JP2012146852A - 電極製造装置、電極製造方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】電極を製造するに際し、帯状の基材の表面に活物質層を適切に且つ効率よく形成する。
【解決手段】電極製造装置１は、帯状の金属箔Ｍを巻き出す巻出ロール１０と、金属箔Ｍの両面に活物質合剤を塗工する塗工部１１と、金属箔Ｍ上の活物質合剤を乾燥させて活物質層を形成する乾燥部１２と、金属箔Ｍを巻き取る巻取ロール１３とを有している。巻出ロール１０、塗工部１１、乾燥部１２、巻取ロール１３は、金属箔Ｍの搬送方向に上流側からこの順で配置されている。巻出ロール１０と巻取ロール１３は、金属箔Ｍの長手方向が水平方向であって、且つ金属箔Ｍの短手方向が鉛直方向となる向きで金属箔Ｍを搬送するように配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、帯状の基材の両面に活物質層を形成して電極を製造する電極製造装置、当該電極製造装置を用いた電極製造方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体に関する。

近年、小型で軽量、且つエネルギー密度が高く、さらに繰り返し充放電が可能な特性を活かして、リチウムイオンキャパシタ（ＬＩＣ：Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｉｏｎ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｏｕｂｌｅ Ｌａｙｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）及びリチウムイオン電池（ＬＩＢ：Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｙ）などの電気化学素子の需要が急速に拡大している。

リチウムイオン電池は、エネルギー密度が比較的大きいことから、携帯電話やノート型パーソナルコンピュータなどの分野で利用されている。また、電気二重層キャパシタは急速充放電が可能なので、パーソナルコンピュータ等のメモリーバックアップ小型電源として利用されている。さらに電気二重層キャパシタは電気自動車用の大型電源としての応用が期待されている。また、リチウムイオン電池の利点と電気二重層キャパシタの利点とを組み合わせたリチウムイオンキャパシタは、エネルギー密度、出力密度ともに高いことから注目を集めている。

このような電気化学素子の電極は、例えば基材としての集電体である金属箔の表面に活物質や溶媒を含む活物質合剤を塗工した後、当該活物質合剤を乾燥し活物質層を形成して製造される。かかる電極の製造には、例えば巻出ロールと巻取ロールとの間に塗工装置と乾燥機を配置した電極製造装置が用いられる。塗工装置は、活物質合剤を塗工するための塗工口が形成された塗工ヘッドを有している。また乾燥機は、所定間隔で配置された複数のヒータを有している。そして、巻出ロールと巻取ロールの間で帯状の金属箔を略鉛直上方に搬送しながら、塗工装置と乾燥機によって、金属箔の表面に活物質合剤の塗工と乾燥がそれぞれ行われている（特許文献１）。

特開２０１０−１８６７８２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された方法で電極を製造する場合、金属箔が略鉛直上方に搬送されているため、金属箔の表面に活物質合剤を塗工する際、当該活物質合剤が鉛直下方、すなわち上流側に流れるおそれがある。かかる場合、金属箔の表面に活物質合剤を均一に塗工することができない。

また、金属箔上の活物質合剤を乾燥させる際、当該活物質合剤から蒸発した溶媒は鉛直上方に流れる。そうすると、金属箔が略鉛直上方に搬送されているため、金属箔の上部、すなわち下流側において蒸発した溶媒が再付着するおそれがある。かかる場合、金属箔の表面に活物質層を適切に形成することができない。

さらに、金属箔が略鉛直上方に搬送されていると、塗工装置、乾燥機及び巻取ロールは高い位置に配置される。このため、これら塗工装置、乾燥機及び巻取ロールのメンテナンスが困難で大掛かりなものとなる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、電極を製造するに際し、帯状の基材の表面に活物質層を適切に且つ効率よく形成することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、帯状の基材の両面に活物質層を形成して電極を製造する電極製造装置であって、基材を巻き出す巻出部と、前記巻出部で巻き出された基材を巻き取る巻取部と、前記巻出部と前記巻取部との間に設けられ、基材の両面に活物質合剤を塗工する塗工部と、前記塗工部と前記巻取部との間に設けられ、前記塗工部で塗工された前記活物質合剤を乾燥させて活物質層を形成する乾燥部と、を有し、前記巻出部と前記巻取部は、基材の長手方向が水平方向であって、且つ基材の短手方向が鉛直方向となる向きで基材を搬送するように配置されていることを特徴としている。

本発明によれば、巻出部と巻取部との間において、基材の長手方向が水平方向であって、且つ基材の短手方向が鉛直方向となる向きで搬送中の基材に対して、塗工部における活物質合剤の塗工と、乾燥部における活物質合剤の乾燥が行われる。このように長手方向が水平方向となる向きに基材が搬送されるので、塗工部において活物質合剤が塗工される際、当該活物質合剤が基材の搬送方向の上流側又は下流側に流れることがない。さらに短手方向が鉛直方向となる向きに基材が搬送されるので、基材の両面に均一に活物質合剤を塗工することができる。また、基材上の活物質合剤を乾燥させる際には、蒸発した溶媒が鉛直方向に円滑に流れ、当該蒸発した溶媒が基材の表面に再付着することもない。したがって、基材の表面に活物質層を適切に形成することができる。しかも、長手方向が水平方向となる向きに基材が搬送されるので、基材の高さを一定に低くすることができ、電極製造装置のメンテナンスが容易になる。したがって、基材の表面に活物質層を効率よく形成することができる。

前記巻出部は、軸方向が鉛直方向となる向きに配置された巻出ロールを有し、前記巻取部は、軸方向が鉛直方向となる向きに配置された巻取ロールを有していてもよい。

前記乾燥部は、基材の両側に設けられ、赤外線による輻射加熱によって前記活物質合剤を乾燥させる加熱機構と、前記加熱機構と基材との間に鉛直方向に流通するように空気を供給して、前記活物質合剤を乾燥させる給気機構と、を有していてもよい。

