JP6213021B2 - 電極製造方法および電極製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、電極製造方法および電極製造装置に関する。

リチウムイオン二次電池の電極製造は、塗布工程および乾燥工程を有する。塗布工程においては、集電体の表面に電極スラリーが塗布される。電極スラリーは、活物質、バインダーおよび溶媒を含んでいる。乾燥工程においては、集電体に塗布された電極スラリーを乾燥し、溶媒を蒸発させることによって、バインダーを介して活物質が集電体表面に固定されてなる電極（活物質層）が得られる。なお、乾燥工程は、電極スラリーの乾燥速度が一定となるように電極スラリーを乾燥し、溶媒を蒸発させる定率乾燥工程と、電極スラリーの乾燥速度が徐々に減少するように電極スラリーを乾燥し、溶媒を蒸発させる減率乾燥工程と、を有する。

乾燥工程の生産性向上のために乾燥速度を高速化する場合、バインダーが蒸発面に移動することで、集電体−活物質界面のバインダーが減少し、良好な集電体−活物質接着強度を得ることが困難である。そのため、減率乾燥工程において乾燥速度を低下させることにより、集電体−活物質界面におけるバインダーの減少（以下、偏析と称する。）を抑制している（例えば、非特許文献１参照。）。また、乾燥時における温度を途中で少なくとも１回変化させることで、電極スラリー内における偏析進行を抑制しているものもある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００４−０７１４７２号公報

今駒 博信、外２名、「多孔体の対流乾燥におけるバインダー偏析モデルのスラリー平板への応用」、化学工学論文集、社団法人化学工学会、第３７巻（２０１１年）、第５号、ｐ．４３２−４４０

しかし、非特許文献１に記載に技術においては、定率乾燥工程の乾燥速度が低く抑えられているため、全体としての生産性の向上が困難である。また、特許文献１に記載に技術においては、接着強度の向上効果は認められるが、既に発生した偏析を減少させることはできず、接着強度の向上は限定的である。

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、良好な接着強度および生産性を達成し得る電極製造方法および電極製造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一様相は、活物質、バインダーおよび溶媒を含む電極スラリーを集電体に塗布した後、前記電極スラリーを乾燥し、前記溶媒を蒸発させることによって、前記バインダーを介して前記活物質が前記集電体の表面に固定されてなる電極を製造するための電極製造方法である。前記電極製造方法は、前記電極スラリーの乾燥速度が一定となるように前記電極スラリーを乾燥し、前記溶媒を蒸発させる定率乾燥工程と、前記定率乾燥工程の後において、前記電極スラリーの乾燥速度が徐々に減少するように前記電極スラリーを乾燥し、前記溶媒を蒸発させる減率乾燥工程と、前記定率乾燥工程の途中あるいは前記定率乾燥工程と前記減率乾燥工程との間に位置し、前記電極スラリーの温度が前記溶媒の蒸発可能温度より低くなるように、前記電極スラリーを冷却することによって、集電体−活物質界面における前記バインダーの減少を抑制し、かつ、前記電極スラリーの表面から前記集電体−活物質界面への前記バインダーの移動を生じさせる中間冷却工程と、を有する。

上記目的を達成するための本発明の別の一様相は、バインダーを介して活物質が集電体の表面に固定されてなる電極を製造するための電極製造装置である。前記電極製造装置は、前記集電体に塗布された前記活物質、前記バインダーおよび溶媒を含む電極スラリーを乾燥し、前記溶媒を蒸発させるための加熱手段と、前記電極スラリーを冷却するための冷却手段と、前記加熱手段および前記冷却手段を制御するための制御手段と、を有する。前記制御手段は、前記加熱手段を制御することにより、定率乾燥および減率乾燥を実行させ、また、前記冷却手段を制御することにより、前記定率乾燥の途中あるいは前記定率乾燥と前記減率乾燥との間において中間冷却を実行させる。前記定率乾燥においては、前記電極スラリーの乾燥速度が一定となるように前記電極スラリーを乾燥して前記溶媒を蒸発させる。前記定率乾燥においては、前記電極スラリーの乾燥速度が徐々に減少するように前記電極スラリーを乾燥して前記溶媒を蒸発させる。前記中間冷却においては、前記電極スラリーの温度が前記溶媒の蒸発可能温度より低くなるように、前記電極スラリーを冷却することによって、集電体−活物質界面における前記バインダーの減少を抑制し、かつ、前記電極スラリーの表面から前記集電体−活物質界面への前記バインダーの移動を生じさせる。

