乾燥装置
【課題】乾燥工程において、集電体に塗布された電極スラリー内で生じる対流（マイグレーション）や濃度拡散の影響を小さく抑えること
【解決手段】
乾燥装置１０は、乾燥炉１２；乾燥炉１２に配置され、シート状の集電体２１０を搬送する複数のガイドローラ１４；及び、乾燥炉１２に配置される複数のガイドローラ１４のうち少なくとも一部のガイドローラ１４ａに設けられ、当該ガイドローラ１４ａに振動を付与する振動付与装置１６；を備えている。
【解決手段】
乾燥装置１０は、乾燥炉１２；乾燥炉１２に配置され、シート状の集電体２１０を搬送する複数のガイドローラ１４；及び、乾燥炉１２に配置される複数のガイドローラ１４のうち少なくとも一部のガイドローラ１４ａに設けられ、当該ガイドローラ１４ａに振動を付与する振動付与装置１６；を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は乾燥装置、例えば、集電体に塗布された電極スラリーを乾燥させる乾燥装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池の電極には、帯状（シート状）の集電体に塗布した電極スラリーを乾燥させた塗膜（合材層）を有する電極シートが用いられる場合がある。かかる電極シートでは、製造工程において、電極スラリー中に分散溶解されている電極活物質が沈降したり、乾燥中に塗膜内部で対流が起こったりする場合がある。その結果、空気との界面部分にバインダが多く、逆に、集電体との境界部分ではバインダが減少した塗膜が形成される場合がある。集電体との境界部分においてバインダが減少した塗膜が形成された場合には、電極活物質を含む塗膜が電極シートから剥がれ易くなる。
【０００３】
これに対して、特開平９−１３４７１８号公報（特許文献１）には、電極スラリーを２回以上の塗布工程及び乾燥工程に分けて塗布、乾燥して所定の膜厚の塗膜を集電体上に形成することが開示されている。
【０００４】
また、特開２００５−０５０７５５号公報（特許文献２）には、固形分の濃度が異なる複数の電極スラリーを調整し、塗膜の表面側から集電体側に向けて固形分（電極活物質、導電材及びバインダ）の濃度が順次大きくなるように集電体上に塗布して、固形分の濃度が異なる薄膜層を複数積層することが開示されている。
【０００５】
また、特開２００３−１０９５９８号公報（特許文献３）には、電極スラリーに、粒径分布を持っているバインダを用いることが開示されている。これにより、バインダを介して電極活物質同士が密着し易くなり、密着強度に優れた電極が得られるとされている。
【０００６】
また、特開２００６−５４０９６号公報（特許文献４）には、結着剤としてカルボキシメチルセルロース（carboxymethylcellulose, CMC）及び非水溶性結着剤を含み、更に１５０℃以上の沸点を有する水溶性有機化合物を含有するリチウム二次電池電極用スラリーが用いられている。そして、このリチウム二次電池電極用スラリーを、集電体上に塗布後、乾燥条件として、ＪＩＳ Ｋ ５５００で規定される半硬化乾燥状態に到達するまでの水と水溶性有機化合物の蒸発速度を、該集電体の片面１ｍ２当たりの平均で１００ｇ／分以上として乾燥させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１３４７１８号公報
【特許文献２】特開２００５−０５０７５５号公報
【特許文献３】特開２００３−１０９５９８号公報
【特許文献４】特開２００６−５４０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、電池の生産効率を上げる方法の一つとして、電極スラリーを集電体に塗布した後の乾燥工程において、電極スラリーを急激に高温の雰囲気に晒して短時間で乾燥させることが考えられる。しかしながら、電極スラリーを急激に高温の雰囲気に晒して短時間で乾燥させた場合には、集電体に塗布された電極スラリー内で対流（マイグレーション：migration）や濃度拡散が生じるため、電極スラリー中のバインダが、電極スラリーの上層に移動する傾向がある。これに対して、特許文献１に記載されているように、電極スラリーを２回以上の塗布工程及び乾燥工程に分けて塗工する場合には、製造時間が掛かり、生産コストが嵩む。また、特許文献２に記載された方法では、電極スラリーの調整が煩雑になる。また、特許文献３に記載された方法や特許文献４に記載された方法では、電極スラリーの材料に制約が生じる。本発明は、乾燥工程において、集電体に塗布された電極スラリー内で生じる対流（マイグレーション）や濃度拡散の影響を小さく抑えることができる新規な方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る乾燥装置は、乾燥炉；乾燥炉に配置され、シート状の集電体を搬送する複数のガイドローラ；及び、乾燥炉に配置される複数のガイドローラのうち少なくとも一部のガイドローラに設けられ、当該ガイドローラに振動を付与する振動付与装置；を備えている。この乾燥装置によれば、集電体に塗布された電極スラリーを乾燥させる工程において、電極スラリーに対流（マイグレーション）や濃度拡散が生じるのを抑制できる。
【００１０】
この場合、振動付与装置は、例えば、ガイドローラに１５ｋHz以上の振動を付与するとよい。また、乾燥炉は、シート状の集電体を乾燥させる領域のうち、前半の領域に設けられたガイドローラに振動付与装置が設けられていてもよい。また、振動付与装置は振動子を有し、ガイドローラは、固定軸に、軸受を介して装着された転動軸を備え、固定軸に振動子が取り付けられていてもよい。
【００１１】
また、本発明に係る振動付与装置付きガイドローラは、固定軸に、軸受を介して装着された転動軸を備えたガイドローラであって、固定軸に振動子が取り付けられていてもよい。かかる、ガイドローラは、振動子から固定軸及び軸受を通じて転動軸に振動が付与される。固定軸は、固定的に配設されており、振動子への配線が容易であり、集電体を搬送する転動軸に適切に振動を付与することができる。かかる振動付与装置付きガイドローラは、本発明にかかる乾燥装置に好適に用いることができる。
【００１２】
また、本発明に係る電極シート製造方法は、帯状の集電体に電極活物質を含む塗膜が形成された電極シートの製造方法であって、帯状の集電体に電極活物質を含む電極スラリーを塗布する電極スラリー塗布工程と、電極スラリー塗布工程で、電極スラリーが塗布された集電体に振動を付与させながら乾燥させる乾燥工程と、を備えている。この電極シート製造方法によれば、集電体に塗布された電極スラリーを乾燥させる工程において、電極スラリーに対流（マイグレーション）や濃度拡散が生じるのを抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る乾燥装置を示す図。
【図２】本発明の一実施形態に係る乾燥装置を含む電極スラリー塗工装置を示す図
【図３】本発明の一実施形態に係るガイドローラの構造を示す部分断面図。
【図４】乾燥工程における電極スラリー中の粒子の挙動を示す図。
【図５】乾燥工程における電極スラリー中の粒子の挙動を示す図。
【図６】リチウムイオン二次電池の構成例を示す図。
【図７】リチウムイオン二次電池の捲回電極体を示す図。
【図８】リチウムイオン二次電池の捲回電極体の構造を示す断面図。
【図９】リチウムイオン二次電池が搭載された車両を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態に係る乾燥装置を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。また、同じ作用を奏する部材、部位には、適宜に同じ符号を付している。
【００１５】
