电极材料的辊压方法以及辊压设备 |
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| 申请号 | CN201410190869.7 | 申请日 | 2014-05-07 | 公开(公告)号 | CN104143628A | 公开(公告)日 | 2014-11-12 |
| 申请人 | 株式会社日立电力解决方案; | 发明人 | 多田健一郎; 山我拓; 渡边修平; 久保田隆二; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供 电极 材料的辊压方法以及辊压设备，能够容易地进行电极材料的未涂敷部的延伸量的调整，能够抑制电极材料上产生褶皱。使用未涂敷部延伸机构仅使在导辊之间施加了张 力 的电极材料的未涂敷部延伸，其后，辊压电极材料。未涂敷部延伸机构构成为在两个导辊之间在电极材料上产生 张力 ，具备在导辊之间 对电极 材料以规定的压入量按压的按压辊。 | ||||||
| 权利要求 | 1. 一种电极材料的辊压方法，对沿电极材料的搬运方向具有涂敷部和未涂敷部的电极 材料进行辊压，所述涂覆部是在基材表面涂敷有电极活性物质的涂覆部，所述未涂敷部是 在基材表面未涂敷上述电极活性物质的未涂敷部，上述电极材料的辊压方法的特征在于， 仅对上述电极材料的上述未涂敷部按压按压辊并使上述未涂敷部延伸，其后，辊压上 述电极材料，所述电极材料在沿上述电极材料的搬运方向隔开间隔地配置的导辊之间被施 加张力。 |
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| 说明书全文 | 电极材料的辊压方法以及辊压设备技术领域[0001] 本发明涉及电极材料的辊压方法以及辊压设备。 背景技术[0002] 锂离子电池、电容器等的正极或负极的电极材料是在铝箔、铜箔等（金属箔集电 体）带状基材的两面上涂敷电极活性物质而成的，另外，以提高活性物质的密度并使其厚 度均匀的方式通过辊压设备进行辊压（压缩加工）。在进行这种辊压后，电极材料卷取成线 圈状，卷取线圈作为电极材料制品出货或移送至下一步工序。 [0003] 理想的辊压加工为，作为基材的箔不被辊轧地仅对活性物质进行压缩加工。但是 实际上，当辊压设备进行压缩加工时，作为基材的箔被少许辊轧。另一方面，电极材料在作 为基材的箔的宽度方向两侧部分上，为了确保焊接输入输出电力的标记的部分而未涂敷活 性物质。因此，成为辊压具有活性物质的涂敷部与未涂敷部的电极材料。若辊压这样的电 极材料，则仅涂敷部施加负载而使得仅涂敷部的箔受到辊轧（延伸）。此时，因为未涂敷部 的箔未被辊轧（延伸），所以涂敷部和未涂敷部在电极材料长度方向上产生长度差。若产生 这种长度差，则成为电极材料上产生褶皱的主要原因。即，在存在箔因辊压而延伸的涂敷区 域和箔未延伸的未涂敷区域的情况下，由于仅未涂敷区域受到搬运张力而涂敷区域不受张 力，因此由于两者的张力不平衡而产生褶皱。产生的褶皱在搬运、卷取的过程中，发展为更 深的褶皱或断裂，存在不能搬运、卷取的可能性。 [0004] 特别地，由涂敷部和未涂敷部的延伸差引起的褶皱，在辊压电极材料的情况下成 为较大的问题，所述电极材料为在作为基材的箔的宽度方向上交替地形成涂敷部和未涂敷 部即条纹状地形成涂敷部的电极材料。 [0006] 在专利文献1中提出了如下方法，防止压制后在电极箔上产生形变而使压制速度 提高，为此，在沿厚度方向压制电池用电极箔时，以使未涂敷部分压制的延伸量和涂敷部分 压制的延伸量相同的方式对涂敷部分和未涂敷部分分别进行压制，所述电池用电极箔具有 在长条的集电箔的长度方向上连续地涂敷电极活性物质的涂敷部分和在集电箔的长度方 向上未涂敷电极活性物质的未涂敷部分。 [0007] 在专利文献2中提出了如下方法，在电极箔的未涂敷部没有设置切口，为使压制 后的涂敷部的长度和未涂敷部的长度大致相等，在具有长条的集电箔的长度方向上连续涂 敷电极活性物质的涂敷部分和在集电箔的长度方向未连续地涂敷电极活性物质的未涂敷 部分的电池用电极箔的压制方法中，在未涂敷部分转印凹凸的形状，在将涂敷部分延伸后， 将电池用电极箔在长度方向上连续压制。 [0008] 在专利文献3中，为了消除由生产线的运转和停止而引起的电极的矫正程度因位 置而偏差的问题，提出了如下的电极制造装置，其具备轧制辊和被轧制辊按压后对未涂敷 部选择性地按压的冲孔机，所述轧制辊按压包括涂敷有电极合材的涂敷部和未涂敷电极合 材的未涂敷部的集电体。 [0009] 现有技术文献 [0010] 专利文献 [0011] 专利文献1 :日本特开2012 - 69266号公报 [0012] 专利文献2 :日本特开2012 - 79592号公报 [0013] 专利文献3 :日本特开2013 - 30360号公报 发明内容[0014] 专利文献1〜3所记载的方法，无论哪一种都是以辊或者打孔机等将电极材料直 接夹住，部分地辊轧未涂敷部的方法。在这种情况下，辊或者打孔机等的间隙需要几 μπι的 极微小的调整。S卩、延伸量的调整一般假定1〜3%左右。例如锂电池的电极材料的箔的厚 度最近为10〜15 μπι左右，在箔的厚度为10 μπι的情况下，并且当延伸量为1 %时，则需要 将未涂敷部从10 μ m辊轧至9. 8 μ m。这难以通过例如上下辊的间隙调整来实现。 [0015] 本发明的目的在于提供电极材料的辊压方法以及辊压设备，能够容易地调整电极 材料的未涂敷部的延伸量，并能够抑制电极材料产生褶皱。 [0016] 用于解决问题的方案 [0017] 本发明的特征在于，使用按压辊仅使在导辊间被施加了张力的电极材料的未涂敷 部延伸，其后，辊压电极材料。 [0018] 根据本发明，能够容易地调整电极材料的未涂敷部的延伸量，并能够抑制电极材 料产生褶皱。 [0020] 图1是概要地表示本发明的第一实施例的电极材料用的辊压设备整体的系统构 成图。 [0021] 图2(a)是示意地表示本发明的一实施例中被辊压的电极材料的宽度方向截面的 图。 [0022] 图2(b)是示意地表示本发明的一实施例中被辊压的电极材料的平面的一部分的 图。 [0023] 图3(a)是示意地表示本发明的一实施例中被辊压的其他的电极材料（涂敷部为 条纹状的电极材料）的宽度方向截面的图。 [0024] 图3(b)是示意地表示本发明的一实施例中被辊压的电极材料（涂敷部为条纹状 的电极材料）的平面的一部分的图。 [0025] 图4(a)是本发明的一实施例的未涂敷部延伸机构的侧视图。 [0026] 图4(b)是从图4(a)的箭头F4b观察的向视图。 [0027] 图5是本发明的一实施例的按压辊的主要部分的主视图。 [0028] 图6是说明本发明的效果的图。 [0029] 图7是本发明的其他的实施例的未涂敷部延伸机构的侧视图。 [0030] 图8是本发明的其他的实施例的按压辊的主要部分的主视图。 [0031] 图9是本发明的其他的实施例的按压辊的主视图。 [0032] 图10是本发明的其他的实施例的未涂敷部延伸机构的侧视图。 [0033] 图中：1 一放卷机，2-压制前线圈，3-电极材料，4a-上压棍，4b-下压棍，5-电 极材料，6-卷取机，7-压制后线圈，8a、8b-未涂敷部延伸机构，30-电极材料基材，31、 32 -电极活性物质（涂敷区域/涂敷部），33-未涂敷区域/未涂敷部，81-入口辊，82-导 棍，83-夹持棍，84-按压棍，84b-轴承，84c-气缸，84e-偏心按压棍，84ec-旋转中心， 84s-轴，85-导辊，86-夹持辊，87-出口辊，88-加热器，90-橡胶，90r-边缘部，91 一导 棍，92-加热棍，93〜96-夹持棍。 