(57)【要約】【課題】基材から剥離しにくい塗膜を形成させることが可能な乾燥装置を提供する。【解決手段】基材２の片面に塗工された塗膜３を乾燥させる乾燥装置１であり、乾燥対象である塗膜３が塗工されていない方の基材面側から基材２を加熱する加熱手段１２と、基材２を挟んで加熱手段１２の反対側から塗膜３の表面を冷却する冷却手段１３と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の片面に塗工された塗膜を乾燥させる乾燥装置であり、
乾燥対象である前記塗膜が塗工されていない方の基材面側から基材を加熱する加熱手段と、
基材を挟んで前記加熱手段の反対側から前記塗膜の表面を冷却する冷却手段と、
を有することを特徴とする、乾燥装置。
【請求項２】
前記冷却手段は、前記塗膜に向けて送風を行う送風装置であることを特徴とする、請求項１に記載の乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン電池に代表される非水電解質型二次電池の生産工程において、集電電極基材上に塗工されたスラリーの塗膜を乾燥させる乾燥装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化、軽量化の進展に伴う二次電池への高エネルギー密度化と安全性の向上が求められる中で、リチウムイオン電池は、携帯電話やパソコンなどの電子情報端末機器に多く利用されてきた。近年では、夜間電力の蓄電や、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）等に二次電池の用途が広がると共に、高容量型の需要も増えてきている。
【０００３】
このようなリチウムイオン電池のセルの生産工程の中には、特許文献１に示されるように、ロールツーロールで送られる集電電極基材上に塗工された活物質、バインダー、導電助剤および溶媒を含むスラリーの塗膜が乾燥装置によって乾燥される。この乾燥装置による塗膜の乾燥方法は、従来、特許文献１にも記載の通り、熱風などにより塗膜の表面側から加熱する方法が用いられていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−９７９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に記載されたような乾燥装置では、基材と塗膜との間の密着力が弱くなり、電池性能を発揮できなくなるおそれがあった。具体的には、活物質の塗膜内で溶媒が蒸発して乾燥する過程で、バインダーや導電助剤が活物質内を移動することにより塗膜表面に偏析して、バインダーや導電助剤の塗膜内での含有濃度分布に偏りを引き起こす、いわゆるマイグレーションの現象が生じる。このため、塗膜の乾燥後、塗膜の基材との接触面近傍におけるバインダーの含有濃度が薄くなって、塗膜の密着力が弱くなり、基材から剥離しやすくなるという問題があった。
【０００６】
特に自動車用リチウムイオン電池のように電池容量の大きいものを生産する場合は、塗膜の膜厚が厚くなるため、塗膜表面と内部との間の温度差が大きくなって上記問題が顕著に現れていた。
【０００７】
また、スラリー塗膜の表面の乾燥が進行すると、皮張りという現象が生じ、塗膜内部の乾燥をさらに阻害していた。
【０００８】
これに対し、加熱温度を低くして乾燥を行うことにより、塗膜表面と内部との間の温度差が小さくなって、塗膜表面へのバインダー偏析および塗膜の密着力の低下を抑えることができるが、その分、乾燥時間が長くなってしまい、また、基材を搬送させながら塗膜を乾燥させる場合は、乾燥装置のサイズが増大するという不都合が生じる。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、基材から剥離しにくい塗膜を形成させることが可能な乾燥装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明の乾燥装置は、基材の片面に塗工された塗膜を乾燥させる乾燥装置であり、乾燥対象である前記塗膜が塗工されていない方の基材面側から基材を加熱する加熱手段と、基材を挟んで前記加熱手段の反対側から前記塗膜の表面を冷却する冷却手段と、を有することを特徴としている。
【００１１】