この実施形態に係る乾燥装置１０は、図１に示すように、乾燥炉１２と、ガイドローラ１４と、振動付与装置１６とを備えている。この実施形態では、乾燥装置１０は、帯状の集電体２１０に塗布された電極スラリー２００を乾燥させる装置である。かかる乾燥装置１０は、例えば、図２に示すように、帯状の集電体２１０に電極スラリー２００を塗布し、電極スラリー２００を乾燥させる一連の処理を行なう電極スラリー塗工装置１００に用いられている。図２に示す例では、集電体２１０は、複数のガイドローラ２１２に沿って、供給ロール２２０から電極スラリー塗布装置２３０、乾燥装置１０を順に通って巻取ロール２４０に至る搬送経路に沿って搬送される。
【００１６】
電極スラリー塗布装置２３０は、集電体２１０に電極スラリー２００を塗布する装置である。この実施形態では、電極スラリー塗布装置２３０は、タンク２３２、ポンプ２３４、ダイ２３６を備えている。タンク２３２は、電極活物質、導電材及びバインダが調整された電極スラリー２００が貯留されている。ポンプ２３４は、タンク２３２に貯留された電極スラリー２００をダイ２３６に供給する装置である。ダイ２３６は、ポンプ２３４から供給された電極スラリー２００を集電体２１０に吐出する。
【００１７】
乾燥炉１２は、帯状の集電体２１０に塗布された電極スラリー２００を乾燥させる乾燥雰囲気を形成する炉である。乾燥炉１２には、箔状の集電体２１０を通す搬送路を備えている。この実施形態では、乾燥炉１２は、搬送路の前半に設けられた予備乾燥部分１２ａと、搬送路の後半に設けられた本乾燥部分１２ｂとを備えている。予備乾燥部分１２ａは、本乾燥部分１２ｂに比べて低い温度に設定される。予備乾燥部分１２ａは、例えば、乾燥工程の前半において、対流を小さく抑えることができる程度の低い温度雰囲気に設定される。本乾燥部分１２ｂは、予備乾燥工程の後において、電極スラリー２００を所望の状態に乾燥させることができる程度に高い温度雰囲気に設定される。
【００１８】
乾燥炉１２には、ガイドローラ１４と、振動付与装置１６とを備えている。ガイドローラ１４は、帯状の集電体２１０を案内する。乾燥炉１２には、乾燥炉１２内に設定される搬送経路に沿って複数のガイドローラ１４が配置されている。この実施形態では、振動付与装置１６は、ガイドローラ１４に振動を付与する装置であり、乾燥炉１２に配置された複数のガイドローラ１４に設けられている。
【００１９】
この実施形態では、振動付与装置１６は、乾燥炉１２に配置された複数のガイドローラ１４のうち、予備乾燥部分１２ａに配置された一部のガイドローラ１４ａに設けられている。この実施形態では、振動付与装置１６は、例えば、振動子１６ａと、振動子１６ａを駆動させる駆動装置１６ｂを備えている。
【００２０】
振動子１６ａは、ガイドローラ１４に振動を与える振動発生素子であり、例えば、ランジュバン型振動子を用いることができる。駆動装置１６ｂは、振動子１６ａに振動を生じさせる装置である。この実施形態では、駆動装置１６ｂは、振動子１６ａとしてのランジュバン型振動子の駆動端子に高周波電圧を印加する。この実施形態では、振動子１６ａとしてのランジュバン型振動子の振動子が用いられており、駆動装置１６ｂによって、発振周波数を制御できる。この実施形態では、振動子１６ａは、周波数が１５ｋＨｚ〜８０ｋＨｚの間で任意に調整することができ、超音波レベルの振動数で振動することができる。
【００２１】
この実施形態では、振動付与装置１６が設けられたガイドローラ１４ａは、図３に示すように、固定軸４２と、軸受４４と、転動軸４６とを備えている。固定軸４２は、ガイドローラ１４ａの中心軸に沿って配設される軸である。固定軸４２の軸方向の両端部には、軸受４４（この実施形態では、ラジアル軸受）が装着されている。転動軸４６は、かかる軸受４４を介して固定軸４２の外周に転動自在に装着されている。この実施形態では、ガイドローラ１４ａは、図示は省略するが、固定軸４２を介して乾燥炉１２に取り付けられている。また、振動付与装置１６の振動子１６ａは、固定軸４２に取り付けられており、固定軸４２、軸受４４を介して、転動軸４６に振動を伝えている。
【００２２】
乾燥炉１２の予備乾燥部分１２ａでは、本乾燥部分１２ｂに比べて温度が低い乾燥雰囲気に調整されているものの、外部雰囲気よりは高温である。集電体２１０に塗布された電極スラリー２００は、予備乾燥部分１２ａで徐々に乾燥する。この際、集電体２１０に塗布された電極スラリー２００は、乾燥炉１２に入ると、急激に高温の雰囲気に晒される。かかる振動付与装置１６が設けられていない場合、集電体２１０に塗布された電極スラリー２００内で対流（マイグレーション）や濃度拡散が生じる。この場合、例えば、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、電極スラリー２００中の電極活物質２０２が沈降し、電極スラリー２００中のバインダ２０４が電極スラリー２００の上層に移動する。これによって、図４（ｃ）に示すように、電極スラリー２００を乾燥させた塗膜２００ａでは、集電体２１０の境界部分にバインダ２０４が少なくなる。
【００２３】
これに対して、この実施形態では、乾燥炉１２は、図１及び図２に示すように、予備乾燥部分１２ａに配置されたガイドローラ１４ａに振動付与装置１６が設けられている。ガイドローラ１４ａは超音波レベルの振動数で振動し、ガイドローラ１４ａによって搬送される集電体２１０に振動を付与する。ガイドローラ１４ａによって振動が付与された集電体２１０は、図５に示すように、集電体２１０に塗布された電極スラリー２００に振動が伝わる。これにより、電極スラリー２００中の粒子に振動が伝わる。電極スラリーの粒子に振動が伝わり、粒子が任意の方向に移動する。このため、例えば、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、電極スラリー２００中の電極活物質２０２が沈降したり、電極スラリー２００中のバインダ２０４が電極スラリー２００の上層に移動したりするのを抑制することができる。これによって、電極スラリー２００が乾燥した塗膜２００ａにおいて、集電体２１０との境界部分にバインダ２０４が少なくなるのを防止できる。
【００２４】
このように、この実施形態では、乾燥炉１２に配置された複数のガイドローラ１４のうち少なくとも一部のガイドローラ１４ａに、ガイドローラ１４ａに振動を付与する振動付与装置１６が設けられている。このため、乾燥炉１２内を搬送される集電体２１０に振動を付与することができる。これにより、電極スラリー２００中の電極活物質２０２が沈降したり、電極スラリー２００中のバインダ２０４が電極スラリー２００の上層に移動したりするのを抑制することができる。
【００２５】
予備乾燥部分１２ａでは、電極スラリー２００中の粒子の移動が規制される程度に電極スラリー２００が乾燥するとよい。その後の本乾燥部分１２ｂでは、集電体２１０は高温雰囲気に晒されるが、電極スラリー２００中の粒子が移動することがない。これにより、図５（ｂ）に示すように、電極スラリー２００が乾燥した塗膜２００ａにおいて、集電体２１０との境界部分にバインダ２０４が少なくなるのを防止でき、塗膜２００ａが集電体２１０から剥がれにくくなる。
【００２６】
また、この実施形態では、乾燥炉１２は、予備乾燥部分１２ａに設けられたガイドローラ１４ａに振動付与装置１６が設けられている。そして、予備乾燥部分１２ａで、電極スラリー２００が塗布された集電体２１０に振動を付与しながら乾燥させることができる。このため、予備乾燥部分１２ａにおいて、電極スラリー２００中の粒子の移動が小さく抑えられる。このため、予備乾燥部分１２ａの温度雰囲気を高く設定しても、電極スラリー２００中の電極活物質２０２が沈降したり、電極スラリー２００中のバインダ２０４が電極スラリー２００の上層に移動したりするのを抑制することができる。これにより、乾燥炉１２の予備乾燥部分１２ａの温度雰囲気を高くすることができ、より短時間で電極スラリー２００を乾燥させることができ、電極シートの生産性を向上させることができる。
【００２７】
