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KR20190045307A - 전극의 건조 방법 - Google Patents

전극의 건조 방법 Download PDF

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KR20190045307A
KR20190045307A KR1020197009698A KR20197009698A KR20190045307A KR 20190045307 A KR20190045307 A KR 20190045307A KR 1020197009698 A KR1020197009698 A KR 1020197009698A KR 20197009698 A KR20197009698 A KR 20197009698A KR 20190045307 A KR20190045307 A KR 20190045307A
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roll
roll electrode
chamber
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KR1020197009698A
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마사히코 스기야마
Original Assignee
닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

정극용 롤 전극을 건조하는 건조 방법으로서, 롤 전극의 전체 온도를 제1 온도 이상이고 제2 온도 이하의 범위 내로 한 상태에서, 롤 전극을 건조한다. 제1 온도는 전극에 포함되는 활물질 내의 수분의 증발 온도 이상이며, 제2 온도는 전극에 포함되는 결착성 재료의 분해 온도이다.

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 낮추고, 롤 전극의 건조를 행하고, 건조 완료 후에 냉각 기간을 마련하는 방법이 알려져 있다(특허문헌 1).
일본 특허 공개 제2011-169499호 공보
그러나, 상기 건조 방법에 있어서, 가열 공정에서의 롤 전극의 온도가 적절한 온도가 되어 있지 않은 경우에는, 전극 내의 수분을 충분히 증발시킬 수 없다는 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전극 내의 수분을 충분히 증발시키는 건조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 정극용 롤 전극의 전체 온도를 제1 온도 이상이고 제2 온도 이하의 범위 내로 한 상태에서, 롤 전극을 건조시킴으로써 상기 과제를 해결한다. 또한, 제1 온도는 전극에 포함되는 활물질 내의 수분의 증발 온도이며, 제2 온도는 전극에 포함되는 결착성 재료의 분해 온도이다.
본 발명에 따르면, 전극 내의 수분을 충분히 증발시킬 수 있다는 효과를 발휘한다.
도 1은 박형 전지의 평면도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따르는 단면도이다.
도 3은 건조 장치의 개념 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태의 건조 방법의 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 건조 방법을 행할 때의, 롤 전극의 온도 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 건조 장치의 개념 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 건조 방법의 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 건조 방법을 행할 때의, 롤 전극의 온도 특성을 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
≪제1 실시 형태≫
본 실시 형태에 관한 전극의 건조 방법은, 전지의 구성 부품인 전극 내의 수분을 증발시키기 위한 방법이다. 건조의 대상이 되는 전극은, 리튬 이온 전지 등에 사용된다.
먼저, 도 1 및 도 2를 사용하여, 박형 전지(1)의 구성을 설명한다. 도 1은, 박형 전지의 평면도이며, 도 2는, 도 1의 II-II 선을 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 형태·구조는, 권회형(원통형) 전지 등, 종래 공지의 어느 형태·구조여도 된다.
본 예의 박형 전지(1)는, 리튬계, 평판 형상, 적층 타입의 박형 이차 전지이며, 도 1 및 도 2에 도시된 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 1쌍의 외장 부재를 구성한다.
발전 요소(18)를 구성하는 정극판(11)은, 정극 단자(14)까지 연장되어 있는 정극측 집전체(11a)와, 정극측 집전체(11a)의 일부의 양 주면에 각각 형성된 정극층(11b, 11c)을 갖는다. 또한, 정극판(11)의 정극층(11b, 11c)은, 정극측 집전체(11a)의 전체의 양 주면에 걸쳐 형성되어 있는 것은 아니며, 도 2에 도시된 바와 같이, 정극판(11), 세퍼레이터(12) 및 부극판(13)을 적층하여 발전 요소(18)를 구성할 때에 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 디스퍼젼 또는 폴리불화비닐리덴(PVDF) 등의 접착제와, 용제를 혼합한 것을, 정극측 집전체(11a)의 일부의 양 주면에 도포하고, 건조 및 압연함으로써 형성되어 있다. 또한, 상술한 정극 활물질은, 일례에 지나지 않고, 예를 들어 LiMn2O4, Li(Ni-Mn-Co)O2여도 된다. 또는, 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 연장되어 있는 부극측 집전체(13a)와, 당해 부극측 집전체(13a)의 일부의 양 주면에 각각 형성된 부극층(13b, 13c)을 갖는다. 또한, 부극판(13)의 부극층(13b, 13c)도, 부극측 집전체(13a)의 전체의 양 주면에 걸쳐 형성되어 있는 것은 아니고, 도 2에 도시된 바와 같이, 정극판(11), 세퍼레이터(12) 및 부극판(13)을 적층하여 발전 요소(18)를 구성할 때에 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 구성하고, 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 양 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, 충방전시에 있어서의 전위의 평탄 특성이 부족하고 방전량에 따라 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 보유 지지하는 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, 폴리프로필렌 막을 폴리에틸렌막으로 샌드위치한 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 재료라면 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 도시하지 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 않고, 에스테르계 용매에, γ-부티로락톤(γ-BL), 디에톡시에탄(DEE) 등의 에테르계 용매 기타를 혼합, 조합한 유기 액체 용매를 사용할 수도 있다.
