KR20150115829A - 리튬 이온 전지의 제조 방법 및 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

제1 슬릿 다이 코터를 이용하여 양극판의 표면에 슬러리 형상의 양극 재료를 도포한 후, 양극 재료로 이루어지는 막의 표면에 열풍을 공급해서, 양극 재료로 이루어지는 막의 표면으로부터, 양극판의 표면에 도달하지 않는 제1 깊이까지를 건조시킨다. 그 후, 양극 재료로 이루어지는 막의 표면에, 제2 슬릿 다이 코터를 이용하여 슬러리 형상의 절연 재료를 도포해도, 양극 재료층과 절연 재료층의 계면에 형성되는 혼합층의 두께는 5㎛ 이하로 되어, 세퍼레이터로서 기능하는 절연 재료층의 두께를 확보할 수 있다. 이에 따라, 리튬 이온 전지의 제조 수율의 저하를 방지할 수 있다.

Description

리튬 이온 전지의 제조 방법 및 제조 장치{METHOD FOR MANUFACTURING AND DEVICE FOR MANUFACTURING LITHIUM ION BATTERY}
본 발명은, 리튬 이온 전지의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이며, 특히 양극, 음극, 및 양극과 음극을 전기적으로 분리하는 세퍼레이터를 구비하는 리튬 이온 전지의 제조 방법 및 제조 장치에 적용하기 유효한 기술에 관한 것이다.
휴대 전자 기기의 발달에 수반하여 휴대 전자 기기의 전력 공급원으로서 반복 충전이 가능한 소형 이차전지가 사용되고 있다. 그 중에서도, 에너지 밀도가 높고 사이클 라이프가 긺과 함께, 자기(自己) 방전성이 낮으며 또한 작동 전압이 높은 리튬 이온 전지가 주목받고 있다.
리튬 이온 전지는 상기 이점을 갖기 때문에, 디지털 카메라, 노트형 퍼스널 컴퓨터, 및 휴대 전화기 등의 휴대 전자 기기에 다용되고 있다. 또한, 최근에는 전기 자동차용 전지나 전력 저장용 전지로서, 고용량, 고출력, 및 고에너지 밀도를 실현할 수 있는 대형의 리튬 이온 전지의 연구 개발이 진행되고 있다.
특히, 자동차 산업에 있어서는, 환경 문제에 대응하기 위해, 동력원으로서 모터를 사용하는 전기 자동차, 및 동력원으로서 엔진(내연 기관)과 모터의 양쪽을 사용하는 하이브리드차의 개발이 진행되고 있다. 이러한 전기 자동차 및 하이브리드차의 전원으로서도 리튬 이온 전지가 주목받고 있다. 단, 리튬 이온 전지는 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 높기 때문에, 내부 단락 및 외부 단락 등에 의한 이상 발열에 대한 충분한 대책이 필요한 것으로 여겨지고 있다.
본 기술분야의 배경기술로서, 일본국 특개2003-045491호 공보(특허문헌 1)가 있다. 이 공보에는 「양극 시트 형상물의 양면에 양극 전극 물질 함유 용액과, 전해, 절연 물질 함유 용액을, 용액 토출용 슬릿을 갖는 다이 코터를 사용하여 도포하고, 가열 공정을 거쳐 양극 전극 시트 형상물을 형성한다. 마찬가지로, 음극 시트 형상물의 양면에 음극 전극 물질 함유 용액과, 전해, 절연 물질 함유 용액을, 다이 코터를 사용하여 도포하고, 가열 공정을 거쳐 음극 전극 시트 형상물을 형성한다. 그리고, 양 전극 시트 형상물을 적층하여 전극 권회체(捲回體)를 형성하는 이차전지 제조 방법 및 이차전지 제조 장치」가 기재되어 있다.
일본국 특개2003-045491호 공보
상기 특허문헌 1에는, 전극판의 양면에 양극 또는 음극의 전극 재료를 도포하고, 그 전극 재료 위에 연속하여 세퍼레이터로 되는 절연 재료를 도포함으로써, 리튬 이온 전지의 생산 효율의 향상 및 제조 장치의 콤팩트화를 가능하게 할 수 있는 것이 기재되어 있다.
그러나, 전극판의 양면에 양극 또는 음극의 전극 재료를 도포하고, 그 전극 재료 위에 연속하여 세퍼레이터로 되는 절연 재료를 도포해서, 전극 재료와 절연 재료를 적층한 도막(塗膜)을 형성했을 경우, 전극 재료층과 절연 재료층의 계면에 전극 재료와 절연 재료의 혼합층이 형성된다. 그 혼합층이 두꺼워지면 세퍼레이터로서 기능하는 절연 재료층이 얇아져 양극과 음극의 단락이 발생하기 쉬워진다. 이것이 원인으로 되어 리튬 이온 전지의 제품 수율이 저하된다는 문제가 있었다.
그래서, 본 발명은, 전극 재료층과 절연 재료층의 계면에 형성되는 혼합층을 얇게 해서, 세퍼레이터로서 기능하는 절연 재료층의 두께를 확보함으로써, 리튬 이온 전지의 제품 수율의 저하를 방지할 수 있는 기술을 제공한다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 신규인 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 명백해질 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 리튬 이온 전지의 제조 방법은, 제1 도포 기구에 의하여, 전극판의 표면에 슬러리 형상의 전극 재료를 도포하는 공정과, 전극 재료로 이루어지는 막의 표면을 가열해서, 전극 재료로 이루어지는 막의 표면으로부터, 전극판의 표면에 도달하지 않는 제1 깊이까지를 건조시키는 공정과, 제2 도포 기구에 의하여, 전극 재료로 이루어지는 막의 표면에 슬러리 형상의 절연 재료를 도포하는 공정과, 전극 재료와 절연 재료를 적층한 도막 전체를 건조시키는 공정을 갖는다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 리튬 이온 전지의 제조 장치는, 전극판을 제1 방향으로 반송하는 반송 기구를 따라, 전극판의 표면에 슬러리 형상의 전극 재료를 도포하는 제1 도포 기구와, 전극 재료로 이루어지는 막의 표면을 가열해서, 전극 재료로 이루어지는 막의 표면으로부터, 전극판의 표면에 도달하지 않는 제1 깊이까지를 건조시키는 제1 건조 기구와, 전극 재료로 이루어지는 막의 표면에 슬러리 형상의 절연 재료를 도포하는 제2 도포 기구와, 전극 재료와 절연 재료를 적층한 도막 전체를 건조시키는 제2 건조 기구를 차례로 갖고, 제1 건조 기구는, 제1 도포 기구측에 설치된 가열부와, 제2 도포 기구측에 설치된 냉각부를 갖는다.
본 발명에 따르면, 전극 재료층과 절연 재료층의 계면에 형성되는 혼합층을 얇게 해서, 세퍼레이터로서 기능하는 절연 재료층의 두께를 확보함으로써, 리튬 이온 전지의 제조 수율의 저하를 방지할 수 있다.
상기한 것 이외의 과제, 구성, 및 효과는 이하의 실시형태의 설명에 의해 명백해진다.
도 1은 리튬 이온 전지의 동작 원리를 설명하는 개략도.
도 2 비교예로서 나타내는 리튬 이온 전지의 구체적인 제조 공정의 공정도.
