专利名称：电极材料的辊压设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种例如，利用生产线来输送、卷绕在铝箔、铜箔等基体材料的两面上涂布有活性物质的电极材料，并且利用辊进行连续的压缩加工的辊压设备。
背景技术：
对于锂电池、电容器等正极及负极的电极材料，在铝箔、铜箔等带带状的基体材料的两面上涂布了活性物质后，在制造工序中，通过辊压设备进行辊压(压缩加工)，以提高其活性物质的密度且达到均勻的厚度。在经该辊压后，将电极材料呈卷状卷绕在卷轴上，并将卷绕卷作为电极材料产品而出货，或者移送到下个工序。近年来，为了降低电池成本并达到电池高容量化，基体材料箔的薄膜化得到进展， 由此，在由辊压设备压制后的电极材料的输送和卷绕过程中，电极材料易于发起皱褶。为此，需要提出以往没有的防皱对策。特别是由于基体材料箔的薄膜化，在带状的电极材料的辊压工序中，由于基体材料用轧辊轧制得很薄，因此基体材料的腰部易于变弱，在将压制后的电极材料卷绕成卷状的工序中，作为残留有皱褶的产品而成为不良品的概率很高。进而， 皱褶的发生会因压制速度的高速化而导致在电极材料卷绕成卷时的空气卷入量的增加，由于这个这原因，在电极材料卷绕成卷时发生偏移。特别是在电极材料的场合，为了确保用于焊接供电力输入输出用的接头片的部分，作为基体材料的箔的宽度方向两侧部分不涂布活性物质，箔被压制的部分是涂布有活性物质的区域。由于在该涂布区域的箔产生延伸，另一方面，未涂布有活性物资的区域(箔的宽度方向两侧部分)几乎不产生延伸，因而这些不平衡成为主要原因，随着电极材料箔的薄膜化而而易于产生皱褶。即，在同时存在通过压制工序而使箔延伸的涂布区域以及箔未延伸的未涂布区域的情况下，由于只对未涂布区域施加输送张力而对涂布区域未施加张力，因此，由于两者张力的不平衡而产生皱褶。因此，存在因无法提高输送张力而无法提高卷绕张力的问题。基于以上的理由，希望随着要求电极材料的基体材料箔的薄膜化、电极材料进行的高速压制而提出防皱对策。顺便说明，作为在片材上涂布涂敷物之后由加压辊对该片材进行压制后将其卷绕于卷轴上的现有技术，例如如专利文献1所示，已知有利用加压辊和卷轴对经由导辊的片材一边进行压制一边卷绕的技术。但是，就涉及伴随着如上上述那样的电极材料箔的薄膜化的特有的防皱对策的技术而言，由于是伴随近年的要求电极材料的基体材料箔的薄膜化、进行高速压制而出现的问题，因而现状是至今还未提出解决问题的有效方案。现有技术文献专利文献1 日本特开平5-77982号公报
发明内容
本发明就是着眼于上述问题而提出的方案，其目的在于提供一种具有能够对应于带状电极材料的基体材料箔的薄膜化乃至电极材料的辊压速度的高速化的电极材料的起皱防止机构的辊压设备。为了达到上述目的，本发明在对基体材料表面涂布有活性物质的电极材料进行输送、压缩加工和卷绕的辊压设备中，其特征是，上述辊压设备基本上具有将电极材料压缩加工到预定厚度的加压辊，以及将已压缩加工的电极材料卷绕成卷绕卷的卷绕装置；上述辊压设备还具有对紧邻导辊进行移动控制的导辊移动控制机构，该紧邻导辊是设置于上述加压辊的出侧与上述卷绕装置之间的导辊当中紧邻上述卷绕装置的导辊，通过对该紧邻导辊进行移动控制，从而在电极材料的卷绕初期将上述紧邻导辊的位置设定在卷绕卷最终到达的卷的最大外径的内侧，并且在卷绕进行过程中将该紧邻导辊与上述卷绕卷之间的间隔保持预定的间隔。根据本发明的结构，在卷绕卷的进行过程中，能够将紧邻导辊与上述卷绕卷之间的间隔始终保持为接近的预定间隔(根据本发明人的见解，例如为O 50mm)。由此，在辊压电极材料的工序中，在即将卷绕前的电极引导位置对基体材料的涂布区域确保内部张力 (输送张力)，进而可确保卷绕张力，该张力不会变弱就立即将电极材料引导到卷绕位置。 再有，能确保适当的卷绕张力的结果，能够除去电极材料卷绕时的空气。通过这些相辅相成的作用，能够防止电极材料的卷绕卷中产生的皱褶或卷绕偏移。因此，在将电极材料卷绕卷作为产品出货的情况下，也可防止在输送时卷的崩卷。本发明的效果如下。根据本发明，基于上述理由，可提供一种具有能够对应于电极材料箔的薄膜化及电极材料的辊压速度的高速化的电极材料起皱防止机构的辊压设备。
