JP2008251776A - 電気化学素子用電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電極活物質および結着剤を含む電極材料を加圧成形して活物質層を形成し、これを集電体と積層する電気化学素子用電極の製造方法において、高速で成形が可能で生産性に優れ、かつ電気特性に優れる電気化学素子用電極の製造方法を提供する。
【解決手段】 電極活物質および結着剤を含む電極材料を５０〜２５０℃で乾燥する工程（Ｉ）、乾燥された電極材料を、密閉状態で連続的に、加圧成形装置に移送する工程（ＩＩ）、移送された電極材料を加圧成形して活物質層を形成する工程（ＩＩＩ）、および上記活物質層と集電体とを積層する工程（ＩＶ）をにより電気化学素子用電極を製造する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタなどの電気化学素子に好適に用いられる電気化学素子用電極（本明細書では単に「電極」と言うことがある。）の製造方法及び製造装置に関する。

リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタなどの電気化学素子は、小型で軽量、且つエネルギー密度が高く、さらに繰り返し充放電が可能という特性を活かして急速に需要を拡大している。リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が比較的に大きいことから携帯電話やノート型パーソナルコンピュータなどの分野で利用されている。電気二重層キャパシタは、急速な充放電が可能なので、パーソナルコンピュータ等のメモリバックアップ小型電源として利用されている。さらに、電気二重層キャパシタは電気自動車用の大型電源としての応用が期待されている。また、金属酸化物や導電性高分子の表面の酸化還元反応（疑似電気二重層容量）を利用するレドックスキャパシタもその容量の大きさから注目を集めている。

電気化学素子電極は、一般に、活性炭やリチウム金属酸化物などの電極活物質と導電材とを結着剤で結着して形成された活物質層を集電体上に積層してなるものである。この活物質層を形成する方法として、特許文献１には、不活性ガス雰囲気とした流動層内で造粒を行うことにより、粒子状電極活物質及び粒子状導電助剤を結着剤で密着させた複合粒子を得て、これを加圧成形する方法が開示されている。

特許文献２には、定量フィーダーの粉体貯留層を加温して４０〜１６０℃に保った複合粒子をロール加圧成形して、厚さばらつきの小さい活物質層を得ることが開示されている。しかし、これらの文献に開示される方法では、加圧成形において成形速度を上げると、安定して連続的に活物質層を形成することが困難であった。そのため、電極の生産性が十分ではなかった。また、得られる電極を用いて製造される電気化学素子は、電極中の水分量が多く、長期耐久性が不足する傾向があった。

特開２００５−７８９４３号公報 特開２００７−５７４７号公報

本発明は、電極活物質および結着剤を含む電極材料を加圧成形して活物質層を形成し、これを集電体と積層する電気化学素子用電極の製造方法において、高速で成形が可能で生産性に優れ、かつ電気特性に優れる電気化学素子用電極の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は鋭意検討の結果、電極活物質および結着剤を含む電極材料を加熱乾燥し、これを密閉状態で連続的に加圧成形装置に供給することで、好ましくは前記加熱乾燥を流動層を用いて連続的に行うことで、上記課題を解決できることを見出し、この知見に基づき本発明を完成するに到った。

かくして本発明によれば、
電極活物質および結着剤を含む電極材料を５０〜２５０℃で乾燥する工程（Ｉ）、
乾燥された電極材料を、密閉状態で連続的に、加圧成形装置に移送する工程（ＩＩ）、
移送された電極材料を加圧成形して活物質層を形成する工程（ＩＩＩ）、
および上記活物質層と集電体とを積層する工程（ＩＶ）を有することを特徴とする電気化学素子用電極の製造方法が提供される。

前記電極材料は複合粒子であることが好ましい。
前記工程（Ｉ）における電極材料の乾燥は、流動層乾燥装置を用いて連続的に乾燥するものであることが好ましい。
前記加圧成形は連続成形であることが好ましく、ロールまたはベルトを用いた加圧成形であることがより好ましい。

本発明によれば、電極材料の加圧成形を高速で安定的に行うことができるので、電気化学素子用電極を高い生産性で製造することができる。本発明の製造方法で得られる電極は、水分が少ないので、これを用いて得られる電気化学素子は高い電気特性を示す。

