JP2010182621A - 電極製造装置及び電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 炉長を短くし，炉の容積及び表面積を小さくすることにより，熱効率に優れるとともに，ゆっくり乾燥することのできる電極製造装置及び電極の製造方法を提供すること。
【解決手段】 電極製造装置１００に，巻出し部１０と，第１炉端部２０と，乾燥炉３０と，第２炉端部８０と，巻取り部９０とを設ける。第１炉端部２０に，電極箔２の第１面を塗工する第１塗工部２７と，第２面を塗工する第２塗工部２８とを設ける。また，電極製造装置１００に，電極箔の進行方向を反転させるとともに，角度をつけて折り返すことにより，その幅方向位置を変位させる折り返し用ローラ対２５，２６，８５，８６を設ける。これにより，塗工後の電極箔２を，乾燥炉３０の内部を少なくとも１往復半にわたって移動させる。
【選択図】図２

Description

本発明は，二次電池用電極の電極製造装置及び電極の製造方法に関する。さらに詳細には，乾燥炉の炉長が短い電極製造装置及び電極の製造方法に関するものである。

リチウムイオン二次電池等の二次電池の電極として，電極箔に活物質を塗布したものが用いられることがある。このような電極の製造においては，ロール状の電極箔に，活物質やバインダを混練した塗工材を塗工した後，塗工層を乾燥させる。そのために，塗工後の電極箔を乾燥炉中で搬送しながら乾燥することが一般的である。

電極箔の乾燥において急激な乾燥を行った場合，塗工層の膜厚内部で塗工材の対流，あるいは気泡の発生が起こりうる。それらに伴って，塗工材の電極箔側に存在していた結着材（バインダ）が，塗工層の表面付近に移動することがある（マイグレーション）。このバインダは，電極箔に活物質の層を結着させるためのものである。マイグレーションが生じると，乾燥後の塗工層においてバインダが塗工層の表面付近に偏在することとなる。その結果，塗工層内部における電極箔との境目付近では逆に，バインダが不足することとなる。

そのような電極を用いた電池では，使用時に電極箔と塗工層との境目で剥離が生じやすい。その境目付近において，バインダの不足による剥離強度の低下が生じているためである。一方，電池の使用時に塗工層内部では，イオンの吸蔵・放出により活物質の体積変化が繰り返し生じる。この剥離強度の低下と，活物質の体積変化とにより，活物質層の剥離が生じるのである。剥離した活物質の表面では化学反応が起こらないので，電池性能は低下する。よって，電池性能の確保のために，好適な乾燥条件の下での乾燥が求められる。すなわち，十分な乾燥時間を確保して，徐々に乾燥させる必要があるのである。

一方，電極箔の搬送において，乾燥前の塗工層にローラを接触させると，塗工材がローラに付着してしまう。このため，塗工後の電極箔は，未乾燥の塗工層の反対側の面でローラに接触するように搬送する必要がある。よって，電極箔は，乾燥炉内で一方向に向かって搬送されることが多い（特許文献１の図１参照）。この場合，乾燥炉の長さと乾燥炉内での電極箔の搬送経路の長さとは，大きく変わらない。

特開２００７−１４１５４０号公報

そのため，十分な乾燥時間を確保しつつ電極箔の搬送を行うために，全体として炉長の長い乾燥炉を用いる必要があった。このように炉長の長い乾燥炉では，設置する場所に制約がある。また，このように大きな乾燥炉では，炉の容積や表面積が大きく，熱効率が悪かった。そして，両面塗工を行う場合には，さらに乾燥炉が大きいことになる。

本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，炉長を短くし，炉の容積及び表面積を小さくすることにより，熱効率に優れるとともに，ゆっくり乾燥することのできる電極製造装置及び電極の製造方法を提供することである。

この課題の解決を目的としてなされた本発明の電極製造装置は，帯状の電極箔に塗工材を塗工する塗工部と，塗工部で塗工を受けた電極箔をその長手方向に搬送しつつ塗工層を乾燥させる乾燥部とを有する電極製造装置において，電極箔における，乾燥部で乾燥させる塗工層の反対側の面に接触して電極箔の進行方向を反転させる，少なくとも２つの反転部を有し，反転部は，電極箔の進行方向を反転させるとともに，その幅方向に角度をつけて折り返すことにより，その幅方向位置を変位させるものであり，乾燥部は，電極箔が，反転部による進行方向の反転により，少なくとも１往復半にわたって移動させられている間に塗工層を乾燥させるものである。かかる電極製造装置は，電極箔を反転させて乾燥炉内を往復させることにより，十分な乾燥時間をかけて塗工層を乾燥させることができる。また，乾燥炉が小さくなり，熱効率もよい。

上記に記載の電極製造装置において，塗工部として，電極箔の第１面に塗工する第１塗工部と，電極箔の第２面に塗工する第２塗工部とがあり，乾燥部として，第１塗工部による塗工層を乾燥させる第１乾燥部と，第２塗工部による塗工層を乾燥させる第２乾燥部とがあり，第２塗工部は，第１乾燥部による乾燥後の電極箔に対して塗工を行うものであり，第１乾燥部および第２乾燥部にそれぞれ，少なくとも２つの反転部が設けられているとなおよい。電極箔の両面に塗工し，より十分な乾燥時間をかけて塗工層を乾燥させることができるからである。

上記に記載の電極製造装置において，第１塗工部および第２塗工部は，第１乾燥部における電極の往復運動に対して同じ側に設けられているとよい。作業効率に優れているためである。

また，本発明の電極の製造方法は，帯状の電極箔に塗工材を塗工した後に，その電極箔を長手方向に搬送しつつ塗工層を乾燥させる電極の製造方法において，乾燥の途中で電極箔の進行方向を，その幅方向に角度をつけて折り返してその幅方向位置を変位させつつ反転させることにより，少なくとも２回変更して搬送し，電極箔を少なくとも１往復半にわたって移動させる間に塗工層を乾燥させるものである。かかる電極の製造方法は，より十分な塗工層の乾燥時間をとり，塗工層を徐々に乾燥させることができる。