상기한 바와 같이, 박형 전지(1)는, 전극판 및 세퍼레이터를 적층한 적층체에 대하여, 전해액을 주입하면서, 1쌍의 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 권취한 것이다.
박형 전지(1)의 전지 성능을 높이기 위해서는, 롤 전극(100)을 건조시켜, 전극 내의 수분을 증발시키는 것이 좋다. 롤 전극(100)이 많은 수분을 포함하는 경우에는, 롤 전극(100)을 절단한 후의 전극에도 많은 수분이 포함되고, 박형 전지(1)로서 내장된 후에도, 발전 요소가 되는 전극에는, 많은 수분이 포함되게 된다. 박형 전지(1)로서 내장된 경우에는, 전극 내의 수분은 전해액과 반응하기 때문에, 전해액이 감소되어(전해액의 액 고갈), 전지 성능이 저하된다. 또한, 전극 내의 수분이 가스가 되어 박형 전지(1)의 형태가 변화하여, 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 저감시키기 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 도시된 바와 같이, 건조 장치(200)는 챔버(201), 지지체(202), 팬(203), 및 진공 펌프(204)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, 수랭식의 챔버이며, 챔버(201)의 하우징 부분에는 유로가 형성되어 있다. 유로 내에는, 수랭용 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 있고, 롤 전극(100)을 냉각시키는 공랭용 장치이다. 진공 펌프(204)는, 챔버(201) 내를 감압하여, 챔버(201) 내를 진공 상태로 하는 장치이다.
다음에, 도 4 및 도 5를 사용하여, 본 실시 형태에 관한 건조 방법의 각 공정을 설명한다. 본 실시 형태에 관한 건조 방법은, 정극의 건조에 사용된다. 이하에 설명하는 정극용 전극의 건조법은, 용매계 바인더를 사용한 정극의 건조에 적용하는 것이 바람직하고, PVDF를 사용한 정극의 건조에 적용하는 것이 보다 바람직하다. 도 4는, 본 실시 형태에 관한 건조 방법의 흐름도이다. 도 5는, 본 실시 형태에 관한 건조 방법에 의해 건조되는 롤 전극의 온도 특성을 나타내는 그래프이다. 도 5에 나타내는 그래프 а는, 롤 전극(100)의 외주측 부분의 온도 특성이며, 그래프 b는 롤 전극(100)의 내부 온도의 특성이다. 즉, 그래프 а는, 롤 전극(100) 내에서 열이 전달되기 쉬운 부분의 온도 특성을 나타내고 있으며, 그래프 b는, 롤 전극(100) 내에서 열이 전달되기 어려운 부분의 온도 특성을 나타내고 있다. 또한, 도 5에 나타내는 「S2」 내지 「S5」는, 도 4의 흐름도에서의 스텝 「S2」 내지 「S5」와 대응하고 있다. 도 5에 있어서, 「S2」로부터 「S5」까지 구분된 각 그래프의 특성은, 도 4의 스텝 S2로부터 스텝 S5까지의 각 공정에서의, 롤 전극(100)의 온도 추이를 나타내고 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 전극 건조 방법의 준비 단계로서, 판형의 전극을 롤상으로 권취함으로써, 롤 전극(100)을 형성한다. 이때, 롤상으로 권취하기 전의 판형의 전극에 있어서, 전극의 길이 방향의 길이는 200m 이상 내지 900m 이하의 범위 내이다. 그 외에도, 롤 전극의 권취 조건은, 판형의 전극 권취수를, 800 이상에서 3600 이하까지의 범위 내로 하고, 롤 전극의 직경을 350㎜ 이상에서 400㎜ 이하의 범위 내로 한다. 이하의 설명에서 설정되는 각종 조건은, 상기한 바와 같이 형성된 롤 전극(100) 내의 수분을 충분히 증발시키기 위하여 설정되어 있다.
스텝 S1(배치 공정)에서 롤 전극(100)이 지지체(202)로 지지되어, 롤 전극(100)이 챔버(201) 내에 배치된다. 챔버(201) 내에 롤 전극을 배치한다. 챔버(201) 내는, 공기가 봉입된 상태(통상 대기의 상태)이다.
