전극 제조 장치, 전극 제조 방법 및 컴퓨터 기억 매체{ELECTRODE PRODUCTION APPARATUS AND ELECTRODE PRODUCTION METHOD AND COMPUTER STORAGE MEDIUM}

본 발명은, 띠 형상의 기재의 양면에 활물질층을 형성하여 전극을 제조하는 전극 제조 장치, 당해 전극 제조 장치를 사용한 전극 제조 방법, 프로그램 및 컴퓨터 기억 매체에 관한 것이다.

최근, 소형이며 경량, 또한 에너지 밀도가 높고, 또한 반복 충방전이 가능한 특성을 살려, 리튬 이온 캐패시터(LIC : Lithium Ion Capacitor), 전기 이중층 캐패시터(EDLC : Electric Double Layer Capacitor) 및 리튬 이온 전지(LIB : Lithium Ion Battery) 등의 전기 화학 소자의 수요가 급속하게 확대되고 있다.

리튬 이온 전지는, 에너지 밀도가 비교적 크기 때문에, 휴대 전화나 노트형 퍼스널 컴퓨터 등의 분야에서 이용되고 있다. 또한, 전기 이중층 캐패시터는 급속 충방전이 가능하므로, 퍼스널 컴퓨터 등의 메모리 백업 소형 전원으로서 이용되고 있다. 또한 전기 이중층 캐패시터는 전기 자동차용의 대형 전원으로서의 응용이 기대되고 있다. 또한, 리튬 이온 전지의 이점과 전기 이중층 캐패시터의 이점을 조합한 리튬 이온 캐패시터는, 에너지 밀도, 출력 밀도 모두 높기 때문에 주목을 받고 있다.

이러한 전기 화학 소자의 전극은, 예를 들어 기재(基材)로서의 집전체인 금속박의 표면에 활물질이나 용매를 포함하는 활물질 합제를 도포 시공한 후, 당해 활물질 합제를 건조시켜 활물질층을 형성하여 제조된다. 이러한 전극의 제조에는, 예를 들어 권출 롤과 권취 롤 사이에 도포 시공 장치와 건조기를 배치한 전극 제조 장치가 사용된다. 도포 시공 장치는, 활물질 합제를 도포 시공하기 위한 도포 시공구가 형성된 도포 시공 헤드를 갖고 있다. 또한 건조기는, 소정 간격으로 배치된 복수의 히터를 갖고 있다. 그리고 권출 롤과 권취 롤 사이에서 띠 형상의 금속박을 대략 연직 상방으로 반송하면서, 도포 시공 장치와 건조기에 의해, 금속박의 표면에 활물질 합제의 도포 시공과 건조가 각각 행해지고 있다(특허 문헌 1).

그러나 특허 문헌 1에 기재된 방법으로 전극을 제조하는 경우, 금속박이 대략 연직 상방으로 반송되어 있으므로, 금속박의 표면에 활물질 합제를 도포 시공할 때, 당해 활물질 합제가 연직 하방, 즉 상류측으로 흐를 우려가 있다. 이러한 경우, 금속박의 표면에 활물질 합제를 균일하게 도포 시공할 수 없다.

또한, 금속박 상의 활물질 합제를 건조시킬 때, 당해 활물질 합제로부터 증발한 용매는 연직 상방으로 흐른다. 그렇게 하면, 금속박이 대략 연직 상방으로 반송되어 있으므로, 금속박의 상부, 즉 하류측에 있어서 증발한 용매가 재부착될 우려가 있다. 이러한 경우, 금속박의 표면에 활물질층을 적절하게 형성할 수 없다.

또한, 금속박이 대략 연직 상방으로 반송되어 있으면, 도포 시공 장치, 건조기 및 권취 롤은 높은 위치에 배치된다. 이로 인해, 이들 도포 시공 장치, 건조기 및 권취 롤의 메인터넌스가 곤란하고 대규모인 것으로 된다.

본 발명은 이러한 점에 비추어 이루어진 것이며, 전극을 제조할 때, 띠 형상의 기재의 표면에 활물질층을 적절하고 또한 효율적으로 형성하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 띠 형상의 기재의 양면에 활물질층을 형성하여 전극을 제조하는 전극 제조 장치이며, 기재를 권출하는 권출부와, 상기 권출부에서 권출된 기재를 권취하는 권취부와, 상기 권출부와 상기 권취부 사이에 설치되고, 기재의 양면에 활물질 합제를 도포 시공하는 도포 시공부와, 상기 도포 시공부와 상기 권취부 사이에 설치되고, 상기 도포 시공부에 의해 도포 시공된 상기 활물질 합제를 건조시켜 활물질층을 형성하는 건조부를 갖고, 상기 권출부와 상기 권취부는, 기재의 길이 방향이 수평 방향이며, 또한 기재의 짧은 방향이 연직 방향으로 되는 방향으로 기재를 반송하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 따르면, 권출부와 권취부 사이에 있어서, 기재의 길이 방향이 수평 방향이며, 또한 기재의 짧은 방향이 연직 방향으로 되는 방향으로 반송 중인 기재에 대해, 도포 시공부에 있어서의 활물질 합제의 도포 시공과, 건조부에 있어서의 활물질 합제의 건조가 행해진다. 이와 같이 길이 방향이 수평 방향으로 되는 방향으로 기재가 반송되므로, 도포 시공부에 있어서 활물질 합제가 도포 시공될 때, 당해 활물질 합제가 기재의 반송 방향의 상류측 또는 하류측으로 흐르는 일이 없다. 또한 짧은 방향이 연직 방향으로 되는 방향으로 기재가 반송되므로, 기재의 양면에 균일하게 활물질 합제를 도포 시공할 수 있다. 또한, 기재 상의 활물질 합제를 건조시킬 때에는, 증발한 용매가 연직 방향으로 원활하게 흘러, 당해 증발한 용매가 기재의 표면에 재부착되는 일도 없다. 따라서, 기재의 표면에 활물질층을 적절하게 형성할 수 있다. 또한, 길이 방향이 수평 방향으로 되는 방향으로 기재가 반송되므로, 기재의 높이를 일정하게 낮게 할 수 있어, 전극 제조 장치의 메인터넌스가 용이해진다. 따라서, 기재의 표면에 활물질층을 효율적으로 형성할 수 있다.

