JP2012212873A - 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

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 Download PDF

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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。乾燥部１２は、金属箔Ｍの搬送方向に直列配置された常圧乾燥部１２ａおよびその前方の真空乾燥部１２ｂを備え、金属箔Ｍが通過する真空乾燥部１２ｂの入口および出口に、真空乾燥部１２ｂの真空度を保つ非接触型シール材３２、３５が設けられている。真空乾燥部１２ｂの出口側の非接触型シール材３５を介してドライエア室４が配置され、巻取ロール１３がドライエア室４内に設けられている。
【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
金属箔の表面に塗工された活物質合剤を乾燥させる際の乾燥時間は、基材の塗布速度と乾燥炉の長さにより決定される。生産性を上げるために塗布速度を上げると、大型の乾燥装置が必要になる。例えば塗布速度を２０ｍ／分とすると、乾燥時間が６０ｓｅｃの場合、２０ｍの長さの乾燥装置が必要となる。一方、乾燥装置を小型化すれば乾燥時間が短くなり、十分な乾燥が行えない。特に水を溶媒とする活物質合剤の場合は乾燥に時間を要する。しかも、十分な乾燥が行われずに水が微量でも残留すると、例えば二次電池の電極として用いた際、３Ｖ以下の電圧で水が電気分解してガスが発生し膨張するため、不良製品となる。
そのため、本発明者らは、従来の電極製造装置を用いて、温風乾燥等による乾燥後に一旦巻取ロールに巻き取り、その後、必要に応じて真空乾燥を行うことを考えた。ところが、この際、ロール状に巻回された状態で乾燥させるため、数ｔｏｒｒ程度に減圧された乾燥炉中で数十時間の時間を要してしまう。
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、金属箔の表面に塗工された活物質合剤を、効率よく確実に乾燥させることを目的とする。
上記問題を解決するため、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、前記巻出部から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、前記乾燥部は、前記基材の搬送方向に直列配置された常圧乾燥部およびその前方の真空乾燥部を備え、前記基材が通過する前記真空乾燥部の入口および出口に、前記真空乾燥部の真空度を保つシール材が設けられ、前記真空乾燥部の出口側の前記シール材を介して、ドライエア環境の空間が配置され、前記巻取部が前記ドライエア環境の空間内に設けられていることを特徴としている。
本発明によれば、常圧乾燥部と真空乾燥部とを連続して配置することで、巻出ロールから巻き出された基材を巻き取る前に、基材の表面に塗工された活物質合剤を十分に乾燥させることができる。これにより、装置の統合化を図れるとともに、トータル処理時間を短縮し、生産性の向上および省力化を図ることができる。
前記常圧乾燥部と前記真空乾燥部とにおける前記基材の搬送速度が同じであってもよい。
前記シール材は非接触型シール材でもよい。
前記常圧乾燥部と前記真空乾燥部の間に、前記基材の張力検出を行う張力検出部を備えていてもよい。
前記常圧乾燥部と前記真空乾燥部の間に、前記基材を一時的に蓄積できるバッファが設けられていてもよい。
前記真空乾燥部内において前記基材が蛇行するようにガイドローラが配置されていてもよい。
前記基材は、前記巻取部に巻き取られた後、前記ドライエア環境の空間内で密閉シールされてもよい。
前記常圧乾燥部では輻射または温風による乾燥が行われ、前記真空乾燥部では輻射または伝熱による乾燥が行われてもよい。
前記活物質合剤の溶媒は水であってもよい。
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、また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。
前記電極製造装置は、前記ドライエア環境の空間に隣接して設けられ、基材の巻取りが終了した前記巻取部を収容するケースと、前記ケース内に前記巻取部を搬送して収容させるための収容手段とを有していてもよい。
また、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、活物質と溶媒を混合した活物質合剤を基材の両面に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、前記乾燥部は、前記基材の搬送方向に直列配置された常圧乾燥部およびその前方の真空乾燥部を備え、前記基材が通過する前記真空乾燥部の入口および出口に、前記真空乾燥部の真空度を保つシール材が設けられ、前記真空乾燥部の出口側の前記シール材を介して、ドライエア環境の空間が配置され、前記巻取部が前記ドライエア環境の空間内に設けられていることを特徴としている。
前記常圧乾燥部と前記真空乾燥部とにおける前記基材の搬送速度が同じであってもよい。
前記シール材は非接触型シール材でもよい。
