JP3953911B2 - 塗膜シートの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池といった電池電極板、セラミックグリーンシート、燃料電池の触媒層、プラズマディスプレイの誘電体層として用いられるような、塗膜シートの製造装置および製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
非水電解液を用いたリチウムイオン二次電池の電極板は、活物質粉末と結着剤および導電剤などとを有機溶媒または水に分散または溶解させて得られるペースト状の活物質塗料を、集電体となる金属箔上に、厚さ数十〜数百μｍで塗布し、乾燥した後、圧延等の工程を経て製造されている。
【０００３】
ここで、活物質塗料中の結着剤は、乾燥後の電極板において、活物質粉末同士の接着、および活物質粉末と集電体を接着する役割を担っている。乾燥条件によっては、乾燥後の電極板における結着剤の分布に、電極板の厚み方向で偏りが生じ、必要とする接着強度が得られず、電池の組立工程における活物質層の剥がれ、脱落、ひび割れなどの問題が発生する。このため、例えば、結着剤の添加量を増やすことで、電極板の接着強度を得る方法や、また、特開平９−１３４７１８号公報、特開平１０−２７００１３号公報、特開平１０−２７００２３号公報では、所望の膜厚の活物質層を形成するために、２回以上に分けて活物質層を塗布および乾燥することで、電極板の活物質層内の結着剤分布を均一にする、あるいは、集電体側の結着剤濃度を高める方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電池反応に直接寄与しない結着剤の添加量を増やす方法では、単位体積当たりの電池容量は低下してしまうため、近年、特に高容量化が要求されているリチウムイオン二次電池にとって望ましくない。また、結着剤の分布が一様になる代わりに、塗膜そのもの表面が粗くなってしまう場合があった。
【０００５】
また、２回以上に分けて塗布および乾燥をすることで所望の膜厚の電極板を作製する方法では、複数の塗布部および乾燥部を備えた高価な塗工機が必要となる。あるいは、１つの塗布部および乾燥部を備えた通常の塗工機を用いる場合、一回目の塗布および乾燥を行った電極板を、一旦、巻取った後、再び、塗布および乾燥させるため、生産性が低くなってしまう。また、この場合も、結着剤の分布が一様になる代わりに、塗膜そのものの表面が粗くなってしまう場合があった。
【０００６】
本発明は、上述の従来の技術の有する課題を考慮して、塗料内に含まれる結着剤を均一化してシートに塗布することができるような塗膜シートの製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第１の本発明は、少なくとも活物質材料、結着剤および溶媒を含有する塗料が塗布された塗膜シートの製造方法であって、
前記塗料に含まれる前記溶媒の沸点未満の温度で前記塗膜シートを加熱する第１の工程と、
前記塗膜内における前記結着剤の分布が均一化された状態を保つように、前記溶媒の沸点未満の前記温度より低い温度で前記塗膜シートを加熱する第２の工程と、
前記塗膜シートを、前記溶媒の沸点未満の前記温度以上の温度で加熱する第３の工程とを備え、
前記第３の工程を通して、前記塗膜シートは前記第２の工程によって前記塗膜内における前記結着剤の分布が均一化された状態が保たれている、塗膜シートの製造方法である。
【００１０】
また、第２の本発明は、前記第１の工程の前に、前記塗膜シートを前記溶媒の沸点未満の前記温度より低い温度で予熱する第４の工程をさらに備えた、第１の本発明の塗膜シートの製造方法である。
【００２１】
以上のような本発明は、例えば、電極板内の結着剤分布を均一化することで、電池の高容量化、および、電極板の活物質層の剥がれ、脱落、ひび割れが生じない高い接着性を達成し、かつ、高い生産性を有するリチウムイオン二次電池の製造方法を提供することが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２３】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の発明の実施の形態について説明する。
【００２４】
まず、本発明の塗膜シートの製造方法の一実施の形態である非水電解液二次電池用電極板の製造方法に用いられる活物質塗料に含まれる活物質材料は、一般的に非水電解液二次電池用活物質材料として用いられているものであり、例えば、正極活物質材料である、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムなどのリチウム含有複合酸化物や、負極活物質材料である、グラファイト、シリコン化合物などのリチウムイオンをドープ・脱ドープすることが可能な材料が挙げられる。なお、上記の活物質材料は、本発明の被含有物に相当する。
【００２５】
次に、前記活物質塗料に含まれる結着剤は、一般的に非水電解液二電池用結着剤として用いられている高分子材料であり、例えば、スチレンブタジエンゴム、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、アクリル系ゴムなどが挙げられ、溶媒である有機溶剤または水に溶解または分散できるものであれば特に限定されるものではない。なお、上記の結着剤は、本発明の結着剤に相当する。
【００２６】
さらに、前記活物質塗料には、上述の活物質材料および結着剤の他に、必要に応じて、導電剤、増粘剤、レオロジー調整剤、分散剤などの添加剤を用いることができる。なお、上記の活物質塗料は、本発明の塗料に相当する。
【００２７】
これらの活物質材料、結着剤、添加剤といった固形分を、分散または溶解させる溶媒としては、水、または有機溶剤を用いることができる。有機溶剤としては、例えば、メチルエチルケトン、アセトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、エタノール、シクロヘキサノンなどを単独、または二種類以上混合して用いることができる。なお、上記の溶媒は、本発明の溶媒に相当する。
【００２８】
これらの材料を用いて活物質塗料を作製する方法は、本発明では特に限定されるものではないが、例えば、プラネタリーミキサー、三本ロール、ビーズミルのような一般に用いられている混合分散機を用いて作製できる。
【００２９】
この活物質塗料が塗布される集電体としては、例えば、正極集電体にはアルミニウム箔、負極集電体には銅箔といった金属箔が挙げられるが、活物質塗膜を保持することができ、かつ導電性を有する材料であれば用いることができる。なお、上記の集電体は、本発明のシートに相当する。
【００３０】
活物質塗料を集電体上に塗布する方法は、本発明では特に限定されるものではなく、エクストルージョン塗布、カーテン塗布、ロール塗布、グラビア塗布といった一般的な方法を用いることができる。
【００３１】
以上のようにして、活物質塗料を集電体上に塗布した後、乾燥装置を用いて、活物質塗料を乾燥させる。
【００３２】
図１は、本発明の第１の実施の形態の非水電解液二次電池用電極板の製造方法を実施する製造装置の構成図である。図に示すように、巻出し装置１はロール状に巻き取られた膜状の集電体２を乾燥装置５へ送り出す手段、塗布装置３は集電体２に塗料を塗布する手段、乾燥装置５は、巻出し装置から送り出された、塗料が塗布された集電体２を乾燥させる手段、巻き取り装置６は乾燥装置５から送り出された集電体２をロール状に巻き取る手段である。
【００３３】
また、乾燥装置５では、集電体２の搬送方向Ａに沿って赤外線ヒーター７が複数配置されており、各ヒーターに備えられた温度制御装置８によって、赤外線ヒーター７の温度を個別に設定することができ、乾燥装置５内の塗膜の搬送方向Ａに、雰囲気温度および／または塗膜温度の変化をつけることが可能である。さらに、図示は省略したが、活物質塗膜を乾燥させるために、熱風ノズル、誘電加熱装置、給気装置、排気装置などが、組み合わせて構成されている。
【００３４】
なお、上記の構成において、赤外線ヒーター７，温度制御装置８，巻出し装置１、巻取り装置６は本発明の乾燥手段を構成する。
【００３５】
