電極乾燥装置、及び電極乾燥方法
【課題】 電極基材の垂れ下がりを防止し、乾燥時の塗工斑を押さえ、安定して均一な電極基材を得ることができる電極乾燥装置、及び電極乾燥方法を提供する。
【解決手段】 塗工材が塗工された電極基材を搬送し、乾燥炉において乾燥させる電極乾燥装置であって、前記電極基材を搬送する搬送手段と、前記電極基材を吸引する構造を有する載置部材と、前記電極基材を前記載置部材を介して吸引する吸引手段とを備えることを特徴とする。
【解決手段】 塗工材が塗工された電極基材を搬送し、乾燥炉において乾燥させる電極乾燥装置であって、前記電極基材を搬送する搬送手段と、前記電極基材を吸引する構造を有する載置部材と、前記電極基材を前記載置部材を介して吸引する吸引手段とを備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極の製造工程で用いられる電極乾燥装置、及び電極乾燥方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池などの電極として、電極基材の表面に電極合材が形成されたものが用いられる。電極は、正極または負極活物質と結着材とを湿潤剤に分散または溶解させて、電極スラリーを調整し、当該電極スラリーを金属箔からなる電極基材上に塗工乾燥装置を用いて塗工し、乾燥させて正極または負極活物質層を形成することにより作成される。
【０００３】
図６は、一般的な塗工乾燥装置６００を示しており、図６（ａ）は塗工乾燥装置６００を上部から見た平面図、図６（ｂ）は側面図である。まず、電極基材６０１が、電極基材供給ロールから送り出され、搬送路上を進み、コーター６０２に到達する。コーター６０２は走行している電極基材６０１に、塗工材料である電極スラリー６０３を塗工する。次に塗工された電極基材６０１は、さらに乾燥炉６０５の入口側の支持ローラー６０４を経由し、乾燥炉６０５に到達し、搬送されながら高温で乾燥され、塗工が完了した電極基材は乾燥炉６０５の出口側の支持ローラー６０４を経由して電極巻取りロールに巻き取られる。
【０００４】
近年のエネルギーデバイスの大容量化、低コスト化に伴い、電極の厚膜化が求められている。一般に乾燥炉の全長は１０数ｍから数１０ｍと長いものが多く、乾燥工程においては、電極基材６０１は両側の支持ローラー６０４に支持されているだけで、乾燥炉内では電極基材６０１の中央およびその周辺部分は固定されていないため、図中破線で示すように、薄い金属箔よりなる電極基材６０１が電極スラリーの重みで垂れ下がり、乾燥時の電極の反りが大きくなったり、熱風により電極基材６０１が揺れ動き、電極が不均一になるという課題があった。
【０００５】
図７は、特許文献１に示された乾燥装置７００の概略図である。該文献には、電極スラリーとして電極合剤７０１が間欠塗工された電極基材７０２の非塗工部７０２ａと同間隔に配置された挟持部７０３が、非塗工部７０２ａを上下両面から挟持固定しつつ、金属製ベルト７０４とともに電極基材７０２の搬送速度と同速度で移動する技術が開示されている。
【０００６】
図８は、特許文献２に示された縦型乾燥炉の基材揺れ防止装置８００の概略図である。ここでは、両面に電極合剤が塗布された電極シート８０１の幅方向両側方に、電極シート８０１の搬送移動に同期して周回移動するローラチェーン８０２が配置される。ローラチェーン８０２には全周にわたりクリップ８０３が装着され、電極シート８０１の搬送移動に伴って、クリップ８０３が電極シート８０１の側縁部の非塗工部８０４を挟持固定しつつ移動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１―１３８０８４号公報（平成１１年５月２５日公開）
【特許文献２】特開２０００―８８４５９号公報（平成１２年３月３１日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に示された方法では、非塗工部を挟持部で挟持固定するため、電極合剤を間欠塗工せず一面に塗工した場合は、電極合剤間の非塗工部が存在せず、挟持部で電極基材を挟持固定することができない。また、特許文献２に示された方法は、ローラチェーンに設けられたクリップが電極シートの幅方向両端を挟持する構造であるため、電極シートの中央部分は固定されておらず、特に厚膜の電極活物質層が塗工された場合は、その重みで電極シートの中央部分が電極シートの幅方向あるいは長さ方向に垂れ下がることがあり、この垂れ下がった状態で乾燥がなされると電極基材の反りや塗工斑が生じる可能性がある。さらに、いずれの文献に示された方法でも、薄い金属箔よりなる電極基材（電極シート）が乾燥工程における温風などの影響によりシワが生じる可能性がある。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、電極基材の垂れ下がりやシワを防止し、乾燥時の塗工斑を抑え、安定して均一な電極を得ることができる電極乾燥装置、及び電極乾燥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】
【００１０】
本発明に係る電極乾燥装置は、塗工材が塗工された電極基材を搬送し、乾燥炉において乾燥させる電極乾燥装置であって、前記電極基材を搬送する搬送手段と、前記電極基材を吸引する構造を有する載置部材と、前記電極基材を前記載置部材を介して吸引する吸引手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、前記載置部材は、前記電極基材の幅以上の幅を有する構成としても良い。
【００１２】
また、前記載置部材は、前記電極基材を平面上に載置する構成としても良い。
【００１３】