かかる乾燥装置１０を用いた場合には、集電体２１０に塗布された電極スラリー２００の乾燥工程において、対流（マイグレーション）や濃度拡散を抑制できる。このため、電極スラリー２００中の電極活物質２０２が沈降したり、電極スラリー２００中のバインダ２０４が電極スラリー２００の上層に移動したりするのを防止できる。このため、集電体２１０に塗布された塗膜２００ａが、剥離しにくい電極シートを作製することができる。集電体２１０に電極スラリー２００が塗工された電極シートは、例えば、図６に示すように、リチウムイオン二次電池３００に用いられる。図６は、集電体２１０に電極スラリー２００が塗工された電極シートが用いられるリチウムイオン二次電池３００の概略構成を示している。
【００２８】
例えば、このリチウムイオン二次電池３００は、図６に示すように、矩形の金属製の電池ケース３００ａに構成されている。電池ケース３００ａには、捲回電極体３１０が収容されている。この実施形態では、捲回電極体３１０は、図７及び図８に示すように、帯状電極として、正極シート３１１と、負極シート３１３を備えている。また、帯状セパレータとして、第１セパレータ３１２と、第２セパレータ３１４を備えている。そして、正極シート３１１と、第１セパレータ３１２と、負極シート３１３と、第２セパレータ３１４の順で重ねられて巻き取られている。
【００２９】
正極シート３１１は、集電体シート３１１ｃとしてのアルミニウム箔（集電体２１０（図１及び図５参照）に相当）の両面に正極活物質（電極活物質２０２（図５参照）に相当）を含む電極材料３１１ｄが塗工されている。負極シート３１３は、集電体シート３１３ｃとしての銅箔（集電体２１０（図１及び図５参照）に相当）の両面に負極活物質（電極活物質２０２（図５参照）に相当）を含む電極材料３１３ｄが塗工されている。セパレータ３１２、３１４は、イオン性物質が透過可能な膜であり、この実施形態では、ポリプロピレン製の微多孔膜が用いられている。
【００３０】
また、この実施形態では、電極材料３１１ｄ、３１３ｄは集電体シート３１１ｃ、３１３ｃの幅方向片側に偏って塗工されている。集電体シート３１１ｃ、３１３ｃの幅方向反対側の縁部には電極材料３１１ｄ、３１３ｄが塗工されていない。正極シート３１１と負極シート３１３のうち、集電体シート３１１ｃ、３１３ｃに電極材料３１１ｄ、３１３ｄが塗工された部位を塗工部３１１ａ、３１３ａといい、集電体シート３１１ｃ、３１３ｃに電極材料３１１ｄ、３１３ｄが塗工されていない部位を未塗工部３１１ｂ、３１３ｂという。
【００３１】
図７は、正極シート３１１と、第１セパレータ３１２と、負極シート３１３と、第２セパレータ３１４とが順に重ねられた状態を示す幅方向の断面図である。正極シート３１１の塗工部３１１ａと負極シート３１３の塗工部３１３ａは、それぞれセパレータ３１２、３１４を挟んで対向している。図７及び図８に示すように、捲回電極体３１０の捲回方向に直交する方向（巻き軸方向）の両側において、正極シート３１１と負極シート３１３の未塗工部３１１ｂ、３１３ｂが、セパレータ３１２、３１４からそれぞれはみ出ている。当該正極シート３１１と負極シート３１３の未塗工部３１１ｂ、３１３ｂは、捲回電極体３１０の正極と負極の集電部３１１ｂ１、３１３ｂ１をそれぞれ形成している。
【００３２】
電池ケース３００ａには、図６に示すように、正極端子３０１と負極端子３０３が設けられている。正極端子３０１は捲回電極体３１０の正極集電部３１１ｂ１に電気的に接続されている。負極端子３０３は捲回電極体３１０の負極集電部３１３ｂ１に電気的に接続されている。かかる電池ケース３００ａには電解液が注入される。電解液は、適当な電解質塩（例えばＬｉＰＦ６等のリチウム塩）を適当量含むジエチルカーボネート、エチレンカーボネート等の混合溶媒のような非水電解液で構成できる。
【００３３】
かかるリチウムイオン二次電池３００は、充放電時に、正極活物質及び負極活物質に膨張収縮が生じる。繰り返し充放電が行われると、正極活物質及び負極活物質の膨張収縮が繰り返される。かかる正極活物質及び負極活物質の膨張収縮に起因して、集電体シート３１１ｃ、３１３ｃから電極材料３１１ｄ、３１３ｄが剥がれる事象が生じ得る。
【００３４】
しかし、この実施形態に係る乾燥装置１０が用いられた場合には、図５に示すように、集電体２１０との境界部分においてバインダ２０４の割合が概ね維持される。このため、集電体シート３１１ｃ、３１３ｃから電極材料３１１ｄ、３１３ｄが剥がれ難いリチウムイオン二次電池３００（図６及び図７参照）を提供することができる。
【００３５】
また、かかるリチウムイオン二次電池３００では、集電体シート３１１ｃ、３１３ｃに塗工された電極材料３１１ｄ、３１３ｄの成分によって、電池性能が変わる。このため、所望の電池性能を得るには、電極材料３１１ｄ、３１３ｄの成分を適切に調整することが必要である。この実施形態に係る乾燥装置１０は、図５に示すように、集電体２１０に塗布された状態を概ね維持しつつ、電極スラリー２００を乾燥させることができる。このため、乾燥工程においてバインダ２０４や電極活物質２０２の偏りは緩和される。また、ダイ２３６（図２参照）に供給される電極スラリー２００の成分比率は適切に調整するとよい。このように、電極スラリー２００の成分調整も容易に行える。
【００３６】
このように、この実施形態に係る乾燥装置１０は、図１に示すように、乾燥炉１２に配置されたガイドローラ１４ａに振動を付与する振動付与装置１６が設けられている。このため、図５に示すように、集電体２１０に塗布された状態を概ね維持しつつ、電極スラリー２００を乾燥させることができ、集電体２１０と電極スラリー２００との境界部分において、バインダ２０４の割合を維持できる。これにより、集電体シート３１１ｃ、３１３ｃから電極材料３１１ｄ、３１３ｄが剥がれ難いリチウムイオン二次電池３００（図６及び図７参照）を提供することができる。
【００３７】
かかるリチウムイオン二次電池３００は、集電体シート３１１ｃ、３１３ｃから電極材料３１１ｄ、３１３ｄが剥がれ難いので、充放電が繰り返され、その耐久性に対する要求が高い車両用の二次電池として好適である。かかるリチウムイオン二次電池３００は、複数個が組み合わされて組電池１０００を構成し、図９に示すように、車両２０００の電源として搭載される。本発明はかかる車両用の電池の性能の安定性や、長寿命化に寄与する。かかる車両２０００について、具体的に一例を挙げれば、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車の電源（二次電池）として適用できる。
【００３８】
以上、本発明の一実施形態に係る乾燥装置を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されない。
【００３９】
乾燥装置１０は、例えば、図１及び図２に示すように、乾燥炉１２；乾燥炉１２に配置され、帯状（シート状）の集電体２１０を搬送する複数のガイドローラ１４；及び、乾燥炉１２に配置される複数のガイドローラ１４のうち少なくとも一部のガイドローラ１４ａに設けられ、当該ガイドローラ１４ａに振動を付与する振動付与装置１６；を備えているとよい。この場合、乾燥炉、ガイドローラ、振動付与装置の具体的構成は、それぞれ上述した実施形態に限定されない。
【００４０】
上述した実施形態では、例えば、図１に示すように、乾燥炉１２に配置される複数のガイドローラ１４のうち予備乾燥部分１２ａに設けられたガイドローラ１４ａに、振動付与装置１６が設けられている。このように、乾燥炉１２は、シート状の集電体２１０を乾燥させる領域のうち、前半の領域に設けられたガイドローラ１４ａに振動付与装置１６が設けられていてもよい。また、乾燥装置は、かかる形態に限定されず、乾燥炉１２に設けられた全てのガイドローラ１４に振動付与装置１６を設けてもよい。したがって、例えば、本乾燥部分１２ｂに設けられたガイドローラ１４に振動付与装置１６を設けてもよい。また、予備乾燥部分１２ａに設けられた全てのガイドローラ１４ａに振動付与装置１６が設けられた形態に限定されず、予備乾燥部分１２ａに設けられた一部のガイドローラ１４ａに振動付与装置１６を設けてもよい。
【００４１】