本発明によれば，炉長を短くし，炉の容積及び表面積を小さくすることにより，熱効率に優れるとともに，ゆっくり乾燥することのできる電極製造装置及び電極の製造方法が提供されている。

本発明の電極製造装置により製造される１条塗工の電極の幅方向の断面を示す断面図である。 本発明の電極製造装置を説明するための正面からみた投影図である。 本発明の電極製造装置における第１電極搬送区間を説明するための上方からみた投影図である。 本発明の電極製造装置における第２電極搬送区間を説明するための上方からみた投影図である。 本発明の電極製造装置における第３電極搬送区間を説明するための上方からみた投影図である。 本発明の電極製造装置における第４電極搬送区間を説明するための上方からみた投影図である。 本発明の電極製造装置により製造される３条塗工の電極の幅方向の断面を示す断面図である。 本発明の電極製造装置における塗工装置の別の配置例を説明するための図である。 本発明の電極製造装置における塗工部の別の配置例を説明するための正面からみた投影図である。

以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，リチウムイオン二次電池用電極の電極製造装置及び電極の製造方法について，本発明を具体化したものである。

［二次電池用電極］
本形態の電極製造装置により製造されるリチウムイオン二次電池用電極について説明する。本形態の電極製造装置により製造される電極１は，図１の断面図に示すように，帯状の電極箔２の両面に塗工層３を塗工したものである。図１は，電極１の幅方向の断面を示した断面図である。塗工層３は，塗工材を塗工した後に乾燥させることにより，電極箔２に結着されてできた活物質の層である。塗工層３は，電極箔２の幅方向の中心付近に塗工されており，幅方向の両端は非塗工部である。そして，図中上側の塗工層３の塗工幅は，図中下側の塗工層３の塗工幅と同じである。また，図中上側の塗工層３の幅方向の位置は，図中下側の塗工層３の幅方向の位置と同じである。すなわち，図中上側の塗工層３は，図中下側の塗工層３の真裏の位置にある。

電極１には，正極及び負極の２種類がある。リチウムイオン二次電池の正極には，電極箔２としてアルミ箔等を用いることができる。また，正極の塗工層３に用いられる塗工材は，ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２），マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ_２），コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）等のリチウム複合酸化物などの正極活物質である。リチウムイオン二次電池の負極には，電極箔２として銅箔等を用いることができる。また，負極の塗工層３に用いられる塗工材は，非晶質炭素，難黒鉛化炭素，易黒鉛化炭素，黒鉛等の炭素系物質などの負極活物質である。

正極と負極とでは，前述したように材料は異なるが，電極箔２及び塗工層３の幅や厚み等は大差ない。さらに正極も負極も，図１に示したように電極箔２の両面に塗工層３を塗工したものであることに変わりない。このため，本形態の二次電池用の電極製造装置は，リチウムイオン二次電池の正極も負極も製造することができるものである。よって，以下特に正極と負極とを区別しないで電極１として説明する。

［電極製造装置］
本形態に係るリチウムイオン二次電池用の電極製造装置１００は，電極箔２に塗工層３となる塗工材を塗工し，その塗工材を乾燥させて電極１を製造する装置である。電極製造装置１００は，図２に示すように，巻出し部１０と，第１炉端部２０と，乾燥炉３０と，第２炉端部８０と，巻取り部９０とを有している。巻出し部１０は，電極箔２を巻き出し，第１炉端部２０に供給するための電極箔供給部である。第１炉端部２０は，巻出し部１０から乾燥部３０への電極箔２の搬送と，乾燥中の電極箔２の折り返しとを行うものである。また，第１炉端部２０には，電極箔２に塗工する第１塗工部２７と，第２塗工部２８とが設けられている。乾燥炉３０は，塗工された電極箔２の塗工材を乾燥させるための乾燥部である。第２炉端部８０は，乾燥中の電極箔２の折り返しと，乾燥後の電極箔２の巻取り部９０への回収とを行うものである。巻取り部９０は，電極１を巻き取るための電極回収部である。

巻出し部１０には，図２に示すように，電極箔リール１２を設置するための回転軸１１が設けられている。電極箔リール１２は，未塗工の電極箔２をロール状に巻きとったものである。このため，電極箔リール１２は回転軸１１を中心に回転可能なものである。よって，電極箔２は，その長手方向に引っ張られるのにつられて，電極箔リール１２から巻き出されることとなる。なお，電極箔リール１２は，電極箔２が全て巻き出された場合など，適宜取り替えられるようになっている。また，電極箔リール１２を巻出し部１０に２以上設置できるようにしてもよい。さらに，一つの電極箔リール１２の電極箔２の最後端と，他の電極箔リール１２の電極箔２の最前端とをつなぎあわせて通紙し，電極箔２を通紙する作業を効率的に行うようにしてもよい。

第１炉端部２０は，図２に示すように，第１塗工部２７と，第２塗工部２８と，折り返し用ローラ対２５，２６とを有している。第１塗工部２７は，第１面塗工用ダイ２１と第１面塗工用バックアップローラ２２とを有するものである。ここで第１面とは，電極製造装置１００において電極箔２の最初に塗工される面である。第２塗工部２８は，第２面塗工用ダイ２３と第２面塗工用バックアップローラ２４とを有するものである。ここで第２面とは，第１面の反対側の面のことであり，第１面を塗工された後に塗工される面である。

第１面塗工用ダイ２１は，電極箔２の第１面に塗工材を塗布するための塗工液供給装置である。第１面塗工用バックアップローラ２２は，第１面の塗工時に電極箔２を支持するためのローラである。第２面塗工用ダイ２３は，電極箔２の第２面に塗工材を塗布するための塗工液供給装置である。第２面塗工用バックアップローラ２４は，第２面の塗工時に電極箔２を支持するためのローラである。

