JP5272564B2 - 電極材乾燥方法および電極材乾燥装置 - Google Patents

電極材乾燥方法および電極材乾燥装置 Download PDF

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Description

本発明は、電極材乾燥方法および電極材乾燥装置に関する。
近年、電気自動車やハイブリッド電気自動車の実用化の鍵を握る二次電池として、リチウムイオン二次電池に注目が集まっている。リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度向上のため、集電体としての金属箔の面に扁平な電極を形成し、これらを複数積層した構造を一般的に有する。電極は、活物質や溶媒等を含む電極材の金属箔への塗布、電極材の乾燥、および電極材のプレス等を経て形成する。
例えば、特許文献1に記載の発明は、長尺な金属箔を搬送しつつ金属箔の面に電極材を連続的に塗布した後、電極材を乾燥している。特許文献1に記載の発明は、誘導加熱を用いて、電極材を乾燥している。具体的には、金属箔を誘導加熱する誘導コイルを金属箔の面に対向させ、金属箔を移動しながら、金属箔を連続的に誘導加熱する。金属箔は誘導加熱によってそれ自身がジュール発熱する。電極材内の溶媒は、金属箔の熱によって蒸発する。
電極の形成には、このように電極材を連続的に配置する連続塗工方式を用いたものの他に、電極材を間欠的に配置する間欠塗工方式を用いたものがある。間欠塗工方式では、電極材を金属箔に塗布することにより電極材を間隔をおいて配列する。本明細書においては、金属箔において電極材を配置した部分を塗工部と称し、金属箔のうち電極材の間に露出する部分を未塗工部と称する。電極材を間欠的に配列することによって、金属箔に、塗工部と未塗工部とを交互に形成する。未塗工部は、電極同士を電気的に接続するタブ、あるいは電池の外部端子と金属箔とを電気的に接続するタブとして用いる。
特開2004−327203号公報
未塗工部は、電極材を配置せずに金属箔が露出しているため、塗工部に比べて熱容量が低い。このため、薄膜である金属箔を連続的に誘導加熱して発熱させると、未塗工部における温度が過剰に上昇する虞がある。未塗工部の温度が過剰に上昇すると、未塗工部に異常な伸びが生じたり、酸化劣化が生じたりする等の不具合が生じ、電極の品質低下、ひいては電池の品質低下を招き好ましくない。
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、電極材を間欠的に配列した金属箔の未塗工部における過剰な温度上昇を抑制し、金属箔の劣化等を防止して品質の向上を図り得る電極材乾燥方法、および電極材乾燥装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明の電極材乾燥方法は、まず、溶媒を含む電極材を金属箔に塗布することにより電極材を間隔をおいて配列した前記金属箔を準備し、前記金属箔を誘導加熱するための誘導コイルを前記金属箔に対向させる。前記金属箔と前記誘導コイルとを前記電極材が配列された方向に沿って相体的に移動しつつ誘導加熱によって前記金属箔を発熱させて前記溶媒を蒸発させる。ここで、溶媒を蒸発させるのに際しては、前記金属箔のうち前記電極材の間に露出する未塗工部における発熱量を、前記金属箔のうち前記電極材が配置された塗工部における発熱量よりも低下させる。
上記目的を達成するための本発明の電極材乾燥装置は、溶媒を含む電極材を間隔をおいて配列した金属箔に対向し、前記金属箔を誘導加熱するための誘導コイルと、前記金属箔と前記誘導コイルとを前記電極材が配列された方向に沿って相体的に移動する搬送部と、前記誘導コイルに電力を供給する電源と、前記電源を制御する制御部と、を有している。そして、前記制御部は、前記金属箔と前記誘導コイルとを前記電極材が配列された方向に沿って相体的に移動しつつ誘導加熱によって前記金属箔を発熱させて前記溶媒を蒸発させるのに際して、前記電源を制御して前記誘導コイルに供給する電力を低下させることによって、前記金属箔のうち前記電極材の間に露出する未塗工部における発熱量を、前記金属箔のうち前記電極材が配置された塗工部における発熱量よりも低下させる。
上記目的を達成するための本発明の電極材乾燥装置は、溶媒を含む電極材を間隔をおいて配列した金属箔に対向し、前記金属箔を誘導加熱するための誘導コイルと、前記金属箔と前記誘導コイルとを前記電極材が配列された方向に沿って相体的に移動する搬送部と、前記誘導コイルに電力を供給する電源と、前記搬送部を制御する制御部と、を有している。そして、前記制御部は、前記金属箔と前記誘導コイルとを前記電極材が配列された方向に沿って相体的に移動しつつ誘導加熱によって前記金属箔を発熱させて前記溶媒を蒸発させるのに際して、前記搬送部を制御して前記誘導コイルに対する前記金属箔の相対速度を増加させることによって、前記金属箔のうち前記電極材の間に露出する未塗工部における発熱量を、前記金属箔のうち前記電極材が配置された塗工部における発熱量よりも低下させる。
本発明によれば、電極材を間欠的に配列した金属箔の未塗工部における過剰な温度上昇を抑制し、金属箔の劣化等を防止して品質の向上を図り得る。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、各実施形態において重複する説明は省略する。
<第1実施形態>
図1はリチウムイオン二次電池10を示す斜視図、図2はリチウムイオン二次電池10の構成を模式的に表した断面図である。
図1および図2を参照して、リチウムイオン二次電池10は、電池要素17を外装ケース22に収納し、外部からの衝撃や環境劣化を防止している。
電池要素17は、正極板、電解質層13、および負極板を複数積層した構成を有している。正極板は、正極集電体11の両面に正極活物質層を設けて正極12を形成している。負極板は、負極集電体14の両面に負極活物質層を設けて負極15を形成している。電池要素17の両最外層に位置する最外層正極集電体11aには、いずれも片面のみに正極12を形成している。隣接する正極12、電解質層13、および負極15が、一つの単電池層16を構成する。したがって、図示例のリチウムイオン二次電池10は、単電池層16を複数積層するとともに、それぞれの単電池層16を電気的に並列接続してなる構成を有している。
電池要素17から電流を引き出すために、外部端子をなす正極タブ24および負極タブ19が外装ケース22の外部に延長している。正極タブ24は、正極リード20を介して、正極集電体11のそれぞれに接続している。負極タブ19は、負極リード21を介して、負極集電体14のそれぞれに接続している。
外装ケース22は、軽量化および熱伝導性の観点から、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属(合金を含む)をポリプロピレンフィルム等の絶縁体で被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルムなどのシート材からなる。シート材の外周部の一部または全部を熱融着により接合することによって、外装ケース22は電池要素17を封止する。
図3は第1実施形態の電極材塗工乾燥装置を示す概略構成図、図4は図3の部分拡大図、図5(A)は電極材乾燥装置の要部を示す平面図、図5(B)は図5(A)の5B−5B線に沿う断面図、図6は誘導コイルを説明するための斜視図である。図7(A)は電極材を間欠的に配列した金属箔を示す断面図、図7(B)−図7(E)は高周波電源の出力変化と電極材の配列パターンとの関係を例示するグラフである。図8(A)は電極材を間欠的に配列した金属箔を示す断面図、図8(B)は高周波電源の出力変化と電極材の配列パターンとの関係を例示するグラフである。図9(A)は電極材の乾燥に引き続いて実施される電極材をプレスするためのプレス装置を示す概略構成図、図9(B)はプレス装置の要部を示す平面図である。図10(A)は相体移動している金属箔と誘導コイルとの位置関係の一例を示す平面図、図10(B)は図10(A)に示さる位置関係のときの金属箔の温度分布を例示する図である。図11(A)は図10(A)に示さる位置関係から金属箔と誘導コイルとがさらに相体移動して誘導コイルが未塗工部に達した状態を示す平面図、図11(B)は図11(A)に示さる位置関係のときの金属箔の温度分布を例示する図である。
図3および図4を参照して、第1実施形態の電極材塗工乾燥装置100は、リチウムイオン二次電池10の電極板(正極板および負極板)を作製するために使用する装置であり、集電体としての金属箔130にスラリー状の電極材133を塗布し、電極材133に含まれる溶媒を蒸発させて電極材133を乾燥させる。
電極材塗工乾燥装置100は、電極材133内の溶媒を蒸発させて電極材133を乾燥させるための電極材乾燥装置102と、電極材133を金属箔130に塗布するための塗工装置104と、を有する。
塗工装置104は、電極材133を吐出するスリットダイ170と、スリットダイ170に電極材133を供給する電極材供給部172と、を有する。電極材供給部172は、電極材133を収容するタンク(不図示)と、電極材133を加圧するポンプと、を備える。スリットダイ170は、直線状のスリットを備え、金属箔130の搬送方向に沿ってスリットから電極材133を間欠的に塗布する。電極材133は、間隔S(図4参照)をおいて金属箔130の搬送方向に配列する。
