特開 2024-97870 塗工体の製造方法および塗工体の製造装置

(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】P2024097870

(43)【公開日】2024-07-19

(54)【発明の名称】塗工体の製造方法および塗工体の製造装置

(51)【国際特許分類】

   B05D 1/36 20060101AFI20240711BHJP

   B05D 7/24 20060101ALI20240711BHJP

   B05D 1/02 20060101ALI20240711BHJP

   B05C 11/10 20060101ALI20240711BHJP

   B05C 9/14 20060101ALI20240711BHJP

   B05C 1/08 20060101ALI20240711BHJP

   B05B 5/025 20060101ALI20240711BHJP

   H01M 50/403 20210101ALI20240711BHJP

   H01M 50/451 20210101ALI20240711BHJP

   H01M 50/434 20210101ALI20240711BHJP

   H01M 50/443 20210101ALI20240711BHJP

   H01M 50/429 20210101ALI20240711BHJP

【ＦＩ】

B05D1/36 B

B05D7/24 303G

B05D7/24 303B

B05D1/02 Z

B05C11/10

B05C9/14

B05C1/08

B05B5/025 A

H01M50/403 D

H01M50/451

H01M50/434

H01M50/443 M

H01M50/429

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024075076

(22)【出願日】2024-05-07

(62)【分割の表示】P 2021012812の分割

【原出願日】2021-01-29

(71)【出願人】

【識別番号】000004215

【氏名又は名称】株式会社日本製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石黒 亮

(57)【要約】

【課題】特性の良好な塗工体を製造する。
【解決手段】（ａ）搬出部から取り出された基材１の第１面に第１塗工液を塗布し、第１塗工液層３ａを形成する工程と、（ｂ）前記（ａ）工程の後、前記第１塗工液層上に第２塗工液を塗布し、第２塗工液層４ａを形成する工程と、（ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記第１塗工液層および第２塗工液層を乾燥することにより塗工膜３ｂおよび塗工膜４ｂを形成する工程と、（ｄ）前記塗工膜３ｂおよび前記塗工膜４ｂが形成された前記基材を搬入部において取り込む工程と、から塗工体５を製造する。そして、（ａ）工程は、前記第１塗工液を前記基材の第１面に塗布し、（ｂ）工程は、前記第２塗工液を前記基材の第１面に噴霧する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

（ａ）搬出部から取り出された基材の第１面に第１塗工液を塗布し、第１塗工液層を形成する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程の後、前記第１塗工液層上に第２塗工液を塗布し、第２塗工液層を形成する工程と、
（ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記第１塗工液層および第２塗工液層を乾燥することにより第１塗工層および第２塗工層を形成する工程と、
（ｄ）前記第１塗工層および前記第２塗工層が形成された前記基材を搬入部において取り込む工程と、
を有し、
前記（ａ）工程は、前記第１塗工液を前記基材の第一面に塗布し、
前記（ｂ）工程は、前記第２塗工液を前記基材の第１面に噴霧し、
前記第1塗工液は、第１フィラーと第２フィラーとを有し、
前記第１フィラーは、アルミナ、シリカ、水酸化アルミニウム、ベーマイトから選択される材料であり、
前記第２フィラーは、セルロース、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、セルロースナノファイバー、グラフェン、フラーレンから選択される材料である、塗工体の製造方法。

【請求項2】

（ａ）搬出部から取り出された基材の第１面に第１塗工液を塗布し、第１塗工液層を形成する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程の後、前記第１塗工液層上に第２塗工液を塗布し、第２塗工液層を形成する工程と、
（ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記第１塗工液層および第２塗工液層を乾燥することにより第１塗工層および第２塗工層を形成する工程と、
（ｄ）前記第１塗工層および前記第２塗工層が形成された前記基材を搬入部において取り込む工程と、
を有し、
前記（ａ）工程は、前記第１塗工液を前記基材の第一面に塗布し、
前記（ｂ）工程は、前記第２塗工液を前記基材の第１面に噴霧し、
前記第1塗工液は、第１フィラーと第２フィラーとを有し、
前記第１フィラーは、アルミナ、シリカ、水酸化アルミニウム、ベーマイトから選択される材料であり、
前記第２フィラーは、セルロース、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、セルロースナノファイバー、グラフェン、フラーレンから選択される材料であり、
前記第２塗工液は、アルカリ珪酸塩を有する、塗工体の製造方法。

【請求項3】

基材を取り出す搬出部と、
前記基材の第１面に第１塗工液を塗布する第１塗工部と、
前記基材の第１面に第２塗工液を塗布する第２塗工部と、
前記基材上の第１塗工液および第２塗工液を乾燥することにより、前記基材の第１面に塗工体を形成する乾燥部と、
前記塗工体が形成された前記基材を取り込む搬入部と、
を有し、
前記第１塗工部は、前記第１塗工液を前記基材の第１面に塗布し、
前記第２塗工部は、前記第２塗工液を前記基材の第１面に噴霧し、
前記第１塗工液は、第１フィラーと第２フィラーとを有し、
前記第１フィラーは、アルミナ、シリカ、水酸化アルミニウム、ベーマイトから選択される材料であり、
前記第２フィラーは、セルロース、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、セルロースナノファイバー、グラフェン、フラーレンから選択される材料である、塗工体の製造装置。

