(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続的に搬送される集電体シートの表面に電極活物質を含むスラリーを塗布し該スラリーを乾燥させるリチウムイオン二次電池用電極シート製造装置であって、
集電体シートの表面に電極活物質を含むスラリーを塗布する塗布部と、
前記塗布部よりも集電体シートの搬送方向の下流にあり集電体シートを加熱する乾燥部と、を有し、
前記乾燥部は、複数の可動ローラを含み該複数の可動ローラを用いて集電体シートの搬送路を形成する蛇行機構を備え、
前記可動ローラは、前記搬送路を蛇行させる第１の位置と、該第１の位置より前記搬送路を短くする第２の位置と、の間を移動可能であり、
前記可動ローラが前記第２の位置にあるとき、前記可動ローラは前記集電体シートを直線的に搬送することを特徴とする電極シート製造装置。
【請求項２】
前記各可動ローラは、集電体シートの搬送方向を反転させる、請求項１に記載の電極シート製造装置。
【請求項３】
連続的に搬送される集電体シートの表面に電極活物質を含むスラリーを塗布し該スラリーを乾燥させる電極シート製造装置を用いてリチウムイオン二次電池用電極シートを製造する製造方法であって、
前記電極シート製造装置は、
集電体シートの表面に電極活物質を含むスラリーを塗布する塗布部と、
前記塗布部よりも集電体シートの搬送方向の下流にあり集電体シートを加熱する乾燥部と、を有し、
前記乾燥部は、複数の可動ローラを含み該複数の可動ローラを用いて集電体シートの搬送路を形成する蛇行機構を備え、
前記可動ローラは、前記搬送路を蛇行させる第１の位置と、該第１の位置より前記搬送路を短くする第２の位置と、の間を移動可能であり、
前記可動ローラが前記第２の位置にあるとき、前記可動ローラは前記集電体シートを直線的に搬送する、
ことを特徴とする電極シート製造方法。
【請求項４】
前記各可動ローラは、集電体シートの搬送方向を反転させる、請求項３に記載の電極シート製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池用電極シート製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池は、正極および負極の２種類の電極を備えている。これらの電極では、金属からなる集電体の表面にそれぞれに対応する電極活物質を含む分散層が形成されている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池の各電極は、一般的に、大面積の電極シートが形成された後に、該電極シートが切り分けられることにより製造される。これにより、効率的な電極の製造が可能である。電極シートの表面の分散層は、連続的に搬送されている集電体シートの表面に、電極活物質を含むスラリーが塗布され、該スラリーが加熱されてスラリーの溶媒成分が蒸発させられることにより形成される。すなわち、集電体シートの表面のスラリーが乾燥させられると電極シートの分散層となる。
【０００４】
図１は一般的なリチウムイオン二次電池用電極シート製造装置１０１の概略構成図である。電極シート製造装置１０１では、まず供給ローラ１１１から集電体シートｃが供給されると、その後、集電体シートｃの表面に塗布部１１２によってスラリーが塗布される。塗布部１１２によって表面にスラリーが塗布された集電体シートｃは、スラリーを乾燥させる乾燥装置１０２内の複数のサポートローラ１１３を順次経由して、ニップローラ１１５まで搬送される。乾燥装置１０２のニップローラ１１５に到達した集電体シートｃの表面にはスラリーが乾燥した分散層が形成されている。すなわち、この時点で電極シートが完成している。ニップローラ１１５を通過した電極シートは回収ローラ１１６に巻き付けられて回収される。
【０００５】
リチウムイオン二次電池用電極シート製造装置が特許文献１に開示されている。この電極シート製造装置は、図１に示した電極シート製造装置に類似した構成を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−０４０３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、電気自動車やハイブリッド自動車の普及などにより、安価な電池が求められている。そのため、電極シートの製造コストの低減が要求されている。しかし、電極シートを製造するためには、上述したように、集電体シートの表面にスラリーを形成し、該スラリーを加熱乾燥させる必要がある。電極シートの製造コストは、電極シートの表面のスラリーを加熱乾燥させるためにかかる消費電力が大きいほど高くなる。