電極材乾燥装置102は、概説すれば、溶媒を含む電極材133を間隔をおいて間欠的に配列したテープ状の金属箔130に対向し金属箔130を誘導加熱するための誘導コイル110と、金属箔130と誘導コイル110とを電極材133が配列された方向に沿って相体的に移動する搬送部と、誘導コイル110に電力を供給する高周波電源117(電源に相当する)と、高周波電源117を制御するほか電極材塗工乾燥装置100全体の動作を制御するためのコントローラ140(制御部に相当する)と、を有している。
コントローラ140は、金属箔130と誘導コイル110とを電極材133が配列された方向に沿って相体的に移動しつつ、誘導加熱によって金属箔130を発熱させて溶媒を蒸発させるのに際して、コントローラ140は、高周波電源117を制御して誘導コイル110に供給する電力を低下させることによって、金属箔130のうち電極材133の間に露出する未塗工部132における発熱量を、金属箔130のうち電極材133が配置された塗工部131における発熱量よりも低下させている。コントローラ140は、金属箔130の発熱量を、階段状または連続的に変化させている。
図示例の電極材乾燥装置102は、電極材133内の溶媒を蒸発させるために、金属箔130を誘導加熱する誘導コイル110の他に、熱風乾燥炉141を有している。熱風乾燥炉141は、電極材133を確実に乾燥させるために、予備的に設けてある。また、電極材乾燥装置102は、電極材133の配置を検出するためのセンサ142を有している。以下、詳述する。
1個のリチウムイオン二次電池10に使用する電極の枚数は非常に多く、電極を量産するために、長尺状の金属箔130に電極材133を塗布して連続生産するのが一般的である。このように連続生産する場合、電極のスタッキング(保管)方式は、ロールトゥロール方式が適している。
このため、第1実施形態では、搬送部は、ロールトゥロール方式により長尺状の金属箔130を搬送する。搬送部は、集電体としての金属箔130を供給する供給ロール144と、金属箔130を回収するための巻取りロール146と、金属箔130の下面を保持する図示しない複数のサポートロール23と、を有する。巻取りロール146の軸に接続したモータM11が、巻取りロール146を回転させる。供給ロール144は、金属箔130を巻回しており、軸145に図示しない制動機構を備え、金属箔130にテンションを付与しつつ送り出す。巻取りロール146が、供給ロール144から金属箔130を巻取りつつ搬送する。
金属箔130は、適宜の材料、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、ステンレス鋼を用いることができる。具体的には、例えば、正極集電体にはアルミニウムなどの金属箔130を用い、負極集電体には銅などの金属箔130を用いることができる。金属箔130の具体的な厚さについて特に制限はないが、例えば、アルミニウムの場合には20μm、銅の場合には10μm程度の薄膜である。
電極材133としては、リチウムイオン二次電池10の正極を形成するために用いる正極電極材と、負極を形成するために用いる負極電極材とがある。
正極電極材は、例えば、正極活物質、導電助剤、およびバインダを含み、溶媒を添加することによって、これらを均一に分散させ、所定の粘度に調製する。正極活物質は、例えば、マンガン酸リチウムである。導電助剤は、例えば、アセチレンブラックである。バインダは、例えば、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)である。溶媒は、例えば、NMP(ノルマルメチルピロリドン)である。
正極活物質は、マンガン酸リチウムに特に限定せず、容量および出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物を適用することが好ましい。導電助剤は、例えば、カーボンブラックやグラファイトを利用することも可能である。バインダは、PVDFに限定しない。また、溶媒はNMPに限定せず、公知の溶媒を用いることができる。
一方、負極電極材は、例えば、負極活物質、導電助剤、およびバインダを有し、溶媒を添加することによって、これらを均一に分散させ、所定の粘度に調製する。負極活物質は、例えば、グラファイトである。導電助剤、バインダ、および溶媒は、それぞれ例えば、アセチレンブラック、PVDF、およびNMPである。
負極活物質は、グラファイトに特に限定せず、ハードカーボンや、リチウム−遷移金属複合酸化物を利用することも可能である。導電助剤は、例えば、カーボンブラックやグラファイトを利用することも可能である。バインダは、PVDFに限定しない。また、溶媒はNMPに限定せず、公知の溶媒を用いることができる。
センサ142は、塗工部131と未塗工部132との境に一致する電極材133の縁を検知し、電極材133の配列情報を信号に変換する。張力による金属箔130の長さ変化を考慮して、センサ142は金属箔130の搬送方向上流側で誘導コイル110の直前に配置する。なお、センサ142は反射型光電センサやレーザ測距センサ等を適宜用いることができる。
また、センサ142に代えて、モータM11に備えた不図示のエンコーダによって巻取り量を検出し、巻取り量から塗工部131と未塗工部132との配列を検出すようにしても良い。ただし、本実施形態では、塗工部131の存在する位置と未塗工部132の存在する位置とを直接検出するので、検出精度が高い。
コントローラ140は、CPUおよびメモリを主体として構成している。メモリには、動作を制御するためのプログラムを記憶している。センサ142は、コントローラ140に電気的に接続しており、センサ142からの信号はコントローラ140に入る。コントローラ140は、センサ142からの信号に基づいて、高周波電源117の出力を制御する。高周波電源117は、誘導コイル110に電気的に接続し、交流電力を印加して磁力線を発生させる。コントローラ140は、高周波電源117を制御することによって、金属箔130の発熱量を、階段状または連続的に変化させることができる。
また、コントローラ140は、塗工装置104の作動を制御し、電極材133の塗布量、塗布厚さ、搬送方向における電極材133の幅、電極材133と電極材133との間隔等を調整する。コントローラ140はまた、モータM11の作動を制御して、金属箔130の搬送速度を調整する。例えば、コントローラ140は、金属箔130の搬送速度が1m/分で一定となるように、モータM11を制御する。
熱風乾燥炉141は、誘導コイル110に対して金属箔130の搬送方向下流に位置し、金属箔130が炉内を移動する間に溶媒を除去する。熱風乾燥炉141は、従来公知の技術を利用でき、電極材133内の溶媒を蒸発させるための熱を、熱風を用いて付与する。
図5(A)(B)を参照して、誘導コイル110は、発生した磁束が金属箔130の面に対して交差する方向に透過するように配置してある。薄肉である金属箔130を好適に誘導加熱して発熱させることができるからである。すなわち、誘導コイルを金属箔に巻き付けることによって磁束を金属箔の面に対して平行な方向に発生させる形態では、渦電流が金属箔の断面の周囲を一巡して流れる。このため、金属箔の板厚がひじょうに薄くなると、金属箔の断面において逆方向に流れる渦電流同士が相殺ないし干渉しあう結果、金属箔を十分にジュール発熱させることができない。一方、金属箔130に対して垂直磁界を発生させると、渦電流が金属箔130の面方向に流れることから、薄膜である金属箔130を十分にジュール発熱させることができる。ただし、本発明は、誘導コイルを金属箔に巻き付けることによって磁束を金属箔の面に対して平行な方向に発生させる形態を排除するものではない。採用する金属箔の厚み寸法によっては、金属箔を十分にジュール発熱させることができるからである。
誘導コイル110は、電極材133が配列された方向に対して横切って伸びる加熱部を含み、コントローラ140は、加熱部が未塗工部132に対向するときには、塗工部131に対向するときに比べて、金属箔130の発熱量を低下させる。かかる構成によって、未塗工部132における発熱量を塗工部131における発熱量よりも低下させることができる。金属箔130を誘導加熱するためには、加熱部は、金属箔130の一方の面に対向するように、少なくとも1つ設ければ足りる。
ただし、金属箔130を効率的に発熱させるために、金属箔130の両面のそれぞれの面に対向するように加熱部を設けることができ、さらに、金属箔130の一方の面に複数個の加熱部を対向させることもできる。
そこで、第1実施形態では、金属箔130を効率的に発熱させる観点から、誘導コイル110は次のように構成してある。
図5(A)(B)に示すように、誘導コイル110は、電極材133が配列された方向に対して横切って伸びるとともに電極材133が配列された方向に沿って互いに離隔した少なくとも2つの第1と第2の加熱部を含んでいる。第1と第2の加熱部同士の間隔は、第1と第2の加熱部の各々を、異なる未塗工部132の各々に同時に対向させる寸法を有している。そして、コントローラ140は、第1と第2の加熱部の各々が未塗工部132に対向するときには、塗工部131に対向するときに比べて、金属箔130の発熱量を低下させる。
さらに、詳しくは、図5(A)に示すように、誘導コイル110は、金属箔130の面に対向し、金属箔130の面に対して垂直方向に磁界を発生させる。誘導コイル110は、交流電流が流れるコイル本体111と、フェライトからなる長尺な磁気コア112と、を有する。コイル本体111は例えば銅管である。
電極材133は金属箔130の面の幅方向(図5(A)において上下方向)の略中央で金属箔130の長手方向に沿って間欠的に配列している。つまり、金属箔130は、電極材133が配列された方向に対して交差する幅方向の少なくとも一方の端部に電極材133が配置されていない露出部134を含む。このように、露出部134を設けることによって、金属箔130の一方の面に塗布した電極材133が、反対の面に垂れるのを防止できる。