스텝 S2에서, 제1 승온 공정(제1 가열 공정)이 실행된다. 제1 승온 공정에서는, 롤 전극(100)을 가열함으로써, 롤 전극(100)의 전체 온도를, 제1 온도 임계값(T1)과 제2 온도 임계값(T2a 또는 T2b) 사이의 범위 내로 상승시킨다. 구체적으로 건조 장치(200)는, 공기를 챔버(201) 내에 봉입된 상태에서, 지지체(202)의 축 히터를 온으로 하면서, 팬(203)을 구동한다. 제1 가열 공정에 의한 가열 시간은 약 3시간이다.
제1 온도 임계값(T1)은, 제1 승온 공정에 있어서, 롤 전극(100)의 전체 온도의 목표 온도 범위의 하한을 나타내고 있다. 제1 온도 임계값(T1)은, 전극에 포함되는 활물질 내의 수분의 증발 온도이다. 제1 온도 임계값은 약 90℃이다. 활물질 내의 수분은, 활물질의 결정 내에 포함된 수분이다.
제2 온도 임계값(T2a 또는 T2b)은, 제1 승온 공정에 있어서, 롤 전극(100)의 전체 온도의 목표 온도 범위의 상한을 나타내고 있다. 제2 온도 임계값(T2a)은, 정극판에 포함되는 결착성 재료의 분해 온도를 나타내고 있다. 결착성 재료는, 접착제의 재료(바인더 재료)에 상당하며, 예를 들어 PVDF가 결착성 재료에 사용된 경우에는 제2 온도 임계값(T2a)은 약 140℃가 된다. 제2 온도 임계값(T2b)은, 절연성 테이프의 용해 온도이다. 본 실시 형태에 관한 건조 방법을 거쳐서 제조된 전극이 전지에 내장된 경우에, 전극간의 단락을 방지하기 위하여, 절연성 테이프가 사용된다. 절연성 테이프에는, 폴리프로필렌 또는 폴리페닐렌술피드 등의 수지제의 점착 테이프가 사용된다. 예를 들어, 폴리프로필렌 점착 테이프가 절연성 테이프로 사용된 경우에는, 제2 온도 임계값(T2b)은, 제2 온도 임계값(T2a)보다 낮고, 약 120℃가 된다. 절연성 테이프가 롤 전극(100) 내에 마련되어 있는 경우에는 목표 온도의 상한값은, 제2 온도 임계값(T2b)이 된다. 절연성 테이프가 롤 전극(100) 내에 마련되어 있지 않은 경우에는, 목표 온도의 상한값은 제2 온도 임계값(T2a)이 된다.
롤 전극(100)의 형상, 건조 장치(200)의 열원 성질, 열원의 위치, 또는 롤 전극(100)의 전열 특성 등에 따라, 롤 전극(100) 내의 위치가 상이하면, 롤 전극(100)의 온도는 상이하다. 롤 전극(100)의 전체 온도는, 예를 들어 롤 전극(100)의 평균 온도에 상당한다. 롤 전극(100)의 중앙 부분은, 롤 전극(100)의 내경과 외경 사이에 위치하는 부분의 온도이다. 제1 가열 공정의 온도 조건은, 롤 전극(100)의 전체 온도로 규정되어 있다. 그 때문에, 롤 전극(100) 중, 온도가 높아지기 어려운 부분의 온도가 목표 온도 범위외에서도, 예를 들어 롤 전극(100)의 평균 온도가 목표 온도 범위 내라면, 롤 전극(100)의 전체 온도는, 제1 가열 공정의 온도 조건을 만족시키게 된다. 제1 가열 공정에서는, 가열 시간(약 3시간)의 경과시에, 롤 전극(100)의 전체 온도가 제1 온도 임계값(T1) 이상이고 제2 온도 임계값(T2a 또는 T2b) 이하의 범위 내이면 된다.