また、前記載置部材は、複数のローラーよりなる構成としても良い。
【００１４】
また、前記載置部材は、前記電極基材の搬送移動に伴い回転する無端部材である構成としても良い。
【００１５】
また、前記乾燥炉の搬出口近傍において、吸引を弱め、または停止させることを特徴としても良い。
【００１６】
本発明に係る電極乾燥方法は、塗工材が塗工された電極基材を搬送し、乾燥炉において乾燥させる電極乾燥方法において、前記電極基材を搬送する搬送工程と、前記電極基材を吸引する構造を有する載置部材上に前記電極基材を載置する工程と、前記電極基材を前記載置部材を介して吸引する工程と、前記電極を乾燥させる工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電極基材の垂れ下がりやシワ、乾燥時の熱風による揺れを防止し、塗工斑を抑え、安定して均一な電極を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第一の実施形態に係る電極乾燥装置の模式的構成図である。
【図２】第一の実施形態に係る電極乾燥装置の模式的構成図である。
【図３】第二の実施形態に係る電極乾燥装置の模式的構成図である。
【図４】金属製ローラーの形状を示す図である。
【図５】第三の実施形態に係る電極乾燥装置の模式的構成図である。
【図６】従来の一般的な塗工乾燥装置の模式的構成図である。
【図７】従来の乾燥装置の概略断面図である。
【図８】従来の縦型乾燥炉の基材揺れ防止装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施の形態について図面に基づき以下に説明する。
【００２０】
＜第一の実施形態＞
図１は、第一の実施形態に係る電極乾燥装置１００の模式的構成図であり、図１（ａ）は上部から見た平面図、図１（ｂ）は側面図である。電極乾燥装置１００は、塗工材である電極スラリー６がコーター４により塗工された帯状体の電極基材５を搬送しながら乾燥する装置であり、乾燥炉２、支持ローラー３、コーター４、載置部材７より主に構成される。
【００２１】
乾燥炉２は、その両端の所定部が開口されている箱状のものであり、電極スラリー６が片方の面に塗工された電極基材５が乾燥炉２の一端（図１の左端）に設けられた搬入口２１から導入され、乾燥炉２内にて所定の乾燥処理が行われた後、乾燥炉２の他端に設けられた搬出口２２から搬出される。乾燥炉２の内部には、例えば、外部から熱風が取り入れられる熱風ダクト２４が電極基材５の搬送方向に沿って延長して設けられ、この熱風ダクト２４の電極基材５に対向する側には熱風ノズル２３が熱風ダクト２４の延長方向に沿って複数設けられている。この熱風ノズル２３から電極基材５に向けて熱風を吹き付けることで塗工されている電極スラリー６の乾燥を行う。詳細は後述するが、電極基材５は、乾燥炉２内に設けられた載置部材７上に載置され、乾燥される。
【００２２】
支持ローラー３は、図示しない駆動機構により、片方の面に電極スラリー６が塗工された帯状の電極基材５が、所定方向に搬送される際に、電極基材５を支持するものであり、乾燥炉２を挟んで搬送方向前方側、搬送方向後方側に配置され、電極基材の移動に伴い回転する。あるいは、支持ローラー３自体に駆動機能を持たせる構造としても良い。この場合、搬送方向前方側、搬送方向後方側のそれぞれの支持ローラー３を同軸方向に回転させて搬送する。例えば、図１において左から右方向に電極基材５を搬送する場合は、それぞれの支持ローラー３を時計の針方向（右回り）に回転させて搬送する。
【００２３】
コーター４は、電極基材５の片方の面に対向して設けられ、支持ローラー３により支持されながら移動する電極基材５の片方の面に電極スラリー６を塗工する。コーター４は、例えばスリットダイを備え、ダイに形成したスリットから電極スラリー６を押し出して、電極基材５に塗工する。なお、コーター４はダイコーターに限るものではなく、例えば、ロールコーター、リバースロールコーター、グラビアコーター、ロッドコーターなどを用いることができる。塗工される電極スラリーの材料、厚みなどの条件に応じて適切なコーターを用いるとよい。
【００２４】
電極基材５は、金属箔よりなり、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、ステンレス鋼を用いることができる。具体的には、例えば、正極集電体にはアルミニウムなどの金属箔を用い、負極集電体には銅などの金属箔を用いることができる。金属箔の具体的な厚さについては特に制限は無いが、例えばアルミニウムの場合であれば、１５〜２０μｍ、銅の場合は、１０μｍ程度の膜厚である。
【００２５】
電極スラリー６には、正極を形成するために用いる正極スラリーと、負極を形成するために用いる負極スラリーがある。正極スラリーは、例えば、正極活物質、導電剤、及び結着剤を有し、溶媒を添加することで生成され、所定の粘度を持つ。正極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池の場合、リチウムを含有した化合物を用いることができる。例えばチタン、モリブデン、銅、ニオブ、バナジウム、マンガン、クロム、ニッケル、鉄、コバルトもしくはリン等とリチウムの複合酸化物、硫化物またはセレン化物等が好ましく、具体的には、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＣｒＯ２、ＬｉＦｅＯ２、ＬｉＶＯ２およびＬｉＭＰＯ４（ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅから選ばれる少なくとも１種以上の元素）のうちの１つ以上を単独または複数種組み合わせて用いることができる。
【００２６】