また、振動付与装置１６が、ガイドローラ１４ａに付与する振動は、乾燥炉１２内を搬送される集電体２１０に対して、集電体２１０に塗布された電極スラリー２００中の電極活物質２０２やバインダ２０４が移動するのを抑制できる程度の振動であればよい。かかる振動数、振幅は、かかる効果を奏するように適当に設定するとよい。振動付与装置１６は、例えば、１５ｋＨｚ以上、より好ましくは、２０ｋHz以上の振動数を有する振動をガイドローラ１４ａに付与するとよい。かかる振動により、電極スラリー２００中の電極活物質２０２やバインダ２０４が移動するのを適切に抑制できる。また、超音波レベル（例えば、１５ｋＨｚ以上、より好ましくは、２０ｋHz以上の振動数を有する振動をガイドローラ１４ａに付与した場合には、振動に伴う音を小さく抑えることができる。
【００４２】
また、ガイドローラ１４ａに付与する振動の振動数の上限についても、集電体２１０に塗布された電極スラリー２００中の電極活物質２０２やバインダ２０４が移動するのを抑制できる程度の振動に設定するとよい。例えば、８０ｋＨｚ以下、５０ｋＨｚ以下としてもよい。また、ガイドローラ１４ａに付与する振動の振動数は、集電体２１０に塗布される電極スラリー２００に応じて適当な振動数に設定するとよい。
【００４３】
また、この実施形態では、乾燥炉１２には、複数のガイドローラ１４が、集電体２１０の搬送経路に沿って並んでいるが、振動付与装置１６を設けるガイドローラ１４ａは、適当な間隔で配置するとよい。この場合、集電体２１０の搬送速度、ガイドローラ１４ａに付与する振動数などを勘案して、適当な間隔で配置するとよい。なお、電極スラリー２００中の電極活物質２０２が沈降したり、電極スラリー２００中のバインダ２０４が電極スラリー２００の上層に移動したりするのを抑制することができる程度の振動を集電体２１０に付与するとよい。この場合、例えば、１回の振動に対して集電体２１０が進む距離を適当に調整するとよい。
【００４４】
当該調整について、集電体２１０の搬送速度がＶ（ｍ/ｓ）であり、ガイドローラ１４ａに付与する振動数がｆ（Ｈｚ）である場合に、ガイドローラ１４ａの間隔ｘ（ｍ）を、ｘ＝（Ｖ／ｆ）にすると、搬送される集電体２１０に対して１ｍ当りに１回の振動が付与される。例えば、種々の検討により得られた本発明者の知見によれば、集電体２１０に適当な張力を付与しつつ搬送する場合において、ガイドローラ１４ａの間隔ｘ（ｍ）は、例えば、０．００１（Ｖ／ｆ）≦ｘ≦５（Ｖ／ｆ）（より好ましくは、０．０１（Ｖ／ｆ）≦ｘ≦２（Ｖ／ｆ））になるように設定してもよい。かかる設定は、例えば、集電体２１０の搬送速度Ｖ、ガイドローラ１４ａに付与する振動数ｆ、及び、振動付与装置１６を設けるガイドローラ１４ａの間隔ｘを調整するとよい。これにより、電極スラリー２００中の電極活物質２０２が沈降したり、電極スラリー２００中のバインダ２０４が電極スラリー２００の上層に移動したりするのを抑制することができる程度の振動を集電体２１０に付与することができる。かかる効果は、電極スラリー２００の種類に関わらず、概ね得られる。
【００４５】
ここで、ｘが、ｘ≦２（Ｖ／ｆ）であれば、搬送される集電体２１０に対して少なくとも２ｍ当りに１回の振動を付与することができる。これにより、１回の振動に対して、集電体２１０が進む距離が長くなりすぎるのを防止できる。また、ｘが、０．０１（Ｖ／ｆ）≦ｘであれば、１回の振動に対して、集電体２１０が進む距離が１ｃｍ以上にすることができる。これにより、１回の振動に対して、集電体２１０が進む距離が短くなりすぎるのを防止できる。なお、搬送される集電体２１０に適切な振動が付与されるとよく、０．０１（Ｖ／ｆ）≦ｘ≦２（Ｖ／ｆ）の範囲を超えて、集電体２１０の搬送速度Ｖ、ガイドローラ１４ａに付与する振動数ｆ、及び、振動付与装置１６を設けるガイドローラ１４ａの間隔ｘを調整してもよい。
【００４６】
例えば、搬送される集電体２１０の搬送速度を速くする場合には、ガイドローラ１４ａに付与する振動数を高くしたり、振動付与装置１６が設けられたガイドローラ１４ａの間隔を狭くしたりするとよい。また、搬送される集電体２１０の搬送速度に応じて、ガイドローラ１４ａに付与する振動数を調整する制御装置（図示省略）を設けても良い。
【００４７】
また、電極スラリー２００に含まれる粒子材料、集電体２１０に用いられる材料は、上記実施形態に限定されない。電極スラリー２００は、例えば、種々の電極活物質２０２、バインダ２０４（結着材）、導電材などを含んでいると良い。また、集電体２１０には、例えば、電池の集電電極に用いられる種々の材料が用いられる。
【００４８】
また、かかる乾燥装置１０に適用可能なガイドローラ１４ａとして、図３に示すように、固定軸４２に、軸受４４を介して装着された転動軸４６を備えて、固定軸４２に振動子１６ａが取り付けられた、振動付与装置付きガイドローラ１４ａを例示したが、振動付与装置付きガイドローラ１４ａの構成は、上記の実施形態に限定されない。
【００４９】
また、かかる乾燥装置１０は、帯状の集電体に電極活物質を含む塗膜が形成された電極シートの製造方法に適用できる。すなわち、帯状の集電体に電極活物質を含む塗膜が形成された電極シートの製造方法は、図２に示すように、帯状の集電体２１０に電極活物質２０２を含む電極スラリー２００を塗布する電極スラリー塗布工程（ｓ１）と、電極スラリー塗布工程（ｓ１）で、電極スラリー２００が塗布された集電体２１０に振動を付与させながら乾燥させる乾燥工程（ｓ２）とを備えているとよい。電極シート製造方法は、正極と負極の何れの電極シートの製造にも適用できる。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 乾燥装置
１２ 乾燥炉
１２ａ 予備乾燥部分
１２ｂ 本乾燥部分
１４ ガイドローラ
１４ａ ガイドローラ（振動付与装置付きガイドローラ）
１６ 振動付与装置
１６ａ 振動子
１６ｂ 駆動装置
４２ 固定軸
４４ 軸受
４６ 転動軸
１００ 電極スラリー塗工装置
２００ 電極スラリー
２００ａ 塗膜
２０２ 電極活物質
２０４ バインダ
２１０ 集電体
２１２ ガイドローラ
２２０ 供給ロール
２３０ 電極スラリー塗布装置
２３２ タンク
２３４ ポンプ
２３６ ダイ
２４０ 巻取ロール
３００ リチウムイオン二次電池
３００ａ 電池ケース
３０１ 正極端子
３０３ 負極端子
３１０ 捲回電極体
３１１ 正極シート
３１１ａ 塗工部
３１１ｂ 未塗工部
３１１ｂ１ 正極集電部
３１１ｃ 集電体シート
３１１ｄ 電極材料
３１２ セパレータ
３１３ 負極シート
３１３ａ 塗工部
３１３ｂ 未塗工部
３１３ｂ１ 負極集電部
３１３ｃ 集電体シート
３１３ｄ 電極材料
３１４ セパレータ
１０００ 組電池
２０００ 車両
【技術分野】
【０００１】
本発明は乾燥装置、例えば、集電体に塗布された電極スラリーを乾燥させる乾燥装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池の電極には、帯状（シート状）の集電体に塗布した電極スラリーを乾燥させた塗膜（合材層）を有する電極シートが用いられる場合がある。かかる電極シートでは、製造工程において、電極スラリー中に分散溶解されている電極活物質が沈降したり、乾燥中に塗膜内部で対流が起こったりする場合がある。その結果、空気との界面部分にバインダが多く、逆に、集電体との境界部分ではバインダが減少した塗膜が形成される場合がある。集電体との境界部分においてバインダが減少した塗膜が形成された場合には、電極活物質を含む塗膜が電極シートから剥がれ易くなる。
【０００３】
これに対して、特開平９−１３４７１８号公報（特許文献１）には、電極スラリーを２回以上の塗布工程及び乾燥工程に分けて塗布、乾燥して所定の膜厚の塗膜を集電体上に形成することが開示されている。
【０００４】
また、特開２００５−０５０７５５号公報（特許文献２）には、固形分の濃度が異なる複数の電極スラリーを調整し、塗膜の表面側から集電体側に向けて固形分（電極活物質、導電材及びバインダ）の濃度が順次大きくなるように集電体上に塗布して、固形分の濃度が異なる薄膜層を複数積層することが開示されている。
