極活物質を含む。

セパレータ３３としては、微多孔性ポリプロピレンフィルム等を用いることができる。正極３１と負極３２との間にセパレータ３３を配置して、正極３１と負極３２とを互いに絶縁した状態で巻き回した後、正極３１、負極３２の所定の部分にそれぞれリードを接続して所定形状の外装内に収納することにより、リチウムイオン二次電池が形成される。

本実施の形態では、上述した巻回電極体の製造の際に、正極３１と負極３２間の短絡が発生しないように、絶縁層２１が形成されている。絶縁層２１は、正極３１の正極電極箔３４上において、正極合剤層３５が形成されていない未形成部分であって、負極合剤層３７とセパレータ３３を介して対向している部分に形成されている。絶縁層２１としては、例えば、固形分１００％のＵＶ硬化樹脂を用いることができる。

絶縁層２１の一部は、正極合剤層３５上に重なるように形成されている。すなわち、絶縁層２１は、正極合剤層３５上から正極電極箔３４上にわたって連続して形成されている。絶縁層２１の膜厚は、正極合剤層３５の膜厚よりも薄い。例えば、絶縁層２１の膜厚は１０μｍであり、正極合剤層３５の膜厚は３０μｍである。

実施の形態では、絶縁層２１は、正極合剤層３５上と正極電極箔３４上とに同時に、正極合剤層３５上から正極電極箔３４上にわたって連続して形成される。絶縁層２１は、当該絶縁層２１と正極合剤層３５の端部との間に隙間が生じないように、以下に説明する塗工装置を用いて形成される。

図１は、実施の形態に係る塗工装置の一例である、ダイコーター１０の構成を示す模式図である。図１に示すように、ダイコーター１０は、ダイヘッド１１、バックアップロール１２を有する。なお、ここでは図示していないが、ダイコーター１０は、樹脂２０を貯蔵するタンク、タンク内の樹脂をダイヘッド１１に送出するポンプ等を備えている。

ダイヘッド１１は、リップ先端部１３、段差部１４、マニホールド１５を有する。図２は、図１に示すダイヘッドのＩＩ−ＩＩ断面図である。図２に示すように、ダイヘッド１１は、リップ上部１６、リップ下部１７から構成される。リップ下部１７には、マニホールド１５が形成されている。リップ上部１６とリップ下部１７とを対向させて組み合わせることで、リップ上部１６の下面とリップ下部１７の上面とでスリット１８が形成される。

マニホールド１５は、内部に導入された樹脂２０を幅方向に分配する。マニホールド１５により幅方向に均一に分配された樹脂２０は、スリット１８を通って、吐出部１９から連続的に均一に吐出される。図３は、図２に示すダイヘッドを白抜き矢印方向から見た図である。図３に示すように、吐出部１９は、形成する絶縁層２１の幅に対応する所定の幅の矩形状となっている。

バックアップロール１２は、ダイヘッド１１のリップ先端部１３に対向して配置される。バックアップロール１２は、正極合剤層３５が形成された正極電極箔３４を支持する。バックアップロール１２は回転可能に設けられている。バックアップロール１２が回転することにより、正極合剤層３５が形成された正極電極箔３４が連続走行される。走行する正極３１上に吐出部１９から樹脂２０を押し出すことにより、正極３１上に樹脂２０が塗布される。

図１に示すように、リップ先端部１３には、段差部１４が形成されている。段差部１４は、正極合剤層３５の厚みに対応して形成されている。段差部１４は、リップ先端部１３の樹脂２０の吐出方向に、正極合剤層３５の厚みに対応した所定の高さを有する。

ダイヘッド１１は、スリット１８の向きが正極３１を搬送するバックアップロール１２の略中心を向くように水平に配置される。また、ダイヘッド１１は、リップ先端部１３の段差部１４が正極合剤層３５に対向するように、リップ先端部１３の段差部１４が形成されていない部分が正極電極箔３４に対向するように配置される。

これにより、正極合剤層３５と段差部１４の塗工ギャップと、正極電極箔３４とリップ先端部１３との塗工ギャップとを略等しくすることができる。塗工ギャップは、絶縁層２１の所望の膜厚に応じて適宜変更可能である。