图1是表示本发明的第一实施例的电极材料用的辊压设备的整体概况的系统结构图。图2(a)是本发明一个实施例所使用的电极材料的宽度方向剖视图，图2(b)是表示上述电极材料的一部分的俯视图。图3(a)是表示上述实施例的辊压设备的电极材料卷绕机构的侧视图，图3(b)是在其一部分的导辊和电极材料的宽度方向对它们进行表示的图。图4是表示本发明的第二实施例的电极材料用的辊压设备的电极材料卷绕机构的侧视图。图5是图4的实施例的电极材料卷绕机构的俯视图。图6是表示本发明的基本概念的说明图。图7是表示本发明的第三实施例的电极材料用的辊压设备的电极材料卷绕机构的侧视图。图8是图7的实施例的电极材料卷绕机构的俯视图。图中1-开卷轴，2-电极材料，2a_开卷的卷，2b_卷绕卷，3a、3b_加压辊，4-卷轴，5、 6-张力控制机构，7-导辊机构，7a-紧邻导辊(邻接导辊)，8-压送辊，20-电极材料基体材料料，21、22_活性物质(涂布区域)，40_导辊移动控制机构，71 (71a、71b)_卷绕卷外径检测传感器，81-卷绕卷接触辊。
具体实施例方式以下，根据附图所示的实施例来说明本发明的实施方式。实施例1图1是表示本发明第一实施例的电极材料用的辊压设备的整体概况的系统结构图。本实施例的辊压设备大体具有卷绕了电极材料2的开卷的卷加的开卷轴(开卷装置)1 ；对从开卷的卷加送出的带状电极材料2进行压缩加工的一对主辊(上加压辊3a、 下加压辊: )；以及对已压缩加工的电极材料2进行卷绕而生成卷绕卷2b的卷轴(卷绕装置)4。在开卷装置1 (开卷的卷2a)与主辊3a、!3b之间设有对电极材料2的张力控制机构 5。在主辊3a、!3b与开卷装置4 (卷绕卷2b)之间设有张力控制机构6和卷绕侧的导辊机构 7 (导辊 7a、7b)。导辊7a、7b由形成为凸面形状或真圆柱形状的辊构成。压送辊8配置成与卷绕卷2b相接并对其施加推压载荷(推压力)。关于电极材料的卷绕机构以及压送辊的功能的详细情况，将于后文叙述。关于电极材料2，作为一个例子列举了锂离子电池，但只要在带状基体材料的两面上涂布有活性物质，无论其种类如何，也可以是其他电池或电容器等的电极材料。如图 2 (a)、图2 (b)所示，电极材料由基体材料(例如铝箔、铜箔等)23和设置于基体材料23的两面上的活性物质(涂布部)21、22构成。电极材料本身作为正极用或负极用的材料都是公知的，因此省略其说明。主辊3a、!3b具有用于控制主辊间的间隙以调整轧制载荷的下压装置(图示省略)；能够与卷轴4同步地进行转速控制以对主辊进行驱动的驱动机构(图示省略)。配置于卷绕卷附近的导辊机构7具有紧邻卷绕卷2b的导辊(以下称为邻接导辊)7a和配置于邻接导辊7a上游侧(电极材料输送中的邻接导辊上游)的导辊7b。图3表示上述辊压设备的电极材料卷绕机构的详情。如图3(a)所示，邻接导辊7a 与卷绕卷2b之间的间隔Gl能够通过成为导辊移动控制机构一部分的移动致动器40来调整。移动致动器40由例如马达41和将其旋转运动变换为直进运动的直进运动机构(例如滚珠丝杠、柱塞机构等)42构成，将邻接导辊7a支撑在直进运动机构42上。邻接导辊7a 与其紧靠上游的导辊7b之间的间隔G2也能进行调整。本实施例在中，将邻接导辊7a和导辊7b设定为能够利用直进运动机构42 —体地移动，也可以利用独立的移动致动器移动。移动致动器41能够由构成控制机构的控制装置43进行控制。在此，先于对电极材料卷绕机构7的导辊控制说明之前，根据图6对本发明的基本概念进行说明。