KR20220068164A - 전극의 제조 방법 및 전극 페이스트 도공 장치 - Google Patents

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프라임 플래닛 에너지 앤드 솔루션즈 가부시키가이샤
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Abstract

전극 페이스트의 도공과 건조를 포함하는 전극의 제조 방법이며, 활물질층의 단위 면적당 중량의 변동을 고도로 억제할 수 있는, 전극의 제조 방법이 제공된다. 여기에 개시되는 전극의 제조 방법은, 전극 페이스트를, 다이에서 집전박 상에 도공하는 공정과, 상기 도공된 전극 페이스트를 건조시키는 공정을 포함한다. 여기서, 상기 집전박은, 백업 롤에 의해 반송된다. 상기 도공된 전극 페이스트의 두께 및 폭의 적어도 어느 한 변동을 측정한다. 상기 백업 롤의 주속을, 상기 변동의 측정 결과에 따라, 상기 변동이 작아지도록 변화시킨다.

Description

전극의 제조 방법 및 전극 페이스트 도공 장치{METHOD FOR MANUFACTURING ELECTRODE AND ELECTRODE PASTE COATING DEVICE}
본 발명은 전극 페이스트를 집전박에 다이 도공하는 것을 포함하는 전극의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 당해 제조 방법의 실시에 적합한 전극 페이스트 도공 장치에 관한 것이다.
근년, 리튬 이온 이차 전지 등의 이차 전지는, 개인용 컴퓨터, 휴대 단말기 등의 포터블 전원이나, 전기 자동차(EV), 하이브리드 자동차(HV), 플러그인 하이브리드 자동차(PHV) 등의 차량 구동용 전원 등으로 적절하게 사용되고 있다.
이차 전지, 특히 리튬 이온 이차 전지의 전극으로서, 일반적으로, 집전박 상에 활물질을 함유하는 활물질층이 마련된 전극이 사용되고 있다. 이러한 전극은, 일반적으로, 활물질을 함유하는 전극 페이스트를 집전박 상에 도공하고, 당해 도공한 전극 페이스트를 건조시켜 활물질층을 형성함으로써 제조된다.
이러한 제조 방법에 있어서, 특허 문헌 1에는, 활물질층의 단위 면적당 중량을 균일화하기 위해, 도공되는 전극 페이스트의 점도, 및 도공 건조 후의 드라이 상태의 도공막 두께 또는 단위 면적당 중량을 비파괴 측정에 의해 모니터하여, 모니터된 페이스트 점도에 기초하여 롤 코터의 도공 갭양과 드라이 상태의 도공막 두께 또는 단위 면적당 중량과의 관계를 나타내는 수축률을 구하여, 이 수축률과 드라이 상태의 도공막 두께 또는 단위 면적당 중량의 모니터 값에 기초하여 도공 갭양을 결정하고, 드라이 상태의 도공막 두께 또는 단위 면적당 중량과 도공 갭양과의 피드백 제어에 의해 도공을 행하는 것이 제안되어 있다.
일본 특허 공개 제2000-353515호 공보
종래 기술은, 드라이 상태의 도공막 두께 또는 단위 면적당 중량에 따라 코터의 도공 갭양(㎛)을 피드백 제어하고, 활물질층의 단위 면적당 중량을 균일화하려고 하는 것이다. 그러나, 본 발명자들이 예의 검토한 결과, 종래 기술에 있어서는, 도공 갭양을 피드백 제어함으로써, 활물질층의 단위 면적당 중량의 변동을 어느 정도 억제할 수 있기는 하지만, 그 단위 면적당 중량의 변동의 억제에 관해 아직 개선의 여지가 있는 것을 발견하였다.
그래서, 본 발명의 목적은, 전극 페이스트의 도공과 건조를 포함하는 전극의 제조 방법이며, 활물질층의 단위 면적당 중량의 변동을 고도로 억제할 수 있는, 전극의 제조 방법을 제공하는 데에 있다.