前記常圧乾燥部と前記真空乾燥部の間に、前記基材の張力検出を行う張力検出部を備えていてもよい。
前記常圧乾燥部と前記真空乾燥部の間に、前記基材を一時的に蓄積できるバッファが設けられていてもよい。
前記真空乾燥部内において前記基材が蛇行するようにガイドローラが配置されていてもよい。
前記基材は、前記巻取部に巻き取られた後、前記ドライエア環境の空間内で密閉シールされてもよい。
前記常圧乾燥部では輻射または温風による乾燥が行われ、前記真空乾燥部では輻射または伝熱による乾燥が行われてもよい。
前記活物質合剤の溶媒は水であってもよい。
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、また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。
前記ドライエア環境の空間において基材の巻取が終了した前記巻取部は、収容手段によって前記ドライエア環境の空間に隣接して設けられたケースに収容された後、外部に取り出されてもよい。
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、金属箔の表面に塗工された活物質合剤を、効率よく確実に乾燥させることができる。
本実施の一実施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。 図１の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。 非接触型シール材の概略を示す断面図である。 本発明の異なる実施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。 本発明のさらに異なる実施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。 本発明のさらに異なる実施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。 塗工部の異なる実施形態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異なる電極の側面図である。 接触型シール材の概略を示す断面図である。 ドライエア室の異なる実施形態の構成の概略を示す略側面図である。 ドライエア室のさらに異なる実施形態の構成の概略を示す略側面図である。
以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。図１は、本実施の一実施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、図１に示す電極製造装置１の構成の概略を示す平面図である。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。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
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、例えば金属箔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、リチウムイオンキャパシタの場合は、例えば多孔質の集電体である。また、電気二重層キャパシタや、リチウムイオン電池などの場合は、例えば孔がない集電体である。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く、乾燥後で、正極が負極の約２倍の厚さである。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、常圧室２、真空室３、ドライエア室４の３種類の空間を有している。常圧室２は、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を形成する常圧乾燥部１２ａとを有している。真空室３は、水分の残留が無くなるまでさらに活物質合剤を乾燥させる真空乾燥部１２ｂを有している。ドライエア室４は、金属箔Ｍを巻き取る巻取部としての巻取ロール１３を有している。本発明の電極製造装置１において、乾燥部１２は、常圧乾燥部１２ａと真空乾燥部１２ｂとで構成される。巻出ロール１０、塗工部１１、常圧乾燥部１２ａ、真空乾燥部１２ｂ、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、適宜箇所例えば巻出ロール１０と途工部１１との間に、駆動機構（図示せず）およびテンション調整部（図示せず）が設けられており、これらによって、巻出ロール１０から巻き出された金属箔Ｍが搬送され、適正な張力を保って巻取ロール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。巻取ロール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。なお、塗工処理が進むにつれて、巻出ロール１０の径は小さくなり巻取ロール１３の径は大きくなるため、金属箔Ｍを同じ高さに保つために、巻出ロール１０の直後および巻取ロール１３の直前に、それぞれガイドロール１５、１６が設けられている。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。
