WO2015053198A1 - 電極ロールの乾燥方法、および電極ロールの乾燥装置 - Google Patents

電極ロールの乾燥方法、および電極ロールの乾燥装置 Download PDF

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WO2015053198A1
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大樹 藤原
杉山　雅彦
小松　聖吾
猛 岩田
敬介 植草
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日産自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an electrode roll drying method and an electrode roll drying apparatus.
  • the battery performance deteriorates.
  • the battery In order to prevent moisture from adhering to the electrode during manufacturing, the battery is generally manufactured in a dry room. In addition to when the battery is manufactured, when the electrode is transported or stored, moisture may adhere to the electrode. For this reason, it is common to dry the electrode roll which wound the electrode base material in roll shape around the winding core before battery assembly.
  • the winding roll side of the electrode roll has a high winding pressure and it is difficult to escape moisture. Therefore, the present applicant has proposed a technique of drying the electrode roll by heating from the core side (see Patent Document 1).
  • the present invention provides an electrode roll capable of reducing the drying time of the electrode roll by providing suitable conditions for the combined use of heating from the core side of the electrode roll and heating from the outside of the electrode roll. It is an object of the present invention to provide a drying method for an electrode roll and an electrode roll drying apparatus that embodies the method.
  • the electrode roll in which the electrode base material is wound around the core is heated from the outside and both sides on the core side in a drying furnace.
  • the outermost temperature of the electrode roll reaches a target temperature lower than the allowable temperature allowed as the upper limit temperature at the outermost portion, heating from the outside is stopped, the inside of the drying furnace is depressurized, and the winding core Side heating and decompression are performed.
  • the electrode roll drying apparatus of the present invention that achieves the above object has a drying furnace, an outer heater, a shaft heater, a decompressor, a sensor, and a control unit.
  • the drying furnace stores an electrode roll in which an electrode base material is wound around a winding core.
  • the outer heater heats the electrode roll housed in the drying furnace from the outside.
  • the shaft-side heater heats the electrode roll housed in the drying furnace from the core side.
  • the decompressor reduces the internal pressure of the drying furnace.
  • the sensor detects the outermost temperature of the electrode roll.
  • the control unit controls operations of the outer heater, the shaft heater, and the pressure reducer based on the outermost temperature of the electrode roll detected by the sensor.
  • the control unit operates the outer heater and the shaft side heater to heat the electrode roll from both the outer side and the core side.
  • the control unit stops the operation of the outer heater and operates the pressure reducer.
  • the inside of the drying furnace is depressurized. Thus, heating by the shaft side heater and pressure reduction by the pressure reducer are performed.
  • FIG. 5A is a graph showing the temperature change of the electrode roll during the drying operation
  • FIG. 5B is a time chart showing the operating conditions of the outer heater, the shaft side heater, and the decompressor.
  • FIG. 5A is a graph showing the temperature change of the electrode roll during the drying operation
  • FIG. 5B is a time chart showing the operating conditions of the outer heater, the shaft side heater, and the decompressor.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a drying apparatus 10 for an electrode roll 20 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view showing the electrode roll 20
  • FIG. 3 cuts an electrode substrate 21 of the electrode roll 20. It is a schematic sectional drawing which shows an example of the electric device to which the electrode formed by applying is applied.
  • the drying device 10 for the electrode roll 20 generally includes a drying furnace 30, an outer heater 40, an axial heater 50, a decompressor 60, a sensor 70, and a controller 80.
  • the drying furnace 30 houses the electrode roll 20 around which the electrode base material 21 is wound around the core 22.
  • the outer heater 40 heats the electrode roll 20 accommodated in the drying furnace 30 from the outside.
  • the shaft side heater 50 heats the electrode roll 20 accommodated in the drying furnace 30 from the core 22 side.
  • the decompressor 60 reduces the internal pressure of the drying furnace 30.
  • the sensor 70 detects the outermost temperature of the electrode roll 20.
  • the controller 80 controls the operation of the outer heater 40, the shaft heater 50, and the decompressor 60 based on the outermost temperature of the electrode roll 20 detected by the sensor 70.
  • the controller 80 operates the outer heater 40 and the shaft side heater 50 to heat the electrode roll 20 from both the outer side and the core 22 side.
  • the control unit 80 stops the operation of the outer heater 40 and operates the decompressor 60.
  • the inside of the drying furnace 30 is depressurized. Thereby, heating by the shaft side heater 50 and pressure reduction by the pressure reducer 60 are performed. Details will be described below.
  • the electrode roll 20 is configured by winding a long electrode base material 21 around a hollow core 22 as shown in FIG.
  • the electrode substrate 21 is configured by forming active material layers on both sides of a current collector.
  • the electrode substrate 21 is fed out from the core 22 and cut into a predetermined length to form an electrode.
  • moisture in the air may condense and adhere to the electrode substrate 21.
  • battery performance decreases.
  • Lithium ion secondary batteries used for automobiles are relatively large in size and tend to increase the amount of moisture adhering, and therefore countermeasures against moisture adhering are particularly necessary. It is also conceivable to dry the power generation element after forming the power generation element including the electrodes. However, since various battery elements are mixed in the power generation element, the amount of heat necessary for moisture removal cannot be applied to the electrodes, and moisture removal may be insufficient. Therefore, it is desirable to dry the electrode base 21 in the form of the electrode roll 20 before cutting.
  • the drying furnace 30 has a door 31 that can be freely opened and closed, and the electrode roll 20 is taken in and out through the opened door 31.
  • the drying furnace 30 is composed of a vacuum chamber, and airtightness is enhanced so that gas does not flow into the interior after decompression.
  • a support member 32 that supports the electrode roll 20 accommodated therein is provided inside the drying furnace 30.
  • the support member 32 includes a support leg 33 that is fixed to the floor surface of the drying furnace 30 and a support cylinder portion 34 that is detachably attached to the support leg 33.