또한, 제1 가열 공정의 온도 조건을 규정하는 목표 온도 범위의 상한 온도는 제2 온도 임계값(T2a 또는 T2b)에 한정되지 않고, 제2 온도 임계값(T2a 또는 T2b)보다 낮은 온도여도 된다. 또한, 목표 온도 범위의 하한은, 제1 온도 임계값(T1)에 한정되지 않고, 제1 온도 임계값(T1)보다 높은 온도여도 된다. 제2 온도 임계값(T2a)은 140℃로 한정되지 않고, 결착성 재료에 사용되는 재료의 분해 온도에 따른 온도로 하면 된다. 제2 온도 임계값(T2b)은, 절연성 테이프에 사용되는 재료의 용해 온도로 하면 된다. 또한, 제1 온도 임계값(T1)은 90℃로 한정되지 않고, 전극에 포함되는 수분의 상태 특성에 따른 온도로 하면 된다. 목표 온도 범위는, 90℃ 내지 120℃의 범위 또는 90℃ 내지 140℃의 범위에 한정되지 않고, 예를 들어 80℃ 내지 120℃의 범위, 80℃ 내지 140℃의 범위, 또는, 하한을 75℃ 내지 95℃의 범위로 하면서 상한을 115℃ 내지 145℃의 범위 내로 해도 된다. 예를 들어 롤 전극(100)의 외경이 더 클수록, 롤 전극(100) 내의 온도 분포는 편중되기 때문에, 목표 온도 범위는 온도 분포 등에 따라 적절히 설정하면 된다.
제1 가열 공정 후의 가열 공정(제2 가열 공정)은, 감압 공정과, 2단계의 가열 공정을 포함하고 있다. 이하의 설명에서는, 감압 공정 및 1단계째의 가열 공정을 포함하는 공정을 제1 진공 공정으로서 설명하고, 2단계째의 가열 공정을 제2 진공 공정으로서 설명한다.
스텝 S3에서, 제1 진공 공정이 실행된다. 제1 진공 공정에서는, 챔버(201) 내를 감압하고, 챔버(201) 내를 진공 상태로 한다. 감압 후의 챔버(201) 내의 압력은, 600Pa 이하이다. 그리고, 제1 진공 공정에 있어서, 감압 후에, 롤 전극(100)의 내부 온도를 제1 온도 임계값(T1) 이하이고 제3 온도 임계값(T3) 이상인 범위 내로 한 상태에서, 소정의 진공 유지 기간, 롤 전극(100)을 유지함으로써, 롤 전극(100)을 건조한다. 롤 전극(100)의 내부 온도는, 롤 전극(100)내 열이 가장 전달되기 어려운 부분(단위 시간당 온도 변화량이 가장 작은 부분)의 온도이다. 예를 들어, 롤 전극(100)의 축심에 대하여 수직 방향인, 롤 전극(100)의 단면에 있어서, 롤 전극(100)의 내부 온도는, 당해 단면의 내경으로부터 외경 사이의 부분 온도, 또는, 내경과 외경 사이에서 중앙 부분의 온도이다. 제3 온도 임계값(T3)은, 활물질의 표면에 부착되어 있는 수분을 제거하는 온도 및/또는 잔류 용매를 제거하는 온도이다. 진공 유지 기간은 약 3시간이다.
스텝 S3의 진공 유지 기간 중, 롤 전극(100)의 전체 온도는, 제1 온도 임계값(T1)과 제2 온도 임계값(T2a 또는 T2b) 사이의 범위 내에서 유지되고 있다. 도 5의 그래프 b에 나타내는 바와 같이, 롤 전극(100)의 내부 온도는, 시간의 경과와 함께, 제3 온도 임계값(T3)으로부터 상승되면서, 제1 온도 임계값(T1) 이하이고 제3 온도 임계값(T3) 이상의 범위 내를 유지하고 있다.
스텝 S3의 제1 진공 공정에서는, 롤 전극(100)의 내부 온도가, 제1 온도 임계값(T1) 이하이고 제3 온도 임계값(T3) 이상의 범위 내에서 유지되기 때문에, 전극 내부에 잔류하고 있는 용매가 제거된다. 용매에는, 예를 들어 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)이 사용된다. NMP 용매는, 활물질의 점성을 가지게 하기 위하여 사용되지만, 물의 친화성이 높다. 그 때문에, 용매가 활물질의 표면에 부착된 물과 결합한다. 그리고, 전극 내에 많은 용매가 잔류된 상태에서, 건조 후의 전극이 전지로서 내장된 경우에는, 용매는 전해액과 반응하여, 전지 성능이 저하될 우려가 있다. 본 실시 형태에서는, 제1 진공 공정에서, 롤 전극(100)의 내부 온도를 제3 온도 임계값(T3) 이상으로 상승시킴으로써, 활물질 표면에 부착된 물과 용매를 모두 제거시킨다.
