JP5448156B2

JP5448156B2 - 電極合材塗工機および電極合剤の塗工方法

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Publication number: JP5448156B2
Application number: JP2009193899A
Authority: JP
Inventors: 剛松山; 和光遠藤; 新二佐藤; 和矢三村; 裕坂内; 功典佐藤; 和人廣間
Original assignee: NEC Energy Devices Ltd
Current assignee: Envision AESC Energy Devices Ltd
Priority date: 2009-08-25
Filing date: 2009-08-25
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2029-08-25
Also published as: JP2011048912A

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池電極と、電極合材塗工機に関するものである。

正極にリチウム含有複合酸化物を用い、負極に炭素材料、ケイ素材料等を用いるリチウムイオン二次電池は、高いエネルギー密度を実現できることから携帯電話、ノートパソコン用等の電源として、さらには、高い入出力特性を実現できることからハイブリッド自動車用の、あるいは電気自動車用の電源として使用されている。

特に金属箔、例えばアルミニウム箔を中間の１層に持つ樹脂フィルム主体の多層ラミネートフィルムを外装体として用いたラミネートフィルム外装型リチウムイオン二次電池は軽量である、放熱性に優れる、及び形状自由度が高い等の理由から注目が高まっている。

リチウムイオン二次電池では、一般に正極活物質材料、または負極活物質材料、及びバインダ、及び／または、導電助剤よりなる電極合材を混練し、集電体となる金属箔上に塗工、乾燥した後に、圧縮成形を行い、金属箔上に電極合材層を形成したものが電極として用いられている。バインダは、活物質粒子同士、活物質粒子と導電助剤粒子、または電極合材層と金属箔を結着させる働きがある。電極は、リチウムイオン電池の仕様（蓄電容量、寸法等）に応じて厚みや寸法などの条件が決定されて製造されている。

金属箔に電極合材を塗工して電極合材層を形成したら、乾燥する必要があるが、適切な条件で乾燥しないと、電極合材層の密着力が低くなる恐れがある。

この密着性に関して、特許文献１では、活物質層用塗工組成物の塗膜の乾燥を、集電体に対する密着性を低下させずに短時間で完了させることができる電極板の製造方法を提供すると共に、該製造方法を適用して製造された、活物質層の密着性が良好な電極板を提供することが記載されている。

特開２００６−１０７７８０号公報

塗工後乾燥した電極が、すぐに圧縮成形されない場合、一旦、巻き取りコアに巻き取られる。その際、塗工乾燥後の電極合材層の厚みが幅方向端部で盛り上がっていると、巻き取りコアに連続して巻き取られることで厚みが蓄積され、巻き取った電極の幅方向端部で大きな盛り上がりが発生する。この盛り上がりにより、電極の伸び、タルミが生じ、さらには、亀裂、破断する恐れがある。

盛り上がり対策として、塗工乾燥後の巻き取り電極の幅方向端部の盛り上がりが生じる前に電極の巻き取りを完了して、新たな巻き取りコアに巻き始めることで、電極の伸び、タルミ、亀裂、破断の発生を防いでいる。電極合材層の盛り上がりを防止できれば、電極の伸び、タルミ、亀裂、破断の発生を抑えて、巻き取り長さの長尺化が可能となる。巻き取り電極の切り換え回数を削減して、連続運転時間を長くできれば、生産性を向上することができる。

図８は、リチウムイオン二次電池電極の従来の電極合材塗工機の正面図である。

従来のリチウムイオン二次電池の電極合材塗工方法について図８を用いて説明する。金属箔１は金属箔巻き出し部１１から送り出され、塗工装置２より、金属箔１上面に電極合材が塗工され、乾燥装置３を通って乾燥され、電極巻き取り部２１に巻き取られる。ここでは乾燥装置３が、第１乾燥ゾーン１３、第２乾燥ゾーン２３、第３乾燥ゾーン３３から構成されているが、乾燥装置３の長さ等の要因により３つの乾燥ゾーンに限定されるものではない。