도 3은 실시형태에 따른 리튬 이온 전지의 구체적인 제조 공정의 공정도.
도 4는 비교예로서 나타내는 리튬 이온 전지의 전극 제조 장치의 개략도.
도 5는 슬릿 다이 코터에 의한 슬러리 형상의 양극 재료의 도포 상태를 모식적으로 설명하는 단면도.
도 6은 양극판의 표면에 도공(塗工)된 도막에 있어서의 양극 재료층과 절연 재료층의 계면의 상태를 설명하는 단면도.
도 7은 실시형태에 따른 리튬 이온 전지의 전극 제조 장치의 개략도.
도 8은 실시형태에 따른 양극 전극 시트 및 비교예의 양극 전극 시트에 있어서의 양극 재료층과 절연 재료층의 계면에 형성된 혼합층의 두께를 정리한 그래프.
도 9는 실시형태의 제1 변형예에 따른 리튬 이온 전지의 전극 제조 장치의 개략도.
도 10은 커튼 코터에 의한 슬러리 형상의 절연 재료의 도포 상태를 모식적으로 설명하는 단면도.
도 11은 실시형태의 제2 변형예에 따른 리튬 이온 전지의 전극 제조 장치의 개략도.
도 12는 실시형태의 제3 변형예에 따른 리튬 이온 전지의 전극 제조 장치를 구성하는 가열부를 확대하여 나타내는 단면도.
도 13은 실시형태의 제3 변형예에 따른 리튬 이온 전지의 전극 제조 장치의 개략도.
도 14는 실시형태의 제4 변형예에 따른 리튬 이온 전지의 전극 제조 장치를 구성하는 가열부를 확대하여 나타내는 단면도.
도 15는 실시형태의 제4 변형예에 따른 리튬 이온 전지의 전극 제조 장치의 개략도.
도 16은 실시형태의 제4 변형예에 따른 다른 리튬 이온 전지의 전극 제조 장치의 개략도.
이하의 실시형태에 있어서는, 요소의 수 등(개수, 수치, 양, 범위 등을 포함함)으로 언급할 경우, 특별히 명시한 경우 및 원리적으로 명백하게 특정의 수로 한정되는 경우 등을 제외하고, 그 특정의 수로 한정되는 것은 아니며, 특정의 수 이상이어도 되고 이하여도 된다.
또한, 이하의 실시형태에 있어서, 그 구성 요소(요소 스텝 등도 포함함)는, 특별히 명시한 경우 및 원리적으로 명백하게 필수인 것으로 생각되는 경우 등을 제외하고, 반드시 필수의 것이 아닌 것은 물론이다.
또한, 「A로 이루어짐」, 「A로부터 이루어짐」, 「A를 가짐」, 「A를 포함함」이라고 할 때에는, 특별히 그 요소만이라는 취지를 명시한 경우 등을 제외하고, 그 이외의 요소를 배제하는 것이 아닌 것은 물론이다. 마찬가지로, 이하의 실시형태에 있어서, 구성 요소 등의 형상, 위치 관계 등으로 언급할 때에는, 특별히 명시한 경우 및 원리적으로 명백하게 그러하지 않을 것으로 생각되는 경우 등을 제외하고, 실질적으로 그 형상 등에 근사 또는 유사한 것 등을 포함하는 것으로 한다. 이것은, 상기 수치 및 범위에 대해서도 마찬가지이다.
또한, 이하의 실시형태에서 이용하는 도면에 있어서는, 평면도여도 도면을 보기 쉽게 하기 위하여 해칭을 부여한다. 또한, 이하의 실시형태를 설명하기 위한 모든 도면에 있어서, 동일 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 부여하고 그 반복 설명은 생략한다. 이하, 실시형태를 도면에 의거해서 상세히 설명한다.
이하의 설명에서는, 양극판 및 음극판을 총괄하여 「전극판」이라 부르며, 양극 재료 및 음극 재료를 총괄하여 「전극 재료」라 부르고, 양극 전극 시트 및 음극 전극 시트를 총괄하여 「전극 시트」라 부른다. 또한, 이하의 설명에서는, 건조로를 이용한 건조 공정 전의 양극 재료, 음극 재료, 및 절연 재료는, 바인더 용액 및 유기 용제 등의 액체를 포함하며 유동성을 갖는 물질이다. 또한, 이하의 설명에서는, 양극 재료로 이루어지는 막을 양극 재료막, 음극 재료로 이루어지는 막을 음극 재료막, 전극 재료로 이루어지는 막을 전극 재료막으로 기재하는 경우도 있다. 또한, 이하의 설명에서 「전극판(양극판, 음극판을 포함함)의 표면」이라 하는 경우는, 전극판의 표면측의 면 및 이면측의 면을 포함한 전면이 아닌, 표면측의 면만을 가리키는 것으로 한다.
(실시형태)
리튬 이온 전지의 동작 원리를 도 1을 이용하여 설명한다. 도 1은 리튬 이온 전지의 동작 원리를 설명하는 개략도이다.
리튬 이온 전지는 비수전해질 이차전지의 일종이며 전해질 중의 리튬 이온이 전기 전도를 담당하는 이차전지이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 양극 재료(양극 활물질)(CAM)로는, 예를 들면 리튬 금속 산화물을 이용하고, 음극 재료(음극 활물질)(AAM)로는, 예를 들면 그라파이트 등의 탄소재를 이용한다. 전해질(ES)로는, 예를 들면 탄산에틸렌 등의 유기 용제 또는 헥사플루오로인산리튬(LiPF6) 등의 리튬염을 이용한다.
리튬 이온 전지 내에서는, 충전 시에 리튬 이온(Li+)은 양극으로부터 나와 음극으로 들어가고, 방전 시에 반대로 리튬 이온(Li+)은 음극으로부터 나와 양극으로 들어간다. 리튬 이온 전지는, 예를 들면 양극 재료(CAM)를 도공한 양극판(알루미늄(Al)박)(PEP)과, 음극 재료(AAM)를 도공한 음극판(구리(Cu)박)(NEP)과, 양극과 음극의 접촉을 방지하는 폴리머 필름 등의 세퍼레이터(SP)를 권회한 전극 권회체를 구비하고 있다. 그리고, 리튬 이온 전지에서는, 이 전극 권회체가 외장캔에 삽입됨과 함께, 외장캔 내에 전해액(상기 전해질(ES))이 주입되어 있다.
즉, 리튬 이온 전지에서는, 양극판(PEP)에 양극 재료(CAM)를 도공한 양극과, 음극판(NEP)에 음극 재료(AAM)를 도공한 음극이 띠(帶) 형상으로 형성되고, 띠 형상으로 형성된 양극과 음극이 직접 접촉하지 않도록, 세퍼레이터(SP)를 사이에 두고 단면 소용돌이 형상으로 권회되어 전극 권회체가 형성되어 있다.
우선, 비교예로서 리튬 이온 전지의 제조 방법에 대하여 도 2를 이용해서 설명한다. 도 2는 비교예로서 나타내는 리튬 이온 전지의 구체적인 제조 공정의 공정도이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 리튬 이온 전지의 제조 공정은, 양극 전극 시트 제조 공정과, 음극 전극 시트 제조 공정과, 전지 셀 조립 공정과, 전지 모듈 조립 공정을 포함하고 있다.
