电极卷的干燥方法和电极卷的干燥装置

摘要

本发明能够谋求缩短电极卷的干燥时间。电极卷(20)的干燥装置(10)具有：干燥炉(30)，其用于收纳将电极基材(21)绕卷芯(22)卷绕而成的电极卷；外侧加热器(40)，其从外侧对电极卷进行加热；轴侧加热器(50)，其从卷芯侧对电极卷进行加热；减压器(60)，其用于使干燥炉的内部压力降低；传感器(70)，其用于检测电极卷的最外部的温度；控制部(80)，其基于利用传感器检测出的电极卷的最外部的温度来控制外侧加热器等的工作。控制部使外侧加热器和轴侧加热器工作，从外侧和卷芯侧这两侧对电极卷进行加热。在电极卷的最外部的温度达到比作为最外部的上限温度的所容许的容许温度低的目标温度的情况下，控制部停止外侧加热器的工作，使减压器工作，对干燥炉内进行减压，并且由轴侧加热器实施加热和由减压器实施减压。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电极卷的干燥方法和电极卷的干燥装置。

背景技术

若在锂离子二次电池的制造中有水分附着于电极，则将造成电池性能下降。为了防止在制造中有水分附着于电极，通常，在干燥室内制造电池。在制造电池以外的时间，在运输电极或者保管电极时，水分有可能附着于电极。因此，通常在组装电池之前使电极卷干燥，该电极卷是将电极基材绕卷芯卷绕成卷状而成的。

电极卷的卷芯侧的卷压较高，使得水分很难脱出。因此，本发明申请人提出了通过从卷芯侧进行加热来干燥电极卷的技术(参照专利文献1。)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开2011－169499

发明内容

发明要解决的问题

但是，近年来，为了减少电池组装时的电极卷的更换次数而使生产率提高，存在使卷绕成每根电极卷的电极基材的整个长度增加的趋势。与此相伴，电极卷的外径变大。若电极卷的外径变大，则只有从卷芯向径向外侧方向的热传递，因此，将干燥所需的热量传递到电极卷的径向外侧方向部分所需的时间变长。其结果，电极卷的外侧部分的干燥有可能不充分。

因此，本发明的目的在于，提供一种电极卷的干燥方法和实现该方法的电极卷的干燥装置，该电极卷的干燥方法赋予在兼用从电极卷的卷芯侧的加热和从电极卷的外侧的加热时的适宜的条件，从而可谋求电极卷的干燥时间的缩短。

用于解决问题的方案

达成上述目的的本发明的电极卷的干燥方法是在干燥炉之中从外侧和卷芯侧这两侧对将电极基材绕卷芯卷绕而成的电极卷进行加热。而且，所述电极卷的最外部的温度在达到比作为所述最外部的上限温度的所容许的容许温度低的目标温度的情况下，停止从外侧进行加热，对所述干燥炉内进行减压，并且从卷芯侧实施加热和减压。

达成上述目的的本发明的电极卷的干燥装置具有干燥炉、外侧加热器、轴侧加热器、减压器、传感器以及控制部。所述干燥炉用于收纳将电极基材绕卷芯卷绕而成的电极卷。所述外侧加热器从外侧对收纳在所述干燥炉内的所述电极卷进行加热。所述轴侧加热器从卷芯侧对收纳在所述干燥炉内的所述电极卷进行加热。所述减压器用于使所述干燥炉的内部压力降低。所述传感器用于检测所述电极卷的最外部的温度。所述控制部基于利用所述传感器检测出的所述电极卷的最外部的温度来控制所述外侧加热器、所述轴侧加热器以及所述减压器的工作。所述控制部使所述外侧加热器和所述轴侧加热器工作，从外侧和卷芯侧这两侧对所述电极卷进行加热。在所述电极卷的最外部的温度达到比作为最外部的上限温度的所容许的容许温度低的目标温度的情况下，所述控制部停止所述外侧加热器的工作，并且使所述减压器工作，对所述干燥炉内进行减压。由此，由所述轴侧加热器实施加热和由所述减压器实施减压。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的电极卷的干燥装置的概略结构图。