여기에 개시되는 전극의 제조 방법은, 전극 페이스트를, 다이에서 집전박 상에 도공하는 공정과, 상기 도공된 전극 페이스트를 건조시키는 공정을 포함한다. 여기서, 상기 집전박은, 백업 롤에 의해 반송된다. 상기 도공된 전극 페이스트의 두께 및 폭의 적어도 어느 한 변동을 측정한다. 상기 백업 롤의 주속을, 상기 변동의 측정 결과에 따라, 상기 변동이 작아지도록 변화시킨다. 이러한 구성에 의하면, 활물질층의 단위 면적당 중량의 변동을 고도로 억제할 수 있는, 전극의 제조 방법이 제공된다.
여기에 개시되는 전극의 제조 방법의 바람직한 일 형태에 있어서는, 상기 측정되는 변동이, 백업 롤에 기인하는 것이다. 이러한 구성에 의하면, 백업 롤에 기인하는 단위 면적당 중량의 변동을 고도로 억제할 수 있다.
여기에 개시되는 전극의 제조 방법의 바람직한 일 형태에 있어서는, 상기 백업 롤의 주속을, 하기 식 (2)에 기초하여 변화시킨다. 이러한 구성에 의하면, 단위 면적당 중량의 변동을 보다 고도로 억제할 수 있다.
Figure pat00001
VBR: 백업 롤의 주속
VBR_const: 백업 롤의 주속의 설정값
W(x): 도공 거리 x에 있어서의 도공 폭 또는 시간 x에 있어서의 도공 폭
Wave: 도공 폭의 평균값
여기에 개시되는 전극의 제조 방법의 바람직한 일 형태에 있어서는, 상기 백업 롤의 주속을, 하기 식 (3)에 기초하여 변화시킨다. 이러한 구성에 의하면, 단위 면적당 중량의 변동을 보다 고도로 억제할 수 있다.
Figure pat00002
VBR: 백업 롤의 주속
VBR_const: 백업 롤의 주속의 설정값
D(x'): 도공 거리 x'에 있어서의 도공 두께, 또는 시간 x'에 있어서의 도공 두께
Dave: 도공 두께의 평균값
다른 측면으로부터, 여기에 개시되는 전극 페이스트 도공 장치는, 집전박에 전극 페이스트를 도공하도록 구성된 다이 코터부와, 상기 집전박을 반송하도록 구성된 백업 롤과, 도공된 전극 페이스트의 두께 및 폭의 적어도 어느 한 변동을 측정하도록 구성된 측정부와, 백업 롤의 주속을 제어하도록 구성된 제어부를 구비한다. 당해 전극 페이스트 도공 장치는, 상기 백업 롤의 주속을, 상기 변동의 측정 결과에 따라, 변동이 작아지게 변화시키도록 구성되어 있다. 이 도공 장치를 이용하여 전극을 제조함으로써, 단위 면적당 중량의 변동을 고도로 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전극의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는 연속해서 전극 페이스트의 도공을 행하였을 때 발생되는 일반적인 단위 면적당 중량의 변동 일례를 나타내는 그래프이다.
도 3의 (a)는, 전극 페이스트가 도공된 집전박을 주면에 수직인 방향에서 본 경우의 모식도이며, (b)는 단위 면적당 중량의 큰 부분의 선 I-I에서의 단면도이며, (c)는, 단위 면적당 중량의 작은 부분의 선 II-II에서의 단면도이다.
도 4는 백업 롤의 주속이 일정한 경우의 도공 거리에 대한 전극 페이스트의 폭을 나타내는 그래프이다.
도 5는 식 (2)를 그래프화한 도면이다.
도 6은 백업 롤의 주속 제어를 행하는 실험에 있어서의 도공 거리에 대한 도공 폭의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 상기 실험에 있어서의 도공 거리가 35m 내지 45m의 구간에서의 활물질층의 단위 면적당 중량을 나타내는 그래프이다.
도 8은 상기 실험에 있어서의 도공 거리가 65m 내지 75m의 구간에서의 활물질층의 단위 면적당 중량을 나타내는 그래프이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 관한 실시 형태를 설명한다. 또한, 본 명세서에서 언급하고 있지 않은 사항으로서 본 발명의 실시에 필요한 사항은, 당해 분야에 있어서의 종래 기술에 기초하는 당업자의 설계 사항으로서 파악될 수 있다. 본 발명은 본 명세서에 개시되어 있는 내용과 당해 분야에 있어서의 기술 상식에 기초하여 실시할 수 있다. 또한, 이하의 도면에 있어서는, 동일한 작용을 발휘하는 부재ㆍ부위에는 동일 부호를 부여하여 설명하고 있다. 또한, 각 도면에 있어서의 치수 관계(길이, 폭, 두께 등)는 실제의 치수 관계를 반영하는 것은 아니다.
