KR20160042088A - 축전 디바이스의 제조 장치 및 축전 디바이스의 제조 방법 - Google Patents

축전 디바이스의 제조 장치 및 축전 디바이스의 제조 방법 Download PDF

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에이사쿠 니노미야
타케시 후지이
요이치 타카하라
치에미 쿠보타
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가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈
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Abstract

리튬이온 전지 등의 축전 디바이스의 제조 수율을 향상시킨다. 상기 과제를 해결하기 위하여, 축전 시트 제조 장치에서는, 집전박의 주행하는 제1 방향으로, 디스펜서, 제1 슬릿 다이 코터 및 제2 슬릿 다이 코터가 차례로 설치되어 있다. 디스펜서는, 집전박 표면에 슬러리 상의 복수 개의 제1 절연 재료를 도포하고, 제1 슬릿 다이 코터는, 집전박 표면에 슬러리 상의 양극 재료를 도포하고, 제2 슬릿 다이 코터는, 제1 절연 재료 및 양극 재료의 상면에 슬러리 상의 제2 절연 재료를 도포한다. 또한, 복수개의 제1 절연 재료는, 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 서로 이간되어 도포되고, 양극 재료는 제2 방향으로 인접하는 제1 절연막 사이에 도포된다.

Description

축전 디바이스의 제조 장치 및 축전 디바이스의 제조 방법{Apparatus for manufacturing power storage device, and method for manufacturing power storage device}
본 발명은, 축전 디바이스의 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것으로, 예를 들면 축전 디바이스의 전극 재료를 도포하는 공정에 적합하게 이용할 수 있는 것이다.
본 기술 분야의 배경 기술로서, 일본특개 제2003-045491호 공보(특허 문헌 1)가 있다. 이 공보에는, 양극 시트상 물질 송출 기구와, 양극 전극 물질 도공 기구와, 양극 전극 형성용 가열 기구와, 전해, 절연 물질 도공 기구와, 전해, 절연물 형성용 가열 기구와, 음극 시트상 물질 송출 기구와, 음극 전극 물질 도공 기구와, 음극 전극 형성용 가열 기구와, 전해, 절연 물질 도공 기구와, 전해, 절연물 형성용 가열 기구와, 권회 기구를 구비한 이차 전지 제조 장치가 기재되어 있다. 상기 권회 기구는, 양극 전극 물질과 전해, 절연 물질이 고착된 양극 시트상 물질과 음극 전극 물질과 전해, 절연 물질이 고착된 음극 시트상 물질을 적층하여 소정 형상으로 권회하는 기구이다.
상기 특허 문헌 1에는, 집전박(금속박, 전극판, 기재, 기판, 시트상 물질 등이라고도 한다)의 양면에 양극 또는 음극의 전극 재료(전극 물질, 전극 활물질 등이라고도 한다)를 도포하고, 그 전극 재료상에, 연속해서 세퍼레이터가 되는 절연 재료(전해, 절연 물질 등이라고도 한다)를 도포함으로써, 이차 전지의 생산 효율의 향상 및 이차 전지의 제조 장치의 콤팩트화가 가능해지는 것이 기재되어 있다.
그러나, 이와 같은 이차 전지의 제조 방법에서는, 절연 재료의 두께가, 예를 들면 5㎛~40㎛ 정도가 되면 절연 재료에 막 끊어짐이 생겨서 전극 재료가 노출되는 경우가 있다. 또, 예를 들면 100㎛~400㎛ 정도 두께의 전극 재료를 도포하면, 전극 재료의 측면이 경사지고, 또, 전극 재료의 두께도 불균일하게 되어, 소망하는 형상의 전극 재료를 형성할 수 없게 된다. 이들이 원인이 되어 이차 전지의 제조 수율이 저하된다고 하는 문제가 있었다.
특허문헌 1: 일본특개 제2003-045491호 공보
그 외의 과제와 신규 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 명백해질 것이다.
일 실시예에 의한 축전 디바이스의 제조 장치는, 제1 방향으로 주행하는 집전박 표면에, 제1 방향과 집전박 표면에서 직교하는 제2 방향으로 서로 이간되는 복수개의 슬러리 상의 제1 절연 재료를 도포하는 제1 도포 기구와, 제2 방향으로 인접하는 제1 절연 재료에 끼워지는 집전박 표면에, 슬러리 상의 전극 재료를 도포하는 제2 도포 기구를 구비한다. 또한, 제1 절연 재료 및 전극 재료의 상면에 슬러리 상의 제2 절연 재료를 도포하는 제3 도포 기구를 구비한다.
일 실시예에 의한 축전 디바이스의 제조 방법은, 제1 방향으로 주행하는 집전박 표면에, 제1 방향과 집전박 표면에서 직교하는 제2 방향으로 서로 이간되는 복수개의 슬러리 상의 제1 절연 재료를 도포하는 공정과, 제2 방향으로 인접하는 제1 절연 재료에 끼워지는 집전박 표면에, 슬러리 상의 전극 재료를 도포하는 공정과, 제1 절연 재료 및 전극 재료의 상면에 슬러리 상의 제2 절연 재료를 도포하는 공정을 가진다.
일 실시예에 의하면, 리튬이온 전지 등의 축전 디바이스의 제조 수율을 향상할 수 있다.
도 1은 실시예 1에 있어서의 리튬이온 전지의 전극 시트의 제조 장치의 개략도.
도 2는 실시예 1에 있어서의 리튬이온 전지의 전극 시트 제조 방법을 설명하는 각 도포 공정 및 건조 공정의 전극 시트의 단면도로서, (a)는 제1 절연 재료(스페이서 재료)도포 공정의 전극 시트의 단면도(도 1의 A1-A1 단면도), (b)는 전극 재료 도포 공정의 전극 시트의 단면도(도 1의 B1-B1 단면도), (c)는 제2 절연 재료(세퍼레이터 재료)도포 공정의 전극 시트의 단면도(도 1의 C1-C1 단면도), 그리고 (d)는 건조 공정의 전극 시트의 단면도(도 1의 D1-D1 단면도).
도 3은 실시예 1에 있어서의 리튬이온 전지의 구체적인 제조 공정을 통합한 공정도.
도 4는 실시예 2에 있어서의 리튬이온 전지의 전극 시트의 제조 장치의 개략도.
도 5는 실시예 2에 있어서의 리튬이온 전지의 전극 시트의 제조 방법을 설명하는 각 도포 공정 및 건조 공정의 전극 시트 요부 단면도로서, (a)는 전극 재료 도포 공정의 전극 시트의 단면도(도 4의 A2-A2 단면도), (b)는 제1 절연 재료(스페이서 재료)도포 공정의 전극 시트의 단면도(도 4의 B2-B2 단면도), (c)는 제2 절연 재료(세퍼레이터 재료)도포 공정의 전극 시트의 단면도(도 4의 C2-C2 단면도), 그리고 (d)는 건조 공정의 전극 시트의 단면도(도 4의 D2-D2 단면도).
도 6은 실시예 3에 있어서의 리튬이온 전지의 전극 시트의 제조 장치의 개략도.
도 7은 실시예 3에 있어서의 리튬이온 전지의 전극 시트의 제조 방법을 설명하는 각 도포 공정 및 건조 공정의 전극 시트의 요부 단면도로서, (a)는 제1 절연 재료(스페이서 재료)도포 공정의 전극 시트의 단면도(도 6의 A3-A3 단면도), (b)는 제1 전극 재료 도포 공정의 전극 시트의 단면도(도 6의 B3-B3 단면도), (c)는 제2 전극 재료 도포 공정의 전극 시트의 단면도(도 6의 C3-C3 단면도), (d)는 제2 절연 재료(세퍼레이터 재료)도포 공정의 전극 시트의 단면도(도 6의 D3-D3 단면도), 그리고 (e)는 건조 공정의 전극 시트의 단면도(도 6의 E3-E3 단면도).
도 8은 비교예로서 나타내는 리튬이온 전지의 구체적인 제조 공정을 통합한 공정도.
도 9는 비교예로서 나타내는 리튬이온 전지의 전극 시트의 제조 장치의 개략도.
도 10은 슬릿 다이 코터에 의한 슬러리 상 전극 재료의 도포 상태를 모식적으로 설명하는 단면도.
이하의 실시예에서는, 요소의 수 등(개수, 수치, 량, 범위 등을 포함)으로 언급하는 경우, 특별히 명시한 경우 및 원리적으로 명백하게 특정 수에 한정되는 경우 등을 제외하고, 그 특정 수에 한정되는 것이 아니라, 특정 수 이상 또는 이하라도 된다.
또한, 이하의 실시예에 있어서, 그 구성 요소(요소 스텝 등도 포함)는, 특별히 명시한 경우 및 원리적으로 명백하게 필수적이라고 고려되는 경우 등을 제외하고, 반드시 필수적인 것이 아님은 물론이다.
또, 「A로 이루어지는」, 「A로 이루어진」, 「A를 가지는」, 「A를 포함하는」이라고 할 때는, 특별히 그 요소만이라는 취지를 명시한 경우 등을 제외하고, 그것 이외의 요소를 배제하는 것이 아님은 물론이다. 마찬가지로, 이하의 실시예에 있어서, 구성 요소 등의 형상, 위치 관계 등으로 언급할 때는, 특별히 명시한 경우 및 원리적으로 명백하게 그렇지 않다고 고려되는 경우 등을 제외하고, 실질적으로 그 형상 등에 근사 또는 유사한 것 등을 포함하는 것으로 한다. 이것은, 상기 수치 및 범위에 대해서도 동일하다.
