CN115052687A

CN115052687A - 涂布装置

Info

Publication number: CN115052687A
Application number: CN202080095611.2A
Authority: CN
Inventors: 秋元雄大; 衣川元贵; 丸尾鹰则
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-12-25
Publication date: 2022-09-13
Anticipated expiration: 2040-12-25
Also published as: EP4112186A4; EP4112186A1; US20230053506A1; JP7584106B2; WO2021171778A1; JPWO2021171778A1; EP4112186B1; CN115052687B

Abstract

涂布装置包括输送被涂布体或涂布涂料的辊以及在被涂布体或辊上涂布涂料的涂布机。辊的至少与被涂布体接触的部分或涂布有涂料的部分，由具有0[1/K]以上6.0×10^‑6[1/K]以下的线膨胀系数的低膨胀材料构成。

Description

涂布装置

技术领域

本公开涉及涂布装置。

背景技术

近年来，随着电动汽车(EV)、混合动力车(HV)、插电式混合动力车(PHV)等的普及，车载用的二次电池的出货增加。特别是锂离子二次电池的出货增加。另外，不限于车载用，例如作为笔记本型计算机等便携终端用的电源，二次电池的普及也在推进。一般的二次电极以正极板、负极板、隔板以及电解液作为主要构成要素。正极板、负极板这样的电极板具有在由金属箔构成的集电体的表面上层叠电极活性物质的构造。

专利文献1中公开了一种涂布装置，作为用于这样的电极板的制造的涂布装置，包括：输送作为被涂布体的集电体的支承辊；以及以与支承辊相对的方式配置，将混合有电极活性物质和溶剂的电极浆料向被涂布体排出的涂布用模具。

[在先技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本特开2019-107606号公报

发明内容

本发明人对现有的涂布装置反复进行了深入研究，结果认识到现有的涂布装置在实现涂布质量的提高的方面存在改善的余地。

本公开的一个方式是涂布装置。该装置包括输送被涂布体或涂布涂料的辊，以及在被涂布体或辊上涂布涂料的涂布机。辊的至少与被涂布体接触的部分或涂布有涂料的部分，由具有0[1/K]以上、6.0×10^-6[1/K]以下的线膨胀系数的低膨胀材料构成。

以上构成要素的任意组合、以及将本公开的表现在方法、装置、系统等之间进行转换的方式作为本公开的方式也是有效的。

根据本公开，能够提高涂布装置的涂布质量。

附图说明

图1是实施方式的涂布装置的示意图。

图2是辊和涂布用模具的立体图。

图3是表示由实施方式的涂布装置形成的涂布部的膜厚的变化率和由参考例的涂布装置形成的涂布部的膜厚的变化率的图。

具体实施方式

以下，基于优选的实施方式并参照附图来说明本公开。实施方式不限定本公开而是例示，并非实施方式所述的所有的特征及其组合都是本公开的本质内容。对各附图所示的相同或同等的构成要素、构件、处理标注相同的附图标记，并适当省略重复的说明。另外，各图所示的各部的比例尺、形状，为了易于说明而被方便地设定，只要没有特别提及就不作限定性的解释。另外，在本说明书或权利要求中使用“第1”、“第2”等用语的情况下，只要没有特别提及则该用语不表示任何顺序或重要度，而是用于区别某个构成和其他构成的用语。另外，在各附图中，在说明实施方式的基础上对不重要的构件的一部分省略显示。

图1是实施方式的涂布装置的示意图。涂布装置1包括辊2和涂布机4。本实施方式的辊2是输送被涂布体6(料片)的构件。更具体而言，辊2是一边支承被涂布体6的背面一边对涂布机4连续输送被涂布体6的支承辊。本实施方式的涂布机4是在被辊2输送的被涂布体6上涂布涂料8的机构。

作为一个示例，本实施方式的涂布装置1被用于制造二次电池的电极板。二次电池的电极板是在集电体上涂布电极浆料并使其干燥的片状的电极材料。因此，在本实施方式中，被涂布体6是二次电池的集电体，涂料8是二次电池的电极浆料。集电体例如是金属箔。电极浆料是含有电极活性物质和溶剂的电子传导性的固液混合物。在一般的锂离子二次电池的情况下，正极的电极板通过在铝箔上涂布包含钴酸锂、磷酸铁锂等正极活性物质的电极浆料而制作。另外，负极的电极板通过在铜箔上涂布包含石墨等负极活性物质的电极浆料而制作。