【０００５】
また、特開２００３−１０９５９８号公報（特許文献３）には、電極スラリーに、粒径分布を持っているバインダを用いることが開示されている。これにより、バインダを介して電極活物質同士が密着し易くなり、密着強度に優れた電極が得られるとされている。
【０００６】
また、特開２００６−５４０９６号公報（特許文献４）には、結着剤としてカルボキシメチルセルロース（carboxymethylcellulose, CMC）及び非水溶性結着剤を含み、更に１５０℃以上の沸点を有する水溶性有機化合物を含有するリチウム二次電池電極用スラリーが用いられている。そして、このリチウム二次電池電極用スラリーを、集電体上に塗布後、乾燥条件として、ＪＩＳ Ｋ ５５００で規定される半硬化乾燥状態に到達するまでの水と水溶性有機化合物の蒸発速度を、該集電体の片面１ｍ２当たりの平均で１００ｇ／分以上として乾燥させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１３４７１８号公報
【特許文献２】特開２００５−０５０７５５号公報
【特許文献３】特開２００３−１０９５９８号公報
【特許文献４】特開２００６−５４０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、電池の生産効率を上げる方法の一つとして、電極スラリーを集電体に塗布した後の乾燥工程において、電極スラリーを急激に高温の雰囲気に晒して短時間で乾燥させることが考えられる。しかしながら、電極スラリーを急激に高温の雰囲気に晒して短時間で乾燥させた場合には、集電体に塗布された電極スラリー内で対流（マイグレーション：migration）や濃度拡散が生じるため、電極スラリー中のバインダが、電極スラリーの上層に移動する傾向がある。これに対して、特許文献１に記載されているように、電極スラリーを２回以上の塗布工程及び乾燥工程に分けて塗工する場合には、製造時間が掛かり、生産コストが嵩む。また、特許文献２に記載された方法では、電極スラリーの調整が煩雑になる。また、特許文献３に記載された方法や特許文献４に記載された方法では、電極スラリーの材料に制約が生じる。本発明は、乾燥工程において、集電体に塗布された電極スラリー内で生じる対流（マイグレーション）や濃度拡散の影響を小さく抑えることができる新規な方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る乾燥装置は、乾燥炉；乾燥炉に配置され、シート状の集電体を搬送する複数のガイドローラ；及び、乾燥炉に配置される複数のガイドローラのうち少なくとも一部のガイドローラに設けられ、当該ガイドローラに振動を付与する振動付与装置；を備えている。この乾燥装置によれば、集電体に塗布された電極スラリーを乾燥させる工程において、電極スラリーに対流（マイグレーション）や濃度拡散が生じるのを抑制できる。
【００１０】
この場合、振動付与装置は、例えば、ガイドローラに１５ｋHz以上の振動を付与するとよい。また、乾燥炉は、シート状の集電体を乾燥させる領域のうち、前半の領域に設けられたガイドローラに振動付与装置が設けられていてもよい。また、振動付与装置は振動子を有し、ガイドローラは、固定軸に、軸受を介して装着された転動軸を備え、固定軸に振動子が取り付けられていてもよい。
【００１１】
また、本発明に係る振動付与装置付きガイドローラは、固定軸に、軸受を介して装着された転動軸を備えたガイドローラであって、固定軸に振動子が取り付けられていてもよい。かかる、ガイドローラは、振動子から固定軸及び軸受を通じて転動軸に振動が付与される。固定軸は、固定的に配設されており、振動子への配線が容易であり、集電体を搬送する転動軸に適切に振動を付与することができる。かかる振動付与装置付きガイドローラは、本発明にかかる乾燥装置に好適に用いることができる。
【００１２】
また、本発明に係る電極シート製造方法は、帯状の集電体に電極活物質を含む塗膜が形成された電極シートの製造方法であって、帯状の集電体に電極活物質を含む電極スラリーを塗布する電極スラリー塗布工程と、電極スラリー塗布工程で、電極スラリーが塗布された集電体に振動を付与させながら乾燥させる乾燥工程と、を備えている。この電極シート製造方法によれば、集電体に塗布された電極スラリーを乾燥させる工程において、電極スラリーに対流（マイグレーション）や濃度拡散が生じるのを抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る乾燥装置を示す図。
【図２】本発明の一実施形態に係る乾燥装置を含む電極スラリー塗工装置を示す図
【図３】本発明の一実施形態に係るガイドローラの構造を示す部分断面図。
【図４】乾燥工程における電極スラリー中の粒子の挙動を示す図。
【図５】乾燥工程における電極スラリー中の粒子の挙動を示す図。
【図６】リチウムイオン二次電池の構成例を示す図。
【図７】リチウムイオン二次電池の捲回電極体を示す図。
【図８】リチウムイオン二次電池の捲回電極体の構造を示す断面図。
【図９】リチウムイオン二次電池が搭載された車両を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態に係る乾燥装置を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。また、同じ作用を奏する部材、部位には、適宜に同じ符号を付している。
【００１５】
この実施形態に係る乾燥装置１０は、図１に示すように、乾燥炉１２と、ガイドローラ１４と、振動付与装置１６とを備えている。この実施形態では、乾燥装置１０は、帯状の集電体２１０に塗布された電極スラリー２００を乾燥させる装置である。かかる乾燥装置１０は、例えば、図２に示すように、帯状の集電体２１０に電極スラリー２００を塗布し、電極スラリー２００を乾燥させる一連の処理を行なう電極スラリー塗工装置１００に用いられている。図２に示す例では、集電体２１０は、複数のガイドローラ２１２に沿って、供給ロール２２０から電極スラリー塗布装置２３０、乾燥装置１０を順に通って巻取ロール２４０に至る搬送経路に沿って搬送される。
【００１６】
電極スラリー塗布装置２３０は、集電体２１０に電極スラリー２００を塗布する装置である。この実施形態では、電極スラリー塗布装置２３０は、タンク２３２、ポンプ２３４、ダイ２３６を備えている。タンク２３２は、電極活物質、導電材及びバインダが調整された電極スラリー２００が貯留されている。ポンプ２３４は、タンク２３２に貯留された電極スラリー２００をダイ２３６に供給する装置である。ダイ２３６は、ポンプ２３４から供給された電極スラリー２００を集電体２１０に吐出する。
【００１７】
乾燥炉１２は、帯状の集電体２１０に塗布された電極スラリー２００を乾燥させる乾燥雰囲気を形成する炉である。乾燥炉１２には、箔状の集電体２１０を通す搬送路を備えている。この実施形態では、乾燥炉１２は、搬送路の前半に設けられた予備乾燥部分１２ａと、搬送路の後半に設けられた本乾燥部分１２ｂとを備えている。予備乾燥部分１２ａは、本乾燥部分１２ｂに比べて低い温度に設定される。予備乾燥部分１２ａは、例えば、乾燥工程の前半において、対流を小さく抑えることができる程度の低い温度雰囲気に設定される。本乾燥部分１２ｂは、予備乾燥工程の後において、電極スラリー２００を所望の状態に乾燥させることができる程度に高い温度雰囲気に設定される。
【００１８】
乾燥炉１２には、ガイドローラ１４と、振動付与装置１６とを備えている。ガイドローラ１４は、帯状の集電体２１０を案内する。乾燥炉１２には、乾燥炉１２内に設定される搬送経路に沿って複数のガイドローラ１４が配置されている。この実施形態では、振動付与装置１６は、ガイドローラ１４に振動を付与する装置であり、乾燥炉１２に配置された複数のガイドローラ１４に設けられている。
【００１９】