본 실시 형태에 관한 전극의 제조 방법은, 전극 페이스트를, 다이에서 집전박 상에 도공하는 공정(이하, 「도공 공정」이라고도 함)과, 당해 도공된 전극 페이스트를 건조시키는 공정(이하, 「건조 공정」이라고도 함)을 포함한다. 여기서, 당해 집전박은, 백업 롤에 의해 반송된다. 당해 도공된 전극 페이스트의 두께 및 폭의 적어도 어느 한 변동을 측정한다. 당해 백업 롤의 주속을, 당해 변동의 측정 결과에 따라, 당해 변동이 작아지도록 변화시킨다.
먼저, 도공 공정에 대해 설명한다. 도공 공정에 사용되는 전극 페이스트는, 활물질과, 용매(분산매)를 함유한다. 전극 페이스트의 구성은, 전극 페이스트의 도공과 건조를 포함하는 공지의 전극의 제조 방법에 사용되는 전극 페이스트와 마찬가지여도 된다. 전극 페이스트가 리튬 이온 이차 전지의 제조에 사용되는 예에 대해 이하 설명한다.
전극 페이스트가 리튬 이온 이차 전지용 정극 페이스트인 경우에는, 정극 페이스트는, 정극 활물질과, 용매를 함유한다. 정극 활물질로서는, 예를 들어 리튬 전이 금속 산화물(예를 들어, LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, LiNiO2, LiCoO2, LiFeO2, LiMn2O4, LiNi0.8Co0.15Al0.5O2, LiNi0.5Mn1.5O4 등), 리튬 전이 금속 인산 화합물(LiFePO4 등) 등을 들 수 있다. 용매로서는, 예를 들어 N-메틸피롤리돈(NMP) 등을 들 수 있다.
정극 페이스트는, 도전재, 바인더 등을 더 함유하고 있어도 된다. 도전재로서는, 예를 들어 아세틸렌 블랙(AB) 등의 카본 블랙이나 기타(그래파이트 등)의 탄소 재료 등을 들 수 있다. 바인더로서는, 예를 들어 폴리불화비닐리덴(PVDF) 등을 들 수 있다.
정극 페이스트 중의 각 성분의 함유량 및 정극 페이스트의 고형분 농도는, 공지의 리튬 이온 이차 전지용 정극 페이스트와 마찬가지여도 된다.
전극 페이스트가 리튬 이온 이차 전지용 부극 페이스트인 경우에는, 부극 페이스트는, 부극 활물질과, 용매를 함유한다. 부극 활물질로서는, 예를 들어 흑연, 하드 카본, 소프트웨어 카본 등의 탄소 재료를 들 수 있다. 용매로서는, 예를 들어 물 등을 들 수 있다.
부극 페이스트는, 바인더, 증점제 등을 더 함유하고 있어도 된다. 바인더로서는, 예를 들어 스티렌부타디엔 러버(SBR) 등을 들 수 있다. 증점제로서는, 예를 들어 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 등을 들 수 있다.
부극 페이스트 중의 각 성분의 함유량 및 부극 페이스트의 고형분 농도는, 공지의 리튬 이온 이차 전지용 부극 페이스트와 마찬가지여도 된다.
또한, 본 명세서에서, 「페이스트」란, 고형분의 적어도 일부가 분산된 분산액을 가리키며, 따라서 「페이스트」는, 「슬러리」, 「잉크」 등을 포함한다.
도공 공정에 사용되는 집전박으로서는, 공지의 리튬 이온 이차 전지용 집전박을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 금속박 등이 사용된다. 정극을 제조하는 경우, 집전박으로서는, 알루미늄박이 적합하다. 부극을 제조하는 경우, 집전박으로서는, 구리박이 적합하다.
집전박의 두께는, 특별히 한정되지는 않으며, 예를 들어 5㎛ 이상 35㎛ 이하이고, 바람직하게는 7㎛ 이상 20㎛ 이하이다.