このような構成を有する、本実施の形態の非水電解液二次電池用電極板の製造装置の動作を説明するとともに、これにより、本発明の塗布シートの乾燥方法の一実施の形態を説明する。
【００３６】
巻出し装置１より送り出された、膜状の集電体２の一主面上に、塗布装置３により塗料が塗布されることにより、活物質塗膜４が形成される。乾燥装置５内において、活物質塗膜４を乾燥させた後、巻取り装置６において巻き取られる。
【００３７】
このとき、乾燥装置５内において、複数の赤外線ヒーター７について、搬送方向Ａに沿って手前の２つのヒータ群７ａ、次の２つのヒータからなるヒータ群７ｂ、乾燥装置５の出口側の２つのヒータからなるヒータ群７ｃでそれぞれ加熱温度が異なるように設定を行う。例えば、ヒータ群７ａの温度を乾燥に適した基準温度として、ヒータ群７ｂの温度を基準温度より低く、ヒータ群７ｃの温度を基準温度よりも高く設定する。このとき、温度設定は、塗料に含まれる溶媒の蒸発に伴い変化する塗膜の含有溶媒量に応じて行うことが望ましい。なお、この温度変化は、本発明の乾燥環境の変化に相当するものである。
【００３８】
このような温度設定がなされた乾燥装置５内を搬送される活物質塗膜４は、搬送が進んで塗膜内の溶媒含有量が減少するにつれて、異なる温度で乾燥させられることになる。特に、ある程度基準温度で乾燥させた後、基準温度より低い温度で乾燥させることにより、活物質塗膜４内における結着剤の分布が均一化する効果がある。乾燥装置５の出口近傍では、再び基準温度にて乾燥を行わせるようにすることで、活物質塗膜４の乾燥を促進させる。
【００３９】
上述のようにして、本実施の形態の非水電解液二次電池用電極板の製造方法では、この乾燥工程において、溶媒の蒸発に伴い変化する塗膜の含有溶媒量に応じて、乾燥雰囲気の温度を変化させることにより、電極板の活物質塗膜内における結着剤量の分布を均一にでき、電池組立時などにおける活物質塗膜の剥がれ、脱落、ひび割れが生じない高い接着性が得られるとともに、必要な結着剤の添加量が少ないため、電池の高容量化も達成できる。また、従来の方法に比べ、乾燥終了までに要する時間が短く、生産性を向上させることが可能である。
【００４０】
なお、上記の説明においては、温度制御装置８により加熱温度をそれぞれ異ならせた複数の赤外線ヒーター７を用いて、乾燥雰囲気の温度に変化をつけるものとして説明を行ったが、温度制御装置８は省略して、それぞれ出力の異なる赤外線ヒーター７を用いるようにしてもよい。また、乾燥雰囲気の温度ではなく塗膜温度を変化させるようにしてもよい。
【００４１】
また、本発明の乾燥手段は、赤外線ヒーター７の代わりに、熱風ノズル、誘電加熱装置、給気装置、排気装置など、もしくはこれらの組み合わせにより実現しても良い。要するに、本発明の乾燥環境を変化させることができる手段であればよい。
【００４２】
乾燥手段として熱風ノズルを用いた場合は、風速を変えることで本発明の乾燥環境を変化させることになり、風速を大きくすれば、乾燥力が高く、風速を小さくすれば乾燥力が低くなることになる。また乾燥手段として給気装置および排気装置を用いた場合は、溶媒蒸気濃度を変えることで乾燥環境を変化させることができる。このとき、給気および排気量を大きくすれば、溶媒蒸気濃度が低くなり、乾燥環境は高くなり、給気および排気量を小さくすれば、溶媒蒸気濃度が高くなり、乾燥環境は低くなる。
【００４３】
また、上記の説明においては、変化は一回であるとしたが、複数回であっても良い。
【００４４】
また、上記の説明においては、乾燥の対象となる活物質塗膜４をはじめに基準温度にて乾燥させた後、それより低い温度にて乾燥させたが、はじめに基準温度より低い温度にて乾燥させた後、後に基準温度以上の温度にて乾燥させるようにしてもよい。ただし、結着剤分布を均一にするためには、上記実施の形態のような変化をつけることが、より望ましい。
【００４５】
なお、本発明の乾燥装置は、図１に示した乾燥装置と異なる構成であっても、乾燥装置内で塗膜の搬送方向の雰囲気温度、風速、溶媒蒸気濃度、および塗膜温度の少なくとも一つを、少なくとも一段階以上変化させられる機能を備えているものであればよい。例えば、図２に示す構成では、集電体２は巻出し装置１および巻き取り装置６のような搬送機構によらず、乾燥装置５内で静止して配置されている。このときは、温度制御装置８によって、赤外線ヒータ７の温度を、あらかじめ定めた周期で変化させるようにする。これにより、集電体２は同一部分が異なる温度で加熱されることになり、図１に示す構成と同様の効果が得られる。
【００４６】
また、図３に示すように、温度制御装置８を持たない、要求に応じて出力を異ならせた複数の赤外線ヒーター７をベルトコンベヤ状に配置して、あらかじめ定めた周期で回転させるようにする。これにより、集電体２は同一部分が異なる温度で加熱されることになり、図１に示す構成と同様の効果が得られる。なお、図２，３に示す構成においても、赤外線ヒータ７を熱風ノズル、誘電加熱装置、給気装置、排気装置他の手段で置き換えることができる。
【００４７】
（第２の実施の形態）
本発明に関連する発明の実施の形態について説明する。
【００４８】
まず、本発明に関連する塗膜シートの乾燥方法の一実施の形態である非水電解液二次電池用電極板の製造方法に用いられる活物質塗料に含まれる活物質材料、結着剤、添加剤、溶媒、および集電体は、一般的に非水電解液二次電池用材料として用いられているもので特に限定されるものではなく、第１の実施の形態で説明したものと同じものを用いることができる。
【００４９】
また、活物質塗料の作製方法、および集電体上に活物質塗料を塗布する方法についても、第１の実施の形態で説明したものと同じく、一般的な塗料作製方法、および塗布方法を用いることができ、特に限定されるものではない。
【００５０】
以上の活物質塗料を用いて、活物質塗料を集電体上に塗布した後、乾燥装置を用いて、活物質塗料を乾燥させる。
【００５１】
図４は、本発明に関連する発明の第２の実施の形態の非水電解液二次電池用電極板の製造方法を実施する製造装置の構成図である。図に示すように、巻出し装置９はロール状に巻き取られた膜状の集電体１０を乾燥装置１３へ送り出す手段、塗布装置１１は集電体１０に塗料を塗布する手段、乾燥装置１３は、巻出し装置から送り出された、塗料が塗布された集電体１０を乾燥させる手段、巻き取り装置１４は乾燥装置１３から送り出された集電体１０をロール状に巻き取る手段である。また、乾燥装置１３内には、集電体１０の搬送方向Ｂに沿って赤外線ヒーター７が複数配置されている。また、搬送される集電体１０に対して、赤外線ヒータ７と対称となるように複数の熱風ノズル１７が設けられている。熱風ノズル１７は、熱風発生装置１９から発生した熱風を出力する手段で、それぞれ風量調節バルブ１８によって風量が調節される。なお、上記の構成において、温度調節装置１６および赤外線ヒーター１５は本発明に関連する発明の乾燥手段に相当し、熱風発生装置１９，風量調節バルブ１８および温風ノズル１７は本発明に関連する発明の加熱手段に相当する。
【００５２】
このような構成を有する本実施の形態の非水電解液二次電池用電極板の製造装置の動作は、基本的には第１の実施の形態と同様で、巻出し装置９より送り出された集電体１０上に、塗布装置１１により、活物質塗膜１２が形成される。乾燥装置１３内において、活物質塗膜１２を乾燥させた後、巻取り装置１４において巻き取られる。
【００５３】
このとき、乾燥装置１３では、集電体１０の活物質塗膜１２が塗布された面を、温度制御装置１６により所定の加熱温度に設定された赤外線ヒーター１５によって加熱する一方、その反対側の面を、熱風ノズル１７から吹出される熱風によって加熱するようにしている。
【００５４】
上述のようにして、本実施の形態の非水電解液二次電池用電極板の製造方法では、乾燥工程において、集電体１０の、活物質塗膜１２が塗布された面と、その反対側の面の両方に熱を加えることによって、乾燥後の活物質塗膜表面が非常に平滑となり、組立後の電池において、極板表面から突出した活物質粉末に起因するリーク不良を低減することができる。また、乾燥終了までに要する時間も短縮できるため、生産性を向上させることができる。
【００５５】
なお、上記の説明においては、熱風ノズル１７は、赤外線ヒーター１５と同一の範囲に渡って設けられるものとしたが、乾燥装置１３内の一部の区間にのみ設けるようにしてもよい。
