JP2010225467A - 帯状体の乾燥装置 - Google Patents

Abstract

【課題】塗工材が塗工された帯状体をロールにより搬送可能にすることで、乾燥炉長を短縮することができる帯状体の乾燥装置を提供する。
【解決手段】電極活物質ペーストが塗工された集電箔５を乾燥する集電箔５の乾燥装置１であって、集電箔５を乾燥するための乾燥炉２と、集電箔５における電極活物質ペーストが塗工された塗工面側の未塗工面を当接支持するロール凸部と、集電箔５上に塗工された電極活物質ペーストを乾燥するためのエアを送風する送風口を設けたロール凹部と、からなる集電箔５を所定方向に搬送する凹凸ロール８と、ロール凹部に設けられた送風口を介して集電箔５のロール凸部によって当接支持される面側に向けてエアを送風する送風ノズル４と、を備え、前記凹凸ロール８を用いることにより乾燥炉２内での集電箔５の搬送経路を屈曲させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、塗工材が塗工された帯状体を乾燥させる帯状体の乾燥装置に関する。

リチウムイオン電池などの二次電池の電極材料として、電極活物質層（合材層）が両面に形成された電極基材である集電体（集電箔）が用いられる。この電極活物質層が表面に形成された集電箔の製造においては、塗工ダイを用いて電極活物質を含む電極活物質ペーストを集電箔の一方の面に塗布した後、乾燥炉に導入される。この乾燥炉では、表面に電極活物質ペーストが塗布された集電箔が略水平方向に搬送されながら熱風を吹き付けられることで、電極活物質ペーストが乾燥して、表面に電極活物質層が形成された集電箔となる。

このような二次電池用電極材料を製造する際の製造装置において、ペースト状電極合剤（電極活物質ペースト）が塗工されたテープ状支持体を乾燥炉内に直線的に走行させて乾燥させる技術は公知となっている（特許文献１参照）。

特許文献１では、テープ状支持体主面にペースト状電極合剤が塗工されたもの（電池用電極シート）を走行ローラにより一定方向に走行させながら電極合剤塗工面に熱風を吹き付けて乾燥を行うトンネル型乾燥炉が記載されている。

また、一般に、電極活物質層が形成された集電箔を製造する際に用いられる乾燥装置（乾燥炉）では、乾燥炉内に所定長さを有する集電箔の搬送経路が設けられる。乾燥炉に導入される集電箔に塗工された電極活物質ペーストは未乾燥であるため、乾燥炉における集電箔の搬送に、集電箔を前記搬送経路に沿って浮上した状態で走行させるエアフローティング方式が採用されたものがある。

以下に従来技術に係る乾燥炉について、図４を用いて説明する。図４は従来の乾燥炉内部の構成を示す図である。
エアフローティング方式が採用された乾燥炉１２では、例えば、図４に示すように、集電箔５を支持するエア（風）を吹き出す複数の送風ノズル４・４・・・が、集電箔５の搬送経路の上方と下方とに交互に設けられ、集電箔５は前記上下の送風ノズル４からの送風により所定間隔を有した状態に浮上して乾燥炉１２内を走行する。そして、搬送経路に沿って設けられた送風ノズル４・４・・・より吹き出されるエアにより、集電箔５に塗布された電極活物質ペーストが強制的に乾燥される。

特開２００２−９３４０７号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている乾燥炉では、乾燥炉内において直線状に支持体を走行させるため、直線状の支持体の長さに応じて乾燥炉長が決定されることになり、乾燥炉長は必然的に長いものとなる。

また、前述したようなリチウムイオン電池の製造においては、特に電極活物質ペーストを集電箔に塗工乾燥する塗工乾燥工程で使用される乾燥炉の設備コストが高いという課題がある。そのため、電極活物質ペーストの乾燥効率を向上して乾燥炉長を短くしたいところであるが、電極活物質ペーストの乾燥速度（含水率％／ｓｅｃ）を速くすると、塗膜内でバインダのマイグレーション（対流）が生じ、バインダが偏析してしまい、その結果として集電箔と電極活物質層との界面の密着強度が低下するという課題があった。また、乾燥速度を下げて、乾燥炉内の集電箔搬送の工夫を施して、例えば、集電箔を複数のロールで案内してジグザグに搬送するようにして、乾燥炉長を短縮したいところではあるが、ロールが電極活物質ペーストの塗工面に触れると未乾燥のペーストがロールに付着してしまう問題があるため不可能であった。