本实施例在中，如图6所示，在电极材料2的卷绕初期，将设置于辊压装置(主加压辊3a、3b)的出侧与卷绕装置(卷轴4)之间的邻接导辊7a的位置设定在比卷绕卷最终到达的卷最大外径DM(以假想线表示)靠内侧处。该邻接导辊7a的位置设定如图3所示， 由移动致动器(辊移动控制机构)40来施行。另外，移动致动器40对邻接导辊7a进行移动控制，以使邻接导辊7a与卷绕卷2b之间的间隔在卷绕进行过程中保持为预定的间隔G1。控制装置43对卷绕卷2b的卷绕外径进行运算。该外径D的运算是，根据卷轴4的转速R1，由主辊3a、3b的转速决定的电极材料输送速度V，由π D · Rl = V的关系式求得。控制装置43根据卷外径运算值D以及邻接导辊7a与卷绕卷2b之间的设定距离(间隔G1)，运算用于保持间隔Gl的邻接导辊7a的位置的移动距离。该移动距离相当于卷外径运算值D的增径部分。控制装置43根据该移动距离，向致动器41发出邻接导辊7a的移动指令(用于保持间隔Gl的移动指令)。本实施例中设置有解决伴随着如下的电极材料的压缩加工而产生的问题的机构。列举一个例子时，例如锂电池的电极材料的箔20的厚度以前为10 30 μ m(平均 18 20 μ m)，但最近，提出10 μ m以下(例如8 9 μ m)的要求，并且期望压制速度的高速化。由加压辊对电极材料2施加的载荷为100 2，000kg/cm左右。在由加压辊3a、!3b对具有这样的箔材薄膜化的基体材料20的电极材料2进行压缩加工的情况下，如背景技术中所记述的那样，对基体材料20的活性物质21、22的涂布区域集中地施加压缩载荷，基体材料20的具有涂布区域的箔延伸而容易产生皱褶。特别是就辊压后的电极材料2而言，在加压辊和卷绕卷之间仅仅对未涂布区域23施加输送张力，因在涂布区域21、22产生延伸而几乎未对其施加内部张力，因而由于两者的不平衡而容易产生皱褶。因此，在未采取任何措施的情况下，无法提高电极材料的输送张力，卷绕张力也无法提高，随着卷绕的进行电极材料容易发生卷绕偏移，这成为成品率降低的原因。另外，由于输送张力无法提高，在卷绕时容易将空气卷入到电极材料的卷绕卷中，这也是成为随着卷绕的进行电极材料产生卷绕偏移的原因。 在本实施例中，能够将邻接导辊7a相对于卷绕卷2b始终保持接近的预定间隔Gl。 据此，在对电极材料2进行辊压的工序中，能够在将要卷绕前的电极引导位置确保对基体材料20的活性物质涂布区域的内部张力(输送张力)，进而确保卷绕张力，这样该张力不会变弱而能够立即将电极材料2引导到卷绕位置。再有，能确保适当的卷绕张力的结果，能够排除电极材料卷绕时的空气。通过这些相辅相成的作用，能够防止电极材料的卷绕卷的起皱或卷绕偏移。因此，还能够在将电极材料卷绕卷作为产品出货的情况下，防止在输送时发生卷崩开问题。根据本发明人的见解，如果例如邻接导辊7a与卷绕卷2b之间的间隔Gl为0 50mm，则为了达到上述基体材料内部张力的保持效果是有效的。Gl的最佳范围为Gl = 0 30mm左右。这样的Gl能够通过图6所示的邻接导辊配置结构来达到。在本实施例中，将邻接导辊7a的直径设为Φ50 150mm。当列举邻接导辊的材质的一个例子时，在邻接导辊7a从卷绕卷2b分离开的情况下(Gl >0)，通常的材质例如母材为铁、铝、碳等且其表面实施了镀硬铬处理。当然，材质并不局限于此，只要使用适当的材质即可。进而，如果将邻接导辊7a与其上游侧的导辊7b之间的间隔G2也与间隔Gl同样地设定，则更理想。另外，通过使用形成为凸面形状的辊作为邻接导辊7a，能够有效施加基体材料2 的涂布有活性物质的区域的内部张力。压送辊8为具有与导辊同样的直径的直圆筒形，其由硅橡胶、EPDN等橡胶辊构成。 当然，压送辊的材质并不局限于此，只要使用适当的材质即可。当将压送辊8的推压载荷设为F，且将与卷绕卷2b与电极材料2之间的摩擦系数设为μ时，由此对电极材料2导致的张力(在此称为压送导致张力)Tg值表示为Tg =F · μ ο电极材料2的卷绕张力T以输送线的张力控制机构5、6施加的张力T'与压送导致张力Tg之和(T = T' +Tg)表示。