涂布机4具有涂布用模具10、阀12、罐14、泵16、输送配管18、返回配管20、以及模具供给配管22。

涂布用模具10是向被涂布体6排出涂料8的器具。涂布用模具10以排出口24与辊2的周面隔开规定的间隔地相对的方式配置。被涂布体6通过辊2的旋转而被连续地输送到辊2与排出口24相对的位置。

在涂布用模具10上经由模具供给配管22连接有阀12。阀12能够切换涂料8向涂布用模具10的供给和非供给。涂布装置1在涂料8被供给到涂布用模具10的期间，能够从涂布用模具10向被涂布体6排出涂料8。在阀12上经由输送配管18和返回配管20连接罐14。

罐14贮存涂料8。在输送配管18中设有泵16，通过泵16的驱动从罐14向阀12输送涂料8。阀12将从罐14供给的涂料8经由模具供给配管22供给到涂布用模具10。或者，阀12使从罐14供给的涂料8经由返回配管20返回到罐14。

通过阀12向涂布用模具10供给涂料8，能够从涂布用模具10排出涂料8而在被涂布体6上形成涂料8的涂布部8a。另外，通过阀12使涂料8返回到罐14，能够停止来自涂布用模具10的涂料8的涂布而在被涂布体6上形成涂料8的未涂布部6a。即，通过阀12，能够对被涂布体6间歇涂布涂料8。未涂布部6a被用于电极的中心引线的粘贴等。此外，涂布装置1的各部的构成并不被限定于上述构成。

图2是辊2和涂布用模具10的立体图。此外，在图2中，辊2和涂布用模具10的二者都图示出宽度方向上的一半。未图示的剩余一半具有与图示出的一半对称的形状。辊2具有旋转轴26和辊主体30。旋转轴26的一端侧与未图示的马达连接而旋转。在旋转轴26的另一端侧连接有辊主体30。辊主体30是圆管状的所谓中空辊，具有在管的中心轴方向(换言之为宽度方向)上延伸的中空部28。辊主体30伴随旋转轴26的旋转而向绕轴的方向旋转。辊主体30的直径例如为50mm以上。辊主体30在外周面上具有支承被涂布体6的背面的支承区域32。

涂布用模具10具有第1主体34和第2主体36。第1主体34和第2主体36是在与被涂布体6的输送方向正交的方向上、换言之在辊主体30延伸的方向上较长的长条状的构件。第1主体34和第2主体36相互隔开间隙地配置，由该间隙形成排出口24。

辊2的至少与被涂布体6接触的部分，即支承区域32由低膨胀材料构成。优选辊主体30整体由低膨胀材料构成。低膨胀材料具有0[1/K]以上、6.0×10^-6[1/K]以下的线膨胀系数(热膨胀率)。

在被涂布体6上涂布涂料8时，有时涂料8的热经由被涂布体6而传递到辊2。特别是，在被涂布体6由热传导率较高的材料构成的情况下，涂料8的热容易传递到辊2。热传递到辊2时，辊2会因热导致的膨胀收缩而变形。另外，由于涂料8的温度变化时传递到辊2的热量也变化，因此辊2的形状变得不稳定。结果，被涂布体6变形而难以形成均匀的膜厚的涂布部8a。

本发明人发现，在被用于电极板制造的涂布装置1中，如果能够将涂料8的每1℃温度变化的涂布间隙的变化量抑制为5μm以下，则能够形成可耐受市场需求的均匀的膜厚的涂布部8a。涂布间隙是指辊2与涂布用模具10之间的间隙。进而，本发明人发现，如果是具有6.0×10^-6[1/K]以下的线膨胀系数的低膨胀材料，则能够将涂料8的每1℃温度变化的涂布间隙的变形量抑制为5μm以下。

此外，以上考察不能理解为本公开的领域中的共通的一般知识的范围。进而可以说，着眼于涂料8的每1℃温度变化的涂布间隙的变形量这一参数本身，是本发明人作为深入研究的结果而发现的，是本领域技术人员不容易想到的技术思想。另外，并不限于电极板制造，在涂布装置1被用于其他用途的情况下，也希望将涂料8的每1℃温度变化的涂布间隙的变化量抑制为5μm以下。

