KR20190047015A - 전극의 건조 방법 - Google Patents

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KR20190047015A
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마사히코 스기야마
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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

부극용 롤 전극을 건조하는 건조 방법이며, 전극의 온도를 제1 온도까지 올리는 제1 가열 공정과, 제1 상승 공정 후에, 소정 시간 전극의 상태를 유지하는 유지 공정과, 소정 기간 경과 후에, 제1 온도보다 높은 제2 온도까지 전극의 온도를 올리는 제2 가열 공정을 포함하고, 제1 온도는, 전극에 포함되는 수분의 증발 온도 이상으로 설정되고, 제2 온도는, 전극에 포함되는 첨가제의 분해 온도 이상으로 설정된다.

Description

전극의 건조 방법
본 발명은, 전극의 건조 방법에 관한 것이다.
본 출원은, 2016년 10월 11일에 출원된 일본 특허 출원 제2016-199979호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 문헌의 참조에 의한 원용이 인정되는 지정국에 대해서는, 상기 출원에 기재된 내용을 참조에 의해 본 출원에 원용하여, 본 출원의 기재의 일부로 한다.
종래부터 롤 전극의 건조 방법으로서, 가열과 함께 진공 챔버 내를 감압하여 비점을 내리고, 롤 전극의 건조를 행하고, 건조 완료 후에 냉각 기간을 마련하는 방법이 알려져 있다(특허문헌 1).
일본 특허 공개 제2011-169499호 공보
그러나, 상기 건조 방법에서는, 전극을 건조하기 전에, 가열 공정을 한번밖에 실행하지 않기 때문에, 전극 내의 수분을 충분히 날릴 수 없다고 하는 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전극 내의 수분을 충분히 날리는 건조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 챔버 내에 배치된 부극용 롤 전극의 온도를 제1 온도까지 올리고, 소정 시간 전극의 상태를 유지하고, 당해 소정 시간의 경과 후에, 제1 온도보다 높은 제2 온도까지 전극의 온도를 올림으로써 상기 과제를 해결한다. 또한, 제1 온도는, 전극에 포함되는 수분의 증발 온도 이상이며, 전극에 포함되는 첨가제의 분해 온도 이상이다.
본 발명에 따르면, 전극 내의 수분을 충분히 날릴 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
도 1은, 박형 전지의 평면도이다.
도 2는, 도 1의 II-II선을 따르는 단면도이다.
도 3은, 건조 장치의 개념 구성도이다.
도 4는, 본 실시 형태의 건조 방법의 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 5는, 본 실시 형태에 관한 건조 방법을 행할 때의, 롤 전극의 온도 특성을 도시하는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
본 실시 형태에 관한 전극의 건조 방법은, 전지의 구성 부품인 전극 내의 수분을 날리기 위한 방법이다. 건조의 대상으로 되는 전극은, 리튬 이온 전지 등에 사용된다.
우선, 도 1 및 도 2를 사용하여, 박형 전지(1)의 구성을 설명한다. 도 1은, 박형 전지의 평면도이고, 도 2는, 도 1의 II-II선을 따르는 단면도이다. 박형 전지(1)는, 예를 들어 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차 등의 차량에 탑재된다. 박형 전지(1)는 리튬 이온 전지이다. 박형 전지(1)에, 본 실시 형태에 관한 건조 방법으로 건조된 전극을 적어도 구비하고 있다. 또한, 이하의 설명에서는, 이차 전지의 일례로서, 적층형(편평형)의 전지를 설명하지만, 전지의 형태ㆍ구조는 권회형(원통형) 전지 등, 종래 공지의 어느 형태ㆍ구조여도 된다.
본 예의 박형 전지(1)는, 리튬계, 평판상, 적층 타입의 박형 이차 전지이며, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 3매의 정극판(11)과, 5매의 세퍼레이터(12)와, 3매의 부극판(13)과, 정극 단자(14)와, 부극 단자(15)와, 상부 외장 부재(16)와, 하부 외장 부재(17)와, 특별히 도시하지 않은 전해질로 구성되어 있다.
이 중 정극판(11), 세퍼레이터(12), 부극판(13) 및 전해질이 발전 요소(18)를 구성하고, 또한 정극판(11), 부극판(13)이 전극판을 구성하고, 상부 외장 부재(16) 및 하부 외장 부재(17)가 한 쌍의 외장 부재를 구성한다.