【請求項4】

基材を取り出す搬出部と、
前記基材の第１面に第１塗工液を塗布する第１塗工部と、
前記基材の第１面に第２塗工液を塗布する第２塗工部と、
前記基材上の第１塗工液および第２塗工液を乾燥することにより、前記基材の第１面に塗工体を形成する乾燥部と、
前記塗工体が形成された前記基材を取り込む搬入部と、
を有し、
前記第１塗工部は、前記第１塗工液を前記基材の第１面に塗布し、
前記第２塗工部は、前記第２塗工液を前記基材の第１面に噴霧し、
前記第１塗工液は、第１フィラーと第２フィラーとを有し、
前記第１フィラーは、アルミナ、シリカ、水酸化アルミニウム、ベーマイトから選択される材料であり、
前記第２フィラーは、セルロース、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、セルロースナノファイバー、グラフェン、フラーレンから選択される材料であり、
前記第２塗工液は、アルカリ珪酸塩を有する、塗工体の製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、塗工体の製造方法および塗工体の製造装置に関し、特に、電池のセパレータなどに用いられる塗工体の製造方法や製造装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、自動車用やインフラ用としてリチウムイオン電池などの電池の利用が盛んである。リチウムイオン電池などの電池は、正極材と負極材との間がセパレータと呼ばれる多孔質フィルムで分離されている。セパレータは、例えば、リチウムイオンが通る程度の微細孔を複数有し、この孔を通ってリチウムイオンが正極材と負極材の間を移動することで、充電と放電を繰り返すことができる。このように、セパレータは、正極材と負極材を分離させて、短絡を防ぐ役割を有する。

【0003】

また、電池の内部が何らかの原因で高温となった場合には、セパレータの微細孔が閉じることで、リチウムイオンの移動を停止し、電池機能を停止させる（シャットダウン機能）。

【0004】

このようにセパレータは、電池の安全装置の役割を担っており、セパレータの機械的強度や耐熱性を向上させることが重要となる。

【0005】

例えば、特許文献１（特開２０１６－１８３２０９号公報）には、ポリオレフィン樹脂多孔フィルムの少なくとも片面に、無機粒子及びバインダ樹脂組成物を含む被覆層を形成する技術が開示されている。

【0006】

また、特許文献２（特開２０１９－７２６６６号公報）には、複数の塗工液が混ざり合うことを抑制するための塗工装置であって、第１の吐出口から第１の塗工液を吐出してバックアップロールに接した状態のシートに第１の塗工液を塗布し、第１層を形成する第１のダイと、第２の吐出口から第２の塗工液を吐出してバックアップロールに接した状態のシート上の第１層上に第２の塗工液を塗布し、第２層を形成する第２のダイと、を備える塗工装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１６－１８３２０９号公報

【特許文献2】特開２０１９－７２６６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明者は、電池のセパレータのような塗工体の特性向上を図るべく、基材の表面に塗工層を形成する塗工技術についての研究開発を行っている。

【0009】

その研究開発過程において、塗工層を多層とした場合には、塗工液の混合の問題があり、この解消について鋭意検討したところ、良好な塗工技術を見出すに至った。

【0010】

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本願において開示される塗工体の製造方法は、（ａ）搬出部から取り出された基材の第１面に第１塗工液を塗布し、第１塗工液層を形成する工程と、（ｂ）前記（ａ）工程の後、前記第１塗工液層上に第２塗工液を塗布し、第２塗工液層を形成する工程と、（ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記第１塗工液層および第２塗工液層を乾燥することにより第１塗工層および第２塗工層を形成する工程と、（ｄ）前記第１塗工層および前記第２塗工層が形成された前記基材を搬入部において取り込む工程と、を有する。前記（ａ）工程は、前記第１塗工液を前記基材の第一面に塗布し、前記（ｂ）工程は、前記第２塗工液を前記基材の第１面に噴霧し、前記第1塗工液は、第１フィラーと第２フィラーとを有し、前記第１フィラーは、アルミナ、シリカ、水酸化アルミニウム、ベーマイトから選択される材料であり、前記第２フィラーは、セルロース、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、セルロースナノファイバー、グラフェン、フラーレンから選択される材料である。

【0012】

本願において開示される塗工体の製造方法は、（ａ）搬出部から取り出された基材の第１面に第１塗工液を塗布し、第１塗工液層を形成する工程と、（ｂ）前記（ａ）工程の後、前記第１塗工液層上に第２塗工液を塗布し、第２塗工液層を形成する工程と、（ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記第１塗工液層および第２塗工液層を乾燥することにより第１塗工層および第２塗工層を形成する工程と、（ｄ）前記第１塗工層および前記第２塗工層が形成された前記基材を搬入部において取り込む工程と、を有する。前記（ａ）工程は、前記第１塗工液を前記基材の第一面に塗布し、前記（ｂ）工程は、前記第２塗工液を前記基材の第１面に噴霧し、前記第1塗工液は、第１フィラーと第２フィラーとを有し、前記第１フィラーは、アルミナ、シリカ、水酸化アルミニウム、ベーマイトから選択される材料であり、前記第２フィラーは、セルロース、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、セルロースナノファイバー、グラフェン、フラーレンから選択される材料であり、前記第２塗工液は、アルカリ珪酸塩を有する。