前記乾燥部は、基材の長手方向に並べて配置され、赤外線を照射する複数のロッドヒータと、前記ロッドヒータを挟んで基材の表面と対向して配置され、前記ロッドヒータからの赤外線を基材側に反射させる複数の反射板と、隣り合う前記反射板間に形成され、前記反射板と基材との間の乾燥領域に空気を供給する給気口と、別の隣り合う前記反射板間に形成され、前記乾燥領域内の空気を排気する排気口と、を備え、前記複数のロッドヒータ、前記複数の反射板、前記給気口及び前記排気口は、それぞれ基材の両側に設けられていてもよい。

前記給気口と前記排気口は、基材の長手方向に交互に配置されていてもよい。

前記反射板は、対向する基材と反対側に凸に湾曲していてもよい。

前記ロッドヒータは、外周部に発熱体が設けられた内筒と、前記内筒を取り囲むように設けられた外筒とを有し、前記外筒と前記内筒との間には空気が流通する流通路が形成され、前記外筒には、前記流通路内の空気を前記基材の表面に向けて噴出する噴出口が形成されていてもよい。

前記噴出口は、前記排気口側に向けられていてもよい。

前記流通路内には、前記外筒と前記内筒を接続して、当該内筒を支持する支持部材が複数設けられ、前記複数の支持部材は、前記内筒の周方向に複数配置され、且つ前記内筒の軸方向に複数配置されていてもよい。

前記支持部材は伝熱性を有していてもよい。

前記塗工部は、基材の表面に活物質合剤を吐出する塗工口が形成された塗工ヘッドを有し、前記塗工ヘッドは、基材の両側に配置されていてもよい。

前記塗工部は、基材の表面に当接して、当該基材に活物質合剤を塗工するローラと、前記ローラの表面に活物質合剤を供給するノズルと、を有し、前記ローラ及び前記ノズルは、それぞれ基材の両側に配置されていてもよい。なお、本発明において、ローラが基材の表面に当接するとは、ローラの表面に付着した活物質合剤が基材の表面に当接することをいう。

前記電極は、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ又はリチウムイオン電池に用いられる電極であってもよい。

別な観点による本発明は、巻出部と巻取部との間で帯状の基材を搬送しながら、当該基材の両面に活物質層を形成して電極を製造する電極製造方法であって、塗工部において、基材の両面に活物質合剤を塗工する塗工工程と、その後、乾燥部において、前記塗工工程で塗工された前記活物質合剤を乾燥させて活物質層を形成する乾燥工程と、を有し、前記塗工工程と前記乾燥工程は、基材の長手方向が水平方向であって、且つ基材の短手方向が鉛直方向となる向きで搬送中の基材に対して行われることを特徴としている。

前記乾燥部は、基材の両側に設けられ、赤外線による輻射加熱によって前記活物質合剤を乾燥させる加熱機構と、前記加熱機構と基材との間に鉛直方向に流通するように空気を供給して、前記活物質合剤を乾燥させる給気機構と、を有し、前記乾燥工程において、前記加熱機構からの赤外線による輻射加熱と、前記加熱機構と基材との間を流通する空気による対流加熱とによって、前記活物質合剤を乾燥させてもよい。

前記乾燥部は、基材の長手方向に並べて配置され、赤外線を照射する複数のロッドヒータと、前記ロッドヒータを挟んで基材の表面と対向して配置され、前記ロッドヒータからの赤外線を基材側に反射させる複数の反射板と、隣り合う前記反射板間に形成され、前記反射板と基材との間の乾燥領域に空気を供給する給気口と、別の隣り合う前記反射板間に形成され、前記乾燥領域内の空気を排気する排気口と、を備え、前記複数のロッドヒータ、前記複数の反射板、前記給気口及び前記排気口は、それぞれ基材の両側に設けられ、前記乾燥工程において、前記複数のロッドヒータ及び前記複数の反射板からの赤外線による輻射加熱と、前記乾燥領域内で前記給気口から前記排気口に流通する空気による対流加熱とによって、前記活物質合剤を乾燥させてもよい。

前記給気口と前記排気口は、基材の長手方向に交互に配置されていてもよい。

前記反射板は、対向する基材と反対側に凸に湾曲していてもよい。

前記ロッドヒータは、外周部に発熱体が設けられた内筒と、前記内筒を取り囲むように設けられた外筒とを有し、前記乾燥工程において、前記外筒と前記内筒との間に形成された流通路に空気を供給し、供給された空気を前記発熱体によって加熱し、加熱された空気を前記外筒に形成された噴出口から基材の表面に向けて噴出してもよい。

前記噴出口は、前記排気口側に向けられていてもよい。

前記流通路内には、前記外筒と前記内筒を接続して、当該内筒を支持する支持部材が複数設けられ、前記乾燥工程において、前記複数の支持部材により前記流通路内の空気の流れが攪拌されてもよい。

前記支持部材は伝熱性を有し、前記乾燥工程において、前記支持部材及び前記発熱体により前記外筒が加熱されてもよい。

前記塗工工程において、基材の両側に配置された塗工ヘッドの塗工口から基材の表面に活物質合剤を吐出してもよい。

前記塗工部は、基材の表面に当接して、当該基材に活物質合剤を塗工するローラと、前記ローラの表面に活物質合剤を供給するノズルと、を有し、前記ローラ及び前記ノズルは、それぞれ基材の両側に配置され、前記塗工工程において、前記ノズルから供給された活物質合剤が付着した前記ローラを基板の表面に当接させて、基材の表面に活物質合剤を塗工してもよい。なお、本発明において、ローラを基材の表面に当接させるとは、ローラの表面に付着した活物質合剤を基材の表面に当接させることをいう。

前記電極は、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ又はリチウムイオン電池に用いられる電極であってもよい。

また別な観点による本発明によれば、前記電極製造方法を電極製造装置によって実行させるために、当該電極製造装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムが提供される。

さらに別な観点による本発明によれば、前記プログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体が提供される。

