(57)【要約】【課題】バインダーの偏在を抑制できる電極シート製造装置を提供する。【解決手段】集電箔Ｓに電極ペーストＰを塗工し、塗工した電極ペーストＰを乾燥させることにより電極シートを製造する電極シート製造装置１００であって、電極ペーストＰを、常温以上かつ電極ペーストＰに含まれる溶媒の揮発温度以下の予熱温度Ｔ０で予熱する加熱ユニット１１０と、加熱ユニット１１０によって予熱された電極ペーストＰを、集電箔Ｓに塗工するスロットダイ１２０と、スロットダイ１２０によって塗工された電極ペーストＰを、予熱温度Ｔ０と略同一の第一乾燥温度Ｔ１で乾燥させる第一乾燥炉１３０と、第一乾燥炉１３０によって乾燥させた電極ペーストＰを、電極ペーストＰに含まれる溶媒の揮発温度以上の第二乾燥温度Ｔ２で乾燥させる第二乾燥炉１４０と、を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電箔に電極ペーストを塗工し、塗工した電極ペーストを乾燥させることにより電極シートを製造する電極シート製造装置であって、
前記電極ペーストを、常温以上かつ前記電極ペーストに含まれる溶媒の揮発温度以下の予熱温度で予熱する予熱手段と、
前記予熱手段によって予熱された前記電極ペーストを、集電箔に塗工する塗工手段と、
前記塗工手段によって塗工された前記電極ペーストを、前記予熱温度と略同一の第一乾燥温度で乾燥させる第一乾燥手段と、
前記第一乾燥手段によって乾燥させた前記電極ペーストを、前記電極ペーストに含まれる溶媒の揮発温度以上の第二乾燥温度で乾燥させる第二乾燥手段と、
を具備する、
電極シート製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電極シート製造装置であって、
前記第一乾燥手段は、前記電極ペーストに含まれる溶媒量が１５ｗｔ％減少するまで、塗工された前記電極ペーストを、前記予熱温度と略同一の第一乾燥温度で乾燥させる、
電極シート製造装置。
【請求項３】
集電箔に電極ペーストを塗工し、塗工した電極ペーストを乾燥させることにより電極シートを製造する電極シート製造方法であって、
前記電極ペーストを、常温以上かつ前記電極ペーストに含まれる溶媒の揮発温度以下の予熱温度で予熱する予熱工程と、
前記予熱工程にて予熱された前記電極ペーストを、集電箔に塗工する塗工工程と、
前記塗工工程にて塗工された前記電極ペーストを、前記予熱温度と略同一の第一乾燥温度で乾燥させる第一乾燥工程と、
前記第一乾燥工程にて乾燥させた前記電極ペーストを、前記電極ペーストに含まれる溶媒の揮発温度以上の第二乾燥温度で乾燥させる第二乾燥工程と、
を具備する、
電極シート製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の電極シート製造方法であって、
前記第一乾燥工程では、前記電極ペーストに含まれる溶媒量が１５ｗｔ％減少するまで、塗工された前記電極ペーストを、前記予熱温度と略同一の第一乾燥温度で乾燥させる、
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、電極シート製造装置及び電極シート製造方法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電極シートは、例えば二次電池を構成する帯状のシートであって、電極シートの芯材となる集電箔の表面に電極ペーストを塗工したものである。電極ペーストとは、活物質やバインダー（結着材）等の粉体を有機溶剤等の希釈溶媒で分散して構成されるペースト状の材料である。電極シート製造装置は、二次電池の製造工程において、集電箔に電極ペーストを塗工し、塗工された電極ペーストを乾燥させて、集電箔の表面に電極合材層を形成する装置である（例えば、特許文献１）。
【０００３】
