JP2024039889A

JP2024039889A - 電極シートの製造方法

Info

Publication number: JP2024039889A
Application number: JP2022144607A
Authority: JP
Inventors: 陽祐志村; 智也召田; 寛和竹内
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2022-09-12
Filing date: 2022-09-12
Publication date: 2024-03-25

Abstract

【課題】電池用の電極シートの製造品質を向上する。【解決手段】電極シートを製造する方法は、長尺の金属シートを搬送しながら金属シートの表面に活物質ペーストを塗布する塗工工程と、活物質ペーストが塗布された金属シートを乾燥炉内で搬送しながら、金属シート上の活物質ペーストを乾燥させる乾燥工程とを備える。乾燥炉内では、金属シートの搬送方向に沿って熱風を送風するとともに、少なくとも一つの光源から金属シート上の活物質ペーストへ光を照射する。光が照射されることにより、活物質ペーストの温度は、乾燥炉内の温度よりも高くなる。【選択図】図２

Description

本明細書に開示する技術は、電池用の電極シートの製造方法に関する。

特許文献１に、電極シートの製造方法が記載されている。この製造方法では、活物質ペーストが塗布された金属シートを、高温に維持された乾燥炉内で搬送することによって、金属シート上の活物質ペーストを乾燥させている。

特開２０１９－２９２５６号公報

活物質ペーストを短時間で乾燥させるためには、乾燥炉内の温度を高くする必要がある。しかしながら、乾燥炉内の温度が不均一となりやすく、乾燥炉内の温度を適切に管理することが難しい。その結果、金属シートに意図しない熱変形が生じるなどして、電極シートの製造品質が低下するおそれがある。本明細書は、このような問題を回避することで、電極シートの製造品質を高めることのできる技術を提供する。

本明細書が開示する技術は、電極シートの製造方法に具現化される。この製造方法は、長尺の金属シートを搬送しながら、前記金属シートの表面に活物質ペーストを塗布する塗工工程と、前記塗工工程と並行して実施されるとともに、前記活物質ペーストが塗布された前記金属シートを乾燥炉内で搬送しながら、前記金属シート上の前記活物質ペーストを乾燥させる乾燥工程とを備える。前記乾燥炉内では、前記金属シートの搬送方向に沿って熱風を送風するとともに、少なくとも一つの光源から前記金属シート上の前記活物質ペーストへ光を照射する。前記光が照射されることにより、前記活物質ペーストの温度は、前記乾燥炉内の温度よりも高くなる。

上記した製造方法では、乾燥炉内に対する熱風の供給と、活物質ペーストに対する光の照射とを組み合わせることで、乾燥炉内の温度を過剰に高めることなく、活物質ペーストの温度を選択的に高めることができる。これにより、活物質ペーストの温度が管理しやすく、活物質ペーストを短時間で均一に乾燥させることができる。また、乾燥炉内に供給された熱風は、金属シートの搬送方向に沿って流れることから、熱風が活物質ペーストへ強く当たることがない。これにより、活物質ペーストに無用な影響を与えることなく、乾燥炉内を乾燥に適した温度に維持するとともに、乾燥によって生じた水蒸気を排気することができる。

実施例で利用する電極シートの製造装置１０の構成を模式的に示す。乾燥装置１６の構成を側面視で示す図。レーザ光Ｌの照射範囲２０ａと非照射範囲２０ｂとを平面視で示す図。

本技術の一実施形態において、前記少なくとも一つの光源は、前記金属シートの搬送方向に沿って配列された複数の光源を含んでもよい。即ち、光源の数は一つに限定されず、例えば目標とする乾燥時間に応じて、複数の光源を利用してもよい。また、複数の光源を利用することで、各光源を小型化することができるとともに、各光源から金属シートまでの距離も短くすることができる。これにより、乾燥炉の小型化を図ることができる。

本技術の一実施形態において、前記乾燥工程では、前記金属シートの温度（金属シート上の活物質ペーストの温度を含む）に応じて、前記少なくとも一つの光源の出力を調整してもよい。これにより、活物質ペーストの温度を適切に管理して、活物質ペーストの乾燥を短時間で均一に行うことができる。

本技術の一実施形態において、前記乾燥工程では、乾燥炉内の温度が所定の目標温度となるように、前記乾燥炉内に供給する前記熱風の温度、風量又はその両者を調節してもよい。この場合、所定の目標温度は、特定の温度に限られず、一定の幅を持つ温度範囲であってもよい。