양극 전극 시트 제조 공정에서는, 우선 양극 재료의 원료로 되는 각종 재료를 혼련(混練) 및 조합하여 슬러리 형상의 양극 재료를 제작한다(혼련·조합). 그리고, 필름 형상의 전극판(금속박, 기재, 기판, 전극 시트 형상물 등이라고도 함)의 표면에 슬러리 형상의 양극 재료를 도포하고 건조시킨 후(도공), 양극 재료막이 형성된 전극판에 압축 및 절단 등의 가공을 행하여(가공), 필름 형상의 양극 전극 시트를 제조한다.
한편, 음극 전극 시트 제조 공정에서는, 사용되는 원료로 되는 각종 재료는 양극 전극 시트 제조 공정과는 서로 다르지만, 음극 전극 시트가 제조되기까지의 수순은 양극 전극 시트 제조 공정과 같다. 우선, 음극 재료의 원료로 되는 각종 재료를 혼련 및 조합하여 슬러리 형상의 음극 재료를 제작한다(혼련·조합). 그리고, 필름 형상의 전극판의 표면에 슬러리 형상의 음극 재료를 도포하고 건조시킨 후(도공), 음극 재료막이 형성된 전극판에 압축 및 절단 등의 가공을 행하여(가공), 필름 형상의 음극 전극 시트를 제조한다.
다음으로, 전지 셀 조립 공정에서는, 필름 형상의 양극 전극 시트로부터 전지 셀에 필요한 크기의 양극을 잘라내고, 필름 형상의 음극 전극 시트로부터 전지 셀에 필요한 크기의 음극을 잘라낸다. 또한, 양극과 음극을 분리하기 위한 필름 형상의 세퍼레이터로부터 전지 셀에 필요한 크기의 세퍼레이터를 잘라내고, 양극과 음극 사이에 잘라낸 세퍼레이터를 끼우고 겹쳐서 한데 감는다(권회). 그리고, 한데 감은 양극, 음극, 및 세퍼레이터의 전극쌍 군(群)을 조립하여 용접한다(용접·조립). 계속해서, 용접한 전극쌍 군을 전해액이 주입된 전지캔 내에 배치한 후(주액(注液)), 전지캔을 완전히 밀폐해서(봉구(封口)), 전지 셀을 제작한다.
다음으로, 제작된 전지 셀을 반복하여 충방전해서(충방전), 이 전지 셀의 성능 및 신뢰성에 관한 검사(예를 들면 전지 셀의 용량 및 전압, 충전 시 또는 방전 시의 전류 및 전압 등의 검사)를 행한다(단전지(單電池) 검사). 이에 따라, 전지 셀이 완성되어 전지 셀 조립 공정이 종료된다.
다음으로, 전지 모듈 조립 공정에서는, 복수개의 전지 셀을 직렬로 조합하여 전지 모듈을 구성하며, 또한 충전/방전 제어용 컨트롤러를 접속하여 전지 시스템을 구성한다(모듈 조립). 계속해서, 조립된 전지 모듈의 성능 및 신뢰성에 관한 검사(예를 들면 전지 모듈의 용량 및 전압, 충전 시 또는 방전 시의 전류 및 전압 등의 검사)를 행한다(모듈 검사). 이에 따라, 전지 모듈이 완성되어 전지 모듈 조립 공정이 종료된다.
본 발명자들은, 리튬 이온 전지의 제조 비용을 저감하는 검토를 행하고 있으며, 그 한 수단으로서 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 끼우고 겹쳐서 한데 감는 공정을 생략하는 검토를 행하고 있다. 즉, 전술한 비교예의 리튬 이온 전지의 제조 방법에서는, 양극 및 음극의 제조 공정과는 다른 공정에 있어서 세퍼레이터를 제조하고, 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 끼우고 겹쳐서 한데 감고 있지만, 이 세퍼레이터의 권회를 생략함으로써 리튬 이온 전지의 제조 비용의 저감을 도모했다.
도 3에 실시형태에 따른 리튬 이온 전지의 구체적인 제조 공정의 공정도를 나타낸다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 리튬 이온 전지의 제조 공정은, 전술한 도 2에 나타낸 리튬 이온 전지의 제조 공정과 마찬가지로, 양극 전극 시트 제조 공정과, 음극 전극 시트 제조 공정과, 전지 셀 조립 공정과, 전지 모듈 조립 공정을 포함하고 있다.
양극 전극 시트 제조 공정에서는, 우선 양극 재료의 원료로 되는 각종 재료를 혼련 및 조합하여 슬러리 형상의 양극 재료를 제작한다(혼련·조합). 계속해서 필름 형상의 전극판의 표면에 슬러리 형상의 양극 재료를 도포하고(전극 재료 도포), 슬러리 형상의 양극 재료로 이루어지는 막의 표면에 세퍼레이터로 되는 슬러리 형상의 절연 재료(전해, 절연 물질 등이라고도 함)를 더 도포한다(세퍼레이터 도포). 계속해서 슬러리 형상의 양극 재료와 슬러리 형상의 절연 재료를 적층한 도막 전체를 건조시킨 후(건조), 양극 재료와 절연 재료를 적층한 도막이 형성된 전극판에 압축 및 절단 등의 가공을 행하여(가공), 세퍼레이터를 갖는 필름 형상의 양극 전극 시트를 제조한다.
한편, 음극 전극 시트 제조 공정에서는, 사용되는 원료로 되는 각종 재료는 양극 전극 시트 제조 공정과는 다르지만, 음극 전극 시트가 제조되기까지의 수순은 양극 전극 시트 제조 공정과 같다. 우선, 음극 재료의 원료로 되는 각종 재료를 혼련 및 조합하여 슬러리 형상의 음극 재료를 제작한다(혼련·조합). 계속해서 필름 형상의 전극판의 표면에 슬러리 형상의 음극 재료를 도포하고(전극 재료 도포), 슬러리 형상의 음극 재료로 이루어지는 막의 표면에 세퍼레이터로 되는 슬러리 형상의 절연 재료를 더 도포한다(세퍼레이터 도포). 계속해서 슬러리 형상의 음극 재료 및 슬러리 형상의 절연 재료를 적층한 도막 전체를 건조시킨 후(건조), 음극 재료와 절연 재료를 적층한 도막이 형성된 전극판에 압축 및 절단 등의 가공을 행하여(가공), 세퍼레이터를 갖는 필름 형상의 음극 전극 시트를 제조한다.
다음으로, 전지 셀 조립 공정에서는, 필름 형상의 양극 전극 시트로부터 전지 셀에 필요한 크기의 양극을 잘라내고, 필름 형상의 음극 전극 시트로부터 전지 셀에 필요한 크기의 음극을 잘라내서, 양극과 음극을 끼우고 겹쳐서 한데 감는다(권회). 양극 전극 시트 및 음극 전극 시트에는 이미 세퍼레이터가 형성되어 있으므로, 이 권회 공정에서는 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 끼우고 겹쳐서 한데 감을 필요가 없어, 전술한 도 2를 이용하여 설명한 비교예의 리튬 이온 전지의 제조 방법보다 제조 비용을 저감할 수 있다.