第１乾燥ゾーン１３では、温風装置４は金属箔１の電極合材層塗工面の下面側のみから温風を送り電極合材層へ温風が直接あたらない加熱を行っている。第２乾燥ゾーン２３、第３乾燥ゾーン３３は、電極合材層塗工面の上面側および下面側の双方に温風装置４が配置されており、上下方向から電極合材層を乾燥している。乾燥した電極は、電極巻き取り部２１に連続的に巻き取られる。

第１乾燥ゾーン内において、電極合材層塗工面の下面側から金属箔全体へ温風が均等に吹き付けられるようにノズルが設定されている場合には、幅方向の塗工されない金属箔部へも均等に温風が吹き付けられる。したがって、塗工面において電極合材が塗工されていない金属箔に接する電極合材層の幅方向の端部近傍の電極合材の温度が上がりやすい。また温風の回り込みが発生すれば、塗工表面からも乾燥されることになる。

図４は、リチウムイオン二次電池電極の従来の電極合材塗工方法による幅方向の模式断面図である。

金属箔１の上に電極合材が塗工され、電極合材層４０が形成されている。電極合材層の幅方向端部近傍には、電極合材層の盛り上がり部４１が形成されている。

図８に示している電極合材塗工機で電極合材を塗工した場合の断面は、図４のように電極合材層の盛り上がり部が形成される恐れがある。

すなわち、従来の電極合材塗工方法では、電極全体を均一に加熱するために、乾燥後の電極合材層の幅方向端部近傍が、中央部より厚く盛り上がる恐れがある。

温風乾燥により電極合材層が、幅方向端部近傍で厚くなりやすい理由は以下のとおりである。電極合材が押し出されて金属箔に塗工されると、金属箔上に広がっていくが、電極合材はスラリ状で粘度が高いので、電極合材の外周部は広がらないような力が働く。一方電極合材が押し出される中央部は、押し出されることにより電極合材を広げようとする力が働く。

結果として、塗工直後は、外周近傍の電極合材が盛り上がることになる。乾燥までに十分な時間があれば、粘度が高くても電極合材の厚みは均等になるが、すぐに電極は乾燥装置に送られるので、電極合材層は外周近傍が厚いままである。

乾燥装置内において、電極合材が塗工されていない未塗工部は、金属箔のみのため塗工部より暖まりやすい。そのため、電極合材層の幅方向端部近傍は、未塗工部と接しているため、電極合材層の中央部に比べて暖まりやすい。そのため、電極合材層の幅方向端部近傍は、溶媒が蒸発しやすく、電極合材層が乾燥しやすい。

乾燥過程における電極合材の平滑化速度より、溶剤の乾燥する速度（蒸発速度）が速いと、電極合材層の盛り上がりが解消される前に、電極合材の流動性が失われるので、電極合材層の幅方向端部近傍が盛り上がった電極が得られる。

上記のように、金属箔上に電極合材が押し出され、塗工した際に生じた厚みのバラツキが解消される前に、電極合材層の幅方向端部近傍から乾燥することにより、幅方向端部近傍が中央部より厚い電極となる。また、場所によって乾燥スピードが違うと、バインダ分布が不均一となり、金属箔と活物質との結着力に影響を与える。結着力の低下は電極合材層の剥離の原因の一つとなる。

電極合材層の幅方向端部近傍の盛り上がりは、電極の巻き取り時において、盛り上がり同士が重なることになる。巻き取り後の電極の幅方向端部と中央部に厚みの差が生じ、これが連続して重なることにより、その差が大きくなり、電極合材層の幅方向端部が引き伸ばされ、巻きの周長に違いが生じ、タルミが発生し易くなる。さらには、金属箔の伸びが追随できなくなると亀裂が入り、破断する恐れがある。

これに対して、さまざまな知見が得られており、現行の対策法としては、乾燥装置に入る前に、盛り上がりになる部分の電極合材をエア吹付けにより塗り広げることや、乾燥後に、電極合材層の盛り上がり部分を加圧ローラーで圧縮することなどが行われている。しかし前者は、過剰にエアを吹付けることにより電極合材層の厚みを薄くする恐れがあり、後者は、盛り上がり部以外の電極合材層を過剰に圧縮する恐れがある。