도공 공정의 구체적인 조작에 대해 도 1을 사용하여 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태에 관한 전극의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다. 도 1에 도시하는 전극 페이스트 도공 장치(100)는, 도공 공정을 실시하는 데 적합한 전극 페이스트 도공 장치이다. 또한, 도공 공정을 실시하기 위한 전극 페이스트 도공 장치는, 도 1에 도시하는 것에 한정되지는 않는다.
도 1에 도시하는 전극 페이스트 도공 장치(100)는, 집전박(60)에 전극 페이스트(70)를 도공하도록 구성된 다이 코터부(10)와, 집전박(60)을 반송하도록 구성된 백업 롤(20)과, 도공된 전극 페이스트(70)의 두께 및 폭의 적어도 어느 것을 측정하도록 구성된 측정부(30)와, 백업 롤(20)의 주속을 제어하도록 구성된 제어부를 구비한다. 또한, 집전박(60) 및 전극 페이스트(70)는, 전극 페이스트 도공 장치(100)의 구성 부재가 아니다.
다이 코터부(10)는, 전극 페이스트(70)를 다이의 토출구로부터 토출하도록 구성되어 있다. 다이 코터부(10)의 구체적인 구성은, 통상의 다이 코터와 마찬가지여도 된다. 예를 들어, 다이 코터부(10)는, 토출구를 구비하는 다이와, 당해 다이의 위치를 이동시키도록 구성된 다이 구동 기구로 구성되어 있다. 다이 코터부(10)에는, 전극 페이스트 공급계(도시하지 않음)가 접속되어 있다.
백업 롤(20)은, 집전박(60)을 반송하도록 구성되어 있다. 백업 롤(20)의 구체적인 구성은, 통상의 다이 도공에 사용되는 백업 롤과 마찬가지여도 된다. 백업 롤(20)은, 전형적으로는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 다이 코터(10)의 다이 토출구의 하부에 배치된다. 그러나, 백업 롤(20)의 위치는, 본 실시 형태에 따른 단위 면적당 중량의 변동 저감 효과가 얻어지는 한, 이에 한정되지는 않는다. 백업 롤(20)은, 다이 코터(10)의 다이 토출구의 근방에 배치되는 것이 바람직하다.
측정부(30)는, 도공된 전극 페이스트(70)의 두께(즉, 도공 두께) 및 폭(즉, 도공 폭)의 적어도 어느 것을 측정한다. 측정부(30)에는, 도공 두께 또는 도공 폭의 측정에 사용되는 공지의 측정기를 이용할 수 있다. 측정기는, 접촉식이어도 비접촉식이어도 되지만, 비접촉식의 것(예, 레이저 변위계)이 바람직하다.
제어부(40)는, 측정부(30)에서의 측정 결과를 받을 수 있도록 측정부(30)와 유선 또는 무선으로 접속되어 있다. 또한, 제어부(40)는, 백업 롤(20)의 주속 등을 제어 가능하도록, 백업 롤(20)과 유선 또는 무선으로 접속되어 있다. 도시예와 같이, 제어부(40)는, 다이 코터부(10)의 위치(특히 갭양)를 조정할 수 있도록, 다이 코터부(10)와 유선 또는 무선으로 접속되어 있어도 된다. 제어부(40)는, 컴퓨터에 의해 구성되어 있다. 당해 컴퓨터는, CPU와, 후술하는 제어를 행하기 위한 프로그램이 저장된 ROM과, RAM 등을 구비하고 있어도 된다. 그러나, 후술하는 제어가 가능한 한, 제어부(40)의 구성은 이에 한정되지는 않는다.
도공은, 집전박(60)을 백업 롤(20)로 반송하면서, 다이 코터부(10)로부터, 전극 페이스트(70)를 집전박(60) 상으로 토출함으로써 행할 수 있다.
도공 시, 도공 두께는, 다이 코터부(10)와, 백업 롤(20)의 거리(즉 갭양)에 의해 제어할 수 있다. 이 갭양은, 도 1에서는, 치수 G로서 표시되어 있다. 도공 두께는, 이 갭양 G와, 집전박(60)의 두께로부터 정해진다.
