KR101931018B1

KR101931018B1 - 전극의 제조 방법 및 전극의 제조 장치

Info

Publication number: KR101931018B1
Application number: KR1020170078864A
Authority: KR
Inventors: 다카히코 나가노; 가츠시 에노키하라
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2016-06-29
Filing date: 2017-06-22
Publication date: 2018-12-19
Also published as: JP6825440B2; JP2018010854A; KR20180002512A

Abstract

본 제조 방법에서는, 조립체(10)를 반송하는 B롤(2)과, 금속박(11)을 반송하는 C롤(3)과, C롤(3)보다도 금속박(11)의 반송 방향에 대하여 상류 측에서, 금속박(11)을 냉각하는 냉각부(5)를 갖는 제조 장치(100)를 사용하여 전극(12)을 제조한다. 그리고, 제조 장치(100)는 냉각부(5)를 사용하여 금속박(11)을 냉각하고, 냉각부(5)에서 냉각된 금속박(11)을 C롤(3)에 공급하고, B롤(2)과 C롤(3) 사이의 성막 갭(G2)에서, 금속박(11)에 조립체(10)를 전사한다.

Description

전극의 제조 방법 및 전극의 제조 장치{MANUFACTURING METHOD OF ELECTRODE AND MANUFACTURING APPARATUS OF ELECTRODE}

본 발명은 금속박에 활물질을 포함하는 재료인 활물질 재료를 전사함으로써, 금속박과 활물질 재료의 층이 적층된 전극을 제조하는 제조 방법 및 그 제조 장치에 관한 것이다.

예를 들어, 리튬 이온 이차 전지에는, 금속박의 표면에 활물질층이 형성된 시트상의 전극이 사용되고 있다. 시트상의 전극의 제조 방법을 개시한 문헌으로서는, 예를 들어, 일본 특허 공개 제2015-201318이 있다. 일본 특허 공개 제2015-201318에는, 활물질 입자와, 바인더와, 용매를 포함하는 습윤 상태의 조립체를 평면상 또는 블록상으로 성형하고, 얻어진 성형체와 금속박을 각각 롤로 반송하고, 양 롤의 사이에서 성형체를 금속박에 전사하는 제조 방법이 개시되어 있다.

그러나, 상기한 관련 기술에는, 다음과 같은 가능성이 있었다. 즉, 활물질 재료를 금속박에 전사할 때에는, 활물질을 반송하는 롤의 표면과 금속박을 반송하는 롤의 표면과의 사이의 갭에서 활물질 재료가 압축되어, 가공열이 발생한다. 그로 인해, 장기에 걸쳐서 연속하여 제조를 계속하면, 발생한 가공열이 롤에 축적되어, 롤이 팽창하는 경향이 있다. 적어도 한쪽 롤이 팽창하면, 갭의 거리가 작아지기 때문에, 제조되는 전극의 활물질층의 층 두께가 얇아지는 경향이 있었다.

본 발명은 전극의 제조를 장시간 연속해서 행한 경우에도, 활물질층의 층 두께를 적절한 범위 내로 하는 것을 기대할 수 있는 전극의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 일 형태에 있어서의 전극의 제조 방법은, 활물질을 포함하는 재료인 활물질 재료를 반송하는 제1 롤과, 상기 제1 롤에 인접하여 평행하게 배치되고, 박을 반송하는 제2 롤을 사용하여, 상기 제1 롤과 상기 제2 롤을 서로 역방향으로 회전시켜, 상기 활물질 재료를 상기 박에 전사함으로써, 상기 박의 표면에 상기 활물질 재료의 층을 형성하는 전극의 제조 방법이며, 상기 박의 반송 방향에 대하여 상기 제2 롤보다 상류 측에서, 냉각 장치를 사용하여 상기 박을 냉각하는 것을 포함하는 것이다.

상술한 일 형태에 있어서의 전극의 제조 방법에 의하면, 박은, 제1 롤과 제2 롤 사이에 도달하기 전에 냉각 장치로 냉각된다. 냉각된 박에 활물질 재료를 전사함으로써 전사 공정에서 발생되는 가공열은, 그 많은 부분이 박의 승온에 소비될 가능성이 높다. 그로 인해, 제1 롤과 제2 롤 중 어느 것에 있어서도 열의 축적은 억제되어, 롤의 팽창은 억제되어 있다. 따라서, 전극의 제조를 장시간 연속해서 행한 경우에도, 활물질층의 층 두께를 적절한 범위 내로 하는 것을 기대할 수 있다.

또한, 상기 냉각 장치는, 냉각 롤을 구비하고, 상기 박을 냉각할 때에는, 상기 냉각 롤의 외주면을 제조 환경의 공기 온도보다도 저온으로 유지하면서, 상기 냉각 롤에 상기 박을 접촉시킴으로써, 상기 박을 냉각하는 것이 바람직하다. 저온의 냉각 롤에 접촉시킴으로써, 박을 균일하게 냉각할 수 있을 가능성이 높다.

또한, 상기 냉각 장치는, 상기 냉각 롤에 냉매를 공급하는 냉매 공급부를 구비하고, 상기 박을 냉각할 때에는, 상기 냉매 공급부에서, 상기 냉각 롤에, 제조 환경의 공기 온도보다도 저온의 냉매를 유통시키는 것이 바람직하다. 냉매 공급부에서 냉매를 공급함으로써, 냉각 롤의 표면 온도를 적절하게 유지하는 것을 기대할 수 있다.

또한, 상기 박을 냉각할 때에는, 냉각 후의 상기 박의 온도가, 제조 환경의 공기 온도보다도 낮고, 또한, 제조 환경의 노점 온도보다 높은 온도로 되도록, 상기 박을 냉각하는 것이 바람직하다. 제조 환경의 공기 온도보다도 낮게 함으로써 냉각 효과가 높아진다. 또한, 노점 온도보다 높게 함으로써, 박에 대한 물방울의 부착을 억제할 수 있다.

또한, 상기 냉각 장치는, 제조 환경의 공기 온도와 상대 습도에 따라서 상이한 신호를 출력하는 센서를 구비하고, 상기 박을 냉각할 때에는, 센서의 출력 신호에 기초하여 제조 환경의 공기 온도와 상대 습도를 취득하고, 취득된 상기 공기 온도와 상기 상대 습도로부터 노점 온도를 취득하고, 또한, 냉각 후의 상기 박의 온도가, 취득된 상기 공기 온도보다도 낮고, 또한, 취득된 상기 노점 온도보다 높은 온도로 되도록, 상기 냉각 장치에서의 상기 박을 냉각하는 온도를 결정하면 된다. 제조 환경의 정보를 취득하고, 취득한 정보에 기초하여 박을 냉각하는 온도를 자동으로 결정하면, 제조 공정을 자동화할 수 있을 가능성이 높아진다.

또한, 상기 제1 롤의 외주면 온도가 냉각 후의 상기 박의 온도보다 소정 온도 이상 높은 온도로 되도록, 상기 제1 롤을 가온하는 것을 포함하면 된다. 제1 롤의 외주면이 박보다도 소정 온도 이상 고온으로 되어 있는 것에 의해, 발생한 가공열의 대부분은 박으로 이동한다. 따라서, 제1 롤에 대한 열의 축적은 더 억제된다.

또한, 본 명세서에는, 활물질을 포함하는 재료인 활물질 재료를 박에 전사함으로써, 상기 박의 표면에 상기 활물질 재료의 층을 형성하는 전극의 제조 장치이며, 상기 활물질 재료를 반송하는 제1 롤과, 상기 제1 롤에 인접하여 평행하게 배치되고, 상기 박을 반송하는 제2 롤과, 상기 박의 반송 방향에 대하여 상기 제2 롤보다 상류 측에서 상기 박에 접촉하는 위치에 배치되고, 내부에 냉매가 통과하는 유로가 형성된 냉각 롤을 갖는 전극의 제조 장치가 개시되어 있다.