本発明の電気化学素子用電極の製造方法は、電極活物質および結着剤を含む電極材料を５０〜２５０℃で乾燥する工程（Ｉ）、乾燥された電極材料を、密閉状態で連続的に、加圧成形装置に移送する工程（ＩＩ）、移送された電極材料を加圧成形して活物質層を形成する工程（ＩＩＩ）、および上記活物質層と集電体とを積層する工程（ＩＶ）を有することを特徴とする。

＜電極活物質＞
本発明に用いられる電極材料は、電極活物質および結着剤を含む。電極活物質は、電気化学素子の種類によって適宜選択される。リチウムイオン二次電池の正極用の電極活物質としては、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＦｅＰＯ_４、ＬｉＦｅＶＯ_４、およびこれらの元素を一部置換したリチウム含有複合金属酸化物；ＴｉＳ_２、ＴｉＳ_３、非晶質ＭｏＳ_３などの遷移金属硫化物；Ｃｕ_２Ｖ_２Ｏ_３、非晶質Ｖ_２Ｏ・Ｐ_２Ｏ_５、ＭｏＯ_３、Ｖ_２Ｏ_５、Ｖ_６Ｏ_１３などの遷移金属酸化物；が例示される。さらに、ポリアセチレン、ポリ−ｐ−フェニレンなどの導電性高分子が挙げられる。

リチウムイオン二次電池の負極用の電極活物質としては、例えば、アモルファスカーボン、グラファイト、天然黒鉛、メゾカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、およびピッチ系炭素繊維などの炭素質材料；ポリアセン等の導電性高分子；リチウムと合金化可能なＳｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｌ、ＺｎおよびＷなどが挙げられる。

電気二重層キャパシタ用の電極活物質としては、通常、炭素の同素体が用いられる。電気二重層キャパシタ用の電極活物質は、同じ質量でもより広い面積の界面を形成することが可能な、比表面積の大きいものが好ましい。具体的には、比表面積は３０ｍ^２／ｇ以上、好ましくは５００〜５，０００ｍ^２／ｇ、より好ましくは１，０００〜３，０００ｍ^２／ｇの範囲である。炭素の同素体の具体例としては、活性炭、ポリアセン、カーボンウィスカおよびグラファイト等が挙げられ、これらの粉末または繊維を使用することができる。電気二重層キャパシタ用の好ましい電極活物質は活性炭であり、具体的にはフェノール系、レーヨン系、アクリル系、ピッチ系、またはヤシガラ系等の活性炭を挙げることができる。これら炭素質物質は、電気二重層キャパシタ用電極活物質として、単独でまたは二種類以上を組み合わせて使用することができる。

また、電気二重層キャパシタ用の電極活物質としては、黒鉛類似の微結晶炭素を有し、その微結晶炭素の層間距離が拡大された非多孔性炭素を用いることができる。このような非多孔性炭素は、多層グラファイト構造の微結晶が発達した易黒鉛化炭を７００〜８５０℃で乾留し、次いで苛性アルカリと共に８００〜９００℃で熱処理し、さらに必要に応じ加熱水蒸気により残存アルカリ成分を除くことで得られる。

電極活物質の体積平均粒子径は、０．１〜１００μｍ、好ましくは１〜５０μｍ、更に好ましくは３〜３５μｍである。体積平均粒子径がこの範囲にあると、電極の成形が容易で、容量も高くできるので好ましい。上記した電極活物質は、電気化学素子の種類に応じて、単独でまたは二種類以上を組み合わせて使用することができる。電極活物質を組み合わせて使用する場合は、平均粒子径または粒径分布が異なる二種類以上の電極活物質を組み合わせて使用してもよい。

＜結着剤＞
本発明に使用される結着剤は、結着力を有する化合物であれば特に制限はない。例えば、フッ素系重合体、ジエン系重合体、アクリレート系重合体、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタン等の高分子化合物が挙げられ、より好ましくはフッ素系重合体、ジエン系重合体、およびアクリレート系重合体が挙げられる。これら結着剤は単独でまたは二種以上を組み合わせて用いることができる。

フッ素系重合体は、フッ素原子を含む単量体単位を含有する重合体である。フッ素系重合体の具体例としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体等が挙げられ、好ましくはポリテトラフルオロエチレンである。