【００５６】
また、活物質塗膜１２が塗布された面を加熱する方法として、赤外線ヒータ１５を用い、その反対側の面を加熱する方法として、熱風ノズル１７からの熱風を用いるとしたが、活物質塗膜１２が塗布された面の加熱に関しては、活物質塗膜１２を乾燥させることができる手段であれば、赤外線ヒータの代わりに熱風ノズル、誘電加熱装置、給気装置、排気装置など、もしくはこれらの組み合わせを本発明に関連する発明の乾燥手段として用いても良い。また、活物質塗膜１２が塗布された面と反対側の面の加熱に関しては、赤外線ヒータ、誘導加熱装置など、もしくはこれらの組み合わせを本発明の加熱手段として用いても良い。しかし、上記実施の形態の構成とすることが望ましく、より平滑な表面を有する活物質塗膜を得ることができる。
【００５７】
（第３の実施の形態）
本発明に関連する発明の第３の実施の形態について説明する。
【００５８】
まず、本発明に関連する発明の塗膜シートの乾燥方法の一実施の形態である非水電解液二次電池用電極板の製造方法に用いられる活物質塗料に含まれる活物質材料、結着剤、添加剤、溶媒、および集電体は、一般的に非水電解液二次電池用材料として用いられているもので特に限定されるものではなく、第１の実施の形態で説明したものと同じものを用いることができる。
【００５９】
また、活物質塗料の作製方法、および集電体上に活物質塗料を塗布する方法についても、第１の実施の形態で説明したものと同じく、一般的な塗料作製方法、および塗布方法を用いることができ、特に限定されるものではない。
【００６０】
以上の活物質塗料を用いて、活物質塗料を集電体上に塗布した後、乾燥装置を用いて、活物質塗料を乾燥させる。
【００６１】
図５は、本発明に関連する発明の第３の実施の形態の非水電解液二次電池用電極板の製造方法を実施する製造装置の構成図である。図に示すように、巻出し装置２０はロール状に巻き取られた膜状の集電体２１を主乾燥装置２４へ送り出す手段、塗布装置２２は集電体１０に塗料を塗布する手段、主乾燥装置２４は、巻出し装置２０から送り出された、塗料が塗布された集電体２１を乾燥させる手段、巻取り装置２７は主乾燥装置２４から送り出された集電体２１をロール状に巻き取る手段である。また、主乾燥装置２４内には、集電体２１の搬送方向Ｃに沿って、温度制御装置２９で加熱温度が制御される赤外線ヒーター２８が複数配置されている。また、主乾燥装置２４と塗布装置２２との間には、集電体２１を送り出す熱ロール２６と、熱ロール２６を加熱するヒータ２５とが設けられている。なお、上記の構成において、主乾燥装置２４は本発明に関連する発明の乾燥手段に相当し、ヒーター２５および熱ロール２６は本発明に関連する発明の予熱手段に相当する。
【００６２】
このような構成を有する本実施の形態の非水電解液二次電池用電極板の製造装置の動作は、基本的には第１の実施の形態と同様で、巻出し装置２０より送り出された集電体２１上に、塗布装置２２により、活物質塗膜２３が形成される。
【００６３】
本実施の形態においては、塗布装置２２から排出された活物質塗膜２３は、主乾燥装置２４より手前に配置され、ヒーター２５により熱せられた熱ロール２６により加温される。このとき、加温の温度は、活物質塗膜２３内に含まれる塗料の溶媒成分が蒸発しない程度の温度に保たれるようにする。
【００６４】
加温された活物質塗膜２３は、主乾燥装置２４内にて完全に乾燥させた後、巻取り装置２７において巻き取られる。
【００６５】
上述のようにして、本実施の形態の非水電解液二次電池用極板の製造方法では、集電体２１上に塗布された活物質塗膜２３を、乾燥工程の前に予め昇温させておくことで、主乾燥装置において乾燥終了までに要する時間を短縮することができ、生産性を向上させることができる。
【００６６】
なお、本発明に関連する発明では、図３に示すものと異なる構成であっても、活物質塗膜を乾燥させる前に活物質塗膜を、そこに含まれる塗料の溶媒成分が蒸発しない程度の温度で昇温することができればよく、例えば、予め加温した活物質塗料を塗布装置により塗布する方法や、本発明に関連する発明の予熱手段としては、熱ロールの代わりに、赤外線ヒーター、熱風ノズルなどを用いてもよい。
【００６７】
また、主乾燥装置２４の構成は、赤外線ヒータを用いたとしたが、本発明に関連する発明の乾燥手段は、特に限定されるものではなく、例えば、熱風ノズル、赤外線ヒーター、誘電加熱装置、給気装置、排気装置などが、単体もしくは組み合わせて構成されているものとしてもよい。
【００６８】
また、以上の各実施の形態において、本発明は、非水電解液二次電池用電極板の製造装置または製造方法として説明したが、本発明の塗布シートの製造方法はこの用途に限定するものではない。塗料として、例えば少なくとも一種類以上の微粒子が分散された塗料、または、少なくとも一種類以上の樹脂を溶解させた塗料を、シート上に塗布した後、乾燥させる操作を行うものであれば、塗料の種類、塗料に含まれる被含有物、溶媒、結着剤の種類、シートの種類、得られる塗膜シートの種類に限定されることなく実施することができる。また、本発明に関連する発明は、被含有物を含まない塗料単体でシートに塗布する場合で実施しても良い。例えば、ニッケル水素二次電池、アルカリ蓄電池や燃料電池用の電極、セラミックグリーンシート、プラズマディスプレイ前面板の誘電体層、磁気テープ等の製造に適用してもよい。
【００６９】
【実施例】
以下に本実施の形態で説明した非水電解液二次電池用電極板の製造方法により、実際にリチウムイオン二次電池の正極板を作製した結果、また、比較のために、従来の製造方法により、同じくリチウムイオン二次電池の正極板を作製した結果について説明する。
【００７０】
（実施例１）〜（実施例３）、および（比較例）では、同じ活物質塗料、集電体、および塗布装置を用いて電極板を作製しており、以下に示すものである。
【００７１】
活物質塗料は、正極活物質であるコバルト酸リチウム１００重量部に対して、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを５重量部、導電剤としてのカーボンブラックを５重量部と、溶媒としてのＮ−メチル−２−ピロリドンとを、固形分重量比６０ｗｔ％となるように配合し、プラネタリーミキサーを用いて作製した。
【００７２】
また、集電体には、厚さ２５μｍ、幅２４０ｍｍのアルミニウム箔を用いた。
【００７３】
上述の活物質塗料を、集電体であるアルミニウム箔上に、膜厚２００μｍ、塗布幅２００ｍｍで、エクストルージョン型ノズルにより塗布した。塗布速度は、乾燥装置を通過した直後の塗膜の含有溶媒量が、塗布直後の塗膜の含有溶媒量に対して１％未満になる最大の速度とした。
【００７４】
（実施例１）
本発明の第１の実施の形態にて、電極板を作製した。乾燥装置には赤外線ヒーターが用いられており、１００ｍｍ×１００ｍｍのセラミック製パネルが、塗布幅方向に３列、塗膜の搬送方向に３０列、塗膜からの距離５０ｍｍに配置されたものである。また、乾燥装置には、塗膜から蒸発した溶媒蒸気を排気するための給排気装置が備えられている。
【００７５】
赤外線ヒーターの温度設定は、塗布幅方向には同一の温度とし、塗膜の搬送方向には、以下に示す条件Ａ、Ｂの２通りの温度設定を用いた。
【００７６】
条件Ａ：入口側から１０列が１５０℃、その次の１０列が２００℃、そして、出口側の１０列が２５０℃とした。
【００７７】
条件Ｂ：入口側から１０列が２５０℃、その次の１０列が１５０℃、そして、出口側の１０列が２５０℃とした。
【００７８】
（実施例２）
本発明に関連する発明の第２の実施の形態にて、電極板を作製した。乾燥装置には、塗膜が塗布された面を加熱するための赤外線ヒーターおよび熱風ノズルと、その反対側の面を加熱するための熱風ノズルが備えられている。また、乾燥装置には、塗膜から蒸発した溶媒蒸気を排気するための給排気装置が備えられている。
【００７９】
赤外線ヒーターは、１００ｍｍ×１００ｍｍのセラミック製パネルが、塗布幅方向に３列、塗膜の搬送方向に３０列、塗膜からの距離５０ｍｍに配置されたものである。また、熱風ノズルは、塗膜が塗布された面側、およびその反対側に、塗膜の搬送方向にそれぞれ１５個配置されている。
【００８０】