또한, 전극의 제조 장치는, 상기 냉각 롤에 상기 냉매를 공급하는 냉매 공급부를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 냉각 롤을 복수 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 것이라면, 냉각 롤로, 박을 적절한 온도까지 확실하게 냉각할 수 있을 가능성이 높다.

또한, 전극의 제조 장치는, 상기 제1 롤을 가온하는 가온부를 구비하는 것이 바람직하다. 제1 롤을 가온함으로써 발생한 가공열의 대부분은, 더욱 확실하게 박으로 이동한다.

본 발명에 따르면, 전극의 제조를 장시간 연속해서 행한 경우에도, 활물질층의 층 두께를 적절한 범위 내로 하는 것을 기대할 수 있는 전극의 제조 방법이 실현된다.

본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점 및 기술적 및 산업적 의의는 유사 요소들을 유사 도면 부호들로 나타낸 첨부 도면을 참조하여 후술될 것이다.
도 1은 제1 형태의 제조 장치를 도시하는 개략 구성도이다.
도 2는 이차 전지의 예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 3은 제조 장치의 전기적 구성을 도시하는 블록도이다.
도 4는 노점 온도표의 예를 도시하는 설명도이다.
도 5는 제조 장치에 의한 제조 방법을 도시하는 공정도이다.
도 6은 전극의 제조 실험을 행한 제조 장치를 도시하는 개략 구성도이다.
도 7은 전극의 제조 실험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 제2 형태의 제조 장치를 도시하는 개략 구성도이다.
도 9는 제2 형태의 제조 장치의 전기적 구성을 도시하는 블록도이다.
도 10은 제2 형태의 제조 장치에 의한 제조 방법을 도시하는 공정도이다.
도 11은 전극의 제조 실험의 결과를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명을 구체화한 제1 형태에 대해서, 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 본 형태는, 띠상의 전극을 제조하는 공정에서 사용되는 제조 장치에, 본 발명을 적용한 것이다.

본 형태의 제조 장치(100)의 개략 구성을 도 1에 도시한다. 본 형태의 제조 장치(100)는 예를 들어, 리튬 이온 이차 전지에 사용되는 띠상의 전극을 제조하기 위한 장치이다. 제조 장치(100)는 복수의 롤을 사용하여, 활물질을 포함하는 활물질 재료인 조립체(10)를 금속박(11)에 전사함으로써, 금속박(11) 상에 활물질의 층을 형성한 적층 시트상의 전극(12)을 제조하는 장치이다.

본 형태의 제조 장치(100)로 제조된 전극(12)은 예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같은, 대략 직육면체 형상으로 밀폐형의 리튬 이온 이차 전지(200)에 사용된다. 이 리튬 이온 이차 전지(200)는 금속제의 전지 케이스(110)에 권회형의 전극체(150)와 전해액이 봉입된 것이다.

전극체(150)는 띠상의 정극의 전극과 띠상의 부극의 전극이, 사이에 띠상의 세퍼레이터를 두고 편평 형상으로 권회된 권회체이다. 정극용의 전극은, 예를 들어, 알루미늄박에 정극 활물질을 포함하는 활물질층을 형성한 것이다. 정극의 활물질층으로서는, 리튬 이온을 흡장·방출 가능한 활물질을 포함하고, 예를 들어, 리튬 함유 금속 산화물에 결착제와 분산 용매 등을 혼련한 것이 바람직하다. 부극용의 전극은, 예를 들어, 구리박에 부극 활물질을 포함하는 활물질층을 형성한 것이다. 부극의 활물질층으로서는, 흑연 등의 탄소계 재료가 바람직하다.

리튬 이온 이차 전지(200)는 도 2 중에서 전지 케이스(110)의 상방에, 정극 단자(120)와 부극 단자(130)를 갖고 있다. 정극 단자(120)와 부극 단자(130)는, 전지 케이스(110)의 내부에서 전극체(150)의 정부의 전극에 각각 접속되어 있다.

도 1의 설명으로 되돌아가서, 본 형태의 제조 장치(100)는 A롤(1)과, B롤(2)과, C롤(3)과, 공급부(4)와, 냉각부(5)를 구비한다. B롤(2)은 제1 롤의 일례이며, C롤(3)은 제2 롤의 일례이다. 냉각부(5)는 냉각 장치의 일례이다.

A롤(1)과 B롤(2)과 C롤(3)은, 모두, 회전축이 대략 수평으로 되도록, 서로 마주 향하여 평행하게 배치되어 있다. 도 1의 예에서는, A롤(1)과 B롤(2)은, 거의 수평하게 나란히 배치되고, C롤(3)은 B롤(2)의 하방에 배치되어 있다. 단, 각 롤의 배치는, 이 도면의 예에 제한하지 않는다. 예를 들어, 3개의 롤(1, 2, 3)이 모두 수평하게 나란히 배치되어 있어도 된다.

각 롤의 직경은, A롤(1)이 3개 중에서 가장 작고, C롤(3)이 3개 중에서 가장 크다. 또한, A롤(1)과 B롤(2)은, 외면끼리의 최근접 개소에서, 예를 들어, 60∼100㎛의 간극을 두고 인접하고 있다. 또한, B롤(2)과 C롤(3)은, 외면끼리의 최근접 개소에서, 예를 들어, 10∼20㎛의 간극을 두고 인접하고 있다. A롤(1)과 C롤(3)은, 인접하고 있지 않다. 이하에서는, A롤(1)과 B롤(2) 사이의 간극을 공급 갭(G1), B롤(2)과 C롤(3) 사이의 간극을 성막 갭(G2)이라고 한다.

그리고, A롤(1)과 B롤(2)과 C롤(3)은, 각각을 회전 구동하는 모터에 접속되어 있고, 전극의 제조 시에는 소정의 회전 속도로 회전된다. 또한, 모터는, 각 롤에서 공통이어도 되고, 개별이어도 된다. 각 롤의 회전 방향은, 2개의 롤의 인접하는 위치인 공급 갭(G1)이나 성막 갭(G2)에서, 갭을 형성하는 2개의 롤이 서로 동일한 방향으로 이동하도록 정해져 있다. 즉, A롤(1)과 C롤(3)은 동일한 회전 방향으로 회전되고, B롤(2)은 A롤(1)이나 C롤(3)과는 역의 회전 방향으로 회전된다.

구체적으로, 도 1에 도시한 예에서는, 공급 갭(G1)에서는, A롤(1)과 B롤(2)의 외주면이 모두 도 1 중에서 하향으로 이동하고, 성막 갭(G2)에서는, B롤(2)과 C롤(3)의 외주면이 모두 도 1 중에서 우향으로 이동한다. 또한, 제조 시의 각 롤의 주속은, A롤(1)의 주속이 3개 중에서 가장 늦고, C롤(3)의 주속이 3개 중에서 가장 빠르다. 각 롤의 직경이나 주속은, 성막 갭(G2)에서 적절하게 전사할 수 있는 범위에서 선택되면 된다.

공급부(4)는 A롤(1)과 B롤(2) 사이에 조립체(10)를 공급한다. 제조 장치(100)에 의해 전극을 제조할 때에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 공급부(4)로부터 공급 갭(G1)에 조립체(10)가 공급된다. 공급부(4)로부터 공급된 조립체(10)는 공급 갭(G1)에서, A롤(1)과 B롤(2) 사이에 끼워지고, 막상으로 성형된다. 그리고, 막상으로 된 조립체(10)는 B롤(2)의 외주면에 부착되어서 성막 갭(G2)으로 반송된다.

