JP2020119664A

JP2020119664A - 塗工装置

Info

Publication number: JP2020119664A
Application number: JP2019007741A
Authority: JP
Inventors: 潤一郎西野; Junichiro Nishino
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-01-21
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2020-08-06

Abstract

【課題】塗工膜の品質維持が可能な塗工装置を提供する。
【解決手段】電極用スラリーの塗工装置であって、電極用スラリーを送液する送液手段と、電極用スラリーを塗工する塗工手段と、送液手段と塗工手段の間に配置され、電極用スラリーの塗工と循環とを切り替える切り替え手段と、電極用スラリーを超音波によって分散する超音波分散手段と、電極用スラリーを撹拌する撹拌手段と、を備え、切り替え手段が塗工に設定されているときは、送液手段によって送液された電極用スラリーは塗工手段に送液され、切り替え手段が循環に設定されているときは、送液手段によって送液された電極用スラリーは、超音波分散手段及び撹拌手段をこの順で通過して、送液手段に送液される。
【選択図】図１

Description

本願は塗工装置を開示する。

特許文献１は、配管内にスラリーを循環可能な電極用スラリー循環システムを開示している。特許文献２は、電極ペーストの貯留部と塗工部との間に接続する接続管にフィルターを備えることを開示している。

特開２０１８−１１６９０１号公報特開２０１５−１４９１３８号公報

塗工装置において、固体電解質を含む電極用スラリーを用いる場合、当該電極用スラリーは固体電解質を含むため分散安定性が低く、短時間で電極用スラリー中の粒子が再凝集、または沈降する問題があった。そのため、成膜時や、塗工の準備時、循環送液時、作業時の数分の待機時において、電極用スラリー中の粒子が再凝集又は沈降し、これにより塗工膜のブツ、スケ、スジ等の不良発生の原因となった。

そこで、本願は塗工膜の品質維持が可能な塗工装置を提供することを課題とする。

本発明者は、鋭意検討の結果、塗工装置に超音波分散手段を備え、循環時に電極用スラリーを超音波で分散させることにより、スラリー中の粒子が再凝集、または沈降することを抑制可能なことを見出し、本発明を完成させた。

よって、本願は上記課題を解決するための一つの手段として、電極用スラリーの塗工装置であって、電極用スラリーを送液する送液手段と、電極用スラリーを塗工する塗工手段と、送液手段と塗工手段の間に配置され、電極用スラリーの塗工と循環とを切り替える切り替え手段と、電極用スラリーを超音波によって分散する超音波分散手段と、電極用スラリーを撹拌する撹拌手段と、を備え、切り替え手段が塗工に設定されているときは、送液手段によって送液された電極用スラリーは塗工手段に送液され、切り替え手段が循環に設定されているときは、送液手段によって送液された電極用スラリーは、超音波分散手段及び撹拌手段をこの順で通過して、送液手段に送液される、塗工装置を開示する。

本願が開示する塗工装置によれば、塗工膜の品質維持が可能となる。

塗工装置１００を説明するブロック図である。超音波分散手段４０を説明する図である。実施例の結果であり、塗工成膜の塗工不良件数の推移を示す図である。横軸は塗工日であり、縦軸は塗工品質不良発生件数である。

［塗工装置］
本開示の電極用スラリーの塗工装置について、一実施形態である電極用スラリーの塗工装置１００（以下において、「塗工装置１００」ということがある。）を用いて説明する。
図１に塗工装置１００を説明するブロック図を示した。

塗工装置１００は、電極用スラリーを送液する送液手段１０と、電極用スラリーを塗工する塗工手段２０と、送液手段１０と塗工手段２０の間に配置され、電極用スラリーの塗工と循環とを切り替える切り替え手段３０と、電極用スラリーを超音波によって分散する超音波分散手段４０と、電極用スラリーを撹拌する撹拌手段５０と、を備える。さらに塗工装置１００は、送液手段１０と切り替え手段３０とを接続する第１配管１、塗工手段２０と切り替え手段３０とを接続する第２配管２、切り替え手段３０と超音波分散手段４０とを接続する第３配管３、超音波分散手段４０と撹拌手段５０とを接続する第４配管４、撹拌手段５０と送液手段１０とを接続する第５配管５を備える。