本発明によれば、電極を製造するに際し、帯状の基材の表面に活物質層を適切に且つ効率よく形成することができる。

本実施の形態にかかる電極製造装置の構成の概略を示す略側面図である。 本実施の形態にかかる電極製造装置の構成の概略を示す平面図である。 電極製造装置で製造される電極の側面図である。 電極製造装置で製造される電極の平面図である。 塗工ヘッドの構成の概略を示す斜視図である。 乾燥部の構成の概略を示す側面図である。 他の実施の形態にかかる塗工部の構成の概略を示す平面図である。 他の実施の形態にかかる乾燥部の構成の概略を示す平面図である。 他の実施の形態にかかるロッドヒータの構成の概略を示す説明図である。 他の実施の形態にかかるロッドヒータの構成の概略を示す横断面図である。 他の実施の形態にかかる乾燥部の構成の概略を示す平面図である。 他の実施の形態にかかるロッドヒータ内部の構成の概略を示す説明図である。 他の実施の形態にかかるロッドヒータの構成の概略を示す横断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる電極製造装置１の構成の概略を示す略側面図である。図２は、電極製造装置１の構成の概略を示す平面図である。なお、本実施の形態の電極製造装置１では、リチウムイオンキャパシタの電極を製造する。

電極製造装置１では、図３及び図４に示すように帯状の基材としての金属箔Ｍの両面に活物質層Ｆが形成された電極Ｅが製造される。金属箔Ｍの両面の活物質層Ｆは、対向して形成される。また、活物質層Ｆは、金属箔Ｍの短手方向（図３中のＺ方向）の中央部に形成され、且つ金属箔Ｍの長手方向（図３及び図４中のＹ方向）に複数形成される。

金属箔Ｍは、例えば多孔質の集電体である。電極Ｅとして正極を製造する際には、例えば金属箔Ｍとしてアルミニウム箔が用いられる。一方、負極を製造する際には、例えば金属箔Ｍとして銅箔が用いられる。

また、活物質層Ｆを形成するため、後述するように金属箔Ｍの表面にスラリー状の活物質合剤が塗工される。正極を製造する際の正極活物質合剤は、例えば活物質としての活性炭と、結着剤としてのアクリル系バインダと、分散剤としてのカルボキシメチルセルロースと、導電助材としてのアセチレンブラック等の導電性炭素粉末とを混合し、これに溶媒として水を添加、混練して生成される。一方、負極を製造する際の負極極活物質合剤は、例えばリチウムイオンを吸蔵・放出可能な活物質としての非晶質炭素と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンと、導電助材としてのアセチレンブラック等の導電性炭素材とを混合し、これに溶媒として水を添加、混練して生成される。

正極と負極とでは、上述したように材料は異なるが、金属箔Ｍ及び活物質層Ｆの幅や厚み等は大差がない。このため、電極製造装置１は、リチウムイオンキャパシタの正極も負極も製造することができる。以下、これら正極と負極を電極Ｅと称して説明する。

電極製造装置１は、図１及び図２に示すように、金属箔Ｍを巻き出す巻出部としての巻出ロール１０と、金属箔Ｍの両面に活物質合剤を塗工する塗工部１１と、金属箔Ｍ上の活物質合剤を乾燥させて活物質層Ｆを形成する乾燥部１２と、金属箔Ｍを巻き取る巻取部としての巻取ロール１３とを有している。巻出ロール１０、塗工部１１、乾燥部１２、巻取ロール１３は、金属箔Ｍの搬送方向（図１及び図２中のＹ方向）に上流側からこの順で配置されている。なお、巻出ロール１０と巻取ロール１３との間には駆動機構（図示せず）が設けられており、この駆動機構によって巻出ロール１０から巻き出された金属箔Ｍが搬送され巻取ロール１３に巻き取られるようになっている。

巻出ロール１０は、その軸方向が鉛直方向（図１中のＺ方向）となる向きに配置されている。巻出ロール１０には未処理の金属箔Ｍが巻回されており、巻出ロール１０は鉛直軸を中心に回転可能に構成されている。そして、金属箔Ｍは、その長手方向に引っ張られるのにつられて、巻出ロール１０から巻き出されるようになっている。

巻取ロール１３も、その軸方向が鉛直方向となる向きに配置されている。巻取リール１３は、鉛直軸を中心に回転可能に構成されている。そして、活物質層Ｆが形成された金属箔Ｍは、巻取ロール１３に巻き取られるようになっている。

これら巻出ロール１０と巻取ロール１３は同じ高さに配置されている。そして、巻出ロール１０と巻取ロール１３は、金属箔Ｍの長手方向が水平方向（図１及び図２中のＹ方向）であって、且つ金属箔Ｍの短手方向が鉛直方向（図１中のＺ方向）となる向きで金属箔Ｍを搬送するように配置されている。

塗工部１１は、金属箔Ｍの表面に活物質合剤を塗工する塗工ヘッド２０を有している。塗工ヘッド２０は、巻出ロール１０と巻取ロール１３の間を搬送中の金属箔Ｍの両側に対向して配置されている。

塗工ヘッド２０は、図５に示すように鉛直方向（図５中のＺ方向）に延伸する略直方体形状を有している。塗工ヘッド２０は、例えば金属箔Ｍの短手方向よりも長く形成されている。塗工ヘッド２０の金属箔Ｍに対向する面には、活物質合剤を吐出するスリット状の塗工口２１が形成されている。塗工口２１は、鉛直方向（図５中のＺ方向）に延伸して形成されている。また、塗工口２１は、金属箔Ｍの短手方向の中央部に活物質合剤を供給できる位置に形成されている。また塗工ヘッド２０には、活物質合剤供給源２２に連通する供給管２３が接続されている。活物質合剤供給源２２の内部には活物質合剤が貯留されており、活物質合剤供給源２２から塗工ヘッド２０に活物質合剤を供給できるようになっている。

