JP7747030B2 - 電極体の製造装置及び電極体の製造方法 - Google Patents

電極体の製造装置及び電極体の製造方法

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Description

本開示は電極体の製造装置及び電極体の製造方法に関する。
特許文献1に開示の電極製造装置は、2つの気体吐出部を有する。一方の気体吐出部は、集電体の一方の表面に対して塗布されている電極スラリーに相対して配置されており、高温気体を吐出する。この吐出された高温気体は、電極スラリーに向かって吹付けられる。他方の気体吐出部は、電極スラリーが塗布されていない集電体の他方の表面に相対して配置されており、低温気体を吐出する。この吐出された低温気体は、集電体の他方の表面に向かって吹付けられる。
特開2015-032466号公報
本願発明者等は、以下の課題を発見した。
このような電極製造装置を用いて、電極材が塗布された塗布領域と、電極材が塗布されていない非塗布領域とを備えた集電体を乾燥する場合がある。このような場合、乾燥炉において、塗布領域及び非塗布領域が同様に加熱及び冷却されて、割れが発生するおそれがある。
本開示は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、割れの発生を抑制できる電極体の製造装置及び電極体の製造方法を提供するものである。
本開示に係る電極体の製造装置は、第1の主面と、前記第1の主面の反対側の第2の主面とを有する電極箔を連続的に搬送する箔搬送機と、
前記連続的に搬送される前記電極箔の前記第1の主面に、電極材を間欠的に塗布することによって、前記電極材が塗布された塗布領域と、前記電極材が塗布されていない未塗布領域とを前記第1の主面に断続的に形成する塗布機と、
前記未塗布領域の位置を取得する取得部と、
前記電極箔の前記第1の主面に、レーザ光を照射するレーザ照射器と、
前記前記電極箔の第2の主面側に配置された送風機と、
前記送風機を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記未塗布領域が前記レーザ光の照射範囲に含まれている期間において、前記送風機が前記電極箔の第2の主面に送風するよう制御する。
上述した電極体の製造装置において、前記未塗布領域の温度を測定する温度測定部をさらに備え、前記制御装置は、前記温度測定部が測定した前記未塗布領域の温度に応じて、前記送風機による送風の温度、速度、及び時間を決定してもよい。
本開示に係る電極体の製造方法は、第1の主面と、前記第1の主面の反対側の第2の主面とを有する電極箔を連続的に搬送するステップと、
前記連続的に搬送される前記電極箔の前記第1の主面に、電極材を間欠的に塗布することによって、前記電極材が塗布された塗布領域と、前記電極材が塗布されていない未塗布領域とを前記第1の主面に断続的に形成するステップと、
前記未塗布領域の位置を取得するステップと、
レーザ照射器から前記電極箔の前記第1の主面に、レーザ光を照射するステップと、
前記未塗布領域が前記レーザ光の照射範囲に含まれている期間において、前記電極箔の第2の主面に送風するステップと、を備える。
電極体の製造方法。
上述した電極体の製造方法は、前記未塗布領域の温度を測定するステップと、前記電極箔の第2の主面に送風するステップにおいて、前記測定した前記未塗布領域の温度に応じて、前記送風の温度、速度、及び時間を決定するステップと、をさらに備えてもよい。
本開示によれば、割れの発生を抑制できる。
実施の形態1に係る電極体の製造装置を示す概略図である。 実施の形態1に係る電極体の製造方法を示すフローチャートである。 実施の形態1に係る電極体の製造方法を示す概略図である。
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
<実施の形態1>
図1~図3を参照して実施の形態1について説明する。
なお、当然のことながら、図1及びその他の図面に示した右手系XYZ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、Z軸正方向が鉛直上向き、XY平面が水平面であり、図面間で共通である。X軸正方向は、後述する電極箔FFの送出方向である。また、Y軸方向は、電極箔FFの幅方向である。
<製造装置>