발전 요소(18)를 구성하는 정극판(11)은, 정극 단자(14)까지 신장되어 있는 정극측 집전체(11a)와, 정극측 집전체(11a)의 일부의 양쪽 주면에 각각 형성된 정극층(11b, 11c)을 갖는다. 또한, 정극판(11)의 정극층(11b, 11c)은, 정극측 집전체(11a)의 전체의 양쪽 주면에 걸쳐 형성되어 있는 것은 아니며, 도 2에 도시하는 바와 같이, 정극판(11), 세퍼레이터(12) 및 부극판(13)을 적층하여 발전 요소(18)를 구성할 때, 정극판(11)에 있어서 세퍼레이터(12)에 실질적으로 겹치는 부분에만 정극층(11b, 11c)이 형성되어 있다. 또한, 본 예에서는 정극판(11)과 정극측 집전체(11a)가 1매의 도전체로 형성되어 있지만, 정극판(11)과 정극측 집전체(11a)를 별체로 구성하여, 이들을 접합해도 된다.
정극판(11)의 정극측 집전체(11a)는, 예를 들어 알루미늄박, 알루미늄 합금박, 구리박, 또는 니켈박 등의 전기 화학적으로 안정된 금속박으로 구성되어 있다. 또한, 정극판(11)의 정극층(11b, 11c)은, 예를 들어 니켈산리튬(LiNiO2), 망간산리튬(LiMnO2) 또는 코발트산리튬(LiCoO2) 등의 리튬 복합 산화물이나, 칼코겐(S, Se, Te)화물 등의 정극 활물질과, 카본 블랙 등의 도전제와, 폴리사불화에틸렌의 수성 디스퍼전 등의 접착제와, 용제를 혼합한 것을, 정극측 집전체(11a)의 일부의 양쪽 주면에 도포하고, 건조 및 압연함으로써 형성되어 있다. 또한, 상술한 정극 활물질은 일례에 지나지 않으며, 예를 들어 LiMn2O4, Li(Ni-Mn-Co)O2여도 된다. 혹은, 정극 활물질은, 이들 리튬 복합 산화물의 전이 금속의 일부가 다른 원소에 의해 치환된 것 등의 리튬-전이 금속 복합 산화물, 리튬-전이 금속 인산 화합물, 리튬-전이 금속 황산 화합물 등이어도 된다.
발전 요소(18)를 구성하는 부극판(13)은, 부극 단자(15)까지 신장되어 있는 부극측 집전체(13a)와, 당해 부극측 집전체(13a)의 일부의 양쪽 주면에 각각 형성된 부극층(13b, 13c)을 갖는다. 또한, 부극판(13)의 부극층(13b, 13c)도, 부극측 집전체(13a)의 전체의 양쪽 주면에 걸쳐 형성되어 있는 것은 아니고, 도 2에 도시하는 바와 같이, 정극판(11), 세퍼레이터(12) 및 부극판(13)을 적층하여 발전 요소(18)를 구성할 때, 부극판(13)에 있어서 세퍼레이터(12)에 실질적으로 겹치는 부분에만 부극층(13b, 13c)이 형성되어 있다. 또한, 본 예에서는 부극판(13)과 부극측 집전체(13a)가 1매의 도전체로 형성되어 있지만, 부극판(13)과 부극측 집전체(13a)를 별체로 구성하여, 이들을 접합해도 된다.
부극판(13)의 부극측 집전체(13a)는, 예를 들어 니켈박, 구리박, 스테인리스박, 또는 철박 등의 전기 화학적으로 안정된 금속박으로 구성되어 있다. 또한, 부극판(13)의 부극층(13b, 13c)은, 리튬 이온을 흡장 및 방출하는 부극 활물질과 바인더를 혼합시켜, 부극 슬러리를 얻고, 부극 슬러리를 부극측 집전체(13a)의 일부의 양쪽 주면에 도포하고, 건조 및 압연시킴으로써 형성되어 있다. 부극 활물질은, 예를 들어 비정질 탄소, 난흑연화 탄소, 이흑연화 탄소 또는 흑연 등과 같은 물질이다. 바인더는, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 등의 첨가제와, 스티렌부타디엔 공중합체(SBR) 등의 결착성 재료를 조합한 수계의 바인더이다.
특히, 부극 활물질로서 비정질 탄소나 난흑연화 탄소를 사용하면, 충방전 시에 있어서의 전위의 평탄 특성이 부족하고 방전량에 수반하여 출력 전압도 저하되므로, 통신 기기나 사무 기기의 전원에는 부적합하지만, 전기 자동차의 전원으로서 사용하면 급격한 출력 저하가 없으므로 유리하다.
발전 요소(18)의 세퍼레이터(12)는, 상술한 정극판(11)과 부극판(13)의 단락을 방지하는 것이며, 전해질을 유지하는 기능을 구비해도 된다. 이 세퍼레이터(12)는, 예를 들어 폴리에틸렌(PE)이나 폴리프로필렌(PP) 등의 폴리올레핀 등으로 구성되는 미다공성막이며, 과전류가 흐르면, 그 발열에 의해 층의 공공이 폐색되어 전류를 차단하는 기능도 갖는다.
