特開 2024-86063 塗工装置及び電池の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024086063

(43)【公開日】2024-06-27

(54)【発明の名称】塗工装置及び電池の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B05C 11/10 20060101AFI20240620BHJP

   B05C 5/00 20060101ALI20240620BHJP

   H01M 4/139 20100101ALI20240620BHJP

   H01M 4/04 20060101ALI20240620BHJP

【ＦＩ】

B05C11/10

B05C5/00 101

H01M4/139

H01M4/04 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022200948

(22)【出願日】2022-12-16

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】399107063

【氏名又は名称】プライムアースＥＶエナジー株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】520184767

【氏名又は名称】プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】浦上 太一

(72)【発明者】

【氏名】市野 遊

(72)【発明者】

【氏名】石津 誠二

(72)【発明者】

【氏名】梅原 将一

(72)【発明者】

【氏名】石塚 直宏

(72)【発明者】

【氏名】岸本 尚也

【テーマコード（参考）】

4F041

4F042

5H050

【Ｆターム（参考）】

4F041AA12

4F041AB01

4F041BA05

4F041BA32

4F041BA35

4F042AA22

4F042AB00

4F042BA12

4F042CA01

4F042CB02

4F042CB08

4F042CB10

4F042CB11

5H050AA19

5H050BA17

5H050GA22

5H050GA29

5H050HA20

(57)【要約】

【課題】塗液の脈動を抑制することができる塗工装置等を提供する。
【解決手段】塗工装置は、塗工ノズル３９０と、塗液を格納する密閉した圧力タンク３００であって、エアを供給することにより、塗液を塗工ノズルに送る圧力タンク３００と、ポンプ３６１により圧力タンクに補充用の塗液を送るバッファタンク３５０と、ポンプと圧力タンクとの間に設けられた上流バルブ３１１と、上流バルブとバッファタンクとの間に設けられた大流量バルブ３２１と、大流量バルブと並列に設けられた、大流量バルブより小さい流量に対応する小流量バルブ３３１と、バッファタンクから圧力タンクに塗液を補充する際に、大流量バルブを開いた後、所定時間経過後に大流量バルブを閉じるとともに、上流バルブ及び小流量バルブを開き、バッファタンク内の塗液をポンプにより圧力タンクに送るように制御する制御部３５と、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

塗工ノズルと、
塗液を格納する密閉した圧力タンクであって、エアを供給することにより、当該塗液を前記塗工ノズルに送る圧力タンクと、
ポンプにより前記圧力タンクに補充用の塗液を送るバッファタンクと、
前記ポンプと前記圧力タンクとの間に設けられた上流バルブと、
前記上流バルブと前記バッファタンクとの間に設けられた大流量バルブと、
前記大流量バルブと並列に設けられた、前記大流量バルブより小さい流量に対応する小流量バルブと、
前記バッファタンクから前記圧力タンクに塗液を補充する際に、前記大流量バルブを開いた後、所定時間経過後に前記大流量バルブを閉じ、前記上流バルブ及び前記小流量バルブを開き、前記バッファタンク内の塗液を前記ポンプにより前記圧力タンクに送るように制御する制御部と、
を備える、塗工装置。

【請求項2】

前記ポンプは、ダイヤフラムポンプである、請求項１に記載の塗工装置。

【請求項3】

前記ダイヤフラムポンプは、１０回／分以上で作動させる、請求項２に記載の塗工装置。

【請求項4】

塗工ノズルと、
塗液を格納する密閉した圧力タンクであって、エアを供給することにより、当該塗液を前記塗工ノズルに送る圧力タンクと、
ポンプにより前記圧力タンクに補充用の塗液を送るバッファタンクと、
前記ポンプと前記圧力タンクとの間に設けられた上流バルブと、
前記上流バルブと前記バッファタンクとの間に設けられた大流量バルブと、
前記大流量バルブと並列に設けられた、前記大流量バルブより小さい流量に対応する小流量バルブと、を備えた塗工装置を用いた電池の製造方法であって、
前記バッファタンクから前記圧力タンクに塗液を補充する際に、前記大流量バルブを開いた後、所定時間経過後に前記大流量バルブを閉じ、前記上流バルブ及び前記小流量バルブを開き、前記バッファタンク内の塗液を前記ポンプにより前記圧力タンクに送る、電池の製造方法。