赤外線ヒーター温度、および熱風ノズルからの吹出し熱風温度、風速は、以下に示す条件Ｃ、Ｄ、Ｅの３通りの設定を用いた。
【００８１】
条件Ｃ：塗膜が塗布された面側の加熱と、その反対側の面の加熱の両方に、熱風ノズルを用い、全ての熱風ノズルからの吹出し熱風温度を１００℃、風速を１０ｍ／ｓに設定した。
【００８２】
条件Ｄ：塗膜が塗布された面側の加熱には、赤外線ヒーターを用い、全て１５０℃に設定した。また、反対側の面の加熱には、熱風ノズルを用い、全ての熱風ノズルからの吹出し熱風温度を１００℃、風速を１０ｍ／ｓに設定した。
【００８３】
条件Ｅ：塗膜が塗布された面側の加熱には、赤外線ヒーターを用い、入口側から１０列が２５０℃、その次の１０列が１５０℃、そして、出口側の１０列が２５０℃とした。また、反対側の面の加熱には、熱風ノズルを用い、全ての熱風ノズルからの吹出し熱風温度を１００℃、風速を１０ｍ／ｓに設定した。
【００８４】
（実施例３）
本発明に関連する発明の第３の実施の形態にて、電極板を作製した。
【００８５】
主乾燥装置は、（実施例１）に用いた乾燥装置と同一のものを使用した。また、主乾燥装置の手前に、ヒーターによって加熱されるφ（直径）１００ｍｍの熱ロールを５本配置した。熱ロールは、熱ロール表面の温度が１００℃となるように設定した。
【００８６】
赤外線ヒーターの温度設定は、塗布幅方向には同一の温度とし、塗膜の搬送方向には、以下に示す条件Ｆ、Ｇの２通りとした。
【００８７】
条件Ｆ：全て１５０℃に設定した。
【００８８】
条件Ｇ：入口側から１０列が２５０℃、その次の１０列が１５０℃、そして、出口側の１０列が２５０℃とした。
【００８９】
また、主乾燥装置の手前に配置された熱ロールおよびその表面温度設定は条件Ｆ、Ｇと同一で、主乾燥装置に、（実施例２）と同じものを用いた条件Ｈ、Ｉでは、主乾燥装置の赤外線ヒーター、熱風の設定温度等は以下に示すものとした。
【００９０】
条件Ｈ：塗膜が塗布された面側の加熱には、赤外線ヒーターを用い、全て１５０℃に設定した。また、反対側の面の加熱には、熱風ノズルを用い、全ての熱風ノズルからの吹出し熱風温度を１００℃、風速を１０ｍ／ｓに設定した。
【００９１】
条件Ｉ：塗膜が塗布された面側の加熱には、赤外線ヒーターを用い、入口側から１０列が２５０℃、その次の１０列が１５０℃、そして、出口側の１０列が２５０℃とした。また、反対側の面の加熱には、熱風ノズルを用い、全ての熱風ノズルからの吹出し熱風温度を１００℃、風速を１０ｍ／ｓに設定した。
【００９２】
（比較例）
本発明の効果をより明確にするために、従来の方法により電極板を作製した。
【００９３】
乾燥装置は、（実施例１）と同じものを使用し、赤外線ヒーターの温度設定を、以下に示す条件Ｊ、Ｋ、Ｌの３通りとした。
【００９４】
条件Ｊ：全て１５０℃に設定した。
【００９５】
条件Ｋ：全て２００℃に設定した。
【００９６】
条件Ｌ：全て２５０℃に設定した。
【００９７】
以上の（実施例１）〜（実施例３）および（比較例）について、乾燥が可能であった最大の塗布速度、乾燥後の極板の９０°剥離強度、表面粗さ（Ｒａ）を測定した結果、および、乾燥後の極板を用いて電池を試作し、極板の圧延、スリット、捲回時等の後工程における活物質塗膜の剥がれ等の不良発生数、試作電池のリーク不良発生数についてまとめた結果を表１に示す。
【００９８】
【表１】
以下に、（表１）に示した結果について説明する。
【００９９】
従来の製造方法にて極板を作製した（比較例）では、条件Ｊのように乾燥温度が低いと、９０°剥離強度、すなわち極板の接着性は高いが、乾燥可能な塗布速度は非常に低く、生産性が極めて悪い。生産性を向上させるためには、乾燥装置の全長を長くしなければならず、設備費用およびエネルギーコストが高くなり、また、より広い設備の設置スペースが必要となるため、生産コストが増大する。また、条件Ｋ、条件Ｌと乾燥温度を高くしていくと、乾燥可能な塗布速度は高くなるが、極板の接着性および表面性が著しく低下し、後工程における活物質塗膜の剥がれ等の不良や、電池におけるリーク不良が多発する。
【０１００】
これに対して、塗膜の搬送方向に乾燥温度を変化させた（実施例１）では、十分な極板の接着性が得られ、活物質塗膜の剥がれ等の不良はほとんど生じておらず、また、乾燥可能な最大塗布速度も高いため、生産性も高い。特に、乾燥装置の入口側および出口側での乾燥温度を高くし、乾燥装置の中間部で温度を低く設定した条件Ｂでは、極板の接着性が極めて高く、接着性に起因する不良は全く生じず、また、乾燥可能な最大塗布速度もより高くすることができた。極板の表面性は、条件Ａ、Ｂともに、（比較例）に比べて同等以上であり、電池のリーク不良については同等、あるいは低減している。
【０１０１】
（実施例２）では、条件Ｃ、Ｄ、Ｅのいずれにおいても極板の表面性が極めて優れており、電池のリーク不良はほとんど発生しなかった。特に、塗膜の塗布された面側の加熱に赤外線を用いた条件Ｄ、Ｅの電池では、リーク不良は全く発生しなかった。また、条件Ｃ、Ｄ、Ｅのいずれも、塗膜の塗布された面に加えて、その反対側の面からも加熱していることにより、同等の乾燥温度で塗膜の塗布された面からのみ加熱した条件と比べて、乾燥可能な最大塗布速度は向上した。さらに、本発明に関連する発明である第２の発明に本発明である第１の発明を組み合わせた条件Ｅについては、極板の接着性も極めて高く、後工程での活物質塗膜の剥がれ等の不良は全く発生しておらず、第１の発明の効果である高い接着性、および高い生産性と、第２の発明の効果である優れた極板表面性が得られており、非常に高い効果が得られた。
【０１０２】
（実施例３）では、条件Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉのいずれにおいても、主乾燥装置のみで乾燥させた条件に比べて、乾燥可能な最大塗布速度は大きく向上した。また、本発明に関連する発明である第３の発明に第１の発明を組み合わせた条件Ｇでは、極板の接着性が非常に高く、後工程での活物質塗膜の剥がれ等の不良は全く発生しなかった。第３の発明に第２の発明を組み合わせた条件Ｈでは、極板の表面性が非常に優れており、電池のリーク不良は全く発生しなかった。さらに、第３の発明に、第１の発明、および第２の発明を組み合わせた条件Ｉでは、極板の接着性、表面性、および生産性の全てに優れており、後工程での活物質塗膜の剥がれ等の不良、電池のリーク不良は全く発生せず、また、乾燥可能な最大塗布速度も、今回の条件の中で最も高いものであった。
【０１０３】
【発明の効果】
以上、説明したところから明らかなように、本発明によれば、高い接着性を有する塗膜シートが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の非水電解液二次電池用電極板の製造装置を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の非水電解液二次電池用電極板の製造装置の他の構成例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の非水電解液二次電池用電極板の製造装置の他の構成例を示す図である。
【図４】 本発明に関連する発明の第２の実施の形態の非水電解液二次電池用電極板の製造装置を示す図である。
【図５】 本発明に関連する発明の第３の実施の形態の非水電解液二次電池用電極板の製造装置を示す図である。
【符号の説明】
１、９、２０ 巻出し装置
２、１０、２１ 集電体
３、１１、２２ 塗布装置
４、１２、２３ 活物質塗膜
５、１３ 乾燥装置
６、１４、２７ 巻取り装置
７、１５、２８ 赤外線ヒーター
８、１６、２９ 温度制御装置
１７ 熱風ノズル
１８ 風量調節バルブ
１９ 熱風発生装置
２４ 主乾燥装置
２５ ヒーター
２６ 熱ロール
Ａ、Ｂ、Ｃ 塗膜搬送方向
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池といった電池電極板、セラミックグリーンシート、燃料電池の触媒層、プラズマディスプレイの誘電体層として用いられるような、塗膜シートの製造装置および製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
