(57)【要約】  本発明は、高速乾燥を実現しつつ、集電箔と合剤との間の剥離強度を向上することが可能な電池用電極の製造方法及びそれに用いる塗工ダイを提供することを課題とする。電極製造工程Ｓ１は、シート状の集電箔２の表面に、電極活物質４と結着剤５とを含む合剤３を塗工し、合剤３を乾燥させて集電箔２と合剤３とを接着してなる電池用の電極１を製造する方法であって、集電箔２の一側面に、合剤３を塗工する工程と、集電箔２に塗工された合剤３を乾燥する工程とを含み、塗工工程では、集電箔２と合剤３と界面にレーザ光を照射する。これにより、低速乾燥又は高速乾燥に関わらず、合剤３内に含まれる結着剤５を集電箔２との界面で結晶化させることができる。従って、高速乾燥を実現しつつ、集電箔２と合剤３との剥離強度を向上できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の集電箔の表面に、電極活物質と結着剤とを含む合剤を塗工し、前記合剤を乾燥させて前記集電箔と合剤とを接着してなる電池用電極を製造する方法であって、
前記集電箔の一側面に、前記合剤を塗工する工程と、
前記集電箔に塗工された合剤を乾燥する工程とを含み、
前記塗工工程では、前記合剤に対してレーザ光を照射する電池用電極の製造方法。
【請求項２】
前記レーザ光は、前記合剤と集電箔との界面に照射される請求項１に記載の電池用電極の製造方法。
【請求項３】
前記合剤は、水を溶媒とするものであり、
前記レーザ光は、前記水と共鳴する波長を有する請求項１又は請求項２に記載の電池用電極の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の電池用電極の製造方法における塗工工程に用いる塗工ダイであって、
前記合剤を一時的に貯溜するマニホールドを有し、
前記レーザ光を照射するレーザ発振器は、前記マニホールドの近傍に配置される塗工ダイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池用電極の製造方法及びそれに用いる塗工ダイに関し、特に電池用電極を構成する集電箔にペースト状の合剤を塗工する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等の電池に用いられる電極は、活物質、結着剤、導電剤等を含むペースト状の合剤を集電箔上に塗工し、乾燥することによって製造されている（例えば、特許文献１参照）。
また、電極の製造工程のサイクルタイムを短縮し、電池の生産性を向上するため、並びに、乾燥設備のランニングコストを低減するため、合剤の乾燥速度を速くする要請がある。【０００３】
しかし、上記のような乾燥速度に対する要請に応えるために、従来の電極の製造工程において高速で乾燥を行った場合、合剤内で対流（マイグレーション）が起こり、電極活物質と比較して比重の軽い結着剤が合剤内で上部側（集電箔から離れる側）に偏析する。その結果、集電箔と合剤と間の剥離強度が低くなるという問題が生じる。
【特許文献１】特開２０００−３５３５１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、高速乾燥を実現しつつ、集電箔と合剤との間の剥離強度を向上することが可能な電池用電極の製造方法及びそれに用いる塗工ダイを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第一の態様である電池用電極の製造方法は、シート状の集電箔の表面に、電極活物質と結着剤とを含む合剤を塗工し、前記合剤を乾燥させて前記集電箔と合剤とを接着してなる電池用電極を製造する方法であって、前記集電箔の一側面に、前記合剤を塗工する工程と、前記集電箔に塗工された合剤を乾燥する工程とを含み、前記塗工工程では、前記合剤に対してレーザ光を照射する。【０００６】
前記レーザ光は、前記合剤と集電箔との界面に照射されることが好ましい。【０００７】