第１面塗工用ダイ２１と，第２面塗工用ダイ２２とは，ともに第１炉端部２０の内部に配置されている。このため，塗工液供給装置への塗工液の補充等の効率はよい。第１面塗工用ダイ２１は，活物質を含む塗工材を電極箔２に所定の幅で，かつ所定の厚みで塗工するためのものである。このため，第１面塗工用ダイ２１と第１面塗工用バックアップローラ２２とは，塗工層３の厚みを再現できるようにわずかな隙間をあけて配置されている。同様に，第２面塗工用ダイ２３は，第２面塗工用バックアップローラ２４とわずかな隙間をあけて配置されている。ただし，第２面塗工用ダイ２３と第２面塗工用バックアップローラ２４との隙間の間隔は，第１面塗工用ダイ２１と第１面塗工用バックアップローラ２２との隙間の間隔に比べて，既に塗工されている第１面の塗工層３の乾燥後の厚みの分だけ余分に開けられている。

乾燥炉３０は，図２に示すように，エアノズル３３と，従動ローラ３４，３５とを有するものである。また，乾燥炉３０の搬送経路は，４段構成をなしている。この４段構成の搬送経路は，図中上から第１電極搬送区間４０，第２電極搬送区間５０，第３電極搬送区間６０，第４電極搬送区間７０の順に配置されている。第１電極搬送区間４０は，電極箔２を第１炉端部２０から第２炉端部８０へ向かう向き，すなわち図中の矢印Ｉの向きに搬送する区間である。第２電極搬送区間５０は，電極箔２を第２炉端部８０から第１炉端部２０へ向かう向き，すなわち図中の矢印Ｊの向きに搬送する区間である。第３電極搬送区間６０は，電極箔２を第２炉端部８０から第１炉端部２０へ向かう向き，すなわち図中の矢印Ｎの向きに搬送する区間である。第４電極搬送区間７０は，電極箔２を第１炉端部２０から第２炉端部８０へ向かう向き，すなわち図中の矢印Ｍの向きに搬送する区間である。第１電極搬送区間４０及び第２電極搬送区間５０は，電極箔２の第１面の塗工層３の乾燥を行うための第１面乾燥部３１をなしている。第３電極搬送区間６０及び第４電極搬送区間７０は，電極箔２の第２面の塗工層３の乾燥を行うための第２面乾燥部３２をなしている。

エアノズル３３は，第１電極搬送区間４０と，第２電極搬送区間５０と，第３電極搬送区間６０と，第４電極搬送区間７０とを通過する電極箔２及び塗工層３に熱風を吹き付けるためのノズルである。また，エアノズル３３は，乾燥炉３０内部の電極箔２の搬送経路に沿って，一定の間隔をおいて配置されている。そして，エアノズル３３から噴出される熱風の風量分布は，幅方向に一様である。従動ローラ３４，３５は，第１電極搬送区間４０または第３電極搬送区間６０において，電極箔２を支えるローラである。

第２炉端部８０は，折り返し用ローラ対８５，８６と，従動ローラ８７とを有している。折り返し用ローラ対８５は，電極箔２を第１電極搬送区間４０から第２電極搬送区間５０へ折り返して搬送する反転部である。また，折り返し用ローラ対８５は，第１炉端部２０の折り返し用ローラ対２５と対になっている。折り返し用ローラ対２５は，電極箔２を第２電極搬送区間５０から第１電極搬送区間４０へ折り返して搬送する反転部である。折り返し用ローラ対８６は，電極箔２を第４電極搬送区間７０から第３電極搬送区間６０へ折り返して搬送する反転部である。また，折り返し用ローラ対８６は，第１炉端部２０の折り返し用ローラ対２６と対になっている。折り返し用ローラ対２６は，電極箔２を第３電極搬送区間６０から第４電極搬送区間７０へ折り返して搬送する反転部である。折り返し用ローラ対２５，２６，８５，８６はそれぞれ，上下のローラを有するローラ対である。これらは，電極箔２を折り返して進行方向を反転させる際に，幅方向にわずかに角度をつけて折り返すようになっている。詳細については後述する。

巻取り部９０には，図２に示すように，電極巻取りリール９２を設置するための回転軸９１が設けられている。電極巻取りリール９２は，塗工して乾燥した後の電極１をロール状に巻きとるものである。電極巻取りリール９２は，モータ等の駆動源から駆動を受けるようになっている。これにより，塗工済みの電極箔２を巻き取ることができるようになっている。なお，電極巻取りリール９２は，電極１の製造において，適宜取り替えられるようになっている。また，電極巻取りリール９２は２以上配置できるようになっていてもよい。また，製造された電極１をスリットにより，分割する装置を配置してもよい。

［搬送経路］
ここで，本形態の電極製造装置１００における電極箔２の搬送経路について，図２〜図６により説明する。まず，乾燥炉３０の内部での４段の搬送経路について説明する。第１電極搬送区間４０は，折り返し用ローラ対２５の上側のローラから折り返し用ローラ対８５の上側のローラにわたる搬送経路である。第２電極搬送区間５０は，折り返し用ローラ対２５の下側のローラから折り返し用ローラ対８５の下側のローラにわたる搬送経路である。第３電極搬送区間６０は，折り返し用ローラ対２６の上側のローラから折り返し用ローラ対８６の上側のローラにわたる搬送経路である。第４電極搬送区間７０は，折り返し用ローラ対２６の下側のローラから折り返し用ローラ対８６の下側のローラにわたる搬送経路である。

第１電極搬送区間４０を図３に示す。図３は，図２の上方から第１炉端部２０と，第１電極搬送区間４０と，第２炉端部８０とを投影した投影図である。なお，参考のために，第２電極搬送区間５０を二点鎖線で示している。第１塗工部２７は，第１炉端部２０内で図３中下側，すなわち図２中の手前側に，第２塗工部２８は，第１炉端部２０内で図３中上側，すなわち図２中の奥側に配置されている。第１塗工部２０には，図３中下方から，折り返し用ローラ対２５ａ，折り返し用ローラ対２５ｂがこの順に配置されている。また，第２塗工部８０には，図３中下方から，折り返し用ローラ対８５ａ，折り返し用ローラ対８５ｂ，折り返し用ローラ対８５ｃがこの順に配置されている。つまり，図２中の折り返し用ローラ対２５，８５は，平面図では，それぞれ複数配置されているものである。