この実施形態では、振動付与装置１６は、乾燥炉１２に配置された複数のガイドローラ１４のうち、予備乾燥部分１２ａに配置された一部のガイドローラ１４ａに設けられている。この実施形態では、振動付与装置１６は、例えば、振動子１６ａと、振動子１６ａを駆動させる駆動装置１６ｂを備えている。
【００２０】
振動子１６ａは、ガイドローラ１４に振動を与える振動発生素子であり、例えば、ランジュバン型振動子を用いることができる。駆動装置１６ｂは、振動子１６ａに振動を生じさせる装置である。この実施形態では、駆動装置１６ｂは、振動子１６ａとしてのランジュバン型振動子の駆動端子に高周波電圧を印加する。この実施形態では、振動子１６ａとしてのランジュバン型振動子の振動子が用いられており、駆動装置１６ｂによって、発振周波数を制御できる。この実施形態では、振動子１６ａは、周波数が１５ｋＨｚ〜８０ｋＨｚの間で任意に調整することができ、超音波レベルの振動数で振動することができる。
【００２１】
この実施形態では、振動付与装置１６が設けられたガイドローラ１４ａは、図３に示すように、固定軸４２と、軸受４４と、転動軸４６とを備えている。固定軸４２は、ガイドローラ１４ａの中心軸に沿って配設される軸である。固定軸４２の軸方向の両端部には、軸受４４（この実施形態では、ラジアル軸受）が装着されている。転動軸４６は、かかる軸受４４を介して固定軸４２の外周に転動自在に装着されている。この実施形態では、ガイドローラ１４ａは、図示は省略するが、固定軸４２を介して乾燥炉１２に取り付けられている。また、振動付与装置１６の振動子１６ａは、固定軸４２に取り付けられており、固定軸４２、軸受４４を介して、転動軸４６に振動を伝えている。
【００２２】
乾燥炉１２の予備乾燥部分１２ａでは、本乾燥部分１２ｂに比べて温度が低い乾燥雰囲気に調整されているものの、外部雰囲気よりは高温である。集電体２１０に塗布された電極スラリー２００は、予備乾燥部分１２ａで徐々に乾燥する。この際、集電体２１０に塗布された電極スラリー２００は、乾燥炉１２に入ると、急激に高温の雰囲気に晒される。かかる振動付与装置１６が設けられていない場合、集電体２１０に塗布された電極スラリー２００内で対流（マイグレーション）や濃度拡散が生じる。この場合、例えば、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、電極スラリー２００中の電極活物質２０２が沈降し、電極スラリー２００中のバインダ２０４が電極スラリー２００の上層に移動する。これによって、図４（ｃ）に示すように、電極スラリー２００を乾燥させた塗膜２００ａでは、集電体２１０の境界部分にバインダ２０４が少なくなる。
【００２３】
これに対して、この実施形態では、乾燥炉１２は、図１及び図２に示すように、予備乾燥部分１２ａに配置されたガイドローラ１４ａに振動付与装置１６が設けられている。ガイドローラ１４ａは超音波レベルの振動数で振動し、ガイドローラ１４ａによって搬送される集電体２１０に振動を付与する。ガイドローラ１４ａによって振動が付与された集電体２１０は、図５に示すように、集電体２１０に塗布された電極スラリー２００に振動が伝わる。これにより、電極スラリー２００中の粒子に振動が伝わる。電極スラリーの粒子に振動が伝わり、粒子が任意の方向に移動する。このため、例えば、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、電極スラリー２００中の電極活物質２０２が沈降したり、電極スラリー２００中のバインダ２０４が電極スラリー２００の上層に移動したりするのを抑制することができる。これによって、電極スラリー２００が乾燥した塗膜２００ａにおいて、集電体２１０との境界部分にバインダ２０４が少なくなるのを防止できる。
【００２４】
このように、この実施形態では、乾燥炉１２に配置された複数のガイドローラ１４のうち少なくとも一部のガイドローラ１４ａに、ガイドローラ１４ａに振動を付与する振動付与装置１６が設けられている。このため、乾燥炉１２内を搬送される集電体２１０に振動を付与することができる。これにより、電極スラリー２００中の電極活物質２０２が沈降したり、電極スラリー２００中のバインダ２０４が電極スラリー２００の上層に移動したりするのを抑制することができる。
【００２５】
予備乾燥部分１２ａでは、電極スラリー２００中の粒子の移動が規制される程度に電極スラリー２００が乾燥するとよい。その後の本乾燥部分１２ｂでは、集電体２１０は高温雰囲気に晒されるが、電極スラリー２００中の粒子が移動することがない。これにより、図５（ｂ）に示すように、電極スラリー２００が乾燥した塗膜２００ａにおいて、集電体２１０との境界部分にバインダ２０４が少なくなるのを防止でき、塗膜２００ａが集電体２１０から剥がれにくくなる。
【００２６】
また、この実施形態では、乾燥炉１２は、予備乾燥部分１２ａに設けられたガイドローラ１４ａに振動付与装置１６が設けられている。そして、予備乾燥部分１２ａで、電極スラリー２００が塗布された集電体２１０に振動を付与しながら乾燥させることができる。このため、予備乾燥部分１２ａにおいて、電極スラリー２００中の粒子の移動が小さく抑えられる。このため、予備乾燥部分１２ａの温度雰囲気を高く設定しても、電極スラリー２００中の電極活物質２０２が沈降したり、電極スラリー２００中のバインダ２０４が電極スラリー２００の上層に移動したりするのを抑制することができる。これにより、乾燥炉１２の予備乾燥部分１２ａの温度雰囲気を高くすることができ、より短時間で電極スラリー２００を乾燥させることができ、電極シートの生産性を向上させることができる。
【００２７】
かかる乾燥装置１０を用いた場合には、集電体２１０に塗布された電極スラリー２００の乾燥工程において、対流（マイグレーション）や濃度拡散を抑制できる。このため、電極スラリー２００中の電極活物質２０２が沈降したり、電極スラリー２００中のバインダ２０４が電極スラリー２００の上層に移動したりするのを防止できる。このため、集電体２１０に塗布された塗膜２００ａが、剥離しにくい電極シートを作製することができる。集電体２１０に電極スラリー２００が塗工された電極シートは、例えば、図６に示すように、リチウムイオン二次電池３００に用いられる。図６は、集電体２１０に電極スラリー２００が塗工された電極シートが用いられるリチウムイオン二次電池３００の概略構成を示している。
【００２８】
例えば、このリチウムイオン二次電池３００は、図６に示すように、矩形の金属製の電池ケース３００ａに構成されている。電池ケース３００ａには、捲回電極体３１０が収容されている。この実施形態では、捲回電極体３１０は、図７及び図８に示すように、帯状電極として、正極シート３１１と、負極シート３１３を備えている。また、帯状セパレータとして、第１セパレータ３１２と、第２セパレータ３１４を備えている。そして、正極シート３１１と、第１セパレータ３１２と、負極シート３１３と、第２セパレータ３１４の順で重ねられて巻き取られている。
【００２９】
正極シート３１１は、集電体シート３１１ｃとしてのアルミニウム箔（集電体２１０（図１及び図５参照）に相当）の両面に正極活物質（電極活物質２０２（図５参照）に相当）を含む電極材料３１１ｄが塗工されている。負極シート３１３は、集電体シート３１３ｃとしての銅箔（集電体２１０（図１及び図５参照）に相当）の両面に負極活物質（電極活物質２０２（図５参照）に相当）を含む電極材料３１３ｄが塗工されている。セパレータ３１２、３１４は、イオン性物質が透過可能な膜であり、この実施形態では、ポリプロピレン製の微多孔膜が用いられている。
【００３０】
また、この実施形態では、電極材料３１１ｄ、３１３ｄは集電体シート３１１ｃ、３１３ｃの幅方向片側に偏って塗工されている。集電体シート３１１ｃ、３１３ｃの幅方向反対側の縁部には電極材料３１１ｄ、３１３ｄが塗工されていない。正極シート３１１と負極シート３１３のうち、集電体シート３１１ｃ、３１３ｃに電極材料３１１ｄ、３１３ｄが塗工された部位を塗工部３１１ａ、３１３ａといい、集電体シート３１１ｃ、３１３ｃに電極材料３１１ｄ、３１３ｄが塗工されていない部位を未塗工部３１１ｂ、３１３ｂという。