乾燥部１２は、図１及び図２に示すように金属箔Ｍ上の活物質合剤を赤外線による輻射加熱によって乾燥させる加熱機構３０を有している。加熱機構３０は、巻出ロール１０と巻取ロール１３の間を搬送中の金属箔Ｍの両側に対向して配置されている。加熱機構３０には、赤外線を照射するロッドヒータ３１が、金属箔Ｍの長手方向（図１及び図２中のＹ方向）に並べて複数配置されている。ロッドヒータ３１は、鉛直方向（図１中のＺ方向）に金属箔Ｍの短手方向の長さより長く延伸している。すなわち、ロッドヒータ３１は、金属箔Ｍの短手方向全体に赤外線を照射することができる。また、ロッドヒータ３１は、セラミック製の外筒の内部に発熱体としてニクロム線を有するニクロム線ヒータが設けられた構成を有している。なお、加熱機構３０において、ロッドヒータ３１を挟んで金属箔Ｍと対向する位置には、ロッドヒータ３１からの赤外線を金属箔Ｍ側に反射させる反射板（図示せず）が設けられていてもよい。

また乾燥部１２は、図６に示すように金属箔Ｍ上の活物質合剤Ｓを空気による対流加熱によって乾燥させる給気機構３２を有している。給気機構３２は、加熱機構３０と金属箔Ｍとの間に形成された乾燥領域Ｄに対して、鉛直上方に空気を供給する給気部３３を有している。給気部３３は、金属箔Ｍの両側に形成された乾燥領域Ｄ、Ｄの下方にそれぞれ配置され、且つ金属箔Ｍの長手方向に複数配置されている。また給気部３３には、空気供給源３４に連通する供給管３５が接続されている。空気供給源３４の内部には、空気、例えばドライエアなどが貯留されている。そして、図１及び図６に示すように給気機構３２から供給された空気は、乾燥領域Ｄ内を鉛直上方に流通する。

以上の電極製造装置１には、図１に示すように制御部５０が設けられている。制御部５０は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、電極製造装置１における電極Ｅを製造するための処理を制御するプログラムが格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御部５０にインストールされたものであってもよい。

本実施の形態にかかる電極製造装置１は以上のように構成されている。次に、その電極製造装置１で行われる電極Ｅを製造するための処理について説明する。

金属箔Ｍは巻出ロール１０から巻き出され、塗工部１１に搬送される。塗工部１１では、搬送中の金属箔Ｍの表面に対して、塗工ヘッド２０からスラリー状の活物質合剤Ｓが塗工される。この際、金属箔Ｍの両側に配置された塗工ヘッド２０、２０から活物質合剤Ｓを供給することで、金属箔Ｍの両面に活物質合剤Ｓが均一な膜厚で同時に塗工される。また、塗工ヘッド２０から供給される活物質合剤Ｓは金属箔Ｍの短手方向の中央部に塗工される。さらに、塗工ヘッド２０から活物質合剤Ｓを断続的に供給することで、金属箔Ｍの長手方向に複数の領域に活物質合剤Ｓが塗工される。

その後、活物質合剤Ｓが塗工された金属箔Ｍは、乾燥部１２に搬送される。乾燥部１２では、金属箔Ｍの両側に配置された加熱機構３０、３０からの赤外線による輻射加熱によって、金属箔Ｍの両面の活物質合剤Ｓが乾燥される。このとき、加熱機構３０のロッドヒータ３１の温度は例えば２００℃に設定されている。また、吸気機構３２から金属箔Ｍの両側に形成された乾燥領域Ｄ、Ｄに供給される空気による対流加熱によって、金属箔Ｍの両面の活物質合剤Ｓが乾燥される。さらに、この空気によって、活物質合剤Ｓから蒸発した溶媒、すなわち水が鉛直上方に円滑に流れ、当該蒸発した水が乾燥領域Ｄの外部に除去される。こうして金属箔Ｍの両面の活物質合剤Ｓが乾燥され、当該金属箔Ｍの両面に所定の膜厚の活物質層Ｆが形成される。

その後、活物質層Ｆが形成された金属箔Ｍは、巻取ロール１３に搬送され、当該巻取ロール１３に巻き取られる。こうして電極製造装置１における一連の処理が終了し、電極Ｅが製造される。

以上の実施の形態によれば、塗工部１１において、金属箔Ｍの長手方向が水平方向となる向きに金属箔Ｍが搬送されるので、金属箔Ｍの表面に塗工された活物質合剤Ｓが当該金属箔Ｍの搬送方向の上流側又は下流側に流れることがない。また、金属箔Ｍの短手方向が鉛直方向となる向きに金属箔Ｍが搬送されるので、金属箔Ｍの両面に均一に活物質合剤Ｓを塗工することができる。

また、乾燥部１２において、加熱機構３０からの赤外線による輻射加熱と、給気機構３２から供給され乾燥領域Ｄ内を流通する空気による対流加熱とによって、金属箔Ｍ上の活物質合剤Ｓが乾燥される。このように赤外線による輻射加熱と空気による対流加熱という２種類の乾燥方法を用いているので、当該活物質合剤Ｓを適切に乾燥させることができる。また、赤外線による輻射加熱を用いた場合、ロッドヒータ３１と金属箔Ｍとの間の距離に依存することなく赤外線の輻射熱が伝熱される。したがって、金属箔Ｍの反りや傾きに影響されることなく、活物質合剤Ｓを適切に加熱することができる。さらに、金属箔Ｍの短手方向が鉛直方向となる向きに金属箔Ｍが搬送され、蒸発した水が鉛直方向に円滑に流れる。しかも、給気機構３２から供給された空気が乾燥領域Ｄ内を鉛直上方に流通するので、蒸発した水はより円滑に流れる。したがって、蒸発した水が金属箔Ｍの表面に再付着することもない。

以上のように本実施の形態によれば、塗工部１１において活物質合剤Ｓを適切に塗工できると共に、乾燥部１２において活物質合剤Ｓを適切に乾燥させることができるので、金属箔Ｍの表面に活物質層Ｆを適切に形成することができる。

また、巻出ロール１０と巻取ロール１３との間において、長手方向が水平方向となる向きに金属箔Ｍが搬送されるので、金属箔Ｍの高さを一定に低くすることができ、電極製造装置１のメンテナンスが容易になる。したがって、金属箔Ｍの表面に活物質層Ｆを効率よく形成することができる。

以上の実施の形態の電極製造装置１では、巻出部として巻出ロール１０が設けられていたが、巻出部の構成は本実施の形態に限定されず、金属箔Ｍを巻き出す構成であれば種々の構成を取り得る。同様に、巻取部として巻取ロール１３が設けられていたが、巻取部の構成は本実施の形態に限定されず、金属箔Ｍを巻き取る構成であれば種々の構成を取り得る。