また、金属箔や電極合材層の塗工幅が狭い場合には、電極合材を塗工する下面側からの温風が上面側に回り込み、回り込む温風により幅方向端部近傍の乾燥がより促進され、盛り上がりが解消され難くなる恐れがある。

電極合材層の幅方向端部から、塗工幅の約１０％までの位置、特に、塗工幅の約３％までの位置の乾燥速度が早く、盛り上がりが発生しやすいことが、さまざまな知見から得られている。

図５は、電極合材層の幅方向端部近傍の盛り上がりのある電極を巻き取った状態を示す模式図である。

電極合材層５１の幅方向端部近傍が盛り上がった電極を巻き取りコア５３に巻き取ると、盛り上がり部分が累積されて、盛り上がり部５４ができる。

図６は、図５の電極をさらに巻き続けた状態を示す模式図である。

図５の電極をさらに巻き続けると、盛り上がり部５４がさらに累積されて、亀裂発生部５５が現れる恐れがある。

電極合材層の幅方向端部近傍の盛り上がりは、１０μｍ程度の盛り上がり同士が重なると、図５のように巻き取り後の電極合材層の幅方向端部に数ｍｍ程度の盛り上がりを発生させることになる。これが電極合材層の幅方向端部近傍の伸びの原因になり、タルミが発生することになる。さらに巻き取り続けた場合には、図６のように盛り上がり部分の伸びに金属箔が追随できなくなり電極に亀裂が入り破断する恐れがある。そのため、電極巻き取り長さを長くすることが制限される。電極合材層の幅方向端部近傍の盛り上がりの低減ができれば、電極巻き取りの長尺化ができ、生産性向上に寄与できる。

本発明は、上記の課題を解決するものであり、乾燥後の電極において、電極合材層の幅方向端部近傍においても、中央部と同じ厚みの電極を作製し、乾燥後の電極の巻き取りの長尺化を可能とするリチウムイオン二次電池電極の提供を目的とする。

すなわち、本発明の技術的課題は、電極合材層の幅方向の厚みをほぼ均一にし、乾燥後の電極の巻き取りの長尺化を可能とするリチウムイオン二次電池電極と、電極合材塗工機を提供することにある。

本発明のリチウムイオン二次電池電極は、金属箔に電極合材を塗工し、乾燥装置で乾燥して作製するリチウムイオン二次電池電極であって、電極合材層の幅方向の両端部近傍における厚みが、中央部の９５％以上、１０５％以下であることを特徴とする。

本発明のリチウムイオン二次電池電極は、前記両端部近傍は、前記電極合材層の塗工端から、塗工幅の１０％に相当する幅であることを特徴とする。

本発明の電極合材塗工機は、金属箔巻き出し部、塗工装置、乾燥装置および電極巻き取り部を備え、金属箔に電極合材を塗工し、乾燥装置で乾燥する電極合材塗工機であって、前記塗工装置では、前記電極合材を一定量貯蔵するダムから弁の開閉動作によって塗工を行って電極合材層を形成し、前記乾燥装置では、複数の乾燥ゾーンを有し、第１乾燥ゾーンは前記金属箔の下面側から、第２乾燥ゾーン以降は上面側と下面側から乾燥熱源を供給し、前記乾燥は、熱風加熱方式、誘導加熱方式もしくは赤外加熱方式のうちの一つまたはそれらの組み合わせで前記電極合材層の乾燥を行うことを特徴とする。

本発明の電極合材塗工機は、前記熱風乾燥方式において、前記第１乾燥ゾーンには、前記下面側に前記電極合材層の幅方向の８０％以上、１００％以下の範囲で、前記金属箔の中心線に対して左右対称に温風が吹き付けられる衝立板を備え、前記衝立板の内側から温風を吹き出すことを特徴とする。

