JP2006302811A

JP2006302811A - 電極合剤ペースト塗布方法及び塗布装置

Info

Publication number: JP2006302811A
Application number: JP2005126290A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Usui; 広幸臼井; Keiji Minamino; 圭史南野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-04-25
Filing date: 2005-04-25
Publication date: 2006-11-02
Also published as: CN101167207A; EP1876662B1; EP1876662A4; WO2006114939A1; EP1876662A1; US20090202707A1; CN101167207B

Abstract

【課題】電極合剤ペーストに浸漬したロールにて芯材に電極合剤ペーストを塗布する方法において、高粘度の電極合剤ペーストの場合にも塗布寸法精度が低下するのを回避できる電極合剤ペーストの塗布方法を提供する。
【解決手段】開孔金属薄板からなる帯状の芯材１をその長手方向に走行させて送給し、電極合剤ペースト６内に浸漬されたロール８の外周の一部に芯材１を巻回し、ロール８の回転により走行させて芯材１の両面に電極合剤ペースト６を塗布し、その後電極合剤ペースト６の塗布厚を調整し、塗布された電極合剤ペースト６を乾燥する塗布方法において、ロール８の外周面に回転方向に沿って溝１６を形成し、ロール８外周と芯材１との間に入り込んだ電極合剤ペースト６を円滑に放出させることによって、芯材１の蛇行を抑制し、塗布寸法精度の低下を回避するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は電極合剤ペースト塗布方法及び塗布装置に関し、特に開孔金属薄板から成る芯材の両面に電極合剤ペーストを所要の精度で生産歩留まり良く塗布できる塗布方法及び塗布装置に関するものである。

アルカリ蓄電池やリチウムイオン二次電池などの電池は、ポータブル機器や電動工具、あるいは電気自動車用の電源として広く用いられている。中でも、比較的エネルギー密度が高く、耐久性に優れるニッケル水素蓄電池は、電気自動車用電源を中心にその用途が広がりつつある。

ニッケル水素蓄電池は、一般的に三次元金属多孔体に水酸化ニッケルその他を充填してなる正極と、パンチングメタルなどの開孔金属薄板から成る芯材に水素吸蔵合金その他からなる電極合剤ペーストを塗布してなる負極とを主構成要素としている。その中で、負極は、その工法上連続生産が可能であり、高効率な工程により製造できるので注目されている。

具体的には、所定の隙間を下部に設けた容器に電極合剤ペーストを収容し、容器下部の隙間から上方に向けて芯材を貫通走行させることで、電極合剤ペーストに芯材を浸漬して芯材の両面に電極合剤ペーストを塗布し、その後電極合剤ペーストの塗布厚を調整するようにされている（例えば、特許文献１参照。）。

また、特許文献１の塗布方法では電極合剤ペーストの粘度や芯材の走行速度によっては、下部に設けた隙間から電極合剤ペーストが漏出する恐れがある。そこで、このような懸念を避けるため、ポリマーを溶解させた溶液中にロールを浸漬させ、このロールに電極シートを巻き付けてロールを回転させることで、電極シートにポリマーを含浸させるという非電解質二次電池の製造方法が提案されており（例えば、特許文献２参照。）、この製造方法をニッケル水素蓄電池用負極などに適用することが考えられる。
特開平９−１２９１９５号公報特開２０００−１２４２９９号公報