前記合剤は、水を溶媒とするものとした場合、前記レーザ光は、前記水と共鳴する波長を有することが好ましい。【０００８】
本発明の第二の態様である塗工ダイは、前記電池用電極の製造方法における塗工工程に用いるものであって、前記合剤を一時的に貯溜するマニホールドを有し、前記レーザ光を照射するレーザ発振器は、前記マニホールドの近傍に配置される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高速乾燥を実現しつつ、集電箔と合剤との間の剥離強度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電池用電極の製造工程を示す図である。
【図２】塗工ダイによる塗工形態を示す拡大図である。
【符号の説明】
【００１１】
１      電極（電池用電極）
２      集電箔
３      合剤
１０    搬送ローラ
２０    塗工ダイ
２４    レーザ発振器
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下では、図面を参照して、本発明に係る電池用電極の実施の一形態である電極１について説明する。電極１は、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等の電池に用いられる正極電極又は負極電極である。【００１３】
図１に示すように、電極１は、集電箔２の一側面（又は両側面）に、合剤３を塗工し、合剤３を乾燥させて集電箔２と合剤３とを接着した後、ロールプレス等の処理を経て製造される。
集電箔２は、シート状の金属箔からなる集電要素であり、例えばリチウムイオン二次電池の正極電極にはアルミニウム箔、負極電極には銅箔がそれぞれ用いられている。
合剤３は、電極活物質（正極活物質又は負極活物質）４、結着剤５、増粘剤６、導電剤等を含むペースト状の電極材料である。より厳密には、合剤３は、上記構成材料を均一に混練し、水又は有機溶媒でペースト化して構成される電極材料である。【００１４】
電極活物質４は、電池の正極および負極を構成する電気化学反応物質であり、電極活物質４における化学反応により充放電が行われる。正極活物質としては、リチウムと遷移金属との複合酸化物であるＬｉＭＰＯ４、ＬｉＭＯ２等が挙げられ、負極活物質としては、黒鉛、非晶質炭素等が挙げられる。
結着剤５は、電極活物質４の形状安定性を持たせるための物質であり、電極活物質４と集電箔２との結合を担う物質である。結着剤５としては、水系溶媒にはＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）、有機溶媒にはＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等、化学的および電気化学的に安定な有機高分子化合物が挙げられる。
増粘剤６は、混練時の電極活物質４の分散安定性を高める物質である。増粘剤６としては、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）等が挙げられる。
導電剤は、電極活物質４に添加して導電性を高める物質である。導電剤は、構造粘性を有する。導電剤としては、ＡＢ（アセチレンブラック）、ＣＢ（カーボンブラック）等、導電性の良い炭素或いは金属の粉末が挙げられる。
なお、合剤３の各構成材料は、上記のものに限定されるものではなく、電極１の用途等に応じて他の材料を用いても良い。【００１５】
以下に、電極１を製造する電極製造工程Ｓ１について説明する。
図１に示すように、電極製造工程Ｓ１では、搬送ローラ１０によって集電箔２を搬送しつつ、塗工ダイ２０によって合剤３を集電箔２の表面（塗工面）に塗工し、乾燥炉３０内で合剤３を乾燥させる。合剤３を乾燥させて集電箔２と接着した後は、ロールプレス等の適宜の処理を経て製品（電極１）として製造される。【００１６】
搬送ローラ１０は、所定の回転速度で回転駆動可能なローラであり、集電箔２の裏面（塗工面と反対側面）を支持しつつ搬送する。搬送ローラ１０の回転速度は、適宜の制御装置により制御されており、これにより搬送ローラ１０による集電箔２の搬送速度が制御されている。