그 후에는 전술한 도 2를 이용하여 설명한 비교예의 리튬 이온 전지의 제조 방법과 마찬가지로 해서 전지 셀을 완성시키며, 또한 전지 모듈을 완성시킨다.
그러나, 전극판의 표면에 슬러리 형상의 전극 재료를 도포하며, 연속하여 슬러리 형상의 전극 재료로 이루어지는 막의 표면에 슬러리 형상의 절연 재료를 도포하고, 그 후 전극 재료와 절연 재료를 적층한 도막을 건조시키는 일련의 전극 시트의 제조 방법에 있어서는 각종 기술적 과제가 존재하는 것이 명백해졌다.
이하에, 전극판의 표면에 슬러리 형상의 전극 재료 및 슬러리 형상의 절연 재료를 연속하여 도포하는 전술한 전극 시트의 제조 방법에 있어서의 과제에 대하여 도 4∼도 6을 이용해서 상세히 설명한다.
우선, 비교예로서 전극판의 표면에 슬러리 형상의 전극 재료 및 슬러리 형상의 절연 재료를 연속하여 도포하는 공정에 대하여 설명한다. 도 4는 리튬 이온 전지의 전극 제조 장치의 개략도를 나타낸다. 도 4에서는 양극 전극 시트의 편면의 제조 공정을 예시하고 있다.
양극판(PEP)은 양극판 송출롤(SL1)로부터 송출되어, 제1 롤러(RL1), 제2 롤러(RL2), 및 제3 롤러(RL3)에 의하여 권취롤(SL2)에 반송된다. 제1 롤러(RL1)에 대향하여 제1 슬릿 다이 코터(제1 도포 기구)(DC1)가 설치되고, 제2 롤러(RL2)에 대향하여 제2 슬릿 다이 코터(제2 도포 기구)(DC2)가 설치되어 있다.
우선, 양극판 송출롤(SL1)로부터 송출된 양극판(PEP)의 표면에, 제1 롤러(RL1)와 대향한 위치의 제1 슬릿 다이 코터(DC1)로부터 공급되는 슬러리 형상의 양극 재료(PAS)가 도포된다. 계속해서 제2 롤러(RL2)와 대향한 위치의 제2 슬릿 다이 코터(DC2)로부터 공급되는 슬러리 형상의 절연 재료(IF)가 도포된다. 계속해서 건조로(제2 건조 기구)(DRY)를 통과함으로써, 양극판(PEP)의 표면에 형성된 양극 재료(PAS)와 절연 재료(IF)를 적층한 도막 전체가 건조되고, 그 표면에 도막이 형성된 양극판(PEP)은 권취롤(SL2)에 권취된다.
도 5에 전술한 제1 슬릿 다이 코터(DC1)에 의한 슬러리 형상의 양극 재료(PAS)의 도포 상태를 모식적으로 설명하는 단면도를 나타낸다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 슬러리 형상의 양극 재료(PAS)를 저류(貯留)한 탱크로부터 정량 펌프에 의하여, 구금(口金)(D1)의 매니폴드(D2)에 슬러리 형상의 양극 재료(PAS)가 공급된다. 매니폴드(D2)에 있어서 슬러리 형상의 양극 재료(PAS)의 압력 분포가 균일해진 후, 구금(D1)에 설치된 슬릿부(D3)에 슬러리 형상의 양극 재료(PAS)가 공급되어 토출된다. 토출된 슬러리 형상의 양극 재료(PAS)는, 구금(D1)과 제1 간격(h1)을 유지하여 구금(D1)과 상대적으로 주행하는 양극판(PEP)과의 사이에, 비드라 불리는 양극 재료 체류부(D4)를 형성하고, 이 상태에서 양극판(PEP)의 주행에 수반해서 슬러리 형상의 양극 재료(PAS)가 인출되어 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막이 형성된다.
여기에서, 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 형성에 의해 소비되는 양과 같은 양의 슬러리 형상의 양극 재료(PAS)가 슬릿부(D3)로부터 공급됨으로써, 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막이 연속적으로 형성된다. 증발 속도가 빠른 유기 용제계의 얇은 막의 도포를 안정적으로 행하기 위해서는, 양극 재료 체류부(D4)의 하류측 메니스커스(액면의 굴곡)(D5)의 형성의 안정화가 중요해진다. 그를 위하여, 매니폴드(D2)에 슬러리 형상의 양극 재료(PAS)를 공급하는 압력은, 슬릿부(D3) 압손(壓損)+구금(D1)의 하류측 립부(D6) 압손+하류측 메니스커스(D5) 압력으로 된다.
전술한 도 4에 나타낸 공정에서는, 계속해서 제2 슬릿 다이 코터(DC2)의 슬릿부로부터 토출된 슬러리 형상의 절연 재료(IF)가 양극판(PEP)의 표면에 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막을 사이에 두고 도포된다. 이때의 제2 슬릿 다이 코터(DC2)에 있어서의 조건은 전술한 제1 슬릿 다이 코터(DC1)에 있어서의 조건과 마찬가지이다.
슬러리 형상의 양극 재료(PAS)와 슬러리 형상의 절연 재료(IF)를 겹쳐서 도포하는 것은, 그 후 건조로(DRY)에 의한 건조 공정에 있어서, 양극 재료층과 절연 재료층을 동시에 건조시켜 고착시킬 수 있으므로 제조 효율이 좋다.
그러나, 도 6에 나타내는 바와 같이, 양극판(PEP)의 표면에 도포된 양극 재료층(EL)과 절연 재료층(SEL)의 계면에, 절연 기능이 상실된 혼합층(MIX)이 형성된다. 이 혼합층(MIX)의 형성에 의해, 절연 기능을 지니는 절연 재료층(SEL)의 두께가 본래 의도한 두께보다 얇아져, 양극과 음극의 단락이 생기기 쉬워진다. 예를 들면 양극 재료층(EL)의 두께가 30∼100㎛, 절연 재료층(SEL)의 두께가 10㎛인 경우, 10㎛ 이상의 두께의 혼합층(MIX)이 형성되면, 양극 재료층(EL) 내의 활물질이 도막의 표면, 즉 절연 재료층(SEL)의 표면으로 나와 버린다. 따라서, 이 경우는 혼합층(MIX)의 두께를 5㎛ 이하로 할 필요가 있다.
세퍼레이터로 되는 슬러리 형상의 절연 재료(IF)를 두껍게 도포함으로써 양극과 음극의 단락을 방지하는 것은 가능하지만, 리튬 이온 전지의 소형화 및 경량화를 도모하기 위해서는 절연 재료층(SEL)의 두께를 두껍게 할 수 없다.
그래서, 실시형태에서는, 리튬 이온 전지의 소형화 및 경량화를 도모하기 위해, 세퍼레이터로서 기능하는 절연 재료층(SEL)을 얇게 설계한 경우여도, 양극 재료층(EL)과 절연 재료층(SEL)의 계면에 형성되는 혼합층(MIX)의 두께를 얇게 해서, 양극과 음극의 단락을 방지할 수 있는 양극 전극 시트의 제조 방법을 제안한다.
실시형태에 따른 리튬 이온 이차전지의 제조 방법을 도 7을 이용하여 설명한다. 도 7은 실시형태에 따른 리튬 이온 전지의 전극 제조 장치의 개략도이다.