図5(B)に示すように、磁気コア112の断面は略U字状をなす。磁気コア112は、誘導コイル110の加熱部113、114、115、116の各々を囲んでいる。磁気コア112によって、誘導コイル110が発生した磁束を金属箔130の面に対して交差する方向に透過させる磁路を形成する。誘導コイル110は、磁気コア112によって磁力線を金属箔130に集中させることができ、効率的に金属箔130を加熱できる。
加熱部113および加熱部114は、金属箔130の一方の面に対向する。加熱部113および加熱部114は、電極材133を配列するピッチPと同じ間隔(ピッチPの1倍)を空けて設けられており(D1=P)、加熱部113および加熱部114は、互いに異なる未塗工部132に同時に対向する。
一方、加熱部115および加熱部116は、金属箔130の他方の面に対向する。加熱部115および加熱部116は、ピッチPと同じ間隔(ピッチPの1倍)を空けて設けられており(D2=P)、加熱部115および加熱部116は、互いに異なる未塗工部132に同時に対向する。
図5(B)において金属箔130の上面側に位置する加熱部113および加熱部114が第1と第2の加熱部を構成し、金属箔130の下面側に位置する加熱部115および加熱部116が第1と第2の加熱部を構成している。第1と第2の加熱部の各々を異なる未塗工部132の各々に同時に対向させるために、電極材133を配列するピッチの自然数倍の間隔を空けて、第1と第2の加熱部同士を離隔させる。第1実施形態においては、理解の容易のために、第1と第2の加熱部同士の間隔を、電極材133を配列するピッチに設定してある。ここに、「同時」との文言は、塗工部の一部分における発熱量を積極的に低下させ、他の誘導コイルによって前記一部分における発熱を補うようにした後述する第5実施形態との違いを明確にすることを意図して用いたものである。したがって、ある瞬間において、第1と第2の加熱部の一方が未塗工部132に対向していなくても、他の誘導コイルによって塗工部131の発熱を補う必要がない場合には、第1実施形態に含まれる変形例であると理解されなければならない。上記のように他の誘導コイルによって塗工部131の発熱を補う必要がない第1と第2の加熱部同士の間隔としては、例えば、金属箔130の搬送方向における間隔Sの寸法を前記ピッチに加えた寸法、あるいは減じた寸法などを挙げることができる。またこの他に、第1と第2の加熱部同士の間隔は、例えば、コイル本体自身の径、上で挙げた例ではコイル本体を形成する銅管の径を、前記ピッチに加えた寸法あるいは減じた寸法であってもよい。
図6に示すように、コイル本体111は、例えば銅管を折り曲げて形成する。加熱部113、114、115、116はそれぞれ直線状に形成している。加熱部113と加熱部114とは互いに平行で、加熱部115と加熱部116とは互いに平行である。
また、加熱部113と加熱部115とは金属箔130を挟んで向き合うように形成している。加熱部114と加熱部116とは金属箔130を挟んで向き合うように形成している。ここで、加熱部113に流れる交流電流の向きと加熱部115に流れる交流電流の向きとが等しく、加熱部114に流れる交流電流の向きと加熱部116に流れる交流電流の向きとが等しくなるように、コイル本体111を折り曲げている。
このように、誘導コイル110は、金属箔130を挟んで向かい合う対をなす加熱部113と115、114と116を含み、高周波電源117は、対をなす加熱部113と115、114と116に、同じ方向に電流を流している。このため、加熱部113から作用する磁力線によって金属箔130に生ずる誘導電流と、加熱部115から作用する磁力線によって金属箔130に生ずる誘導電流とが、互いに打ち消し合わず同じ方向に流れる。したがって、金属箔130は、十分にジュール発熱する。加熱部114および加熱部116に関しても同様である。
誘導コイル110が伸びる方向と、電極材133が配列された方向とが直交していることが好ましい。金属箔130の移動時において、金属箔130の幅方向に見て、誘導コイル110が電極材133の縁に同時に重なり、電極材133の縁から同時に離れることになる。このため、金属箔130の発熱量を低下および上昇させる制御を行っても、金属箔130の幅方向に見て電極材133を均等に加熱することができるからである。
コイル本体111の内部は、冷却水を供給するチラー(不図示)と連通している。誘導加熱時には、チラーから供給する冷却水をコイル本体111の内部を循環させ、コイル本体111の温度上昇を抑制する。
次に電極材133の乾燥方法について説明する。
電極材133の乾燥手順は、概説すれば、まず、溶媒を含む電極材133を間隔Sをおいて間欠的に配列したテープ状の金属箔130を準備する。次いで、誘導コイル110を金属箔130に対向させる。次いで、金属箔130と誘導コイル110とを電極材133が配列された方向に沿って相体的に移動しつつ誘導加熱によって金属箔130を発熱させて溶媒を蒸発させる。このとき、金属箔130の未塗工部132における発熱量を、金属箔130の塗工部131における発熱量よりも低下させる。第1実施形態では、金属箔130を搬送することによって金属箔130を誘導コイル110に対して移動させている。また、コントローラ140は、高周波電源117を制御し、誘導コイル110に供給する電力を低下させることによって、未塗工部132における発熱量を塗工部131における発熱量よりも低下させている。以下、詳述する。
第1実施形態では、誘導コイル110に対し電極材133の配列方向に金属箔130を搬送しつつ金属箔130を誘導加熱して発熱させ、電極材133内の溶媒を蒸発させる。この際、第1と第2の加熱部の各々を、異なる未塗工部の各々に同時に対向させ、第1と第2の加熱部の各々が未塗工部に対向するときには、塗工部に対向するときに比べて、金属箔の発熱量を低下させる。
つまり、加熱部113と114、および加熱部115と116を、異なる未塗工部132の各々に同時に対向させ、加熱部113、114、115、116が未塗工部132に対向するとき、加熱部113、114、115、116が塗工部131に対向するときに比べ金属箔130の発熱量を低下させるようにする。
具体的には、図7(A)−図7(E)に示すように、未塗工部132に加熱部113、114、115、116が対向するとき、塗工部131に加熱部113、114、115、116が対向するときに比べ、誘導コイル110に供給する電力、すなわち高周波電源117の出力を低下させる。このように出力を低下させるものであれば、高周波電源117の出力変化のパターンは、種々設定できる。図7(B)−図7(E)には、金属箔130の発熱量を階段状に変化させる例を示している。図8には、金属箔130の発熱量を連続的に変化させる例を示している。階段状または連続的な変化のいずれによっても、未塗工部132における発熱量を、塗工部131における発熱量よりも低下させることができる。
図7(B)の出力Aで示す例では、加熱部113、114、115、116が塗工部131の一部と対向する間、出力を一定に維持する。その後、加熱部113、114、115、116が未塗工部132に対向する直前で出力を低下させ始め、未塗工部132の一部と加熱部113、114、115、116とが対向している間、出力を下限値L1に維持する。
図7(C)の出力Bで示す例では、出力Aと同様、加熱部113、114、115、116が未塗工部132に対向する直前で出力を低下させ始めるが、加熱部113、114、115、116と未塗工部132とが対向する間中、出力を下限値L2に維持する。
図7(D)の出力Cで示す例では、加熱部113、114、115、116が塗工部131と対向する間中、出力を一定に維持し、加熱部113、114、115、116が未塗工部132に対向し始めると同時に出力を低下させ始める。その後、出力が下限値L3となったら出力変化を低下から増加に切り替える。
図7(E)の出力Dで示す例では、加熱部113、114、115、116が塗工部131の一部と対向する間、出力を一定に維持し、加熱部113、114、115、116が未塗工部132に対向する直前で出力を増加させる。加熱部113、114、115、116と未塗工部132とが対向し始めたら出力を増加から減少に切り替え、加熱部113、114、115、116が未塗工部132の一部と対向する間、出力を下限値L4に維持する。その後、加熱部113、114、115、116と塗工部131とが対向し始める直前に出力を増加させ始める。加熱部113、114、115、116と塗工部131とが対向し始めたら出力を増加から減少に切り替え、所定の間、出力を一定に維持する。出力Dの例では、未塗工部132での出力低下にともなって、塗工部131中央に比べ温度が低くなり易い塗工部131の縁に、出力のピークが対応するようにしたことを特徴とする。
上述した各パターンの出力の下限値L1〜L4、および下限値L1〜L4に維持する時間は種々設定できる。すなわち、これらは、未塗工部132での過剰な温度上昇に起因する異常な伸びや未塗工部表面への酸化皮膜生成等を抑制し、タブとしての導電性を確保し、性能低下を防止できるものであればよい。
下限値L1〜L4は、ゼロとすることも可能であるが、未塗工部132と塗工部131との温度差が大きくなると、これに起因して金属箔130に歪みが生ずる等の虞があるため、ある程度加熱する(例えば、塗工部131に対し未塗工部132の温度が50%程度になるように加熱する等)ことが好ましい。また、出力の変化においては、例えば矩形状に一気に下限値まで出力を低下させたり、一気に下限値から出力を増加させたりしてもよいが、製品品質上、時間をかけて出力変化するものであることが好ましい。
