薄片塗布裝置以及薄片塗布方法與流程
2023-05-28 23:17:41
本發明涉及薄片塗布裝置以及薄片塗布方法。
背景技術：
鋰離子電容器形成為將鋰離子二次電池的負極與雙電層電容器的正極組合的構造。鋰離子電容器的正極電極以及負極電極通過如下方式來得到，即：使用薄片塗布裝置，針對電極箔(薄片)的表面塗布電極材料(塗布材料)。
而且，鋰離子電容器通過如下方式來得到，即：經由隔離物將正極電極以及負極電極交替層疊，進而層疊具有金屬鋰的金屬箔，並將鋰離子摻雜於負極電極。鋰離子電容器通過預摻雜、即通過將鋰離子摻雜於負極電極而能夠降低負極電位，因此能夠得到比雙電層電容器高的電池電壓。
但是，由於具有金屬鋰的金屬箔鄰接地配置於層疊電極的層疊方向的一方的表面，所以針對在層疊電極的層疊方向的另一方的表面側配置的負極電極，恐怕無法充分地進行鋰離子的摻雜。因此，例如在日本特開2011-165930號公報、日本特開2010-135361號公報中公開了一種在薄片設置有多個孔的鋰離子電容器。由此，鋰離子通過孔而能夠容易地到達在上述的層疊電極的層疊方向的另一方的表面側配置的負極電極。
在日本特開2011-165930號公報所記載的鋰離子電容器中，在利用塗布裝置針對薄片的表面塗布了塗布材料後，利用具有多個突起的輸送輥，邊輸送薄片邊對其進行穿孔。因此，輸送輥恐怕會被塗布材料汙染，另外，為了使薄片的每單位面積的孔的面積比、即開口率變化，需要具備多種輸送輥。
另一方面，在日本特開2010-135361號公報所記載的鋰離子電容器中，利用具有多個切刃的輸送輥邊輸送薄片邊形成狹縫，然後，利用塗布裝置針對薄片的表面塗布塗布材料，並利用加壓輥對薄片進行加壓而擴大狹縫的寬度從而形成孔。因此，配置於塗布裝置的上遊側的輸送輥不會被塗布材料汙染，並且也能夠調整上述的開口率。
但是，由於在擴大了的孔的內部幾乎不殘留有塗布材料，因此鋰離子電容器整體的體積相對於塗布材料的體積之比、即體積能量密度恐怕會降低。另外，由於在薄片上存在多個孔，所以存在薄片的強度降低而在輸送中撕裂的擔心。
技術實現要素：
本發明的目的之一在於，提供一種能夠使塗布材料殘留於在薄片形成的孔的內部的薄片塗布裝置以及薄片塗布方法。
本發明的一個方式的薄片塗布裝置是針對所輸送的薄片的表面塗布塗布材料的薄片塗布裝置。
該薄片塗布裝置具備：切入裝置，該切入裝置在所輸送的上述薄片切開貫通的切口；拉伸裝置，該拉伸裝置邊將上述切口在上述薄片的寬度方向上擴大，邊將上述薄片沿寬度方向拉伸；以及塗布材料排出裝置，該塗布材料排出裝置針對沿寬度方向被拉伸了的上述薄片的表面塗布上述塗布材料。
針對上述方式的薄片塗布裝置，由於在擴大切口而使其成為孔後塗布塗布材料，所以能夠使塗布材料殘留於孔的內部。而且，由於孔的內部被塗布材料填滿，所以能夠防止薄片的強度降低。另外，通過將薄片沿寬度方向拉伸來擴大切口而使其成為孔，因此能夠使薄片的每單位面積的孔的面積比、即開口率變化。另外，由於在塗布塗布材料前擴大切口而使其成為孔，所以在塗布排出裝置的上遊側配置的部件不會被塗布材料汙染。
本發明的另一方式的薄片塗布方法是針對所輸送的薄片的表面塗布塗布材料的薄片塗布方法。