여기서, 일반적으로, 연속해서 전극 페이스트의 도공을 행하면, 도 2에 도시하는 예와 같이 전극 페이스트의 단위 면적당 중량이 변동된다. 또한, 활물질층의 단위 면적당 중량은, 전극 페이스트의 건조 후 단위 면적당 중량이므로, 활물질층의 단위 면적당 중량도 마찬가지로 변동한다. 도 2에 있어서 V1로 표시되는 큰 변동은, 페이스트 점도의 변화 등에 의한 것이며, 종래 기술과 같이 갭양 G를 피드백 제어함으로써 억제하는 것이 가능하다. 한편, V2로 표시되는 변동은, 백업 롤(20)의 축 흔들림, 백업 롤(20)의 진원도가 0이 아닌 것 등에 기인하여 갭양 G가 주기적으로 변화되는 것에 의한 것이며, 종래 기술에 의해 억제하기는 곤란하다. 본 실시 형태는, 이 백업 롤(20)에 기인하는 변동 V2를 억제하는 것이다.
여기서, 다이 코터부(10)로부터 토출되는 전극 페이스트(70)의 양은 일정하다. 그 때문에, 도 3의 (a) 및 (b)에 도시하는 바와 같이, 단위 면적당 중량이 많은 부분(70a)에서는, 도공된 전극 페이스트(70)의 두께가 커지는 한편, 전극 페이스트(70)의 폭이 좁아진다. 반대로, 도 3의 (a) 및 (c)에 도시하는 바와 같이, 단위 면적당 중량이 작은 부분(70b)에서는, 도공된 전극 페이스트(70)의 두께가 작아지는 한편, 전극 페이스트(70)의 폭이 넓어진다. 또한, 도 3은, 참조의 편의를 위해 모식적으로 그려진 것이며, 폭과 두께의 치수 변화를 알기 쉬워지도록, 전극 페이스트(70)의 도공 상태가 과장되어 그려져 있다.
그 때문에, 본 실시 형태에서는, 도공된 전극 페이스트(70)의 두께 및 폭의 적어도 어느 한 변동을 측정한다. 전극 페이스트(70)의 단위 면적당 중량 변동을 파악하기 위해서는, 도공된 전극 페이스트(70)의 두께 및 폭의 어느 한쪽만을 측정하면 충분하다. 도공된 전극 페이스트(70)의 두께 및 폭의 양쪽을 측정하는 경우에는, 도공 이상을 용이하게 검지하는 것이 가능하다.
도공된 전극 페이스트(70)의 두께 및 폭의 변동은, 공지 방법에 따라 측정할 수 있다. 도 1에 도시하는 예에서는, 이 변동을, 측정부(30)를 사용하여 측정한다. 또한, 이 도공된 전극 페이스트(70)에 대한 측정은, 건조 공정 후에 행해도 된다. 그러나, 건조에 의한 전극 페이스트(70)의 두께 및 폭에 대한 영향을 배제하는 관점에서, 건조 공정 전에 행하는 것이 바람직하다.
여기서, 집전박(60)을 반송하는 백업 롤(20)의 주속에 의해, 생산 속도가 정해진다. 따라서, 제조 현장에 있어서는, 생산량을 정확하게 파악하는 것이 생산 관리상 가장 중요하며, 그 때문에, 백업 롤(20)의 주속을 도공 중에 변화시키는 것은, 통상 행해지지 않는다. 그러나, 굳이 본 실시 형태에서는, 상기 변동의 측정 결과에 따라, 백업 롤(20)의 주속(주속)을 상기 변동이 작아지도록 변화시키고, 추가로 도공을 행한다.
백업 롤(20)의 주속은, 상기 변동이 작아지는 한 어떻게 변화시켜도 된다. 여기서, 변동은, 상술한 바와 같이, 도 2의 V2로 표시되는 변동은, 백업 롤(20)의 축 흔들림, 백업 롤(20)의 진원도가 0이 아닌 것 등에 기인하는 것(즉, 백업 롤(20)에 기인하는 것)이다. 따라서, 상기 변동은, 주기적으로 일어난다.
그래서, 단위 면적당 중량의 변동을 보다 고도로 억제하는 관점에서, 시간 혹은 도공 거리를 변수로서 도공된 전극 페이스트(70)의 두께를 함수화하고, 또는 시간 혹은 도공 거리를 변수로서 도공된 전극 페이스트(70)의 폭을 함수화하고, 이것에 기초하여, 주속을, 시간 혹은 도공 거리를 변수로서 함수화한다.