ジエン系重合体は、共役ジエンの単独重合体もしくは共役ジエンを含む単量体混合物を重合して得られる共重合体、またはそれらの水素添加物である。前記単量体混合物における共役ジエンの割合は通常４０質量％以上、好ましくは５０質量％以上、より好ましくは６０質量％以上である。ジエン系重合体の具体例としては、ポリブタジエンやポリイソプレンなどの共役ジエン単独重合体；カルボキシ変性されていてもよいスチレン・ブタジエン共重合体（ＳＢＲ）などの芳香族ビニル・共役ジエン共重合体；アクリロニトリル・ブタジエン共重合体（ＮＢＲ）などのシアン化ビニル・共役ジエン共重合体；水素化ＳＢＲ、水素化ＮＢＲ等が挙げられる。

アクリレート系重合体は、アクリル酸エステルもしくはメタクリル酸エステルの単独重合体またはこれらを含む単量体混合物を重合して得られる共重合体である。アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルとしては、アルキルエステルを用いることが好ましく、アルキルエステルのアルキル基としては、炭素数が１〜１８のものが好ましい。

アクリル酸エステルの具体例としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸２−エチルヘキシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸イソボニル、アクリル酸デシル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸ステアリル、およびアクリル酸トリデシル等のアクリル酸アルキルエステル；アクリル酸ブトキシエチル、アクリル酸エトキシジエチレングリコール等のエーテル基含有アクリル酸エステル；アクリル酸−２−ヒドロキシエチル、アクリル酸−２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピル等の水酸基含有アクリル酸エステル；２−アクリロイロキシエチルフタル酸等のカルボン酸含有アクリル酸エステル；アクリル酸２−パーフロロオクチルエチル等のフッ素基含有アクリル酸エステル；アクリル酸リン酸エチル等のリン酸基含有アクリル酸エステル；アクリル酸グリシジル等のエポキシ基含有アクリル酸エステル；アクリル酸ジメチルアミノエチル等のアミノ基含有アクリル酸エステル；を挙げることができる。

メタクリル酸エステルの具体例としては、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸オクチル、メタクリル酸イソボニル、メタクリル酸デシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸トリデシルおよびメタクリル酸ステアリル等のメタクリル酸アルキルエステル；メタクリル酸ブトキシエチル、メタクリル酸エトキシジエチレングリコール等のエーテル基含有メタクリル酸エステル；メタクリル酸−２−ヒドロキシエチル等の水酸基含有メタクリル酸エステル；２−メタクリロイロキシエチルフタル酸等のカルボン酸含有メタクリル酸エステル；メタクリル酸２−パーフロロオクチルエチル等のフッ素基含有メタクリル酸エステル；メタクリル酸リン酸エチル等のリン酸基含有メタクリル酸エステル；メタクリル酸グリシジル等のエポキシ基含有メタクリル酸エステル；メタクリル酸ジメチルアミノエチル等のアミノ基含有メタクリル酸エステル；を挙げることができる。

これらのアクリル酸（またはメタクリル酸）エステルは、１種単独で、または２種以上を組み合わせて用いることができる。また、アクリレート系重合体は、アクリル酸（またはメタクリル酸）エステルを含む単量体混合物を重合して得られる共重合体であってもよいが、この単量体混合物中における、アクリル酸（またはメタクリル酸）エステルの含有量は、通常５０質量％以上、好ましくは６０〜９９質量％、より好ましくは７０〜９７質量％である。

単量体混合物中における、アクリル酸（またはメタクリル酸）エステルと共重合可能な他の単量体としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどのα，β−不飽和ニトリル化合物；クロトン酸メチル、クロトン酸エチルなどのクロトン酸エステル；アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などの不飽和カルボン酸；エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレートなどの２つ以上の炭素−炭素二重結合を有するカルボン酸エステル；スチレンなどの芳香族ビニル化合物；１，３−ブタジエン、イソプレンなどの共役ジエン；エチレン、プロピレンなどの１−オレフィン；等を挙げることができる。

上記の中でも、結着剤としては、集電体との結着性や強度に優れた活物質層が得られるという観点から、ジエン系重合体およびアクリレート系重合体を用いることが好ましい。

本発明に使用される結着剤は、ガラス転移温度を有することが好ましく、そのガラス転移温度は、通常−８０℃〜＋１８０℃、好ましくは−８０℃〜＋４０℃、より好ましくは−６０℃〜＋２０℃である。

本発明に使用される結着剤の形状は、特に限定されないが、結着性の向上、電極の容量の低下、および内部抵抗の増大を最小限に抑えるために、粒子状であることが好ましい。粒子状の結着剤としては、例えば、ラテックスのような結着剤の粒子が溶媒に分散した状態のものや、このような分散液を乾燥して得られる粉末状のものが挙げられる。