【0013】

本願において開示される塗工体の製造装置は、基材を取り出す搬出部と、前記基材の第１面に第１塗工液を塗布する第１塗工部と、前記基材の第１面に第２塗工液を塗布する第２塗工部と、前記基材上の第１塗工液および第２塗工液を乾燥することにより、前記基材の第１面に塗工体を形成する乾燥部と、前記塗工体が形成された前記基材を取り込む搬入部と、を有しする。前記第１塗工部は、前記第１塗工液を前記基材の第１面に塗布し、前記第２塗工部は、前記第２塗工液を前記基材の第１面に噴霧し、前記第１塗工液は、第１フィラーと第２フィラーとを有し、前記第１フィラーは、アルミナ、シリカ、水酸化アルミニウム、ベーマイトから選択される材料であり、前記第２フィラーは、セルロース、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、セルロースナノファイバー、グラフェン、フラーレンから選択される材料である。

【0014】

本願において開示される塗工体の製造装置は、基材を取り出す搬出部と、前記基材の第１面に第１塗工液を塗布する第１塗工部と、前記基材の第１面に第２塗工液を塗布する第２塗工部と、前記基材上の第１塗工液および第２塗工液を乾燥することにより、前記基材の第１面に塗工体を形成する乾燥部と、前記塗工体が形成された前記基材を取り込む搬入部と、を有する。前記第１塗工部は、前記第１塗工液を前記基材の第１面に塗布し、前記第２塗工部は、前記第２塗工液を前記基材の第１面に噴霧し、前記第１塗工液は、第１フィラーと第２フィラーとを有し、前記第１フィラーは、アルミナ、シリカ、水酸化アルミニウム、ベーマイトから選択される材料であり、前記第２フィラーは、セルロース、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、セルロースナノファイバー、グラフェン、フラーレンから選択される材料であり、前記第２塗工液は、アルカリ珪酸塩を有する。

【発明の効果】

【0015】

本願において開示される塗工体の製造方法によれば、特性の良好な塗工体を製造することができる。

【0016】

本願において開示される塗工体の製造装置によれば、特性の良好な塗工体を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施の形態１の塗工体の製造工程を示す断面図である。

【図2】実施の形態１の塗工体の製造装置の構成を模式的に示す図である。

【図3】グラビア塗工装置を示す断面図である。

【図4】スプレー塗工装置を示す断面図である。

【図5】スプレー塗工装置を示す断面図である。

【図6】比較例の塗工体の製造装置の構成を模式的に示す図である。

【図7】比較例の塗工体の製造装置の構成を示す図である。

【図8】応用例１のスプレー塗工装置を示す断面図である。

【図9】応用例１のスプレー塗工装置を示す断面図である。

【図10】応用例１のスプレー塗工装置を示す断面図である。

【図11】リチウムイオン（Ｌｉ^＋）の移動と充放電との関係を示す図である。

【図12】リチウムイオン電池の構成を示す断面斜視図である。

【図13】多孔質フィルムの製造装置（システム）の構成を示す模式図である。

【図14】実施の形態４のセルロース（セオラス）の沈殿状態を示す図である。

【図15】実施の形態５のセルロースの沈殿状態を示す図である。

【図16】実施の形態５のセルロースの沈殿状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、実施の形態を実施例や図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

【0019】

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態の塗工体の製造工程を示す断面図である。また、図２は、本実施の形態の塗工体の製造装置の構成を模式的に示す図である。

【0020】

まず、図１を参照しながら、塗工体の形成工程について説明する。

【0021】

図１（Ａ）に示すように、多孔質フィルムよりなる基材１を準備する。基材１である多孔質フィルムは、例えば、ポリオレフィン系の樹脂よりなる。基材１の厚さは、例えば、５μｍ～５０μｍ程度、幅は、例えば、１００ｍｍ～３０００ｍｍ程度である。微細孔の細孔径分布は、例えば、１０ｎｍ～１０μｍ程度であり、平均細孔径は、例えば、１０ｎｍ～９００ｎｍ程度である。また、基材１のガーレ値は、例えば１００～３００ｓｅｃ／１００ｃｃ程度である。

【0022】

次いで、図１（Ｂ）に示すように、基材１の表面に第１塗工液を塗布し、第１塗工液層３ａを形成する。第１塗工液は、フィラーと分散媒とを有する。フィラーとしては、アルミナ、シリカ、水酸化アルミニウム、ベーマイトなどの無機物やセルロース（セルロースナノファイバー含む）、炭素繊維、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、グラフェン、フラーレン、アラミド繊維などを用いることができる。セルロースとして、セルロースの親水基が、疎水基に置換されたものを用いてもよい。分散媒としては、水系の溶媒や有機系の溶媒を用いることができる。また、バインダを添加してもよい。バインダとしては、側鎖状または環状ポリマー樹脂やアクリル系樹脂や熱可塑性フッ素重合体、などを用いることができる。塗布装置としては、例えば、グラビア塗工装置を用いることができる。さらに、フィラーとバインダに加えて、ＳＢＲ（スチレン・ブタジエンゴム）やイオン電導性の高いポリマーを添加した状態で用いてもよい。

