JP5361912B2 - 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

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

ここで、金属箔の表面に塗工された活物質合剤を乾燥させる際、急激な乾燥を行うと、活物質合剤の内部で溶媒が沸騰し、対流や気泡が発生する場合がある。かかる場合、金属箔上の活物質層の表面に凹凸が形成され、活物質層が適切に形成されない。また、金属箔と活物質層との境目で剥離が生じるおそれもある。

しかしながら、特許文献１に記載された乾燥機には、複数のヒータが所定間隔で配置されているのみであり、上述した急激な乾燥を回避するための対策は考慮されていない。このため、金属箔上の表面に活物質層を適切に形成することはできなかった。

一方、上記ヒータを多数配置して、十分な乾燥時間を確保し、徐々に活物質合剤を乾燥させることも考えられる。しかしながら、かかる場合、乾燥機の長さが長くなり、効率よく活物質合剤を乾燥させることができない。

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、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、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を有し、前記乾燥部は、前記ロッドヒータの温度が異なる複数の領域に分割され、前記ロッドヒータが放射する赤外線の波長と、活物質合剤の溶媒の赤外線の吸収率との関係を示す第１の相関と、前記ロッドヒータの温度と、ロッドヒータが放射する赤外線の波長との関係を示す第２の相関と、活物質合剤中の溶媒の膜厚と、活物質合剤の沸騰が開始する際のロッドヒータの温度との関係を示す第３の相関とを予め求めておき、前記溶媒の膜厚を求めた後、前記第１の相関〜第３の相関に基づいて、一の前記領域における前記ロッドヒータの温度は、当該一の領域での基材上の前記溶媒の膜厚に対して、前記活物質合剤が沸騰しない範囲の温度であって、前記溶媒の赤外線の吸収率が最大になる温度に設定されることを特徴としている。なお、本発明において活物質合剤が沸騰しないとは、当該活物質合剤中の溶媒が沸騰しないことをいう。

本発明によれば、乾燥部が複数の領域に分割され、一の領域におけるロッドヒータの温度は活物質合剤が沸騰しない範囲の温度に設定されるので、従来のように基材上の活物質層の表面に凹凸が形成されることがなく、円滑な表面を有する活物質層を均一な膜厚で形成することができる。また、基材と活物質層との境目で剥離が生じることも無い。しかも、一の領域におけるロッドヒータの温度は溶媒の赤外線の吸収率が最大になる温度に設定されるので、活物質合剤を効率よく加熱して乾燥させることができる。そして、このようなロッドヒータの温度の設定が各領域毎に行われるので、活物質合剤の乾燥時間を従来よりも短縮することができ、乾燥部の長さも短くすることができる。以上のように本発明によれば、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。

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、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、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を有し、前記乾燥部は、前記ロッドヒータの温度が異なる複数の領域に分割され、前記ロッドヒータが放射する赤外線の波長と、活物質合剤の溶媒の赤外線の吸収率との関係を示す第１の相関と、前記ロッドヒータの温度と、ロッドヒータが放射する赤外線の波長との関係を示す第２の相関と、活物質合剤中の溶媒の膜厚と、活物質合剤の沸騰が開始する際のロッドヒータの温度との関係を示す第３の相関とを予め求めておき、前記溶媒の膜厚を求めた後、前記第１の相関〜第３の相関に基づいて、一の前記領域における前記ロッドヒータの温度は、当該一の領域での基材上の前記溶媒の膜厚に対して、前記活物質合剤が沸騰しない範囲の温度であって、前記溶媒の赤外線の吸収率が最大になる温度に設定されていることを特徴としている。

前記ロッドヒータは、セラミック製の外筒と、当該外筒の内部に設けられた発熱体と、を有していていてもよい。

前記溶媒は水であってもよい。

前記乾燥部は、前記巻出部側から上流領域、中流領域及び下流領域の３つの領域に分割され、前前記上流領域に配置されるロッドヒータの温度は２００℃に設定され、前記下流領域に配置されるロッドヒータの温度は６００℃に設定され、前記中流領域には、２００℃より大きく６００℃未満に設定された温度のロッドヒータが配置されていてもよい。

また前記乾燥部は、前記巻出部側から上流領域、中流領域及び下流領域の３つの領域に分割され、前記上流領域に配置されるロッドヒータの温度は２００℃に設定され、前記下流領域に配置されるロッドヒータの温度は６００℃に設定され、前記中流領域には、前記上流領域のロッドヒータと前記下流領域のロッドヒータが混合して配置されていてもよい。