作为线膨胀系数为6.0×10^-6[1/K]以下的低膨胀材料，可举出规定的低热膨胀金属和规定的低热膨胀陶瓷。作为低热膨胀金属，可举出殷钢(Fe、Ni35wt％，1.2×10^-6[1/K])、超殷钢(Fe、Ni32wt％、Co4wt％，0.0×10^-6[1/K])、不锈殷钢(Fe、Ni52wt％、Co11wt％、Cr，0.0×10^-6[1/K])、Fe-Pd合金(Fe、Pd31wt％，0.0×10^-6[1/K])、42合金(Fe、Ni、Cu微量、Mn微量，4.5～6.5×10^-6[1/K])、可伐合金(Fe、Ni、Co，1.0×10^-6[1/K])等合金。

作为低热膨胀陶瓷，可举出堇青石(2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂，0.1×10^-6[1/K]以下)、氮化硅(Si₃N₄，2.8×10^-6[1/K])、碳化硅(SiC，3.7×10^-6[1/K])、氮化铝(AlN，4.6×10^-6[1/K])、莫来石(3Al₂O₃·2SiO₂，5.0×10^-6[1/K])等。

另外，若将辊主体30的壁厚记为d[mm]、将辊主体30的外周直径记为D[mm]、将辊主体30的宽度方向的长度记为l[mm]、将辊主体30的杨氏模量记为E[kN/mm²]、将因自重而施加于辊主体30的每1mm宽度的载荷记为q[N/mm]、将圆周率记为π，则优选辊主体30满足以下任意的条件：

(i)D＞d，

(ii)D≥50，

(iii)d≥10，

(iv)最大挠曲w＝ql⁴÷(6π(D⁴-(D-2d)⁴)E)＜0.005。

通过满足条件(i)、(ii)以及(iii)，容易将辊主体30以具有规定的几何公差的方式进行机械加工。另外，通过满足条件(iv)，能够将最大挠曲w抑制为5μm以下。由此，能够抑制被涂布体6的变形，容易形成均匀的膜厚的涂布部8a。

另外，辊2优选在辊主体30的外周面具有覆膜，该覆膜包含从由氧化铝、氧化钛、氧化铬、氧化锆、氧化镁、类金刚石碳、以及含有硅的玻璃材料组成的组中选择的至少一种材料。覆膜是通过对辊主体30的外周面施加使用上述材料的表面处理而得到的表面处理层(耐磨损性层)。作为表面处理，例如可举出镀敷、喷镀、蒸镀、内衬、焊接等。通过设置覆膜，能够抑制因被涂布体6、涂料8导致的辊主体30的磨损。结果，能够抑制辊主体30的尺寸的变化，容易形成均匀的膜厚的涂布部8a。

图3是表示由实施方式的涂布装置形成的涂布部的膜厚的变化率和由参考例的涂布装置形成的涂布部的膜厚的变化率的图。在图3中，实施方式的结果由实线表示，参考例的结果由虚线表示。另外，横轴的“涂布宽度方向”是指距涂布部8a的宽度方向上的中央部，换言之是指距排出口24的宽度方向上的中央部的距离。涂布宽度方向0mm是指该宽度方向的中央部。纵轴的“膜厚变化率”是指将在辊2和涂布用模具10不存在任何变形的状态下形成的涂布部8a的膜厚设为理论膜厚时，由(实际的膜厚/理论膜厚)×100表示的值(％)。

在实施方式的涂布装置1中，使用辊主体30的整体由线膨胀系数0.6×1^0-6[1/K]的殷钢构成的辊2。另外，在参考例的涂布装置中，使用辊主体的整体由线膨胀系数10.8×10^-6[1/K]的不锈钢构成的辊。并且，通过以下所示的方法来算出使用各涂布装置在被涂布体上形成涂布部时的涂布部的膜厚。即，通过基于有限元法的变形解析模拟，通过数值解析来算出由传热导致的辊主体和涂布用模具的变形量。另外，通过基于有限体积法的流体模拟，通过数值解析来算出所算出的辊主体和涂布用模具的变形状态下的涂布部的膜厚分布。

如图3所示，示出了在参考例的涂布装置的情况下膜厚变化10％以上，相对于此，根据本实施方式的涂布装置1将膜厚变化率抑制为约2％以下。因此，示出了通过使用至少一部分由低膨胀材料构成的辊2，能够抑制因热导致的辊2的变形，使涂布部8a的膜厚更均匀化。

涂布用模具10优选至少一部分由低膨胀材料构成。例如，第1主体34和第2主体36的整体由低膨胀材料构成。由此，能够抑制因涂料8的热导致的涂布用模具10的变形。结果，能够提高涂料8的排出稳定性，使涂布部8a的膜厚更均匀化。