조립체(10)는 전극 활물질과 바인더를 포함하는 분체에 소량의 물 등의 용매를 첨가하여 습윤 상태로 하고, 교반함으로써 대략 구형으로 조립한 것이다. 분체에는 추가로 증점제가 포함되어도 된다. 또한, 조립체(10)로서는, 예를 들어, 체 등에 의해, 입자의 크기를 어느 정도 균일화시킨 것을 사용해도 된다. 조립체(10)는 관련 기술의 페이스트상으로 한 재료와 비교하여 수분 함유량이 적기 때문에, 조립체(10)를 사용함으로써 건조에 요하는 시간이 단축된다.

제조 장치(100)를 사용하여 전극을 제조할 때에는, 도 1에 도시한 바와 같이, C롤(3)에 의해, 성막 갭(G2)에 금속박(11)이 공급된다. 금속박(11)은 예를 들어, 두께 10∼20㎛의 띠상의 금속제의 박막이며, 정극의 전극을 제조할 때에는 알루미늄박, 부극의 전극을 제조할 때에는 구리박이 사용된다. 금속박(11)은 도시하지 않은 공급 롤 등으로부터 권출되어, C롤(3)의 외주면에서 성막 갭(G2)으로 반송된다.

그리고, 성막 갭(G2)에서는, B롤(2)의 외주면에 부착되는 조립체(10)와 C롤(3)의 외주면에서 반송되는 금속박(11)이 대향한다. 성막 갭(G2)의 가장 좁은 개소의 크기는, B롤(2) 상의 조립체(10)의 두께와 금속박(11)의 두께를 합한 두께보다도 작다. 그로 인해, 성막 갭(G2)에서, 조립체(10)와 금속박(11)이 압접된다. 또한, C롤(3)의 주속쪽이 B롤(2)의 주속보다도 빠르므로, 조립체(10)가 금속박(11)에 전사되어서 적층 상태의 전극(12)이 된다. 제조된 전극(12)은 C롤(3)로부터 도 1 중에서 우향으로 반송되어, 도시하지 않은 건조로 등에서 건조된다.

냉각부(5)는 도 1에 도시한 바와 같이, 예를 들어, 3개의 냉각 롤(51, 52, 53)을 조합하여 구비하고, 각 냉각 롤(51, 52, 53)의 외면에 접촉하는 금속박(11)을 냉각한다. 각 냉각 롤(51∼53)은, 각각 내부에 냉각수의 유로가 형성되어 있는 금속제의 롤이다. 냉각 롤(51∼53)은, 내부에 흐르는 냉각수에 의해 표면이 냉각되고 있고, 표면에 감긴 금속박(11)을 냉각한다. 냉각부(5)는 금속박(11)의 반송로 중이며, 금속박(11)의 반송 방향에 대하여 C롤(3)보다 상류 측의 위치에 배치되어 있다. 금속박(11)은 냉각부(5)에서 소정의 범위 내의 온도까지 냉각된 후, 성막 갭(G2)보다도 상류 측에서, C롤(3)에 감긴다.

도 1에 도시한 바와 같이, 냉각 롤(51∼53)은, 서로 평행하고, 서로 등간격으로 배치되어 있다. 냉각 롤(51∼53)의 축방향 길이는, 금속박(11)의 반송 방향에 직교하는 방향의 길이보다 긴 것이 바람직하다. 또한, 냉각 롤(51∼53)의 외경은, 금속박(11)을 감을 수 있을 정도로 큰 것이 바람직하고, 예를 들어, 50mm 이상이고 C롤(3)의 외경 이하의 것이 바람직하다. 각 냉각 롤(51∼53)에 대한 금속박(11)의 감기 각은, 예를 들어, 90도∼270도가 바람직하다. 감기 각은, 냉각 롤(51∼53)의 외주 중, 금속박(11)과 접촉하는 범위가 이루는 각도이다. 감기 각이 너무 작으면 냉각성이 작아지고, 감기 각이 너무 크면 반송의 제어가 곤란해진다.

또한, 본 형태의 냉각부(5)는 냉각 롤(51∼53)의 전후에 보조 롤(54, 55)을 구비한다. 보조 롤(54, 55)은, 금속박(11)과 냉각 롤(51∼53)의 감기 각을 확보함과 함께, 금속박(11)이 적절한 텐션으로 C롤(3)에 감기도록, 금속박(11)의 반송 경로를 정돈하기 위한 것이다. 또한, 냉각 롤(51∼53)과 보조 롤(54, 55)은, 모두 회전 가능하게 설치되고, 금속박(11)의 이동에 수반하여 회전한다.

그리고, 본 형태의 제조 장치(100)는 냉각부(5)의 냉각 롤(51∼53)에 냉각수를 순환시키는 펌프 기능과, 공급하는 냉각수의 온도를 유지하는 열교환 기능을 갖는 칠러(6)를 구비하고 있다. 칠러(6)는 냉매 공급부의 일례이다. 칠러(6)는 각 냉각 롤(51∼53)을 통과한 냉각수와 내부에 구비하는 냉각 냉매로 열교환을 행하고, 설정 온도로 유지된 냉각수를 냉각 롤(51∼53)로 송출한다. 냉각 후의 금속박(11)의 온도는, 냉각 전의 금속박(11)의 온도와, 냉각 롤(51∼53)과 금속박(11)의 접촉 면적과, 칠러(6)의 설정 온도에 따라 상이하다. 설정 온도는, 냉각 후의 금속박(11)의 온도를 소정의 범위 내로 하기 위한 온도이다. 설정 온도의 상세에 대해서는 후술한다.

또한, 각 냉각 롤(51∼53)의 냉각수의 유로는, 예를 들어, 각 냉각 롤의 축방향에 평행한 직선상의 유로여도 되고, 냉각 롤의 축방향을 중심으로 하는 나선 상의 유로여도 된다. 또한, 유로는, 복수 설치되어 있어도 되고, 단수여도 된다. 또한, 냉각 롤(51∼53)은, 모두 동종의 롤이어도 되고, 상이한 종류의 것을 포함해도 된다. 또한, 냉각수 대신에, 기타의 액체 또는 기체의 냉매를 사용하는 것이어도 된다.

본 형태의 제조 장치(100)에서는, 금속박(11)은 C롤(3)보다도 반송 방향의 상류 측, 즉, C롤(3)에 공급되기 전에, 냉각부(5)에서 냉각된다. 그리고, 냉각된 상태의 금속박(11)이 성막 갭(G2)에 도달한다. 성막 갭(G2)에서는, 조립체(10)와 금속박(11)이 압축되어, 예를 들어, 조립체(10) 중의 입체끼리의 마찰에 의해, 열이 발생한다. 금속박(11)은 냉각되어 있으므로, 금속박(11)의 온도는 B롤(2)의 표면 온도보다도 낮고, 발생한 열은, 성막 갭(G2)에서 금속박(11)에 주로 전달된다. 그로 인해, B롤(2)이나 C롤(3)이 승온할 가능성은 작다. 즉, 긴 금속박(11)을 사용하여, 연속하여 전극을 제조한 경우에도, B롤(2)이나 C롤(3)에 열이 축적될 가능성은 낮아, B롤(2)이나 C롤(3)의 직경 증대는 억제되어 있다. 따라서, 성막 갭(G2)의 크기가 작아질 가능성은 작으므로, 제조된 전극(12)의 활물질층의 층 두께를 적정한 범위 내로 유지할 수 있을 가능성이 높아진다.

