專利名稱：涂層干燥爐的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于鋰離子電池用電極涂層或太陽能發電用電極涂層等涂層的連續干燥的涂層干燥爐。
背景技術：
在鋰離子電池用電極涂層或太陽能發電用電極涂層等制造工藝中，對薄板表面形成有涂層的工件進行加熱干燥時，如圖I所示，有如下干燥方法在爐體10的內部移動工件的同時，進行通過配置于爐內的多個紅外線加熱器50的紅外線加熱或熱風加熱。作為用于這種爐的紅外線加熱器50，如圖2所示，廣泛采用在位于中心的燈絲51的周圍配置保護管52的結構(專利文獻I)。此外53為燈絲51的支撐體。如上所述的涂層成分含有在分子間具有氫鍵的水或有機溶劑等。因此，為提高涂 層干燥爐的生產率，需從紅外線加熱器50向爐內輻射更多熱量，并迅速蒸發工件所含有的水或有機溶劑。當使用圖2所示的加熱器時，現有技術普遍采用通過提高紅外線加熱器50的燈絲51的溫度來增加輻射能的方法。已知如果燈絲51的溫度升高，則如圖3所示，發射光譜的峰值移向短波長側，尤其是將燈絲51的溫度設為700°C以上時，發射光譜的主波長在近紅外線區域3. 5 μ m以下。該近紅外線具有優異的對阻礙蒸發的分子間的氫鍵進行切斷的能力，并且提高紅外線加熱器50的燈絲51溫度對這一點而言很有效。此外，在本說明書中，將波長3. 5 μ m以下的區域稱為近紅外線區域。然而，如果提高紅外線加熱器50的燈絲溫度，則纏繞其周圍的保護管52的溫度也逐漸上升，由此保護管52本身成為輻射體而輻射紅外線。例如，假設保護管52的溫度為300°C，則如圖3所示，通過向爐內輻射主波長為5μπι的紅外線，能夠加熱工件和爐壁。不過，在該條件下，作為目標的3. 5 μ m以下的近紅外線區域的輻射能是很微小的量。因此，無法切斷所述的氫鍵。如果欲增大該3. 5μπι以下的輻射能，則遠紅外區域的輻射能也會增力口，由此將過度加熱工件或爐壁。另外，還有可能超過已蒸發的有機溶劑的燃點，導致爆炸事故的發生。此外，在專利文獻2-專利文獻4中公開了用于加熱流體的紅外線加熱器。專利文獻2中的加熱器為鹵素加熱器，其插入于透明石英管的中心。該透明石英管形成有應加熱氣體的導入口和噴出口，加熱流動于其中的氣體。另外，專利文獻3中公開了如下紅外線部件將硅玻璃管內部密封有鎢加熱器的輻射管安裝在由硅玻璃構成的冷卻管內部，使應加熱的液體或者氣體流動在輻射管和冷卻管之間形成的通路的同時對其進行加熱。而且，專利文獻4公開了如下液體加熱器將密封有鹵素燈的第二中空管安裝在具有流體的流入部和流出部的第一中空管的內部，并加熱第一中空管內的流體。但是，其中的任意一種都是用于加熱流動于加熱器周圍流道的流體的加熱器，并不是用于加熱爐內工件的加熱器。除此之外，在專利文獻5中公開了如下加熱爐在爐體中心設置石英保護管并在其中放入加熱對象物，通過配置于其周圍的四個紅外線加熱器加熱至2000°C左右的高溫。并且，為防止包覆加熱器外面的保護管軟化變形而使用冷卻空氣。然而，該專利文獻5也是用于加熱石英保護管內容物的加熱器，并不是用于加熱爐內工件的，而且其溫度區域也完全不同。進一步，在專利文獻6中公開了一種將雙層管式加熱器配置于反應室內的氣相生長裝置。