상기 권출부는 축 방향이 연직 방향으로 되는 방향으로 배치된 권출 롤을 갖고, 상기 권취부는 축 방향이 연직 방향으로 되는 방향으로 배치된 권취 롤을 갖고 있어도 좋다.

상기 건조부는, 기재의 양측에 설치되고, 적외선에 의한 복사 가열에 의해 상기 활물질 합제를 건조시키는 가열 기구와, 상기 가열 기구와 기재 사이에 연직 방향으로 유통하도록 공기를 공급하여, 상기 활물질 합제를 건조시키는 급기 기구를 갖고 있어도 좋다.

상기 건조부는, 기재의 길이 방향으로 나란히 배치되고, 적외선을 조사하는 복수의 로드 히터와, 상기 로드 히터를 사이에 두고 기재의 표면과 대향하여 배치되고, 상기 로드 히터로부터의 적외선을 기재측으로 반사시키는 복수의 반사판과, 인접하는 상기 반사판 사이에 형성되고, 상기 반사판과 기재 사이의 건조 영역에 공기를 공급하는 급기구와, 다른 인접하는 상기 반사판 사이에 형성되고, 상기 건조 영역 내의 공기를 배기하는 배기구를 구비하고, 상기 복수의 로드 히터, 상기 복수의 반사판, 상기 급기구 및 상기 배기구는, 각각 기재의 양측에 설치되어 있어도 좋다.

상기 로드 히터는, 외주부에 발열체가 설치된 내통과, 상기 내통을 둘러싸도록 설치된 외통을 갖고, 상기 외통과 상기 내통 사이에는 공기가 유통하는 유통로가 형성되고, 상기 외통에는, 상기 유통로 내의 공기를 상기 기재의 표면을 향해 분출하는 분출구가 형성되어 있어도 좋다.

상기 도포 시공부는, 기재의 표면에 활물질 합제를 토출하는 도포 시공구가 형성된 도포 시공 헤드를 갖고, 상기 도포 시공 헤드는, 기재의 양측에 배치되어 있어도 좋다.

상기 도포 시공부는, 기재의 표면에 접촉하여, 당해 기재에 활물질 합제를 도포 시공하는 롤러와, 상기 롤러의 표면에 활물질 합제를 공급하는 노즐을 갖고, 상기 롤러 및 상기 노즐은, 각각 기재의 양측에 배치되어 있어도 좋다. 또한, 본 발명에 있어서, 롤러가 기재의 표면에 접촉한다고 하는 것은, 롤러의 표면에 부착된 활물질 합제가 기재의 표면에 접촉하는 것을 말한다.

상기 전극은, 리튬 이온 캐패시터, 전기 이중층 캐패시터 또는 리튬 이온 전지에 사용되는 전극이라도 좋다.

다른 관점에 따른 본 발명은, 권출부와 권취부 사이에서 띠 형상의 기재를 반송하면서, 당해 기재의 양면에 활물질층을 형성하여 전극을 제조하는 전극 제조 방법이며, 도포 시공부에 있어서, 기재의 양면에 활물질 합제를 도포 시공하는 도포 시공 공정과, 그 후, 건조부에 있어서, 상기 도포 시공 공정에서 도포 시공된 상기 활물질 합제를 건조시켜 활물질층을 형성하는 건조 공정을 갖고, 상기 도포 시공 공정과 상기 건조 공정은, 기재의 길이 방향이 수평 방향이며, 또한 기재의 짧은 방향이 연직 방향으로 되는 방향으로 반송 중인 기재에 대해 행해지는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 건조부는, 기재의 양측에 설치되고, 적외선에 의한 복사 가열에 의해 상기 활물질 합제를 건조시키는 가열 기구와, 상기 가열 기구와 기재 사이에 연직 방향으로 유통하도록 공기를 공급하여, 상기 활물질 합제를 건조시키는 급기 기구를 갖고, 상기 건조 공정에 있어서, 상기 가열 기구로부터의 적외선에 의한 복사 가열과, 상기 가열 기구와 기재 사이를 유통하는 공기에 의한 대류 가열에 의해, 상기 활물질 합제를 건조시켜도 좋다.

상기 건조부는, 기재의 길이 방향으로 나란히 배치되고, 적외선을 조사하는 복수의 로드 히터와, 상기 로드 히터를 사이에 두고 기재의 표면과 대향하여 배치되고, 상기 로드 히터로부터의 적외선을 기재측에 반사시키는 복수의 반사판과, 인접하는 상기 반사판 사이에 형성되고, 상기 반사판과 기재 사이의 건조 영역에 공기를 공급하는 급기구와, 다른 인접하는 상기 반사판 사이에 형성되고, 상기 건조 영역 내의 공기를 배기하는 배기구를 구비하고, 상기 복수의 로드 히터, 상기 복수의 반사판, 상기 급기구 및 상기 배기구는, 각각 기재의 양측에 설치되고, 상기 건조 공정에 있어서, 상기 복수의 로드 히터 및 상기 복수의 반사판으로부터의 적외선에 의한 복사 가열과, 상기 건조 영역 내에서 상기 급기구로부터 상기 배기구로 유통하는 공기에 의한 대류 가열에 의해, 상기 활물질 합제를 건조시켜도 좋다.

상기 로드 히터는, 외주부에 발열체가 설치된 내통과, 상기 내통을 둘러싸도록 설치된 외통을 갖고, 상기 건조 공정에 있어서, 상기 외통과 상기 내통 사이에 형성된 유통로에 공기를 공급하고, 공급된 공기를 상기 발열체에 의해 가열하고, 가열된 공기를 상기 외통에 형성된 분출구로부터 기재의 표면을 향하여 분출해도 좋다.

상기 도포 시공 공정에 있어서, 기재의 양측에 배치된 도포 시공 헤드의 도포 시공구로부터 기재의 표면에 활물질 합제를 토출해도 좋다.