本発明の一様相によれば、中間冷却工程において、電極スラリーの温度が溶媒の蒸発可能温度より低くなることで乾燥が停止し、集電体−活物質界面におけるバインダーの減少（偏析の進行）が抑制され、かつ、電極スラリー表面から集電体−活物質界面へのバインダーの移動（逆拡散）が生じ、先行の定率乾燥工程において発生した偏析が解消される。したがって、定率乾燥工程の所要時間を短縮化（高速乾燥）しても、良好な集電体−活物質接着強度が得られる。つまり、良好な接着強度および生産性を達成し得る電極製造方法を提供することが可能である。

本発明の別の一様相によれば、中間冷却において、電極スラリーの温度が溶媒の蒸発可能温度より低くなることで乾燥が停止し、集電体−活物質界面におけるバインダーの減少（偏析の進行）が抑制され、かつ、電極スラリー表面から集電体−活物質界面へのバインダーの移動（逆拡散）が生じ、先行の定率乾燥において発生した偏析が解消される。したがって、定率乾燥の所要時間を短縮化（高速乾燥）しても、良好な集電体−活物質接着強度が得られる。つまり、良好な接着強度および生産性を達成し得る電極製造装置を提供することが可能である。

実施の形態１に係る電極を説明するための断面図である。 実施の形態１に係る電極製造装置を説明するための概略図である。 実施の形態１に係る電極製造方法を説明するためのフローチャートである。 図３に示される塗布工程において集電体に塗布された電極スラリーを説明するための断面図である。 図３に示される乾燥工程を説明するための断面図である。 図３に示される乾燥工程における乾燥条件を説明するためのグラフである。 実施の形態１に係る乾燥速度と集電体−活物質界面の剥離強度との関係を示しているグラフである。 実施の形態１に係る活物質層における偏析量を示しているグラフである。 集電体−活物質界面の剥離強度と偏析量との関係を示しているグラフである。 実施の形態２に係る電極製造装置を説明するための概略図である。 実施の形態２に係る活物質層における偏析量を示しているグラフである。 実施の形態２に係る変形例を説明するためのグラフである。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、実施の形態１に係る電極を説明するための断面図である。

実施の形態１に係る電極１０は、リチウムイオン二次電池に適用され、集電体２０上に配置される活物質層から構成される。電極（活物質層）１０は、バインダー１４を介して活物質１２が集電体２０表面に固定されてなり、活物質１２、バインダー１４および溶媒を含む電極スラリーを集電体２０に塗布した後、電極スラリーを乾燥し、溶媒を蒸発させることによって製造されており、後述するように、良好な集電体−活物質接着強度を有する。電極１０の厚さは、特に限定されず、リチウムイオン二次電池の使用目的（例えば、出力重視、エネルギー重視）や、イオン伝導性を考慮して適宜設定される。

活物質１２は、電極１０が正極に適用される場合は正極活物質から構成され、負極に適用される場合は負極活物質から構成される。正極活物質は、例えば、マンガン酸リチウムである。負極活物質は、例えば、ハードカーボン（難黒鉛化炭素材料）である。

正極活物質は、マンガン酸リチウムに限定されないが、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。負極活物質は、ハードカーボンに限定されず、他の黒鉛系炭素材料やリチウム−遷移金属複合酸化物を利用することも可能である。カーボンおよびリチウム−遷移金属複合酸化物からなる負極活物質は、容量および出力特性の観点から好ましい。

バインダー１４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。集電体２０は、例えば、箔状のアルミニウムである。