つまり、従来の乾燥装置では、電極活物質ペーストの塗工面側をロールに接触させることができないため、直線的な搬送しかできなかった。そのため乾燥炉長を長くする必要があり、装置コストが高くなっていた。また、特許文献１においても、電極シートをエアで中空状態（浮遊状態）にして直線的に搬送しているものである。

そこで、本発明は、塗工材が塗工された帯状体をロールにより搬送可能にすることで、乾燥炉長を短縮することができる帯状体の乾燥装置を提供することを目的とする。

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。

即ち、請求項１においては、
塗工材が塗工された塗工面を備え、前記塗工面は塗工材が搬送方向に沿って連続的に塗工される塗工部と塗工材が塗工されていない未塗工部とを有する帯状体を乾燥する帯状体の乾燥装置であって、
前記帯状体の乾燥装置は、
前記帯状体を乾燥するための乾燥炉と、
前記帯状体における前記塗工面側の未塗工部を当接支持するロール凸部と、前記帯状体上に塗工された前記塗工材を乾燥するためのエアを送風する送風口を設けたロール凹部と、からなる前記帯状体を所定方向に搬送する凹凸ロールと、
前記ロール凹部に設けられた前記送風口を介して前記帯状体の前記ロール凸部によって当接支持される面側に向けてエアを送風する送風手段と、を備え、
前記凹凸ロールを用いることにより前記乾燥炉内での前記帯状体の搬送経路を屈曲させるものである。

請求項２においては、
前記乾燥炉内部に、前記凹凸ロールと、前記帯状体を矯正するためのクラウンロールもしくはシワ取りロールとを上下交互に配置して前記帯状体の搬送経路を蛇行状に屈曲させるものである。

請求項３においては、
前記乾燥炉内部に、前記凹凸ロールのみを上下交互に配置して前記帯状体の搬送経路を蛇行状に屈曲させるものである。

請求項４においては、
前記帯状体が電池用電極であるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、ロール凸部で帯状体の塗工面側における未塗工部を支持し、支持不足分をロール凹部からの送風圧で補って帯状体を支持することで帯状体の搬送経路を屈曲させることができ、乾燥炉長を短縮できる。また、ロール凹部からの送風圧によりロール凸部と帯状体の塗工面側における未塗工部との接触負荷を低減できる為、うねり・シワの発生を抑制できる。

請求項２においては、帯状体を直線ではなく蛇行状（ジグザグ）に搬送させることが可能になる。蛇行状に搬送することにより乾燥装置の乾燥炉長が短くなる。この炉長短化で設備コストが安くなる。また、蛇行状に搬送することにより乾燥速度を低くできるので、バインダのマイグレーションが起こらず、合材層の密着強度が高まる。さらに、クラウンロールもしくはシワ取りロールを適用する場合は、搬送時における帯状体のシワやうねりを防止することができる。

請求項３においては、帯状体を直線ではなく蛇行状（ジグザグ）に搬送させることが可能になる。蛇行状に搬送することにより乾燥装置の乾燥炉長が短くなる。この炉長短化で設備コストが安くなる。また、蛇行状に搬送することにより乾燥速度を低くできるので、バインダのマイグレーションが起こらず、合材層の密着強度が高まる。

請求項４においては、電池用電極製造時において、乾燥炉長を短縮できる。また、炉長短化で設備コストが安くなる。

本発明の一実施形態に係る帯状体の乾燥装置の構成を示す模式断面図。 凹凸ロールを示す斜視図。 凹凸ロールにより集電箔の未塗工部を当接支持する状態を示す斜視図。 従来の乾燥炉内部を示す模式断面図。

次に、発明の実施の形態を説明する。
本発明の実施形態に係る帯状体の乾燥装置は、例えば、リチウムイオン電池の製造において、電極基材である集電箔の表面に電極活物質層を形成するために電極活物質ペーストが塗布された集電箔を乾燥させる乾燥工程に適用可能である。