상기 도포 시공부는, 기재의 표면에 접촉하여, 당해 기재에 활물질 합제를 도포 시공하는 롤러와, 상기 롤러의 표면에 활물질 합제를 공급하는 노즐을 갖고, 상기 롤러 및 상기 노즐은, 각각 기재의 양측에 배치되고, 상기 도포 시공 공정에 있어서, 상기 노즐로부터 공급된 활물질 합제가 부착된 상기 롤러를 기판의 표면에 접촉시켜, 기재의 표면에 활물질 합제를 도포 시공해도 좋다. 또한, 본 발명에 있어서, 롤러를 기재의 표면에 접촉시킨다고 하는 것은, 롤러의 표면에 부착된 활물질 합제를 기재의 표면에 접촉시키는 것을 말한다.

상기 전극은, 리튬 이온 캐패시터, 전기 이중층 캐패시터 또는 리튬 이온 전지에 사용되는 전극이라도 좋다.

또 다른 관점에 따른 본 발명에 따르면, 상기 전극 제조 방법을 전극 제조 장치에 의해 실행시키기 위해, 당해 전극 제조 장치를 제어하는 제어부의 컴퓨터상에서 동작하는 프로그램을 저장한 판독 가능한 컴퓨터 기억 매체가 제공된다.

본 발명에 따르면, 전극을 제조할 때, 띠 형상의 기재의 표면에 활물질층을 적절하고 또한 효율적으로 형성할 수 있다.

도 1은 본 실시 형태에 관한 전극 제조 장치의 구성의 개략을 도시하는 개략 측면도.
도 2는 본 실시 형태에 관한 전극 제조 장치의 구성의 개략을 도시하는 평면도.
도 3은 전극 제조 장치에서 제조되는 전극의 측면도.
도 4는 전극 제조 장치에서 제조되는 전극의 평면도.
도 5는 도포 시공 헤드의 구성의 개략을 도시하는 사시도.
도 6은 건조부의 구성의 개략을 도시하는 측면도.
도 7은 다른 실시 형태에 관한 도포 시공부의 구성의 개략을 도시하는 평면도.
도 8은 다른 실시 형태에 관한 건조부의 구성의 개략을 도시하는 평면도.
도 9는 다른 실시 형태에 관한 로드 히터의 구성의 개략을 도시하는 설명도.
도 10은 다른 실시 형태에 관한 로드 히터의 구성의 개략을 도시하는 횡단면도.
도 11은 다른 실시 형태에 관한 건조부의 구성의 개략을 도시하는 평면도.
도 12는 다른 실시 형태에 관한 로드 히터 내부의 구성의 개략을 도시하는 설명도.
도 13은 다른 실시 형태에 관한 로드 히터의 구성의 개략을 도시하는 횡단면도.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 관한 전극 제조 장치(1)의 구성의 개략을 도시하는 개략 측면도이다. 도 2는 전극 제조 장치(1)의 구성의 개략을 도시하는 평면도이다. 또한, 본 실시 형태의 전극 제조 장치(1)에서는, 리튬 이온 캐패시터의 전극을 제조한다.

전극 제조 장치(1)에서는, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이 띠 형상의 기재로서의 금속박(M)의 양면에 활물질층(F)이 형성된 전극(E)이 제조된다. 금속박(M)의 양면의 활물질층(F)은, 대향하여 형성된다. 또한, 활물질층(F)은, 금속박(M)의 짧은 방향(도 3 중의 Z 방향)의 중앙부에 형성되고, 또한 금속박(M)의 길이 방향(도 3 및 도 4 중의 Y 방향)으로 복수 형성된다.

금속박(M)은, 예를 들어 다공질의 집전체이다. 전극(E)으로서 정극(正極)을 제조할 때에는, 예를 들어 금속박(M)으로서 알루미늄박이 사용된다. 한편, 부극(負極)을 제조할 때에는, 예를 들어 금속박(M)으로서 구리박이 사용된다.

또한, 활물질층(F)을 형성하기 위해, 후술하는 바와 같이 금속박(M)의 표면에 슬러리상의 활물질 합제가 도포 시공된다. 정극을 제조할 때의 정극 활물질 합제는, 예를 들어 활물질로서의 활성탄과, 결착제로서의 아크릴계 바인더와, 분산제로서의 카르복시메틸셀룰로오스와, 도전 조재로서의 아세틸렌 블랙 등의 도전성 탄소 분말을 혼합하고, 이것에 용매로서 물을 첨가, 혼련하여 생성된다. 한편, 부극을 제조할 때의 부극 활물질 합제는, 예를 들어 리튬 이온을 흡장?방출 가능한 활물질로서의 비정질 탄소와, 결착제로서의 폴리불화비닐리덴과, 도전 조재로서의 아세틸렌 블랙 등의 도전성 탄소재를 혼합하고, 이것에 용매로서 물을 첨가, 혼련하여 생성된다.

정극과 부극에서는, 상술한 바와 같이 재료는 다르지만, 금속박(M) 및 활물질층(F)의 폭이나 두께 등은 큰 차이가 없다. 이로 인해, 전극 제조 장치(1)는, 리튬 이온 캐패시터의 정극도 부극도 제조할 수 있다. 이하, 이들 정극과 부극을 전극(E)이라 칭하여 설명한다.

전극 제조 장치(1)는, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 금속박(M)을 권출하는 권출부로서의 권출 롤(10)과, 금속박(M)의 양면에 활물질 합제를 도포 시공하는 도포 시공부(11)와, 금속박(M) 상의 활물질 합제를 건조시켜 활물질층(F)을 형성하는 건조부(12)와, 금속박(M)을 권취하는 권취부로서의 권취 롤(13)을 갖고 있다. 권출 롤(10), 도포 시공부(11), 건조부(12), 권취 롤(13)은, 금속박(M)의 반송 방향(도 1 및 도 2 중의 Y 방향)으로 상류측으로부터 이 순서로 배치되어 있다. 또한, 권출 롤(10)과 권취 롤(13) 사이에는 구동 기구(도시하지 않음)가 설치되어 있고, 이 구동 기구에 의해 권출 롤(10)로부터 권출된 금속박(M)이 반송되어 권취 롤(13)에 권취되도록 되어 있다.

권출 롤(10)은, 그 축 방향이 연직 방향(도 1 중의 Z 방향)으로 되는 방향으로 배치되어 있다. 권출 롤(10)에는 미처리 금속박(M)이 권회되어 있고, 권출 롤(10)은 연직축을 중심으로 회전 가능하게 구성되어 있다. 그리고 금속박(M)은, 그 길이 방향으로 인장되는 것에 따라, 권출 롤(10)로부터 권출되도록 되어 있다.