本発明により、電極合材層の幅方向の厚みをほぼ均一にし、乾燥後の電極の巻き取りの長尺化を可能とするリチウムイオン二次電池電極と電極合材塗工機の提供が可能となる。

本発明の電極合材塗工機の正面図。本発明の電極合材塗工機の第１乾燥ゾーンの側面図。本発明のリチウムイオン二次電池電極の幅方向の模式断面図。従来のリチウムイオン二次電池電極の幅方向の模式断面図。電極合材層の幅方向端部近傍の盛り上がりのある電極を巻き取った状態を示す模式図。図５の電極をさらに巻き続けた状態を示す模式図。剥離強度測定方法の説明図で、図７（ａ）は電極試料を固定した状態を示す側面図、図７（ｂ）は金属箔を剥離した状態を示す側面図。従来の電極合材塗工機の正面図。

本発明の実施の形態を説明する。

電極合材が金属箔に押し出される際、粘度が高いために中央部より端部が厚くなり、平滑化される前に乾燥されるので幅方向端部近傍が盛り上がった電極となる。

本発明では、端部の乾燥、すなわち電極合材の固定化を遅らせることによって電極合材層の盛り上がりを解消し、幅方向の厚みをほぼ均一にすることで、乾燥後の電極の巻き取りの長尺化を可能とするリチウムイオン二次電池電極と、電極合材塗工機を提供するものである。

図１は、本発明の電極合材塗工機の正面図である。

金属箔巻き出し部１１から金属箔１を巻き出して、塗工装置２で金属箔１上に電極合材を塗工する。塗工された金属箔１は、第１乾燥ゾーン１３、第２乾燥ゾーン２３、第３乾燥ゾーン３３を備える乾燥装置３に送られる。

第１乾燥ゾーン１３では、塗工面とは逆の下面側に配置された温風装置４から温風が吹き出されるが、衝立板５により、吹き出される温風の範囲が制限される。第２乾燥ゾーン２３、第３乾燥ゾーン３３では、衝立板などの制限なく上面側と下面側から、温風が吹き出される。乾燥が完了して、電極は電極巻き取り部２１に巻き取られる。

乾燥装置の大きさや乾燥ゾーン数等は、金属箔の搬送速度、電極合材の塗工量、温風の温度、風量などによって適切に設計されるべきものである。

図１では、乾燥装置は、第１乾燥ゾーン、第２乾燥ゾーン、第３乾燥ゾーンの３つのゾーンで示した。金属箔の下面側に温風装置を設けた第１乾燥ゾーンを少なくとも１箇所設けることは必要であるが、金属箔の上面側と下面側の双方に温風装置を設けた乾燥ゾーンは、図１に限定されず１箇所以上あればよい。また、図１では、熱風乾燥方式を示したが、誘導加熱（ＩＨ）、赤外加熱、そのほかの加熱方式であってもよい。

図２は、本発明の電極合材塗工機の第１乾燥ゾーンの側面図である。

温風は、塗工面とは逆の下面側に配置された温風装置４から吹き出され、金属箔１上の電極合材層４０を乾燥する。温風が電極合材層４０の幅方向端部近傍に吹き出さないように衝立板５を設置している。

温風を上面側から吹き付けると、電極合材層の表面が急激に乾燥され、幅方向端部近傍の盛り上がりを解消できなくなるため、下面側からの吹き付けであるのが好ましい。

衝立板は、電極合材層の幅の８０％以上、１００％以下の範囲に、中心線に対して左右対称に、温風が当たるように移動できるのが好ましい。衝立板は、電極合材層の幅の３％以下の幅だけ電極合材層の内側（電極合材層の幅の９４％以上、１００％以下の範囲）にあるのが、特に好ましい。

左右対称でないと端部近傍の乾燥にむらができてしまい、乾燥が不十分になる恐れがあるからである。乾燥が不十分だと、電極巻き取り時に電極合材がローラーに付着したり、次の工程である電極を規定の厚さに圧縮する電極圧縮工程で圧縮ロールへ転写したりする恐れがある。また、温風の当たる範囲が８０％未満だと乾燥が不十分、１００％を超えると乾燥が速すぎて端部近傍の盛り上がりを解消できない恐れがある。