【0023】

次いで、図１（Ｃ）に示すように、基材１の表面に第２塗工液を塗布し、第２塗工液層４ａを形成する。第２塗工液は、水ガラスと溶媒とを有する。水ガラスとは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の珪酸塩水溶液である。例えば、ナトリウム珪酸塩（珪酸ナトリウム、Ｎａ_２Ｏ・ｎＳｉＯ_２（ｎ＝２～４））の他、Ｎａに変えて、Ｌｉ、Ｋ、Ｒｂ、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒなどを含む珪酸塩（アルカリ珪酸塩）などを用いることができ、１種単独で用いてもよく、２種以上を併用して用いてもよい。溶媒としては、水系の溶媒や有機系の溶媒を用いることができる。また、バインダを添加してもよい。バインダとしては、ＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）などの樹脂（フッ素系樹脂）などを用いることができる。

【0024】

次いで、図１（Ｄ）に示すように、基材１上の第１塗工液層３ａおよび第２塗工液層４ａをヒーター１０などにより乾燥することにより、塗工膜３ｂおよび塗工膜４ｂの積層膜を形成する。以上の工程により、基材（多孔質フィルム）１と塗工膜３ｂと塗工膜４ｂよりなる塗工体（セパレータ）５を形成することができる。塗工膜３ｂおよび塗工膜４ｂは、通気性を有し、塗工体５のガーレ値（透気度、［ｓｅｃ／１００ｃｃ］）は、１０以上、３０００以下であり、通気性は確保されている。

【0025】

上記塗工層の成膜を、図２に示す装置（システム）を用いて行う場合について、以下に説明する。

【0026】

図２に示すように、塗工体の製造装置は、基材１を巻き出す巻出し部（搬出部）ＵＷと、基材１を巻き取る巻取り部ＷＤとを有する。基材１は、巻出し部ＵＷから巻取り部ＷＤまで連続して配置されており、巻出し部ＵＷと、巻取り部ＷＤとの間において、基材１の表面（第１面）に塗工膜３ｂおよび塗工膜４ｂが形成され、塗工体５が完成する。この塗工体の製造装置によれば、巻物状（巻かれた帯状）の基材１を連続的に処理でき、効率的に塗工体を形成することができる。なお、本明細書において、巻出し部ＵＷ側を上流、巻取り部（搬入部）ＷＤを下流と言う場合がある。

【0027】

具体的に、巻出し部ＵＷと巻取り部ＷＤとの間には、第１塗工処理部（２０）、第２塗工処理部（３０）、乾燥処理部（４０）が配置されている。基材１は、複数のロール（ガイドロール）Ｒによってガイドされつつ、各処理部において、処理され、その表面に塗工膜３ｂおよび塗工膜４ｂが形成される。以下に詳細に説明する。

【0028】

巻出し部ＵＷから巻き出された基材１は、ロールＲによってガイドされ、第１塗工処理部（２０）まで搬送される。第１塗工処理部（２０）においては、グラビア塗工装置が配置されており、基材１の第１面に第１塗工液が塗布（塗工）され、第１塗工液層３ａが形成される。

【0029】

第１塗工液層３ａが形成された基材１は、ロールＲによってガイドされ、第２塗工処理部（３０）まで搬送される。第２塗工処理部（３０）においては、スプレー塗工装置が配置されており、基材１の第１面の第１塗工液層３ａ上に、第２塗工液が塗布（塗工）され、第２塗工液層４ａが形成される。

【0030】

第１塗工液層３ａおよび第２塗工液層４ａが形成された基材１は、乾燥処理部（４０）まで搬送される。乾燥処理部（４０）においては、乾燥炉（コンベア式乾燥炉）４０が配置されており、ロールＲにより搬送された基材１の第１塗工液層３ａおよび第２塗工液層４ａの液体成分を気化させ、塗工膜３ｂおよび塗工膜４ｂとする。例えば、乾燥炉は、乾燥室（カバー）を有し、乾燥室では、図示しないノズルから加熱空気が導入されている。加熱空気の温度は、図示しない加熱部（ヒータなど）により温度制御されている。

【0031】

このように、帯状の基材１が、複数のロール（ガイドロール）Ｒによってガイドされつつ、各処理部において、処理され、塗工体５が形成される。

【0032】

ここで、本実施の形態においては、第１塗工処理部（２０）において、接触塗工処理を行うためのグラビア塗工装置が用いられ、第２塗工処理部（３０）において、非接触塗工処理を行うためのスプレー塗工装置が用いられており、第１塗工液層３ａおよび第２塗工液層４ａを精度良く形成することができる。

【0033】

図３は、グラビア塗工装置を示す断面図である。図３に示すグラビア塗工装置は、縦型の塗工装置であり、チャンバー（槽）２０ｂが垂直方向（重力方向に対し平行な方向）に配置されている。この装置は、塗工液２０ａを貯留するためのチャンバー（槽）２０ｂと、チャンバー（槽）２０ｂにその一部が浸かる塗工用のロール（グラビアロール）ＣＲと、塗工液２０ａの飛び散り防止とロール表面の液量を調整するための第１のブレード２０ｃ、チャンバー（槽）２０ｂ内の塗工液と塗工用ロール（グラビアロール）の隙間からの塗工液の漏洩を防止するための第２のブレード２０ｃとを有する。第１のブレード２０ｃは、塗工用のロールＣＲの回転方向側に、塗工用のロールＣＲの表面に付着した塗工液２０ａの液量を調整するように、第１のブレード２０ｃの角度や押付圧を調整できるように配置されている。そして、塗工用のロールＣＲの表面に付着した塗工液２０ａが基材１の表面に転写されることにより第１塗工液層３ａが形成される。なお、図３に示すグラビア塗工装置は、縦型であっても、横型であっても良く、横型の場合は、塗工液の漏洩を防止するための第２のブレードは不要となり、塗工液２０ａの飛び散り防止とロール表面の液量を調整するための第１のブレード２０ｃのみを有する構成となる。