また、以上の実施の形態の塗工部１１には塗工ヘッド２０が設けられていたが、塗工部１１の構成は本実施の形態に限定されず、金属箔Ｍの表面に活物質合剤Ｓを塗工できる構成であれば種々の構成を取り得る。

例えば以上の実施の形態では、塗工ヘッド２０、２０は金属箔Ｍの両側に対向して設けられていたが、いずれか一方の塗工ヘッド２０が他方の塗工ヘッド２０より下流側に配置されていてもよい。また、塗工ヘッド２０の数は本実施の形態に限定されず、金属箔Ｍの両側にそれぞれ複数の塗工ヘッド２０が配置されていてもよい。

また例えば塗工部１１において、インクジェット方式で金属箔Ｍの表面に活物質合剤Ｓを塗工してもよい。

また例えば図７に示すように、塗工部１１は、金属箔Ｍの表面に当接して当該金属箔Ｍにスラリー状の活物質合剤Ｓを塗工するローラ１００と、ローラ１００の表面に活物質合剤Ｓを供給するノズル１０１と、を有していてもよい。これらローラ１００及びノズル１０１は、巻出ロール１０と巻取ロール１３の間を搬送中の金属箔Ｍの両側に対向して配置されている。

ローラ１００は、その軸方向が鉛直方向に延伸し、当該鉛直軸を中心に回転可能に構成されている。またローラ１００は、金属箔Ｍに形成される活物質層Ｆの鉛直方向の長さと同じ長さで延伸し、金属箔Ｍの短手方向の中央部に活物質合剤Ｓを供給できる位置に配置されている。

ノズル１０１も、ローラ１００と同様に鉛直方向に延伸している。また、ノズル１０１のローラ１００側の面には、鉛直方向に延伸し、ローラ１００に活物質合剤Ｓを吐出する吐出口（図示せず）が設けられている。吐出口は、ローラ１００の表面全体に活物質合剤Ｓを供給できる長さと位置に形成されている。なお、ノズル１０１には、図５に示した塗工ヘッド２０と同様に、活物質合剤供給源（図示せず）に連通する供給管（図示せず）が接続されている。

かかる場合、塗工部１１では、ノズル１０１からローラ１００の表面に活物質合剤Ｓを供給しながら、当該活物質合剤Ｓが付着したローラ１００を金属箔Ｍの表面に当接させる。そうすると、ローラ１００の表面に付着した活物質合剤Ｓが金属箔Ｍの表面に転写され、当該金属箔Ｍの表面に活物質合剤Ｓが塗工される。

本実施の形態によれば、ローラ１００から金属箔Ｍの表面に活物質合剤Ｓが塗工される際、当該ローラ１００自体の表面と金属箔Ｍの表面との距離を調整することで、活物質合剤Ｓの膜厚を調整することができる。したがって、金属箔Ｍの表面に活物質合剤Ｓをより均一な膜厚で塗工することができる。

以上の実施の形態の乾燥部１２には加熱機構３０と給気機構３２とが設けられていたが、乾燥部１２の構成は本実施の形態に限定されず、金属箔Ｍ上の活物質合剤Ｓを乾燥できる構成であれば種々の構成を取り得る。

例えば以上の実施の形態では、給気機構３２は、乾燥領域Ｄに対して鉛直上方に空気を供給していたが、鉛直下方に空気を供給してもよい。かかる場合、給気部３３は、金属箔Ｍの両側に形成された乾燥領域Ｄ、Ｄの上方にそれぞれ配置される（図示せず）。そして、給気機構３２から供給された空気は、乾燥領域Ｄ内を鉛直下方に流通する。かかる場合でも、乾燥部１２において、活物質合剤Ｓから蒸発した水が鉛直下方に円滑に流れるので、当該蒸発した水が金属箔Ｍの表面に再付着することがない。したがって、乾燥部１２で活物質合剤Ｓを適切に乾燥させることができる。

また例えば図８に示すように、乾燥部１２は、金属箔Ｍの長手方向（図８中のＹ方向）に並べて配置され、赤外線を照射する複数のロッドヒータ２００と、ロッドヒータ２００を挟んで金属箔Ｍの表面と対向して配置され、ロッドヒータ２００からの赤外線を金属箔Ｍ側に反射させる複数の反射板２０１と、を有していてもよい。これらロッドヒータ２００及び反射板２０１は、巻出ロール１０と巻取ロール１３の間を搬送中の金属箔Ｍの両側に配置されている。

ロッドヒータ２００は、鉛直方向に金属箔Ｍの短手方向の長さより長く延伸している。すなわち、ロッドヒータ２００は、金属箔Ｍの短手方向全体に赤外線を照射することができる。また、ロッドヒータ２００は、セラミック製の外筒の内部に発熱体としてニクロム線を有するニクロム線ヒータが設けられた構成を有している。

反射板２０１は、対向する金属箔Ｍと反対側に凸に湾曲している。また反射板２０１は、ロッドヒータ２００を覆うように鉛直方向に延伸している。そして、ロッドヒータ２００から金属箔Ｍと反対側に放射された赤外線は、反射板２０１で反射して金属箔Ｍに放射される。

隣り合う反射板２０１、２０１間には、反射板２０１と金属箔Ｍとの間に形成された乾燥領域Ｄに空気を供給する給気口２０２が形成されている。また、別の隣り合う反射板２０１、２０１間には、乾燥領域Ｄ内の空気を排気する排気口２０３が形成されている。これら給気口２０２と排気口２０３は、金属箔Ｍの長手方向に交互に配置されている。そして、給気口２０２から乾燥領域Ｄ内に供給された空気は、金属箔Ｍの表面に沿って流れた後、給気口２０２に隣接する排気口２０３から排気される。すなわち、乾燥領域Ｄ内に給気口２０２から排気口２０３への一方向の気流が発生する。なお、反射板２０１が金属箔Ｍの両側に配置されているのに伴い、給気口２０２及び排気口２０３も金属箔Ｍの両側に形成されている。