さらに、電極塗工幅が変化した場合でも、電極合材層の塗工幅に応じて、衝立板の位置を変化させることで同様の効果を得ることができる。

衝立板により、電極合材層の幅に対して左右対称に０以上、１０％以下の端部近傍に温風を吹き出さないようにしている。温風を吹き出さない部分は、直接加熱することなく金属箔等からの余熱で乾燥させている。

衝立板は、垂直に設置するのが好ましく、温風を遮ることができ、温風の温度でも変形等しなければ材質は問わない。２００℃に耐えられる材質であるのが好ましい。また、金属箔までの高さ方向の間隙は、可能な限り狭いのが好ましい。金属箔の搬送に影響を与えてはならない。

衝立板により、電極合材層の幅方向端部近傍が、中央部より早く乾燥することを防いでいる。また、温風が塗工面へ回り込みにくくなっているので、電極合材層の表面が急激に乾燥するのを防いでいる。

第１乾燥ゾーンが誘導加熱（ＩＨ）、赤外加熱方式の場合には、被加熱部分のみを加熱することができるため、塗工端部での処置が重要となる。ヒーターの幅は、ヒーターによる加熱範囲にあわせた設計が必要となる。加熱範囲を電極合材層幅より広くした場合には、塗工端部が局部的に高温になり急激に乾燥するので、盛り上がり、電極剥離強度の低下を引き起こす恐れがある。

ヒーターの幅は、電極合材層幅の８０％以上、１００％以下の範囲であって、中心線に対して左右対称であるのが好ましい。左右対称でないと、端部近傍の乾燥にむらができてしまい、乾燥が不十分になる恐れがあるからである。また、ヒーターの幅が８０％未満だと乾燥が不十分、１００％を超えると乾燥が速すぎて端部近傍の盛り上がりを解消できない恐れがあるからである。被加熱部分のみを加熱できるので、衝立板は不要である。

第２乾燥ゾーン以降には、衝立板がなく、上面側および下面側から温風が吹き出しており、全体を均等に乾燥する構造になっている。すなわち、第１乾燥ゾーンで、電極合材と金属箔の、幅方向の温度を均一にすることが求められるとともに、電極合材の盛り上がりを解消しておく必要がある。

このため、第１乾燥ゾーンでは温度が上がりにくい電極合材の温度を高くする必要があり、電極合材を塗工しない金属箔近傍は温度が上がり過ぎないように温風の吹き付けを制限する必要がある。

また、第１乾燥ゾーンでの乾燥スピードの違いは、バインダ分布が不均一となり、金属箔と活物質との結着力に影響を与えるが、均一なスピードで乾燥することにより電極合材層と金属箔との密着強度を向上することができる。

第１乾燥ゾーンに関して、従来の、全体を均一に加熱する方式に比べて、本発明の加熱方法は、必要となる部分だけを加熱しており、エネルギー使用量を低減しており、省エネ効果も有する。

以下に本発明の実施例を詳述する。

本発明のリチウムイオン二次電池電極に関して、アノード電極を製造した例について説明する。

（実施例１）
本発明の実施例として、金属箔には幅４２０ｍｍ、厚さ８μｍの銅箔を用いた。銅箔に塗工される電極合材には、固形分全量を１００質量％（以下ｗｔ％と記載）とした場合、活物質として人造黒鉛粉末を９６ｗｔ％、バインダとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を３ｗｔ％、導電助剤としてカーボンブラックを１ｗｔ％使用した。溶剤はＮ−メチル−ピロリドン（ＮＭＰ）を用いた。これらの原料をホモジ方式ミキサにて撹拌して電極合材を作成した。電極合材の粘度は１２Ｐａ・ｓ（パスカル秒）であった。

銅箔長さは、２００ｍであった。製品のピッチは４８３ｍｍであり、連続して４００セグメント以上の塗工、乾燥を行った。乾燥後の銅箔を除いた電極合材層の塗工量が９．５ｍｇ／ｃｍ^２になるように塗工したところ、乾燥後の中央部分の厚さが１０２μｍとなった。銅箔を含めた中央部分の厚さは１１０μｍであった。