例如，当张力T'为证8，μ为0.3时，若将压送辊8 的推压载荷F设定为30Kg/宽度(巾)，则能够得到T = 5+30X0. 3，即大约15kg的张力。如图3所示，如果将压送辊8设定在相对于连接卷绕卷2b的卷绕端E与卷轴4的连线的角度在卷绕旋转方向的90度以内的位置上，则降低皱褶的效果良好。压送辊8具有随着卷绕卷2b的卷径D的变化而改变对卷绕卷2b的推压力的机构 (图示省略)，并设定为随着卷径D增大而降低推压力。随着卷绕的进行而在卷绕卷2b容易发生卷边接缝，但是，如果随着卷径D变大而降低推压力，近而降低压送导致张力，则能防止过度的卷边接缝，并能够防止因卷边接缝而导致卷绕卷的卷绕偏移。此外，在邻接导辊7b与卷绕卷2b之间的间隔Gl为零(Gl = 0)的情况下，如果在邻接导辊7b上附设对卷绕卷施加推压力的机构，则也可同时起到作为压送辊的功能，因此，在该情况下，能够省去专用的压送辊8。在该情况下，邻接导辊的材质优选压送辊8的材质、例如橡胶辊。实施例2图4是表示本发明的第二实施例的电极材料用的辊压设备的电极材料卷绕机构的侧视图，图5表示图4的实施例的电极材料卷绕机构的俯视图。在本实施例中，辊压设备的主要结构与第一实施例同样，在此，仅仅对与第一实施例的不同点进行说明。与第一实施例相同的附图标记表示相同或共有的构成要素。在第一实施例中，通过由控制装置43运算卷绕辊2b的外径D来进行邻接导辊移动控制，但在本实施例中，代之以如下方式进行控制。即，导辊移动控制机构具有与邻接导辊7a —体地进行移动控制的卷绕卷外径检测传感器71。标号72是一体地支撑传感器71 及邻接导辊7a的支撑机构，在图4中，虽省略了图示，但能够使用与图3同样的致动器41 和直进运动机构42来进行移动。将卷外径检测传感器71设定为，在电极材料2的卷绕途中检测卷绕卷2b的外径D。另外，当传感器71检测电极材料卷绕途中的卷绕外径时，控制装置(图示省略)对致动器41发出指示，令其对卷外径检测传感器71和邻接导辊7a进行移动控制以使它们从该检测位置离开预定间隔G1。在本实施例中，除了使用光传感器(发光元件71a、受光元件71b)来作为传感器 71以外，还能使用通过与卷绕辊接触来检测卷绕辊外径的接触传感器。本实施例也能够起到与第一实施例同样的效果。实施例3图7是表示本发明的第三实施例的电极材料用的辊压设备的电极材料卷绕机构的侧视图，图8表示图7的实施例的电极材料卷绕机构的俯视图。在本实施例中，辊压设备的主要结构与第一实施例同样，在此，仅仅对与第一实施例的不同点进行说明。与第一实施例相同的附图标记表示相同或共有的构成要素。本实施例的导辊移动控制机构具有经由邻接导辊7a和支撑机构82进行一体移动控制的卷绕卷接触辊81。该卷绕卷接触辊81在不防碍电极材料2卷绕的位置始终与卷绕卷2b外径接触。接触辊81由如下的机构构成，即，该机构随着卷绕卷2b的外径D的增大而受到来自卷绕卷2b外径的推力，并利用该推力克服弹簧等加力机构83而与邻接导辊7a
7一体地地向预定方向(箭头方向)进行后退移动。根据本实施例，不具有控制装置及传感器就能以机械的结构构成用于保持间隔Gl的邻接导辊移动控制机构。本实施例也能起到与第一实施例同样的效果。 另外，也能够使邻接导辊7a与卷绕卷2b接触，从而兼用上述卷接触辊81。在该情况下，能够省去专用的卷接触辊81。另外，本实施例的邻接导辊7a也能赋予压送辊的功能。
权利要求
1.一种辊压设备，其对基体材料表面涂布有活性物质的电极材料进行输送、压缩加工和卷绕，其特征在于，上述辊压设备具有将电极材料压缩加工到预定厚度的加压辊，以及将已压缩加工的电极材料卷绕成卷绕卷的卷绕装置；上述辊压设备还具有对紧邻导辊进行移动控制的导辊移动控制机构，该紧邻导辊是设置于上述加压辊的出侧与上述卷绕装置之间的导辊当中紧邻上述卷绕装置的导辊，通过对该紧邻导辊进行移动控制，从而在电极材料的卷绕初期将上述紧邻导辊的位置设定在卷绕卷最终到达的卷的最大外径的内侧，并且在卷绕进行过程中将该紧邻导辊与上述卷绕卷之间的间隔保持预定的间隔。
