JP5962459B2 - 電極の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、電極の製造装置に関する。

蓄電装置などに用いる電極の製造装置には、例えば金属箔を所定の方向に搬送する搬送部、金属箔の表面に電極ペーストを塗布する塗布部、及び電極ペーストを乾燥させて金属箔の表面に活物質層を形成する乾燥部といった構成要素が設けられている。乾燥部としては、例えば金属箔を通過させながら乾燥を実施できる乾燥炉が用いられている。

このような乾燥炉では、電極ペーストの乾燥を好適に実施しつつ炉の小型化を図るための提案がなされている。例えば特許文献１，２に記載の乾燥装置では、乾燥炉内で金属箔の搬送経路を複数化折り返した構成が開示されている。また、特許文献３に記載の乾燥装置では、凹凸ロールを用いることで乾燥炉内での金属箔の搬送経路を屈曲させている。

特開２０１１−２３８４７４号公報 特開２０１２−１６９３３９号公報 特開２０１０−２２５４６７号公報

上述したように、電極の製造装置の小型化の観点から乾燥炉の小型化が進められているが、その一方で、乾燥炉が小型化した場合であっても電極ペーストを十分に乾燥させる技術が求められている。この場合、単純に金属箔の搬送速度を上げると電極ペーストの乾燥が十分でなくなるおそれがある。また、乾燥炉内の搬送機構の配置・構成によっては、未乾燥の電極ペーストにローラ等が接触し、電極ペーストが変形してしまうことも考えられる。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、電極ペーストを十分に乾燥させることができる電極の製造装置を提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明に係る電極の製造装置は、電極ペーストが塗工された塗工部と電極ペーストが塗工されない未塗工部とが一方面に形成された帯状の金属箔を乾燥させる乾燥炉と、乾燥炉内で金属箔を所定方向に搬送させる搬送部と、を含んで構成される電極の製造装置であって、乾燥炉内には、金属箔の一方面を支持する第１ローラ及び金属箔の反対面を支持する第２ローラによって金属箔の搬送方向を所定方向と交差する方向に折り曲げる屈曲部が設けられ、屈曲部において、第１ローラは、金属箔における一方面の幅方向の両端部に形成された未塗工部を支持するように配置されていることを特徴としている。

この電極の製造装置では、屈曲部によって乾燥炉内での金属箔の搬送方向が折れ曲がるようになっている。これにより、乾燥炉内の金属箔の搬送路長を十分に確保でき、金属箔の搬送速度を上げたとしても金属箔が乾燥炉内で滞在する時間を十分に確保できる。したがって、電極ペーストを十分に乾燥させることができる。また、この電極の製造装置では、屈曲部で金属箔の一方面を支持する第１ローラが、金属箔の未塗工部を支持するようになっている。したがって、第１ローラが未乾燥の電極ペーストに触れることを回避でき、電極の変形等の不具合の発生を抑止できる。

また、屈曲部において、第１ローラ及び第２ローラは、折り曲げられた金属箔を反対面同士が互いに対向した状態に折り返すように配置され、反対面間には、当該反対面に接するように伝熱部材が配置されていることが好ましい。この場合、伝熱部材を介した熱交換によって電極ペーストの乾燥を促進できる。したがって、より短時間で電極ペーストを乾燥させることができる。また、伝熱部材が金属箔の反対面に接することで、金属箔の破れを防止できる。

また、屈曲部において、第１ローラ及び第２ローラは、折り曲げられた金属箔が複数回折り返されるように配置されていることが好ましい。これにより、乾燥炉内の金属箔の搬送路長を一層十分に確保でき、金属箔の搬送速度を上げたとしても金属箔が乾燥炉内で滞在する時間をより確実に確保できる。したがって、電極ペーストを更に十分に乾燥させることができる。

また、屈曲部は、乾燥炉の出口寄りに配置されていることが好ましい。この場合、屈曲部を通る金属箔をより乾燥させた状態とすることができる。したがって、第１ローラ及び第２ローラが電極ペーストに与える影響をより確実に低減できる。

乾燥炉は、搬送部による金属箔の搬送方向に延びる本体部と、屈曲部による金属箔の折り曲げ方向に延びる突出部とを有し、屈曲部は、突出部に対応して配置されていることが好ましい。これにより、乾燥炉の小型化が図られる。また、屈曲部を通過する金属箔に対して乾燥炉の内壁が近接するので、炉内の対流によって電極ペーストの乾燥を一層促進できる。