具体实施方式[0034] 以下，使用附图对本发明的实施例进行说明。 [0035] 图1表示本发明的一实施例的辊压设备的整体概要。在辊压机主体的进入侧设置 有放卷机1，所述放卷机1装配有将锂离子二次电池电极材等的电极材料3线圈状地卷绕而 成的压制前线圈2,在辊压机主体的输出侧设置有将辊压后的电极材料5卷绕而成为压制 后线圈7的卷取机6。 [0036] 辊压机主体具备上压辊4a和下压辊4b，在上压辊4a和下压辊4b之间使电极材料 通过并进行压缩加工。虽然省略图示，但在辊压机主体上具备：调整上下压辊4a、4b间的间 隙或者压缩负载的压下装置；使上下压辊4a、4b与卷取机6同步地能够控制旋转速度地驱 动的驱动机构；以及修正辊的弯曲的弯度机构等。 [0037] 另外，虽然省略图示，但在辊压设备中，在放卷机1和辊压机主体（上下压辊4a、 4b)之间以及辊压机主体和卷取机6之间，设置有针对电极材料3的张力控制机构和多个用 于搬运电极材料的导辊。另外，虽然省略图示，但是在辊压机主体的下游侧设置有测量辊压 后的电极材料5的厚度的厚度测量系统，还设置有基于厚度测量系统的测量值来控制压下 装置和弯曲机构的控制装置。 [0038] 并且，在本实施例中，在放卷机1和辊压机主体之间以及辊压机主体和卷取机6之 间分别设置有未涂敷部延伸机构8a、8b。对于未涂敷部延伸机构的详细情况后述。 [0039] 电极材料3虽然以锂离子电池为一例进行例示，但只要是在带状基材的两面上 涂敷电极活性物质的材料，不管其种类，也可以是其他的电池或电容器等电极材料。如图 2 (a)、图2 (b)所示，由金属箔集电体的基材（例如铝箔、铜箔等）30和设置于基材30两面 的活性物质（涂敷区域/涂敷部）31、32构成。电极材料自身因为无论正极用、负极用均已 知，所以省略说明。在带状基材30的流动方向两侧，设置有未涂敷活性物质的未涂敷区域 /未涂敷部33。 [0040] 在图2(a)、图2(b)中，大致在整个宽度上设置活性物质，但如图3(a)、图3(b)所 示，也有在基材30的宽度方向上交替地形成涂敷部（电极活性物质）31、32和未涂敷部33， 即使用条纹状地形成涂敷部31、32的电极材料3的情况。未涂敷部33的宽度例如为5〜 25mm左右。本发明在辊轧条纹状形成涂敷部31、32的电极材料3的情况下特别有效，在以 下的说明中，对辊轧条纹状地形成涂敷部31、32的电极材料3的情况进行说明。 [0041] 在将具有涂敷部和未涂敷部的电极材料3由压辊4a、4b压缩加工的情况下，如背 景技术所述，在基材30的活性物质31、32的涂敷部（区域）集中地施加压缩负载，基材30 的涂敷部的箔延伸，未涂敷部33未延伸。辊压后的电极材料3在压辊、卷取机的线圈间仅 对未涂敷部33施加搬运张力，而在涂敷部31、32由于产生延伸，因此几乎不施加内部张力。 因此，由于两者的不平衡而容易产生褶皱。特别地，在基材为例如10〜15 μ m左右的薄箔 化情况下，产生的褶皱在搬运、卷取的过程中，在导辊上等发展为较深的褶皱或破裂，成为 不能搬运、卷取的主要原因。 [0042] 在本实施例中，通过设置以下所述的未涂敷部延伸机构8a、8b，将能够容易地使未 涂敷部延伸并抑制褶皱的产生。 [0043] 使用图4(a)、图4(b)、图5以及图6来说明未涂敷部延伸机构8a、8b。 [0044] 本实施例的未涂敷部延伸机构8a、8b的主要的构成要素为：入口辊81、导辊82、夹 持辊83、按压辊84、导辊85、夹持辊86、出口辊87以及加热器88,通过仅将在导辊82、85间 施加了张力的电极材料的未涂敷部由按压辊84按压，从而仅使电极材料的未涂敷部33延 伸，所述按压辊84的宽度对应电极材料的未涂敷部33的宽度。 [0045] 并且，在本实施例中，未涂敷部延伸机构设置于辊压机主体的前后，在辊压前，使 其延伸由辊压机主体辊压电极材料时涂敷部延伸量的大约一半，在辊压后，使其延伸由辊 压机主体辊压电极材料时涂敷部延伸量的大约一半。 [0046] 自由辊81、88和导辊82、85使用例如母材为铁、铝等并在其表面镀以硬铬（HCr) 的材料。夹持辊83、86使用乙丙橡胶（EPDM)等橡胶辊。按压辊84使用在母材由铁、铝等 构成的刚性辊的表面镀HCr或设置有橡胶、树脂等的材料。此外，这些辊的材质并不限定于 上述材质。 [0047] 另外，入口辊81、夹持辊83、按压辊84、夹持辊86、出口辊87为自由辊，导辊82、85 为驱动辊。 [0048] 入口辊81和出口辊87以如下方式配置，在按压辊84前后的导辊82、85间给予导 辊能够对电极材料3施加张力的足够的抱住角。由此防止来自导辊的电极材料的浮起，在 其他位置不产生褶皱等，能够仅使未涂敷部塑性变形（延伸）。 [0049] 夹持棍83、86以分别朝向导棍82、85施以按压负载（按压力）的方式配置。若将 夹持辊83、86的按压负载记作F，将导辊82、85和电极材料3之间的摩擦力记作μ，则电极 材料3引导的最大张力Tg可以表示为Tg = F · μ。通过在按压辊前后的导辊部夹住电极 材料，防止电极材料从导辊浮起，从而在其他位置不产生褶皱等，能够仅使未涂敷部塑性变 形（延伸）。 [0050] 在辊压前的未涂敷部延伸的情况下（未涂敷部延伸机构8a的情况下），下游侧 (压辊侧）的导辊85以与辊压机主体的驱动速度即生产线的搬运速度同步的方式被驱动。 使上游侧（压辊的相反侧）的导辊82以稍微（0〜2%左右）慢于下游侧导辊85地旋转， 并在导辊82、85间在电极材料上产生足够张力的方式进行拉力控制。 [0051] 另外，在辊压后的未涂敷部延伸的情况下（未涂敷部延伸机构8b的情况下），上 游侧（压辊侧）的导辊82以与辊压机主体的驱动速度即生产线的搬运速度同步的方式被 驱动。使下游侧（压辊的相反侧）的导辊85以稍微（0〜2%左右）快于上游侧的导辊82 地旋转，并在导辊82、85间在电极材料上产生足够张力的方式进行拉力控制。 [0052] 在能够通过辊压设备的张力控制机构等使导辊82、85间的电极材料产生足够张 力的情况下，导辊82、85也可以是自由辊。但是，通过驱动导辊82、85而使下游侧的导辊的 驱动速度稍微快，从而能够提高导辊间的张力，易于对电极材料（基材）施以塑性变形（延 伸）。 [0053] 如图4(b)或图5所示，按压辊84的宽度对应未涂敷部33的宽度，前后导辊82、85 等其他的辊的宽度在电极材料3的材料宽度以上。通过使电极材料沿着宽度在电极材料的 宽度以上的导辊，防止电极材料的从导辊上浮起，在其他位置不产生褶皱等，能够仅使未涂 敷部塑性变形（延伸）。 [0054] 将按压辊84向电极材料按压的机构，使用以一定负载或者一定位置进行按压的 机构。以一定位置进行按压易于进行设定。 [0055] 在以常温使未涂敷部延伸的情况下，在进行某延伸量以上的延伸的情况下，电极 材料（基材）存在断裂的可能性。以常温进行延伸的情况下，虽然根据基材（铝箔等）的特 性，但延伸量的界限为1%左右。因此，在本实施例中，通过由加热器88加热电极材料（基 材），从而使基材的耐力下降，以低按压力或者低张力不会使材料断裂，能够使未涂敷部延 伸更多。作为加热器88,可以使用激光、卤素加热器、红外线加热器等。并且，在按压辊84 的跟前将未涂敷部33局部地快速加热。