電極ペーストには、集電箔と電極ペーストに含まれる活物質等とを結着させるためのバインダー（結着材）が含まれている。例えば、電極ペーストを強熱乾燥させると、バインダーが電極ペーストの表面に移動し、電極ペーストと集電箔との境界に存在するバインダーが少なくなる現象が発生する。このように、電極ペーストの表面側にバインダーが偏在する現象を、バインダーの偏在（マイグレーション）という。
【０００４】
バインダーの電極ペースト表面側への偏在が生じると、製造された電極シートにおける集電箔と電極合材層との密着力が低減する。集電箔と電極合材層との密着力が低減すると、集電箔から電極合材層が剥がれやすくなる。集電箔から電極合材層が剥がれやすくなると、二次電池のサイクル特性が低下する。そこで、電極シート製造装置及び電極シート製造方法の分野では、バインダーの偏在を抑制することが課題となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３２９４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は、バインダーの偏在を抑制できる電極シート製造装置及び電極シート製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
即ち、請求項１においては、集電箔に電極ペーストを塗工し、塗工した電極ペーストを乾燥させることにより電極シートを製造する電極シート製造装置であって、前記電極ペーストを、常温以上かつ前記電極ペーストに含まれる溶媒の揮発温度以下の予熱温度で予熱する予熱手段と、前記予熱手段によって予熱された前記電極ペーストを、集電箔に塗工する塗工手段と、前記塗工手段によって塗工された前記電極ペーストを、前記予熱温度と略同一の第一乾燥温度で乾燥させる第一乾燥手段と、前記第一乾燥手段によって乾燥させた前記電極ペーストを、前記電極ペーストに含まれる溶媒の揮発温度以上の第二乾燥温度で乾燥させる第二乾燥手段と、を具備するものである。
【０００９】
請求項２においては、請求項１に記載の電極シート製造装置であって、前記第一乾燥手段は、前記電極ペーストに含まれる溶媒量が１５ｗｔ％減少するまで、塗工された前記電極ペーストを、前記予熱温度と略同一の第一乾燥温度で乾燥させるものである。
【００１０】
請求項３においては、集電箔に電極ペーストを塗工し、塗工した電極ペーストを乾燥させることにより電極シートを製造する電極シート製造方法であって、前記電極ペーストを、常温以上かつ前記電極ペーストに含まれる溶媒の揮発温度以下の予熱温度で予熱する予熱工程と、前記予熱工程にて予熱された前記電極ペーストを、集電箔に塗工する塗工工程と、前記塗工工程にて塗工された前記電極ペーストを、前記予熱温度と略同一の第一乾燥温度で乾燥させる第一乾燥工程と、前記第一乾燥工程にて乾燥させた前記電極ペーストを、前記電極ペーストに含まれる溶媒の揮発温度以上の第二乾燥温度で乾燥させる第二乾燥工程と、を具備するものである。
【００１１】
請求項４においては、請求項３に記載の電極シート製造方法であって、前記第一乾燥工程では、前記電極ペーストに含まれる溶媒量が１５ｗｔ％減少するまで、塗工された前記電極ペーストを、前記予熱温度と略同一の第一乾燥温度で乾燥させるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電極シート製造装置及び電極シート製造方法によれば、電極シートにおけるバインダーの偏在を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る製造装置の全体的な構成を示した構成図。
【図２】本発明の実施形態に係る製造工程の流れを示したフロー図。
【図３】同じく製造工程における電極ペーストの粘度及び温度の時系列変化を示したグラフ図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を用いて、電極シート製造装置１００について説明する。