このようなダイヘッド１１を用いて吐出部１９から樹脂２０を吐出すると、絶縁層２１の膜厚が正極合剤層３５の膜厚よりも薄い場合であっても、リップ先端部１３が正極合剤層３５にあたることなく、連続走行する正極電極箔３４、正極合剤層３５上に同時に均一に樹脂２０を塗布することが可能となる。これにより、正極合剤層３５がダイヘッド１１にあたって削られてしまうことがない。

また、正極合剤層３５と絶縁層２１との間に隙間が生じることなく、正極合剤層３５から正極電極箔３４にわたって連続した絶縁層２１を形成することができる。このため、正極３１、負極３２の内部短絡をより確実に防止することが可能となる。

ここで、図５Ａ〜５Ｃ、図６Ａ、６Ｂ、７Ａ、７Ｂを参照して、実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法について説明する。図５Ａ〜５Ｃは、実施の形態に係る二次電池の製造方法を説明する工程図である。図６Ａは、正極３１の絶縁層２１形成前の状態を示す上面図であり、図６Ｂはその側面図である。図７Ａは、正極３１の絶縁層２１形成後の状態を示す上面図であり、図７Ｂはその側面図である。

まず、図５Ａに示すようにシート状の正極電極箔３４両面上に間欠的に正極活物質合剤スラリーを塗布して乾燥することにより、正極合剤層３５を形成する。正極電極箔３４の両面に形成された正極合剤層３５の厚みは、それぞれ３０μｍとする。これにより、図６Ａ、６Ｂに示すように、正極電極箔３４上には、正極合剤層３５が形成された部分と正極電極箔３４が露出する未形成部分ができる。

正極電極箔３４上に正極合剤層３５を形成した後に、図５Ｂに示すように、図１に示すダイコーター１０を用いて絶縁層２１となる樹脂２０（ＵＶ硬化樹脂）を塗布する。樹脂２０の厚みは、１０μｍとする。上述した通り、ダイヘッド１１には正極合剤層３５の厚みに対応した段差部１４が形成されている。

リップ先端部１３の段差部１４が正極合剤層３５に対向するように、リップ先端部１３の段差部１４が形成されていない部分が正極電極箔３４に対向するように配置することで、ダイヘッド１１が正極合剤層３５にあたることを防ぐことが可能となる。また、樹脂２０と正極合剤層３５の端部との間に隙間が生じることなく、正極合剤層３５上から正極電極箔３４上にわたって均一に連続して樹脂２０を塗布することができる。

その後、図５Ｃに示すように、樹脂２０にＵＶ光を照射して、絶縁層２１を形成する。これにより、図７Ａ、７Ｂに示すように、絶縁層２１が正極合剤層３５の塗布部分の一部を被覆するように、正極合剤層３５上から正極電極箔３４上にわたって均一に連続した絶縁層２１を形成することができる。

以上説明したように、実施の形態によれば、正極電極箔３４上に形成された正極合剤層３５の端部のような段差形状となっている部分において、正極電極箔３４上、正極合剤層３５上のいずれに対しても同時に均一な塗工を行うことが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。実施の形態ではリチウムイオン二次電池について説明したが、これに限定されない。電極箔上に形成された合剤層のように段差形状になっている部分を覆うように塗料を塗布する場合に、本発明は適用可能である。

１０ ダイコーター
１１ ダイヘッド
１２ バックアップロール
１３ リップ先端部
１４ 段差部
１５ マニホールド
１６ リップ上部
１７ リップ下部
１８ スリット
１９ 吐出部
２０ 樹脂
２１ 絶縁層
３０ 二次電池
３１ 正極
３２ 負極
３３ セパレータ
３４ 正極電極箔
３５ 正極合剤層
３６ 負極電極箔
３７ 負極合剤層

Claims (1)

1. 合剤層が形成された電極箔上に、前記合剤層上から前記電極箔上にわたって連続した絶縁層を形成するように樹脂を吐出するリップ先端部と、
   前記リップ先端部に設けられ、前記樹脂の吐出方向に前記合剤層の厚みに対応した高さを有する段差部と、
   を有するダイヘッドを備える、
   塗工装置。

Images