또한, 본 예에 관한 세퍼레이터(12)는, 폴리올레핀 등의 단층막에만 한정되지 않고, 폴리프로필렌막을 폴리에틸렌막 사이에 샌드위치시킨 3층 구조나, 폴리올레핀 미다공막과 유기 부직포 등을 적층한 것도 사용할 수 있다.
이상의 발전 요소(18)는, 세퍼레이터(12)를 개재시켜 정극판(11)과 부극판(13)이 교대로 적층되어 이루어진다. 그리고, 3매의 정극판(11)은, 정극측 집전체(11a)를 통하여, 금속박제의 정극 단자(14)에 각각 접속되는 한편, 3매의 부극판(13)은, 부극측 집전체(13a)를 통하여, 마찬가지로 금속박제의 부극 단자(15)에 각각 접속되어 있다.
또한, 발전 요소(18)의 정극판(11), 세퍼레이터(12) 및 부극판(13)은, 상기 매수에 전혀 한정되지 않고, 예를 들어 1매의 정극판(11), 3매의 세퍼레이터(12) 및 1매의 부극판(13)으로도 발전 요소(18)를 구성할 수 있고, 필요에 따라 정극판(11), 세퍼레이터(12) 및 부극판(13)의 매수를 선택하여 구성할 수 있다.
정극 단자(14)도 부극 단자(15)도 전기 화학적으로 안정된 금속 재료이면 특별히 한정되지 않지만, 정극 단자(14)로서는, 알루미늄박, 알루미늄 합금박, 구리박 또는 니켈박 등을 들 수 있다. 또한, 부극 단자(15)로서는, 니켈박, 구리박, 스테인리스박 또는 철박 등을 들 수 있다.
상술한 발전 요소(18)는, 상부 외장 부재(16) 및 하부 외장 부재(17)에 수용되어 밀봉되어 있다. 특별히 도시는 하지 않았지만, 본 예의 상부 외장 부재(16) 및 하부 외장 부재(17)는 모두, 박형 전지(1)의 내측으로부터 외측을 향하여, 예를 들어 폴리에틸렌, 변성 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 변성 폴리프로필렌, 또는 아이오노머 등의 내전해액성 및 열융착성이 우수한 수지 필름으로 구성되어 있는 내측층과, 예를 들어 알루미늄 등의 금속박으로 구성되어 있는 중간층과, 예를 들어 폴리아미드계 수지 또는 폴리에스테르계 수지 등의 전기 절연성이 우수한 수지 필름으로 구성되어 있는 외측층의 3층 구조로 되어 있다.
따라서, 상부 외장 부재(16) 및 하부 외장 부재(17)는 모두, 예를 들어 알루미늄박 등 금속박의 한쪽 면(박형 전지(1)의 내측면)을 폴리에틸렌, 변성 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 변성 폴리프로필렌, 또는 아이오노머 등의 수지로 라미네이트하고, 다른 쪽 면(박형 전지(1)의 외측면)을 폴리아미드계 수지 또는 폴리에스테르계 수지로 라미네이트한, 수지-금속 박막 라미네이트재 등의 가요성을 갖는 재료로 형성되어 있다.
이들 외장 부재(16, 17)에 의해, 상술한 발전 요소(18), 정극 단자(14)의 일부 및 부극 단자(15)의 일부를 감싸고, 당해 외장 부재(16, 17)에 의해 형성되는 내부 공간에, 유기 액체 용매에 과염소산리튬, 붕불화리튬이나 육불화인산리튬 등의 리튬염을 용질로 한 액체 전해질을 주입하면서, 외장 부재(16, 17)에 의해 형성되는 공간을 흡인하여 진공 상태로 한 후에, 외장 부재(16, 17)의 외주연을 열 프레스에 의해 열융착하여 밀봉한다.
유기 액체 용매로서, 프로필렌카르보네이트(PC), 에틸렌카르보네이트(EC), 디메틸카르보네이트(DMC)나 메틸에틸카르보네이트 등의 에스테르계 용매를 들 수 있지만, 본 예의 유기 액체 용매는 이것에 한정되지 않으며, 에스테르계 용매에, γ-부티로락톤(γ-BL), 디에톡시에탄(DEE) 등의 에테르계 용매 그 외를 혼합, 조합한 유기 액체 용매를 사용할 수도 있다.