上記乾燥装置によれば、加熱手段と冷却手段とを有していることにより、剥離が生じにくくなるように塗膜を乾燥させることが可能である。具体的には、加熱手段を有していることにより、塗膜は加熱手段によって加熱された基材によって加熱されるため、塗膜は基材との接触面から加熱され、乾燥する。その結果、塗膜表面へのバインダーの偏析を防ぎ、塗膜と基材との密着力の低下を防ぐことが可能である。また、さらに冷却手段を有することにより、塗膜の内部と表面との間の温度差を大きくすることができるため、塗膜表面へのバインダーの偏析をさらに防ぐことが可能である。
【００１２】
また、前記冷却手段は、前記塗膜に向けて送風を行う送風装置であると良い。
【００１３】
こうすることにより、塗膜に非接触でかつ確実に塗膜表面を冷却することが可能である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の乾燥装置によれば、基材から剥離しにくい塗膜を形成させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態における乾燥装置の概略図である。
【図２】本実施形態における塗膜の加熱形態を示す概略図である。
【図３】本実施形態における乾燥装置の適用例である。
【図４】本実施形態における乾燥装置の適用例である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態における乾燥装置の概略図である。
【００１８】
乾燥装置１は、筐体１１を有し、塗膜３が塗工された基材２が筐体１１の内部を通過する。また、筐体１１の内部には、加熱手段１２および冷却手段１３が設けられ、加熱手段１２が基材２を塗膜３が塗工されていない方の基材面側から加熱し、また、冷却手段１３が基材２を挟んで加熱手段１２の反対側から、すなわち、塗膜３が塗工された側から塗膜３の表面を冷却する。
【００１９】
また、本実施形態では、基材２は巻きだしローラおよび巻き取りローラの動作により乾燥装置１内を水平方向に搬送される。以降の説明では、基材２が搬送される方向をＸ軸方向、水平面上でＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向およびＹ軸方向と直交する方向、すなわち鉛直方向をＺ軸方向と呼ぶ。
【００２０】
基材２は、リチウムイオン電池の集電電極基材となる金属箔であり、正極を構成する場合はアルミニウム箔などが用いられ、また、負極を構成する場合は銅箔などが用いられる。この基材２は、一方向に長い帯状の形態を有し、乾燥装置１に対して上流側に基材２を巻き出す巻き出しローラが設けられ、また、下流側に塗膜３が塗工された基材２を回収する回収装置が設けられており、巻き出しローラと回収装置とが同期して稼働することにより、基材２に所定の張力が与えられながら基材２が巻き出しローラから回収装置へ搬送される。
【００２１】
塗膜３は、各極の活物質や溶媒などを含むスラリーであり、本実施形態では、スリットダイなどの塗工装置によって基材２の上面に塗工される。このスラリーには、基材２と活物質との結着性を向上させるためにバインダーと呼ばれる結着剤が含まれており、塗膜３が基材２から剥離することを防止している。また、前記スラリーには、塗膜３全体の電気抵抗を低く抑える導電助剤なども含まれている。
【００２２】
筐体１１は、底板１４、天板１５、および側板１６より構成される直方体であり中空の金属製の箱体である。
【００２３】
底板１４は、板面が水平面と平行である長方形の平板である。この底板１４の上面の近傍には、基材２を加熱する複数の加熱手段１２が設けられている。
【００２４】
天板１５は、底板１４に対向するように底板１４の上方に設けられた底板１４と同形状の平板である。この天板１５の下面の近傍には、基材２に塗工された塗膜３を冷却する複数の冷却手段１３が設けられている。
【００２５】
側板１６は、底板１４および天板１５の各辺と接続される４枚の平板であり、底板１４、天板１５、および側板１６とで箱体を構成する。また、側板１６には一対の開口部１７を有しており、この開口部１７を経由して、基材２が筐体１１の内部へ搬送され、また、筐体１１の中から搬出される。
【００２６】
加熱手段１２は、本実施形態では、熱風を発生する複数の熱風源であり、上方へ向けて熱風を出す。