結着剤の形状が粒子状の場合、その粒子径は特に限定されないが、通常は０．００１〜１００μｍ、好ましくは０．０１〜１０μｍ、より好ましくは０．０５〜１μｍの体積平均粒子径を有するものである。結着剤の平均粒子径がこの範囲であるときは、少量の結着剤の使用でも優れた結着力を活物質層に付与することができる。

また、本発明に用いる結着剤の製造方法は特に限定されず、乳化重合法、懸濁重合法、分散重合法または溶液重合法等の公知の重合法を採用することができる。中でも、乳化重合法で製造することが、結着剤の粒子径の制御が容易であるので好ましい。また、本発明に用いる結着剤は、２種以上の単量体混合物を段階的に重合することにより得られるコアシェル構造を有する粒子であってもよい。

電極材料中における、結着剤の量は、電極活物質１００質量部に対して、通常は１〜２０質量部、好ましくは３〜１５質量部の範囲である。

＜分散剤＞
本発明に用いられる電極材料は、分散剤を含有していることが好ましい。分散剤は、溶媒に溶解する樹脂であり、好適には後述するスラリーの調製時に溶媒に溶解させて用いられて、電極活物質、導電材等を溶媒に均一に分散させる作用を有するものである。分散剤としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、および、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等のセルロース系ポリマー、ならびにこれらのアンモニウム塩またはアルカリ金属塩；ポリアクリル酸またはポリメタクリル酸のアンモニウム塩またはアルカリ金属塩；ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド；ポリビニルピロリドン、ポリカルボン酸、酸化スターチ、リン酸スターチ、カゼイン、各種変性デンプン、キチン、キトサン誘導体等が挙げられる。これらの分散剤は、それぞれ単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。

中でも、分散剤としては、セルロース系ポリマーが好ましく、カルボキシメチルセルロースまたはそのアンモニウム塩もしくはアルカリ金属塩が特に好ましい。分散剤の使用量は、特に限定されないが、複合粒子中において、電極活物質１００質量部に対して、通常は０．１〜１０質量部、好ましくは０．５〜５質量部、より好ましくは０．８〜２．５質量部の範囲である。分散剤を用いることで、スラリー中の固形分の沈降や凝集を抑制できる。

＜導電材＞
本発明に用いられる電極材料は、導電材を含有することが好ましい。導電材は、導電性を有し、電気二重層を形成し得る細孔を有さない粒子状の炭素の同素体からなり、電気化学素子電極の導電性を向上させるものである。具体的には、ファーネスブラック、アセチレンブラック、およびケッチェンブラック（アクゾノーベル ケミカルズ ベスローテン フェンノートシャップ社の登録商標）等の導電性カーボンブラック；天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛；ポリアクリロニトリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、気相法炭素繊維等の炭素繊維；が挙げられる。これらの中でも、導電性カーボンブラックが好ましく、アセチレンブラックおよびケッチェンブラックがより好ましい。導電材の体積平均粒子径は、電極活物質の体積平均粒径よりも小さいものが好ましく、通常０．００１〜１０μｍ、好ましくは０．０５〜５μｍ、より好ましくは０．０１〜１μｍの範囲である。導電材の粒径がこの範囲にあると、より少ない使用量で高い導電性が得られる。これらの導電材は、それぞれ単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。

電極材料中における、導電材の量は、電極活物質１００質量部に対して通常０．１〜５０質量部、好ましくは０．５〜１５質量部、より好ましくは１〜１０質量部の範囲である。この範囲の量の導電材を含有する電極材料を用いて電極を形成することによって、電気化学素子の容量を高く、かつ内部抵抗を低くすることができる。

＜その他の添加剤＞
本発明に用いられる電極材料は、さらに必要に応じてその他の添加剤を含有していてもよい。その他の添加剤としては、例えば、界面活性剤がある。界面活性剤としては、アニオン性、カチオン性、ノニオン性、ノニオニックアニオン等の両性の界面活性剤が挙げられるが、中でもアニオン性またはノニオン性界面活性剤で熱分解しやすいものが好ましい。界面活性剤の量は、特に限定されないが、電極活物質１００質量部に対して０〜５０質量部、好ましくは０．１〜１０質量部、より好ましくは０．５〜５質量部の範囲である。

＜複合粒子＞
本発明に用いられる電極材料は、複合粒子であることが好ましい。複合粒子とは、上記の各成分が相互に結着してなり、粒子形状を有するものである。本発明に用いる複合粒子は、その重量平均粒径が、通常は０．１〜１，０００μｍ、好ましくは５〜５００μｍ、より好ましくは１０〜１００μｍの範囲である。