  • the support cylinder portion 34 can be inserted through the core 22 of the electrode roll 20.
  • the support member 32 supports the electrode roll 20 by attaching the support cylinder portion 34 inserted through the winding core 22 to the support leg 33.
  • the outer heater 40 is disposed on the wall surface of the drying furnace 30 facing the surface of the electrode roll 20 and transfers heat from the surface of the electrode roll 20 toward the core. In the case of drying while rotating the electrode roll 20, the number of installed outer heaters 40 can be reduced.
  • the shaft side heater 50 is disposed on the shaft center of the support cylinder portion 34 and transfers heat from the core portion of the electrode roll 20 toward the surface.
  • the outer heater 40 and the shaft heater 50 are composed of electric heaters.
  • the outer heater 40 is connected to the power supply unit via a switch 41 that turns on and off energization. Switching between heating start and heating stop of the outer heater 40 is performed by operating the switch 41.
  • the shaft-side heater 50 is also connected to the power supply unit via a switch 51 that turns on and off energization. Switching between the start and stop of heating of the shaft side heater 50 is performed by the operation of the switch 51.
  • the decompressor 60 is composed of a vacuum pump, and discharges the gas inside the drying furnace 30 to the outside.
  • the decompressor 60 decompresses the inside of the drying furnace 30 from the atmospheric pressure state to the vacuum state.
  • the degree of vacuum is not particularly limited, but is, for example, about 1 Torr (133.32 Pa), which is about the same as a general general-purpose vacuum oven.
  • the sensor 70 can be a general temperature sensor such as a thermocouple.
  • the sensor 70 is attached to the surface of the electrode roll 20 and detects the outermost temperature of the electrode roll 20.
  • the sensor 70 can use a non-contact type thermometer such as an infrared radiation thermometer in place of the contact type thermocouple.
  • the control unit 80 includes a CPU, a RAM, a ROM, a timer, and the like, and the electrode roll 20 is dried by the CPU executing a control program stored in the ROM.
  • a signal relating to the temperature at the outermost part of the electrode roll 20 detected by the sensor 70 is input to the control unit 80. From the control unit 80, a control signal for switching the heating start and the heating stop to the switch 41 for the outer heater 40, a control signal for switching the heating start and the heating stop to the switch 51 for the shaft side heater 50, and A control signal for switching operation start and operation stop of the decompressor 60 is output.
  • FIG. 3 shows a lithium ion secondary battery 100 as an example of an electric device.
  • a power generation element 104 formed by sequentially stacking a negative electrode 101, a separator 102, and a positive electrode 103 is sealed with an exterior material 105.
  • active material layers are formed on both surfaces of a current collector 101a.
  • active material layers are formed on both surfaces of the current collector 103a.
  • the separator 102 constitutes an electrolyte layer by being impregnated with the electrolyte.
  • the current collector 101a of the negative electrode 101 is extended and connected to the negative electrode tab 106 for power extraction.
  • the current collector 103a of the positive electrode 103 is extended and connected to the positive electrode tab 107 for extracting power. Some of the tabs 106 and 107 protrude outward from the exterior material 105.
  • the exterior material 105 is configured by heat-sealing the peripheral portions of two laminated films.
  • the negative electrode 101 is manufactured by cutting an electrode roll 20 obtained by winding the electrode base material 21 for the negative electrode 101 into a roll shape, and then cutting it.
  • the positive electrode 103 is manufactured by cutting an electrode roll 20 obtained by winding the electrode base material 21 for the positive electrode 103 into a roll shape after a necessary length. The reason why the electrode base material 21 is wound in a roll shape is in consideration of the convenience of conveyance and the like.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a position where a thermocouple is set in the drying test of the electrode roll 20
  • FIG. 5A is a graph showing a temperature change of the electrode roll 20 during the drying operation
  • FIG. 4 is a time chart showing operating states of an outer heater 40, a shaft heater 50, and a decompressor 60.
  • thermocouple in the drying test of electrode roll 20, the thermocouple is divided into an outermost position P ⁇ b> 1 of electrode roll 20, a position P ⁇ b> 2 of the core part of electrode roll 20, and a central position between both positions. Set to P3.
  • the thermocouple was inserted and set inward in the axial direction from the axial end surface of the electrode roll 20 to reduce the influence of heating from the axial end surface.
  • the temperature was measured at two points that are symmetric with respect to the axis center, and the average temperature at the two points was adopted as the temperature at each of the positions P1, P2, and P3.
  • the outermost temperature of the electrode roll 20 is indicated by a solid line
  • the temperature of the core part is indicated by a one-dot chain line
  • the temperature of the center part is indicated by a two-dot chain line.
  • the outer diameter of the electrode roll 20 is increased in order to improve productivity, and it is necessary for moisture drying in the radially outer portion of the electrode roll 20 only by heat conduction radially outward. It takes longer time to transmit a large amount of heat. As a result, there is a possibility that drying on the outer portion of the electrode roll 20 becomes insufficient.
  • the electrode roll 20 When the outer diameter of the electrode roll 20 is increased, in order to efficiently supply the amount of heat necessary for drying the electrode roll 20, as a result of various studies, the electrode roll 20 is transferred in the atmosphere before moving to vacuum drying. It was found that it is most efficient to conduct heat in the diameter direction.
  • the electrode roll 20 in order to shorten the drying time of the electrode roll 20 by giving a suitable condition when the heating from the core 22 side of the electrode roll 20 and the heating from the outside of the electrode roll 20 are used in combination.
  • the electrode roll 20 is dried by the following procedure.
  • the electrode roll 20 is accommodated in the drying furnace 30, the door part 31 is closed, and the drying furnace 30 is sealed.