該薄片塗布方法具備：在所輸送的上述薄片切開貫通的切口的工序；邊將上述切口在上述薄片的寬度方向上擴大邊將上述薄片沿寬度方向拉伸的工序；以及針對沿寬度方向被拉伸了的上述薄片的表面塗布上述塗布材料的工序。
附圖說明
通過以下參照附圖對實施方式進行描述，本發明的上述及其他特徵和優點會變得更加清楚，其中對相同的元件標註相同的標記，其中，
圖1是表示薄片塗布裝置的概略結構的圖。
圖2A是從與輥軸成直角的方向觀察切入裝置的切入輥的圖。
圖2B是從輥軸方向觀察切入裝置的切入輥的圖。
圖3A是從與輥軸成直角的方向觀察拉伸裝置的夾持用輥的圖。
圖3B是從輥軸方向觀察拉伸裝置的夾持用輥的圖。
圖4是用於對薄片塗布裝置的動作進行說明的流程圖。
圖5是表示切入裝置的切入輥的切入動作的圖。
圖6是表示拉伸裝置的夾持用輥的拉伸動作的圖。
圖7是從與輥軸成直角的方向觀察切入裝置的另一例子的切入輥的圖。
圖8表示切入裝置的切口的另一個例子，並且是表示該切口緩緩擴大的狀態的圖。
具體實施方式
參照圖1對本發明的薄片塗布裝置的實施方式的概略結構進行說明。如圖1所示，本實施方式的薄片塗布裝置1具備：切入裝置10，該切入裝置10在所輸送的薄片W切開貫通它的切口C(參照圖5)；以及拉伸裝置20，該拉伸裝置20邊將切口C在薄片W的寬度方向上擴大，邊將薄片W沿寬度方向拉伸。
並且，薄片塗布裝置1具備：第1塗布材料排出裝置30，其邊輸送薄片W邊對薄片W的一方的表面Wa排出塗布材料S；第2塗布材料排出裝置40，其邊輸送薄片W邊對薄片W的另一方的表面Wb排出塗布材料S；以及乾燥裝置50等，乾燥裝置50對塗布於薄片W的兩表面Wa、Wb的塗布材料S進行乾燥。
薄片塗布裝置1形成為：在將薄片W放卷的放卷裝置70以及將薄片W收卷的收卷裝置80之間，從薄片W的輸送上遊側朝向輸送下遊側按順序配置有切入裝置10、拉伸裝置20、第1、第2塗布材料排出裝置30、40、乾燥裝置50、以及輸送用輥60。
放卷裝置70的旋轉軸71與收卷裝置80的旋轉軸81平行且並排地配置。薄片W在卷繞成輥狀的狀態下被放置於放卷裝置70。而且，輥狀的薄片W從放卷裝置70放卷，按照上述配置順序經由各裝置10、20、30、40、50，並經由輸送用輥60而收卷於收卷裝置80。
如圖1以及圖2A、圖2B所示，切入裝置10具備切入輥11，該切入輥11在圓周面突出地設置有多個切刃12，並跟隨薄片W的輸送而能夠繞輥軸11a旋轉。切入輥11以使輥軸11a與放卷裝置70的旋轉軸71平行的方式，相對於放卷裝置70在斜上方隔著規定距離地並排配置。
在切入輥11的圓周面突出地設置有針對所輸送的薄片W能夠在輸送方向上以直線狀切入的切刃12，該切刃12在軸線方向上隔開一定距離地設置有多個(本例中為9個)且在周向隔開一定角度地設置有多個(本例中為12個)。通過各切刃12切入而成的切口C形成為在薄片W的輸送方向上的長度f比在薄片W的寬度方向上的長度d長。各切刃12以能夠形成上述切口C(f×d)的在薄片W的輸送方向上的外周長度f′、和在薄片W的寬度方向上的長度d′形成。
如圖1以及圖3A、圖3B所示，拉伸裝置20具備：一對第1夾持用輥21、21，它們配置為能夠夾持所輸送的薄片W的離開寬度方向的中心的位置，且能夠跟隨薄片W的輸送而繞輥軸21a、21a旋轉；以及一對第2夾持用輥22、22，它們配置為能夠夾持所輸送的薄片W的離開寬度方向的中心的位置，且能夠跟隨薄片W的輸送而繞輥軸22a、22a旋轉。