스텝 S4에서, 제2 진공 공정이 실행된다. 제2 진공 공정에서는, 진공 상태에서, 소정의 진공 유지 기간(약 3시간) 내에, 롤 전극(100)의 내부 온도를 제1 온도 임계값(T1) 이상으로 상승시켜, 롤 전극(100)을 유지한다. 스텝 S4의 진공 유지 기간 중 롤 전극(100)의 전체 온도는, 제1 온도 임계값(T1)과 제2 온도 임계값(T2a 또는 T2b) 사이의 범위 내에서 유지되고 있다. 이에 의해, 롤 전극(100) 내에서 열이 전달되기 어려운 부분의 온도가 제1 온도 임계값(T1) 이상이 되기 때문에, 활물질 내의 수분을 제거할 수 있다. 또한, 롤 전극(100)의 내부 온도가 제1 온도 임계값(T1) 이상이 되면 PVDF가 연화되기 때문에, 건조 후의 전극을 전지에 내장한 경우에, 전해액의 침투가 향상되어, 전지 성능을 높일 수 있다.
스텝 S5에서, 냉각 공정이 실행된다. 냉각 공정에서는, 챔버(201)에 공기를 봉입하면서, 수랭용 펌프를 작동시켜 냉각수를 순환시킴으로써, 롤 전극(100)을 강제적으로 냉각한다. 또한, 냉각용 냉매는, 공기에 한정되지 않고, 예를 들어 질소여도 된다.
상기한 바와 같이 본 실시 형태에서는, 롤 전극(100)의 전체 온도를 제1 온도 임계값(T1) 이하이고 제2 온도 임계값(T2a 또는 T2b) 이상인 범위 내로 한 상태에서, 롤 전극(100)을 건조한다. 이에 의해, 결착성 재료의 분해를 방지하면서, 전극의 활물질 내의 수분을 제거할 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 롤 전극(100)의 전체 온도를 제2 온도 임계값(T2b) 이하로 한 상태에서, 롤 전극(100)을 건조시킨다. 이에 의해, 절연성 테이프의 용해를 방지하면서, 전극의 활물질 내의 수분을 제거할 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 롤 전극(100)의 내부 온도를 제1 온도 임계값(T1)미만이고 제3 온도 임계값(T3) 이상인 범위 내로 한 상태에서, 소정 기간, 롤 전극(100)을 건조하고, 당해 소정 기간 경과 후에, 롤 전극(100)의 내부 온도를 제1 온도 임계값(T1) 이상으로 상승시켜, 롤 전극(100)을 건조시킨다. 이에 의해, 전극 내의 수분과 용매를 제거할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 롤 전극(100)의 내부 온도를 제1 온도 임계값(T1) 이상으로 상승시키기 위하여, 2단계로 가열하고 있다. 즉, 1단계째의 가열 공정에서는, 전극 내의 수분 및 용매를 제거할 수 있는 기간(제1 진공 공정에서의 진공 유지 기간에 상당)을 확보하면서, 롤 전극(100)의 내부 온도를 제1 온도 임계값(T1) 미만이고 제3 온도 임계값(T3) 이상인 범위 내로 한다. 그리고, 제1 진공 공정의 진공 유지 기간 경과 후에, 롤 전극(100)의 내부 온도를 제1 온도 임계값(T1) 이상으로 상승시킨다. 본 실시 형태와는 달리, 제1 진공 공정의 진공 유지 기간 중에, 롤 전극(100)의 내부 온도를 제1 온도 임계값(T1) 이상으로 상승시키려고 한 경우에는, 롤 전극(100) 내에서 온도가 전달되기 쉬운 부분(예를 들어, 열원에 가까운 부분)이 제2 온도 임계값(T2a 또는 T2b) 이상이 될 가능성이 있다. 그 때문에, 진공 공정의 시간이 본 실시 형태에 있어서의 진공 상태의 시간보다도 길어져 버린다. 한편, 본 실시 형태에서는, 롤 전극(100)의 내부를 2단계로 가열하기 때문에, 가열 시간을 짧게 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 챔버(201) 내를 감압한 후에, 롤 전극(100)의 전체 온도를 제2 온도 임계값(T2b) 이하로 한 상태에서, 롤 전극(100)을 건조시킨다. 이로 인해, 건조 공정의 시간을 짧게 할 수 있다.
≪제2 실시 형태≫
본 발명의 제2 실시 형태에 관한 전극의 건조 방법을 설명한다. 제2 실시 형태에 전극의 건조 방법은, 부극의 건조에 사용된다. 이하에 설명하는, 부극용 전극의 건조법은, 수계 바인더를 사용한 부극의 건조에 적용하는 것이 바람직하다. 또한, 제2 실시 형태에 관한 건조 방법을 거쳐서 형성된 부극용 전극의 구성 및 이 부극용 전극을 구비하는 박형 전지(1)의 구성은, 제1 실시 형태와 마찬가지이기 때문에, 제1 실시 형태의 기재를 적절히, 원용한다.