上述した各パターンにおいては、加熱部113、114、115、116が塗工部131の少なくとも一部と対向する間、出力を一定に維持するが、このときの出力は、電極材133内の溶媒濃度が所望の値以下となるように、たとえば電極材133が100〜130℃程度となるようなものであればよい。第1実施形態では、熱風乾燥炉141のプレヒートとして、金属箔130を誘導加熱しているので、ここでの溶媒濃度の所望の値は、例えば100ppmである。
図7(B)−図7(E)の出力の制御は、加熱部113、114、115、116が未塗工部132と対向している間、出力を下限値L1〜L4で維持するものであるが、これに限定されず、未塗工部132の品質低下を抑制できるものであればよい。例えば、図8(A)(B)に示すように、出力の制御は下限値での出力維持を含まず連続的に変化するものであってもよい。
以上説明したように、塗工部131および未塗工部132の各々に加熱部113、114、115、116が対向する周期に応じて、コントローラ140が高周波電源117の出力を変化させ、未塗工部132での過剰な温度上昇を抑制しつつ電極材133内の溶媒を蒸発させる。
塗工部131が一方の加熱部114、116に対向するときと、塗工部131が他方の加熱部113、115に対向するときとの2回、塗工部131および電極材133の温度は上昇し、その後、搬送する間に自然放熱によって徐々に温度低下する。
誘導コイル110によって電極材133内の溶媒を蒸発させた後、金属箔130とともに電極材133を熱風乾燥炉141に搬送し、電極材133内に残留した溶媒を除去する。熱風乾燥炉141での乾燥は予備的なものであり、誘導コイル110だけを用いて電極材133を乾燥させてもよい。電極材133を乾燥させた後、電極材133をプレスし、電極材表面を滑らかな面とする。
図9(A)に示すように、電極材133をプレスするプレス装置150は、金属箔130を搬送しつつ、金属箔130の両面に配した一対のロールプレス151、152によって電極材133をプレスする。
プレス装置150は、金属箔130を巻き取るためのロール153と、ロール153の回転軸に接続したモータM12を有する。モータM12がロール153を回転させ、乾燥後の電極材133とともに金属箔130を巻回したロール154から金属箔130を巻き取り、金属箔130および電極材133を搬送する。
図9(B)に示すように、ロールプレス151、152は、金属箔130の搬送方向と反対方向に、電極材133と未塗工部132とを交互にプレスする。プレスした際、未塗工部132には、未塗工部132に隣接する露出部134の部位にロールプレス151、152が加える力とほぼ等しい力が加わる。
一方、金属箔130の塗工部131には、電極材133が金属箔130の面から突出しているため、力が加わり易く、塗工部131に隣接する露出部134の部位に比べて大きな力が加わる。このため、搬送方向における塗工部131の伸びと露出部134の伸びとの差が生じる。
特に、本実施形態のように電極材133を間欠的に配置するのではなく、隙間なく連続的に配置する連続塗工方式では、塗工部131と露出部134との伸びの差が搬送方向に累積し、金属箔130に歪みが生ずる虞がある。電気容量を拡大するために例えば電極材133を200μm〜300μm、あるいはそれ以上に厚く塗布する場合、特に顕著に現れる。
しかし、本実施形態では、電極材133が間欠的に配列しており、プレスしたときの塗工部131と露出部134との伸びの差が、連続塗工方式のように金属箔130の搬送方向に累積せず、プレスによる金属箔130の歪みの発生を防止できる。また、塗工部131と未塗工部132との境界部位で若干張力差が生じても、微少領域であり累積もせず、更には金属箔130の搬送方向に張力が作用していることから、前記のようなタブとなる部位の金属箔の破断の虞は無い。これらの理由から、間欠的に塗工部131を形成することが必須となる。
なお、本実施形態では、金属箔130の一方の面に電極材133を塗工し、乾燥させてプレスするが、その後金属箔130の他方の面に対しても上記と同様の工程を実施することとなる。或いは、金属箔130に対して片面だけでなく両面に塗工し、乾燥を行った後、プレスを行ってもよい。すなわち、塗工、乾燥、またはプレスの工程で、電極材133は、金属箔130の片面に、または両面のそれぞれの面に配列する。
第1実施形態の効果を説明する。
第1実施形態では、加熱部113、114、115、116が未塗工部132と対向するとき、塗工部131に対向するときに比べ、コントローラ140が高周波電源117の出力を低下させて金属箔130の発熱量を低下させる。
このため、図10(A)(B)および図11(A)(B)に例示するように、塗工部131に比べて未塗工部132の温度を低く保ち、未塗工部132での過剰な温度上昇を抑制できる。したがって、第1実施形態は金属箔130の劣化等を防止して品質向上を図り得る。
第1実施形態では、加熱部113、114がピッチPと同じ距離だけ離隔して設けられており、互いに異なる未塗工部132に同期して対向する。また、加熱部115、116もピッチPと同じ距離だけ離隔して設けられており、互いに異なる未塗工部132に同期して対向する。
したがって、例えば一方の加熱部113、115が未塗工部132に対向して出力が低下するとき、他方の加熱部114、116が塗工部131に対向して塗工部131の発熱量が低下するということがなく、電極材133を均一に加熱できる。
第1実施形態では、加熱部113、114、115、116が金属箔130の両面から誘導加熱する。このため、第1実施形態は、片面から加熱する場合に比べて塗工部131を効率的に加熱でき、乾燥時間を短縮して生産性の向上を図り得る。
<第2実施形態>
図12は第2実施形態の電極材塗工乾燥装置の概略図、図13は金属箔の搬送速度の変化を例示するグラフである。
図12に示すように、第2実施形態の電極材塗工乾燥装置200は、第1実施形態と略同様の構成を有するが、供給ロール244の軸245にモータM23を接続する点で第1実施形態と異なる。
概説すると、コントローラ240は、金属箔230と誘導コイル210とを電極材233が配列された方向に沿って相体的に移動させ誘導加熱によって金属箔230を発熱させて溶媒を蒸発させるのに際して、搬送部を制御して誘導コイル210に対する金属箔230の相対速度を増加させることによって、未塗工部232における発熱量を、塗工部231における発熱量よりも低下させる。搬送部は、供給ロール244と、巻取りロール246と、金属箔230の下面を保持する図示しない複数のサポートロール223と、を有する。
コントローラ240は、モータM21およびモータM23に電気的に接続し、モータM21、M23の回転速度を制御することによって、供給ロール244および巻取りロール246を制御する。
コントローラ240は、モータM21、M23の回転速度が一致するよう同期させ、また、センサ242からの信号に基づき、モータM21、M23の回転速度を増加させたり減少させたりする。
このようにコントローラ240がモータM21、M23を制御して誘導コイル210に対する金属箔230の移動速度を変化させ、加熱部213、214、215、216が未塗工部232の少なくとも一部に対向するとき、加熱部213、214、215、216が塗工部231に対向するときに比べ金属箔230の発熱量を低下させる。
例えば図13に示すように、コントローラ240は、加熱部213、214、215、216と塗工部231とが対向する間、モータM21、M23の回転速度を一定にし、金属箔230の移動速度を速度Lで一定にしておく。
そして、加熱部213、214、215、216が未塗工部232と対向するとき、コントローラ240は、金属箔230の移動速度が速度HとなるまでモータM21、M23の回転速度を増加させ、未塗工部232の発熱量を低下させる。
金属箔230の移動速度Hは、例えば2m/分であり、金属箔230の移動速度Lは、例えば1m/分である。また、本実施形態では、コントローラ240は高周波電源217の出力を一定に保つ。
以上説明したように、第2実施形態は、加熱部213、214、215、216が未塗工部232の少なくとも一部に対向するとき、加熱部213、214、215、216が塗工部231に対向するときに比べ金属箔230の発熱量を低下させるため、未塗工部232の過剰な温度上昇を抑制でき、第1実施形態と同様、品質向上が図れる。また、第2実施形態は、第1実施形態と略同様であり、第1実施形態を同様の他の効果を奏する。
本実施形態では、モータM21、M23の回転速度を制御して誘導コイル210に対する金属箔230の移動速度を変化させることによって、金属箔230の発熱量を変化させたが、更に第1実施形態で説明したように、高周波電源の出力を変化させる制御を併用しても良い。その場合には、移動速度の変化と出力変化は各実施形態で説明した値よりも小さくすることができる。
<第3実施形態>
図14は第3実施形態の電極材乾燥装置の要部を示す平面である。
図14に示すように、第3実施形態は、第1実施形態または第2実施形態と略同様の構成を有するが、これらの形態と異なり、金属箔330の面方向に離隔した加熱部同士の間隔D3がピッチPの2倍である(D3=2×P)。
このため、第3実施形態では、塗工部331が加熱部314を通過してから加熱部313に達するまでの時間が、第1実施形態に比べて長く、移動の間に塗工部331の温度が第1実施形態または第2実施形態よりも低下する。よって、第3実施形態は、第1実施形態または第2実施形態の効果に加え、塗工部331の過剰な温度上昇を防止できるという効果を奏する。