前記乾燥部は、前記複数のロッドヒータと基材との間に空気を供給する給気機構を有し、前記乾燥工程において、前記複数のロッドヒータからの赤外線による輻射加熱と、前記給気機構から供給され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。 乾燥部の構成の概略を示す平面図である。 ロッドヒータの構成の概略を示す説明図である。 ロッドヒータの温度を設定する工程を示したフローチャートである。 ロッドヒータが放射する赤外線の波長と、水の赤外線の吸収率との第１の相関を示すグラフである。 ロッドヒータの温度と、ロッドヒータが放射する赤外線の波長との第２の相関を示すグラフである。 活物質合剤中の水の膜厚と、活物質合剤の沸騰が開始する際のロッドヒータの温度との第３の相関を示すグラフである。 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電極製造装置の構成の概略を示す略平面図である。 他の実施の形態にかかる電極製造装置の構成の概略を示す側面図である。

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、図２及び図６に示すように金属箔Ｍの長手方向（図１、図２及び図６中のＹ方向）に複数、例えば３つの領域Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃに分割されている。以下、これら３つの領域Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃを、巻出ロール１０側から、すなわち金属箔Ｍの搬送方向に上流側から、「上流領域Ｔａ」、「中流領域Ｔｂ」、「下流領域Ｔｃ」という場合がある。なお、これら３つの領域Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃは、後述するロッドヒータ３０の温度が異なる領域毎に分割されている。

また乾燥部１２は、図７に示すように赤外線を照射する複数のロッドヒータ３０を有している。ロッドヒータ３０は、金属箔Ｍの長手方向（図７中のＹ方向）に並べて配置されている。これらロッドヒータ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の両側に配置されている。

ロッドヒータ３０は、図８に示すように内筒３１と、内筒３１を取り囲むように設けられた外筒３２とを有している。内筒３１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３３が螺旋状に設けられている。このニクロム線ヒータ３３は、鉛直方向（図８のＺ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。すなわち、ロッドヒータ３０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、外筒３２の材質はセラミックである。また、内筒３１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。

なお、上述したように乾燥部１２は、ロッドヒータ３０の温度が異なる３つの領域Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃに分割されている。そこで便宜上、図１、図２及び図６に示すように複数のロッドヒータ３０のうち、上流領域Ｔａに配置されるロッドヒータ３０を「上流ロッドヒータ３０ａ」、中流領域Ｔｂに配置されるロッドヒータ３０を「中流ロッドヒータ３０ｂ」、下流領域Ｔｃに配置されるロッドヒータ３０を「下流ロッドヒータ３０ｃ」という場合がある。なお、これら上流ロッドヒータ３０ａ、中流ロッドヒータ３０ｂ、下流ロッドヒータ３０ｃの温度を設定する方法については、後述において詳しく説明する。

また乾燥部１２は、図７に示すようにロッドヒータ３０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３０からの赤外線を金属箔Ｍ側に反射させる反射板４０を有している。反射板４０は、ロッドヒータ３０を覆うように鉛直方向に延伸し、且つ複数のロッドヒータ３０を覆うように金属箔Ｍの長手方向（図７中のＹ方向）に延伸している。そして、ロッドヒータ３０から金属箔Ｍと反対側に放射された赤外線は、反射板４０で反射して金属箔Ｍに放射される。なお、この反射板４０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。

反射板４０には、当該反射板４０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４１が複数形成されている。各給気口４１には、当該給気口４１に空気を供給するための供給管４２がそれぞれ設けられている。供給管４２は、空気供給源４３に連通している。空気供給源４３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、給気口４１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、乾燥領域Ｄの端部から排気される。なお、これら給気口４１、供給管４２及び空気供給源４３が本発明の給気機構を構成している。

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。

次に、上述した上流ロッドヒータ３０ａ、中流ロッドヒータ３０ｂ、下流ロッドヒータ３０ｃの温度を設定する方法について説明する。なお、ロッドヒータ３０ａ〜３０ｃの温度とは、ニクロム線ヒータ３３によって加熱される外筒３２の温度をいう。

先ず、上流ロッドヒータ３０ａの温度を設定する方法について説明する。図９は、上流ロッドヒータ３０ａの温度を設定するフローを示している。上流ロッドヒータ３０ａの温度は、上流領域Ｔａで乾燥される活物質合剤中の溶媒、すなわち水の膜厚に対して、当該活物質合剤が沸騰しない範囲の温度であって、水の赤外線の吸収率が最大になる温度に設定される。なお、活物質合剤が沸騰しないとは、当該活物質合剤中の水が沸騰しないことをいう。