권취 롤(13)도, 그 축 방향이 연직 방향으로 되는 방향으로 배치되어 있다. 권취 릴(13)은, 연직축을 중심으로 회전 가능하게 구성되어 있다. 그리고 활물질층(F)이 형성된 금속박(M)은, 권취 롤(13)에 권취되도록 되어 있다.

이들 권출 롤(10)과 권취 롤(13)은 동일한 높이에 배치되어 있다. 그리고 권출 롤(10)과 권취 롤(13)은, 금속박(M)의 길이 방향이 수평 방향(도 1 및 도 2 중의 Y 방향)이며, 또한 금속박(M)의 짧은 방향이 연직 방향(도 1 중의 Z 방향)으로 되는 방향으로 금속박(M)을 반송하도록 배치되어 있다.

도포 시공부(11)는, 금속박(M)의 표면에 활물질 합제를 도포 시공하는 도포 시공 헤드(20)를 갖고 있다. 도포 시공 헤드(20)는, 권출 롤(10)과 권취 롤(13) 사이를 반송 중인 금속박(M)의 양측에 대향하여 배치되어 있다.

도포 시공 헤드(20)는, 도 5에 도시하는 바와 같이 연직 방향(도 5 중의 Z 방향)으로 연신되는 대략 직육면체 형상을 갖고 있다. 도포 시공 헤드(20)는, 예를 들어 금속박(M)의 짧은 방향보다도 길게 형성되어 있다. 도포 시공 헤드(20)의 금속박(M)에 대향하는 면에는, 활물질 합제를 토출하는 슬릿 형상의 도포 시공구(21)가 형성되어 있다. 도포 시공구(21)는, 연직 방향(도 5 중의 Z 방향)으로 연신되어 형성되어 있다. 또한, 도포 시공구(21)는, 금속박(M)의 짧은 방향의 중앙부에 활물질 합제를 공급할 수 있는 위치에 형성되어 있다. 또한 도포 시공 헤드(20)에는, 활물질 합제 공급원(22)에 연통되는 공급관(23)이 접속되어 있다. 활물질 합제 공급원(22)의 내부에는 활물질 합제가 저류되어 있어, 활물질 합제 공급원(22)으로부터 도포 시공 헤드(20)에 활물질 합제를 공급할 수 있도록 되어 있다.

건조부(12)는, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이 금속박(M) 상의 활물질 합제를 적외선에 의한 복사 가열에 의해 건조시키는 가열 기구(30)를 갖고 있다. 가열 기구(30)는, 권출 롤(10)과 권취 롤(13) 사이를 반송 중인 금속박(M)의 양측에 대향하여 배치되어 있다. 가열 기구(30)에는, 적외선을 조사하는 로드 히터(31)가, 금속박(M)의 길이 방향(도 1 및 도 2 중의 Y 방향)으로 나란히 복수 배치되어 있다. 로드 히터(31)는, 연직 방향(도 1 중의 Z 방향)으로 금속박(M)의 짧은 방향의 길이보다 길게 연신되어 있다. 즉, 로드 히터(31)는, 금속박(M)의 짧은 방향 전체에 적외선을 조사할 수 있다. 또한, 로드 히터(31)는, 세라믹제의 외통의 내부에 발열체로서 니크롬선을 갖는 니크롬선 히터가 설치된 구성을 갖고 있다. 또한, 가열 기구(30)에 있어서, 로드 히터(31)를 사이에 두고 금속박(M)과 대향하는 위치에는, 로드 히터(31)로부터의 적외선을 금속박(M)측으로 반사시키는 반사판(도시하지 않음)이 설치되어 있어도 된다.

또한 건조부(12)는, 도 6에 도시하는 바와 같이 금속박(M) 상의 활물질 합제(S)를 공기에 의한 대류 가열에 의해 건조시키는 급기 기구(32)를 갖고 있다. 급기 기구(32)는, 가열 기구(30)와 금속박(M) 사이에 형성된 건조 영역(D)에 대해, 연직 상방으로 공기를 공급하는 급기부(33)를 갖고 있다. 급기부(33)는, 금속박(M)의 양측에 형성된 건조 영역(D, D)의 하방에 각각 배치되고, 또한 금속박(M)의 길이 방향으로 복수 배치되어 있다. 또한 급기부(33)에는, 공기 공급원(34)에 연통되는 공급관(35)이 접속되어 있다. 공기 공급원(34)의 내부에는, 공기, 예를 들어 드라이 에어 등이 저류되어 있다. 그리고 도 1 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 급기 기구(32)로부터 공급된 공기는, 건조 영역(D) 내를 연직 상방으로 유통한다.

이상의 전극 제조 장치(1)에는, 도 1에 도시하는 바와 같이 제어부(50)가 설치되어 있다. 제어부(50)는, 예를 들어 컴퓨터이며, 프로그램 저장부(도시하지 않음)를 갖고 있다. 프로그램 저장부에는, 전극 제조 장치(1)에 있어서의 전극(E)을 제조하기 위한 처리를 제어하는 프로그램이 저장되어 있다. 또한, 상기 프로그램은, 예를 들어 컴퓨터 판독 가능한 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 콤팩트 디스크(CD), 마그네토 옵티컬 디스크(MO), 메모리 카드 등의 컴퓨터에 판독 가능한 기억 매체(H)에 기록되어 있었던 것이며, 그 기억 매체(H)로부터 제어부(50)에 인스톨된 것이라도 좋다.

본 실시 형태에 관한 전극 제조 장치(1)는 이상과 같이 구성되어 있다. 다음에, 그 전극 제조 장치(1)에서 행해지는 전극(E)을 제조하기 위한 처리에 대해 설명한다.

금속박(M)은 권출 롤(10)로부터 권출되어, 도포 시공부(11)로 반송된다. 도포 시공부(11)에서는, 반송 중인 금속박(M)의 표면에 대해, 도포 시공 헤드(20)로부터 슬러리상의 활물질 합제(S)가 도포 시공된다. 이때, 금속박(M)의 양측에 배치된 도포 시공 헤드(20, 20)로부터 활물질 합제(S)를 공급함으로써, 금속박(M)의 양면에 활물질 합제(S)가 균일한 막 두께로 동시에 도포 시공된다. 또한, 도포 시공 헤드(20)로부터 공급되는 활물질 합제(S)는 금속박(M)의 짧은 방향의 중앙부에 도포 시공된다. 또한, 도포 시공 헤드(20)로부터 활물질 합제(S)를 단속적으로 공급함으로써, 금속박(M)의 길이 방향으로 복수의 영역에 활물질 합제(S)가 도포 시공된다.