ところで、ニッケル水素蓄電池用負極など、塗布工程によって製造される電極用の電極合剤ペーストは、一般に保管安定性などを考慮して、Ｂ型粘度計による測定結果で５０〜４００ポイズ、多くは１５０〜３００ポイズの粘度となるように調製されている。このような高粘度の電極合剤ペースト中に浸漬したロールに芯材を巻き付け、ロールを回転させて芯材に電極合剤ペーストを塗布するようにすると、ロール表面が平滑な場合、ロールと芯材の間に入り込んだ高粘度の電極合剤ペーストが、その粘度の高さ故に芯材に形成されている孔から逃出せず、芯材がロール外周面から浮き上がって芯材が蛇行して走行し、芯材の幅方向の塗布寸法精度が低下するという問題がある。また、特許文献２では、ロールの外周面に穴や凹凸を設けて電極シートにポリマーを十分に接触させるようにしたものが開示されているが、このような問題を改善するものではない。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、電極合剤ペーストに浸漬したロールにて芯材に電極合剤ペーストを塗布する方法において、高粘度の電極合剤ペーストの場合にもロールに巻き付けた芯材が蛇行して塗布寸法精度が低下するのを回避できる電極合剤ペーストの塗布方法及び塗布装置を提供することを課題とする。

本発明の電極合剤ペーストの塗布方法は、開孔金属薄板からなる帯状の芯材をその長手方向に走行させて送給する送給工程と、電極合剤ペースト内に浸漬されるとともに外周面に回転方向に沿う溝が形成されたロールの外周の一部に芯材を巻回してロールの回転により走行させ、芯材の両面に電極合剤ペーストを塗布する塗布工程と、電極合剤ペーストの塗布厚を調整する調整工程と、塗布された電極合剤ペーストを乾燥する乾燥工程とを有するものである。

この構成によると、電極合剤ペースト内に浸漬されたロールに芯材を巻回してその両面に電極合剤ペーストを塗布する工程で、ロール外周と芯材との間に入り込んだ電極合剤ペーストの大部分が溝に導かれ、溝を通してロールと芯材との間の隙間の外部に円滑に放出されるので、ロール外周と芯材との間に高粘度の電極合剤ペーストの厚い層が形成され、芯材がロール外周面から浮き上がって芯材が蛇行して走行し、芯材の幅方向の塗布寸法精度が低下するというような事態の発生を回避することができる。

また、ロール外周面の溝は、ロール軸方向のピッチ間隔が５〜５０ｍｍでかつ溝幅がピッチ間隔の５０〜９５％となるように形成すると、芯材の平面性を保持できるように確実に支持しながら、溝による電極合剤ペーストの放出作用を十分に確保でき、上記作用効果が確実に得られて好適である。

また、本発明の電極合剤ペーストの塗布装置は、コイル状に巻かれた開孔金属薄板からなる芯材を巻き出すアンコイラー部と、電極合剤ペースト内に浸漬されるとともに外周面に回転方向に沿う溝が形成されたロール外周の一部に芯材を巻回して芯材の両面に電極合剤ペーストを塗布する塗布部と、電極合剤ペーストの塗布厚を調整する塗布厚調整部と、電極合剤ペーストを乾燥する乾燥部と、電極合剤ペーストが塗布され乾燥された芯材をコイル状に巻き取るコイラー部とを備えているものである。

この構成によると、アンコイラー部から送給された芯材に、電極合剤ペースト内にロールを浸漬した構成の塗布部にて高粘度の電極合剤ペーストを塗布する際に、上記塗布方法による作用効果を奏することができるので、芯材の幅方向の塗布寸法精度が低下することなく電極合剤ペーストが塗布され、コイラー部で電極合剤ペーストが塗布され乾燥された芯材のコイルを得ることができる。

また、ロール外周面の溝を、ロール軸方向のピッチ間隔が５〜５０ｍｍでかつ溝幅がピッチ間隔の５０〜９５％となるように形成すると、上記のように芯材の平面性を保持できるように確実に支持しながら、溝による電極合剤ペーストの放出作用を十分に確保でき、上記作用効果が確実に得られて好適である。

本発明の電極合剤ペーストの塗布方法によれば、電極合剤ペースト内に浸漬されたロールに芯材を巻回してその両面に電極合剤ペーストを塗布する工程で、ロール外周と芯材との間に入り込んだ電極合剤ペーストの大部分が溝を通してロールと芯材との間の隙間の外部に円滑に放出されるので、芯材がロール外周面から浮き上がって蛇行して走行し、芯材の幅方向の塗布寸法精度が低下するという事態の発生を回避することができる。