具体的には、図１０に示すように、ロッドヒータ３０が放射する赤外線の波長（図１０中の横軸）と、水の赤外線の吸収率（図１０中の縦軸）との関係を表した第１の相関を予め導出しておく。第１の相関は、活物質合剤中の水の膜厚毎に導出する（図９の工程Ａ１）。なお、水の膜厚は、活物質合剤自体の膜厚とほぼ同じである。また、図示の例においては、水の膜厚は１０μｍと２μｍの２種類であるが、実際にはその他の膜厚に対する第１の相関も予め導出しておく。

また図１１に示すように、ロッドヒータ３０の温度（図１１中の横軸）と、ロッドヒータ３０が放射する赤外線の波長（図１１中の縦軸）との関係を表した第２の相関を予め導出しておく（図９の工程Ａ１）。

さらに図１２に示すように、活物質合剤中の水の膜厚（図１２中の横軸）と、活物質合剤の沸騰が開始する際のロッドヒータ３０の温度（図１２中の縦軸）との関係を表した第３の相関を予め導出しておく（図９の工程Ａ１）。なお、図１２において、第３の相関よりも上側、すなわちロッドヒータ３０の温度が第３の相関の温度よりも高い場合、活物質合剤は沸騰する。一方、図１２において、第３の相関よりも下方、すなわちロッドヒータ３０の温度が第３の相関の温度よりも低い場合、活物質合剤は沸騰しない。

そして、上流領域Ｔａで乾燥される活物質合剤中の水の膜厚を推定する（図９の工程Ａ２）。本実施の形態においては、当該水の膜厚は例えば１０μｍと推定される。

その後、工程Ａ２で推定された水の膜厚に基づき、第１の相関を用いて、水の赤外線の最大吸収率に対応する赤外線の波長（以下、「ピーク波長」という場合がある。）を導出する（図９の工程Ａ３）。本実施の形態においては、水の膜厚１０μｍに対するピーク波長は３μｍである。

その後、工程Ａ３で導出されたピーク波長に基づき、第２の相関を用いて、上流ロッドヒータ３０ａの温度を導出する（図９の工程Ａ４）。本実施の形態においては、ピーク波長３μｍに対する上流ロッドヒータ３０ａの温度は６００℃である。

その後、工程Ａ２で推定された水の膜厚と、工程Ａ４で導出された上流ロッドヒータ３０ａの温度とに基づき、第３の相関を用いて、活物質合剤が沸騰するか否かを判定する（図９の工程Ａ５）。

そして、工程Ａ５において活物質合剤が沸騰しないと判定された場合、上流ロッドヒータ３０ａの温度は工程Ａ４で導出した温度に設定される（図９の工程Ａ６）。一方、工程Ａ５において活物質合剤が沸騰すると判定された場合、上述した工程Ａ３に戻り、工程Ａ３〜Ａ５を行う。そして、工程Ａ５において活物質合剤が沸騰しないと判定されるまで、これら工程Ａ３〜Ａ５を繰り返し行う。

本実施の形態においては、工程Ａ５において、水の膜厚１０μｍに対して第３の相関における温度は５００℃である。これに対して工程Ａ４で導出された上流ロッドヒータ３０ａの温度は６００℃である。したがって、活物質合剤は沸騰する。

このように本実施の形態では、工程Ａ５で活物質合剤が沸騰すると判定されたため、工程Ａ３に戻る。工程Ａ３において、第１の相関を用いて、最大吸収率の次の吸収率に対応するピーク波長を導出する。本実施の形態においては、ピーク波長は６μｍである。その後、工程Ａ４において、第２の相関を用いて、ピーク波長６μｍに対する上流ロッドヒータ３０ａの温度２００℃を導出する。その後、工程Ａ５において、第３の相関を用いて、活物質合剤が沸騰するか否かを判定する。本実施の形態では、上流ロッドヒータ３０ａの温度が２００℃の場合、活物質合剤は沸騰しない。

このように工程Ａ５において活物質合剤が沸騰しないと判定されると、上流ロッドヒータ３０ａの温度は工程Ａ４で導出した温度に設定される（図９の工程Ａ６）。本実施の形態では、上流ロッドヒータ３０ａの温度は２００℃に設定される。

中流ロッドヒータ３０ｂと下流ロッドヒータ３０ｃの温度についても、同様に上述した工程Ａ１〜Ａ６を行って設定される。そして、本実施の形態では、下流ロッドヒータ３０ｃの温度は６００℃に設定される。また、中流ロッドヒータ３０ｂの温度は、２００℃より大きく６００℃未満の温度である、例えば５００℃に設定される。