상기한 바와 같이, 박형 전지(1)는, 전극판 및 세퍼레이터를 적층한 적층체에 대하여, 전해액을 주입하면서, 한 쌍의 외장 부재(16, 17)로 밀봉함으로써 제조된다. 박형 전지(1)의 제조 공정에 있어서, 전극은, 롤 전극(100)을 필요한 길이만큼 송출한 후에 절단함으로써 제조된다. 롤 전극(100)은, 권취 코어를 중심으로 전극을 롤상으로 감은 것이다.
박형 전지(1)의 전지 성능을 높이기 위해서는, 롤 전극(100)을 건조시켜, 전극 내의 수분을 날리는 것이 좋다. 롤 전극(100)이 많은 수분을 포함하는 경우에는, 롤 전극(100)을 절단한 후의 전극에도 많은 수분이 포함되어, 박형 전지(1)로서 내장된 후에도, 발전 요소로 되는 전극에는, 많은 수분이 포함되게 된다. 박형 전지(1)로서 내장된 경우에는, 전극 내의 수분은 전해액과 반응하기 때문에, 전해액이 감소하여(전해액의 액 고갈), 전지 성능이 저하된다. 또한, 전극 내의 수분이 가스로 되어 박형 전지(1)의 형태가 바뀌어, 전지의 안정성이 저하된다. 그 때문에, 박형 전지(1)로 내장되기 전의 전극은, 수분이 적은 편이 좋다.
본 실시 형태에 관한 건조 방법은, 박형 전지(1)로서 내장되기 전의 전극 내의 수분량을 줄이기 위한 방법이다. 이하, 본 실시 형태에 관한 건조 방법을 실행하기 위한 건조 장치 및 건조 방법을 설명한다.
도 3은, 건조 장치의 개략 구성도이다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 건조 장치(200)는, 챔버(201), 지지체(202), 팬(203), 질소 발생기(204) 및 진공 펌프(205)를 구비하고 있다.
챔버(201)는, 롤 전극(100)을 내부 공간에 배치하는 용기이다. 챔버(201)는, 감압 후에 내부에 기체가 들어가지 않는 기밀성이 높은 용기이다. 챔버(201)는 수냉식 챔버이며, 챔버(201)의 하우징 부분에는 유로가 형성되어 있다. 유로 내에는, 수냉용 펌프(도시 생략)로부터 물이 순환된다.
지지체(202)는, 롤 전극(100)을, 챔버(201)의 내부에서 지지한다. 지지체(202)는 축 히터와 다리부를 갖고 있다. 축 히터는, 롤 전극(100)의 내부로부터 열을 가한다. 팬(203)은, 챔버(201) 내에 마련되어 있으며, 롤 전극(100)을 냉각하는 공랭용 장치이다. 질소 발생기(204)는, 질소를 발생시켜, 챔버(201)에 질소를 공급하는 장치이다. 진공 펌프(205)는, 챔버(201) 내를 감압하여, 챔버(201) 내를 진공 상태로 하는 장치이다.
이어서, 도 4 및 도 5를 사용하여, 본 실시 형태에 관한 건조 방법의 각 공정을 설명한다. 본 실시 형태에 관한 건조 방법은, 부극의 건조에 사용된다. 이하에 설명하는, 부극용 전극의 건조법은, 수계 바인더를 사용한 부극의 건조에 적용하는 것이 바람직하다. 도 4는, 본 실시 형태에 관한 건조 방법의 흐름도이다. 도 5는, 본 실시 형태에 관한 건조 방법에 의해 건조되는 롤 전극의 온도 특성을 도시하는 그래프이다. 또한, 도 5에 도시하는 「S2」 내지 「S7」은, 도 4의 흐름도에 있어서의 스텝 「S2」 내지 「S7」과 대응하고 있다. 도 5에 있어서, 「S2」에서 「S7」까지 구분된 각 그래프의 특성은, 도 4의 스텝 S2에서 스텝 S7까지의 각 공정에 있어서의, 롤 전극(100)의 온도 추이를 도시하고 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 전극 건조 방법의 준비 단계로서, 판상의 전극을 롤상으로 감음으로써, 롤 전극(100)을 형성한다. 이때, 롤상으로 감기기 전의 판상의 전극에 있어서, 전극의 긴 변 방향의 길이는 200m 이상 내지 900m 이하의 범위 내이다. 더불어, 롤 전극의 감기 조건은, 판상의 전극의 권취수를 800 이상에서 3600 이하까지의 범위 내로 하고, 롤 전극의 직경을 350mm 이상에서 400mm 이하의 범위 내로 한다. 이하의 설명에서 설정되는 각종 조건은, 상기와 같이 형성된 롤 전극(100) 내의 수분을 충분히 날리기 위해 설정되어 있다.