【００１５】
電極シート製造装置１００は、本発明の電極シート製造装置の実施形態である。電極シート製造装置１００は、集電箔Ｓに電極ペーストＰを塗工し、塗工した電極ペーストＰを乾燥させて、集電箔Ｓの表面に電極合材層を形成することにより、電極シートを製造する装置である。電極ペーストＰは、活物質、結着材（バインダー）、増粘材及び希釈溶媒を含んだスラリー（流動体）で構成されている。
【００１６】
電極シート製造装置１００は、タンク１０５と、予熱手段としての加熱ユニット１１０と、フィルタ１１５と、塗工手段としてのスロットダイ１２０と、第一乾燥手段としての第一乾燥炉１３０と、第二乾燥手段としての第二乾燥炉１４０と、を具備している。
【００１７】
タンク１０５は、活物質、結着材、増粘材及び希釈溶媒が混練された電極ペーストＰを貯溜するものである。タンク１０５からスロットダイ１２０までは、搬送管によって接続されている。なお、タンク１０５では、特に貯溜される電極ペーストＰの温度管理等を行わないものとする。
【００１８】
加熱ユニット１１０は、電熱線の熱によって、電極ペーストＰが予熱温度Ｔ０になるように予熱するものである。予熱温度Ｔ０は、常温以上かつ電極ペーストＰに含まれる溶媒の揮発温度以下の温度とされている。
【００１９】
常温とは、常に一定した温度、恒温、特に冷やしたり、熱したりしない温度、平常の温度または一年中の平常の温度である。本実施形態では、常温は、３０℃とされている。
【００２０】
溶媒の揮発温度とは、溶媒を湿度５０％の環境下で一日（２４時間）放置した場合の残有溶媒変化率が１％となる保管温度（周囲温度かつ電極ペーストＰの温度）である。本実施形態では、電極ペーストＰの溶媒の揮発温度は６０℃である。
【００２１】
加熱ユニット１１０は、電極ペーストＰを３０℃以上かつ６０℃以下の範囲で加熱できるように構成されている。本実施形態では、予熱温度Ｔ０は６０℃とされている。
【００２２】
フィルタ１１５は、電極ペーストＰに混ざり込んだ固形物又は異物を取り除くものである。フィルタ１１５は、搬送管の途上に設けられている。
【００２３】
スロットダイ１２０は、ダイヘッドから電極ペーストＰを押し出しながら集電箔Ｓに塗工するものである。スロットダイ１２０の構成について、詳しくは説明を省略する。
【００２４】
第一乾燥炉１３０は、集電箔Ｓに塗工された電極ペーストＰを、第一乾燥温度Ｔ１の環境下で、電極ペーストＰ中の溶媒量が１５ｗｔ％減少するまで乾燥させる炉である。第一乾燥炉１３０では、空気をヒータで加熱して第一乾燥温度Ｔ１の熱風として炉内に供給する構成とされている。第一乾燥温度Ｔ１は、加熱ユニット１１０の予熱温度Ｔ０と略同一の温度とされている。本実施形態では、第一乾燥温度Ｔ１は６０℃とされている。
【００２５】
第二乾燥炉１４０は、第一乾燥炉１３０によって乾燥された電極ペーストＰを、第二乾燥温度Ｔ２の環境下で、さらに乾燥させる炉である。第二乾燥炉１４０の通過後には、電極ペーストＰ中の溶媒が全て揮発し（溶媒量が０％となる）、集電箔Ｓ上に電極合材層が形成される。第二乾燥炉１４０では、空気をヒータで加熱して第二乾燥温度Ｔ２の熱風として炉内に供給する構成とされている。第二乾燥温度Ｔ２は、電極ペーストＰに含まれる溶媒の揮発温度を超える温度とされている。本実施形態では、第二乾燥温度Ｔ２は、１２０℃とされている。
【００２６】
図２を用いて、電極シート製造工程Ｓ１００の流れについて説明する。
【００２７】
電極シート製造工程Ｓ１００は、本発明の電極シート製造方法の実施形態である。電極シート製造工程Ｓ１００は、電極シート製造装置１００によって、集電箔Ｓに電極ペーストＰを塗工し、塗工した電極ペーストＰを乾燥させて、集電箔Ｓの表面に電極合材層を形成することにより、電極シートを製造する工程である。
【００２８】
