电极制造装置的制作方法

1.本发明涉及电极制造装置。


背景技术：

2.例如在锂离子二次电池等蓄电设备的制造中，作为电极使用形成有活性物质层的金属箔。
3.以往，作为在金属箔形成活性物质层的方法，存在将在溶剂中分散了活性物质等的浆料涂覆在金属箔，通过干燥工序使溶剂蒸发后，利用压辊进行压制的方法(例如参照日本特开2015-149236号公报)。
4.在现有的技术中，在利用压辊压制的工序中，有时活性物质等附着于压辊。在该情况下，附着于压辊的活性物质等成为异物并堆积，从而可能产生各种不良情况。例如在进行压制时，附着于压辊的异物混入活性物质层，由此可能产生压制品质的降低。


技术实现要素：

5.本发明能够作为以下的形态而实现能够。
6.(1)根据本发明的一形态，提供一种电极制造装置。该电极制造装置是制造在金属箔的至少一个面形成有活性物质层的电极的电极制造装置，其具备：压制部，其通过压辊的功能表面对形成有活性物质层的金属箔进行压制，上述压制部具有上述压辊，该压辊具有：基材、以及形成于上述基材的外周面上并形成有赋予疏液性的微细构造的功能表面。根据该形态，压辊形成微细构造，由此具有疏液性，所以能够抑制活性物质等对压辊的附着，能够抑制压制品质的降低。
7.(2)在上述形态中，上述压辊也可以还具有：固化层，其硬度比上述基材高，上述功能表面也可以形成于上述固化层的表面。根据该形态，微细构造形成于硬度比基材高的固化层，由此与在基材形成微细构造的情况相比，能够提高微细构造的耐损伤性以及耐磨性，所以能够抑制微细构造的恶化。因此，能够抑制由压辊的恶化导致的疏液性降低，能够抑制压制品质的降低。
8.(3)在上述形态中，上述固化层也可以由超硬合金形成。根据该形态，由硬度高的超硬合金形成固化层，由此能够抑制微细构造的恶化。
9.(4)在上述形态中，上述压辊也可以还具有：涂层，其表面自由能小于上述基材，上述功能表面也可以被上述涂层覆盖。根据该形态，通过表面自由能小的涂层进行覆盖，由此与接触于溶剂的表面是基材的情况相比，疏液性得以提高，所以能够进一步抑制活性物质等的附着。因此，能够抑制压制品质的降低。
10.此外，本发明能够以各种形态来实现，除了上述形态以外，还能够以电极制造方法等形态来实现。
附图说明
11.图1是表示电极制造装置的简要结构的图。
12.图2是说明涂敷干燥部的简要结构的图。
13.图3是说明压制部的简要结构的图。
14.图4是表示第一压辊的表面构造的剖视图。
具体实施方式
15.a.实施方式：
16.图1是表示电极制造装置100的简要结构的图。电极制造装置100例如是制造形成有作为锂离子二次电池的电极而使用的活性物质层l(图2)的金属箔w(图2)的装置。电极制造装置100具有混炼部10、涂敷干燥部20以及压制部30。混炼部10具备容器11以及螺杆12。在混炼部10中，向容器11中加入活性物质、导电助剂、粘合剂以及溶剂等，通过螺杆12进行混炼，制作浆状的涂敷材料s。具体而言，在正电极的情况下，作为活性物质使用锂镍氧化物等，作为导电助剂使用乙炔黑等，作为粘合剂使用聚偏氟乙烯等，作为溶剂使用n-甲基吡咯烷酮等。在负电极的情况下，作为活性物质使用石墨等，作为粘合剂使用sbr橡胶或者聚丙烯酸等，作为溶剂使用水等。
17.在涂敷干燥部20中，将涂敷材料s涂敷在金属箔w，并使其干燥。图2是说明涂敷干燥部20的简要结构的图。涂敷干燥部20具备放卷部50、涂敷部60、干燥部70以及收卷部80。放卷部50具有放卷辊51以及第一输送辊52。收卷部80具有收卷辊81以及第二输送辊82。将金属箔w卷绕在放卷辊51。在正电极的情况下，金属箔w例如是铝箔，在负电极的情况下，金属箔w例如是铜箔。从放卷辊51送出的金属箔w架设在第一输送辊52与第二输送辊82。放卷部50以及收卷部80的各辊旋转，由此金属箔w被从放卷部50朝向收卷部80输送，被卷绕在收卷辊81。在第一输送辊52与第二输送辊82之间配置有涂敷部60以及干燥部70。
18.涂敷部60具有涂敷头61、和支承辊62。涂敷头61具有排出口61a。涂敷头61从排出口61a排出由未图示的泵供给的涂敷材料s。涂敷头61和支承辊62夹着金属箔w而对置地配置。涂敷头61向与支承辊62接触的金属箔w的表面排出涂敷材料s。由此，将涂敷材料s涂敷于金属箔w的一个面。
19.干燥部70具有干燥室71、和多个热风产生装置72。干燥室71配置为包围被输送的金属箔w。在干燥室71内沿着金属箔w的输送方向排列有多个热风产生装置72。热风产生装置72使用未图示的风扇，将由未图示的加热器加热后的空气朝向涂覆有涂敷材料s的金属箔w吹送。由此，涂敷材料s所含的溶剂蒸发，通过粘合剂将活性物质等粘结在金属箔w，在金属箔w形成活性物质层l。在一个面形成有活性物质层l的金属箔w被卷绕于收卷辊81。
20.接下来，将卷绕有在一个面形成有活性物质层l的金属箔w的收卷辊81作为放卷辊51使用，利用与上述相同的方法而在另一个面形成活性物质层l。由此，在金属箔w的两面形成活性物质层l。此外，涂敷干燥部20的结构并不限于上述情况，例如也可以是在被输送的金属箔w的两面的各个配置涂敷头61，在一次输送中，将涂敷材料s涂敷于金属箔w的两面的结构。
21.返回图1，在压制部30中，使利用涂敷干燥部20形成的活性物质层l薄膜化。图3是说明压制部30的简要结构的图。图3的左图是压制部30的结构简图，图3的右图是由左图的
虚线表示的部分的放大图。