まず、本実施形態に係る帯状体の乾燥装置の構成について図１から図３を用いて説明する。
乾燥装置１は、塗工材である電極活物質ペースト６（ペースト状の合材層）が塗工された帯状体の電池用電極である集電箔５を搬送しながら乾燥する装置であり、乾燥装置本体である乾燥炉２と、搬送ロール部３と、送風手段である送風ノズル４と、から主に構成される。

乾燥炉２は、その両端の所定部が開口されている箱状のものであり、電極活物質ペースト６が一方の面に塗工された集電箔５が乾燥炉２一端（図１の左端）のスリット状に開口されている搬入口２ａから導入されて、乾燥炉２内にて所定の乾燥処理が行われた後、乾燥炉２他端（図１の右端）にスリット状に開口されている搬出口２ｂから搬出可能となっている。

搬送ロール部３は、一方の面に電極活物質ペースト６が塗工された集電箔５を所定方向に案内しながら搬送する搬送手段であり、前記乾燥炉２内に上下交互に配置される複数の上下ロールにより構成されている。また、上下ロールは、三つの上部ロール７と、三つの下部ロール８とからなる。搬送ロール部３により集電箔５を搬送する際には、集電箔５を、上下ロールである上部ロール７と下部ロール８とに交互に巻回して、乾燥炉２の下流側に配置した図示せぬ巻取りロール（駆動ロール）にて集電箔５を巻き取ることで、乾燥炉２内において集電箔５を側面視蛇行状（ジグザグ状）に搬送することが可能となる。

上部ロール７は、前記乾燥炉２内上部に水平に配置される複数の従動ロールであり、搬送ロール部３により集電箔５を搬送する際に、集電箔５の他方の面（裏面：電極活物質ペースト６が塗工されない面）を当接支持するロールである。また、上部ロール７としては、幅方向中央部が滑らかな凸状（クラウン形状）であるクラウンロールもしくはシワ取りロール（例えば、ゴムエキスパンダーロール等の搬送する箔のシワや縮みを防止することができるロール）を適用することが可能であり、クラウンロールもしくはシワ取りロールを適用することで、集電箔５の搬送時に発生するシワやうねりを矯正することができる。本実施形態においては、クラウンロールを適用している。

下部ロール８は、前記乾燥炉２内下部に水平に配置される複数の従動ロールであり、搬送ロール部３により集電箔５を搬送する際に、集電箔５の一方の面（表面：塗工材である電極活物質ペースト６が塗工された面）を当接支持するロールである。また、下部ロール８は、図２に示すように、下部ロール８の幅方向に交互に凹凸が形成された凹凸ロールであり、複数のロール凸部８ａ及びロール凹部８ｂを有している。

ロール凸部８ａは、下部ロール８の胴部８ｃから所定長突出した側面視円盤状のものである。ロール凸部８ａは、図３に示すように、搬送ロール部３により集電箔５を搬送する際において、ロール凸部８ａの外周端部８ｄにより集電箔５表面（ペースト塗工面）の未塗工面１０を当接支持する部分である。ここで、集電箔５には、電極活物質ペースト６が搬送方向に対して平行、かつ縞状に塗工されており、縞状に塗工された電極活物質ペースト６の間の部分が集電箔５表面における電極活物質ペースト６の未塗工面１０である。
つまり、集電箔５のペースト塗工面には、電極活物質ペースト６が集電箔５の搬送方向に沿って連続的に塗工された塗工部が、集電箔５の幅方向（搬送方向と直交する方向）に、所定の間隔を設けて複数配置されており、前記塗工部と電極活物質ペースト６が塗工されていない未塗工部（未塗工面１０）とが、集電箔５の幅方向（搬送方向と直交する方向）に交互に配置されている。
なお、本実施形態においては、搬送ロール部３のうち上部ロール７をクラウンロールとし、下部ロール８を凹凸ロールにより構成したが、特に限定するものではなく、上下ロールともに凹凸ロールにより構成することも可能である。