  • the control unit 80 turns on both the switch 41 for the outer heater 40 and the switch 51 for the shaft-side heater 50. Heating from the outside of the electrode roll 20 is started by the outer heater 40. Heating from the core 22 side of the electrode roll 20 is started by the shaft side heater 50. The control unit 80 keeps the operation of the decompressor 60 off.
  • the heat is transferred in the diameter direction of the electrode roll 20.
  • the temperature of the electrode roll 20 is raised in the order of the outermost part, the core part, and the central part. Since heat is applied in the radial direction from the outside of the electrode roll 20 and from both sides on the core 22 side, the amount of heat required for drying the electrode roll 20 can be given evenly and in a short time.
  • the electrode substrate 21 is stretched in the winding direction due to thermal expansion. A fine space is generated between the layers of the wound electrode substrate 21. Water evaporates through this fine space.
  • each component in the electrode substrate 21 has a heat resistant temperature due to the relationship with the material.
  • the electrode roll 20 has a permissible temperature (about 120 ° C. to 140 ° C.) that is allowed as the upper limit temperature.
  • a target temperature lower than the allowable temperature is set as the outermost temperature of the electrode roll 20.
  • the target temperature is not particularly limited, for example, a temperature lower by about 15 degrees than the allowable temperature is set.
  • the waiting time varies depending on the material constituting the electrode base material 21, it is determined in advance by trial and error. For example, when only heating from the core 22 side of the electrode roll 20 is continued, the standby time reaches a temperature at which the temperature of the central portion of the electrode roll 20 is about 30 degrees lower than the allowable temperature, for example. Time until.
  • the temperature of the core portion of the electrode roll 20 is adjusted so as to maintain the target temperature. Heat applied from the outside of the electrode roll 20 is transmitted radially inward, heat applied from the core 22 side of the electrode roll 20 is transmitted radially outward, and the temperature of the central portion of the electrode roll 20 rises.
  • a standby time is provided before switching to vacuum drying, and the amount of heat necessary to evaporate the water in the central portion of the electrode roll 20 is added under atmospheric pressure. Therefore, in the subsequent vacuum drying, the temperature of the central portion of the electrode roll 20 can be sufficiently increased.
  • the reduced pressure in the drying furnace 30 lowers the boiling point and promotes water evaporation. As a result, the electrode roll 20 can be dried quickly.
  • the control unit 80 continues the vacuum drying for a predetermined time. This predetermined time is also determined in advance by trial and error. The predetermined time is set to a time sufficient for the temperature of the central portion of the electrode roll 20 to reach the target temperature and the central portion of the electrode roll 20 is dried.
  • the operation of the decompressor 60 is stopped, the inside of the drying furnace 30 is returned to atmospheric pressure, and the electrode roll 20 is cooled.
  • the dried electrode roll 20 is conveyed from the drying furnace 30 to a dry room, and a battery is manufactured.
  • thermocouple When the battery is actually produced, the thermocouple is set at the outermost position P1 of the electrode roll 20 and the position of the core part P2, and the outer heater 40 and The electrode roll 20 is dried while controlling the operation of the shaft side heater 50.
  • the control unit 80 operates the outer heater 40 and the shaft side heater 50 to heat the electrode roll 20 from both sides on the outer side and the core 22 side.
  • the outermost temperature reaches a target temperature lower than the allowable temperature allowed as the upper limit temperature at the outermost portion
  • the operation of the outer heater 40 is stopped, the decompressor 60 is operated, and the inside of the drying furnace 30 is decompressed. Heating by the shaft side heater 50 and decompression by the decompressor 60 are performed.
  • the outermost part of the electrode roll 20 is controlled so as not to exceed the allowable temperature, and moisture evaporation of the electrode roll 20 is promoted by the reduced pressure of the drying furnace 30, and the electrode roll 20 is dried quickly. be able to.
  • the controller 80 stops the operation of the outer heater 40 and stops the heating from the outside, and then operates the decompressor 60 to reduce the pressure in the drying furnace 30 after a preset standby time has elapsed.
  • the electrode roll 20 can be dried to the center.
  • the required amount of heat can be applied in a relatively short time.
  • the temperature of the central portion of the electrode roll 20 rises in a relatively short time, and the electrode base material 21 located in the central portion that is difficult to dry can be quickly and sufficiently dried.
  • the decompressor 60 depressurizes the inside of the drying furnace 30 from the atmospheric pressure state to the vacuum state. According to this configuration, the boiling point of water decreases due to the reduced pressure of the drying furnace 30, moisture evaporation of the electrode roll 20 is promoted, and the electrode roll 20 can be dried more quickly.
  • the outer heater 40 and the shaft side heater 50 are composed of electric heaters, and switching between heating start and heating stop is performed by a switch. Thus, according to the structure, the responsiveness of switching of heating / stopping can be improved.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the drying device 11 for the electrode roll 20 according to a modification.
  • symbol is attached
  • the electrode roll 20 drying device 11 according to the modification differs from the embodiment in which one electrode roll 20 is accommodated in one drying furnace 30 in that a plurality of electrode rolls 20 are accommodated in one drying furnace 130. To do.
  • the drying furnace 130 is configured to be capable of storing a total of four electrode rolls 20 in two stages at the upper and lower stages. Eight outer heaters 40 are attached to the wall surface, and shaft side heaters 50 are disposed in the respective shaft centers of the four electrode rolls 20. A sensor 70 for detecting the outermost temperature is attached to each electrode roll 20. And the control part 80 controls the drying with respect to each of the several electrode roll 20 accommodated in the one drying furnace 130. FIG. As in the case of the embodiment, the control unit 80 operates the outer heater 40 and the shaft side heater 50 to heat the electrode roll 20 from both the outer side and the core 22 side, and the outermost temperature of the electrode roll 20 is increased. When the target temperature is reached, the operation of the outer heater 40 is stopped, the decompressor 60 is activated, the inside of the drying furnace 130 is decompressed, and heating by the shaft side heater 50 and decompression by the decompressor 60 are performed.