該雙層管式加熱器通過對外側管和內側管之間進行空氣冷卻來降低表面溫度，由此防止加熱器表面的反應物的不必要的堆積，并緩和構成外側管的石英玻璃的熱應力。但是，在該文獻中公開的是間歇式氣相生長裝置并不是對具有3.5μπι以下電磁波的吸收光譜且具有氫鍵的水或有機溶劑等的涂層進行連續干燥的爐。另外，在該氣相生長裝置中，間接水冷該爐內壁，能量消耗非常大，尤其是對大型連續爐而言不經濟。如上所述，在申請人調查的現有技術文獻中并沒有公開在抑制爐內溫度上升的同時能有效地干燥具有氫鍵的涂層的技術。現有技術文獻 專利文獻專利文獻I:特開2006 - 294337號公報專利文獻2:特開平8 - 35724號公報專利文獻3:特開2004 - 273453號公報專利文獻4:專利第2583159號公報專利文獻5:特開昭58 - 102482號公報專利文獻6:特開昭62 - 97324號公報

發明內容
由此，本發明的目的在于提供一種解決上述現有問題，且能夠抑制爐內溫度的上升，并對工件集中輻射具有優異的切斷分子間氫鍵能力的近紅外線，從而能夠對涂層有效而連續地進行加熱干燥的涂層干燥爐。解決課題的方法為解決上述課題的本發明是一種涂層干燥爐，其使具有氫鍵的涂層在爐體內部移動的同時干燥，并且所述涂層具有3. 5μπι以下電磁波的吸收光譜，所述涂層干燥爐特征在于，在爐體內部具備紅外線加熱器，其中所述紅外線加熱器具有以如下方式形成的結構燈絲外周被作為低通濾波器而發揮作用的管以同心圓狀包覆，并且在這些多個管之間形成流體流道。此外，具有3. 5μπι以下電磁波的吸收光譜并具有氫鍵的涂層，例如為鋰離子電池用電極涂層或者太陽能發電用電極涂層。在本發明中，將空氣作為流體，并將從配置于爐體前半部的紅外線加熱器排出的熱風重新導入爐內，由此能夠更有效地向爐外排出從工件揮發的溶劑。另外，爐體的內壁優選由紅外線輻射率小的反射性材料構成。另外,根據流體類型能夠控制紅外線加熱器的輻射波長。除此之外，設置三層包覆燈絲外周的管，能夠使流體在形成于這些管之間的流體流道中以相反方向流動。進而，在紅外線加熱器自身的長尺寸方向上形成多個流體出入口。發明的效果在本發明的涂層干燥爐中，在其爐體內部具備以如下方式形成的紅外線加熱器燈絲外周被作為低通濾波器而發揮作用的管以同心圓狀包覆，并且在這些多個管之間形成流體流道。該紅外線加熱器將燈絲加熱至700°C以上且1200°C以下的高溫，由此能夠選擇性地輻射對涂層干燥有效的3. 5μπι以下短波長的峰值波長進行調節了的紅外線，并且也可以在如卷對卷(Roll to roll)式連續爐中進行充分干燥。另外，由于只選擇有助于切斷分子間氫鍵的3. 5 μ m以下波長，因此不會發生因大于3. 5 μ m的長波長引起爐內溫度的上升，從而可以進行有效的涂層干燥。另外，由于最終能夠降低加熱器的表面溫度，因此在使用時不必擔心在鋰離子電池電極的干燥過程中產生的爆炸性揮發物的著火。此外，如果將流動于如圖5所示的紅外線加熱器通路16的空氣作為熱風向爐體后半部的爐內供給，則能防止爐體后半部分的工件溫度的高溫化，由此能夠防止由于干燥爐出口與室溫間的溫度急劇變化引起的熱收縮，從而消除能量的浪費。而且，如果爐體內壁由紅外線輻射率較小的反射性材料構成，則能夠防止爐壁吸收紅外線而使爐壁本身成為發熱體的現象，從而有效地抑制爐內氣氛溫度。