이 함수화에 대해 구체예를 설명한다. 도 4는, 백업 롤의 주속이 일정한 경우의 도공 거리에 대한 전극 페이스트의 폭을 나타내는 그래프이다. 주기적으로 전극 페이스트의 폭이 변동되고 있음을 알 수 있다. 여기서, 전극 페이스트의 폭(도공 폭)의 평균값을 Wave로 하고, 도공 거리 x에 있어서의 도공 폭(또는 시간 x에 있어서의 도공 폭)을 W(x)로 하면, 변동 비율을 나타내는 함수 F(x)는, 하기 식 (1)로 표시할 수 있다.
Figure pat00003
여기서, 도공 폭이 작아지는 타이밍에 백업 롤(20)의 주속을 크게 하면, 전극 페이스트의 도공 폭을 넓게 할 수 있다. 반대로, 도공 폭이 커지는 타이밍에 백업 롤(20)의 주속을 작게 하면, 전극 페이스트의 도공 폭을 좁게 할 수 있다. 그래서, 도공 폭의 변동에 따라, 도공 폭이 평균보다 커지는 것 같은 전극 페이스트의 다이로부터의 토출 타이밍에 있어서는, 백업 롤(20)의 주속을 설정값보다 작게 한다. 한편, 도공 폭이 평균보다 작아지는 것 같은 전극 페이스트의 다이로부터의 토출 타이밍에 있어서, 백업 롤(20)의 주속을 설정값보다 크게 한다. 그래서, 하기 식 (2)에 기초하여 백업 롤(20)의 주속을 변화시킨다. 구체적으로는, 하기 식 (2)에 기초하여, 변동의 주기에 맞추어 백업 롤(20)의 주속을 변화시킨다. 참조로 하여 이 식 (2)를 그래프화한 것을 도 5에 나타낸다.
Figure pat00004
VBR: 백업 롤의 주속
VBR_const: 백업 롤의 주속의 설정값
W(x): 도공 거리 x에 있어서의 도공 폭(또는 시간 x에 있어서의 도공 폭)
Wave: 도공 폭의 평균값
백업 롤(20)의 주속을 변화시키는 구체적인 방법으로서, 도 1에 도시하는 예에서는, 측정부(30)에 의해 전극 페이스트(70)의 도공 폭의 변동을 측정하고, 측정부(30)에서의 측정 결과를 제어부(40)에 송신한다. 제어부(40)는, 그 측정 결과에 기초하여, 도공 거리 x에 있어서의 도공 폭(또는 시간 x에 있어서의 도공 폭)에 관한 함수 W(x)와, 도공 폭의 평균값 Wave를 구한다. 함수 W(x)의 결정에는, 공지의 함수 피팅 방법을 채용할 수 있다. 제어부(40)에는, 상기 식 (2)가 입력되어 있고, 제어부(40)는, 상기 식 (2)에 기초하여, 백업 롤(20)의 주속을 변화시키는 제어를 행한다.
본 발명자들은, 실제로, 상기 식 (2)에 따라 백업 롤의 주속 제어를 행하는 실험을 행하였다. 그때의 도공 폭의 변화를 도 6에 도시한다.
당해 실험에서는, 먼저 일정 시간(즉, 도 6에 있어서 도공 거리가 53m가 될 때까지) 백업 롤을 일정한 주속으로 회전시키고, 전극 페이스트의 도공을 행하였다. 이 때, 도공된 전극 페이스트의 폭(즉, 도공 폭)의 변동을 측정하였다. 그리고, 일정 시간 경과 후(즉, 도 6에 있어서 도공 거리가 53m에 도달한 후), 그 도공 폭의 변동 결과를 사용하고, 식 (2)에 기초하여, 백업 롤의 주속을 변화시키는 피드백 제어를 행하였다. 또한, 도공 폭의 측정은 계속하였다.