以下、本発明の電極合剤ペーストの塗布方法及び塗布装置の一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る塗布装置１００の全体概略構成を示す斜視図である。塗布装置１００は、開孔金属薄板から成る帯状の芯材１を巻回した芯材コイル２を保持して芯材１を巻き出すアンコイラー部３を備えている。芯材１はアンコイラー部３から水平方向に引き出され、ガイドローラ４に略９０°巻き付けられ、下方に向けて方向転換して走行して塗布部５に導かれる。

塗布部５は、電極合剤ペースト６を満たしたペースト槽７を備え、そのペースト槽７の中に、図２に示すように、水平軸芯回りに回転駆動可能なロール８が電極合剤ペースト６に大部分若しくは全部浸漬した状態で配設されている。そして、塗布部５に導かれた芯材１が、電極合剤ペースト６に浸漬されたロール８に略１８０°巻回されて上向きに走行する間に、芯材１の両面全面に電極合剤ペースト６が塗布される。

電極合剤ペースト６が塗布された芯材１は、そのまま上方に走行して塗布厚調整部９を通過する間に電極合剤ペースト６の塗布厚が調整されて電極ペースト塗布シート１０となる。電極ペースト塗布シート１０は、ガイドローラ１１に略９０°巻き付けられ、水平方向に方向転換して走行し、乾燥部１２に導かれ、電極合剤ペースト６が乾燥されて電極シート１３となり、この電極シート１３がコイラー部１４で巻き取られて電極コイル１５が製造される。

塗布部５において、ロール８の外周面には回転方向に沿って環状に断面円弧状の溝１６が多数並列して形成されている。これらの溝１６は、５０〜４００ポイズ、多くは１５０〜３００ポイズ（Ｂ型粘度計による）というような高粘度の電極合剤ペースト６を、ロール８の外周面と芯材１との間の隙間から円滑に放出でき、かつ芯材１の平面性を保持できる状態で芯材１を支持できる支持面を確保できるように形成されている。具体的には、図３に示すように、溝１６のピッチ間隔Ｐが５〜５０ｍｍに設定され、溝１６のロール軸方向の溝幅ｗが（０．５〜０．９５）×Ｐに設定されている。なお、溝１６の断面形状は円弧形状に限らず、台形状や矩形状など任意の形状でよく、また溝１６の深さｄは溝１６内に所要量の電極合剤ペースト６を収容して円滑に放出できる断面積を確保できるように設定され、余り深くても効果は向上せず、通常は２〜４ｍｍ程度に設定される。これらの範囲に対して、ピッチ間隔Ｐが大きく、溝幅ｗが小さかったり、ピッチ間隔Ｐ及び溝幅ｗが小さかったりすると、高粘度の電極合剤ペースト６を溝１５を通してローラ８の外周面と芯材１との間の隙間から円滑に放出できず、逆にピッチ間隔Ｐ及び溝幅ｗが大きいと、芯材１を平面性を保持して支持できなくなる。

塗布部５を以上のように構成することにより、電極合剤ペースト６内に浸漬されたロール８に芯材１を巻回してその両面に電極合剤ペースト６を塗布する工程で、ロール８の外周面と芯材１との間に入り込んだ電極合剤ペースト６の大部分が溝１６に導かれ、溝１６を通してロール８と芯材１との間の隙間の外部に円滑に放出されるので、ロール８の外周面と芯材１との間に高粘度の電極合剤ペースト６の厚い層が形成され、芯材１がロール８の外周面から浮き上がり、芯材１が蛇行して走行するというような事態の発生を確実に抑制することができ、その結果芯材１幅方向における電極合剤ペースト６の塗布寸法精度が低下するのを回避することができる。