본 실시 형태에 관한 건조 방법에 사용되는 건조 장치를 도 6을 사용하여 설명한다. 도 3은 건조 장치의 개략 구성도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 건조 장치(200)는, 챔버(201), 지지체(202), 팬(203), 진공 펌프(204) 및 질소 발생기(205)를 구비하고 있다. 제2 실시 형태에 관한 건조 장치(200)는, 제1 실시 형태에 관한 건조 장치(200)의 구성 이외에도 질소 발생기(205)를 갖고 있다. 또한, 챔버(201), 지지체(202), 팬(203), 진공 펌프(204)의 각 구성은, 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성이다. 질소 발생기(204)는, 질소를 발생시켜, 챔버(201)에 질소를 공급하는 장치이다.
다음으로, 도 7 및 도 8을 사용하여, 본 실시 형태에 관한 건조 방법의 각 공정을 설명한다. 본 실시 형태에 관한 건조 방법은, 부극의 건조에 사용된다. 이하에 설명되는, 부극용 전극의 건조법은, 수계 바인더를 사용한 부극의 건조에 적용하는 것이 바람직하다. 도 7은, 본 실시 형태에 관한 건조 방법의 흐름도이다. 도 8은, 본 실시 형태에 관한 건조 방법에 의해 건조되는 롤 전극의 온도 특성을 나타내는 그래프이다. 또한, 도 8에 나타내는 「S12」 내지 「S17」은, 도 7의 흐름도에 있어서의 스텝 「S12」 내지 「S17」과 대응하고 있다. 도 8에서, 「S12」로부터 「S17」까지로 구분된 각 그래프의 특성은, 도 7의 스텝 S12로부터 스텝 S17까지의 각 공정에서의, 롤 전극(100)의 온도 추이를 나타내고 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 전극 건조 방법의 준비 단계로서, 판형의 전극을 롤상으로 권취함으로써, 롤 전극(100)을 형성한다. 이때, 롤상으로 권취하기 전의 판형의 전극에 있어서, 전극의 길이 방향의 길이는 200m 이상 내지 900m 이하의 범위 내이다. 그 외에도, 롤 전극의 권취 조건은, 판형의 전극 권취수를 800 이상으로부터 3600 이하까지의 범위 내이며, 롤 전극의 직경을 350㎜ 이상으로부터 400㎜ 이하의 범위 내로 한다. 이하의 설명에서 설정되는 각종 조건은 상기한 바와 같이 형성된 롤 전극(100) 내의 수분을 충분히 증발시키기 위하여 설정되어 있다.
스텝 S11(배치 공정)에서는 롤 전극(100)이 지지체(202)로 지지될 수 있고, 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 S12에서, 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 전달된다. 제1 가열 공정에 의한 가열 시간은 약 2시간이다. 제1 가열 공정에서의 목표 온도(T1)는, 롤 전극(100)에 포함되는 수분의 증발 온도 이상으로 설정되어 있다. 또한 목표 온도(T1)는, 부극판(13)의 포일 연소 온도, 또는 첨가제의 분해 온도 이하로 설정되어 있다. 즉, 목표 온도(T1)는, 수분의 증발 온도 이상이고 포일 연소 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 있고, 첨가제의 분해 온도 및 부극판(13)의 포일 연소 온도를 각각 140℃로 하고 있다. 목표 온도(T1)는 120℃로부터 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℃보다도 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 S13에서, 진공 유지 공정이 실행된다. 진공 유지 공정에서는, 챔버 내의 상태를, 소정의 진공 유지 시간, 유지하는 공정이다. 구체적으로는, 건조 장치(200)는, 챔버(201) 내를 진공 상태로 하고, 롤 전극(100)의 온도를 적어도 120℃보다도 높은 상태로 유지한다. 또한, 진공 유지 공정에서의 롤 전극(100)의 온도는, 포일 연소 온도 미만으로 한다. 포일 연소 온도는, 부극판(13)을 형성하는 금속박이 구워진 상태가 되는 온도이다. 부극판(13)이 예를 들어 구리박으로 형성되는 경우에, 포일 연소 온도는 140℃가 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 높고, 포일 연소 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 증발시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태와는 상이하고 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 불량이 될 가능성이 있다. 본 실시 형태에서는, 롤 전극(100)의 온도를 포일 연소 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 S14에서 제2 가열 공정을 실행한다. 제2 가열 공정에서는, 롤 전극(100)을 추가로 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 구동시키고, 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 공정에서의 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 온도이며 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 온도보다도 높아지면, CMC의 분해에 의해 수분이 발생된다. 제2 가열 공정은, 챔버(201) 내에 질소를 봉입한 상태에서 행하기 때문에, CMC의 분해에 의해 발생된 수분은 부극 활물질 내에 머문다.