도 6으로부터, 피드백 제어를 하고 나서, 도공 폭의 변동이 작게 되어 있음을 알 수 있다. 또한, 도공 거리가 35m 내지 45m의 구간에서의 활물질층의 단위 면적당 중량과, 도공 거리가 65m 내지 75m의 구간에서의 활물질층의 단위 면적당 중량을 각각 측정하였다. 35m 내지 45m의 구간에서의 단위 면적당 중량은, 6.46㎎/㎠± 1.8%이며, 65m 내지 75m의 구간에서의 단위 면적당 중량은, 6.47㎎/㎠± 0.6%였다. 참고로서, 이들 구간에서의 단위 면적당 중량의 측정 결과를 도 7 및 도 8에 각각 도시한다.
이와 같이, 실제의 검토에 의해, 도공된 전극 페이스트의 도공 폭을 측정하고, 백업 롤의 주속을, 변동의 측정 결과에 따라, 변동이 작아지도록 변화시킴으로써, 단위 면적당 중량의 변동을 저감할 수 있음을 실증할 수 있었다. 특히, 식 (2)에 기초하는 제어에 의해, 단위 면적당 중량의 변동을 대폭 저감할 수 있음을 실증할 수 있었다.
또한, 도 3에 도시하는 바와 같이, 전극 페이스트의 도공 폭뿐만 아니라, 전극 페이스트의 도공 두께도 단위 면적당 중량과 관련되므로, 전극 페이스트의 도공 두께를 측정해도, 단위 면적당 중량의 변동을 대폭 저감할 수 있음을 알 수 있다.
구체적으로는, 백업 롤(20)의 주속을 크게 하면, 전극 페이스트(70)의 도공 두께를 작게 할 수 있다. 반대로, 백업 롤(20)의 주속을 작게 하면, 전극 페이스트(70)의 도공 두께를 두껍게 할 수 있다. 따라서, 도공 두께의 변동에 따라, 도공 두께가 평균보다도 커지는 전극 페이스트의 다이로부터의 토출 타이밍에 있어서는, 백업 롤(20)의 주속을 설정값보다도 크게 한다. 한편, 도공 두께가 평균보다도 작아지는 전극 페이스트의 다이로부터의 토출 타이밍에 있어서, 백업 롤(20)의 주속을 설정값보다도 작게 한다. 그래서, 하기 식 (3)에 기초하여 백업 롤(20)의 주속을 변화시킨다. 구체적으로는, 하기 식 (3)에 기초하여, 변동의 주기에 맞추어 백업 롤(20)의 주속을 변화시킨다.
Figure pat00005
VBR: 백업 롤의 주속
VBR_const: 백업 롤의 주속의 설정값
D(x'): 도공 거리 x'에 있어서의 도공 두께(또는 시간 x'에 있어서의 도공 두께)
Dave: 도공 두께의 평균값
상기 식 (3)에 기초하여 백업 롤의 주속 제어를 행함으로써, 단위 면적당 중량의 변동을 대폭 저감할 수 있다.
다음에, 건조 공정에 대해 설명한다. 건조 공정은, 공지 방법에 따라, 집전박 상에 도공된 전극 페이스트를 건조함으로써 행할 수 있다. 도 1에 도시하는 예에서는, 전극 페이스트 도공 장치(100)에, 건조기(50)가 조합되고, 전극 제조 시스템이 구축되어 있다. 건조기(50)는, 예를 들어 열풍 건조기이다. 도 1에 도시하는 예에서는, 이 건조기(50)에 의해, 집전박(60) 상에 도공된 전극 페이스트(70)의 건조를 행하고 있다. 그러나, 건조에 사용하는 장치의 종류는 이에 한정되지는 않는다.
건조 온도 및 건조 시간은, 사용하는 용매의 종류에 따라 적절하게 결정하면 되며, 특별히 한정되지는 않는다. 건조 온도는, 예를 들어 70℃ 초과 200℃ 이하이고, 바람직하게는 110℃ 이상 150℃ 이하이다. 건조 시간은, 예를 들어 10초 이상 240초 이하이고, 바람직하게는 30초 이상 180초 이하이다.
건조 공정의 실시에 의해, 집전박(60) 상에 활물질층이 형성되고, 전극을 얻을 수 있다. 활물질층의 두께, 밀도 등의 조정을 목적으로 하고, 건조 공정 후에, 활물질층을 프레스 처리하는 공정을 행해도 된다. 당해 프레스 처리는, 공지 방법에 따라 행할 수 있다. 또한, 전극을 소정의 사이즈로 재단하는 공정을 행해도 된다.