【００２７】
ここで、上記の通り、それぞれの加熱手段１２は底板１４の上面近傍に設けられているため、加熱手段１２から発せられた熱風は、筐体１１の内部で基材２を下方から加熱することとなる。すなわち、基材２の塗膜３が塗工されていない側から基材２を加熱することとなる。
【００２８】
また、本実施形態では、加熱手段１２は、基材２のたわみを防いで水平に基材２を搬送するために、熱風の風圧で基材２を浮かせる役割も有している。
【００２９】
冷却手段１３は、本実施形態では、室温程度の冷風を送風する送風装置であり、下方へ冷風を出す。
【００３０】
ここで、上記の通り、それぞれの冷却手段１３は天板１５の下面近傍に設けられているため、冷却手段１３から発せられた冷風は、筐体１１の内部で基材２に塗工された塗膜３の表面およびその近傍の雰囲気を上方から冷却する。
【００３１】
次に、本実施形態における塗膜の加熱形態を図２に示す。
【００３２】
上記の通り、本実施形態では、加熱手段１２が基材２の下方（塗工対象である塗膜３が塗工されていない方の基材面側）から熱風を発し、その熱により基材２の下面を加熱する。そして、基材２が加熱手段１２から受けた熱は基材２内を伝熱し、基材２の上面（塗膜３との接触面）はほぼ全面均一な温度分布で昇温する。
【００３３】
これにより、塗膜３は、昇温した基材２の上面の熱によって、塗膜表面でなく基材２との接触面から加熱される。そして、基材２の熱は図２の矢印で示すように基材２との接触面から塗膜表面へと伝わり、塗膜３の乾燥は、基材２との接触面から塗膜表面の順番で進行する。
【００３４】
ここで、従来技術において塗膜３の表面から加熱が行われる場合は、先に乾燥が進行する表面へバインダーが偏析してしまっていたが、本実施形態では、塗膜３の表面で乾燥が開始するまでに塗膜３の内部、特に基材２との接触面近傍ではすでに乾燥が進行しているため、塗膜３の表面へのバインダーの偏析を防ぐことができる。すなわち、塗膜３の基材２との接触面近傍におけるバインダーの含有濃度の低下を防ぐことができるため、塗膜３と基材２との密着力の低下を防ぐことが可能である。
【００３５】
また、上記の通り基材２の上面（塗膜３との接触面）はほぼ全面均一な温度分布で昇温し、塗膜３を加熱するため、塗膜３において基材２との接触面の中でのバインダーの偏析も生じにくいものと考えられる。
【００３６】
また、さらに冷却装置１３が設けられていることにより、塗膜３の表面の近傍の雰囲気が加熱装置１２から発せられる熱風の熱により加熱されることを絶えず防ぎ、塗膜３の内部と表面との間の温度差を大きくすることができるため、塗膜３の表面へのバインダーの偏析をさらに防ぐことができ、その結果、塗膜３の密着力の低下を防ぎ、剥離しにくくすることができる。
【００３７】
また、仮に塗膜３が基材２との接触面から乾燥している最中に塗膜３の表面が加熱により乾燥してしまった場合、スラリー特有の現象である皮張りが生じるおそれがあるが、塗膜３の表面を冷却することにより、皮張りの発生を防ぎ、良好な塗膜３を形成することが可能である。
【００３８】
次に、本発明の乾燥装置の効果を示すために、塗膜３の表面における温度と、塗膜３と基材２との接触面における温度との温度差と塗膜３の密着力との関係の実験結果を表１に示す。
【００３９】
塗膜３の密着力の評価は、塗膜３から基材２を真上方向にはぎ取るときのピール力を評価することによって行われており、ピール力が高いほど、塗膜３の密着力が大きいことを示す。なお、塗工された塗膜３の幅（図２に示すＹ軸方向寸法）は２０ｍｍである。
【００４０】
ここで、温度の測定位置について、基材２と塗膜３との接触面の温度は直接計測することはできないため、基材２の下面の温度を計測し、これを接触面の温度の代わりとしている。これは、基材２は十分に薄いので、基材２の上面（接触面）の温度は基材２の下面の温度とほぼ等しくなると考えられるためである。なお、塗膜３の表面および基材２の下面の温度は、放射温度計によって計測している。また、乾燥時間はいずれも１００秒となるようにしている。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