電極合材の塗工、乾燥には、図１の塗工機（ヒラノテクシード社製）を使用した。各乾燥ゾーンの条件は、第１乾燥ゾーンの設定温度が１３０℃、銅箔面に垂直な方向の風速が５ｍ／ｓ、第２乾燥ゾーンの設定温度が１２０℃、風速が５ｍ／ｓ、第３乾燥ゾーンの設定温度が１３０℃、風速が１７ｍ／ｓ、と設定した。

銅箔の幅方向両端から５ｍｍ内側の位置に、電極合材層の幅が４００ｍｍとなるように塗工した。第１乾燥ゾーンにて、下面側に間隔３９０ｍｍの衝立板を設置した。衝立板を設置して、電極に当たる風速が５ｍ／ｓとなるように調整した結果、ファンの回転数は、衝立板を設置する前の状態を１００とすると８５であった。これは、後述する比較例１のファン回転数を１００とした場合の回転数の比が８５であったことを意味する。以上の変更をした後にアノード電極を製造した。

また、電極合材の塗工条件は、塗工速度、すなわち銅箔の送り速度を１．０ｍ／分とした。

金属箔と電極合材層の結着力の評価のために、電極剥離強度を測定した。

図７は、剥離強度測定方法の説明図で、図７（ａ）は電極試料を固定した状態を示す側面図、図７（ｂ）は金属箔を剥離した状態を示す側面図である。

製造したアノード電極を１２ｍｍ幅の短冊状に切断して電極試料７０を作製し、試料固定板７４に両面粘着テープ７３にて固定した。金属箔７２を電極合材層７１から引き剥がし、下端を矢印方向である垂直上方に引き上げ、電極試料７０から金属箔７２を剥離した際の加重を引っ張り試験機にて計測し、電極剥離強度を求めた。

（実施例２）
第１乾燥ゾーンにて、下面側に間隔３８０ｍｍの衝立板を設置し、比較例１のファン回転数を１００とした場合の回転数の比を８３とした以外は実施例１と同様にしてアノード電極を製造した。アノード電極を１２ｍｍ幅に切断して電極剥離強度を測定した。

（実施例３）
第１乾燥ゾーンにて、下面側に間隔３６０ｍｍの衝立板を設置し、比較例１のファン回転数を１００とした場合の回転数の比を７８とした以外は実施例１と同様にしてアノード電極を製造した。アノード電極を１２ｍｍ幅に切断して電極剥離強度を測定した。

（実施例４）
第１乾燥ゾーンにて、下面側に間隔３４０ｍｍの衝立板を設置し、比較例１のファン回転数を１００とした場合の回転数の比を７４とした以外は実施例１と同様にしてアノード電極を製造した。アノード電極を１２ｍｍ幅に切断して電極剥離強度を測定した。

（実施例５）
第１乾燥ゾーンにて、下面側に間隔３２０ｍｍの衝立板を設置し、比較例１のファン回転数を１００とした場合の回転数の比を６９とした以外は実施例１と同様にしてアノード電極を製造した。アノード電極を１２ｍｍ幅に切断して電極剥離強度を測定した。

（実施例６）
第１乾燥ゾーンにて、下面側に間隔４００ｍｍの衝立板を設置し、比較例１のファン回転数を１００とした場合の回転数の比を８７とした以外は実施例１と同様にしてアノード電極を製造した。アノード電極を１２ｍｍ幅に切断して電極剥離強度を測定した。

（比較例１）
第１乾燥ゾーンにて、衝立板を設置せず、ファン回転数の比を１００のままとして回転数を変えなかった以外は実施例１と同様にしてアノード電極を製造した。アノード電極を１２ｍｍ幅に切断して電極剥離強度を測定した。

（比較例２）
第１乾燥ゾーンにて、下面側に間隔３００ｍｍの衝立板を設置し、比較例１のファン回転数を１００とした場合の回転数の比を６４とした以外は実施例１と同様にしてアノード電極を製造した。アノード電極を１２ｍｍ幅に切断して電極剥離強度を測定した。