上記した実施形態において、前記所定の目標温度は、８０℃以上であって１５０℃以下であってもよい。なお、乾燥炉内の温度が８０℃を下回ると、乾燥炉内の飽和水蒸気量が不十分となって、乾燥の効率が低下する。その一方で、乾燥炉内の温度が１５０℃を上回ると、金属シートが当該温度に起因する影響を受けて、電極シートの製造品質が低下するおそれが生じる。

図面を参照して、実施例の製造方法について説明する。本実施例の製造方法は、電池用の電極シートを製造するものであり、図１に示す製造装置１０を用いて実施される。ここでいう電池は、特に限定されないが、例えばリチウムイオン電池であってよい。また、電極シートは、正極用の電極シートであってもよく、負極用の電極シートであってもよい。

図１に示すように、製造装置１０は、搬送装置１２と塗工装置１４と乾燥装置１６とを備える。搬送装置１２は、所定の搬送経路に沿って長尺の金属シート２を搬送する。金属シート２は、特に限定されないが、銅又はアルミニウムで構成されている。また、金属シート２の表面には、炭素コートが施されていてもよい。なお、図中における方向Ｘは、搬送装置１２による金属シート２の搬送方向を示す。

塗工装置１４は、金属シート２の表面に活物質ペースト４を塗布する装置である。活物質ペースト４とは、少なくとも活物質を含有するペーストであり、その具体的な構成は特に限定されない。塗工装置１４は、搬送装置１２による金属シート２の搬送経路に配置されており、搬送される金属シート２の表面に活物質ペースト４を塗布していく。金属シート２の表面には、その両端部分を除いて、活物質ペースト４が広く塗工される（図３等参照）。

乾燥装置１６は、活物質ペースト４を塗布させる装置である。乾燥装置１６もまた、搬送装置１２による金属シート２の搬送経路に配置されている。乾燥装置１６は、金属シート２の搬送方向Ｘに関して、塗工装置１４の下流側に位置しており、金属シート２の表面に塗布された活物質ペースト４を速やかに乾燥させる。

図２に示すように、乾燥装置１６は、乾燥炉１８と、乾燥炉１８に設けられた複数の光源２０を備える。乾燥炉１８には、塗工装置１４から送り出された金属シート２が搬入される。乾燥装置１６は、金属シート２が乾燥炉１８内を搬送される間に、金属シート２上の活物質ペースト４を乾燥する。乾燥炉１８の具体的な構成は特に限定されないが、内部の温度を維持するために、断熱性を有するとよい。

複数の光源２０は、乾燥炉１８内を搬送される金属シート２に、レーザ光Ｌを照射する。レーザ光Ｌは、金属シート２上の活物質ペースト４に照射され、当該活物質ペースト４を加熱する。複数の光源２０は、レーザ光Ｌに限られず、活物質ペースト４を加熱し得る光を照射するものであればよい。特に限定されないが、複数の光源２０は、金属シート２の搬送方向Ｘに沿って配置されている。これにより、複数の光源２０によって光が照射される複数の照射範囲２０ａも、搬送方向Ｘに沿って配列されている。

図２、図３に示すように、複数の照射範囲２０ａの間には、一定の間隔が設けられている。これにより、互いに隣接する二つの照射範囲２０ａの間には、レーザ光Ｌが照射されない非照射範囲２０ｂが設けられている。このような構成によると、金属シート２に塗布された活物質ペースト４には、金属シート２の搬送に伴って、レーザ光Ｌが断続的に照射される。レーザ光Ｌの照射範囲２０ａで加熱された金属シート２や活物質ペースト４が、非照射範囲２０ｂを通過する間に冷却されることで、金属シート２の過剰な温度上昇が抑制される。なお、金属シート２の幅方向に関して、照射範囲２０ａの位置及び寸法は、金属シート２に塗布された活物質ペースト４の位置及び寸法に一致している。

図２に示すように、乾燥炉１８には、ダクト２２が接続されている。ダクト２２は、乾燥炉１８内に熱風Ｂを供給する。ダクト２２が接続された熱風Ｂの吹き出し口２２ａは、搬送方向Ｘの上流端に位置しており、搬送方向Ｘの下流側に向けて熱風Ｂを吹き出すように指向されている。これにより、乾燥炉１８の内部では、搬送方向Ｘに沿って熱風Ｂが送風される。熱風Ｂの温度は特に限定されない。但し、乾燥炉１８内の温度は、８０℃以上であって１５０℃以下であるとよく、熱風Ｂの温度もそれに応じた温度であるとよい。