第１電極搬送区間４０は，第１面乾燥部３１の上段である。第１面乾燥部３１は，電極箔２の第１面の塗工層３を，第１塗工部２７の箇所から第２塗工部２８の箇所に至るまで搬送する間に乾燥させる乾燥区間である。第１電極搬送区間４０は，図３に示すように，搬送経路４１，４２，４３からなっている。搬送経路４１，４２，４３は，第１炉端部２０から第２炉端部８０へ向かう向き，すなわち図２及び図３の矢印Ｉの向きに電極箔２を搬送する経路である。そしてこれらは，第１塗工部２７の側から第２塗工部２８の側，すなわち図３中下方から上方に，搬送経路４１，搬送経路４２，搬送経路４３の順に位置している。

搬送経路４１は，第１面塗工用バックアップローラ２２から折り返し用ローラ対８５ａに向かって電極箔２を搬送する経路である。搬送経路４１の搬送方向は，第１面塗工用バックアップローラ２２の回転軸と垂直な方向である。第１面塗工用ダイ２１による第１面の好適な塗工を行うことができるように，搬送による塗工位置や塗工幅への影響を最小限に抑えるためである。搬送経路４２は，折り返し用ローラ対２５ａから折り返し用ローラ対８５ｂに向かって電極箔２を搬送する経路である。搬送経路４３は，折り返し用ローラ対２５ｂから折り返し用ローラ対８５ｃに向かって電極箔２を搬送する経路である。

なお，折り返し用ローラ対２５ａ，２５ｂ，８５ａ，８５ｂ，８５ｃは，電極箔２の進行方向を反転させるとともに，電極箔２の幅方向位置を変位させるように，その幅方向に角度をつけて折り返すようになっている。ここで，幅方向とは電極箔２の幅方向であり，図３の矢印Ｐの方向である。この角度の変更は，例えば，折り返し用ローラ対８５の下側のローラの中心軸を，上側のローラの中心軸に対して，水平面内で首を振るように傾けることにより行うことができる。すなわち，折り返し用ローラ対２５，８５は，電極箔２の進行方向を折り返して反転させるとともに，元の進行方向から角度をつけた方向を新たな進行方向とするものである。そして，乾燥炉３０を１往復する間に，電極箔２の幅方向の位置は，元の位置から幅方向にずれた位置となっている。

第２電極搬送区間５０を図４に示す。図４は，図２の上方から第１炉端部２０と，第２電極搬送区間５０と，第２炉端部８０とを投影した投影図である。なお，参考のために，第１電極搬送区間４０を二点鎖線で示している。折り返し用ローラ対２５ａ，２５ｂ，８５ａ，８５ｂ，８５ｃの配置は，図３と同様である。

第２電極搬送区間５０は，第１面乾燥部３１の下段である。第２電極搬送区間５０は，図４に示すように，搬送経路５１，５２，５３からなっている。搬送経路５１，５２，５３は，第２炉端部８０から第１炉端部２０へ向かう向き，すなわち図２及び図４の矢印Ｊの向きに電極箔２を搬送する経路である。そしてこれらは，第１塗工部２７の側から第２塗工部２８の側，すなわち図４中下方から上方に，搬送経路５１，搬送経路５２，搬送経路５３の順に位置している。

搬送経路５１は，折り返し用ローラ対８５ａから折り返し用ローラ対２５ａに向かって電極箔２を搬送する経路である。搬送経路５２は，折り返し用ローラ対８５ｂから折り返し用ローラ対２５ｂに向かって電極箔２を搬送する経路である。搬送経路５３は，折り返し用ローラ対８５ｃから第２面塗工用バックアップローラ２４に向かって電極箔２を搬送する経路である。搬送経路５３の搬送方向は，第２面塗工用バックアップローラ２４の回転軸と垂直な方向である。第２面塗工用ダイ２３による第２面の好適な塗工を行うことができるように，搬送による塗工位置や塗工幅への影響を最小限に抑えるためである。

なお，折り返し用ローラ対２５ａ，２５ｂ，８５ａ，８５ｂ，８５ｃは，電極箔２の進行方向を反転させるとともに，電極箔２の幅方向位置を変位させるように，その幅方向に角度をつけて折り返すようになっている。

このように，本形態の電極製造装置１００は，第１面を塗工した電極箔２を，搬送経路４１，搬送経路５１，搬送経路４２，搬送経路５２，搬送経路４３，搬送経路５３の順に，乾燥炉３０の内部を往復させながら，図３中上向きに移動させていく。すなわち，電極箔２を，第１面乾燥部３１にわたって，全体として螺旋状に搬送するのである。

第３電極搬送区間６０を図５に示す。図５は，図２の上方から第１炉端部２０と，第３電極搬送区間６０と，第２炉端部８０とを投影した投影図である。なお，参考のために，第４電極搬送区間７０を二点鎖線で示している。第１塗工部２７は，第１炉端部２０内で図５中下側，すなわち図２中の手前側に，第２塗工部２８は，第１炉端部２０内で図５中上側，すなわち図２中の奥側に配置されている。第１塗工部２０には，図５中下方から，折り返し用ローラ対２６ａ，折り返し用ローラ対２６ｂ，折り返し用ローラ対２６ｃがこの順に配置されている。また，第２塗工部８０には，図５中下方から，折り返し用ローラ対８６ａ，折り返し用ローラ対８６ｂ，折り返し用ローラ対８６ｃがこの順に配置されている。つまり，図２中の折り返し用ローラ対２６，８６は，平面図では，それぞれ複数配置されているものである。