스텝 S1(배치 공정)에서 롤 전극(100)이 지지체(202)에 지지되어, 롤 전극(100)이 챔버(201) 내에 배치된다. 챔버(201) 내에 롤 전극을 배치한 상태에서, 진공 펌프(205)가 동작함으로써, 챔버(201) 내를 진공 상태로 한다.
스텝 S2에서, 제1 가열 공정이 실행된다. 제1 가열 공정에서는, 롤 전극(100)을 가열함으로써, 롤 전극(100)의 온도를, 롤 전극(100)에 포함되는 수분의 증발 온도 이상으로 상승시킨다. 구체적으로는, 건조 장치(200)는, 불활성 가스로서 질소를 챔버(201) 내에 봉입하고, 팬(203)을 구동한다. 또한, 건조 장치(200)는, 지지체(202)의 축 히터를 온으로 한다. 질소 봉입과 팬(203)의 동작에 의해, 열이 롤 전극(100)에 전해진다. 제1 가열 공정에 의한 가열 시간은 약 2시간이다. 제1 가열 공정에 있어서의 목표 온도(T1)는, 롤 전극(100)에 포함되는 수분의 증발 온도 이상으로 설정되어 있다. 또한, 목표 온도(T1)는, 부극판(13)의 박 버닝 온도, 또는 첨가제의 분해 온도 이하로 설정되어 있다. 즉, 목표 온도(T1)는, 수분의 증발 온도 이상이며 박 버닝 온도 이하의 범위 내, 또는 수분의 증발 온도 이상이며 첨가제의 분해 온도 이하의 범위 내로 설정되어 있다.
본 실시 형태에서는, 롤 전극(100)에 포함되는 수분의 증발 온도를 120℃로 하고 있으며, 첨가제의 분해 온도 및 부극판(13)의 박 버닝 온도를 각각 140℃로 하고 있다. 목표 온도(T1)는 120℃에서 140℃까지의 범위 내이며, 약 125℃로 설정되어 있다.
건조 장치(200)는, 롤 전극(100)의 온도가 목표 온도(T1)에 도달할 때까지, 롤 전극(100)을 가열한다. 이에 의해, 가열 시간 경과 후의 롤 전극(100)의 온도는, 120℃보다 높아진다. 또한, 제1 가열 공정에서는, 챔버(201) 내를 진공으로 한 상태에서, 질소를 첨가하고 있다. 그 때문에, 질소가, 롤 전극(100)에 열을 전달하는 담체로서 기능하기 때문에, 롤 전극(100)의 가열 시간을 단축화할 수 있다. 또한, 챔버(201) 내를 진공 상태로 하여 가열한 경우와 비교하여, 챔버(201)에 대한 부하를 경감할 수 있다.
스텝 S3에서, 진공 유지 공정이 실행된다. 진공 유지 공정에서는, 챔버 내의 상태를, 소정의 진공 유지 시간동안 유지하는 공정이다. 구체적으로는, 건조 장치(200)는, 챔버(201) 내를 진공 상태로 하고, 롤 전극(100)의 온도를 적어도 120℃보다 높은 상태로 유지한다. 또한, 진공 유지 공정에 있어서의 롤 전극(100)의 온도는, 박 버닝 온도 미만으로 한다. 박 버닝 온도는, 부극판(13)을 형성하는 금속박이 구워진 상태로 되는 온도이다. 부극판(13)이 예를 들어 구리박으로 형성되는 경우에, 박 버닝 온도는 140℃로 된다. 진공 유지 공정에 있어서, 진공 상태를 유지하는 시간(진공 유지 시간)은 약 3시간이다. 본 실시 형태에서는, 진공 유지 시간은 약 200분이다.
진공 유지 공정에서는, 챔버(201) 내를 진공으로 한 상태에서, 롤 전극(100)의 온도를, 수분의 증발 온도(120℃)보다 높게, 박 버닝 온도(140℃) 미만으로 유지한다. 진공 상태로 함으로써, 전극 표면에 부착된 수분이 탈리되기 쉬워진다. 또한, 롤 전극을 고온 상태로 유지함으로써, 전극 표면에 부착된 수분이 보다 탈리되기 쉬워지고, 결정 내의 수분도 결정으로부터 탈리된다. 탈리된 수분은 건조된다. 이에 의해, 전극 내의 수분을 날릴 수 있다.