本発明に用いる複合粒子は、その製造方法によって特に制限を受けず、公知の方法をいずれも採用することができる。例えば、（１）導電材、結着剤、分散剤及びその他添加剤を含有するスラリーを得る工程、電極活物質を流動化させ、そこに前記スラリーを噴霧して、流動層造粒する工程、および前記流動造粒工程で得られた粒子を転動造粒する工程を有する方法；（２）電極活物質、導電材、結着剤及び分散剤を含有するスラリーを得る工程、および前記スラリーを噴霧乾燥して、噴霧造粒する工程を有する方法；などが挙げられる。中でも、得られる造粒粒子の表面に結着剤を偏在させることができ、高速成形性に優れるので上記（２）の方法が好ましい。

上記（２）の方法では、まず前記電極活物質、導電材、結着剤、分散剤及びその他の添加剤を溶媒に分散又は溶解して、電極活物質、導電材、結着剤、分散剤及びその他の添加剤が分散又は溶解されてなるスラリーを得る。スラリーを得るために用いる溶媒としては、最も好適には水が用いられるが、有機溶媒を用いることもできる。有機溶媒としては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコールなどのアルキルアルコール類；アセトン、メチルエチルケトンなどのアルキルケトン類；テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジグライム等のエーテル類；ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルイミダゾリジノン等のアミド類；ジメチルスルホキサイド、スルホラン等のイオウ系溶剤；などが挙げられるが、アルコール類が好ましい。スラリーを調製するときに使用する溶媒の量は、スラリーの固形分濃度が、通常は１〜５０重量％、好ましくは５〜５０重量％、より好ましくは１０〜３０重量％の範囲となるような量である。

次に、前記スラリーを噴霧乾燥法により造粒する。噴霧乾燥法は、熱風中にスラリーを噴霧して乾燥する方法である。噴霧乾燥法に用いる装置の代表例としてアトマイザーが挙げられる。アトマイザーは、回転円盤方式と加圧方式との二種類の装置がある。回転円盤方式は、高速回転する円盤のほぼ中央にスラリーを導入し、円盤の遠心力によってスラリーが円盤の外に放たれ、その際に霧状にして乾燥する方式である。円盤の回転速度は円盤の大きさに依存するが、通常は５，０００〜３０，０００ｒｐｍ、好ましくは１５，０００〜３０，０００ｒｐｍである。一方、加圧方式は、スラリーを加圧してノズルから霧状にして乾燥する方式である。

噴霧されるスラリーの温度は、通常は室温であるが、加温して室温以上にしたものであってもよい。噴霧乾燥時の熱風温度は、通常８０〜２５０℃、好ましくは１００〜２００℃である。噴霧乾燥法において、熱風の吹き込み方法は特に制限されず、例えば、熱風と噴霧方向が横方向に並流する方式、乾燥塔頂部で噴霧され熱風と共に下降する方式、噴霧した滴と熱風が向流接触する方式、噴霧した滴が最初熱風と並流し次いで重力落下して向流接触する方式などが挙げられる。

＜工程（Ｉ）＞
本発明の製造方法は、上記の電極材料を、５０〜２５０℃で乾燥する工程（Ｉ）を有する。乾燥温度は、好ましくは６０〜２００℃、より好ましくは７０〜１５０℃である。乾燥温度がこの範囲であると、活物質層を高速で成形することができる。また、該活物質層を用いて得られる電極を水分が少ないものとできる。

乾燥に用いる装置としては、温度を上記範囲とできるものであれば特に限定されず、流動層乾燥装置、箱型乾燥装置、攪拌型乾燥装置、容器回転型乾燥装置などが挙げられる。中でも、流動層攪拌装置が、連続的に電極材料を乾燥できるため生産性に優れ、また槽内の温度調節が容易で乾燥能力が高く好ましい。

電極材料として前記複合粒子を用いる場合は、工程（Ｉ）において電極材料を乾燥する方法としては、流動層を用いて連続的に乾燥する方法が好ましい。かかる方法においては、上記の流動層乾燥装置が好適に用いられる。