【0034】

図４および図５は、スプレー塗工装置を示す断面図である。図４および図５に示すスプレー塗工装置は、エレクトロスプレー現象を利用した溶液の塗布装置である。

【0035】

図４に示すように、スプレー塗工装置は、液供給装置ＬＳから供給された第２塗工液を、ノズルＮから基材（第１塗工液層３ａ）１上に気体とともに噴霧する。ノズルＮは、例えば、紙面奥行き方向に延在しており、ノズル孔は紙面奥行き方向に長辺を有する矩形状である。気体としては、不活性ガス、酸素および空気から選択される１種類以上の気体を用いることができる。この気体の水分含有量（湿度）は、０～９０％とすることが好ましい。

【0036】

ここで、図５に示すように、ノズルＮと基材１との間には、高電圧ＨＶが印加されている。なお、基材１に変えて、基材１が接触するローラＲや基材１とローラＲとの間に配置される搬送ベルト（図示せず）とノズルＮとの間に高電圧ＨＶを印加してもよい。このように、高電圧ＨＶ（１ｋＶ以上）を印加すると、ノズル先端において強力な電界が発生し、ノズル先端の溶液表面が帯電する。これにより、溶液表面の帯電と電界との相互作用によりテイラーコーン(Taylor-cone)と呼ばれる円錐状のメニスカスが形成される。そして、電界をさらに強くすると、液体表面での静電反発力が表面張力を上回り、テイラーコーンの先端から微細な液滴が噴出する。このような微細な液滴においては、短時間で溶媒が蒸発し、液滴の電荷密度が増す。これにより、液滴が静電分裂し、液滴の微細化がさらに進みつつ、対向する基材１（電極）に付着することにより、第２塗工液層４ａが形成される。例えば、塗布面における液滴の直径は、０．０１～６０μｍである。

【0037】

このように、エレクトロスプレー現象を利用したスプレー塗工装置を用いることで、均一に、制御性よく、第２塗工液層４ａを形成することができる。

【0038】

図６は、比較例の塗工体の製造装置の構成を模式的に示す図である。図６に示すように、２つのグラビア塗工部（２０Ａ、２０Ｂ）を有する塗工装置を用いて、第１塗工液層３ａおよび第２塗工液層４ａを形成することも可能であるが、グラビア塗工は接触塗工処理であるため、第２塗工液を塗工する際、ロールＣＲが第１塗工液層３ａと接触し、第１塗工液層３ａを乱し、また、不所望な塗工液の混合層が生じ得る。

【0039】

図７は、比較例の塗工体の製造装置の構成を模式的に示す図である。非接触塗工処理が可能な塗工装置として、図７に示すような回転盤（回転子）９０を用いた塗工装置を用いることが可能である。しかしながら、この場合、複数の回転盤の制御や液滴の微細化の制御が困難であり、制御性よく塗工液層を形成することが困難である。

【0040】

これに対し、本実施の形態においては、後段の塗工装置として、エレクトロスプレー現象を利用したスプレー塗工装置を用いることで、均一に、制御性よく、第２塗工液層４ａを形成することができる。例えば、薄い（０．０１～１０μｍ程度の膜厚の層）第２塗工液層４ａを形成することも可能である。

【0041】

さらに、図４に示す本実施の形態のスプレー塗工装置においては、超微細な液滴（ミスト）が噴霧される噴霧エリアＡＳと、この噴霧エリアＡＳの上流に位置するエアカーテンエリアＡ１と、噴霧エリアＡＳの下流に位置するエアカーテンエリアＡ１と、を有する。エアカーテンエリアＡ１においては、噴霧エリアＡＳ（ノズルＮ）の方向ａにエアーが吹き付けられる。別の言い方をすれば、噴霧エリアＡＳ（ノズルＮ）の方向に傾斜したエアーノズルが配置され、このエアーノズルを通じて噴霧エリアＡＳ方向にエアーが吹き付けられる。基材１の垂線方向と方向ａの角度(θ)、別の言い方をすれば、基材１の垂線方向とノズルの角度（θ）は、０．１°以上９０°以下である。さらに、別の言い方をすれば、ノズルＮの配置方向（垂直方向）とエアーノズルの傾斜方向との角度（θ）は、０．１°以上９０°以下である。基板１の搬送速度の変化に伴い、噴霧エリアＡＳの上流に位置するエアカーテンエリアＡ１に流入する随伴流、噴霧エリアＡＳに流入する随伴流、および噴霧エリアＡＳの下流に位置するエアカーテンエリアＡ１に流入する随伴流の量が変化することから、エアーノズルの先端位置やノズルの角度（θ）を任意に変更できることが望ましい。