ロール凹部８ｂは、前記ロール凸部８ａの各々の間に形成される凹形状部分であり、搬送ロール部３により集電箔５を搬送する際において、集電箔５表面に縞状に塗工された各電極活物質ペースト６に対して所定空間を有して対向する部分である。すなわち、ロール凸部８ａが、集電箔５表面の未塗工面１０を当接支持することで、ロール凹部８ｂは縞状に塗工された各電極活物質ペースト６に対して所定の間隔を有して対向する。また、ロール凹部８ｂの凹形状底部となる下部ロール８の胴部８ｃには、その周全体に亘って複数開口された送風口９・９・・・を有しており、送風口９・９・・・を介してエアを任意の方向に通気することが可能である。
なお、送風口の形状については、特に限定するものではなく、送風が通気可能となる形状であればよく、例えば胴部自体をメッシュ状に形成し、通気可能としてもかまわない。

送風ノズル４は、ロール凹部８ｂに設けられた送風口９を介して集電箔５のロール凸部８ａによって当接支持される面側に向けてエアを送風する手段である。また、送風ノズル４は、集電箔５表面に塗工された電極活物質ペースト６を乾燥させるために送風を行う手段であり、複数の送風ノズル４が乾燥炉２内部に配置され、下部ロール８である凹凸ロールを介して集電箔５に対向配置される。また、送風ノズル４は、図示しないヒーターによって所定温度及び所定湿度に保持されたエア（熱風）を所定方向に吹き出すことが可能である。また、送風ノズル４により供給されるエアは、送風ノズル４の下方に配置されている前述した下部ロール８の胴部８ｃに開口された複数の送風口９を介して（胴部８ｃ内を通過して）集電箔５表面の縞状に塗工された各電極活物質ペースト６に吹き付けることが可能である。

このように集電箔５の乾燥装置１を構成したことにより、乾燥装置１による乾燥工程の前工程として電極活物質ペースト６が表面に塗工された集電箔５を搬入口２ａから搬入し、各上部ロール７には集電箔５の裏面を巻回し、各下部ロール８（凹凸ロール）のロール凸部８ａには集電箔５表面（ペースト塗工面）の未塗工面１０が当接支持されて蛇行状に案内されて搬送される。この際に、送風ノズル４から送風（熱風）が下方に吹き出して、この送風は、ロール凹部８ｂ（胴部８ｃ）に無数に開口されている送風口９・９・・・を通過し、胴部８ｃの下方空間へと通り抜ける。そうして、送風は縞状に塗工された各電極活物質ペースト６に吹き付けられることで電極活物質ペースト６を乾燥させることができる。さらに、送風は、その送風圧によって集電箔５を所定方向（本実施形態においては下方）に押圧し、ロール凸部８ａと集電箔５表面の未塗工面１０との接触負荷を低減できる。すなわち、ロール凸部８ａのみで集電箔５を支えた場合、集電箔５にシワ等を生じさせる可能性があるが、ロール凹部８ｂ（胴部８ｃ）の送風口９からの送風圧も併せて集電箔５を支持するために利用することで、ロール凸部８ａによる集電箔５への負荷を低減することができる。
また、電極活物質ペースト６が塗工された集電箔５を上下に配置された複数の上部ロール７及び下部ロール８により搬送できるように構成したことから、集電箔５の搬送経路を蛇行状に屈曲させることが可能となり、その結果として、乾燥炉長を短縮することができる。
なお、本実施形態においては、送風ノズル４を集電箔５に対向するように配置したが、特に限定するものではなく、例えば、送風ノズル４を下部ロール８の胴部８ｃの内部に配置し送風口９を介して直接送風できるように構成することも可能である。