第３電極搬送区間６０は，第２面乾燥部３２の上段である。第２面乾燥部３２は，電極箔２の第２面の塗工層３を，第２塗工部２８の箇所から巻取り部９０に至るまで搬送する間に乾燥させる乾燥区間である。第３電極搬送区間６０は，図５に示すように，搬送経路６１，６２，６３からなっている。搬送経路６１，６２，６３は，第２炉端部８０から第１炉端部２０へ向かう向き，すなわち図２及び図５の矢印Ｎの向きに電極箔２を搬送する経路である。そしてこれらは，第２塗工部２８の側から第１塗工部２７の側，すなわち図５中上方から下方に，搬送経路６１，搬送経路６２，搬送経路６３の順に位置している。

搬送経路６１は，折り返し用ローラ対８６ｃから折り返し用ローラ対２６ｃに向かって電極箔２を搬送する経路である。搬送経路６２は，折り返し用ローラ対８６ｂから折り返し用ローラ対２６ｂに向かって電極箔２を搬送する経路である。搬送経路６３は，折り返し用ローラ対８６ａから折り返し用ローラ対２６ａに向かって電極箔２を搬送する経路である。なお，折り返し用ローラ対２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，８６ａ，８６ｂ，８６ｃは，電極箔２の進行方向を反転させるとともに，電極箔２の幅方向位置を変位させるように，その幅方向に角度をつけて折り返す。

第４電極搬送区間７０を図６に示す。図６は，図２の上方から第１炉端部２０と，第４電極搬送区間７０と，第２炉端部８０とを投影した投影図である。なお，参考のために，第３電極搬送区間６０を二点鎖線で示している。折り返し用ローラ対２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，８６ａ，８６ｂ，８６ｃの配置は，図５と同様である。

第４電極搬送区間７０は，第２面乾燥部３２の下段である。第４電極搬送区間７０は，図６に示すように，搬送経路７１，７２，７３，７４からなっている。搬送経路７１，７２，７３，７４は，第１炉端部２０から第２炉端部８０へ向かう向き，すなわち図２及び図６の矢印Ｍの向きに電極箔２を搬送する経路である。そしてこれらは，第２塗工部２８の側から第１塗工部２７の側，すなわち図６中上方から下方に，搬送経路７１，搬送経路７２，搬送経路７３，搬送経路７４の順に位置している。

搬送経路７１は，第２面塗工用バックアップローラ２４から折り返し用ローラ対８６ｃへ向かう向きに電極箔２を搬送する経路である。搬送経路７１の搬送方向は，第２面塗工用バックアップローラ２４の回転軸と垂直な方向である。第２面塗工用ダイ２３による第２面の好適な塗工を行うことができるように，搬送による塗工位置や塗工幅への影響を最小限に抑えるためである。搬送経路７２は，折り返し用ローラ対２６ｃから折り返し用ローラ対８６ｂへ向かう向きに電極箔２を搬送する経路である。搬送経路７３は，折り返し用ローラ対２６ｂから折り返し用ローラ対８６ａへ向かう向きに電極箔２を搬送する経路である。搬送経路７４は，折り返し用ローラ対２６ａから従動ローラ８７へ向かう向きに電極箔２を搬送する経路である。

なお，折り返し用ローラ対２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，８６ａ，８６ｂ，８６ｃは，電極箔２の進行方向を反転させるとともに，電極箔２の幅方向位置を変位させるように，その幅方向に角度をつけて折り返す。また，乾燥しおえた電極１を図２中右側に配置されている巻取り部９０に搬送するために，搬送経路７４が設けられている。

このように，本形態の電極製造装置１００は，第２面を塗工した電極箔２を，搬送経路７１，搬送経路６１，搬送経路７２，搬送経路６２，搬送経路７３，搬送経路６３，搬送経路７４の順に乾燥炉３０の内部を往復させながら，図５中下向きに移動させていく。すなわち，電極箔２を，第２面乾燥部３２にわたって，全体として螺旋状に搬送するのである。

続いて，電極箔２の通過する順を追って搬送経路を説明する。電極箔２は，図２に示すように，巻出し部１０の電極箔リール１２から，図中の矢印Ｆの向きに巻き出される。次に，電極箔２は，第１炉端部２０に搬送される。そして，矢印Ｇの向きに第１面塗工用ダイ２１と，第１面塗工用バックアップローラ２２とが対面している箇所を通過する。このとき，電極箔２の第２面は，第１面塗工用バックアップローラ２２と接触している。そして第１面は，第１面塗工用ダイ２１の側を向いている。よって，電極箔２の第１面が塗工されるのである。

この後，矢印Ｈに沿う方向に乾燥炉３０に搬送される。このとき，塗工された電極箔２の第１面は，図２中の上側を向いている。そして，電極箔２の未塗工の第２面は，図２中の下側を向いている。このため，電極箔２の未塗工の第２面が，電極箔２の搬送を補助する従動ローラ３４に接触することとなる。このとき塗工層３は，螺旋状の搬送経路の外側を向いた状態で乾燥されることとなるのである。

次に，電極箔２は，図２中の矢印Ｉの向き，すなわち第１電極搬送区間４０を第１炉端部２０から第２炉端部８０に向かう向きに搬送される。このとき電極箔２は，図３に示すように，第１電極搬送区間４０の搬送経路４１を通過する。

次に，電極箔２は，折り返し用ローラ対８５の箇所に達する。このとき，塗工された電極箔２の第１面は，図２中の上側を向いている。そして，電極箔２の未塗工の第２面は，図２中の下側を向いている。このため，電極箔２の未塗工の第２面が，折り返し用ローラ対８５に接触することとなる。そして，電極箔２は，折り返し用ローラ対８５により，その進行方向を幅方向に角度をつけて反転される。

