JP6311486B2 - 巻取用リール及び電極の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも一面に活物質合剤が塗布された金属箔を巻取る巻取用リール、及び電極の製造方法に関する。

ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの車両には、電動機への供給電力を蓄える蓄電装置としてリチウムイオン電池などの二次電池が搭載されている。この種の二次電池は、活物質を含有するスラリー状又はペースト状の活物質合剤が金属箔に塗布されて形成された活物質層を有するシート状の正極の電極及びシート状の負極の電極が、間にセパレータが存在する状態で層をなすように積層あるいは巻回された電極組立体を備えている。

正極の電極又は負極の電極の製造工程では、活物質合剤を帯状の金属箔に塗布して活物質合剤の層を形成する塗工工程が行われた後、活物質合剤の層を乾燥させる乾燥工程が行われる。さらに、プレス工程が行われた後、真空乾燥工程が行われる。なお、プレス工程では、乾燥工程を経た金属箔を巻取用リールで巻取ることで金属箔を搬送しつつ、その搬送途中に活物質合剤の層をプレスする。真空乾燥工程では、金属箔を巻取った巻取用リールごと真空乾燥装置内に収容し、巻取用リールに形成された金属箔の巻回体が真空乾燥される（例えば、特許文献１）。

特開２０１１−１６９４９９号公報

真空乾燥工程では、活物質合剤に残った溶媒の蒸発の影響を受け、巻回体が巻取用リールの軸方向に巻ずれしてしまう虞があった。電極の製造工程における次行程に進んだときに巻回体が巻ずれしていた場合、巻ずれを戻すために金属箔を引っ張りながら作業することもできるが、その作業は手間であるし、引っ張ることで金属箔が破れてしまう虞がある。このため、金属箔を巻取用リールに、再度、巻直さなければならないこともあり、手間であった。

この発明は、上記従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、巻取用リールに形成された巻回体の巻ずれが生じ難い巻取用リール及び電極の製造方法を提供することにある。

上記問題点を解決するための巻取用リールは、少なくとも一面に活物質合剤が塗布された帯状の金属箔を巻取り、かつ巻取った金属箔によって形成された巻回体を有したまま、前記活物質合剤の乾燥のために真空乾燥装置に収容される巻取用リールであって、前記金属箔が巻取られる芯部と、前記真空乾燥装置への設置状態で前記芯部の少なくとも上部に位置し、かつ前記巻回体の前記芯部の軸方向への移動を規制する移動規制部材と、を有し、前記移動規制部材は、前記芯部に対して着脱可能であることを要旨とする。

これによれば、巻回体とともに巻取用リールごと乾燥させたときに、芯部の軸方向へ移動する力が巻回体に働いたとしても、芯部の軸方向への巻回体の移動が移動規制部材によって規制されるため、巻回体の巻ずれが生じ難い。また、移動規制部材は、芯部に対して脱着可能であるため、芯部から移動規制部材を取り外して金属箔の巻取りを行うことができ、金属箔の巻取時において金属箔が移動規制部材に接触して金属箔が擦れてしまうこともない。

また、前記巻回体において前記芯部の軸方向における両端面を巻回面とすると、前記移動規制部材は、前記巻回面の少なくとも上部に対向する規制面を有することが好ましい。
これによれば、規制面を有する移動規制部材を用いることで、巻回体の巻回面に対向する面積が広くなり、巻回体の巻ずれを抑制することができる。

また、前記移動規制部材における前記芯部の外周面から突出方向における前記移動規制部材の先端までの突出長さは、前記巻回体における前記芯部の外周面から前記巻回体の外周面までの突出長さ以上であることが好ましい。

これによれば、巻回体の最外層が移動規制部材の先端を超えないため、巻取用リールに金属箔が所定の最大量巻回された場合であっても、巻回体の巻ずれが生じ難い。
また、前記移動規制部材は複数の通気孔を有することが好ましい。

これによれば、真空乾燥装置内に供給された熱媒が通過する通気孔が複数あるため、熱媒が巻回体に向けて流れ、巻回体と熱媒を接触させ易く、真空乾燥工程における乾燥を促進することができる。