본 형태에서는, 냉각부(5)를 추가하여 설치하여 금속박(11)을 냉각하므로, B롤(2)이나 C롤(3)을 가공할 필요는 없다. B롤(2)이나 C롤(3)은 고정밀도의 표면 처리를 실시한 롤이며, 예를 들어, B롤(2)이나 C롤(3)에 냉각수의 유로를 설치하는 등의 직접 냉각하기 위한 가공은 용이하지 않다. 본 형태에 의하면, B롤(2)이나 C롤(3)의 정밀도를 유지한 채, B롤(2)이나 C롤(3)에 대한 열의 축적을 억제할 수 있다.

계속해서, 제조 장치(100)에 있어서의 칠러(6)의 설정 온도의 제어에 대하여 설명한다. 본 형태의 제조 장치(100)는 칠러(6)의 설정 온도의 제어에 의해, 각 냉각 롤(51∼53)의 유로에 유통되는 냉각수의 온도를 제어하고, 이에 의해 냉각부(5)를 통과한 후의 금속박(11)의 온도를 조정한다. 제조 장치(100)에 있어서의 칠러(6)의 설정 온도의 제어를 위한 전기적 구성의 예를, 도 3의 블록도에 나타내었다.

도 3에 도시한 바와 같이, 제조 장치(100)는 컨트롤러(7)를 구비한다. 컨트롤러(7)에는 CPU(71)와, 기억부(72)가 포함된다. 또한, 제조 환경의 공기 온도와 상대 습도를 취득하기 위한 온습도 센서(9)와, 냉각 후의 금속박(11)의 온도를 취득하기 위한 온도 센서(8)와, 칠러(6)가 컨트롤러(7)에 전기적으로 접속되어 있다.

온습도 센서(9)는 예를 들어, 온습도계이며, 금속박(11)의 권출 롤의 근방에 있어서의 공기 온도와 상대 습도에 따라서 상이한 신호를 출력한다. 온도 센서(8)는 금속박(11)의 반송 방향에 대해서, 냉각부(5)보다 하류 측이며, C롤(3)보다 상류 측의 위치에 있어서의, 금속박(11)의 온도에 따라서 상이한 신호를 출력한다. 온도 센서(8)는 예를 들어, 서미스터이며, 비접촉 타입인 것이 바람직하다.

컨트롤러(7)의 기억부(72)에는, 예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이, 제조 환경의 공기 온도와 상대 습도에 대응하는 노점 온도를 나타내는 노점 온도표(73)가 기억되어 있다. 또한, 도 4에 예시한 노점 온도표(73)는 일부분이며, 더 넓은 온도나 습도의 범위에 걸쳐서, 더 세밀하게 나눈 표를 기억하는 것이 바람직하다.

그리고, CPU(71)는, 온습도 센서(9)의 출력 신호와 온도 센서(8)의 출력 신호에 기초하여, 노점 온도표(73)를 참조하여, 냉각 후의 금속박(11)의 온도가 소정의 범위 내로 되도록, 칠러(6)의 설정 온도를 제어한다. 구체적으로, CPU(71)는, 냉각 후의 금속박(11)의 온도가 노점 온도보다 높고 제조 환경의 공기 온도보다 낮은 범위 내에서 가능한 한 낮은 온도로 되도록, 칠러(6)의 설정 온도를 제어한다.

그 때문에, CPU(71)는, 온습도 센서(9)의 출력 신호에 기초하여, 제조 환경의 공기 온도와 상대 습도를 취득한다. 그리고, CPU(71)는, 노점 온도표(73)를 참조하여, 취득한 공기 온도와 상대 습도에 대응하는 노점 온도를 취득한다. 그리고, 칠러(6)의 설정 온도를, 취득한 노점 온도에 소정의 여유폭을 추가한 온도로 한다. 여유폭은, 0보다 큰 값이며, 고정값이어도 되고, 공기 온도에 따라서 다른 가변값이어도 된다.

냉각 후의 금속박(11)의 온도가 제조 환경의 공기 온도 이상이면 성막 갭(G2)에 있어서의 전열 효과가 작아진다. 본 형태에서는, 냉각 후의 금속박(11)의 온도가 제조 환경의 공기 온도보다 낮아지도록 CPU(71)가 칠러(6)의 설정 온도를 설정하므로, 성막 갭(G2)에 있어서의 전열 효과가 크다. 또한, 금속박(11)이 노점 온도 이하로 되면, 금속박(11)에 물방울이 부착될 가능성이 있어, 성막 갭(G2)에서의 전사성이 저하될 가능성이 있다. 또한, 금속박(11)으로부터 C롤(3)에 물방울이 부착된 경우에는, C롤(3) 또는 주변의 구동부 등에의 녹의 발생을 초래할 가능성이 있다. 본 형태에서는, 금속박(11)을 노점 온도 이하가 되지 않도록, CPU(71)가 칠러(6)의 설정 온도를 설정하므로, 금속박(11)에 대한 물방울의 부착은 억제되어 있다.

계속해서, 본 형태의 제조 장치(100)를 사용하여 전극을 제조하는 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 형태의 제조 방법은, 도 5에 도시한 바와 같이, 이하의 A∼F의 각 공정을 포함하고 있다. 조립체(10)와 금속박(11)을 준비하는 준비 공정 A, 환경의 공기 온도 및 상대 습도를 취득하는 환경 조건 취득 공정 B, 공기 온도 및 상대 습도에 기초하여 노점 온도를 취득하는 노점 온도 취득 공정 C, 노점 온도에 기초하여 칠러(6)의 설정 온도를 결정하는 냉각 온도 결정 공정 D, 칠러(6)를 구동하여 냉각 롤(51∼53)에 냉각수를 공급하는 냉각 공정 E, 금속박(11)에 조립체(10)를 전사시키는 전사 공정 F.

준비 공정 A에서는, 조립체(10)와 금속박(11)을 준비한다. 그리고, 도 1에 도시한 바와 같이, 냉각 롤(51∼53)의 표면에 접촉하도록 금속박(11)을 감는다. 도 1에서는, 2개의 보조 롤(54, 55)을 사용하고, 금속박(11)의 반송 방향에 대하여 냉각 롤(51∼53)에 접촉하는 길이를 길게 하고 있다.

환경 조건 취득 공정 B에서는, CPU(71)는, 온습도 센서(9)의 출력 신호에 기초하여, 제조 환경의 공기 온도와 상대 습도를 취득한다.

노점 온도 취득 공정 C에서는, CPU(71)는, 기억부(72)에 기억되어 있는 노점 온도표(73)를 참조하여, 환경 조건 취득 공정 B에서 취득한 공기 온도와 상대 습도에 기초하여, 노점 온도를 취득한다. 또한, 환경 조건 취득 공정 B와 노점 온도 취득 공정 C는, 준비 공정 A보다 먼저 행해도 된다. 또한, 환경 조건 취득 공정 B와 노점 온도 취득 공정 C는, 일련의 제조 공정 개시 전에 한번 행해도 되고, 예를 들어 소정의 시간마다 반복하여 행해도 된다.

냉각 온도 결정 공정 D에서는, 칠러(6)의 설정 온도를, 노점 온도 취득 공정 C에서 취득한 노점 온도에 여유폭을 추가한 온도로 결정한다. 본 형태에서는, 예를 들어, 설정 온도를 노점 온도+0.5℃로 한다. 여유폭을 설정함으로써, 칠러(6)의 온도 제어 성능의 범위 내에서 최저의 온도가 되어도, 냉각 후의 금속박(11)의 온도가 노점 온도 이하가 되지 않도록, 각 냉각 롤(51∼53)을 냉각할 수 있다.