그 후, 활물질 합제(S)가 도포 시공된 금속박(M)은, 건조부(12)로 반송된다. 건조부(12)에서는, 금속박(M)의 양측에 배치된 가열 기구(30, 30)로부터의 적외선에 의한 복사 가열에 의해, 금속박(M)의 양면의 활물질 합제(S)가 건조된다. 이때, 가열 기구(30)의 로드 히터(31)의 온도는 예를 들어 200℃로 설정되어 있다. 또한, 흡기 기구(32)로부터 금속박(M)의 양측에 형성된 건조 영역(D, D)에 공급되는 공기에 의한 대류 가열에 의해, 금속박(M)의 양면의 활물질 합제(S)가 건조된다. 또한, 이 공기에 의해, 활물질 합제(S)로부터 증발한 용매, 즉 물이 연직 상방으로 원활하게 흐르고, 당해 증발한 물이 건조 영역(D)의 외부로 제거된다. 이렇게 금속박(M)의 양면의 활물질 합제(S)가 건조되어, 당해 금속박(M)의 양면에 소정의 막 두께의 활물질층(F)이 형성된다.

그 후, 활물질층(F)이 형성된 금속박(M)은, 권취 롤(13)로 반송되어, 당해 권취 롤(13)에 권취된다. 이렇게 전극 제조 장치(1)에 있어서의 일련의 처리가 종료되고, 전극(E)이 제조된다.

이상의 실시 형태에 따르면, 도포 시공부(11)에 있어서, 금속박(M)의 길이 방향이 수평 방향으로 되는 방향으로 금속박(M)이 반송되므로, 금속박(M)의 표면에 도포 시공된 활물질 합제(S)가 당해 금속박(M)의 반송 방향의 상류측 또는 하류측으로 흐르는 일이 없다. 또한, 금속박(M)의 짧은 방향이 연직 방향으로 되는 방향으로 금속박(M)이 반송되므로, 금속박(M)의 양면에 균일하게 활물질 합제(S)를 도포 시공할 수 있다.

또한, 건조부(12)에 있어서, 가열 기구(30)로부터의 적외선에 의한 복사 가열과, 급기 기구(32)로부터 공급되어 건조 영역(D) 내를 유통하는 공기에 의한 대류 가열에 의해, 금속박(M) 상의 활물질 합제(S)가 건조된다. 이와 같이 적외선에 의한 복사 가열과 공기에 의한 대류 가열이라고 하는 2종류의 건조 방법을 사용하고 있으므로, 당해 활물질 합제(S)를 적절하게 건조시킬 수 있다. 또한, 적외선에 의한 복사 가열을 사용한 경우, 로드 히터(31)와 금속박(M) 사이의 거리에 의존하는 일 없이 적외선의 복사열이 전도된다. 따라서, 금속박(M)의 휨이나 기울기에 영향을 받는 일 없이, 활물질 합제(S)를 적절하게 가열할 수 있다. 또한, 금속박(M)의 짧은 방향이 연직 방향으로 되는 방향으로 금속박(M)이 반송되어, 증발한 물이 연직 방향으로 원활하게 흐른다. 또한, 급기 기구(32)로부터 공급된 공기가 건조 영역(D) 내를 연직 상방으로 유통하므로, 증발한 물은 보다 원활하게 흐른다. 따라서, 증발한 물이 금속박(M)의 표면에 재부착되는 일도 없다.

이상과 같이 본 실시 형태에 따르면, 도포 시공부(11)에 있어서 활물질 합제(S)를 적절하게 도포 시공할 수 있는 동시에, 건조부(12)에 있어서 활물질 합제(S)를 적절하게 건조시킬 수 있으므로, 금속박(M)의 표면에 활물질층(F)을 적절하게 형성할 수 있다.

또한, 권출 롤(10)과 권취 롤(13) 사이에 있어서, 길이 방향이 수평 방향으로 되는 방향으로 금속박(M)이 반송되므로, 금속박(M)의 높이를 일정하게 낮게 할 수 있어, 전극 제조 장치(1)의 메인터넌스가 용이해진다. 따라서, 금속박(M)의 표면에 활물질층(F)을 효율적으로 형성할 수 있다.

이상의 실시 형태의 전극 제조 장치(1)에서는, 권출부로서 권출 롤(10)이 설치되어 있었지만, 권출부의 구성은 본 실시 형태에 한정되지 않고, 금속박(M)을 권출하는 구성이면 다양한 구성을 취할 수 있다. 마찬가지로, 권취부로서 권취 롤(13)이 설치되어 있었지만, 권취부의 구성은 본 실시 형태에 한정되지 않고, 금속박(M)을 권취하는 구성이면 다양한 구성을 취할 수 있다.

또한, 이상의 실시 형태의 도포 시공부(11)에는 도포 시공 헤드(20)가 설치되어 있었지만, 도포 시공부(11)의 구성은 본 실시 형태에 한정되지 않고, 금속박(M)의 표면에 활물질 합제(S)를 도포 시공할 수 있는 구성이면 다양한 구성을 취할 수 있다.

예를 들어 이상의 실시 형태에서는, 도포 시공 헤드(20, 20)는 금속박(M)의 양측에 대향하여 설치되어 있었지만, 어느 한쪽의 도포 시공 헤드(20)가 다른 쪽의 도포 시공 헤드(20)보다 하류측에 배치되어 있어도 된다. 또한, 도포 시공 헤드(20)의 수는 본 실시 형태에 한정되지 않고, 금속박(M)의 양측에 각각 복수의 도포 시공 헤드(20)가 배치되어 있어도 된다.

또한 예를 들어 도포 시공부(11)에 있어서, 잉크젯 방식으로 금속박(M)의 표면에 활물질 합제(S)를 도포 시공해도 된다.