バインダー１４は、ＰＶＤＦに限定されず、ポリイミド、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＳＢＲ（スチレン・ブタジエンゴム）、合成ゴム系バインダーを利用することも可能である。溶媒は、ＮＭＰに限定されず、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミド、シクロヘキサン、ヘキサンを利用したり、必要に応じ、水系を利用したりすることも可能である。バインダー１４としてＰＶＤＦを採用する場合には、ＮＭＰを溶媒として用いることが好ましい。集電体２０は、アルミニウムに限定されず、ステンレススチール、銅、ニッケルとアルミニウムのクラッド材、銅とアルミニウムのクラッド材、あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材を利用することも可能である。

電極スラリーは、活物質１２、バインダー１４および溶媒に加えて、例えば、導電助剤および粘度調整溶媒が含まれる。導電助剤は、電極１０の導電性を向上させるために配合される添加物であり、例えば、アセチレンブラックである。粘度調整溶媒は、例えば、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）であり、電極スラリーの粘度を変更し、塗布に適した粘度に調整するために使用される。

次に、実施の形態１に係る電極製造装置を説明する。

図２は、実施の形態１に係る電極製造装置を説明するための概略図である。

実施の形態１に係る電極製造装置５０は、電極スラリー３０が塗布された集電体２０が載置されるワーク保持部６０と、電極スラリー３０を乾燥し、電極スラリー３０に含まれる溶媒を蒸発させるための加熱手段７０と、電極スラリー３０を冷却するための冷却手段８０と、加熱手段７０および冷却手段８０を制御するための制御手段９０と、を有する。

加熱手段７０は、高温気体を吐出する気体吐出部７２を有する。高温気体は、溶媒の蒸発可能温度より高い温度を有する熱風である。気体吐出部７２は、集電体２０の一方の表面に対して塗布されている電極スラリー３０に相対して配置されており、気体吐出部７２から吐出される高温気体は、電極スラリー３０に向かって吹付けられる。

冷却手段８０は、低温気体を吐出する気体吐出部８２を有する。低温気体は、溶媒の蒸発可能温度より低温の冷却風である。気体吐出部８２は、電極スラリー３０が塗布されていない集電体２０の他方の表面に相対して配置されており、気体吐出部８２から吐出される低温気体は、集電体２０の他方の表面に向かって吹付けられる。

制御手段９０は、プログラムにしたがって上記各部の制御を実行するマイクロプロセッサ等から構成される制御回路であり、電極製造装置５０の各機能は、それに対応するプログラムを制御手段９０が実行することにより発揮される。例えば、制御手段９０は、加熱手段７０を制御することにより、電極スラリー３０の乾燥速度が一定となるように電極スラリー３０を乾燥して溶媒を蒸発させる定率乾燥を実行させ、定率乾燥の後において、電極スラリー３０の乾燥速度が徐々に減少するように電極スラリー３０を乾燥して溶媒を蒸発させる減率乾燥を実行させる。また、制御手段９０は、冷却手段８０を制御することにより、定率乾燥の途中あるいは定率乾燥から減率乾燥へ移行する直前（定率乾燥と減率乾燥との間）において、電極スラリー３０の温度が溶媒の蒸発可能温度より低くなるように、電極スラリー３０を冷却する中間冷却を実行させる。

中間冷却において、電極スラリー３０の温度が溶媒の蒸発可能温度より低くなることで乾燥が停止し、集電体−活物質界面におけるバインダーの減少（偏析の進行）が抑制され、かつ、電極スラリー表面から集電体−活物質界面へのバインダーの移動（逆拡散）が生じ、先行の定率乾燥において発生した偏析が解消される。したがって、定率乾燥の所要時間を短縮化（高速乾燥）しても、良好な集電体−活物質接着強度が得られる。つまり、良好な接着強度および生産性を達成することが可能である。

また、中間冷却において、冷却手段８０の気体吐出部８２から吐出された低温気体は、電極スラリー３０が塗布されていない集電体２０の他方の表面に向かって吹付けられる。そのため、集電体２０の一方の表面から、低温気体によって冷却された集電体２０の他方の表面への伝熱によって、集電体２０の一方の表面に配置されている電極スラリー３０の温度が低下し、温度勾配が大きくなるため、バインダーの逆拡散が促進される。

次に、電極製造装置５０が適用される電極製造方法を説明する。

図３は、実施の形態１に係る電極製造方法を説明するためのフローチャート、図４は、図３に示される塗布工程において集電体に塗布された電極スラリーを説明するための断面図、図５は、図３に示される乾燥工程を説明するための断面図、図６は、図３に示される乾燥工程における乾燥条件を説明するためのグラフである。