【０００８】
そこで、本発明は、低消費電力でスラリーを乾燥可能なリチウムイオン二次電池用電極シート製造装置および電極シート製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の電極シート製造装置は、連続的に搬送される集電体シートの表面に電極活物質を含むスラリーを塗布し該スラリーを乾燥させるリチウムイオン二次電池用電極シート製造装置であって、集電体シートの表面に電極活物質を含むスラリーを塗布する塗布部と、該塗布部よりも集電体シートの搬送方向の下流にあり集電体シートを加熱する乾燥部と、を有し、前記乾燥部は、複数の可動ローラを含み該複数の可動ローラを用いて集電体シートの搬送路を形成する蛇行機構を備え、可動ローラは、搬送路を蛇行させる第１の位置と、該第１の位置より搬送路を短くする第２の位置と、の間を移動可能であり、可動ローラが第２の位置にあるとき、前記可動ローラは集電体シートを直線的に搬送することを特徴とする。
また、本発明の電極シート製造方法は、連続的に搬送される集電体シートの表面に電極活物質を含むスラリーを塗布し該スラリーを乾燥させる電極シート製造装置を用いてリチウムイオン二次電池用電極シートを製造する製造方法であって、電極シート製造装置は、集電体シートの表面に電極活物質を含むスラリーを塗布する塗布部と、塗布部よりも集電体シートの搬送方向の下流にあり集電体シートを加熱する乾燥部と、を有し、乾燥部は、複数の可動ローラを含み該複数の可動ローラを用いて集電体シートの搬送路を形成する蛇行機構を備え、可動ローラは、搬送路を蛇行させる第１の位置と、該第１の位置より搬送路を短くする第２の位置と、の間を移動可能であり、可動ローラが第２の位置にあるとき、可動ローラは集電体シートを直線的に搬送する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、低消費電力でスラリーを乾燥可能なリチウムイオン二次電池用電極シート製造装置および電極シート製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一般的な電極シート製造装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電極シート製造装置の概略構成図である。
【図３】図１に示した電極シート製造装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
図２は本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電極シート製造装置１の概略構成図である。
【００１４】
本実施形態に係る電極シート製造装置１では、供給ローラ１１から回収ローラ１６まで集電体シートｃが等速で連続的に搬送される。そのために、供給ローラ１１と回収ローラ１６とは、集電体シートｃが等速で搬送されるように、それぞれ適切な速度で回転駆動させられる。
【００１５】
電極シート製造装置１では、まず供給ローラ１１から集電体シートｃが供給されると、その後、集電体シートｃの表面に塗布部１２によってスラリーが塗布される。集電体シートｃには、正極と負極とのそれぞれに適した金属箔が用いられる。スラリーは、電極活物質等が溶媒に分散されたものである。正極用のスラリーには、一例として正極活物質であるリチウム金属酸化物などが溶媒に分散されたものを用いることができる。一方、負極用のスラリーには、負極活物質であるカーボン材料が溶媒に分散されたものが用いることができる。溶媒には、一般的に有機系のものが用いられる。
【００１６】
本実施形態では、正極用の集電体シートｃには厚さ２０μｍのアルミニウム箔が用いられている。正極活物質には、マンガン酸リチウムやニッケル酸リチウムやコバルト酸リチウムなどが適宜用いられ、溶媒には、Ｎ−メチル−２−ピロリドンが用いられている。正極用のスラリーには、正極活物質以外に、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：ＰｏｌｙＶｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ＤｉＦｌｕｏｒｉｄｅ）からなるバインダ、およびアセチレンブラックからなる導電体が溶媒に分散されている。