图2是表示电极卷的立体图。

图3是表示使用了切断电极卷的电极基材而形成的电极的电气设备的一例的概略剖视图。

图4是表示在电极卷的干燥试验中设置有热电偶的位置的示意图。

图5的(A)是表示干燥运转中的电极卷的温度变化的图表，图5的(B)是表示外侧加热器、轴侧加热器以及减压器的工作状况的时序图。

图6是表示变形例的电极卷的干燥装置的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的实施方式。此外，在附图的说明中，对于相同的要素标注相同的附图标记，而省略重复的说明。为了便于说明，附图的尺寸比例有所夸大，与实际的比例不同。

图1是表示本发明的实施方式的电极卷20的干燥装置10的概略结构图，图2是表示电极卷20的立体图，图3是表示使用了切断电极卷20的电极基材21而形成的电极的电气设备的一例的剖视图。

参照图1，概括地讲，电极卷20的干燥装置10具有干燥炉30、外侧加热器40、轴侧加热器50、减压器60、传感器70以及控制部80。干燥炉30用于收纳将电极基材21绕卷芯22卷绕而成的电极卷20。外侧加热器40从外侧对收纳在干燥炉30内的电极卷20进行加热。轴侧加热器50从卷芯22侧对收纳在干燥炉30内的电极卷20进行加热。减压器60用于使干燥炉30的内部压力降低。传感器70用于检测电极卷20的最外部的温度。控制部80基于由传感器70检测出的电极卷20的最外部的温度来控制外侧加热器40、轴侧加热器50以及减压器60的工作。控制部80使外侧加热器40和轴侧加热器50工作而从外侧和卷芯22侧这两侧对电极卷20进行加热。在电极卷20的最外部的温度达到比作为最外部的上限温度的所容许的容许温度低的目标温度的情况下，控制部80使外侧加热器40的工作停止，并且使减压器60工作，对干燥炉30内进行减压。由此，由轴侧加热器50实施加热和由减压器60实施减压。以下，进行详细描述。

也如图2所示，电极卷20是将长条的电极基材21绕中空的卷芯22卷绕而构成的。电极基材21是在集电体的两个面形成活性物质层而构成的。将电极基材21从卷芯22拉出，通过以规定的长度切断而形成电极。在输送或者保管电极卷20时，空气中的水分有可能冷凝而附着于电极基材21。若水分附着于电极，则电池性能下降。汽车所使用的锂离子二次电池的尺寸比较大，水分附着量也容易变多，所以特别需要应对水分附着的措施。在形成了包含电极的发电组件之后，也考虑使发电组件干燥。但是，因为在发电组件中混有各种电池组件，因此不能对电极施加除去水分所需要的热量，有时除去水分变得不充分。因此，希望在对电极基材21进行切断加工之前的电极卷20的形态下进行干燥。

干燥炉30具有自如开闭的门部31，经由开放的门部31进行电极卷20的取放。干燥炉30由真空腔室构成，能够以在减压后不使气体流入内部的方式提高气密性。在干燥炉30的内部具有用于支承所收纳的电极卷20的支承构件32。支承构件32具有固定于干燥炉30的地面的支承脚33和可拆卸地安装于支承脚33的支承筒部34。支承筒部34在电极卷20的卷芯22中自如穿通。通过将穿通在卷芯22上的支承筒部34安装于支承脚33，从而将电极卷20支承于支承构件32。

外侧加热器40配置在面向电极卷20的表面的干燥炉30的壁面，用于从电极卷20的表面向芯部传递热。在一边旋转驱动电极卷20一边使其干燥的情况下，能够减少外侧加热器40的设置数量。

轴侧加热器50配置在支承筒部34的轴中心上，用于从电极卷20的芯部向表面传递热。

外侧加热器40和轴侧加热器50由电加热器构成。外侧加热器40经由用于通电和断电的开关41与电源部相连接。利用开关41的工作来进行外侧加热器40的加热开始和加热停止的切换。轴侧加热器50也与外侧加热器40一样，经由用于通电和断电的开关51与电源部相连接。利用开关51的工作来进行轴侧加热器50的加热开始和加热停止的切换。