또, 이하의 실시예에서 사용하는 도면에서는, 평면도라도 도면을 보기 쉽게 하기 위해서 해칭을 부여한다. 또, 이하의 실시예를 설명하기 위한 모든 도면에 있어서 동일 기능을 가지는 것은 동일 부호를 부여하고, 그 반복 설명은 생략한다. 이하, 실시예를 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서는, 양극 재료 및 음극 재료를 총괄해서 「전극 재료」라 칭하고, 건조 공정 후의 양극 재료로 이루어지는 막을 「양극막」, 건조 공정후의 음극 재료로 이루어지는 막을 「음극막」, 양극막 및 음극막을 총괄해서 「전극막」이라 칭한다. 또, 이하의 설명에서는, 건조 공정 전의 양극 재료, 음극 재료 및 절연 재료는, 바인더 용액 및 유기용제 등의 액체를 포함하고, 유동성을 가진 물질이다. 또, 이하의 설명에서는, 양극막이 형성된 집전박을 「양극 시트(양극판 등이라고도 한다)」, 음극막이 형성된 집전박을 「음극 시트(음극판 등이라고도 한다)」, 양극 시트 및 음극 시트를 총괄해서 「전극 시트(전극판 등이라고도 한다)」라고 한다. 또, 이하의 설명에서 「집전박 표면」이라고 하는 경우는, 집전박의 표측면 및 이측면을 포함한 전면이 아니라, 표측면 만을 가르키는 것으로 한다. 또, 이하의 설명에서는, 집전박이 주행하는 방향을 「제1 방향」으로 하고, 제1 방향과 집전박 표면에서 직교하는 방향을 「제2 방향」으로 한다.
본 실시예에서는, 축전 디바이스인 이차 전지로서 리튬이온 전지를 예시하고, 그 제조 장치 및 그 제조 방법에 대해서 설명하나, 이에 한정되지 않는다.
리튬이온 전지는, 비수전해질 이차 전지의 일종으로, 전해질 중의 리튬이온이 전기 전도를 담당하는 이차 전지이다.
양극에는, 예를 들면 리튬 함유 복합 산화물을 사용하고, 음극에는, 예를 들면 탄소질 재료를 사용한다. 전해질에는, 예를 들면 탄산 에틸렌 등의 유기용제 또는 헥사플루오로인산리튬(LiPF6) 등의 리튬염을 사용한다. 리튬이온 전지 내에서는, 충전시에 리튬 이온은 양극에서 나와서 음극으로 들어가고, 방전시에는 반대로 리튬 이온은 음극에서 나와서 양극으로 들어간다.
리튬이온 전지는, 예를 들면 집전박(예를 들면 Al(알루미늄)박)의 표면에 양극 재료를 도공한 양극 시트와, 집전박(예를 들면 Cu(구리)박)의 표면에 음극 재료를 도공한 음극 시트와, 양극막과 음극막과의 접촉을 방지하는 폴리머 필름 등의 세퍼레이터를 권회한 전극 권회체를 구비하고 있다. 그리고, 리튬이온 전지에서는, 이 전극 권회체가 외장 캔에 삽입되는 동시에, 외장 캔 내에 전해액(상기 전해질)이 주입되어 있다.
즉, 리튬이온 전지에서는, 집전박 표면에 양극 재료를 도공한 양극 시트와, 집전박 표면에 음극 재료를 도공한 음극 시트가 띠 형상으로 형성되고, 띠 형상으로 형성된 양극 시트와 음극 시트가, 양극 시트 상의 양극막과 음극 시트 상의 음극막이 직접 접촉하지 않도록, 세퍼레이터를 개재하여 단면 소용돌이 형상으로 권회되어 전극 권회체가 형성되어 있다.
(비교예)
먼저, 본 실시예에 의한 리튬이온 전지의 제조 장치 및 제조 방법이 보다 명확해진다고 생각되기 때문에, 비교예로서, 본 발명자들에 의해 검토된, 본원발명이 적용되기 전의 리튬이온 전지의 제조 장치 및 제조 방법에 대해서 이하에 설명한다.
도 8은 비교예로서 나타내는 리튬이온 전지의 구체적인 제조 공정을 통합한 공정도이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 리튬이온 전지의 제조 공정은, 양극 시트의 제조 공정과, 음극 시트의 제조 공정과, 전지 셀 조립 공정과, 전지 모듈 조립 공정을 포함하고 있다.
양극 시트의 제조 공정에서는, 먼저, 필름상의 집전박 표면에 슬러리 상 양극 재료를 도포한 후(양극 재료 도포), 양극 재료의 상면 및 측면, 및 양극 재료가 도포되지 않은 집전박 표면에 세퍼레이터가 되는 슬러리 상의 절연 재료를 도포한다(세퍼레이터 재료 도포). 이어서, 슬러리 상 양극 재료와 슬러리 상 절연 재료를 적층한 도막 전체를 건조시킨 후(건조), 양극 재료로 이루어진 양극막과 절연 재료로 이루어진 세퍼레이터의 적층막이 형성된 집전박에 압축 및 절단의 가공을 행하고(가공), 양극막 및 세퍼레이터를 가지는 필름상의 양극 시트를 제조한다.
한편, 음극 시트의 제조 공정에서는, 사용되는 원료가 되는 각종 재료는 양극 시트의 제조 공정과는 상이하나, 음극 시트가 제조되기까지의 순서는 양극 시트의 제조 공정과 동일하다. 먼저, 필름상의 집전박 표면에 슬러리 상 음극 재료를 도포한 후(음극 재료 도포), 음극 재료의 상면 및 측면, 및 음극 재료가 도포되지 않은 집전박 표면에 세퍼레이터가 되는 슬러리 상 절연 재료를 도포한다(세퍼레이터 재료 도포). 이어서, 슬러리 상 음극 재료와 슬러리 상 절연 재료를 적층한 도막 전체를 건조시킨 후(건조), 음극 재료로 이루어진 음극막과 절연 재료로 이루어진 세퍼레이터와의 적층막이 형성된 집전박에 압축 및 절단의 가공을 행하고(가공), 음극막 및 세퍼레이터를 가진 필름상의 음극 시트를 제조한다.
다음에, 전지 셀 조립 공정에서는, 필름상의 양극 시트로부터, 전지 셀에 필요한 크기의 양극을 잘라내고, 필름상의 음극 시트로부터, 전지 셀에 필요한 크기의 음극을 잘라내어, 양극과 음극을 끼워 겹쳐서 서로 감는다(권회). 양극 시트 및 음극 시트에는, 이미 세퍼레이터가 형성되어 있으므로, 이 권회 공정에서는, 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 두고 겹쳐서 서로 감을 필요가 없어, 리튬이온 전지의 제조 비용을 저감할 수 있다.
다음에, 서로 감긴 양극 및 음극의 전극 쌍의 그룹을 조립해서 용접한다(용접·조립). 이어서, 용접한 전극 쌍의 그룹을, 전해액이 주입된 전지 캔 내에 배치한 후(주액), 전지 캔을 완전히 밀폐하여(밀봉), 전지 셀을 제작한다.
다음에, 제작된 전지 셀을 반복 충방전하여(충방전), 이 전지 셀의 성능 및 신뢰성에 관한 검사(예를 들면 전지 셀의 용량 및 전압, 및 전지 셀의 충전시 또는 방전시의 전류 및 전압 등의 검사)를 행한다(단전지 검사). 이에 따라, 전지 셀이 완성되고, 전지 셀 조립 공정이 종료한다.
다음에, 전지 모듈 조립 공정에서는, 복수 개의 전지 셀을 직렬로 조합해서 전지 모듈을 구성하고, 또한, 충전/방전 제어용 컨트롤러를 접속하여 전지 시스템을 구성한다(모듈 조립). 이어서, 조립된 전지 모듈의 성능 및 신뢰성에 관한 검사(예를 들면 전지 모듈의 용량 및 전압, 및 전지 모듈의 충전시 또는 방전시의 전류 및 전압 등의 검사)를 행한다(모듈 검사). 이에 따라, 전지 모듈이 완성되고, 전지 모듈 조립 공정이 종료한다.
도 9는 비교예로서 나타내는 리튬이온 전지의 전극 시트의 제조 장치의 개략도이다. 도 9에서는, 양극 시트 한면의 제조 공정을 예시하고 있다. 여기서는 생략하나, 음극 시트 한면의 제조 공정도 동일하다.
도 9에 도시한 바와 같이, 집전박(PEP)은, 권출롤(SL1)에서 송출되고, 제1 롤러(RL1), 제2 롤러(RL2), 제3 롤러(RL3), 제4 롤러(RL4), 제5 롤러(RL5) 및 제6 롤러(RL6)에 의해 권취롤(SL2)로 반송된다. 제3 롤러(RL3)에 대향해서 제1 슬릿 다이 코터(DC1)가 설치되고, 제4 롤러(RL4)에 대향해서 제2 슬릿 다이 코터(DC2)가 설치되어 있다.
먼저, 권출롤(SL1)에서 송출된 집전박(PEP)의 표면에, 제3 롤러(RL3)와 대향한 위치의 제1 슬릿 다이 코터(DC1)로부터 공급되는 슬러리 상 양극 재료(PAS)가 도포된다. 양극 재료(PAS)는 탱크(TA1)에 저류되어 있고, 정량 펌프(PU1)에 의해 집전박(PEP) 표면에 공급된다.
이어서, 제4 롤러(RL4)와 대향한 위치의 제2 슬릿 다이 코터(DC2)로부터 공급되는 슬러리 상 절연 재료(IF)가 도포된다. 절연 재료(IF)는 탱크(TA2)에 저류되어 있고, 정량 펌프(PU2)에 의해 양극 재료(PAS)가 도포된 집전박(PEP)의 표면에 공급된다. 즉, 절연 재료(IF)는 양극 재료(PAS)의 상면 및 측면, 및 양극 재료(PAS)가 도포되지 않은 집전박(PEP)의 표면에 도포된다.
이어서, 건조로(DRY)를 통과하는 것으로, 집전박(PEP) 표면에 형성된 양극 재료(PAS)와 절연 재료(IF)를 적층한 도막 전체가 건조되고, 그 표면에 도막이 형성된 집전박(PEP)은 권취롤(SL2)에 권취된다.
도 10은 제1 슬릿 다이 코터(DC1)에 의한 슬러리상 양극 재료(PAS)의 도포 상태를 모식적으로 설명하는 단면도를 나타낸다. 여기서는 생략하나, 제2 슬릿 다이 코터(DC2)에 의한 슬러리상 절연 재료(IF)의 도포 상태도 동일하다.