냉각 공정 E에서는, 칠러(6)를 구동하여 냉각 롤(51∼53)에 냉각수를 공급하고, 냉각 롤(51∼53)의 표면 및 감겨 있는 금속박(11)을 냉각한다. 또한, 냉각을 개시하는 타이밍은, 전사 공정 F의 개시 전이어도 되고, 전사 공정의 개시와 동시여도 되고, 전사 공정의 개시로부터 소정의 시간이 경과한 후여도 된다. 또는, 예를 들어, 전사 공정의 개시 후, B롤(2)의 온도 또는 C롤(3)의 온도가 소정의 한계 온도에 달한 후로 해도 된다.

전사 공정 F에서는, A롤(1)과 B롤(2)과 C롤(3)을 각각 소정의 회전 속도로 회전 구동함과 함께, 공급부(4)로부터 공급 갭(G1)에 조립체(10)를 공급한다. 공급 갭(G1)에 공급된 조립체(10)는 B롤(2)로 성막 갭(G2)으로 반송되고, 성막 갭(G2)에서 금속박(11)에 전사된다. 이에 의해, 전극(12)이 제조된다. 전술한 바와 같이 냉각 공정 E가 개시된 후에는 냉각 공정 E와 전사 공정 F는 병행하여 실행된다.

또한, 본 형태의 제조 방법에서는, CPU(71)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 전사 공정의 개시 후, 금속박(11)의 온도를 감시하여 피드백 제어를 행한다. 구체적으로, CPU(71)는, 박 온도 취득 공정 G에서, 온도 센서(8)의 출력 신호에 기초하여, 금속박(11)의 온도를 취득한다. 또한, CPU(71)는, 판단 공정 H에서, 박 온도 취득 공정 G에서 취득한 온도가, 환경 조건 취득 공정 B에서 취득한 공기 온도나 노점 온도 취득 공정 C에서 취득한 노점 온도에 대하여 적정한 온도 범위 내가 되어 있는지 여부를 판단한다. 또한, 환경 조건 취득 공정 B와 노점 온도 취득 공정 C를 반복하여 행하는 경우에는, 판단 공정 H에서는, 새롭게 취득한 공기 온도나 노점 온도에 기초하여 판단하면 된다.

그리고, CPU(71)는, 적정한 온도 범위 내가 아니라고 판단한 경우, 냉각 온도 결정 공정 D로 돌아가서, 칠러(6)의 설정 온도를 변경한다. 예를 들어, CPU(71)는, 금속박(11)의 온도가 노점 온도와 비교하여 너무 높다고 판단한 경우에는, 칠러(6)의 설정 온도를 보다 낮은 온도로 변경한다. 예를 들어, 칠러(6)의 설정 온도를 노점 온도와 동등한 온도로 한다. 또한, CPU(71)는, 금속박(11)의 온도가 노점 온도에 너무 가깝다고 판단한 경우에는, 칠러(6)의 설정 온도를 보다 높은 온도로 변경한다. 예를 들어, 칠러(6)의 설정 온도를 노점 온도+1.0℃로 한다.

한편, 적정한 온도 범위 내라고 판단한 경우, CPU(71)는, 제조 공정을 종료할 것인지 여부를 판단한다(종료 판단 공정 I). 종료하지 않는 경우에는, 적절히, 금속박(11)의 온도를 취득하고, 피드백 제어를 행하고, 제조를 계속한다. 제조 공정을 종료한다고 판단한 경우에는, B롤(2)이나 C롤(3)의 회전 구동, 및 칠러(6)의 구동을 정지한다.

계속해서, 본 형태의 제조 방법에 대해서, 발명자가 행한 실험의 결과에 대하여 설명한다. 발명자는, 본 형태의 제조 장치(100)에 의한 전극의 제조를 행하고, 냉각부(5)를 포함하지 않는 관련 기술의 장치에 의한 제조 결과와 비교하였다. 실험에 사용한 제조 장치(100)는 냉각부(5)로서, 도 6에 도시한 바와 같이, 1개의 냉각 롤(501)과, 냉각 롤의 양측에 2개의 보조 롤(502, 503)을 구비한다. 2개의 보조 롤(502, 503)에 의해, 냉각 롤(501)과 금속박(11)의 접촉 범위가 확보된다.

이 실험에서는, 조립체(10)로서, 고형분 78％의 정극용 조립체를 사용하고, 금속박(11)으로서, 두께 12㎛의 알루미늄박을 사용하여, 정극용 전극을 제조하였다. 또한, 냉각 롤(501)로서, 외경 50mm의 시판하고 있는 냉각 롤을 사용하고, 감기 각이 약 180도가 되도록 배치하였다. 또한, 칠러(6)로서는, 시판하고 있는 탁상형 소형 저온 항온 수조를 사용하였다.

실험을 행했을 때의 제조 환경은, 공기 온도가 약 23±2℃, 상대 습도가 약 50±10％였다. 이 환경 조건에서는, 노점 온도는, 약 6.9∼16.7℃의 범위 내이다. 그래서, 칠러(6)의 설정 온도를 17.5±0.5℃로 하였다.

본 실험에서는, 금속박(11)을 반송 속도 30∼60m/분으로 반송하고, 전술한 조립체(10)를 공급하고, 전극(12)의 제조를 10분 정도 연속하여 행하였다. 제조된 전극(12) 중의 조립체(10)의 층의 단위 면적당 중량의 변화를 도 7에 도시하였다. 도 7의 그래프는, 종축은 단위 면적당 중량의 크기, 횡축은 연속하여 제조된 전극(12)의 길이이며, 냉각부(5)를 설치한 본 형태의 제조 장치(100)에 의한 제조의 결과를 실선, 냉각부(5)를 설치하지 않는 제조 장치에 의한 결과를 파선으로 나타내고 있다. 또한, 단위 면적당 중량은, 제조 후의 전극(12)의 단위 면적 중의 조립체(10)의 중량이다. 실험에서는, 제조된 전극(12)으로부터 소정 면적의 부분을 잘라내고, 조립체(10)를 금속박(11)으로부터 박리하여 그 중량을 측정함으로써, 단위 면적당 중량을 산출하였다.

도 7에 실선으로 나타낸 바와 같이, 본 형태의 제조 장치(100)로 제조한 전극(12)의 단위 면적당 중량은, 장시간 연속하여 제조해도 규격의 범위 내였다. 단위 면적당 중량의 규격 범위는, 도 7 중에서 일점쇄선으로 나타내고 있는 범위이다. 즉, 금속박(11)을 냉각함으로써, 연속하여 제조해도 단위 면적당 중량은 감소되지 않고, 조립체(10)의 층 두께나 단위 면적당 중량을 적정 범위 내로 유지할 수 있음이 확인되었다. 한편, 도 7에 파선으로 나타낸 바와 같이, 냉각부(5)를 설치하고 있지 않은 관련 기술의 장치에서는, 연속하여 제조함에 따라서, 점차 단위 면적당 중량이 감소하였다.

이상 상세하게 설명한 바와 같이 제1 형태의 전극의 제조 방법에 의하면, 금속박(11)은 C롤(3)보다도 상류 측의 위치에서, 냉각부(5)에 의해 냉각되고, 냉각된 상태에서 성막 갭(G2)에 도달한다. 그로 인해, 성막 갭(G2)에서 발생되는 가공열은, 금속박(11)에 빼앗기기 쉬워지므로, B롤(2)과 C롤(3) 중 어느 것에 있어서도 온도의 상승은 억제된다. 따라서, 장기로 연속하여 제조를 행한 경우에도, 성막 갭(G2)이 작아질 가능성은 작아, 제조된 전극(12)에 있어서의 조립체(10)의 층 두께나 단위 면적당 중량을 적절한 범위 내로 유지할 수 있을 가능성이 높다.

계속해서, 본 발명을 구체화한 제2 형태에 대해서, 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 본 형태는, 제1 형태와 동일한, 띠상의 전극을 제조하는 공정에서 사용되는 제조 장치에 본 발명을 적용한 것이다. 제1 형태와 동일한 구성이나 공정에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다.