【００３１】
図７は、正極シート３１１と、第１セパレータ３１２と、負極シート３１３と、第２セパレータ３１４とが順に重ねられた状態を示す幅方向の断面図である。正極シート３１１の塗工部３１１ａと負極シート３１３の塗工部３１３ａは、それぞれセパレータ３１２、３１４を挟んで対向している。図７及び図８に示すように、捲回電極体３１０の捲回方向に直交する方向（巻き軸方向）の両側において、正極シート３１１と負極シート３１３の未塗工部３１１ｂ、３１３ｂが、セパレータ３１２、３１４からそれぞれはみ出ている。当該正極シート３１１と負極シート３１３の未塗工部３１１ｂ、３１３ｂは、捲回電極体３１０の正極と負極の集電部３１１ｂ１、３１３ｂ１をそれぞれ形成している。
【００３２】
電池ケース３００ａには、図６に示すように、正極端子３０１と負極端子３０３が設けられている。正極端子３０１は捲回電極体３１０の正極集電部３１１ｂ１に電気的に接続されている。負極端子３０３は捲回電極体３１０の負極集電部３１３ｂ１に電気的に接続されている。かかる電池ケース３００ａには電解液が注入される。電解液は、適当な電解質塩（例えばＬｉＰＦ６等のリチウム塩）を適当量含むジエチルカーボネート、エチレンカーボネート等の混合溶媒のような非水電解液で構成できる。
【００３３】
かかるリチウムイオン二次電池３００は、充放電時に、正極活物質及び負極活物質に膨張収縮が生じる。繰り返し充放電が行われると、正極活物質及び負極活物質の膨張収縮が繰り返される。かかる正極活物質及び負極活物質の膨張収縮に起因して、集電体シート３１１ｃ、３１３ｃから電極材料３１１ｄ、３１３ｄが剥がれる事象が生じ得る。
【００３４】
しかし、この実施形態に係る乾燥装置１０が用いられた場合には、図５に示すように、集電体２１０との境界部分においてバインダ２０４の割合が概ね維持される。このため、集電体シート３１１ｃ、３１３ｃから電極材料３１１ｄ、３１３ｄが剥がれ難いリチウムイオン二次電池３００（図６及び図７参照）を提供することができる。
【００３５】
また、かかるリチウムイオン二次電池３００では、集電体シート３１１ｃ、３１３ｃに塗工された電極材料３１１ｄ、３１３ｄの成分によって、電池性能が変わる。このため、所望の電池性能を得るには、電極材料３１１ｄ、３１３ｄの成分を適切に調整することが必要である。この実施形態に係る乾燥装置１０は、図５に示すように、集電体２１０に塗布された状態を概ね維持しつつ、電極スラリー２００を乾燥させることができる。このため、乾燥工程においてバインダ２０４や電極活物質２０２の偏りは緩和される。また、ダイ２３６（図２参照）に供給される電極スラリー２００の成分比率は適切に調整するとよい。このように、電極スラリー２００の成分調整も容易に行える。
【００３６】
このように、この実施形態に係る乾燥装置１０は、図１に示すように、乾燥炉１２に配置されたガイドローラ１４ａに振動を付与する振動付与装置１６が設けられている。このため、図５に示すように、集電体２１０に塗布された状態を概ね維持しつつ、電極スラリー２００を乾燥させることができ、集電体２１０と電極スラリー２００との境界部分において、バインダ２０４の割合を維持できる。これにより、集電体シート３１１ｃ、３１３ｃから電極材料３１１ｄ、３１３ｄが剥がれ難いリチウムイオン二次電池３００（図６及び図７参照）を提供することができる。
【００３７】
かかるリチウムイオン二次電池３００は、集電体シート３１１ｃ、３１３ｃから電極材料３１１ｄ、３１３ｄが剥がれ難いので、充放電が繰り返され、その耐久性に対する要求が高い車両用の二次電池として好適である。かかるリチウムイオン二次電池３００は、複数個が組み合わされて組電池１０００を構成し、図９に示すように、車両２０００の電源として搭載される。本発明はかかる車両用の電池の性能の安定性や、長寿命化に寄与する。かかる車両２０００について、具体的に一例を挙げれば、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車の電源（二次電池）として適用できる。
【００３８】
以上、本発明の一実施形態に係る乾燥装置を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されない。
【００３９】
乾燥装置１０は、例えば、図１及び図２に示すように、乾燥炉１２；乾燥炉１２に配置され、帯状（シート状）の集電体２１０を搬送する複数のガイドローラ１４；及び、乾燥炉１２に配置される複数のガイドローラ１４のうち少なくとも一部のガイドローラ１４ａに設けられ、当該ガイドローラ１４ａに振動を付与する振動付与装置１６；を備えているとよい。この場合、乾燥炉、ガイドローラ、振動付与装置の具体的構成は、それぞれ上述した実施形態に限定されない。
【００４０】
上述した実施形態では、例えば、図１に示すように、乾燥炉１２に配置される複数のガイドローラ１４のうち予備乾燥部分１２ａに設けられたガイドローラ１４ａに、振動付与装置１６が設けられている。このように、乾燥炉１２は、シート状の集電体２１０を乾燥させる領域のうち、前半の領域に設けられたガイドローラ１４ａに振動付与装置１６が設けられていてもよい。また、乾燥装置は、かかる形態に限定されず、乾燥炉１２に設けられた全てのガイドローラ１４に振動付与装置１６を設けてもよい。したがって、例えば、本乾燥部分１２ｂに設けられたガイドローラ１４に振動付与装置１６を設けてもよい。また、予備乾燥部分１２ａに設けられた全てのガイドローラ１４ａに振動付与装置１６が設けられた形態に限定されず、予備乾燥部分１２ａに設けられた一部のガイドローラ１４ａに振動付与装置１６を設けてもよい。
【００４１】
また、振動付与装置１６が、ガイドローラ１４ａに付与する振動は、乾燥炉１２内を搬送される集電体２１０に対して、集電体２１０に塗布された電極スラリー２００中の電極活物質２０２やバインダ２０４が移動するのを抑制できる程度の振動であればよい。かかる振動数、振幅は、かかる効果を奏するように適当に設定するとよい。振動付与装置１６は、例えば、１５ｋＨｚ以上、より好ましくは、２０ｋHz以上の振動数を有する振動をガイドローラ１４ａに付与するとよい。かかる振動により、電極スラリー２００中の電極活物質２０２やバインダ２０４が移動するのを適切に抑制できる。また、超音波レベル（例えば、１５ｋＨｚ以上、より好ましくは、２０ｋHz以上の振動数を有する振動をガイドローラ１４ａに付与した場合には、振動に伴う音を小さく抑えることができる。
【００４２】
また、ガイドローラ１４ａに付与する振動の振動数の上限についても、集電体２１０に塗布された電極スラリー２００中の電極活物質２０２やバインダ２０４が移動するのを抑制できる程度の振動に設定するとよい。例えば、８０ｋＨｚ以下、５０ｋＨｚ以下としてもよい。また、ガイドローラ１４ａに付与する振動の振動数は、集電体２１０に塗布される電極スラリー２００に応じて適当な振動数に設定するとよい。
【００４３】
また、この実施形態では、乾燥炉１２には、複数のガイドローラ１４が、集電体２１０の搬送経路に沿って並んでいるが、振動付与装置１６を設けるガイドローラ１４ａは、適当な間隔で配置するとよい。この場合、集電体２１０の搬送速度、ガイドローラ１４ａに付与する振動数などを勘案して、適当な間隔で配置するとよい。なお、電極スラリー２００中の電極活物質２０２が沈降したり、電極スラリー２００中のバインダ２０４が電極スラリー２００の上層に移動したりするのを抑制することができる程度の振動を集電体２１０に付与するとよい。この場合、例えば、１回の振動に対して集電体２１０が進む距離を適当に調整するとよい。
【００４４】