【請求項5】

前記塗液は絶縁材であり、電池の正極の端部を当該絶縁材で塗工する、請求項４に記載の電池の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は塗工装置、塗工方法、及び電池の製造方法に関し、特に、脈動低減機構を備えた塗工装置及び、当該塗工装置を用いた電池の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、塗液の供給回路上に一時的に塗液を蓄えることのできるアキュムレータを設けることで、配管圧力の経時変化にも耐え、塗液供給ポンプから発生する吐出脈動による塗膜の膜厚ばらつきを低減させる塗工装置が開示されている。

【0003】

また、特許文献２には、塗工回路と循環回路を持つ塗工装置において、循環回路内に圧損調整部を構えることにより、非塗工時から塗工時に切り替えた瞬間の配管内の圧力変動（特に圧力低下）を抑制する塗工装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３‐０７１０４４号公報

【特許文献2】特開２０１４‐０６１４６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

圧力タンクに塗液を補充する際に、圧力タンク内の塗液の脈動による塗膜の膜厚のばらつきを十分に抑えることができない。結果的に、Ｌｉイオン電池の正極の端部に対して、絶縁材を塗装する場合、幅精度が悪化し、電池の品質も十分満足できるものにはならない。

【0006】

本開示は、このような問題点を解決するためになされたものであり、塗液の脈動を抑制することができる塗工装置及び電池の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様にかかる塗工装置は、
塗工ノズルと、
塗液を格納する密閉した圧力タンクであって、エアを供給することにより、当該塗液を前記塗工ノズルに送る圧力タンクと、
ポンプにより前記圧力タンクに補充用の塗液を送るバッファタンクと、
前記ポンプと前記圧力タンクとの間に設けられた上流バルブと、
前記上流バルブと前記バッファタンクとの間に設けられた大流量バルブと、
前記大流量バルブと並列に設けられた、前記大流量バルブより小さい流量に対応する小流量バルブと、
前記バッファタンクから前記圧力タンクに塗液を補充する際に、前記大流量バルブを開いた後、所定時間経過後に前記大流量バルブを閉じ、前記上流バルブ及び前記小流量バルブを開き、前記バッファタンク内の塗液を前記ポンプにより前記圧力タンクに送るように制御する制御部と、
を備える。

【0008】

本開示の一態様にかかる電池の製造方法は、
塗工ノズルと、
塗液を格納する密閉した圧力タンクであって、エアを供給することにより、当該塗液を前記塗工ノズルに送る圧力タンクと、
ポンプにより前記圧力タンクに補充用の塗液を送るバッファタンクと、
前記ポンプと前記圧力タンクとの間に設けられた上流バルブと、
前記上流バルブと前記バッファタンクとの間に設けられた大流量バルブと、
前記大流量バルブと並列に設けられた、前記大流量バルブより小さい流量に対応する小流量バルブと、を備えた塗工装置を用いた電池の製造方法であって、
前記バッファタンクから前記圧力タンクに塗液を補充する際に、前記大流量バルブを開いた後、所定時間経過後に前記大流量バルブを閉じ、前記上流バルブ及び前記小流量バルブを開き、前記バッファタンク内の塗液を前記ポンプにより前記圧力タンクに送る。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、塗液の脈動を抑制することができる塗工装置を提供し、また、正極の端部への絶縁材の幅精度を向上させた電池の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態にかかる端部絶縁材を含む電池構造の例を示す概略断面図である。