또한 예를 들어 도 7에 도시하는 바와 같이, 도포 시공부(11)는, 금속박(M)의 표면에 접촉하여 당해 금속박(M)에 슬러리상의 활물질 합제(S)를 도포 시공하는 롤러(100)와, 롤러(100)의 표면에 활물질 합제(S)를 공급하는 노즐(101)을 갖고 있어도 된다. 이들 롤러(100) 및 노즐(101)은, 권출 롤(10)과 권취 롤(13) 사이를 반송 중인 금속박(M)의 양측에 대향하여 배치되어 있다.

롤러(100)는, 그 축 방향이 연직 방향으로 연신되고, 당해 연직축을 중심으로 회전 가능하게 구성되어 있다. 또한 롤러(100)는, 금속박(M)에 형성되는 활물질층(F)의 연직 방향의 길이와 동일한 길이로 연신되어, 금속박(M)의 짧은 방향의 중앙부에 활물질 합제(S)를 공급할 수 있는 위치에 배치되어 있다.

노즐(101)도, 롤러(100)와 마찬가지로 연직 방향으로 연신되어 있다. 또한, 노즐(101)의 롤러(100)측의 면에는, 연직 방향으로 연신되어, 롤러(100)에 활물질 합제(S)를 토출하는 토출구(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 토출구는, 롤러(100)의 표면 전체에 활물질 합제(S)를 공급할 수 있는 길이와 위치에 형성되어 있다. 또한, 노즐(101)에는, 도 5에 도시한 도포 시공 헤드(20)와 마찬가지로, 활물질 합제 공급원(도시하지 않음)에 연통되는 공급관(도시하지 않음)이 접속되어 있다.

이러한 경우, 도포 시공부(11)에서는, 노즐(101)로부터 롤러(100)의 표면에 활물질 합제(S)를 공급하면서, 당해 활물질 합제(S)가 부착된 롤러(100)를 금속박(M)의 표면에 접촉시킨다. 그렇게 하면, 롤러(100)의 표면에 부착된 활물질 합제(S)가 금속박(M)의 표면에 전사되어, 당해 금속박(M)의 표면에 활물질 합제(S)가 도포 시공된다.

본 실시 형태에 따르면, 롤러(100)로부터 금속박(M)의 표면에 활물질 합제(S)가 도포 시공될 때, 당해 롤러(100) 자체의 표면과 금속박(M)의 표면의 거리를 조정함으로써, 활물질 합제(S)의 막 두께를 조정할 수 있다.

따라서, 금속박(M)의 표면에 활물질 합제(S)를 보다 균일한 막 두께로 도포 시공할 수 있다.

이상의 실시 형태의 건조부(12)에는 가열 기구(30)와 급기 기구(32)가 설치되어 있었지만, 건조부(12)의 구성은 본 실시 형태에 한정되지 않고, 금속박(M) 상의 활물질 합제(S)를 건조시킬 수 있는 구성이면 다양한 구성을 취할 수 있다.

예를 들어, 이상의 실시 형태에서는, 급기 기구(32)는, 건조 영역(D)에 대해 연직 상방으로 공기를 공급하고 있었지만, 연직 하방으로 공기를 공급해도 된다. 이러한 경우, 급기부(33)는, 금속박(M)의 양측에 형성된 건조 영역(D, D)의 상방에 각각 배치된다(도시하지 않음). 그리고 급기 기구(32)로부터 공급된 공기는, 건조 영역(D) 내를 연직 하방으로 유통한다. 이러한 경우라도, 건조부(12)에 있어서, 활물질 합제(S)로부터 증발한 물이 연직 하방으로 원활하게 흐르므로, 당해 증발한 물이 금속박(M)의 표면에 재부착되는 일이 없다. 따라서, 건조부(12)에서 활물질 합제(S)를 적절하게 건조시킬 수 있다.

또한 예를 들어 도 8에 도시하는 바와 같이, 건조부(12)는, 금속박(M)의 길이 방향(도 8 중의 Y 방향)으로 나란히 배치되고, 적외선을 조사하는 복수의 로드 히터(200)와, 로드 히터(200)를 사이에 두고 금속박(M)의 표면과 대향하여 배치되고, 로드 히터(200)로부터의 적외선을 금속박(M)측으로 반사시키는 복수의 반사판(201)을 갖고 있어도 된다. 이들 로드 히터(200) 및 반사판(201)은, 권출 롤(10)과 권취 롤(13) 사이를 반송 중인 금속박(M)의 양측에 배치되어 있다.

로드 히터(200)는, 연직 방향으로 금속박(M)의 짧은 방향의 길이보다 길게 연신되어 있다. 즉, 로드 히터(200)는, 금속박(M)의 짧은 방향 전체에 적외선을 조사할 수 있다. 또한, 로드 히터(200)는, 세라믹제의 외통의 내부에 발열체로서 니크롬선을 갖는 니크롬선 히터가 설치된 구성을 갖고 있다.

반사판(201)은, 대향하는 금속박(M)과 반대측으로 볼록하게 만곡되어 있다. 또한 반사판(201)은, 로드 히터(200)를 덮도록 연직 방향으로 연신되어 있다. 그리고 로드 히터(200)로부터 금속박(M)과 반대측으로 방사된 적외선은, 반사판(201)에서 반사하여 금속박(M)으로 방사된다.

인접하는 반사판(201, 201) 사이에는, 반사판(201)과 금속박(M) 사이에 형성된 건조 영역(D)에 공기를 공급하는 급기구(202)가 형성되어 있다. 또한, 다른 인접하는 반사판(201, 201) 사이에는, 건조 영역(D) 내의 공기를 배기하는 배기구(203)가 형성되어 있다. 이들 급기구(202)와 배기구(203)는, 금속박(M)의 길이 방향으로 교대로 배치되어 있다. 그리고 급기구(202)로부터 건조 영역(D) 내로 공급된 공기는, 금속박(M)의 표면을 따라 흐른 후, 급기구(202)에 인접하는 배기구(203)로부터 배기된다. 즉, 건조 영역(D) 내에 급기구(202)로부터 배기구(203)로의 일방향의 기류가 발생한다. 또한, 반사판(201)이 금속박(M)의 양측에 배치되고 있는 것에 수반하여, 급기구(202) 및 배기구(203)도 금속박(M)의 양측에 형성되어 있다.