·圖I是現有涂層干燥爐的說明圖。圖2是現有紅外線加熱器的剖面圖。圖3是表示紅外線加熱器的發射光譜的圖表。圖4是表示本發明第一實施方案的說明圖。圖5是第一實施方案所使用的紅外線加熱器的剖面圖。圖6是第一實施方案所使用的紅外線加熱器的剖面圖。圖7是表示紅外線加熱器發射光譜的圖表。圖8是表示紅外線加熱器的表面溫度和發射光譜的關系的圖表。圖9是表示本發明第二實施方案的說明圖。圖10是表不本發明第二實施方案的說明圖。圖11是表示本發明第四實施方案的說明圖。圖12是表示本發明第五實施方案的說明圖。圖13是具體的紅外線加熱器的剖面圖。
具體實施例方式以下，對本發明的實施方案進行詳細說明。圖4是表示本發明第一實施方案的說明圖。10為涂層干燥爐的爐體，薄膜狀工件W在其內部朝一個方向連續移動的同時被連續干燥。在薄膜狀工件W表面形成具有3. 5μπι以下電磁波的吸收光譜并具有氫鍵的涂層。在該實施方案中，涂層為鋰離子電池用電極涂層。鋰離子電池的電極以如下方式制備將作為正極材料或負極材料的活性物質粉末(電極材料)與粘合劑、導電材料、溶劑一起混煉而成的電極糊涂布在鋁或銅等金屬薄板上，形成厚度為100μπι-300μπι左右的涂層，再進行干燥。通常，在電極材料中，將鈷酸鋰作為正極材料，將PVDF (Polyvinylidene Fluoride)作為粘合劑，將碳作為導電材料，將NMP(N-Methyl pyrrolidone)作為溶劑。在該實施方案中，作為正極用電極材料采用了鈷酸鋰，但也可以采用鎳酸鋰、錳酸鋰。另外，負極用電極材料例如為石墨。這些都是微小的粉末。
如上所述，粘合劑是用于粘結電極材料和作為導電材料的碳粉的成分，其在該實施方案中為PVDF (聚偏氟乙烯)。溶劑在該實施方案中為NMP (N-甲基吡咯烷酮)。但是，粘合劑或溶劑的類型并不限于此，作為鋰離子電池用電極涂層的構成材料能夠使用公知的各種物質。紅外線加熱器11以適當的間隔配置在爐體10前半部的第一區段21和第二區段22的爐內頂棚。如圖5、圖6所示，該紅外線加熱器11為燈絲12外周被多個管13、14以同心圓狀包覆，且在這些多個管之間形成有流體流道。內側管13是燈絲12的保護管，是石英玻璃或硼硅酸鹽冕玻璃等的紅外線滲透性保護管。另外，外側管14是用于使流體在內側管13外周流動的管，如圖7所示，這些保護管具有作為電磁波低通濾波器的功能。作為材質可以采用石英玻璃或硼硅酸鹽冕玻璃等，但作為具有優異的耐熱性、耐熱沖擊性、經濟性的保護管優選采用石英玻璃管。實際上，在產品物理性質引起的上限溫度被規定的干燥爐內，以使對涂層干燥有效的短波長(3. 5μπι以下)的紅外線輻射處于支配地位的方式進行控制是不容易的。作為 其理由，能根據普朗克輻射定律提出如下觀點將該波長區域作為主體的輻射體溫度最低也會達到超過700°C的高溫。在一般的干燥爐內，不允許與點火性揮發有機溶劑接觸的加熱器表面溫度超過700°C，即使被允許，從輻射理論的角度可以推測如下問題。首先，該高溫輻射體確實優先輻射短波長的輻射，但另一方面根據斯蒂芬-波爾茲曼定律，單位面積的輻射能也是巨大的。