一對第1夾持用輥21、21配置為：輥軸21a、21a相互平行，並且外周面21b、21b接觸(若薄片W被輸送，則與薄片W接觸並對其進行夾持)。一對第2夾持用輥22、22也是相同的結構。由此，能夠高精度地確保所輸送的薄片W的平面狀態。
而且，在從與薄片W的表面成直角的方向(參照圖3A)觀察時，第1夾持用輥21、21以及第2夾持用輥22、22配置為：對於第1夾持用輥21、21的輥軸21a、21a的旋轉軸與第2夾持用輥22、22的輥軸22a、22a的旋轉軸之間的、在薄片W的寬度方向上的距離而言，薄片W的輸送方向下遊側的距離比輸送方向上遊側的距離窄(第1夾持用輥21、21的外周面與薄片W的接觸面(線)隨著薄片W的輸送而移動的矢量、以及第2夾持用輥22、22的外周面與薄片W的接觸面(線)跟隨薄片W的輸送而移動的矢量配置為朝向薄片W的兩外側)。
即，第1夾持用輥21、21在從薄片W的輸送上遊側觀察時夾持寬度方向的右端部We1的兩表面，因此輥軸21a、21a的旋轉軸配置在相對於薄片W的寬度方向朝右旋轉規定的銳角角度α後所得的位置。第2夾持用輥22、22在從薄片W的輸送上遊側觀察時夾持寬度方向的左端部We2的兩表面，因此輥軸22a、22a的旋轉軸配置在相對於薄片W的寬度方向朝左旋轉規定的銳角角度α後所得的位置。
由此，在薄片W作用有由第1夾持用輥21、21以及第2夾持用輥22、22產生的(由各外周面21b、21b以及22b、22b的接觸壓力產生的)朝向兩外側的拉動力、即作用有第1夾持用輥21、21以及第2夾持用輥22、22相對於薄片W的摩擦力的分力。而且，在薄片W通過第1夾持用輥21、21以及第2夾持用輥22、22時，第1夾持用輥21、21以及第2夾持用輥22、22將薄片W沿薄片W的寬度方向緩緩地拉伸。
而且，若薄片W通過第1夾持用輥21、21以及第2夾持用輥22、22，則第1夾持用輥21、21以及第2夾持用輥22、22將切口C沿薄片W的寬度方向擴大而使其成為孔CC(參照圖6)。由於切口C被切成沿薄片W的輸送方向延伸的直線形狀(切口C在薄片W的輸送方向上的長度f形成為比在薄片W的寬度方向上的長度d長)，所以能夠容易地將切口C沿薄片W的寬度方向擴大。
而且，在薄片W的寬度方向上的拉伸與第1夾持用輥21、21以及第2夾持用輥22、22相對於薄片W的接觸壓力有關，因此通過變更該接觸壓力(調整第1夾持用輥21、21以及第2夾持用輥22、22在薄片W上滑動的量與拉動薄片W的量(若滑動的量減少則在薄片W的寬度方向上的拉動量增加))來調整切口C在薄片的寬度方向上的擴大的程度，由此能夠使薄片W的開口率(薄片W的每單位面積的孔CC的面積比)變化。
如圖1所示，第1、第2塗布材料排出裝置30、40分別具備排出塗布材料S的模塗機31、41、以及與模塗機31、41連接的泵32、42等。模塗機31、41是已知的裝置，並且分別設置有槽孔(模具)31a、41a與排出口31b、41b等。排出口31b、41b分別以比薄片W的寬度小的寬度形成。模塗機31、41分別配置成：使排出口31b、41b與所輸送的薄片W的表面Wa、Wb隔著規定的間隙長度。