각 급기구(202)에는, 당해 급기구(202)에 공기를 공급하기 위한 공급관(210)이 각각 설치되어 있다. 공급관(210)은, 공기 공급원(211)에 연통되어 있다. 공기 공급원(211)의 내부에는, 공기, 예를 들어 드라이 에어 등이 저류되어 있다. 또한, 배기구(203)에는, 예를 들어 진공 펌프(도시하지 않음)가 설치되고, 당해 진공 펌프에 의해 건조 영역(D) 내의 공기가 배기된다.

이러한 경우, 건조부(12)에서는, 금속박(M)의 양측에 배치된 복수의 로드 히터(200) 및 복수의 반사판(201)으로부터의 적외선에 의한 복사 가열과, 금속박(M)의 양측에 형성된 건조 영역(D, D) 내에서 급기구(202)로부터 배기구(203)로 유통되는 공기에 의한 대류 가열에 의해, 금속박(M)의 양면의 활물질 합제(S)가 건조된다. 또한, 이때 로드 히터(200)의 온도는 예를 들어 200℃로 설정되어 있다. 또한, 건조 영역(D) 내에서 발생하는 급기구(202)로부터 배기구(203)로의 기류에 의해, 활물질 합제(S)로부터 증발한 물이 배기구(203)로 원활하게 흘러, 당해 증발한 물이 금속박(M)에 재부착되는 일 없이 제거된다. 이와 같이 하여 금속박(M)의 양면의 활물질 합제(S)가 건조되어, 당해 금속박(M)의 양면에 소정의 막 두께의 활물질층(F)이 형성된다.

본 실시 형태에 따르면, 건조부(12)에 있어서, 적외선에 의한 복사 가열과 공기에 의한 대류 가열이라고 하는 2종류의 건조 방법을 이용하고 있으므로, 당해 활물질 합제(S)를 적절하게 건조시킬 수 있다. 또한, 적외선에 의한 복사 가열을 사용한 경우, 로드 히터(200) 및 반사판(201)과 금속박(M) 사이의 거리에 의존하는 일 없이 적외선의 복사열이 전도된다. 따라서, 금속박(M)의 휨이나 기울기에 영향을 받는 일 없이, 활물질 합제(S)를 적절하게 가열할 수 있다. 또한, 건조부(12)에서는, 건조 영역(D) 내에 급기구(202)로부터 배기구(203)로의 일방향의 기류를 발생시킬 수 있다. 이 기류에 의해, 금속박(M) 상의 활물질 합제(S)를 건조시킬 때에 증발한 물이 배기구(203)로부터 배출되므로, 당해 증발한 물이 금속박(M)의 표면에 재부착되는 일이 없다. 이로 인해, 금속박(M) 상의 활물질 합제(S)를 보다 적절하게 건조시킬 수 있다. 따라서, 금속박(M) 상에 활물질층(F)을 적절하게 형성할 수 있다.

또한, 반사판(201)이 로드 히터(200)를 사이에 두고 금속박(M)의 표면과 대향하여 배치되어 있으므로, 로드 히터(200)로부터 금속박(M)과 반대측으로 방사된 적외선은, 반사판(201)에서 반사하여 금속박(M)으로 방사된다. 따라서, 적외선 전부를 이용할 수 있어, 금속박(M) 상의 활물질 합제(S)를 효율적으로 건조시킬 수 있다.

또한, 반사판(201)이 금속박(M)과 반대측으로 볼록하게 만곡되어 있으므로, 배기구(203)로부터 배기되지 않은 극미량의 공기를 급기구(202)측으로 원활하게 유통시킬 수 있다. 그리고 이 공기는 다시 급기구(202)로부터 공급되는 공기와 합류하여, 배기구(203)로 흐른다. 따라서, 건조 영역(D) 내에 있어서의 급기구(202)로부터 배기구(203)로의 기류가 흐트러지는 일 없이, 일방향의 기류를 유지할 수 있다. 또한, 배기구(203)로부터 배기되지 않은 극미량의 공기는, 건조 영역(D) 내에 있어서 적외선의 복사 가열에 의해 가열되므로, 금속박(M) 상의 활물질 합제(S)를 효율적으로 건조시킬 수 있다.

이상의 실시 형태에 있어서, 로드 히터(200)의 내부에 공기를 유통시켜도 된다. 도 9 및 도 10에 도시하는 바와 같이, 로드 히터(200)는, 내통(220)과, 내통(220)을 둘러싸도록 설치된 외통(221)을 갖고 있다. 내통(220)의 외주부에는, 발열체로서 니크롬선을 갖는 니크롬선 히터(222)가 나선 형상으로 설치되어 있다. 이 니크롬선 히터(222)는, 연직 방향으로 금속박(M)의 짧은 방향의 길이보다 길게 설치되어 있다. 또한, 상술한 바와 같이 외통(221)의 재질은 세라믹이다. 또한, 내통(220)은 내열성을 갖고, 그 재질은 예를 들어 세라믹 또는 알루미나이다.

외통(221)과 내통(220) 사이에는, 공기가 유통하는 유통로(230)가 형성되어 있다. 유통로(230) 내를 유통하는 공기는 급기부(231)로부터 공급된다. 급기부(231)는, 로드 히터(200)의 축 방향 양단부에 배치되어 있다. 또한 급기부(231)에는, 공기 공급원(232)에 연통되는 공급관(233)이 접속되어 있다. 공기 공급원(232)에 내부에는, 상온인 23℃의 공기, 예를 들어 드라이 에어가 저류되어 있다.

외통(221)에는, 유통로(230)의 공기를 금속박(M)의 표면을 향해 분출하는 복수의 분출구(234)가 형성되어 있다. 분출구(234)는, 외통(221)의 길이 방향(도 9 중의 Z 방향)으로 나란히 복수 형성되어 있다. 이들 분출구(234)는, 도 11에 도시하는 바와 같이 배기구(203)측을 향하고 있다. 또한, 이들 분출구(234)는, 유통로(230) 내의 공기를 금속박(M)의 표면을 향해 비스듬히 분출하는 위치에 형성되어 있다.