以上の実施形態の説明から分かるように、本発明は芯材が開孔金属薄板である限り、負極に限定されないのは言うまでも無く、例えばアルカリ蓄電池の焼結式ニッケル正極の前駆体であるシンター基板や、開孔金属薄板としてラスメタルを用いたリチウムポリマー電池の正負極にも適用可能である。

以下に、本発明をニッケル水素蓄電池の負極（水素吸蔵合金電極）に適用した実施例と比較例について説明する。

（実施例１）
組成式ＭｍＮｉ_3.55Ｃｏ_0.75Ｍｎ_0.4Ａｌ_0.3で表される水素吸蔵合金を湿式ボールミルにより水中で平均粒径３０μｍに粉砕して水素吸蔵合金粉末を得た。この水素吸蔵合金粉末をアルカリ水溶液に浸漬して表面処理した後、この水素吸蔵合金粉末１００ｋｇに対し、固形分比１．５％のカルボキシメチルセルロース水溶液１０ｋｇ及びケッチェンブラック０．４ｋｇを加えて混練し、さらに固形分比４０％のスチレン−ブタジエン共重合体ゴム粒子の水溶液１．７５ｋｇを加えて攪拌することにより、電極合剤ペースト６を作製した。

この電極合剤ペースト６を、厚さ６０μｍ、幅３００ｍｍ、パンチング孔径１ｍｍ、開口率４２％のニッケルメッキを施した鉄製パンチングメタルから成る芯材１（芯材コイル２の全長２００ｍ）の両面に、幅２６０ｍｍ、塗布後の総厚が２６０μｍとなるよう、両側縁２０ｍｍづつ電極合剤ペースト６を掻き取りながら、５ｍ／分の速度で塗布した。具体的には、図１及び図２に示すように芯材１と各構成部を配設した。また、ロール８は、直径が２００ｍｍ、軸方向の長さが４００ｍｍであり、溝１６はピッチ間隔Ｐ＝１０ｍｍ、溝幅ｗ＝８ｍｍ、溝深さｄ＝２．５ｍｍに設定した。

以上の条件で、電極合剤ペースト６を芯材１に２００ｍにわたって塗布を行った後、電極ペースト塗布シート１０の最後部（塗り終わりの箇所）において、芯材１の片端から電極合剤ペースト６の塗布部までの寸法を測定した。その結果は、初期設定値２０ｍｍに対して、ずれ量は僅か０．０５ｍｍであった。

（実施例２〜５）
実施例１に対し、ロール８の表面に形成する溝１６のピッチ間隔Ｐを、５０ｍｍ（実施例２）、２５ｍｍ（実施例３）、７ｍｍ（実施例４）、５ｍｍ（実施例５）とし、溝幅ｗを、ピッチ間隔Ｐ×０．８に設定した以外は実施例１と同様にして、芯材１に電極合剤ペースト６を塗布した。

電極合剤ペースト６を芯材１に２００ｍにわたって塗布を行った後、電極ペースト塗布シート１０の最後部において、芯材１の片端から電極合剤ペースト６の塗布部までの寸法を測定した。その結果は、初期設定値２０ｍｍに対して、ずれ量はそれぞれ１．６ｍｍ（実施例２）、０．７ｍｍ（実施例３）、０．３ｍｍ（実施例４）、１．０ｍｍ（実施例５）であった。

（比較例１）
実施例１に対し、ロール８の表面に溝１６を設けなかった以外は、実施例１と同様に電極合剤ペースト６を塗布した。電極合剤ペースト６を芯材１に２００ｍにわたって塗布を行った後、電極ペースト塗布シート１０の最後部において、芯材１の片端から電極合剤ペースト６の塗布部までの寸法を測定した。その結果は、初期設定値２０ｍｍに対して、ずれ量は３．４ｍｍであった。