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複数のロッドヒータ３０及び複数の反射板４０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、上述したように上流ロッドヒータ３０ａの温度は２００℃に設定され、中流ロッドヒータ３０ｂの温度は５００℃に設定され、下流ロッドヒータ３０ｃの温度は６００℃に設定されている。そして、活物質合剤Ｓが沸騰することなく、活物質合剤Ｓが赤外線を最大限に吸収して、活物質合剤Ｓが上記温度で順次乾燥される。

また、乾燥部１２では、金属箔Ｍの両側において給気口４１から乾燥領域Ｄ内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、乾燥領域Ｄ内で発生する給気口４１から乾燥領域Ｄの端部への気流によって、活物質合剤Ｓから蒸発した水が乾燥領域Ｄの端部に円滑に流れ、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。

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、乾燥部１２が３つの領域Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃに分割され、一の領域Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃにおけるロッドヒータ３０の温度は活物質合剤Ｓが沸騰しない範囲の温度に設定されるので、従来のように金属箔上の活物質層の表面に凹凸が形成されることがなく、円滑な表面を有する活物質層Ｆを均一な膜厚で形成することができる。また、金属箔Ｍと活物質層Ｆとの境目で剥離が生じることも無い。しかも、一の領域Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃにおけるロッドヒータ３０の温度は水の赤外線の吸収率が最大になる温度に設定されるので、活物質合剤Ｓを効率よく加熱して乾燥させることができる。そして、このようなロッドヒータ３０の温度の設定が各領域Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ毎に行われるので、活物質合剤Ｓの乾燥時間を従来よりも短縮することができ、乾燥部１２の長さも短くすることができる。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。

また、乾燥部１２において、複数のロッドヒータ３０及び反射板４０からの赤外線による輻射加熱と、給気口４１から乾燥領域Ｄ内に供給され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をより適切に乾燥させることができる。さらに、赤外線による輻射加熱を用いた場合、ロッドヒータ３０及び反射板４０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。

また、乾燥部１２では、乾燥領域Ｄ内に給気口４１から乾燥領域Ｄの端部へ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乾燥領域Ｄの端部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。したがって、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。

また、反射板４０がロッドヒータ３０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３０から金属箔Ｍと反対側に放射された赤外線は、反射板４０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。

また、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。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。このように塗工部１１において活物質合剤Ｓを適切に塗工できるので、金属箔Ｍ上に活物質層Ｆをより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。

以上の実施の形態では、中流領域Ｔｂにおいて中流ロッドヒータ３０ｂの温度を５００℃に設定していたが、中流領域Ｔｂにおいて、２００℃に設定された上流ロッドヒータ３０ａと６００℃に設定された下流ロッドヒータ３０ｃを混合して配置してもよい。かかる場合、中流領域Ｔｂにおける上流ロッドヒータ３０ａと下流ロッドヒータ３０ｃは、活物質合剤Ｓが沸騰しない範囲で任意に配置できる。具体的には、活物質合剤Ｓが沸騰しないための調整は、例えば上流ロッドヒータ３０ａと下流ロッドヒータ３０ｃの本数の比率を変更して調整してもよいし、あるいは例えば上流ロッドヒータ３０ａと下流ロッドヒータ３０ｃを配置する間隔を変更して調整してもよい。いずれの場合でも、活物質合剤Ｓが沸騰しないので、当該活物質合剤Ｓを適切に乾燥させることができる。したがって、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、以上の実施の形態では、乾燥部１２は３つの領域Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃに分割されていたが、乾燥部１２を分割する領域の数は本実施の形態に限定されず、任意に設定することができる。例えば乾燥部１２を２つの領域に分割してもよいし、４つ以上の領域に分割してもよい。いずれの場合でも、上述した工程Ａ１〜Ａ６を行って各領域のロッドヒータ３０の温度を設定すれば、活物質合剤Ｓを沸騰させることなく、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、以上の実施の形態では、活物質合剤Ｓの溶媒が水の場合について説明したが、活物質合剤の溶媒が他の材料、例えば有機溶剤である場合にも本発明を適用することができる。かかる場合、溶媒の種類に応じて、工程Ａ１において図１０で示した第１の相関と図１２で示した第３の相関を予め導出する。そして、工程Ａ２〜Ａ６を行うことで、乾燥部１２のロッドヒータ３０の温度を適切に設定することができ、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１３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電極製造装置１では、金属箔Ｍは、その長手方向が水平方向であって、且つその短手方向が鉛直方向となる向きで搬送されていたが、図１４及び図１５に示すように金属箔Ｍは、その長手方向が水平方向（図１４及び図１５中のＹ方向）であって、且つその短手方向が水平方向（図１４中のＸ方向）となる向きで搬送されていてもよい。かかる場合、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。また、巻出ロール１０と巻取ロール１３は、その軸方向が水平方向（図１４中のＸ方向）となる向きにそれぞれ配置されている。本実施の形態の電極製造装置１を用いた場合でも、上述した実施の形態の効果を享受することができる。