電極シート製造工程Ｓ１００は、予熱工程Ｓ１１０と、塗工工程Ｓ１２０と、第一乾燥工程Ｓ１３０と、第二乾燥工程Ｓ１４０と、を具備している。
【００２９】
予熱工程Ｓ１１０では、加熱ユニット１１０によって、電極ペーストＰを、予熱温度Ｔ０で予熱する工程である。予熱温度Ｔ０は、常温以上かつ電極ペーストＰに含まれる溶媒の揮発温度以下の温度とされている。本実施形態では、常温は３０℃とされ、電極ペーストＰの溶媒の揮発温度は６０℃であり、予熱温度Ｔ０は６０℃とされている。
【００３０】
塗工工程Ｓ１２０では、スロットダイ１２０によって、予熱工程Ｓ１１０にて予熱された電極ペーストＰを、集電箔Ｓに塗工する工程である。
【００３１】
第一乾燥工程Ｓ１３０では、第一乾燥炉１３０によって、塗工工程Ｓ１２０にて塗工された電極ペーストＰを、第一乾燥温度Ｔ１の環境下で、電極ペーストＰ中の溶媒量が１５ｗｔ％減少するまで乾燥させる工程である。第一乾燥温度Ｔ１は、加熱ユニット１１０の予熱温度Ｔ０と略同一の温度とされている。本実施形態では、第一乾燥温度Ｔ１は６０℃とされている。
【００３２】
第二乾燥工程Ｓ１４０では、第二乾燥炉１４０によって、第一乾燥工程Ｓ１３０にて乾燥させた電極ペーストＰを、第二乾燥温度Ｔ２の環境下でさらに乾燥させて、集電箔Ｓ上に電極合材層を形成する工程である。第二乾燥温度Ｔ２は、電極ペーストＰに含まれる溶媒の揮発温度を超える温度とされている。本実施形態では、第二乾燥温度Ｔ２は、１２０℃とされている。
【００３３】
図３を用いて、電極シート製造工程Ｓ１００における作用について説明する。
図３の上段は、各工程における電極ペーストＰの温度の時系列変化を示している。図３の下段は、各工程における電極ペーストＰの粘度の時系列変化を示している。なお、粘度の高低については、無次元化している。
【００３４】
予熱工程Ｓ１１０において、電極ペーストＰは、加熱ユニット１１０によって、常温の３０℃から予熱温度Ｔ０（６０℃）まで予熱される。一般的に、スラリーは、温度の高いほど、粘度が低下することが分かっている。そのため、電極ペーストＰの粘度は、予熱されるに従って低くなる。
【００３５】
塗工工程Ｓ１２０においては、電極ペーストＰは、スロットダイ１２０によって、集電箔Ｓに塗工される。一般的に、スラリーは、所定の粘度以下でなければ、適正な塗工を行うことが困難であることが分かっている。塗工工程Ｓ１２０では、電極ペーストＰは、予熱工程Ｓ１１０において十分に予熱されているため、適正に塗工できる程度に十分低い粘度となっている。なお、塗工工程Ｓ１２０では、電極ペーストＰの温度及び粘度は、特に変化しない。
【００３６】
第一乾燥工程Ｓ１３０においては、電極ペーストＰは、第一乾燥炉１３０にて第一乾燥温度Ｔ１（６０℃）の熱風によって、溶媒量が１５ｗｔ％減少するまで乾燥する。このとき、第一乾燥温度Ｔ１（６０℃）と予熱温度Ｔ０（６０℃）とが略同等温度とされているので、第一乾燥工程Ｓ１３０において、電極ペーストＰの表面と内部とでは温度変化がなく、対流現象が抑制されている。
【００３７】
対流現象とは、温度差によって、溶媒が電極ペーストの下方（電極ペーストＰと集電箔Ｓとの境界付近）から上方（表面側）へ移動することである。例えば、電極ペーストＰが常温のまま乾燥炉に搬送され強熱乾燥されると、電極ペーストＰの上方と、電極ペーストＰの下方との温度差が生じる。電極ペーストＰの上方と、電極ペーストＰの下方との温度差が生じると、その温度差によって対流が生じ、溶媒が下方から上方へ移動する。
【００３８】
対流現象によって下方の溶媒が上方へ移動すると、溶媒の下方から上方への移動に伴い、バインダー（結着材）が下方から上方へ移動する。バインダーが下方から上方へ移動すると、電極ペーストＰの上方にバインダーが偏在することとなる。
【００３９】