当該調整について、集電体２１０の搬送速度がＶ（ｍ/ｓ）であり、ガイドローラ１４ａに付与する振動数がｆ（Ｈｚ）である場合に、ガイドローラ１４ａの間隔ｘ（ｍ）を、ｘ＝（Ｖ／ｆ）にすると、搬送される集電体２１０に対して１ｍ当りに１回の振動が付与される。例えば、種々の検討により得られた本発明者の知見によれば、集電体２１０に適当な張力を付与しつつ搬送する場合において、ガイドローラ１４ａの間隔ｘ（ｍ）は、例えば、０．００１（Ｖ／ｆ）≦ｘ≦５（Ｖ／ｆ）（より好ましくは、０．０１（Ｖ／ｆ）≦ｘ≦２（Ｖ／ｆ））になるように設定してもよい。かかる設定は、例えば、集電体２１０の搬送速度Ｖ、ガイドローラ１４ａに付与する振動数ｆ、及び、振動付与装置１６を設けるガイドローラ１４ａの間隔ｘを調整するとよい。これにより、電極スラリー２００中の電極活物質２０２が沈降したり、電極スラリー２００中のバインダ２０４が電極スラリー２００の上層に移動したりするのを抑制することができる程度の振動を集電体２１０に付与することができる。かかる効果は、電極スラリー２００の種類に関わらず、概ね得られる。
【００４５】
ここで、ｘが、ｘ≦２（Ｖ／ｆ）であれば、搬送される集電体２１０に対して少なくとも２ｍ当りに１回の振動を付与することができる。これにより、１回の振動に対して、集電体２１０が進む距離が長くなりすぎるのを防止できる。また、ｘが、０．０１（Ｖ／ｆ）≦ｘであれば、１回の振動に対して、集電体２１０が進む距離が１ｃｍ以上にすることができる。これにより、１回の振動に対して、集電体２１０が進む距離が短くなりすぎるのを防止できる。なお、搬送される集電体２１０に適切な振動が付与されるとよく、０．０１（Ｖ／ｆ）≦ｘ≦２（Ｖ／ｆ）の範囲を超えて、集電体２１０の搬送速度Ｖ、ガイドローラ１４ａに付与する振動数ｆ、及び、振動付与装置１６を設けるガイドローラ１４ａの間隔ｘを調整してもよい。
【００４６】
例えば、搬送される集電体２１０の搬送速度を速くする場合には、ガイドローラ１４ａに付与する振動数を高くしたり、振動付与装置１６が設けられたガイドローラ１４ａの間隔を狭くしたりするとよい。また、搬送される集電体２１０の搬送速度に応じて、ガイドローラ１４ａに付与する振動数を調整する制御装置（図示省略）を設けても良い。
【００４７】
また、電極スラリー２００に含まれる粒子材料、集電体２１０に用いられる材料は、上記実施形態に限定されない。電極スラリー２００は、例えば、種々の電極活物質２０２、バインダ２０４（結着材）、導電材などを含んでいると良い。また、集電体２１０には、例えば、電池の集電電極に用いられる種々の材料が用いられる。
【００４８】
また、かかる乾燥装置１０に適用可能なガイドローラ１４ａとして、図３に示すように、固定軸４２に、軸受４４を介して装着された転動軸４６を備えて、固定軸４２に振動子１６ａが取り付けられた、振動付与装置付きガイドローラ１４ａを例示したが、振動付与装置付きガイドローラ１４ａの構成は、上記の実施形態に限定されない。
【００４９】
また、かかる乾燥装置１０は、帯状の集電体に電極活物質を含む塗膜が形成された電極シートの製造方法に適用できる。すなわち、帯状の集電体に電極活物質を含む塗膜が形成された電極シートの製造方法は、図２に示すように、帯状の集電体２１０に電極活物質２０２を含む電極スラリー２００を塗布する電極スラリー塗布工程（ｓ１）と、電極スラリー塗布工程（ｓ１）で、電極スラリー２００が塗布された集電体２１０に振動を付与させながら乾燥させる乾燥工程（ｓ２）とを備えているとよい。電極シート製造方法は、正極と負極の何れの電極シートの製造にも適用できる。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 乾燥装置
１２ 乾燥炉
１２ａ 予備乾燥部分
１２ｂ 本乾燥部分
１４ ガイドローラ
１４ａ ガイドローラ（振動付与装置付きガイドローラ）
１６ 振動付与装置
１６ａ 振動子
１６ｂ 駆動装置
４２ 固定軸
４４ 軸受
４６ 転動軸
１００ 電極スラリー塗工装置
２００ 電極スラリー
２００ａ 塗膜
２０２ 電極活物質
２０４ バインダ
２１０ 集電体
２１２ ガイドローラ
２２０ 供給ロール
２３０ 電極スラリー塗布装置
２３２ タンク
２３４ ポンプ
２３６ ダイ
２４０ 巻取ロール
３００ リチウムイオン二次電池
３００ａ 電池ケース
３０１ 正極端子
３０３ 負極端子
３１０ 捲回電極体
３１１ 正極シート
３１１ａ 塗工部
３１１ｂ 未塗工部
３１１ｂ１ 正極集電部
３１１ｃ 集電体シート
３１１ｄ 電極材料
３１２ セパレータ
３１３ 負極シート
３１３ａ 塗工部
３１３ｂ 未塗工部
３１３ｂ１ 負極集電部
３１３ｃ 集電体シート
３１３ｄ 電極材料
３１４ セパレータ
１０００ 組電池
２０００ 車両
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾燥炉；
前記乾燥炉に配置され、シート状の集電体を搬送する複数のガイドローラ；及び、
前記乾燥炉に配置される複数のガイドローラのうち少なくとも一部のガイドローラに設けられ、当該ガイドローラに振動を付与する振動付与装置；
を備えた、乾燥装置。
【請求項２】
前記振動付与装置は、前記ガイドローラに１５ｋＨｚ以上の振動を付与する、請求項１に記載の乾燥装置。
【請求項３】
前記乾燥炉は、シート状の集電体を乾燥させる領域のうち、前半の領域に設けられたガイドローラに前記振動付与装置が設けられている、請求項１又は２に記載された乾燥装置。
【請求項４】
前記振動付与装置は振動子を有し、
前記ガイドローラは、固定軸に、軸受を介して装着された転動軸を備え、
前記固定軸に前記振動子が取り付けられた、請求項１から３までの何れか一項に記載された乾燥装置。
【請求項５】
固定軸に、軸受を介して装着された転動軸を備えた前記ガイドローラであって、前記固定軸に振動子が取り付けられた、振動付与装置付きガイドローラ。
【請求項６】
帯状の集電体に電極活物質を含む塗膜が形成された電極シートの製造方法であって、
前記帯状の集電体に前記電極活物質を含む電極スラリーを塗布する電極スラリー塗布工程と、
前記電極スラリー塗布工程で、前記電極スラリーが塗布された集電体に振動を付与させながら乾燥させる乾燥工程と、
を備えた、電極シート製造方法。
【請求項１】
乾燥炉；
前記乾燥炉に配置され、シート状の集電体を搬送する複数のガイドローラ；及び、
前記乾燥炉に配置される複数のガイドローラのうち少なくとも一部のガイドローラに設けられ、当該ガイドローラに振動を付与する振動付与装置；
を備えた、乾燥装置。
【請求項２】
前記振動付与装置は、前記ガイドローラに１５ｋＨｚ以上の振動を付与する、請求項１に記載の乾燥装置。
【請求項３】
前記乾燥炉は、シート状の集電体を乾燥させる領域のうち、前半の領域に設けられたガイドローラに前記振動付与装置が設けられている、請求項１又は２に記載された乾燥装置。
【請求項４】
前記振動付与装置は振動子を有し、
前記ガイドローラは、固定軸に、軸受を介して装着された転動軸を備え、
前記固定軸に前記振動子が取り付けられた、請求項１から３までの何れか一項に記載された乾燥装置。
【請求項５】
固定軸に、軸受を介して装着された転動軸を備えた前記ガイドローラであって、前記固定軸に振動子が取り付けられた、振動付与装置付きガイドローラ。
【請求項６】
帯状の集電体に電極活物質を含む塗膜が形成された電極シートの製造方法であって、
前記帯状の集電体に前記電極活物質を含む電極スラリーを塗布する電極スラリー塗布工程と、
前記電極スラリー塗布工程で、前記電極スラリーが塗布された集電体に振動を付与させながら乾燥させる乾燥工程と、
を備えた、電極シート製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１２９４３５（Ｐ２０１１−１２９４３５Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８８２５４（Ｐ２００９−２８８２５４）
【出願日】平成２１年１２月１８日（２００９．１２．１８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１８日（２００９．１２．１８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]