各給気口２０２には、当該給気口２０２に空気を供給するための供給管２１０がそれぞれ設けられている。供給管２１０は、空気供給源２１１に連通している。空気供給源２１１の内部には、空気、例えばドライエアなどが貯留されている。お、排気口２０３には、例えば真空ポンプ（図示せず）が設けられ、当該真空ポンプによって乾燥領域Ｄ内の空気が排気される。

かかる場合、乾燥部１２では、金属箔Ｍの両側に配置された複数のロッドヒータ２００及び複数の反射板２０１からの赤外線による輻射加熱と、金属箔Ｍの両側に形成された乾燥領域Ｄ、Ｄ内で給気口２０２から排気口２０３に流通する空気による対流加熱とによって、金属箔Ｍの両面の活物質合剤Ｓが乾燥される。なお、このときロッドヒータ２００の温度は例えば２００℃に設定されている。また、乾燥領域Ｄ内で発生する給気口２０２から排気口２０３への気流によって、活物質合剤Ｓから蒸発した水が排気口２０３に円滑に流れ、当該蒸発した水が金属箔Ｍに再付着することなく除去される。こうして金属箔Ｍの両面の活物質合剤Ｓが乾燥され、当該金属箔Ｍの両面に所定の膜厚の活物質層Ｆが形成される。

本実施の形態によれば、乾燥部１２において、赤外線による輻射加熱と空気による対流加熱という２種類の乾燥方法を用いているので、当該活物質合剤Ｓを適切に乾燥させることができる。また、赤外線による輻射加熱を用いた場合、ロッドヒータ２００及び反射板２０１と金属箔Ｍとの間の距離に依存することなく赤外線の輻射熱が伝熱される。したがって、金属箔Ｍの反りや傾きに影響されることなく、活物質合剤Ｓを適切に加熱することができる。さらに、乾燥部１２では、乾燥領域Ｄ内に給気口２０２から排気口２０３への一方向の気流を発生させることができる。この気流によって、金属箔Ｍ上の活物質合剤Ｓを乾燥させる際に蒸発した水が排気口２０３から排出されるので、当該蒸発した水が金属箔Ｍの表面に再付着することがない。このため、金属箔Ｍ上の活物質合剤Ｓをより適切に乾燥させることができる。したがって、金属箔Ｍ上に活物質層Ｆを適切に形成することができる。

また、反射板２０１がロッドヒータ２００を挟んで金属箔Ｍの表面と対向して配置されているので、ロッドヒータ２００から金属箔Ｍと反対側に放射された赤外線は、反射板２０１で反射して金属箔Ｍに放射される。したがって、赤外線の全てを利用することができ、金属箔Ｍ上の活物質合剤Ｓを効率よく乾燥させることができる。

さらに、反射板２０１が金属箔Ｍと反対側に凸に湾曲しているので、排気口２０３から排気されなかった極微量の空気を給気口２０２側に円滑に流通させることができる。そして、この空気は再び給気口２０２から供給される空気と合流して、排気口２０３に流れる。したがって、乾燥領域Ｄ内における給気口２０２から排気口２０３への気流が乱されることなく、一方向の気流を維持することができる。また、排気口２０３から排気されなかった極微量の空気は、乾燥領域Ｄ内において赤外線の輻射加熱によって加熱されるので、金属箔Ｍ上の活物質合剤Ｓを効率よく乾燥させることができる。

以上の実施の形態において、ロッドヒータ２００の内部に空気を流通させてもよい。図９及び図１０に示すように、ロッドヒータ２００は、内筒２２０と、内筒２２０を取り囲むように設けられた外筒２２１とを有している。内筒２２０の外周部には、発熱体としてニクロム線を有するニクロム線ヒータ２２２が螺旋状に設けられている。このニクロム線ヒータ２２２は、鉛直方向に金属箔Ｍの短手方向の長さより長く設けられている。なお、上述したように外筒２２１の材質はセラミックである。また、内筒２２０は耐熱性を有し、その材質は例えばセラミック又はアルミナである。

外筒２２１と内筒２２０との間には、空気が流通する流通路２３０が形成されている。流通路２３０内を流通する空気は給気部２３１から供給される。給気部２３１は、ロッドヒータ２００の軸方向両端部に配置されている。また給気部２３１には、空気供給源２３２に連通する供給管２３３が接続されている。空気供給源２３２に内部には、常温である２３℃の空気、例えばドライエアが貯留されている。

外筒２２１には、流通路２３０の空気を金属箔Ｍの表面に向けて噴出する複数の噴出口２３４が形成されている。噴出口２３４は、外筒２２１の長手方向（図９中のＺ方向）に並べて複数形成されている。これら噴出口２３４は、図１１に示すように排気口２０３側に向けられている。また、これら噴出口２３４は、流通路２３０内の空気を金属箔Ｍの表面に向けて斜めに噴出する位置に形成されている。

かかる場合、乾燥部１２では、給気部２３１から流通路２３０に供給された空気は、当該流通路２３０内を流通する。この際、流通路２３０内の空気は、ニクロム線ヒータ２２２によって加熱される。ロッドヒータ２００の温度は上述したように例えば２００℃に設定されているため、流通路２３０内の空気は、２３℃よりも高い温度であって２００℃以下に加熱される。そして、加熱された空気は、噴出口２３４から乾燥領域Ｄに噴出される。こうしてロッドヒータ２００から乾燥領域Ｄ内の金属箔Ｍの表面に向けて噴出された空気は、金属箔Ｍの表面近傍を流れ、給気口２０２から排気口２０３に流れる気流に合流して、排気口２０３から排気される。

そして、乾燥部１２では、複数のロッドヒータ２００及び複数の反射板２０１からの赤外線による輻射加熱と、乾燥領域Ｄ内で給気口２０２から排気口２０３に流通する空気による対流加熱に加えて、上述したロッドヒータ２００から噴出される空気による対流加熱によって、金属箔Ｍ上の活物質合剤Ｓが乾燥される。