양극판(PEP)은 양극판 송출롤(SL1)로부터 송출되어, 제1 롤러(RL1), 제2 롤러(RL2), 및 제3 롤러(RL3)에 의하여 권취롤(SL2)에 반송된다. 제1 롤러(RL1)에 대향하여 제1 슬릿 다이 코터(DC1)가 설치되고, 제2 롤러(RL2)에 대향하여 제2 슬릿 다이 코터(DC2)가 설치되어 있다.
또한, 제1 슬릿 다이 코터(DC1)와 제2 슬릿 다이 코터(DC2) 사이에, 가열부(HP)와 냉각부(CP)로 이루어지는 건조 기구(제1 건조 기구)를 갖는다. 가열부(HP)는 열풍 공급구(HAO)와 열풍 흡인구(HAI)를 구비하는 열풍 노즐(HN)에 의해 구성되며 제1 슬릿 다이 코터(DC1)측에 설치되어 있다. 또한, 냉각부(CP)는 냉풍 공급구(CAO)와 냉풍 흡인구(CAI)를 구비하는 냉풍 노즐(CN)에 의해 구성되며 제2 슬릿 다이 코터(DC2)측에 설치되어 있다.
우선, 양극판 송출롤(SL1)로부터 송출된 양극판(PEP)의 표면에, 제1 롤러(RL1)와 대향한 위치의 제1 슬릿 다이 코터(DC1)로부터 공급되는 슬러리 형상의 양극 재료(PAS)가 도포된다. 양극 재료(PAS)로는, 예를 들면 코발트산리튬으로 이루어지는 양극 활물질과 도전 조제(助劑)로서의 카본을 혼합하고, 폴리불화비닐리덴으로 이루어지는 결착제(바인더라고도 함)를 N메틸피롤리돈(NMP)에 용해시킨 용액에 혼련한 슬러리가 이용된다.
다음으로, 가열부(HP)를 구성하는 열풍 노즐(HN)의 열풍 공급구(HAO)로부터 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 표면에 열풍이 공급되고, 공급된 열풍은 열풍 노즐(HN)의 열풍 흡인구(HAI)에 흡인된다. 열풍의 온도는, 예를 들면 80∼120℃이다. 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 표면에 열풍을 공급함으로써, 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 표면으로부터 양극판(PEP)의 표면에 도달하지 않는 제1 깊이, 예를 들면 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 표면으로부터 1∼10㎛의 깊이까지를 건조시킨다.
열풍 공급구(HAO) 및 열풍 흡인구(HAI)는, 각각 양극판(PEP)이 반송되는 제1 방향과 양극판(PEP)의 표면에서 직교하는 제2 방향으로 연장해 있으며, 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 표면에, 양극판(PEP)의 제2 방향의 한쪽의 단부로부터 다른 쪽의 단부까지, 제1 방향으로 제1 폭을 가지고 열풍이 공급되도록 배치되어 있다.
도 7에 나타내는 가열부(HP)에서는, 열풍 노즐(HN)의 열풍 흡인구(HAI)를 제1 슬릿 다이 코터(DC1)측에, 열풍 노즐(HN)의 열풍 공급구(HAO)를 냉각부(CP)측에 설치하고 있지만 이 반대여도 된다. 즉, 열풍 노즐(HN)의 열풍 공급구(HAO)를 제1 슬릿 다이 코터(DC1)측에, 열풍 노즐(HN)의 열풍 흡인구(HAI)를 냉각부(CP)측에 설치해도 된다. 단, 제1 슬릿 다이 코터(DC1)로부터 공급되는 양극 재료(PAS)의 성분이 열풍의 열에 의해 변화할 우려가 있기 때문에, 열풍 노즐(HN)의 열풍 흡인구(HAI)를 제1 슬릿 다이 코터(DC1)측에 설치하는 편이 바람직하다.
다음으로, 냉각부(CP)를 구성하는 냉풍 노즐(CN)의 냉풍 공급구(CAO)로부터 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 표면에 냉풍이 공급되어 양극 재료(PAS)의 표면이 냉각되고, 공급된 냉풍은 냉풍 노즐(CN)의 냉풍 흡인구(CAI)에 흡인된다. 냉풍의 온도는 예를 들면 실온(20∼30℃)이다.
양극 재료(PAS)를 가열한 채인 상태로 제2 슬릿 다이 코터(DC2)에 반송하면, 제2 슬릿 다이 코터(DC2)로부터 공급되는 절연 재료(IF)의 성분이 양극 재료(PAS)의 열에 의해 변화할 우려가 있다. 이 때문에, 제2 슬릿 다이 코터(DC2)에 양극판(PEP)을 반송하기 전에 양극 재료(PAS)의 온도를 낮출 필요가 있다.
냉풍 공급구(CAO) 및 냉풍 흡인구(CAI)는, 각각 양극판(PEP)이 반송되는 제1 방향과 양극판(PEP)의 표면에서 직교하는 제2 방향으로 연장해 있으며, 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 표면에, 양극판(PEP)의 제2 방향의 한쪽의 단부로부터 다른 쪽의 단부까지, 제1 방향으로 제2 폭을 가지고 냉풍이 공급되도록 배치되어 있다.
도 7에 나타내는 냉각부(CP)에서는, 냉풍 노즐(CN)의 냉풍 흡인구(CAI)를 가열부(HP)측에, 냉풍 노즐(CN)의 냉풍 공급구(CAO)를 제2 슬릿 다이 코터(DC2)측에 설치하고 있지만, 이 반대여도 된다. 즉, 냉풍 노즐(CN)의 냉풍 공급구(CAO)를 가열부(HP)측에, 냉풍 노즐(CN)의 냉풍 흡인구(CAI)를 제2 슬릿 다이 코터(DC2)측에 설치해도 된다. 단, 제2 슬릿 다이 코터(DC2)로부터 공급되는 절연 재료(IF)의 성분이 냉풍에 의해 변화할 우려가 있기 때문에, 냉풍 노즐(CN)의 냉풍 공급구(CAO)를 제2 슬릿 다이 코터(DC2)측에 설치하는 편이 바람직하다.
다음으로, 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 표면에, 제2 롤러(RL2)와 대향한 위치의 제2 슬릿 다이 코터(DC2)로부터 공급되는 슬러리 형상의 절연 재료(IF)가 도공된다. 절연 재료(IF)로는, 예를 들면 실리카(SiO2)의 분체를, 폴리불화비닐리덴으로 이루어지는 결착제를 N메틸피롤리돈에 용해시킨 용액에 혼련한 슬러리가 이용된다.
다음으로, 건조로(DRY)를 통과함으로써, 양극판(PEP)의 표면에 형성된 양극 재료(PAS)와 절연 재료(IF)를 적층한 도막 전체가 건조되고, 그 표면에 도막이 형성된 양극판(PEP)은 권취롤(SL2)에 권취된다.
실시형태에서는, 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 표면에 슬러리 형상의 절연 재료(IF)가 도포되지만, 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 표면은 건조되어 있으므로, 양극 재료층(EL)과 절연 재료층(SEL)의 계면에 형성되는 혼합층(MIX)의 두께를 5㎛ 이하로 할 수 있다(전술한 도 6 참조).