제2 형태의 제조 장치(1000)의 개략 구성을 도 8에 도시하였다. 본 형태의 제조 장치(1000)는 제1 형태와 마찬가지로, 예를 들어, 리튬 이온 이차 전지에 사용되는 띠상의 전극을 제조하기 위한 장치이다. 제조 장치(1000)는 복수의 롤을 사용하여, 활물질을 포함하는 활물질 재료인 조립체(10)를 금속박(11)에 전사함으로써, 금속박(11) 상에 활물질의 층을 형성한 적층 시트상의 전극(12)을 제조하는 장치이다.

본 형태의 제조 장치(1000)는 A롤(1)과, B롤(2)과, C롤(3)과, 공급부(4)와, 냉각부(5)와, 냉각부(5)의 냉각 롤(51∼53)을 냉각하는 칠러(6)와, 가온부(20)를 구비한다. 가온부(20)는 히터(21)와, 온도 센서(22)를 구비한다. 가온부(20) 이외의 각 부재는, 제1 형태와 동일한 것이다.

히터(21)는 예를 들어, 니크롬선 전열기이며, B롤(2)의 적어도 외주면을, 회전축 방향의 전체에 대하여 가능한 한 균일하게 가온한다. 히터(21)는 도 8에 도시한 바와 같이, B롤(2)의 외주측에서 B롤(2)에 접촉하지 않는 위치에 설치된다. 또한, 히터(21)로서는, 할로겐 히터, 세라믹 히터 등의 니크롬선 이외의 전열기여도 되고, 코일을 구비한 전자기 유도 가열 방식의 가열 부재여도 된다. 또한, 히터(21)는 B롤(2)의 내주측에 공동을 설치하여 그 안에 배치되어도 된다.

온도 센서(22)는 예를 들어, 서미스터이며, B롤(2)의 외주면 온도에 따라서 상이한 신호를 출력한다. 온도 센서(22)는 B롤(2)의 표면 온도를 직접 측정해도 되고, 예를 들어, B롤(2)의 회전축 온도 등, 측정 결과로부터 B롤(2)의 표면 온도를 추정할 수 있는 개소의 온도를 측정해도 된다. 또한, 온도 센서(22)는 하나만 이어도 되고, 복수 설치해도 된다.

본 형태의 제조 장치(1000)의 전기적 구성의 예를 도 9에 도시한다. 제조 장치(1000)는 각 부의 온도를 제어하는 컨트롤러(70)를 구비한다. 그리고, 컨트롤러(70)에는, 온습도 센서(9)와, 온도 센서(8)와, 칠러(6)와, 히터(21)와, 온도 센서(22)가 전기적으로 접속되어 있다. 온습도 센서(9)와 온도 센서(8)와 칠러(6)는 제1 형태와 동일한 것이다. 그리고, 컨트롤러(70)는 냉각부(5)의 온도 제어와, 가온부(20)의 온도 제어를 행한다.

컨트롤러(70)는 제1 형태와 마찬가지로, 온습도 센서(9)의 출력 신호와 온도 센서(8)의 출력 신호에 기초하여, 칠러(6)의 설정 온도를 결정한다. 컨트롤러(70)는 또한, 결정한 칠러(6)의 설정 온도에 기초하여, 가온부(20)의 목표 온도를 결정한다. 컨트롤러(70)는 냉각부(5)에 의해 냉각된 금속박(11)의 온도보다도, B롤(2)의 표면 온도쪽이 소정 온도 이상 높은 온도로 되도록, 가온부(20)의 목표 온도를 결정한다. 구체적으로는, 컨트롤러(70)는 B롤(2)의 표면 목표 온도를, 금속박(11)의 설정 온도에 대하여 온도차가 10℃ 이상 25℃ 미만의 범위 내로 되도록 결정한다. 온도차가 15℃ 이상 20℃ 미만의 범위 내이면 더욱 좋다.

또한, 컨트롤러(70)는 온도 센서(22)의 출력 신호에 기초하여 히터(21)를 제어한다. 컨트롤러(70)는 B롤(2)의 표면 온도가, 결정한 목표 온도에 대하여 소정의 온도 범위 내로 되도록 제어한다. 소정의 온도 범위는, 예를 들어, 목표 온도±1℃이다. 즉, 컨트롤러(70)는 예를 들어, B롤(2)의 표면 온도가 소정의 온도 범위의 상한 이상이 되면 히터(21)를 오프하고, B롤(2)의 표면 온도가 소정의 온도 범위의 하한 이하가 되면 히터(21)를 온한다.

본 형태에서는, 조립체(10)는 가온된 B롤(2)로 성막 갭(G2)을 향하여 반송된다. 그리고, 조립체(10)는 B롤(2)과 C롤(3) 사이의 성막 갭(G2)에서, 금속박(11)과 B롤(2) 사이에 끼워져서 압축된다. 그에 의해, 예를 들어, 조립체(10) 중의 입체끼리의 마찰에 의해 열이 발생한다.

조립체(10)에 발생한 열은, 성막 갭(G2)으로부터 주변의 부재에 전해진다. B롤(2)은 미리 가온되어 있으므로, 적어도 성막 갭(G2)에 이르기 전의 조립체(10)보다도 고온이 되어 있다. 한편, 금속박(11)은 냉각되어 있으므로, 조립체(10)보다도 저온이 되어 있다. 그로 인해, 조립체(10)에 발생한 열은, 온도가 낮은 금속박(11) 측으로 많이 이동하고, B롤(2) 측으로 이동하는 열의 양은 제1 형태의 경우보다도 더 작다.

또한, B롤(2)을 가온하는 가온부(20)는 컨트롤러(70)로 제어되고 있다. B롤(2)의 표면 온도가 목표 온도보다 너무 높아진 경우에는, 컨트롤러(70)에 의해 히터(21)가 오프되므로, B롤(2)의 표면 온도는, 조기에 목표 온도가 될 가능성이 높다.

따라서, B롤(2)에 대한 열의 축적이나, 그 결과에 의한 B롤(2)의 팽창은, 제1 형태보다도 더 억제되어 있다. 즉, 긴 금속박(11)을 사용하여, 연속하여 전극을 제조한 경우에도, B롤(2)이나 C롤(3)의 직경은 변화하기 어렵다. 이에 의해, 제조를 개시한 후에 성막 갭(G2)의 크기가 변화할 가능성은 작으므로, 제조된 전극(12)의 활물질층의 층 두께를 적정한 범위 내로 유지할 수 있을 가능성이 높아진다. 또한, 본 형태에서는, 목표 온도까지 가온한 후의 B롤(2)의 직경에 기초하여, 성막 갭(G2)의 크기가 소정의 크기로 되도록 각 롤(2, 3)을 배치하면 된다.

계속해서, 본 형태의 제조 장치(1000)를 사용하여 전극을 제조하는 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 형태의 제조 방법에서는, 컨트롤러(70)는 도 10에 도시한 바와 같이, 이하의 A, J, B, C, D, K, L, F의 각 공정을 포함하는 제조 공정을 실시한다. 또한, A, B, C, D, F의 각 공정은, 제1 형태와 동일한 공정이다. 조립체(10)와 금속박(11)을 준비하는 준비 공정 A, B롤(2)을 가온하는 가온 공정 J, 환경의 공기 온도 및 상대 습도를 취득하는 환경 조건 취득 공정 B, 공기 온도 및 상대 습도에 기초하여 노점 온도를 취득하는 노점 온도 취득 공정 C, 노점 온도에 기초하여 칠러(6)의 설정 온도를 결정하는 냉각 온도 결정 공정 D, B롤(2)의 목표 온도를 결정하는 가온 온도 결정 공정 K, 냉각부(5)에 의한 냉각과 가온부(20)에 의한 가온을 행하는 냉각 가온 공정 L, 금속박(11)에 조립체(10)를 전사시키는 전사 공정 F.