도 10에 도시한 바와 같이, 슬러리상 양극 재료(PAS)를 저류한 탱크로부터 정량 펌프에 의해, 꼭지쇠(D1)의 매니폴드(D2)에 슬러리상 양극 재료(PAS)가 공급된다. 매니폴드(D2)에 있어서, 슬러리상 양극 재료(PAS)의 압력분포가 균일하게 된 후, 꼭지쇠(D1)에 설치된 슬릿부(D3)로 슬러리상 양극 재료(PAS)가 공급되고, 토출된다. 토출된 슬러리상 양극 재료(PAS)는, 꼭지쇠(D1)와 제1 간격(h1)을 유지하여 꼭지쇠(D1)와 상대적으로 주행하는 집전박(PEP) 사이에, 비드라 불리는 전극 재료 덩어리(D4)를 형성하고, 이 상태에서 집전박(PEP)의 주행에 따라 슬러리상 양극 재료(PAS)가 인출되어 양극 재료(PAS)로 이루어지는 도막이 형성된다.
여기서, 도막의 형성에 의해 소비되는 양극 재료(PAS)의 양과 동량의 양극 재료(PAS)를 슬릿부(D3)로부터 공급함으로써, 도막은 연속해서 형성된다. 증발 속도가 빠른 유기용제 계의 양극 재료(PAS)를 안정되게 도포하기 위해서는, 전극 재료 덩어리(D4)의 하류측 메니스커스(액면의 굴곡)(D5)의 형성 안정화가 중요해진다. 그러므로, 매니폴드(D2)에 양극 재료(PAS)를 공급하는 압력은, (슬릿부(D3)의 압력 손실+꼭지쇠(D1)의 하류측 립부(D6)의 압력 손실+하류측 메니스커스(D5)의 압력)이 된다.
본 발명자들은, 리튬이온 전지의 고용량화 및 소형화를 검토하고 있고, 그 일 수단으로서, 세퍼레이터의 박막화 및 전극막(양극막 및 음극막)의 후막화를 검토하고 있다.
그러나, 세퍼레이터를 얇게 형성하기 위해서는, 제2 슬릿 다이 코터(DC2)의 꼭지쇠(D1)와 집전박(PEP)사이의 제1 간격(h1)을 작게 할 필요가 있으나, 제1 간격(h1)이 지나치게 크면, 절연 재료(IF)를 균일하게 도포할 수 없게 되고 세퍼레이터에 막 끊어짐이 생긴다. 또, 전극 재료 상면에 균일하게 절연 재료(IF)를 도포할 수 있더라도, 전극 재료의 측면 및 전극 재료가 도포되지 않은 집전박(PEP)의 표면에 균일하게 절연 재료(IF)를 도포할 수 없다. 또한, 전극막을 두껍게 형성하기 위해서는, 집전박(PEP)의 표면에 전극 재료를 두껍게 도포하지 않으면 안되지만, 전극 재료를 두껍게 도포하면, 전극 재료의 측면이 경사지고(집전박(PEP)의 표면에 대하여 각도를 가지고 기운다), 또, 전극 재료의 상면에 오목부가 형성되어, 전극 재료 형상이 안정되지 않는다. 그러므로, 세퍼레이터의 박막화 및 전극막의 후막화를 도모하려고 하면, 리튬이온 전지의 제조 수율이 저하된다고 하는 문제가 있었다.
(실시예 1)
<<리튬이온 전지의 전극 시트 제조 방법>>
본 실시예 1에서의 리튬이온 전지의 전극 시트 제조 방법을 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한다. 도 1은, 본 실시예 1에서의 리튬이온 전지의 전극 시트의 제조 장치의 개략도이다. 도 2는, 본 실시예 1에서의 리튬이온 전지의 전극 시트의 제조 방법을 설명하는 각 도포 공정 및 건조 공정의 전극 시트의 단면도이다. 도 2(a)는 제1 절연 재료(스페이서 재료)도포 공정의 전극 시트의 단면도(도 1의 A1-A1 단면도), 도 2(b)는 전극 재료 도포 공정의 전극 시트의 단면도(도 1의 B1-B1 단면도) 및 도 2(c)는 제2 절연 재료(세퍼레이터 재료)도포 공정의 전극 시트의 단면도(도 1의 C1-C1 단면도)이다. 또한, 도 2(d)는 건조 공정의 전극 시트의 단면도(도 1의 D1-D1 단면도)이다.
본 실시예 1에서는, 집전박이 주행하는 제1 방향을 따라 집전박 표면에 2열로 형성되는 양극막의 제조 방법을 예시한다. 또, 본 실시예 1에서는, 양극 시트 한면의 제조 방법을 예시하나, 음극 시트 한면의 제조 방법도 동일하다.
도 1에 도시한 바와 같이, 전극 시트 제조 장치(M1)에서는, 집전박(PEP)은, 권출롤(SL1)로부터 송출되고, 제1 롤러(RL1), 제2 롤러(RL2), 제3 롤러(RL3), 제4 롤러(RL4), 제5 롤러(RL5), 제6 롤러(RL6) 및 제7 롤러(RL7)에 의해 권취롤(SL2)로 반송된다. 제3 롤러(RL3)에 대향해서 디스펜서(DP)가 설치되고, 제4 롤러(RL4)에 대향해서 제1 슬릿 다이 코터(DC1)가 설치되고, 제5 롤러(RL5)에 대향해서 제2 슬릿 다이 코터(DC2)가 설치되어 있다.
1. 제1 도포 공정(제1 절연 재료(스페이서 재료)도포 공정)
먼저, 권출롤(SL1)로부터 송출된 집전박(PEP)의 표면에, 제3 롤러(RL3)와 대향한 위치의 디스펜서(DP)로부터 공급되는 슬러리상 제1 절연 재료(IF1)가 도포된다. 제1 절연 재료(IF1)는 탱크(TA1)에 저류되어 있고, 정량 펌프(PU1)에 의해 집전박(PEP)의 표면에 공급된다.
도 2(a)에 도시한 바와 같이, 복수개의 제1 절연 재료(IF1)는, 제1 방향으로 주행하는 집전박(PEP)의 표면에, 제1 방향과 집전박(PEP)의 표면에서 직교하는 제2 방향으로 서로 이간되어 도포된다. 즉, 복수 개의 제1 절연 재료(IF1)는, 뒤의 제2 도포 공정에서 제1 방향으로 주행하는 집전박(PEP)의 표면에 양극 재료(PAS)가 도포되는 영역을, 제2 방향으로 끼우게 집전박(PEP)의 표면에 도포된다. 바꿔 말하면, 복수개의 제1 절연 재료(IF1)는, 뒤의 제2 도포 공정에서 제1 방향으로 주행하는 집전박(PEP)의 표면에 도포되는 양극 재료(PAS) 영역의 제2 방향의 폭을 규제하도록 도포된다. 본 실시예 1에서는, 집전박(PEP)의 표면에 제1 방향을 따라 2열의 양극막을 형성하기 위해, 복수개의 제1 절연 재료(IF1)는, 제2 방향으로 서로 이간되고, 집전박(PEP)의 표면에 제1 방향을 따라 3열 도포된다.
제1 절연 재료(IF1)의 두께는, 뒤의 제2 도포 공정에서 집전박(PEP)의 표면에 도포되는 양극 재료(PAS)의 두께와 거의 동일하다. 또, 제1 절연 재료(IF1)가 도포되는 영역은, 양극 시트가 완성된 후에 절단되는 영역이기 때문에, 재료비를 억제하기 위해서도 제1 절연 재료(IF1)의 제2 방향의 폭은 작게 설정된다. 예를 들면, 절단에 요하는 폭을 고려하여, 제1 절연 재료(IF1)의 제2 방향의 폭은 5mm~15mm 정도이다.
2. 제2 도포 공정(전극재료 도포 공정)
다음에, 권출롤(SL1)로부터 송출된 집전박(PEP)의 표면에, 제4 롤러(RL4)와 대향한 위치의 제1 슬릿 다이 코터(DC1)로부터 공급되는 슬러리상 양극 재료(PAS)가 도포된다. 양극 재료(PAS)는 탱크(TA2)에 저류되어 있고, 정량 펌프(PU2)에 의해 집전박(PEP)의 표면에 공급된다.
도 2(b)에 도시한 바와 같이, 복수개의 양극 재료(PAS)는, 제1 방향으로 주행하는 집전박(PEP)의 표면에서, 또한 앞의 제1 도포 공정에서 집전박(PEP) 표면에 도포된 제1 절연 재료(IF1)에 끼워진 영역에 도포된다. 본 실시예 1에서는, 집전박(PEP)의 표면에 제1 방향을 따라 2열의 양극막을 형성하기 위해, 복수개의 양극 재료(PAS)는, 제1 절연 재료(IF1)에 의해 분리되어 제2 방향으로 서로 이간되고, 집전박(PEP)의 표면에 제1 방향을 따라 2열 도포된다.
양극 재료(PAS)의 두께는, 제1 절연 재료(IF1)의 두께와 거의 동일하다. 양극 재료(PAS)의 두께와 제1 절연 재료(IF1)의 두께는 동일한 것이 바람직하나, 제1 절연 재료(IF1)의 상면에 양극 재료(PAS)가 도포되는 것을 방지하기 위해, 양극 재료(PAS)의 상면이 제1 절연 재료(IF1)의 상면보다도 0㎛~10㎛ 정도 낮아지게 양극 재료(PAS)는 도포된다. 양극 재료(PAS)의 두께는, 예를 들면 제1 슬릿 다이 코터(DC1)의 꼭지쇠(D1)의 높이 조정(상기 도 10 참조) 및 양극 재료(PAS)의 송량에 의해 조정할 수 있다.
제1 절연 재료(IF1)를 도포하지 않은 경우는, 양극 재료(PAS)를 두껍게 도포하면, 양극 재료(PAS)의 측면이 경사지고, 또, 양극 재료(PAS)의 상면에 오목부가 형성되어, 양극 재료(PAS)의 형상이 안정되지 않는다고 하는 문제가 있다. 그러나, 본 실시예 1에서는, 미리, 양극 재료(PAS)를 도포하는 영역을 제1 절연 재료(IF1)로 규정하고 있으므로, 양극 재료(PAS)를 두껍게(예를 들면 100㎛~400㎛ 정도) 도포하더라도, 양극 재료(PAS)의 측면이 경사지지 않으므로, 양극 재료(PAS)의 형상이 안정된다.