実施の形態１に係る電極製造方法は、図３に示されるように、塗布工程および乾燥工程を有する。

塗布工程においては、集電体２０に電極スラリー３０が塗布される（図４参照）。電極スラリー３０は、活物質１２、バインダー１４および溶媒１６を有しており、必要に応じて導電助剤が添加され、また、粘度調整溶媒によって、塗布に適した粘度に調整されている。電極スラリーの塗布方法は、特に限定されず、例えば、自走型コータ、ドクターブレード法、スプレー法を適用することが可能である。

乾燥工程においては、電極スラリー３０が塗布された集電体２０が、電極製造装置５０のワーク保持部６０に保持され、制御手段９０が加熱手段７０および冷却手段８０を制御することにより、集電体２０に塗布された電極スラリー３０を乾燥し、溶媒を蒸発させることで（図５参照）、バインダー１４を介して活物質１２が集電体２０表面に固定される（図１参照）。

乾燥工程は、詳述すると、図３および図６に示されるように、昇温工程、定率乾燥工程、中間冷却工程および減率乾燥工程に細分化される。

昇温工程においては、加熱手段７０の気体吐出部７２から吐出される高温気体を、電極スラリー３０に向かって吹付けることによって、電極スラリー３０に含まれる溶媒１６の蒸発可能温度（電極スラリー３０の乾燥可能温度）まで、電極スラリー３０の温度が上昇する。

定率乾燥工程においては、電極スラリー３０の乾燥速度が一定となる条件下、加熱手段７０の気体吐出部７２から吐出される高温気体による加熱が継続され、溶媒１６が蒸発する。この際、電極スラリー３０に含まれる固形分（活物質１２およびバインダー１４）の割合が徐々に増加するが、電極スラリー３０の表面は、依然として自由液面を構成している。この際、電極スラリー３０の温度は、例えば、気体吐出部７２から吐出される高温気体の温度を調整することにより、析出したバインダー１４が結晶化や変質を引き起こさない程度の高い温度に保持される。

中間冷却工程においては、加熱手段７０の気体吐出部７２から吐出される高温気体による加熱を停止し、冷却手段８０の気体吐出部８２から吐出される低温気体を、電極スラリー３０に向かって吹付けられる。これにより、電極スラリー３０に含まれる溶媒１６の蒸発可能温度より低くなるまで、電極スラリー３０の温度を降下させ、例えば、溶媒１６の蒸発可能温度より１０℃低い温度で所定時間保持される。

したがって、電極スラリー３０の温度が溶媒１６の蒸発可能温度より低くなることで乾燥が停止し、集電体−活物質界面におけるバインダー１４の減少（偏析の進行）が抑制され、かつ、電極スラリー表面から集電体−活物質界面へのバインダー１４の移動（逆拡散）が生じ、先行の定率乾燥工程において発生した偏析が解消される。そのため、先行の定率乾燥工程の所要時間を短縮化（高速乾燥）しても、良好な集電体−活物質接着強度が得られる。つまり、良好な接着強度および生産性を達成することが可能である。

中間冷却工程は、定率乾燥工程から減率乾燥工程へ移行する直前（定率乾燥工程と減率乾燥工程との間）に位置しており、定率乾燥工程で発生した偏析の全てを中間冷却工程において除去すること可能である。

低温気体の温度と、溶媒１６の蒸発可能温度との差は、５〜１０℃であることが好ましい。この場合、電極スラリー３０の温度が過剰に冷却されることが避けられるため、逆拡散時の温度（電極スラリー内の拡散定数）を高く維持し、良好な逆拡散効果を確保することが容易である。

低温気体は、電極スラリー３０が塗布されていない集電体２０の他方の表面に向かって吹付けられる（図２参照）。そのため、集電体の一方の表面から、低温気体によって冷却された集電体の他方の表面への伝熱によって、集電体の一方の表面に配置されている電極スラリーの温度が低下するため、伝熱の温度勾配が大きくなり、バインダーの逆拡散が促進される。