【0042】

このように、エアカーテンエリアＡ１を設けることで、噴霧エリアＡＳの上流側や下流側へのミストの漏洩を抑制することができる。特に、基材１は、各エリア（各室Ａ１、ＡＳ、Ａ１）を仕切る壁の下方に設けられた開口部（窓、隙間、基材入口、基材出口）を通じて搬送される。この搬送に伴い、基材１の搬送方向（走行方向）に流れる風である随伴流が生じる。この随伴流に乗ってミストが漏洩するため、特に、噴霧エリアＡＳの下流側にエアカーテンエリアＡ１を設けることが好ましい。

【0043】

なお、前述したように、図４に示す装置においては、噴霧エリアＡＳの上流側および下流側にエアカーテンエリアＡ１を設けたが、下流側にのみ設けてもよい。また、図５に示す装置においては、エアーの吹き付け方向を斜めとしたが、基板１に対して垂直（θ＝９０°）としてもよい。

【0044】

（実施の形態２）
本実施の形態においては、実施の形態１の塗工体の製造装置の応用例について説明する。

【0045】

（応用例１）
図８～図１０は、本応用例のスプレー塗工装置を示す断面図である。Ｚは、随伴流を示し、図９は上流側、図１０は下流側を示す。実施の形態１（図４）においては、噴霧エリアＡＳの上流側および下流側のエアカーテンエリアＡ１のエアーの吹き付け方向を対称とした（角度θを同じとした）が、図８～図１０に示すように、下流側のエアーの吹き付け角度θｂを上流側のエアーの吹き付け角度θａより大きくしてもよい（θｂ＞θａ）。

【0046】

このように、下流側のエアーの吹き付け角度θｂを大きくすることで、随伴流Ｚによりミストが漏洩しやすい下流側の漏洩防止効果を向上させることができる。

【0047】

また、上流側、下流側において、上記のとおりエアーの吹き付け角度（θａ、θｂ）を調整する場合には、基材１の搬送方向のエアカーテンエリアＡ１の長さ（Ａ、Ｂ）において、下流側のエアカーテンエリアＡ１の長さＢを上流側のエアカーテンエリアＡ１の長さＡより大きく（Ｂ＞Ａ）することで、エアーノズルを傾斜させやすくなる。

【0048】

（応用例２）
随伴流の影響を受けやすい下流側のエアカーテンエリアＡ１においてエアーノズルの風量を多くしてもよい。風量は、送風機などを使用した場合の単位時間あたりに移動させる空気量（ｍ^３／ｍｉｎ）として定義される。例えば、下流側のエアカーテンエリアＡ１のエアーノズルの風量を、上流側のエアカーテンエリアＡ１のエアーノズルの風量より多くしてもよい。

【0049】

（応用例３）
随伴流の影響を受けやすい下流側のエアカーテンエリアＡ１においてエアーノズルの本数を多くしてもよい。例えば、下流側のエアカーテンエリアＡ１において、図４の紙面奥行き方向にエアーノズルを複数配置してもよく、その本数は、上流側のエアカーテンエリアＡ１のエアーノズルの本数より多くしてもよい。この場合、エアーノズル１本あたりの風量が同じであれば、下流側のエアカーテンエリアＡ１のエアーノズルの風量を、上流側のエアカーテンエリアＡ１のエアーノズルの風量より多くすることとなる。

【0050】

なお、複数のエアーノズルをエアーノズル群と呼ぶ。エアーノズル群の複数のエアーノズルは、例えば、搬送方向に対し垂直な方向に並べられる。また、エアーノズル群に使用する送風機は、複数のノズルに対して１台の送風機（全ノズル風量が一定）を用いてもよい。また、１本のノズルに対して１台の送風機を接続する方式を用いてもよい。この場合、１本ごとに風量を変化させることができ、随伴流の流出をさらに抑制することができる。

【0051】

（実施の形態３）
本実施の形態においては、実施の形態１で説明した塗工体の適用例について説明する。実施の形態１で説明した塗工体の製造装置を用いて形成した塗工体は、セパレータとして、例えば、リチウムイオン電池に適用することができる。

【0052】

図１１は、リチウムイオン（Ｌｉ^＋）の移動と充放電との関係を示す図である。図１２は、リチウムイオン電池の構成を示す断面斜視図である。図１２に示すリチウムイオン電池は、円筒形の缶１０６を有しており、この缶１０６には、帯状の正極材１０１および負極材１０３が塗工体（セパレータ）５を介して捲回された電極群が収容されている。電極群の上端面の正極集電タブは、正極キャップに接合されている。電極群の下端面の負極集電タブは、缶１０６の底部に接合されている。なお、缶１０６の外周面には、絶縁被覆（図示せず）が設けられている。また、缶１０６内には、電解液（図示せず）が注液されている。なお、ここでは、円筒形の電池を例に説明したが、電池の構成に制限はなく、例えば、角型や、ラミネート型の電池とすることができる。