上記課題を解決する電極の製造方法は、少なくとも一面に活物質合剤の塗布された金属箔を巻取り、該金属箔によって形成された巻回体を有する巻取用リールを真空乾燥装置に供して前記活物質合剤を真空乾燥する真空乾燥工程を含む電極の製造方法であって、前記巻取用リールの芯部に、前記金属箔を巻取って巻回体とした後、前記芯部の軸方向における前記巻回体の両巻回面に対向させて移動規制部材を取り付けた後、該移動規制部材とともに前記巻取用リールを前記真空乾燥装置に供する。

巻取用リールの芯部に金属箔を巻取って巻回体とした後、芯部の軸方向における巻回体の両巻回面に対向させて移動規制部材を取り付けることで、芯部の軸方向へ移動する力が巻回体に働いたとしても、芯部の軸方向への巻回体の移動が移動規制部材によって規制されるため、巻回体の巻ずれが生じ難い。

本発明によれば、巻取用リールに形成された金属箔の巻回体の巻ずれが生じ難い。

活物質合剤の塗布された金属箔を巻取用リールに巻取る状態を示す図。 巻取用リールを示す斜視図。 巻取用リールを示す正面図。 巻取用リールを示す図３の４−４線断面図。 真空乾燥装置内に巻取用リールを収容した状態を示す断面図。 移動規制部材の別例を示す分解斜視図。

以下、巻取用リール及び電極の製造方法を具体化した一実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
図１に示すように、電極の製造工程は、長尺帯状の金属箔１１の一面に活物質合剤を塗布し、活物質合剤の塗工部１２を金属箔１１に有する電極材料１３を形成する塗工工程と、塗工部１２を乾燥する乾燥工程と、塗工部１２を加圧するプレス工程を有する。加えて、電極の製造工程は、塗工部１２の真空乾燥工程と、電極材料１３を電極の形状に切断する成形工程を有する。

まず、塗工工程、乾燥工程、及びプレス工程を行う生産設備３５について説明する。
図１に示すように、生産設備３５は、金属箔１１を供給する供給用リール２０を備え、この供給用リール２０には、金属箔１１がロール状に巻回されている。また、生産設備３５は、巻取機構部２７に設置される巻取用リール２４を備え、巻取用リール２４によって供給用リール２０から金属箔１１を巻取ることで、供給用リール２０から金属箔１１が供給されるとともに金属箔１１が搬送される。また、生産設備３５は、複数の搬送ローラ３９を有し、金属箔１１は、搬送ローラ３９によって下方から支持される。

生産設備３５は、金属箔１１に活物質合剤を塗布して塗工部１２を形成する塗工装置３７と、金属箔１１の搬送方向における塗工装置３７の下流側に設置される乾燥装置３８を備える。乾燥装置３８は、塗工部１２を乾燥させる。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。塗工工程では、塗工装置３７から金属箔１１の一面に活物質合剤が間欠的に塗布されることで金属箔１１の一面に塗工部１２が形成され、電極材料１３が形成される。

乾燥装置３８は乾燥炉３８ａを備える。乾燥工程では、乾燥炉３８ａ内で塗工部１２が乾燥され、溶媒の大半が除去される。
生産設備３５は、金属箔１１の搬送方向における乾燥装置３８の下流側に設置されるプレス機構部２３を備える。プレス機構部２３は、活物質合剤を一対のプレスローラ２２により圧縮する。プレス工程では、一対のプレスローラ２２によって塗工部１２が所定の厚みまで圧縮される。プレス機構部２３を通過した金属箔１１（電極材料１３）は、巻取用リール２４に巻取られる。

次に、塗工部１２を真空乾燥させる真空乾燥装置７１について説明する。
図５に示すように、真空乾燥装置７１は、真空乾燥炉７１ａを備える。真空乾燥炉７１ａは載置台７２を備えており、載置台７２の凹部７２ａに巻取用リール２４を載置することで、真空乾燥炉７１ａ内に巻取用リール２４が収納される。

次に、プレス工程後の金属箔１１（電極材料１３）を巻取り、かつ真空乾燥工程に金属箔１１ごと供される巻取用リール２４について説明する。
図１に示すように、巻取用リール２４は、巻取機構部２７にセットして使用される。