【図2】実施の形態にかかるエア圧送式塗工を説明する概略図である。

【図3】実施の形態にかかる塗工装置の構成を説明する概略図である。

【図4】実施の形態にかかる電池の製造方法の一例を説明するフローチャートである。

【図5】実施の形態にかかる圧力タンク内の圧力の変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載および図面は、適宜、簡略化されている。

【0012】

図１は、本開示にかかる塗工装置を用いて製造され得る、Ｌｉイオン電池の構成例を示す。なお、この電池の構成例は例示にすぎず、様々な変形例も可能である。
図１に示すように、電池は、正極１０１と、負極１０４を含み、正極１０１と、負極１０４との間には、セパレータ１０３が配置される。正極１０１には、（例えば、アルミ等の）集電箔１０２が貫通して設けられている。負極１０４にも、（例えば、銅等の）集電箔１０５が貫通して設けられている。負極１０４及び負極１０４の上部のセパレータ１０６は、セパレータ１０３及び正極１０１の端部を超えて突出して設けられている。正極１０１と負極１０４の絶縁性を保つために、正極１０１の端部には、端部絶縁材（ＩＰＬ）１１０が形成される。

【0013】

この端部絶縁材１１０の膜厚は、正極１０１、負極１０４などの電極材の膜厚に比べ、粗雑である（例えば、数十マイクロメートル）ので、密閉した圧力タンクにエアを供給することで、タンク内部の塗液を、流路３８０を通じて押し出して、対象物を塗工する安価なエア圧送式塗工を利用することができる。塗液は、ペーストと呼ばれる場合もある。

【0014】

図２は、エア圧送式塗工を説明する概略図である。
圧力タンク３００には、所定量の塗液が蓄えられている。圧力タンク３００に接続されたエア供給源（図示せず）から、圧力タンク３００内にエアを供給することで、流路３８０に沿って塗液３０５が押し出され、塗工ノズル３９０を介して、フィルム３１に吐出される。バックアップロール３０に巻かれたフィルム３１が、バックアップロール３０の回転とともに、徐々に送られることで、塗液３０５がフィルム３１に塗装される。

【0015】

図２には示されていないが、圧力タンク３００には、使用済の塗液を補充するためのバッファタンクが接続されており、バッファタンク内の塗液を圧力タンクに送るためのダイヤフラムポンプも設置されている。圧力タンクへの補充に必要な流量は、８０ｍｌ／ｍｉｎ程度であり、スラリ送液可能な最小サイズのダイヤフラム式ポンプの送液流量と比較しても極めて少ない。以上の理由から、塗液を圧力タンクに補充する際に、ダイヤフラムポンプの脈動によって圧力タンク内の圧力が変動し、エア圧力を管理しきれなくなり、結果として端部絶縁材の幅精度が悪化する。

【0016】

そこで、ＩＰＬ塗工幅規格（例えば、±１．０ｍｍ）を満たすには、圧力タンクの圧力を概ね一定になるように管理する必要がある。以下に、バッファタンクからの塗液の補充の際の脈動を防止した塗工装置を説明する。

【0017】

図３は、実施の形態にかかる塗工装置の構成を説明する概略図である。
塗工装置は、塗液３０５をフィルムに吐出する塗工ノズル３９０と、所定量の塗液３０５を格納し、当該塗液３０５を塗工ノズル３９０に送るための圧力タンク３００と、補充用の塗液を格納するバッファタンク３５０と、制御部３５と、を備える。塗工ノズル３９０、圧力タンク３００及びバッファタンク３５０は、流路より互いに接続されている。制御部３５は、各種センサや、ポンプ、バルブ等の駆動機構と通信可能に接続されている。

【0018】

塗工ノズル３９０は、塗工対象物の前に配置され得る。本例では、塗工ノズル３９０は、バックアップロール３０に巻かれたフィルム３１の前に配置される。塗工ノズル３９０の先端部には、ギャップセンサ３９３が設けられている。ギャップセンサは、一般的に渦電流式変位センサとも呼ばれる。ギャップセンサは、高精度接触式デジタルセンサを用いる。塗工ノズル３９０の上部には、圧力タンク３００から送られるエアを排出するためのエア抜き口がエア通路３９２及びバルブ３９１を介して設けられている。具体的には、図示していないが、電気信号によって空気の圧力を制御する電空レギュレータが用いられ、エアの導入及び排出を制御され得る。