减压器60由真空泵构成，用于将干燥炉30的内部的气体向外部排出。减压器60用于将干燥炉30内从大气压状态减压到真空状态。真空度虽未特别限定，但是与通常通用的真空加热炉是同一程度，例如1Torr(133.32Pa)左右。通过对干燥炉30内进行减压，使水的沸点下降，来促进电极卷20的水分蒸发，能够使电极卷20快速干燥。

传感器70能够使用热电偶等通常的温度传感器。传感器70安装于电极卷20的表面，用于检测电极卷20的最外部的温度。传感器70能够使用红外线放射温度计等非接触式温度计来代替接触式的热电偶。

控制部80具有CPU、RAM、ROM以及计时器等，通过利用CPU来执行已存储在ROM的控制程序以实施电极卷20的干燥。将与利用传感器70检测出的电极卷20的最外部的温度相关的信号输入控制部80。从控制部80向外侧加热器40用的开关41输出进行加热开始和加热停止的切换的控制信号、向轴侧加热器50用的开关51输出进行加热开始和加热停止的切换的控制信号以及进行输出减压器60的工作开始和工作停止的切换的控制信号。

在图3中，作为电气设备的一例，示出了锂离子二次电池100。锂离子二次电池100利用封装材料105将通过依次层叠负极101、分隔件102以及正极103而形成的发电组件104封装起来。负极101在集电体101a的两个面上形成有活性物质层。正极103在集电体103a的两个面上形成有活性物质层。分隔件102通过含浸电解质而构成电解质层。将负极101的集电体101a延长而与取出电力用的负极极耳106相连接。将正极103的集电体103a延长而与取出电力用的正极极耳107相连接。极耳106、107的一部分从封装材料105向外部突出。封装材料105是使重叠在一起的两片层叠膜的周缘部热熔接而构成的。在锂离子二次电池100的制造工序中，负极101是通过送出将负极101用的电极基材21卷成卷状而成的电极卷20所需长度之后进行切断而制造出来的。正极103是通过送出将正极103用的电极基材21卷成卷状而成的电极卷20所需长度之后进行切断而制造出来的。将电极基材21卷成卷状是出于输送的便利性等的考虑。

接下来说明本实施方式的作用。

图4是表示在电极卷20的干燥试验中设置有热电偶的位置的示意图，图5的(A)是表示干燥运转中的电极卷20的温度变化的图表，图5的(B)是表示外侧加热器40、轴侧加热器50以及减压器60的工作状况的时序图。

参照图4，在电极卷20的干燥试验中，将热电偶设置在电极卷20的最外部的位置P1、电极卷20的芯部的位置P2以及两个位置之间的中央部的位置P3。热电偶以从电极卷20的轴向端面向轴向内侧方向插入的方式设置，从而减少来自轴向端面的加热的影响。测定相对于轴中心对称的两个点的温度，并且将两个点的平均温度用作各个位置P1、P2、P3的温度。在图5的(A)中，利用实线表示电极卷20的最外部的温度，利用单点划线表示芯部的温度，利用双点划线表示中央部的温度。

如上所述，为了提高生产率而增大电极卷20的外径，因为只有向径向外侧方向的热传递，所以将水分干燥所需的热量传递到电极卷20的径向外侧方向部分需要花费较长时间。其结果，电极卷20的外侧部分的干燥有可能变得不充分。

在电极卷20的外径变大的情况下，为了高效地供给电极卷20的干燥所需的热量，进行各种研究，其结果是，在转移到真空干燥之前，在大气压下，沿着电极卷20的直径方向传递热的效率最高。

但是，若从外侧和卷芯22侧的两侧向电极卷20传递热，则热是沿着电极卷20的直径方向传递。最后热才传递到电极卷20的中央部。为了将热传递到电极卷20的中央部，若增加从外侧和卷芯22侧这两侧所传递的热量，则靠近热源的位置将会超过电极基材21自身的耐热温度。因此，过度地从外侧和卷芯22侧这两侧赋予热量，无法提高电极卷20的最外部的温度、芯部的温度。

在本实施方式中，赋予在同时进行从电极卷20的卷芯22侧的加热和从电极卷20的外侧的加热时的适宜的条件，为了谋求缩短电极卷20的干燥时间，按照以下那样的顺序使电极卷20干燥。