乾燥炉１８には、炉内温度センサ２６と、複数のシート温度センサ２４とが設けられている。炉内温度センサ２６は、乾燥炉１８内の温度を測定することができる。これにより、乾燥炉１８内の温度が所定の目標温度（例えば、前述した８０℃以上であって１５０℃以下である任意の温度又は温度範囲）となるように、乾燥炉１８内に供給する熱風Ｂの温度又は風量を調節することができる。この調節は、作業者によって行われてもよいし、制御装置によって自動的に行われてもよい。特に限定されないが、炉内温度センサ２６は、吹き出し口２２ａの近傍に設けられている。

シート温度センサ２４は、金属シート２の温度を測定する。特に限定されないが、シート温度センサ２４は、非接触式の温度センサであり、金属シート２の温度をその裏面から測定する。複数のシート温度センサ２４は、レーザ光Ｌが照射される複数の照射範囲２０ａに対して、一つずつ設けられている。このような構成によると、金属シート２の温度に応じて、光源２０の出力を調整することができる。この調節は、作業者によって行われてもよいし、制御装置によって自動的に行われてもよい。なお、シート温度センサ２４の数は、特に限定されない。乾燥装置１６は、光源２０の数にかかわらず、少なくとも一つのシート温度センサ２４を備えればよい。また、シート温度センサ２４は、金属シート２の温度をその表面から測定するもの、即ち、金属シート２上の活物質ペースト４の温度を測定するものであってよい。

以上の構成により、製造装置１０を用いた電極シートの製造方法では、長尺の金属シート２を搬送しながら、金属シート２の表面に活物質ペースト４を塗布する塗工工程が実施される。また、その塗工工程と並行して、金属シート２上の活物質ペースト４を乾燥させる乾燥工程が実施される。乾燥工程は、乾燥炉１８内で実施される。乾燥炉１８内では、金属シート２の搬送方向Ｘに沿って熱風が送風されるとともに、複数の光源２０から金属シート２上の活物質ペースト４へレーザ光Ｌが照射される。レーザ光Ｌが照射されることにより、活物質ペースト４の温度は、乾燥炉１８内の温度よりも高くなる。

上記した製造方法では、乾燥炉１８内に対する熱風Ｂの供給と、活物質ペースト４に対するレーザ光Ｌの照射とを組み合わせることで、乾燥炉１８内の温度を過剰に高めることなく、活物質ペースト４の温度を選択的に高めることができる。これにより、活物質ペースト４の温度が管理しやすく、活物質ペースト４を短時間で均一に乾燥させることができる。また、乾燥炉１８内に供給された熱風Ｂは、金属シート２の搬送方向Ｘに沿って流れることから、熱風Ｂが活物質ペースト４へ強く当たることがない。これにより、活物質ペースト４に無用な影響（例えば局所的な温度変化）を与えることなく、乾燥炉１８内を乾燥に適した温度に維持するとともに、乾燥によって生じた水蒸気を排気することができる。

２：金属シート、４：活物質ペースト、１０：製造装置、１２：搬送装置、１４：塗工装置、１６：乾燥装置、１８：乾燥炉、２０：光源、２０ａ：照射範囲、２０ｂ：非照射範囲、２２：炉内温度センサ、２４：シート温度センサ、Ｌ：レーザ光、Ｂ：熱風

Claims

電極シートの製造方法であって、
長尺の金属シートを搬送しながら、前記金属シートの表面に活物質ペーストを塗布する塗工工程と、
前記塗工工程と並行して実施されるとともに、前記活物質ペーストが塗布された前記金属シートを乾燥炉内で搬送しながら、前記金属シート上の前記活物質ペーストを乾燥させる乾燥工程と、
を備え、
前記乾燥炉内では、前記金属シートの搬送方向に沿って熱風を送風するとともに、少なくとも一つの光源から前記金属シート上の前記活物質ペーストへ光を照射し、
前記光が照射されることにより、前記活物質ペーストの温度は、前記乾燥炉内の温度よりも高くなる、
製造方法。
前記少なくとも一つの光源は、前記金属シートの搬送方向に沿って配列された複数の光源を含む、請求項１に記載の製造方法。
前記乾燥工程では、前記金属シートの温度に応じて、前記少なくとも一つの光源の出力を調整する、請求項１に記載の製造方法。
前記乾燥工程では、前記乾燥炉内の温度が所定の目標温度となるように、前記乾燥炉内に供給する前記熱風の温度、風量又はその両者を調節する、請求項３に記載の製造方法。
前記所定の目標温度は、８０℃以上であって１５０℃以下である、請求項４に記載の製造方法。