（比較例２）
実施例１に対し、ロール８の表面に、ロール軸方向に沿う溝を回転方向に等間隔に１０本設けた以外は、実施例１と同様に電極合剤ペースト６を塗布した。電極合剤ペースト６を芯材１に２００ｍにわたって塗布を行った後、電極ペースト塗布シート１０の最後部において、芯材１の片端から電極合剤ペースト６の塗布部までの寸法を測定した。その結果は、初期設定値２０ｍｍに対して、ずれ量は３．１ｍｍであった。

以上のように、ロール８の外周面に回転方向に沿う溝１６を設けたことにより、高粘度の電極合剤ペースト６によって芯材１が浮き上がって蛇行して走行するのを大幅に抑制できた。なお、溝１６は、実施例１〜５のようにピッチ間隔Ｐを５〜５０ｍｍに設定するのが好ましく、中でも実施例１、３〜５のように、５〜２５ｍｍに設定すると、蛇行量を１ｍｍ以下に抑制できて好適である。ここで、比較例２のように、ロール８にそのロール軸方向に沿って溝を設けたものは、比較例１のように溝を設けないものと蛇行量はほぼ同等であった。すなわち、ロール８の外周と芯材１との間の隙間に入り込んだ高粘度な電極合剤ペースト６は、物理的にロール８の回転に伴って放出されるので、回転方向と無関係に溝を設けても、本発明の効果が得られないことが分かった。

本発明の電極合剤ペーストの塗布方法は、電極合剤ペースト内に浸漬されたロールに芯材を巻回してその両面に電極合剤ペーストを塗布する塗布方法において、保管安定性を考慮した高粘度な電極合剤ペーストを用いても、芯材の幅方向に高い寸法精度で塗布できるので、種々の電池の電極製造技術として利用可能性が高く、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などの各種電池の電極製造に有用である。

本発明に係る電極合剤ペーストの塗布装置の一実施形態の構成を模式的に示す斜視図。同実施形態における塗布部の要部構成を示す斜視図。同実施形態におけるロール外周の溝の詳細断面図。

符号の説明

１開孔金属薄板から成る芯材
３アンコイラー部
５塗布部
６電極合剤ペースト
８ロール
９塗布厚調整部
１２乾燥部
１４コイラー部
１６溝
１００塗布装置

Claims

開孔金属薄板からなる帯状の芯材をその長手方向に走行させて送給する送給工程と、電極合剤ペースト内に浸漬されるとともに外周面に回転方向に沿う溝が形成されたロールの外周の一部に芯材を巻回してロールの回転により走行させ、芯材の両面に電極合剤ペーストを塗布する塗布工程と、電極合剤ペーストの塗布厚を調整する調整工程と、塗布された電極合剤ペーストを乾燥する乾燥工程とを有することを特徴とする電極合剤ペーストの塗布方法。
ロール外周面の溝は、ロール軸方向のピッチ間隔が５〜５０ｍｍでかつ溝幅がピッチ間隔の５０〜９５％となるように形成することを特徴とする請求項１記載の電極合剤ペーストの塗布方法。
コイル状に巻かれた開孔金属薄板からなる芯材を巻き出すアンコイラー部と、電極合剤ペースト内に浸漬されるとともに外周面に回転方向に沿う溝が形成されたロール外周の一部に芯材を巻回して芯材の両面に電極合剤ペーストを塗布する塗布部と、電極合剤ペーストの塗布厚を調整する塗布厚調整部と、電極合剤ペーストを乾燥する乾燥部と、電極合剤ペーストが塗布され乾燥された芯材をコイル状に巻き取るコイラー部とを備えていることを特徴とする電極合剤ペーストの塗布装置。
ロール外周面の溝は、ロール軸方向のピッチ間隔が５〜５０ｍｍでかつ溝幅がピッチ間隔の５０〜９５％となるように形成したことを特徴とする請求項３記載の電極合剤ペーストの塗布装置。