ただし、塗工装置１００は送液手段１０と切り替え手段３０との間、塗工手段２０と切り替え手段３０との間、切り替え手段３０と超音波分散手段４０との間、超音波分散手段４０と撹拌手段５０との間、撹拌手段５０と送液手段１０との間にその他の装置等が配置されていてもよい。例えば、圧力計や流量計が挙げられる。塗工装置１００においては、送液手段１０の送液側に圧力計６及び流量計７が配置されている。圧力計６、流量計７としては公知のものを使用することができる。流量計７はコリオリ式流量計でもよい。

また、塗工装置１００は、切り替え手段３０が塗工に設定されているとき（塗工時）は、送液手段１０によって送液された電極用スラリーは塗工手段２０に送液される。そして、塗工手段２０により電極用スラリーは基材等に塗工（成膜）される。よって、塗工時のこれらの位置関係は、送液手段１０の下流側に切り替え手段３０が配置され、切り替え手段３０の下流側に塗工手段２０が配置されていると言える。

一方で、切り替え手段３０が循環に設定されているとき（循環時）は、送液手段１０によって送液された電極用スラリーは、超音波分散手段４０及び撹拌手段５０をこの順で通過して、送液手段１０に送液される。すなわち、循環時には送液手段１０から送液された電極用スラリーは切り替え手段３０を介して、超音波分散手段４０に到達し分散され、次いで撹拌手段５０によって撹拌され、送液手段１０に戻ることになる。よって、循環時のこれらの位置関係は、送液手段１０の下流側に切り替え手段３０が配置され、切り替え手段３０の下流側に超音波分散手段４０が配置され、超音波分散手段４０の下流側に撹拌手段５０が配置され、撹拌手段５０の下流側に送液手段１０が配置されていると言える。

（電極用スラリー）
電極用スラリーは少なくとも電極用材料と溶剤を含む。電極用材料としては、正極用材料でもよいし、負極用材料でもよい。電極用材料の具体例として、正極活物質、負極活物質、導電助剤、結着剤、固体電解質などを例示できる。ただし、塗工装置１００によれば、固体電解質を含む電極用スラリーを用いたとしても効果を奏するため、固体電解質を含む電極用スラリーを好適に採用することができる。例えば、電極用材料が電極活物質層を製造するためのものであれば、電極用材料には正極活物質又は負極活物質から選択される活物質と、固体電解質と、結着剤と、必要に応じて導電助剤などが含有される。また、電極用材料が電極活物質層を被覆するセラミックス層を製造するためのものであれば、電極用材料にはセラミックスと結着剤などが含有される。

溶剤としては、具体的にＮ−メチル−２−ピロリドン（以下、「ＮＭＰ」と略す場合がある。）、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メタノール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、及び、水を例示できる。これらの溶剤は、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を併用してもよい。汎用性、除去容易性などの観点から、溶剤としては、ＮＭＰ又は水が好ましい。固体電解質を含むスラリー溶媒とした場合は、固体電解質との反応、分散性などの観点から酪酸ブチルが好ましい。

電極用スラリーは、溶剤及び溶剤以外の固形分からなる組成物と表現することもできる。電極用スラリーにおいて、溶剤以外の固形分（以下、単に「固形分」ということがある。）の配合量は、３０〜９０質量％の範囲内が好ましく、５０〜８０質量％の範囲内が好ましく、６０〜７０質量％の範囲内がより好ましい。