3. 제3 도포 공정(제2 절연 재료(세퍼레이터 재료)도포 공정)
다음에, 제5 롤러(RL5)와 대향한 위치의 제2 슬릿 다이 코터(DC2)로부터 공급되는 슬러리 상의 제2 절연 재료(IF2)가 도포된다. 제2 절연 재료(IF2)는 탱크(TA3)에 저류되어 있고, 정량 펌프(PU3)에 의해 제1 절연 재료(IF1) 및 양극 재료(PAS)의 상면에 공급된다.
도 2(c)에 도시한 바와 같이, 제2 절연 재료(IF2)는, 집전박(PEP)이 주행하는 제1 방향을 따라 제1 절연 재료(IF1) 및 양극 재료(PAS)의 상면에 도포된다. 제2 절연 재료(IF2)의 두께는, 예를 들면 5㎛~40㎛ 정도이다. 제2 절연 재료(IF2)의 두께는, 예를 들면 제2 슬릿 다이 코터(DC2)의 꼭지쇠(D1)의 높이 조정(상기 도 10 참조) 및 제2 절연 재료(IF2)의 송량에 의해 조정할 수 있다.
제2 절연 재료(IF2)를 얇게 도포하기 위해서는, 상기 도 10에 나타낸 바와 같이, 제2 슬릿 다이 코터(DC2)의 꼭지쇠(D1)와 집전박(PEP)과의 사이의 제1 간격(h1)을 작게 할 필요가 있다. 그러나, 거의 평탄한 면인 제1 절연 재료(IF1) 및 양극 재료(PAS)의 상면에 제2 절연 재료(IF2)는 도포되어, 예를 들면 제1 절연 재료(IF1) 및 양극 재료(PAS)의 측면, 및 제1 절연 재료(IF1) 및 양극 재료(PAS)가 도포되지 않은 집전박(PEP)의 표면에는 도포되지 않는다. 따라서, 제2 슬릿 다이 코터(DC2)의 꼭지쇠(D1)와 집전박(PEP)과의 사이의 제1 간격(h1)이 작더라도, 제2 절연 재료(IF2)를 균일하게 도포할 수 있으므로, 제2 절연 재료(IF2)의 막 끊어짐을 방지할 수 있다.
4. 건조 공정
다음에, 건조로(건조 기구)(DRY)를 통과하는 것으로, 집전박(PEP)의 표면에 도포한 양극 재료(PAS) 및 제1 절연 재료(IF1)와, 이들 상면에 도포한 제2 절연 재료(IF2)를 적층한 도막의 전체가 건조되고, 그 표면에 양극막 및 세퍼레이터가 형성된 집전박(PEP)이 권취롤(SL2)에 권취된다.
도 2(d)에 도시한 바와 같이, 건조 전에는, 양극 재료(PAS)의 두께와 제1 절연 재료(IF1)의 두께는 거의 동일하였으나, 건조 후에는, 제1 절연 재료(IF1)로 이루어지는 스페이서(SP)의 두께는 양극 재료(PAS)로 이루어지는 양극막(PE)의 두께보다도 얇아진다. 이는, 양극 재료(PAS)에 포함되는 고형물 (예를 들면 양극 활물질 및 도전 보조제 등)의 량과 제1 절연 재료(IF1)에 포함되는 고형물의 량의 차이에 기인한다. 즉, 양극 재료(PAS)에 포함되는 고형물의 량은 상대적으로 많고, 제1 절연 재료(IF1)에 포함되는 고형물의 량은 상대적으로 적게 제어함으로써, 건조 후에는, 스페이서(SP)의 두께가 양극막(PE)의 두께보다도 얇아지게 하고 있다.
이것은 이하의 이유에 의한다. 즉, 집전박(PEP)과 양극막(PE)의 밀착성을 향상시키고, 양극 재료(PAS) 중의 고형물을 서로 결착시키기 위하여, 건조 후, 양극막(PE) 및 스페이서(SP)와, 이들 상면에 도포한 제2 절연 재료(IF2)로 이루어지는 세퍼레이터(SE)와의 적층막을 절단하기 전에, 이 적층막의 압축(롤 프레스)을 실시하고 있다. 이 압축 시에는, 양극막(PE)에 하중을 가하는 것이 중요해지므로, 스페이서(SP)의 두께가 양극막(PE)의 두께보다도 두꺼우면, 양극막(PE)에 하중이 가해지지 않게 된다. 그러므로, 스페이서(SP)의 두께를 양극막(PE)의 두께보다도 얇게 할 필요가 있다.
한편, 본 실시예 1에서는, 집전박(PEP)이 주행하는 제1 방향을 따라 집전박(PEP)의 표면에 2열로 형성되는 양극막(PE)의 제조 방법을 예시하였으나 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면 양극막(PE)은 1열, 또는 3열 이상이 되어도 좋고, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
<<리튬이온 전지의 구체적인 제조 공정>>
본 실시예 1에서의 리튬이온 전지의 구체적인 제조 공정을 도 3을 이용하여 설명한다. 도 3은, 본 실시예 1에서의 리튬이온 전지의 구체적인 제조 공정을 통합한 공정도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 리튬이온 전지의 제조 공정은, 상기 도 8에 나타낸 리튬이온 전지의 제조 공정과 마찬가지로, 양극 시트 제조 공정과, 음극 시트 제조 공정과, 전지 셀 조립 공정과, 전지 모듈 조립 공정을 포함하고 있다.
양극 시트 제조 공정에서는, 먼저, 필름상의 집전박 표면에, 스페이서가 되는 슬러리 상의 복수 개의 제1 절연 재료를, 집전박이 주행하는 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 서로 이간되어 도포한다(스페이서 재료 도포). 제1 절연 재료는, 원료가 되는 각종 재료를 혼련 및 조합함으로써 제작된다.
이어서, 필름상의 집전박 표면에서, 제2 방향으로 서로 이간되어 도포된 제1 절연 재료의 사이에 슬러리상 양극 재료를 도포한다(양극 재료 도포). 양극 재료는, 원료가 되는 각종재료를 혼련 및 조합함으로써 제작된다.
이어서, 필름상의 집전박 표면에 형성된 제1 절연 재료 및 양극 재료의 상면에, 세퍼레이터가 되는 슬러리 상의 제2 절연 재료를 도포한다(세퍼레이터 재료 도포). 제2 절연 재료는, 원료가 되는 각종 재료를 혼련 및 조합함으로써 제작된다.
이어서, 필름상의 집전박 표면에 도포한 양극 재료 및 제1 절연 재료와, 이들의 상면에 도포한 제2 절연 재료를 적층한 도막의 전체를 건조시킨 후(건조), 이 도막이 형성된 집전박에 압축 및 절단의 가공을 행한다(가공). 이에 따라, 필름상의 집전박 표면에, 양극 재료로 이루어지는 양극막 및 제1 절연 재료로 이루어지는 스페이서와, 이들의 상면에 형성된 제2 절연 재료로 이루어지는 세퍼레이터가 적층된 필름상의 양극 시트가 제조된다. 상기 도막이 형성된 집전박을 절단할 때에는, 제1 절연 재료로 이루어지는 스페이서가 형성된 영역이 절단된다.
한편, 음극 시트 제조 공정에서는, 사용되는 원료가 되는 각종재료는 양극 시트 제조 공정과는 상이하나, 음극 시트가 제조되기까지의 순서는 양극 시트 제조 공정과 같다. 먼저, 필름상의 집전박 표면에, 스페이서가 되는 슬러리 상의 복수개의 제1 절연 재료를, 집전박이 주행하는 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 서로 이간되어 도포한다(스페이서 재료 도포). 제1 절연 재료는, 원료가 되는 각종재료를 혼련 및 조합함으로써 제작된다.
이어서, 필름상의 집전박 표면에서, 제2 방향으로 서로 이간되어 도포된 제1 절연 재료의 사이에 슬러리 상의 음극 재료를 도포한다(음극 재료 도포). 음극 재료는, 원료가 되는 각종 재료를 혼련 및 조합함으로써 제작된다.
이어서, 필름상의 집전박 표면에 형성된 제1 절연 재료 및 음극 재료의 상면에, 세퍼레이터가 되는 슬러리 상의 제2 절연 재료를 도포한다(세퍼레이터 재료 도포). 제2 절연 재료는, 원료가 되는 각종 재료를 혼련 및 조합함으로써 제작된다.
이어서, 필름상의 집전박 표면에 도포한 음극 재료 및 제1 절연 재료와, 이들의 상면에 도포한 제2 절연 재료를 적층한 도막의 전체를 건조시킨 후(건조), 이 도막이 형성된 집전박에 압축 및 절단의 가공을 행한다(가공). 이에 따라, 필름상의 집전박 표면에, 음극 재료로 이루어지는 음극막 및 제1 절연 재료로 이루어지는 스페이서와, 이들의 상면에 형성된 제2 절연 재료로 이루어지는 세퍼레이터가 적층된 필름상의 음극 시트가 제조된다. 상기 도막이 형성된 집전박을 절단할 때에는, 제1 절연 재료로 이루어지는 스페이서가 형성된 영역이 절단된다.
다음에, 전지 셀 조립 공정에서는, 필름상의 양극 시트로부터, 전지 셀에 필요한 크기의 양극을 잘라내고, 필름상의 음극 시트로부터, 전지 셀에 필요한 크기의 음극을 잘라내어, 양극과 음극을 끼워 겹쳐서 서로 감는다(권회). 양극 시트 및 음극 시트에는, 이미 세퍼레이터가 형성되어 있으므로, 이 권회 공정에서는, 양극과 음극의 사이에 세퍼레이터를 두고 겹쳐서 서로 감을 필요가 없어, 제조 비용을 저감할 수 있다.
이후는, 상기 도 8을 이용하여 설명한 비교예의 리튬이온 전지의 제조 방법과 동일하게 하여, 전지 셀을 완성시키고, 또한, 전지 모듈을 완성시킨다.
<<리튬이온 전지의 각 재료>>
본 실시예 1에서 사용하는 양극 활물질에는, 예를 들면 코발트산리튬 또는 Mn(망간)을 함유하는 스피넬 구조의 리튬 함유 복합 산화물을 사용할 수 있다. 또, 양극 활물질에는, Ni(니켈), Co(코발트) 및 Mn(망간)을 포함하는 복합 산화물, 또는 올리빈형 인산철로 대표되는 올리빈형 화합물 등을 사용할 수도 있다. 단, 양극 활물질에 사용하는 재료는, 이들에 한정되지 않는다.