因为在基材所使用的热传导较高的铝中，也易于向 不希望延伸的涂敷部传热，所以定点并且在按压辊跟前进行加热，使基材的耐力或屈服点 下降，期望易于进行仅未涂敷部的塑性变形（延伸）。例如，虽然也根据基材的材料，但通过 加热为50〜200°C，使耐力下降1〜3成左右。 [0056] 此外，在能够以常温不使未涂敷部断裂地延伸足够长的情况下，能够省略设置加 热器88。另外，也可以替换加热器88或者在加热器88基础上加热按压辊84,通过加热的 按压辊84使电极材料（基材）延伸。 [0057] 图5表示按压辊84的结构。如上所述，按压辊84的宽度对应未涂敷部33的宽度。 另外，以从轴84s突出的方式设置。轴84s通过轴承被保持。以使轴承的位置移动来调整 压入量的方式构成。按压辊84、轴84s由刚性辊构成。按压辊84在表面施有橡胶90。另 夕卜，在边缘部90r设置圆弧来缓和应力集中并防止褶皱或材料断裂。边缘部9〇1的圆弧期 望在按压辊的表面被镀以HCr的按压辊的情况下形成。 [0058] 按压辊84也可以由比较硬且滑动性良好的树脂构成。作为这种树脂可以使用聚 四氟乙烯等氟素树脂等。通过使用这种材料，能够有效地防止褶皱或材料断裂。 [0059] 虽然直径较小的按压辊84易于产生延伸，但因为断裂的可能性变高，因此在事前 适当地通过试验等来进行确认，使用断裂可能性不变高的小直径辊。 [0060] 另外，因为按压辊84的位置越接近上游侧的导辊82就越能够稳定地进行延伸，所 以优选在可能的范围内使按压辊84的位置接近上游侧的导辊82。 [0061] 使用图6来说明本发明的效果。 [0062] 若将按压辊的半径记为r，按压量记为α，则延伸率大致可以用L2/L1表示。此外， L1和L2由下式求得。 [0063] LI = Jr2 + (r - α)2 [0064] L2 = rX cos - 1 ((r- α )/r) [0065] 例如，在r为40mm、延伸率为1%的情况下，按压量α为〇. 1mm左右。此外，导辊 间距离为例如90mm左右。 [0066] 在将电极材料夹住并仅对未涂敷部部分地进行辊轧的情况下，例如基材的厚度为 10 μ m的情况下，并且当延伸量为1 %时，则有必要将未涂敷部从10 μ m辊轧至9.8 μ m。换 句话说，需要以〇. 2 μ m等级进行辊间间隙调整。对此，在本实施例中，与基材的厚度无关， 只要将按压量以〇. l_(l〇〇ym)左右进行设定、调整即可。因此，在本实施例中，相比于辊 轧的情况的等级（0.2 μ m)，能够通过以调整极为容易的等级（0.1mm)的按压量来设定、调 整，从而以期望的延伸率使未涂敷部延伸。 [0067] 在上述的实施例中，将未涂敷部延伸机构设置于辊压机主体的前后，辊压前，使其 延伸在用辊压机主体辊压电极材料时涂敷部延伸的量（延伸量（率）事先通过试验等来进 行确定）的大约一半，辊压后，使其延伸在用辊压机主体辊压电极材料时涂敷部延伸的量 的大约一半。但是，能够在未涂敷部延伸机构8a、8b中对延伸的量的比例进行适当地设定。 可是，若设没有未涂敷部延伸机构的情况下产生的未涂敷部和涂敷部的延伸量的差为1，则 通过未涂敷部延伸机构8a、8b中各一半地延伸，从而在辊压设备产生的未涂敷部和涂敷部 的延伸量的差能够最大降至〇. 5,能够有效地抑制褶皱的产生。 [0068] 另外，在上述实施例中，虽然将未涂敷部延伸机构设置于辊压机主体的前后，但是 也可以仅在辊压机主体的上游侧设置未涂敷部延伸机构8a，辊压前，使其延伸在用辊压机 主体辊压电极材料时涂敷部延伸的量。这是因为相比于辊压前的涂敷部和未涂敷部的延伸 的差，因辊压后产生的涂敷部和未涂敷部的延伸的差更容易产生褶皱，另外，搬运过程中褶 皱容易变深。而仅在辊压机主体的上游侧设置未涂敷部延伸机构8a的情况下这种可能性 较小。 [0069] 另外，在上述实施例中，虽然按压辊前后的导辊等的辊宽度（轴方向长度）为电极 材料宽度以上，但也能够以宽度数倍于按压辊的宽度设置按压辊前后的导辊，将按压辊按 压在未涂敷部而仅使未涂敷部延伸。 [0070] 根据本实施例，仅通过将在导辊间施加足够张力的电极材料的未涂敷部由按压辊 按压，就能够容易地仅使电极材料的未涂敷部延伸。因此，在辊压后的电极材料中，因为能 够抑制未涂敷部和涂敷部之间延伸的差异的产生，所以能够抑制在电极材料产生褶皱。由 此，辊压后的电极材料的搬运、卷取变得容易。 [0071] 使用图7来说明本发明的其他实施例。本实施例使用加热辊92作为在按压辊84 跟前加热电极材料3的方法。在加热辊92的内部内置有加热器等。加热辊92的宽度也与 按压辊84 -样具有和未涂敷部33相同的宽度。另外，加热辊92与按压辊84不同，其配置 于与电极材料3刚接触的位置。另外，通过设置加热辊92,从而导辊82和导辊85间过于打 开，所以设置新的导辊91。在本实施例中也能够起到和上述实施例相同的效果。 [0072] 使用图8来说明本发明的其他实施例。本实施例的按压辊为偏心按压辊84e。艮P、 在从按压辊84的中心仅偏心e的位置具有旋转中心84ec。该偏心按压辊84e是与按压辊 84不同的驱动辊。其他与上述实施例相同。 [0073] 通过使用偏心按压辊84e进行压入，进行断续的按压延伸。由此，通过重复进行来 自张力与电极材料的面一样地施加的状态的按压延伸，来进行规定的延伸。特别地，在延伸 量较小的情况下，压入量变小，存在压入量的调整、设定变难的可能性。在这种情况下，通过 使用偏心按压辊能够使压入量大到一定程度，并且，如果在一定长度内看，则能够成为规定 的延伸量（率）。 [0074] 使用图9来说明本发明的其他的实施例。本实施例使用气缸84c，将按压辊断续地 按压电极材料。按压辊84对应未涂敷部33的位置设置于轴84s，在轴84s的两端设置有轴 承84b。使用气缸84c使轴承84b上下运动，将按压辊84断续地按压电极材料2。能够使 用气缸以外的例如滚珠丝杠机构等作为按压机构。本实施例也能够起到和上述实施例相同 的效果。 [0075] 使用图10来说明本发明的其他的实施例。本实施例使用直径较大的夹持辊93〜 96使导辊82、85间的电极材料3产生张力来代替将夹持辊83、86按压导辊82、85。通过这 样做，即使导辊82、85的抱住角变小也能够产生足够的张力，另外，因为导辊的直径能够变 小，所以能够缩短导辊82、85间的距离，从而能够通过按压辊84有效地进行未涂敷部的延 伸。 [0076] 对本发明的其他的实施例进行说明。在本实施例中，追踪电极材料的弯曲，使未涂 敷部延伸机构向电极材料的宽度方向移动，并通过按压辊使未涂敷部延伸。例如，检测电极 材料的弯曲，并与该弯曲对应地使按压辊沿宽度方向移动。电极材料的弯曲检测使用已知 的弯曲检测装置（省略图示）。 [0077] 所谓追踪电极材料的弯曲，在按压辊前后的导辊使用夹持辊的情况下，仅位于这 些导辊间的辊以及按压辊追踪。在按压辊前后的导辊不使用夹持辊的情况下，也可以使按 压辊以外的前后的导辊等追踪弯曲。 [0078] 通过这样地追踪电极材料的弯曲并使按压辊移动，从而能够使未涂敷部可靠地延 伸。 [0079] 此外，本发明并不限定于上述的实施例，还包括种种变形例。例如，上述的实施例 是为了使本发明易于理解而进行的详细说明，并不限定于必须具备说明的全部构成。另外， 某些实施例的构成的一部分能够置换其他实施例的构成，另外，某些实施例的构成也可以 添加其他的实施例的构成。另外，对各实施例的构成的一部分，能够进行追加、削除、置换其 他的构成。 |
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