図1に示すように、電極体の製造装置10は、レーザ照射器1と、箔搬送機2と、塗布機3と、センサ4と、制御装置5と、送風機7とを備える。本実施の形態1に係る電極体の製造装置10は、第1の温度測定部6A、及び第2の温度測定部6Bの少なくとも1つをさらに備えるとよい。
電極箔ロールFRは、電極箔FFが巻き回されることによって、ロール状に形成される。電極箔ロールFRは回動可能に所定の位置に配置される。電極箔ロールFRは回動することによって、電極箔FFを送出方向(ここでは、X軸正方向)に送り出すことができる。送出方向には、図示しない巻取ロールが配置されているとよい。この図示しない巻取ロールは、電極箔ロールFRが送り出した電極箔FFを巻き取る。電極箔FFは、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、チタン、又はカーボン等からなる。電極箔FFは、第1の主面FS1と、第2の主面FS2とを有する。第2の主面FS2は第1の主面FS1の反対側に設けられている。図1に示す第1の主面FS1の一例は、上方(ここでは、Z軸正方向)に向いており、図1に示す第2の主面FS2は、下方(ここでは、Z軸負方向)に向く。
箔搬送機2は、電極箔FFを送出方向に連続的に搬送する。箔搬送機2は、ロール・トゥ・ロール方式を用いて、電極箔FFを搬送するとよい。箔搬送機2は、例えば、複数のロール2Aを備える。複数のロール2Aは、電極箔ロールFRと、上記した巻取ロールが配置された巻取ロール側FWとの間において配置されるとよい。さらに、複数のロール2Aは、電極箔FFの下側において所定の間隔を空けて配置されるとよい。図示しない駆動源が回転駆動力を複数のロール2Aに与え、複数のロール2Aが回転する。これによって、電極箔FFを送出方向に搬送できる。
塗布機3は、箔搬送機2が連続的に搬送する電極箔FFの第1の主面FS1に、電極材FAを間欠的に塗布する。これによって、電極箔FFの第1の主面FS1において、塗布領域FCと、未塗布領域FUとを断続的に形成する。塗布領域FCの送出方向における長さと、未塗布領域FUの送出方向における長さとは、予め設定されるとよい。第1の主面FS1において、塗布領域FCと、未塗布領域FUとが送出方向に交互に並んでいる。塗布領域FCは電極材FAが塗布されている。未塗布領域FUは電極材FAが塗布されていない。言い換えると、塗布領域FCにおいては、電極材FAが電極箔FFの第1の主面FS1を覆う。未塗布領域FUにおいては、電極材FAが電極箔FFの第1の主面FS1を覆っておらず、電極箔FFの第1の主面FS1が露出している。
電極材FAは、電極活物質を含む。電極活物質は、正極活物質、又は負極活物質である。
正極活物質を含む電極材FAは、正極を構成する。正極活物質は、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMn)、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3、Li1+xMn2-x-y(Mは、Al、Mg、Co、Fe、Ni、及びZnから選ばれる1種以上の金属元素)で表される組成の異種元素置換Li-Mnスピネル等である。
負極活物質を含む電極材FAは、負極を構成する。負極活物質は、例えば、金属リチウムや、リチウムイオン等の金属イオンを吸蔵及び放出可能な材料である。リチウムイオン等の金属イオンを吸蔵及び放出可能な材料は、例えば、合金系負極活物質又は炭素材料等である。合金系負極活物質は、例えば、Si合金系負極活物質、又はSn合金系負極活物質等である。Si合金系負極活物質は、ケイ素、ケイ素酸化物、ケイ素炭化物、ケイ素窒化物、又はこれらの固溶体等である。Si合金系負極活物質は、ケイ素以外の元素、例えば、Fe、Co、Sb、Bi、Pb、Ni、Cu、Zn、Ge、In、Sn、Ti等を含んでもよい。Sn合金系負極活物質は、スズ、スズ酸化物、スズ窒化物、又はこれらの固溶体等である。また、Sn合金系負極活物質は、スズ以外の元素、例えば、Fe、Co、Sb、Bi、Pb、Ni、Cu、Zn、Ge、In、Ti、Si等を含んでもよい。炭素材料は、例えば、ハードカーボン、ソフトカーボン、又はグラファイト等である。
電極材FAは、任意の成分として、導電助剤やバインダー、更には固体電解質等を含むとよい。導電助剤は、例えば、VGCF(気相成長法炭素繊維、Vapor Grown Carbon Fiber)、カーボンナノ繊維等の炭素材料、又は金属材等である。バインダーは、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、又はこれらの組合せである。