Mn(망간)을 함유하는 스피넬 구조의 리튬 함유 복합 산화물은 열적 안정성에 우수하기 때문에, 이것을 포함하는 양극 시트를 형성하는 것으로, 안정성이 높은 리튬이온 전지를 구성할 수 있다. 또, 양극 활물질에는, Mn(망간)을 함유하는 스피넬 구조의 리튬 함유 복합 산화물만을 사용하여도 되나, 다른 양극 활물질을 병용하여도 된다. 이와 같은 다른 양극 활물질로서는, 예를 들면 Li1 + xMO2(-0.1<x<0.1, M:Co, Ni, Mn, Al, Mg, Zr, Ti 등)로 나타내는 올리빈형 화합물 등을 들 수 있다. 또, 층상구조의 리튬 함유 전이금속산화물의 구체예로서는, LiCoO2 또는 LiNi1 - xCox -yAlyO2 (0.1≤x≤0.3, 0.01≤y≤0.2) 등을 사용할 수 있다. 또, 층상구조의 리튬 함유 전이금속산화물에는, 적어도 Ni(니켈), Co(코발트) 및 Mn(망간)을 포함하는 산화물(LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2, LiMn5 / 12Ni5 / 12Co1 / 6O2, LiNi3 / 5Mn1 / 5Co1 / 5O2 등) 등을 사용할 수 있다.
본 실시예 1에서 사용하는 음극 활물질에는, 예를 들면 천연 흑연(인편상 흑연), 인조 흑연 또는 팽창 흑연 등의 흑연 재료를 사용할 수 있다. 또, 음극 활물질에는, 피치를 소성해서 얻어지는 코크스 등의 이흑연화성 탄소질 재료를 사용할 수도 있다. 또, 음극 활물질에는, 푸르푸릴 알코올 수지(PFA), 폴리파라페닐렌(PPP) 또는 페놀 수지 등을 저온 소성해서 얻어지는 비정질 탄소 등의 난흑연화성 탄소질 재료를 사용할 수도 있다. 또, 탄소재료 이외에, Li(리튬) 또는 리튬 함유 화합물등도 음극 활물질로서 사용할 수 있다.
리튬 함유 화합물로서는, Li-Al 등의 리튬 합금, 또는 Si(규소) 또는 Sn(주석)등과 Li(리튬)과의 합금화가 가능한 원소를 포함하는 합금을 들 수 있다. 또한, Sn산화물 또는 Si산화물 등의 산화물계 재료도 사용하는 것이 가능하다.
본 실시예 1에서 사용하는 도전 보조제는, 양극막에 함유되는 전자전도 보조제로서 사용하는 것으로, 예를 들면 카본블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 그래파이트, 카본파이버 또는 카본 나노튜브 등의 탄소 재료가 바람직하다. 상기 탄소 재료 중에서도, 첨가량과 도전성의 효과, 및 도포용 양극합제 슬러리의 제조성의 면에서, 아세틸렌블랙 또는 케첸블랙이 특히 바람직하다. 도전 보조제는 음극막에 함유되는 것도 가능하고, 바람직한 경우도 있다.
본 실시예 1에서 사용하는 바인더는, 활물질 및 도전 보조제를 결착하기 위한 바인더도 함유하고 있는 것이 바람직하다. 바인더로서는, 예를 들면 폴리비닐리덴 플루오라이드계 폴리머(주성분 모노머인 비닐리덴 플루오라이드를 80질량% 이상 함유하는 불소함유 모노머군의 중합체) 또는 고무계 폴리머 등이 바람직하게는 사용된다. 상기 폴리머는 2종 이상을 병용할 수도 있다. 또, 바인더는, 용매에 용해한 용액 형태로 사용되는 것이 바람직하다.
상기 폴리비닐리덴 플루오라이드계 폴리머를 합성하기 위한 불소함유 모노머군으로서는, 비닐리덴 플루오라이드, 또는 비닐리덴 플루오라이드와 다른 모노머와의 혼합물로, 비닐리덴 플루오라이드를 80질량% 이상 함유하는 모노머 혼합물 등을 들 수 있다. 다른 모노머로서는, 예를 들면 비닐 플루오라이드, 트리플루오로에틸렌, 트리플루오로클로로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌 및 플루오로알킬비닐에테르 등을 들 수 있다.
상기 고무계 폴리머로서는, 예를 들면 스티렌부타디엔고무(SBR), 에틸렌프로필렌디엔고무 및 불소 고무 등을 들 수 있다.
전극막 중에 있어서의 바인더의 함유량은, 건조 후의 전극막을 기준으로 하여 0.1질량% 이상, 보다 바람직하게는 0.3질량% 이상으로, 10질량% 이하, 또한, 5질량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 바인더의 함유량이 너무 적으면, 건조 공정에 있어서의 고화가 불충분하게 될 뿐 아니라, 건조후의 전극막의 기계적 강도가 부족하고, 전극막이 집전박에서 박리될 우려가 있다. 또, 바인더의 함유량이 너무 많으면, 전극막중의 활물질량이 감소하여, 전지 용량이 낮아질 우려가 있다.
본 실시예 1에서 사용하는 절연 재료에는, Al2O3(알루미나) 또는 SiO2(실리카)등의 무기산화물을 사용할 수 있다. 또, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌의 미립자를 혼동한 슬러리를 사용할 수도 있고, 이를 사용하는 것으로, 샷다운성을 갖게 할 수 있다. 또, 절연 재료에 사용한 무기산화물 입자를 결착시키기 위해, 바인더로서 수지를 사용한다. 바인더에는, 전극막에 사용되는 바인더가 바람직하게 사용된다.
본 실시예에서 사용하는 집전박은, 시트상의 박(箔)으로 한정되지 않는다. 그 기재로서는, 예를 들면 Al(알루미늄), Cu(구리), 스테인리스강 또는 Ti(티타늄)등의 순금속 또는 합금성 도전 재료를 사용하고, 그 형상으로서, 그물, 펀칭된 메탈, 폼 메탈 또는 판상으로 가공한 박 등이 사용된다. 집전박의 두께로서는, 예를 들면 5㎛~30㎛, 보다 바람직하게는 8㎛~16㎛가 선택된다. 또, 집전박의 한쪽 면(표면)에 형성되는 전극막의 두께는, 건조후의 두께로, 예를 들면 50㎛~400㎛ 정도이다.
또한, 본 실시예 1에서의 리튬이온 전지는, 전술한 방법으로 제조되는 양극 및 음극을 포함하는 것 이외는, 종래의 리튬이온 전지와 동일하게 제조할 수 있다. 전지 용기의 구조 또는 사이즈, 혹은 양극 및 음극을 주 구성요소로 하는 전극체의 구조 등에 대해서, 특별히 제한은 없다.
이와 같이, 본 실시예 1에 의하면, 집전박(PEP)의 표면에 전극막이 되는 전극 재료를 두껍게 도포하더라도, 전극 재료의 측면이 경사지지 않고, 전극 재료의 형상이 안정된다. 따라서, 집전박(PEP)의 표면에 두껍게 전극 재료를 도포할 수 있다. 또, 전극 재료를 두껍게 도포하고, 세퍼레이터(SE)가 되는 제2 절연 재료(IF2)를 얇게 도포하더라도, 제2 절연 재료(IF2)의 막 끊어짐이 생기지 않으므로, 제2 절연 재료(IF2)를 얇고 또한 균일하게 도포할 수 있다. 이에 따라, 리튬이온 전지의 제조 수율을 저하시키지 않고, 세퍼레이터(SE)의 박막화 및 전극막의 후막화를 도모할 수 있다.
(실시예 2)
전술한 실시예 1과 상이한 점은, 스페이서가 되는 제1 절연 재료를 도포하는 공정과, 전극막이 되는 전극 재료를 도포하는 공정의 공정 순서이다. 즉, 전술한 실시예 1에서는, 제1 절연 재료(IF1)를 집전박(PEP)의 표면에 도포한 후, 양극 재료(PAS)를 집전박(PEP)의 표면에 도포하였으나, 본 실시예 2에서는, 양극 재료(PAS)를 집전박(PEP)의 표면에 도포한 후, 제1 절연 재료(IF1)를 집전박(PEP)의 표면에 도포한다.
<<리튬이온 전지의 전극 시트의 제조 방법>>
본 실시예 2에 있어서의 리튬이온 전지의 전극 시트의 제조 방법을 도 4 및 도 5를 이용하여 설명한다. 도 4는, 본 실시예 2에 있어서의 리튬이온 전지의 전극 시트의 제조 장치의 개략도이다. 도 5는, 본 실시예 2에 있어서의 리튬이온 전지의 전극 시트의 제조 방법을 설명하는 각 도포 공정 및 건조 공정의 전극 시트의 단면도이다. 도 5(a)는 전극 재료 도포 공정의 전극 시트의 단면도(도 4의 A2-A2 단면도), 도 5(b)는 제1 절연 재료(스페이서 재료)도포 공정의 전극 시트의 단면도(도 4의 B2-B2 단면도) 및 도 5(c)는 제2 절연 재료(세퍼레이터 재료)도포 공정의 전극 시트의 단면도(도 4의 C2-C2 단면도)이다. 또한, 도 5(d)는 건조 공정의 전극 시트의 단면도(도 4의 D2-D2 단면도)이다.
본 실시예 2에서는, 집전박이 주행하는 제1 방향을 따라 집전박의 표면에 1열로 형성되는 양극막의 제조 방법을 예시한다. 또, 본 실시예 2에서는, 양극 시트의 한면의 제조 방법을 예시하고 있으나, 음극 시트의 한면의 제조 방법도 동일하다.