【0053】

このように、リチウムイオン電池は、正極材１０１、負極材１０３、塗工体（セパレータ）５および電解液を有しており、正極材１０１と負極材１０３との間に塗工体（セパレータ）５が配置されている。塗工体（セパレータ）５は、微細孔を多数有する。例えば、充電時、即ち、正極（正極キャップ）と負極（缶１０６の底部）との間に充電器を接続すると、正極活物質内に挿入されているリチウムイオンが脱離し、電解液中に放出される。電解液中に放出されたリチウムイオンは、電解液中を移動し、セパレータの微細孔を通過して、負極に到達する。この負極に到達したリチウムイオンは、負極を構成する負極活物質内に挿入される。

【0054】

このように、塗工体（セパレータ）５に設けられた微細孔（図示せず）を介してリチウムイオンが正極材と負極材の間（電極Ｅ１、Ｅ２間）を行き来することで、充電と放電を繰り返すことができる（図１１も参照）。特に、図１１に示す塗工体（セパレータ）５の膜厚が大きい場合にはリチウムイオンの膜通過時の抵抗が増加し、電池出力特性が低下する。また、リチウムイオンの移動量が少なくなるため、電子の移動量も少なくなり、電池容量が低下する。これに対し、実施の形態１等で説明した後段の塗工装置として、エレクトロスプレー現象を利用したスプレー塗工装置を用いることで、非常に薄い膜（例えば０．０１～１０μｍ程度の膜厚の膜）でも、均一に、制御性よく、形成することができ、電池特性（出力特性、容量など）を向上させることができる。

【0055】

次いで、塗工液が塗布される基材（多孔質フィルム）の製造方法について説明する。基材（多孔質フィルム）は、例えば、以下の工程により製造することができる。

【0056】

図１３は、多孔質フィルムの製造装置（システム）の構成を示す模式図である。例えば、図１３の二軸混練押出機（Ｓ１）の原料供給部に可塑剤（流動パラフィン）とポリオレフィン（例えば、ポリエチレン）を投入し、混練部において上記可塑剤とポリオレフィンとを混練する。混練条件は、例えば、１８０℃、１２分間であり、軸の回転数は１００ｒｐｍである。

【0057】

混練物（溶融樹脂）を、吐出部からＴダイＳ２へ搬送し、溶融樹脂をＴダイＳ２のスリットから押し出しつつ、原反冷却装置Ｓ３において冷却することで、薄膜状の樹脂成型体を形成する。

【0058】

次いで、上記薄膜状の樹脂成型体を第１延伸装置Ｓ４により縦方向に引き延ばし、さらに、第２延伸装置Ｓ５により横方向に引き延ばす。

【0059】

次いで、引き延ばされた薄膜を抽出槽Ｓ６において有機溶剤（例えば、塩化メチレン）に浸漬する。引き延ばされた薄膜においては、ポリオレフィン（例えば、ポリエチレン）と可塑剤（パラフィン）が相分離した状態となる。具体的には、可塑剤（パラフィン）がナノサイズの島状となる。このナノサイズの可塑剤（パラフィン）を抽出槽Ｓ６の有機溶剤（例えば、塩化メチレン）により除去する（脱脂する）。これにより、多孔質フィルムを形成することができる。

【0060】

この後、さらに、第３延伸装置Ｓ７で、横方向に引き延ばしつつ、薄膜を乾燥させ、熱固定を行い、延伸時の内部応力を緩和する。次いで、巻取装置Ｓ８により、第３延伸装置Ｓ７から搬送された多孔質フィルムを巻き取る。

【0061】

このようにして、多孔質フィルム（実施の形態１の基材）を製造することができる。

【0062】

例えば、巻取装置Ｓ８により巻き取られた巻物状の多孔質フィルムを実施の形態１（図２）の巻出し部ＵＷにセットし、その表面に第１塗工液層３ａおよび第２塗工液層４ａを順次形成することができる。

【0063】

また、例えば、第３延伸装置Ｓ７および巻取装置Ｓ８の間に、実施の形態１（図２）の装置を組み込んでもよい。即ち、第３延伸装置Ｓ７から搬送された多孔質フィルムの表面に第１塗工液層３ａおよび第２塗工液層４ａを順次形成してもよい。この場合、巻取装置Ｓ８は、図２の巻取り部ＷＤと対応する。

【0064】

このように、多孔質フィルムの形成から塗工層の形成まで、連続した装置（システム）により塗工体を形成してもよい。

【0065】

（実施の形態４）
図１４は、実施の形態４のセルロース（セオラス）の沈殿状態を示す図である。セルロース単体（未処理セルロース）およびセルロース表面の疎水基を化学変性（半エステル（ＳＡ）化）したものを、それぞれ水中に同量添加し、２４時間経過させた(図１４)。添加量は１０ｇである。ＳＡ化とは、セルロースを添加剤（無水コハク酸）によりエステル化した後、未反応の添加剤を除去することを意味する。

【0066】

図１４に示すように、２４時間経過後のＳＡ化セルロースは、未処理セルロースと比較して、沈降の程度が少ない。これは、セルロース分子表面に修飾した疎水基による静電反発の効果によるものと考えられる。したがって、このような半エステル化したセルロースを噴霧エリアＡＳで噴霧する液中に添加することにより、液体表面での静電反発力がさらに高まり、テイラーコーンの先端からより微細な液滴を噴出させることができる。