センサ4は、未塗布領域FUを検出する。具体的には、センサ4は、未塗布領域FUの位置やサイズ等を検出する。センサ4は、塗布機3から送出方向に間隔を空けて設けられるとよい。センサ4は、例えば、電極箔FFの第1の主面FS1の上方に配置されているとよい。センサ4として、例えば、ラインスキャンカメラを利用してもよい。
レーザ照射器1は、レーザ光LLを所定の照射範囲に照射する。具体的には、レーザ照射器1は、レーザ光LLを所定の照射範囲に均一に常時照射してもよい。レーザ照射器1は、例えば、半導体レーザである。レーザ照射器1は、電極箔FFの第1の主面FS1の上方に配置されている。レーザ照射器1は、制御装置5からの信号に応じて、電極箔FFにレーザ光LLを照射する。なお、図1に示す電極体の製造装置10の一例は、1つのレーザ照射器1を備えたが、電極体の製造装置10は、複数のレーザ照射器1を備えてもよい。
第1の温度測定部6Aは、電極箔FFの第1の主面FS1の上方に配置されている。第1の温度測定部6Aは、センサ4とレーザ照射器1との間に配置されている。第1の温度測定部6Aは、電極箔FFの第1の主面FS1に向いて、第1の主面FS1の温度を測定する。具体的には、この測定する第1の主面FS1の温度は、露出した第1の主面FS1の温度、又は第1の主面FS1における電極材FAの温度と同じである。第1の温度測定部6Aが温度を測定する電極箔FFの第1の主面FS1の範囲は、レーザ光LLの照射範囲からセンサ4側である。第1の温度測定部6Aは、例えば、放射温度計やサーモグラフィーである。
第2の温度測定部6Bは、電極箔FFの第2の主面FS2の下方に配置されている。第1の温度測定部6Aと第2の温度測定部6Bとが電極箔FFを挟むように、第2の温度測定部6Bは配置されているとよい。第2の温度測定部6Bは、電極箔FFの第2の主面FS2に向いて、第2の主面FS2の温度を測定する。第1の温度測定部6Aが温度を測定する電極箔FFの第2の主面FS2の範囲は、第1の温度測定部6Aが温度を測定する電極箔FFの第1の主面FS1の反対側の面に位置するとよい。第2の温度測定部6Bは、第1の温度測定部6Aと同じ構成を有するとよい。
制御装置5は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサによって構成されることができる。つまり、制御装置5は、コンピュータとしての機能を備えることができる。制御装置5は、図示しない記憶装置に記憶されたプログラムを実行させ、各種処理を行うことができる。
また、制御装置5は、このプログラムを実行することによって、適宜、電極体の製造装置10として必要な動作をするための構成要素の機能を実現する。例えば、制御装置5は、電極体の製造装置10の各構成、例えば、塗布機3、センサ4、第1の温度測定部6A、第2の温度測定部6B等から各種情報を取得する。制御装置5は、この取得した各種情報を記憶装置に記憶してもよい。各種情報は、例えば、塗布機3による電極箔FFの第1の主面FS1への電極材FAの塗布の完了や、センサ4が検出した未塗布領域FUの位置やサイズ等である。制御装置5は、箔搬送機2による電極箔FFの搬送速度、塗布機3とレーザ光LLの照射範囲との距離、レーザ光LLの照射範囲等の情報を記憶装置に記憶しておくとよい。制御装置5は、これらの記憶した情報に基づいて、未塗布領域FUの位置を算出できる。制御装置5は、未塗布領域FUの位置を取得する取得部として機能する。また、制御装置5は、この取得した未塗布領域FUの位置に基づいて、未塗布領域FUがレーザ光LLの照射範囲に含まれるか否かを判定する。制御装置5は、未塗布領域FUがレーザ光LLの照射範囲における有無に応じて、送風機7による送風を制御させる信号を送風機7に送る。制御装置5は、第1の温度測定部6A及び第2の温度測定部6Bが測定した未塗布領域FUの温度に応じて、送風機7による送風の温度、速度、及び時間を決定してもよい。制御装置5は、この決定した送風の温度、速度、及び時間を指定する信号を送風機7に送る。これによって、リアルタイムで未塗布領域FUの温度に応じて、送風機7による電極箔FFへの冷却効果を変更できてよい。
送風機7は、制御装置5からの信号に応じて、送風する。送風機7は、未塗布領域FUがレーザ光LLの照射範囲に含まれる場合、電極箔FFの第2の主面FS2に送風する。送風機7は、制御装置5からの、この決定した送風の速度、及び時間を指定する信号を受けて、送風機7による送風の速度、及び時間を変更するとよい。