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 공공이 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 S15에서, 제1 냉각 공정이 실행된다. 제1 냉각 공정에서는, 롤 전극(100)의 방열에 의해, 롤 전극(100)의 온도를 포일 연소 온도 미만으로 한다. 구체적으로는, 건조 장치(200)는, 축 히터를 오프로 하면서, 냉각 효과를 높이기 위하여 팬을 구동한다. 제3 가열 공정에서 봉입된 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 포일 연소 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 포일 연소 온도 미만으로 한다. 또한, 진공화를 실행할 때에, 롤 전극(100)의 온도가 높은 상태(140℃ 이상)가 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 S16에서, 제2 냉각 공정이 실행된다. 제2 냉각 공정에서는, 챔버(201) 내를 진공으로 하면서, 롤 전극(100)의 온도를 낮춘다. 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 탈리되고, 전극이 건조된다. 이에 의해, CMC 분해로 발생한 수분을 증발시킬 수 있다. 또한, 제2 냉각 공정은, 120℃에서 140℃까지의 범위 내에서 행해지기 때문에, 탈리된 수분이 다시 전극에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
스텝 S17에서 제3 냉각 공정이 실행된다. 제3 냉각 공정에서는, 챔버(201) 내에 불활성 가스를 봉입하면서, 롤 전극(100)의 온도를 낮춘다. 구체적으로는, 건조 장치(200)는, 챔버(201) 내에 질소를 봉입하고, 팬(203)을 구동한다. 또한, 건조 장치(200)는, 수랭용 펌프를 구동시켜, 챔버(201)에 냉수를 순환시킨다. 챔버(201) 내에 질소를 봉입한 상태에서, 팬을 구동시킴으로써, 냉각 기간을 단축화할 수 있다. 또한, 제3 냉각 공정에서는, 수랭식의 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 상승시키고, 소정 시간, 전극의 상태를 유지하고, 소정의 시간 경과 후에, 전극의 온도를(목표 온도 T2)까지 상승시킨다. 즉, 본 실시 형태에 관한 건조 방법은, 전극을 2단계로 가열하는 방법이며, 1단계째의 가열 공정에서, 전극의 온도를 수분의 증발 온도 이상까지 상승시키고, 2단계째의 가열 공정에서, 전극의 온도를 첨가제의 분해 온도 이상까지 상승시킨다. 이에 의해, 전극 내의 수분을 충분히 증발시킬 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 제1 가열 공정과 제2 가열 공정 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 T2를 결착성 재료의 분해 온도 미만으로 설정하고 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 T1을 포일 연소 온도 미만으로 설정하고 있다. 이에 의해, 제1 가열 공정에서는, 포일 연소를 방지하면서, 수분의 증발을 촉진할 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 챔버(201) 내에 불활성 가스를 봉입한 상태에서 제2 가열 공정을 행한 후에, 전극의 온도를 포일 연소 온도 미만까지 낮춘다. 이에 의해, 포일 연소를 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 증발시킬 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 포일 연소 온도가 상이한 경우에는, 임의의 낮은 쪽의 온도가, 진공 유지 공정에서의 상한 온도가 된다. 또한 집전체의 포일 연소 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 위하여 적합한 온도 범위 100℃ 이상 140℃ 이하의 범위에서 행해도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 부극에 포함되는 첨가제는 CMC에 한정되지 않고 다른 재료여도 되며, 부극에 포함되는 결착성 재료는 SBR에 한정되지 않고 다른 재료여도 된다. 또한 부극의 바인더는, CMC와 SBR을 조합한 바인더에 한정되지 않고, 다른 수계 바인더여도 된다.