【００１７】
また、負極用の集電体シートｃには、厚さ１０μｍの銅箔が用いられている。負極活物質にはグラファイト粉末が用いられ、溶媒には、Ｎ−メチル−２−ピロリドンが用いられている。負極用のスラリーには、負極活物質以外に、ＰＶＤＦからなるバインダ、およびアセチレンブラックからなる導電体が溶媒に分散されている。
【００１８】
塗布部１２によって表面にスラリーが塗布された集電体シートｃは、塗布部１２よりも集電体シートｃの搬送方向の下流にある、スラリーを乾燥させる乾燥部である乾燥装置２内に入り、サポートローラ１３の矢印Ａ方向にあるニップローラ１５まで搬送される。ここで、乾燥装置２は、第１の乾燥部２１と第２の乾燥部２２とを備えている。
【００１９】
第１の乾燥部２１は、第２の乾燥部２２における可動ローラ１４ａ，１４ｂと接触したスラリー表面が可動ローラ１４ａ，１４ｂに転写しない程度にスラリーの乾燥を行う部分である。第２の乾燥部２２には、加熱部２２ａ，２２ｂ、および複数の可動ローラ１４ａ，１４ｂが設けられている。
【００２０】
加熱部２２ａ，２２ｂは、第２の乾燥部２２の筐体内にあり、可動ローラ１４ａ，１４ｂにより形成される集電体シートｃの搬送路を間に挟む位置に配設されている。すなわち、加熱部２２ａは第２の乾燥部２２の筐体の天井面付近に配置され、加熱部２２ｂは第２の乾燥部２２の筐体における天井面と対向する底面付近に配置されている。加熱部２２ａ，２２ｂとしては、電力を熱に変換するヒータが用いられ、該ヒータに加熱されることで第２の乾燥部２２内が高温に保たれている。
【００２１】
可動ローラ１４ａ，１４ｂは、円柱の形状をしており、円柱の軸を中心に回転可能である。本実施形態においては、第２の乾燥部２２の筐体の天井面側にある可動ローラを１４ａとし、第２の乾燥部２２の筐体の底面側にある可動ローラを１４ｂとすると、集電体シートｃは、可動ローラ１４ａと可動ローラ１４ｂとを交互に順次経由してニップローラ１５に達する。
【００２２】
すなわち、可動ローラ１４ａは集電体シートｃの搬送方向を加熱部２２ａのある方向から加熱部２２ｂのある方向へと反転させ、可動ローラ１４ｂは集電体シートｃの搬送方向を加熱部２２ｂのある方向から加熱部２２ａのある方向へと反転させる。このように、可動ローラ１４ａ，１４ｂは、集電体シートｃの乾燥装置２内での搬送路を蛇行させる蛇行機構である。これにより、本実施形態に係る電極シート製造装置１では、集電体シートｃがサポートローラ１３から矢印Ａ方向に直線的にニップローラ１５まで搬送される場合よりも、集電体シートｃの乾燥装置２内での搬送路が約１０倍長くなっている。
【００２３】
乾燥装置２内で集電体シートｃの表面のスラリーが乾燥するための要素として、主に、集電体シートｃの加熱温度および加熱時間が挙げられる。したがって、乾燥装置２内の温度を所定の温度に一定に保つ場合、集電体シートｃの加熱時間、すなわち集電体シートｃが乾燥装置２内に留まる時間が重要である。集電体シートｃは等速で搬送されているため、集電体シートｃが乾燥装置２内に留まる時間は乾燥装置２内での集電体シートｃの搬送路の長さに依存する。
【００２４】
本実施形態に係る電極シート製造装置１では、第１の乾燥部２１でスラリーの表面をある程度乾燥させた後に集電体シートｃが送り込まれる第２の乾燥部２２における可動ローラ１４ａ，１４ｂによって集電体シートｃの搬送路が蛇行させられている。当該蛇行させられた集電体シートｃの搬送路は、直線的な搬送路に比べてかなり長くなる。そのため、集電体シートｃは、スラリーの表面だけでなく内部まで乾燥するのに十分に長い時間、乾燥装置２内に留まることができる。
【００２５】
一方、可動ローラ１４ａ，１４ｂが設けられていない集電体シートｃを直線的に配置する一般的な乾燥装置の場合、乾燥時間を十分に確保するためには、乾燥部分の炉長を矢印Ａ方向に長くする必要があるため、加熱部も同様に長くなる。特に、このような乾燥装置の場合、装置の清掃等のためのスペースを確保するために、集電体シートｃから天井までの距離と底面側までの距離とを十分に広げておく必要がある。そのため、一般的な乾燥装置では、本実施形態に係る乾燥装置２に比べて、乾燥させる集電体シートｃの体積に対して乾燥部の容積が大きくなり、さらに乾燥部内を所定の温度に保つために要する消費電力も大きくなる。また、乾燥装置が大型化するほど、スラリーの乾燥の時間が長くなってしまうので、消費電力の増大だけでなく、作業効率の低下も生じる。