図２、図３及び図４に示すように、巻取用リール２４は、円筒状の内筒３０を備える。内筒３０はステンレス鋼製である。内筒３０には、巻取機構部２７のシャフト（図示せず）が挿通される。巻取用リール２４の内筒３０の中心軸Ｌに沿う方向（以下、軸方向とする）への長さＷ１は、金属箔１１の短手方向への長さＷ２よりも長い。

巻取用リール２４は、内筒３０の軸方向両端にリング状の側板３１を備える。側板３１はステンレス鋼製である。側板３１は内筒３０の径方向に突出している。側板３１の内周縁は、内筒３０の軸方向両端に接合されている。

巻取用リール２４は、内筒３０を囲むように内筒３０と同心円状に配置された外筒４０を備える。外筒４０はステンレス鋼製である。外筒４０と内筒３０は、側板３１によって軸方向両端で連結されている。また、外筒４０と内筒３０によって巻取用リール２４の芯部５０が構成される。芯部５０には、プレス後の金属箔１１が巻取られ、金属箔１１の巻取りが完了すると、芯部５０には、金属箔１１の巻回体１４が形成される。巻回体１４は、金属箔１１が所定の最大量巻回されたときに最も外径が大きくなる。以下、巻回体１４において芯部５０の軸方向における両端面を、巻回面１４ａとする。また、側板３１の外径は、芯部５０に形成された巻回体１４の外径よりも大きい。

また、芯部５０の軸方向両側であって、真空乾燥装置７１の載置台７２に巻取用リール２４を載置したとき、芯部５０の上部となる位置には、芯部５０の周方向及び軸方向に沿って孔５１が複数設けられている。

図２に示すように、芯部５０の周方向に沿って並んだ孔５１の中心を結んだ線Ｌ１は、芯部５０の軸方向に複数存在し、１本の線Ｌ１上に並ぶ複数の孔５１で１組となっている。本実施形態では、芯部５０の軸方向両側に孔５１の組が２組ずつ設けられている。複数の線Ｌ１は、互いに平行であり、側板３１の内面に対しても平行である。

また、巻取用リール２４は、真空乾燥炉７１ａ内に収容した状態において、芯部５０の上部であって、側板３１よりも軸方向内側に、一対の半リング状の当て板６０（移動規制部材）を有する。当て板６０は、ステンレス鋼製である。当て板６０は、外枠６１を有し、外枠６１で囲まれた内部は、複数の通気孔６２を有するメッシュ状であって、複数の針金状のステンレス鋼材が交差している。一対の当て板６０において、芯部５０の軸方向で互いに対向する内面は、巻回体１４の巻回面１４ａ上部に対向する規制面６２ａである。規制面６２ａは、複数の交差するステンレス鋼材によって形成され、ステンレス鋼材が集まってできた通気孔６２を有する面である。また、外枠６１の内周縁には、複数の突起６３が突設されている。突起６３は、１つの線Ｌ１上に並ぶ孔５１にそれぞれ嵌め込み可能である。当て板６０を芯部５０に取り付けた状態では、側板３１と当て板６０は平行である。

図４に示すように、当て板６０において、芯部５０の外周面から突出方向における当て板６０の先端までの突出長さＮ１は、芯部５０の外周面から突出方向における側板３１の外周面までの突出長さＮ２よりも長い。さらに、突出長さＮ１は、巻回体１４において、芯部５０の外周面から巻回体１４の外周面までの突出長さＮ３よりも長い。また、芯部５０の軸方向両側において最も外側に位置する１本の線Ｌ１上に並ぶ孔５１に当て板６０を嵌めたとき、当て板６０の規制面６２ａは、芯部５０の軸方向に沿って巻回体１４の巻回面１４ａから離れている。

次に、巻取用リール２４の作用について電極の製造方法とともに説明する。
電極の製造において、塗工工程と、乾燥工程と、プレス工程が行われると、プレス後の金属箔１１は、巻取用リール２４に巻取られる。次に、巻取用リール２４の孔５１に、当て板６０の突起６３を嵌め込み、巻取用リール２４に一対の当て板６０を取り付ける。すると、当て板６０の規制面６２ａは、巻回体１４の巻回面１４ａに対向する。その後、当て板６０が取り付けられた巻取用リール２４は、当て板６０が上部に位置するように真空乾燥装置７１の真空乾燥炉７１ａ内に供される。