導電剤は、一般的に電池材料として用いられるものであり、かつ構成されたリチウム２次電池において化学変化を起こさない電子伝導性材料であれば特に限定されず、例えば天然黒鉛（鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛等）、人工黒鉛等のグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類、気相成長黒鉛繊維（ＶＧＣＦ）、炭素繊維、金属繊維等の導電性繊維類、銅、ニッケル、アルミニウム、銀等の金属粉類、酸化亜鉛、チタン酸カリウム等の導電性ウィスカー類、酸化チタン等の導電性金属酸化物、あるいはポリフェニレン誘導体等の有機導電性材料を単独、またはこれらの混合物を用いることができる。これらの導電剤のなかで、アセチレンブラック、ＶＧＣＦ、グラファイトとアセチレンブラックの併用が特に好ましい。
【００２７】
結着剤は、一般的に電池材料として用いられるものであり、かつ多糖類、熱可塑性樹脂およびゴム弾性を有するポリマーのうちの一種、またはこれらの混合物を用いることができる。好ましい例としては、でんぷん、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセルロース、ポリビニルクロリド、ポリビニルピロリドン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ弗化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブタジエンゴム、ポリブタジエン、フッ素ゴムおよびポリエチレンオキシドを挙げることができる。
【００２８】
溶媒は、例えば、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）である。さらに、溶媒としてはトルエン、メチルエチルケトン、あるいは水を用いることもできる。
【００２９】
負極スラリーは、例えば、負極活物質、導電剤、及び結着剤を有し、溶媒を添加することで生成され、所定の粘度を持つ。負極活物質は、例えばリチウムイオン二次電池の場合、天然黒鉛、人造黒鉛、高結晶黒鉛等の黒鉛系物質、非晶質炭素系物質、Ｎｂ２Ｏ５およびＬｉＴｉＯ４等の金属酸化物のうち少なくとも１つ以上を単独または複数種組み合わせて用いることができる。導電剤、結着剤、溶媒は、上記正極スラリーと同じものを用いることができる。
【００３０】
電極基材５に塗工された電極スラリー６は、乾燥炉２内にて加熱、乾燥され正極または負極を形成する。このとき、電極スラリー６に含まれる溶媒は、揮発することによって電極スラリー６から除去される。
【００３１】
載置部材７は、乾燥炉２内に設けられ、電極スラリー６が塗布された電極基材５がこの上に載置された状態で乾燥が行われる。載置部材７は、例えば金属製のベルトで構成され、図示しない回転駆動機構に連結されている。この回転駆動機構は、電極基材５が搬送される速度に同期して駆動する。
【００３２】
金属製のベルトは図示しない複数の従動ローラによって支持されている。従って、その表面は平坦であり、電極基材５の搬送方向に直交する幅は、電極基材５の幅以上であることが望ましい。電極基材５の幅以上の幅を持つ平面で保持することにより、乾燥時に電極基材５が垂れ下がったり、それにより塗工斑が生じることがない。さらに、載置部材７は、例えばセラミックス、ステンレス、カーボン、ＰＴＦＥなどからなり通気性の多孔質構造を有しており、真空ポンプなどを用いた吸引機構による負圧を利用して電極基材５を平面保持する。
【００３３】
図１（ｃ）は、吸引機構の一具体例を示している。この図では、配管９２を介して真空ポンプ９１により減圧され、負圧状態となったチャンバー９３で構成される吸引機構を利用して電極基材５を平面保持する構成としている。この具体例では、薄い電極基材５を平面に載置するだけでなく、吸引によって保持することができるので、さらに乾燥時に電極基材５が熱風により揺れ動くことなく、安定し、垂れ下がりやシワによる塗工斑を抑制し、均一性の高い電極を得ることができる。
【００３４】
上記のような手順で、電極基材５に電極スラリー６が塗工され、乾燥が行われて電極が作製される。ここで、電極基材５の両面に電極スラリー６を塗工する場合は、片面の塗工、乾燥が終わってから、再度上記と同じ手順で、裏面に塗工、乾燥する。
【００３５】
なお、図１においては、載置部材７は連結部材を用いない無端部材であるが、これ以外に、例えば、図２に示すような、複数の金属部材７１を連結した構造としても良い。この場合、金属部材７１の連結部にいくらかの間隙部７２を設けて連結すれば、金属部材７１自体に吸引孔を備えなくても、この間隙部７２より吸引することも可能である。
【００３６】
さらに、上記吸引機構は、載置部材７表面と、電極基材５の接する全面において均等に吸引される以外に、例えば、乾燥炉２の搬入口２１近傍の吸引を強く、搬出口２２近傍の吸引を弱くするなど、部位により吸引強度を調整できるようにしても良い。または、乾燥炉２の熱風ノズル２３からの熱風の方向、強度等に応じて吸引タイミングを制御できるようにしても良い。また、乾燥炉２の搬出口２２近傍では吸引を停止するようにしても良い。
【００３７】
なお、図２においては、金属部材７１を用いているが、必ずしも金属製である必要は無く、乾燥炉２内の温度に耐えうる材料であって、電極基材５を平面的に載置できる形状を形成できるものならばどのようなものでも構わない。
【００３８】
＜第二の実施形態＞
次に第二の実施形態について説明する。本実施形態は、全体構成は第一の実施形態と同様であるが、載置部材の形状が異なる。
【００３９】