22.压制部30具有作为压辊的第一压辊31和第二压辊32。第一压辊31和第二压辊32分别是圆筒形状。第一压辊31和第二压辊32配置为各自的旋转轴相互平行。两面形成有活性物质层l的金属箔w在第一压辊31和第二压辊32之间通过。第一压辊31和第二压辊32相互向相反方向旋转，由此两面形成有活性物质层l的金属箔w被输送并且被从两面加压，活性物质层l被薄膜化。这里，在未实施本发明的研究的第一压辊31以及第二压辊32中，如由图3的右图的虚线所例示的那样，有时活性物质层l的构成物质m(以下，简称为构成物质m。)作为异物而附着于第一压辊31以及第二压辊32。另外，例如，若一旦构成物质m附着于第一压辊31，则往往先附着的构成物质m成为核，构成物质m进一步附着，附着的构成物质m堆积。若利用附着有构成物质m的第一压辊31、第二压辊32进行压制，则存在构成物质m作为异物混入活性物质层l，压制品质降低的担忧。另外，存在构成物质m进入第一压辊31、第二压辊32的表面，第一压辊31、第二压辊32的寿命降低的担忧。因此，发明者们对第一压辊31以及第二压辊32实施了下面说明的研究。由此，能够抑制构成物质m对第一压辊31以及第二压辊32的附着，能够抑制压制品质的降低。另外，能够抑制第一压辊31以及第二压辊32的寿命降低。
23.图4是示意性表示本实施方式的第一压辊31的表面构造的剖视图。此外，第二压辊32具有与第一压辊31相同的结构，所以省略了第二压辊32的表面构造的说明。
24.第一压辊31具备基材300和表面构造体313。基材300是圆柱形状的钢材，例如由suj2或者s45c形成。表面构造体313形成于基材300的外周面上，具有形成了赋予疏液性的微细构造f的功能表面310。第一压辊31通过功能表面310对形成有活性物质层l的金属箔w进行压制。在第一压辊31形成有功能表面310，由此能够抑制构成物质m对第一压辊31的附着。表面构造体313通过将固化层311、和涂层312以该顺序层叠而形成。固化层311是硬度比基材300高的层，使用超硬合金形成。功能表面310形成于固化层311的表面。由此，能够抑制由使用导致的微细构造f的恶化。此外，固化层311并不限于超硬合金，例如也可以是在淬火层上形成有硬质铬镀层的层。固化层311的厚度例如是0.1mm以上、数mm以下左右。
25.而且功能表面310被涂层312覆盖。涂层312由表面自由能比基材300小的材料形成，具体而言，例如由dlc(类金刚石碳)或者ptfe(聚四氟乙烯)等形成。涂层312是第一压辊31的外周面的最外层。通过涂层312能够进一步抑制构成物质m对第一压辊31的附着。涂层312的厚度例如是0.1μm以上、数μm以下左右。
26.微细构造f具有周期相互不同的第一周期构造fa、和第二周期构造fb。具体而言，在形成第一周期构造fa的涂层312的表面形成有形成第二周期构造fb的微小的凹部db。微细构造f例如通过激光加工或者蚀刻加工等而形成。第一周期构造fa是例如以数μm以上、数十μm以下左右的周期重复槽da的构造。槽da的深度例如是0.1μm以上、数百μm以下左右。第二周期构造fb是比第一周期构造fa微小的构造，凹部db例如是以亚微米的周期重复的构造。凹部db的深度比涂敷材料s所含的物质的粒子径的最小值亦即1μm左右小。这里，涂敷材料s所含的物质具体而言是活性物质，或者在涂敷材料s中含有导电助剂的情况下，是活性物质以及导电助剂。
27.涂层312的材料基于young公式而决定。young公式是表示平滑的固体表面上的液滴的接触角θ、固体的表面自由能γs、液体的表面自由能γ
l
、以及固体与液体的界面张力γ
sl
的关系的式子。下式(1)表示young公式。
28.γs＝γ
l
·
cosθ+γ
sl
……
式(1)
29.一般，若固体的表面自由能γs比液体的表面自由能γ
l
小，则接触角θ变大，疏液性提高。固体的表面自由能γs、液体的表面自由能γ
l
以及固体与液体的界面张力γ
sl
取决于固体的材料以及液体的材料。在本实施方式中，液体的材料是涂敷材料s所含的溶剂，溶剂根据制作的电池的种类而决定。此外，虽溶剂的大部分利用干燥部70而蒸发，但认为在活性物质层l残存少量溶剂。另外，认为通过由第一压辊31以及第二压辊32进行的加压时的加压力，从粘合剂渗出的溶剂附着于第一压辊31以及第二压辊32。在本实施方式中，将表面自由能γs小的材料用于涂层312的形成。具体而言，如上述那样，使用基材300的表面自由能γ
l
比表面自由能γs小的、dlc或者ptfe等。由此，能够提高功能表面310的疏液性，能够抑制构成物质m对第一压辊31以及第二压辊32的附着。
30.然而，已知形成有微细的凹凸构造的物质的粗糙面与平滑面相比，疏液性提高。作为表示表面的粗糙度和疏液性的程度的关系的模型有wenzel模型以及cassie-baxter模型。wenzel模型是以液体混入到凹部的状态为前提的模型，cassie-baxter的式子是以液体还没有混入凹部的状态为前提的模型。
31.wenzel模型中的粗糙面的表观的接触角θa由下式(2)表示。
32.cosθa＝r
·
cosθ
……
式(2)
33.接触角θ是由上述式(1)所示的平滑的固体表面上的液滴的接触角。r是粗糙度系数，是实际的表面积相对于粗糙面的表观的表面积的比例，取大于1的值。粗糙度系数r通过以下的式(3)来计算。
34.r＝rb/ra
……
式(3)