真空乾燥装置７１による真空乾燥工程は、真空状態における加熱乾燥で行われる。まず、図示しない減圧機によって真空乾燥炉７１ａ内を減圧した後、真空乾燥炉７１ａ内の気体を不活性ガスに置換する。その後、熱媒としての温風を真空乾燥炉７１ａ内に供給して真空乾燥炉７１ａ内を昇温させ、昇温後、塗工部１２の乾燥が所定温度で所定時間行われる。活物質合剤が加熱されると、活物質合剤に残存する溶媒が蒸発するとともに、バインダが硬化し、活物質層が形成される。

巻取用リール２４の芯部５０には、軸方向両側から巻回体１４の巻回面１４ａに対向するように一対の当て板６０が取り付けられているので、巻回体１４の巻ずれが生じ難い。
活物質合剤の乾燥が完了すると、巻取用リール２４が巻回体１４ごと真空乾燥装置７１内から取り出される。

次に、成形工程について説明する。
まず、当て板６０を巻取用リール２４から取り外す。そして、巻取用リール２４に巻取られた金属箔１１（電極材料１３）を引き出しながら、図示しない金型を用いて打ち抜き、電極が製造される。

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）巻取用リール２４が備える当て板６０により、真空乾燥工程において、芯部５０の軸方向へ移動する力が巻回体１４に働いたとしても、芯部５０の軸方向への巻回体１４の移動が当て板６０によって規制される。このため、巻回体１４の巻ずれが生じ難い。

（２）また、当て板６０は、芯部５０に対して脱着可能である。このため、真空乾燥工程の前に行われる金属箔１１（電極材料１３）の巻取り、及び真空乾燥工程の後に行われる成形工程を、巻取用リール２４から当て板６０を取り外して行うことができる。このため、金属箔１１の巻取時や引出し時において金属箔１１が当て板６０に接触して金属箔１１や活物質層が擦れてしまうこともない。

（３）規制面６２ａを有する当て板６０を用いることで、突起状の移動規制部材等と比較すると、巻回体１４の巻回面１４ａに対向する面積が広くなる。これにより、巻回体１４の巻ずれを抑制することができる。

（４）当て板６０において、芯部５０の外周面から突出方向における当て板６０の先端までの突出長さＮ１は、巻回体１４において、芯部５０の外周面から巻回体１４の外周面までの突出長さＮ３よりも長いことで、巻回体１４の最外層が当て板６０の先端を超えない。よって、巻取用リール２４に金属箔１１が所定の最大量巻回された場合であっても、巻回体１４の巻ずれが生じ難い。

（５）巻取用リール２４はメッシュ状であって、真空乾燥装置７１内に供給された熱媒が通過する通気孔６２が複数あるため、熱媒が巻回体１４に向けて流れ、巻回体１４と熱媒を接触させ易く、真空乾燥工程における乾燥を促進することができる。

（６）半リング状の当て板６０の規制面６２ａに巻回体１４の巻回面１４ａが接触することで、巻回体１４の上部の移動が抑えられることに伴って、巻回体１４の下部の移動も抑えられる。つまり、巻回体１４の巻回面１４ａ全体を覆うような移動規制部材を用いなくても巻回体１４の巻ずれを抑制することができるため、当て板６０の製造コストを抑えることができる。

（７）当て板６０はステンレス鋼製であるため、真空乾燥工程に堪え得る。
（８）芯部５０の軸方向において最も外側に位置する１本の線Ｌ１上に並ぶ孔５１に当て板６０を嵌めたとき、当て板６０の規制面６２ａは、芯部５０の軸方向に沿って巻回体１４の巻回面１４ａから離れている。これによれば、当て板６０を芯部５０に取り付けるときに当て板６０が巻回体１４に接触し難く、当て板６０によって金属箔１１や活物質層が擦れない。

（９）芯部５０の周方向に沿って設けた複数の孔５１を、芯部５０の軸方向にも複数設けたことで、巻回体１４の軸方向の長さに合わせて当て板６０の取付位置を調節することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 巻取用リール２４に巻取る金属箔は、両面に塗工部１２が形成された金属箔でもよい。