【0019】

圧力タンク３００の内部には、塗液３０５が蓄えられている。圧力タンク３００には、エア供給源からのエアを供給するためのエア供給通路３０６がバルブ３０１を介して設けられている。圧力タンク３００内にエアを供給することで、圧力タンク３００内の塗液３０５が押し出され、流路３８０及び塗工ノズル３９０を介して、フィルム３１に対して吐出される。圧力タンク３００には、液面センサ３０３が設けられ、制御部３５により、タンク内の液面が監視及び制御されている。また、圧力タンク３００には、圧力センサ３０２が設けられ、制御部３５により、タンク内の圧力が監視及び制御されている。

【0020】

バッファタンク３５０は、上流バルブ３１１、大流量バルブ３２１及び小流量バルブ３３１を介して、圧力タンク３００と接続されている。大流量バルブ３２１及び小流量バルブ３３１は互いに並列に接続されている。バッファタンク３５０と圧力タンク３００とを接続する流路３１０，３２０，３３０，３４０（大流量バルブ３２１及び小流量バルブ３３１を含む）と並列に設けられた流路３６０上に、ダイヤフラムポンプ３６１が設けられている。ダイヤフラムポンプ３６１は、制御部３５により、１０回／分以上作動するように制御されている。ダイヤフラムポンプ３６１は、図３の矢印の方向に、補充用の塗液を送り、流路３６０、３１０を通って、圧力タンク３００に到達する。なお、流路３８０には、塗液をバッファタンクに戻すためのリターン用の流路３７０が設けられている。流路３７０には、バルブ３７１が設けられている。バルブ３７１は、通常、塗工中は閉じられている。

【0021】

制御部３５は、圧力センサ３０２により圧力タンク３００内の圧力を管理して、塗工幅精度を保証している。また、制御部３５は、液面センサ３０３により、圧力タンク３００内の塗液の量を管理し、適宜、バッファタンク３５０に塗液の補充を要求することができる。

【0022】

具体的には、制御部３５は、液面センサ３０３により、塗液３０５の液面が所定値以下になったことが検知された場合に、図４に示す補充動作を開始する。まず、制御部３５は、補給準備動作のため、大流量バルブ３２１を開くように駆動機構を駆動させる（ステップＳ１１）。次に、制御部３５は、ダイヤフラムポンプ３６１を起動する（ステップＳ１２）。ダイヤフラムポンプ３６１、大流量バルブ３２１、及びバッファタンク３５０を通る経路に塗液が循環する。これによって、経路内を塗液で満たし、空気が追い出される。その後、空気の追い出しと、ダイヤフラムポンプの流量安定のために所定時間（例えば、１０秒）経過後、制御部３５は、例えば、タイマー動作により、大流量バルブ３２１を閉じ（ステップＳ１３）、少流量バルブ３３１と上流バルブ３１１とをほぼ同時に開く（ステップＳ１４）。塗工中でなければ、脈動しても問題ないため、この動作フローは、塗工中に並行して行われ得る。少流量バルブ３３１の開度は、１）適度な抵抗を生じるように、２）圧送タンクに塗液が供給されるように、かつ、３）ＩＰＬ精度に影響がない供給流量になるように、調整される。言い換えると、ダイヤフラムポンプが出している余剰液を、バッファタンク側に逃している。これにより、ダイヤフラムポンプによる圧力タンク３００への塗液の圧送が開始される（ステップＳ１５）。密閉した圧力タンク３００にエアを供給することで、圧力タンク３００内の塗液を塗工ノズル３９０に送る（ステップＳ１６）。塗工ノズル３９０から塗液をフィルム３１に吐出し、図１に示したように、電池の正極の端部に絶縁材を塗工する（ステップＳ１７）。