図１は、流動層乾燥装置の一例を示す図である。図１に示すように、この流動層乾燥装置１０は、円筒形状の流動室２と、ここに複合粒子６を供給するための粒子供給用移送路１と、乾燥された複合粒子６を排出するための粒子排出用移送路４とを有している。また、流動室２の下部にはここに温風７を供給するための温風供給路８と、該温風７を整流すると共に複合粒子６の落下を防止するための整流板３が設けられている。さらに、流動室２の上部には排風口５が設けられている。

複合粒子６は、フィーダー（図示せず）により粒子供給用移送路１から流動室２へ供給される。供給された複合粒子６は、温風７により流動室２内で浮遊し、流動層を形成する。そして、複合粒子６は温風７と接触することにより乾燥され、同時に図の右方向から左方向へ浮遊流動しながら、順次粒子排出用移送路４より排出される。流動層内では、温風７と複合粒子６が激しく混合し、熱の伝達が迅速に行われるため、熱容量係数が大きく、複合粒子６中の水分を極めて少なくできる。また、層内温度を均一に保持できるため、乾燥ムラが少ない。

流動層乾燥装置１０に複合粒子６を供給するためのフィーダーは、特に限定されず、機器の回転や往復運動などにより電極材料を強制的に送り出す押送式フィーダー、エンドレスベルト式フィーダー、電気または電磁気などにより電極材料を振動させて搬送する振動式フィーダー、気流により電極材料を搬送する流動式フィーダーなどを用いることができる。中でも、押圧式フィーダーおよび振動式フィーダーが、定量的に複合粒子６を供給できるので好ましい。また、フィーダーを用いず、自然落下または空気圧により複合粒子６を供給してもよい。

流動室２の大きさ、複合粒子６の供給速度、温風７の温度や風量などを適宜選択することにより、複合粒子６の流動室２中での滞留時間および乾燥の程度を調節することができる。温風７としては、通常乾燥空気が使用されるが、窒素やアルゴンなどの不活性ガスを用いることもできる。温風７の温度は、前記電極材料の乾燥温度とすればよい。

流動室２中に仕切板（図示せず）を入れることにより、流動室２を多室化することもできる。流動室２を多室化することにより、複合粒子６の流動室２中での滞留時間をより均一にすることができるので、より速く安定に複合粒子６を乾燥することができる。

以上のように、流動層を用いて連続的に複合粒子を乾燥することにより、複合粒子の組成や粒子径、および乾燥前の複合粒子の水分量によらず、高度に水分が除去された複合粒子を得ることができる。乾燥後の複合粒子中の水分量は、好ましくは１．５％以下、より好ましくは１％以下である。

＜工程（ＩＩ）＞
本発明の製造方法は、上記で乾燥された電極材料を、密閉状態で連続的に、加圧成形装置に移送する工程（ＩＩ）を有する。ここで、「密閉状態で連続的に移送する」とは、上記で乾燥された複合粒子が吸湿しない条件で移送されることを表し、具体的には、真空下または乾燥ガス雰囲気下に複合粒子を移送する方法が挙げられる。ここで、乾燥に用いる装置と、後述する加圧成形に用いる装置とは、一体化したものであってもよい。例えば、乾燥装置の複合粒子排出口と、加圧成形に用いる装置の粉体貯留槽とが、直接結合していてもよい。移送を密閉状態で行うことにより、乾燥された電極材料が吸湿することなく、活物質層の形成に供される。移送の方法は特に限定されず、自然落下による方法、空気圧による方法、連続ベルトを用いる方法などが挙げられる。

＜工程（ＩＩＩ）＞
本発明の製造方法は、上記で移送された電極材料を加圧成形して活物質層を形成する工程（ＩＩＩ）を有する。加圧成形法は、電極材料に圧力を加えることで電極材料を再配列および変形させて緻密化を行い、活物質層を成形する方法である。

加圧成形法としては、例えば、電極材料を供給装置で加圧成形装置に供給し、活物質層を成形する方法や、電極材料を集電体上に散布し、電極材料をブレード等でならして厚みを調整し、次いで加圧成形装置で成形する方法などの連続成形法が挙げられる。また、電極材料を金型に充填し、金型を加圧して成形する方法も採用できる。これらの中でも、連続成形法が好ましい。連続成形法によれば、高い生産性で長尺の活物質層を得ることができる。