（実施例７）
第１乾燥ゾーンにて、衝立板を設置せず、第１乾燥ゾーンの乾燥方式に誘導加熱方式を採用して下面側に３８０ｍｍの誘導加熱コイルを中心線に対して左右対称に設置した以外は実施例１と同様にしてアノード電極を製造した。第１乾燥ゾーンにファンはない。アノード電極を１２ｍｍ幅に切断して電極剥離強度を測定した。

（比較例３）
第１乾燥ゾーンにて、衝立板を設置せず、第１乾燥ゾーンの乾燥方式に誘導加熱方式を採用して下面側に４２０ｍｍの誘導加熱コイルを中心線に対して左右対称に設置した以外は実施例１と同様にしてアノード電極を製造した。第１乾燥ゾーンにファンはない。アノード電極を１２ｍｍ幅に切断して電極剥離強度を測定した。

（実施例８）
第１乾燥ゾーンにて、衝立板を設置せず、第１乾燥ゾーンの乾燥方式に赤外加熱方式を採用して下面側に３８０ｍｍの赤外加熱ヒーターを中心線に対して左右対称に設置した以外は実施例１と同様にしてアノード電極を製造した。第１乾燥ゾーンにファンはない。アノード電極を１２ｍｍ幅に切断して電極剥離強度を測定した。

（比較例４）
第１乾燥ゾーンにて、衝立板を設置せず、第１乾燥ゾーンの乾燥方式に赤外加熱方式を採用して下面側に４２０ｍｍの赤外加熱ヒーターを中心線に対して左右対称に設置した以外は実施例１と同様にしてアノード電極を製造した。第１乾燥ゾーンにファンはない。アノード電極を１２ｍｍ幅に切断して電極剥離強度を測定した。

製作した電極について加熱方式、塗工端からの非加熱範囲、加熱範囲、ファン回転数の比、電極合材層厚さの差、電極剥離強度、電極ロール盛り上がり量および次の工程の電極圧縮成形での圧縮電極への転写発生有無を表１に示す。

（※１）熱風乾燥方式において、同じ風速になるように比較例１のファン回転数を１００とした場合の回転数の比
（※２）電極合材層の幅方向端部から４０ｍｍ内側の部分の最大厚さと中央部分の厚さの差
（※３）電極合材層の幅方向端部から１０ｍｍ内側の部分の電極剥離強度
（※４）直径８１ｍｍの巻き取りコアに、２００ｍ分を連続製作したときの巻き取り電極での電極合材層の幅方向端部の電極ロール盛り上がり量

表１より、比較例２〜４において、圧縮電極への転写が発生しており、品質に不具合が発生した。

実施例１〜８の電極盛り上がり量は、比較例１より小さく、盛り上がり量に改善が見られた。同様に、電極ロール盛り上がり量も改善が見られた。

実施例１〜８のうち電極盛り上がり量が最も大きかった実施例６では、５μｍの電極盛り上がり量であり、電極中央部の電極合材層の厚さは１０２μｍで、幅方向端部近傍の電極合材層の厚さは１０７μｍであった。

すなわち、実施例１〜８では、幅方向の両端部近傍における電極合材層の厚みが、中央部の１０４．９％（＝１０７／１０２）以下であることが確認できた。また、比較例１では、電極盛り上がり量が９μｍであったので、幅方向の両端部近傍における電極合材層の厚みが、中央部の１０８．８％（＝１１１／１０２）であった。つまり、幅方向の両端部近傍における電極合材層の厚みが、中央部の１０５％以下であれば電極ロール盛り上がり量は改善したと言える。

電極剥離強度に関して、比較例１〜４よりも、実施例１〜８が高い値を示した。比較例１のように金属箔幅全体を加熱するように熱風乾燥すると、電極合材層の外側の金属箔が加熱されやすく、塗工端部が中央部に比べて乾燥しやすいのでバインダ分布が不均一となり、結果として金属箔と電極合材層との剥離強度が低かったものと考えられる。比較例３の誘導加熱方式や、比較例４の赤外加熱方式では、熱風乾燥より急激に乾燥されるため同様の現象を、より顕著に引き起こし、剥離強度は低かったものと考えられる。