또한, 본 실시 형태와는 달리 롤 전극(100)의 온도가 140℃ 이상으로 되어 있는 상태에서 수분이 탈리되면, 부극판(13)이, 탈리된 물과 산소에 의해 산화(구리 산화)될 우려가 있다. 건조 후에, 화상 검사 등의 검사 공정을 실행한 경우에, 부극판(13)이 산화되어 있으면, 불량이라고 판정된다. 그 결과로서, 수율이 저하될 우려가 있다. 또한, 부극판(13)을 용접할 때, 부극판(13)이 산화되어 있으면, 산화 피막에 의해 용접 강도가 저하되어, 용접 불량으로 될 가능성이 있다. 본 실시 형태에서는, 롤 전극(100)의 온도를 박 버닝 온도 미만으로 한 상태에서, 진공 유지 공정을 실행하고 있기 때문에, 롤 전극(100)으로부터 탈리된 물에 의한, 부극판(13)의 산화를 방지할 수 있다.
스텝 S4에서 제2 가열 공정을 실행한다. 제2 가열 공정에서는, 롤 전극(100)을 더 가열함으로써, 롤 전극(100)의 온도를, 첨가제의 분해 온도 이상으로 상승시키는 공정이다. 구체적으로는, 건조 장치(200)는, 챔버(201) 내에 질소를 봉입하고, 팬(203)을 구동하고, 지지체(202)의 축 히터를 온으로 한다. 제2 가열 공정에 의한 가열 시간은 약 3시간이다. 본 실시 형태에서는 가열 시간을 약 220분으로 한다. 제2 가열 공정에 있어서의 목표 온도(T2)는, 목표 온도(T1)보다 높고, 첨가제의 분해 온도보다 높은 온도로 설정되어 있다. 또한, 목표 온도(T2)는 결착성 재료의 분해 온도 미만으로 설정되어 있다. 즉, 목표 온도(T2)는, 첨가제의 분해 온도 이상이며 결착성 재료 미만의 범위 내로 설정되어 있다.
본 실시 형태에서는, 다당류로서 CMC가 사용되고 있기 때문에, 첨가제의 분해 온도는, CMC의 분해 온도인 140℃로 되어 있다. 또한, 결착성 재료는 SBR을 사용하기 때문에, 결착성 재료의 분해 온도는, SBR의 분해 온도인 170℃로 되어 있다. 목표 온도(T2)는 140℃에서 170℃까지의 범위 내이며, 약 168℃로 설정되어 있다.
건조 장치(200)는, 롤 전극(100)의 온도가 목표 온도(T2)에 도달할 때까지, 롤 전극(100)을 가열한다. 또한, 건조 장치(200)는, 가열 시간 중, 롤 전극(100)의 온도가 목표 온도(T2)보다 높아지지 않도록, 축 히터 등을 제어한다. 롤 전극(100)의 온도가 CMC의 분해 온도보다 높아지면, CMC의 분해에 의해 수분이 발생한다. 제2 가열 공정은, 챔버(201) 내에 질소를 봉입한 상태에서 행하기 때문에, CMC의 분해에 의해 발생한 수분은 부극 활물질 내에 머무른다.
완성 후의 박형 전지(1)에 있어서, CMC는 전해액과 반응하여, 전지 성능이 저하될 우려가 있다. 본 실시 형태에서는, 제2 가열 공정을 행함으로써, CMC가 분해되기 때문에, 전지 성능의 저하를 방지할 수 있다. 또한, CMC가 분해되면, 전극 내에 있어서, 분해 전에 CMC가 존재한 부분은 공공으로 된다. 그리고, 공공이 많은 부극이 박형 전지(1)에 내장되면, 리튬 이온이 공공에 들어간다. 그 결과로서, 리튬의 삽입 효율이 높아져, 전지 성능을 높일 수 있다.
또한, 제2 가열 공정은, 챔버 내에 질소를 봉입한 상태에서 실행되고 있다. 그 때문에, 챔버(201) 내에 열을 균일하게 제공하면서, 가열 시간을 단축화, 및 챔버(201)에 대한 부하의 경감을 실현할 수 있다.
스텝 S5에서, 제1 냉각 공정이 실행된다. 제1 냉각 공정에서는, 롤 전극(100)의 방열에 의해, 롤 전극(100)의 온도를 박 버닝 온도 미만으로 한다. 구체적으로는, 건조 장치(200)는, 축 히터를 오프로 하면서, 냉각 효과를 높이기 위해 팬을 구동한다. 제3 가열 공정에서 봉입한 질소가, 챔버(201) 내에 존재하는 상태에서, 제1 냉각 공정이 실행된다. 냉각 기간은 약 130분이다.