首先，将电极卷20收纳在干燥炉30内，并且关闭门部31，使干燥炉30处于密闭状态。

参照图5的(B)，控制部80将外侧加热器40用的开关41和轴侧加热器50用的开关51这两者均接通。利用外侧加热器40开始自电极卷20的外侧进行加热。利用轴侧加热器50开始自电极卷20的卷芯22侧进行加热。控制部80使减压器60的工作保持为断开状态。

参照图5的(A)，若从外侧和卷芯22侧这两侧对电极卷20进行加热，则热沿着电极卷20的直径方向传递。电极卷20的温度按照最外部、芯部以及中央部的顺序升温。因为从电极卷20的外侧和卷芯22侧这两侧沿着径向施加热，所以能够均等且短时间地赋予电极卷20干燥时所需的热量。电极基材21由于热膨胀而在卷绕方向上产生延伸。在卷绕的电极基材21的层间产生微小的空间。经由该微小的空间来蒸发水分。

在电极基材21的各个构成要素中，根据与材质的关系等而存在耐热温度。因此，在电极卷20中确定了所容许的容许温度(120℃～140℃左右)作为上限温度。在电极卷20的干燥运转中，作为电极卷20的最外部的温度，设定为比容许温度低的目标温度。目标温度并未特别限定，设定为例如比容许温度低大约15度的温度。

若控制部80在时间t＝t1时检测出电极卷20的最外部的温度达到目标温度，则断开外侧加热器40用的开关41，停止从电极卷20的外侧进行加热，并且对干燥炉30内进行减压，实施从卷芯22侧的加热和减压。

虽然也可以在停止从电极卷20的外侧进行加热的同时，开始干燥炉30内的减压，但是在本实施方式中，在停止从电极卷20的外侧进行加热(时间t＝t1)之后，经过预先设定好的待机时间之后，对干燥炉30内进行减压。因此，控制部80在断开了外侧加热器40用的开关41时，减压器60的工作保持停止。控制部80在外侧加热器40的工作停止并且停止从外侧进行加热(时间t＝t1)之后，起动计时器，开始对预先设定好的待机时间进行计时。若经过待机时间，则控制部80使减压器60工作，对干燥炉30内进行减压。通过干燥炉30的减压使水的沸点下降，促进电极卷20的水分蒸发，能够使电极卷20更快地干燥。

在切换为真空干燥之前的待机时间的期间内，通过持续地从轴心侧施加热，能够在切换为真空干燥之后，在较短的时间内施加干燥至电极卷20的中央部所需的热量。其结果，电极卷20的中央部的温度在比较短的时间内上升，能够迅速且充分地进行位于难以干燥的中央部的电极基材21的干燥。

对于待机时间而言，因为根据构成电极基材21的材料而变动，所以预先通过试行错误来确定。举个例子，在只继续从电极卷20的卷芯22侧的加热的情况下，待机时间是电极卷20的中央部的温度达到比容许温度例如低大约30度的温度为止的时间。

参照图5的(A)、图5的(B)，因为在停止从电极卷20的外侧进行加热(时间t＝t1)之后，也继续从电极卷20的卷芯22侧进行加热，所以电极卷20的芯部的温度和中央部的温度均上升。

若控制部80在时间t＝t2时检测出电极卷20的芯部的温度达到目标温度，则转移到对轴侧加热器50用的开关51进行接通/断开控制的调温控制，并且以电极卷20的芯部的温度维持在目标温度的方式进行温度调整。从电极卷20的外侧施加的热向径向内侧方向传递，从电极卷20的卷芯22侧施加的热向径向外侧方向传递，使得电极卷20的中央部的温度上升。

若控制部80在时间t＝t3时对预先设定好的待机时间(＝t3－t1)进行计，则使减压器60工作，对干燥炉30内进行减压，并且转移到真空干燥。在切换到真空干燥之前设置待机时间，在大气压下，施加使电极卷20的中央部的水分蒸发所必需的热量。因此，在之后的真空干燥中，能够使电极卷20的中央部的温度充分上升。而且，利用干燥炉30的减压来降低沸点，从而促进水分蒸发。其结果，能够使电极卷20迅速干燥。

控制部80以规定时间继续真空干燥。对于该规定时间，也预先由试行错误来确定。规定时间设定为足够使电极卷20的中央部的温度也达到目标温度、并且电极卷20的中央部进行干燥的时间。