도 8에, 전술한 도 7을 이용하여 설명한 실시형태에 따른 제조 공정에서 형성된 양극 전극 시트, 및 전술한 도 4를 이용하여 설명한 비교예의 제조 공정에서 형성된 양극 전극 시트에 있어서의 양극 재료층과 절연 재료층의 계면에 형성된 혼합층의 두께를 정리한 그래프를 나타낸다. 도 8의 세로 축은 혼합층의 두께, 가로 축은 양극판의 반송 속도이다. 이 혼합층의 두께는 양극 전극 시트의 단면을 잘라내어 SEM(Scanning Electron Microscope)에 의해 관찰한 상으로부터 산출했다.
양극 재료막의 표면을 건조시키지 않고 양극 재료막의 표면에 슬러리 형상의 절연 재료를 도포하는 비교예의 다이 코팅 방식에서는, 양극판의 반송 속도에 따라 혼합층의 막 두께가 변화되어 있다. 또한 양극판의 반송 속도가 100m/min여도 혼합층의 두께는 10㎛ 이하로 되지 않는다. 통상, 양극판의 반송 속도로서는 1∼50m/min가 채용되지만, 이 반송 속도여도 혼합층의 두께는 10㎛ 이상으로 되어, 절연 재료층이 박막화됨에 따라서 양극과 음극의 단락이 발생할 가능성이 높아진다.
이에 반하여, 양극 재료막의 표면을 건조시킨 후, 양극 재료막의 표면에 슬러리 형상의 절연 재료를 도포하는 실시형태에 따른 다이 코팅 방식에서는, 양극판의 반송 속도에 관계없이 혼합층의 두께는 5㎛ 이하로 되어 있으며, 절연 재료층의 두께를 확보할 수 있어 양극과 음극의 단락이 발생할 가능성은 낮아진다.
또, 전술한 실시형태에서는, 양극판(PEP)의 편면에 양극 재료(PAS) 및 절연 재료(IF)를 도공함으로써 양극 전극 시트를 제조하는 예를 기재했다. 양극판(PEP)의 양면에 양극 재료(PAS) 및 절연 재료(IF)를 도공할 경우에는, 예를 들면 권취롤(SL2)에 권취된 양극 전극 시트를 반전시켜서, 다시 동일한 공정을 거쳐 이면을 도공하는 것을 생각할 수 있다.
또한, 전술한 실시형태에서는 양극 전극 시트의 제조 공정을 예시했지만, 마찬가지의 제조 공정을 이용함으로써 음극 전극 시트의 제조 공정도 실현할 수 있다. 이 경우는, 음극 재료로는, 예를 들면 탄소재로 이루어지는 음극 활물질과, 폴리불화비닐리덴으로 이루어지는 결착제를 N메틸피롤리돈에 용해시킨 용액에 혼련한 슬러리가 이용된다.
절연 재료(IF)로는, 예를 들면 실리카의 분체를, 폴리불화비닐리덴으로 이루어지는 결착제를 N메틸피롤리돈에 용해시킨 용액에 혼련한 슬러리가 이용된다. 또한, 절연 재료(IF)로 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌의 미립자를 혼합한 슬러리를 이용함으로써 셧다운성을 지니게 할 수도 있다.
이렇게, 실시형태에 따르면, 리튬 이온 전지의 제조 비용을 저감하기 위하여, 전극판의 표면에 슬러리 형상의 전극 재료를 도포한 후, 계속해서 전극 재료막의 표면에 슬러리 형상의 절연 재료를 도포해도, 전극 재료층과 절연 재료층의 계면에 형성되는 혼합층의 두께를 5㎛ 이하로 할 수 있다. 이에 따라, 세퍼레이터로서 기능하는 절연 재료층의 두께가 확보되어 양극과 음극의 단락을 방지할 수 있으므로, 리튬 이온 전지의 제조 수율의 저하를 방지할 수 있다.
(실시형태의 제1 변형예)
제1 변형예와 전술한 실시형태의 차이점은 가열부, 냉각부, 및 제2 슬릿 다이 코터의 구조이다. 그 밖의 구성은 전술한 실시형태에 따른 제조 방법 및 제조 장치와 동일 또는 실질적으로 동일하므로 그 설명은 생략한다.
전술한 실시형태에서는, 열풍 노즐(HN)에 의해 구성되는 가열부(HP), 냉풍 노즐(CN)에 의해 구성되는 냉각부(CP), 및 슬러리 형상의 절연 재료의 도포에 이용하는 제2 슬릿 다이 코터(DC2)는, 각각 별개의 부분품으로서 전극 제조 장치에 설치되어 있다(전술한 도 7 참조).
도 9에 제1 변형예에 따른 리튬 이온 전지의 전극 제조 장치의 개략도를 나타낸다.
제1 변형예에서는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 열풍 노즐(HN)에 의해 구성되는 가열부(HP), 냉풍 노즐(CN)에 의해 구성되는 냉각부(CP), 및 슬러리 형상의 절연 재료의 도포에 이용하는 제2 슬릿 다이 코터(DC2)에 의하여 하나의 부분품을 구성하고, 그 하나의 부분품을 전극 제조 장치에 설치할 수도 있다.
즉, 하나의 부분품 중에, 열풍 노즐(HN)에 의해 구성되는 가열부(HP), 냉풍 노즐(CN)에 의해 구성되는 냉각부(CP), 및 슬러리 형상의 절연 재료의 도포에 이용하는 제2 슬릿 다이 코터(DC2)가 설치되어 있다.
(실시형태의 제2 변형예)
제2 변형예와 전술한 실시형태의 차이점은 슬러리 형상의 절연 재료를 도포하는 도포 기구이다. 즉, 전술한 실시형태에서는 슬러리 형상의 절연 재료(IF)의 도포에는 슬릿 다이 코터(제2 슬릿 다이 코터(DC2))를 이용했지만, 제2 변형예에서는 커튼 코터를 이용하고 있다. 그 밖의 구성은 전술한 실시형태에 따른 제조 방법 및 제조 장치와 동일 또는 실질적으로 동일하므로 그 설명은 생략한다.
도 10에 제2 변형예에 따른 커튼 코터에 의한 슬러리 형상의 절연 재료의 도포 상태를 모식적으로 설명하는 단면도를 나타내고, 도 11에 제2 변형예에 따른 커튼 코터를 이용한 리튬 이온 전지의 전극 제조 장치의 개략도를 나타낸다.
도 10 및 도 11에 나타내는 바와 같이, 커튼 코터(FC)에서는, 슬러리 형상의 절연 재료(IF)를 저류한 탱크로부터 정량 펌프에 의하여, 구금(F1)의 매니폴드(F2)에 슬러리 형상의 절연 재료(IF)가 공급된다. 매니폴드(F2)에 있어서, 슬러리 형상의 절연 재료(IF)의 압력 분포가 균일해진 후, 구금(F1)에 설치된 슬릿부(F3)에 슬러리 형상의 절연 재료(IF)가 공급되어 토출된다. 구금(F1)과 양극판(PEP)의 표면에 형성된 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 제2 간격(h2)은, 전술한 도 5에 나타낸 제1 슬릿 다이 코터(DC1)의 구금(D1)과 양극판(PEP)의 제1 간격(h1)보다 크며, 토출된 슬러리 형상의 절연 재료(IF)는, 양극판(PEP)의 주행에 수반해서 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 표면에 인출되어 절연 재료층을 형성한다. 커튼 코터(FC)를 이용함으로써 보다 균일하게 슬러리 형상의 절연 재료(IF)를 도포할 수 있다.