优选涂布装置1在涂布装置1的周围温度与涂料8的温度之差为1℃以内的条件下使用。由此，能够抑制因周围温度与涂料8的温度之差而产生的辊2的尺寸变化。结果，能够容易形成均匀的膜厚的涂布部8a。

如以上说明，本实施方式的涂布装置1包括输送被涂布体6的辊2以及在被涂布体6上涂布涂料8的涂布机4。辊2的至少与被涂布体6接触的部分由具有0[1/K]以上6.0×10^-6[1/K]以下的线膨胀系数的低膨胀材料构成。由此，能够抑制因来自涂料8、外部环境的热而辊2变形，从而涂布部8a的膜厚变得不均匀的情况。由此，能够提高涂布装置1的涂布质量。

另外，在本实施方式中，被涂布体6是二次电池的集电体，涂料8是二次电池的电极浆料。由此，能够提高电极板的质量。另外，涂布机4具有将涂料8排出到被涂布体6的涂布用模具10，优选涂布用模具10的至少一部分由低膨胀材料构成。由此，能够抑制因来自涂料8、外部环境的热而辊2变形，从而涂布部8a的膜厚变得不均匀的情况。由此，能够进一步提高涂布装置1的涂布质量。

以上，详细地说明了本公开的实施方式。上述实施方式仅是示出了实施本公开时的具体例的方式。实施方式的内容并不限定本公开的技术范围，在不脱离权利要求的范围所规定的本公开的思想的范围内，能够进行构成要素的变更、追加、削除等多种设计变更。施加了设计变更的新的实施方式兼具所组合的实施方式及变形的各自的效果。在上述实施方式中，关于能够进行这样的设计变更的内容，标注了“本实施方式的”、“在本实施方式中”等标记进行强调，但没有这样的标记的内容也允许设计变更。以上构成要素的任意组合作为本公开的方式也是有效的。附图的剖面上标注的阴影线并非限定标注有因阴影线的对象的材质。

涂布装置1并不被限于电极板制造用。涂布机4并不限于模具方式，也可以是凹版方式、反转方式等。辊2并不限于支乘辊，也可以是输送被涂布体6的其它辊。另外，辊2也可以是涂布辊等涂布涂料8的辊。即，也可以是，涂布装置1包括涂布涂料8的辊2以及在辊2上涂布涂料8的涂布机4，辊2中的至少涂布有涂料8的部分由具有0[1/K]以上、6.0×10^-6[1/K]以下的线膨胀系数的低膨胀材料构成。在这种情况下，被涂布于辊2的涂料8被转印到被涂布体6。

[附图标记说明]

1 涂布装置

2 辊

4 涂布机

6 被涂布体

8 涂料

10 涂布用模具

Claims

1.一种涂布装置，包括：

输送被涂布体或涂布涂料的辊，以及

在所述被涂布体或所述辊上涂布涂料的涂布机；

所述辊的至少与所述被涂布体接触的部分或涂布涂料的部分，由具有0[1/K]以上、6.0×10^-6[1/K]以下的线膨胀系数的低膨胀材料构成。

2.如权利要求1所述的涂布装置，

所述被涂布体是二次电池的集电体；

所述涂料是二次电池的电极浆料。

3.如权利要求1或2所述的涂布装置，

所述涂布机具有将所述涂料排出到所述被涂布体或所述辊的涂布用模具；

所述涂布用模具的至少一部分由所述低膨胀材料构成。

4.如权利要求1至3的任意一项所述的涂布装置，

所述辊具有圆管状的辊主体；

若将所述辊主体的壁厚记为d[mm]、将所述辊主体的外周直径记为D[mm]、将所述辊主体的宽度方向的长度记为1[mm]、将所述辊主体的杨氏模量记为E[kN/mm²]、将因自重而施加于所述辊主体的每1mm宽度的载荷记为q[N/mm]、将圆周率记为π，则满足以下任意的条件：

(i)D＞d，

(ii)D≥50，

(iii)d≥10，

(iv)最大挠曲w＝q1⁴÷(6π(D⁴-(D-2d)⁴)E)＜0.005。

5.如权利要求1至4的任意一项所述的涂布装置，

所述辊在外周面具有覆膜，所述覆膜包含从由氧化铝、氧化钛、氧化铬、氧化锆、氧化镁、类金刚石碳、以及含有硅的玻璃材料组成的组中选择的至少一种材料。

6.如权利要求1至5的任意一项所述的涂布装置，

其在所述涂布装置的周围温度与所述涂料的温度之差为1℃以内的条件下使用。