泵32、42是螺杆泵等無脈動泵，其能夠以恆定壓力、恆定流量供給塗布材料S。塗布材料S藉助泵32、42從省略圖示的塗布材料存積部分別向模塗機31、41的槽孔31a、41a供給而被加壓，並從排出口31b、41b分別向薄片W的表面Wa、Wb排出。
第1塗布材料排出裝置30以及第2塗布材料排出裝置40以夾持薄片W而在兩側相對置的方式配置。而且，第1塗布材料排出裝置30對薄片W的一表面Wa排出塗布材料S，該薄片W具有藉助拉伸裝置20而沿薄片W的寬度方向擴大了的切口C(孔CC)。第2塗布材料排出裝置40對薄片W的另一表面Wb排出塗布材料S，該薄片W具有藉助拉伸裝置20而沿薄片W的寬度方向擴大了的切口C(孔CC)。通過設置第1塗布材料排出裝置30以及第2塗布材料排出裝置40，能夠在輸送中將塗布材料S塗布於薄片W的兩表面Wa、Wb，從而實現塗布時間的縮短化。
乾燥裝置50具備中空箱狀的乾燥室51與多臺熱風產生裝置52等。在乾燥室51的對置的側面中央，設置有供所輸送的薄片W通過的狹縫51a、51a。在熱風產生裝置52內置有風扇以及加熱器(均省略圖示)，並設置有噴出所產生的熱風的噴嘴口52a。多臺熱風產生裝置52沿乾燥室51內的上表面以及底面排列，以便能夠針對所輸送的薄片W從上下吹噴熱風，從而對塗布於薄片W的兩表面Wa、Wb的塗布材料S同時進行乾燥。
由此，與一面一面地對塗布材料S進行乾燥的情況相比，能夠縮短乾燥時間，並且實現乾燥裝置50的小型化。另外，由於能夠利用熱風使薄片W浮起而以非接觸的方式進行輸送，所以能夠防止塗布於薄片W的兩表面Wa、Wb的塗布材料S的損傷。
在乾燥裝置50與收卷裝置80之間，配置有通過軸承而能夠旋轉地支承於薄片塗布裝置1的省略圖示的裝置主體的輸送用輥60。該輸送用輥60以如下的方式並排配置：使輥軸60a與第1夾持用輥21、21的輥軸21a、21a以及第2夾持用輥22、22的輥軸22a、22a平行，並且能夠水平地支承被第1夾持用輥21、21以及第2夾持用輥22、22夾持的薄片W。
即，在第1夾持用輥21、21以及第2夾持用輥22、22與輸送用輥60之間，呈一條直線形狀地架設薄片W。由此，抑制薄片W的輸送時的鬆動而能夠順暢地輸送薄片W，因此能夠抑制第1、第2塗布材料排出裝置30、40的排出口31b、41b與薄片W的表面Wa、Wb的間隙長度的變動。由此，使塗布於薄片W的塗布材料S的厚度恆定，從而實現薄片W整個表面上的塗布材料S的品質的均勻化。
接下來，參照圖4的流程圖對薄片塗布裝置1的動作進行說明。這裡，薄片W在卷繞成輥狀的狀態下被放置於放卷裝置70，薄片W的前端從放卷裝置70放卷，並經由薄片塗布裝置1的切入裝置10、拉伸裝置20、第1、第2塗布材料排出裝置30、40、乾燥裝置50以及輸送用輥60而收卷於收卷裝置80。
薄片塗布裝置1開始薄片W的放卷以及收卷，並如圖5所示地使薄片W的一表面Wa與切入輥11的圓周面接觸而輸送薄片W，與此同時利用切刃12而在薄片W切開切口C。然後，如圖6所示，利用第1夾持用輥21、21以及第2夾持用輥22、22，將薄片W沿薄片W的寬度方向拉伸，而將切口C沿薄片W的寬度方向擴大來形成孔CC(圖4的步驟S1)。由於切口C被切成沿薄片W的輸送方向延伸的直線形狀，所以能夠容易地將切口C沿薄片W的寬度方向擴大。