35.rb是粗糙面的实际的表面积，ra是粗糙面的表观的表面积。
36.cassie-baxter模型中的粗糙面的表观的接触角θb由下式(4)表示。
37.cosθb＝f1
·
cosθ-f2
……
式(4)
38.接触角θ是由上述式(1)所示的平滑的固体表面上的液滴的接触角。f1以及f2是与液体接触的固体的面积分率，f1是与液体接触的粗糙面的凸部上表面的面积分率，f2是与液体接触的凹部内的空气表面的面积分率。f1与f2满足以下的式(5)。
39.f1+f2＝1
……
式(5)
40.凹凸构造的凹部是否浸渍、即是按照wenzel模型还是按照cassie-baxter模型，认为例如受粗糙面的形状等各种因素的影响。在本实施方式中，以表观的接触角θa或者表观的接触角θb变大的方式，实验性地决定第一周期构造fa的具体的构造，例如槽da的深度、槽da的宽度以及槽da的间距等。在第一压辊31以及第二压辊32形成第一周期构造fa，设为粗糙面，由此与设为平滑面的情况相比，能够提高第一压辊31以及第二压辊32的疏液性。因此，能够抑制构成物质m对第一压辊31以及第二压辊32的附着。
41.另外，已知在自然界中理论上存在表面积为无限大的分形表面，分形表面示出超疏水性。分形图形是具有自相似性的图形，在表示分形图形的指标中具有分形维数d。分形维数d在由将自身缩小为a分之一的图形b个构成时，由式(6)表示。
42.d＝logb/loga
……
式(6)
43.作为2＜d＜3的凸凹表面被称为分形表面。已知在分形表面中，液体不进入凹部，疏液性进一步提高。在本实施方式中，在涂层312的表面形成有以亚微米的周期重复的第二
周期构造fb。由此，涂层312的表面积能够增大，而且能够提高疏液性。因此，能够抑制构成物质m对第一压辊31以及第二压辊32的附着。
44.以上，根据已说明的实施方式，第一压辊31以及第二压辊32具有形成有赋予疏液性的微细构造f的功能表面310，所以能够抑制构成物质m对第一压辊31以及第二压辊32的附着，能够抑制压制品质的降低。另外，第一压辊31以及第二压辊32具有硬度比基材300高的固化层311，在固化层311的表面形成有功能表面310。由此，与在基材300形成微细构造f的情况相比，能够提高微细构造f的耐损伤性以及耐磨性，所以能够抑制微细构造f的恶化。另外，固化层311由超硬合金形成，所以能够提高微细构造f的耐损伤性以及耐磨性。另外，第一压辊31以及第二压辊32具有表面自由能比基材300小的涂层312，功能表面310被涂层312覆盖。由此，与接触于溶剂的表面是基材300的情况相比，疏液性提高，所以能够进一步抑制构成物质m等的附着。因此，能够抑制压制品质的降低。
45.b.其它实施方式：
46.(b1)在上述实施方式中，在基材300的外周面上形成有功能表面310。另外，功能表面310形成于固化层311的表面，功能表面310被涂层312覆盖。并不限于该结构，功能表面310也可以不被涂层312覆盖。至少形成有赋予疏液性的微细构造f，由此能够抑制构成物质m对第一压辊31以及第二压辊32的附着。在制作负极电极的情况下，作为溶剂使用水。水的表面自由能大于有机溶剂，所以即使功能表面310不被涂层312覆盖，也通过微细构造f赋予足够的疏液性，所以在很多情况下，也可以不设置涂层312。根据功能表面310不具备涂层312的结构，能够减少形成涂层312的制造成本。
47.(b2)在上述实施方式中，第一压辊31以及第二压辊32在基材300的外周面上形成有固化层311，在固化层311的表面形成有功能表面310。并不限于该结构，也可以是不具备固化层311，而在基材300的表面形成功能表面310的结构。即使在基材300的表面形成有功能表面310，由此也能够具有疏液性。因此，能够抑制构成物质m等的附着，能够抑制压制品质的降低。
48.(b3)在上述实施方式中，形成有第一周期构造fa和第二周期构造fb。但是并不局限于此，也可以是仅形成有第一周期构造fa和第二周期构造fb中的任一个的结构。至少形成有第一周期构造fa和第二周期构造fb中的任一个，由此与第一压辊31以及第二压辊32设为平滑面的情况相比，能够提高疏液性。因此，能够抑制构成物质m等的附着，能够抑制压制品质的降低。
49.(b4)在上述实施方式中，作为第一周期构造fa，周期性地形成有槽da。第一周期构造fa的形状并不限于槽。例如，也可以是表面为曲面的槽形状，也可以是将突起形成于表面的形状。突起的形状例如可以设为圆柱形状或者圆锥形状。
50.(b5)在上述实施方式中，压制部30对将活性物质层l形成于两面的金属箔w进行压制。通过压制部30进行压制的金属箔w并不限于两面形成有活性物质层l的金属箔w，也可以是仅在一个面形成有活性物质层l的金属箔w。
51.(b6)在上述实施方式中，虽例示了锂离子二次电池的电极制造，但并不限于锂离子二次电池，例如，也能够适用于在锂离子电容器等其它蓄电设备的制造工序中使用的辊。另外，例如也能够适用于为了将小麦粉、钙、印刷用涂料等粉末成型为例如平坦的形状而使用的辊。
52.本发明并不限于上述实施方式，在不脱离其宗旨的范围内能够以各种结构来实现。例如，与发明概要栏记载的各形态中的技术特征对应的实施方式的技术特征，为了解决上述课题的一部分或者全部，或者为了实现上述效果的一部分或者全部，能够适当地进行替换、组合。另外，若该技术特征没有作为本说明书中必须的特征进行说明，则能够适当地删除。