表１のＮｏ．５からＮｏ．８は、基材２の下面の温度の方が塗膜３の表面における温度（表面温度）よりも高い例であり、本発明を実施した際に起こりうる例であるが、Ｎｏ．１およびＮｏ．２のように表面温度が高く、塗膜３の表面から乾燥する例に比べ、密着力が２倍以上になっていた。
【００４３】
また、密着力は、基材２の下面の温度が塗膜３の表面温度に対して高温であるほど密着力が高くなる結果となった。ただし、密着力はＮｏ．７とＮｏ．８では大差が無く、また、塗膜３の温度が１５０℃を超えると塗膜３内のバインダーが分解するおそれがある。したがって、塗膜３の温度が１５０℃を超えない範囲で基材２の下面の温度が塗膜３の表面温度に対して８５℃以上高い場合、すなわち、基材２と塗膜３との接触面の温度が塗膜３の表面温度に対して８５℃以上高い場合に、密着力の強い塗膜３を得ることができると言える。
【００４４】
次に、本実施形態における乾燥装置の適用例を図３および図４に示す。
【００４５】
図３は、基材の片面にのみ塗膜が形成される、いわゆるシングル製造と呼ばれるものへの適用例であり、このシングル製造は、リチウムイオン電池の生産分野では、モバイル機器用などの比較的パワーの小さい電池の製造用途に用いられる。
【００４６】
このシングル製造では、巻き出しローラ２１から巻き出されて搬送される基材２の片面に対してスリットダイなどの塗工装置４によって塗膜３が塗工され、この塗膜３に対して乾燥装置１が塗膜３の塗工面と反対側の面側から基材２を加熱し、塗膜３を乾燥させる。そして、乾燥が完了した塗膜３が結着した基材２は、続けて下流側の工程へ送られる。
【００４７】
ここで、乾燥装置１の個数について、塗膜３の乾燥を完了しうる炉長を有する乾燥装置１を一つだけ設けて塗膜３を乾燥させても良いが、図３に示すように複数個の乾燥装置１を並べて、塗膜３の乾燥を行っても良い。この場合、各乾燥装置間で加熱手段１２および冷却手段１３の設定温度を変え、乾燥速度を制御すると良い。たとえば、最上流の乾燥装置１において加熱手段１２の温度を高く設定して、予備加熱を行うようにすると良い。
【００４８】
図４は、基材の片面ずつに塗工および乾燥が行われ、最終的に基材の両面に塗膜が形成される、いわゆるタンデム製造と呼ばれるものへの適用例である。
【００４９】
この構成では、上述のシングル製造が２回続けて行われるような要領で塗工および乾燥が行われる。具体的には、まず巻き出しローラ２１から巻き出されて搬送される基材２の片面に対して塗工装置４によって塗膜３が塗工され、この塗膜３に対して乾燥装置１ａが塗膜３の塗工面と反対側の面側から基材２を加熱し、塗膜３を乾燥させる。塗膜３の乾燥が完了した後、今度は基材２の塗膜３が塗工されていない方の面に対して塗工装置５によって塗膜６が塗工され、この塗膜６に対して乾燥装置１ｂが塗膜６の塗工面と反対側の面側（塗膜６が塗工されていない方の基材面側、すなわち、塗膜３の塗工面側）から塗膜３および基材２を加熱し、塗膜６を乾燥させる。
【００５０】
すなわち、塗膜３に対して本発明の乾燥装置１ａが乾燥を行い、また、塗膜６に対して本発明の乾燥装置１ｂが乾燥を行うことにより、両面に塗膜が形成された基材を製造することができる。この製造方法をリチウムイオン電池のセルの生産工程に適用することにより、自動車用リチウムイオン電池のように電池容量の大きいものを生産することができる。
【００５１】
以上の乾燥装置により、基材から剥離しにくい塗膜を形成させることが可能である。
【００５２】
なお、上記の説明では、加熱手段１２を熱風源とし、熱風で基材２が加熱されているが、熱風によるものに限らず、赤外加熱、誘導加熱、蒸気過熱などで基材２を加熱する方法が用いられても良い。
【００５３】
また、冷却手段１３に関しても、上記の説明では冷風で塗膜３の表面が冷却されているが、それに限らず、水冷された金属板などを塗膜３に近接させて塗膜３の表面近傍の雰囲気を絶えず冷却する方法が用いられても良い。
【符号の説明】
【００５４】
１  乾燥装置
１ａ  乾燥装置
１ｂ  乾燥装置
２  基材
３  塗膜
４  塗工装置
５  塗工装置
６  塗膜
１１  筐体
１２  加熱手段
１３  冷却手段
１４  開口部
２１  巻き出しローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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