【0023】

以上説明したように補充動作を行うことで、脈動が抑制され、電池の端部の絶縁材の幅精度が向上した。よって、本実施形態によれば、正極の端部への絶縁材の幅精度を向上させた電池の製造方法を提供することができる。なお、本明細書で説明する方法は、コンピュータ又はプロセッサにより実行できるようにコンピュータ可読媒体内に組み込まれたコンピュータプログラム、ソフトウェア、またはファームウェアにより実装されうる。

【0024】

図４のフローチャートは、実行の具体的な順番を示しているが、実行の順番は描かれている形態と異なっていてもよい。例えば、２つ以上のステップの実行の順番は、示された順番に対して入れ替えられてもよい。また、図４の中で連続して示された２つ以上のステップは、同時に、または部分的に同時に実行されてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、図４に示された１つまたは複数のステップがスキップまたは省略されてもよい。

【0025】

図５は、従来例と本実施形態とを比較した圧力タンク内の圧力の変化を示す。横軸は時間［ｓｅｃ］であり、縦軸は、圧力タンク内の圧力［ｋＰａ］である。
図３に示す圧力センサ３０２により、圧力タンク３００の圧力の変化を測定した。
従来例の圧力変化は、ＮＧで示した曲線であり、本実施形態による圧力変化はＯＫで示した曲線である。図５に示すように、従来例の圧力変化は、許容範囲（例えば、±４ｋＰａ）を超えて、圧力が変化してしまう（結果的に、端部絶縁材の幅精度が悪化した）。これは、圧力タンクへの補充流量（２０ｍｌ／分×４）は、ダイヤフラムポンプの吐出量（３６００ｍｌ／分）より著しく少ないため、圧力タンクに塗液を補充する際に、回路内に圧が高まり、塗液の脈動が生じていると考えられる。そこで、ダイヤフラムポンプの送液量を減らすことも考えられるが、ダイヤフラムポンプの作動を遅くすると、ポンプの性質上、切替バルブが途中で停止してしまうおそれがある。

【0026】

そこで、ダイヤフラムポンプを１０回以上／分作動させながら（すなわち、送液量を減らすことなく）、本実施形態にかかる上記の補充動作を含む方法を行うことで、ＯＫで示した曲線で示すように、圧力変動の許容範囲に収まるようになった。

【0027】

上記特許文献１については、アキュムレータの許容容量までの塗液しか蓄えることができないため、送液ポンプの大きさに制限がかかる。本実施形態にかかる塗工装置は、送液ポンプの大きさに依らずに適応可能である。

【0028】

上記特許文献２については、圧損調整部において、機械部品・制御部品ともに機器構成が煩雑になる等のデメリットが考えられる。本実施形態にかかる塗工装置は、簡易な機械部品のみで構成できる。

【0029】

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。上記した補充動作をコンピュータにより制御により実行したが、他の実施形態では、作業者が手動で実行してもよい。また、上記例では、Ｌｉイオン電池の製造工程について説明したが、本開示は、エア圧送式塗工を用いた様々な用途に使用され得る。

【符号の説明】

【0030】

３０ バックアップロール
３１ フィルム
３５ 制御部
１０１ 正極
１０２ 集電箔
１０３ セパレータ
１０４ 負極
１０５ 集電箔
１０６ セパレータ
１１０ 端部絶縁材
３００ 圧力タンク
３０１ バルブ
３０２ 圧力センサ
３０３ 液面センサ
３０５ 塗液
３０６ エア供給通路
３１０ 流路
３１１ 上流バルブ
３２０ 流路
３２１ 大流量バルブ
３３１ 小流量バルブ
３３０ 流路
３４０ 流路
３５０ バッファタンク
３６０ 流路
３６１ ダイヤフラムポンプ
３７０ 流路
３７１ バルブ
３８０ 流路
３８１ バルブ
３９０ 塗工ノズル
３９１ バルブ
３９２ エア通路
３９３ ギャップセンサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】