이러한 경우, 건조부(12)에서는, 급기부(231)로부터 유통로(230)로 공급된 공기는, 당해 유통로(230) 내를 유통한다. 이때, 유통로(230) 내의 공기는, 니크롬선 히터(222)에 의해 가열된다. 로드 히터(200)의 온도는 상술한 바와 같이 예를 들어 200℃로 설정되어 있으므로, 유통로(230) 내의 공기는, 23℃보다도 높은 온도이며 200℃ 이하로 가열된다. 그리고 가열된 공기는, 분출구(234)로부터 건조 영역(D)으로 분출된다. 이와 같이 하여 로드 히터(200)로부터 건조 영역(D) 내의 금속박(M)의 표면을 향해 분출된 공기는, 금속박(M)의 표면 근방을 흘러, 급기구(202)로부터 배기구(203)로 흐르는 기류에 합류하여, 배기구(203)로부터 배기된다.

그리고 건조부(12)에서는, 복수의 로드 히터(200) 및 복수의 반사판(201)으로부터의 적외선에 의한 복사 가열과, 건조 영역(D) 내에서 급기구(202)로부터 배기구(203)로 유통하는 공기에 의한 대류 가열에 더하여, 상술한 로드 히터(200)로부터 분출되는 공기에 의한 대류 가열에 의해, 금속박(M) 상의 활물질 합제(S)가 건조된다.

본 실시 형태에 따르면, 로드 히터(200)로부터 건조 영역(D)으로 분출되는 공기는 니크롬선 히터(222)에 의해 가열되어 있으므로, 활물질 합제(S)의 건조 시간을 단축할 수 있다. 이로 인해, 건조부(12)의 길이도 짧게 할 수 있어, 전극 제조 장치(1)의 풋프린트를 작게 할 수 있다. 또한, 이 유통로(230) 내에 있어서의 공기의 가열은, 활물질 합제(S)를 건조시키기 위해 설치된 니크롬선 히터(222)를 이용할 수 있어, 별도 가열 기구를 설치할 필요가 없다. 이상과 같이 본 실시 형태에 따르면, 금속박(M) 상의 활물질 합제(S)를 보다 효율적으로 건조시킬 수 있다.

또한, 외통(221)에 있어서 분출구(234)는 배기구(203)측을 향해 형성되어 있으므로, 당해 분출구(234)로부터 분출된 공기는, 급기구(202)로부터 배기구(203)로 흐르는 기류에 대해 역류하지 않는다. 그렇게 하면, 분출구(234)로부터 분출된 공기는, 급기구(202)로부터 배기구(203)로의 기류를 흐트러뜨리는 일 없이 일방향의 기류를 유지하면서, 당해 기류에 합류할 수 있다. 따라서, 금속박(M) 상의 활물질 합제(S)를 적절하게 건조시킬 수 있다.

이상의 실시 형태에 있어서, 도 12 및 도 13에 도시하는 바와 같이 로드 히터(200)의 유통로(230)의 내부에 있어서, 외통(221)과 내통(220)을 접속하여, 당해 내통(220)을 지지하는 지지 부재(240)가 설치되어 있어도 된다. 지지 부재(240)는 내통(220)의 주위 방향으로 등간격으로 복수 배치되어 있다. 또한, 지지 부재(240)는, 내통(220)의 축 방향, 즉 길이 방향(도 12 중의 Z 방향)으로 등간격으로 복수 배치되어 있다. 이와 같이 지지 부재(240)가 배치되어 있음으로써, 유통로(230) 내의 공기의 흐름이 교반된다.

또한, 지지 부재(240)는 전열성을 갖고 있고, 그 재질은 예를 들어 SiC이다. 이로 인해, 니크롬선 히터(222)로부터 발생하는 열이 지지 부재(240)를 통해 외통(221)에 전달되도록 되어 있다.

이러한 경우, 지지 부재(240)에 의해 유통로(230) 내의 공기의 흐름이 교반되므로, 당해 공기를 효율적으로 가열할 수 있다. 또한, 지지 부재(240)에 의해 니크롬선 히터(222)로부터의 열이 외통(221)에 전달되어, 당해 외통(221)이 가열되므로, 유통로(230) 내의 공기를 효율적으로 가열할 수 있는 동시에, 건조 영역(D) 내의 공기도 가열할 수 있다. 이상과 같이 본 실시 형태에 따르면, 금속박(M) 상의 활물질 합제(S)를 보다 효율적으로 건조시킬 수 있다.

이상의 실시 형태에서는, 활물질층(F)은 금속박(M)의 길이 방향으로 복수 형성되어 있지만, 하나의 활물질층(F)을 구비한 전극(E)을 형성할 때에도, 본 발명의 전극 제조 장치(1)는 유용하다.

또한 이상의 실시 형태에서는, 전극 제조 장치(1)에 있어서 금속박(M)의 양면에 활물질층(F)을 형성하였지만, 전극(E)을 형성하기 위해서는 그 밖의 처리, 예를 들어 금속박(M)의 프레스나 절단 등도 행해진다. 전극 제조 장치(1)는, 권출 롤(10)과 권취 롤(13) 사이에 있어서, 이들 그 밖의 처리도 연속해서 행하도록 해도 된다.

또한 이상의 실시 형태에서는, 리튬 이온 캐패시터의 전극(E)을 제조하는 경우에 대해 설명하였지만, 전기 이중층 캐패시터에 사용되는 전극이나 리튬 이온 전지에 사용되는 전극을 제조하는 경우에도, 본 발명의 전극 제조 장치(1)를 사용할 수 있다. 이러한 경우, 제조되는 전극의 종류에 따라서, 금속박(M)의 재질이나 활물질 합제(S)의 재료 등을 변경하면 된다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 당업자라면 특허청구범위에 기재된 사상의 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하고, 그들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 양해된다.

1 : 전극 제조 장치
10 : 권출 롤
11 : 도포 시공부
12 : 건조부
13 : 권취 롤
20 : 도포 시공 헤드
21 : 도포 시공구
30 : 가열 기구
31 : 로드 히터
32 : 급기 기구
33 : 급기부
34 : 공기 공급원
35 : 공급관
50 : 제어부
100 : 롤러
101 : 노즐
200 : 로드 히터
201 : 반사판
202 : 급기구
203 : 배기구
220 : 내통
221 : 외통
222 : 니크롬선 히터
230 : 유통로
234 : 분출구
240 : 지지 부재
D : 건조 영역
E : 전극
F : 활물질층
M : 금속박
S : 활물질 합제