（送液手段１０）
送液手段１０は電極用スラリーを他の手段等に送液する手段である。送液手段１０としては、電極用スラリーを送液するための公知の手段を採用することができる。例えば、ポンプを挙げることができる。ポンプとしては、電極用スラリーの輸送に適したものを採用すればよく、好適なポンプとして、一軸スクリューポンプ、二軸スクリューポンプ、三軸スクリューポンプなどのスクリュー形状のポンプを例示できる。スクリュー形状のポンプであれば、電極用スラリーが静止して、一時的に電極用スラリーの粘度が増加したとしても、スクリューの回転に伴うせん断力に因り、スラリーを低粘度状態へ回復させることができる。好ましくは、脈動が少なく定量吐出に適した一軸スクリューポンプである。

（塗工手段２０）
塗工手段２０は、電極用スラリーを塗工し、塗工膜を形成する手段である。塗工手段２０としては、電極用スラリーを塗工する公知の塗工装置（ダイコーター）を例示することができる。

（切り替え手段３０）
切り替え手段３０は、塗工装置１００の塗工時、循環時を切り替える手段である。切り替え手段３０としては、例えば切り替えバルブ等の公知の切り替え手段を例示することができる。好ましくは、バルブを２ヶ所同時に開閉して流路を切り替えることが可能な、エアオペレートタイプの切り替えバルブである。

（超音波分散手段４０）
超音波分散手段４０は、循環時に、電極用スラリーを超音波により分散する手段である。超音波分散手段４０は、超音波発生手段４１と、フィルター４２とを備えている。図２に超音波分散手段４０の一例を示した。

図２に記載されているとおり、電極用スラリーは超音波分散手段４０の側面から送液され、超音波発生手段４１によって発生した超音波によって下方向に加振されて、超音波発生手段４１の下側に配置されるフィルター４２を通過する。これにより、電極用スラリーを超音波によって分散することができ、電極用スラリー中の粒子が凝集、又は沈降することを抑制することができる。また、超音波によって分散しきれず、サイズの大きい粒子についてはフィルターで電極用スラリーから取り除くことができる。これにより、電極用スラリーの品質維持が維持される。

超音波発生手段４１としては、公知の超音波発生手段を用いることができる。出力５０Ｗ以下の小型の超音波発生装置を用いてもよい。また、配管内を流動するスラリーを効率よく分散させるため、超音波発生手段４１の先端径を、配管内径の７０〜９０％の割合の寸法にすることが好ましい。

フィルター４２としては、金属製のフィルターを例示することができる。好ましくは、防錆の観点から、ステンレス製のフィルターである。また、フィルターを２層、もしくは３層重ねた構造を用いてもよい。フィルター４２の目開きは特に限定されず、適宜設定することができるが、１００μｍ以下であることが好ましい。目開きの下限は、特に限定されないが、フィルターの詰まりを考慮して、２０μｍ以上であることが好ましい。

（撹拌手段５０）
撹拌手段５０は、循環時に超音波分散手段４０により分散された電極用スラリーを撹拌する手段である。撹拌手段５０の撹拌により、超音波分散手段４０の超音波によるキャビテーションにより生じた電極用スラリー内の気泡を除去することができる。

撹拌手段５０としては、公知の混合攪拌機、ボールミル、サンドミル、ビーズミル、分散機、超音波分散機、ホモジナイザー、ホモミキサー、プラネタリーミキサー、遊星式攪拌脱泡装置、二軸押出機を例示できる。好ましくは、公知の混合撹拌機の回転軸に撹拌翼を設置したものであって、タービン型の撹拌羽根によりせん断を付与することが可能な撹拌手段である。具体的な撹拌手段５０としては、商品名ディスパーミキサー（プライミクス株式会社）、商品名クレアミックス（エム・テクニック株式会社）、商品名フィルミックス（プライミクス株式会社）、商品名ペイントコンディショナー（レッドデビル社）、商品名ＤＹＮＯ−ＭＩＬＬ（株式会社シンマルエンタープライゼス）、商品名アイリッヒインテンシブミキサー（日本アイリッヒ株式会社）、商品名脱泡機ＤＰ−２００（エム・テクニック株式会社）、商品名あわとり練太郎（株式会社シンキー）、商品名スターミル（アシザワファインテック株式会社）、商品名ホモディスパー（プライミクス株式会社）、商品名ＫＲＣニーダ（株式会社栗本鐵工所）を挙げることができる。撹拌手段５０における撹拌速度は、電極用スラリーの各成分が好適に分散若しくは溶解できる速度を適宜設定すればよい。