特に、金属箔330や電極材333の厚さが薄い場合、熱容量が減少して温度が上昇しやすいため、第3実施形態の適用が有効となる。また、ピッチPが狭く、例えばコイル本体としての銅管をピッチPに合わせて加工することが困難な場合にも、第3実施形態は有効である。
<第4実施形態>
図15(A)は第4実施形態の電極材乾燥装置の要部を示す平面図、図15(B)は図15(A)の15B−15B線に沿う断面図である。
図15(A)に示すように、第4実施形態は、第1実施形態または第2実施形態と略同様の構成を有するが、これらの形態と異なり誘導コイル410を櫛歯状に形成している。
図15(B)に示すように、4つの加熱部413A、414A、413B、414Bが金属箔430の一方の面に対向し、他の4つの加熱部415A、416A、415B、416Bが他方の面に対向する。金属箔430の面方向で隣り合う加熱部同士は、ピッチPと同じ間隔を空けて設けられている。
第4実施形態は、第1実施形態または第2実施形態の効果を奏する。また、第4実施形態は、1つの高周波電源417によって金属箔430の4箇所を加熱できるため、第1実施形態または第2実施形態の誘導コイルを2つ用いて4箇所を加熱する場合に比べて装置のコストを低減できる。
<第5実施形態>
図16は第5実施形態の電極材乾燥装置の要部を示す平面図、図17は補助誘導コイルを説明するための斜視図、図18は図16の18−18線に沿う断面図である。図19(A)および図19(B)は相体移動している金属箔と誘導コイルとの位置関係の一例を示す平面図、図19(C)は高周波電源の出力変化を例示するグラフである。図20(A)は相体移動している金属箔と補助誘導コイルとの位置関係の一例を示す平面図、図20(B)は高周波電源の出力変化を例示するグラフである。
第5実施形態は、第1実施形態または第2実施形態と略同様の構成を有するが、図16に示すように、電極材乾燥装置が、誘導コイル110と略同様の構成の誘導コイル510だけでなく、金属箔530に対向し、金属箔530を誘導加熱するための補助誘導コイル520を有する点で、これらの形態と異なる。また、第5実施形態の電極材乾燥装置は、補助誘導コイル520に電力を供給する補助誘導コイル用電源527を有する。コントローラ540は、誘導コイル510に電力を供給する高周波電源517、および補助誘導コイル用電源527を制御する。
誘導コイル510は、電極材533が配列した方向に対して横切って伸びるとともに電極材533が配列された方向に沿って互いに離隔した少なくとも2つの第1と第2の加熱部を含む。
金属箔530の一方の面の側に位置する加熱部513および加熱部514が、第1と第2の加熱部を構成する。また、金属箔530の他方の面の側に位置する加熱部515および加熱部516(図18参照)も、第1と第2の加熱部とを構成する。
誘導コイル510では、第1と第2の加熱部同士の間隔が第1実施形態の誘導コイル110と異なる。つまり、誘導コイル510では、第1と第2の加熱部同士の間隔は、第1の加熱部が未塗工部532に対向するときには第2の加熱部を塗工部531に対向させ、第2の加熱部が未塗工部532に対向するときには第1の加熱部を塗工部531に対向させる寸法を有する。
補助誘導コイル520は、誘導コイル510の第1と第2の加熱部のうち、少なくとも、金属箔530が相対的に移動する方向に沿って上流側に位置する加熱部よりも下流側に位置する。本実施形態においては、補助誘導コイル520は、誘導コイル510の加熱部513、515に対して金属箔530の搬送方向下流に位置する。補助誘導コイル520は、発生した磁束が金属箔530の面に対して交差する方向に透過するように配置している。
補助誘導コイル520は、交流電流が流れるコイル本体521と、フェライトからなる長尺な磁気コア522、529(図18参照)と、を備える。補助誘導コイル520は、補助誘導コイル用電源527に電気的に接続している。磁気コア522、529は、補助誘導コイル520が発生した磁束を金属箔530の面に対して交差する方向に透過させる磁路を形成する。
図17に示すように、補助誘導コイル520のコイル本体521は、例えば銅管を折り曲げて形成する。コイル本体521の内部は、冷却水を供給するチラー(不図示)と連通している。誘導加熱時には、チラーから供給する冷却水をコイル本体521の内部を循環させ、コイル本体521の温度上昇を抑制する。
補助誘導コイル520は、電極材533が配列された方向に対して横切って伸びるとともに金属箔530の面に対して交差する方向に沿って離隔した少なくとも2つの第1と第2の補助加熱部を含む。
図17において金属箔530の上面側に位置する補助加熱部523、524が、第1と第2の補助加熱部を構成する。また、金属箔530の下面側に位置する補助加熱部525、526が、第1と第2の補助加熱部を構成する。
補助加熱部523と補助加熱部524とは、金属箔530の面に対して直角方向に沿って離隔する。同様に、補助加熱部525と補助加熱部526とは、金属箔530の面に対して直角方向に沿って離隔する。
補助加熱部523と補助加熱部525とは、金属箔530を挟んで向かい合う。すなわち、補助誘導コイル520は、金属箔530を挟んで向かい合う対をなす補助加熱部523、525を含む。
補助誘導コイル用電源527は、対をなす補助加熱部523、525に同じ方向に電流を流す。このため、補助加熱部523から作用する磁力線によって金属箔530に生ずる誘導電流と、加熱部525から作用する磁力線によって金属箔530に生ずる誘導電流とが、互いに打ち消し合わず同じ方向に流れる。したがって、金属箔530は、十分にジュール発熱する。
補助誘導コイル520が伸びる方向と、電極材533が配列された方向とが直交していることが好ましい。金属箔530の移動時において、金属箔530の幅方向に見て、補助誘導コイル520が電極材533の縁に同時に重なり、電極材533の縁から同時に離れることになる。このため、金属箔530の発熱量を低下および上昇させる制御を行っても、金属箔530の幅方向に見て電極材533を均等に加熱することができるからである。
図18に示すように、補助誘導コイル520は、磁気コア522を補助加熱部523に備え、磁気コア529を補助加熱部525に備える。また、補助誘導コイル520は、補助誘導コイル520の第1と第2の補助加熱部のうち、金属箔530の面から遠い側の補助加熱部をシールドして漏れ磁束を低減するシールド部材528をさらに有する。本実施形態においては、図18に示す補助加熱部524、526が、金属箔530の面から遠い側の補助加熱部を構成する。
シールド部材528は、フェライトからなる。シールド部材528は、補助加熱部524、526の周囲全体を囲み、補助加熱部524、526から発生する磁力線が、周辺のもの、例えば装置のケーシング等に作用するのを防止している。
第5実施形態の電極材の乾燥方法を説明する。
電極材533の乾燥では、誘導コイル510の第1の加熱部が未塗工部532に対向するときには、誘導コイル510の第2の加熱部を塗工部531に対向させ、第2の加熱部が未塗工部532に対向するときには第1の加熱部を塗工部531に対向させる。ここで、第1の加熱部または第2の加熱部が未塗工部532に対向するときには、塗工部531に対向するときに比べて、金属箔530の発熱量を低下させる。
さらに、補助誘導コイル520を金属箔530に対向させ、誘導コイル510の第1の加熱部が未塗工部532に対向するのに伴って誘導コイル510の第2の加熱部が相対的に移動した塗工部531における第1の領域、および誘導コイル510の第2の加熱部が未塗工部532に対向するのに伴って誘導コイル510の第1の加熱部が相対的に移動した塗工部531における第2の領域を、補助誘導コイル520によって発熱させる。以下、具体的に述べる。
まず、誘導コイル510によって、移動する金属箔530を誘導加熱して電極材内の溶媒を蒸発させる。この際、図19(A)(B)に示すように、加熱部513、515が未塗工部532に対向するときには、加熱部514、516を塗工部531に対向させ、加熱部514、516が未塗工部532に対向するときには、加熱部513、515を塗工部531に対向させる。
コントローラ540は、加熱部513、515が未塗工部532に対向するときには、塗工部531に対向するときに比べて、金属箔530の発熱量を低下させる。また、コントローラ540は、加熱部514、516が未塗工部532に対向するときには、塗工部531に対向するときに比べて、金属箔530の発熱量を低下させる。
つまり、図19(C)に示すように、誘導コイル510が1つの塗工部531に対向し始めてから、誘導コイル510とその塗工部531との対向が終わるまでの時間Tの間に、コントローラ540は2回ほど出力を低下させる。なお、コントローラ540は、第2実施形態のように誘導コイルに対する金属箔の相対速度の変化によって、発熱量を低下させてもよい。
図20(A)(B)に示すように、コントローラ540はさらに、補助誘導コイル用電源527を制御して、加熱部513、515が未塗工部532に対向するのに伴って加熱部514、516が相対的に移動した塗工部531における領域535、および加熱部514、516が未塗工部532に対向するのに伴って加熱部513、515が相対的に移動した塗工部531における領域536を、補助誘導コイル520によって発熱させる。領域535、および領域536は、上述した第1の領域および第2の領域に相当する。
金属箔530が移動し、補助誘導コイル520の補助加熱部523、525が塗工部531における領域535、536に対向するときに、コントローラ540は、領域535および領域536を発熱させる。