減率乾燥工程においては、冷却手段８０の気体吐出部８２から吐出される低温気体による冷却が停止され、加熱手段７０の気体吐出部７２から吐出される高温気体による加熱が再開され、電極スラリー３０の乾燥速度が徐々に減少するように電極スラリー３０が乾燥され、残留している溶媒１６が蒸発する。この際、電極スラリー３０に含まれる固形分（活物質１２およびバインダー１４）の割合がさらに増加し、残留している溶媒１６が最終的に消失し、バインダー１４を介して活物質１２が集電体２０表面に固定された活物質層（図１参照）からなる電極１０が形成される。この際、電極スラリー３０の温度は、例えば、気体吐出部７２から吐出される高温気体の温度を調整することにより、析出したバインダー１４が結晶化や変質を引き起こさない程度の高い温度に保持される。

なお、中間冷却工程は、定率乾燥工程の途中に配置することも可能である。この場合、定率乾燥工程の開始から中間冷却工程の直前までに発生した偏析を中間冷却工程において除去すること可能である。

図７は、実施の形態１に係る乾燥速度と集電体−活物質界面の剥離強度との関係を示しているグラフである。比較例は、中間冷却工程を設けない場合の剥離強度を示している。

図７に示されるように、実施の形態１および比較例は、乾燥工程における乾燥速度の上昇に伴って、剥離強度が低下する傾向を有する。しかし、実施の形態１は、同一乾燥速度における剥離強度に関し、比較例に比べて大幅に向上している。したがって、実施の形態１は、乾燥を高速化しても、比較例と同一の剥離強度を得ることが可能である。

図８は、実施の形態１に係る活物質層における偏析量を示しているグラフである。比較例は、中間冷却工程を設けない場合の活物質層における偏析量を示している。

比較例の偏析量は、図８に示されるように、実施の形態１より大きな値を示している。つまり、実施の形態１は、中間冷却工程の存在により、バインダーの偏析が抑制されており、集電体−活物質界面の剥離強度の向上を裏付けている。

図９は、集電体−活物質界面の剥離強度と偏析量との関係を示しているグラフである。

剥離強度は、図９に示されるように、偏析と強い相関が存在している。このデータと、実施の形態１に係る乾燥速度と集電体−活物質界面の剥離強度との関係（図７参照）と、活物質層における偏析量（図８参照）の結果とから、中間冷却工程を設けることで逆偏析が起こり，乾燥完了時の剥離強度を向上させることが推認される。

以上のように、実施の形態１に係る電極製造装置においては、中間冷却において、電極スラリーの温度が溶媒の蒸発可能温度より低くなることで乾燥が停止し、集電体−活物質界面におけるバインダーの減少（偏析の進行）が抑制され、かつ、電極スラリー表面から集電体−活物質界面へのバインダーの移動（逆拡散）が生じ、先行の定率乾燥において発生した偏析が解消される。したがって、定率乾燥の所要時間を短縮化（高速乾燥）しても、良好な集電体−活物質接着強度が得られる。つまり、良好な接着強度および生産性を達成し得る電極製造装置を提供することが可能である。

中間冷却において、冷却手段の気体吐出部から吐出された低温気体は、電極スラリーが塗布されていない集電体の他方の表面に向かって吹付けられる。そのため、集電体の一方の表面から、低温気体によって冷却された集電体の他方の表面への伝熱によって、集電体の一方の表面に配置されている電極スラリーの温度が低下するため、伝熱の温度勾配が大きくなり、バインダーの逆拡散が促進される。

実施の形態１に係る電極製造方法においては、中間冷却工程において、電極スラリーの温度が溶媒の蒸発可能温度より低くなることで乾燥が停止し、集電体−活物質界面におけるバインダーの減少（偏析の進行）が抑制され、かつ、電極スラリー表面から集電体−活物質界面へのバインダーの移動（逆拡散）が生じ、先行の定率乾燥工程において発生した偏析が解消される。したがって、定率乾燥工程の所要時間を短縮化（高速乾燥）しても、良好な集電体−活物質接着強度が得られる。つまり、良好な接着強度および生産性を達成し得る電極製造方法を提供することが可能である。