本実施形態では、搬送ローラ１０による集電箔２の搬送速度は、高速（例えば６０（ｍ／ｍｉｎ））に設定される。【００１７】
塗工ダイ２０は、所定量の合剤３を集電箔２の表面一側に向けて吐出し、集電箔２の表面に合剤３を塗工する。塗工ダイ２０は、搬送ローラ１０により搬送される集電箔２の表面一側と対向して配置されている。
塗工ダイ２０による合剤３の吐出量は、適宜の制御装置によって制御されており、搬送ローラ１０の回転速度に応じて設定されている。【００１８】
乾燥炉３０は、集電箔２の搬送経路に沿って設けられる炉であり、所定の炉長を有する。乾燥炉３０は、集電箔２に向けて所定温度・風量（所定熱量）の熱風を集電箔２の一面（又は両面）に向けて送風することにより、集電箔２の表面に塗工された合剤３を加熱し、乾燥する。乾燥炉３０により合剤３に付与される熱量は、適宜の制御装置により制御されており、乾燥炉３０を通過した後に合剤３の含水量又は含溶媒量が所定値以下となるように設定される。【００１９】
ここで、乾燥炉３０による合剤３の乾燥速度（合剤３に含まれる水分が単位時間当たりに蒸発する割合）は、乾燥炉３０内で合剤３に付与される熱量に左右される。また、搬送ローラ１０による集電箔２の搬送速度により、乾燥炉３０内を通過する時間が変化するため、搬送ローラ１０による乾燥炉３０内の集電箔２の搬送速度も合剤３の乾燥速度に関連している。つまり、乾燥炉３０内での合剤３に含まれる溶媒の乾燥速度は、搬送ローラ１０による集電箔２の搬送速度と、乾燥炉３０により付与される単位時間あたりの熱量と、により制御されている。
本実施形態では、電極１の生産性、コスト等を考慮し、乾燥炉３０による合剤３の乾燥速度を高速に設定している。【００２０】
本実施形態において、「乾燥速度を高速に設定する」とは、乾燥炉３０内での合剤３の乾燥速度を、合剤３内でマイグレーションが発生する最低の速度より大きい速度に設定することを意味し、「乾燥速度を高速に設定する」ことにより、合剤３の乾燥時に合剤３内でマイグレーションが発生することとなる。ここで、マイグレーションとは、合剤３の乾燥時に合剤３内の水分に対流が生じて、合剤３が含有する結着剤５などの成分が合剤３内で移動する現象をいう。【００２１】
以下では、図２を参照して、塗工ダイ２０について詳細に説明する。塗工ダイ２０は、電極製造工程Ｓ１における塗工工程に用いる塗工機であり、合剤３を集電箔２に対して吐出することにより合剤３を塗工する。
図２に示すように、塗工ダイ２０は、熱伝導性の高いステンレス、アルミ等の金属製の材料からなり、本体部２１、吐出口２２、マニホールド２３、レーザ発振器２４・２４・・・・・・等を有する。【００２２】
本体部２１は、塗工ダイ２０を構成する主たる構造体である。
塗工ダイ２０において、吐出口２２、マニホールド２３は、本体部２１に形成されており、レーザ発振器２４・２４・・・は、本体部２１に着脱可能に取り付けられている。【００２３】
吐出口２２は、本体部２１の先端部に設けられるスリット状の開口であり、所定の塗工幅を有するように形成される。この吐出口２２を通じて合剤３が吐出される。吐出口２２は、本体部２１から吐出方向に向けて突出して設けられている。【００２４】
マニホールド２３は、吐出口２２に連通する空間であり、合剤３を一時的に貯溜する。マニホールド２３は、本体部２１の中途部に設けられており、吐出口２２の塗工幅と同じ幅を有する内部空間として形成されている。塗工ダイ２０に供給される合剤３は、マニホールド２３内で吐出口２２に応じた塗工幅に広げられた後、吐出口２２に向けて供給される。
なお、合剤３は常温（２５〜３０℃程度）の状態でマニホールド２３に供給されている。【００２５】