非水電解液を用いたリチウムイオン二次電池の電極板は、活物質粉末と結着剤および導電剤などとを有機溶媒または水に分散または溶解させて得られるペースト状の活物質塗料を、集電体となる金属箔上に、厚さ数十〜数百μｍで塗布し、乾燥した後、圧延等の工程を経て製造されている。
【０００３】
ここで、活物質塗料中の結着剤は、乾燥後の電極板において、活物質粉末同士の接着、および活物質粉末と集電体を接着する役割を担っている。乾燥条件によっては、乾燥後の電極板における結着剤の分布に、電極板の厚み方向で偏りが生じ、必要とする接着強度が得られず、電池の組立工程における活物質層の剥がれ、脱落、ひび割れなどの問題が発生する。このため、例えば、結着剤の添加量を増やすことで、電極板の接着強度を得る方法や、また、特開平９−１３４７１８号公報、特開平１０−２７００１３号公報、特開平１０−２７００２３号公報では、所望の膜厚の活物質層を形成するために、２回以上に分けて活物質層を塗布および乾燥することで、電極板の活物質層内の結着剤分布を均一にする、あるいは、集電体側の結着剤濃度を高める方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電池反応に直接寄与しない結着剤の添加量を増やす方法では、単位体積当たりの電池容量は低下してしまうため、近年、特に高容量化が要求されているリチウムイオン二次電池にとって望ましくない。また、結着剤の分布が一様になる代わりに、塗膜そのもの表面が粗くなってしまう場合があった。
【０００５】
また、２回以上に分けて塗布および乾燥をすることで所望の膜厚の電極板を作製する方法では、複数の塗布部および乾燥部を備えた高価な塗工機が必要となる。あるいは、１つの塗布部および乾燥部を備えた通常の塗工機を用いる場合、一回目の塗布および乾燥を行った電極板を、一旦、巻取った後、再び、塗布および乾燥させるため、生産性が低くなってしまう。また、この場合も、結着剤の分布が一様になる代わりに、塗膜そのものの表面が粗くなってしまう場合があった。
【０００６】
本発明は、上述の従来の技術の有する課題を考慮して、塗料内に含まれる結着剤を均一化してシートに塗布することができるような塗膜シートの製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第１の本発明は、少なくとも活物質材料、結着剤および溶媒を含有する塗料が塗布された塗膜シートの製造方法であって、
前記塗料に含まれる前記溶媒の沸点未満の温度で前記塗膜シートを加熱する第１の工程と、
前記塗膜内における前記結着剤の分布が均一化された状態を保つように、前記溶媒の沸点未満の前記温度より低い温度で前記塗膜シートを加熱する第２の工程と、
前記塗膜シートを、前記溶媒の沸点未満の前記温度以上の温度で加熱する第３の工程とを備え、
前記第３の工程を通して、前記塗膜シートは前記第２の工程によって前記塗膜内における前記結着剤の分布が均一化された状態が保たれている、塗膜シートの製造方法である。
【００１０】
また、第２の本発明は、前記第１の工程の前に、前記塗膜シートを前記溶媒の沸点未満の前記温度より低い温度で予熱する第４の工程をさらに備えた、第１の本発明の塗膜シートの製造方法である。
【００２１】
以上のような本発明は、例えば、電極板内の結着剤分布を均一化することで、電池の高容量化、および、電極板の活物質層の剥がれ、脱落、ひび割れが生じない高い接着性を達成し、かつ、高い生産性を有するリチウムイオン二次電池の製造方法を提供することが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２３】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の発明の実施の形態について説明する。
【００２４】
まず、本発明の塗膜シートの製造方法の一実施の形態である非水電解液二次電池用電極板の製造方法に用いられる活物質塗料に含まれる活物質材料は、一般的に非水電解液二次電池用活物質材料として用いられているものであり、例えば、正極活物質材料である、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムなどのリチウム含有複合酸化物や、負極活物質材料である、グラファイト、シリコン化合物などのリチウムイオンをドープ・脱ドープすることが可能な材料が挙げられる。なお、上記の活物質材料は、本発明の被含有物に相当する。
【００２５】
次に、前記活物質塗料に含まれる結着剤は、一般的に非水電解液二電池用結着剤として用いられている高分子材料であり、例えば、スチレンブタジエンゴム、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、アクリル系ゴムなどが挙げられ、溶媒である有機溶剤または水に溶解または分散できるものであれば特に限定されるものではない。なお、上記の結着剤は、本発明の結着剤に相当する。
【００２６】
さらに、前記活物質塗料には、上述の活物質材料および結着剤の他に、必要に応じて、導電剤、増粘剤、レオロジー調整剤、分散剤などの添加剤を用いることができる。なお、上記の活物質塗料は、本発明の塗料に相当する。
【００２７】
これらの活物質材料、結着剤、添加剤といった固形分を、分散または溶解させる溶媒としては、水、または有機溶剤を用いることができる。有機溶剤としては、例えば、メチルエチルケトン、アセトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、エタノール、シクロヘキサノンなどを単独、または二種類以上混合して用いることができる。なお、上記の溶媒は、本発明の溶媒に相当する。
【００２８】
これらの材料を用いて活物質塗料を作製する方法は、本発明では特に限定されるものではないが、例えば、プラネタリーミキサー、三本ロール、ビーズミルのような一般に用いられている混合分散機を用いて作製できる。
【００２９】
この活物質塗料が塗布される集電体としては、例えば、正極集電体にはアルミニウム箔、負極集電体には銅箔といった金属箔が挙げられるが、活物質塗膜を保持することができ、かつ導電性を有する材料であれば用いることができる。なお、上記の集電体は、本発明のシートに相当する。
【００３０】
活物質塗料を集電体上に塗布する方法は、本発明では特に限定されるものではなく、エクストルージョン塗布、カーテン塗布、ロール塗布、グラビア塗布といった一般的な方法を用いることができる。
【００３１】
以上のようにして、活物質塗料を集電体上に塗布した後、乾燥装置を用いて、活物質塗料を乾燥させる。
【００３２】
図１は、本発明の第１の実施の形態の非水電解液二次電池用電極板の製造方法を実施する製造装置の構成図である。図に示すように、巻出し装置１はロール状に巻き取られた膜状の集電体２を乾燥装置５へ送り出す手段、塗布装置３は集電体２に塗料を塗布する手段、乾燥装置５は、巻出し装置から送り出された、塗料が塗布された集電体２を乾燥させる手段、巻き取り装置６は乾燥装置５から送り出された集電体２をロール状に巻き取る手段である。
【００３３】
また、乾燥装置５では、集電体２の搬送方向Ａに沿って赤外線ヒーター７が複数配置されており、各ヒーターに備えられた温度制御装置８によって、赤外線ヒーター７の温度を個別に設定することができ、乾燥装置５内の塗膜の搬送方向Ａに、雰囲気温度および／または塗膜温度の変化をつけることが可能である。さらに、図示は省略したが、活物質塗膜を乾燥させるために、熱風ノズル、誘電加熱装置、給気装置、排気装置などが、組み合わせて構成されている。
【００３４】
なお、上記の構成において、赤外線ヒーター７，温度制御装置８，巻出し装置１、巻取り装置６は本発明の乾燥手段を構成する。
【００３５】
このような構成を有する、本実施の形態の非水電解液二次電池用電極板の製造装置の動作を説明するとともに、これにより、本発明の塗布シートの乾燥方法の一実施の形態を説明する。
【００３６】
巻出し装置１より送り出された、膜状の集電体２の一主面上に、塗布装置３により塗料が塗布されることにより、活物質塗膜４が形成される。乾燥装置５内において、活物質塗膜４を乾燥させた後、巻取り装置６において巻き取られる。
【００３７】