這樣的話，最終導致爐內各部位溫度上升至所需以上的溫度，特別是從節約能量或在停止搬運時的產品耐熱性方面來看，作為以大量生產為目的的干燥工藝是不可能的。對此，在如圖5、圖6所示形狀的加熱器中，由于輻射體呈細小的燈絲形狀使得輻射面積和熱容都很小，這意味著把該輻射體當作一臺加熱器時，具有作為“少量輻射短波長紅外線”的輻射源的特征。即，該燈絲自身溫度上升較容易，并且通過改變該燈絲溫度，進而調節加熱器的設置臺數(間距)，從而使爐內單位體積中的輻射面積(總能量生成量)的控制也變容易。另外，如果對在700°C -1200°C下通電的燈絲停止通電，則由于溫度瞬間下降，因此在停止搬運時的安全性也極高。通過在該特征上進一步導入管冷卻機構，可消除所述各種問題，從而使以廣泛用途為前提的干燥爐內輻射波長的控制成為可能。在700-1200°C下燈絲12被通電加熱，由此輻射3 μ m波長附近具有峰值的紅外線，但是由于石英玻璃或硼硅酸鹽冕玻璃等具有使3. 5 μ m以下波長的紅外線穿透并吸收3. 5 μ m以上波長的紅外線的低通濾波器功能，因此管13和管14在從燈絲12輻射的電磁波中選擇性地使小于3. 5μπι波長的紅外線穿透而向爐內供給。該波長區域的紅外線能量由于直接被NMP等溶劑吸收而容易轉換成熱能，并且也與溶劑或水的分子間氫鍵的頻率相一致，因此能夠更有效地干燥鋰離子電池用電極涂層。但是，管13和管14在大于3. 5μπι的長波長區域中反而成為輻射的吸收體，通過吸收紅外線能量使自身溫度上升。由于從所述溫度的燈絲12也輻射相當量的大于3. 5μπι的長波長區域的紅外線，因此在該狀態下產生管溫度(與點火性揮發有機溶劑的觸點溫度)上升的憂慮。另外，其結果，管本身也成為紅外線輻射體，向爐內二次輻射主要大于3. 5μπι的長波長的紅外線。這種長波長的紅外線存在如下憂慮與3μπι附近的紅外線相比不僅使對干燥效果的貢獻稍微降低，而且爐內壁經由吸收該紅外線使壁溫度上升，從而使爐內流體溫度也上升，從而使爐內各部位溫度提高至使鋰離子電池用電極涂層的溶劑燃點以上。此時，在本發明中，使流體在管13和管14之間的空間16中流動，并將暫且吸收在管13和管14的長波長區域的紅外線能量轉換成對流熱傳導的形式傳到所述流體，由此可以釋放到系統外部。其結果，在將最終供給于爐內的紅外線波長限定在短波長區域，即使燈絲12在高溫下持續通電加熱，在管13和管14、特別是在鋰離子電池用電極涂層中，可以將與揮發性有機溶劑直接接觸的管14維持在安全溫度(溶劑的燃點以下)200°C以下、更優選在150°C以下。流體例如為空氣、惰性氣體等，但在本實施方案中，從流體供給口 17吹入空氣，從流體排出口 18排出已加熱的空氣。此外，由于從流體排出口 18排出的空氣根據條件不同有時會成為100°C以上的熱風，因此優選地，作為后半部的移動搬運用熱風的一部分從熱風切縫20向爐內供給。具有這樣結構的紅外線加熱器11能夠向爐內選擇性地供給波長小于3. 5 μ m的紅外線，而且由于紅外線加熱器11的表面溫度例如可以保持在200°c以下的低溫，因此能夠使爐內溫度在200°C以下、更優選在150°C以下。因此，不存在溶劑點燃或爆炸等危險。另 夕卜，如果爐體10內壁由紅外線輻射率較小的反射性材料構成,則能夠更有效地抑制爐壁的升溫。