常圧乾燥部１２ａは、図１及び図２に示すように、金属箔Ｍ上の活物質合剤を例えば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も長く延伸している。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。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。
常圧乾燥部１２ａの構成は以上の実施の形態に限定されず、金属箔Ｍ上の活物質合剤を乾燥できる構成であれば種々の構成を取り得る。例えば加熱手段は上記のロッドヒータ３１に限らず、赤外線を発光する複数のＬＥＤを配置してもよいし、温風乾燥でもよい。巻出ロール１０、塗工部１１、常圧乾燥部１２ａを備える常圧室２は、簡易クリーンルームレベルに制御された空間であればよい。
常圧室２と真空室３とは、差動排気方式を採用した非接触型シール材３２を介して連続配置される。金属箔Ｍを巻出ロール１０から巻取ロール１３まで連続して搬送するためには、常圧室２と真空室３との間に、金属箔Ｍが通過可能な隙間が必要である。常圧室２と真空室３との間に非接触型シール材３２を設けることにより、図６に示すように、隙間４１を介して常圧室２から真空室３へ向けて流れる空気が排気系４２から排気されて真空室３への空気の流入を抑制し、真空室３の真空度を保持する。なお、非接触型シール材３２により、真空室３への空気の流入をゼロにすることはできないが、本発明の真空室３内は、数ｔｏｒｒ程度の気圧を有していても構わない。このような構造とすることにより、常圧室２と真空室３との間に隙間４１を有しながら、真空室３への空気の流入を抑制することができるため、金属箔Ｍが隙間４１を通過し、常圧乾燥部１２ａから真空乾燥部１２ｂへ連続して搬送できる。
真空室３の真空乾燥部１２ｂは、図１及び図２に示すように、金属箔Ｍ上の活物質合剤を例えば赤外線による輻射加熱によって乾燥させる加熱機構３３を有している。加熱機構３３は、常圧乾燥部１２ａと同様に、赤外線を照射するロッドヒータ３４を金属箔Ｍの長手方向の両側に並べて複数配置して構成される。なお、真空乾燥部１２ｂの構成は、赤外線による輻射加熱に限定されず、空気を介することなく金属箔Ｍ上の活物質合剤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、金属箔Ｍをヒータに接触させる伝熱加熱でもよい。
真空室３とドライエア室４は、常圧室２と真空室３の間と同様の非接触型シール材３５を介して連続配置される。ドライエア室４は、例えば露点温度が−５０℃以下のドライエア環境に制御される。このドライエア室４内で、真空乾燥後の金属箔Ｍが再び吸湿することなく巻取ロール１３に巻き取られる。
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、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。
常圧室２において、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、常圧乾燥部１２ａに搬送される。常圧乾燥部１２ａでは、金属箔Ｍの両側に配置された加熱機構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１００℃〜２００℃程度に設定されている。また、給気機構（図示せず）を設けて気流を形成して乾燥を促進してもよい。
常圧乾燥部１２ａを通過した金属箔Ｍは、常圧室２から、非接触型シール材３２の隙間４１を通って、真空室３内の真空乾燥部１２ｂに搬送される。真空乾燥部１２ｂでは、金属箔Ｍは常圧室２内と同じ搬送速度で搬送され、金属箔Ｍの両側に配置された加熱機構３３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に水分が残留しなくなるまで、さらに乾燥される。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。
活物質層Ｆが形成された金属箔Ｍは、真空室３の出口側の非接触型シール材３５の隙間を通ってドライエア室４に搬送され、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。
本実施の形態では、常圧乾燥部１２ａと真空乾燥部１２ｂとが連続して直列配置されているので、まず常圧乾燥部１２ａで金属箔Ｍ上の活物質合剤Ｓを適宜レベルまで乾燥させた後、そのままの速度で真空乾燥部１２ｂへ導入し、さらなるレベルまで乾燥させることができる。このような２段階による構成の乾燥部１２を通過させることにより、従来のように活物質合剤Ｓに水分が残留することがなく、活物質合剤Ｓを適切に乾燥させることができる。しかも、真空乾燥部１２ｂでは、巻取ロール１３に巻回していないウェブの状態で乾燥させるため、ロール状態で真空乾燥する従来の方法と比較して、大幅に乾燥時間を短縮できる。そして、常圧乾燥部１２ａと真空乾燥部１２ｂとが連続して配置されることにより、一連の処理を連続して効率よく行うことができ、常圧乾燥部１２ａと真空乾燥部１２ｂの金属箔Ｍの搬送速度を同じにすることで、処理効率をさらに向上させることができる。以上のように、本実施の形態によれば、金属箔Ｍの表面に活物質層Ｆを適切に且つ効率よく形成することができる。