このとき、乾燥装置５内において、複数の赤外線ヒーター７について、搬送方向Ａに沿って手前の２つのヒータ群７ａ、次の２つのヒータからなるヒータ群７ｂ、乾燥装置５の出口側の２つのヒータからなるヒータ群７ｃでそれぞれ加熱温度が異なるように設定を行う。例えば、ヒータ群７ａの温度を乾燥に適した基準温度として、ヒータ群７ｂの温度を基準温度より低く、ヒータ群７ｃの温度を基準温度よりも高く設定する。このとき、温度設定は、塗料に含まれる溶媒の蒸発に伴い変化する塗膜の含有溶媒量に応じて行うことが望ましい。なお、この温度変化は、本発明の乾燥環境の変化に相当するものである。
【００３８】
このような温度設定がなされた乾燥装置５内を搬送される活物質塗膜４は、搬送が進んで塗膜内の溶媒含有量が減少するにつれて、異なる温度で乾燥させられることになる。特に、ある程度基準温度で乾燥させた後、基準温度より低い温度で乾燥させることにより、活物質塗膜４内における結着剤の分布が均一化する効果がある。乾燥装置５の出口近傍では、再び基準温度にて乾燥を行わせるようにすることで、活物質塗膜４の乾燥を促進させる。
【００３９】
上述のようにして、本実施の形態の非水電解液二次電池用電極板の製造方法では、この乾燥工程において、溶媒の蒸発に伴い変化する塗膜の含有溶媒量に応じて、乾燥雰囲気の温度を変化させることにより、電極板の活物質塗膜内における結着剤量の分布を均一にでき、電池組立時などにおける活物質塗膜の剥がれ、脱落、ひび割れが生じない高い接着性が得られるとともに、必要な結着剤の添加量が少ないため、電池の高容量化も達成できる。また、従来の方法に比べ、乾燥終了までに要する時間が短く、生産性を向上させることが可能である。
【００４０】
なお、上記の説明においては、温度制御装置８により加熱温度をそれぞれ異ならせた複数の赤外線ヒーター７を用いて、乾燥雰囲気の温度に変化をつけるものとして説明を行ったが、温度制御装置８は省略して、それぞれ出力の異なる赤外線ヒーター７を用いるようにしてもよい。また、乾燥雰囲気の温度ではなく塗膜温度を変化させるようにしてもよい。
【００４１】
また、本発明の乾燥手段は、赤外線ヒーター７の代わりに、熱風ノズル、誘電加熱装置、給気装置、排気装置など、もしくはこれらの組み合わせにより実現しても良い。要するに、本発明の乾燥環境を変化させることができる手段であればよい。
【００４２】
乾燥手段として熱風ノズルを用いた場合は、風速を変えることで本発明の乾燥環境を変化させることになり、風速を大きくすれば、乾燥力が高く、風速を小さくすれば乾燥力が低くなることになる。また乾燥手段として給気装置および排気装置を用いた場合は、溶媒蒸気濃度を変えることで乾燥環境を変化させることができる。このとき、給気および排気量を大きくすれば、溶媒蒸気濃度が低くなり、乾燥環境は高くなり、給気および排気量を小さくすれば、溶媒蒸気濃度が高くなり、乾燥環境は低くなる。
【００４３】
また、上記の説明においては、変化は一回であるとしたが、複数回であっても良い。
【００４４】
また、上記の説明においては、乾燥の対象となる活物質塗膜４をはじめに基準温度にて乾燥させた後、それより低い温度にて乾燥させたが、はじめに基準温度より低い温度にて乾燥させた後、後に基準温度以上の温度にて乾燥させるようにしてもよい。ただし、結着剤分布を均一にするためには、上記実施の形態のような変化をつけることが、より望ましい。
【００４５】
なお、本発明の乾燥装置は、図１に示した乾燥装置と異なる構成であっても、乾燥装置内で塗膜の搬送方向の雰囲気温度、風速、溶媒蒸気濃度、および塗膜温度の少なくとも一つを、少なくとも一段階以上変化させられる機能を備えているものであればよい。例えば、図２に示す構成では、集電体２は巻出し装置１および巻き取り装置６のような搬送機構によらず、乾燥装置５内で静止して配置されている。このときは、温度制御装置８によって、赤外線ヒータ７の温度を、あらかじめ定めた周期で変化させるようにする。これにより、集電体２は同一部分が異なる温度で加熱されることになり、図１に示す構成と同様の効果が得られる。
【００４６】
また、図３に示すように、温度制御装置８を持たない、要求に応じて出力を異ならせた複数の赤外線ヒーター７をベルトコンベヤ状に配置して、あらかじめ定めた周期で回転させるようにする。これにより、集電体２は同一部分が異なる温度で加熱されることになり、図１に示す構成と同様の効果が得られる。なお、図２，３に示す構成においても、赤外線ヒータ７を熱風ノズル、誘電加熱装置、給気装置、排気装置他の手段で置き換えることができる。
【００４７】
（第２の実施の形態）
本発明に関連する発明の実施の形態について説明する。
【００４８】
まず、本発明に関連する塗膜シートの乾燥方法の一実施の形態である非水電解液二次電池用電極板の製造方法に用いられる活物質塗料に含まれる活物質材料、結着剤、添加剤、溶媒、および集電体は、一般的に非水電解液二次電池用材料として用いられているもので特に限定されるものではなく、第１の実施の形態で説明したものと同じものを用いることができる。
【００４９】
また、活物質塗料の作製方法、および集電体上に活物質塗料を塗布する方法についても、第１の実施の形態で説明したものと同じく、一般的な塗料作製方法、および塗布方法を用いることができ、特に限定されるものではない。
【００５０】
以上の活物質塗料を用いて、活物質塗料を集電体上に塗布した後、乾燥装置を用いて、活物質塗料を乾燥させる。
【００５１】
図４は、本発明に関連する発明の第２の実施の形態の非水電解液二次電池用電極板の製造方法を実施する製造装置の構成図である。図に示すように、巻出し装置９はロール状に巻き取られた膜状の集電体１０を乾燥装置１３へ送り出す手段、塗布装置１１は集電体１０に塗料を塗布する手段、乾燥装置１３は、巻出し装置から送り出された、塗料が塗布された集電体１０を乾燥させる手段、巻き取り装置１４は乾燥装置１３から送り出された集電体１０をロール状に巻き取る手段である。また、乾燥装置１３内には、集電体１０の搬送方向Ｂに沿って赤外線ヒーター７が複数配置されている。また、搬送される集電体１０に対して、赤外線ヒータ７と対称となるように複数の熱風ノズル１７が設けられている。熱風ノズル１７は、熱風発生装置１９から発生した熱風を出力する手段で、それぞれ風量調節バルブ１８によって風量が調節される。なお、上記の構成において、温度調節装置１６および赤外線ヒーター１５は本発明に関連する発明の乾燥手段に相当し、熱風発生装置１９，風量調節バルブ１８および温風ノズル１７は本発明に関連する発明の加熱手段に相当する。
【００５２】
このような構成を有する本実施の形態の非水電解液二次電池用電極板の製造装置の動作は、基本的には第１の実施の形態と同様で、巻出し装置９より送り出された集電体１０上に、塗布装置１１により、活物質塗膜１２が形成される。乾燥装置１３内において、活物質塗膜１２を乾燥させた後、巻取り装置１４において巻き取られる。
【００５３】
このとき、乾燥装置１３では、集電体１０の活物質塗膜１２が塗布された面を、温度制御装置１６により所定の加熱温度に設定された赤外線ヒーター１５によって加熱する一方、その反対側の面を、熱風ノズル１７から吹出される熱風によって加熱するようにしている。
【００５４】
上述のようにして、本実施の形態の非水電解液二次電池用電極板の製造方法では、乾燥工程において、集電体１０の、活物質塗膜１２が塗布された面と、その反対側の面の両方に熱を加えることによって、乾燥後の活物質塗膜表面が非常に平滑となり、組立後の電池において、極板表面から突出した活物質粉末に起因するリーク不良を低減することができる。また、乾燥終了までに要する時間も短縮できるため、生産性を向上させることができる。
【００５５】
なお、上記の説明においては、熱風ノズル１７は、赤外線ヒーター１５と同一の範囲に渡って設けられるものとしたが、乾燥装置１３内の一部の区間にのみ設けるようにしてもよい。
【００５６】
また、活物質塗膜１２が塗布された面を加熱する方法として、赤外線ヒータ１５を用い、その反対側の面を加熱する方法として、熱風ノズル１７からの熱風を用いるとしたが、活物質塗膜１２が塗布された面の加熱に関しては、活物質塗膜１２を乾燥させることができる手段であれば、赤外線ヒータの代わりに熱風ノズル、誘電加熱装置、給気装置、排気装置など、もしくはこれらの組み合わせを本発明に関連する発明の乾燥手段として用いても良い。また、活物質塗膜１２が塗布された面と反対側の面の加熱に関しては、赤外線ヒータ、誘導加熱装置など、もしくはこれらの組み合わせを本発明の加熱手段として用いても良い。しかし、上記実施の形態の構成とすることが望ましく、より平滑な表面を有する活物質塗膜を得ることができる。