補助誘導コイル520によって発熱させる発熱量は、加熱部513、515、または加熱部514、516が未塗工部532に対向するときに塗工部531において低下させた発熱量を補うものである。
以上説明したように、第5実施形態は、誘導コイル520によって電極材533の溶媒濃度を所望の値以下にするのに必要な熱量を補って、塗工部531の発熱量を均一にでき、第1実施形態または第2実施形態と同様の効果を奏する。
<第6実施形態>
図21は第6実施形態の電極材乾燥装置の要部を示す断面図である。
第6実施形態は、第5実施形態と略同様であるが、シールド部材を備えず、金属箔630の面から遠い側の補助加熱部624、626が、金属箔630の面に近い側の補助加熱部623、625に設けられた磁気コア622、629に接触している点で、第5実施形態と異なる。誘導コイル610は、第5実施形態の誘導コイル510と同様の構成を有する。
図21において概説すると、金属箔630に対向し、金属箔630を誘導加熱するための補助誘導コイル620は、電極材633が配列された方向に対して横切って伸びるとともに金属箔630の面に対して交差する方向に沿って互いに離隔した少なくとも2つの第1と第2の補助加熱部を含む。
図21において金属箔630の上面側に位置する補助加熱部623、624が、第1と第2の補助加熱部を構成し、金属箔630の下面側に位置する補助加熱部625、626が、第1と第2の補助加熱部を構成する。
補助誘導コイル620の第1と第2の補助加熱部のうち、金属箔630の面に近い側の補助加熱部に設けられ、金属箔630の面に近い側の補助加熱部から発生した磁束を金属箔630の面に対して交差する方向に透過させる磁路を形成する磁気コア622、629を、補助誘導コイル620は有する。補助加熱部624は、磁気コア622に接触する。また、補助加熱部626は、磁気コア629に接触する。
このように、金属箔630の面から遠い側の補助加熱部を磁気コア622、629に接触させることによって、金属箔630の面から遠い側の補助加熱部から発生した磁束の一部を金属箔630の面に対して交差する方向に透過させる。したがって、第6実施形態は、第5実施形態の効果に加え、金属箔630をより効率的に誘導加熱できるという効果を奏する。
なお、本実施形態においては、露出した補助加熱部624、626を磁気コア622、629に近づけ、周辺のもの、例えば装置のケーシング等から、補助加熱部624、626を遠ざけているため、周辺への磁力線の影響を抑えられる。
<第7実施形態>
図22は第7実施形態の電極材乾燥装置の要部を示す平面図である。
第7実施形態は、第5実施形態と略同様であるが、第5実施形態の誘導コイル510と略同様の誘導コイルを複数有する点で第5実施形態と異なる。
図22において概説すれば、第7実施形態の電極材乾燥装置は、1つの塗工部731に、複数個の第1の領域および複数個の第2の領域を形成するように、誘導コイルおよび電源を複数組有する。
具体的には、第7実施形態の電極材乾燥装置は、誘導コイル710と高周波電源717、および誘導コイル760と高周波電源767の2組を有する。コントローラ740は、高周波電源717、767を制御する。
これら誘導コイル710および誘導コイル760による誘導加熱によって、2つの第1の領域および2つの第2の領域を塗工部731に形成する。図22において示す領域735、736、737、738が、第1の領域および第2の領域に相当する。
領域735、736、737、738が互いに重ならないように、誘導コイル710における加熱部同士の間隔L1、および誘導コイル760における加熱部同士の間隔L2、ならびに誘導コイル710と誘導コイル760との離間幅L3を調整している。
コントローラ740は、補助誘導コイル用電源727を制御して、複数個の誘導コイル710、760に対して1つの補助誘導コイル720によって、複数個の第1の領域および複数個の第2の領域のそれぞれ735、736、737、738を発熱させる。
本実施形態は、第5実施形態の効果のほか、複数の誘導コイルのそれぞれに対して補助誘導コイルを設ける構成に比べ、補助誘導コイルの稼働率を向上できるという効果を奏する。また、本実施形態は、複数の誘導コイルのそれぞれに対して補助誘導コイルを設ける構成に比べ、設備コストを低減できるという効果も奏する。
<第8実施形態>
図23は第8実施形態の電極材乾燥装置の要部を示す平面図、図24は第8実施形態の変形例を示す平面図である。
第8実施形態は、第5実施形態と略同様であるが、補助誘導コイルは、誘導コイルの第1と第2の加熱部の間に位置する点で、第5実施形態と異なる。
図23に示すように、第5実施形態の誘導コイル510と同様の誘導コイル810の加熱部と加熱部との間に、第5実施形態の補助誘導コイル520と同様の補助誘導コイル820は、位置する。
第5実施形態で説明したように、磁気コアおよびシールド部材としてのフェライトが、誘導コイルのコイル本体および補助誘導コイルのコイル本体を覆っているため、誘導コイル810および補助誘導コイル820を密集して配置することができる。
このような構成によって、第8実施形態は、第5実施形態の効果のほか装置をコンパクトにできるという効果を奏する。
また、図24に示すように、誘導コイル810と補助誘導コイル820との組み合わせを2組設けてもよい。この場合、互いに異なる誘導コイル810と誘導コイル810とを部分的に重ねあわせることによって、装置をコンパクトにできる。
<第9実施形態>
図25は第9実施形態の電極材乾燥装置の要部を示す断面図である。
第9実施形態の電極材乾燥装置は、第1実施形態〜第8実施形態のいずれか1つの構成に加え、金属箔930の露出部934に配置した、露出部934に作用する磁束を減衰させる防磁手段をさらに有する。
図25に示すように、防磁手段は、例えば、誘導コイル910から発生する磁力線が露出部934に作用するのを打ち消すように、磁力線を発生させるキャンセル用コイル960である。
このような構成によって、第9実施形態は、第1実施形態〜第8実施形態のいずれか1つの形態の効果に加え、露出部934の過剰な温度上昇を防止できるという効果を奏する。
本発明は、上述した実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変できる。例えば、加熱部同士の間隔は、電極材を配置するピッチPと同一に限定せず、ピッチPの自然数倍であればよく、例えばピッチPの3倍であってもよい。
また、高周波電源の出力の波形は、上で挙げた例の他にも種々設定できる。例えば、加熱部が塗工部に対向している間と未塗工部に対向している間とでデューティー比を変えて、未塗工部での過剰な温度上昇を抑えるものであってもよい。
上述の実施形態では、金属箔が誘導コイルに対して移動するが、本発明はこれに限定しない。すなわち、金属箔と誘導コイルとは相対移動すればよく、本発明は、誘導コイルが金属箔に対して移動する形態を含む。
リチウムイオン二次電池を示す斜視図である。 リチウムイオン二次電池の構成を模式的に表した断面図である。 第1実施形態の電極材塗工乾燥装置を示す概略構成図である。 図3の部分拡大図である。 (A)は電極材乾燥装置の要部を示す平面図、(B)は図5(A)の5B−5B線に沿う断面図である。 誘導コイルを説明するための斜視図である。 (A)は電極材を間欠的に配列した金属箔を示す断面図、(B)−(E)は高周波電源の出力変化と電極材の配列パターンとの関係を例示するグラフである。 (A)は電極材を間欠的に配列した金属箔を示す断面図、(B)は高周波電源の出力変化と電極材の配列パターンとの関係を例示するグラフである。 (A)は電極材の乾燥に引き続いて実施される電極材をプレスするためのプレス装置を示す概略構成図、(B)はプレス装置の要部を示す平面図である。 (A)は相体移動している金属箔と誘導コイルとの位置関係の一例を示す平面図、(B)は図10(A)に示さる位置関係のときの金属箔の温度分布を例示する図である。 (A)は図10(A)に示さる位置関係から金属箔と誘導コイルとがさらに相体移動して誘導コイルが未塗工部に達した状態を示す平面図、(B)は図11(A)に示さる位置関係のときの金属箔の温度分布を例示する図である。 第2実施形態の電極材塗工乾燥装置の概略図である。 金属箔の搬送速度の変化を例示するグラフである。 第3実施形態の電極材乾燥装置の要部を示す平面である。 (A)は第4実施形態の電極材乾燥装置の要部を示す平面図、(B)は図15(A)の15B−15B線に沿う断面図である。 第5実施形態の電極材乾燥装置の要部を示す平面図である。 補助誘導コイルを説明するための斜視図である。 図16の18−18線に沿う断面図である。 (A)および(B)は相体移動している金属箔と誘導コイルとの位置関係の一例を示す平面図、(C)は高周波電源の出力変化を例示するグラフである。 (A)は相体移動している金属箔と補助誘導コイルとの位置関係の一例を示す平面図、(B)は高周波電源の出力変化を例示するグラフである。 第6実施形態の電極材乾燥装置の要部を示す断面図である。 第7実施形態の電極材乾燥装置の要部を示す平面図である。 第8実施形態の電極材乾燥装置の要部を示す平面図である。 第8実施形態の変形例を示す平面図である。 第9実施形態の電極材乾燥装置の要部を示す断面図である。
符号の説明
10 リチウムイオン二次電池、
11 正極集電体、
12 正極、
13 電解質層、
14 負極集電体、
15 負極、
16 単電池層、
17 電池要素、
19 負極タブ、
20 正極リード、
21 負極リード、
22 外装ケース、
24 正極タブ、
100、200 電極材塗工乾燥装置、
102、202 電極材乾燥装置、
104、204 塗工装置、
110、210、310、410、510、610、710、760、810、910 誘導コイル、