2.根据权利要求1所述的电极材料的辊压设备，其特征在于，上述紧邻导辊由形成凸面形状的辊构成。
3.根据权利要求1或2所述的电极材料的辊压设备，其特征在于，上述紧邻导辊与上述卷绕卷之间的间隔设定在0 50mm之间。
4.根据权利要求1或2所述的电极材料的辊压设备，其特征在于，使上述紧邻导辊与上述卷绕卷之间的间隔为零，在该紧邻导辊上具有对上述卷绕卷施加推压力的机构。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电极材料的辊压设备，其特征在于，作为导辊机构具有多个导辊，并具有移动机构，即使上述紧邻导辊受到移动控制，该移动机构也能够将上述导辊中的上述紧邻导辊与其紧邻上游的导辊之间的距离保持为一定的距离。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电极材料的辊压设备，其特征在于，除了上述紧邻导辊以外，还具有对上述卷绕卷施加推压力的压送辊，将上述压送辊设置在相对于连接上述卷绕卷的卷绕端与卷轴的连线的角度在卷绕旋转方向的90度以内的位置。
7.根据权利要求1至3任一项所述的电极材料的辊压设备，其特征在于，除了上述紧邻导辊以外，还具有对上述卷绕卷施加推压力的压送辊，上述压送辊具有能够随着上述卷绕卷的卷径的变化而改变对该卷绕卷的推压力的机构。
8.根据权利要求1至7任一项所述的电极材料的辊压设备，其特征在于，上述导辊移动控制机构具有控制装置，该控制装置对上述卷绕卷的卷绕外径进行运算，并根据该卷外径运算值以及上述紧邻导辊与上述卷绕卷之间的设定间隔来运运算上述紧邻导辊的位置的移动距离，且向上述紧邻导辊发出移动指令。
9.根据权利要求1至7任一项所述的电极材料的辊压设备，其特征在于，具有与上述紧邻导辊一体地被移动控制的卷绕卷外径检测传感器，该卷外径检测传感器设定为在上述电极材料的卷绕途中对上述卷绕卷的外径进行检测，并且上述导辊移动控制机构具有控制装置，该控制装置对上述卷外径检测传感器和上述紧邻导辊进行移动控制，以便在上述卷绕途中检测出卷绕外径时使上述卷外径检测传感器和上述紧邻导辊从该检测位置离开预定间隔。
10.根据权利要求1至7任一项所述的电极材料的辊压设备，其特征在于，上述导辊移动控制机构由如下机构构成，该机构具有与上述紧邻导辊一体地被移动控制的卷绕卷接触辊，该卷绕卷接触辊始终与上述电极材料的卷绕卷外径接触，并随着上述卷绕卷的外径的增大而受到来自该卷绕卷外径的推力，且利用该推力与上述紧邻导辊一体地向预定方向移动。
全文摘要
本发明提供具有能与带状电极材料的基体材料箔的薄膜化乃至电极材料的辊压速度的高速化对应的电极材料的起皱防止机构的辊压设备。在对基体材料表面涂布有活性物质的电极材料(2)进行输送、压缩加工和卷绕的辊压设备中，具有将电极材料压缩加工成预定厚度的加压辊(7a、7b)；将已压缩加工的电极材料卷绕成卷绕卷(2b)的卷绕装置(4)。将设置于加压辊的出侧与卷绕装置之间的多个导辊中紧邻卷绕装置(4)的导辊(7a)的位置，设定在电极材料的卷绕初期卷绕卷(2b)最终到达的卷的最大外径的内侧。并且，对紧邻导辊7a进行移动控制，以使该紧邻导辊(7a)与卷绕卷(2b)的间隔(G1)在卷绕进行过程中保持预定的间隔。
文档编号B32B37/10GK102555406SQ201110425030
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月16日 优先权日2010年12月17日
发明者多田健一郎, 石田郁一 申请人:株式会社日立工程服务