【００５７】
（第３の実施の形態）
本発明に関連する発明の第３の実施の形態について説明する。
【００５８】
まず、本発明に関連する発明の塗膜シートの乾燥方法の一実施の形態である非水電解液二次電池用電極板の製造方法に用いられる活物質塗料に含まれる活物質材料、結着剤、添加剤、溶媒、および集電体は、一般的に非水電解液二次電池用材料として用いられているもので特に限定されるものではなく、第１の実施の形態で説明したものと同じものを用いることができる。
【００５９】
また、活物質塗料の作製方法、および集電体上に活物質塗料を塗布する方法についても、第１の実施の形態で説明したものと同じく、一般的な塗料作製方法、および塗布方法を用いることができ、特に限定されるものではない。
【００６０】
以上の活物質塗料を用いて、活物質塗料を集電体上に塗布した後、乾燥装置を用いて、活物質塗料を乾燥させる。
【００６１】
図５は、本発明に関連する発明の第３の実施の形態の非水電解液二次電池用電極板の製造方法を実施する製造装置の構成図である。図に示すように、巻出し装置２０はロール状に巻き取られた膜状の集電体２１を主乾燥装置２４へ送り出す手段、塗布装置２２は集電体１０に塗料を塗布する手段、主乾燥装置２４は、巻出し装置２０から送り出された、塗料が塗布された集電体２１を乾燥させる手段、巻取り装置２７は主乾燥装置２４から送り出された集電体２１をロール状に巻き取る手段である。また、主乾燥装置２４内には、集電体２１の搬送方向Ｃに沿って、温度制御装置２９で加熱温度が制御される赤外線ヒーター２８が複数配置されている。また、主乾燥装置２４と塗布装置２２との間には、集電体２１を送り出す熱ロール２６と、熱ロール２６を加熱するヒータ２５とが設けられている。なお、上記の構成において、主乾燥装置２４は本発明に関連する発明の乾燥手段に相当し、ヒーター２５および熱ロール２６は本発明に関連する発明の予熱手段に相当する。
【００６２】
このような構成を有する本実施の形態の非水電解液二次電池用電極板の製造装置の動作は、基本的には第１の実施の形態と同様で、巻出し装置２０より送り出された集電体２１上に、塗布装置２２により、活物質塗膜２３が形成される。
【００６３】
本実施の形態においては、塗布装置２２から排出された活物質塗膜２３は、主乾燥装置２４より手前に配置され、ヒーター２５により熱せられた熱ロール２６により加温される。このとき、加温の温度は、活物質塗膜２３内に含まれる塗料の溶媒成分が蒸発しない程度の温度に保たれるようにする。
【００６４】
加温された活物質塗膜２３は、主乾燥装置２４内にて完全に乾燥させた後、巻取り装置２７において巻き取られる。
【００６５】
上述のようにして、本実施の形態の非水電解液二次電池用極板の製造方法では、集電体２１上に塗布された活物質塗膜２３を、乾燥工程の前に予め昇温させておくことで、主乾燥装置において乾燥終了までに要する時間を短縮することができ、生産性を向上させることができる。
【００６６】
なお、本発明に関連する発明では、図３に示すものと異なる構成であっても、活物質塗膜を乾燥させる前に活物質塗膜を、そこに含まれる塗料の溶媒成分が蒸発しない程度の温度で昇温することができればよく、例えば、予め加温した活物質塗料を塗布装置により塗布する方法や、本発明に関連する発明の予熱手段としては、熱ロールの代わりに、赤外線ヒーター、熱風ノズルなどを用いてもよい。
【００６７】
また、主乾燥装置２４の構成は、赤外線ヒータを用いたとしたが、本発明に関連する発明の乾燥手段は、特に限定されるものではなく、例えば、熱風ノズル、赤外線ヒーター、誘電加熱装置、給気装置、排気装置などが、単体もしくは組み合わせて構成されているものとしてもよい。
【００６８】
また、以上の各実施の形態において、本発明は、非水電解液二次電池用電極板の製造装置または製造方法として説明したが、本発明の塗布シートの製造方法はこの用途に限定するものではない。塗料として、例えば少なくとも一種類以上の微粒子が分散された塗料、または、少なくとも一種類以上の樹脂を溶解させた塗料を、シート上に塗布した後、乾燥させる操作を行うものであれば、塗料の種類、塗料に含まれる被含有物、溶媒、結着剤の種類、シートの種類、得られる塗膜シートの種類に限定されることなく実施することができる。また、本発明に関連する発明は、被含有物を含まない塗料単体でシートに塗布する場合で実施しても良い。例えば、ニッケル水素二次電池、アルカリ蓄電池や燃料電池用の電極、セラミックグリーンシート、プラズマディスプレイ前面板の誘電体層、磁気テープ等の製造に適用してもよい。
【００６９】
【実施例】
以下に本実施の形態で説明した非水電解液二次電池用電極板の製造方法により、実際にリチウムイオン二次電池の正極板を作製した結果、また、比較のために、従来の製造方法により、同じくリチウムイオン二次電池の正極板を作製した結果について説明する。
【００７０】
（実施例１）〜（実施例３）、および（比較例）では、同じ活物質塗料、集電体、および塗布装置を用いて電極板を作製しており、以下に示すものである。
【００７１】
活物質塗料は、正極活物質であるコバルト酸リチウム１００重量部に対して、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを５重量部、導電剤としてのカーボンブラックを５重量部と、溶媒としてのＮ−メチル−２−ピロリドンとを、固形分重量比６０ｗｔ％となるように配合し、プラネタリーミキサーを用いて作製した。
【００７２】
また、集電体には、厚さ２５μｍ、幅２４０ｍｍのアルミニウム箔を用いた。
【００７３】
上述の活物質塗料を、集電体であるアルミニウム箔上に、膜厚２００μｍ、塗布幅２００ｍｍで、エクストルージョン型ノズルにより塗布した。塗布速度は、乾燥装置を通過した直後の塗膜の含有溶媒量が、塗布直後の塗膜の含有溶媒量に対して１％未満になる最大の速度とした。
【００７４】
（実施例１）
本発明の第１の実施の形態にて、電極板を作製した。乾燥装置には赤外線ヒーターが用いられており、１００ｍｍ×１００ｍｍのセラミック製パネルが、塗布幅方向に３列、塗膜の搬送方向に３０列、塗膜からの距離５０ｍｍに配置されたものである。また、乾燥装置には、塗膜から蒸発した溶媒蒸気を排気するための給排気装置が備えられている。
【００７５】
赤外線ヒーターの温度設定は、塗布幅方向には同一の温度とし、塗膜の搬送方向には、以下に示す条件Ａ、Ｂの２通りの温度設定を用いた。
【００７６】
条件Ａ：入口側から１０列が１５０℃、その次の１０列が２００℃、そして、出口側の１０列が２５０℃とした。
【００７７】
条件Ｂ：入口側から１０列が２５０℃、その次の１０列が１５０℃、そして、出口側の１０列が２５０℃とした。
【００７８】
（実施例２）
本発明に関連する発明の第２の実施の形態にて、電極板を作製した。乾燥装置には、塗膜が塗布された面を加熱するための赤外線ヒーターおよび熱風ノズルと、その反対側の面を加熱するための熱風ノズルが備えられている。また、乾燥装置には、塗膜から蒸発した溶媒蒸気を排気するための給排気装置が備えられている。
【００７９】
赤外線ヒーターは、１００ｍｍ×１００ｍｍのセラミック製パネルが、塗布幅方向に３列、塗膜の搬送方向に３０列、塗膜からの距離５０ｍｍに配置されたものである。また、熱風ノズルは、塗膜が塗布された面側、およびその反対側に、塗膜の搬送方向にそれぞれ１５個配置されている。
【００８０】
赤外線ヒーター温度、および熱風ノズルからの吹出し熱風温度、風速は、以下に示す条件Ｃ、Ｄ、Ｅの３通りの設定を用いた。
【００８１】
条件Ｃ：塗膜が塗布された面側の加熱と、その反対側の面の加熱の両方に、熱風ノズルを用い、全ての熱風ノズルからの吹出し熱風温度を１００℃、風速を１０ｍ／ｓに設定した。
【００８２】
条件Ｄ：塗膜が塗布された面側の加熱には、赤外線ヒーターを用い、全て１５０℃に設定した。また、反対側の面の加熱には、熱風ノズルを用い、全ての熱風ノズルからの吹出し熱風温度を１００℃、風速を１０ｍ／ｓに設定した。