接下來，薄片塗布裝置1使第1、第2塗布材料排出裝置30、40的各泵32、42執行動作，從而將塗布材料S從塗布材料存積部並從各模塗機31、41的排出口31b、41b向薄片W的兩表面Wa、Wb排出(圖4的步驟S2)。此時，由於塗布材料S從模塗機31、41以恆定量排出，並且薄片W以恆定速度輸送，所以附著於薄片W的兩表面Wa、Wb的塗布材料S被拉動而以均勻的厚度塗布於薄片W。另外，由於薄片W在形成孔CC後，立即被塗布塗布材料S，所以孔CC的內部被塗布材料S填滿，能夠防止薄片W的強度降低。
接下來，薄片塗布裝置1使乾燥裝置50的熱風產生裝置52動作，從而對塗布於薄片W的兩表面Wa、Wb的塗布材料S同時進行乾燥(圖4的步驟S3)。由此，塗布於薄片W的兩表面Wa、Wb的塗布材料S與一面一面地乾燥的情況相比，能夠在短時間內乾燥。薄片塗布裝置1判斷薄片W的放卷以及收卷是否結束(圖4的步驟S4)，在薄片W的放卷以及收卷結束的情況下，停止第1、第2塗布材料排出裝置30、40的各泵32、42的動作(圖4的步驟S5)，停止乾燥裝置50的熱風產生裝置52的動作(圖4的步驟S6)，從而結束全部的處理。
該薄片塗布裝置1例如裝入對電池的電極進行製造的系統，並且邊作為薄片W而輸送金屬箔，邊作為塗布材料S而將糊狀的電極材料塗布於薄片W。這裡，例如作為鋰離子電容器的正極的金屬箔而使用鋁箔等，作為負極的金屬箔而使用銅箔等。而且，作為鋰離子電容器的正極的電極材料而使用活性炭等，作為負極的電極材料而使用石墨等。
對於由薄片塗布裝置1製造的電極而言，由於將金屬箔拉伸並且在金屬箔形成孔CC，所以能夠實現輕型化，另外，由於在孔CC內填充有電極材料，所以能夠提高體積能量密度(相對於電池整體的體積的活性物質的體積)。
在上述的實施方式中，薄片塗布裝置1形成為切開以格子狀排列的切口C的結構，但如圖7所示，也能夠形成為切開以鋸齒狀排列的切口C的結構。通過使切口C以鋸齒狀排列，從而與使切口C以格子狀排列的情況相比，能夠減少在利用拉伸裝置20來擴大切口C時施加於切口C的拉動力，能夠防止增加薄片W的開口率時的薄片W的撕裂。
另外，薄片塗布裝置1形成為利用切入輥11的切刃12來切開切口C的結構，但也能夠形成為利用雷射等的光束來切開切口C的結構。由此，不需要由切刃12的磨損引起的切入輥11的更換作業、更換費用等，因此實現製造成本的減少。
另外，薄片塗布裝置1形成為如下結構，即：通過變更第1夾持用輥21、21以及第2夾持用輥22、22相對於薄片W的接觸壓力，從而調整切口C在薄片的寬度方向上的擴大的程度，由此使薄片W的開口率(薄片W的每單位面積的孔的面積比)變化，但是也能夠形成為如下結構，即：調整第1夾持用輥21、21以及第2夾持用輥22、22相對於薄片W的配置角度，從而使薄片W的開口率(薄片W的每單位面積的孔的面積比)變化。
另外，薄片塗布裝置1形成為在薄片W切開直線狀的切口的結構，但如圖8的狀態A所示，也能夠形成為以使長軸朝向薄片W的輸送方向的方式切開橢圓狀的切口C′的結構。該切口C′藉助拉伸裝置20而如圖8的狀態B所示地緩緩擴大，最終如圖8的狀態C所示地成為長圓形狀的孔CC′。
另外，薄片塗布裝置1是將塗布材料S塗布於薄片W的兩表面Wa、Wb的裝置，但也可以是將塗布材料S僅塗布於薄片W的一個表面Wa或者Wb的裝置。