中間冷却工程は、定率乾燥工程から減率乾燥工程へ移行する直前に位置しており、定率乾燥工程で発生した偏析の全てを中間冷却工程において除去すること可能である。

低温気体の温度と、溶媒の蒸発可能温度との差は、５〜１０℃であることが好ましい。この場合、電極スラリーの温度が過剰に冷却されることが避けられるため、逆拡散時の温度（電極スラリー内の拡散定数）を高く維持し、良好な逆拡散効果を確保することが容易である。

中間冷却工程において、冷却手段の気体吐出部から吐出された低温気体は、電極スラリーが塗布されていない集電体の他方の表面に向かって吹付けられる。そのため、集電体の一方の表面から、低温気体によって冷却された集電体の他方の表面への伝熱によって、集電体の一方の表面に配置されている電極スラリーの温度が低下するため、伝熱の温度勾配が大きくなり、バインダーの逆拡散が促進される。

次に、実施の形態２を説明する。

図１０は、実施の形態２に係る電極製造装置を説明するための概略図である。なお、実施の形態１と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。

実施の形態２は、電極スラリーに含まれる溶媒を蒸発させる加熱手段の構成に関し、実施の形態１と概して異なる。

図１０に示されるように、実施の形態２に係る加熱手段７０Ａは、気体吐出部７２に加えて、加熱放射線照射部７４をさらに有する。加熱放射線照射部７４は、電極スラリー３０（および集電体２０）の温度上昇に必要な熱量を有する加熱放射線を照射するために使用される。加熱放射線照射部７４は、例えば、赤外線ヒーターである。なお、気体吐出部７２から吐出される高温気体の温度は、電極スラリー３０（および集電体２０）に付与される熱量と電極スラリー３０（および集電体２０）から奪われる熱量とが一致して温度が変化しなくなる状態の温度（平衡温度と称する。）に設定されている。

制御手段９０は、定率乾燥において、気体吐出部７２を制御することにより、平衡温度の高温気体を電極スラリー３０に向かって吹付け、また、加熱放射線照射部７４を制御することにより、電極スラリー３０（および集電体２０）の温度上昇に必要な熱量を有する加熱放射線を電極スラリー３０に向かって照射する。

したがって、加熱放射線による電極スラリー３０の乾燥の状態にバラつきが生じ、電極スラリー３０に過度の温度上昇が起きそうになった場合，平衡温度の高温気体は、電極スラリー３０を冷却する作用を発揮するため、電極スラリー３０の温度を適切に保つことが可能である。

つまり、定率乾燥（定率乾燥工程）において発生するバインダーの偏析の制御には、集電体２０内部の温度分布と、集電体２０および電極スラリー３０の温度と温度を管理することが重要であるが、急速な乾燥を実施する場合，与える熱量が多くなるため、温度が過度に上昇し、バインダーの結晶化や変質を招く可能性がある。しかし、実施の形態２は、気体吐出部７２および加熱放射線照射部７４を有するため、定率乾燥（定率乾燥工程）の所要時間を短縮化（高速乾燥）しても、バインダーの結晶化や変質を抑制することが可能である。

図１１は、実施の形態２に係る活物質層における偏析量を示しているグラフである。

図１１に示されるように、実施の形態２に係る活物質層における偏析量は、実施の形態１に係る活物質層における偏析量よりさらに低下しており、バインダーの偏析の抑制効果が向上している。

図１２は、実施の形態２に係る変形例を説明するためのグラフである。

加熱放射線として赤外線を利用する場合、赤外線の波長は、バインダーの水素結合を直接切り離し得るように、バインダーの水素結合波長に基づいて設定することが好ましい。つまり、赤外線の波長として、バインダーの水素結合波長に近いものを適切に選択することで、バインダーの水素結合を直接切り離すことができるため、同一の温度条件でも急速に溶媒を除去（高速乾燥）することが可能である。したがって、図１２に示されるように、バインダーの偏析の抑制効果をさらに向上させることが可能である。

なお、赤外線は、その波長によってバインダーの偏析を抑制する効果がみられる。したがって、赤外線の波長を、バインダーの偏析の抑制効果に注目して選択することで、バインダーの偏析を直接的に抑制することも可能である。