各レーザ発振器２４は、所定波長のレーザ光を生成し、生成したレーザ光を照射するための装置であり、塗工ダイ２０による合剤３の塗工中に、合剤３における集電箔２の表面との界面に向けてレーザ光を照射する。また、各レーザ発振器２４は、吐出口２２よりも集電箔２の搬送方向上流側から、合剤３の集電箔２に対する塗工部における合剤３と集電箔２との界面にレーザ光を照射する。
各レーザ発振器２４は、吐出口２２の幅方向に沿って配列された状態で本体部２１に着脱可能、かつ、角度調整可能に取り付けられており、塗工ダイ２０と集電箔２との間から、合剤３と集電箔２の界面に向けてレーザ光を照射する。レーザ光の照射を受けた合剤３の受光箇所は局所的に加熱され、係る箇所において、合剤３の乾燥又は結着剤５の結晶化が促進される。
なお、レーザ発振器２４の配置個数は限定するものではないが、レーザ発振器２４の出力、照射範囲等の性能、並びに塗工ダイ２０の塗工形態等に応じて適宜設定されている。【００２６】
以上のように、電極製造工程Ｓ１では、塗工ダイ２０を用いて合剤３を集電箔２に塗工する際に、各レーザ発振器２４から、集電箔２に塗工された合剤３における集電箔２との接触面である、合剤３と集電箔２との界面に向けてレーザ光を照射して、合剤３を局所的に加熱している。
これにより、合剤３の界面側の乾燥が促進される。つまり、集電箔２との界面側での結着剤５の固着を促進でき、結着剤５が合剤３と集電箔２との界面付近に存在し易くなるため、合剤３の結着剤５による集電箔２に対する接着強度が向上される。
従って、高速乾燥を実現しつつ、合剤３と集電箔２との剥離強度を向上できる。
また、各レーザ発振器２４からのレーザ照射により合剤３の乾燥が促進され、乾燥効率が向上するので、乾燥炉３０での乾燥時間を短縮できる。また、乾燥炉３０の炉長を短くすることもできる。【００２７】
さらに、塗工ダイ２０による合剤３の塗工時に、各レーザ発振器２４からレーザ光を照射することにより、乾燥炉３０内で乾燥される前、かつ、塗工ダイ２０から塗工された直後に合剤３における集電箔２との界面側が乾燥されることとなる。
集電箔２に塗工された合剤３を乾燥炉３０内で高速乾燥する場合、前述のように合剤３内でマイグレーションが発生し、特に塗工された合剤３が集電箔２の上面に配置される姿勢で集電箔２を搬送すると、マイグレーションにより合剤３内の結着剤５が合剤３の表層側（合剤３と集電箔２との界面から離れる側）に移動し易くなるが、塗工された直後の合剤３における集電箔２との界面側をレーザ光の照射により乾燥することで、乾燥炉３０内での高速乾燥に際して、結着剤５が合剤３内で発生するマイグレーションの影響を受けて集電箔２との界面側から離間することが抑制されるので、高速乾燥に付随して発生するマイグレーションの結着剤５に対する影響を小さくできる。
従って、合剤３にマイグレーションが発生する速度以上の乾燥速度で乾燥した場合にも、乾燥後の合剤３と集電箔２との剥離強度を向上できるため、乾燥速度を高速にすることができる。ひいては、乾燥炉３０内での合剤３の乾燥効率を向上できるため、乾燥時間を短縮できる、若しくは、乾燥炉３０の炉長を短くできるため、乾燥炉３０のランニングコストを低減できる。【００２８】
また、各レーザ発振器２４から照射されるレーザ光は、集電箔２と合剤３との界面に対して鈍角に入射するように設定されることが好ましく、特に、集電箔２と合剤３との界面に対して直角に近い角度で入射するように設定されることが好ましい。つまり、各レーザ発振器２４から照射されるレーザ光が集電箔２の表面と成す角度が大きい方が好ましい。
これによれば、合剤３のレーザ光の吸収効率を向上でき、合剤３の乾燥効率を向上できる。さらに、反射率の高い金属箔からなる集電箔２上でのレーザ光の反射を抑制できるため、レーザ発振器２４の出力を低く抑えることができる。【００２９】
また、本実施形態に係るレーザ発振器２４としては、半導体レーザ、ガスレーザ等を採用することができる。レーザ出力的な観点からはガスレーザを用いることが好ましく、コスト的な観点からは半導体レーザを用いることが好ましい。