520、620、720、820 補助誘導コイル、
111、521 コイル本体、
112、212、522、529、622、629 磁気コア、
113、114、115、116、213、214、215、216、313、314
413A、414A、415A、416A、413B、414B、415B、416B、513、514、515、516 加熱部(第1と第2の加熱部)、
523、524、525、526、623、624、625、626 補助加熱部(第1と第2の補助加熱部)、
535、536、735、736、737、738 領域(第1の領域、第2の領域)、
117、217、317、417、517、717、817、 高周波電源(電源)、
130、230、330、430、530、630、730、830、930 金属箔、
131、231、331、431、531、731 塗工部、
132、232、332、432、532 未塗工部、
133、233、333、433、533、633、733、833、933 電極材、
134、934 露出部、
140、240、540、740 コントローラ(制御部)、
141、241 熱風乾燥炉、
142、242 センサ、
144、244 供給ロール、
145 軸、
146、246 巻取りロール、
150 プレス装置、
151、152 ロールプレス、
153、154 ロール、
170、270 スリットダイ、
172、272 電極材供給部、
528 シールド部材、
527、727、827 補助誘導コイル用電源、
960 キャンセル用コイル(防磁手段)。

Claims (50)

  1. 溶媒を含む電極材を金属箔に塗布することにより前記電極材を間隔をおいて配列した前記金属箔を準備し、
    前記金属箔を誘導加熱するための誘導コイルを前記金属箔に対向させ、
    前記金属箔と前記誘導コイルとを前記電極材が配列された方向に沿って相体的に移動しつつ誘導加熱によって前記金属箔を発熱させて前記溶媒を蒸発させるのに際して、前記金属箔のうち前記電極材の間に露出する未塗工部における発熱量を、前記金属箔のうち前記電極材が配置された塗工部における発熱量よりも低下させる、電極材乾燥方法。
  2. 前記誘導コイルに供給する電力を低下させることによって、または、前記誘導コイルに対する前記金属箔の相対速度を増加させることによって、前記未塗工部における発熱量を前記塗工部における発熱量よりも低下させる、請求項1に記載の電極材乾燥方法。
  3. 前記金属箔の発熱量を、階段状または連続的に変化させる、請求項1または請求項2に記載の電極材乾燥方法。
  4. 前記誘導コイルを、発生した磁束が前記金属箔の面に対して交差する方向に透過するように配置した、請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の電極材乾燥方法。
  5. 前記誘導コイルは、前記電極材が配列された方向に対して横切って伸びる加熱部を含み、
    前記加熱部が前記未塗工部に対向するときには、前記塗工部に対向するときに比べて、前記金属箔の発熱量を低下させる、請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載の電極材乾燥方法。
  6. 前記誘導コイルは、前記電極材が配列された方向に対して横切って伸びるとともに前記電極材が配列された方向に沿って互いに離隔した少なくとも2つの第1と第2の加熱部を含み、
    前記第1と第2の加熱部の各々を、異なる前記未塗工部の各々に同時に対向させ、
    前記第1と第2の加熱部の各々が前記未塗工部に対向するときには、前記塗工部に対向するときに比べて、前記金属箔の発熱量を低下させる、請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載の電極材乾燥方法。
  7. 前記電極材を配列するピッチの自然数倍の間隔を空けて、前記第1と第2の加熱部同士を離隔させる、請求項6に記載の電極材乾燥方法。
  8. 前記誘導コイルは、前記電極材が配列された方向に対して横切って伸びるとともに前記電極材が配列された方向に沿って互いに離隔した少なくとも2つの第1と第2の加熱部を含み、
    前記第1の加熱部が前記未塗工部に対向するときには前記第2の加熱部を前記塗工部に対向させ、前記第2の加熱部が前記未塗工部に対向するときには前記第1の加熱部を前記塗工部に対向させ、
    前記第1の加熱部または前記第2の加熱部が前記未塗工部に対向するときには、前記塗工部に対向するときに比べて、前記金属箔の発熱量を低下させ、
    さらに、前記金属箔を誘導加熱するための補助誘導コイルを前記金属箔に対向させ、前記第1の加熱部が前記未塗工部に対向するのに伴って前記第2の加熱部が相対的に移動した前記塗工部における第1の領域、および前記第2の加熱部が前記未塗工部に対向するのに伴って前記第1の加熱部が相対的に移動した前記塗工部における第2の領域を、前記補助誘導コイルによって発熱させる、請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載の電極材乾燥方法。
  9. 前記補助誘導コイルによって発熱させる発熱量は、前記第1の加熱部または前記第2の加熱部が前記未塗工部に対向するときに前記塗工部において低下させた発熱量を補うものである、請求項8に記載の電極材乾燥方法。
  10. 前記補助誘導コイルを、発生した磁束が前記金属箔の面に対して交差する方向に透過するように配置した、請求項8または請求項9に記載の電極材乾燥方法。
  11. 前記補助誘導コイルは、前記電極材が配列された方向に対して横切って伸びる補助加熱部を含み、
    前記補助加熱部が前記塗工部おける前記第1と第2の領域に対向するときに、前記第1と第2の領域を発熱させる、請求項8〜請求項10のいずれか1つに記載の電極材乾燥方法。
  12. 前記補助誘導コイルは、前記電極材が配列された方向に対して横切って伸びるとともに前記金属箔の面に対して交差する方向に沿って互いに離隔した少なくとも2つの第1と第2の補助加熱部を含み、
    前記補助誘導コイルの前記第1と第2の補助加熱部のうち、前記金属箔の面から遠い側の補助加熱部をシールドして漏れ磁束を低減する、請求項8〜請求項10のいずれか1つに記載の電極材乾燥方法。
  13. 前記補助誘導コイルは、前記電極材が配列された方向に対して横切って伸びるとともに前記金属箔の面に対して交差する方向に沿って互いに離隔した少なくとも2つの第1と第2の補助加熱部を含み、
    前記補助誘導コイルの前記第1と第2の補助加熱部のうち、前記金属箔の面に近い側の補助加熱部に設けた磁路を形成する磁気コアによって、前記金属箔の面に近い側の補助加熱部から発生した磁束を前記金属箔の面に対して交差する方向に透過させる一方、前記金属箔の面から遠い側の補助加熱部を前記磁気コアに接触させることによって、前記金属箔の面から遠い側の補助加熱部から発生した磁束の一部を前記金属箔の面に対して交差する方向に透過させる、請求項8〜請求項10のいずれか1つに記載の電極材乾燥方法。
  14. 前記誘導コイルを複数個設けることによって、1つの前記塗工部に、複数個の前記第1の領域および複数個の前記第2の領域を形成し、
    複数個の前記誘導コイルに対して1つの前記補助誘導コイルによって、複数個の前記第1の領域および複数個の前記第2の領域のそれぞれを発熱させる、請求項8〜請求項13のいずれか1つに記載の電極材乾燥方法。
  15. 前記補助誘導コイルを、前記誘導コイルの前記第1と第2の加熱部のうち、少なくとも、前記金属箔が相対的に移動する方向に沿って上流側に位置する加熱部よりも下流側に位置させている、請求項8〜請求項13のいずれか1つに記載の電極材乾燥方法。
  16. 前記補助誘導コイルを、前記誘導コイルの前記第1と第2の加熱部の間に位置させている、請求項15に記載の電極材乾燥方法。
  17. 前記補助誘導コイルは、前記金属箔を挟んで向かい合う対をなす補助加熱部を含み、
    前記対をなす補助加熱部に、同じ方向に電流を流す、請求項8〜請求項16のいずれか1つに記載の電極材乾燥方法。
  18. 前記補助誘導コイルに設けられ磁路を形成する磁気コアによって、前記補助誘導コイルが発生した磁束を前記金属箔の面に対して交差する方向に透過させる、請求項8〜請求項17のいずれか1つに記載の電極材乾燥方法。
  19. 前記補助誘導コイルが伸びる方向と、前記電極材が配列された方向とが直交している、請求項8〜請求項18のいずれか1つに記載の電極材乾燥方法。
  20. 前記誘導コイルは、前記金属箔を挟んで向かい合う対をなす加熱部を含み、
    前記対をなす加熱部に、同じ方向に電流を流す、請求項1〜請求項19のいずれか1つに記載の電極材乾燥方法。
  21. 前記誘導コイルに設けられ磁路を形成する磁気コアによって、前記誘導コイルが発生した磁束を前記金属箔の面に対して交差する方向に透過させる、請求項1〜請求項20のいずれか1つに記載の電極材乾燥方法。
  22. 前記誘導コイルが伸びる方向と、前記電極材が配列された方向とが直交している、請求項1〜請求項21のいずれか1つに記載の電極材乾燥方法。
  23. 前記金属箔は、前記電極材が配列された方向に対して交差する幅方向の少なくとも一方の端部に前記電極材が配置されていない露出部を含み、
    前記金属箔の前記露出部に配置した防磁手段によって、前記露出部に作用する磁束を減衰させる、請求項1〜請求項22のいずれか1つに記載の電極材乾燥方法。
  24. 前記電極材は、前記金属箔の片面に、または両面のそれぞれの面に配列している、請求項1〜請求項23のいずれか1つに記載の電極材乾燥方法。