よって，電極箔２は，図４に示すように，第２電極搬送区間５０の搬送経路５１を，図中の矢印Ｊの向きに通過する。次に，電極箔２は，折り返し用ローラ対２５により，再び進行方向を反転される。そして電極箔２は，図３の搬送経路４２を，図中の矢印Ｉの向きに通過するのである。

この後電極箔２は，図４の搬送経路５２，図３の搬送経路４３，図４の搬送経路５３の順に搬送される。つまり，塗工された電極箔２は，折り返し用ローラ対２５，８５により折り返されながら乾燥炉３０の内部を往復しながら，第１面乾燥部３１に沿って螺旋状に搬送されるのである。この搬送の間，電極箔２の第１面は，螺旋状の外側を向いている。よって，第１面の塗工層３が従動ローラ３４や折り返し用ローラ対２５，８５などのローラに接触することはない。

このように，第１面を塗工された電極箔２は，乾燥炉３０の内部を折り返しローラにより進行方向を変えられながら往復する。そして，その搬送経路は，往復する度に図３及び図４の図中下方から上方に向かって螺旋状に搬送されるのである。また，その際に，未乾燥の第１面は，螺旋の外側を向いている。よって，第１面の塗工層３はローラに接触することがない。

電極箔２は，搬送経路５３を通過した後，再び第１炉端部２０に搬送される。このときには，電極箔２の第１面の塗工層３は十分に乾燥している。そして図２の矢印Ｋの向きに搬送され，第２面塗工用ダイ２３の箇所に至る。このとき，電極箔２の乾燥済みの塗工層３は，第２面塗工用バックアップローラ２４に接触している。しかし，塗工層３は十分に乾燥しているため，塗工層３の塗工材が第２面塗工用バックアップローラ２４に付着することはない。そして第２面は，第２面塗工用ダイ２３のほうを向いている。よって，電極箔２の第２面に塗工される。ここで，第２面を塗工された電極箔２は，図２の矢印Ｌの向きに搬送され，再び乾燥炉３０の内部の第４電極搬送区間７０に搬送される。

次に，電極箔２は，第４電極搬送区間７０を第１炉端部２０から第２炉端部８０に向かう向き，すなわち図２中の矢印Ｍの向きに搬送される。このとき電極箔２は，図６に示すように，第４電極搬送区間７０の搬送経路７１を通過する。

次に，電極箔２は，折り返し用ローラ対８６の箇所に達する。このとき折り返し用ローラ対８６に接触するのは，既に塗工層３が乾燥した第１面である。そして，電極箔２は，折り返し用ローラ対８６により，進行方向を反転される。このため電極箔２は，図５に示すように，第３電極搬送区間６０の搬送経路６１を通過する。よって，電極箔２は，第３電極搬送区間６０を第２炉端部８０から第１炉端部２０に向かう向き，すなわち図２中の矢印Ｎの向きに搬送される。

次に，電極箔２は，折り返し用ローラ対２６の箇所に達し，再び進行方向を反転される。このため，電極箔２は，再び図２中の矢印Ｍの向き，すなわち第４電極搬送区間７０を第１炉端部２０から第２炉端部８０に向かう向きに搬送される。ただし，このとき電極箔２は，図６の搬送経路７２を通過するのである。

この後電極箔２は，図５の搬送経路６２，図６の搬送経路７３，図５の搬送経路６３，図６の搬送経路７４の順に搬送される。すなわち，塗工された電極箔２は，折り返し用ローラ対２６，８６により折り返されながら往復し，第２面乾燥部３２にわたって，全体として螺旋状に搬送されるのである。

このように本形態の電極製造装置１００においては，電極箔２の第１面を塗工した後，乾燥炉３０を長さ方向に３往復する。一方，本形態のように螺旋状に搬送しない電極製造装置において，同じ搬送速度，すなわち同じ生産能率で設備を稼働させた場合，この設備の乾燥炉の全長は，本形態の電極製造装置１００の６倍となる。また，螺旋状に搬送しない電極製造装置において，同じ炉長の乾燥炉の内部に同じ時間滞在させて乾燥させる場合，搬送速度は６倍にできる。すなわち生産効率は６倍となる。そして，折り返しローラにより電極箔２を折り返す回数，すなわち螺旋状に巻き返す回数は，任意である。よって，電極製造装置１００の乾燥炉における生産能率は，より高いものとすることができる。

本形態の電極製造装置１００は，乾燥時に搬送される電極箔２の搬送経路を螺旋状にした。このため，炉長が短くなり，乾燥炉の容積が小さくなった。これにより，熱効率に優れ，また十分な乾燥時間をかけて，徐々に塗工層３を乾燥させることのできる電極製造装置が実現されている。また，第１面塗工用ダイと第２面塗工用ダイとが，同じ第１炉端部２０にあるため，作業者の作業性に優れている。これにより，熱効率及び作業性に優れた電極製造装置が実現されている。

［電極の製造方法］
ここで，本形態の電極の製造方法について説明する。まず，電極箔２を巻出し部１０の電極箔リール１２から第１炉端部２０，乾燥炉３０を経て巻取り部９０の電極巻取りリール９２に至るまでの搬送経路に沿って通紙する。次に，モータにより電極巻取りリール９２を駆動する。これにより，電極箔２は搬送経路に沿って搬送される。

次に，第１面塗工用ダイ２１により電極箔２の第１面に塗工材を塗布する。このとき電極箔２は，テンションを加えられているため，バックアップローラ２２に押し付けられている。その状態のまま，第１面塗工用ダイ２１は，塗工材を電極箔２の第１面に，所定の幅及び厚さで塗布する。

このとき塗布する塗工材は，活物質の他にバインダ等を混練した塗工液である。本形態の電極の製造方法においては，十分な乾燥時間を確保して，徐々に乾燥させることができる。よって，このような剥離強度の低下のおそれはない。