另外，薄片塗布裝置1是裝入於對鋰離子電容器的電極進行製造的系統的裝置，但也可以是裝入於對鋰離子二次電池等的電極進行製造的系統的裝置。
本實施方式的薄片塗布裝置1針對所輸送的薄片W的表面Wa、Wb而塗布塗布材料S。該薄片塗布裝置1具備：切入裝置10，該切入裝置10在所輸送的薄片W切開貫通它的切口C；拉伸裝置20，該拉伸裝置20邊將切口C在薄片W的寬度方向上擴大，邊將薄片W沿寬度方向拉伸；以及塗布材料排出裝置30，該塗布材料排出裝置30針對沿寬度方向被拉伸了的薄片W的表面Wa、Wb，塗布塗布材料S。
由此，在擴大切口C而使其成為孔CC後塗布塗布材料S，因此能夠使塗布材料S殘留於孔CC的內部。而且，由於孔CC的內部被塗布材料S填滿，所以能夠防止薄片W的強度降低。另外，通過將薄片W沿寬度方向拉伸來擴大切口C而使其成為孔CC，因此能夠使薄片W的每單位面積的孔CC的面積比、即開口率變化。另外，由於在塗布塗布材料S前擴大切口C而使其成為孔CC，因此配置於塗布排出裝置30、40的上遊側的部件不會被塗布材料S汙染。
另外，切入裝置10以使切口C在薄片W的輸送方向上的長度f比切口C在薄片W的寬度方向上的長度d長的方式進行切入，因此能夠容易地將切口C沿薄片W的寬度方向擴大。
另外，切入裝置10具備切入輥11，該切入輥11在圓周面突出地設置有切刃12，邊使薄片W的一表面Wa與圓周面接觸來輸送薄片W，邊利用切刃12而在薄片W切開切口C，因此能夠同時進行薄片W的輸送與切口C的切開，能夠形成為簡易的裝置。
另外，拉伸裝置20具備一對第1夾持用輥21、21以及一對第2夾持用輥22、22，上述一對第1夾持用輥21、21以及一對第2夾持用輥22、22配置為：能夠夾持所輸送的薄片W的離開寬度方向的中心的位置，且能夠跟隨薄片W的輸送而旋轉。由此，能夠高精度地確保所輸送的薄片W的平面狀態。
另外，一對第1夾持用輥21、21以及一對第2夾持用輥22、22配置為分別能夠夾持薄片W的寬度方向的兩端部We1、We2，並且在從與薄片W的表面成直角的方向觀察時，配置為：對於第1夾持用輥21、21的輥軸21a、21a的旋轉軸與第2夾持用輥22、22的輥軸22a、22a的旋轉軸之間的、在薄片W的寬度方向上的距離而言，薄片W的輸送方向下遊側的距離比輸送方向上遊側的距離寬。
由此，在薄片W作用有由第1、第2夾持用輥21、21、22、22產生的朝向兩外側的拉伸力，因此能夠將薄片W沿薄片W的寬度方向拉伸，能夠將切口C沿薄片W的寬度方向擴大而使其成為孔CC。而且，在薄片W的寬度方向上的拉伸能夠由第1、第2夾持用輥21、21、22、22相對於薄片W的接觸壓力實現，因此能夠通過變更該接觸壓力來調整切口C在薄片W的寬度方向上的擴大程度，能夠使薄片W的開口率(薄片W的每單位面積的孔的面積比)變化。
另外，由於塗布材料排出裝置30、40對薄片W的兩表面Wa、Wb進行塗布，所以能夠實現高效的塗布。
本實施方式的薄片塗布方法是針對所輸送的薄片W的表面塗布塗布材料S的方法，該方法具備：在所輸送的薄片W切開貫通它的切口C的工序；邊將切口C在薄片W的寬度方向上擴大、邊將薄片W沿寬度方向拉伸的工序；以及針對沿寬度方向被拉伸了的薄片W的表面Wa、Wb塗布塗布材料S的工序。根據本實施方式的切削方法，起到與上述薄片塗布裝置1的效果相同的效果。