  • each electrode roll 20 is controlled so as not to exceed the allowable temperature, and each electrode roll is controlled by reducing the pressure in the drying furnace 130. As a result, the evaporation of water 20 is promoted, and each electrode roll 20 can be dried quickly.
  • the drying furnace 130 may be configured so that a plurality of electrode rolls 20 are arranged on the same axis and can be stored. Also in this case, the outermost part of each electrode roll 20 is controlled so as not to exceed the allowable temperature, and the evaporation of moisture in each electrode roll 20 is promoted by the reduced pressure of the drying furnace 130, and each electrode roll 20 is It can be dried quickly.
  • Drying equipment 20 electrode rolls, 21 electrode substrate, 22 core, 30 drying oven, 40 outer heater, 41 Switch for outer heater, 50 axis heater, 51 Axis side heater switch, 60 decompressor, 70 sensors, 80 control unit, 130 Drying oven.

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Abstract

【課題】電極ロールの乾燥時間の短縮を図る。 【解決手段】電極ロール２０の乾燥装置１０は、巻芯２２の周りに電極基材２１を巻回した電極ロールを収納する乾燥炉３０と、電極ロールを外側から加熱する外側ヒーター４０と、電極ロールを巻芯側から加熱する軸側ヒーター５０と、乾燥炉の内部圧力を低下させる減圧器６０と、電極ロールの最外部の温度を検出するセンサー７０と、センサーによって検出した電極ロールの最外部の温度に基づいて外側ヒーターなどの作動を制御する制御部８０と、を有している。制御部は、外側ヒーターおよび軸側ヒーターを作動して電極ロールを外側および巻芯側の両側から加熱する。制御部は、電極ロールの最外部の温度が最外部における上限温度として許容する許容温度よりも低い目標温度に達した場合、外側ヒーター作動を停止し、減圧器を作動させて乾燥炉内を減圧し、軸側ヒーターによる加熱と減圧器による減圧とを実施する。

Description

電極ロールの乾燥方法、および電極ロールの乾燥装置
　本発明は、電極ロールの乾燥方法、および電極ロールの乾燥装置に関する。
　リチウムイオン二次電池の製造中に電極に水分が付着すると、電池性能が低下する。製造中に電極に水分が付着することを防止するため、一般的に、ドライルーム内で電池を製造している。電池を製造しているとき以外にも、電極を運搬したり保管したりしているときには、電極に水分が付着する虞がある。このため、巻芯の周りに電極基材をロール状に巻回した電極ロールを、電池組み立て前に乾燥させるのが一般的である。
　電極ロールの巻芯側は、巻き圧が高く、水分を脱出させることが難しい。そこで、本件出願人は、巻芯側から加熱することによって電極ロールを乾燥する技術を提案している（特許文献１参照。）。
特開２０１１－１６９４９９
　ところで、近年では、電池組み立て時における電極ロールの交換回数を減らして生産性を向上させるために、電極ロール１本あたりに巻回する電極基材の全長を増加させる傾向にある。これに伴って、電極ロールの外径が大きくなる。電極ロールの外径が大きくなると、巻芯から径方向外方への熱伝導のみでは、電極ロールの径方向外方部分に、乾燥に必要な熱量を伝えるのに要する時間が長くなる。その結果として、電極ロールの外側部分における乾燥が不十分になる虞がある。
　そこで、本発明は、電極ロールの巻芯側からの加熱と、電極ロールの外側からの加熱とを併用する際の好適な条件を与えて、電極ロールの乾燥時間の短縮を図り得る、電極ロールの乾燥方法、およびその方法を具現化する電極ロールの乾燥装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成する本発明の電極ロールの乾燥方法は、乾燥炉の中で、巻芯の周りに電極基材を巻回した電極ロールを、外側および巻芯側の両側から加熱する。そして、前記電極ロールの最外部の温度が前記最外部における上限温度として許容する許容温度よりも低い目標温度に達した場合、外側からの加熱を停止し、前記乾燥炉内を減圧し、巻芯側からの加熱と減圧とを実施する。