図３は、第２の実施形態に係る電極乾燥装置２００の側面から見た模式的構成図である。載置部材８は、例えば、複数の金属製ローラー８１がその回転軸を同方向にして、平面状に配置されている。金属製ローラー８１の本数は、搬送される電極基材５の条件により適宜設定すればよい。
【００４０】
図４は、金属製ローラー８１の形状を示す図である。金属製ローラー８１の半径ｒは、搬送される電極基材５の条件にもよるが、あまり半径が大きいと、連続して配置した際に電極基材５との間隔が大きくなり、電極基材５が安定保持されないため、この点を考慮して決定すればよい。また、金属製ローラー８１の幅ｗは、電極基材５の幅以上であることが望ましい。電極基材５の幅以上の幅で保持することにより、電極基材５を安定して保持することができる。支持ローラー３により乾燥炉２内部に搬送された電極基材５に塗工された電極スラリー６は、この複数の金属製ローラー８１上で、乾燥が行われる。金属製ローラー８１のそれぞれは、図示しない回転駆動機構に連結されている。この回転駆動機構は、電極基材５が搬送される速度に同期して駆動する。なお、載置部材８は図３に示すように、金属製ローラー８１間の間隙部８２より、電極基材５が吸引される通気性構造としても良い。つまり、金属製ローラー８１の下方の吸引ロート（ｓｕｃｔｉｏｎ ｆｕｎｎｅｌ）９４、９５、９６にそれぞれ接続された真空ポンプ９７、９８、９９により電極基材５が金属製ローラー８１へ吸引されて平面保持されるようになっている。真空ポンプ９７、９８、９９の吸引力は個別に制御可能であり、例えば、搬出口２２に近い真空ポンプ９９の吸引力を弱めたり、真空ポンプ９９のみを停止させたりすることができる。
【００４１】
このように載置部材８に複数の金属製ローラー８１を用いることにより、電極基材５が平面保持され、乾燥時に電極基材５が安定し、垂れ下がりやシワによる塗工斑を抑制することができる。
【００４２】
なお、ここでは、金属製ローラー８１を用いているが、必ずしも金属製である必要は無く、乾燥炉２内の温度に耐えうる材料であって、電極基材５を平面的に載置できる形状を形成できるものならばどのようなものでも構わない。
【００４３】
＜第三の実施形態＞
次に第３の実施形態について説明する。本実施形態は、全体構成は第一の実施形態、及び第二の実施形態と同様であるが、載置部材の形状が異なる。
【００４４】
図５は、第３の実施形態に係る電極乾燥装置３００の側面から見た模式的構成図である。載置部材９は、例えば、金属製の平板などの部材より成り、表面は平らであり、電極基材５の搬送方向に直行する幅は、電極基材５の幅以上であることが望ましい。電極基材５以上の幅を持つ平面で保持することにより、電極基材５を安定して保持することができるので、乾燥時に電極基材５が垂れ下がったり、熱風により揺れ動いたりすることにより塗工斑が生じることがない。載置部材９においても、上述したように、吸引機構を備えてもよい。
【００４５】
以上説明したように、電極スラリー６が塗工された電極基材５を載置部材上に安定保持しつつ乾燥させることで、電極基材５が熱風により揺れ動くことなく、垂れ下がりやシワによる塗工斑の発生が抑えられ、均一性の高い電極を得ることができる。
【００４６】
今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であり、制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した説明ではなくて、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内で全ての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明に係る電極乾燥装置、及び電極乾燥方法は、リチウムイオン電池などの製造において、電極を製造する装置に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００４８】
２ 乾燥炉
３ 支持ローラー
４ コーター
５ 電極基材
６ 電極スラリー
７、８、９ 載置部材
２１ 搬入口
２２ 搬出口
２３ 熱風ノズル
２４ 熱風ダクト
７１ 金属部材
８１ 金属製ローラー
９１、９７、９８、９９ 真空ポンプ
９２ 配管
９３ チャンバー
９４、９５、９６ 吸引ロート
１００、２００、３００ 電極乾燥装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極の製造工程で用いられる電極乾燥装置、及び電極乾燥方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池などの電極として、電極基材の表面に電極合材が形成されたものが用いられる。電極は、正極または負極活物質と結着材とを湿潤剤に分散または溶解させて、電極スラリーを調整し、当該電極スラリーを金属箔からなる電極基材上に塗工乾燥装置を用いて塗工し、乾燥させて正極または負極活物質層を形成することにより作成される。
【０００３】
図６は、一般的な塗工乾燥装置６００を示しており、図６（ａ）は塗工乾燥装置６００を上部から見た平面図、図６（ｂ）は側面図である。まず、電極基材６０１が、電極基材供給ロールから送り出され、搬送路上を進み、コーター６０２に到達する。コーター６０２は走行している電極基材６０１に、塗工材料である電極スラリー６０３を塗工する。次に塗工された電極基材６０１は、さらに乾燥炉６０５の入口側の支持ローラー６０４を経由し、乾燥炉６０５に到達し、搬送されながら高温で乾燥され、塗工が完了した電極基材は乾燥炉６０５の出口側の支持ローラー６０４を経由して電極巻取りロールに巻き取られる。
【０００４】