本実施の形態によれば、ロッドヒータ２００から乾燥領域Ｄに噴出される空気はニクロム線ヒータ２２２によって加熱されているので、活物質合剤Ｓの乾燥時間を短縮することができる。このため、乾燥部１２の長さも短くすることができ、電極製造装置１のフットプリントを小さくできる。しかも、この流通路２３０内における空気の加熱は、活物質合剤Ｓを乾燥させるために設けられたニクロム線ヒータ２２２を利用でき、別途加熱機構を設ける必要がない。以上のように本実施の形態によれば、金属箔Ｍ上の活物質合剤Ｓをより効率よく乾燥することができる。

また、外筒２２１において噴出口２３４は排気口２０３側に向けて形成されているので、当該噴出口２３４から噴出された空気は、給気口２０２から排気口２０３に流れる気流に対して逆流しない。そうすると、噴出口２３４から噴出された空気は、給気口２０２から排気口２０３への気流を乱すことなく一方向の気流を維持しつつ、当該気流に合流できる。したがって、金属箔Ｍ上の活物質合剤Ｓを適切に乾燥させることができる。

以上の実施の形態において、図１２及び図１３に示すようにロッドヒータ２００の流通路２３０の内部において、外筒２２１と内筒２２０を接続して、当該内筒２２０を支持する支持部材２４０が設けられていてもよい。支持部材２４０は、内筒２２０の周方向に等間隔に複数配置されている。また、支持部材２４０は、内筒２２０の軸方向、すなわち長手方向（図１２中のＺ方向）に等間隔に複数配置されている。このように支持部材２４０が配置されていることによって、流通路２３０内の空気の流れが攪拌される。

また、支持部材２４０は伝熱性を有しており、その材質は例えばＳｉＣである。このため、ニクロム線ヒータ２２２から発生する熱が支持部材２４０を介して外筒２２１に伝達されるようになっている。

かかる場合、支持部材２４０によって流通路２３０内の空気の流れが攪拌されるので、当該空気を効率よく加熱することができる。また、支持部材２４０によってニクロム線ヒータ２２２からの熱が外筒２２１に伝達されて、当該外筒２２１が加熱されるので、流通路内２３０内の空気を効率よく加熱できると共に、乾燥領域Ｄ内の空気も加熱することができる。以上のように本実施の形態によれば、金属箔Ｍ上の活物質合剤Ｓをより効率よく乾燥することができる。

以上の実施の形態では、活物質層Ｆは金属箔Ｍの長手方向に複数形成されているが、一の活物質層Ｆを備えた電極Ｅを形成する際にも、本発明の電極製造装置１は有用である。

また以上の実施の形態では、電極製造装置１において金属箔Ｍの両面に活物質層Ｆを形成したが、電極Ｅを形成するためにはその他の処理、例えば金属箔Ｍのプレスや切断等も行われる。電極製造装置１は、巻出ロール１０と巻取ロール１３との間において、これらその他の処理も連続して行うようにしてもよい。

また以上の実施の形態では、リチウムイオンキャパシタの電極Ｅを製造する場合について説明したが、電気二重層キャパシタに用いられる電極やリチウムイオン電池に用いられる電極を製造する場合にも、本発明の電極製造装置１を用いることができる。かかる場合、製造される電極の種類に応じて、金属箔Ｍの材質や活物質合剤Ｓの材料等を変更すればよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１ 電極製造装置
１０ 巻出ロール
１１ 塗工部
１２ 乾燥部
１３ 巻取ロール
２０ 塗工ヘッド
２１ 塗工口
３０ 加熱機構
３１ ロッドヒータ
３２ 給気機構
３３ 給気部
３４ 空気供給源
３５ 供給管
５０ 制御部
１００ ローラ
１０１ ノズル
２００ ロッドヒータ
２０１ 反射板
２０２ 給気口
２０３ 排気口
２２０ 内筒
２２１ 外筒
２２２ ニクロム線ヒータ
２３０ 流通路
２３４ 噴出口
２４０ 支持部材
Ｄ 乾燥領域
Ｅ 電極
Ｆ 活物質層
Ｍ 金属箔
Ｓ 活物質合剤

Claims (27)