ここで、第一乾燥温度Ｔ１（６０℃）と予熱温度Ｔ０（６０℃）とが略同等温度とされている。そして、予熱温度Ｔ０は、常温以上かつ電極ペーストＰに含まれる溶媒の揮発温度以下の温度とされている。つまり、第一乾燥温度Ｔ１は、電極ペーストＰに含まれる溶媒の揮発温度以下である。このように、溶媒の揮発温度以下で、溶媒量が１５ｗｔ％減少するまで乾燥させることによって、溶媒における毛管現象の発生が抑制されている。
【００４０】
溶媒における毛管現象とは、電極ペーストＰの表面からの溶媒の抜け（揮発）によって、電極ペーストＰ内の溶媒が電極ペーストＰの下方（電極ペーストＰと集電箔Ｓとの境界付近）から上方（表面側）へ移動することである。例えば、電極ペーストＰが強熱乾燥されると、電極ペーストＰの上方の溶媒のみが電極ペーストＰの表面から急激に抜けていく。上方の溶媒のみが電極ペーストＰの表面から抜けていくと、下方の溶媒が上方へ移動する。
【００４１】
毛管現象によって下方の溶媒が上方へ移動すると、溶媒の下方から上方への移動に伴い、バインダー（結着材）が下方から上方へ移動する。バインダーが下方から上方へ移動すると、上方にバインダーが偏在することとなる。
【００４２】
第一乾燥工程Ｓ１３０では、電極ペーストＰから急激に溶媒が抜けることがないため、電極ペーストＰの粘度は緩やかな傾きで上昇する。また、第一乾燥工程Ｓ１３０では、電極ペーストＰの温度は、第一乾燥温度Ｔ１（６０℃）に維持されたまま、特に変化しない。
【００４３】
第二乾燥工程Ｓ１４０においては、電極ペーストＰは、第二乾燥炉１４０の内部で第二乾燥温度Ｔ２（１２０℃）の熱風によって乾燥する。第二乾燥工程Ｓ１４０においては、電極ペーストＰは、十分な高温の環境下で乾燥される。このとき、電極ペーストＰは、溶媒量の１５ｗｔ％以上が第一乾燥工程Ｓ１３０において既に抜けているので、毛管現象が発生することはない。
【００４４】
第二乾燥工程Ｓ１４０では、電極ペーストＰの温度は、第二乾燥温度Ｔ２（１２０℃）まで上昇し、維持される。また、第二乾燥工程Ｓ１４０では、電極ペーストＰの粘度は、溶媒の抜けが開始するまで急激に下降し、その後、溶媒の抜けが開始されると急激に上昇する。
【００４５】
電極シート製造工程Ｓ１００の効果について説明する。
電極シート製造工程Ｓ１００によれば、電極ペーストＰのバインダーの偏在を抑制できる。
【００４６】
すなわち、第一乾燥温度Ｔ１（６０℃）と予熱温度Ｔ０（６０℃）とが略同等温度とされているので、第一乾燥工程Ｓ１３０において、対流現象が抑制される。ひいては、電極ペーストＰ内におけるバインダーの偏在を抑制できる。
【００４７】
また、第一乾燥工程Ｓ１３０において、電極ペーストＰに含まれる溶媒の揮発温度以下の第一乾燥温度Ｔ１によって、電極ペーストＰは溶媒量が１５ｗｔ％減少するまで乾燥するので、毛管現象が抑制される。ひいては、電極ペーストＰ（製造された電極シートの電極合材層）内でのバインダーの偏在を抑制できる。
【００４８】
バインダーの偏在を抑制することによって、製造された電極シートにおける集電箔Ｓと電極合材層との密着力が低減することがない。集電箔Ｓと電極合材層との密着力が低減することがないため、集電箔Ｓから電極合材層が剥がれることがない。集電箔Ｓから電極合材層が剥がれることがないため、二次電池のサイクル特性が低下することがない。
【符号の説明】
【００４９】
１００    電極シート製造装置
１１０    加熱ユニット
１２０    スロットダイ
１３０    第一乾燥炉
１４０    第二乾燥炉
Ｐ        電極ペースト
Ｓ        集電箔
Ｓ１００  電極シート製造工程
Ｓ１１０  予熱工程
Ｓ１２０  塗工工程
Ｓ１３０  第一乾燥工程
Ｓ１４０  第二乾燥工程
Ｔ０      予熱温度
Ｔ１      第一乾燥温度
Ｔ２      第二乾燥温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
2013101838.tif 000005