　上記目的を達成する本発明の電極ロールの乾燥装置は、乾燥炉と、外側ヒーターと、軸側ヒーターと、減圧器と、センサーと、制御部と、を有している。前記乾燥炉は、巻芯の周りに電極基材を巻回した電極ロールを収納する。前記外側ヒーターは、前記乾燥炉内に収納された前記電極ロールを外側から加熱する。前記軸側ヒーターは、前記乾燥炉内に収納された前記電極ロールを巻芯側から加熱する。前記減圧器は、前記乾燥炉の内部圧力を低下させる。前記センサーは、前記電極ロールの最外部の温度を検出する。前記制御部は、前記センサーによって検出した前記電極ロールの最外部の温度に基づいて、前記外側ヒーター、前記軸側ヒーター、および前記減圧器の作動を制御する。前記制御部は、前記外側ヒーターおよび前記軸側ヒーターを作動して前記電極ロールを外側および巻芯側の両側から加熱する。前記電極ロールの最外部の温度が最外部における上限温度として許容する許容温度よりも低い目標温度に達した場合、前記制御部は、前記外側ヒーターの作動を停止し、前記減圧器を作動させて前記乾燥炉内を減圧する。これによって、前記軸側ヒーターによる加熱と前記減圧器による減圧とを実施する。
本発明の実施形態に係る電極ロールの乾燥装置を示す概略構成図である。 電極ロールを示す斜視図である。 電極ロールの電極基材を切断して形成される電極を適用した電気デバイスの一例を示す概略断面図である。 電極ロールの乾燥試験において熱電対をセットした位置を示す模式図である。 図５（Ａ）は、乾燥運転中における電極ロールの温度変化を示すグラフ、図５（Ｂ）は、外側ヒーター、軸側ヒーター、および減圧器の作動状況を示すタイムチャートである。 変形例に係る電極ロールの乾燥装置を示す断面図である。
　以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる。
　図１は、本発明の実施形態に係る電極ロール２０の乾燥装置１０を示す概略構成図、図２は、電極ロール２０を示す斜視図、図３は、電極ロール２０の電極基材２１を切断して形成される電極を適用した電気デバイスの一例を示す概略断面図である。
　図１を参照して、電極ロール２０の乾燥装置１０は、概説すると、乾燥炉３０と、外側ヒーター４０と、軸側ヒーター５０と、減圧器６０と、センサー７０と、制御部８０と、を有している。乾燥炉３０は、巻芯２２の周りに電極基材２１を巻回した電極ロール２０を収納する。外側ヒーター４０は、乾燥炉３０内に収納された電極ロール２０を外側から加熱する。軸側ヒーター５０は、乾燥炉３０内に収納された電極ロール２０を巻芯２２側から加熱する。減圧器６０は、乾燥炉３０の内部圧力を低下させる。センサー７０は、電極ロール２０の最外部の温度を検出する。制御部８０は、センサー７０によって検出した電極ロール２０の最外部の温度に基づいて、外側ヒーター４０、軸側ヒーター５０、および減圧器６０の作動を制御する。制御部８０は、外側ヒーター４０および軸側ヒーター５０を作動して電極ロール２０を外側および巻芯２２側の両側から加熱する。電極ロール２０の最外部の温度が最外部における上限温度として許容する許容温度よりも低い目標温度に達した場合、制御部８０は、外側ヒーター４０の作動を停止し、減圧器６０を作動させて乾燥炉３０内を減圧する。これによって、軸側ヒーター５０による加熱と減圧器６０による減圧とを実施する。以下、詳述する。
　電極ロール２０は、図２にも示すように、長尺の電極基材２１を中空の巻芯２２の周りに巻回して構成している。電極基材２１は、集電体の両面に活物質層を形成して構成する。電極基材２１を巻芯２２から繰り出し、所定の長さに切断することによって、電極を形成する。電極ロール２０を運搬したり保管したりしているときに、空気中の水分が凝縮して電極基材２１に付着する虞がある。電極に水分が付着すると、電池性能が低下する。自動車用に用いられるリチウムイオン二次電池はサイズが比較的大きく、水分付着量も多くなりやすいことから、水分付着に対する対策が特に必要となる。電極を含む発電要素を形成した後に、発電要素を乾燥させることも考えられる。しかしながら、発電要素には種々の電池要素が混在しているため、水分除去に必要な熱量を電極に加えることができず、水分除去が不十分になることがある。そこで、電極基材２１を切断加工する前の電極ロール２０の形態で乾燥させることが望ましい。
　乾燥炉３０は、開閉自在なドア部３１を有し、開放したドア部３１を通して、電極ロール２０の出し入れを行う。乾燥炉３０は、真空チャンバから構成し、減圧後に内部に気体が流入しないように気密性が高められている。乾燥炉３０の内部には、収納される電極ロール２０を支持する支持部材３２を備えている。支持部材３２は、乾燥炉３０の床面に固定される支持脚３３と、支持脚３３に取り外し可能に取り付けられる支持筒部３４と、を有している。支持筒部３４は、電極ロール２０の巻芯２２に挿通自在である。巻芯２２に挿通した支持筒部３４を支持脚３３に取り付けることによって、支持部材３２は電極ロール２０を支持する。
　外側ヒーター４０は、電極ロール２０の表面に向かい合う乾燥炉３０の壁面に配置され、電極ロール２０の表面から芯部に向かって熱を伝達する。電極ロール２０を回転駆動しながら乾燥させる場合にあっては、外側ヒーター４０の設置台数を減らすことができる。
　軸側ヒーター５０は、支持筒部３４の軸中心上に配置され、電極ロール２０の芯部から表面に向かって熱を伝達する。
　外側ヒーター４０および軸側ヒーター５０は、電気ヒーターから構成している。外側ヒーター４０は、通電をオンオフするスイッチ４１を介して電源部に接続されている。外側ヒーター４０の加熱開始と加熱停止との切り替えをスイッチ４１の作動によって行う。軸側ヒーター５０も同様に、通電をオンオフするスイッチ５１を介して電源部に接続されている。軸側ヒーター５０の加熱開始と加熱停止との切り替えをスイッチ５１の作動によって行う。
　減圧器６０は、真空ポンプから構成され、乾燥炉３０の内部の気体を外部に排出する。減圧器６０は、乾燥炉３０内を、大気圧状態から、真空状態まで減圧する。真空度は、特に限定されないが、一般的な汎用真空オーブンと同程度の例えば１Ｔｏｒｒ（１３３．３２Ｐａ）程度である。乾燥炉３０内を減圧して水の沸点を下げることによって、電極ロール２０の水分蒸発が促進され、電極ロール２０を速く乾燥させることができる。