또한, 본 실시 형태에 관한 건조 방법에 있어서, 가열 공정은, 3회 이상 행해도 되지만, 가열 시간을 짧게 하기 위하여, 가열 공정을 2회로 하는 것이 바람직하다. 또한, 2회의 가열 공정의 사이에 행하여지는 진공 유지 공정의 시간은, 수분을 건조시키기 위하여 필요한 시간에 따라 설정하면 된다. 또한, 제1 가열 공정으로부터 제2 가열 공정까지의 시간을 짧게 하기 위하여, 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: 진공 펌프

Claims (4)

  1. 정극용 롤 전극을 건조하는 건조 방법으로서,
    상기 롤 전극의 전체 온도를 제1 온도 이상이고 제2 온도 이하의 범위 내로 한 상태에서, 상기 롤 전극을 건조하고,
    상기 제1 온도는, 상기 롤 전극에 포함되는 활물질 내의 수분의 증발 온도이며,
    상기 제2 온도는, 상기 롤 전극에 포함되는 결착성 재료의 분해 온도인 건조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 온도는, 절연성 테이프의 용해 온도 이하로 설정되어 있는 건조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 롤 전극의 내부 온도를 상기 제1 온도 미만이고 제3 온도 이상인 범위 내로 한 상태에서, 소정 기간, 상기 롤 전극을 건조하고,
    상기 소정의 기간 경과 후에, 상기 롤 전극의 내부 온도를 상기 제1 온도 이상으로 상승시켜, 상기 롤 전극을 건조하는 건조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극 롤은 챔버 내에 배치되고,
    상기 챔버 내를 감압한 후에, 상기 전체 온도를 상기 제1 온도 이상이고 상기 제2 온도 이하의 범위 내로 한 상태에서, 상기 롤 전극을 건조하는 건조 방법.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190045307A (ko) * 2016-10-11 2019-05-02 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 전극의 건조 방법
US20210143401A1 (en) * 2019-11-08 2021-05-13 Enevate Corporation Control of thermal transfer during electrode pyrolysis based processing
CN114001529B (zh) * 2021-10-30 2023-03-14 合肥众禾动力新能源科技有限公司 一种电芯加工过程中的辅助装置
CN114659341B (zh) * 2022-03-02 2023-07-07 上海兰钧新能源科技有限公司 一种用于锂离子电池烘烤的控制方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011169499A (ja) 2010-02-17 2011-09-01 Nissan Motor Co Ltd 乾燥装置及び乾燥方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL155790A0 (en) * 2000-11-09 2003-12-23 Foc Frankenburg Oil Company Es A supercapacitor and a method of manufacturing such a supercapacitor
JP3619870B2 (ja) * 2001-03-07 2005-02-16 独立行政法人産業技術総合研究所 リチウムイオン二次電池用負電極板の製造方法
JP4739711B2 (ja) * 2004-08-31 2011-08-03 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池の製造方法及び非水電解質二次電池用電極板乾燥装置
JP4904807B2 (ja) * 2005-12-27 2012-03-28 Ｔｄｋ株式会社 電気化学キャパシタ用電極の製造方法及び電気化学キャパシタ用電極の製造装置
JP2009236355A (ja) * 2008-03-26 2009-10-15 Fujifilm Corp 乾燥方法及び装置
JP5272564B2 (ja) * 2008-08-04 2013-08-28 日産自動車株式会社 電極材乾燥方法および電極材乾燥装置
CN102147185B (zh) * 2010-12-10 2012-11-28 奇瑞汽车股份有限公司 锂离子二次电池极片的干燥方法
JP5984643B2 (ja) * 2012-11-29 2016-09-06 株式会社メイコー 電極シート乾燥装置及び電極シート乾燥方法
JP6090470B2 (ja) * 2013-10-07 2017-03-08 日産自動車株式会社 電極ロールの乾燥方法、および電極ロールの乾燥装置
JP2017021888A (ja) * 2013-11-25 2017-01-26 日産自動車株式会社 非水電解質二次電池用負極の製造方法
DE102014008742A1 (de) * 2014-06-12 2015-12-17 Daimler Ag Separator für einen elektrochemischen Speicher, Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenmaterials sowie elektrochemischer Energiespeicher
JP2016065649A (ja) * 2014-09-22 2016-04-28 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 乾燥装置、塗工膜形成装置、および乾燥方法
JP6492583B2 (ja) * 2014-11-28 2019-04-03 株式会社豊田自動織機 電極の製造方法
JP6510300B2 (ja) 2015-04-14 2019-05-08 立川ブラインド工業株式会社 ロールスクリーン、案内レール、および、抜け止め部材
US10254043B2 (en) * 2016-09-22 2019-04-09 Grst International Limited Method of drying electrode assemblies
KR20190045307A (ko) * 2016-10-11 2019-05-02 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 전극의 건조 방법
US10033023B2 (en) * 2016-12-19 2018-07-24 StoreDot Ltd. Surface activation in electrode stack production and electrode-preparation systems and methods
US9966591B1 (en) * 2016-12-19 2018-05-08 StoreDot Ltd. Electrode stack production methods

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011169499A (ja) 2010-02-17 2011-09-01 Nissan Motor Co Ltd 乾燥装置及び乾燥方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109844997A (zh) 2019-06-04
CN109863627A (zh) 2019-06-07
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US20190252670A1 (en) 2019-08-15
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JPWO2018070218A1 (ja) 2019-08-29
US20200052280A1 (en) 2020-02-13

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