続いて，第１面に塗工材を塗布された電極箔２は，乾燥炉３０の第１電極搬送区間４０に搬送される。第１面乾燥部３１では，エアノズル３３から吹き付けられる熱風により，電極箔２及び第１面の塗工層３の温度は上昇する。これにより，塗工材の水分は蒸発する。よって，それに伴って第１面の塗工層３は徐々に乾燥する。そして，エアノズル３３から吹き付けられる熱風の温度や風量は，エアノズル毎に異なる値に調整されている。徐々に乾燥するためである。この乾燥により，第１面の塗工層３は電極箔２に結着する。そして，この乾燥工程においてバインダの偏析は生じない。適切な乾燥条件の下で塗工材を乾燥させることができるからである。

次に，第２面塗工用ダイ２３により電極箔２の第２面に塗工材を塗布する。このとき電極箔２は，テンションを加えられているため，バックアップローラ２４に押し付けられている。第１面の塗工層３は，既に乾燥しているため，バックアップローラ２４に接触しても塗工材がバックアップローラ２４に付着することはない。また，塗工層３が電極箔２から剥離することもない。そしてその状態のまま，第２面塗工用ダイ２３は，塗工材を電極箔２の第２面に，所定の幅及び厚さで塗布する。このとき，第２面塗工用ダイ２３は，第１面の真裏の位置を狙って塗工材を塗布する。

続いて，第２面に塗工材を塗布された電極箔２は，乾燥炉３０の第４電極搬送区間７０に搬送される。第２面乾燥部３２では，エアノズル３３から吹き付けられる熱風により，電極箔２及び第２面の塗工層３の温度は上昇する。これにより，塗工材の水分は蒸発する。それに伴って第２面の塗工層３は徐々に乾燥する。そして，エアノズル３３から吹き付けられる熱風の温度や風量は，エアノズル毎に異なる値に調整されている。徐々に乾燥するためである。この乾燥により，第２面の塗工層３は電極箔２に結着する。そして，この乾燥工程においてバインダの偏析は生じない。適切な乾燥条件の下で塗工材を乾燥させることができるからである。この乾燥において，電極箔２の第１面の温度も上昇する。しかし，電極箔２の第１面は，第２面に塗工材を塗布する前に十分に乾燥している。このため，第１面と第２面とで水分率等の乾燥状況に大きな差はない。

以上のように，電極箔２の両面に塗工層３を塗工された電極１は，巻取り部９０の電極巻取りリール９２に巻き取られる。これにより，ロール状のリチウムイオン二次電池用の電極が製造された。このように製造された電極をもとに，捲回，扁平プレス，缶挿入，注液等の工程を経て，リチウムイオン二次電池を製造することができる。

本形態の電極の製造方法は，電極製造装置１００において，電極箔２の両面に塗工層３を塗工した後，その塗工層３を乾燥するものである。そして，乾燥炉３０の内部で，電極箔２を，塗工層３が螺旋の外側を向くように，螺旋状に搬送して塗工層３を乾燥させるものである。このため，塗工層３を徐々に，かつ十分に乾燥させることのできる電極の製造方法が実現されている。

ここで，比較のために，電極箔２に塗工した塗工材を急激に乾燥させた場合について説明する。この場合，バインダの分布が不均一となるおそれがある。塗工層３の膜厚内部において，塗工層３と電極箔２との境目付近に存在していたバインダが，塗工層３の膜厚の表面付近に移動するためである。これは，塗工層３の膜厚内部の領域で，対流が生じたり，蒸発による気泡が発生したりすることにより生じる。このような条件下で乾燥された電極１においては，バインダが塗工層３の表面に偏析している（マイグレーション）。

このようなバインダの偏析（マイグレーション）が生じると，塗工層３の膜厚内部における電極箔２との境目付近の剥離強度が低下する。剥離強度の低下した電極は，製品としての電池使用時にリチウムイオンの吸蔵・放出に起因する塗工層３の体積変化に耐えられなくなり，塗工層３が電極箔２から剥離するおそれがある。これでは，十分な電極反応が行われず，満足な電池性能を発揮できなくなってしまう。

ここで，本形態の変形例について説明する。本形態の電極製造装置１００により製造される電極１は，図１に示すように，１条塗工のものとした。しかし，２条以上の塗工層を塗工してもよい。例として，図７に３条塗工の電極５を示す。電極５は，電極箔６の両面に塗工層７を塗工したものである。この場合においても，電極５を製造するための電極製造装置１００の基本的構成は変わらない。

また，本形態の電極製造装置１００において，図２に示したように，折り返し用ローラ対２５，２６，８５，８６を乾燥炉３０の外部においた。しかし，折り返し用ローラ対２５，２６，８５，８６が耐熱性を備えていれば，乾燥炉３０の内部に配置しても構わない。また，電極箔２の搬送にあたり，電極箔２の幅方向の位置を微調整する機構を適宜設けてもよい。そしてその役割を折り返し用ローラ対２５，２６，８５，８６が担うこととしてもよい。その場合，折り返し用ローラ対２５，２６，８５，８６が，首を振るように中心軸を傾けることができるようにすればよい。

本形態の電極製造装置１００では，第１面塗工用ダイ２１及び第２面塗工用ダイ２３を，図２に示したように横置きに設置した。しかし，図８に示すように，第１面塗工用ダイ２１及び第２面塗工用ダイ２３を，電極箔の下側から塗工するような位置に配置してもよい。また，斜めに傾いていてもよい。

また，本形態では，電極箔２を搬送するために，乾燥炉３０の内部に従動ローラ３４，３５を設置した。しかし，従動ローラ３４，３５を設置する代わりに，上下から熱風を電極箔２に吹きつけるように，エアノズル３３を電極箔２の搬送経路の上下に，交互に配置してもよい。このとき，電極箔２の下側に配置されたエアノズル３３から噴出される熱風は，電極箔２を浮かせた状態にする。このように電極箔２を浮かせるようにして搬送を行っても，電極箔２を折り返して搬送できることに変わりない。