本発明によれば、電極ペーストを十分に乾燥させることができる。

本発明に係る電極の製造装置の一実施形態を示す模式図である。 図１に示した電極の製造装置における乾燥炉の内部を示す模式図である。 乾燥炉の屈曲部に設けられた第１ローラの斜視図である。 伝熱部材の一例を示す斜視図である。 変形例に係る乾燥炉の内部を示す模式図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る電極の製造装置の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る電極の製造装置の一実施形態を示す模式図である。同図に示すように、電極の製造装置１は、帯状の金属箔１１を所定の方向に搬送する搬送部２と、金属箔１１に電極ペースト１２を塗布する塗布部３と、金属箔１１に塗布された電極ペースト１２を乾燥させる乾燥部５とを備えて構成されている。

搬送部２は、ロール状に巻かれた金属箔１１を繰り出す繰出ローラ２１と、各工程を経た金属箔１１をロール状に巻き取る巻取ローラ２２と、繰出ローラ２１及び巻取ローラ２２間に配置された複数の補助ローラ２３とによって構成されている。搬送部２による金属箔１１の搬送速度は、例えば１０ｍ／ｍｉｎである。

搬送部２によって搬送される金属箔１１は、例えば厚さ数十μｍ程度に圧延されたアルミニウム箔である。圧延の際、金属箔１１の表面には、酸化被膜の形成を抑制するために鉱物油が塗布されており、繰出ローラ２１にセットされた金属箔１１の表面には、酸化被膜の形成を抑制するに十分な量の鉱物油が付着した状態となっている。図示しないが、搬送部２において、熱等によって金属箔１１の表面の脱脂を行う処理部を塗布部３の前段に設けてもよい。

塗布部３は、電極ペースト１２を貯蔵するタンク２６と、電極ペースト１２を金属箔１１に向けて供給する供給管２７及びポンプ２８とを有している。供給管２７から供給される電極ペースト１２は、塗工ロール２９及びコンマロール３０によってガイドされた金属箔１１の一方面１１ａに塗布される。これにより、金属箔１１の一方面１１ａにおける幅方向の中央部分には、電極ペースト１２が帯状にパターニングされた塗工部１３が形成され、金属箔１１の一方面１１ａにおける幅方向の両端部分には、電極ペースト１２が配置されない未塗工部１４が形成される（図３参照）。そして、電極ペースト１２が塗布された金属箔１１は、補助ローラ２３によって乾燥部５に送られる。

電極ペースト１２は、例えば活物質、バインダ、及び溶剤を含むペーストである。電極ペースト１２には、例えばアセチレンブラック等の導電助剤が更に含まれていてもよい。活物質は、正極活物質及び負極活物質のいずれであってもよい。正極活物質としては、例えば複合酸化物、金属リチウム、硫黄等が挙げられる。複合酸化物は、マンガン、ニッケル、コバルト及びアルミニウムの少なくとも１つとリチウムとを含む。

負極活物質としては、例えば黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物、ホウ素添加炭素等が挙げられる。

バインダは、例えばポリアミドイミド、ポリイミド等の熱可塑性樹脂であってもよく、主鎖にイミド結合を有するポリマー樹脂であってもよい。溶剤は、例えばＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）、メタノール、メチルイソブチルケトン等の有機溶剤であってもよく、水であってもよい。

乾燥部５は、図２に示すように、金属箔１１の一方面１１ａに塗布された電極ペースト１２を乾燥させる乾燥炉３１を有している。乾燥炉３１は、金属箔１１の入口３２及び出口３３を有すると共に、入口３２側から搬送部２による金属箔１１の搬送方向に延びる本体部３１ａと、出口３３寄りの位置で本体部３１ａの上部から上方に突出する突出部３１ｂと、を有している。なお、本実施形態では、搬送部２による乾燥炉３１内での金属箔１１の搬送方向は、略水平方向となっている。

乾燥炉３１の内部には、例えば１００℃程度の高温の熱媒体（例えば空気や窒素ガスなど）が外部から供給される。これにより、金属箔１１に塗布された電極ペースト１２を加熱されると共に、加熱によって電極ペースト１２から蒸発した溶剤の蒸気が乾燥炉３１から適宜排出されるようになっている。