技术特征：
1.一种电极制造装置，其制造在金属箔的至少一个面形成有活性物质层的电极，其特征在于，具备：压制部，其通过压辊的功能表面对形成有活性物质层的金属箔进行压制，上述压制部包含上述压辊，该压辊具有：基材、以及形成于上述基材的外周面上并形成有赋予疏液性的微细构造的上述功能表面。2.根据权利要求1所述的电极制造装置，其特征在于，上述压辊还具有硬度比上述基材高的固化层，上述功能表面形成于上述固化层的表面。3.根据权利要求2所述的电极制造装置，其特征在于，上述固化层由超硬合金形成。4.根据权利要求1～3中任一项所述的电极制造装置，其特征在于，上述压辊还具有：涂层，其表面自由能小于上述基材，上述功能表面被上述涂层覆盖。

技术总结
本发明提供一种电极制造装置。电极制造装置具备通过压辊的功能表面对形成有活性物质层的金属箔进行压制的压制部。上述压制部包含上述压辊，该压辊具有基材、以及形成于上述基材的外周面上并形成有赋予疏液性的微细构造的上述功能表面。的上述功能表面。的上述功能表面。


技术研发人员：长滨贵也 沟口高史 长谷川翔 臼田敬介
受保护的技术使用者：株式会社捷太格特
技术研发日：2021.09.01
技术公布日：2022/3/8