가온 공정 J에서는, B롤(2)을 상온의 상태로부터 미리 설정한 임시의 목표 온도까지 가온한다. 임시의 목표 온도는, 예를 들어, 35℃이다. 본 형태에서는, 환경 조건 취득 공정 B에서 환경 조건을 취득하기 전에, 가온 공정 J를 행하고, B롤(2)의 온도가 안정되고 나서, 다음 환경 조건 취득 공정 B에서 환경 온도를 취득한다. 또한, 가온 공정 J를 준비 공정 A보다 전에 행해도 된다.

가온 온도 결정 공정 K에서는, 냉각 온도 결정 공정 D에서 결정한 설정 온도에 기초하여, 가온부(20)의 목표 온도를 결정한다. 전술한 바와 같이, 가온부(20)의 목표 온도는, 냉각부(5)의 설정 온도보다 적어도 10℃ 이상, 더욱 바람직하게는 15℃ 이상 높은 온도로 하면 된다.

냉각 가온 공정 L에서는, 제1 형태의 냉각 공정 E에서 설명한 바와 같이 금속박(11)을 냉각함과 함께, 가온부(20)에 의해 B롤(2)을 가온한다. 그리고, B롤(2)이 목표 온도에 도달한 후, 전사 공정 F에서 금속박(11)의 반송을 개시한다. 또한, 가온 온도 결정 공정 K에서 결정한 목표 온도가 임시의 목표 온도로부터 크게 이격되어 있는 경우에는, 냉각 가온 공정 L에서 가온을 개시한 후, 전사 공정 F를 개시하기 전에, B∼D의 각 공정을 다시 해도 된다.

또한, 본 형태에서도, 제1 형태와 마찬가지로, 피드백 제어를 행한다. 온도 취득 공정 M에서는, 금속박(11)의 온도뿐만 아니라, B롤(2)의 온도도 취득한다. 그리고, 판단 공정 H에서, 적정한 온도 범위인지 여부를 판단하여, 냉각부(5)의 온도와 가온부(20)의 온도를 조정한다. 즉, 컨트롤러(70)는 B롤(2)의 표면 온도가 목표 온도로부터 소정의 온도 범위 이내로 되도록 히터(21)를 제어한다. 또한, 종료 판단 공정 I에서 종료한다고 판단할 때까지, L∼H의 각 공정을 반복한다.

계속해서, 본 형태의 제조 방법에 대해서, 발명자가 행한 실험의 결과에 대하여 설명한다. 발명자는, 본 형태의 제조 장치(1000)에 의한 전극의 제조를 행하고, 관련 기술의 장치에 의한 제조 결과, 및 가온을 행하지 않고 금속박(11)의 냉각만을 행한 제1 형태의 제조 장치에 의한 제조 결과와 비교하였다. 냉각부(5)의 구성은, 제1 형태에서 행한 실험과 마찬가지이다.

본 실험에서는, 조립체(10)로서 고형분 72％의 정극용 조립체를 사용하고, 금속박(11)으로서 두께 12㎛의 알루미늄박을 사용하여, 정극용 전극을 제조하였다. 금속박(11)을 반송 속도 30∼60m/분으로 반송하고, 조립체(10)를 공급하고, 전극(12)의 제조를 10분 정도 연속하여 행하였다. 그리고, 제조 완료된 개소의 단위 면적당 중량을 인라인 측정으로 측정하면서 전극(12)을 제조함으로써, 단위 면적당 중량의 변동을 확인하였다. 또한, 조립체(10)의 성분이나, 단위 면적당 중량의 규격은, 제1 형태에서 설명한 실험에 있어서의 조건과는 상이하다.

실험의 결과를, 도 11의 그래프에 나타낸다. 이 그래프로, 종축은 단위 면적당 중량의 크기, 횡축은 연속하여 제조된 전극(12)의 길이다. 이 그래프에서는, 본 형태의 제조 장치(1000)에 의한 결과를 굵은 실선, 제1 형태의 제조 장치(100)에 의한 결과를 가는 실선, 관련 기술의 제조 장치에 의한 결과를 파선으로 나타냈다. 이 실험에서의 단위 면적당 중량의 규격 범위는, 도 11 중에서 일점쇄선으로 나타내고 있는 범위이다.

도 11에 도시한 바와 같이, 관련 기술의 제조 장치로 제조한 전극(12)의 단위 면적당 중량은 점차적으로 감소되고, 도면 중의 성막 거리 P1에서 규격 범위를 하회하였다. 제1 형태의 제조 장치(100)에서 제조한 전극(12)의 단위 면적당 중량도 점차적으로 감소하였지만, 관련 기술의 성막 거리 P1와 비교하여 상당히 긴 성막 거리 P2까지 규격 범위를 하회하는 경우는 없었다. 이 실험 결과로부터도, 제1 형태의 제조 장치(100)에 의하면, 관련 기술의 것보다도, 단위 면적당 중량을 적절한 범위 내로 유지한 연속한 제조가 장기로 가능하였다. 즉, 냉각부(5)를 구비하고 가온부(20)를 구비하지 않는 제1 형태에 의해서도, 본원 발명의 효과가 얻어졌다.

한편, 제2 형태의 제조 장치(1000)에 의하면, 도 11에 도시한 바와 같이, 단위 면적당 중량을 적절한 범위 내로 유지한 연속한 제조가, 제1 형태의 제조 장치(100)보다도 또한 장기간에 걸쳐 가능하였다. 즉, 냉각부(5)와 가온부(20)를 모두 구비하는 제2 형태의 제조 장치(1000)에 의하면, 제1 형태보다도 더욱 양호한 효과가 얻어졌다.

이상 상세하게 설명한 바와 같이 제2 형태의 전극의 제조 방법에 의하면, 조립체(10)는 성막 갭(G2)에서, 냉각부(5)에서 냉각된 금속박(11)과 가온부(20)에서 가온된 B롤(2) 사이에 의해 끼워진다. 그로 인해, 조립체(10)에 발생한 가공열은, 적극적으로 금속박(11) 측으로 이동하므로, B롤(2)의 온도 상승은 제1 형태보다도 더 억제된다. 따라서, 장기로 연속하여 제조를 행한 경우에도, 성막 갭(G2)이 작아질 가능성은 작아, 제조된 전극(12)에 있어서의 조립체(10)의 층 두께나 단위 면적당 중량을 적절한 범위 내로 유지할 수 있을 가능성이 높다.

또한, 본 실시 형태는 단순한 예시에 지나지 않고, 본 발명을 전혀 한정하는 것이 아니다. 따라서 본 발명은 당연히 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러가지 개량, 변형이 가능하다. 예를 들어, 본 발명은 금속판에 분체 재료에 의한 층을 형성하여 시트상의 전극을 제조하는 제조 방법이라면, 리튬 이온 이차 전지용의 전극에 한하지 않고, 각종 전지의 전극의 제조 방법에 적용 가능하다.

또한, 제조 장치(100)의 구성은, 실시 형태에서 도시한 예로 제한하지 않는다. 예를 들어, 각 롤(1, 2, 3)의 배치나 롤 직경, 롤 간의 갭의 크기는, 도시된 예에 제한하지 않는다. 예를 들어, 롤(1, 2, 3)로서, 동일한 직경의 롤을 사용해도 된다. 또한, 조립체(10)의 공급 방법은, A롤(1)과 B롤(2)의 사이에 투입하는 것에 제한하지 않는다. 즉, A롤(1)은 없어도 된다.