図1に示す送風機7の一例は、例えば、送風温度制御装置7Aと、エアノズル7Bと、を備える。
送風温度制御装置7Aは、制御装置5から、送風機7による送風の温度を指定する信号を受けて、送風機7による送風の温度を調整するとよい。
エアノズル7Bは、エアが流通可能な流路を備え、当該流路はエアノズル7Bの内部に設けられる。エアノズル7Bは、当該流路を絞ることによって、送風流量を調整できるとよい。また、エアノズル7Bは、電極箔FFの幅方向に対して、一定の間隔ごとに送風流量を調整できるとよい。
<製造方法>
次に、図1~図3を参照して、上記した電極体の製造装置10を用いた電極体の製造方法について説明する。なお、図3では、分かり易さのため、適宜、箔搬送機2、塗布機3、センサ4、制御装置5、第1の温度測定部6A、第2の温度測定部6B等の各構成の図示を省略した。
箔搬送機2が電極箔FFを連続的に搬送する(ステップST1)。また、塗布機3が、連続的に搬送される電極箔FFの第1の主面FS1に、電極材FAを間欠的に塗布する(ステップST2)。すると、電極箔FFの第1の主面FS1において、電極材FAが塗布された塗布領域FCと、電極材FAが塗布されていない未塗布領域FUとが断続的に形成される。なお、ステップST1とステップST2とは略同時に開始してもよく、次のステップST3と同時並行して実施してもよい。
続いて、制御装置5が、未塗布領域FU1の位置を取得する(ステップST3)。具体的には、制御装置5は、センサ4が検出した未塗布領域FU1や箔搬送機2による電極箔FFの搬送速度等に基づいて、未塗布領域FUの位置を算出する。
続いて、未塗布領域FU1の温度を測定する(ステップST4)。具体的には、第1の温度測定部6Aが第1の主面FS1、又は第1の主面FS1における電極材FAの温度を測定する。また、第2の温度測定部6Bが第2の主面FS2の温度を測定する。制御装置5は、第1の温度測定部6Aが測定した第1の主面FS1、又は第1の主面FS1における電極材FAの温度や、第2の温度測定部6Bが測定した第2の主面FS2の温度を取得する。
続いて、制御装置5が、レーザ光LLの照射範囲には未塗布領域FU1が含まれるか否かを判定する(ステップST5)。制御装置5が、未塗布領域FU1の位置、レーザ光LLの照射範囲等に基づいて、このような判定を行う。
制御装置5が、レーザ光LLの照射範囲には未塗布領域FUが含まれていないと判定した場合(ステップST5:NO)、レーザ照射器1は、レーザ光LLを塗布領域FC1へ照射する(ステップST62)。塗布領域FC1における電極材FAは、必要な熱量を供給されて、十分に加熱される。
一方、制御装置5が、レーザ光LLの照射範囲には未塗布領域FUが含まれていると判定した場合(ステップST5:YES)、レーザ照射器1がレーザ光LLを未塗布領域FU1へ照射しつつ、送風機7が電極箔FFの第2の主面FS2に送風する(ステップST61)。この送風によるエアが電極箔FFの第2の主面FS2に接触すると、熱が電極箔FFからエアへ移動する。このエアが接触した電極箔FFの第2の主面FS2は、未塗布領域FU1の反対側にある。レーザ照射器1がレーザ光LLを照射した未塗布領域FU1の反対側にある第2の主面FS2からこのエアへ熱を移動させて冷却できる。そのため、未塗布領域FU1の温度は塗布領域FC1、FC2の温度と比較して上昇し難い。
なお、ステップST61では、ステップST4において測定した未塗布領域FUの温度に応じて、送風の温度、速度、及び時間を決定するステップをさらに備えるとよい。具体的には、制御装置5は、第1の温度測定部6A及び第2の温度測定部6Bが測定した未塗布領域FU1の温度に応じて、送風機7による送風の温度、速度、及び時間を決定する。送風機7は、制御装置5からの信号を受けて、制御装置5が決定した送風の温度、速度、及び時間に応じて、送風する。
レーザ光LLの照射が完了するまで(ステップST7:NO)、上記したステップST5、ステップST61、ステップST62及びステップST7を繰り返す。例えば、レーザ光LLが照射される予定の塗布領域FC、FC1、FC2の全てがレーザ光LLの照射範囲を通過すると、レーザ光LLの照射を完了してもよい。なお、未塗布領域FU1がレーザ光LLの照射範囲を通過した後、電極箔FFにおける未塗布領域FU1部分は、図示しない巻取ロールに巻き取られるとよい。必要に応じて、電極箔FFに各種処理を施すとよい。
以上より、電極体を製造できる。