以上のように、実施の形態２においては、定率乾燥（定率乾燥工程）において、加熱放射線による電極スラリーの乾燥の状態にバラつきが生じ、電極スラリーに過度の温度上昇が起きそうになった場合，平衡温度の気体は、電極スラリーを冷却する作用を発揮するため、電極スラリーの温度を適切に保つことが可能であり、バインダーの偏析の抑制効果が向上する。

また、加熱放射線として赤外線を利用する場合、赤外線の波長を、バインダーの水素結合波長に基づいて、バインダーの水素結合を直接切り離し得るように設定することによって、バインダーの偏析の抑制効果をさらに向上させることが可能である。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で種々改変することができる。

１０ 電極、
１２ 活物質、
１４ バインダー、
１６ 溶媒、
２０ 集電体、
３０ 電極スラリー、
５０ 電極製造装置、
６０ ワーク保持部、
７０ 加熱手段、
７０Ａ 加熱手段、
７２ 気体吐出部、
７４ 加熱放射線照射部、
８０ 冷却手段、
８２ 気体吐出部、
９０ 制御手段。

Claims (11)

1. 活物質、バインダーおよび溶媒を含む電極スラリーを集電体に塗布した後、前記電極スラリーを乾燥し、前記溶媒を蒸発させることによって、前記バインダーを介して前記活物質が前記集電体の表面に固定されてなる電極を製造するための電極製造方法であって、
   前記電極スラリーの乾燥速度が一定となるように前記電極スラリーを乾燥し、前記溶媒を蒸発させる定率乾燥工程と、
   前記定率乾燥工程の後において、前記電極スラリーの乾燥速度が徐々に減少するように前記電極スラリーを乾燥し、前記溶媒を蒸発させる減率乾燥工程と、
   前記定率乾燥工程の途中に位置し、前記電極スラリーの温度が前記溶媒の蒸発可能温度より低くなるように、前記電極スラリーを冷却することによって、集電体−活物質界面における前記バインダーの減少を抑制し、かつ、前記電極スラリーの表面から前記集電体−活物質界面への前記バインダーの移動を生じさせる中間冷却工程と、
   を有することを特徴とする電極製造方法。
2. 活物質、バインダーおよび溶媒を含む電極スラリーを集電体に塗布した後、前記電極スラリーを乾燥し、前記溶媒を蒸発させることによって、前記バインダーを介して前記活物質が前記集電体の表面に固定されてなる電極を製造するための電極製造方法であって、
   前記電極スラリーの乾燥速度が一定となるように前記電極スラリーを乾燥し、前記溶媒を蒸発させる定率乾燥工程と、
   前記定率乾燥工程の後において、前記電極スラリーの乾燥速度が徐々に減少するように前記電極スラリーを乾燥し、前記溶媒を蒸発させる減率乾燥工程と、
   前記定率乾燥工程と前記減率乾燥工程との間に位置し、前記電極スラリーの温度が前記溶媒の蒸発可能温度より低くなるように、前記電極スラリーを冷却することによって、集電体−活物質界面における前記バインダーの減少を抑制し、かつ、前記電極スラリーの表面から前記集電体−活物質界面への前記バインダーの移動を生じさせる中間冷却工程と、を有する
   ことを特徴とする電極製造方法。
3. 前記中間冷却工程における冷却は、前記溶媒の蒸発可能温度より低温の気体を吹付けることによって実施されており、
   前記気体の温度と、前記溶媒の蒸発可能温度との差は、５〜１０℃であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電極製造方法。
4. 前記中間冷却工程において、前記電極スラリーが塗布された前記表面の逆側に位置する前記集電体の他方の表面に、前記気体が吹付けられることを特徴とする請求項３に記載の電極製造方法。
5. 前記定率乾燥工程において、
   前記電極スラリーに付与される熱量と前記電極スラリーから奪われる熱量とが一致して温度が変化しなくなる状態の温度である平衡温度の気体を前記電極スラリーに向かって吹付け、また、前記電極スラリーの温度上昇に必要な熱量を有する加熱放射線を前記電極スラリーに向かって照射する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電極製造方法。
6. 前記加熱放射線は、赤外線であり、
   前記赤外線の波長は、前記バインダーの水素結合波長に基づいて、前記バインダーの水素結合を直接切り離し得るように設定されている