近年のエネルギーデバイスの大容量化、低コスト化に伴い、電極の厚膜化が求められている。一般に乾燥炉の全長は１０数ｍから数１０ｍと長いものが多く、乾燥工程においては、電極基材６０１は両側の支持ローラー６０４に支持されているだけで、乾燥炉内では電極基材６０１の中央およびその周辺部分は固定されていないため、図中破線で示すように、薄い金属箔よりなる電極基材６０１が電極スラリーの重みで垂れ下がり、乾燥時の電極の反りが大きくなったり、熱風により電極基材６０１が揺れ動き、電極が不均一になるという課題があった。
【０００５】
図７は、特許文献１に示された乾燥装置７００の概略図である。該文献には、電極スラリーとして電極合剤７０１が間欠塗工された電極基材７０２の非塗工部７０２ａと同間隔に配置された挟持部７０３が、非塗工部７０２ａを上下両面から挟持固定しつつ、金属製ベルト７０４とともに電極基材７０２の搬送速度と同速度で移動する技術が開示されている。
【０００６】
図８は、特許文献２に示された縦型乾燥炉の基材揺れ防止装置８００の概略図である。ここでは、両面に電極合剤が塗布された電極シート８０１の幅方向両側方に、電極シート８０１の搬送移動に同期して周回移動するローラチェーン８０２が配置される。ローラチェーン８０２には全周にわたりクリップ８０３が装着され、電極シート８０１の搬送移動に伴って、クリップ８０３が電極シート８０１の側縁部の非塗工部８０４を挟持固定しつつ移動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１―１３８０８４号公報（平成１１年５月２５日公開）
【特許文献２】特開２０００―８８４５９号公報（平成１２年３月３１日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に示された方法では、非塗工部を挟持部で挟持固定するため、電極合剤を間欠塗工せず一面に塗工した場合は、電極合剤間の非塗工部が存在せず、挟持部で電極基材を挟持固定することができない。また、特許文献２に示された方法は、ローラチェーンに設けられたクリップが電極シートの幅方向両端を挟持する構造であるため、電極シートの中央部分は固定されておらず、特に厚膜の電極活物質層が塗工された場合は、その重みで電極シートの中央部分が電極シートの幅方向あるいは長さ方向に垂れ下がることがあり、この垂れ下がった状態で乾燥がなされると電極基材の反りや塗工斑が生じる可能性がある。さらに、いずれの文献に示された方法でも、薄い金属箔よりなる電極基材（電極シート）が乾燥工程における温風などの影響によりシワが生じる可能性がある。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、電極基材の垂れ下がりやシワを防止し、乾燥時の塗工斑を抑え、安定して均一な電極を得ることができる電極乾燥装置、及び電極乾燥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】
【００１０】
本発明に係る電極乾燥装置は、塗工材が塗工された電極基材を搬送し、乾燥炉において乾燥させる電極乾燥装置であって、前記電極基材を搬送する搬送手段と、前記電極基材を吸引する構造を有する載置部材と、前記電極基材を前記載置部材を介して吸引する吸引手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、前記載置部材は、前記電極基材の幅以上の幅を有する構成としても良い。
【００１２】
また、前記載置部材は、前記電極基材を平面上に載置する構成としても良い。
【００１３】
また、前記載置部材は、複数のローラーよりなる構成としても良い。
【００１４】
また、前記載置部材は、前記電極基材の搬送移動に伴い回転する無端部材である構成としても良い。
【００１５】
また、前記乾燥炉の搬出口近傍において、吸引を弱め、または停止させることを特徴としても良い。
【００１６】
本発明に係る電極乾燥方法は、塗工材が塗工された電極基材を搬送し、乾燥炉において乾燥させる電極乾燥方法において、前記電極基材を搬送する搬送工程と、前記電極基材を吸引する構造を有する載置部材上に前記電極基材を載置する工程と、前記電極基材を前記載置部材を介して吸引する工程と、前記電極を乾燥させる工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電極基材の垂れ下がりやシワ、乾燥時の熱風による揺れを防止し、塗工斑を抑え、安定して均一な電極を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第一の実施形態に係る電極乾燥装置の模式的構成図である。
【図２】第一の実施形態に係る電極乾燥装置の模式的構成図である。
【図３】第二の実施形態に係る電極乾燥装置の模式的構成図である。
【図４】金属製ローラーの形状を示す図である。
【図５】第三の実施形態に係る電極乾燥装置の模式的構成図である。
【図６】従来の一般的な塗工乾燥装置の模式的構成図である。
【図７】従来の乾燥装置の概略断面図である。
【図８】従来の縦型乾燥炉の基材揺れ防止装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施の形態について図面に基づき以下に説明する。
【００２０】
＜第一の実施形態＞
図１は、第一の実施形態に係る電極乾燥装置１００の模式的構成図であり、図１（ａ）は上部から見た平面図、図１（ｂ）は側面図である。電極乾燥装置１００は、塗工材である電極スラリー６がコーター４により塗工された帯状体の電極基材５を搬送しながら乾燥する装置であり、乾燥炉２、支持ローラー３、コーター４、載置部材７より主に構成される。
【００２１】