さらに、真空乾燥部１２ｂから搬出された金属箔Ｍは、ドライエア室４内で巻取ロール１３に巻き取るので、真空乾燥された金属箔Ｍが再び吸湿することなく巻き取られる。さらに、ドライエア室４内で、巻取ロール１３に巻き取られた金属箔Ｍを巻取ロール１３のまま本システムから自動的に取り外し、巻取ロール１３を例えば自動的にビニールによる真空パック包装を行うような密閉シールができる構成とすることが好ましい。
図７は、本発明の電極製造装置の異なる実施形態を示す平面図であり、常圧乾燥部１２ａと真空乾燥部１２ｂの間に、金属箔Ｍの張力検出を行う張力検出部６１を設けたものである。その他の構成は、図２に示す前述の実施形態と同様である。張力検出部６１で金属箔Ｍの張力をモニタリングすることで、金属箔Ｍの搬送をより適切に行うことができる。なお、常圧乾燥部１２ａの直後に張力検出部６１や駆動ロール６２を設けることにより、常圧乾燥部１２ａと真空乾燥部１２ｂでの金属箔Ｍの振動やばたつきを抑制することができる。
また、図８は、本発明の電極製造装置のさらに異なる実施形態を示す平面図であり、常圧乾燥部１２ａと真空乾燥部１２ｂの間に、バッファ６３を設けたものである。その他の構成は、図２に示す前述の実施形態と同様である。この実施形態では、金属箔Ｍを、図８に示すＸ方向に移動可能なダンサロール６４を経由させて、ダンサロール６４を＋Ｘ方向または−Ｘ方向に移動させることにより、バッファ６３部分に適宜量の金属箔Ｍを一時的に蓄えることができる。なお、バッファ６３の構造は図示のものに限らない。バッファ６３を設けることにより、真空乾燥部１２ｂを一時停止させる場合のように、常圧乾燥部１２ａ側と真空乾燥部１２ｂ側とで搬送速度が異なる場合等の調整を行うことができる。
図９は、本発明の電極製造装置のさらに異なる実施形態であり、真空乾燥部１２ｂにおいて、金属箔Ｍが波状に蛇行するように、進行方向に対して左右交互にガイドローラ６５を配置したものである。その他の構成は、図２に示す前述の実施形態と同様である。金属箔Ｍを蛇行させることにより、真空室３の搬送方向の長さを抑えても、金属箔Ｍが真空乾燥部１２ｂ内を通過する時間を長く確保して十分な乾燥を行うことができる。この場合、蛇行する金属箔Ｍに沿った位置に複数の赤外線ヒータを配置してもよい。また、ガイドローラ６５が伝熱加熱用ヒータを兼ねていてもよい。
なお、図７〜図９に基づいて説明した上記の実施形態における張力検出部６１、バッファ６３、および金属箔Ｍを波状に蛇行させるガイドローラ６５は、任意の組み合わせ、または全てを備えた構成の電極製造装置としてもよい。
以上、本発明の好適な実施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技術的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う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。
例えば、上記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、上記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、上記の実施の形態では、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、塗工部１１において、例えば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、塗工部１１は、図１０に示すように、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。
上記の実施の形態では、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、例えば連続した１つの活物質層Ｆを備えた電極Ｅや、図１１に示すように連続した複数列の活物質層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。
また上記の実施の形態では、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を連続して行うようにしてもよい。
また、上記の実施の形態では、非接触型シール材３２、３５を用いたが、非接触型シール材３２、３５の代わりに、図１２に示すように、金属箔Ｍや活物質層Ｆに接触する弾力性を有する接触部４４を有し、この接触部４４にてシールする接触型シール材４３を用いてもよい。
また、上記の実施の形態では、常圧乾燥部１２ａと真空乾燥部１２ｂとの間に、張力検出部６１を設けたが、さらに巻出ロール１０と塗工部１１との間や、非接触型シール材３５と巻取ロール１３との間に張力検出部６１を配置してもよい。または、これらのうちのいずれか一箇所にのみ、あるいは複数箇所に張力検出部を配置してもよい。
次に、ドライエア室４に外気を入れることなく、真空パック包装された巻取ロール１３をドライエア室４からどのようにして取り出すかについて説明する。
そこで電極製造装置１は、ドライエア室４に接するように設けられ、巻取りが終了した巻取ロール１３を収容するためのケースと、このケース内に巻取ロール１３を搬送して収容するための収容手段とを有する。
具体的には、図１３に示すように、ドライエア室４の側壁に、グローブ２００が設けられている。グローブ２００は、柔軟性のある材料で形成されており、ドライエア室４の外から作業者がグローブ２００内に手を入れて、ドライエア室４内の作業を行うことができる。グローブ２００は、通気性が無く、また、グローブ２００とドライエア室４の側壁との間は密閉されているので、この部分からドライエア室４に外気が入ることはない。そして、グローブ２００が本発明における収容手段に相当する。