また、この乾燥炉３１の内部には、図２に示すように、突出部３１ｂの位置に対応して、金属箔１１の搬送方向を搬送部２による搬送方向と交差する方向に折り曲げる屈曲部３４が設けられている。屈曲部３４は、金属箔１１の一方面１１ａを支持する第１ローラ３５と、金属箔１１の反対面１１ｂを支持する第２ローラ３６とによって構成されている。

第１ローラ３５は、第２ローラ３６の径に対応する間隔をもって、搬送部２による金属箔１１の搬送方向に沿って２箇所に配置されている。また、第２ローラ３６は、第１ローラ３５，３５の間で第１ローラ３５の上方に配置され、突出部３１ｂ内に位置している。これにより、搬送部２によって搬送される金属箔１１は、始めの第１ローラ３５によって略直角に折り曲がって鉛直方向に上方へ向かい、第２ローラ３６によって反対面１１ｂ，１１ｂ同士が互いに対向した状態、すなわち、互いに平行な状態となるように下方に折り返された後、次の第１ローラ３５によって略直角に折り曲がって水平方向に向かうこととなる。

ここで、上述した第１ローラ３５は、例えば図３に示すように、金属箔１１の幅方向の外側から内側に向かって延びる一対のアーム部３７と、一対のアーム部３７の先端にそれぞれ取り付けられるローラ部３８とを有している。ローラ部３８は、金属箔１１の一方面１１ａにおいて、塗工部１３には接触せず、未塗工部１４にのみ接触するようになっている。すなわち、第１ローラ３５は、金属箔１１における一方面１１ａの幅方向の両端部分に形成された未塗工部１４のみを支持するようになっている。

また、屈曲部３４による金属箔１１の折り返し部分において、反対面１１ｂ，１１ｂの間には、反対面１１ｂに接するように伝熱部材４１が配置されている。伝熱部材４１は、例えばアルミニウムやアルミニウム合金といった熱伝導性に優れた部材によって形成され、例えば図４に示すように、矩形平板状の接触部４２と、複数のフィン４３とを備えている。接触部４２の一方面４２ａは、平坦面となっており、金属箔１１の反対面１１ｂに接触する接触面とされている。この一方面４２ａは、中央部分が僅かに突出するような緩やかな湾曲形状をなしていてもよい。この場合、接触部４２を金属箔１１に対してより密着させることができる。また、一方面４２ａの表面には、金属箔１１との間の摩擦係数の低減や耐摩耗性の観点から、例えばＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）処理が施されていることが好ましい。

一方、フィン４３は、例えば断面コの字のリブ状をなしている。フィン４３は、接触部４２の他方面４２ｂに例えば２列１組で配列され、隣り合う組のフィン４３，４３は、コの字断面の位置が互い違いの千鳥配置となっている。フィン４３，４３間の隙間は、乾燥炉３１内を流通する高温の熱媒体の流路となっている。この流路を熱媒体が流通することにより、伝熱部材４１を介して熱媒体と金属箔１１との熱交換が促進され、電極ペースト１２の乾燥が促進される。なお、伝熱部材４１は、乾燥炉３１の床部分に立設してもよく、側壁部分で支持してもよい。また、天井部分から吊り下げるようにしてもよい。また、フィン４３の形状は、断面コの字状に限られず、例えば波型等の他の形状であってもよい。

乾燥炉３１を通過した金属箔１１は、巻取ローラ２２によって巻き取られ、電極が製造される。電極は、例えば二次電池又は電気二重層キャパシタ等の蓄電装置に用いられる。二次電池としては、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池等が挙げられる。金属箔１１は、これらの電池の集電体として機能する。

以上説明したように、電極の製造装置１では、屈曲部３４によって乾燥炉３１内での金属箔１１の搬送方向が折れ曲がるようになっている。これにより、乾燥炉３１内の金属箔１１の搬送路長を十分に確保でき、金属箔１１の搬送速度を上げたとしても金属箔１１が乾燥炉３１内で滞在する時間を十分に確保できる。したがって、電極ペースト１２を十分に乾燥させることができる。また、この電極の製造装置１では、屈曲部３４で金属箔１１の一方面１１ａを支持する第１ローラ３５が、金属箔１１における幅方向の両端部分に形成された未塗工部１４のみを支持するようになっている。したがって、第１ローラ３５が未乾燥の電極ペースト１２に触れることを回避でき、電極の変形等の不具合の発生を抑止できる。