도 4에 도시한 바와 같이, 전극 시트 제조 장치(M2)에서는, 집전박(PEP)은, 권출롤(SL1)로부터 송출되고, 제1 롤러(RL1), 제2 롤러(RL2), 제3 롤러(RL3), 제4 롤러(RL4), 제5 롤러(RL5), 제6 롤러(RL6)및 제7 롤러(RL7)에 의해 권취롤(SL2)로 반송된다. 제3 롤러(RL3)에 대향해서 제1 슬릿 다이 코터(DC1)가 설치되고, 제4 롤러(RL4)에 대향해서 디스펜서(DP)가 설치되고, 제5 롤러(RL5)에 대향해서 제2 슬릿 다이 코터(DC2)가 설치되어 있다.
1. 제1 도포 공정(전극재료 도포 공정)
먼저, 권출롤(SL1)로부터 송출된 집전박(PEP)의 표면에, 제3 롤러(RL3)와 대향한 위치의 제1 슬릿 다이 코터(DC1)로부터 공급되는 슬러리상 양극 재료(PAS)가 도포된다. 양극 재료(PAS)는 탱크(TA1)에 저류되어 있고, 정량 펌프(PU1)에 의해 집전박(PEP)의 표면에 공급된다.
도 5(a)에 도시한 바와 같이, 양극 재료(PAS)는, 제1 방향으로 주행하는 집전박(PEP)의 표면에 도포된다.
2. 제2 도포 공정(제1 절연 재료(스페이서 재료)도포 공정)
다음에, 권출롤(SL1)로부터 송출된 집전박(PEP)의 표면에, 제4 롤러(RL4)와 대향한 위치의 디스펜서(DP)로부터 공급되는 슬러리상 제1 절연 재료(IF1)가 도포된다. 제1 절연 재료(IF1)는 탱크(TA2)에 저류되어 있고, 정량 펌프(PU2)에 의해 집전박(PEP)의 표면에 공급된다.
도 5(b)에 도시한 바와 같이, 복수개의 제1 절연 재료(IF1)는, 제1 방향으로 주행하는 집전박(PEP)의 표면에, 앞의 제1 도포 공정에 있어서 집전박(PEP)의 표면에 도포된 양극 재료(PAS)를 제1 방향과 집전박(PEP)의 표면에서 직교하는 제2 방향으로 끼우게 도포된다. 바꿔 말하면, 제1 절연 재료(IF1)는, 양극 재료(PAS)의 제2 방향의 양측면에 접하고, 양극 재료(PAS)의 제2 방향 외측의 집전박(PEP)의 표면에 도포된다.
제1 절연 재료(IF1)의 두께는, 양극 재료(PAS)의 두께와 거의 동일하다. 전술한 실시예 1과 마찬가지로, 양극 재료(PAS)의 두께와 제1 절연 재료(IF1)의 두께는 동일한 것이 바람직하나, 제1 절연 재료(IF1)의 상면에 양극 재료(PAS)가 도포되는 것을 방지하기 위하여, 양극 재료(PAS)의 상면이 제1 절연 재료(IF1)의 상면보다도 0㎛~10㎛ 정도 낮아지도록 제1 절연 재료(IF1)는 도포된다. 또, 제1 절연 재료(IF1)가 도포되는 영역은, 양극 시트가 완성된 후에 절단되는 영역이다.
디스펜서(DP)는, 이 기구의 특징으로서, 제1 슬릿 다이 코터(DC1)보다도 위치 조정이 용이하다고 하는 이점을 가지고 있다. 예를 들면 전술한 실시예 1과 같이, 제1 절연 재료(IF1)를 도포한 후에, 양극 재료(PAS)를 도포하면, 제1 슬릿 다이 코터(DC1)의 위치가 어긋나서, 제1 절연 재료(IF1)의 상면에 양극 재료(PAS)가 도포될 가능성이 있다. 그러나, 본 실시예 2에서는, 양극 재료(PAS)를 도포한 후에, 위치 맞춤 조정이 용이한 디스펜서(DP)를 이용하여 제1 절연 재료(IF1)를 도포하고 있으므로, 제1 절연 재료(IF1)와 양극 재료(PAS)와의 정렬 어긋남을 해소할 수 있다. 단, 양극 재료(PAS)의 두께를 두껍게 하면, 양극 재료(PAS)의 측면이 경사지기 때문에, 전술한 실시예 1의 경우와 같이, 양극 재료(PAS)의 두께를 두껍게 형성할 수는 없다.
3. 제3 도포 공정(제2 절연 재료(세퍼레이터 재료)도포 공정)
다음에, 전술한 실시예 1의 제3 도포 공정(제2 절연 재료(세퍼레이터 재료)도포 공정)과 마찬가지로, 제5 롤러(RL5)와 대향한 위치의 제2 슬릿 다이 코터(DC2)로부터 공급되는 슬러리 상의 제2 절연 재료(IF2)가 도포된다. 제2 절연 재료(IF2)는 탱크(TA3)에 저류되어 있고, 정량 펌프(PU3)에 의해 제1 절연 재료(IF1) 및 양극 재료(PAS)의 상면에 공급된다.
도 5(c)에 도시한 바와 같이, 제2 절연 재료(IF2)는, 집전박(PEP)이 주행하는 제1 방향을 따라 제1 절연 재료(IF1) 및 양극 재료(PAS)의 상면에 도포된다. 제2 절연 재료(IF2)의 두께는, 예를 들면 5㎛~40㎛ 정도이다. 제2 절연 재료(IF2)의 두께는, 예를 들면 제2 슬릿 다이 코터(DC2)의 꼭지쇠(D1)의 높이 조정(상기 도 10 참조) 및 제2 절연 재료(IF2)의 송량에 의해 조정할 수 있다.
전술한 실시예 1과 마찬가지로, 거의 평탄한 면인 제1 절연 재료(IF1) 및 양극 재료(PAS)의 상면에 제2 절연 재료(IF2)는 도포되어, 예를 들면 제1 절연 재료(IF1) 및 양극 재료(PAS)의 측면, 및 제1 절연 재료(IF1) 및 양극 재료(PAS)가 도포되지 않은 집전박(PEP)의 표면에는 도포되지 않는다. 따라서, 제2 절연 재료(IF2)를 균일하게 도포할 수 있으므로, 제2 절연 재료(IF2)의 막 끊어짐을 방지할 수 있다.
4. 건조 공정
다음에, 전술한 실시예 1의 건조 공정과 마찬가지로, 건조로(건조 기구)(DRY)를 통과하는 것으로, 집전박(PEP)의 표면에 도포한 양극 재료(PAS) 및 제1 절연 재료(IF1)와, 이들 상면에 도포한 제2 절연 재료(IF2)를 적층한 도막의 전체가 건조되고, 그 표면에 양극막 및 세퍼레이터가 형성된 집전박(PEP)이 권취롤(SL2)에 권취된다.
도 5(d)에 도시한 바와 같이, 건조 전에는, 양극 재료(PAS)의 두께와 제1 절연 재료(IF1)의 두께가 거의 동일하였으나, 건조 후에는, 양극 재료(PAS)에 포함되는 고형물의 량과 제1 절연 재료(IF1)에 포함되는 고형물의 량의 차이에서, 제1 절연 재료(IF1)로 이루어지는 스페이서(SP)의 두께는 양극 재료(PAS)로 이루어지는 양극막(PE)의 두께보다도 얇아진다.
또한, 본 실시예 2에서는, 집전박(PEP)이 주행하는 제1 방향을 따라 집전박(PEP)의 표면에 1열로 형성되는 양극막(PE)의 제조 방법을 예시하였으나, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면 양극막(PE)은 2열 이상이 되어도 좋고, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이와 같이, 본 실시예 2에 의하면, 제1 절연 재료(IF1)와 전극 재료와의 정렬 어긋남이 해소된다. 또, 세퍼레이터(SE)가 되는 제2 절연 재료(IF2)를 얇게 도포하여도, 제2 절연 재료(IF2)의 막 끊어짐이 생기지 않으므로, 제2 절연 재료(IF2)를 얇고 또한 균일하게 도포할 수 있다. 이에 따라, 리튬이온 전지의 제조 수율을 저하시키지 않고, 세퍼레이터(SE)의 박막화를 도모할 수 있다.
(실시예3)
전술한 실시예 1과 상이한 점은, 전극 재료를 도포하는 공정수이다. 즉, 전술한 실시예 1에서는 1회의 도포 공정에 의해 양극 재료(PAS)를 집전박(PEP)의 표면에 도포하였으나, 본 실시예 3에서는 2회의 도포 공정에 의해 양극 재료(PAS)를 집전박(PEP)의 표면에 도포한다.
<<리튬이온 전지의 전극 시트의 제조 방법>>
본 실시예 3에 있어서의 리튬이온 전지의 전극 시트의 제조 방법을 도 6 및 도 7을 이용하여 설명한다. 도 6은, 본 실시예 3에 있어서의 리튬이온 전지의 전극 시트의 제조 장치 개략도이다. 도 7은, 본 실시예 3에 있어서의 리튬이온 전지의 전극 시트의 제조 방법을 설명하는 각 도포 공정 및 건조 공정의 전극 시트의 단면도이다. 도 7(a)는 제1 절연 재료(스페이서 재료)도포 공정의 전극 시트의 단면도(도 6의 A3-A3 단면도), 도 7(b)는 제1 전극 재료 도포 공정의 전극 시트의 단면도(도 6의 B3-B3 단면도) 및 도 7(c)는 제2 전극 재료 도포 공정의 전극 시트의 단면도(도 6의 C3-C3 단면도)이다. 또한, 도 7(d)는 제2 절연 재료(세퍼레이터 재료)도포 공정의 전극 시트의 단면도(도 6의 D3-D3 단면도) 및 도 7(e)는 건조 공정의 전극 시트의 단면도(도 6의 E3-E3 단면도)이다.
본 실시예 3에서는, 집전박이 주행하는 제1 방향을 따라 집전박의 표면에 2열로 형성되는 양극막의 제조 방법을 예시한다. 또, 본 실시예 3에서는, 양극 시트의 한면의 제조 방법을 예시하고 있으나, 음극 시트의 한면의 제조 방법도 동일하다.