なお、撹拌手段５０には液位測定用自動レベル計や、質量センサーなどの電極用スラリー液面検知手段を配置してもよい。液位測定用自動レベル計としては公知のものを適宜採用すればよい。具体的な液位測定用自動レベル計としては、フロートスプリングバランス式レベル計、ディスプレーササーボバランス式レベル計、マイクロ波式レベル計、静電容量式レベル計を例示できる。質量センサーを配置する場合には、撹拌手段５０内のスラリーの質量からスラリー液面を算出する。

以上、塗工装置１００を用いて、本開示の塗工装置について説明した。本開示の塗工装置は、上記したとおり循環時に電極用スラリーを超音波分散手段により分散し、撹拌手段により撹拌することができるため、電極用スラリー中の粒子が再凝集、又は沈降することを抑制することができる。これにより、電極用スラリーの品質が維持され、塗工手段により塗工された塗工膜の品質維持も維持することができる。

［電極の製造方法］
次に本開示の塗工装置を用いた電極の製造方法について説明する。
本開示の電極の製造方法は、上記塗工装置を用いて電極を製造する方法であって、切り替え手段を循環に設定する循環切り替え工程と、循環切り替え工程の後に、送液手段により送液された電極用スラリーを超音波分散手段により分散し、次いで撹拌手段により撹拌して、電極用スラリーを送液手段に送液する循環工程と、循環工程の後に、切り替え手段を塗工に設定する塗工切り替え工程と、塗工切り替え工程の後に、送液手段により電極用スラリーを塗工手段に送液し、塗工手段により電極用スラリーを塗工する工程と、を備える。

本開示の電極の製造方法において、循環工程は複数回繰り返してもよい。また、本開示の電極の製造方法は、循環切り替え工程の前に、電極用スラリー作製工程を備えていることが好ましい。

本開示の電極の製造方法によれば、電極用スラリーの品質が維持され、塗工された塗工膜の品質維持も維持することができる。

以下、実施例を用いて、本開示の塗工装置について説明する。

従来の塗工装置及び本開示の塗工装置を用いて、塗工日ごとの塗工品質不良件数（ブツ、スジ、スケ）を計測した。従来の塗工装置とは、本開示の塗工装置から超音波分散手段を除いた構成を有する塗工装置である。また、試験において、装置構成以外の条件は同じとした。

結果を図３に示した。図３に示した点線より左側の塗工日は従来の塗工装置を用いたときの結果であり、点線より右側の塗工日は本開示の塗工装置を用いたときの結果である。

図３に示したように、本開示の塗工装置を用いることにより、従来の塗工装置を用いた場合に比べて、明らかに塗工品質不良件数が減少した。
よって、本開示の塗工装置を用いることにより、塗工膜の品質が維持されていることが分かった。

１第１配管
２第２配管
３第３配管
４第４配管
５第５配管
６圧力計
７流量計
１０送液手段
２０塗工手段
３０切り替え手段
４０超音波分散手段
５０撹拌手段
１００塗工装置

Claims

電極用スラリーの塗工装置であって、
前記電極用スラリーを送液する送液手段と、
前記電極用スラリーを塗工する塗工手段と、
前記送液手段と前記塗工手段の間に配置され、前記電極用スラリーの塗工と循環とを切り替える切り替え手段と、
前記電極用スラリーを超音波によって分散する超音波分散手段と、
前記電極用スラリーを撹拌する撹拌手段と、を備え、
前記切り替え手段が前記塗工に設定されているときは、前記送液手段によって送液された前記電極用スラリーは塗工手段に送液され、
前記切り替え手段が前記循環に設定されているときは、前記送液手段によって送液された前記電極用スラリーは、前記超音波分散手段及び前記撹拌手段をこの順で通過して、前記送液手段に送液される、
塗工装置。