また、グローブ２００の下方には、ドライエア室４の側壁に接するケース２０１が設けられている。ケース２０１において、ドライエア室４の空間と接する部分には、開閉自在で、閉じた際にケース２０１内を密閉自在な第１の扉２０２が設けられている。そして、ケース２０１において、ドライエア室４の側壁部（ドライエア室４の空間の外に接する部分）には、開閉自在で、閉じた際にケース２０１内を密閉自在な第２の扉２０３が設けられている。また、ケース２０１には、ケース２０１内の雰囲気を排気する排気手段２０４と、ケース２０１内にドライエアを供給する気体供給手段２０５とが接続されている。
そして、巻取ロール１３をドライエア室４から取り出すときには、作業者がグローブ２００内に手を入れて、以下の作業を行う。まず、第１の扉２０２および第２の扉２０３を密閉した状態から、作業者は、第１の扉２０２を開け、真空パック包装された巻取ロール１３をケース２０１内に収納する。その後、第１の扉２０２を密閉し、グローブ２００から手を抜く。そして、第２の扉２０３をドライエア室４の外から開け、ケース２０１内から巻取ロール１３を取り出す。その後、第２の扉２０３を密閉し、排気手段２０４で排気しつつ、気体供給手段２０５でドライエアをケース２０１内に供給する。すると、ケース２０１内は、ドライエア雰囲気に置換される。
このように、ドライエア室４に外気が入ることなく、真空パック包装された巻取ロール１３をドライエア室４から取り出すことが可能となる。
他の実施の形態として、グローブ２００の代わりに、図１４に示すように、巻取ロール１３を搬送可能な搬送手段２０６を設けてもよい。この実施の形態では、搬送手段２０６が、本発明における収容手段に相当する。搬送手段２０６は、例えばマニピュレータ等のロボットを用いる。そして搬送手段２０６は、第１の扉２０２を開閉することも可能に構成されている。
巻取ロール１３をドライエア室４から取り出すときには、まず、第１の扉２０２および第２の扉２０３を密閉した状態で、搬送手段２０６を走査する。そして、第１の扉２０２を開き、巻取ロール１３を搬送手段２０６にて搬送し、ケース２０１内に収納する。その後、搬送手段２０６を用いて、第１の扉２０２を密閉すればよい。その後は、前述した実施の形態における巻取ロール１３の取り出しと同様の手順である。
なお、ケース２０１を図１４に示すように、ドライエア室４の外側に接するように設けてもよい。
また、搬送手段２０６で第１の扉２０２を開閉するのではなく、第１の扉２０２０を開閉する別の手段を設けてもよい。
上述した実施の形態では、本発明における収容手段としてグローブ２００または搬送手段２０６を用いたが、これに限定されず、巻取ロール１３をケース２０１内に搬送して収納できれば、他の構成を用いてもよい。

その他の実施の形態として、巻出ロール１２や巻取ロール１３を交換するための図示しないオートチェンジャーを、巻出ロール１２および巻取ロール１３の周囲にそれぞれ設けてもよい。このオートチェンジャーは、空になった巻出ロール１２を新たな巻出ロール１２に交換し、巻取りが終了した巻取ロール１３を新たな空の巻取ロール１３に交換する。なお、新たな複数の巻出ロール１２と新たな複数の空の巻取ロール１３が図示しないオートチェンジャーに予め充填されている。
このような構成とすれば、金属箔Ｍを連続的に処理でき、さらに電極製造装置１における生産性が向上する。また、巻取ロール１３を交換する毎に、作業者がドライエア室４に入って交換作業を行う必要もない。このため、ドライエア室４に入退室するために図示しないドライエア室４のドアを空ける必要もないので、ドライエア室４に外気が入る虞もない。
上記の実施の形態では、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。
１ 電極製造装置
２ 常圧室
３ 真空室
４ ドライエア室
１０ 巻出ロール
１１ 塗工部
１２ 乾燥部
１２ａ 常圧乾燥部
１２ｂ 真空乾燥部
１３ 巻取ロール
２０ 塗工ヘッド
３０、３３ 加熱機構
３１、３４ ロッドヒータ
３２、３５ 非接触型シール材
５０ 制御部
Ｅ 電極
Ｆ 活物質層
Ｍ 金属箔
Ｓ 活物質合剤

Claims (24)

  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、
    前記巻出部から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、
    前記乾燥部は、前記基材の搬送方向に直列配置された常圧乾燥部およびその前方の真空乾燥部を備え、
    前記基材が通過する前記真空乾燥部の入口および出口に、前記真空乾燥部の真空度を保つシール材が設けられ、
    前記真空乾燥部の出口側には、前記シール材を介して、ドライエア環境の空間が配置され、前記巻取部が前記ドライエア環境の空間内に設けられていることを特徴とする、電極製造装置。
  2. 前記常圧乾燥部と前記真空乾燥部とにおける前記基材の搬送速度が同じであることを特徴とする、請求項１に記載の電極製造装置。
  3. 前記シール材は非接触型シール材であることを特徴とする、請求項１または２に記載の電極製造装置。