乾燥炉２は、その両端の所定部が開口されている箱状のものであり、電極スラリー６が片方の面に塗工された電極基材５が乾燥炉２の一端（図１の左端）に設けられた搬入口２１から導入され、乾燥炉２内にて所定の乾燥処理が行われた後、乾燥炉２の他端に設けられた搬出口２２から搬出される。乾燥炉２の内部には、例えば、外部から熱風が取り入れられる熱風ダクト２４が電極基材５の搬送方向に沿って延長して設けられ、この熱風ダクト２４の電極基材５に対向する側には熱風ノズル２３が熱風ダクト２４の延長方向に沿って複数設けられている。この熱風ノズル２３から電極基材５に向けて熱風を吹き付けることで塗工されている電極スラリー６の乾燥を行う。詳細は後述するが、電極基材５は、乾燥炉２内に設けられた載置部材７上に載置され、乾燥される。
【００２２】
支持ローラー３は、図示しない駆動機構により、片方の面に電極スラリー６が塗工された帯状の電極基材５が、所定方向に搬送される際に、電極基材５を支持するものであり、乾燥炉２を挟んで搬送方向前方側、搬送方向後方側に配置され、電極基材の移動に伴い回転する。あるいは、支持ローラー３自体に駆動機能を持たせる構造としても良い。この場合、搬送方向前方側、搬送方向後方側のそれぞれの支持ローラー３を同軸方向に回転させて搬送する。例えば、図１において左から右方向に電極基材５を搬送する場合は、それぞれの支持ローラー３を時計の針方向（右回り）に回転させて搬送する。
【００２３】
コーター４は、電極基材５の片方の面に対向して設けられ、支持ローラー３により支持されながら移動する電極基材５の片方の面に電極スラリー６を塗工する。コーター４は、例えばスリットダイを備え、ダイに形成したスリットから電極スラリー６を押し出して、電極基材５に塗工する。なお、コーター４はダイコーターに限るものではなく、例えば、ロールコーター、リバースロールコーター、グラビアコーター、ロッドコーターなどを用いることができる。塗工される電極スラリーの材料、厚みなどの条件に応じて適切なコーターを用いるとよい。
【００２４】
電極基材５は、金属箔よりなり、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、ステンレス鋼を用いることができる。具体的には、例えば、正極集電体にはアルミニウムなどの金属箔を用い、負極集電体には銅などの金属箔を用いることができる。金属箔の具体的な厚さについては特に制限は無いが、例えばアルミニウムの場合であれば、１５〜２０μｍ、銅の場合は、１０μｍ程度の膜厚である。
【００２５】
電極スラリー６には、正極を形成するために用いる正極スラリーと、負極を形成するために用いる負極スラリーがある。正極スラリーは、例えば、正極活物質、導電剤、及び結着剤を有し、溶媒を添加することで生成され、所定の粘度を持つ。正極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池の場合、リチウムを含有した化合物を用いることができる。例えばチタン、モリブデン、銅、ニオブ、バナジウム、マンガン、クロム、ニッケル、鉄、コバルトもしくはリン等とリチウムの複合酸化物、硫化物またはセレン化物等が好ましく、具体的には、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＣｒＯ２、ＬｉＦｅＯ２、ＬｉＶＯ２およびＬｉＭＰＯ４（ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅから選ばれる少なくとも１種以上の元素）のうちの１つ以上を単独または複数種組み合わせて用いることができる。
【００２６】
導電剤は、一般的に電池材料として用いられるものであり、かつ構成されたリチウム２次電池において化学変化を起こさない電子伝導性材料であれば特に限定されず、例えば天然黒鉛（鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛等）、人工黒鉛等のグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類、気相成長黒鉛繊維（ＶＧＣＦ）、炭素繊維、金属繊維等の導電性繊維類、銅、ニッケル、アルミニウム、銀等の金属粉類、酸化亜鉛、チタン酸カリウム等の導電性ウィスカー類、酸化チタン等の導電性金属酸化物、あるいはポリフェニレン誘導体等の有機導電性材料を単独、またはこれらの混合物を用いることができる。これらの導電剤のなかで、アセチレンブラック、ＶＧＣＦ、グラファイトとアセチレンブラックの併用が特に好ましい。
【００２７】
結着剤は、一般的に電池材料として用いられるものであり、かつ多糖類、熱可塑性樹脂およびゴム弾性を有するポリマーのうちの一種、またはこれらの混合物を用いることができる。好ましい例としては、でんぷん、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセルロース、ポリビニルクロリド、ポリビニルピロリドン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ弗化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブタジエンゴム、ポリブタジエン、フッ素ゴムおよびポリエチレンオキシドを挙げることができる。
【００２８】
溶媒は、例えば、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）である。さらに、溶媒としてはトルエン、メチルエチルケトン、あるいは水を用いることもできる。
【００２９】