半導体レーザとしては、例えば、波長が短く、高出力のレーザ光を照射可能な青外線レーザ、紫外線レーザ、又は波長の長い赤外線レーザのうち何れか一つ、若しくはこれらの組み合わせを採用することができる。つまり、電極製造工程Ｓ１に用いる合剤３の種類、構成材料等に応じて上記の半導体レーザから最適なものを選択することが可能である。【００３０】
例えば、レーザ発振器２４として青外線レーザ又は紫外線レーザを用いる場合は、合剤３の結着剤５に含まれるＣ−Ｃ結合を良好に破壊し、結着剤５の結晶化（重合）を促進できるという利点がある。
本実施形態では、以上のような特性を考慮し、波長４０５ｎｍ、光出力３００ｍＷ、連続出力２００ｍＷ、パルス出力４５０ｍＷの紫外線レーザをレーザ発振器２４として用いている。【００３１】
また、合剤３として水系ペースト（言い換えれば、溶媒を水としてペースト化したもの）を用いた場合は、水と共鳴する波長を有する半導体レーザをレーザ発振器２４として用いることが特に好ましい。
係る場合、レーザ光の照射により合剤３に含まれる水が共鳴し、効率的に合剤３を加熱することができ、レーザ発振器２４の出力エネルギーを低く抑えることができる。そのような半導体レーザとしては、例えば２．８５μｍの波長を有するＩｎＧａＡｓＳｂ量子井戸レーザが挙げられる。
但し、合剤３として水系ペーストを用い、かつ、レーザ発振器２４として青外線レーザ又は紫外線レーザを用いた場合にも、レーザ光の照射により合剤３の乾燥を促進するという作用は担保される。【００３２】
また、図２に示すように、各レーザ発振器２４は、塗工ダイ２０の本体部２１の外周側に突出する部位（塗工ダイ２０の本体部２１の外周に延設される部位であって、集電箔２側に向けて突出する部位）に取り付けられており、マニホールド２３の近傍に配置されている。
マニホールド２３には、上記のように常温状態の合剤３が供給され続けるため、マニホールド２３内の合剤３が各レーザ発振器２４に対するチラーとして機能する。つまり、発熱体であるレーザ発振器２４の発熱が、塗工ダイ２０の本体部２１に伝達され、さらにマニホールド２３に供給される合剤３によって熱が吸収される構成である。
これにより、別途の冷却手段を用いることなく、レーザ発振器２４を効率良く冷却することができるため、レーザ発振器２４の温度上昇に起因する出力低下を抑制できる。
従って、レーザ発振器２４の高出力化を図れる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、電池用の電極を製造する工程に利用可能であり、特に、電極製造工程が高速で乾燥する工程を含む場合に適している。
【図１】
2010122601.tif 000003
【図２】
2010122601.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月11日(2010.3.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の集電箔の表面に、電極活物質と結着剤とを含む合剤を塗工し、前記合剤を乾燥させて前記集電箔と合剤とを接着してなる電池用電極を製造する方法であって、
前記集電箔の一側面に、前記合剤を塗工する工程と、
前記集電箔に塗工された合剤を乾燥する工程とを含み、
前記塗工工程では、前記合剤と集電箔との界面に対してレーザ光を照射し、
前記乾燥工程では、前記合剤内でマイグレーションが発生する最低速度よりも大きい速度で乾燥する電池用電極の製造方法。
【請求項２】
前記合剤は、水を溶媒とするものであり、
前記レーザ光は、前記水と共鳴する波長を有する請求項１に記載の電池用電極の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電池用電極の製造方法における塗工工程に用いる塗工ダイであって、
前記合剤を一時的に貯溜するマニホールドを有し、
前記レーザ光を照射するレーザ発振器は、前記マニホールドの近傍に配置される塗工ダイ。
【国際調査報告】
2010122601.tif 000005
2010122601.tif 000006