도 6에 도시한 바와 같이, 전극 시트 제조 장치(M3)에서는, 집전박(PEP)은, 권출롤(SL1)로부터 송출되고, 제1 롤러(RL1), 제2 롤러(RL2), 제3 롤러(RL3), 제4 롤러(RL4), 제5 롤러(RL5), 제6 롤러(RL6), 제7 롤러(RL7) 및 제8 롤러(RL8)에 의해 권취롤(SL2)에 반송된다. 제3 롤러(RL3)에 대향해서 디스펜서(DP)가 설치되고, 제4 롤러(RL4)에 대향해서 제1 슬릿 다이 코터(DC1)가 설치되고, 제5 롤러(RL5)에 대향해서 제2 슬릿 다이 코터(DC2)가 설치되고, 제6 롤러(RL6)에 대향해서 제3 슬릿 다이 코터(DC3)가 설치되어 있다.
1. 제1 도포 공정(제1 절연 재료(스페이서 재료)도포 공정)
먼저, 전술한 실시예 1의 도포 공정(제1 절연 재료(세퍼레이터 재료)도포 공정)과 마찬가지로, 집전박(PEP)의 표면에 제1 절연 재료(IF1)가 도포된다.
도 7(a)에 도시한 바와 같이, 복수개의 제1 절연 재료(IF1)는, 제1 방향으로 주행하는 집전박(PEP)의 표면에, 제1 방향과 집전박(PEP)의 표면에서 직교하는 제2 방향으로 서로 이간되어 도포된다. 즉, 복수개의 제1 절연 재료(IF1)는, 뒤의 제2 및 제3 도포 공정에서 제1 방향으로 주행하는 집전박(PEP)의 표면에 양극 재료(PAS)가 도포되는 영역을, 제2 방향으로 끼우게 집전박(PEP)의 표면에 도포된다. 바꿔 말하면, 복수개의 제1 절연 재료(IF1)는, 뒤의 제2 및 제3 도포 공정에서 제1 방향으로 주행하는 집전박(PEP)의 표면에 도포되는 양극 재료(PAS) 영역의 제2 방향의 폭을 규제하도록 도포된다. 본 실시예 3에서는, 집전박(PEP)의 표면에 제1 방향을 따라 2열의 양극막을 형성하기 위해, 복수개의 제1 절연 재료(IF1)는, 제2 방향으로 서로 이간되고, 집전박(PEP)의 표면에 제1 방향을 따라 3열 도포된다.
제1 절연 재료(IF1)의 두께는, 뒤의 제2 및 제3 도포 공정에서 집전박(PEP)의 표면에 도포되는 양극 재료(PAS)의 두께와 거의 동일하다. 또, 제1 절연 재료(IF1)가 도포되는 영역은, 양극 시트가 완성된 후에 절단되는 영역이기 때문에, 재료비를 억제하기 위해서도 제1 절연 재료(IF1)의 제2 방향의 폭은 작게 설정된다. 예를 들면, 절단에 요하는 폭을 고려하여, 제1 절연 재료(IF1)의 제2 방향의 폭은 5~15mm 정도이다.
2. 제2 도포 공정(제1 전극 재료 도포 공정)
다음에, 권출롤(SL1)로부터 송출된 집전박(PEP)의 표면에, 제4 롤러(RL4)와 대향한 위치의 제1 슬릿 다이 코터(DC1)로부터 공급되는 슬러리 상의 제1 양극 재료(PAS1)가 도포된다. 제1 양극 재료(PAS1)는 탱크(TA2)에 저류되어 있고, 정량 펌프(PU2)에 의해 집전박(PEP)의 표면에 공급된다.
도 7(b)에 도시한 바와 같이, 복수개의 제1 양극 재료(PAS1)는, 제1 방향으로 주행하는 집전박(PEP)의 표면에서, 또한 앞의 제1 도포 공정에서 집전박(PEP)의 표면에 도포된 제1 절연 재료(IF1)에 끼워진 영역에 도포된다. 본 실시예 3에서는, 집전박(PEP)의 표면에 제1 방향을 따라 2열의 양극막을 형성하기 위해, 복수개의 제1 양극 재료(PAS1)는, 제1 절연 재료(IF1)에 의해 분리되어 제2 방향으로 서로 이간되고, 집전박(PEP)의 표면에 제1 방향을 따라 2열 도포된다.
제1 양극 재료(PAS1)의 두께는, 앞의 제1 도포 공정에서 집전박(PEP)의 표면에 도포된 제1 절연 재료(IF1)의 두께보다도 얇다. 즉, 제1 양극 재료(PAS1)의 상면은 제1 절연 재료(IF1)의 상면보다도 낮은 위치에 있다. 제1 양극 재료(PAS1)의 두께는, 예를 들면 제1 슬릿 다이 코터(DC1)의 꼭지쇠(D1)의 높이 조정(상기 도 10 참조) 및 제1 양극 재료(PAS1)의 송량에 의해 조정할 수 있다.
3. 제3 도포 공정(제2 전극 재료 도포 공정)
다음에, 권출롤(SL1)로부터 송출된 집전박(PEP)의 표면에, 제5 롤러(RL5)와 대향한 위치의 제2 슬릿 다이 코터(DC2)로부터 공급되는 슬러리 상의 제2 양극 재료(PAS2)가 도포된다. 제2 양극 재료(PAS2)는 탱크(TA3)에 저류되어 있고, 정량 펌프(PU3)에 의해 제1 양극 재료(PAS1)의 상면에 공급된다. 여기서, 제2 양극 재료(PAS2)의 바인더 함유량은, 제1 양극 재료(PAS1)의 바인더 함유량보다도 적다.
도 7(c)에 도시한 바와 같이, 제2 양극 재료(PAS2)는, 제1 양극 재료(PAS1)의 상면에 도포되어, 제1 양극 재료(PAS1)와 제2 양극 재료(PAS2)가 적층되어 이루어지는 양극 재료(PAS)가 형성된다.
집전박(PEP)의 표면에서 양극 재료(PAS)의 상면까지의 높이와 집전박(PEP)의 표면에서 제1 절연 재료(IF1)의 상면까지의 높이가 거의 동일해지도록, 제2 양극 재료(PAS2)는 도포된다. 즉, 양극 재료(PAS)의 두께는, 앞의 제1 도포 공정에서 집전박(PEP)의 표면에 도포된 제1 절연 재료(IF1)의 두께와 거의 동일하게 된다. 양극 재료(PAS)의 두께와 제1 절연 재료(IF1)의 두께는 동일한 것이 바람직하나, 제1 절연 재료(IF1)의 상면에 제2 양극 재료(PAS2)가 도포되는 것을 방지하기 위하여, 양극 재료(PAS)의 상면이, 제1 절연 재료(IF1)의 상면보다도 0㎛~10㎛ 정도 낮아지도록 제2 양극 재료(PAS2)는 도포된다. 제2 양극 재료(PAS2)의 두께는, 예를 들면 제2 슬릿 다이 코터(DC2)의 꼭지쇠(D1)의 높이 조정(상기 도 10 참조) 및 제2 양극 재료(PAS2)의 송량에 의해 조정할 수 있다.
본 실시예 3에서는, 바인더의 함유량이 서로 다른 제1 양극 재료(PAS1)와 제2 양극 재료(PAS2)를 적층해서 양극 재료(PAS)를 구성하고 있다. 이것은 이하의 이유에 의한다.
먼저, 단층으로 양극 재료(PAS)를 구성한 경우의 과제에 대해서 설명한다. 슬러리 상의 양극 재료(PAS)는, 활물질 및 도전 보조제에 더하여, 활물질과 도전 보조제를 결착하기 위한 바인더를 함유하고 있다. 그러나, 이 바인더는, 건조 공정에 있어서 양극 재료(PAS)의 상면측에 편석하기 쉽고, 바인더의 함유량이 너무 적으면, 이것이 원인이 되어, 집전박(PEP)과 양극 재료(PAS)와의 계면에서 양극 재료(PAS)가 벗겨질 수 있다. 특히, 양극 재료(PAS)를 두껍게 도막하였을 경우에는, 바인더의 편석이 현저해지기 때문에, 양극 재료(PAS)가 벗겨짐은 심각한 문제가 된다. 한편, 양극 재료(PAS)에 포함되는 바인더의 함유량을 증가시키는 것에 의해, 바인더의 편석을 생기기 어렵게 할 수는 있다. 그러나, 바인더의 함유량이 너무 많으면, 활물질의 량이 감소하여 전지용량이 낮아지는, 또는, 바인더는 혼합되기 어렵기 때문에, 양극막의 통전에 편차가 생겨버린다. 따라서, 양극 재료(PAS)의 점도 및 표면 장력과의 균형도 있고, 양극 재료(PAS)에 포함되는 바인더의 함유량을 최적의 함유량으로 조정하는 것이 어렵고, 특히, 양극 재료(PAS)를 두껍게 도막할 경우에는, 보다 바인더의 함유량 조정이 어려워진다.
그러나, 본 실시예 3에서는, 상대적으로 바인더의 함유량이 많은 제1 양극 재료(PAS1)를 도포하고, 그 위에 상대적으로 바인더 함유량이 적은 제2 양극 재료(PAS2)를 도포한다. 건조 공정에 있어서, 제1 양극 재료(PAS1)와 제2 양극 재료(PAS2)는 서로 혼합되나, 제1 양극 재료(PAS1)와 제2 양극 재료(PAS2)의 2층으로 양극 재료(PAS)를 도막하였을 경우는, 단층으로 양극 재료(PAS)를 도막하였을 경우보다도, 양극 재료(PAS)의 상면측에 있어서의 바인더 편석이 적어지므로, 본 실시예 3에서는, 양극 재료(PAS)의 벗겨짐을 방지할 수 있다.
또, 최적의 바인더 함유량을 설정하기 위하여, 예를 들면 제1 양극 재료(PAS1) 및 제2 양극 재료(PAS2)의 측면이 경사지도록 점도 및 표면 장력을 가지는 제1 양극 재료(PAS1) 및 제2 양극 재료(PAS2)를 사용해야 하는 경우가 있다. 그러나, 이러한 경우라도, 본 실시예 3에서는, 미리, 제1 양극 재료(PAS1) 및 제2 양극 재료(PAS2)를 도포하는 영역을 제1 절연 재료(IF1)로 규정하고 있으므로, 제1 양극 재료(PAS1) 및 제2 양극 재료(PAS2)의 형상은 안정된다.