【００８３】
条件Ｅ：塗膜が塗布された面側の加熱には、赤外線ヒーターを用い、入口側から１０列が２５０℃、その次の１０列が１５０℃、そして、出口側の１０列が２５０℃とした。また、反対側の面の加熱には、熱風ノズルを用い、全ての熱風ノズルからの吹出し熱風温度を１００℃、風速を１０ｍ／ｓに設定した。
【００８４】
（実施例３）
本発明に関連する発明の第３の実施の形態にて、電極板を作製した。
【００８５】
主乾燥装置は、（実施例１）に用いた乾燥装置と同一のものを使用した。また、主乾燥装置の手前に、ヒーターによって加熱されるφ（直径）１００ｍｍの熱ロールを５本配置した。熱ロールは、熱ロール表面の温度が１００℃となるように設定した。
【００８６】
赤外線ヒーターの温度設定は、塗布幅方向には同一の温度とし、塗膜の搬送方向には、以下に示す条件Ｆ、Ｇの２通りとした。
【００８７】
条件Ｆ：全て１５０℃に設定した。
【００８８】
条件Ｇ：入口側から１０列が２５０℃、その次の１０列が１５０℃、そして、出口側の１０列が２５０℃とした。
【００８９】
また、主乾燥装置の手前に配置された熱ロールおよびその表面温度設定は条件Ｆ、Ｇと同一で、主乾燥装置に、（実施例２）と同じものを用いた条件Ｈ、Ｉでは、主乾燥装置の赤外線ヒーター、熱風の設定温度等は以下に示すものとした。
【００９０】
条件Ｈ：塗膜が塗布された面側の加熱には、赤外線ヒーターを用い、全て１５０℃に設定した。また、反対側の面の加熱には、熱風ノズルを用い、全ての熱風ノズルからの吹出し熱風温度を１００℃、風速を１０ｍ／ｓに設定した。
【００９１】
条件Ｉ：塗膜が塗布された面側の加熱には、赤外線ヒーターを用い、入口側から１０列が２５０℃、その次の１０列が１５０℃、そして、出口側の１０列が２５０℃とした。また、反対側の面の加熱には、熱風ノズルを用い、全ての熱風ノズルからの吹出し熱風温度を１００℃、風速を１０ｍ／ｓに設定した。
【００９２】
（比較例）
本発明の効果をより明確にするために、従来の方法により電極板を作製した。
【００９３】
乾燥装置は、（実施例１）と同じものを使用し、赤外線ヒーターの温度設定を、以下に示す条件Ｊ、Ｋ、Ｌの３通りとした。
【００９４】
条件Ｊ：全て１５０℃に設定した。
【００９５】
条件Ｋ：全て２００℃に設定した。
【００９６】
条件Ｌ：全て２５０℃に設定した。
【００９７】
以上の（実施例１）〜（実施例３）および（比較例）について、乾燥が可能であった最大の塗布速度、乾燥後の極板の９０°剥離強度、表面粗さ（Ｒａ）を測定した結果、および、乾燥後の極板を用いて電池を試作し、極板の圧延、スリット、捲回時等の後工程における活物質塗膜の剥がれ等の不良発生数、試作電池のリーク不良発生数についてまとめた結果を表１に示す。
【００９８】
【表１】
【００９９】
従来の製造方法にて極板を作製した（比較例）では、条件Ｊのように乾燥温度が低いと、９０°剥離強度、すなわち極板の接着性は高いが、乾燥可能な塗布速度は非常に低く、生産性が極めて悪い。生産性を向上させるためには、乾燥装置の全長を長くしなければならず、設備費用およびエネルギーコストが高くなり、また、より広い設備の設置スペースが必要となるため、生産コストが増大する。また、条件Ｋ、条件Ｌと乾燥温度を高くしていくと、乾燥可能な塗布速度は高くなるが、極板の接着性および表面性が著しく低下し、後工程における活物質塗膜の剥がれ等の不良や、電池におけるリーク不良が多発する。
【０１００】
これに対して、塗膜の搬送方向に乾燥温度を変化させた（実施例１）では、十分な極板の接着性が得られ、活物質塗膜の剥がれ等の不良はほとんど生じておらず、また、乾燥可能な最大塗布速度も高いため、生産性も高い。特に、乾燥装置の入口側および出口側での乾燥温度を高くし、乾燥装置の中間部で温度を低く設定した条件Ｂでは、極板の接着性が極めて高く、接着性に起因する不良は全く生じず、また、乾燥可能な最大塗布速度もより高くすることができた。極板の表面性は、条件Ａ、Ｂともに、（比較例）に比べて同等以上であり、電池のリーク不良については同等、あるいは低減している。
【０１０１】
（実施例２）では、条件Ｃ、Ｄ、Ｅのいずれにおいても極板の表面性が極めて優れており、電池のリーク不良はほとんど発生しなかった。特に、塗膜の塗布された面側の加熱に赤外線を用いた条件Ｄ、Ｅの電池では、リーク不良は全く発生しなかった。また、条件Ｃ、Ｄ、Ｅのいずれも、塗膜の塗布された面に加えて、その反対側の面からも加熱していることにより、同等の乾燥温度で塗膜の塗布された面からのみ加熱した条件と比べて、乾燥可能な最大塗布速度は向上した。さらに、本発明に関連する発明である第２の発明に本発明である第１の発明を組み合わせた条件Ｅについては、極板の接着性も極めて高く、後工程での活物質塗膜の剥がれ等の不良は全く発生しておらず、第１の発明の効果である高い接着性、および高い生産性と、第２の発明の効果である優れた極板表面性が得られており、非常に高い効果が得られた。
【０１０２】
（実施例３）では、条件Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉのいずれにおいても、主乾燥装置のみで乾燥させた条件に比べて、乾燥可能な最大塗布速度は大きく向上した。また、本発明に関連する発明である第３の発明に第１の発明を組み合わせた条件Ｇでは、極板の接着性が非常に高く、後工程での活物質塗膜の剥がれ等の不良は全く発生しなかった。第３の発明に第２の発明を組み合わせた条件Ｈでは、極板の表面性が非常に優れており、電池のリーク不良は全く発生しなかった。さらに、第３の発明に、第１の発明、および第２の発明を組み合わせた条件Ｉでは、極板の接着性、表面性、および生産性の全てに優れており、後工程での活物質塗膜の剥がれ等の不良、電池のリーク不良は全く発生せず、また、乾燥可能な最大塗布速度も、今回の条件の中で最も高いものであった。
【０１０３】
【発明の効果】
以上、説明したところから明らかなように、本発明によれば、高い接着性を有する塗膜シートが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の非水電解液二次電池用電極板の製造装置を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の非水電解液二次電池用電極板の製造装置の他の構成例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の非水電解液二次電池用電極板の製造装置の他の構成例を示す図である。
【図４】 本発明に関連する発明の第２の実施の形態の非水電解液二次電池用電極板の製造装置を示す図である。
【図５】 本発明に関連する発明の第３の実施の形態の非水電解液二次電池用電極板の製造装置を示す図である。
【符号の説明】
１、９、２０ 巻出し装置
２、１０、２１ 集電体
３、１１、２２ 塗布装置
４、１２、２３ 活物質塗膜
５、１３ 乾燥装置
６、１４、２７ 巻取り装置
７、１５、２８ 赤外線ヒーター
８、１６、２９ 温度制御装置
１７ 熱風ノズル
１８ 風量調節バルブ
１９ 熱風発生装置
２４ 主乾燥装置
２５ ヒーター
２６ 熱ロール
Ａ、Ｂ、Ｃ 塗膜搬送方向
Claims (2)
- 少なくとも活物質材料、結着剤および溶媒を含有する塗料が塗布された塗膜シートの製造方法であって、
前記塗料に含まれる前記溶媒の沸点未満の温度で前記塗膜シートを加熱する第１の工程と、
前記塗膜内における前記結着剤の分布が均一化された状態を保つように、前記溶媒の沸点未満の前記温度より低い温度で前記塗膜シートを加熱する第２の工程と、
前記塗膜シートを、前記溶媒の沸点未満の前記温度以上の温度で加熱する第３の工程とを備え、
前記第３の工程を通して、前記塗膜シートは前記第２の工程によって前記塗膜内における前記結着剤の分布が均一化された状態が保たれている、塗膜シートの製造方法。 - 前記第１の工程の前に、前記塗膜シートを前記溶媒の沸点未満の前記温度より低い温度で予熱する第４の工程をさらに備えた、請求項１に記載の塗膜シートの製造方法。
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