若电极卷20的干燥结束，则停止减压器60的工作，使干燥炉30内恢复到大气压并且对电极卷20进行冷却。将干燥过的电极卷20从干燥炉30输送到干燥室，并且制造电池。

此外，在实际生产电池的情况下，将热电偶设置在电极卷20的最外部的位置P1和芯部P2的位置，并且基于最外部和芯部的温度一边控制外侧加热器40和轴侧加热器50的工作，一边干燥电极卷20。

如以上说明的那样，在本实施方式中，控制部80使外侧加热器40和轴侧加热器50工作而从外侧和卷芯22侧这两侧对电极卷20进行加热，并且在电极卷20的最外部的温度达到比作为最外部的上限温度的所容许的容许温度低的目标温度的情况下，停止外侧加热器40的工作，并且使减压器60工作，对干燥炉30内进行减压，并且由轴侧加热器50实施加热和由减压器60实施减压。采用这样的结构，以使电极卷20的最外部不超过容许温度的方式进行控制，而且通过干燥炉30的减压来促进电极卷20的水分蒸发，从而能够迅速地使电极卷20干燥。

控制部80在外侧加热器40的工作停止而来自外侧的加热停止之后，在经过了预先设定好的待机时间之后，使减压器60工作，对干燥炉30内进行减压。采用这样的结构，在切换为真空干燥之前的待机时间的期间内，通过从轴心侧持续施加热，能够切换为真空干燥之后，在较短的时间内施加干燥到电极卷20的中央部所需的热量。其结果，电极卷20的中央部的温度在较短时间内上升，从而能够迅速且充分地进行位于难以干燥的中央部的电极基材21的干燥。

减压器60将干燥炉30内从大气压状态减压到真空状态。采用这样的结构，通过干燥炉30的减压使水的沸点下降，促进电极卷20的水分蒸发，能够更迅速地使电极卷20干燥。

外侧加热器40和轴侧加热器50由电加热器构成，利用开关进行加热开始和加热停止的切换。采用这样的结构，能够提高加热/停止的切换的响应性。

(变形例)

图6是表示变形例的电极卷20的干燥装置11的剖视图。此外，对于与实施方式共通的部件标注相同的附图标记而将其说明部分省略。

变形例的电极卷20的干燥装置11在一个干燥炉130内收纳多个电极卷20这方面与在一个干燥炉30内收纳一个电极卷20的实施方式不同。

干燥炉130构成为上下两层，能够在各层收纳两个、总计四个电极卷20。将八个外侧加热器40安装于壁面，在四个电极卷20各自的轴心内配置有轴侧加热器50。在各个电极卷20中安装有用于检测最外部的温度的传感器70。而且，控制部80对收纳在一个干燥炉130内的多个电极卷20分别进行干燥控制。与实施方式的情况一样，控制部80使外侧加热器40和轴侧加热器50工作并且从外侧和卷芯22侧这两侧对电极卷20进行加热，在电极卷20的最外部的温度达到目标温度的情况下，停止外侧加热器40的工作，使减压器60工作，对干燥炉130内进行减压，并且由轴侧加热器50实施加热和由减压器60实施减压。

在一个干燥炉130内收纳有多个电极卷20的情况下，也以各个电极卷20的最外部不超过容许温度的方式进行控制，而且通过干燥炉130的减压，促进各个电极卷20的水分蒸发，从而能够迅速地使各个电极卷20干燥。

此外，干燥炉130也可以构成为能够对排列在同轴上的多个电极卷20进行收纳。在该情况下，以各个电极卷20的最外部不超过容许温度的方式进行控制，而且通过干燥炉130的减压，促进各个电极卷20的水分蒸发，从而能够迅速地使各个电极卷20干燥。

本申请基于2013年10月7日提出申请的日本特许出愿号2013－210554号，该日本特许出愿的公开的内容通过参照整体编入本申请中。

附图标记说明

10干燥装置、

20电极卷、

21电极基材、

22卷芯、

30干燥炉、

40外侧加热器、

41外侧加热器用的开关、

50轴侧加热器、

51轴侧加热器用的开关、

60减压器、

70传感器、

80控制部、

130干燥炉。