이상과 같이 하여, 활물질층의 단위 면적당 중량의 변동이 고도로 억제된 전극을 얻을 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 관한 전극의 제조 방법에, 종래 공지의 갭양의 제어에 의한 단위 면적당 중량의 변동의 억제 방법을 조합하여 실시해도 된다.
본 실시 형태에 관한 제조 방법에 의해 얻어지는 전극은, 공지 방법에 따라, 리튬 이온 이차 전지 등의 이차 전지의 전극으로서 적합하게 사용할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 전극의 제조 방법은, 적합하게는, 이차 전지(특히 리튬 이온 이차 전지)용 전극의 제조 방법이다.
또한, 본 명세서에서 「이차 전지」란, 반복 충방전 가능한 축전 디바이스를 말하며, 소위 축전지 및 전기 이중층 커패시터 등의 축전 소자를 포함하는 용어이다. 또한, 본 명세서에서 「리튬 이차 전지」란, 전하 담체로서 리튬 이온을 이용하고, 정부극 간에 있어서의 리튬 이온에 수반하는 전하의 이동에 의해 충방전이 실현되는 이차 전지를 말한다.
본 실시 형태에 관한 제조 방법에 의해 얻어지는 전극을 사용하여 제작된 이차 전지, 특히 리튬 이온 이차 전지는, 각종 용도에 이용 가능하다. 적합한 용도로서는, 전기 자동차(EV), 하이브리드 자동차(HV), 플러그인 하이브리드 자동차(PHV) 등의 차량에 탑재되는 구동용 전원; 소형 전력 저장 장치 등의 축전지 등을 들 수 있다.
이상, 본 발명의 구체예를 상세하게 설명하였지만, 이들은 예시에 지나지 않고, 청구범위를 한정하는 것은 아니다. 청구범위에 기재된 기술에는, 이상에 예시한 구체예를 다양하게 변형, 변경한 것이 포함된다.
10: 다이 코터부
20: 백업 롤
30: 측정부
40: 제어부
50: 건조기
60: 집전박
70: 전극 페이스트
100: 전극 페이스트 도공 장치

Claims (5)

  1. 전극 페이스트를, 다이에서 집전박 상에 도공하는 공정과,
    상기 도공된 전극 페이스트를 건조시키는 공정을
    포함하는 전극의 제조 방법이며,
    상기 집전박이 백업 롤에 의해 반송되고,
    상기 도공된 전극 페이스트의 두께 및 폭의 적어도 어느 한 변동을 측정하고,
    상기 백업 롤의 주속을, 상기 변동의 측정 결과에 따라, 상기 변동이 작아지도록 변화시키는, 전극의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 변동이, 백업 롤에 기인하는 것인, 전극의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 백업 롤의 주속을, 하기 식 (2)에 기초하여 변화시키는, 전극의 제조 방법.
    Figure pat00006

    VBR: 백업 롤의 주속
    VBR_const: 백업 롤의 주속의 설정값
    W(x): 도공 거리 x에 있어서의 도공 폭 또는 시간 x에 있어서의 도공 폭
    Wave: 도공 폭의 평균값
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 백업 롤의 주속을, 하기 식 (3)에 기초하여 변화시키는, 전극의 제조 방법.
    Figure pat00007

    VBR: 백업 롤의 주속
    VBR_const: 백업 롤의 주속의 설정값
    D(x'): 도공 거리 x'에 있어서의 도공 두께, 또는 시간 x'에 있어서의 도공 두께
    Dave: 도공 두께의 평균값
  5. 집전박에 전극 페이스트를 도공하도록 구성된 다이 코터부와,
    상기 집전박을 반송하도록 구성된 백업 롤과,
    도공된 전극 페이스트의 두께 및 폭의 적어도 어느 한 변동을 측정하도록 구성된 측정부와,
    백업 롤의 주속을 제어하도록 구성된 제어부를
    구비하고,
    상기 백업 롤의 주속을, 상기 변동의 측정 결과에 따라, 변동이 작아지게 변화시키도록 구성되어 있는, 전극 페이스트 도공 장치.
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