また、電極の製造装置１では、屈曲部３４において、折り曲げられた金属箔１１を反対面１１ｂ，１１ｂ同士が互いに対向した状態に折り返すように第１ローラ３５及び第２ローラ３６が配置され、反対面１１ｂ，１１ｂ間には、当該反対面１１ｂ，１１ｂに接するように伝熱部材４１が配置されている。これにより、伝熱部材４１を介した熱交換によって電極ペースト１２の乾燥を促進できる。したがって、より短時間で電極ペースト１２を乾燥させることができる。また、伝熱部材４１が金属箔１１の反対面１１ｂに接することで、金属箔の破れを防止できる。

また、電極の製造装置１では、屈曲部３４が乾燥炉３１の出口３３寄りに配置されている。そして、乾燥炉３１は、搬送部２による金属箔１１の搬送方向に延びる本体部３１ａと、屈曲部３４による金属箔１１の折り曲げ方向に延びる突出部３１ｂとを有し、屈曲部３４が突出部３１ｂ内に配置されている。このように、屈曲部３４を乾燥炉３１の出口３３寄りに配置することで、屈曲部３４を通る金属箔１１をより乾燥させた状態とすることができるので、第１ローラ３５及び第２ローラ３６が電極ペースト１２に与える影響をより確実に低減できる。また、屈曲部３４を乾燥炉３１の突出部３１ｂに対応して配置することで、乾燥炉３１の小型化が図られると共に、屈曲部３４を通過する金属箔１１に対して乾燥炉３１の内壁が近接するので、炉内の対流によって電極ペースト１２の乾燥を一層促進できる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上述した実施形態では、第１ローラ３５が左右のローラ部３８，３８によって金属箔１１の一方面１１ａ側を２点支持しているが、例えば金属箔１１の反対面１１ｂ側に補助的なローラ部を設け、第１ローラ３５が金属箔１１を３点支持するようにしてもよい。

また、例えば上記実施形態では、屈曲部３４において金属箔１１が１回だけ折り返されているが、例えば図５に示すように、乾燥炉３１の突出部３１ｂの長さを拡張すると共に、第１ローラ３５及び第２ローラ３６を増設し金属箔１１を複数回折り返すようにしてもよい。この場合、乾燥炉３１内の金属箔１１の搬送路長を一層十分に確保でき、金属箔１１の搬送速度を上げたとしても金属箔１１が乾燥炉３１内で滞在する時間をより確実に確保できる。したがって、電極ペースト１２を更に十分に乾燥させることができる。

１…電極の製造装置、２…搬送部、１１…金属箔、１１ａ…一方面、１１ｂ…反対面、１２…電極ペースト、１３…塗工部、１４…未塗工部、３１…乾燥炉、３１ａ…本体部、３１ｂ…突出部、３３…出口、３４…屈曲部、３５…第１ローラ、３６…第２ローラ、４１…伝熱部材。

Claims (4)

1. 電極ペーストが塗工された塗工部と前記電極ペーストが塗工されない未塗工部とが一方面に形成された帯状の金属箔を乾燥させる乾燥炉と、
   前記乾燥炉内で前記金属箔を所定方向に搬送させる搬送部と、を含んで構成される電極の製造装置であって、
   前記乾燥炉内には、前記金属箔の前記一方面を支持する第１ローラ及び前記金属箔の反対面を支持する第２ローラによって前記金属箔の搬送方向を前記所定方向と交差する方向に折り曲げる屈曲部が設けられ、
   前記屈曲部において、前記第１ローラは、前記金属箔における前記一方面の幅方向の両端部に形成された前記未塗工部を支持するように配置され、前記第１ローラ及び前記第２ローラは、折り曲げられた前記金属箔を前記反対面同士が互いに対向した状態に折り返すように配置され、前記反対面間には、当該反対面に接するように伝熱部材が配置されていることを特徴とする電極の製造装置。
2. 前記屈曲部において、前記第１ローラ及び前記第２ローラは、折り曲げられた前記金属箔が複数回折り返されるように配置されていることを特徴とする請求項１記載の電極の製造装置。
3. 前記屈曲部は、前記乾燥炉の出口寄りに配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電極の製造装置。
4. 前記乾燥炉は、前記搬送部による前記金属箔の搬送方向に延びる本体部と、前記屈曲部による前記金属箔の折り曲げ方向に延びる突出部とを有し、
   前記屈曲部は、前記突出部に対応して配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の電極の製造装置。

Images