連続成形である加圧成形の方法としては、前記加圧成形装置としてロールまたはベルトを用いた加圧成形が好ましい。ロールまたはベルトを用いた加圧成形は、電極材料を、略水平に配置された一対のプレス用ロールまたはベルトに供給し、このプレス用ロールまたはベルトで電極材料をシート状の活物質層に成形する方法である。電極材料をプレス用ロールまたはベルトに供給する供給装置は特に限定されないが、テーブルフィーダー、ロータリーフィーダー、スクリューフィーダー、およびベルトフィーダーなどの定量フィーダーが好ましい。これらの供給装置は、前記工程（ＩＩ）において移送された電極材料を一時貯留するための粉体貯留槽を備えていてもよい。

成形時の温度は、通常０〜２００℃であり、結着剤の融点またはガラス転移温度より高いことが好ましく、融点またはガラス転移温度より２０℃以上高いことがより好ましい。ロールを用いる場合の成形速度は、通常０．１〜２０ｍ／分、好ましくは１〜１０ｍ／分である。またプレス用ロール間のプレス線圧は、通常０．２〜３０ｋＮ／ｃｍ、好ましくは０．５〜１０ｋＮ／ｃｍである。ベルトを用いる場合の成形速度は、通常１〜１５ｍ／分、好ましくは５〜１０ｍ／分である。またプレス用ベルト間の圧力は、通常５〜５０ＭＰａ、好ましくは１０〜３０ＭＰａである。

＜工程（ＩＶ）＞
本発明の製造方法は、上記で得られた活物質層と集電体とを積層する工程（ＩＶ）を有する。電極に使用される集電体用材料としては、例えば、金属、炭素、導電性高分子などを用いることができ、好適には金属が用いられる。集電体用金属としては、通常、アルミニウム、白金、ニッケル、タンタル、チタン、ステンレス鋼、その他の合金等が使用される。これらの中で導電性、耐電圧性の面からアルミニウムまたはアルミニウム合金を使用するのが好ましい。また、高い耐電圧性が要求される場合には特開２００１−１７６７５７号公報等で開示される高純度のアルミニウムを好適に用いることができる。集電体は、通常フィルムまたはシート状であり、その厚みは、使用目的に応じて適宜選択されるが、通常１〜２００μｍ、好ましくは５〜１００μｍ、より好ましくは１０〜５０μｍである。

活物質層と集電体とを積層する方法は、両者を一体化させることができる限り特に限定されない。例えば、活物質層と集電体とを重ね合わせ、これらを加熱および加圧することにより圧着する方法や、活物質層と集電体とを導電性接着剤により接着する方法が挙げられる。導電性接着剤は、少なくとも導電材と結着剤とを有するものであり、導電材と、結着剤と、必要に応じ添加される分散剤とを水または有機溶媒中で混練することにより製造することができる。得られた導電性接着剤を、集電体に塗布し、乾燥して導電性接着剤の層が形成される。導電性接着剤の層を形成することで、活物質層と集電体との間の結着性が向上する。

工程（ＩＩＩ）と工程（ＩＶ）は、同時に行ってもよい。すなわち、集電体と電極材料が接触した状態で前記の加圧成形を行うことにより、集電体上に活物質層が積層されてなる電極が得られる。具体的には、前記の連続成形においては、電極材料と同時に集電体を加圧装置に供給する方法が挙げられる。また、金型内で加圧成形を行うに際し、予め金型内に集電体を設置し、ここに電極材料を供給して加圧成形を行う方法が挙げられる。

得られた電極の厚みのばらつきをなくし、活物質層の密度を上げて高容量化をはかるために、必要に応じてさらに後加圧を行ってもよい。後加圧の方法は、ロールプレス工程が一般的である。ロールプレス工程では、２本の円柱状のロールをせまい間隔で平行に上下にならべ、それぞれを反対方向に回転させて、その間に電極をかみこませ加圧する。ロールは加熱または冷却等して温度調節してもよい。

以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例および比較例における部および％は、特に断りのない限り重量基準である。

実施例および比較例における各特性は、下記の方法に従い測定および評価した。
（１）電極の厚み
成形速度が２ｍ／分および８ｍ／分で成形した活物質層を直径１２ｍｍの形状に無作為に２０箇所打ち抜いて、その厚みの平均値として活物質層の厚みを算出した。
（２）水分量
成形速度２ｍ／分で成形した活物質層を有する電気化学素子用電極を、室温から２５０℃まで６０℃／分で昇温し、その後に２５０℃で２時間保持したときに検出される水分量を昇温脱離ガス分光法により測定し、活物質層に含まれる水分の割合（％）を求めた。測定装置としては、ＥＭＤ−ＷＡ１０００Ｓ／Ｗ（電子科学社製）を用いた。