○ 乾燥工程を終えた後、金属箔１１を巻取用リール２４とは別のリールに巻付け、別のリールに巻取った金属箔を巻取用リール２４に巻取り、プレス工程後に巻取用リール２４を真空乾燥装置７１に供してもよい。

○ 真空乾燥段階よりも前の段階から、巻取用リール２４に当て板６０を取り付けてもよい。このような場合、巻取用リール２４に巻取られる金属箔１１と接触し得ない位置に当て板６０を取り付けるのが好ましい。

○ 当て板６０は、平板に複数の孔を空けた形状としてもよい。
○ 当て板６０は、通気孔６２を備えない単なる板であってもよい。
○ 巻取用リール２４は、真空乾燥工程での加熱に耐えることができるとともに、活物質合剤に含まれる溶剤に耐えることができるのであれば、ステンレス鋼以外の金属材料やセラミックスで製造されていてもよい。また、樹脂製であってもよい。同様に、側板３１及び当て板６０もステンレス以外の金属材料やセラミックスで製造されていてよい。

○ 内筒３０及び外筒４０は円筒状に限らず、角筒状や楕円筒状等の他の筒状であってもよい。
○ 芯部５０を一重の単なる筒状としてもよい。

○ 当て板６０は、芯部５０の軸方向片側にのみ取り付けられてもよい。
○ 移動規制部材は、リング状であってもよいし、矩形板状や楕円板状等の他の形状であってもよい。ちなみに、半リング状の移動規制部材を芯部５０の径方向における上下方向から芯部５０を挟むように取り付け、２枚の移動規制部材を接続することで、リング状の移動規制部材が形成される。

○ 当て板６０において、芯部５０の外周面から突出方向における当て板６０の先端までの突出長さＮ１は、巻回体１４において、芯部５０の外周面から巻回体１４の外周面までの突出長さＮ３と同一であってもよい。

○ 移動規制部材は、巻回体の巻ずれを抑制することができるのであれば、その形状は板状に限られない。例えば、図６に示すように、棒片６４が、一定間隔を空けて半円弧状の外枠６１から突出するような形態であってもよい。この場合、各棒片６４の内面６４ａが巻回体１４の巻回面１４ａに接触する。

Ｎ１…突出長さ、Ｎ３…突出長さ、１１…金属箔、１４…巻回体、１４ａ…巻回体の巻回面、２４…巻取用リール、３１…側板、５０…芯部、６０…移動規制部材としての当て板、６２ａ…当て板の規制面、６２…通気孔、７１…真空乾燥装置。

Claims (5)

1. 少なくとも一面に活物質合剤が塗布された帯状の金属箔を巻取り、かつ巻取った金属箔によって形成された巻回体を有したまま、前記活物質合剤の乾燥のために真空乾燥装置に収容される巻取用リールであって、
   前記金属箔が巻取られる芯部と、
   前記真空乾燥装置への設置状態で前記芯部の少なくとも上部に位置し、かつ前記巻回体の前記芯部の軸方向への移動を規制する移動規制部材と、を有し、
   前記移動規制部材は、前記芯部に対して着脱可能である巻取用リール。
2. 前記巻回体において前記芯部の軸方向における両端面を巻回面とすると、
   前記移動規制部材は、前記巻回面の少なくとも上部に対向する規制面を有する請求項１に記載の巻取用リール。
3. 前記移動規制部材における前記芯部の外周面から突出方向における前記移動規制部材の先端までの突出長さは、
   前記巻回体における前記芯部の外周面から前記巻回体の外周面までの突出長さ以上である請求項１又は請求項２に記載の巻取用リール。
4. 前記移動規制部材は複数の通気孔を有する請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の巻取用リール。
5. 少なくとも一面に活物質合剤の塗布された金属箔を巻取り、該金属箔によって形成された巻回体を有する巻取用リールを真空乾燥装置に供して前記活物質合剤を真空乾燥する真空乾燥工程を含む電極の製造方法であって、
   前記巻取用リールの芯部に、
   前記金属箔を巻取って巻回体とした後、前記芯部の軸方向における前記巻回体の両巻回面に対向させて移動規制部材を取り付けた後、該移動規制部材とともに前記巻取用リールを前記真空乾燥装置に供する電極の製造方法。