4. 제4 도포 공정(제2 절연 재료(세퍼레이터 재료)도포 공정)
다음에, 전술한 실시예 1의 제3 도포 공정(제2 절연 재료(세퍼레이터 재료)도포 공정)과 마찬가지로, 제6 롤러(RL6)와 대향한 위치의 제3 슬릿 다이 코터(DC3)로부터 공급되는 슬러리 상의 제2 절연 재료(IF2)가 도포된다. 제2 절연 재료(IF2)는 탱크(TA4)에 저류되어 있고, 정량 펌프(PU4)에 의해 제1 절연 재료(IF1) 및 제2 양극 재료(PAS2)의 상면에 공급된다.
도 7(d)에 도시한 바와 같이, 제2 절연 재료(IF2)는, 집전박(PEP)이 주행하는 제1 방향을 따라 제1 절연 재료(IF1) 및 양극 재료(PAS)의 상면에 도포된다. 제2 절연 재료(IF2)의 두께는, 예를 들면 5㎛~40㎛ 정도이다. 제2 절연 재료(IF2)의 두께는, 예를 들면 제3 슬릿 다이 코터(DC3)의 꼭지쇠(D1)의 높이 조정(상기 도 10 참조) 및 제2 절연 재료(IF2)의 송량에 의해 조정할 수 있다.
전술한 실시예 1과 마찬가지로, 거의 평탄한 면인 제1 절연 재료(IF1) 및 양극 재료(PAS)의 상면에 제2 절연 재료(IF2)는 도포되어, 예를 들면 제1 절연 재료(IF1) 및 양극 재료(PAS)의 측면, 및 제1 절연 재료(IF1) 및 양극 재료(PAS)가 도포되지 않은 집전박(PEP)의 표면에는 도포되지 않는다. 따라서, 제2 절연 재료(IF2)를 균일하게 도포할 수 있으므로, 제2 절연 재료(IF2)의 막 끊어짐을 방지할 수 있다.
5. 건조 공정
다음에, 전술한 실시예 1의 건조 공정과 마찬가지로, 건조로(건조 기구)(DRY)를 통과하는 것으로, 집전박(PEP)의 표면에 도포한 양극 재료(PAS) 및 제1 절연 재료(IF1)와, 이들 상면에 도포한 제2 절연 재료(IF2)를 적층한 도막의 전체가 건조되고, 그 표면에 양극막 및 세퍼레이터가 형성된 집전박(PEP)이 권취롤(SL2)에 권취된다.
도 7(e)에 도시한 바와 같이, 제1 양극 재료(PAS1)와 제2 양극 재료(PAS2)는 서로 혼합되어, 1층의 양극 재료(PAS)가 된다. 또, 건조 전에는, 양극 재료(PAS)의 두께와 제1 절연 재료(IF1)의 두께는 거의 동일하였으나, 건조 후에는, 제1 양극 재료(PAS1) 및 제2 양극 재료(PAS2)에 포함되는 고형물의 량과 제1 절연 재료(IF1)에 포함되는 고형물의 량의 차이에서, 제1 절연 재료(IF1)로 이루어지는 스페이서(SP)의 두께는 양극 재료(PAS)로 이루어지는 양극막(PE)의 두께보다도 얇아진다.
한편, 본 실시예 3에서는, 집전박(PEP)이 주행하는 제1 방향을 따라 집전박(PEP)의 표면에 2열로 형성되는 양극막(PE)의 제조 방법을 예시하였으나, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면 양극막(PE)은 1열, 또는 3열 이상이 되어도 좋고, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또, 본 실시예 3에서는, 바인더의 함유량이 서로 다른 제1 양극 재료(PAS1)와 제2 양극 재료(PAS2)의 2층으로 양극 재료(PAS)를 구성하였으나, 이것에 한정되는 것이 아니라, 바인더의 함유량이 서로 다른 3층 이상으로 양극 재료(PAS)를 구성할 수도 있다.
이와 같이, 본 실시예 3에 의하면, 제1 양극 재료(PAS1)와 제2 양극 재료(PAS2)를 적층해서 양극 재료(PAS)를 구성함으로써, 양극 재료(PAS)의 상면측에서의 바인더의 편석을 적게 하여, 양극 재료(PAS)의 벗겨짐을 방지할 수 있다. 또, 미리, 제1 양극 재료(PAS1) 및 제2 양극 재료(PAS2)를 도포하는 영역을 제1 절연 재료(IF1)로 규정하고 있으므로, 제1 양극 재료(PAS1) 및 제2 양극 재료(PAS2)의 형상은 안정된다. 또, 세퍼레이터(SE)가 되는 제2 절연 재료(IF2)를 얇게 도포하더라도, 제2 절연 재료(IF2)의 막 끊어짐이 생기지 않으므로, 제2 절연 재료(IF2)를 얇고 또한 균일하게 도포할 수 있다. 이에 따라, 리튬이온 전지의 제조 수율을 저하시키지 않고, 세퍼레이터(SE)의 박막화 및 전극막의 후막화를 도모할 수 있다.
이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 실시예에 의거하여 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 말할 필요도 없다.
D1 : 꼭지쇠
D2 : 매니폴드
D3 : 슬릿부
D4 : 전극 재료 덩어리
D5 : 하류측 메니스커스(액면의 굴곡)
D6 : 하류측 립부
DC1 : 제1 슬릿 다이 코터
DC2 : 제2 슬릿 다이 코터
DC3 : 제3 슬릿 다이 코터
DP : 디스펜서
DRY : 건조로
h1 : 제1 간격
IF : 절연 재료
IF1 : 제1 절연 재료
IF2 : 제2 절연 재료
M1 : 전극 시트 제조 장치
M2 : 전극 시트 제조 장치
M3 : 전극 시트 제조 장치
PAS : 양극 재료
PAS1 : 제1 양극 재료
PAS2 : 제2 양극 재료
PE : 양극막
PEP : 집전박
PU1, PU2, PU3, PU4 : 정량 펌프
RL1 : 제1 롤러
RL2 : 제2 롤러
RL3 : 제3 롤러
RL4 : 제4 롤러
RL5 : 제5 롤러
RL6 : 제6 롤러
RL7 : 제7 롤러
RL8 : 제8 롤러
SE : 세퍼레이터
SL1 : 권출롤
SL2 : 권취롤
SP : 스페이서
TA1, TA2, TA3, TA4 : 탱크

Claims (12)

  1. 집전박을 제1 방향으로 반송하는 반송 기구와,
    상기 집전박 표면에서, 또한 상기 제1 방향과 상기 집전박 표면에서 직교하는 제2 방향으로 서로 이간되는 복수개의 제1 영역에, 슬러리 상의 제1 절연 재료를 도포하는 제1 도포 기구와,
    상기 집전박 표면에서, 또한 상기 제2 방향으로 인접하는 상기 제1 영역에 끼워지는 제2 영역에, 슬러리 상의 제1 전극 재료를 도포하는 제2 도포 기구와,
    상기 제1 절연 재료 및 상기 제1 전극 재료의 상면에 슬러리 상의 제2 절연 재료를 도포하는 제3 도포 기구를 구비한, 축전 디바이스의 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극 재료, 상기 제1 절연 재료 및 상기 제2 절연 재료를 건조시키는 건조 기구를 추가로 구비한, 축전 디바이스의 제조 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 방향으로, 상기 제1 도포 기구, 상기 제2 도포 기구 및 상기 제3 도포 기구가 차례로 설치된, 축전 디바이스의 제조 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 도포 기구와 상기 제3 도포 기구의 사이에, 상기 제1 전극 재료의 상면에, 슬러리 상의 제2 전극 재료를 도포하는 제4 도포 기구를 추가로 구비한, 축전 디바이스의 제조 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 방향으로, 상기 제2 도포 기구, 상기 제1 도포 기구 및 상기 제3 도포 기구가 차례로 설치된, 축전 디바이스의 제조 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 도포 기구는 디스펜서를 가지며, 상기 제2 도포 기구 및 상기 제3 도포 기구는 슬릿 다이 코터를 갖는, 축전 디바이스의 제조 장치.
  7. (a) 제1 방향으로 주행하는 집전박 표면에, 상기 제1 방향과 상기 집전박 표면에서 직교하는 제2 방향으로 서로 이간되는 복수 개의 슬러리 상의 제1 절연 재료를 도포하는 공정,
    (b) 상기 (a) 공정 후, 상기 제2 방향으로 인접하는 상기 제1 절연 재료에 끼워지는 상기 집전박 표면에, 슬러리 상의 전극 재료를 도포하는 공정,
    (c) 상기 (b) 공정 후, 상기 전극 재료 및 상기 제1 절연 재료의 상면에 슬러리 상의 제2 절연 재료를 도포하는 공정,
    (d) 상기 (c) 공정 후, 상기 전극 재료, 상기 제1 절연 재료 및 상기 제2 절연 재료를 건조시키는 공정을 갖는, 축전 디바이스의 제조 방법.
  8. (a) 제1 방향으로 주행하는 집전박 표면에, 슬러리 상의 전극 재료를 도포하는 공정,
    (b) 상기 (a) 공정 후, 상기 제1 방향과 상기 집전박 표면에서 직교하는 제2 방향의 상기 전극 재료 양측의 상기 집전박 표면에, 슬러리 상의 제1 절연 재료를 도포하는 공정,
    (c) 상기 (b) 공정 후, 상기 전극 재료 및 상기 제1 절연 재료의 상면에 슬러리 상의 제2 절연 재료를 도포하는 공정,
    (d) 상기 (c) 공정 후, 상기 전극 재료, 상기 제1 절연 재료 및 상기 제2 절연 재료를 건조시키는 공정을 갖는, 축전 디바이스의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 (b) 공정에서는 바인더 함유량이 서로 다른 복수 개의 전극 재료가 적층되는, 축전 디바이스의 제조 방법.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 제1 절연 재료의 상기 제2 방향의 폭은 5mm 내지 15mm 정도인, 축전 디바이스의 제조 방법.
  11. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 (b) 공정에서는, 상기 전극 재료의 상면이 상기 제1 절연 재료의 상면보다도 0㎛ 내지 10㎛ 낮은, 축전 디바이스의 제조 방법.
  12. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 (c) 공정에서 도포되는 상기 제2 절연 재료의 두께는 5㎛ 내지 40㎛인, 축전 디바이스의 제조 방법.
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