上記した電極体の製造方法の構成によれば、レーザ光LLの照射範囲には未塗布領域FUが含まれていると判定した場合、レーザ光LLを未塗布領域FU1へ照射しつつ、電極箔FFの第2の主面FS2に送風する。この送風によってエアが電極箔FFの第2の主面FS2に接触する。この接触した第2の主面FS2は、レーザ照射器1がレーザ光LLを照射した未塗布領域FU1の反対側にある。よって、レーザ照射器1がレーザ光LLを照射した未塗布領域FU1は、エアによって冷却できる。これによって、未塗布領域FU1から、未塗布領域FU1と隣接する塗布領域FC1、FC2の端部への伝熱を抑制し、塗布領域FC1、FC2の端部の乾燥を抑制できる。その結果、塗布領域FC1、FC2の端部における電極材FA1、FA2が割れ難い。したがって、塗布領域FC1、FC2及び未塗布領域FU1に応じて冷却して、割れの発生を抑制できる。また、割れの発生を抑制するために、全行程における乾燥工程及び乾燥時間を延長する必要が無い。そのため、乾燥工程のライン長さの短縮やレーザ照射器1の数の低減を図ることができる。
また、上記した電極体の製造方法の構成によれば、第1の温度測定部6A及び第2の温度測定部6Bが測定した未塗布領域FU1の温度に応じて、送風機7による送風の温度、速度、及び時間を決定してもよい。このような決定によって、ワークである電極箔FFの温度に応じて、送風機7による電極箔FFの冷却効果をリアルタイムで変更することができ、電極箔FFを適切に冷却できる。
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。また、本発明は、上記実施の形態やその一例を適宜組み合わせて実施してもよい。
10 電極体の製造装置
1 レーザ照射器
2 箔搬送機
2A ロール
3 塗布機
4 センサ
5 制御装置
6A 第1の温度測定部
6B 第2の温度測定部
7 送風機
7A 送風温度制御装置
7B エアノズル
LL レーザ光
FF 電極箔
FS1 第1の主面
FS2 第2の主面
FA、FA1、FA2 電極材
FR 電極箔ロール
FW 巻取ロール側
FC、FC1、FC2 塗布領域
FU、FU1 未塗布領域

Claims (4)

  1. 第1の主面と、前記第1の主面の反対側の第2の主面とを有する電極箔を連続的に搬送する箔搬送機と、
    前記連続的に搬送される前記電極箔の前記第1の主面に、電極材を間欠的に塗布することによって、前記電極材が塗布された塗布領域と、前記電極材が塗布されていない未塗布領域とを前記第1の主面に断続的に形成する塗布機と、
    前記未塗布領域の位置を取得する取得部と、
    前記電極箔の前記第1の主面に、レーザ光を照射するレーザ照射器と、
    前記前記電極箔の第2の主面側に配置された送風機と、
    前記送風機を制御する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記未塗布領域が前記レーザ光の照射範囲に含まれている期間において、前記送風機が前記電極箔の第2の主面に送風するよう制御する、
    電極体の製造装置。
  2. 前記未塗布領域の温度を測定する温度測定部をさらに備え、
    前記制御装置は、前記温度測定部が測定した前記未塗布領域の温度に応じて、前記送風機による送風の温度、速度、及び時間を決定する、
    請求項1に記載の電極体の製造装置。
  3. 第1の主面と、前記第1の主面の反対側の第2の主面とを有する電極箔を連続的に搬送するステップと、
    前記連続的に搬送される前記電極箔の前記第1の主面に、電極材を間欠的に塗布することによって、前記電極材が塗布された塗布領域と、前記電極材が塗布されていない未塗布領域とを前記第1の主面に断続的に形成するステップと、
    前記未塗布領域の位置を取得するステップと、
    レーザ照射器から前記電極箔の前記第1の主面に、レーザ光を照射するステップと、
    前記未塗布領域が前記レーザ光の照射範囲に含まれている期間において、前記電極箔の第2の主面に送風するステップと、を備える、
    電極体の製造方法。
  4. 前記未塗布領域の温度を測定するステップと、
    前記電極箔の第2の主面に送風するステップにおいて、前記測定した前記未塗布領域の温度に応じて、前記送風の温度、速度、及び時間を決定するステップと、をさらに備えた、
    請求項3に記載の電極体の製造方法。
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