또한, 실시 형태에서는, 도 1에서, 3개의 냉각 롤(51∼53)의 조를 도시했지만, 냉각 롤의 수는, 1개 이상이기만 하면 몇개여도 된다. 단, 복수 있는 쪽이 냉각 능력이 높으므로 바람직하다. 또한, 실시 형태에서는, 냉각 롤(51∼53)은 회전 가능인 것으로 했지만, 이들 중 적어도 하나에 회전 구동력을 구비하고, 금속박(11)을 반송하도록 해도 된다. 또한, 보조 롤은, 없어도 된다.

또한, 도 1에서는, 3개의 냉각 롤(51∼53)에 1대의 칠러(6)로부터 각각 냉각수를 공급하는 구성을 나타냈지만, 3개의 냉각 롤(51∼53)을 순서대로 냉각수가 통과하도록 해도 된다. 또는, 각 냉각 롤(51∼53)에 각각의 칠러를 설치해도 된다. 이와 같이 하면, 예를 들어, 각 냉각 롤(51∼53)에서 상이한 온도의 냉각수를 공급할 수도 있다. 또한, 냉각부(5)에 의한 냉각 방법은, 냉각 롤에 한하지 않고, 예를 들어, 금속박에 냉장실을 통과시키거나, 금속박에 냉풍을 분사하도록 해도 된다.

또한, 제조 장치(100)에서는, CPU(71)에 의한 칠러(6)의 설정 온도의 제어를 행하지 않아도 된다. 즉, 도 5의 B∼D는 없어도 된다. 예를 들어 노점 온도 이하까지 금속박(11)을 식혀도 된다. 단, 노점 온도보다 높은 온도로 되도록 제어하면, 금속박(11)에 대한 물방울의 부착을 억제할 수 있으므로 바람직하다. 또한, 피드백 제어는 행하지 않아도 된다. 즉, 도 5의 G와 H는 없어도 된다. 단, 피드백 제어를 행하면, 보다 적절한 온도에 접근할 수 있으므로, 더욱 바람직하다. 온도 제어를 행하지 않는 경우에는, 온도 센서(8)나 온습도 센서(9), 기억부(72)의 노점 온도표(73)는 불필요하다.

또한, 피드백 제어에 있어서, 제조 환경이 변화한 경우에는, 냉난방 장치나 공기 건조기 등을 사용하여 제조 환경을 조정해도 된다.

또한, 제조 장치(1000)에서는, 냉각부(5)의 설정 온도와 가온부(20)의 설정 온도란, 소정 온도 이상의 온도차가 설정되면 되고, 어느 것을 먼저 결정해도 되고, 각각 독립적으로 결정해도 된다. 또한, 칠러(6)를 제어하는 컨트롤러와, 히터(21)를 제어하는 컨트롤러는, 일체의 것에 한하지 않고, 별체여도 된다.

또한, 가온 공정 J의 실행의 순서는, 도 10에 도시한 것에 한하지 않고, 가온 공정 J를 B∼D보다 나중에 실행해도 된다. 또는, 가온 공정 J는 없어도 된다. 예를 들어, 가온 온도 결정 공정 K에서 가온 온도를 결정한 후, 냉각 가온 공정 L에서 가온해도 된다.

또한, 가온부(20)의 온도 제어나 피드백 제어는 하지 않아도 된다. 그 경우, 온도 센서(22)는 없어도 된다. 예를 들어, 히터(21)에 의한 가온을 개시한 후, 계속하여 가온하는 구성이어도 된다. 단, 계속하여 가온하는 구성에서는, B롤(2)의 표면 너무 온도가 높아져, B롤(2)이 팽창하여 전극(12)의 단위 면적당 중량이 작아질 가능성이 있어서, 온도 제어를 행하는 편이 바람직하다.

Claims

활물질을 포함하는 재료인 활물질 재료를 반송하는 제1 롤(2)과, 상기 제1 롤(2)에 인접하여 평행하게 배치되고, 박(11)을 반송하는 제2 롤(3)을 사용하고, 상기 제1 롤(2)과 상기 제2 롤(3)을 서로 역방향으로 회전시켜, 상기 활물질 재료를 상기 박(11)에 전사함으로써, 상기 박(11)의 표면에 상기 활물질 재료의 층을 형성하는 전극(12)의 제조 방법이며,
상기 박(11)의 반송 방향에 대하여 상기 제2 롤(3)보다 상류 측에서, 냉각 장치(5)를 사용하여 상기 박(11)을 냉각하는 것을 포함하고,
상기 박(11)을 냉각할 때에는, 냉각 후의 상기 박(11)의 온도가, 제조 환경의 공기 온도보다도 낮고, 또한, 제조 환경의 노점 온도보다 높은 온도로 되도록, 상기 박(11)을 냉각하는 전극(12)의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 냉각 장치(5)는 냉각 롤(51; 52; 53)을 구비하고,
상기 박(11)을 냉각할 때에는, 상기 냉각 롤(51; 52; 53)의 외주면을 제조 환경의 공기 온도보다도 저온으로 유지하면서, 상기 냉각 롤(51; 52; 53)에 상기 박(11)을 접촉시킴으로써, 상기 박(11)을 냉각하는 전극(12)의 제조 방법.
제2항에 있어서,
상기 냉각 장치(5)는 상기 냉각 롤(51; 52; 53)에 냉매를 공급하는 냉매 공급부(6)를 구비하고,
상기 박(11)을 냉각할 때에는, 상기 냉매 공급부(6)에서, 상기 냉각 롤(51; 52; 53)에, 제조 환경의 공기 온도보다도 저온의 냉매를 유통시키는 전극(12)의 제조 방법.
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제1항에 있어서,
상기 냉각 장치(5)는 제조 환경의 공기 온도와 상대 습도에 따라서 상이한 신호를 출력하는 센서(9)를 구비하고,
상기 박(11)을 냉각할 때에는, 센서(9)의 출력 신호에 기초하여 제조 환경의 공기 온도와 상대 습도를 취득하고, 취득된 상기 공기 온도와 상기 상대 습도로부터 노점 온도를 취득하고, 또한, 냉각 후의 상기 박(11)의 온도가, 취득된 상기 공기 온도보다도 낮고, 또한, 취득된 상기 노점 온도보다 높은 온도로 되도록, 상기 냉각 장치(5)에서의 상기 박(11)을 냉각하는 온도를 결정하는 전극(12)의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 롤(2)의 외주면의 온도가 냉각 후의 상기 박(11)의 온도보다 소정 온도 이상 높은 온도로 되도록, 상기 제1 롤(2)을 가온하는 것을 더 포함하는 전극(12)의 제조 방법.
활물질을 포함하는 재료인 활물질 재료를 박(11)에 전사함으로써, 상기 박(11)의 표면에 상기 활물질 재료의 층을 형성하는 전극(12)의 제조 장치에 있어서,
상기 활물질 재료를 반송하는 제1 롤(2)과,
상기 제1 롤(2)에 인접하여 평행하게 배치되고, 상기 박(11)을 반송하는 제2 롤(3)과,
상기 박(11)의 반송 방향에 대하여 상기 제2 롤(3)보다 상류 측에서 상기 박(11)에 접촉하는 위치에 배치되고, 내부에 냉매가 통과하는 유로가 형성된 냉각 롤(51; 52; 53)과,
상기 제1 롤(2)을 가온하는 가온부(20)를 포함하는 전극(12)의 제조 장치.
제7항에 있어서,
상기 냉각 롤(51; 52; 53)에 상기 냉매를 공급하는 냉매 공급부(6)를 더 포함하는 전극(12)의 제조 장치.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 냉각 롤(51; 52; 53)을 복수 구비하는 전극(12)의 제조 장치.
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