   ことを特徴とする請求項５に記載の電極製造方法。
7. バインダーを介して活物質が集電体の表面に固定されてなる電極を製造するための電極製造装置であって、
   前記集電体に塗布された前記活物質、前記バインダーおよび溶媒を含む電極スラリーを乾燥し、前記溶媒を蒸発させるための加熱手段と、
   前記電極スラリーを冷却するための冷却手段と、
   前記加熱手段および前記冷却手段を制御するための制御手段と、を有し、
   前記制御手段は、
   前記加熱手段を制御することにより、定率乾燥および減率乾燥を実行させ、また、前記冷却手段を制御することにより、前記定率乾燥の途中において中間冷却を実行させ、
   前記定率乾燥においては、前記電極スラリーの乾燥速度が一定となるように前記電極スラリーを乾燥して前記溶媒を蒸発させ、
   前記定率乾燥においては、前記電極スラリーの乾燥速度が徐々に減少するように前記電極スラリーを乾燥して前記溶媒を蒸発させ、
   前記中間冷却においては、前記電極スラリーの温度が前記溶媒の蒸発可能温度より低くなるように、前記電極スラリーを冷却することによって、集電体−活物質界面における前記バインダーの減少を抑制し、かつ、前記電極スラリーの表面から前記集電体−活物質界面への前記バインダーの移動を生じさせる
   ことを特徴とする電極製造装置。
8. バインダーを介して活物質が集電体の表面に固定されてなる電極を製造するための電極製造装置であって、
   前記集電体に塗布された前記活物質、前記バインダーおよび溶媒を含む電極スラリーを乾燥し、前記溶媒を蒸発させるための加熱手段と、
   前記電極スラリーを冷却するための冷却手段と、
   前記加熱手段および前記冷却手段を制御するための制御手段と、を有し、
   前記制御手段は、
   前記加熱手段を制御することにより、定率乾燥および減率乾燥を実行させ、また、前記冷却手段を制御することにより、前記定率乾燥と前記減率乾燥との間において中間冷却を実行させ、
   前記定率乾燥においては、前記電極スラリーの乾燥速度が一定となるように前記電極スラリーを乾燥して前記溶媒を蒸発させ、
   前記定率乾燥においては、前記電極スラリーの乾燥速度が徐々に減少するように前記電極スラリーを乾燥して前記溶媒を蒸発させ、
   前記中間冷却においては、前記電極スラリーの温度が前記溶媒の蒸発可能温度より低くなるように、前記電極スラリーを冷却することによって、集電体−活物質界面における前記バインダーの減少を抑制し、かつ、前記電極スラリーの表面から前記集電体−活物質界面への前記バインダーの移動を生じさせる
   ことを特徴とする電極製造装置。
9. 前記冷却手段は、前記溶媒の蒸発可能温度より低温の気体を吐出する気体吐出部を有し、
   前記気体吐出部は、前記電極スラリーが塗布された前記表面の逆側に位置する前記集電体の他方の表面に相対して配置されており、
   前記気体吐出部から吐出された前記気体は、前記他方の表面に吹付けられる
   ことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の電極製造装置。
10. 前記加熱手段は、
    前記電極スラリーに付与される熱量と前記電極スラリーから奪われる熱量とが一致して温度が変化しなくなる状態の温度である平衡温度の気体を吐出する気体吐出部と、
    前記電極スラリーの温度上昇に必要な熱量を有する加熱放射線を照射する照射手段と、を有し、
    前記制御手段は、
    前記定率乾燥において、前記加熱手段の前記気体吐出部を制御することにより、前記平衡温度の気体を前記電極スラリーに向かって吹付け、また、前記照射手段を制御することにより、前記加熱放射線を前記電極スラリーに向かって照射する
    ことを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の電極製造装置。
11. 前記加熱放射線は、赤外線であり、
    前記赤外線の波長は、前記バインダーの水素結合波長に基づいて、前記バインダーの水素結合を直接切り離し得るように設定されている
    ことを特徴とする請求項１０に記載の電極製造装置。

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