가열 공정의 후속 공정으로서 진공화를 실행하는 경우에, 롤 전극(100)의 온도가 박 버닝 온도 이상으로 되어 있으면, 진공화 시에, 부극판(13)이 소결될 가능성이 있다. 그 때문에, 본 실시 형태는, 제1 냉각 공정을 행함으로써, 진공화 전에, 롤 전극(100)을 박 버닝 온도 미만으로 한다. 또한, 진공화를 실행할 때, 롤 전극(100)의 온도가 높은 상태(140℃ 이상)로 되어 있으면, 부극판(13)의 구리 산화가 발생하기 쉽다. 그 때문에, 본 실시 형태에서는, 진공화 전에, 롤 전극(100)의 온도를 140℃ 미만으로 하여, 진공화 시의 구리 산화를 방지한다. 또한, 챔버(201) 내에 질소를 넣은 상태에서, 팬을 구동시키고 있기 때문에, 냉각 시간의 단축화를 도모할 수 있다.
스텝 S6에서, 제2 냉각 공정이 실행된다. 제2 냉각 공정에서는, 챔버(201) 내를 진공으로 하면서, 롤 전극(100)의 온도를 내린다. 구체적으로는, 건조 장치(200)는, 진공 펌프(205)를 구동시켜 진공화를 행한다. 진공화의 시간은 약 30분이다. 건조 장치(200)는, 롤 전극(100)의 온도를 120℃에서 140℃까지의 범위 내로 하면서, 진공화를 행한다.
제2 가열 공정의 가열에 의해 CMC가 분해되어 수분이 발생한다. 챔버(201) 내에 질소가 들어 있는 경우에는 수분은 전극 내에 머무르지만, 진공화를 행함으로써 수분이 탈리되어, 전극이 건조된다. 이에 의해, CMC 분해로 발생한 수분을 날릴 수 있다. 또한, 제2 냉각 공정은, 120℃에서 140℃까지의 범위 내에서 행해지기 때문에, 탈리된 수분이 다시 전극에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
스텝 S7에서 제3 냉각 공정이 실행된다. 제3 냉각 공정에서는, 챔버(201) 내에 불활성 가스를 봉입하면서, 롤 전극(100)의 온도를 내린다. 구체적으로는, 건조 장치(200)는, 챔버(201) 내에 질소를 봉입하고, 팬(203)을 구동한다. 또한, 건조 장치(200)는, 수냉용 펌프를 구동시켜, 챔버(201)에 냉수를 순환시킨다. 챔버(201) 내에 질소를 봉입한 상태에서, 팬을 구동시킴으로써, 냉각 기간을 단축화할 수 있다. 또한, 제3 냉각 공정에서는, 수냉식 냉각 기구를 함께 구동시킴으로써, 냉각 기간을 보다 짧게 할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 챔버(201) 내에 배치된 전극의 온도를 제1 온도(목표 온도 T1)까지 올리고, 소정 시간 전극의 상태를 유지하고, 소정 시간의 경과 후에, 전극의 온도를 (목표 온도 T2)까지 올린다. 즉, 본 실시 형태에 관한 건조 방법은, 전극을 2단계로 가열하는 방법이며, 1단계째 가열 공정에서, 전극의 온도를 수분의 증발 온도 이상까지 상승시키고, 2단계째 가열 공정에서, 전극의 온도를 첨가제의 분해 온도 이상까지 상승시킨다. 이에 의해, 전극 내의 수분을 충분히 날릴 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 가열 공정과 제2 가열 공정의 사이에 행하는, 전극의 상태를 유지하는 공정을, 챔버(201) 내를 진공으로 한 상태에서 행한다. 이에 의해, 전극 내에서 수분을 탈리시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제2 가열 공정을, 챔버(201) 내에 불활성 가스를 봉입한 상태에서 행한다. 이에 의해, 가열 시간을 짧게 할 수 있다. 또한, 롤 전극(100)에 대하여 열을 균일하게 전달할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 목표 온도 T2가 결착성 재료의 분해 온도 미만으로 설정되어 있다. 이에 의해, 제2 가열 공정에서는, 결착성 재료의 분해를 방지하면서, 첨가제의 분해를 촉진할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 가열 공정을, 불활성 가스를 챔버(201) 내에 봉입한 상태에서 행한다. 이에 의해, 가열 시간을 짧게 할 수 있다. 또한, 롤 전극(100)에 대하여 열을 균일하게 전달할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 목표 온도 T1가 박 버닝 온도 미만으로 설정되어 있다. 이에 의해, 제1 가열 공정에서는, 박 버닝을 방지하면서, 수분의 증발을 촉진할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 챔버(201) 내에 불활성 가스를 봉입한 상태에서 제2 가열 공정을 행한 후에, 전극의 온도를 박 버닝 온도 미만까지 내린다. 이에 의해, 박 버닝을 방지할 수 있다. 또한, 진공 하에서 행하는 경우보다 냉각 시간을 짧게 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 냉각 공정 후에, 챔버(201) 내를 진공으로 하면서, 전극을 냉각한다. 이에 의해, CMC 분해로 발생한 수분을 날릴 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제2 냉각 공정 후에, 챔버(201) 내에 불활성 가스를 봉입한 상태에서 전극을 냉각한다. 이에 의해, 냉각 시간을 짧게 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 첨가제의 분해 온도와 집전체의 박 버닝 온도가 상이한 경우에는, 임의의 낮은 쪽의 온도가, 진공 유지 공정에 있어서의 상한 온도로 된다. 또한, 집전체의 박 버닝 온도가 충분히 높은 경우에는, 제1 냉각 공정을 생략해도 되고, 혹은 제1 냉각 공정의 시간을 짧게 해도 된다. 또한, 제2 냉각 공정의 진공화는, CMC 분해 반응으로 발생한 물질을 제거하기 위해 적합한 온도 범위(100℃ 이상 140℃ 이하의 범위)에서 행해도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 부극에 포함되는 첨가제는 CMC에 한하지 않고 다른 재료여도 되며, 부극에 포함되는 결착성 재료는 SBR에 한하지 않고 다른 재료여도 된다. 또한, 부극의 바인더는, CMC와 SBR을 조합한 바인더에 한하지 않고, 다른 수계 바인더여도 된다.