  4. 前記常圧乾燥部と前記真空乾燥部の間に、前記基材の張力検出を行う張力検出部を備えていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の電極製造装置。
  5. 前記常圧乾燥部と前記真空乾燥部の間に、前記基材を一時的に蓄積できるバッファが設けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の電極製造装置。
  6. 前記真空乾燥部内において前記基材が蛇行するようにガイドローラが配置されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の電極製造装置。
  7. 前記基材は、前記巻取部に巻き取られた後、前記ドライエア環境の空間内で密閉シールされることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の電極製造装置。
  8. 前記常圧乾燥部では輻射または温風による乾燥が行われ、前記真空乾燥部では輻射または伝熱による乾燥が行われることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の電極製造装置。
  9. 前記活物質合剤の溶媒は水であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の電極製造装置。
  10. 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、また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１〜９のいずれかに記載の電極製造装置。
  11. 前記ドライエア環境の空間に隣接して設けられ、基材の巻取りが終了した前記巻取部を収容するケースと、前記ケース内に前記巻取部を搬送して収容させるための収容手段とを有す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. 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、活物質と溶媒を混合した活物質合剤を基材の両面に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、
    前記乾燥部は、前記基材の搬送方向に直列配置された常圧乾燥部およびその前方の真空乾燥部を備え、
    前記基材が通過する前記真空乾燥部の入口および出口に、前記真空乾燥部の真空度を保つシール材が設けられ、
    前記真空乾燥部の出口側には、前記シール材を介して、ドライエア環境の空間が配置され、前記巻取部が前記ドライエア環境の空間内に設けられていることを特徴とする、電極製造方法。
  13. 前記常圧乾燥部と前記真空乾燥部とにおける前記基材の搬送速度が同じであることを特徴とする、請求項１２に記載の電極製造方法。
  14. 前記シール材は非接触型シール材であることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の電極製造方法。
  15. 前記常圧乾燥部と前記真空乾燥部の間に、前記基材の張力検出を行う張力検出部を備えていることを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれかに記載の電極製造方法。
  16. 前記常圧乾燥部と前記真空乾燥部の間に、前記基材を一時的に蓄積できるバッファが設けられていることを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれかに記載の電極製造方法。
  17. 前記真空乾燥部内において前記基材が蛇行するようにガイドローラが配置されていることを特徴とする、請求項１２〜１６のいずれかに記載の電極製造方法。
  18. 前記基材は、前記巻取部に巻き取られた後、前記ドライエア環境の空間内で密閉シールされることを特徴とする、請求項１２〜１７のいずれかに記載の電極製造方法。
  19. 前記常圧乾燥部では輻射または温風による乾燥が行われ、前記真空乾燥部では輻射または伝熱による乾燥が行われることを特徴とする、請求項１２〜１８のいずれかに記載の電極製造方法。
  20. 前記活物質合剤の溶媒は水であることを特徴とする、請求項１２〜１９のいずれかに記載の電極製造方法。
  21. 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、また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１２〜２０のいずれかに記載の電極製造方法。
  22. 前記ドライエア環境の空間において基材の巻取が終了した前記巻取部は、収容手段によって前記ドライエア環境の空間に隣接して設けられたケースに収容された後、外部に取り出されることを特徴とする、請求項１２〜２１のいずれかに記載の電極製造方法。
  23. 請求項１２〜２２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。
  24. 請求項２３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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