（実施例１）
電極活物質として活性炭（ＲＰ−２０：クラレケミカル社製）１００部、結着剤として、組成が単量体単位の質量比でアクリル酸２−エチルヘキシル：アクリロニトリル：メタクリル酸＝７６：２０：４である、アクリレート系重合体の水分散ラテックス（体積平均粒子径０．１１μｍ、濃度４０％）２５部、導電材としてアセチレンブラック（デンカブラック粉状：電気化学工業社製）５部、分散剤としてカルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩（ＤＮ−８００Ｈ：ダイセル化学工業社製）の１．５％水溶液９３．３部、および蒸留水を加えて「ＴＫホモミキサー」（プライミクス社製）で撹拌混合して固形分濃度が２０％のスラリーを調製した。このスラリーをスプレー乾燥機（ＯＣ−１６：大河原化工機社製）を使用し、回転円盤方式のアトマイザ（直径６５ｍｍ）の回転数２５，０００ｒｐｍ、熱風温度１５０℃、粒子回収出口の温度が９０℃で噴霧乾燥造粒を行い、複合粒子を得た。

次に、得られた複合粒子を図１に示す流動層乾燥装置（大川原製作所社製）を用いて、温度１０５℃、滞留時間３分で乾燥させた。乾燥後の複合粒子を密閉状態で連続的に移送し、定量フィーダーを用いてロールプレス機（押し切り粗面熱ロール、ヒラノ技研工業社製）のロール（ロール温度１００℃、プレス線圧４．０ｋＮ／ｃｍ）に供給し、ロール加圧成形によりシート状の活物質層を成形した。成形は、ロール速度が２ｍ／分および８ｍ／分で行った。得られたシート状の活物質層を、予め導電性塗料を塗布乾燥した厚さ２０μｍのアルミ集電体に貼り合せて電気化学素子用電極を得た。この活物質層および電極について各特性を測定した結果を表１に示す。

（実施例２）
複合粒子の乾燥温度を１５０℃とした他は、実施例１と同様にして活物質層および電気化学素子用電極を得た。これらについて各特性を測定した結果を表１に示す。

（実施例３）
複合粒子の乾燥温度を２００℃とした他は、実施例１と同様にして活物質層および電気化学素子用電極を得た。これらについて各特性を測定した結果を表１に示す。

（比較例１）
複合粒子の乾燥を行わなかった他は、実施例１と同様にして活物質層および電気化学素子用電極の製造を試みたが、成形速度が８ｍ／分では複合粒子が互いに結着せず成形ができなかった。成形速度２ｍ／分で得られた活物質層および電極について各特性を測定した結果を表１に示す。

（比較例２）
複合粒子の乾燥温度を３００℃とした他は、実施例１と同様にして活物質層および電気化学素子用電極の製造を試みたが、複合粒子が互いに結着せずとなり成形ができなかった。結果を表１に示す。

以上より明らかなように、本発明の製造方法によれば、水分の少ない電気化学素子電極を高速で製造することができることがわかる（実施例１〜３）。一方、複合粒子の乾燥を行わない場合は、複合粒子相互の結着力が弱いため高速で成形することができなかった。また、得られる電極の水分も多かった（比較例１）。また乾燥温度が高すぎる場合は、結着剤の熱劣化により複合粒子が結着力を失い、活物質層を成形することができなかった（比較例２）。

本発明に用いる流動層乾燥装置の一例を示す図である。

符号の説明

１：粒子供給用移送路
２：流動室
３：整流板
４：粒子排出用移送路
５：排風口
６：複合粒子
７：温風
８：温風供給路
１０：流動層乾燥装置

Claims (5)

1. 電極活物質および結着剤を含む電極材料を５０〜２５０℃で乾燥する工程（Ｉ）、
   乾燥された電極材料を、密閉状態で連続的に、加圧成形装置に移送する工程（ＩＩ）、
   移送された電極材料を加圧成形して活物質層を形成する工程（ＩＩＩ）、および
   上記活物質層と集電体とを積層する工程（ＩＶ）を有することを特徴とする電気化学素子用電極の製造方法。
2. 前記電極材料が複合粒子であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 前記工程（Ｉ）における電極材料の乾燥が、流動層乾燥装置を用いて連続的に乾燥するものである、請求項２に記載の製造方法。
4. 前記加圧成形が連続成形である請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
5. 前記連続成形である加圧成形が、ロールまたはベルトを用いた加圧成形である請求項４に記載の製造方法。

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