これに対して、実施例１〜６の熱風乾燥方式の場合には衝立板を設置して塗工端部の急激な乾燥を抑制したので、剥離強度は高かったものと考えられる。実施例７の誘導加熱方式や実施例８の赤外加熱方式でも、衝立板は設置しないが、加熱範囲を制限したことで、同様に急激な乾燥を抑制できたので、剥離強度は高かったものと考えられる。

電極ロール盛り上がり量は、実施例１〜８が１ｍｍ以下であり、比較例１は２ｍｍであった。したがって本発明は、従来例より２倍以上多く巻くことができることがわかった。すなわち、幅方向の両端部近傍における電極合材層の厚みが、中央部の１０５％以下であれば、従来例より２倍以上多く巻くことができる。同様に、中央部の９５％以上であれば従来例より２倍以上多く巻くことができる。

塗工端部の急激な乾燥を抑制することで、電極合材層の幅方向の厚みをほぼ均一にし、剥離強度が高く、電極盛り上がり量が小さい電極を作製することができた。

このことから、乾燥後の電極の巻き取りの長尺化を可能とするリチウムイオン二次電池電極と、電極合材塗工機の提供が可能であることが確認できた。

以上、実施例を用いて、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。

１金属箔
２塗工装置
３乾燥装置
４温風装置
５衝立板
１１金属箔巻き出し部
１３第１乾燥ゾーン
１４温風の流れ
２１電極巻き取り部
２３第２乾燥ゾーン
３３第３乾燥ゾーン
４０電極合材層
４１盛り上がり部
５１電極合材層
５２金属箔部
５３巻き取りコア
５４盛り上がり部
５５亀裂発生部
７０電極試料
７１電極合材層
７２金属箔
７３両面粘着テープ
７４試料固定板

Claims

金属箔巻き出し部、塗工装置、乾燥装置および電極巻き取り部を備え、金属箔に電極合材を塗工し、乾燥装置で乾燥する電極合材塗工機であって、
前記塗工装置では、前記電極合材を一定量貯蔵するダムから弁の開閉動作によって塗工を行って電極合材層を形成し、
前記乾燥装置では、複数の乾燥ゾーンを有し、第１乾燥ゾーンは、前記金属箔の、前記電極合材層が塗工された塗工面と反対の面側のみから、第２乾燥ゾーン以降は前記金属箔の前記塗工面側と前記金属箔の前記塗工面と反対の面側から加熱し、前記乾燥は、熱風加熱方式、誘導加熱方式もしくは赤外加熱方式のうちの一つまたはそれらの組み合わせで前記電極合材層の乾燥を行うものであり、
前記熱風加熱方式において、前記第１乾燥ゾーンには、前記金属箔の前記塗工面と反対の面側に前記電極合材層の幅方向の８０％以上、１００％以下の範囲で、前記金属箔の中心線に対して左右対称に温風が吹き付けられる衝立板を備え、前記衝立板の内側から温風を吹き出すことを特徴とする電極合材塗工機。
電極合材を押し出して金属箔に電極合剤を塗工する塗工工程と、前記電極合剤を乾燥する乾燥工程と、を有する電極合剤の塗工方法であって、
前記乾燥工程は少なくとも第１の乾燥工程と第２の乾燥工程とを有し、
前記第１の乾燥工程では、前記金属箔の、前記電極合剤が塗工された塗工面と反対の面側のみから前記電極合剤を加熱し、前記第２の乾燥工程では、前記金属箔の前記塗工面側と前記金属箔の前記塗工面と反対の面側とから前記電極合剤を加熱し、前記乾燥は、熱風加熱方式、誘導加熱方式もしくは赤外加熱方式のうちの一つまたはそれらの組み合わせで前記電極合材の乾燥を行うものであり、
前記熱風加熱方式における前記第１の乾燥工程では、前記電極合剤の前記塗工面と反対の面側に、前記金属箔の中心線に対して左右対称に前記電極合材層の幅方向の８０％以上、１００％以下の範囲に温風を吹き付けることを特徴とする電極合剤の塗工方法。