負極スラリーは、例えば、負極活物質、導電剤、及び結着剤を有し、溶媒を添加することで生成され、所定の粘度を持つ。負極活物質は、例えばリチウムイオン二次電池の場合、天然黒鉛、人造黒鉛、高結晶黒鉛等の黒鉛系物質、非晶質炭素系物質、Ｎｂ２Ｏ５およびＬｉＴｉＯ４等の金属酸化物のうち少なくとも１つ以上を単独または複数種組み合わせて用いることができる。導電剤、結着剤、溶媒は、上記正極スラリーと同じものを用いることができる。
【００３０】
電極基材５に塗工された電極スラリー６は、乾燥炉２内にて加熱、乾燥され正極または負極を形成する。このとき、電極スラリー６に含まれる溶媒は、揮発することによって電極スラリー６から除去される。
【００３１】
載置部材７は、乾燥炉２内に設けられ、電極スラリー６が塗布された電極基材５がこの上に載置された状態で乾燥が行われる。載置部材７は、例えば金属製のベルトで構成され、図示しない回転駆動機構に連結されている。この回転駆動機構は、電極基材５が搬送される速度に同期して駆動する。
【００３２】
金属製のベルトは図示しない複数の従動ローラによって支持されている。従って、その表面は平坦であり、電極基材５の搬送方向に直交する幅は、電極基材５の幅以上であることが望ましい。電極基材５の幅以上の幅を持つ平面で保持することにより、乾燥時に電極基材５が垂れ下がったり、それにより塗工斑が生じることがない。さらに、載置部材７は、例えばセラミックス、ステンレス、カーボン、ＰＴＦＥなどからなり通気性の多孔質構造を有しており、真空ポンプなどを用いた吸引機構による負圧を利用して電極基材５を平面保持する。
【００３３】
図１（ｃ）は、吸引機構の一具体例を示している。この図では、配管９２を介して真空ポンプ９１により減圧され、負圧状態となったチャンバー９３で構成される吸引機構を利用して電極基材５を平面保持する構成としている。この具体例では、薄い電極基材５を平面に載置するだけでなく、吸引によって保持することができるので、さらに乾燥時に電極基材５が熱風により揺れ動くことなく、安定し、垂れ下がりやシワによる塗工斑を抑制し、均一性の高い電極を得ることができる。
【００３４】
上記のような手順で、電極基材５に電極スラリー６が塗工され、乾燥が行われて電極が作製される。ここで、電極基材５の両面に電極スラリー６を塗工する場合は、片面の塗工、乾燥が終わってから、再度上記と同じ手順で、裏面に塗工、乾燥する。
【００３５】
なお、図１においては、載置部材７は連結部材を用いない無端部材であるが、これ以外に、例えば、図２に示すような、複数の金属部材７１を連結した構造としても良い。この場合、金属部材７１の連結部にいくらかの間隙部７２を設けて連結すれば、金属部材７１自体に吸引孔を備えなくても、この間隙部７２より吸引することも可能である。
【００３６】
さらに、上記吸引機構は、載置部材７表面と、電極基材５の接する全面において均等に吸引される以外に、例えば、乾燥炉２の搬入口２１近傍の吸引を強く、搬出口２２近傍の吸引を弱くするなど、部位により吸引強度を調整できるようにしても良い。または、乾燥炉２の熱風ノズル２３からの熱風の方向、強度等に応じて吸引タイミングを制御できるようにしても良い。また、乾燥炉２の搬出口２２近傍では吸引を停止するようにしても良い。
【００３７】
なお、図２においては、金属部材７１を用いているが、必ずしも金属製である必要は無く、乾燥炉２内の温度に耐えうる材料であって、電極基材５を平面的に載置できる形状を形成できるものならばどのようなものでも構わない。
【００３８】
＜第二の実施形態＞
次に第二の実施形態について説明する。本実施形態は、全体構成は第一の実施形態と同様であるが、載置部材の形状が異なる。
【００３９】
図３は、第２の実施形態に係る電極乾燥装置２００の側面から見た模式的構成図である。載置部材８は、例えば、複数の金属製ローラー８１がその回転軸を同方向にして、平面状に配置されている。金属製ローラー８１の本数は、搬送される電極基材５の条件により適宜設定すればよい。
【００４０】
図４は、金属製ローラー８１の形状を示す図である。金属製ローラー８１の半径ｒは、搬送される電極基材５の条件にもよるが、あまり半径が大きいと、連続して配置した際に電極基材５との間隔が大きくなり、電極基材５が安定保持されないため、この点を考慮して決定すればよい。また、金属製ローラー８１の幅ｗは、電極基材５の幅以上であることが望ましい。電極基材５の幅以上の幅で保持することにより、電極基材５を安定して保持することができる。支持ローラー３により乾燥炉２内部に搬送された電極基材５に塗工された電極スラリー６は、この複数の金属製ローラー８１上で、乾燥が行われる。金属製ローラー８１のそれぞれは、図示しない回転駆動機構に連結されている。この回転駆動機構は、電極基材５が搬送される速度に同期して駆動する。なお、載置部材８は図３に示すように、金属製ローラー８１間の間隙部８２より、電極基材５が吸引される通気性構造としても良い。つまり、金属製ローラー８１の下方の吸引ロート（ｓｕｃｔｉｏｎ ｆｕｎｎｅｌ）９４、９５、９６にそれぞれ接続された真空ポンプ９７、９８、９９により電極基材５が金属製ローラー８１へ吸引されて平面保持されるようになっている。真空ポンプ９７、９８、９９の吸引力は個別に制御可能であり、例えば、搬出口２２に近い真空ポンプ９９の吸引力を弱めたり、真空ポンプ９９のみを停止させたりすることができる。
【００４１】
このように載置部材８に複数の金属製ローラー８１を用いることにより、電極基材５が平面保持され、乾燥時に電極基材５が安定し、垂れ下がりやシワによる塗工斑を抑制することができる。
【００４２】
なお、ここでは、金属製ローラー８１を用いているが、必ずしも金属製である必要は無く、乾燥炉２内の温度に耐えうる材料であって、電極基材５を平面的に載置できる形状を形成できるものならばどのようなものでも構わない。
【００４３】
＜第三の実施形態＞