作為這種材料例如可以使用有光澤的不銹鋼鋼板。除上述紅外線加熱器11之外，在前半部的第一區段21和第二區段22的爐內配置有多個用于將熱風吹向鋰離子電池用電極涂層的熱風切縫19。頂棚部的熱風切縫19以將熱風從紅外線加熱器31之間吹出的方式配置。下側的熱風切縫20將熱風吹向鋰離子電池用電極涂層的下面。該實施方案的涂層干燥爐是將圖4所示的第一區段21作為初期狀態、將第二區段22作為中期狀態、將第三區段23和第四區段24作為最終狀態，對鋰離子電池用電極涂層進行干燥的設備，相應地，當然也可以對各個區段的紅外線加熱器11的溫度、熱風溫度等進行個別控制。此外，在該實施方案中，沒有在第三區段23和第四區段24配置紅外線加熱器11，僅僅通過熱風進行干燥，但也能在更大范圍內配置紅外線加熱器11。在表I和表2中表不具有代表性的加熱器的設定例。加熱器表面溫度的設定溫度表示的是外側管14的溫度而不是燈絲溫度。由此輻射紅外線的主體部分從位于中心的燈絲輻射，并穿透管14向外部輻射，因此即使管14的溫度較低，對加熱效果完全沒有問題。反而如上所述那樣表示加熱器爐內流體的接觸部保持在安全溫度以下。在實際運用時，可以通過加熱器的通電量(W)、氣體流量來進行控制。表I
權利要求
1.一種涂層干燥爐，其使具有氫鍵的涂層在爐體內部移動的同時干燥，并且所述涂層具有3. 5μπι以下電磁波的吸收光譜，述涂層干燥爐特征在于， 在爐體內部具備紅外線加熱器，所述紅外線加熱器具有以如下方式形成的結構燈絲外周被作為低通濾波器而發揮作用的管以同心圓狀包覆，并且在這些多個管之間形成流體流道。
2.權利要求I所述的涂層干燥爐，其特征在于，具有3.5μπι以下電磁波的吸收光譜并具有氫鍵的涂層為鋰離子電池用電極涂層或者太陽能發電用電極涂層。
3.權利要求I所述的涂層干燥爐，其特征在于，將空氣作為流體，并將從配置于爐體前半部的紅外線加熱器排出的熱風供給于爐體后半部的爐內。
4.權利要求I所述的涂層干燥爐，其特征在于，爐體的內壁由紅外線輻射率小的反射性材料構成。
5.權利要求I所述的涂層干燥爐，其特征在于，根據流體類型來控制紅外線加熱器的福射波長。
6.權利要求I所述的涂層干燥爐，其特征在于，設置三層包覆燈絲外周的管，使流體在形 成于這些管之間的流體流道中以相反方向流動。
7.權利要求I所述的涂層干燥爐，其特征在于，在紅外線加熱器自身的長尺寸方向上形成了多個流體出入口。
全文摘要
本發明是一種涂層干燥爐，使如鋰離子電池用電極涂層這樣的涂層在爐體內部移動的同時干燥，該涂層具有3.5μm以下電磁波的吸收光譜并具有氫鍵。配置于爐體(10)內部的紅外線加熱器(11)具有以如下方式形成結構燈絲(12)外周被作為低通濾波器而發揮作用的管(13、14)以同心圓狀包覆，并且在這些多個管之間(16)形成流體流道。由此，抑制爐內溫度的上升并防止有機溶劑蒸汽的爆炸，同時向工件集中輻射具有優異的切斷分子間氫鍵能力的3.5μm以的下近紅外線，從而更有效地對涂層進行加熱干燥。
文檔編號H05B3/10GK102860122SQ20118001935
公開日2013年1月2日 申請日期2011年4月15日 優先權日2010年4月30日
發明者藤田雄樹, 近藤良夫, 青木道郎 申請人:日本礙子株式會社