　センサー７０は、熱電対などの一般的な温度センサーを用いることができる。センサー７０は、電極ロール２０の表面に取り付けられ、電極ロール２０の最外部の温度を検出する。センサー７０は、接触式の熱電対に代えて、赤外線放射温度計などの非接触式温度計を用いることができる。
　制御部８０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、タイマーなどを備え、ＲＯＭに記憶させた制御プログラムをＣＰＵによって実行することによって、電極ロール２０の乾燥を実施する。制御部８０には、センサー７０によって検出した電極ロール２０の最外部の温度に関する信号を入力する。制御部８０からは、外側ヒーター４０用のスイッチ４１に加熱開始と加熱停止との切り替えを行う制御信号、軸側ヒーター５０用のスイッチ５１に加熱開始と加熱停止との切り替えを行う制御信号、および減圧器６０の作動開始と作動停止との切り替えを行う制御信号を出力する。
　図３に、電気デバイスの一例として、リチウムイオン二次電池１００が示される。リチウムイオン二次電池１００は、負極１０１と、セパレータ１０２と、正極１０３とを順次積層することにより形成される発電要素１０４を外装材１０５によって封止している。負極１０１は、集電体１０１ａの両面に活物質層が形成されている。正極１０３は、集電体１０３ａの両面に活物質層が形成されている。セパレータ１０２は、電解質が含浸することによって電解質層を構成する。負極１０１の集電体１０１ａは、延長されて、電力取り出し用の負極タブ１０６に接続している。正極１０３の集電体１０３ａは、延長されて、電力取り出し用の正極タブ１０７に接続している。タブ１０６、１０７の一部は外装材１０５から外部に突出している。外装材１０５は、重ね合わせた２枚のラミネートフィルムの周縁部を熱融着させて構成している。リチウムイオン二次電池１００の製造工程において、負極１０１は、負極１０１用の電極基材２１をロール状に巻いた電極ロール２０を必要な長さだけ送り出した後に切断されて製造される。正極１０３は、正極１０３用の電極基材２１をロール状に巻いた電極ロール２０を必要な長さだけ送り出した後に切断されて製造される。電極基材２１をロール状に巻いているのは、搬送の利便性等を考慮したものである。
　次に、本実施形態の作用を説明する。
　図４は、電極ロール２０の乾燥試験において熱電対をセットした位置を示す模式図、図５（Ａ）は、乾燥運転中における電極ロール２０の温度変化を示すグラフ、図５（Ｂ）は、外側ヒーター４０、軸側ヒーター５０、および減圧器６０の作動状況を示すタイムチャートである。
　図４を参照して、電極ロール２０の乾燥試験においては、熱電対を、電極ロール２０の最外部の位置Ｐ１、電極ロール２０の芯部の位置Ｐ２、および両位置の間の中央部の位置Ｐ３にセットした。熱電対は、電極ロール２０の軸方向端面から軸方向内方に差し込んでセットし、軸方向端面からの加熱の影響を低減させた。軸中心に対して対称となる２点において温度を測定し、２点の平均温度をそれぞれの位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３における温度として採用した。図５（Ａ）においては、電極ロール２０の最外部の温度を実線によって示し、芯部の温度を１点鎖線によって示し、中央部の温度を２点鎖線によって示している。
　前述したように、生産性を向上させるために電極ロール２０の外径が大きくなっており、径方向外方への熱伝導のみでは、電極ロール２０の径方向外方部分に、水分乾燥に必要な熱量を伝えるのに要する時間が長くなる。その結果として、電極ロール２０の外側部分における乾燥が不十分になる虞がある。
　電極ロール２０の外径が大きくなる場合、電極ロール２０の乾燥に必要な熱量を、効率よく供給するためには、各種検討の結果、真空乾燥に移行する前に、大気下で、電極ロール２０の直径方向に熱を伝えるのが、一番効率が良いことがわかった。
　但し、外側および巻芯２２側の両側から電極ロール２０に熱を伝えると、熱は、電極ロール２０の直径方向に伝わる。電極ロール２０の中央部にまで熱が伝わるのは、最後となる。電極ロール２０の中央部に熱を伝えるために、外側および巻芯２２側の両側から伝える熱量を増加させると、熱源に近いところは、電極基材２１自体の耐熱温度を超えてしまう。このため、むやみに、外側および巻芯２２側の両側から熱量を与えて、電極ロール２０の最外部の温度や芯部の温度を上げることはできない。
　本実施形態では、電極ロール２０の巻芯２２側からの加熱と、電極ロール２０の外側からの加熱とを併用する際の好適な条件を与えて、電極ロール２０の乾燥時間の短縮を図るため、次のような手順によって、電極ロール２０を乾燥させている。
　まず、乾燥炉３０内に電極ロール２０を収納し、ドア部３１を閉じ、乾燥炉３０を密閉状態にする。
　図５（Ｂ）を参照して、制御部８０は、外側ヒーター４０用のスイッチ４１、および軸側ヒーター５０用のスイッチ５１の両方をオンする。外側ヒーター４０によって、電極ロール２０の外側からの加熱を開始する。軸側ヒーター５０によって、電極ロール２０の巻芯２２側からの加熱を開始する。制御部８０は、減圧器６０の作動をオフしたままである。
　図５（Ａ）を参照して、外側および巻芯２２側の両側から電極ロール２０を加熱すると、熱は、電極ロール２０の直径方向に伝わる。電極ロール２０の温度は、最外部、芯部、および中央部の順に昇温する。電極ロール２０の外側および巻芯２２側の両側から径方向に熱を加えているため、電極ロール２０乾燥時に必要となる熱量を、均等かつ短時間で与えることができる。電極基材２１は、熱膨張によって巻き方向に伸びが発生する。巻回された電極基材２１の層間には微細な空間が発生する。この微細な空間を通って、水分が蒸発する。