【0067】

このように、セルロースのようなフィラーの表面に化学変性処理を施すことで、フィラーの静電反発作用を高めることができ、より微細な液滴を塗布することができる。

【0068】

（実施の形態５）
図１５および図１６は、実施の形態５のセルロースの沈殿状態を示す図である。セルロース表面に疎水基を化学変性（半エステル（ＳＡ）化）したもの、またはＳＡ化セルロースの疎水基に酸化プロピレンで二次的に化学変性（ＳＡＰＯ化）したものを、それぞれ水中に同量添加した。添加直後の様子を図１５に示す。また、２４時間経過後の様子を図１６に示す。図１６に示すように、ＳＡ化またはＳＡＰＯ化セルロースを添加してから２４時間経過した際の沈降状態を比較すると、ＳＡＰＯ化した方が、ＳＡ化より沈降が抑制されていることが確認された。これは、セルロース分子表面に修飾した疎水基が増加したことで、ＳＡ化よりもさらに静電反発作用が高まったためと考えられる。したがって、実施の形態４で説明したＳＡ化のみならず、ＳＡＰＯ化したセルロースを噴霧エリアＡＳで噴霧する液中に添加することにより、液体表面での静電反発作用が非常に高まるため、テイラーコーンの先端から微細な液滴を噴出することができる。

【0069】

このように、セルロースのようなフィラーの表面に化学変性処理を施すことで、フィラーの静電反発作用を高めることができ、より微細な液滴を塗布することができる。

【0070】

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態および実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態または実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【0071】

例えば、実施の形態１においては、多孔質フィルムよりなる基材上に塗工層（塗工膜３ｂおよび塗工膜４ｂ）を有するセパレータを例に説明したが、例えば、基材である金属箔上に塗工層を有する電極に実施の形態１等で説明した塗工技術を適用してもよい。

【0072】

例えば、第１塗工液には、有機溶剤、水に分散させた疎水化したセルロースナノファイバー（ＣｅＮＦ）を混合した混合液１に対して、負極活物質として、黒鉛およびナノＳｉを添加し、さらに導電材として、例えばＣＮＴ（カーボンナノチューブ）やアセチレンブラックを添加した混合液２を使用してもよい。負極活物質としては、ナノＳｉの他にグラファイト（黒鉛）、ハードカーボン（難黒鉛化性炭素）、ソフトカーボン（易黒鉛化性炭素）、チタン酸リチウム（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）等の広く普及されているものを使用してもよい。さらに、ＣＮＴ、アセチレンブラック以外の他の導電材として、ケッチェンブラック、カーボンナノファイバーなどを用いてもよい。第２塗工液としては、上記塗工液を用い、金属箔上に第１塗工液層３ａおよび第２塗工液層４ａを上記のとおり形成し、ヒーター１０などにより乾燥することにより、塗工膜３ｂおよび塗工膜４ｂの積層膜（負極）を形成してもよい。

【0073】

また、第１塗工液には、有機溶剤、水に分散させた疎水化したセルロースナノファイバー（ＣｅＮＦ）を混合した混合液３に対して、ＮＣＭ、ＮＣＡ、ＬｉＮｉＯ_２、Ｌｉ_２ＭｎＯ_３－ＬｉＭＯ_２、Ｌｉ_２ＭＳｉＯ_４などの正極活物質と、導電材およびＰＶＤＦ等の結着剤を懸濁させ、得られた合材スラリーを使用してもよい。第２塗工液としては、上記塗工液を用い、金属箔上に第１塗工液層３ａおよび第２塗工液層４ａを上記のとおり形成し、ヒーター１０などにより乾燥することにより、塗工膜３ｂおよび塗工膜４ｂの積層膜（正極）を形成してもよい。

【0074】

このように、金属箔上に電極活物質を含む第１塗工液および上記第２塗工液を上記実施の形態で説明したように順次塗工してもよい。

【0075】

また、基材上の塗工層は、２層以上としてもよい。即ち、下層の塗工層が基材上に既に形成された状態で上層の塗工層を形成する場合において、実施の形態１等で説明した非接触塗工処理であるスプレー塗工を行うことで、実施の形態１等で説明した効果を奏することができる。例えば、塗工膜３ｂおよび塗工膜４ｂ上に、さらに、非接触塗工処理であるスプレー塗工により塗工膜を設けてもよい。

【0076】

また、下層の塗工層（例えば、塗工膜３ｂ）の形成方法としては、接触塗工処理であるグラビア塗工の他、バーコーターを用いた塗工を用いてもよい。また、ダイコータ方式の塗工を用いてもよい。このように、下層の塗工層（例えば、塗工膜３ｂ）の形成方法は、接触塗工でも、非接触塗工でもよい。例えば、接触塗工→非接触塗工→非接触塗工で３層の塗工膜を形成してもよい。また、非接触塗工→非接触塗工→非接触塗工で３層の塗工膜を形成してもよい。

【符号の説明】

【0077】

１ 基材
３ａ 第１塗工液層
３ｂ 塗工膜
４ａ 第２塗工液層
４ｂ 塗工膜
５ 塗工体
１０ ヒーター
２０ 第１塗工処理部
２０ａ 塗工液
２０Ａ グラビア塗工部
２０ｂ チャンバー（槽）
２０Ｂ グラビア塗工部
２０ｃ ブレード
３０ 第２塗工処理部
４０ 乾燥処理部
９０ 回転盤
１０１ 正極材
１０３ 負極材
１０６ 缶

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】