  25. 前記電極材は、リチウムイオン二次電池の正極または負極を形成する電極材である、請求項1〜請求項24のいずれか1つに記載の電極材乾燥方法。
  26. 溶媒を含む電極材を間隔をおいて配列した金属箔に対向し、前記金属箔を誘導加熱するための誘導コイルと、
    前記金属箔と前記誘導コイルとを前記電極材が配列された方向に沿って相体的に移動する搬送部と、
    前記誘導コイルに電力を供給する電源と、
    前記電源を制御する制御部と、を有し、
    前記制御部は、前記金属箔と前記誘導コイルとを前記電極材が配列された方向に沿って相体的に移動しつつ誘導加熱によって前記金属箔を発熱させて前記溶媒を蒸発させるのに際して、前記電源を制御して前記誘導コイルに供給する電力を低下させることによって、前記金属箔のうち前記電極材の間に露出する未塗工部における発熱量を、前記金属箔のうち前記電極材が配置された塗工部における発熱量よりも低下させる、電極材乾燥装置。
  27. 溶媒を含む電極材を間隔をおいて配列した金属箔に対向し、前記金属箔を誘導加熱するための誘導コイルと、
    前記金属箔と前記誘導コイルとを前記電極材が配列された方向に沿って相体的に移動する搬送部と、
    前記誘導コイルに電力を供給する電源と、
    前記搬送部を制御する制御部と、を有し、
    前記制御部は、前記金属箔と前記誘導コイルとを前記電極材が配列された方向に沿って相体的に移動しつつ誘導加熱によって前記金属箔を発熱させて前記溶媒を蒸発させるのに際して、前記搬送部を制御して前記誘導コイルに対する前記金属箔の相対速度を増加させることによって、前記金属箔のうち電極材の間に露出する未塗工部における発熱量を、前記金属箔のうち前記電極材が配置された塗工部における発熱量よりも低下させる、電極材乾燥装置。
  28. 前記制御部は、前記金属箔の発熱量を、階段状または連続的に変化させる、請求項26または請求項27に記載の電極材乾燥装置。
  29. 前記誘導コイルを、発生した磁束が前記金属箔の面に対して交差する方向に透過するように配置した、請求項26〜請求項28のいずれか1つに記載の電極材乾燥装置。
  30. 前記誘導コイルは、前記電極材が配列された方向に対して横切って伸びる加熱部を含み、
    前記制御部は、前記加熱部が前記未塗工部に対向するときには、前記塗工部に対向するときに比べて、前記金属箔の発熱量を低下させる、請求項26〜請求項29のいずれか1つに記載の電極材乾燥装置。
  31. 前記誘導コイルは、前記電極材が配列された方向に対して横切って伸びるとともに前記電極材が配列された方向に沿って互いに離隔した少なくとも2つの第1と第2の加熱部を含み、
    前記第1と第2の加熱部同士の間隔は、前記第1と第2の加熱部の各々を、異なる前記未塗工部の各々に同時に対向させる寸法を有し、
    前記制御部は、前記第1と第2の加熱部の各々が前記未塗工部に対向するときには、前記塗工部に対向するときに比べて、前記金属箔の発熱量を低下させる、請求項26〜請求項29のいずれか1つに記載の電極材乾燥装置。
  32. 前記第1と第2の加熱部同士の間隔は、前記電極材を配列するピッチの自然数倍である、請求項31に記載の電極材乾燥装置。
  33. 前記金属箔に対向し、前記金属箔を誘導加熱するための補助誘導コイルと、
    前記補助誘導コイルに電力を供給する補助誘導コイル用電源と、をさらに有し、
    前記制御部は、前記補助誘導コイル用電源を制御し、
    前記誘導コイルは、前記電極材が配列された方向に対して横切って伸びるとともに前記電極材が配列された方向に沿って互いに離隔した少なくとも2つの第1と第2の加熱部を含み、
    前記第1と第2の加熱部同士の間隔は、前記第1の加熱部が前記未塗工部に対向するときには前記第2の加熱部を前記塗工部に対向させ、前記第2の加熱部が前記未塗工部に対向するときには前記第1の加熱部を前記塗工部に対向させる寸法を有し、
    前記制御部は、前記第1の加熱部または前記第2の加熱部が前記未塗工部に対向するときには、前記塗工部に対向するときに比べて、前記金属箔の発熱量を低下させ、
    前記制御部はさらに、前記補助誘導コイル用電源を制御して、前記第1の加熱部が前記未塗工部に対向するのに伴って前記第2の加熱部が相対的に移動した前記塗工部における第1の領域、および前記第2の加熱部が前記未塗工部に対向するのに伴って前記第1の加熱部が相対的に移動した前記塗工部における第2の領域を、前記補助誘導コイルによって発熱させる、請求項26〜請求項29のいずれか1つに記載の電極材乾燥装置。
  34. 前記補助誘導コイルによって発熱させる発熱量は、前記第1の加熱部または前記第2の加熱部が前記未塗工部に対向するときに前記塗工部において低下させた発熱量を補うものである、請求項33に記載の電極材乾燥装置。
  35. 前記補助誘導コイルを、発生した磁束が前記金属箔の面に対して交差する方向に透過するように配置した、請求項33または請求項34に記載の電極材乾燥装置。
  36. 前記補助誘導コイルは、前記電極材が配列された方向に対して横切って伸びる補助加熱部を含み、
    前記制御部は、前記補助加熱部が前記塗工部における前記第1と第2の領域に対向するときに、前記第1と第2の領域を発熱させる、請求項33〜請求項35のいずれか1つに記載の電極材乾燥装置。
  37. 前記補助誘導コイルは、前記電極材が配列された方向に対して横切って伸びるとともに前記金属箔の面に対して交差する方向に沿って互いに離隔した少なくとも2つの第1と第2の補助加熱部を含み、
    前記補助誘導コイルの前記第1と第2の補助加熱部のうち、前記金属箔の面から遠い側の補助加熱部をシールドして漏れ磁束を低減するシールド部材をさらに有する、請求項33〜請求項35のいずれか1つに記載の電極材乾燥装置。
  38. 前記補助誘導コイルは、前記電極材が配列された方向に対して横切って伸びるとともに前記金属箔の面に対して交差する方向に沿って互いに離隔した少なくとも2つの第1と第2の補助加熱部を含み、
    前記補助誘導コイルの前記第1と第2の補助加熱部のうち、前記金属箔の面に近い側の補助加熱部に設けられ、前記金属箔の面に近い側の補助加熱部から発生した磁束を前記金属箔の面に対して交差する方向に透過させる磁路を形成する磁気コアをさらに有し、
    前記金属箔の面から遠い側の補助加熱部を前記磁気コアに接触させることによって、前記金属箔の面から遠い側の補助加熱部から発生した磁束の一部を前記金属箔の面に対して交差する方向に透過させる、請求項33〜請求項35のいずれか1つに記載の電極材乾燥装置。
  39. 1つの前記塗工部に、複数個の前記第1の領域および複数個の前記第2の領域を形成するように、前記誘導コイルおよび前記電源を複数組有し、
    前記制御部は、複数の前記電源を制御し、
    前記制御部は、前記補助誘導コイル用電源を制御して、複数個の前記誘導コイルに対して1つの前記補助誘導コイルによって、複数個の前記第1の領域および複数個の前記第2の領域のそれぞれを発熱させる、請求項33〜請求項38のいずれか1つに記載の電極材乾燥装置。
  40. 前記補助誘導コイルは、前記誘導コイルの前記第1と第2の加熱部のうち、少なくとも、前記金属箔が相対的に移動する方向に沿って上流側に位置する加熱部よりも下流側に位置する、請求項33〜請求項38のいずれか1つに記載の電極材乾燥装置。
  41. 前記補助誘導コイルは、前記誘導コイルの前記第1と第2の加熱部の間に位置する、請求項40に記載の電極材乾燥装置。
  42. 前記補助誘導コイルは、前記金属箔を挟んで向かい合う対をなす補助加熱部を含み、
    前記補助誘導コイル用電源は、前記対をなす補助加熱部に、同じ方向に電流を流す、請求項33〜請求項41のいずれか1つに記載の電極材乾燥装置。
  43. 前記補助誘導コイルに設けられ、前記補助誘導コイルが発生した磁束を前記金属箔の面に対して交差する方向に透過させる磁路を形成する磁気コアをさらに有する、請求項33〜請求項42のいずれか1つに記載の電極材乾燥装置。
  44. 前記補助誘導コイルが伸びる方向と、前記電極材が配列された方向とが直交している、請求項33〜請求項43のいずれか1つに記載の電極材乾燥装置。
  45. 前記誘導コイルは、前記金属箔を挟んで向かい合う対をなす加熱部を含み、
    前記電源は、前記対をなす加熱部に、同じ方向に電流を流す、請求項26〜請求項44のいずれか1つに記載の電極材乾燥装置。
  46. 前記誘導コイルに設けられ、前記誘導コイルが発生した磁束を前記金属箔の面に対して交差する方向に透過させる磁路を形成する磁気コアをさらに有する、請求項26〜請求項45のいずれか1つに記載の電極材乾燥装置。
  47. 前記誘導コイルが伸びる方向と、前記電極材が配列された方向とが直交している、請求項26〜請求項46のいずれか1つに記載の電極材乾燥装置。
  48. 前記金属箔は、前記電極材が配列された方向に対して交差する幅方向の少なくとも一方の端部に前記電極材が配置されていない露出部を含み、
    前記金属箔の前記露出部に配置され、前記露出部に作用する磁束を減衰させる防磁手段をさらに有する、請求項26〜請求項47のいずれか1つに記載の電極材乾燥装置。
  49. 前記電極材は、前記金属箔の片面に、または両面のそれぞれの面に配列している、請求項26〜請求項48のいずれか1つに記載の電極材乾燥装置。
  50. 前記電極材は、リチウムイオン二次電池の正極または負極を形成する電極材である、請求項26〜請求項49のいずれか1つに記載の電極材乾燥装置。
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