슬러리 형상의 절연 재료(IF)가 공급되는 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 표면은 가열부(HP) 및 냉각부(CP)에 의하여 건조되어 있다.
또, 전술한 제1 변형예와 마찬가지로, 열풍 노즐(HN)에 의해 구성되는 가열부(HP), 냉풍 노즐(CN)에 의해 구성되는 냉각부(CP), 및 슬러리 형상의 절연 재료의 도공에 이용하는 커튼 코터(FC)에 의하여 하나의 부분품을 구성하고, 그 하나의 부분품을 전극 제조 장치에 설치할 수도 있다.
(실시형태의 제3 변형예)
제3 변형예와 전술한 실시형태의 차이점은 가열부를 구성하는 열풍 노즐 및 냉각부를 구성하는 냉풍 노즐의 구조이다. 즉, 전술한 실시형태에서는, 가열부(HP)를 구성하는 열풍 노즐(HN)의 양극 재료막의 표면에 대향하는 면과, 양극 재료막의 표면의 거리는 일정하게 했지만(전술한 도 7 참조), 제3 변형예에서는 상기 거리를 일정하게 하고 있지 않다. 마찬가지로, 전술한 실시형태에서는, 냉각부(CP)를 구성하는 냉풍 노즐(CN)의 양극 재료막의 표면에 대향하는 면과, 양극 재료막의 표면의 거리는 일정하게 했지만(전술한 도 7 참조), 제3 변형예에서는 상기 거리를 일정하게 하고 있지 않다. 그 밖의 구성은 전술한 실시형태에 따른 제조 방법 및 제조 장치와 동일 또는 실질적으로 동일하므로 그 설명은 생략한다.
도 12에 제3 변형예에 따른 가열부를 구성하는 열풍 노즐의 확대 단면도를 나타내고, 도 13에 제3 변형예에 따른 리튬 이온 전지의 전극 제조 장치의 개략도를 나타낸다. 여기에서는, 가열부를 구성하는 열풍 노즐의 구조에 대하여 설명하지만, 냉각부를 구성하는 냉풍 노즐의 구조도 마찬가지이다.
도 12 및 도 13에 나타내는 바와 같이, 가열부(HP)에 구비되는 열풍 노즐(HN)의 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 표면에 대향하는 면은, 열풍 공급구(HAO)와 열풍 흡인구(HAI) 사이에 위치하는 제1 면(FA1)과, 열풍 흡인구(HAI)로부터 제1 슬릿 다이 코터(DC1)측(열풍 공급구(HAO)와 반대측)에 위치하는 제2 면(FA2)과, 열풍 공급구(HAO)로부터 냉각부(CP)측(열풍 흡인구(HAI)와 반대측)에 위치하는 제3 면(FA3)을 갖고 있다. 그리고, 상기 제1 면(FA1)과 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 표면의 제1 거리(d1)가, 상기 제2 면(FA2)과 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 표면 제2 거리(d2) 및 상기 제3 면(FA3)과 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 표면의 제3 거리(d3)보다 커지도록 열풍 노즐(HN)은 구성되어 있다.
열풍 공급구(HAO)와 열풍 흡인구(HAI) 사이에 위치하는 제1 면(FA1)과 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 표면의 제1 거리(d1)를 크게 함으로써, 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 표면을 효율적으로 건조시킬 수 있다. 그러나, 열풍 흡인구(HAI)로부터 제1 슬릿 다이 코터(DC1)측에 있는 제2 면(FA2)과 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 표면의 제2 거리(d2)가 커지면, 열풍이 가열부(HP)로부터 밖으로 나오기 쉬워져, 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 표면을 효율적으로 건조시킬 수 없어진다. 마찬가지로, 열풍 공급구(HAO)로부터 냉각부(CP)측에 있는 제3 면(FA3)과 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 표면의 제3 거리(d3)가 커지면, 열풍이 가열부(HP)로부터 밖으로 나오기 쉬워져, 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 표면을 효율적으로 건조시킬 수 없어진다.
그래서, 상기 제1 면(FA1)과 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 표면의 제1 거리(d1)는 크게 하지만, 상기 제2 면(FA2)과 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 표면의 제2 거리(d2) 및 상기 제3 면(FA3)과 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 표면의 제3 거리(d3)는 작게 한다.
또, 전술한 제1 변형예와 마찬가지로, 열풍 노즐(HN)에 의해 구성되는 가열부(HP), 냉풍 노즐(CN)에 의해 구성되는 냉각부(CP), 및 슬러리 형상의 절연 재료의 도공에 이용하는 제2 슬릿 다이 코터(DC2)에 의하여 하나의 부분품을 구성하고, 그 하나의 부분품을 전극 제조 장치에 설치할 수도 있다.
(실시형태의 제4 변형예)
제4 변형예와 전술한 실시형태의 차이점은 가열부의 구조이다. 즉, 전술한 실시형태에서는 가열부(HP)는 열풍 노즐(HN)에 의하여 구성했지만(전술한 도 7 참조), 제4 변형예에서는 가열부(HP)를 적외선 가열에 의하여 구성한다. 그 밖의 구성은 전술한 실시형태에 따른 제조 방법 및 제조 장치와 동일 또는 실질적으로 동일하므로 그 설명은 생략한다.
도 14에 제4 변형예에 따른 적외선 가열과 열풍 노즐을 병용한 가열부의 확대 단면도를 나타내고, 도 15에 제4 변형예에 따른 리튬 이온 전지의 전극 제조 장치의 개략도를 나타낸다.
도 14 및 도 15에 나타내는 바와 같이, 가열부(HP)는 적외선 가열(IR)과 열풍 노즐(HN)을 병용한 구조여도 된다. 적외선 가열(IR)과 열풍 노즐(HN)을 병용함으로써, 효율적으로 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 표면을 건조시킬 수 있다.
또한, 적외선 가열만으로 가열부(HP)를 구성해도 된다. 도 16에 제4 변형예에 따른 다른 리튬 이온 전지의 전극 제조 장치의 개략도를 나타낸다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 가열부(HP)에는 열풍 노즐(HN) 대신에 적외선 가열(IR)이 설치되어 있으며, 이 적외선 가열(IR)을 이용함으로써도 양극 재료(PAS)로 이루어지는 막의 표면을 건조시킬 수 있다.
이상, 본 발명자에 의하여 이루어진 발명을 실시형태에 의거하여 구체적으로 설명했지만 본 발명은 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능한 것은 물론이다.
예를 들면 실시형태에서는, 리튬 이온 전지를 예로 들어서 본 발명의 기술적 사상에 대하여 설명했지만, 본 발명의 기술적 사상은 리튬 이온 전지로 한정되는 것은 아니며, 양극, 음극, 및 양극과 음극을 전기적으로 분리하는 세퍼레이터를 구비하는 축전 디바이스, 예를 들면 전지 또는 커패시터 등에도 폭 넓게 적용할 수 있다.