　電極基材２１における個々の構成要素には、材質との関係等から耐熱温度がある。このため、電極ロール２０には、上限温度として許容する許容温度（１２０℃～１４０℃程度）が定められている。電極ロール２０の乾燥運転においては、電極ロール２０の最外部の温度として、許容温度よりも低い目標温度を設定してある。目標温度は特に限定されないが、許容温度よりも、例えば、約１５度低い温度を設定する。
　制御部８０は、時間ｔ＝ｔ１において、電極ロール２０の最外部の温度が目標温度に達したことを検出すると、外側ヒーター４０用のスイッチ４１をオフし、電極ロール２０の外側からの加熱を停止し、乾燥炉３０内を減圧し、巻芯２２側からの加熱と減圧とを実施する。
　電極ロール２０の外側からの加熱を停止するのと同時に乾燥炉３０内の減圧を開始してもよいが、本実施形態では、電極ロール２０の外側からの加熱を停止（時間ｔ＝ｔ１）した後、予め設定された待機時間経過後に、乾燥炉３０内を減圧している。したがって、制御部８０は、外側ヒーター４０用のスイッチ４１をオフしたときには、減圧器６０の作動をオフしたままである。制御部８０は、外側ヒーター４０の作動を停止して外側からの加熱を停止（時間ｔ＝ｔ１）した後、タイマーを起動し、予め設定された待機時間の計時を開始する。待機時間経過すると、制御部８０は、減圧器６０を作動させて乾燥炉３０内を減圧する。乾燥炉３０の減圧によって、水の沸点が下がり、電極ロール２０の水分蒸発が促進され、電極ロール２０をより早く乾燥させることができる。
　真空乾燥に切り替える前の待機時間の間、軸心側から熱を加え続けておくことによって、真空乾燥に切り替えた後に、電極ロール２０の中央部まで乾燥させるのに必要な熱量を比較的短時間で加えることができる。その結果、電極ロール２０の中央部の温度が比較的短時間で上昇し、乾燥し難い中央部に位置する電極基材２１の乾燥を早くかつ十分に行うことができる。
　待機時間については、電極基材２１を構成する材料によって変動するため、予め、トライアンドエラーによって決定する。一例を挙げると、待機時間は、電極ロール２０の巻芯２２側からの加熱のみを継続した場合に、電極ロール２０の中央部の温度が許容温度よりも、例えば、約３０度低い温度に達するまでの時間とする。
　図５（Ａ）（Ｂ）を参照して、電極ロール２０の外側からの加熱を停止（時間ｔ＝ｔ１）した後も、電極ロール２０の巻芯２２側からの加熱を継続しているので、電極ロール２０の芯部の温度、および中央部の温度は上昇する。
　制御部８０は、時間ｔ＝ｔ２において、電極ロール２０の芯部の温度が目標温度に達したことを検出すると、軸側ヒーター５０用のスイッチ５１をオン／オフ制御する温調制御に移行し、電極ロール２０の芯部の温度が目標温度を維持するように温度調整する。電極ロール２０の外側から加えた熱が径方向内方に伝わり、電極ロール２０の巻芯２２側から加えた熱が径方向外方に伝わり、電極ロール２０の中央部の温度は上昇する。
　制御部８０は、時間ｔ＝ｔ３において、予め設定された待機時間（＝ｔ３－ｔ１）を計時すると、減圧器６０を作動させて乾燥炉３０内を減圧し、真空乾燥に移行する。真空乾燥に切り替える前に待機時間を設けて、大気圧下で、電極ロール２０の中央部における水分を蒸発させるのに必要な熱量を加えている。したがって、その後の真空乾燥において、電極ロール２０の中央部の温度を十分に上昇させることができる。しかも、乾燥炉３０の減圧によって、沸点を下げ、水分蒸発が促進される。その結果、電極ロール２０を早く乾燥させることができる。
　制御部８０は、真空乾燥を所定時間継続する。この所定時間についても、予め、トライアンドエラーによって決定する。所定時間は、電極ロール２０の中央部の温度も目標温度に達し、電極ロール２０の中央部が乾燥するのに十分な時間に設定する。
　電極ロール２０の乾燥が終了すると、減圧器６０の作動を停止して、乾燥炉３０内を大気圧に戻して電極ロール２０を冷却する。乾燥させた電極ロール２０を、乾燥炉３０からドライルームに搬送し、電池を製造する。
　なお、電池を実際に生産する場合には、熱電対を、電極ロール２０の最外部の位置Ｐ１、および芯部Ｐ２の位置にセットし、最外部および芯部の温度に基づいて外側ヒーター４０および軸側ヒーター５０の作動を制御しながら、電極ロール２０を乾燥する。
　以上説明したように、本実施形態にあっては、制御部８０は、外側ヒーター４０および軸側ヒーター５０を作動して電極ロール２０を外側および巻芯２２側の両側から加熱し、電極ロール２０の最外部の温度が最外部における上限温度として許容する許容温度よりも低い目標温度に達した場合、外側ヒーター４０の作動を停止し、減圧器６０を作動させて乾燥炉３０内を減圧し、軸側ヒーター５０による加熱と減圧器６０による減圧とを実施している。このように構成によれば、電極ロール２０の最外部が許容温度を超えないように制御し、しかも乾燥炉３０の減圧によって、電極ロール２０の水分蒸発が促進され、電極ロール２０を早く乾燥させることができる。
　制御部８０は、外側ヒーター４０の作動を停止して外側からの加熱を停止した後、予め設定された待機時間経過後に、減圧器６０を作動させて乾燥炉３０内を減圧している。このように構成によれば、真空乾燥に切り替える前の待機時間の間、軸心側から熱を加え続けておくことによって、真空乾燥に切り替えた後に、電極ロール２０の中央部まで乾燥させるのに必要な熱量を比較的短時間で加えることができる。その結果、電極ロール２０の中央部の温度が比較的短時間で上昇し、乾燥し難い中央部に位置する電極基材２１の乾燥を早くかつ十分に行うことができる。
　減圧器６０は、乾燥炉３０内を、大気圧状態から、真空状態まで減圧している。このように構成によれば、乾燥炉３０の減圧によって、水の沸点が下がり、電極ロール２０の水分蒸発が促進され、電極ロール２０をより早く乾燥させることができる。