【００２６】
また、一般的な乾燥装置の場合、図２に示した乾燥装置２と同じ炉長にすると、集電体シートｃに塗工したスラリーが十分乾燥しなくなる。このような乾燥装置では、集電体シートｃの表面のスラリーを十分に乾燥させるためには、乾燥装置内の温度を高く設定する必要があるので、結果として乾燥装置の消費電力は大きくなってしまう。また、清掃時には作業上安全な温度になるまで冷却する必要があるが、装置運転時と清掃時との温度差が大きいために作業効率も低下する。
【００２７】
したがって、本実施形態に係る電極シート製造装置１では、乾燥装置２が小型であり、かつ、乾燥装置２内の温度を高く設定する必要がないため、消費電力の低減が図れる。具体的には、電極シート製造装置１の消費電力は、乾燥対象となるスラリーの条件、電極シートの厚み、大きさ等によって異なるが、一般的な乾燥装置を用いた場合に比べて、３０〜７５％となった。また、電極シート製造装置１の設置面積は、一般的な乾燥装置を用いた場合に比べて、２０〜７５％にすることができる。
【００２８】
なお、乾燥装置２内の気圧を低くすることによっても、スラリーの乾燥を促進することが可能であり、乾燥装置２は内部を減圧するポンプ等の減圧機構を備えていてもよい。
【００２９】
可動ローラ１４ａ，１４ｂを通過した集電体シートｃは、集電体シートｃを挟持する一対のローラであるニップローラ１５に到達する。ニップローラ１５に到達した集電体シートｃの表面には、スラリーが乾燥した分散層が形成されており、電極シートが完成している。ニップローラ１５を通過した電極シートは、第２の乾燥部２２の外に出て、回収ローラ１６に巻き付けられて回収される。その後、電極シートは、各電極に切り分けられる。
【００３０】
図３は本実施形態に係る電極シート製造装置１の停止時の概略構成図である。電極シート製造装置１では、可動ローラ１４ａ，１４ｂが、図２に示す第１の位置と、図３に示す第２の位置と、を移動可能である。
【００３１】
電極シート製造装置１は、停止時に、可動ローラ１４ａ，１４ｂがともに互いに近接する方向に移動し、集電体シートｃのサポートローラ１３からニップローラ１５までの搬送路が直線的になる。この状態で、乾燥装置２内の清掃が行われる。
【００３２】
すなわち、可動ローラ１４ａ，１４ｂが乾燥装置２内の中央領域に集まっているため、可動ローラ１４ａ，１４ｂの清掃が容易となるだけでなく、熱源から遠い位置での清掃となるため安全性が向上する。
【００３３】
さらに、本実施形態に係る電極シート製造装置１では、集電体シートｃが別の集電体シートｃに手動で切り替えられる際に、供給ローラから回収ローラまでの搬送路に予め集電体シートｃが配置される。これにより、切り替え後の集電体シートｃにスラリーを塗布できるようになる。このような手動での集電体シートｃの切り替えは、図３に示すように第２の乾燥部２２内の集電体シートｃの搬送路を直線的にしておくことで安全に短時間で行うことができるようになる。
【００３４】
このように、本実施形態に係る電極シート製造装置１では、乾燥装置２内の清掃が短時間で十分に行われることが可能である。乾燥装置２内の清掃時間は、可動ローラ１４ａ，１４ｂが図２に示すような搬送路を蛇行させるような第１の位置にある場合に比べて短くなる。清掃時間は集電体シートｃの切り替え、品種の変更等の条件によっても異なるが、蛇行しているままの状態に比べて２０〜７５％となった。
【００３５】
なお、図３に示した可動ローラ１４ａ，１４ｂが第２の位置にある場合、集電体シートｃの搬送路がサポートローラ１３からニップローラ１５まで厳密に一直線状でなくてもよい。可動ローラ１４ａ，１４ｂの第２の位置は、少なくとも第１の位置よりも集電体シートｃの搬送路を短くする位置であれば、乾燥装置２内の清掃が容易となる効果が得られる。
【符号の説明】
【００３６】
１  電極シート製造装置
２  乾燥装置
１１  供給ローラ
１２  塗布部
１３  サポートローラ
１４ａ，１４ｂ  可動ローラ
１５  ニップローラ
１６  回収ローラ
２１  第１の乾燥部
２２  第２の乾燥部
２２ａ，２２ｂ  加熱部
【図１】
0005535755.tif 000002
【図２】
0005535755.tif 000003
【図３】
0005535755.tif 000004