AAM : 음극 재료(음극 활물질) CAI : 냉풍 흡인구
CAM : 양극 재료(양극 활물질) CAO : 냉풍 공급구
CN : 냉풍 노즐 CP : 냉각부
D1 : 구금 D2 : 매니폴드
D3 : 슬릿부 D4 : 양극 재료 체류부
D5 : 메니스커스(액면의 굴곡) D6 : 립부
DC1 : 제1 슬릿 다이 코터 DC2 : 제2 슬릿 다이 코터
DRY : 건조로 EL : 양극 재료층
ES : 전해질 F1 : 구금
F2 : 매니폴드 F3 : 슬릿부
FA1 : 제1 면 FA2 : 제2 면
FA3 : 제3 면 FC : 커튼 코터
HAI : 열풍 흡인구 HAO : 열풍 공급구
HN : 열풍 노즐 HP : 가열부
IF : 절연 재료 IR : 적외선 가열
NEP : 음극판 MIX : 혼합층
PAS : 양극 재료 PEP : 양극판
RL1 : 제1 롤러 RL2 : 제2 롤러
RL3 : 제3 롤러 SEL : 절연 재료층
SL1 : 양극판 송출롤 SL2 : 권취롤
SP : 세퍼레이터

Claims (15)

  1. (a) 제1 도포 기구에 의하여, 전극판의 표면에 슬러리 형상의 전극 재료를 도포하는 공정,
    (b) 상기 (a)공정 후, 상기 전극 재료로 이루어지는 막의 표면을 가열해서, 상기 전극 재료로 이루어지는 막의 표면으로부터, 상기 전극판의 표면에 도달하지 않는 제1 깊이까지를 건조시키는 공정,
    (c) 상기 (b)공정 후, 제2 도포 기구에 의하여, 상기 전극 재료로 이루어지는 막의 표면에 슬러리 형상의 절연 재료를 도포하는 공정,
    (d) 상기 (c)공정 후, 상기 전극 재료와 상기 절연 재료를 적층한 도막(塗膜)을 건조시키는 공정
    을 갖는 리튬 이온 전지의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (b)공정에서는, 상기 전극 재료로 이루어지는 막의 표면에 80∼120℃의 열풍을 공급한 후, 상기 전극 재료로 이루어지는 막의 표면을 냉각하는 리튬 이온 전지의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (b)공정에서는, 상기 전극 재료로 이루어지는 막의 표면을 적외선 가열한 후, 상기 전극 재료로 이루어지는 막의 표면을 냉각하는 리튬 이온 전지의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (b)공정에서는, 상기 전극 재료로 이루어지는 막의 표면에 80∼120℃의 열풍을 공급함과 동시에, 상기 전극 재료로 이루어지는 막의 표면을 적외선 가열하고, 그 후, 상기 전극 재료로 이루어지는 막의 표면을 냉각하는 리튬 이온 전지의 제조 방법.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 재료로 이루어지는 막의 표면에 20∼30℃의 냉풍을 공급해서, 상기 전극 재료로 이루어지는 막의 표면을 냉각하는 리튬 이온 전지의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 깊이는 1∼10㎛인 리튬 이온 전지의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전극 재료로 이루어지는 층과 상기 절연 재료로 이루어지는 층의 계면에는, 상기 전극 재료와 상기 절연 재료의 혼합층이 형성되어 있으며, 상기 혼합층의 두께는 5㎛ 이하인 리튬 이온 전지의 제조 방법.
  8. 전극판을 제1 방향으로 반송하는 반송 기구를 따라,
    상기 전극판의 표면에 슬러리 형상의 전극 재료를 도포하는 제1 도포 기구와,
    상기 전극 재료로 이루어지는 막의 표면을 가열해서, 상기 전극 재료로 이루어지는 막의 표면으로부터, 상기 전극판의 표면에 도달하지 않는 제1 깊이까지를 건조시키는 제1 건조 기구와,
    상기 전극 재료로 이루어지는 막의 표면에 슬러리 형상의 절연 재료를 도포하는 제2 도포 기구와,
    상기 전극 재료와 상기 절연 재료를 적층한 도막을 건조시키는 제2 건조 기구를 차례로 갖고,
    상기 제1 건조 기구는,
    상기 제1 도포 기구측에 설치된 가열부와,
    상기 제2 도포 기구측에 설치된 냉각부를 갖는 리튬 이온 전지의 제조 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가열부는, 열풍 공급구와 열풍 흡인구를 구비하는 열풍 노즐에 의해 구성되고,
    상기 냉각부는, 냉풍 공급구와 냉풍 흡인구를 구비하는 냉풍 노즐에 의해 구성되어 있는 리튬 이온 전지의 제조 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 열풍 노즐의 상기 열풍 공급구로부터 상기 전극 재료로 이루어지는 막의 표면에 공급되는 열풍의 온도는 80∼120℃이고,
    상기 냉풍 노즐의 상기 냉풍 공급구로부터 상기 전극 재료로 이루어지는 막의 표면에 공급되는 냉풍의 온도는 20∼30℃인 리튬 이온 전지의 제조 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 열풍 노즐의 상기 전극 재료로 이루어지는 막의 표면에 대향하는 면은,
    상기 열풍 공급구와 상기 열풍 흡인구 사이에 위치하는 제1 면과,
    상기 열풍 흡인구로부터 상기 열풍 공급구와는 반대측에 위치하는 제2 면과,
    상기 열풍 공급구로부터 상기 열풍 흡인구와는 반대측에 위치하는 제3 면을 갖고,
    상기 제1 면과 상기 전극 재료로 이루어지는 막의 표면의 제1 거리가, 상기 제2 면과 상기 전극 재료로 이루어지는 막의 표면의 제2 거리 및 상기 제3 면과 상기 전극 재료로 이루어지는 막의 표면의 제3 거리보다 크고,
    상기 냉풍 노즐의 상기 전극 재료로 이루어지는 막의 표면에 대향하는 면은,
    상기 냉풍 공급구와 상기 냉풍 흡인구 사이에 위치하는 제4 면과,
    상기 냉풍 흡인구로부터 상기 냉풍 공급구와는 반대측에 위치하는 제5 면과,
    상기 냉풍 공급구로부터 상기 냉풍 흡인구와는 반대측에 위치하는 제6 면을 갖고,
    상기 제4 면과 상기 전극 재료로 이루어지는 막의 표면의 제4 거리가, 상기 제5 면과 상기 전극 재료로 이루어지는 막의 표면의 제5 거리 및 상기 제6 면과 상기 전극 재료로 이루어지는 막의 표면의 제6 거리보다 큰 리튬 이온 전지의 제조 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 가열부는, 적외선 가열에 의해 구성되어 있는 리튬 이온 전지의 제조 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 가열부는, 열풍 공급구와 열풍 흡인구를 구비하는 열풍 노즐, 및 상기 열풍 공급구와 상기 열풍 흡인구 사이에 설치된 적외선 가열에 의해 구성되고,
    상기 냉각부는, 냉풍 공급구와 냉풍 흡인구를 구비하는 냉풍 노즐에 의해 구성되어 있는 리튬 이온 전지의 제조 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 가열부, 상기 냉각부, 및 상기 제2 도포 기구가 하나의 부분품으로서 구성되어 있는 리튬 이온 전지의 제조 장치.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 제1 도포 기구는 슬릿 다이 코터, 상기 제2 도포 기구는 커튼 코터인 리튬 이온 전지의 제조 장치.
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