또한, 본 실시 형태에 관한 건조 방법에 있어서, 가열 공정은 3회 이상 행해도 되지만, 가열 시간을 짧게 하기 위해, 가열 공정을 2회로 하는 것이 바람직하다. 또한, 2회의 가열 공정의 사이에 행해지는 진공 유지 공정의 시간은, 수분을 건조하기 위해 필요한 시간에 따라 설정하면 된다. 또한, 제1 가열 공정에서 제2 가열 공정까지의 시간을 짧게 하기 위해, 제1 가열 공정, 진공 유지 공정 및 제2 가열 공정은 연속된 공정으로 하는 것이 바람직하다.
1: 박형 전지
11: 정극판
12: 세퍼레이터
13: 부극판
14: 정극 단자
15: 부극 단자
16, 17: 외장 부재
17: 하부 외장 부재
18: 발전 요소
100: 롤 전극
200: 건조 장치
201: 챔버
202: 지지체
203: 팬
204: 질소 발생기
205: 진공 펌프

Claims (10)

  1. 부극용 롤 전극을 건조하는 건조 방법이며,
    상기 전극의 온도를 제1 온도까지 올리는 제1 가열 공정과,
    상기 제1 가열 공정 후에, 소정 시간 상기 전극의 상태를 유지하는 유지 공정과,
    상기 소정 시간의 경과 후에, 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도까지 상기 전극의 온도를 올리는 제2 가열 공정을 포함하고,
    상기 제1 온도는, 상기 전극에 포함되는 수분의 증발 온도 이상으로 설정되고,
    상기 제2 온도는, 상기 전극에 포함되는 첨가제의 분해 온도 이상으로 설정되는, 건조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극은 챔버 내에 배치되고,
    상기 유지 공정은, 상기 챔버 내를 진공으로 한 상태에서 행해지는, 건조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전극은 챔버 내에 배치되고,
    상기 제2 가열 공정은, 상기 챔버 내에 불활성 가스를 봉입한 상태에서 행해지는, 건조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 온도는, 상기 전극의 결착성 재료의 분해 온도 미만으로 설정되어 있는, 건조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극은 챔버 내에 배치되고,
    상기 제1 가열 공정은, 상기 챔버 내에 불활성 가스를 봉입한 상태에서 행해지는, 건조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 온도는, 상기 전극의 집전체를 형성하는 박이 구워진 상태로 되는 온도 미만으로 설정되어 있는, 건조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 가열 공정을 행한 후에, 챔버 내에 불활성 가스를 봉입한 상태에서, 상기 제2 온도보다 낮은 제3 온도까지 상기 전극의 온도를 내리는 제1 냉각 공정을 포함하고,
    상기 전극은 상기 챔버 내에 배치되고,
    상기 제3 온도는, 상기 전극의 집전체를 형성하는 박이 구워진 상태로 되는 온도 미만인, 건조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 냉각 공정 후에, 상기 챔버 내를 진공으로 하면서, 전극을 냉각하는 제2 냉각 공정을 포함하는, 건조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 냉각 공정 후에, 상기 챔버 내에 불활성 가스를 봉입한 상태에서, 상기 전극을 냉각하는 제3 냉각 공정을 포함하는, 건조 방법.
  10. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 가열 공정 후에, 챔버 내를 진공으로 하면서 상기 전극의 온도를 상기 제2 온도보다 내리고,
    상기 전극은 상기 챔버 내에 배치되는, 건조 방법.
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