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
３０ ロッドヒータ
３０ａ 上流ロッドヒータ
３０ｂ 中流ロッドヒータ
３０ｃ 下流ロッドヒータ
３１ 内筒
３２ 外筒
３３ ニクロム線ヒータ
４０ 反射板
４１ 給気口
４２ 供給管
４３ 空気供給源
５０ 制御部
Ｄ 乾燥領域
Ｅ 電極
Ｆ 活物質層
Ｍ 金属箔
Ｓ 活物質合剤
Ｔａ 上流領域
Ｔｂ 中流領域
Ｔｃ 下流領域

Claims (11)

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、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、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を有し、
   前記乾燥部は、前記ロッドヒータの温度が異なる複数の領域に分割され、
   前記ロッドヒータが放射する赤外線の波長と、活物質合剤の溶媒の赤外線の吸収率との関係を示す第１の相関と、前記ロッドヒータの温度と、ロッドヒータが放射する赤外線の波長との関係を示す第２の相関と、活物質合剤中の溶媒の膜厚と、活物質合剤の沸騰が開始する際のロッドヒータの温度との関係を示す第３の相関とを予め求めておき、前記溶媒の膜厚を求めた後、前記第１の相関〜第３の相関に基づいて、一の前記領域における前記ロッドヒータの温度は、当該一の領域での基材上の前記溶媒の膜厚に対して、前記活物質合剤が沸騰しない範囲の温度であって、前記溶媒の赤外線の吸収率が最大になる温度に設定されることを特徴とする、電極製造装置。
2. 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、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を有し、
   前記乾燥部は、前記ロッドヒータの温度が異なる複数の領域に分割され、
   前記ロッドヒータが放射する赤外線の波長と、活物質合剤の溶媒の赤外線の吸収率との関係を示す第１の相関と、前記ロッドヒータの温度と、ロッドヒータが放射する赤外線の波長との関係を示す第２の相関と、活物質合剤中の溶媒の膜厚と、活物質合剤の沸騰が開始する際のロッドヒータの温度との関係を示す第３の相関とを予め求めておき、
   前記溶媒の膜厚を求めた後、前記第１の相関〜第３の相関に基づいて、一の前記領域における前記ロッドヒータの温度は、当該一の領域での基材上の前記溶媒の膜厚に対して、前記活物質合剤が沸騰しない範囲の温度であって、前記溶媒の赤外線の吸収率が最大になる温度に設定されていることを特徴とする、電極製造方法。
3. 前記ロッドヒータは、セラミック製の外筒と、当該外筒の内部に設けられた発熱体と、を有することを特徴とする、請求項２に記載の電極製造方法。
4. 前記溶媒は水であることを特徴とする、請求項２又は３に記載の電極製造方法。
5. 前記乾燥部は、前記巻出部側から上流領域、中流領域及び下流領域の３つの領域に分割され、
   前記上流領域に配置されるロッドヒータの温度は２００℃に設定され、
   前記下流領域に配置されるロッドヒータの温度は６００℃に設定され、
   前記中流領域には、２００℃より大きく６００℃未満に設定された温度のロッドヒータが配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の電極製造方法。
6. 前記乾燥部は、前記巻出部側から上流領域、中流領域及び下流領域の３つの領域に分割され、
   前記上流領域に配置されるロッドヒータの温度は２００℃に設定され、
   前記下流領域に配置されるロッドヒータの温度は６００℃に設定され、
   前記中流領域には、前記上流領域のロッドヒータと前記下流領域のロッドヒータが混合して配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の電極製造方法。
7. 前記乾燥部は、前記複数のロッドヒータと基材との間に空気を供給する給気機構を有し、
   前記乾燥工程において、前記複数のロッドヒータからの赤外線による輻射加熱と、前記給気機構から供給され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２〜６のいずれかに記載の電極製造方法。
8. 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、請求項２〜７のいずれかに記載の電極製造方法。
9. 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２〜８のいずれかに記載の電極製造方法。
10. 請求項２〜９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。
11. 請求項１０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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