　外側ヒーター４０および軸側ヒーター５０は、電気ヒーターから構成され、加熱開始と加熱停止との切り替えをスイッチによって行っている。このように構成によれば、加熱／停止の切り替えの応答性を高めることができる。
　（変形例）
　図６は、変形例に係る電極ロール２０の乾燥装置１１を示す断面図である。なお、実施形態と共通する部材には同一の符号を付し、その説明は一部省略する。
　変形例に係る電極ロール２０の乾燥装置１１は、１つの乾燥炉１３０に複数個の電極ロール２０を収納した点で、１つの乾燥炉３０に１個の電極ロール２０を収納した実施形態と相違する。
　乾燥炉１３０は、上下２段で、各段に２個の合計４個の電極ロール２０を収納可能に構成してある。８個の外側ヒーター４０が壁面に取り付けられ、４個の電極ロール２０のそれぞれの軸心内に軸側ヒーター５０が配置されている。それぞれの電極ロール２０には、最外部の温度を検出するセンサー７０が取り付けられている。そして、制御部８０は、１つの乾燥炉１３０内に収納した複数個の電極ロール２０のそれぞれに対する乾燥を制御する。実施形態の場合と同様に、制御部８０は、外側ヒーター４０および軸側ヒーター５０を作動して電極ロール２０を外側および巻芯２２側の両側から加熱し、電極ロール２０の最外部の温度が目標温度に達した場合、外側ヒーター４０の作動を停止し、減圧器６０を作動させて乾燥炉１３０内を減圧し、軸側ヒーター５０による加熱と減圧器６０による減圧とを実施する。
　１つの乾燥炉１３０に複数個の電極ロール２０を収納した場合にも、それぞれの電極ロール２０の最外部が許容温度を超えないように制御し、しかも乾燥炉１３０の減圧によって、それぞれの電極ロール２０の水分蒸発が促進され、それぞれの電極ロール２０を早く乾燥させることができる。
　なお、乾燥炉１３０は、同軸上に複数個の電極ロール２０を配列して収納可能に構成したものでもよい。この場合にも、それぞれの電極ロール２０の最外部が許容温度を超えないように制御し、しかも乾燥炉１３０の減圧によって、それぞれの電極ロール２０の水分蒸発が促進され、それぞれの電極ロール２０を早く乾燥させることができる。
　本出願は、２０１３年１０月７日に出願された日本特許出願番号２０１３－２１０５５４号に基づいており、その開示内容は、参照され、全体として、組み入れられている。
１０　　乾燥装置、
２０　　電極ロール、
２１　　電極基材、
２２　　巻芯、
３０　　乾燥炉、
４０　　外側ヒーター、
４１　　外側ヒーター用のスイッチ、
５０　　軸側ヒーター、
５１　　軸側ヒーター用のスイッチ、
６０　　減圧器、
７０　　センサー、
８０　　制御部、
１３０　乾燥炉。

Claims (10)

  1. 　乾燥炉の中で、巻芯の周りに電極基材を巻回した電極ロールを、外側および巻芯側の両側から加熱し、前記電極ロールの最外部の温度が前記最外部における上限温度として許容する許容温度よりも低い目標温度に達した場合、外側からの加熱を停止し、前記乾燥炉内を減圧し、巻芯側からの加熱と減圧とを実施してなる、電極ロールの乾燥方法。
  2. 　外側からの加熱を停止した後、予め設定された待機時間経過後に、前記乾燥炉内を減圧する、請求項１に記載の電極ロールの乾燥方法。
  3. 　前記乾燥炉内を、大気圧状態から、真空状態まで減圧する、請求項１または請求項２に記載の電極ロールの乾燥方法。
  4. 　前記電極ロールの外側からの加熱および巻芯側からの加熱を電気ヒーターによって行い、加熱開始と加熱停止との切り替えをスイッチによって行う、請求項１～３のいずれか１項に記載の電極ロールの乾燥方法。
  5. 　１つの前記乾燥炉内に収納した複数個の電極ロールのそれぞれに対する乾燥を実施してなる、請求項１～４のいずれか１項に記載の電極ロールの乾燥方法。
  6. 　巻芯の周りに電極基材を巻回した電極ロールを収納する乾燥炉と、
    　前記乾燥炉内に収納された前記電極ロールを外側から加熱する外側ヒーターと、
    　前記乾燥炉内に収納された前記電極ロールを巻芯側から加熱する軸側ヒーターと、
    　前記乾燥炉の内部圧力を低下させる減圧器と、
    　前記電極ロールの最外部の温度を検出するセンサーと、
    　前記センサーによって検出した前記電極ロールの最外部の温度に基づいて、前記外側ヒーター、前記軸側ヒーター、および減圧器の作動を制御する制御部と、を有し、
    　前記制御部は、前記外側ヒーターおよび前記軸側ヒーターを作動して前記電極ロールを外側および巻芯側の両側から加熱し、前記電極ロールの最外部の温度が前記最外部における上限温度として許容する許容温度よりも低い目標温度に達した場合、前記外側ヒーターの作動を停止し、前記減圧器を作動させて前記乾燥炉内を減圧し、前記軸側ヒーターによる加熱と前記減圧器による減圧とを実施してなる、電極ロールの乾燥装置。
  7. 　前記制御部は、前記外側ヒーターの作動を停止して外側からの加熱を停止した後、予め設定された待機時間経過後に、前記減圧器を作動させて前記乾燥炉内を減圧する、請求項６に記載の電極ロールの乾燥装置。
  8. 　前記減圧器は、前記乾燥炉内を、大気圧状態から、真空状態まで減圧する、請求項６または請求項７に記載の電極ロールの乾燥装置。
  9. 　前記外側ヒーターおよび前記軸側ヒーターは、電気ヒーターから構成され、加熱開始と加熱停止との切り替えをスイッチによって行う、請求項６～８のいずれか１項に記載の電極ロールの乾燥装置。
  10. 　前記制御部は、１つの前記乾燥炉内に収納した複数個の電極ロールのそれぞれに対する乾燥を制御する、請求項６～９のいずれか１項に記載の電極ロールの乾燥装置。
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