1. 帯状の基材の両面に活物質層を形成して電極を製造する電極製造装置であって、
   基材を巻き出す巻出部と、
   前記巻出部で巻き出された基材を巻き取る巻取部と、
   前記巻出部と前記巻取部との間に設けられ、基材の両面に活物質合剤を塗工する塗工部と、
   前記塗工部と前記巻取部との間に設けられ、前記塗工部で塗工された前記活物質合剤を乾燥させて活物質層を形成する乾燥部と、を有し、
   前記巻出部と前記巻取部は、基材の長手方向が水平方向であって、且つ基材の短手方向が鉛直方向となる向きで基材を搬送するように配置されていることを特徴とする、電極製造装置。
2. 前記巻出部は、軸方向が鉛直方向となる向きに配置された巻出ロールを有し、
   前記巻取部は、軸方向が鉛直方向となる向きに配置された巻取ロールを有することを特徴とする、請求項１に記載の電極製造装置。
3. 前記乾燥部は、
   基材の両側に設けられ、赤外線による輻射加熱によって前記活物質合剤を乾燥させる加熱機構と、
   前記加熱機構と基材との間に鉛直方向に流通するように空気を供給して、前記活物質合剤を乾燥させる給気機構と、を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の電極製造装置。
4. 前記乾燥部は、
   基材の長手方向に並べて配置され、赤外線を照射する複数のロッドヒータと、
   前記ロッドヒータを挟んで基材の表面と対向して配置され、前記ロッドヒータからの赤外線を基材側に反射させる複数の反射板と、
   隣り合う前記反射板間に形成され、前記反射板と基材との間の乾燥領域に空気を供給する給気口と、
   別の隣り合う前記反射板間に形成され、前記乾燥領域内の空気を排気する排気口と、を備え、
   前記複数のロッドヒータ、前記複数の反射板、前記給気口及び前記排気口は、それぞれ基材の両側に設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電極製造装置。
5. 前記給気口と前記排気口は、基材の長手方向に交互に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の電極製造装置。
6. 前記反射板は、対向する基材と反対側に凸に湾曲していることを特徴とする、請求項４又は５に記載の電極製造装置。
7. 前記ロッドヒータは、外周部に発熱体が設けられた内筒と、前記内筒を取り囲むように設けられた外筒とを有し、
   前記外筒と前記内筒との間には空気が流通する流通路が形成され、
   前記外筒には、前記流通路内の空気を前記基材の表面に向けて噴出する噴出口が形成されていることを特徴とする、請求項４〜６のいずれかに記載の電極製造装置。
8. 前記噴出口は、前記排気口側に向けられていることを特徴とする、請求項７に記載の電極製造装置。
9. 前記流通路内には、前記外筒と前記内筒を接続して、当該内筒を支持する支持部材が複数設けられ、
   前記複数の支持部材は、前記内筒の周方向に複数配置され、且つ前記内筒の軸方向に複数配置されていることを特徴とする、請求項７又は８に記載の電極製造装置。
10. 前記支持部材は伝熱性を有することを特徴とする、請求項９に記載の電極製造装置。
11. 前記塗工部は、基材の表面に活物質合剤を吐出する塗工口が形成された塗工ヘッドを有し、
    前記塗工ヘッドは、基材の両側に配置されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の電極製造装置。
12. 前記塗工部は、基材の表面に当接して、当該基材に活物質合剤を塗工するローラと、前記ローラの表面に活物質合剤を供給するノズルと、を有し、
    前記ローラ及び前記ノズルは、それぞれ基材の両側に配置されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の電極製造装置。
13. 前記電極は、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ又はリチウムイオン電池に用いられる電極であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の電極製造装置。
14. 巻出部と巻取部との間で帯状の基材を搬送しながら、当該基材の両面に活物質層を形成して電極を製造する電極製造方法であって、
    塗工部において、基材の両面に活物質合剤を塗工する塗工工程と、
    その後、乾燥部において、前記塗工工程で塗工された前記活物質合剤を乾燥させて活物質層を形成する乾燥工程と、を有し、
    前記塗工工程と前記乾燥工程は、基材の長手方向が水平方向であって、且つ基材の短手方向が鉛直方向となる向きで搬送中の基材に対して行われることを特徴とする、電極製造方法。
15. 前記乾燥部は、
    基材の両側に設けられ、赤外線による輻射加熱によって前記活物質合剤を乾燥させる加熱機構と、
    前記加熱機構と基材との間に鉛直方向に流通するように空気を供給して、前記活物質合剤を乾燥させる給気機構と、を有し、
    前記乾燥工程において、前記加熱機構からの赤外線による輻射加熱と、前記加熱機構と基材との間を流通する空気による対流加熱とによって、前記活物質合剤を乾燥させることを特徴とする、請求項１４に記載の電極製造方法。
16. 前記乾燥部は、
    基材の長手方向に並べて配置され、赤外線を照射する複数のロッドヒータと、
    前記ロッドヒータを挟んで基材の表面と対向して配置され、前記ロッドヒータからの赤外線を基材側に反射させる複数の反射板と、
    隣り合う前記反射板間に形成され、前記反射板と基材との間の乾燥領域に空気を供給する給気口と、
    別の隣り合う前記反射板間に形成され、前記乾燥領域内の空気を排気する排気口と、を備え、
    前記複数のロッドヒータ、前記複数の反射板、前記給気口及び前記排気口は、それぞれ基材の両側に設けられ、
    前記乾燥工程において、前記複数のロッドヒータ及び前記複数の反射板からの赤外線による輻射加熱と、前記乾燥領域内で前記給気口から前記排気口に流通する空気による対流加熱とによって、前記活物質合剤を乾燥させることを特徴とする、請求項１４に記載の電極製造方法。
17. 前記給気口と前記排気口は、基材の長手方向に交互に配置されていることを特徴とする、請求項１６に記載の電極製造方法。
18. 前記反射板は、対向する基材と反対側に凸に湾曲していることを特徴とする、請求項１６又は１７に記載の電極製造方法。
19. 前記ロッドヒータは、外周部に発熱体が設けられた内筒と、前記内筒を取り囲むように設けられた外筒とを有し、
    前記乾燥工程において、前記外筒と前記内筒との間に形成された流通路に空気を供給し、供給された空気を前記発熱体によって加熱し、加熱された空気を前記外筒に形成された噴出口から基材の表面に向けて噴出することを特徴とする、請求項１６〜１８のいずれかに記載の電極製造方法。
20. 前記噴出口は、前記排気口側に向けられていることを特徴とする、請求項１９に記載の電極製造方法。
21. 前記流通路内には、前記外筒と前記内筒を接続して、当該内筒を支持する支持部材が複数設けられ、
    前記乾燥工程において、前記複数の支持部材により前記流通路内の空気の流れが攪拌されることを特徴とする、請求項１９又は２０に記載の電極製造方法。
22. 前記支持部材は伝熱性を有し、
    前記乾燥工程において、前記支持部材及び前記発熱体により前記外筒が加熱されることを特徴とする、請求項２１に記載の電極製造方法。
23. 前記塗工工程において、基材の両側に配置された塗工ヘッドの塗工口から基材の表面に活物質合剤を吐出することを特徴とする、請求項１４〜２２のいずれかに記載の電極製造方法。
24. 前記塗工部は、基材の表面に当接して、当該基材に活物質合剤を塗工するローラと、前記ローラの表面に活物質合剤を供給するノズルと、を有し、
    前記ローラ及び前記ノズルは、それぞれ基材の両側に配置され、
    前記塗工工程において、前記ノズルから供給された活物質合剤が付着した前記ローラを基板の表面に当接させて、基材の表面に活物質合剤を塗工することを特徴とする、請求項１４〜２２のいずれかに記載の電極製造方法。
25. 前記電極は、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ又はリチウムイオン電池に用いられる電極であることを特徴とする、請求項１４〜２４のいずれかに記載の電極製造方法。
26. 請求項１４〜２５のいずれかに記載の電極製造方法を電極製造装置によって実行させるために、当該電極製造装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラム。
27. 請求項２６に記載のプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体。

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