次に第３の実施形態について説明する。本実施形態は、全体構成は第一の実施形態、及び第二の実施形態と同様であるが、載置部材の形状が異なる。
【００４４】
図５は、第３の実施形態に係る電極乾燥装置３００の側面から見た模式的構成図である。載置部材９は、例えば、金属製の平板などの部材より成り、表面は平らであり、電極基材５の搬送方向に直行する幅は、電極基材５の幅以上であることが望ましい。電極基材５以上の幅を持つ平面で保持することにより、電極基材５を安定して保持することができるので、乾燥時に電極基材５が垂れ下がったり、熱風により揺れ動いたりすることにより塗工斑が生じることがない。載置部材９においても、上述したように、吸引機構を備えてもよい。
【００４５】
以上説明したように、電極スラリー６が塗工された電極基材５を載置部材上に安定保持しつつ乾燥させることで、電極基材５が熱風により揺れ動くことなく、垂れ下がりやシワによる塗工斑の発生が抑えられ、均一性の高い電極を得ることができる。
【００４６】
今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であり、制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した説明ではなくて、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内で全ての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明に係る電極乾燥装置、及び電極乾燥方法は、リチウムイオン電池などの製造において、電極を製造する装置に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００４８】
２ 乾燥炉
３ 支持ローラー
４ コーター
５ 電極基材
６ 電極スラリー
７、８、９ 載置部材
２１ 搬入口
２２ 搬出口
２３ 熱風ノズル
２４ 熱風ダクト
７１ 金属部材
８１ 金属製ローラー
９１、９７、９８、９９ 真空ポンプ
９２ 配管
９３ チャンバー
９４、９５、９６ 吸引ロート
１００、２００、３００ 電極乾燥装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗工材が塗工された電極基材を搬送し、乾燥炉において乾燥させる電極乾燥装置であって、
前記電極基材を搬送する搬送手段と、
前記電極基材を吸引する構造を有する載置部材と、
前記電極基材を前記載置部材を介して吸引する吸引手段とを備えることを特徴とする電極乾燥装置。
【請求項２】
前記載置部材は、前記電極基材の幅以上の幅を有することを特徴とする請求項１に記載の選電極乾燥装置。
【請求項３】
前記載置部材は、前記電極基材を平面上に載置することを特徴とする請求項１または２に記載の電極乾燥装置。
【請求項４】
前記載置部材は、複数のローラーよりなることを特徴とする請求項１または２に記載の電極乾燥装置。
【請求項５】
前記載置部材は、前記電極基材の搬送移動に伴い回転する無端部材であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電極乾燥装置。
【請求項６】
前記乾燥炉の搬出口近傍において、吸引を弱め、または停止させることを特徴とする請求項１から５に記載の電極乾燥装置。
【請求項７】
塗工材が塗工された電極基材を搬送し、乾燥炉において乾燥させる電極乾燥方法において、
前記電極基材を搬送する搬送工程と、
前記電極基材を吸引する構造を有する載置部材上に前記電極基材を載置する工程と、
前記電極基材を前記載置部材を介して吸引する工程と、
前記電極基材を乾燥させる工程を含むことを特徴とする電極乾燥方法。
【請求項１】
塗工材が塗工された電極基材を搬送し、乾燥炉において乾燥させる電極乾燥装置であって、
前記電極基材を搬送する搬送手段と、
前記電極基材を吸引する構造を有する載置部材と、
前記電極基材を前記載置部材を介して吸引する吸引手段とを備えることを特徴とする電極乾燥装置。
【請求項２】
前記載置部材は、前記電極基材の幅以上の幅を有することを特徴とする請求項１に記載の選電極乾燥装置。
【請求項３】
前記載置部材は、前記電極基材を平面上に載置することを特徴とする請求項１または２に記載の電極乾燥装置。
【請求項４】
前記載置部材は、複数のローラーよりなることを特徴とする請求項１または２に記載の電極乾燥装置。
【請求項５】
前記載置部材は、前記電極基材の搬送移動に伴い回転する無端部材であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電極乾燥装置。
【請求項６】
前記乾燥炉の搬出口近傍において、吸引を弱め、または停止させることを特徴とする請求項１から５に記載の電極乾燥装置。
【請求項７】
塗工材が塗工された電極基材を搬送し、乾燥炉において乾燥させる電極乾燥方法において、
前記電極基材を搬送する搬送工程と、
前記電極基材を吸引する構造を有する載置部材上に前記電極基材を載置する工程と、
前記電極基材を前記載置部材を介して吸引する工程と、
前記電極基材を乾燥させる工程を含むことを特徴とする電極乾燥方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２５１７６３（Ｐ２０１２−２５１７６３Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１００５３１（Ｐ２０１２−１００５３１）
【出願日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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