以上のように、塗工材である電極活物質ペースト６が塗工された塗工面を備え、前記塗工面は電極活物質ペースト６が搬送方向に沿って連続的に塗工される塗工部と塗工材が塗工されていない未塗工部とを有する帯状体である集電箔５を乾燥する集電箔５の乾燥装置１であって、
前記集電箔５の乾燥装置１は、
前記集電箔５を乾燥するための乾燥炉２と、
前記集電箔５における前記電極活物質ペースト６が塗工された塗工面側の未塗工面１０を当接支持するロール凸部８ａと、前記集電箔５上に塗工された前記電極活物質ペースト６を乾燥するためのエアを送風する送風口９を設けたロール凹部８ｂと、からなる前記集電箔５を所定方向に搬送する凹凸ロールと、
前記ロール凹部８ｂに設けられた前記送風口９を介して前記集電箔５の前記ロール凸部８ａによって当接支持される面側に向けてエアを送風する送風手段である送風ノズル４と、を備え、
前記凹凸ロールを用いることにより前記乾燥炉２内での前記集電箔５の搬送経路を屈曲させる乾燥装置１を構成することにより、ロール凸部８ａで集電箔５の塗工面側における未塗工面１０を支持し、支持不足分をロール凹部８ｂからの送風圧で補って集電箔５を支持することで集電箔５の搬送経路を屈曲させることができ、乾燥炉長を短縮できる。また、ロール凹部８ｂからの送風圧によりロール凸部８ａと集電箔５の塗工面側における未塗工面１０との接触負荷（箔圧力負荷）を低減できる為、うねり・シワの発生を抑制できる。

また、前記乾燥炉２内部に、前記凹凸ロールと、前記集電箔５を矯正するためのクラウンロールもしくはシワ取りロールとを上下交互に配置して前記集電箔５の搬送経路を蛇行状に屈曲させる乾燥装置１を構成することにより、集電箔５を直線ではなく蛇行状（ジグザグ）に搬送させることが可能になる。蛇行状に搬送することにより乾燥装置１の乾燥炉長が短くなる。この炉長短化で設備コストが安くなる。また、蛇行状に搬送することにより乾燥速度を低くできるので、バインダのマイグレーションが起こらず、合材層の密着強度が高まる。さらに、クラウンロールもしくはシワ取りロールを適用する場合は、搬送時における帯状体のシワやうねりを防止することができる。

また、前記乾燥炉２内部に、前記凹凸ロールのみを上下交互に配置して前記集電箔５の搬送経路を蛇行状に屈曲させる乾燥装置１を構成することにより、集電箔５を直線ではなく蛇行状（ジグザグ）に搬送させることが可能になる。蛇行状に搬送することにより乾燥装置１の乾燥炉長が短くなる。この炉長短化で設備コストが安くなる。また、蛇行状に搬送することにより乾燥速度を低くできるので、バインダのマイグレーションが起こらず、合材層の密着強度が高まる。

また、前記帯状体が電池用電極である集電箔５の乾燥装置１を構成することにより、集電箔５製造時において、乾燥炉長を短縮できるとともに炉長短化で設備コストが安くなる集電箔５の乾燥装置１を提供することができる。

１ 乾燥装置
２ 乾燥炉
４ 送風ノズル
５ 集電箔
７ 上部ロール（クラウンロール）
８ 下部ロール（凹凸ロール）
８ａ ロール凸部
８ｂ ロール凹部
１０ 未塗工面

Claims (4)

1. 塗工材が塗工された塗工面を備え、前記塗工面は塗工材が搬送方向に沿って連続的に塗工される塗工部と塗工材が塗工されていない未塗工部とを有する帯状体を乾燥する帯状体の乾燥装置であって、
   前記帯状体の乾燥装置は、
   前記帯状体を乾燥するための乾燥炉と、
   前記帯状体における前記塗工面側の未塗工部を当接支持するロール凸部と、前記帯状体上に塗工された前記塗工材を乾燥するためのエアを送風する送風口を設けたロール凹部と、からなる前記帯状体を所定方向に搬送する凹凸ロールと、
   前記ロール凹部に設けられた前記送風口を介して前記帯状体の前記ロール凸部によって当接支持される面側に向けてエアを送風する送風手段と、を備え、
   前記凹凸ロールを用いることにより前記乾燥炉内での前記帯状体の搬送経路を屈曲させることを特徴とする帯状体の乾燥装置。
2. 前記乾燥炉内部に、前記凹凸ロールと、前記帯状体を矯正するためのクラウンロールもしくはシワ取りロールとを上下交互に配置して前記帯状体の搬送経路を蛇行状に屈曲させることを特徴とする請求項１に記載の帯状体の乾燥装置。
3. 前記乾燥炉内部に、前記凹凸ロールのみを上下交互に配置して前記帯状体の搬送経路を蛇行状に屈曲させることを特徴とする請求項１に記載の帯状体の乾燥装置。
4. 前記帯状体が電池用電極であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の帯状体の乾燥装置。

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