また，乾燥炉３０において塗工層３を乾燥させるために，乾燥炉３０の内部にエアノズル３３を配置した。しかし，エアノズル３３を設ける代わりに，もしくはエアノズルとともに，赤外線加熱器やその他の加熱器を設けてもよい。塗工層３を加熱して乾燥させることに変わりないからである。また，電極箔リール１２や電極巻取りリール９２を複数設置できるようにしてもよい。また，第１電極搬送部と第２電極搬送部とを分離する仕切りを設けてもよい。

また，本形態では，電極箔２を，第１面乾燥部３１の内部を３往復にわたって移動させ，第２面乾燥部３２の内部を３往復半にわたって移動させた。しかし，乾燥炉３０の内部を１往復半にわたって移動させるだけでも構わない。この場合において，折り返し用ローラ対は各乾燥部に２つあればよい。また，電極箔２を，２往復以上にわたって移動させてもよい。

以上，詳細に説明したように，本実施の形態に係る電極製造装置１００は，塗工後の未乾燥の電極箔の搬送を，角度をつけて折り返すことによりその進行方向を変える反転部を有するものである。これにより，電極箔の幅方向位置を変位させて乾燥炉３０の内部を螺旋状に搬送することができるようになった。このため，炉長が短くなり，乾燥炉の容積が小さくなった。これにより，熱効率に優れた電極製造装置が実現されている。また，第１面塗工用ダイと第２面塗工用ダイとが，同じ第１炉端部２０にあるため，作業性に優れている。よって，熱効率及び作業性に優れた電極製造装置が実現されている。

また，本形態の電極の製造方法は，電極製造装置１００において，電極箔２の両面に塗工層３を塗工した後，その塗工層３を乾燥するものである。そして，乾燥炉３０の内部で，電極箔２を，塗工層３が螺旋の外側を向くように，螺旋状に搬送して塗工層３を乾燥させるものである。このため，電極箔２を乾燥炉３０の内部に，より長い時間滞在させることにより，塗工層３を徐々に，十分に乾燥させることのできる電極の製造方法が実現されている。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，電極製造装置１００により製造される電極は，リチウムイオン二次電池用の電極に限らない。すなわち，電極製造装置１００により，その他の電池用の電極を製造することもできる。また，第２電極搬送区間５０を第１電極搬送区間４０の上方に設けてもよい。乾燥時間を確保できることに変わりないからである。また，電極製造装置で行う塗工は，片面のみであってもよい。その場合は，第２面を塗工するためのダイやバックアップローラや搬送部は必要ない。そして，第１電極搬送部の下流の位置に，巻取り部を配置すればよい。

また，各々のエアノズル３３は，その設置箇所に応じて異なる温度，異なる風量の熱風を電極箔２に送風することができるようにしてもよい。塗工層３の塗工材の温度または水分率等に応じて，好適な乾燥条件の下で塗工層３の乾燥を行うことができるからである。また，第１塗工部２７と第２塗工部２８とを，第１炉端部２０に配置した。しかし，第１塗工部２７または第２塗工部２８のいずれか一方，もしくは両方を第２炉端部に配置してもよい。例として，図９に，２つの塗工部を乾燥炉の両端に配置した例の断面図を示す。また，反転部は，電極箔２の進行方向を反転させるものであれば，ローラに限らない。

１，５…電極
２，６…電極箔
３，７…塗工層
１０…巻出し部
２０…第１炉端部
２１…第１面塗工用ダイ
２２…第１面塗工用バックアップローラ
２３…第２面塗工用ダイ
２４…第２面塗工用バックアップローラ
２５，２６，８５，８６…折り返し用ローラ対
２７…第１塗工部
２８…第２塗工部
３０…乾燥炉
３１…第１面乾燥部
３２…第２面乾燥部
３３…エアノズル
４０…第１電極搬送区間
５０…第２電極搬送区間
６０…第３電極搬送区間
７０…第４電極搬送区間
８０…第２炉端部
９０…巻取り部
１００…電極製造装置

Claims (4)

1. 帯状の電極箔に塗工材を塗工する塗工部と，前記塗工部で塗工を受けた電極箔をその長手方向に搬送しつつ塗工層を乾燥させる乾燥部とを有する電極製造装置において，
   電極箔における，前記乾燥部で乾燥させる塗工層の反対側の面に接触して電極箔の進行方向を反転させる，少なくとも２つの反転部を有し，
   前記反転部は，電極箔の進行方向を反転させるとともに，その幅方向に角度をつけて折り返すことにより，その幅方向位置を変位させるものであり，
   前記乾燥部は，
   電極箔が，前記反転部による進行方向の反転により，少なくとも１往復半にわたって移動させられている間に塗工層を乾燥させるものであることを特徴とする電極製造装置。
2. 請求項１に記載の電極製造装置において，
   前記塗工部として，電極箔の第１面に塗工する第１塗工部と，電極箔の第２面に塗工する第２塗工部とがあり，
   前記乾燥部として，前記第１塗工部による塗工層を乾燥させる第１乾燥部と，前記第２塗工部による塗工層を乾燥させる第２乾燥部とがあり，
   前記第２塗工部は，前記第１乾燥部による乾燥後の電極箔に対して塗工を行うものであり，
   前記第１乾燥部および前記第２乾燥部にそれぞれ，少なくとも２つの前記反転部が設けられていることを特徴とする電極製造装置。
3. 請求項２に記載の電極製造装置において，
   前記第１塗工部および前記第２塗工部は，前記第１乾燥部における電極の往復運動に対して同じ側に設けられていることを特徴とする電極製造装置。
4. 帯状の電極箔に塗工材を塗工した後に，その電極箔を長手方向に搬送しつつ塗工層を乾燥させる電極の製造方法において，
   乾燥の途中で電極箔の進行方向を，その幅方向に角度をつけて折り返してその幅方向位置を変位させつつ反転させることにより，少なくとも２回変更して搬送し，
   電極箔を少なくとも１往復半にわたって移動させる間に塗工層を乾燥させることを特徴とする電極の製造方法。

Images